Одноэлектронные транзисторы

Одноэлектронный транзистор представляет собой переключающее устройство, способное соединять или разъединять электрические цепи за счёт управления дви­жением одного электрона. В существующих транзисторах, как упоминалось выше, такое переключение соответствует управлению совместным движением сотен тысяч электронов, поэтому переход к одноэлектронным переключателям обещает резкое снижение энергопотребления и, соответственно, тепловыделения.

Одноэлектронный транзистор внешне выглядит как два метал­лических электрода, разделённых очень тонкой (нанометровой) изолирующей перегородкой, через которую могут происходить туннельные переходы электронов. По этому принципу, называемому «кулоновской блокадой», работают широко распространённые МОП-транзисторы, в которых переключение осуществляется изменением потенциала управляющего электрода.

На рисунке показана схема устройства одноэлектронного транзистора. В центральной части расположен тот самый участок вещества (с размерами ~ 10нм), в котором находятся изолиро­ванные электроны (японские физики используют даже термин «островной заряд»). Пока напряжение между управляющим элект­родом и истоком остаётся меньше некоторого порогового значения, электрон остается изолированным (как бы живущим на отдельном «острове»), однако при дальнейшем повышении напряжения (т.е. при напряжении выше порогового) «блокада» электрона прорыва­ется, в результате чего устройство в целом срабатывает подобно обычному транзистору.

Двуокись или диоксид кремния - это наиболее устойчивое и характерное соединение кремния с кислородом. Химическая формула SiO2. Свободная двуокись кремния (кремневый ангидрид, кремнезем) в природных условиях встречается в виде минерала кварца, из которого состоит

Земная кора на 43% состоит из горных пород, в состав которых входит химически связанная двуокись кремния. Крупные кристаллы диоксида кремния называют горным хрусталем, окрашенные - аметистом. Мелкокристаллические дисперсные соединения двуокиси кремния - агат, яшма и другие минералы.

Диоксид кремния образуется с выделением значительного количества тепла (Si + O2 = SiO2 + 203 ккал) и представляет собой бесцветное твердое вещество, имеющее температуру плавления 1713°С. Не растворим в воде и не подвержен воздействию кислот, за исключением плавиковой - HF.

Чистая кристаллическая двуокись кремния является трехмерным сетчатым полимером и представляет собой прочную цепочку кремнекислородных тетраэдров. Эта цепочка образует жесткие пространственные решетки и сетки, которые и формируют кристаллы.

В 1999 году сотрудники одной из лабораторий Национальной телекомпании NNT из последовательно соединённых на кремние­вой пластине одноэлектронных транзисторов смогли создать пер­вый в мире сверхминиатюрный инвертор. Дальнейшее раз­витие идеи должно привести к исключительно малым по разме­рам вычислительным и коммуникационным устройствам, потреб­ляющим ничтожные количества электроэнергии.

Таким образом, можно констатировать, что нанотехнология уже фактически используется в полупроводниковой технике и позволя­ет надеяться на значительные успехи в будущем. В настоящее время исследователи тщательно изучают закономерности используемых эффектов (типа туннельных переходов и т. п.) в наноразмерных объ­ектах и устройствах.