p1388-1394 (Реферат по электронике), страница 2

д.Таким образом, известные в настоящее время одноэлектронные приборные структуры можно отнести копределенному классу, виду и разновидности. При этомони характеризуются определенным видом принципиальных структурных схем (рис. 1). Проиллюстрируем сказанное на примере конкретных наноэлектронныхприборов.Рис. 2. Транзистор, изготовленный методом окисления сиспользованием сканирующего туннельного микроскопа.3. Приборные структурыодноэлектроники3.1.Металлические структурыРассмотрим ряд одноэлектронных структур, которыеотносятся к виду металлических. Наиболее изученнымприбором, принадлежащим к типу одноэлектронныхструктур, в настоящее время является одноэлектронныйтранзистор. Как было отмечено ранее, он относится кклассу цепочек туннельных переходов и соответствуетразмерности 1D (рис. 1).

Металлические одноэлектронные транзисторы (один из видов одноэлектронныхтранзисторов) могут отличаться методом изготовленияи некоторыми другими признаками, которые будут описаны далее.Так, в работе [16] были предложены структуры одноэлектронных транзисторов на основе Al/AlOx /Al-hтуннельных переходовi, изготовленных методом ЭЛЛ инапыления. Причем конфигурация затвора у этих приборов различная: один из них имеет встречно-гребенчатуюконфигурацию конденсатора затвора, другой — с параллельными плоскостями затвора и островка. Рабочаятемпература таких структур около 0.1 K. Другой известный метод изготовления транзисторов на основетуннельных переходов Al/AlOx /Al — метод линейногосамосовмещения [30]. Основная идея метода заключается в следующем: туннельные переходы формируютсяпо краям базового электрода (островка), ограничиваяодин из размеров переходов его толщиной.

Формируяочень узкую полоску базового электрода распылением ивзрывной литографией, второй из размеров туннельныхРис. 3. Транзистор, изготовленный методом ступенчатоготорцевого среза.переходов получают также малым. Исток и сток формируются при вторичном осаждении металлического слоя.Рабочая температура прибора — до 1 K.Известны металлические одноэлектронные транзисторы на основе других материалов.

На рис. 2 представлен транзистор на основе туннельных переходовTi/TiOx /Ti. Он получен методом окисления с использованием СТМ [18]. После нанесения пленки металла (Ti)ее поверхность окисляется анодированием с использованием острия СТМ в качестве катода. Такой транзисторможет работать при комнатной температуре.

Структурана рис. 3 — транзистор на основе туннельных переходов Cr/Cr2 O3 /Cr, изготовленный методом ступенчатоготорцевого среза [31]. Основная идея метода: пленкапроводника толщиной d1 напыляется на предварительноизготовленную ступеньку диэлектрического материалатолщиной d2. При d1 < d2 электроды не имеют контакта на торцах ступеньки, а ток через структуру течетза счет туннелирования. Рабочая температура прибора —около 15 K. Все описанные выше транзисторные структуры можно также отнести к разновидности пленочныхструктур.Физика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып.

11Классификация приборных структур одноэлектроникиРис. 4. Микроперемычка на основе гранулированной пленкиNbN.К классу цепочек туннельных переходов, кроме транзисторов, относятся многоостровковые цепочки. Однойиз разновидностей таких структур являются приборына основе гранулированных пленок. Примером можетслужить структура на основе гранулированной пленкиAu/Al2 O3 [19], полученной совместным распылением Auи Al2 O3 на Au-подложку. Над этой пленкой располагалась игла СТМ. Для такой структуры были измереныэлектрические характеристики, которые хорошо согласовывались с теоретически рассчитанными характеристиками для цепочки туннельных переходов.

Эффект одноэлектронного туннелирования в структуре в большойстепени зависит от содержания Au в пленке и положенияиглы СТМ. Рабочая температура структуры — до 77 K.Другой пример прибора, относящегося к разновидности гранулированных структур, — микроперемычка наоснове гранулированной пленки NbN (рис. 4). Размеры пленки выбираются меньше эффективного размеразарядового солитона, что приводит к квазинульмерности свойств электронной проводимости структуры. Прибор изготовлен ”методом, зависящим от края” (edge–defined process) [14]. Управление током через структуруосуществляется посредством затвора, расположенногонад островками. Рабочая температура микроперемычкиоколо 4.2 K. В отличие от ранее приведенных структурданный прибор относится к классу матриц туннельныхпереходов.

Его принципиальная структурная схема имеетразмерность 2D (рис. 1).Другая разновидность металлических одноэлектронных структур — приборы на основе цепочек коллоидныхчастиц золота с молекулярными связями [20]. Эти частицы Au являются островками, а органические молекулы,их связывающие, — туннельными барьерами. ЧастицыAu осаждаются с использованием аминосиланового адгезионного средства на подложку с предварительно изготовленными металлическими (Au) электродами истока,стока и затвора.

