Исследование характеристик высокотемпературного одноэлектронного транзистора на основе наноструктур с одиночной квантовой точкой Организация-исполнитель: ИФП СО РАН Научный руководитель: д-р физ.-мат. наук Погосов Артур Григорьевич 8 (383)

Одноэлектронный транзистор с эффектом кулоновской блокады Одноэлектронный транзистор – квантовая точка, отделенная от областей истока и стока туннельными барьерами. Кулоновская блокада – блокирование туннелирования электронов через заряженную квантовую точку вследствие их кулоновского отталкивания. Эффект кулоновской блокады туннелирования справедливо рассматривается как физический механизм, который может лечь в основу работы новых полупроводниковых приборов для элементной базы микро- и наноэлектроники. Проблема: существенным ограничением работы таких устройств является низкая рабочая температура. Верхний предел рабочей температуры определяется зарядовой энергией E C = e 2 /C, где C – электростатическая емкость квантовой точки. В обычных одноэлектронных транзисторах квантовая точка находится в массиве полупроводника.

Способы увеличения рабочей температуры: Создание нанопроволочных одноэлектронных транзисторов (углеродные нанотрубки) Проблема: сложности в сочленении с полупроводниковой технологией Металлические и кремниевые транзисторы с малыми квантовыми точками (10 нм) Проблема: трудности в создании разветвленной геометрии Вертикальные транзисторы Проблема: нелатеральная геометрия, сложности в создании контактов Идея проекта: Создание одноэлектронных транзисторов с квантовой точкой, оторванной от подложки

Отрыв от подложки Резкое увеличение зарядовой энергии E c : Подложка обладает высокой 10. При комнатной температуре: E c = 300 K (E c = e 2 /C) Для обычного транзистора: С a a 10 нм Для подвешенного транзистора: С a a 100 нм Выигрыш в размере в 10 раз! Отрыв от подложки производится селективным травлением жертвенного слоя AlAs Схема подвешенного транзистора Прводящая полупроводниковая мембрана (электронный микроскоп) Квантовая точка

Предварительные результаты Зарядовая энергия одноэлектронного транзистора увеличилась с 3,5 мэВ (40 К в температурных единицах) для неподвешенного транзистора до 13 мэВ (150 К) для подвешенного при литографическом размере квантовой точки 600 нм. При этом зарядовая энергия (а также эффективный размер квантовой точки a) меняется вместе с числом электронов на квантовой точке (ромбы кулоновской блокады неодинаковой величины). Число электронов меняется от 0 до 4 в эксперименте. Обнаружена блокада туннелирования, дополнительная к кулоновской (слипание ромбов кулоновской блокады) Предположительно, эта блокада связана с упругими деформациями нанопроволоки (упругая блокада). а) Кондактанс G одноэлектронного транзистора как функция затворного V g и тянущего V sd напряжений б) Эффективный линейный размер квантовой точки как функция затворного напряжения (n – число электронов) а) б)

Результаты, ожидаемые в 2009 г. 1. Будут изготовлены подвешенные одноэлектронные транзисторы с высокой зарядовой энергией E c на основе гетероструктур GaAs/AlGaAs. Ожидаемые значения E c 150 – 300 К в температурных единицах. 2.Будут изучены температурные зависимости кондактанса полученных транзисторов. 3.Будут исследованы вольтамперные характеристики полученных транзисторов и их температурные зависимости в интервале температур 4,2 – 70 К. 4.Будет найден физический механизм, ответственный за блокаду туннелирования, дополнительную к кулоновской, наблюдаемую в режиме малого числа электронов на квантовой точке.