p1388-1394 (Реферат по электронике)
Описание файла
Файл "p1388-1394" внутри архива находится в следующих папках: Реферат по электронике, Реферат, Материал. PDF-файл 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.
Просмотр PDF-файла онлайн
Текст из PDF
Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 11Классификация приборных структур одноэлектроники© И.И. Абрамов¶ , Е.Г. НовикБелорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники,220027 Минск, Белоруссия(Получена 30 декабря 1998 г. Принята к печати 25 марта 1999 г.)Предложена классификация одноэлектронных приборных структур, в основу которой положены выделенные в работе принципы. Большое количество известных в настоящее время наноэлектронных прибороврассмотренного типа может быть описано в рамках данной классификации. На ее основе могут быть такжепредложены новые приборы одноэлектроники.1.
ВведениеСтруктуры на основе эффекта одноэлектронного туннелирования (кулоновской блокады) [1] являются перспективными для создания широкого спектра твердотельных приборов [2–4], в том числе интегральных схемнового поколения сверхвысокой степени интеграции. Известно большое количество структур рассматриваемоготипа различной конфигурации и назначения, и число публикаций в данном направлении продолжает возрастать.Становится достаточно сложно ориентироваться в этойобласти, так как в настоящее время полная классификация приборов одноэлектроники отсутствует.
В связис этим целью данной работы является классификацияприборных структур одного типа (одноэлектронных),доминирующим для функционирования которых оказывается отмеченный выше эффект. Достоинством классификации является то, что известные в настоящее времяструктуры рассматриваемого типа могут быть описаны сее использованием, а также то, что на ее основе могутбыть предложены новые приборы одноэлектроники.2.
Принципы классификацииВ основе предложенной классификации лежат следующие принципы.I. На основе выделения характерных активных областей приборов различаются следующие классы одноэлектронных структур.1) Однотуннельные приборы. Такие структуры содержат только один туннельный переход. Примеромможет служить одноэлектронный диод [5], содержащийp−n-переход с вырожденным газом носителей заряда,или одноэлектронный бокс [6], в котором туннельныйпереход подсоединен к источнику напряжения черезконденсатор.2) Цепочки туннельных переходов. К этому классуотносятся структуры, содержащие два и более туннельных переходов в активной области, соединенные последовательно. Один из наиболее изученных приборов,относящихся к этому классу, — одноэлектронный транзистор [7–9].
Он содержит два туннельных перехода,отделяющих очень малый ”островок” полупроводника от¶E-mail: device@micro.rei.minsk.byобластей истока и стока. Большинство других известныхв настоящее время одноэлектронных приборов относится к этому классу: ”насос” [10,11], модулятор [11,12],одноэлектронная память [13] и др.3) Матрицы туннельных переходов. Структуры этогокласса содержат в активной области последовательноеи параллельное соединение туннельных переходов вплоскости. Примером такой структуры может быть гранулированная микроперемычка [14].4) Массивы туннельных переходов.
Такие структурысодержат последовательное и параллельное соединениетуннельных переходов в различных измерениях.Каждому из отмеченных классов может быть поставлена в соответствие определенная размерность, а именно:однотуннельным приборам —нульмерный элемент (0D);цепочкам туннельных переходов — одномерный массив(1D); матрицам — двумерный (2D) и массивам туннельных переходов — трехмерный массив элементов (3D).II. Каждый из отмеченных классов структур (соответствующей размерности) может быть представлен определенным видом принципиальной структурной схемы.Приведем структурные схемы приборов, относящихся кперечисленным классам.1) Бокс (однотуннельный прибор).
Структурная схемаэтого прибора соответствует нульмерной размерности0D (рис. 1). В качестве островка выступает промежуточный электрод между туннельным переходом иконденсатором затвора.2) Транзистор (цепочка туннельных переходов) содержит два туннельных перехода, соединенные последовательно, и островок между ними. Управление токомчерез структуру осуществляется посредством затвора.На рис. 1 представлен один из вариантов принципиальных структурных схем этого прибора.
Соответствующая размерность схемы — 1D. Существуют и другиеварианты принципиальных структурных схем одноэлектронного транзистора [15].Эти схемы отличаютсярасположением островка и затвора относительно истокаи стока, а также конфигурацией затвора. Островок можетнаходиться как в плоскости истока и стока, так и вышелибо ниже этой плоскости.
Конфигурация затвора можетбыть различной. Одна из конфигураций, часто используемая в одноэлектронных структурах, — расщепленныйзатвор [11]. Затвор может располагаться как в плоскости1388Классификация приборных структур одноэлектроникиРис. 1. Принципиальные структурные схемы некоторых одноэлектронных структур.островка (сбоку от него), так и сверху (снизу) островка,непосредственно над (под) ним или сбоку от него.
