Đang tải... (xem toàn văn)
Transitor đơn điện tử (SET) là một thiết bị điện tử nano dựa trên các hiệu ứng lượng tử như hiệu ứng xuyên hầm lượng tử và Coulomb. Transistor đơn điện tử tương tự transistor thường ngoại trừ : 1. Kênh dẫn đc thay thế bởi chấm nhỏ. 2. Chấm tách khỏi nguồn và máng bởi màng cách điện.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN VẬT LÝ KỸ THUẬT Mơ linh kiện q trình bán dẫn Đề tài: Single electron transistor, master equation- based numerical NHÓM Nội dung I, Tổng quan II, Phương trình tổng qt dựa tính tốn số III, Mơ IV, Kết thảo luận I, Tổng quan Transitor đơn điện tử (SET) thiết bị điện tử nano dựa hiệu ứng lượng tử hiệu ứng xuyên hầm lượng tử Coulomb Transistor đơn điện tử tương tự transistor thường ngoại trừ : Kênh dẫn đc thay chấm nhỏ Chấm tách khỏi nguồn máng màng cách điện SET có kích thước 10nm - Điện tử xuyên hầm bước: Nguồn -> chấm -> máng - Đặt điện áp Vg làm thay đổi điện tích Qg tụ Cg - Để thêm điện tử yêu cầu khoảng điện áp Vg e/Cg Cg =Qg /Vg - Độ dẫn cực nguồn cực máng với hầu hết điện áp cực cổng II, Phương trình tổng quát dựa tính tốn số Những thành phần bao gồm điện dung cực cổng(Cg), điện dung cực nguồn, cực máng (CS CD) điện trở (rS rD) mối nối Ngoài ra, cần xác định số tham số đầu vào số Boltzmann (kB) hay số thơng số bên ngồi điện áp nguồn máng (V), điện áp cổng (VG), nhiệt độ (T), … Sơ đồ mạch tương đương SET Sự thay đổi lượng tự (F) trình xun hầm tính bằng: (1) (2) Tốc độ xuyên hầm điện tử trình xun hầm tính từ cơng thức Fermi Golden Rule: (3) (4) Từ Công thức: (5) Xác suất xuyên hầm điện tử tất trạng thái chấm lượng tử tính phương trình tổng trạng thái cân Do đó, đạo hàm xác suất cho trạng thái trở thành Vì vậy, xác suất xuyên hầm electron là: (6) Chuẩn hoá biểu thức, ta được: (7) Lưu lượng xác định từ khác biệt tốc độ xuyên hầm nhân xác suất: (8) III, Mơ Thuật tốn Thực với Matlab Bước đầu tiên, tham số thiết bị số vật lý sau xác định sau Bước 2, giá trị tham số bên () đưa Ở đây, V, V G , Q0 T giữ cố định biến đổi từ Vmin sang Vmax, sau: Bước tính tốn sau: Bước 4, Các giá trị ∆F xác định sử dụng để tính Nếu ∆F âm, tính theo (3) (4), cịn ∆F dương, đặt kết thúc (rất nhỏ) Lưu ý: ln dương Bước 5, tính (N) Ở đây, giá trị (Nmin) (Nmax) giả sử 0,01 Bước 6: Chuẩn hoá kết thúc, lúc tính tốn Cuối cùng, kết tính sau: IV, Kết thảo luận Ví dụ: C1= 4.2xF, C2= 1.9xF, CG=1.3xF, R1= 150MΩ, R2= 150MΩ, T = 10 K V = 10mV Tại điện áp nguồn –máng định V, dòng điện SET điều biến điện áp cổng Vg Nguyên nhân xuyên hầm electron vào khỏi điểm gây điện áp cổng Chu kỳ dòng điện e / Cg dọc theo trục điện áp cực cổng Dao động định kỳ này, gọi dao động Coulomb, sở hoạt động SET Phạm vi điện áp nguồn máng từ -100 mV đến 100 mV điện áp cổng từ -400 mV đến 400 mV Vùng “phong toả’’ Coulomb xuất vùng điện áp nguồn-máng thấp Việc phong tỏa Coulomb loại bỏ cách thay đổi điện áp cổng từ bên phong tỏa bên Bên khu vực phong tỏa Coulomb, dịng điện chảy nguồn cống, dong SET nói trước Đặc tính dịng điện - điện áp cho SET ... tổng trạng thái cân Do đó, đạo hàm xác suất cho trạng thái trở thành Vì vậy, xác suất xuyên hầm electron là: (6) Chuẩn hoá biểu thức, ta được: (7) Lưu lượng xác định từ khác biệt tốc độ xuyên... Tại điện áp nguồn –máng định V, dịng điện SET điều biến điện áp cổng Vg Nguyên nhân xuyên hầm electron vào khỏi điểm gây điện áp cổng Chu kỳ dòng điện e / Cg dọc theo trục điện áp cực cổng