Особенности электронного транспорта в неоднородных одноэлектронных структурах (1104161), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Острова, на которых располагаются избыточные электроны в таких конфигурациях,обведены сплошной линией.ловушку (потенциальную яму). Избыточный электрон, захваченный однимиз таких островов, поляризует соседние с ним острова (образует “поляризационное облако“). В результате этого избыточный электрон отталкивает другиесвободные электроны и тем самым меняет форму профиля потенциальнойэнергии, приводя к появлению энергетического барьера в районе неоднородности и, в конечном итоге, подавлению тока через плёнку (см. Рис.
5).При увеличении напряжения, приложенного к образцу (см. эквивалентную схему на вставке к Рис. 4), электроны входят в массив и задерживаютсяв потенциальной яме, образованной левой границей массива и неоднородностью. При значениях параметров неоднородности, характерных для данныхплёнок, один из электронов, как правило, всегда находится внутри неоднородности, а остальные образовывают одну из устойчивых конфигураций, взависимости от напряжения смещения (см. Рис. 6). При достижении напря20жения, соответствующего порогу кулоновской блокады, зарядовые конфигурации становятся неустойчивыми и через систему начинает протекать ток.Рассчитанные методом Монте-Карло ВАХ (описание численных методов иалгоритмов, применённых для моделирования одноэлектронного транспортав наноструктурах методом Монте-Карло приведено в Приложении) качественно согласуются с экспериментально наблюдаемыми, хорошо описываяпереход из блокадного состояния в проводящее.
Однако, учёт влияния однихлишь неоднородностей не позволяет описать гистерезисное поведение исследованных плёнок. Для объяснения наблюдаемых особенностей электронноготранспорта был учтён разогрев электронной подсистемы в островах исследуемой гранулированной структуры, возникающий при протекании тока. Показано, что при превышении порога кулоновской блокады даже относительнокороткое переключение системы в проводящее состояние приводит к быстрому и значительному росту температуры электронного газа в гранулах. Из-заослабленного электрон-фононного взаимодействия при низкой температуре( < 100 − 300 мК), в таком неравновесном состоянии эффективная температура электронного газа оказывается существенно выше температуры кристаллической решётки гранулы, а также температуры термостата.
Вследствие этого, при уменьшении напряжения смещения образец продолжает оставаться впроводящем состоянии при напряжениях ниже порога блокады. При дальнейшем уменьшении напряжения (вызывающем заметное понижение тока, а,следовательно, электронной температуры) происходит обратный переход всостояние кулоновской блокады. Представленные результаты численного моделирования вольт-амперных характеристик, проведённые с учётом эффектаразогрева электронного газа, демонстрируют такое гистерезисное поведениеи хорошо согласуются с экспериментальными результатами (см. Рис. 7).Таким образом, наблюдаемые экспериментально особенности вольт-амперных характеристик неоднородных хромовых гранулированных нанополосок21Рис. 7.
Рассчитанная вольт-амперная характеристика массива размером 10×50 гранул снеоднородностью в центре. а) – не учтён разогрев электронной подсистемы в островах,различные кривые соответствуют температурам 5, 10 и 15 мК, б) – учтён разогрев электронной подсистемы в островах, = 100 мК.могут быть объяснены одновременным влиянием двух факторов – образованием в плёнке локальных зарядовых ловушек (неоднородностей) и разогревом электронного газа при протекании одноэлектронного тока.Результаты, представленные в четвёртой главе, опубликованы в печатных работах [1] и [2].В Заключении представлены основные результаты и выводы диссертационной работы:1. Разработана технология изготовления наноструктур асимметричных одноэлектронных транзисторов стековой топологии со степенью асимметрии ёмкостей и сопротивлений переходов достигающей одного порядкаи более, основанная на использовании трехтеневого метода напылениячерез подвешенную маску.2.
