納米技術(shù)與納米電子學(xué)資料PPT課件

1、10.1 概述 納米技術(shù) 物理學(xué)原理并不排斥通過(guò)操縱單個(gè)原子來(lái)制造物質(zhì)。這樣做并不違反任何定理，而且原則上是可以實(shí)現(xiàn)的。毫無(wú)疑問(wèn)，當(dāng)我們得以對(duì)細(xì)微尺度的事物加以操縱的話，將大大擴(kuò)充我們可能獲得物性的范圍 。 - Richard P.Feynman,1959 1、納米級(jí)測(cè)量技術(shù) 2、納米材料的制備技術(shù) 3、納米級(jí)加工技術(shù) 4、納米組裝技術(shù)第1頁(yè)/共46頁(yè)10.1 概述 納米材料 在某個(gè)維度上的尺寸處于納米量級(jí)的材料 圖10.1 典型的幾種納米材料 第2頁(yè)/共46頁(yè)10.2 納米材料的基本效應(yīng) 1 表面效應(yīng) 指納米晶粒表面原子數(shù)與總原子數(shù)之比隨粒徑變小而急劇增大后所引起的性質(zhì)上的變化 表面原子數(shù)占

2、全部原子數(shù)的比例和粒徑之間的關(guān)系如圖10.2所示。 100 80 60 40 20 0 比例（%） 表面原子數(shù)相對(duì)總原子數(shù) 0 10 20 30 40 50 第3頁(yè)/共46頁(yè)10.2 納米材料的基本效應(yīng) 2 小尺寸效應(yīng) 指隨著顆粒尺寸減小到與光波波長(zhǎng)(100nm以下)、德布羅意波長(zhǎng)、玻爾半徑(0.1nm)、相干長(zhǎng)度(幾nm以下)、穿透深度(100nm)等物理量相當(dāng)， 甚至更小時(shí)，其內(nèi)部晶體周期性邊界條件將被破壞，導(dǎo)致特征光譜移動(dòng)、磁序改變、超導(dǎo)相破壞、非熱力學(xué)結(jié)構(gòu)相變等，從而引起宏觀電、磁、聲、光、熱等物理性質(zhì)的變化。 磁性 制備永磁微粉 第4頁(yè)/共46頁(yè)10.2 納米材料的基本效應(yīng) 2 小尺

3、寸效應(yīng) 熱力學(xué)性質(zhì) 隨著顆粒尺寸減小而增大 r/2當(dāng)顆粒小于某臨界尺寸時(shí)，將會(huì)在明顯低于塊材的熔點(diǎn)溫度下熔化。圖10.3即為金熔化溫度與顆粒尺寸的關(guān)系。 第5頁(yè)/共46頁(yè)10.2 納米材料的基本效應(yīng) 2 小尺寸效應(yīng) 光學(xué)性質(zhì) 金屬超微顆粒對(duì)光的反射率很低，通?？傻陀?%，對(duì)太陽(yáng)光譜幾乎完全吸收，大約在幾微米的厚度就能完全消光。 考慮置于交變電場(chǎng)小的單個(gè)球狀顆粒，在金屬中電子將是在強(qiáng)耦合的作用下做集體運(yùn)動(dòng)，這就是表面等離子振蕩。 共振頻率p=(Nq2/m*)1/2 可見(jiàn)光或近紫外光頻段 超微粒子中的電子能級(jí)間距隨尺寸減小而增加。通常導(dǎo)致光吸收峰向短波方向位移，稱之為“藍(lán)移”。 第6頁(yè)/共46頁(yè)1

4、0.2 納米材料的基本效應(yīng) 2 小尺寸效應(yīng) 超導(dǎo)電性 當(dāng)顆粒尺寸減小時(shí)，低頻的晶振動(dòng)將受到顆粒尺寸的限制而被截止，從而增加Tc值。 另一方面，隨著顆粒尺寸減小，表面原子分?jǐn)?shù)將顯著增長(zhǎng)，表面原子由于近鄰配位數(shù)的減少而使表面聲子譜頻率降低，軟聲子模特會(huì)導(dǎo)致電子-聲子耦合強(qiáng)度增加，從而增加Tc值。 低溫超導(dǎo)實(shí)驗(yàn)結(jié)束表明，對(duì)于Al、In等材料，隨著顆粒尺寸變小，Tc的確有所增加。 第7頁(yè)/共46頁(yè)10.2 納米材料的基本效應(yīng) 2 小尺寸效應(yīng) 介電性能 微顆粒的Drude公式介電常數(shù) 當(dāng)1時(shí) 等離子共振頻率的線寬與顆粒的直徑成反比，等離子共振頻率將隨顆粒尺寸變小而移向低頻，顆粒的損耗(2)隨尺寸的減小而

