用扫描隧道显微术实现室温下的单电子隧穿效应

单电子隧穿效应通常只能在低温下实现。最近，采用扫描隧道显微术在纳米尺度的范围内实现了室温单电子隧穿，清晰地观察到了库仑阻塞现象和库仑阶梯特性。这是单电子隧穿研究中的重大进展，将在简要叙术单电子隧穿物理过程的基础上予以介绍。     

单电子晶体管通断图及其分析

通过研究单电子晶体管在电路中的静电能量的变化,得到了它的阻塞、导通情况与其两端偏压和控制栅压之间的关系,从而给出了它的通断图.并且发现单电子晶体管的对外特性主要由其对外的总电容决定;而单电子岛两个隧道结电容的不同主要反映在通断图上由隧道结电容所决定的晶体管阻塞、导通边界线上,这两条边界线同时也与外电路有关 关键词： 单电子晶体管 库仑阻塞 隧穿     

基于库仑阻塞原理的多值存储器

设计了一种基于库仑阻塞原理的新型单电子多值存储器.器件包括两个多隧穿结结构和一个单电子晶体管，其中单电子晶体管起到一个静电计的作用来实现数据的读取.两个隧穿结库仑阻塞区域的大小不同使得器件具有三个稳定的存储状态.利用这个原理可以制备出多值的动态随机存储器和非挥发性的随机存储器.这种低功耗的单电子多值存储器可以实现信息的超高密度存储. 关键词： 库仑阻塞 单电子晶体管     

介观LC电路中的量子隧道效应

考虑到电子在纳米电容器中的运动是一个单电子隧穿过程,因而将电容器作为一个隧道结,应用隧道模型的稳态法,研究了介观LC电路中的电流电压特性.结果表明:由于库仑力的作用,介观LC电路中存在着阈值电压.当外加电压小于阈值电压时,隧穿电流为零,显示出库仑阻塞现象;当外加电压远大于阈值电压时,隧穿电流与电压成正比. 关键词： 介观LC电路 库仑阻塞 单电子隧道过程     

单电子三势垒隧穿结I-V特性研究

在正统理论的基础上，提出了单电子三势垒隧穿结模型的主方程，并用线性方程组解法求出了其稳态解.通过数值模拟，得到了该系统的I-V特性曲线.发现其有别于双势垒隧穿结的情况，在传统库仑台阶的平台处曲线存在波纹状结构，分析得出这是由于第二个库仑岛上的电子数变化对I-V曲线的影响.此外，研究了各物理参数对I-V曲线的影响，发现三结系统可以降低对温度的要求，并应用Fermi能级处的能级间隔估算出出现库仑台阶现象的最高温度Tmax，为相关单电子器件的参数选择提供了理论依据. 关键词： 正统理论 库仑台阶 主方程 隧穿概率     

单电子效应与单电子晶体管

由于半导体超微细加工技术的发展，在半径为几百ｎｍ的量子点结构上观察到由单个电子的阻塞和隧穿引起的电流振荡，分别称为库仑阻塞，单电子隧穿和库仑振荡，与此效应有关的现象还有库仑台阶，旋转门效应，旋转门器件可利用作为电流标准测量，单电子晶体管将是下世纪大容量存贮器的最好选择，单电子效应的研究将开辟一门新的“人造原子物理学”。     

通过单电子泵实现对单电子运动的控制及其相图分析

介绍了单电子泵的工作原理，讨论了如何利用库仑阻塞和单电子隧穿实现对单电子泵中单个电子运动的控制，从而给出它的相图，并由此得到了单电子泵的一个重要用途，即控制微小电流.指出栅极可能引入的随机电荷对单电子泵的应用并无影响. 关键词： 单电子泵 库仑阻塞 相图     

纳米隧道结的量子电容现象

利用STM针尖和二维Au纳米团簇构造的双隧道结,通过对单电子隧穿谱的测量,研究了纳米隧道结的电容随隧道结宽度的变化,发现电容随结宽度的变化偏离了经典电容的行为,为纳米隧道结的量子电容效应提供了实验证据.     

纳米隧道结的量子电容现象

利用STM针尖和二维Au纳米团簇构造的双隧道结，通过对单电子隧穿谱的测量，研究了纳米隧道结的电容随隧道结宽度的变化，发现电容随结宽度的变化偏离了经典电容的行为，为纳米隧道结的量子电容效应提供了实验证据。     

库仑阻塞、单电子相关隧穿与单电子晶体管

 越来越多的人相信,发展新一代在原理上全新的电子器件是下一世纪电子工业的希望所在.在这一方面,近年来已有一个又一个的量子器件原型见诸报道;还有更多的设想和建议不断被提出来,引起人们浓厚的兴趣.现在,又有一种新型小尺寸器件--单电子晶体管在在向我们招手.根据这种器件的发展前景,有人甚至提出了单电子学这一崭新的学科.单电子晶体管是与库仑阻塞这一著名的物理现象联系在一起的.     

