Kwantumapparaten

De meeste geïntegreerde schakelingen zijn digitaal, gebaseerd op MOS (CMOS) transistoren. Sinds het einde van de jaren zestig heeft elke paar jaar een geometriekrimp plaatsgevonden, waardoor de circuitdichtheid is toegenomen - meer circuits tegen lagere kosten in dezelfde ruimte. Op het moment van schrijven (2006) is de lengte van de MOS-transistorpoort 65 nm voor geavanceerde productie, met een verwachte 45 nm binnen een jaar. Bij 65 nm werden lekstromen duidelijk. Bij 45 nm waren heroïsche innovaties nodig om deze lekkage te minimaliseren. Het einde van de krimp in MOS-transistoren wordt verwacht bij 20 tot 30 nm. Hoewel sommigen denken dat 1- tot 2-nm de limiet is. Fotolithografie, of andere lithografische technieken, zullen blijven verbeteren, waardoor een steeds kleinere geometrie ontstaat. Er wordt echter niet verwacht dat conventionele MOS-transistors bruikbaar zijn bij deze kleinere geometrieën onder de 20 tot 30 nm.

Verbeterde fotolithografie zal moeten worden toegepast op andere dan de conventionele transistors, afmetingen (onder 20- tot 30-nm). De verwerpelijke MOS-lekstromen zijn te wijten aan kwantummechanische effecten:elektronentunneling door poortoxide en het smalle kanaal. Samengevat vormen kwantummechanische effecten een belemmering voor steeds kleinere conventionele MOS-transistoren. De weg naar steeds kleinere meetkundige apparaten omvat unieke actieve apparaten die praktisch gebruik maken van kwantummechanische principes. Omdat de fysieke geometrie erg klein wordt, kunnen elektronen worden behandeld als het kwantummechanische equivalent:een golf. Apparaten die gebruikmaken van kwantummechanische principes zijn onder meer resonante tunneling-diodes, kwantumtunneling-transistoren, metalen isolator-metaaldiodes en kwantumdot-transistors.

Kwantumtunneling

Kwantumtunneling: is het passeren van elektronen door een isolerende barrière die dun is in vergelijking met de de Broglie-elektronengolflengte. Als de "elektronengolf" groot is in vergelijking met de barrière, bestaat de mogelijkheid dat de golf aan beide zijden van de barrière verschijnt.

Klassieke weergave van een elektron dat een barrière overwint, of niet. Kwantummechanische weergave zorgt ervoor dat een elektron door een barrière kan tunnelen. De waarschijnlijkheid (groen) is gerelateerd aan de dikte van de barrière. Na figuur 1

In de klassieke natuurkunde moet een elektron voldoende energie hebben om een ​​barrière te overwinnen. Anders deinst het terug van de barrière. (Figuur hierboven) Kwantummechanica zorgt voor een kans dat het elektron zich aan de andere kant van de barrière bevindt. Als het als een golf wordt behandeld, kan het elektron er behoorlijk groot uitzien in vergelijking met de dikte van de barrière. Zelfs als het als een golf wordt behandeld, is de kans klein dat het aan de andere kant van een dikke barrière wordt gevonden. Zie het groene gedeelte van de curve, bovenstaande afbeelding. Het dunner maken van de barrière vergroot de kans dat het elektron aan de andere kant van de barrière wordt gevonden.

Tunneldiode

Tunneldiode: De ongekwalificeerde term tunneldiode verwijst naar de esaki tunneldiode , een vroeg kwantumapparaat. Een omgekeerde voorgespannen diode vormt een uitputtingsgebied, een isolerend gebied, tussen de geleidende anode en de kathode. Dit uitputtingsgebied is slechts dun in vergelijking met de elektronengolflengte wanneer het zwaar gedoteerd is - 1000 keer de dotering van een gelijkrichtdiode. Met de juiste voorspanning is kwantumtunneling mogelijk. Zie CH 3 voor details.