5、增大。 dv /2/1/1F0212( )( )/ (/ )pii 23232/2/ppFvd 第8頁(yè)/共46頁(yè)10.2 納米材料的基本效應(yīng) 3 量子尺寸效應(yīng) 納米微粒存在不連續(xù)的最高被占據(jù)的分子軌道能級(jí)和最低未被占據(jù)的分子軌道能級(jí)，使得能隙變寬的現(xiàn)象，被稱為納米材料的量子尺寸效應(yīng)。 根據(jù)Kubo理論 例如，直徑為14nm的銀顆粒，當(dāng)N61023/cm時(shí)，能級(jí)間距，故當(dāng)溫度低于1K時(shí)，有可能出現(xiàn)量子尺寸效應(yīng)。 由于能級(jí)的量子化，納米材料的Eg增大，波長(zhǎng)減小，即其吸收帶發(fā)生藍(lán)移。 處于分離的量子化能級(jí)中的電子波動(dòng)性還如場(chǎng)致發(fā)光、載流子的量子約束和量子輸運(yùn)、導(dǎo)體變成絕緣體等系列反常 4/3FEN第

6、9頁(yè)/共46頁(yè)10.2 納米材料的基本效應(yīng) 4 宏觀量子隧道效應(yīng) 微觀粒子具有貫穿勢(shì)壘的能力稱為隧道效應(yīng)。一些宏觀量，例如微粒的磁化強(qiáng)度、量子相干器件中的磁能量也有隧道效應(yīng)，它們可以穿越宏觀系統(tǒng)的勢(shì)阱而產(chǎn)生變化，稱為宏觀量子隧道效應(yīng)(Macroscopic Quantum Tunneling，MQT)。 實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在低溫時(shí)確實(shí)存在磁的宏觀量子隧道效應(yīng)，但現(xiàn)在的理論尚難以解釋全部實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 它還確立了現(xiàn)存的微電子器件進(jìn)一步微型化的極限。如電路尺寸接近電子波長(zhǎng)時(shí)，電子就通過(guò)隧道效應(yīng)而溢出器件，使器件無(wú)法工作。 第10頁(yè)/共46頁(yè)10.2 納米材料的基本效應(yīng) 5 庫(kù)侖堵塞效應(yīng) 在納米體系中，由于

7、能級(jí)分立和勢(shì)壘的存在，當(dāng)有電流通過(guò)時(shí)，在一定條件下出現(xiàn)電流中斷的現(xiàn)象。 換句話說(shuō)，就是該體系的充電和放電過(guò)程是不連續(xù)的，是量子化的。 此時(shí)，充入一個(gè)電子所需的能量為庫(kù)侖堵塞能，它是電子在進(jìn)入或離開(kāi)體系中時(shí)前一個(gè)電子對(duì)后一個(gè)電子的庫(kù)侖排斥能。 由于庫(kù)侖堵塞效應(yīng)的存在，電流隨電壓的上升不再是直線關(guān)系，而是在I-V曲線上呈現(xiàn)鋸齒形狀的臺(tái)階。 單電子器件第11頁(yè)/共46頁(yè)10.2 納米材料的基本效應(yīng) 6 介電限域效應(yīng) 介電限域現(xiàn)象指的是納米微粒分散在異質(zhì)介質(zhì)中由于界面引起的體系介電增強(qiáng)的現(xiàn)象。當(dāng)介質(zhì)的折射率與微粒的折射率相差很大時(shí)，產(chǎn)生了折射率邊界，這就導(dǎo)致微粒表面和內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)比入射場(chǎng)強(qiáng)明顯增加，這種

8、局域場(chǎng)的增強(qiáng)稱為介電限域。 E(r)為納米微粒的吸收帶隙：第一項(xiàng)Eg(r=)為相體的帶隙，r為粒子半徑；第二項(xiàng)為量子限域能（藍(lán)移），第三項(xiàng)表明，介電限域效應(yīng)導(dǎo)致介電常數(shù)增加，同樣引起紅移；第四項(xiàng)為有效里德伯能。RygErerhrErE248. 0/786. 12/)()(2222第12頁(yè)/共46頁(yè)10.3 納米材料的制備和加工技術(shù)圖10.7 納米結(jié)構(gòu)制備的兩種思路 第13頁(yè)/共46頁(yè)10.3 納米材料的制備和加工技術(shù) 1 分子束外延(MBE) 目前，采用外延生長(zhǎng)最常見(jiàn)的納米集成電路用硅基半導(dǎo)體材料有絕緣體上硅(SOI)材料和鍺硅(SiGe)異質(zhì)材料。第14頁(yè)/共46頁(yè)10.3 納米材料的制備和

9、加工技術(shù) 2 化學(xué)氣相淀積(CVD) 除上述兩種方法以外，金屬有機(jī)化學(xué)汽相沉積（MOCVD）、原子層外延（AEE）、化學(xué)束外延（BE）等外延技術(shù)也能夠滿足設(shè)計(jì)精度要求，如外延層組分、厚度、摻雜濃度和電學(xué)均勻性等，故可用于生長(zhǎng)高質(zhì)量的超晶格量子阱材料。 第15頁(yè)/共46頁(yè)10.3 納米材料的制備和加工技術(shù) 3 自組裝合成技術(shù) 自組裝是依賴分子間非共價(jià)鍵力自發(fā)結(jié)合成穩(wěn)定的聚集體的過(guò)程。 自從上世紀(jì)80年代提出分子器件的概念至今，人們已從 LB技術(shù)發(fā)展到了分子自組裝技術(shù)，從雙液態(tài)隔膜（BLM）技術(shù)發(fā)展到了SBLM技術(shù)，已在分子組裝有序分子薄膜、加工具有特定功能的分子聚集體方面取得了豐碩的成果。 近年

10、來(lái)，分子自組裝技術(shù)還被用來(lái)合成具有特定電子特性的納米結(jié)構(gòu)材料。這些采用分子自組裝合成的納米結(jié)構(gòu)主要包括納米棒、納米管、多層膜和介孔材料。第16頁(yè)/共46頁(yè)10.3 納米材料的制備和加工技術(shù) 4 SPM加工技術(shù) 利用SPM探針直接在樣品表面刻劃形成納米圖案或撥動(dòng)顆粒至指定地方，構(gòu)造特定的納米電子器件/結(jié)構(gòu)。 第17頁(yè)/共46頁(yè)10.3 納米材料的制備和加工技術(shù) 5 光刻技術(shù) 通過(guò)掩模、曝光等工藝將設(shè)計(jì)的器件圖形結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到半導(dǎo)體基片上的IC加工技術(shù)即稱為光刻 一般分為光學(xué)光刻、電子束光刻與離子束光刻技三種 隨著光刻線寬的不斷減小，光刻技術(shù)已在納米CMOS器件、納米集成電路等加工領(lǐng)域表現(xiàn)出了很好的應(yīng)

11、用前景。 除上述的方法外，還有所謂“自下而上”的制備技術(shù)來(lái)生長(zhǎng)納米半導(dǎo)體材料，主要有：在圖形化襯底和不同取向晶面上選擇外延生長(zhǎng)技術(shù)。如利用不同晶面生長(zhǎng)速度不同的V型槽生長(zhǎng)技術(shù)，解理面再生長(zhǎng)技術(shù)。高指數(shù)面生長(zhǎng)技術(shù)；在納米碳管中，通過(guò)物理或化學(xué)方法制備量子點(diǎn)（線）技術(shù)等。第18頁(yè)/共46頁(yè)10.4 納米電子學(xué) 隨著集成電路集成度的不斷提高，特征尺寸的不斷下降，微電子遇到了越來(lái)越多的瓶頸。比如短溝道效應(yīng)，熱載流子效應(yīng)，源漏寄生串聯(lián)電阻等問(wèn)題。同時(shí)，MOS晶體管的柵氧化層厚度和溝道長(zhǎng)度一起按比例縮小，除了工藝技術(shù)的限制，還存在氧化層的擊穿和可靠性、薄氧化層的隧穿電流對(duì)器件和電路性能的影響、多晶硅柵的耗

12、盡和反型層電容引起的器件性能退化等問(wèn)題。特別是器件尺寸不斷下降后，必須考慮量子效應(yīng)的影響。這就不得不將我們從微電子領(lǐng)域帶入納米電子領(lǐng)域。 主要新效應(yīng)有：量子相干效應(yīng)，A-B效應(yīng)，即彈性散射不破壞電子相干性，量子霍爾效應(yīng)，普適電導(dǎo)漲落特性，庫(kù)侖阻塞效應(yīng)，海森堡不確定效應(yīng)等。 第19頁(yè)/共46頁(yè)10.4 納米電子學(xué) 1 量子電導(dǎo) *2/mne2/Fnk*/Fm l k h2(/ ) 2Fehk l即滿足量子條件的電導(dǎo)率是(e2/h)因子的函數(shù)，在單電子輸運(yùn)情況中，此因子為量子化的臺(tái)階值。 對(duì)于一維體系，考慮電子的自洽屏蔽作用，則電導(dǎo)率與躍遷幾率之間關(guān)系為 2(/ )/(1)ehCTT第20頁(yè)/共4

13、6頁(yè)10.4 納米電子學(xué) 2 電子的彈道輸運(yùn) 當(dāng)電子的彈性散射的平均自由程和體系的尺度相當(dāng)時(shí)，雜質(zhì)散射一般可以忽略，電子以彈道輸運(yùn)為主。 2/Teh對(duì)于納米電子器件來(lái)說(shuō)，在二維的方向上，其寬度與電子波長(zhǎng)可比擬，使得單個(gè)二維亞能帶進(jìn)一步分裂為一系列的一維子能帶，從而電子被限制在一維方向運(yùn)動(dòng)。這類器件就稱為電子波導(dǎo)，器件中電荷輸運(yùn)屬于一維彈道。目前，對(duì)碳納米管這種準(zhǔn)一維體系的彈道輸運(yùn)特性已有研究。 第21頁(yè)/共46頁(yè)10.4 納米電子學(xué) 3 量子相干效應(yīng) 當(dāng)系統(tǒng)的物理尺度小于相干長(zhǎng)度時(shí)，電子輸運(yùn)過(guò)程可能經(jīng)歷很多次彈性散射，其量子相干特性顯著，主要有A-B效應(yīng)、AAS效應(yīng)、普適電導(dǎo)漲落等。 圖10.

14、12示出了金屬圓環(huán)中存在散射時(shí)電子被量子相干效應(yīng)的三種典型路徑。其中路徑a（實(shí)線）對(duì)應(yīng)AAS效應(yīng)，路徑b（實(shí)箭頭短劃線）對(duì)應(yīng)A-B效應(yīng)，路徑c、c(空箭頭點(diǎn)劃線)之間的相干對(duì)應(yīng)普適電導(dǎo)漲落。 第22頁(yè)/共46頁(yè)10.4 納米電子學(xué) 3 量子相干效應(yīng) A-B效應(yīng) 電子在磁場(chǎng)中沿路徑L運(yùn)動(dòng)時(shí)獲得附加相位( / )LeA dL當(dāng)電子圍繞一個(gè)磁通的路徑a運(yùn)動(dòng)（即圖10.12路徑b，加、減號(hào)角標(biāo)分別代表環(huán)繞磁通的方向?yàn)轫槙r(shí)針和逆時(shí)針），獲得相位附加為 ( / )2( / )aeeA dLe 如果一束相干電子被分開(kāi)為兩束，包圍一定磁通，再重新組合成一束時(shí)，無(wú)論在路徑上有無(wú)磁場(chǎng)存在，其疊加后將出現(xiàn)振幅隨磁通

15、量變化的振蕩，振蕩周期為磁通量子0=h/e(即/0為整數(shù))。Aharonov和Bohm的研究結(jié)果后來(lái)被實(shí)驗(yàn)所證實(shí)，稱為A-B效應(yīng)。 第23頁(yè)/共46頁(yè)10.4 納米電子學(xué) 3 量子相干效應(yīng) AAS效應(yīng) 在觀測(cè)A-B效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，人們發(fā)現(xiàn)其傅里葉譜上除h/e峰外，還有h/2e峰。這個(gè)以h/2e峰所表明的特征，稱為AAS效應(yīng)。這種周期振蕩與相干背散射有關(guān)。其物理圖像是這樣的，當(dāng)電子波被初始散射體散射后，兩個(gè)分波分別沿順時(shí)針和逆時(shí)針路徑傳播，也就是沿著互為反演的路徑傳播，見(jiàn)圖10.12中的路徑a。盡管每次散射，振幅可能有所削弱，但對(duì)于散射體n，彈性散射過(guò)程“n”和逆過(guò)程“n”的振幅和相位的變化應(yīng)該是

16、相同的。結(jié)果，兩個(gè)分波在回到初始散射體時(shí)振幅和相位相同，因而發(fā)生相位干涉。這是電子波局域化傾向的表現(xiàn)，導(dǎo)致了樣品電導(dǎo)的降低。當(dāng)磁通由環(huán)形路徑包圍時(shí)，沿順時(shí)針?lè)较蚵窂?，磁矢?shì)的相位改變?yōu)?，而逆時(shí)針?lè)较蛳辔桓淖優(yōu)?。兩個(gè)波在初始點(diǎn)相遇時(shí)的相位差為2于是所產(chǎn)生干涉的相應(yīng)周期為h/2e，而不是h/e。 第24頁(yè)/共46頁(yè)10.4 納米電子學(xué) 3 量子相干效應(yīng) 普適電導(dǎo)漲落 由于費(fèi)米能的變化，載流子可能經(jīng)過(guò)不同的路徑繞道雜質(zhì)。在這些路徑上費(fèi)米能略有差異。 stone證明這種量子漲落是介觀系統(tǒng)中相當(dāng)普通的現(xiàn)象。而且這些漲落是與時(shí)間無(wú)關(guān)的。也就是說(shuō)，漲落的產(chǎn)生與費(fèi)米能級(jí)的變化相關(guān)，在時(shí)間上是相當(dāng)穩(wěn)定的。漲落

17、與散射中心在樣品中精確位置分布有關(guān)。所以不同的樣品有不同的漲落。 電導(dǎo)漲落幅值的數(shù)量級(jí)是e2/h，是一個(gè)普適量，與樣品特性無(wú)關(guān)。理論研究還表明，電導(dǎo)漲落的幅值與樣品的形狀及空間維數(shù)只有微弱的依賴關(guān)系。由于電導(dǎo)漲落的幅值具有這一普適特性，故稱為普適電導(dǎo)漲落。 第25頁(yè)/共46頁(yè)10.4 納米電子學(xué) 4 量子霍爾效應(yīng) 2DEG 電子能量的本征值 222201222zznkkEnmm表明：電子在垂直磁場(chǎng)平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)對(duì)應(yīng)一種簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，以0為園頻率，能量是量子化的，這些量子化的能級(jí)稱為朗道能級(jí)。 2(1,2,3,)xye iih朗道能級(jí)可容納電子的面密度 12leBn若2DEG的面密度為ns，定義

18、2/sslnnneB為朗道能級(jí)的填充因子 第26頁(yè)/共46頁(yè)10.4 納米電子學(xué) 4 量子霍爾效應(yīng) 可以得出，2DEG系統(tǒng)的電子密度/snieB h 填充因子v為整數(shù)，表明整數(shù)量子霍爾效應(yīng)是朗道能級(jí)被填滿的情況。出現(xiàn)電導(dǎo)平臺(tái)，即B或ns變化時(shí)，在一定的范圍內(nèi)，電導(dǎo)保持不變。 因此量子霍耳效應(yīng)是與因無(wú)序而存在的局域態(tài)相關(guān)，而與材料無(wú)關(guān)。 又發(fā)現(xiàn)了分?jǐn)?shù)型量子霍爾效應(yīng) ，如1/3，2/3，2/7，5/9，8/3 第27頁(yè)/共46頁(yè)10.5 納米電子器件 納米電子器件主要有兩類：一是固態(tài)納電子器件，主要包括量子點(diǎn)(QD)器件、諧振隧穿器件(RTD)、單電子晶體管(SET)和單電子存儲(chǔ)器(SEM)等；二

19、是分子器件，主要包括量子效應(yīng)分子器件和電機(jī)械分子電子器件。 也可以簡(jiǎn)單劃分為電子波器件和單電子器件。第28頁(yè)/共46頁(yè)10.5 納米電子器件 1 共振隧穿器件 利用量子力學(xué)量子隧道效應(yīng) 包括諧振隧穿二極管（RTD）和諧振隧穿晶體管（RTT） 諧振隧穿二極管（RTD）基于雙勢(shì)壘-量子阱結(jié)構(gòu)的量子力學(xué)性質(zhì) 勢(shì)阱中存在電子的分離的束縛態(tài)能級(jí)Ei。具有Ei能量的電子有較高幾率出現(xiàn)在勢(shì)阱中，以速度 來(lái)回振蕩，振蕩周期為 。 對(duì)雙勢(shì)壘而言，穿透整個(gè)雙勢(shì)壘-量子阱結(jié)構(gòu)的幾率可達(dá)到100%。即可實(shí)現(xiàn)諧振隧穿現(xiàn)象。/vk m 2 /L v第29頁(yè)/共46頁(yè)10.5 納米電子器件第30頁(yè)/共46頁(yè)10.5 納米電

20、子器件 諧振隧穿二極管（RTD）RTD的I-V特性存在有負(fù)阻（如圖10.14(b)所示）。因?yàn)楫?dāng)電壓使得發(fā)生諧振隧穿時(shí)，通過(guò)的電流很大，而逃離諧振時(shí)電流即變得很小，從而產(chǎn)生負(fù)阻；谷值電流主要來(lái)自過(guò)剩電路（包括經(jīng)由勢(shì)壘材料高能的隧穿過(guò)程和聲子、雜質(zhì)協(xié)助的隧穿過(guò)程所形成的電流）；在電壓高于谷值電壓時(shí)，電流時(shí)熱離子電流（由越過(guò)勢(shì)壘的熱電子和經(jīng)過(guò)量子阱較高分離能級(jí)注入的電子所形成，類似隧道而激光中的熱擴(kuò)散電流）。此外，TRD的I-V特性還存在有過(guò)個(gè)峰值和多個(gè)谷值的現(xiàn)象，這正好是對(duì)應(yīng)于勢(shì)阱中不同能級(jí)的諧振情況。第31頁(yè)/共46頁(yè)10.5 納米電子器件 諧振隧穿二極管（RTD）RTD的工作頻率高達(dá)712G

21、Hz （0.3W ）； IMPATT二極管400GHz（0.2W ） ；耿氏二極管193GHz（34mW）易于與其他器件進(jìn)行集成 表10.1 用不同器件技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)字邏輯功能時(shí)，所需的有源器件的數(shù)目 第32頁(yè)/共46頁(yè)10.5 納米電子器件 諧振隧穿晶體管（RTT） 包含一個(gè)RTD和一個(gè)晶體管 考慮將RTD結(jié)構(gòu)引入到BJT晶體管的發(fā)射極，并將該BJT晶體管連接成共發(fā)射極電路 第33頁(yè)/共46頁(yè)10.5 納米電子器件 共集電極連接的單極RTT的工作原理 第34頁(yè)/共46頁(yè)10.5 納米電子器件 諧振隧穿晶體管（RTT） 諧振隧穿器件都是電壓控制器件。通過(guò)改變柵極電壓來(lái)把量子阱相對(duì)于源的能級(jí)進(jìn)行調(diào)整

22、，使得實(shí)現(xiàn)電流開(kāi)關(guān)或放大。因此，用小的柵極電壓可以控制流過(guò)器件的大電流。 諧振隧穿器件可用作為開(kāi)關(guān)或（和）放大器。這種納米尺寸的量子效應(yīng)器件，在開(kāi)關(guān)性能上比MOSFET更為優(yōu)越。 諧振隧穿器件可實(shí)現(xiàn)多態(tài)邏輯功能。減少器件數(shù)目，降低熱耗散。 第35頁(yè)/共46頁(yè)10.5 納米電子器件 2 單電子器件 單電子晶體管主要基于納米隧道結(jié)的庫(kù)侖阻塞效應(yīng)來(lái)工作。它是一個(gè)柵控串連雙隧穿結(jié)三端開(kāi)關(guān)器件，電子將一個(gè)接一個(gè)地從源端轉(zhuǎn)移到漏端。SET的結(jié)構(gòu)與MOSFET的結(jié)構(gòu)幾乎相同，它采用隧穿結(jié)代替MOSFET 的pn結(jié)，采用島代替M0SFET的溝道區(qū)域。 SET工作必須滿足的基本條件，也是要實(shí)現(xiàn)庫(kù)侖堵塞需要滿足的基本條件，主要有：（1）源-漏之間的電阻量子電阻h/q226k；（2）量子島的電容要足夠?。ㄊ沟胵2/2CkT）。第36頁(yè)/共46頁(yè)10.5 納米電子器件圖10.18 SET的基本結(jié)構(gòu) 這種結(jié)構(gòu)可以看成是由兩個(gè)隧道結(jié)夾有一個(gè)量子島而構(gòu)成的 圖10.19 SET的庫(kù)侖阻塞電子的隧穿過(guò)程是：若開(kāi)始量子島中N=0，則隨著電壓的上升，首先結(jié)2脫離阻塞而隧穿，然后結(jié)1脫離而隧穿，產(chǎn)生隧穿電流。因此量子島的狀態(tài)變化是N=0(-1)0(-1) 第37頁(yè)/共46頁(yè)10.5 納米電子器件圖10.20 SET的庫(kù)侖臺(tái)階 臺(tái)階的寬度(庫(kù)侖間隙對(duì)電荷Qp