Студент
Московский государственный университет имени М.В.Ломоносова,
физический факультет, Москва, Россия
В настоящее время проводятся исследования по созданию молекулярных электронных
устройств с базовым элементом размером менее 5 нм. В наноструктурах такого масштаба
определяющую роль играют квантовые и кулоновские эффекты, такие как коррелированное
туннелирование электронов и размерное квантование. Эти устройства неизбежно должны
быть построены на новых принципах функционирования. Среди перспективных устройств
можно выделить молекулярные одноэлектронные устройства или устройства со слабой
связью. Базовым элементов таких устройств является молекулярный одноэлектронный
транзистор (MSET), исследованию транспортных свойств которого и посвящена данная
работа.
На основе метода имитационного моделирования и метода решения системы
кинетических уравнений нами были исследованы особенности вольтамперных и сигнальных
характеристик MSET. Нами было показано, что соответствующие характеристики имеют
ярко выраженную ступенчатую структуру. Была получена система уравнений, которая
описывает положение токовых ступеней в зависимости от туннельного напряжения,
напряжения управляющего электрода, от расстояния между энергетическими уровнями в
молекуле, от соотношения емкостей туннельного перехода и от отношения проводимости
туннельных переходов. Нами было показано, что значение туннельного тока на ступенях
определяется линейной комбинацией темпов туннелирования, причем коэффициенты
линейной комбинации являются рациональными дробями. Был определен способ вычисления
таких коэффициентов, который позволяет наглядно описать картину туннельного транспорта
и определить вклад каждого энергетического уровня. Полученная методика вычисления
туннельного тока в молекулярном транзисторе на основе рациональных дробей имеет
первостепенное значение на пути решения обратной задачи по расшифровке транспортных
характеристик молекулярного одноэлектронного транзистора, полученных в результате
экспериментальных измерений, и построении эффективного энергетического спектра
молекулы (острова транзистора) через которую осуществляется транспорт.
Литература
1. К.К.Лихарев, Т.Клаесон, Одноэлектроника, В мире науки 8 (1992).
2. Э. Бурштейн, С. Лундквист, Туннельные явления в твердых телах, Мир, Москва
(1973).
3. Солдатов Е. С. et al. Одноэлектронный транзистор на основе одиночной кластерной
молекулы при комнатной температуре// Письма в ЖЭТФ, 1996, 64, 510-514.
4. С.П.Губин, Н.А.Катаева, В.В.Колесов, Е.С.Солдатов, А.С.Трифонов, Г.Б.Хомутов,
В.В.Шорохов, Нанофазные материалы в электронике - вещества, технология,
устройства, Нелинейный Мир,1-2, Т-3,(2005).
5. K. K. Likharev, Electronics below 10 nm, in Nano and Giga Challenges in
Microelectronics. Amsterdam: Elsevier, (2003).
6. V. V. Shorokhov et al. The method for the determination of electrical self-capacitance of
the atomic and molecular scale objects, Micro- and Nanoelectronics 2007.