1. ترانزیستورهای تک الکترونی (SETs)
استاد:
دکتر محمدنژاد
خرداد 95
FREE PPT TEMPLATES

2. 2/19
1 ) روش پل دولان
ادوات تک الکترون
2 ) روشEBL
فناوری هی جدید ساختSET
بسته تک الکترون
کاربردها
3 ) روش FIB
ترانزیستور تک
الکترون
4 ) روش STM
5 ) روش AFM

3. کاربردها
فناوری های جدید ساخت
ترانزیستور تک الکترون
بسته تک الکترون
3/19
اگر مقاومت معمولی را با یک پیوند تونلی جایگزین کنیم، انتقال بار به داخل جزیره با افزایش ولتاژ به اثر پلکان کولمبی منجر می شود
اگر خازنی از طریق یک مقاومت معمولی شارژ شود، بار روی خازن متناسب با ولتاژ اعمالی است و بار
کوانتیزه نخواهیم داشت

4. جزیره جدا شده است بنابراین تعیین کننده حالت های تونل زنی الکترون است
کاربردها
فناوری های جدید ساخت
ترانزیستور تک الکترون
بسته تک الکترون
4/19
بسته تک الکترون شامل تنها یک جزیره است که به وسیله سد تونلی از منبع الکترون جدا شده است
میدان خارجی با استفاده از الکترود گیت به جزیره اعمال می شود و توسط لایه ضخیمی که تونل زنی در آن اتفاق نمی افتد از
جزیره جدا شده است بنابراین تعیین کننده حالت های
تونل زنی الکترون است
با افزایش ولتاژ گیت Vb تعداد بیشتر و بیشتری از الکترون ها به
داخل جزیره تونل می زنند و گسستگی انتقال الکترون ها این
افزایش پله مانند را ایجاد می کند

5. این قطعات حافظه داخلی ندارند یعنی تعداد n
کاربردها
فناوری های جدید ساخت
ترانزیستور تک الکترون
بسته تک الکترون
بسته تک الکترون
5/19
بنابراین این ساختار نمی تواند برای ذخیره اطلاعات مورد استفاده قرار بگیرد
این قطعات حافظه داخلی ندارند یعنی تعداد n
الکترون در بسته، تابع یکه از ولتاژ اعمالی گیت Vb است
برای اندازه گیری بار آن به یک الکترومتر بسیار
حساس نیاز است
این بسته نمی تواند جریان dc را انتقال بدهد

6. برای کنترل جریان در حد تک الکترون، به چند پایه نیاز است
کاربردها
فناوری های جدید ساخت
ترانزیستور تک الکترون
بسته تک الکترون
بسته تک الکترون
6/19
ترانزیستور تك الكترونی در حقیقت مانند یک جعبه الكترون است كه دارای دو اتصال جداگانه برای ورود و خروج الكترون می‌باشد. بزرگترین مزیت ترانزیستور تک الكترونی آن است كه در ابعاد بسیار كوچک (درحد نانومتر) قابل ساخت است.
1) فضای منفردی برای نگهداری الکترون که معمولا آن را جزیره (Island) نامند.
برای کنترل جریان در حد تک
الکترون، به چند پایه نیاز است
2) الکترود های هادی برای انتقال الکترون به داخل یا خارج جزیره
3)پیوند تونلی بین الکترود و جزیره ،برای محدود کردن عبور
الکترون ها و ایجاد کنترل بر روی جریان

7. ولتاژ dc، V، بین دو قسمت الکترودهای خارجی که اکنون
کاربردها
فناوری های جدید ساخت
ترانزیستور تک الکترون
بسته تک الکترون
بسته تک الکترون
7/19
در ترانزیستورهای تک الکترون به وسیله دو نیم کردن پیوند تونلی در بسته تک الکترون، دو پیوند جداگانه ی به صورت سری، برای ورود و خروج تک الکترون ها ساخته می شود
ولتاژ dc، V، بین دو قسمت الکترودهای خارجی که اکنون
از هم جدا شده اند قرار داده می شود و ولتاژ اعمالی به گیت بر روی انرژی لازم برای تغییر تعداد الکترون های موجود در جزیره تاثیر می گذارد

8. کاربردها
فناوری های جدید ساخت
ترانزیستور تک الکترون
بسته تک الکترون
بسته تک الکترون
8/19
اگر ولتاژ بایاس بین سورس و درین افزایش پیدا کند، هنگامی که انرژی موجود دراین سستم به انرژی کولمب می رسد، یک الکترون می تواند به جزیره وارد شود

9. 1. اگر هیچ الکترون اضافی در جزیره موجود نباشد،
کاربردها
فناوری های جدید ساخت
ترانزیستور تک الکترون
بسته تک الکترون
بسته تک الکترون
9/19
اگر ولتاژ بایاس زیر ولتاژ شکاف کولمب نگه داشته شود و ولتاژ گیت افزایش یابد:
1. اگر هیچ الکترون اضافی در جزیره موجود نباشد،
انرژی اولیه سیستم به تدریج زیاد می شود
2. اگر یک الکترون اضافی در داخل جزیره باشد،
انرژی اولیه سیستم به تدریج کم می شود
جریان جاری در ترانزیستور تک الکترون با ولتاژ بایاس بین سورس و درین زیاد می شود و با ولتاژ گیت به
صورت تناوبی تغییر می کند

