Елементи наноелектроніки на основі КРС. Туннельні та резонансно-тунельні прилади

Двухбарьерная резонансно-туннельная структура представляет собой

диодную, двухэлектродную структуру. Такой резонансно-туннельный диод

может быть использован как отдельный прибор при построении электронных

схем, так и в качестве элемента более сложных транзисторных структур. В

транзисторе на горячих электронах он используется в качестве барьера

эмиттер – база. Такой резонансно-туннельный транзистор можно создать,

если использовать резонансное туннелирование не через двухбарьерную

структуру, а через квантовую точку (рис. 5).

Рис.5. Схематическое изображение структуры резонансно-туннельного

транзистора на основе квантовой точки.

Квантовая точка имеет дискретный энергетический спектр. На ее

основе можно изготовить резонансно-туннельный диод, если связать ее через

туннельно-прозрачные барьеры с двумя электродами. В этом случае

оказывается возможным осуществить управление проводимостью структуры.

Для этого необходимо иметь способ изменения размеров квантовой точки. В

таком случае будет меняться положение энергетических уровней в квантовой

точке – появляется принципиальная возможность «включать» и «выключать»

механизм резонансного туннелирования.

Центральный верхний электрод транзистора круглой формы

соединяется с нижним электродом через двухбарьерную резонансно-

туннельную структуру с двумерным электронным газом в центре. Квантовая

точка в этой структуре образуется с помощью третьего электрода – затвора,

кольцом окружающего центральный верхний электрод. При подаче на него

отрицательного потенциала электроны из области двумерного газа под

затвором вытесняются к центру структуры. Таким способом под

центральным электродом может быть сформирована квантовая точка,

поперечные размеры которой, а, следовательно, и положение энергетических

уровней в ней определяются величиной отрицательного напряжения на

затворе. Сдвиг уровней приводит к изменению условий резонансного

туннелирования. Положение участков отрицательного дифференцального

сопротивления в вольт-амперной характеристике между центральным и

нижним электродами зависит от напряжения на затворе – такой прибор имеет

более широкие функциональные возможности, чем просто резонансно-

туннельный диод.

Рис.6. ВАХ резонансно-туннельной структуры для простейшей модели

(штриховая кривая) и с учетом уширения уровней (сплошная кривая).

На работе резонансно-туннельного транзистора отрицательно

сказывается наличие неконтролируемых примесей и дефектов в области

квантовой точки и туннельных барьеров (рис.6). Различное положение

примесных атомов в области квантовой точки для разных транзисторов

приводит из-за искажений локального потенциала к значительному разбросу

характеристик транзисторов. Кроме того, через электронные атомные уровни

примеси тоже может происходить резонансное туннелирование – вольт-

амперная характеристика транзистора будет иметь в этом случае пики,

положение которых не зависит от напряжения на затворе. Но резонансно-

туннельные транзисторы потребляют очень малую мощность на одно

переключение – в этом их преимущество.