станні і є основним об'єктом досліджень і розробок нової області електроніки - наноелектроніки, що зародилася в 80-х роках нашого століття. Перш ніж перейти до сучасних досягнень наноелектроніки, коротко розглянемо квантові ефекти, що лежать в основі інформаційного функціонування нанорозмірних елементів. Оскільки для кодування інформації ми повинні мати можливість керувати переносом електронів в такому елементі, виділимо лише ті квантові ефекти, які впливають на цей процес.
Квантові основи наноелектроніки:
З позицій квантової механіки електрон може бути представлений вільний, описуваної відповідної хвильової функцією. Поширення цієї хвилі в нанорозмірних твердотільних структурах контролюється ефектами, пов'язаними з квантовим обмеженням, інтерференцією і можливістю тунелювання через потенційні бар'єри.
Квантове обмеження:
Хвиля, відповідна вільному електрону в твердому тілі, може безперешкодно поширюватися в будь-якому напрямку. Ситуація кардинально змінюється, коли електрон потрапляє в твердотільну структуру, розмір якої L, принаймні в одному напрямку, обмежений і за своєю величиною порівняємо з довжиною електронної хвилі. Класичним аналогом такої структури є струна з жорстко закріпленими кінцями. Коливання струни можуть відбуватися тільки в режимі стоячих хвиль <# «18» src=«doc_zip5.jpg» />, N=1, 2, 3, ...
Аналогічні закономірності поведінки характерні і для вільного електрона, що знаходиться в твердотільної структурі обмеженого розміру або області твердого тіла, обмеженою непроникними потенційними бар'єрами <# «18» src=«doc_zip6.jpg» /> (N=1, 2, 3, ...), де L відповідно до рис. <# «Justify">
Рис. 5. Можливості для руху електронів в квантовоограніченной нанорозмірною структурі
Замикання електрона з ефективною масою m *, принаймні в одному з напрямків, відповідно до принципу невизначеності <# «18» src=«doc_zip8.jpg» />. Відповідно збільшується і кінетична енергія електрона на величину
Таким чином, квантове обмеження супроводжується як збільшенням мінімальної енергії замкненого електрона, так і додатковим квантуванням енергетичних рівнів, що відповідають його порушеній станом. Це призводить до того, що електронні властивості нанорозмірних структур відрізняються від відомих об'ємних властивостей матеріалу, з якого вони зроблені.
Інтерференційні ефекти:
Взаємодія електронних хвиль в нанорозмірних структурах як між собою, так і з неоднорідностями в них може супроводжуватися інтерференцією <# «justify"> Туннелирование:
Унікальною властивістю квантових частинок, у тому числі і електронів, є їх здатність проникати через перешкоду навіть у випадках, коли їх енергія нижче потенційного бар'єру, відповідного даної перешкоді. Це було названо туннелированием. Схематично воно представлено на рис. <# «39» src=«doc_zip10.jpg» />
Ця ймовірність тим вище, чим геометрично тонше бар'єр і менше різниця між енергією падаючого електрона і висотою бар'єру.
Рис. 6. Туннелирование електрона з енергією E через потенційний бар'єр висотою U, U> E
Квантове обмеження, проявляючись у нанорозмірних структурах, накладає специфічний відбиток і на туннелирование. Так, квантування енергетичних станів електронів в дуже тонких, періодично розташованих потенційних ямах призводить до того,...