10. رویکرد دیگر، رشد ساختارهای نانو شیمیایی است. این
کاربردها
فناوری های جدید ساخت
ترانزیستور تک الکترون
بسته تک الکترون
بسته تک الکترون
10/19
روشهاي ساخت با توجه به مراحل اصلی میتواند به روشهاي فیزیکی و شیمیایی تقسیم شوند
روش های شیمیایی
رویکرد دیگر، رشد ساختارهای نانو شیمیایی است. این
روش بخاطر هزینه پایین آن و کنترل پذیري خوب اندازه
جزایر کولنی روش موفقی است. اگرچه SETهای ساخته شده در آزمایشگاه نتایج شگفت انگیزي را نشان می دهند،
اما در صنعت قابل استفاده نمی باشند
روش های فیزیکی
روش های فیزیکی اغلب با استفاده از ترکیب فیلم های نازک و فناوری لیتوگرافی انجام میگیرد. دقت زیاد در طراحی
هندسه و چگالی الکترون این قطعات مهم می باشد
بطور کلی سه مرحله بسیار مهم براي ساخت وجود دارد :
1 . کنترل در اندازه و چگالی ساخت جزایر کولنی
2 . شکل گیري پیوندهاي تونلی مشترك بین الکترودها و جزیره کولنی
3 . تشکیل گیت بین بستر و جزایر کولنی

11. 11/19 1 ) روش پل دولان 2 ) روشEBL 3 ) روش FIB فناوری هی جدید ساختSET
کاربردها
فناوری های جدید ساخت
ترانزیستور تک الکترون
بسته تک الکترون
بسته تک الکترون
11/19
1 ) روش پل دولان
2 ) روشEBL
3 ) روش FIB
فناوری هی جدید ساختSET
4 ) روش STM
5 ) روش AFM

12. کاربردها
5 ) AFM
4 ) STM
3 ) FIB
2 )EBL
1 ) پل دولان
12/19
پیوندهای تونلی ساخته شده با استفاده از روش دولان پل، اولین ساختار با ناحیه پیوندی فوق العاده کوچک، مورد نیاز برای ترانزیستورهای تک الکترون بودند. منطقه هم پوشانی ناشی از تبخیر با دو
زاوایه متفاوت و ایجاد اکسید با ضخامت مناسب، منجر به پیوند تونلی می گردد

13. تکنیک هاي پرتو الکترونی نیاز دارد.
کاربردها
5 ) AFM
4 ) STM
3 ) FIB
2 )EBL
1 ) پل دولان
13/19
اگرچه لیتوگرافی نوری، عملیات را بر سطح ویفر انجام می دهد، ولی ویژگی هاي زیر میکرونی به
تکنیک هاي پرتو الکترونی نیاز دارد.
قطعات مورد نظر، ساختار مسطح با ترکیبات زیر میکرونی دارند. به منظور ساخت چنین ترکیبات
کوچکی، از لیتوگرافی پرتو الکترونی Electron Beam Lithography)) استفاده می شود.

14. سیستمهايFIB در عمل، شبیه به میکروسکوپ هاي اسکن
کاربردها
5 ) AFM
4 ) STM
3 ) FIB
2 )EBL
1 ) پل دولان
14/19
سیستمهايFIB در عمل، شبیه به میکروسکوپ هاي اسکن
الکترونی هستند، اما از پرتوهاي متمرکز شده یونGa+
استفاده می کنند. سیستم هایFIB می توانند سطح نمونه را تغییر دهند و همچنین میتوانند سطح نمونه را شکل دهی
کنند. ترانزیستورهاي الکترونی تنها، در یک سري از مراحل
فرآیند، با استفاده از شدت جریانهاي زیاد و شدت جریانهاي کم که درتوان FIB است، ساخته شده است. شدت جریانهاي پایین تر، براي ساخت ساختارها در مقیاس نانویی، که به مقدارهاي کمتر انرژي نیاز دارند، استفاده می شود؛ در حالیکه شدت
جریان هاي زیاد براي تحقق ساختارهایی در مقیاس میکرو،
استفاده می شود.

15. کاربردها
5 ) AFM
4 ) STM
3 ) FIB
2 )EBL
1 ) پل دولان
15/19 در

16. کاربردها
5 ) AFM
4 ) STM
3 ) FIB
2 )EBL
1 ) پل دولان
16/19

17. 17/19 مقایسه روش های ساخت کاربردها فناوری های جدید ساخت
ترانزیستور تک الکترون
بسته تک الکترون
بسته تک الکترون
17/19
مقایسه روش های ساخت

18. Programmable Single Electron Transistor Logic
کاربردها
فناوری های جدید ساخت
ترانزیستور تک الکترون
بسته تک الکترون
بسته تک الکترون
18/19
Programmable Single Electron Transistor Logic
معیار جریان DC
طیف سنج تک الکترونی
کاربردها
برق سنج فوق حساس
تشخیص مادون قرمز
Voltage State Logics

19. 19/19
مراجع
Chit Siong Lau, Hatef Sadeghi, “Redox-Dependent Franck−Condon Blockade and AvalancheTransport in a Graphene−Fullerene Single-Molecule Transistor”, nano letters, 2015
N. J. TAO, “Electron transport in molecular junctions”, Nature PublishingGroup, nature nanotechnology, VOL 1, DECEMBER 2006
Wenjie Liang, Matthew P. Shores, “Kondo resonance in a single-molecule transistor”, NATURE, |VOL 417, 13 JUNE 2002
ANTHONY R. PEASE, JAN O. JEPPESEN, “Switching Devices Based on Interlocked Molecules”, ACCOUNTS OF CHEMICAL RESEARCH, VOL. 34, 2001
DAVID GOLDHABER-GORDON, MICHAEL S. MONTEMERLO, “Overview of Nanoelectronic Devices”, IEEE, 1997

20. با تشکر از توجه شما