10 Л.42 (35) Туннельный эффект Физическое квантовое явление: прохождение частицы из одной классически разрешённой области в другую Закон сохранения механи- ческой энергии для частицы Формула (103) позволяет найти точки остановки, которые делят ось х на разрешённые и запрещённые области Классический подход: анализ одномерного движения частицы Состояние частицы задают скорость и координата

15 Анализ одномерного движения с помощью графика ПЕ – финитное движение является периодическим Потенциаль- ная яма - колебания Потенциаль- ный барьер. Классически Запрещённая область

Финитное движение – стоячая дебройлевская волна вероятности. Пример: БГОППЯ Квантовый подход: анализ одномерного движения частицы Состояние частицы задаётся амплитудой вероятности 17

18 Граничные условия Финитное движение – стоячая дебройлевская волна вероятности. Пример: ГО Хорошо видно, что частица проникает в классически запрещённую область: на короткое время становится виртуальной

Количественная характеристика туннельного эффекта: коэффициент прозрачности барьера = вероятность того, что частица пройдёт из одной классически разрешённой области в другую с одной попытки 20 Пример: прямоугольный барьер

30 Если барьер прямоугольный, а процесс глубоко подбарьерный Поанализировать влияние толщины барьера, высоты барьера, массы частицы, её энергии

40 Если барьер НЕ прямоугольный, а процесс глубоко подбарьерный

Закон Гейгера-Неттола ( ): связь периода полураспада с кинетической энергией вылетающих альфа-частиц 50 Альфа-распад – теория – туннельный эффект

60 Flash memory – пример широкого применения туннельного эффекта в микроэлектронике Плавающий затвор – электрически изолированная область, способная хранить заряд годы ПЗ заряжен (электроны) – логический 0 ПЗ не заряжен – логическая 1 Технологии 180 нм нм нм нм 0,7 В

65 Flash memory – считывание информации При чтении, в отсутствие заряда на "плавающем" затворе, под воздействием положительного поля на управляющем затворе, образуется n-канал в подложке между истоком и стоком, и возникает ток. Наличие заряда на "плавающем" затворе меняет вольт-амперные характеристики транзистора таким образом, что при обычном для чтения напряжении канал не появляется, и тока между истоком и стоком не возникает.

70 Flash memory – стирание информации туннелирование электронов с ПЗ При стирании высокое положительное напряжение подаётся на исток. На управляющий затвор (опционально) подаётся высокое отрицательное напряжение. Электроны туннелируют на исток.

В то же время Intel уже представляет свою разработку StrataFlash Wireless Memory System (LV18/LV30) – универсальную систему флэш- памяти для беспроводных технологий. Объем ее памяти может достигать 1 Гбит, а рабочее напряжение равно 1.8 В. Технология изготовления чипов – 0.13 нм, в планах переход на 0.09 нм техпроцесс. Среди инноваций данной компании также стоит отметить организацию пакетного режима работы с NOR-памятью. Он позволяет считывать информацию не по одному байту, а блоками по 16 байт: с использованием 66 МГц шины данных скорость обмена информацией с процессором достигает 92 Мбит/с! (2004 год) Flash memory – найдите ошибку в этом ИНТЕРНЕТ-тексте 75

Пример туннельного эффекта в природе: спонтанное деление тяжёлых ядер (Г.Н. Флёров, К.А.Петржак, 1940) 80

Компьютерра, 2005 В Кембриджском университете и токийской Japan Science & Technology Corporation разработан одноэлектронный транзистор, функционирующий при комнатной температуре [1] (список литературы см. в конце статьи). Его устройство и схема включения показаны на рис. 2. Проводящий канал транзистора (остров) отделен от стока и истока туннельными барьерами из тонких слоев изолятора. Чтобы транзистор мог работать при комнатной температуре, размеры острова не должны превышать 10 нм. Высота потенциального барьера равна 0,173 эВ. В более ранней (2001 г.) конструкции тех же разработчиков остров был крупнее, высота потенциального барьера была 0,04 эВ, и рабочая температура не превышала 60 °К. Материалом для острова служит отдельный кластер аморфного кремния, поверхность которого оксидирована при низкой температуре для создания тонкого барьерного слоя 1] 1 Пример туннельного эффекта в электронике: одноэлектронные транзисторы