第19卷第3期
Vol. 19-No. 3广西右江民族师专学报J OU RNAL OF YOUJ IAN G TEACH ERS COLL EGE FOR NA TIONAL ITIES GUAN GXI 2006年6月J un. 2006
单电子盒的库伦阻塞效应
崔业梅
(江苏无锡商业职业技术学院 电子工程系, 江苏无锡 214153)
摘 要: 文章论述了单电子盒中的库伦阻塞对电子输运性质的影响, 主要考虑盒中静电荷与外
部电压的关系以及晶体管能量对外部条件变化的响应。
关键词: 纳米电子; 库伦阻塞; 单电子盒; 单电子晶体管
分类号: O46 文献标识码: A 文章编号-(02
1 前 言
, 其基本放大器结构就是具有门电极的量子点双隧穿结的单电子盒。, 将会对纳米技术的进步起到不可忽略的作用。
2 库伦阻塞效应在单电子盒中的应用
2. 1 库伦阻塞效应
利用库伦阻塞效应可以控制单个电子的行为, 做成各种单电子器件。在这样的系统中, 隧道电阻R T 要大
2Ω, 金属岛中单个电子的电荷能量E C =远大于在低温时能量波动所需的能量于量子电阻R K =2≈25. 8K 2C e 2K B T 。所以, 库伦阻塞必须满足两个条件:(1) µK B T ; (2) R T µR K 。2C
2. 2 单电子盒
假如节点的通道电阻满足R T µR K , 电荷效应将明显地出现在复合电路中, 甚至在一个低阻抗环境中, 结果是促使节点间的“岛”电荷量子化。
显示一个“岛”电荷量子化的最简单系统称为单电子盒SEB 。这个“岛”介
于带有电容C 的超小隧道节和一个相当小的门电容C G 之间, 并且这个“岛”由
一个门电压U 控制(如图1所示)
整个电路内能的减少量
△E =
其中Q C =
岛上。(Q -Q C ) C , 是隧道结的决定性电荷。只要Q >Q C , 电子就能隧穿到C +C G 2图1 单电子盒
收稿日期: 2006-01-12
作者简介: 崔业梅(1983～) , 女, 汉族, 江苏盐城人, 江苏无锡商业职业技术学院电子工程系教师。
31
《广西右江民族师专学报》2006年第3期
隧穿率
Γ=e R T 1-exp -△E/K B T 2
在T =0时“库伦岛”, 上电子增加一个时, 即电子数由n 增加到(n +1) , 此时Γ必须大于0, 即△E >0。
所以
C G U >e (n +) 2
同理“, 库伦岛”上减少一个电子时, 即电子数由n 变为(n -1) 。反过来考虑, 假设电子数为(n -1) 时为初态, 即电子数由(n -1) 变为n 。
此时
) C G U >e (n -2
现在把刚才的假设反过来, 当电子数由n 变为(n -1) 时C G U ) C G U
(
这个条件时, 。通过改变门电压的大小, 可以改变“岛”上电子的个数n , 电, 因此, 单电子盒是仅仅允许单电荷操作的简单设备。
2. 3 单电子晶体管
另一种基本装备也仅有一个“库伦岛”, 且有被输运电压控制的双结点。通常情况下, 门电容、门电压是成对出现在“库伦岛”中的, 这就是单电子晶体管SET (如图2所示) 。
在T =0时, 门电压满足:
) e (n -
e (n -)
这个条件时,SET 晶体管中的个电子将保持稳定状态。
目前, 运用多个SE B 或SET , 可以组成复杂的复合电路, 如单电子回
转栅和单电子泵。单电子回转栅主要研究的问题是偏压V 与交流U 的
关系和结构严格周期, 而单电子泵主要研究的问题是相位关系控制电流
输运和隧穿速率。图2 单电子晶体管
3 结 论
本文研究属于量子线范畴的单电子器件中的基础装备———单电子盒, 讨论了因量子效应引起的库伦阻塞效应及库伦阻塞发生前后“库伦岛”中静电能量对外部条件变化的响应及静电荷与外部电压的关系。
【责任编辑:邓崇亮】
