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《半导体量子器件物理讲座第五讲弹道输运器件和量子干涉器件.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。
1、半导体量子器件物理讲座＊第五讲弹道输运器件和量子干涉器件李国华(中国科学院半导体研究所半导体超晶格国家重点实验室北京100083)摘要当器件的尺度小到与电子的平均自由程相当时,电子的输运可以看作弹道输运.文章介绍了隧穿热电子晶体管在输运放大器和电子能谱仪两种工作模式下的工作原理以及用共振隧穿热电子晶体管做成的记忆器.如果器件的尺寸进一步减小,电子的波动特性也必须考虑.文章介绍了研究这种器件中的输运特性的方法及量子干涉晶体管和量子反射晶体管的工作原理.关键词弹道输运,热电子晶体管,量子干涉器件BALLISTICTRANSPORTDEVICESANDQU
2、ANTUMINTERFERENCEDEVICESLIGuo-Hua(NationalLaboratoryforSuperlatticesandMicrostructures,InstituteofSemiconductors,ChineseAcademyofSciences,Beijing100083,China)AbstractElectronstravelballisticallywhenthedevicesizeisofthesameorderofmagnitudeastheirmeanfreepath.Theprinciplesunderly
3、ingtunnelinghotelectrontransistorsoperatingbothinthetransferamplifiermodeandelec-tronenergyspectroscopymodearedescribed.Alsopresentedistheresonanttunnelinghotelectrontransistoroperatingasamemorydevice.Thewave-likepropertiesofelectronsmustbeconsideredifthedevicesizedecreasesfurt
4、her.Theba-sicconceptsforanalyzingtheelectrontransportinsuchdevicesandtheprincipleofoperationofquantuminterferenceandquantumreflectiontransistorsaredescribed.Keywordsballistictransport,hotelectrontransistors,quantuminterferencedevices以小到与电子的平均自由程相当.这时电子的输运1引言可以看作是弹道输运(电子无散射地穿过器件
5、)或准弹道输运(电子在穿过器件时只散射一次或几次).“弹道”这个名词大家可能并不陌生,最初它用这种弹道输运可以使半导体器件具有与通常半导体来描述炮弹出膛后的运行路线,这时炮弹主要依靠器件不同的特性.在第2节中我们将介绍两种这样惯性运行.弹道输运则是借用“弹道”的概念来描述的弹道输运器件.电子的运动.在固体中虽然存在着大量的原子,但只目前常见的半导体中电子的平均自由程约为要这些原子严格地位于周期性的晶格格点上,电子1μm左右,因此在微米量级的器件中电子的弹道输在固体中的运动仍可以看作是自由的,电子可以依运就比较明显.如果器件的尺度进一步减小,进入亚靠惯
6、性运动而不与晶格原子碰撞.当然,在实际的固微米或纳米量级,这时电子的波动特性也必须加以体中总是存在一些晶格缺陷、杂质等散射中心,晶格考虑.我们在机械波和电磁波中常见的干涉、相干的原子的热运动也会引入散射机制.因此电子在实际现象也会在电子的输运中表现出来.这种器件称为的固体中的运行会受到各种散射,它的自由运动距量子干涉器件,在这种器件中,电子的输运特性与通离也随之减小.电子在实际器件中的平均自由运动常器件中的输运特性会有很大不同.在第3节中我距离称为平均自由程.分子束外延等现代半导体生们将介绍一些这样的器件以及研究它们的输运特性长技术的发展,使人们可以
7、生长非常薄的高质量半导体.在利用这些材料做成的器件中,器件的尺度可＊2000-11-08收到·506·物理的方法.隧穿热电子晶体管也可以工作在另外一种模式下:电子能谱模式.众所周知,一个器件中的电流是2隧穿热电子晶体管和共振隧穿热电子晶由各种不同能量的电子组成的,为了了解电子的能体管量分布,需要在收集电子时用一个能量“窗口”把各种不同能量的电子区分开来,这种模式就称为电子图1画出了一个隧穿热电子晶体管的能带结能谱模式.通常可以用两种方式做成电子能量“窗[1]构,它由发射极、基极和集电极组成,三极之间被口”,一种是带通式“窗口”,即只有某一能量的电子两
8、个势垒(发射垒、收集垒)隔开.它的发射极、基极、可以通过“窗口”.这种“窗口”原则上可以用双势垒集电极均为n