Resonante Tunneling Diode (RTD)

RTD, resonante tunnelingdiode: Dit is een kwantumapparaat dat niet moet worden verward met de Esaki-tunneldiode, CH 3, een conventionele zwaar gedoteerde bipolaire halfgeleider. Elektronen tunnel door twee barrières gescheiden door een put in stromende bron om af te voeren in een resonante tunneling diode . Tunnelen wordt ook wel kwantummechanische tunneling genoemd. De stroom van elektronen wordt geregeld door diodebias. Dit stemt de energieniveaus van de elektronen in de bron af op het gekwantiseerde niveau in de put, zodat elektronen door de barrières kunnen tunnelen. Het energieniveau in de put wordt gekwantificeerd omdat de put klein is. Wanneer de energieniveaus gelijk zijn, een resonantie optreedt, waardoor elektronen door de barrières kunnen stromen, zoals weergegeven in onderstaande afbeelding (b). Geen afwijking of te veel afwijking, in respectievelijk onderstaande figuren (a) en (c), levert een energiemismatch op tussen de bron en de put, en geen geleiding.

Resonante tunneling diode (RTD):(a) Geen voorspanning, bron- en bronenergieniveaus komen niet overeen, geen geleiding. (b) Kleine vertekening veroorzaakt gematchte energieniveaus (resonantie); geleiding resultaten. (c) Verdere bias komt niet overeen met energieniveaus, waardoor de geleiding afneemt.

Naarmate de bias vanaf nul over de RTD wordt verhoogd, neemt de stroom toe en vervolgens af, wat overeenkomt met de uit-, aan- en uittoestanden. Dit maakt vereenvoudiging van conventionele transistorcircuits mogelijk door een paar RTD's te vervangen door twee transistors. Twee back-to-back RTD's en een transistor vormen bijvoorbeeld een geheugencel, met minder componenten, minder oppervlakte en vermogen in vergelijking met een conventioneel circuit. De mogelijke toepassing van RTD's is om het aantal componenten, het gebied en de vermogensdissipatie van conventionele transistorcircuits te verminderen door enkele, maar niet alle, transistors te vervangen. Van [GEP] RTD's is aangetoond dat ze oscilleren tot 712 GHz. [ERB]

Dubbellaagse tunneltransistor (Deltt)

Dubbellaagse tunneling-transistor: De Deltt , ook wel bekend als de Double-layer tunneling transistor is opgebouwd uit een paar geleidende putten gescheiden door een isolator of halfgeleider met een hoge bandafstand. (Figuur hieronder) De putjes zijn zo dun dat elektronen beperkt zijn tot twee dimensies. Deze staan ​​bekend als kwantumbronnen . Een paar van deze kwantumputten is geïsoleerd door een dunne GaAlAs-laag met een hoge bandafstand (niet gemakkelijk geleidend). Elektronen kunnen tunnelen door de isolerende laag als de elektronen in de twee kwantumputten hetzelfde momentum en dezelfde energie hebben. De putten zijn zo dun dat het elektron kan worden behandeld als een golf - de kwantummechanische dualiteit van deeltjes en golven. De bovenste en optionele onderste regelpoorten kunnen worden aangepast om de energieniveaus (resonantie) van de elektronen gelijk te maken om geleiding van bron naar afvoer mogelijk te maken. Afbeelding hieronder, rode balken van het barrièrediagram tonen ongelijke energieniveaus in de putten, een "off-state" toestand. Een juiste voorspanning van de poorten egaliseert de energieniveaus van elektronen in de putten, de "aan-toestand" -toestand. De balken zouden op hetzelfde niveau staan ​​in het energieniveaudiagram.

Dubbellaagse tunneling-transistor (Deltt) is samengesteld uit twee elektronenbevattende putten, gescheiden door een niet-geleidende barrière. De poortspanningen kunnen zo worden aangepast dat de energie en het momentum van de elektronen in de putten gelijk zijn, waardoor elektronen door de niet-geleidende barrière kunnen tunnelen. (De energieniveaus worden weergegeven als ongelijk in het barrièrediagram.)

Als de poortvoorspanning groter wordt dan nodig is voor tunneling, komen de energieniveaus in de kwantumputten niet meer overeen, wordt tunneling verhinderd en neemt de bron-naar-afvoerstroom af. Om samen te vatten, het verhogen van de gate-bias van nul resulteert in aan, uit, aan voorwaarden. Hierdoor kan een paar Deltt's worden gestapeld op de manier van een CMOS-complementair paar; er zijn echter geen verschillende p- en n-transistors nodig. De voedingsspanning is ongeveer 100 mV. Er zijn experimentele Deltt's geproduceerd die werken in de buurt van 4,2 K, 77 K en 0o C. Versies op kamertemperatuur worden verwacht. [GEP] [IGB] [PFS]

Metaal-isolator-isolator-metaal (MIIM)

MIIM-diode: Het metaal-isolator-isolator-metaal (MIIM) diode is een apparaat voor kwantumtunneling, niet gebaseerd op halfgeleiders. Zie "MIIM-diodesectie" Afbeelding hieronder. De isolatorlagen moeten dun zijn in vergelijking met de de Broglie-elektronengolflengte, wil kwantumtunneling mogelijk zijn. Voor diodewerking moet er een voorkeurstunnelrichting zijn, wat resulteert in een scherpe bocht in de voorwaartse karakteristieke curve van de diode. De MIIM-diode heeft een scherpere voorwaartse curve dan de metalen isolatormetaal (MIM) diode, die hier niet wordt beschouwd.

Metalen isolator isolator metaal (MIIM) diode:Dwarsdoorsnede van de diode. Energieniveaus voor geen bias, forward bias en reverse bias. Na figuur 1.

De energieniveaus van M1 en M2 zijn gelijk in "no bias" Figuur hierboven. Door de hoge I1- en I2-barrières kunnen (thermische) elektronen echter niet stromen. Elektronen in metaal M2 hebben een hoger energieniveau in "reverse bias", figuur hierboven, maar kunnen de isolatorbarrière nog steeds niet overwinnen. Naarmate de "forward bias"-afbeelding hierboven wordt vergroot, wordt een kwantumbron , een gebied waar elektronen kunnen voorkomen, wordt gevormd tussen de isolatoren. Elektronen kunnen door isolator I1 gaan als M1 op hetzelfde energieniveau is gebaseerd als de kwantumbron. Een simpele verklaring is dat de afstand door de isolatoren korter is. Een langere verklaring is dat naarmate de bias toeneemt, de kans dat de elektronengolf overlapt van M1 naar de kwantumput toeneemt. Voor een meer gedetailleerde uitleg zie Phiar Corp. [PHI]

MIIM-apparaten werken op hogere frequenties (3,7 THz) dan microgolftransistors. [RCJ3] De toevoeging van een derde elektrode aan een MIIM-diode levert een transistor op.

Quantum Dot Transistor

Quantum dot-transistor: Een geïsoleerde geleider kan een lading aannemen, gemeten in coulombs voor grote objecten. Voor een geïsoleerde geleider op nanoschaal die bekend staat als een kwantumpunt , wordt de lading gemeten in elektronen. Een kwantumpunt van 1 tot 3 nm kan een incrementele lading van een enkel elektron aannemen. Dit is de basis van de kwantum dot transistor , ook bekend als een single-elektrontransistor .

Een kwantumstip bovenop een dunne isolator boven een elektronenrijke bron staat bekend als een enkele elektronendoos . (Figuur hieronder (a)) De energie die nodig is om een ​​elektron over te dragen, is gerelateerd aan de grootte van de stip en het aantal elektronen dat zich al op de stip bevindt.