多岛单电子晶体管的实现及其源漏特性分析

在淀积有纳米间隙栅电极、源电极和漏电极的衬底上生长量子点，制作出多岛结构的单电子晶体管.在77K温度下对源漏特性进行了测试，得到了库仑阻塞特性.并且成功抑制了单岛单电子晶体管中易出现的共隧穿效应，观察到较大的库仑阈值电压.对试验数据进行了分析，阐明了岛的不同结构组态产生的不同输运效果. 关键词： 单电子晶体管 量子点 库仑阻塞     

半导体量子电子和光电子器件

本阐述了半导体异质结构电子的量子特性,如电子波输运,库仑阻塞效应等,介绍了几种新颖,典型的量子电子器件和量子光电子器件的物理模型和基本原理,这些器件包括了单电子晶体管,共振隧穿二极管,高电子迁移率晶体管,δ掺杂场效应晶体管,量子点元胞自动机,量子阱红外探测器,埋沟异质结半导体激光器,量子级联激光器等,给出了作在半导体量子器件物理方面的最新研究结果。     

双量子阱中光子辅助电子自旋隧穿

采用单电子有效质量近似理论, Floquet理论和传递矩阵方法, 对包含时间周期场的双量子阱中单电子的自旋隧穿特性进行了研究, 对InP/InAs半导体材料进行了数值计算. 重点研究了Rashba型和Dresselhaus型自旋轨道耦合、量子阱结构以及偏压对电子隧穿的影响. 这些结果可以为设计和调控半导体自旋电子器件提供一定的理论依据. 关键词： 光子辅助隧穿 隧穿概率 量子阱     

单一电子隧穿振荡及其应用

 在本世纪初物理学家密立根在做著名的油滴实验时,曾为不能控制油滴上所带的电子数而烦恼．时至今日,这种烦恼已不复存在．１９８７年３月６日,前苏联的“理论与实验物理学报”收到了莫斯科大学利哈廖夫等人关于“单电子学效应”的论文,极其巧合的是在同一天美国的“物理评论”收到了贝尔实验室两位学者ＴｈｅｏｄｏｒｅＦｕｌｔｏｎ和ＧｅｒａｌｄＤｏｌａｎ关于同样效应的论文,从而激起了研究单电子学和单电子装置的热潮．一、单一电子隧穿振荡现象对于用两块金属膜夹一绝缘层构成的隧道结,可将其看做一个电容,电子有隧穿绝缘展势垒的几率,穿透几率取决于绝缘层的厚度和电极材料的特性．     

一种新型的高频半导体量子点单电子泵

除了直流负电压外,还在浅法刻蚀出的GaAs/AlGaAs量子线上的两个金属指形门上分别叠加两个相位相差π的正弦信号,从而对形成量子点的两个势垒作不等幅调制.在无源漏偏压的情况下,通过周期形成的量子点实现了单电子的搬运.由于新的半导体量子点单电子泵不是依赖库仑阻塞效应通过隧穿进行单电子输运,因此,该器件就不会受到固定隧穿时间引起的低工作频率限制.在1.7K温度下,频率达到3GHz仍然可以观测到量子化电流平台,对应的电流值达到0.5nA量级.这种新器件提供了实现高速度、高精度搬运单电子的另一种可能途径. 关键词： 单电子输运 单电子旋转门 单电子泵 量子化电流平台     

半导体量子电子和光电子器件

本文阐述了半导体异质结构电子的量子特性 ,如电子波输运、库仑阻塞效应等。介绍了几种新颖、典型的量子电子器件和量子光电子器件的物理模型和基本原理。这些器件包括了单电子晶体管、共振隧穿二极管、高电子迁移率晶体管、δ掺杂场效应晶体管、量子点元胞自动机、量子阱红外探测器、埋沟异质结半导体激光器、量子级联激光器等。给出了作者在半导体量子器件物理方面的最新研究结果。     

金属-绝缘体-金属隧道发光结的电子隧穿和负阻现象

薄膜Au-Al₂O₃-Al隧道结(MIMTJ)在产生可见光发射的同时表现出了明显的负阻现象.这种负阻现象的物理机制是由于结中产生了作为发光中介作用的表面等离极化激元(SPP)对隧穿电子的阻挡作用.通过MIMTJ的电子输运的电路模拟和I-V特性的数值计算，揭示了SPP在I-V特性曲线中的负阻、隧道结发光中所起的关键作用. 关键词：     

一维介观结链中电荷孤子的控制

研究了一维介观结链中的电势分布随各岛上门电压和电子数分布的变化关系,并发现在一个岛上加一个门电压会产生一个静电势孤子.通过调节门电压可以较好地控制静电势孤子的形状及其位置,从而达到对电荷孤子的有效控制. 关键词： 电荷孤子 介观结 单电荷隧穿     

串联组装双C60 的电子结构和输运特性

利用第一原理密度泛函理论计算组装C60形成能和电子结构,用半经典隧穿理论研究了串联C60的电子输运特性。结果显示：六边形对六边形双C60比边对边双C60稳定;库仑阻塞与系统的结构密切相关,并且只有阴极结比阳极结窄时,才会出现库仑阻塞;低温时出现非常明显库仑台阶,温度较高时其被热效应抑制。     

串联组装双C60 的电子结构和输运特性

利用第一原理密度泛函理论计算组装C60形成能和电子结构,用半经典隧穿理论研究了串联C60的电子输运特性。结果显示：六边形对六边形双C60比边对边双C60稳定;库仑阻塞与系统的结构密切相关,并且只有阴极结比阳极结窄时,才会出现库仑阻塞;低温时出现非常明显库仑台阶,温度较高时其被热效应抑制。