




版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡介
1、庫侖阻塞與單電子極管第1頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三庫侖阻塞 納電子學(xué)最基本的效應(yīng)之一就是與將一個電子轉(zhuǎn)移到納米尺度材料區(qū)域引起的顯著能量變化聯(lián)系在一起的,它導(dǎo)致了所謂的庫侖阻塞。第2頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三考慮一個由絕緣縫隔開的兩個導(dǎo)體組成的最普遍的隧道結(jié) 電荷與電壓成正比:Q=CV 一個電容器存貯的靜電能為:E=1/2CV2=Q2/2C 對于最簡單的平行板電容器 C=A/d第3頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三7.1 納電容中的庫侖阻塞考慮在兩個金屬表面產(chǎn)生一層絕緣層兒加工成一個小電容器,帶電量為Q Ei=Q2/2
2、C 電荷是量子化的,但是電極板上的電容并未量子化 1)在電極板上存在著大量的電子 2)存在離散電荷 第4頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三現(xiàn)在令一個電子從負(fù)極隧穿到正極,上極板電量變?yōu)镼+qe,下極板變?yōu)镼-qe那么能量變?yōu)榇尜A能量的變化量為遂穿發(fā)生的條件是能量必須是有利的,即E0從而得出 第5頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三由Q=CV的關(guān)系我們知道,這里的qe是小于0的從而我們得出根據(jù)能量守恒定律,靜電勢能的降低必然會導(dǎo)致電子進(jìn)入另外一個電極板后位于費(fèi)米能級之上,增加動能,則電壓將會下降對相反的極性重復(fù)分析我們發(fā)現(xiàn),為了使遂穿發(fā)生,必須有第6頁,共3
3、6頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三只有當(dāng)電容器兩極板間存在足夠高的電壓時才有隧道電流流過。這種效應(yīng)稱之為庫侖阻塞。充電能第7頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三以上的結(jié)果只對T=0K時成立,即不考慮溫度的影響,在實(shí)際情況中,溫度對庫侖阻塞起著重要的作用。對于E,我們放寬條件,需要充電能大于熱能或如果上式不滿足,電子獲得足夠的熱能,以致于無法被電容器的充電能阻止nqe 個電子發(fā)生遂穿:第8頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三7.2 隧道結(jié) 理想的將遂穿效應(yīng)等效為一個漏電的電容器來考慮,可以模型化為一個理想的電容與一個電阻的并聯(lián)。其中V為加在隧道結(jié)上
4、的直流電壓,I為電子遂穿產(chǎn)生的電流。遂穿電阻并非通常的電阻,而是概念上允許電子離散通過這個絕緣結(jié)。 Rt代表遂穿效應(yīng)的強(qiáng)弱,應(yīng)該足夠大,以免遂穿電荷退局域化到電容的極板,也不能太大,以免遂穿不發(fā)生。第9頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三為了觀察到庫侖阻塞,我們要限制遂穿在一定的程度由不確定關(guān)系 并聯(lián)的RC電路的時間常數(shù)為我們的到近似的不確定度為于是得出第10頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三為了觀察到庫侖阻塞,我們實(shí)際上要考慮兩個效應(yīng):電容值和遂穿幾率。首先為了觀察到,我們需要很小的電容值來獲得足夠大的充電能。對于平行板電容器:我們看到,可以改變面積A和
5、間距d來達(dá)到。以充電能的角度來看,如何得到小的電容值C并沒有區(qū)別。然而,電子要能夠遂穿過這個絕緣區(qū)域,厚度不能太大。第11頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三7.3 電流源激勵的隧道結(jié)振蕩周期第12頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三Is是理想電流源;Rb是等效的偏置電阻,Cb是偏置電路中的寄生電容,ZL是導(dǎo)線部分的阻抗RbRt CbC第13頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三7.4 量子點(diǎn)電路中的庫侖阻塞第14頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三每個隧道結(jié)的電量:則凈電荷為此時存貯的能量為電路對這個轉(zhuǎn)移電子的做功為當(dāng)有一
6、個電子發(fā)生遂穿從結(jié)b到量子點(diǎn)上時候,能量,電量發(fā)生變化第15頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三從而得出發(fā)生遂穿的條件同樣如果遂穿發(fā)生在a結(jié)當(dāng)我們考慮Ca=Cb=C,n=0有條件充電能第16頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三考慮量子點(diǎn)電路的能帶加外電場第17頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三加外電場第18頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三假設(shè)第一個電子已經(jīng)穿到島上,考慮后來的第二個電子有由能量變化的條件可知對于n=0的條件有:依次得到 m取正奇數(shù)第19頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三單電子三極管
