In Bezug auf die Quantennatur von Floating-Gate-Transistoren - Tunneln, Kohärenz, Spektrum

Bei einem Floating-Gate-Transistor ist das Gate elektrisch isoliert. Ich habe ein paar Fragen zur Quantennatur dieses Geräts:

  1. Es wird manchmal erwähnt, dass zum Speichern oder Ableiten von Ladungen von dem isolierten Gate Quantentunneln verwendet wird. Ist die Berufung auf die Quantenmechanik hier wirklich notwendig? lässt sich der Effekt auch in einem klassischen Rahmen (zB Stromschlag) erklären?
  2. Es ist auch bekannt, dass im Laufe der Zeit Ladungen vom Gate abfließen können (sogar ohne Anlegen einer Spannung). Benötigt auch dies Quantentunneln, um es zu erklären?
  3. Einige Quantenphänomene können nur in einer kohärenten Umgebung beobachtet werden – wo das System ausreichend von seiner Umgebung isoliert ist und daher Dekohärenz nicht auftritt (oder klein ist). Erfordert der Effekt des Quantentunnelns im aktuellen Kontext auch Kohärenz?
  4. Die Elektronen, die im Gate des Transistors gespeichert sind - wie können wir die typische Kohärenzzeit abschätzen, nachdem sie zum Gate übertragen wurden? (mit "Kohärenzzeit" meine ich die Zeit, bevor sie sich stark mit ihrer unmittelbaren Umgebung verschränken). (Ich verstehe, dass diese Frage möglicherweise keinen Sinn ergibt. Wenn ja, wäre ich Ihnen dankbar, wenn Sie erklären könnten, warum sie keinen Sinn ergibt.)
  5. Die Elektronen im Gate - können wir sagen, dass sie ein diskretes Energiespektrum haben? Genauer gesagt, wie können wir die Energielücken zwischen den Energieeigenwerten der Elektronen abschätzen?

Antworten (1)

  1. Klassische Mechanismen können verwendet werden. Tatsächlich sagt der Wikipedia-Artikel, auf den Sie verlinkt haben, dies im ersten Absatz. Hot-Carrier-Injektion ist ein klassisches Phänomen. (Sie verwenden Träger mit genügend Energie, um die Barriere zu überwinden.) Wenn Sie eine Barriere überwinden möchten, haben Sie zwei Möglichkeiten: hindurch (Tunneln) oder darüber (klassisch). Ich glaube, dass einige Geräte ausschließlich auf Quantentunneln angewiesen sind, in diesem Fall kann man dem Quantentunneln wirklich nicht entkommen.
  2. Welcher Mechanismus auch immer verwendet werden kann, um Ladung auf das Gate zu bringen, kann auch verwendet werden, um Ladung von dem Gate zu entfernen. Wenn Sie Ihr Gerät jedoch nicht stark aufheizen, vermute ich, dass das Tunneln der dominierende Leckagemechanismus ist.
  3. Nein, Tunneling erfordert keine Kohärenz. Es scheint, als wäre die unausgesprochene Prämisse dieser Fragen, dass Tunneln ein exotisches Phänomen ist, also kann es sich wirklich in „normalen“ Halbleiterbauelementen manifestieren? Die Antwort ist ein klares „Ja“! Viele Halbleiterbauelemente hängen ausschließlich vom Quantentunneln ab, um zu funktionieren. Zenerdioden sind das beste Beispiel. Dies gilt auch für resonante Tunneldioden. Schottky-Dioden verlassen sich auch stark auf Quantentunneln.
  4. Viele Kohärenzzeiten in MOS-Halbleiterbauelementen bei Raumtemperatur sind typischerweise sehr kurz. Ich würde sie effektiv auf Null schätzen. Das heißt, Sie können Quantencomputer mit Standard-Halbleiterherstellungstechniken herstellen, aber die Kohärenzzeiten sind im Allgemeinen nicht stellar und es erfordert sehr niedrige Temperaturen. Die Kohärenzzeiten hängen stark von den Details Ihres Systems ab – insbesondere davon, welche Verunreinigungen vorhanden sind. Auf Details einzugehen würde den Rahmen dieser Antwort sprengen --- es ist ein aktives Forschungsgebiet --- aber hier ist ein Artikel, wenn Sie interessiert sind. (Alles in allem gibt es viele Kohärenzzeiten. Bei Raumtemperatur ist die Spin-Kohärenzzeit möglicherweise nicht trivial, selbst wenn die Phasenkohärenzzeit im Grunde genommen null ist.)
  5. Ja, die Energieniveaus sind diskret. Wenn das Tor nicht wirklich winzig ist, können Sie die Energieniveaus in guter Näherung klassisch berechnen. Der Abstand ist im Grunde die Ladung eines Elektrons multipliziert mit der Kapazität zwischen dem Gate und dem Rest des Systems. Ich erwarte, dass dies den Energieniveaus eines Einzelelektronentransistors entspricht . Wenn das Gate wirklich klein ist, interagieren die Elektronen mehr miteinander und die Dinge werden komplizierter.
In Bezug auf die Quantennatur von Floating-Gate-Transistoren - Tunneln, Kohärenz, Spektrum
AntwortenHierDatenschutz-Bestimmungen1y, 0v