Een poortelektrode boven de kwantumdot kan het energieniveau van de stip aanpassen zodat kwantummechanische tunneling van een elektron (als een golf) van de bron door de isolator mogelijk is. (Figuur hieronder (b)) Een enkel elektron kan dus naar de stip tunnelen.

(a) Enkele elektronendoos, een geïsoleerde kwantumstip gescheiden van een elektronenbron door een isolator. (b) Positieve lading op de poort polariseert de kwantumdot, waardoor een elektron van de bron naar de stip wordt getunneld. (c) Quantumtransistor:kanaal wordt vervangen door quantumdot omgeven door tunnelbarrière.

Als de kwantumstip is omgeven door een tunnelbarrière en is ingebed tussen de source en drain van een conventionele FET, zoals in figuur hierboven (c), kan de lading op de stip de stroom van elektronen van source naar drain moduleren. Naarmate de poortspanning toeneemt, neemt de bron-naar-afvoerstroom toe, tot op zekere hoogte. Een verdere toename van de poortspanning verlaagt de afvoerstroom. Dit is vergelijkbaar met het gedrag van de RTD- en Deltt-resonantieapparaten. Er is slechts één soort transistor nodig om een ​​complementaire logische poort te bouwen.[GEP]

Enkele elektronentransistor

Enkele elektronentransistor: Als een paar geleiders, supergeleiders of halfgeleiders wordt gescheiden door een paar tunnelbarrières (isolator), die een klein geleidend eiland omringen, zoals een kwantumpunt, kan de stroom van een enkele lading (een Cooper-paar voor supergeleiders) worden gecontroleerd door een poort. Dit is een enkele elektronentransistor vergelijkbaar met figuur hierboven (c). Door de positieve lading op de poort te vergroten, kan een elektron naar het eiland tunnelen. Als het voldoende klein is, zal de lage capaciteit ervoor zorgen dat de puntpotentiaal aanzienlijk stijgt vanwege het enkele elektron. Door de elektronenlading kunnen geen elektronen meer naar het eiland tunnelen. Dit is bekend bij de coulomb blokkade . Het elektron dat naar het eiland tunnelde, kan naar de afvoer tunnelen.

Single-elektrontransistors werken bij bijna het absolute nulpunt. De uitzondering is de grafeen-single-elektrontransistor, met een grafeeneiland. Het zijn allemaal experimentele apparaten.

Grafeen en koolstof nanobuistransistor

Grafeentransistor: Grafiet, een allotroop van koolstof, heeft niet de starre, in elkaar grijpende kristallijne structuur van diamant. Niettemin heeft het een kristallijne structuur - één atoom dik, een zogenaamde tweedimensionale structuur. Een grafiet is een driedimensionaal kristal. Het klieft echter in dunne vellen. Experimenteerders, die dit tot het uiterste doorvoeren, produceren vlekjes ter grootte van een micron zo dun als een enkel atoom, bekend als grafeen . (Figuur hieronder (a)) Deze membranen hebben unieke elektronische eigenschappen. Zeer geleidend, geleiding vindt plaats door elektronen of gaten, zonder enige vorm van doping. [AKG]

Grafeenvellen kunnen door lithografische technieken in transistorstructuren worden gesneden. De transistors vertonen enige gelijkenis met een MOSFET. Een poort die capacitief is gekoppeld aan een grafeenkanaal regelt de geleiding.

Naarmate siliciumtransistoren naar kleinere afmetingen schalen, neemt de lekkage toe samen met de vermogensdissipatie. En ze worden om de paar jaar kleiner. Grafeentransistors dissiperen weinig vermogen. En ze schakelen met hoge snelheid. Grafeen kan ooit een vervanging zijn voor silicium.

Grafeen kan worden verwerkt tot apparaten van slechts zestig atomen breed. Grafeen kwantumstippen in een transistor van dit formaat dienen als single-elektrontransistoren . Eerdere enkelvoudige elektronentransistoren, gemaakt van supergeleiders of conventionele halfgeleiders, werken in de buurt van het absolute nulpunt. Grafeen-transistors met één elektron functioneren op unieke wijze bij kamertemperatuur.[JWA]

Grafeentransistors zijn op dit moment laboratoriumcuriosa. Als ze over twee decennia in productie moeten gaan, moeten grafeenwafels worden geproduceerd. De eerste stap, de productie van grafeen door chemische dampafzetting (CVD), is op experimentele schaal bereikt. Er zijn tot op heden echter geen wafers beschikbaar.

(a) Grafeen:een enkele plaat van de grafietallotroop van koolstof. De atomen zijn gerangschikt in een hexagonaal patroon met een koolstof op elk kruispunt. (b) Koolstofnanobuis:een opgerold vel grafeen.

Koolstof nanobuistransistor: Als een 2D-vel grafeen wordt opgerold, staat de resulterende 1-D-structuur bekend als een koolstofnanobuis . (Figuur hierboven (b)) De reden om het als 1-dimensionaal te behandelen, is dat het zeer geleidend is. Elektronen doorkruisen de koolstofnanobuis zonder verstrooid te worden door een kristalrooster. Weerstand in normale metalen wordt veroorzaakt door verstrooiing van elektronen door het metallische kristalrooster. Als elektronen deze verstrooiing vermijden, wordt geleiding gezegd door ballistisch transport . Er zijn zowel metallische (werkende) als halfgeleidende koolstofnanobuizen geproduceerd. [MBR]

Veldeffecttransistoren kunnen worden gemaakt van koolstofnanobuizen door source- en draincontacten aan de uiteinden aan te brengen en capacitief een poort aan de nanobuis tussen de contacten te koppelen. Er zijn zowel p- als n-type transistoren gefabriceerd. Vanwaar de interesse in koolstofnanobuistransistors? Nanobuis-halfgeleiders zijn kleiner, sneller, lager vermogen in vergelijking met siliciumtransistors. [PNG]

Spintronica

Spintronica: Conventionele halfgeleiders regelen de stroom van elektronenlading, stroom. Digitale toestanden worden weergegeven door "aan" of "uit" stroomstroom. Naarmate halfgeleiders dichter worden bij de overgang naar een kleinere geometrie, neemt het vermogen dat moet worden afgevoerd als warmte toe tot het punt dat het moeilijk te verwijderen is. Elektronen hebben andere eigenschappen dan lading, zoals spin. Een voorlopige uitleg van elektronenspin is de rotatie van verdeelde elektronenlading om de spin-as, analoog aan de dagelijkse rotatie van de aarde. De stroomlussen die worden gecreëerd door ladingsbeweging, vormen een magnetisch veld. Het elektron lijkt echter meer op een puntlading dan op een gedistribueerde lading. De analogie met roterende gedistribueerde lading is dus geen juiste verklaring voor spin. Elektronenspin kan twee toestanden hebben:omhoog of omlaag, die digitale toestanden kunnen vertegenwoordigen. Meer precies kan het spin (ms) kwantumgetal ± 1/2 van het impulsmoment (l) kwantumgetal zijn. [DDA]

Het regelen van de elektronenspin in plaats van de ladingsstroom vermindert de vermogensdissipatie aanzienlijk en verhoogt de schakelsnelheid. Spintronica , een acroniem voor SPIN TRansport electronics, wordt niet op grote schaal toegepast vanwege de moeilijkheid om elektronenspin te genereren, te controleren en te detecteren. Er wordt echter een niet-vluchtig magnetisch spingeheugen met een hoge dichtheid geproduceerd met behulp van gemodificeerde halfgeleiderprocessen. Dit heeft te maken met de spinklep magnetische leeskop gebruikt in harde schijven van computers, hier niet verder genoemd.