7、(SET Transistor)能帶圖從結(jié)b穿上島從結(jié)a穿出島第20頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三單電子管邏輯CMOS反相器SET反相器第21頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三其他的SET與FET結(jié)構(gòu)碳納米管三極管應(yīng)用包括:1.碳納米管在場發(fā)射器件中非常具有吸引力,自身導(dǎo)電率很高,是極好的電子發(fā)射源。同時具有納米級別的尖端,可以把能量集中在很小的區(qū)域。這個極強(qiáng)的電場增強(qiáng)了透射過真空的幾率2.碳納米管是天然的氣體傳感器。3.碳納米管可以用作納米線或者納米天線的候選材料。第22頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三半導(dǎo)體納米線FETs與S
8、ETs第23頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三0.35K溫度下的特性曲線第24頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三分子SETs與分子電子學(xué)硫原子與源和漏電極相連的苯分子。第25頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三第八章 粒子統(tǒng)計和態(tài)密度 111163 陳方韜第26頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三態(tài)密度 即能量介于EE+E之間的量子態(tài)數(shù)目Z與能量差E之比,即單位頻率間隔之內(nèi)的模數(shù) 1、在3維有限區(qū)域中 低于某一能量En的態(tài)的數(shù)目等于半徑為 球內(nèi)的態(tài)的數(shù)目 由前面的知識,能量低于一定值的態(tài)的總數(shù)近似等于這個八分之一的體積
9、 從而可以得出 第27頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三計入自旋與電子的勢能,修正的態(tài)密度為 EV02、低維結(jié)構(gòu)中的態(tài)密度對于限制在長為L上的電子低于某一特定能量態(tài)的總數(shù)等于位于這個間隔態(tài)的數(shù)目則在EE+E內(nèi)的態(tài)的總數(shù)第28頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三同時計入自旋與電子勢能得到結(jié)果 EV0在二維情況下3、半導(dǎo)體的態(tài)密度在硅的能帶中,由于各個方向上的有效質(zhì)量不一樣,正確的態(tài)密度第29頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三經(jīng)典和量子統(tǒng)計1、經(jīng)典或者波爾茲曼分布2、費(fèi)米-狄拉克分布3、玻色-愛因斯坦分布第30頁,共36頁,2022年,5月
10、20日,8點(diǎn)0分,星期三材料中的載流子密度電子濃度 在T=0時候單位體積占據(jù)的態(tài)的數(shù)目為對于3維條件的情況下,我們有從而得出費(fèi)米能級第31頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三同樣的,對于2維情況下,有:一維情況下費(fèi)米波矢是費(fèi)米能級出的波矢,能量-波矢關(guān)系式為:則費(fèi)米波矢為第32頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三費(fèi)米能級能量-波矢關(guān)系曲線離散能級的能量-波數(shù)關(guān)系曲線二維坐標(biāo)下,費(fèi)米波矢與占據(jù)狀態(tài)的關(guān)系費(fèi)米波長費(fèi)米速度第33頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三費(fèi)米電子的重要性:在費(fèi)米能級附近的電子才對電導(dǎo)有貢獻(xiàn)。極大了影響了材料的電學(xué)性質(zhì)。半導(dǎo)體中的平衡載流子濃度:在半導(dǎo)體中電子滿足費(fèi)米狄拉克分布,帶入:當(dāng)(E-EF)/(KBT)1時(波爾茲曼近似),得出第34頁,共36頁,2022年,5月20日,8點(diǎn)0分,星期三從而得出電子的密度:得到費(fèi)米能級的表達(dá)式對于空穴進(jìn)行相似的計算我們有此公式對于本征還是非本征半導(dǎo)體均適用。由本征半導(dǎo)體的條件 ni=np,
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 人人文庫網(wǎng)僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 古詩詞誦讀《登岳陽樓》教學(xué)設(shè)計 2023-2024學(xué)年統(tǒng)編版高中語文必修下冊
- 遼寧省縣級重點(diǎn)高中協(xié)作體2023-2024學(xué)年高三上學(xué)期末考試地理試題(解析版)
- 江蘇省蘇州市2023-2024學(xué)年高二上學(xué)期期中考試地理試題(解析版)
- 2025至2030年中國新型建筑材料數(shù)據(jù)監(jiān)測研究報告
- 2025年廣東省廣州市單招職業(yè)適應(yīng)性測試題庫必考題
- 機(jī)械制造技術(shù)基礎(chǔ) 機(jī)械制造工程基礎(chǔ)練習(xí)題學(xué)習(xí)課件
- 2024年二級建造師繼續(xù)教育考核題及答案
- 2025至2030年中國快速集中熔解爐數(shù)據(jù)監(jiān)測研究報告
- 人教版歷史與社會七年級下冊第七單元第二課《傳媒的行程》教學(xué)設(shè)計
- 二零二五年度環(huán)境污染和解賠款協(xié)議
- 國內(nèi)外材料牌號對照
- 建設(shè)工程施工合同培訓(xùn)PPT(49頁)
- 2010哈弗H5維修手冊
- (完整版)NRS數(shù)字分級法評分表
- LY∕T 2780-2016 松皰銹病菌檢疫技術(shù)規(guī)程
- 航空服務(wù)形體訓(xùn)練課程標(biāo)準(zhǔn)
- 項目部安全管理組織機(jī)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖GDAQ20102
- 一文看懂全部變電站電氣主接線方式
- 蘇科版四年級勞動技術(shù)下冊教學(xué)計劃
- 應(yīng)答器報文定義《運(yùn)基信號[2005]224號》
- 電網(wǎng)公司客戶資產(chǎn)接收管理細(xì)則
評論
0/150
提交評論