ВЛИЯНИЕ ПОПЕРЕЧНЫХ РАЗМЕРОВ НА ХАРАКТЕРИСТИКИ ОДНОЭЛЕКТРОННОГО ТРАНЗИСТОРА

May 16, 2012 by admin Комментировать »

Абрамов И. И., Игнатенко С. А., Павленок С. Н. Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники Беларусь, 220013, Минск, П. Бровки 6

где F- амплитуда прошедшей волны; у, у’ – поперечные координаты для контактов.

Сопротивление туннельного перехода определяется по формуле:

где D-1,з — плотности состояний по обе стороны барьера.

Описанная модель используется для расчета сопротивлений стокового и истокового туннельных переходов, что и составляет сущность модификации модели ОЭТ [2-5].

III.  Результаты

На рис. 2 показана стоковая ВАХ ОЭТ. Сплошная линия соответствует экспериментальным данным для транзистора на основе А1/А1203/А1 [6]. Поперечный размер изготовленной структуры мал и составляет 70 нм, что соответствует 29 дискретным уровням при Ef=2.6 эВ. Разработанная модель позволят не только получить хорошее согласование с экспериментом (рис. 2), но и предсказать поведение ВАХ при изменении параметров структуры и материалов. В частности, при уменьшении поперечного размера структуры (островок, электроды истока и стока) до 50 нм (п=20) падает ток стока и увеличивается область кулоновской блокады.

Первое можно объяснить уменьшением количества разрешенных энергетических уровней с 29 до 20 и, как следствие, понижением суммарной вероятности туннелирования электронов через барьеры стока и истока ОЭТ. Сопротивления переходов при этом увеличиваются, а общий ток уменьшается (рис. 2).

Увеличение области блокады с №71 до Vth2 связано с изменением напряжений, падающих на переходах стока и истока ОЭТ. При меньшем поперечном размере структуры пороговое напряжение, которое соответствует началу туннелирования электронов на островок, становится больше. Следовательно, необходимо приложить большее напряжение, чтобы через ОЭТ начал проходить ток.

Рис. 2. Влияние поперечных размеров структуры на стоковую ВАХ ОЭТ.

Fig. 2. Influence of transverse sizes on drain-to-drain characteristic of a single-electron transistor

IV.  Заключение

С использованием более строгого решения уравнения Шредингера модифицирована физикотопологическая модель ОЭТ [2-5], что позволило учесть влияние поперечных, очень малых размеров структуры на ВАХ. Установлено, что при уменьшении размеров происходит падение проходящего тока и увеличение области кулоновской блокады. Это связано с уменьшением количества разрешенных энергетических уровней и увеличением порогового напряжения переходов начала туннелирования электронов на островок.

V.  Список литературы

[1]   К. К. Likharev, Proc. IEEE 87, 606 (1999).

[2]   И. И. Абрамов, Е. Г. Новик, Микроэлектроника 29 (3),

197 (2000).

[3]   И. И. Абрамов, Е. Г. Новик, Численное моделирование металлических одноэлектронных транзисторов. Минск, Бестпринт, 2000, 164 с.

[4]   И. И. Абрамов, Е. Г. Новик, ФТП 34 (8), 1014 (2000).

[5]   И. И. Абрамов, С. А. Игнатенко, Е. Г. Новик, Микросис- темная техника 5, 18 (2003).

[6]   D. Berman, N. В. Zhitenev, R. С. Ashoori et al., J. Vac. Sci. Technol. В 15, 2844(1997).

THE INFLUENCE OF TRANSVERSE SIZES UPON CHARACTERISTICS OF SINGLE-ELECTRON TRANSISTOR

Abramov I. I., Ignatenko S. A., PavlenokS. N.

Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics 6, P. Brovki St., Minsk, 220013, Belarus Tel.: +375-17-239-8877, e-mail: nanodev@bsuir.edu.by

Abstract – The modified physical model of metal singleelectron transistor (SET) was proposed. On the basis of the model transverse sizes influence of structure on l-V characteristics was investigated.

I.  Introduction

The theoretical investigations of SET’s l-V characteristics are performed using various approaches and models [1]. To describe l-V characteristics adequately, it is necessary to use physical models. In this paper modification of the two- dimensional model [2-5] is described. The model takes into account quantization influence, when the third dimension is included. Simulation results of drain SET’s l-V characteristics for various transverse sizes are presented.

II.  Model modification

Fig.1 shows the tunnel junction. Electrons are tunneling through potential barrier in direction of X. In direction of Y the size of structure might be very small and be tense and in some cases almost 1 or 2 nanometers. This leads to quantization of energy at the contacts. In the case of SET one contact is an electrode and the second one is an island. Electrons might be tunneling only between the discrete levels. As known, increasing of transverse size gives rise to increasing of level number

(1)    . Shrodinger equation for longitudinal wave function assumes the form (2). Total wave function in two-dimensional case is (3). The described model can be applied to calculate resistances of drain and source tunnel junctions (5).

III.  Results

On Fig.2 the drain l-V characteristics of SET is presented. Solid line corresponds to experimental data for SET based on AI/AI02/AI [6]. The transverse size of fabricated structure consists of 70 nm. The proposed model allows getting consistence with experiment. The drain current is reduced and region of Coulomb blockade is increased, when transverse size of structure decreases to 50 nm (Fig. 2).

IV.  Conclusion

The physical model of SET with use of more rigorous solution of the Shrodinger equation was modified. It allows taking into account influence of transverse size of structure on l-V characteristics.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты