Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Kopia_UChEBNIK_D_Zatsepina_28_11_08_06g.doc
Скачиваний:
448
Добавлен:
22.02.2015
Размер:
3.61 Mб
Скачать

11.3. "Кулоновская лестница"

Рассмотрим двухпереходную систему с несимметричными туннельными переходами. Темп туннелирования через первый переход задается выражением:

(11.9)

где- изменение энергии на 1-м переходе при падении на нем напряжения до U 1> U кб.Подставив в выражение (11.9), получим

(11.10)

Аналогичное выражение можно записать и для Г2. Из (11.10) видно, что при различии величин R и C для переходов 1 и 2 будут различаться и температуры туннелирования. Если R1 = R2, а С1 = С2, то при увеличении напряжения будет происходить плавный рост тока, так как количество пришедших на кулоновский островок электронов будет равно количеству ушедших. При несимметричности переходов на островке будет существовать заряд из n-электронов. Если напряжение увеличится до значения, достаточного для забрасывания на островок (n+1)-го электрона, то будет происходить резкое увеличение тока, обусловленное переходом с высоким темпом туннелирования. Дальнейшее увеличение тока, обусловленное переходом с низким темпом туннелирования, будет медленным до тех пор, пока на островок не сможет попасть (n+2) электрон. Таким образом, несмотря на то, что ток через систему протекает непрерывно, в каждый момент времени на островке будет существовать определенное количество электронов, зависящее от приложенного напряжения. В результате вольт-амперная характеристика двухпереходной системы имеет характерный ступенчатый вид, называемый "кулоновской лестницей".

Ступеньки кулоновской лестницы будут тем ярче выражены, чем несимметричнее переходы (т.е. R2 R1; С2 ≠ С1), а при симметричности переходов (R2 = R1; С2 = С1) ступеньки исчезают. На рис. 11.2 показаны расчетные кулоновские лестницы, полученные Лихаревым для различных значений заряда Q0. Как уже отмечалось выше, Q=Q0ne, где n=1,2,3,4…. - целое число электронов на кулоновском островке. Так как Q0 имеет поляризационную природу, то, расположив рядом с кулоновским островом третий электрод – затворный, можно управлять этим зарядом путем приложения затворного напряжения. Следует заметить, что заряд Q0 можно изменять непрерывно и пропорционально затворному напряжению. Таким образом, при непрерывном изменении Q0 периодически будет выполняться условие кулоновской блокады для туннельного перехода (рис. 11.1).

Рис. 11.2. Вид расчетных ″кулоновских лестниц″

для различных значений Q0

Поэтому при изменении затворного напряжения будет возникать кулоновская блокада и зависимость тока через точку (или напряжения на ней при постоянном токе) будет носить осцилляционный характер (рис.11.3).

Рис. 11.3. Осцилляционный характер тока при кулоновской блокаде

11.4. Со – туннелирование

В системах с несколькими переходами кроме последовательных событий туннелирования возможно также туннелирование более высокого порядка, так называемое со-туннелирование (co-tunneling), при котором энергия системы сохраняется лишь между начальными и конечными состояниями всего массива переходов. Другими словами, массив переходов является "черным ящиком", на входе и выходе которого сохраняется энергия проходящего через него электрона, однако поведение электрона на каждом отдельном переходе не определено.

Кроме того, возможно также неупругое туннелирование, при котором происходит генерация или рекомбинация электронно-дырочных пар.