О квантовой природе транзистора с плавающим затвором - туннелирование, когерентность, спектр

В транзисторе с плавающим затвором затвор электрически изолирован. У меня есть несколько вопросов относительно квантовой природы этого устройства:

  1. Иногда упоминается, что для хранения или снятия зарядов с изолированного затвора используется квантовое туннелирование. Действительно ли здесь необходимо обращение к квантовой механике? Можно ли объяснить этот эффект в рамках классического подхода (например, электрический пробой)?
  2. Также известно, что со временем может произойти утечка заряда из затвора (даже без подачи напряжения). Это тоже требует квантового туннелирования для объяснения?
  3. Некоторые квантовые явления можно наблюдать только в когерентной обстановке, когда система достаточно изолирована от своего окружения и поэтому декогерентность не возникает (или невелика). Требует ли когерентности эффект квантового туннелирования в текущем контексте?
  4. Электроны, хранящиеся в затворе транзистора, - как можно оценить характерное время когерентности после их переноса на затвор? (под «временем когерентности» я подразумеваю время до того, как они сильно запутаются в ближайшем окружении). (Я понимаю, что этот вопрос может не иметь смысла. Если да, я был бы признателен, если бы вы могли объяснить, почему он не имеет смысла.)
  5. Электроны в затворе — можно ли сказать, что у них дискретный энергетический спектр? Точнее, как можно оценить энергетические зазоры между собственными значениями энергии электронов?

Ответы (1)

  1. Можно использовать классические механизмы. Фактически, статья в Википедии, на которую вы ссылаетесь, говорит об этом в первом абзаце. Инжекция горячих носителей — классическое явление. (Вы используете носителей с достаточным количеством энергии, чтобы преодолеть барьер.) Если вы хотите преодолеть барьер, у вас есть два варианта: пройти через него (туннелирование) или через него (классический способ). Я считаю, что некоторые устройства зависят исключительно от квантового туннелирования, и в этом случае вы действительно не можете избежать квантового туннелирования.
  2. Любой механизм, который можно использовать для подачи заряда на затвор, можно использовать и для снятия заряда с затвора. Однако, если вы не сильно нагреваете свое устройство, я предполагаю, что туннелирование является доминирующим механизмом утечки.
  3. Нет, туннелирование не требует когерентности. Кажется, что негласная предпосылка этих вопросов заключается в том, что туннелирование — это какое-то экзотическое явление, так может ли оно действительно проявляться в «обычных» полупроводниковых устройствах? Ответ – твердое «да»! Работа многих полупроводниковых устройств зависит исключительно от квантового туннелирования. Стабилитроны являются лучшим примером. Так же как и резонансно-туннельные диоды. Диоды Шоттки также сильно зависят от квантового туннелирования.
  4. Многие времена когерентности в полупроводниковых МОП-устройствах при комнатных температурах обычно очень короткие. Я бы фактически оценил их в ноль. Тем не менее, вы можете создавать квантовые компьютеры со стандартными методами изготовления полупроводников, но время когерентности, как правило, не звездное , и для этого требуются очень низкие температуры. Время когерентности во многом зависит от деталей вашей системы, особенно от того, какие примеси присутствуют. Вдаваться в подробности выходит за рамки этого ответа --- это активная область исследований --- но вот статья, если вам интересно. (Все это говорит о том, что существует много времен когерентности. При комнатной температуре, возможно, время спиновой когерентности нетривиально, даже если время фазовой когерентности в основном равно нулю.)
  5. Да, уровни энергии дискретны. Если ворота действительно крошечные, в хорошем приближении вы можете рассчитать уровни энергии классическим способом. Расстояние в основном представляет собой произведение заряда электрона на емкость между затвором и остальной частью системы. Я ожидаю, что это будет похоже на энергетические уровни одноэлектронного транзистора . Если ворота действительно маленькие, электроны больше взаимодействуют друг с другом, и все становится сложнее.
О квантовой природе транзистора с плавающим затвором - туннелирование, когерентность, спектр
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v