銦單電子晶體管和存儲(chǔ)器研究.pdf

1、單電子器件是依據(jù)量子隧穿和庫(kù)侖阻塞兩種現(xiàn)象之間的競(jìng)爭(zhēng)工作的。它主要包括單電子晶體管和單電子存儲(chǔ)器。單電子晶體管具有極小的尺寸、高速度、低功耗和多功能的特點(diǎn)，是目前MOS器件極有希望的替代者。單電子存儲(chǔ)器通過操縱單個(gè)或者少數(shù)幾個(gè)電子實(shí)現(xiàn)信息的存儲(chǔ)，具有極低的功耗和極小的尺寸。發(fā)展單電子存儲(chǔ)器是實(shí)現(xiàn)高密度信息存儲(chǔ)的一個(gè)重要方向。單電子器件工作在傳統(tǒng)器件有可能出現(xiàn)機(jī)理限制的納米級(jí)尺寸上，可以組合成擁有各種邏輯功能的電路，適合用作特大規(guī)模集成電

2、路的基本邏輯運(yùn)算單元。 由于單電子器件的這些優(yōu)勢(shì)，自1985年正統(tǒng)理論提出以來單電子學(xué)成為一個(gè)非?；钴S的研究領(lǐng)域。IBM、Hitachi等許多著名公司和高校都開展單電子器件的理論和實(shí)驗(yàn)研究，而且有許多好的成果被報(bào)道，其中室溫工作的單電子晶體管、超靈敏電荷計(jì)和128M的單電子存儲(chǔ)器都尤其值得一提。 在基金項(xiàng)目的支持下，本文作者從2001年開始從事單電子器件理論和實(shí)驗(yàn)研究，獲得了一些成果。 理論上的成果是：提出單電子

3、存儲(chǔ)器的保持時(shí)間模型和隧道結(jié)電阻的解析表達(dá)，進(jìn)行了隧穿事件的時(shí)間相關(guān)性分析以及推廣電源獨(dú)立作用原理。這些理論能夠方便單電子存儲(chǔ)器的優(yōu)化和單電子電路問題的分析。 實(shí)驗(yàn)上的成果是：提出了抑制電子束曝光鄰近效應(yīng)的欠顯影技術(shù)，在非晶態(tài)襯底上生長(zhǎng)了銦量子點(diǎn)，并采用銦量子點(diǎn)制作了多島單電子晶體管?；谶@些技術(shù)我們可以開展單電子器件和電路的研究。這些成果將在論文的各章節(jié)具體討論。 第一章是緒論，主要介紹單電子器件的發(fā)展史和基本理論，同

4、時(shí)簡(jiǎn)單介紹了單電子器件常用的一些制作方法。 第二章、第三章是單電子器件的理論研究。在第二章中對(duì)單電子存儲(chǔ)器的理論進(jìn)行了研究，提出了單電子存儲(chǔ)器的保持時(shí)間模型和隧道結(jié)隧穿電阻模型，并對(duì)單電子存儲(chǔ)器的優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了分析，最后給出了單電子存儲(chǔ)器的一些特征參數(shù)和極限參數(shù)。在第三章中，推廣了電源獨(dú)立作用原理，并在此基礎(chǔ)上對(duì)隧穿事件的時(shí)間相關(guān)性和隧穿電流的測(cè)量理論進(jìn)行了研究。 第四章主要研究單電子器件的制作工藝，研究了納米微細(xì)結(jié)構(gòu)的