Een eenvoudige magnetische tunneljunctie (MTJ) wordt getoond in onderstaande afbeelding (a), bestaande uit een paar ferromagnetische , sterke magnetische eigenschappen zoals ijzer (Fe), lagen gescheiden door een dunne isolator. Elektronen kunnen tunnelen door een voldoende dunne isolator vanwege de kwantummechanische eigenschappen van elektronen - het golfkarakter van elektronen. De stroom door de MTJ is een functie van de magnetisatie, spinpolariteit, van de ferromagnetische lagen. De weerstand van de MTJ is laag als de magnetische spin van de bovenste laag in dezelfde richting (polariteit) staat als de onderste laag. Als de magnetische spins van de twee lagen tegengesteld zijn, is de weerstand hoger. [WJG]

(a) Magnetische tunnelovergang (MTJ):paar ferromagnetische lagen gescheiden door een dunne isolator. De weerstand varieert met de magnetisatiepolariteit van de bovenste laag (b) Antiferromagnetische voorspanningsmagneet en vastgezette onderste ferromagnetische laag verhoogt de weerstandsgevoeligheid voor veranderingen in polariteit van de bovenste ferromagnetische laag. Aangepast van [WJG] Afbeelding 3.

De verandering in weerstand kan worden versterkt door de toevoeging van een antiferromagneet , materiaal met spins uitgelijnd maar tegengesteld, onder de onderste laag in figuur hierboven (b). Deze biasmagneet speldt de onderste ferromagnetische laag draait naar een enkele onveranderlijke polariteit. De magnetisatie van de bovenste laag (spin) kan worden omgedraaid om gegevens weer te geven door het aanleggen van een extern magnetisch veld dat niet in de figuur is weergegeven. De vastgezette laag wordt niet beïnvloed door externe magnetische velden. Nogmaals, de MTJ-weerstand is het laagst wanneer de spin van de bovenste ferromagnetische laag dezelfde richting heeft als de onderste vastgezette ferromagnetische laag. [WJG]

De MTJ kan verder worden verbeterd door de vastgezette ferromagnetische laag in twee lagen te splitsen, gescheiden door een bufferlaag in onderstaande afbeelding (a). Dit isoleert de bovenste laag. De onderste ferromagnetische laag wordt vastgemaakt door de antiferromagneet zoals in de vorige afbeelding. De ferromagnetische laag bovenop de buffer wordt aangetrokken door de onderste ferromagnetische laag. Tegenpolen trekken elkaar aan. De spinpolariteit van de extra laag is dus door aantrekking tegengesteld aan die in de onderste laag. De onderste en middelste ferromagnetische lagen blijven gefixeerd. De bovenste ferromagnetische laag kan worden ingesteld op ofwel spinpolariteit door hoge stromen in nabije geleiders (niet getoond). Zo worden gegevens opgeslagen. Gegevens worden uitgelezen door het verschil in stroom door de tunnelovergang. De weerstand is het laagst als de lagen aan beide zijden van de isolerende laag dezelfde spin hebben. [WJG]

(a) Het splitsen van de vastgezette ferromagnetische laag van (b) door een bufferlaag verbetert de stabiliteit en isoleert de bovenste ferromagnetische losgemaakte laag. Gegevens worden opgeslagen in de bovenste ferromagnetische laag op basis van spinpolariteit (b) MTJ-cel ingebed in leeslijnen van een halfgeleiderchip - een van de vele MTJ's. Aangepast van [IBM]

Een reeks magnetische tunneljuncties kan worden ingebed in een siliciumwafel met geleiders die de bovenste en onderste terminals verbinden voor het lezen van databits van de MTJ's met conventionele CMOS-schakelingen. Een zo'n MTJ wordt getoond in figuur hierboven (b) met de leesgeleiders. Niet getoond, een andere gekruiste reeks geleiders die zware schrijfstromen dragen, schakelt de magnetische spin van de bovenste ferromagnetische laag om gegevens op te slaan. Een stroom wordt toegepast op een van de vele "X" -geleiders en een "Y" -geleider. Eén MTJ in de array is gemagnetiseerd onder de crossover van de geleiders. Gegevens worden uitgelezen door de MTJ-stroom te meten met conventionele siliciumhalfgeleiderschakelingen. [IBM]

