��������������� ���������� � ���������������� ����������� ��������� ������������ (original) (raw)

����� ���������, ���� ��������, ������ �������, ������ ������

��������������� ���������� � ���������������� ����������� ��������� ������������

��������

��������������� ���������� (SED) ������������ ����� �������������� ����������� �������� ������������ ��������� ��������, ��� ��� ��� ������������ ������������ ������������ �������� � ������� ���������� ����� ����������� �������������� ����. ����� ���������� ����� ���� ��� ��������� ���������� �������� ������������, ������� ������ ������ �������. ��-�� ������� �������������� �������� ������� ���� ������� ������������� ����� � ��� ���������� ������������, � ������, ������ ����������� �������, ����� ����������������� �������������� ���������� � ������� � �� ��. ����� ������, ������� �������� ����������� ������� (Coulomb blockade � CB) [1], ����� ���� ����������� ��� ���������� ������� ����������. ��������������� SED ����������� �������� ��������������� ���������� (SET). �� �������� ������ ���� ������� ������������, ����������� � ��������� � �������� ����������� ����������� ��������� � ������� ��������� ����� � ���������� �������. ������������ ������� ���������� �� ������� ������ �����������, �� ���� �������������� ������� ����������� ������� �������� ��������� ����, ������������ ����� ������� ���������. ����� ����, � ��������������� �����������, ������� ��������� �������� � �������� ��������� ������, ���������� ��������� ����������� ����� ��� ������� �������� ������ ����������. ����� �������, �� ������ SED �������� ���������� ������������� ����� ���������� ����, ������������ �� ���������� �������� ������� �����������, ��������, ��������������� ���� �������� �������� ������� (BDD) [2].
�� ����������, ������������ ��� ���������� SED, ��������, ��������, ��������������� ��������� A3B5 � �������, ��������� �������� ��������� � ������������ ����� ������, ��� ��� �� ��������� ��������� ����������� ��������� ������� ������������ � �������� ������� ��������� (10-18) � �������� ����������� �������, ������������� ��� ��������� �����������. ������� �������� ��������� ������� ���������, ��� �������� ���� ������ ���� �������, ��� ��� ������ �����, ��������, ���������� ��������������� ������������ ��������� [3] � ������������ [4,5]. ��� �������� ���������� ���������� ��������, ������� ����� �������� [6] ��� ��������������� ������ A3B5 ��������������� ������ ��� ����� ������ ������������ � ���� 4 K, � ��� ��� ������ ���� �������� ��� ���������� �����. ���������� �������� ������� �������� ����������� ����������. � ���� �������� ��������� ������� �������� ����� ���������� �� ��������� �������, �������� �� ��������� � �������� ������ �������������. ����� �������, �������� ���������� SED ��������� � ����������� ��������� ������������, �������� ������� �������������� �������, � ���������� �� � ������ ����� ������������ ����� ���������� �������, �� ������������� ������.
� ������ ������ ����������� ������� ������������ � ������������� ����������-���� ���������� ���������-������ ���������, ���������� ��� �������� �������. ���������� �������������� ��������� ��������� �� ����������� ���������� �� � ����-����������, � ��������������� ����������� �������� � ������������ ������������ ��� ���� �������� �������� ������� (BDD).

������������ ����������

����������� ������������ ��������������� ����������, ���������� � ���� �-�������� ���������� ����������� � ����� ���������� �������� ������������ � ������ ����� [7].

���. 1. ��������� ����������� �-��������� ���������� �����������, �������������� �� ���� SIMOX �������� (�).