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单电子盒的库伦阻塞效应
崔业梅
(江苏无锡商业职业技术学院 电子工程系, 江苏无锡 214153)
摘 要: 文章论述了单电子盒中的库伦阻塞对电子输运性质的影响, 主要考虑盒中静电荷与外
部电压的关系以及晶体管能量对外部条件变化的响应。
关键词: 纳米电子; 库伦阻塞; 单电子盒; 单电子晶体管
分类号: O46 文献标识码: A 文章编号-(02
1 前 言
, 其基本放大器结构就是具有门电极的量子点双隧穿结的单电子盒。, 将会对纳米技术的进步起到不可忽略的作用。
2 库伦阻塞效应在单电子盒中的应用
2. 1 库伦阻塞效应
利用库伦阻塞效应可以控制单个电子的行为, 做成各种单电子器件。在这样的系统中, 隧道电阻R T 要大
2Ω, 金属岛中单个电子的电荷能量E C =远大于在低温时能量波动所需的能量于量子电阻R K =2≈25. 8K 2C e 2K B T 。所以, 库伦阻塞必须满足两个条件:(1) µK B T ; (2) R T µR K 。2C
2. 2 单电子盒
假如节点的通道电阻满足R T µR K , 电荷效应将明显地出现在复合电路中, 甚至在一个低阻抗环境中, 结果是促使节点间的“岛”电荷量子化。
显示一个“岛”电荷量子化的最简单系统称为单电子盒SEB 。这个“岛”介
于带有电容C 的超小隧道节和一个相当小的门电容C G 之间, 并且这个“岛”由
一个门电压U 控制(如图1所示)
整个电路内能的减少量
△E =
其中Q C =
岛上。(Q -Q C ) C , 是隧道结的决定性电荷。只要Q >Q C , 电子就能隧穿到C +C G 2图1 单电子盒
收稿日期: 2006-01-12
作者简介: 崔业梅(1983～) , 女, 汉族, 江苏盐城人, 江苏无锡商业职业技术学院电子工程系教师。
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《广西右江民族师专学报》2006年第3期
隧穿率
Γ=e R T 1-exp -△E/K B T 2
在T =0时“库伦岛”, 上电子增加一个时, 即电子数由n 增加到(n +1) , 此时Γ必须大于0, 即△E >0。
所以
C G U >e (n +) 2
同理“, 库伦岛”上减少一个电子时, 即电子数由n 变为(n -1) 。反过来考虑, 假设电子数为(n -1) 时为初态, 即电子数由(n -1) 变为n 。
此时
) C G U >e (n -2
现在把刚才的假设反过来, 当电子数由n 变为(n -1) 时C G U ) C G U
(
这个条件时, 。通过改变门电压的大小, 可以改变“岛”上电子的个数n , 电, 因此, 单电子盒是仅仅允许单电荷操作的简单设备。
2. 3 单电子晶体管
另一种基本装备也仅有一个“库伦岛”, 且有被输运电压控制的双结点。通常情况下, 门电容、门电压是成对出现在“库伦岛”中的, 这就是单电子晶体管SET (如图2所示) 。
在T =0时, 门电压满足:
) e (n -
e (n -)
这个条件时,SET 晶体管中的个电子将保持稳定状态。
目前, 运用多个SE B 或SET , 可以组成复杂的复合电路, 如单电子回
转栅和单电子泵。单电子回转栅主要研究的问题是偏压V 与交流U 的
关系和结构严格周期, 而单电子泵主要研究的问题是相位关系控制电流
输运和隧穿速率。图2 单电子晶体管
3 结 论
本文研究属于量子线范畴的单电子器件中的基础装备———单电子盒, 讨论了因量子效应引起的库伦阻塞效应及库伦阻塞发生前后“库伦岛”中静电能量对外部条件变化的响应及静电荷与外部电压的关系。
【责任编辑:邓崇亮】
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