Студопедия.Орг Главная | Случайная страница | Контакты | Заказать
 

Физические и технологические основы наноэлектроники



2.1. Фундаментальные явления, лежащие в основе

функционирования наноэлектронных приборов

Наноэлектроника – это область науки и техники, занимающаяся созданием, исследованием и применением электронных приборов с нанометровыми (1 – 100 нм) размерами элементов. В основе функционирования таких приборов лежат квантоворазмерные эффекты.

Размерный эффект – зависимость свойств тела от его размера. Этот эффект возникает, если протяженность тела, по крайней мере в одном направлении, становится сравнимой с некоторой критической величиной ℓк .

Для классических размерных эффектов ℓк – классическая величина, например, диффузионная длина, длина свободного пробега электронов и т.д.

К числу фундаментальных физических явлений, определяющих поведение подвижных носителей заряда ( электронов и дырок ) в наноразмерных структурах, относятся: квантовое ограничение, баллистический транспорт и квантовая интерференция, а также туннелирование. Совокупность физических явлений, имеющих место в наноразмерных структурах, принято называть квантоворазмерными эффектами. Все эти эффекты есть проявление квантовомеханического (волнового) характера поведения носителей заряда в пространственных областях нанометрового масштаба.

Квантовые размерные эффекты (в электронных структурах) имеют место тогда, когда роль критической длины ℓк играет существенно квантовая характеристика – длина волны де Бройля λ для электронов , т.е. когда размер структуры хотя бы в одном измерении имеет порядок λ. При выполнении этого условия квантово-механические явления в наноструктурах становятся доминирующими, что и определяет их специфические электронные, оптические, магнитные и другие свойства, используемые в электронных приборах.

В связи с введением критерия (длины волны де Бройля), представляет интерес оценка линейных размеров наноструктур для разных материалов.

Длина волны де Бройля для электрона, движущегося в кристалле со скоростью ( << c – скорость света), определяется по формуле:

λ = ,

где - эффективная масса электрона; Екин= - его кинетическая энергия.

Рассмотрим свободные электроны в металлах. Если температура низкая, то свободными можно считать только электроны с энергиями вблизи уровня Ферми. В среднем энергия Ферми ЕF для металлов ~5 эВ. Поэтому для свободных электронов в металлах имеем Екин ЕF 5 эВ = 8·10-19 Дж.


Наверх