Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 104
Текст из файла (страница 104)
1)вменяя напряжение на затворе, можно моделировать ток через область "исток- -сток". ссгги создать несколько областей с взаимной емкостной связью, то возможно перемеще"ие через этн области дискретных электронов. В этом случае можно реализовать логические функции. Одной из перспективных конструкпий является 7-обрщзная транзисторная структура !Рис.
15.18). Транзисторы изготавливаются на кремниевой подложке по технолопги изоляции имплант'грованным кислородом (5!МОХ, Верагаг)оп Ьу )Ь)р)алга!)огз ог" ОХуйеп). Такая технология позво. яе полу !ь тонкий лей кремния, г!зо ированный от крелзнггсвой одгожкгг. помощью процесса электронно-лучевой литографии возможно получение 7зобразного с"елинення из слоя кремния толщиной 50 нм, шириной плеча 40 -50 нм и длиной плеча 50 0 — 80 нм. Кремниевые области проводимости сделаны зак, что сужения кремниевых "Роводннков образуют туннельные барьеры. Часть )б Микроалектроника 494 б) а) Рис. 16.18. Структура кремниевого т-образнсгс транзистора (а) и схема расположения кремниевых областей проводимости (б) Такое конструктивное решение стало возможным благодаря использованию эффекта самопроизвольного формирования сужения кремниевого проводника в процессе окисления, Этот эффект основан на двух противоположных механизмах окисления: снижение степени окисления в связи с ростом внутренних напряжений и рост степени окисления вблизи края проводника.
)ьобразная конструкция позволяет снизить степень окисления в плечах из-за наличия внутренних напряжений. Одновременно можно увеличить степень окисления в точке соединения областей, где из-за относительно большой плошади снижается внутреннее напряжение. Тонкие поликремниевые затворы над каждым плечом 7зобразного соединения были сформированы с помощью электронно-лучевой литографии и процесса их легирования фосфором. Точность перекрытия в 20 нм позволяет использовать их для управления электростатическим потенциалом областей проводимости каждого плеча. После изготовления тонких затворов был сформирован промежуточный изолирующий слой оксида кремния и верхний поликремниевый затвор.
И наконец, используя верхний затвор как маску, формировались выводы истока и стока путем имплантации ионов фосфора. Фотография общего вида Т-образного транзистора, сделанная с помощью злекгрог" ного микроскопа, приведена на рис.(5.(9. Сложную транзисторную структуру можно разложить на отдельные части и для удобства расчета составить ряд эквивалентных схем.
Рис. 16.16. Фсго общего вида т-образной транзисторной сгяуктурьг 15, От микро- к наноелектронике а) б! Рис. 15.20. Структурная схема (а) и эквивалентная схема устройства дпя двух областей проводимости (б) Устройство состоит из двух одноэлектронных транзисторов, связанных между собой через туннельный конденсатор. Область в плече Т, не имеет над собой затвора, и ее электростатический потенциал управляется верхним затвором )тз (рис.
15.20). Потенциал кремниевой области в плече Т, управляется верхним и нижним затворами )тз и Ер Это возможно из-за неполной экранировки области проволимости каждой из областей. Верхний электрод играет роль общего затвора, управляющего всеми кремниевыми областями проводимости. Управление напряжением нижнего затвора позволяет получать различные конфигурации транзисторных структур.
Если включен канал н то получаются два параллельно включенных одноэлектродных транзистора (рис. 15.21, и). Если считывать напряжение в плече Тз, то формируется аналог инвертора )кМОП-типа (рис. 15.21, б). Если канал (, выключен, та формируется схема из двух последовательно включенных транзисторов, работающих в одноэлектронном устройстве передачи.
Эта схема также называется однозлектронньт насосои (рис. 15.21, е). а) б) е) Рис. 15.21. Формирование различных структур при включенном (а, б) и выключенном канале )я (в) Устройство может быть использовано для коммутации тока лкежду двумя кремниевыми областями. Еслц подать напряжение 1; = 1О мВ, а ); = 1' = О, то вольтамперная характеристика будет иметь вид, представленный на рис. 15.22. Часть П. Микроэлектроника Рис. 1$.22. ВАХ однозпектронного насоса 1Т= 30 К1 Ча ВАХ видны колебания, связанные с эффектом кулоновской блокады.
Различные пеэиоды колебаний связаны с размерами областей. Противофазность колебаний позволяет эсуществить коммутацию така между плечами узобразного соединения. Отметим, что зереключение токов с соотношением 1; 20 реализовано в области 200х300 нм . 1а основе Т-образных транзисторных структур может быть реализован ряд уникальных :хем.