����� ������������ ���������� �������� ������������, �������������� � ����������� ���������� PADOX (�). ������� ���������� ������� ������������, � �������������� ����� ������������� �������� ���������� ����������� (���������� ��������)

�� ���. 1a �������� ����� �-��������� ����������, �������������� �� �������� �� ���������� �������� ���������������� ���������� SIMOX (Separation by IMplantation of OXygen). ������������� ���� ���������� ��������� ��� ����� �������� ������ ���� �������, ������������� �� ���������� ��������, ��� ����������� ����� ������������ ������� ����������. �-�������� ���������� ���� �������� �� ���� ������� �������� 30 �� ������� ����������-������� ���������� � ������ ���������. ������ ������� ����� ��������� 40�50 ��, � ����� � 50�80 ��. ����� ����� �������� ���� ����������� �������� ��������� � ����� ��������� ��� ����������� 1000�C. � ���� ����� ��������, �������� �������� PADOX (PAttern-Dependent OXidation) � �������� �� � [4] � [5], � ������ ����� ���� ������������ �� ����� ���������� ������� ������������, ��� �������� �� ���. 1�. ������� ���������� �� ������� ����������������� ������������ ������� ����������� ���������� � �������� ���������. � ������ ��������� ����� �������������� ����� ��� �������������� ������������ �������: �������� ������� ��������� � ����� � ������ ���������� ���������� � ���� ������� ��������� ������ ���� ����������. � ������ T-��������� ����������, ������� ��������� � ������ ������� ��-�� ������� ���������� ����������, � �� ����� ��� � ����� ���������� ����������� ��� ����������� ����, ��� ��� ��� ������� ����� ������������ ������� �������, � ������� ����������� ������� ����������.

���. 2. ����� ��� �-��������� ����������, ��������� � ������� ������������ ����������

�� ���. 2 ������� ����� ��� �-��������� ���������� ���������� �����������, ���������� � ������� ������������ ����������. ����� �������� PADOX, � ���� �������� ��� ����� ����������� ��������� SiO2, ����� ����������-������� ���������� ��� �������� �������� ��� ������������ ������ ������������ �������� �������������� �������� ��� ������ ������ �-��������� ����������. ��� ������� ����� �������� ���������� ������� 20 �� � ����� ���� ������������ ��� ���������� ������������������ ����������� �������� ������������ ������� ����� �-��������� ����������.

���. 3. ���������� �-��������� ����������, ��������� � ������� ������������ ������������ ���������� �� (�) � ����� (�) ������������ ����������� ������ ��������. ����������� ������ ������� ������������� ��� ��������������� ������ �-�������� ���������. ��������������� ���������� �������� ������� ����������

�� ���. 3 ��������� ������ ����������, ��������� � ������� ������������ ������������ ���������� �� � ����� ������������ ������ �������� � ����������� ��������� 60�100 �� �� 150 ��. ������ ����� ������ ���������� ��� ����� ������ �-��������� ����������. ������� ��������, ��� �������� ������� ���������� ����� ������ ����� 200�300 ��. ����� ������������ ������ ������ �������� ���� ������������ ������������� ����������� ���� ������ ������� � ������� �������������� ������, ����������� ����� ������� ������� (���. 1a). �����, ��������� ������� ������ ��� �����, ������������ ���������� ���� ��������� ������������� ������� ������ � ����� ���������� ����� �������.

������������� ����� ����������

���. 4a ������� ���������� ��������� �������������� ����������. ����� ����������� ������� ������ ���������� � ����� ��������� ������������.

���. 4. ����������� ����� ���������� � ����� ��������� ������������ (�), ������� ������� ������ ����� ������.

���������� ������������� ����� ���������� � ����� ��������� (�)

����� ������� ������� � ����� �3 ������ ������ ��� ����� ��-�� ������� ������� ����������� ������� ��� ������������, ������������ � ���� ������������. �� ���. 4� �������� ���������� ������������� ����� ���������� � ����� ����������� ���������. � ����� ������ ���������� ������� �� ���� ��������������� ������������, ��������� ����� ����� ����������� ����� ���������� �����������. ��������� ������� � ����� T1 �� ����� ��� ����� ������� �������, ������������������ ��������� ������� ����������� ������ ������� ��������. ��������� ������� � ����� T2 ����������� ��� ������ (Lg2), ��� � ������� ���������. ��� ���������� ��-�� ����, ��� ������ ������ ������ ����� �� ��������� ���������� ������� ������������, � ����� �������������� ������ �� �������� ������� ����� � �������. ����� �������, ������� �������� ������������ ����� ����� ������, ������� ��������� ������������ ����� ���������.

���. 5. ��������� ������������ ��� ���������� � ����� ��������� ������������, ������� ����������� �� ���� ���������� ����������� �� ������ �������� (Vlg3). ���������� ������� � ��������� ��������� �������� �������

������� � ����� T3 � ������ ������ (Lg3), ������������� ��� ���, � ������ ���������� �� ���� ������� ���� �� ������. ������, ���������� ����������� ������� ������� (Vlg3) ��������� ������� ��������� ������������ ��������� � ����� ���������, ��� �������� �� ���. 5. ����� ����� I3 �������, ���������� ��� ����������� ���������� ��������������� �����������, ��������� ����. ��� ���������� ���������� � ����� T3 ���������� ����-�������� [8]. � ������, ����� ����� I3 ��������, ���������� ����� �� ���� ��������������� ���������� ������������, ���������� ��� ������� ������� � ��������������� ���������� ��������, ��� ���������� ��������������� ������ [6].

������������� ��������������

���������� ���� ����� ����� ���������

���������� ���������� ����� ���� ������������ ��� ���������� ���� ����� ����� ����������� ���������. � ����������� ������ ��������������� ������ �������� �������������� ��������, ������� �������������� ���������� � ����������� ����������, ������� �� ����� ������ ������ ��������, � ����������� ������ ������� ����� ��������.

���. 6. ����������� ���� ����� ���������� � ����� ��������� ������������ �� ���������� �� ������� ������� ��� ����������� 30� (������ ������� �� ������������). �� ������ �������� ������ ����������� ���� ��� ������ �� ������ ������������������ ��������� ���������� � ���������� 100 �� (�� 0 �� 0,1 �) � �������� 100 ��

�� ���. 6 ��������� ����������� ���� ����� ���������� (I) �� ���������� (Vg), ������������ � �������� �������, � ������������ �� ���� ������������ ������������. ��������� ����������� ���������� ����������� ��� ����������� 30 K. ��� ����������� V3 = 10 ��, V1 = V2 = 0 � ���� �������� ����, ������� �� ������ T3 ����� ������ �� ���������� �������� � ������ T1 � T2. ������ ��� ���������� ���������, ��������� � �������� ����������� �������, � ���������� ��������� ���������� ������������ �������� ���� ���� ��������. ������������� ��������������� ���� ��������� ������ ��������� ���������� ���� ����� ����� ������� �-��������� ����������. �� ������ � ���. 6 �������� ������������ ����� ������ I1 � I2, ������� ���������� � ����� �� ����������� �� ���� Vg ������������������ ��������� ���������� 100 ��. ���� ���� ������������� ����� ����� �������, ������ ��� ����������� ������� ������ �������������� ��������� ��������������� � ������ ������� ��������� � ������ �������� ������ �������� ������������ ����������. ������� ��������, ��� ������������ ����� � ������������ ����� 20 ����������� � ����������� ��������� ������� � ��������� 200x300 ��2. � ���� ������������ �������� ������������ ���� ���������� ������, ��� ������� � �������� ������� ������� � ������� ���������, �� ����� �� � ����������� ������ ����������.
� ��������, ��������� ���� ������������ ����� ��������������� ����������� � ����-���������, � ���� ������ ���������� ������� �������������� � ������� V1 � V2, � �������� ������ ����������� � ������ V3. ��� ���������� ������������ ��������� ���������� ������������������ ��������� ���������� � ����� ��������� ���������� ������������ ��������, ��� ��� ����������� ������������ ���������� ����� ����� ����������� �������� (0,3 ��� ����������� 30 K). ��� ����� ������ ���� ��������� ������������ ��������� ���������� ������� ����������� � ���������� ���������, ��� ���� ������� ������ Cs1 � ����� Cd1 ������ ���� ������� ��������, ��� ������� ������� Cug1 [1].

�������� ������ ���������

� �������� ������������ ���������� ������ ����� ����� ����� ����������� ��������� ������������. ������� ��������� ����� ����� ��������� ���������� ��� ������������� �������� ������ ��������� � �������� ����� �������������� ����, ��� ������� ����������� ���������� ������. ����� ��������� ������������� ������� �����, ���� ������������� ��� ����� ����������, � ��� ����� � ������ ������ �������, ��������� ����������� ������������������ ����������� ������ �������.

���. 7. ����������� ����, ������������ ����� ���������� � ����� ��������� ������������, �� ���������� �� ������� ������� ������� ��� ���������� ���������� ������������������ ����������� ������ ������� � ������� ������ ��������. ������ ��� ��������� ��������� Vlg2 ��� ����������� ������� �� ���������

�� ���. 7 �������� ����������� I �� Vug ��� ����������� 33 K ��� ������� ���������� � ����� ���������. �������� ���������� ���������: V3 = 10 ��, V1 = V2 = 0 �. ���������� �� ������ ������� Vlg2 ���������� � �������� �� 0 �� -0,24 �. ����� ����� ����� ��������� ����� I1 � I2, ��������� � �������� ������� ����������� ������� � �������� T1 � T2. ����� ����� ���������, ��� ��������� ���������� Vlg2 ��������� ���� ���� I2, �������� �� ��, ��� ������ ������ ������ Lg2 �������� ���������� ������, ����� ��������� ����������� ������� ����� �2. ������ ���������, ��� ����� ���� ������� ����� �2 �������� � ������, ����� ��� ������������ � ����� ������� ����� T1. ��� ������� ����� ��������� �� ������� ��������� ����� ����� ����� ����� ���������. ��������� ����������������� ���������, ���������� �� ��� ���������� �������������� ������ [1], �������� ������� ������ ������� �������� ������������ ���� T1 � T2, ������� ���������� ������ 4 � 8 ��, ��������������, � ������� �����, ������ 1 ��. ���� ������������, ��� ������� ������������ ����� ����� ����, ���������� � ���� ������ �������, �� ������� ����� ������� �� �������� ������ ������� (18 � 37 ��, ��������������). ���������� ������������� ���������� ������� ���. ��������� ������� ����� T1 ����� ��������� ������� ����������� ���������� ��-�� ������� ������ �������, � � ������ �������, ����������� �������������� ��������� ��� ����� ��������, �������������� ������� ����� T1 ����� ������������� � ��������������.

���. 8. ��������� ������������ (�������) ��� ���������� ���������� n1n2 � ���� �������� �������� ������������

��������� ���������, ���������� � ������� �������������, ����� ���������� ��������� ������������ ��� ���������� ���������� n1 � n2 � ���� ���� �������� (���. 8). ��������� ��������� �� ������������� ������� ��-�� ������� ����� ����� ��������� ������������ (���� ���� ����� ��� � �� �� ��������). � �������� �������������� (n1,n2) ��������� ���������, ����� ������� ���� T1 � T2 ����� n1 � n2 ����������, ��������������. ���� ������������ ������������ �� ��������������� ���������� ��������������� ������������, ���������� �� ���. 4, � ��������� ��������� ����� �������, ����� ��������� ���������� ����������, ��� (0,0) � (1,0) � (0,1) � (0,0) (���� �� �������� �� ���. 8), �� �� ���� �� ������ ���������� � ������ ����� ���� ��������� ������ ���� ��������. ����� �����, ��� ����������� ������������ ������ [6], ��������� �� ���. 9a.

