В начале 80-х годов работы профессора МГУ К.К.Лихарева заложили основу нового перспективного направления твердотельной электроники, так называемой "одноэлектроники". В основе одноэлектроники лежит квантование электрического заряда. В простейшем случае связанные с этим фактом явления (так называемая "кулоновская блокада") можно наблюдать при исследовании прохождения тока через такую систему: микроскопический проводящий островок, отделенный от двух контактных проводов тонкими диэлектрическими барьерами. Действительно, подобная конструкция имеет емкость C, и чтобы "посадить" на островок один электрон, необходимо приложить напряжение, равное e/2C. Если емкость достаточно мала (1 фемтофарад, к примеру), то напряжение будет заметным (порядка сотни микровольт).
Ясно, что в отличие от обычных, "многоэлектронных" устройств, в "одноэлектронных" устройствах "работает" небольшое число электронов. Выгода таких устройств очевидна - они имеют очень малые размеры и потребляют мало энергии. Естественно, для изготовления работающих "одноэлектронных" приборов необходимо создать и исследовать свойства логических элементов на основе одноэлектронных транзисторов. Одним из базовых структурных элементов транзисторной логики является инвертор - устройство, преобразующее высокое входное напряжение в низкое выходное и наоборот. Недавно исследовательская группа из Голландии [1] продемонстрировала работающий одноэлектронный инвертор (см.рис.). При температуре 25 мК удалось достичь усиления по напряжению 2.6, коэффициент усиления по напряжению оставался больше единицы до температуры 140 мК.
 Слева: фотография одноэлектронного инвертора, сделанная методом сканирующей электронной микроскопии. Ширина T-образного металлического островка - 1 микрон, толщина алюминиевых полосок, разделенных тонким (8 нм) диэлектрическим слоем, - 25 нм. Справа приведена соответствующая электрическая схема. |
Конечно, желательно иметь устройства, работающие при комнатной температуре. Однако решить такую задачу непросто: для реализации одноэлектронных транзисторов, имеющих при комнатной температуре коэффициент усиления по напряжению больше единицы, необходимо существенное уменьшение емкости структурных элементов. А это потребует создания структур с нанометровыми размерами по всем трем измерениям.
1. C.P.Heij, P.Hadley, J.E.Mooij. Appl.Phys.Lett. v.78, p.1140 (2001).