Одноэлектронный коммутатор или одноэлектронный насос представлен на' зис. 15.23, а. Гармонический сигнал управления с частотой у подается на затворы и по:воляет прокачивать одиночные электроны. Ток в цепи 3 определяется величиной 3 = ехб 1а рис. 15.23, б представлен одноэлеьтронный коммутатор, использующий три области гроводимосги, 61 а) Рис. 13.23 схема устройств перемещения одиночных электронов одназпектронный насос 1е1 и коммутатор одноэлектронного перемещения (о) 1 этом устройстве соединены два одноэлектронных насоса. Каждый одиночный элекгр кт он южет перемешаться по одному из двух путей — плат Узобразного соединения, Вы ыбор онкретного пути перемещения определяется входным управляющим сигналом ЛС Так ' акис стронства позволяю~ осуществить построение логических структур с использовани вием !5 Ог микро- к наноалектроннке отдельных электронов.
Эти одноэлектронные структуры могут иметь сверхвысокую сте- пень интеграции и сверхмалое потребление мощности при минимальных габаритах, 15.10. Новые материалы наноэлектроники С 60-х годов прошлого века стала известна третья модификация углерода, структура которого состоит нз одномерных линейнь!х цепочек. В 1960 году бьши найдены стабильньш долгоживущие кластеры С„, где а = 32, 44.
50, 58, 60, 70, 72, 78, 80, 82 и т, п, Наиболее сзабильные из них С,„и С,„назвали гбуллгргналш в честь американского архитектора и изобретателя Ричарла Фуллера, предложившего строительные конструкции в виде полусфер или полусфероид, состоящих из фрагментов много~раиных поверхностей. Аллотропная модификация углерода С„получила название фуллер щп.
Фуллерены, которые образуют соединения и комплексы с простыми элементами, получили название Ф)гтлериды. а) б) в) Рие. зблэ4. Аллотролные модифияации углерода: а — структура графита; б — структура алмаза; в — структура бакминстер фуллереиа (Сгю), г — структура фуллерена Стг В отличие от графита и алмаза, представляющих собой периодическую решетку атомов, фуллерены представляют собой молекулы. Минимальный элемент фуллерена состоит не из атомов, а из молекул. Каркас молекулы С„, например, состоит из 12 правильных пятиугольников (пентагонов) и 20 перавнасторонних шестиугольников (гексагонов).
Впервые фуллерены были обнаружены при анализе продуктов абляции в результате воздействия лазерного излучения на графит. Фуллерены нашли применение в наноэлекгронике в качестве механически прочных резистов с высоким разрешением. Добавление фуллеренов позволяет повысить стойкость резистов к плазменному травлению и уменьшить оптическое поглощение на длине волны !93 нм. Сейчас резисты, содержащие фуллерен, выходят на уровень эффективного коммерческого использования.
В 1991 году японский исследователь Сумио Инджима изучат осадок, образующийся нв катоде при распылении графита в электрической дуге в вакууме или инертном газе. Цепочки осажденных атомов у~лерода завиваются в трубочки диаметром несколько нано- метров, длиной до нескольких микрон. Концы трубок закрыты одно- или многослойнычи полусферическими молекулами, напоминающими по структуре фуллерены. Протяженные структуры, состоящие из свернутых гексагональных сеток с атомами углерода в узлах, получили название нанолгрубок. 11а рис 15 25 представлены нанотрубки, полученные в исследовательском цен~ре компании )4ЕС.
Часть )). Микроэлвкгроника б) а) рис. та,25. Углеродные нанотрубки: общий еид в электронном микроскопе (а! и их структура (б) !анотрубки обладают рядом уникальных свойств. Однослойные нанотрубки могут удли ~иться на !бг% длины. Высокая механическая прочность. в сотню раз превосходящая ~рочность стали, обеспечивает возможность их применения в качестве зондов в сканиугопгем туннельном микроскопе.
1з нанотрубок можно получить сверхпрочную и эластичную ткань. Нанотрубки с открыыми концами проявляют капиллярный эффект и способны втягивать жидкости, а также асплавленный металл. Это позволяет на основе нанатрубок изготавливать сверхпровоящие нити диаметром в несколько нанометров. Высокая проводимость нанотрубок сравима со сверхпроводимостью. лектрические свойства нанотрубок определяются их хиральностью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