Разработан метод формирования нанополосок в виде гранулированныхплёнок хрома размером 100 нм × 200 нм, 100 нм × 500 нм и 100 нм × 1000 нми толщиной 7-8 нм, с поверхностным сопротивлением от единиц до де22сятков кОм, основанный на использовании дополнительной фазы предраспыления и автоматизированного контроля процесса напыления с обратной связью;3. Экспериментально измерены электрофизические характеристики асимметричных одноэлектронных транзисторов при температурах 25-100 мК.Обнаружен оригинальный режим работы такого транзистора-электрометра, работающего при нулевом смещении и воздействии на него переменного или шумового сигнала. Проведено численное моделированиеданного режима работы транзистора, результаты которого находятся вхорошем согласии с экспериментальными данными;4.
Экспериментально исследованы электрофизические характеристики гранулированных нанополосок в широком диапазоне температур ( =25 мК- 300 К). При низких температурах ( = 25 − 200 мК) обнаруженоявление гистерезисного переключения нанополосок между состояниемкулоновской блокады и проводящим состоянием. Ширина петли гистерезиса составляла доли милливольта, в то время как величина скачкатока при переключении достигала значений от десятков пикоампер додолей наноампера. На основе численного моделирования данный эффект объяснён влиянием локальных неоднородностей в нанополосках ирезким повышением электронной температуры при протекании тока.Список публикаций1.
Krupenin V. A., Zalunin V. O., Zorin A. B. The peculiarities of single-electrontransport in granular Cr films // Microelectron. Eng. 2005. Vol. 81, no. 2-4.P. 217–221.232. Залунин В. О., Крупенин В. А., Васенко С. А., Зорин А. Б. Моделирование одноэлектронных процессов в тонких гранулированных хромовыхплёнках // Письма в ЖЭТФ. 2010. Т. 91, № 8. С.
436–441.3. Krupenin V. A., Presnov D. E., Zalunin V. O. et al. Strongly AsymmetricSET transistor as zero-biased electrometer // Abstracts of Invited Lecturesand Contributed Papers of 12th Int. Symposium - Nanostructures: Physicsand Technology. 2004.4. Krupenin V.
A., Zalunin V. O., Zorin A. B. Experimental study of singleelectron transport in granular Cr films // Abstracts of Invited Lectures andContributed Papers of 12th Int. Symposium - Nanostructures: Physics andTechnology. 2004.5. Krupenin V. A., Zalunin V. O., Zorin A. B. The peculiarities of single-electron transport in chromium granular films // In proceedings of InternationalConference "Nano and Giga Chalenges in Microelectronics 2004". 2004.6. Krupenin V.
A., Zalunin V. O., Vlasenko V. S. et al. Possible realization ofsingle-electron trap based on Cr granular film: experimental characterizationand numerical simulation // Abstracts of Invited Lectures and ContributedPapers of 12th Int. Symposium - Nanostructures: Physics and Technology.2005.7. Krupenin V. A., Presnov D.
E., Zalunin V. O. et al. Single-electron electrometer with strongly asymmetric tunnel junctions. // In The InternationalConference “Micro- and nanoelectronics – 2005". 2005.8. Krupenin V. A., Presnov D. E., Zalunin V. O. et al. Possible implementationof a single-electron trap with a potential barrier formed by 2D Cr granular24film. // In The International Conference “Micro- and nanoelectronics – 2005".2005.9. Krupenin V. A., Zalunin V. O., Vasenko S. A., Zorin A. B. Pecularities ofsingle electron transport in Cr granular films. // Abstracts of Invited Lecturesand Contributed Papers of 15th Int.
Symposium - Nanostructures: Physicsand Technology. 2007.10. Krupenin V. A., Zalunin V. O., Vasenko S. A., Zorin A. B. Numerical simulation of single electron transport in disordered Cr granular films // Abstractsof Invited Lectures and Contributed Papers of 17th Int. Symposium - Nanostructures: Physics and Technology. 2009.11. Krupenin V. A., Presnov D.
E., Zalunin V. O. и др. Strongly asymmetricsingle electron transistor operating as zero-biased electrometer // Письма вЖЭТФ. 2005. Т. 82. С. 77–80.25.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
