05_11_30_Singe_electron (Реферат по электронике)

2015-11-20СтудИзба

Описание файла

Файл "05_11_30_Singe_electron" внутри архива находится в следующих папках: Реферат по электронике, Реферат, Материал. Документ из архива "Реферат по электронике", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "электроника" из 4 семестр, которые можно найти в файловом архиве МАИ. Не смотря на прямую связь этого архива с МАИ, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "остальное", в предмете "электроника" в общих файлах.

Онлайн просмотр документа "05_11_30_Singe_electron"

Текст из документа "05_11_30_Singe_electron"

Одноэлектроника и молекулярная электроника

(конспект доклада от 23 ноября Е.С. Солдатов, МГУ)

О терминах не спорят

Одноэлектроника – термин родился ровно двадцать лет назад в комнате 3-62 (в которой читается эта лекция ), где профессор К. К. Лихарев с сотрудниками кафедры колебаний обсуждали явление электронного транспорта через туннельный конденсатор. Первоначально приставка “одно” была использована, чтобы подчеркнуть различие со случаем сверхпроводимости, когда электроны туннелируют парами, позже, когда стало возможным контролировать перемещение одного электрона, термин наполнился современным смыслом.

Молекулярная электроника – направление микроэлектроники, в котором элементами электрических схем являются отдельные молекулы или молекулярные комплексы. Особенностями молекулярной электроники является локализация электронов на молекулах, они более не “размазаны” по решетке. Электронный транспорт осуществляется посредством туннельного эффекта.

Молекулярную и одно- электронику можно рассматривать как предельную степень миниатюризации электроники.

Примечание

Сам термин «молекулярная электроника» до сих пор еще не устоялся, и часто этот модный ярлычок приклеивают там, где хотя бы одно измерение равно атомному размеру (например, микросхемы с пленками одноатомной толщины).

О туннельном переходе, одноэлектронном транзисторе и счетчике электронов

Энергия частицы при туннелировании сохраняется – золотое правило Ферми.

Рассмотрим туннельный переход на основе туннельного конденсатора. При уменьшении расстояния между пластинами (уменьшение толщины диэлектрической прослойки) – заряд может за счет туннельного эффекта переходить с одной пластины на другую.

Пусть перешел 1 электрон. Тогда энергия конденсатора изменилась на .

Если , то тепловые осцилляции не перебросят электрон назад – электрон будет заперт на второй обкладке.

Но, как правило, при обычных температурах, . Чтобы обнаружить квантование тока, нужны температуры порядка несколько милликельвин, что естественно, затрудняет не только практическое использование, но и само наблюдение эффекта.

П омимо низких температур другой проблемой является емкость – она складывается из емкости не только самого конденсатора, но и всех контактов и тел в окрестности установки. Создателями одноэлектроники был найден простой и изящный выход из этой ситуации – создать систему из двух конденсаторов (рис.1). Если еще над проводником, соединяющим конденсаторы – островком (island рис. 1) расположить электрод - затвор (gate), наводящий на нем заряды, то получим одноэлектронный транзистор, в котором проводимость канала между истоком (source) и стоком (drain) изменяется путем подачи управляющего напряжения на затвор. Систему можно рассматривать как предельный случай полевого транзистора с изолированным затвором. Однако так как усиление по мощности в данной схеме не происходит, то лучше было бы говорить не об одноэлектронном транзисторе, а об одноэлектронном ключе, но … о терминах не спорят.

Система из многих последовательно соединенных туннельных конденсаторов может служить в качестве счетчика электронов – она позволяет контролируемо перемещать единичные электроны. Счетчик электронов можно использовать в целях метрологии – квантовый стандарт тока.

Примечание

Напомним, что в настоящее время квантовым эталоном напряжения служит джозефсоновский контакт, а квантовым эталоном сопротивления элемент на квантовом эффекте Холла. Появление квантового эталона тока позволяет замкнуть метрологический треугольник напряжение-сопротивление-ток, что очень важно для целей метрологии.

Молекулярная электроника – прорыв в область комнатных температур

В

рис.2

се описанные выше приборы требуют гелиевых температур, что накладывает существенное ограничение на их применение. Но есть другой путь – уменьшить размеры островка до нанометровых (вместе с ними уменьшается емкость, а значит, условие будет выполнено). То есть в качестве островка взять не электрод, а молекулярный кластер размерами порядка 2-3 нм. Автором доклада была реализована следующая схема эксперимента (рис.2) [2]:

Н

Рис.3

а графитовую подложку с нанесенной на ней пленкой Ленгмюра-Блоджетт (мономолекулярный слой) осаждались кластерные молекулы. Управляющее напряжение подается на золотой контакт 2 - затвор (истоком в данной схеме служит графитовая подложка, стоком игла сканирующего микроскопа). Сканирующий туннельный микроскоп находит молекулу и снимает в этой точке вольт-амперную характеристику – зависимость туннельного тока от напряжения на затворе (рис.3). Ступеньки на характеристике соответствуют скачкам проводимости, так называемой «кулоновской лестнице» (скачкообразном изменении силы тока увеличении напряжения до значения достаточного для заброски на островок очередного электрона).

В настоящее время современные технологии позволяют создавать контакты с “припаянными” к ним молекулами. На рисунке 4 показана схема эксперимента, осуществленная группой американских ученых, и снятые ими вольтамперные характеристики при различных напряжениях на затворе [3].

О возможных применениях элементов молекулярной электроники:

  • Высокочувствительные химические/биохимические сенсоры для оборонных и экологических/медицинских применений

  • Ячейки памяти с большим временем хранения, высокой плотностью интеграции и малой рассеиваемой мощностью

  • Одноэлектронные мономолекулярные оптоэлектронные устройства

Л

Рис.4

итература

1. К.К. Лихарев, Одноэлектроника, В мире науки, n. 8, 1992, c. 42

2. Солдатов Е.С., Ханин В.В., Трифонов А.С., Губин С.П., Колесов В.В., Преснов Д.Е., Яковенко С.А., Хомутов Г.Б., Одноэлектронный транзистор на основе одиночной кластерной молекулы при комнатной температуре, т. 64, вып. 7, с. 510 (1996) http://www.jetpletters.ac.ru/ps/982/article_14969.shtml

3. J. Park et al, Coulomb blockade and the Kondo effect in single-atom transistor, Nature, v.417, p.722 (2002)

Свежие статьи
Популярно сейчас
Почему делать на заказ в разы дороже, чем купить готовую учебную работу на СтудИзбе? Наши учебные работы продаются каждый год, тогда как большинство заказов выполняются с нуля. Найдите подходящий учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Нашёл ошибку?
Или хочешь предложить что-то улучшить на этой странице? Напиши об этом и получи бонус!
Бонус рассчитывается индивидуально в каждом случае и может быть в виде баллов или бесплатной услуги от студизбы.
Предложить исправление
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
5076
Авторов
на СтудИзбе
455
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее