納米技術(shù)及其應(yīng)用第六章

納米技術(shù)及其應(yīng)用第六章第一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日第6章量子阱、量子線、量子點(diǎn)簡(jiǎn)介量子阱、量子線和量子點(diǎn)的概念量子點(diǎn)的制備方法單電子晶體管第二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.1量子阱、量子線和量子點(diǎn)的概念§6.2量子阱中的量子尺寸效應(yīng)§6.3量子點(diǎn)的類型及制備方法

§6.4量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介第三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日第6章§6.1量子阱、量子線和量子點(diǎn)的概念Back第四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.1量子阱、量子線和量子點(diǎn)的概念隨著對(duì)半導(dǎo)體微結(jié)構(gòu)的研究深入，以及半導(dǎo)體超精細(xì)加工（如電子束光刻）技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)可以制成一類新的半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)，即半導(dǎo)體納米級(jí)結(jié)構(gòu)。由于其尺度已經(jīng)小到可以與電子的費(fèi)米波長(zhǎng)或散射長(zhǎng)度相比擬，這類結(jié)構(gòu)中的電子只能處于量子化的態(tài)上。第五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.1量子阱、量子線和量子點(diǎn)的概念量子阱

量子阱——半導(dǎo)體中的二維電子氣：電子一個(gè)方向的自由度被限制，而在其它兩個(gè)維度上可自由或準(zhǔn)自由的運(yùn)動(dòng)。具有這種電子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)稱為量子阱?！锶绾潍@得上述結(jié)構(gòu)呢？具有量子尺寸效應(yīng)的勢(shì)阱稱為量子阱第六頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.1量子阱、量子線和量子點(diǎn)的概念量子阱結(jié)構(gòu)：襯底abABEgE'gabE'gEg采用分子束外延技術(shù)可以制備！量子阱的能級(jí)圖第七頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.1量子阱、量子線和量子點(diǎn)的概念分子束外延技術(shù)的原理MBEGaAs-AlxGa1-xAs原理圖加熱器BeAlAsGaSi噴射爐擋板分子束襯底外延生長(zhǎng)區(qū)第八頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.1量子阱、量子線和量子點(diǎn)的概念超晶格和多量子阱結(jié)構(gòu)：兩種（或兩種以上）超薄的半導(dǎo)體層（每層厚幾埃到幾百埃）交替生長(zhǎng)形成的多層結(jié)構(gòu)，就是通常所說(shuō)的超晶格或多量子阱結(jié)構(gòu)。多量子阱超晶格勢(shì)壘較窄勢(shì)壘較寬第九頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.1量子阱、量子線和量子點(diǎn)的概念常見(jiàn)的2DEG結(jié)構(gòu)：調(diào)制摻雜技術(shù)制造的高遷移率晶體管示意圖第十頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.1量子阱、量子線和量子點(diǎn)的概念量子線襯底量子線——半導(dǎo)體中的一維電子氣：電子只能在一個(gè)維度上自由運(yùn)動(dòng)，而其它兩個(gè)維度被限制。具有這種電子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)稱為量子線。第十一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.1量子阱、量子線和量子點(diǎn)的概念量子線的其它制備方法三種量子線的制備方法（量子線的界面質(zhì)量不相同）第十二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.1量子阱、量子線和量子點(diǎn)的概念量子點(diǎn)

量子點(diǎn)——半導(dǎo)體中的零維電子氣：電子在三個(gè)維度上的運(yùn)動(dòng)受限。具有這種電子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)稱為量子點(diǎn)。量子點(diǎn)通常是指由人工制造的小系統(tǒng)，尺寸為10nm～1μm，其中含有1～1000個(gè)可以被控制的電子。第十三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.1量子阱、量子線和量子點(diǎn)的概念點(diǎn)意味著空間一個(gè)極小的區(qū)域。在半導(dǎo)體制造的量子點(diǎn)中大約有百萬(wàn)個(gè)電子。大多數(shù)電子緊緊束縛在核周圍，自由電子數(shù)目非常少（在一個(gè)到幾百個(gè)之間）。這些電子的德布羅意波長(zhǎng)是可以與點(diǎn)的尺寸相比的。因?yàn)轭愃朴谡鎸?shí)原子，量子點(diǎn)也稱為人造原子。類似量子線，采用刻蝕或者分裂柵技術(shù)也可以制造量子點(diǎn)。量子點(diǎn)的電子占據(jù)離散的能級(jí)。量子點(diǎn)還有另一個(gè)特性，稱為充電能，這是給點(diǎn)中添加或取出一個(gè)電子所需要的能量。第十四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日第6章§6.2量子阱中的量子尺寸效應(yīng)Back第十五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.2量子阱中的量子尺寸效應(yīng)求解一維無(wú)限方勢(shì)阱條件下的波動(dòng)方程，可以得到電子能量本征值為：E1E2E3一維無(wú)限方勢(shì)阱圖式中，n=1,2,3,…………----式（1）0LzZEm為電子質(zhì)量；Lz為勢(shì)阱寬度；n為量子數(shù)；一維勢(shì)阱中電子的能量是量子化的，能量不連續(xù)，能量與量子數(shù)n2成正比！第十六頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.2量子阱中的量子尺寸效應(yīng)能級(jí)間隔與勢(shì)阱寬度的平方成反比，Lz越小，能級(jí)間隔就越大。從此可見(jiàn)，只有勢(shì)阱寬度較小時(shí)（薄膜較薄的時(shí)候），才能有顯著的量子效應(yīng)。由式（1）----式（2）相鄰能級(jí)間隔為：具有量子尺寸效應(yīng)的勢(shì)阱稱為量子阱第十七頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日第6章§6.3量子點(diǎn)的類型及制備方法

Back第十八頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.3量子點(diǎn)的類型及制備方法1、量子點(diǎn)的類型按材料分元素半導(dǎo)體量子點(diǎn)化合物半導(dǎo)體量子點(diǎn)金屬量子點(diǎn)按幾何形狀分箱形盤(pán)形球形四面體形外場(chǎng)誘導(dǎo)形……第十九頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.3量子點(diǎn)的類型及制備方法2、量子點(diǎn)的制備在用分子束外延生長(zhǎng)的異質(zhì)結(jié)片子的頂面上制作柵電極，加負(fù)壓將電極下面的二維電子氣耗盡，只有在柵的間隙區(qū)留下電子，從而獲得量子點(diǎn)。（1）在二維電子氣系統(tǒng)上加調(diào)制電極n1n2Vp1Vg1Vp2Vg2Vp3Vp1Vp2Vp3Vg3Vg3GaAs/AlGaAs異質(zhì)結(jié)片子Cr-Cu電極Vp1和Vp3用來(lái)控制量子點(diǎn)與源和漏之間的耦合；Vp2控制兩個(gè)量子點(diǎn)之間的耦合；Vg1、Vg2

和Vg3分別來(lái)控制兩個(gè)量子點(diǎn)的尺寸（決定電子數(shù)的多少）第二十頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.3量子點(diǎn)的類型及制備方法該方法的優(yōu)點(diǎn)是：可以方便的控制量子點(diǎn)的尺寸、制造過(guò)程不引入附加的缺陷、沒(méi)有裸露的表面，因而量子點(diǎn)的質(zhì)量高。缺點(diǎn)是：只能為一種載流子，不能同時(shí)為電子和空穴提供尺寸限制，所以只適用于制造低維電子器件。第二十一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.3量子點(diǎn)的類型及制備方法外延生長(zhǎng)：同質(zhì)外延異質(zhì)外延（2）用分子束外延進(jìn)行自組織生長(zhǎng)

晶格失配度晶格失配度:薄膜的點(diǎn)陣常數(shù)襯底的點(diǎn)陣常數(shù)第二十二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.3量子點(diǎn)的類型及制備方法異質(zhì)材料的外延生長(zhǎng)模式有三種：（2）用分子束外延進(jìn)行自組織生長(zhǎng)（a）一層接一層的二維生長(zhǎng)模式；（a）（b）（c）（b）島狀生長(zhǎng)模式；（c）層狀加島狀生長(zhǎng)模式（層島結(jié)合模式）；（MBES-K模式）第二十三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.3量子點(diǎn)的類型及制備方法例如：InAs/GaAs量子點(diǎn)的MBE自組織生長(zhǎng)。InAs和GaAs這兩種材料具有晶格失配度，其晶格失配度為7.1%，晶格失配度高，生長(zhǎng)為層島結(jié)合模式。GaAsGaAsInAs

其外延生長(zhǎng)可以描述為：二維平面生長(zhǎng)（生長(zhǎng)處的外延層稱為浸潤(rùn)層）；浸潤(rùn)層厚度積累；浸潤(rùn)層達(dá)到臨界厚度（約幾個(gè)原子層厚），在應(yīng)力作用下變?yōu)槿S島狀生長(zhǎng)。第二十四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.3量子點(diǎn)的類型及制備方法自組織生長(zhǎng)方法的特點(diǎn)：二維生長(zhǎng)模式向三維生長(zhǎng)模式的臨界轉(zhuǎn)變厚度取決于晶格失配度和生長(zhǎng)條件，如襯底溫度、生長(zhǎng)速度等等。優(yōu)點(diǎn)：可以將量子點(diǎn)的橫向尺寸縮小到幾十個(gè)納米以內(nèi)，做到無(wú)損傷。

缺點(diǎn)：小島的成核點(diǎn)是在應(yīng)變層生長(zhǎng)過(guò)程中應(yīng)力不均勻的地方產(chǎn)生的，同時(shí)島的長(zhǎng)大也是隨機(jī)的，小島的均勻性不好。因此，量子點(diǎn)的幾何形狀、尺寸分布和密度較難控制。第二十五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.3量子點(diǎn)的類型及制備方法這種方法的特點(diǎn)：量子點(diǎn)尺寸可以小到2～10nm，平均量子點(diǎn)尺寸分布大約在5％～10％范圍內(nèi)，膠體量子點(diǎn)易于密集成量子點(diǎn)陣列，以形成晶態(tài)或非晶態(tài)的固體。（3）用膠體化學(xué)方法制備第二十六頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.3量子點(diǎn)的類型及制備方法例如利用STM制備量子點(diǎn)（4）其他方法第二十七頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日第6章§6.4量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介

Back第二十八頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.4量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介這里只介紹幾種簡(jiǎn)單的單電子器件：量子點(diǎn)激光器量子點(diǎn)旋轉(zhuǎn)門(mén)單電子盒單電子泵單電子晶體管注意：隧道結(jié)和量子點(diǎn)是單電子器件的基本單元！第二十九頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.4量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介量子點(diǎn)激光器

Laser:lightamplificationbystimulatedemissionofradiation“泵激”需要有一定的最低能量才能確保受激電子的數(shù)量大得足以引起并維持受激發(fā)射。量子點(diǎn)激光器的制作源于：利用量子點(diǎn)結(jié)構(gòu)具有很強(qiáng)的量子限制作用，當(dāng)激光器已經(jīng)縮小到甚至比它發(fā)射出來(lái)的光的波長(zhǎng)還要小的尺度，在這一尺度上，量子行為開(kāi)始占優(yōu)勢(shì)，可以制作高效率的激光器。如果激光器的效率高到連一個(gè)光子也不浪費(fèi)，就好像一根火柴的熱量就可以燒開(kāi)一壺水那將是多么讓人激動(dòng)啊！第三十頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.4量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介最早的激光器

最早的激光器是將某種激光材料夾在兩塊反射鏡之間，對(duì)該激光材料予以“泵激”使激光材料中的電子受到激發(fā)而從較低的能級(jí)躍遷到較高的能級(jí)。當(dāng)電子返回到較低能級(jí)時(shí)，它們就產(chǎn)生在兩塊反射鏡之間來(lái)回反射的光。來(lái)回反射的光子使其他的激發(fā)“電子”——即處于較高能態(tài)的電子——發(fā)射出相同的光子，很像炸響的鞭炮又引燃其它的鞭炮一樣?！芗ぐl(fā)射！隨著光子數(shù)目不斷增加，它們就匯入到一束公共的光波中而使其強(qiáng)度不斷增大，直到從兩塊反射鏡之一射出一個(gè)集中的聚焦光束。第三十一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.4量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介注意：傳統(tǒng)的激光器產(chǎn)生的激光單色性雖然好，但不是所有的光子都被用于激光發(fā)射的任務(wù)中去了！有些光子碰到激光器壁變成熱量散發(fā)出去了。波動(dòng)一根吉它弦基頻、泛音縮短吉它弦基頻、泛音減少音調(diào)音調(diào)升高縮短吉它弦基頻音調(diào)升高至極限值

如何才能利用所有的光子，怎么辦到不浪費(fèi)能量呢？

看一個(gè)吉它弦的例子：第三十二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.4量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介相類似，通過(guò)縮小激光器的尺寸可以限制光子狀態(tài)的數(shù)目。這一微型化過(guò)程的最終極限是激光器發(fā)射的光的波長(zhǎng)的一半（這一尺度是光能夠在兩塊反射鏡之間來(lái)回反射的最小尺度）。此時(shí)，光子只有一種可能的狀態(tài)，光子別無(wú)選擇，每個(gè)光子都只能加入到公共的波中。換言之，此時(shí)任何一個(gè)光子都不會(huì)被浪費(fèi)掉，即此時(shí)的激光器是無(wú)能量閾的！因此，這樣的量子點(diǎn)激光器的效率非常高！第三十三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.4量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介量子點(diǎn)激光器在未來(lái)的光學(xué)計(jì)算機(jī)中具有多種多樣的用途。光學(xué)計(jì)算機(jī)用光代替電來(lái)傳送、處理并存儲(chǔ)信息，計(jì)算機(jī)的速度將被呈指數(shù)的提高了!如果極少的能量就可以發(fā)射激光的話，量子點(diǎn)激光器就可以實(shí)現(xiàn)瞬時(shí)開(kāi)關(guān)。（如果只用一根火柴就可以燒開(kāi)一壺水的話，那么等待一壺水燒開(kāi)的時(shí)間就可以大大縮短！）已經(jīng)有一些激光器能夠以快于每秒鐘200億次的速度開(kāi)關(guān)。因此，量子點(diǎn)激光器作為傳送、存儲(chǔ)并處理信息的元件（光學(xué)計(jì)算機(jī)中不可缺少的基本結(jié)構(gòu)單元）具有巨大的發(fā)展?jié)摿ΑUT應(yīng)該提及的是，由于制造工藝?yán)щy，研制水平還未達(dá)到理論預(yù)言！第三十四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.4量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介量子點(diǎn)旋轉(zhuǎn)門(mén)在異質(zhì)結(jié)界面二維電子氣上用兩個(gè)量子點(diǎn)接觸形成隧道結(jié)，它們之間分裂柵圍成的空腔就是量子點(diǎn)島區(qū)（見(jiàn)下圖）。半導(dǎo)體量子點(diǎn)接觸形成的單電子器件（量子點(diǎn)旋轉(zhuǎn)門(mén)平面圖）量子點(diǎn)島區(qū)點(diǎn)接觸點(diǎn)接觸分裂柵分裂柵當(dāng)分裂柵上所加負(fù)電壓足夠高時(shí)，點(diǎn)接觸的導(dǎo)電通道被切斷，電子只能通過(guò)隧道效應(yīng)進(jìn)出量子點(diǎn)。這兩個(gè)點(diǎn)接觸實(shí)際上構(gòu)成控制電子進(jìn)、出分裂柵量子點(diǎn)的雙勢(shì)壘。量子點(diǎn)的柵壓Vg則是加在異質(zhì)結(jié)的襯底上，改變Vg可以改變島區(qū)二維電子氣的電荷密度，控制島中電荷。第三十五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.4量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介半導(dǎo)體量子點(diǎn)接觸形成的單電子器件（量子點(diǎn)旋轉(zhuǎn)門(mén)平面圖）量子點(diǎn)島區(qū)點(diǎn)接觸點(diǎn)接觸分裂柵分裂柵設(shè)想在控制電子進(jìn)、出量子點(diǎn)的兩個(gè)點(diǎn)接觸上分別加相位相差180o的兩個(gè)交流調(diào)制信號(hào)，使這兩個(gè)勢(shì)壘的高度交替地上抬或下降。同時(shí)，對(duì)量子點(diǎn)柵壓也經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)，使得測(cè)量量子點(diǎn)的I—V特性曲線時(shí)出現(xiàn)按ef量子化（f是交流調(diào)制信號(hào)的頻率）。那么，這個(gè)器件就使得電子按照調(diào)制信號(hào)節(jié)奏有規(guī)律地進(jìn)出量子點(diǎn)，就像人進(jìn)入大廳時(shí)經(jīng)過(guò)一座旋轉(zhuǎn)門(mén)，按門(mén)的固定節(jié)奏循序進(jìn)入一樣。第三十六頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.4量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介單電子盒單電子盒是一種最簡(jiǎn)單的單電子器件，其“島”上有整數(shù)n個(gè)過(guò)剩電子電荷，電子只能經(jīng)過(guò)隧穿通過(guò)結(jié)才能進(jìn)入或離開(kāi)。利用門(mén)電壓可以在單電子水平上控制島上電荷。UU0V電子盒SET靜電計(jì)ISET三極管靜電計(jì)測(cè)量電子盒的結(jié)電荷123b4m65ICgCcC/2C/2C/2C/2第三十七頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.4量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介單電子泵如下圖所示：?jiǎn)坞娮颖肐I

U2U1-V/2V/2Cg1Cg2C1C2C3單電子泵是以外加周期源作時(shí)鐘信號(hào)來(lái)產(chǎn)生電流的，它需要兩個(gè)門(mén)電壓加rf時(shí)鐘信號(hào)。它是具有兩個(gè)門(mén)的最簡(jiǎn)單的器件，可被視為通過(guò)結(jié)連接的兩個(gè)單電子盒。它由三個(gè)結(jié)和兩個(gè)門(mén)組成，門(mén)電容Cg1,Cg2遠(yuǎn)小于結(jié)電容C1,C2,C3。門(mén)電壓可調(diào)控，V是常數(shù)偏壓。第三十八頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.4量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介當(dāng)然，基于量子點(diǎn)的單電子器件還有很多。例如：?jiǎn)坞娮泳w管、量子點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)機(jī)、量子點(diǎn)存儲(chǔ)器、遠(yuǎn)紅外光電導(dǎo)探測(cè)器、中紅外光電導(dǎo)探測(cè)器等等。第三十九頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.4量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介單電子晶體管（SET）20世紀(jì)80年代后期，介觀物理研究的新成就是發(fā)現(xiàn)了庫(kù)侖阻塞效應(yīng)和單電子隧穿效應(yīng)。單電子晶體管是一種新型的納米結(jié)構(gòu)器件，它設(shè)計(jì)和制造的基本原理就是庫(kù)侖阻塞效應(yīng)和單電子隧穿效應(yīng)?；貞浺幌聨?kù)侖阻塞效應(yīng)和單電子隧穿效應(yīng)！回憶觀測(cè)到庫(kù)侖阻塞效應(yīng)和單電子隧穿效應(yīng)的條件第四十頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.4量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介SET一般由以下五部分組成：（1）庫(kù)侖島（或量子點(diǎn)）：由三維被勢(shì)壘包圍的極微小金屬或半導(dǎo)體顆粒構(gòu)成，它在某一方向上分別通過(guò)兩側(cè)的隧道勢(shì)壘與源、漏區(qū)相連接；（2）隧道勢(shì)壘：它可以由極薄的絕緣層構(gòu)成，也可以由構(gòu)成庫(kù)侖島的窄禁帶半導(dǎo)體材料與構(gòu)成源、漏區(qū)的寬禁帶半導(dǎo)體材料之間形成的異質(zhì)結(jié)勢(shì)壘構(gòu)成，還可以由界面態(tài)或外加電壓等引起的勢(shì)場(chǎng)構(gòu)成；（3）勢(shì)壘區(qū)：由較厚的絕緣層或?qū)捊麕О雽?dǎo)體材料構(gòu)成；（4）柵氧化層：由幾十納米厚的氧化層或電介質(zhì)層構(gòu)成；（5）源、漏、柵極：由金屬或摻雜半導(dǎo)體構(gòu)成，與外部連接。一、SET的構(gòu)造第四十一頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日柵源漏庫(kù)侖島勢(shì)壘勢(shì)壘勢(shì)壘柵氧化層隧道勢(shì)壘SET的基本結(jié)構(gòu)形式（據(jù)《微納電子技術(shù)》2002年第4期11-18頁(yè)）這種微電子器件呈現(xiàn)了電荷與能量量子化的特征第四十二頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.4量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介SET可由電子束納米微刻技術(shù)加雙角度金屬熱蒸發(fā)工藝制成：使用的硅基板上旋涂有兩層感應(yīng)膜，上層約60nm厚，由聚甲烯丙烯酸甲酯（PMMA）組成，下層約480nm厚，由甲基丙烯酸甲酯/甲基丙烯酸共聚物（MMA/MAA）組成，用電子束刻下樣品的結(jié)構(gòu)，在顯影劑里沖洗完，便可以鍍上金屬薄膜。二、SET的制作實(shí)例首先，在垂直于基片的方向上鍍上鋁，形成庫(kù)侖島，一般島的尺寸2.2μm長(zhǎng)，80nm寬，25nm厚；接著，在約7Pa的氧氣環(huán)境下進(jìn)行氧化過(guò)程；然后，往島的方向上以45o角鍍上第二層鋁（約50nm），形成隧道結(jié)。第四十三頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日柵源漏+V/2-V/2庫(kù)侖島R1，C1CgVgR2，C2第四十四頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年，8月28日§6.4量子點(diǎn)器件簡(jiǎn)介因?yàn)殡娮邮⒖碳夹g(shù)制成的隧道結(jié)很小，所以系統(tǒng)的總電容值CΣ=C1+C2+Cg一般小于10-15F（即1fF）。在Q0≡CgVg=0的情況下，要向島上加一個(gè)電子，即充以電量為e的電荷，所需的能量為Ec=e2/2CΣ，這個(gè)勢(shì)壘能被稱為庫(kù)侖阻塞能。因?yàn)镃Σ很小，所以Ec很高，在足夠低的溫度下，Ec>kBT這個(gè)勢(shì)壘可以阻止電子隧穿上庫(kù)侖島，顯示為庫(kù)侖阻塞。即在Q0=0時(shí)，要使單電子隧穿上島，在源上所加電壓（V/2）必須克服Ec，V>e/CΣ。當(dāng)Q0=e/2時(shí)，島上的電勢(shì)也隨著改變，Q=Ne和Q=(N+1)e的電子能態(tài)是簡(jiǎn)并的，庫(kù)侖島內(nèi)的電子不需要跨越e2/2CΣ的能量臺(tái)階，消除了庫(kù)侖阻塞，電導(dǎo)出現(xiàn)極大值。這樣就出現(xiàn)了I-V特征曲線——庫(kù)侖臺(tái)階。三、單電子隧穿效應(yīng)柵源漏+V/2-V/2庫(kù)侖島R1，C1CgVgR2，C2第四十五頁(yè)，共五十頁(yè)，2022年