Вреальном транзисторе количество затворов может бытьразличным, причем в одном приборе могут использоваться затворы разной конфигурации и с различнымрасположением относительно островка.3) Принципиальная структурная схема для ”многоостровковой” цепочки туннельных переходов отличаетсяот схемы транзистора количеством островков (рис. 1).Так же как и для транзистора, расположение островковотносительно истока и стока, а также конфигурация,количество и расположение затворов могут быть различными [15].4) Микроперемычка (матрица туннельных переходов) — принципиальная структурная схема этого прибора приведена на рис. 1 и соответствует размерности2D.
Схема содержит двумерный массив островков.Управление током через структуру осуществляется затвором, расположенным над островками (на схеме он непоказан).III. Условно (так как обычно одноэлектронные структуры состоят из различных материалов) выделим следующие виды одноэлектронных структур по материаламостровка (островков).1) Металлические. К этому виду относятся пленочныеструктуры, в которых металлические островки разделены туннельными барьерами в виде диэлектрических слоев [16–18], или структуры на основе гранулированныхпленок [14,19], или на основе металлических коллоидныхчастиц [20] и т. д.
В таких структурах имеет местоограничение трехмерного электронного газа в островках.2) Полупроводниковые. Примером таких структурмогут быть, например, приборы на основе следующих гетероструктур: GaAs/AlGaAs [21–24], GaAs сδ-легированным слоем [10,13], AlGaAs/InGaAs/GaAs [24]и др. В этих структурах осуществляется ограничениедвумерного электронного газа (ДЭГ) в малые лужицы(островки) различными методами: в результате прикладывания определенных смещений к затворам [21,22],Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып.
111389путем использования электронно-лучевой литографии итравления структуры [23], при использовании ионнолучевой имплантации Ga [24] и т. д. К этому виду такжеотносятся кремниевые одноэлектронные структуры: наоснове МОП полевого транзистора [8,25]; структуры,полученные методом осаждения наноразмерных кремниевых кристаллов [26]; структуры, выполненные наподложке кремний-на-изоляторе [9,27]; структуры наоснове δ-легированного SiGe [28] и др.3) Диэлектрические. В этом случае диэлектрическиеостровки должны быть разделены слоями с меньшейпроницаемостью по сравнению с материалом островков.В настоящее время примеров изготовления приборов,относящихся к этому виду, нет.4) Органические.
Примером такой структуры можетслужить, например, транзистор на основе пленки из смеси стеариновой кислоты и карбонатовых кластеров [29].Последние выступают в качестве островков.5) Композиционные. В этом случае островки изготовлены из композиционного материала или из различныхматериалов. К этому виду можно отнести структуры,которые не подходят ни к одному из ранее выделенныхвидов одноэлектронных структур.IV. По технологическим методам изготовления, материалам, формирующим различные области, управляющим электродам и другим принципам можно выделитьразновидности одноэлектронных структур.
Приведем некоторые из них.Так, например, металлические одноэлектронныеструктуры могут различаться по технологическомупроцессу изготовления. В настоящее время известныследующие методы получения таких структур: 1) электронно-лучевой литографии (ЭЛЛ) и напыления [16,17];2) линейного самосовмещения [30]; 3) окисления сиспользованием сканирующего туннельного микроскопа(СТМ) [18]; 4) SECO (step edge cut-of — ступенчатоготорцевого среза) [31]; 5) анодирования переходов,изготовленных методом ЭЛЛ и напыления [32], и др.Полупроводниковые структуры имеют следующие разновидности.По материалам, формирующим активную область, различают кремниевые, на основе полупроводников типаAIII BV (например, GaAs-структуры и др).
По способу формирования активных областей среди кремниевыхструктур в свою очередь различают: 1) структуры, полученные в инверсионном слое кремниевого МОП полевого транзистора с двойным затвором [8,33]; 2) структуры,сформированные на подложке кремний-на-изоляторе сиспользованием ЭЛЛ и реактивного ионного травления [9,27,34,35]; 3) структуры на основе наноразмерныхкремниевых кристаллов, полученных методом обработкив СВЧ плазме и используемых в качестве островков [26],и др.Как и для кремниевых, так и для одноэлектронныхструктур на основе GaAs существуют различныетехнологические методы их получения. Основнымотличием этих методов является способ ограниченияИ.И. Абрамов, Е.Г.
Новик1390ДЭГ в структурах, малые ”лужицы” которогоиспользуются в качестве островков. В настоящее времяизвестны следующие способы такого ограничения (илиформирования одноэлектронных структур на основеGaAs): 1) ограничение расщепленными затворамиШоттки двумерного электронного газа формируемогов гетероструктуре GaAs/AlGaAs [11,21]; 2) ЭЛЛи реактивное ионное травление гетероструктурыGaAs/AlGaAs для формирования областей истока,стока, канала и затворов [23]; 3) ЭЛЛ и вытравливаниемеза-структур в GaAs/AlGaAs и формирование затворовШоттки [36,37]; 4) ограничение боковым затвором ДЭГв δ-легированном GaAs (контуры структуры очерченыЭЛЛ и травлением) [13,38]; 5) ионно-лучевая имплантация Ga в селективно-легированные гетероструктурыGaAs/AlGaAs или AlGaAs/InGaAs/GaAs [24,39], и т.