M ỤC LỤC
2.3.1.Quan sát dao động Coulomb
Như trên năng lượng tổng cộng của chấm được chia thành ba phần: năng lượng tích điện EC, năng lượng nhiệt kBT và năng lượng kích thích lượng tử ΔE. Quan sát thuộc tính truyền tải điện tử của transistor đơn điện tử SET dựa trên giả thuyết ΔE > k
B
BBT và EC > kBT, lúc này vùng dẫn hoạt động ở chế độ chấm lượng tử. Trong chấm lượng tử một mức có hai trạng thái tích điện ứng với số điện tử N và (N+1) ở trạng thái cơ bản (ground state).
B
Nếu thế điện hoá μN+1 của trạng thái điện tử (N+1) khi V = VG = 0 thì được định nghĩa là E0, và μN+1 được viết như sau:
1 0
N E e Vdot
μ + = − 2.12
và V ~ 0V (μ
Sơ đồ mức năng lượng của chấm lượng tử với E0 S∼ μD) được minh họa trong hình 2.5. Khi VG = 0V (trường hợp A), thế điện hóa μN+1 nằm trên mức năng lượng Fermi của điện cực nguồn μS và điện cực máng μD (μN+1 >
μS ∼ μD). Do đó, chấm lượng tử luôn ở trạng thái của điện tử thứ N không có dòng chảy qua transistor đơn điện tử SET. Khi eVG >E0(CT CG) (trường hợp C), dòng bị khoá do trạng thái điện tử thứ (N+1) luôn bị chiếm giữ, thế điện hóa
μN+1 nằm dưới mức năng lượng Fermi của điện cực nguồn μS và điện cực máng
μD (μN+1 < μS∼μD). Khi e VG ≈E0(CT CG) (trường hợp B), μD < μN+1 < μS điện tử có thể di chuyển từ điện cực nguồn S xuyên hầm vào trong chấm lượng tử xuyên hầm ra điện cực máng D. Trong trường hợp này có dòng điện chảy qua chấm lượng tử. Thế ngắt VC cho phép dòng điện chảy qua linh kiện với điện thế thiên áp nhỏ được xác định như sau:
G T 0 C C C e E V = 2.13
Hình 2.5: Biểu đồ mức năng lượng của transistor đơn điện tử SET với chấm lượng tử một mức [7].
Quan sát dòng điện qua transistor đơn điện tử SET với thế thiên áp nhỏ , ta có thể xác định được độ dẫn G của transistor đơn điện tử theo điện thế cực cổng V
T k V< B δ
G. Đường cong biểu diễn độ dẫn G trong trường hợp thiên áp thấp được chỉ ra ở hình 2.6. Hình 2.6 cho thấy độ dẫn linh kiện bằng zero khi VG > VC và VG < VC, đỉnh của độ dẫn G ứng với VG = VC. Độ cao của đỉnh và hình dạng của đường cong được xác định bằng cách giải phương trình trạng thái.
Hình 2.6: Dao động
Coulomb.
Như đã đề cập trong phần trước, đỉnh đường cong biểu diễn dòng theo thế cổng ở hình 2.6 được gọi là dao động Coulomb. Khi VG = VC, hai trạng thái tích điện N và (N+1) của chấm lượng tử có mức năng lượng giống nhau kết quả điện tử có thể di chuyển vào trong hay ra khỏi chấm lượng tử.