В результате соответствующей обработки образуются органические молекулы, связывающиеосаждаемые коллоидные частицы и электроды истока истока. Электронный транспорт в такой структуре осуФизика и техника полупроводников, 1999, том 33, вып. 111391ществляется за счет туннелирования электронов черезцепочку коллоидных частиц. Таким образом, данныйприбор представляет собой многоостровковую цепочку иможет быть описан принципиальной структурной схемойразмерности 1D (рис. 1). Рабочая температура прибораоколо 4.2 K, хотя при 77 K нелинейность вольт-ампернойхарактеристики (ВАХ) сохраняется.Интересный способ изготовления металлических одноэлектронных структур был предложен в работе [40].На подложку со слоем Sb на поверхности осаждаласьпленка Ag. Из-за отсутствия смачивания этой пленкина поверхности подложки образовывались малые каплиAg (островки).

С использованием СТМ, игла которого размещалась над одним из таких островков, былаполучена структура: hигла СТМi–островок–подложка.Данная структура является двойным туннельным переходом (частный случай многоостровковой цепочки).ВАХ структуры чувствительна к горизонтальной позиции иглы СТМ. Эффект одноэлектронного туннелирования в структуре наблюдался при комнатной температуре.3.2.Полупроводниковые структурыРассмотрим ряд разновидностей полупроводниковыхструктур по методу их изготовления.Кремниевый одноэлектронный транзистор (представитель класса цепочек туннельных переходов) — этоприбор, исследованию которого уделяется в настоящее время большое внимание.

Поэтому остановимсяна описании разновидностей этой структуры. На рис. 5представлен кремниевый одноэлектронный транзистор,сформированный в инверсионном слое МОП полевоготранзистора с двойным затвором [8]. Нижний и верхнийзатворы получены методом ЭЛЛ и сухого химическогоРис. 5. Одноэлектронный транзистор, сформированный винверсионном слое МОП полевого транзистора с двойнымзатвором.1392Рис. 6. Квантово-точечный транзистор с поликремниевымзатвором.травления.

Нижний затвор (положительно смещенный)формирует инверсионный канал, верхний затвор (отрицательно смещенный) — потенциальные барьеры. Рабочая температура прибора около 4.2 K.К другой разновидности относится квантово-точечныйтранзистор (рис. 6) [9]. Он изготовлен на основеструктуры кремний-на-изоляторе с использованием ЭЛЛи реактивного ионного травления. Канал с островкомсформированы в верхнем кремниевом слое подложки.В отличие от предыдущего прибора данный транзисторимеет только один поликремниевый затвор, расположенный над каналом. В режиме туннелирования в структуренаблюдаются осцилляции тока в зависимости от напряжения на затворе по причине двух эффектов: квантовогоограничения и одноэлектронного туннелирования.

Причем были изготовлены квантово-точечные транзисторы сканалом n- и p-типа проводимости. Рабочая температураn-канального транзистора — до 100 K, p-канального —до 81 K [41]. Реализация таких структур открывает новыевозможности для создания и использования комплиментарных пар квантово-точечных транзисторов. К этой жеразновидности по методу изготовления относятся другие приборы, например одноэлектронная память [27,42].Структура этого прибора подобна структуре квантовоточечного транзистора (рис. 6), поэтому также относится к классу цепочек туннельных переходов.

Ее отличиеот транзистора состоит в том, что в качестве островкавыступает квантово-точечный плавающий поликремниевый затвор. Хранение электрона на плавающем затвореприводит к экранированию канала от потенциала науправляющем затворе и сдвигу порогового напряжения.Известны различные методы получения плавающего затвора: осаждение и второй этап ЭЛЛ и реактивного ионного травления [27], метод самосовмещения [42]. ЭтотИ.И. Абрамов, Е.Г. Новикприбор может работать при комнатной температуре.Другой пример такой же разновидности — многоостровковая цепочка на основе квантового провода с двойнымбоковым затвором [34]. Туннельные переходы формируются в результате образования обедненных областей вквантовом проводе при подаче напряжений на боковыезатворы. Рабочая температура прибора около 2 K, хотянелинейность в ВАХ наблюдается до 46 K.Как одну из разновидностей кремниевых приборов пометоду изготовления можно рассматривать структурына основе наноразмерных кремниевых кристаллов, используемых в качестве островков [26].

Наноразмерныекристаллы были получены обработкой в СВЧ плазмеи покрыты слоем оксида. После этого они были осаждены на структуру с предварительно изготовленнымиэлектродами. Структура является квазиодномерной цепочкой туннельных переходов, так как ток течет черезпуть с наименьшим сопротивлением. Эффект одноэлектронного туннелирования наблюдается в структуре прикомнатной температуре.Интенсивно разрабатываются и одноэлектронные полупроводниковые структуры на основе GaAs. В такихструктурах осуществляется ограничение ДЭГ в островкиразличными методами. По способу такого ограниченияможно выделить ряд разновидностей структур. Рассмотрим их на примере конкретных приборов.На рис. 7 показан прибор, который представляет собойдвойной туннельный переход на основе гетероструктурыGaAs/AlGaAs [21]. В этом приборе ограничение ДЭГв островки осуществляется посредством прикладываниянапряжения к металлическим расщепленным затворамШоттки, расположенным на поверхности структуры.ДЭГ формируется на границе раздела слоев GaAs иAlGaAs, его плотность контролируется напряжением,приложенным к проводящей подложке.