Приборы на основе баллистического транспорта

Эффект преломления направления движения баллистически движущихся электронов на границе раздела двух областей двумерного электронного газа с различной концентрацией носителей заряда, можно использовать для создания принципиально нового типа приборов. С помощью металлических затворов специальной формы можно создавать такие потенциальные профили в плоскости двумерного электронного газа, которые будут играть роль «линз» или «призм» для баллистических электронов. Открывается возможность конструирования электронных приборов, подобных оптическим устройствам.

На Рис. 5.2 схематически представлен пример такой конструкции — коммутатор пучка электронов, инжектируемых в его рабочую область эмиттером, между тремя коллекторами (1—3).

Рис. 5.2. Схематическое изображение коммутатора пучка баллистических электронов.

Размеры активной области прибора меньше длины свободного пробега электронов в двумерном электронном газе, расположенном в плоскости рисунка, поэтому они пролетают расстояние между эмиттером и коллекторами без столкновений — баллистически. Коммутация осуществляется с помощью затвора треугольной формы, помещенного между эмиттером и коллекторами. При подаче на затвор положительного напряжения концентрация электронов под ним из-за эффекта Шоттки будет больше, чем в свободном электроном газе, — эта область будет играть роль «оптической» призмы для пучка инжектированных электронов.

Для работы такого прибора необходимо иметь пучок инжектированных электронов, двигающихся параллельно. Эту задачу выполняет эмиттер — квантовый точечный контакт специальной формы (Рис. 5.3). На оба затвора контакта подается отрицательный потенциал, под ними образуется область обеднения. Узкое пространство между затворами образует квантовый точечный контакт, имеющий форму рупора. Такой контакт способен коллимировать (сводить в параллельный поток) пучок электронов. Это явление известно в микроволновой технике, где плавно сужающийся рупор может быть использован для коллимации микроволнового луча. Как видно из Рис. 5.3, электрон, попадающий, в рупор под достаточно большим углом к его оси, покидает его с траекторией, близкой к оси рупора. Коллимация осуществляется за счет многократных отражений от стенок рупора. Коллекторы рассматриваемого нами прибора тоже представляют собой квантовые точечные контакты такой же формы — своего рода приемные рупорные «антенны».

Рис. 5.3. Коллимация пучка электронов с помощью квантового точечного контакта специальной формы.

При нулевом напряжении на затворе электронной призмы не существует и пучок электронов, не отклоняясь, попадает в первый коллектор. Как только к затвору будет приложен положительный потенциал, проявится эффект преломления направления движения электронов при пересечении ими области двумерного электронного газа с большей концентрацией носителей под затвором. При некотором напряжении на затворе ток будет максимальным во втором коллекторе, а еще при большем — в третьем коллекторе. Таким образом, подавая соответствующее напряжение на затвор, мы можем направлять пучок электронов в любой из трех коллекторов. Такой прибор заменяет собой несколько обычных транзисторов, которые пришлось бы использовать для построения подобного коммутатора. Более того, поскольку электроны пересекают рабочую область коммутатора без столкновений, можно с помощью одного затвора коммутировать одновременно два или более электронных пучка. Для этого необходимо только добавить соответствующее число эмиттеров и коллекторов. Электронные пучки не будут взаимодействовать друг с другом. Такой прибор является ярким примером построения на основе квантово-размерных структур новых приборов с расширенными функциональными возможностями.

Дата добавления: 2014-01-11