De belangrijkste reden voor interesse in het geheugen van magnetische tunneljuncties is dat het niet-vluchtig is . Het verliest geen gegevens wanneer het "uit" staat. Andere typen niet-vluchtig geheugen kunnen slechts beperkte opslagcycli aan. MTJ-geheugen is ook sneller dan de meeste typen halfgeleidergeheugen. Het is nu (2006) een commercieel product. [TLE]

Geen commercieel product, of zelfs een laboratoriumapparaat, is de theoretische spintransistor die ooit logische spin-poorten mogelijk zou kunnen maken. De spintransistor is een afgeleide van de theoretische spindiode. Het is al enige tijd bekend dat elektronen die door een kobalt-ijzer ferromagneet stromen, spin-gepolariseerd worden. De ferromagneet fungeert als een filter dat bij voorkeur elektronen van één spin doorlaat. Deze elektronen kunnen in een aangrenzende niet-magnetische geleider (of halfgeleider) stromen en de spinpolarisatie gedurende een korte tijd, nanoseconden, behouden. Spin-gepolariseerde elektronen kunnen zich echter over een aanzienlijke afstand voortplanten in vergelijking met de afmetingen van halfgeleiders. De spin-gepolariseerde elektronen kunnen worden gedetecteerd door een ferromagnetische nikkel-ijzerlaag naast de halfgeleider. [DDA] [RCJ2]

Er is ook aangetoond dat elektronenspinpolarisatie optreedt wanneer circulair gepolariseerd licht sommige halfgeleidermaterialen verlicht. Het zou dus mogelijk moeten zijn om spin-gepolariseerde elektronen in een halfgeleiderdiode of transistor te injecteren. De interesse in op spin gebaseerde transistors en poorten is vanwege de niet-dissipatieve aard van spinpropagatie, vergeleken met dissipatieve ladingsstroom. Naarmate conventionele halfgeleiders kleiner worden, neemt de vermogensdissipatie toe. Op een gegeven moment is afschalen niet meer praktisch. Onderzoekers zijn op zoek naar een vervanging voor de conventionele op ladingstroom gebaseerde transistor. Dat apparaat is mogelijk gebaseerd op spintronica. [RCJ]

BEOORDELING:

• Omdat MOS-poortoxide met elke generatie kleinere transistoren dunner wordt, veroorzaakt overmatige poortlekkage een onaanvaardbare vermogensdissipatie en verhitting. De limiet van het verkleinen van conventionele halfgeleidergeometrie is in zicht.
• Resonante tunneling diode (RTD):Quantum mechanische effecten, die conventionele halfgeleiders degraderen, worden gebruikt in de RTD. De stroom van elektronen door een voldoende dunne isolator is door het golfkarakter van de elektron-deeltjesgolf dualiteit. De RTD functioneert als een versterker.
• Dubbellaagse tunneling-transistor (Deltt):De Deltt is een transistorversie van de RTD. Gate bias regelt het vermogen van elektronen om door een dunne isolator te tunnelen van de ene kwantumput naar de andere (source to drain).
• Quantum dot-transistor:een quantum dot die een lading kan vasthouden, wordt omgeven door een dunne tunnelbarrière die de poort van een conventionele FET vervangt. De lading op de kwantumstip regelt de bron om de stroom af te voeren.
• Spintronica:Elektronen hebben twee basiseigenschappen:lading en spin. Conventionele elektronische apparaten regelen de stroom van lading en dissiperen energie. Spintronische apparaten manipuleren elektronenspin, een propagatief, niet-dissipatief proces.

GERELATEERDE WERKBLAD:

• Werkblad elektrische geleiding in halfgeleiders