Резонансно-туннельный транзистор на квантовой точке

Применение резонансного туннелирования в трехэлектродной структуре позволяет создать резонансно-туннельный транзистор. В таком транзисторе резонансное туннелирование используется не через планарную двухбарьерную структуру, а через квантовую точку.

Квантовая точка имеет дискретный энергетический спектр. На ее основе можно изготовить резонансно-туннельный диод, если связать ее через туннельно-прозрачные барьеры с двумя электродами. Вольт-амперная характеристика такой структуры будет иметь участок отрицательного дифференциального сопротивления. Однако в отличие от планарной структуры 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. Схематическое изображение резонансно-туннельного транзистора на основе квантовой точки, в котором реализуется это условие, имеет вид в соответствии с рисунком 6.21.

Рисунок 6.21 – Схематическое изображение структуры резонасно-туннельного транзистора на основе квантовой точки

Центральный верхний электрод транзистора круглой формы соединяется с нижним электродом через планарную 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 дифференциального сопротивления на 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.

На работе резонансно-туннельного транзистора, к сожалению, отрицательно сказывается наличие неконтролируемых примесей и дефектов в области квантовой точки и туннельных барьеров. 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, ВАХ транзистора будет иметь в этом случае пики, положение которых не зависит от напряжения на затворе. Однако резонансно-туннельные транзисторы потребляют очень малую мощность на одно переключение – в этом их преимущество.