���. 9. ������ ���������� � ������ ���������������� �����������. ��������������� ����� � ������������ �����������. ������������� ������ ���������� � �������� f ���� ���, ������ ������������ ������� �� ����� ��������� (�). ������������ ���������� ��� ���������������� �����������, ������������ ��� ���������� ������� ������������. ��� ��������������� ������ ������� ����� �������, ��� ��������� �������� ����� ���� ��������� � ���� �� ���� ���� �������� ������� ���������� Xi

����� ����, ����� ������������ �-��������� ���������� ����������� � ����� ��������� ����������� ��������� � ��������� ������ ����� ���� ������ ������������ ��������������� ����������, ����� �������� �������� �� ���. 9�. � ���� ���������� ��� ��������������� ������ ��������� ����� �������, ����� ��������� �������� ��� ���� ��������� �� ������ �� ���� �����, �� ���� � ���� �� ���� ���� �-��������� ����������. ����� ����������� ����������� ��������� �������������� ������� ����������� �������� Xi. ����� ���������� ����� ����������� � ������ �������� �������� ������� (BDD) [2] � �������������� ������������� ��������� � �������� �������� ����������.

����������

� ���� ������, ��������� � ��������� ������, ���� ����������� ���������� ��������������� ���������� � ����������� ����������� ��������� ������������ � ���� �-��������� ���������� �����������. ���� ������������ ������������ ���������� ����� ����� ������� �� ���� ������� ����������� ������� (CB). ����� ����, ���� �������� � ������� ��������� ����� ����� ����� ����� ���������, ��� �������� ����������� �������� ���������� ��������������� ��������� ��������. ����������, ��������� � ������ ������, �������� ������ �������������, ��� ��� ��������� ���������� ����� ������� ������� ���������� � ���������� ����������� ��������� �� ������ ��������������� ���������.

����������

1. For a review, see D.V. Averin and K.K. Likharev, in Mesoscopic Phenomena in Solids, B.L. Altshuler, P.A. Lee, R.B. Webb (Elsevier, Amsterdam, 1991). 2. N. Asahi, M. Akazawa and Y. Amemiya, Binary-decision-diagram device, IEEE Trans. Electron Devices, Vol. 42, pp. 1999�2003, 1995. 3. K. Yano, T. Ishii, T. Hashimoto, T. Kobayashi, F. Murai and K. Seki, Room-temperature single-electron memory, IEEE Trans. Electron Devices, Vol. 41, pp. 1628�1637, 1994. 4. Y. Takahashi, M. Nagase, H. Namatsu, K. Kurihara, K. Iwadate, Y. Nakajima, S. Horiguchi, K. Murase and M. Tabe, Fabrication technique for Si single-electron transistor opera-ting at room temperature, Electron. Lett., Vol. 31, pp. 938�940, 1994. 5. Y. Takahashi, H. Namatsu, K. Kuri-hara, K. Iwadate, M. Nagase and K. Murase, Size dependence of the characteristics of Si single-electron transistor on SIMOX substrates, IEEE Trans. Electron Devices, Vol. 43, pp. 1213�1217, 1996. 6. H. Pothier, P. Lafarge, R.F. Orfila, C. Urbina, D. Esteve and M.H. Devoret, Single electron pump fabricated with ultrasmall normal tunnel junctions, Physica B, Vol. 169, pp. 573�574, 1991. 7. A. Fujiwara, Y. Takahashi, K. Yamazaki, H. Namatsu, M. Nagase, K. Kurihara and K. Murase, Silicon double-island single-electron device, Tech. Dig. IEDM, pp. 163�166, 1997. 8. J.R. Tucker, Complementary digital logic based on the Coulomb blockade, J. Appl. Phys., Vol. 72, pp. 4399�4413, 1992.

NTT REVIEW, ������ 1998 �. ������� �. ��������