単電子トランジスタ

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単一電子トランジスタ

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2019/07/12 09:36 UTC 版)

単一電子トランジスタ（たんいつでんしトランジスタ SET;Single Electron Transistor）は、トランジスタの一形式。

概要

従来のトランジスタの構成パーツであるゲート長が数10nmになると量子的な性質が極端に現れてくるので、現状のMOS FETでは演算素子としての機能を果たすことは困難であると考えられる。そこで量子の世界に特有なトンネル効果などの現象を利用して電子を一つ一つ制御して様々な演算を行う単一電子トランジスタ(SET)が新たに提案されている。SETでは量子ドットが重要であると考えられ、理論的には、今よりはるかに高性能で低消費電力なコンピュータの実現が期待される。

構造

三つの電極を備える電界効果トランジスタと類似の構造だが、微細な大きさのクーロン島に存在する電子のトンネル効果を止める「クーロンブロッケード」と呼ばれる効果を利用しているため、作動原理は異なる。

課題

室温でクーロンブロッケードを起こさせるためにはクーロン島の大きさをナノメートルサイズにする必要があり、室温で動作する個々の単一電子トランジスタで論理回路を形成するためには微小な配線で接続する必要があり、これが課題となる。さらに、集積度が向上して単一電子トランジスタ間の距離が50nm以下の場合には今度は個々の素子間で起こる電子のトンネル効果の問題が浮上する。

参考文献

• 蔡兆申, 中村泰信, 阪本利司、「シングルエレクトロニクス」 『応用物理』 1994年 63巻 12号 p.1232-1238, doi:10.11470/oubutsu1932.63.1232
• 矢野和男, 石井智之, 橋本孝司 ほか、「室温動作単一電子メモリーおよびトランジスタ」 『応用物理』 1994年 63巻 12号 p.1248-1251, doi:10.11470/oubutsu1932.63.1248
• 田村伸行, et al. "強磁性リード電極を有する単一電子トランジスタでの磁気抵抗比増大効果の観測 (ナノ材料・プロセス, 機能ナノデバイス及び関連技術)." 電子情報通信学会技術研究報告. ED, 電子デバイス 109.422 (2010): 47-52, NAID 110008001138

関連項目

• バイポーラトランジスタ
• 電界効果トランジスタ
• 点接触型トランジスタ
• 合金接合型トランジスタ
• 成長接合型トランジスタ
• プレーナー型トランジスタ
• クーロンブロッケード

外部リンク

• ー個の電子を操作するナノデバイス - 応用物理学会
• 単一電子トランジスタの 圧力・応力計測への応用

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単電子トランジスタ

出典: フリー百科事典『ウィキペディア（Wikipedia）』 (2020/10/20 09:01 UTC 版)

「クーロンブロッケード」の記事における「単電子トランジスタ」の解説

詳細は「単一電子トランジスタ」を参照 クーロンブロッケード効果を利用した素子の中で最も単純なものは、いわゆる単電子トランジスタである。これは自己容量の低い電極を介して二つのトンネル接合を直列に接続したもので、接合に挟まれた中央電極は島（導体島、クーロン島）と呼ばれる。さらにもう一つの電極（ゲート）を島と静電的に結合させ、これによって島の電位を調節する。 ソース電極から電子がトンネル可能なエネルギー準位が島内部に存在しない時には、接合は遮断状態にある（上図、赤の点）。このとき、島内部で低エネルギーの準位は全て占有されている。 ゲート電極に正の電圧がかかると、島のエネルギー準位は下方にシフトする。ソース電極内の電子(緑の点、1.)は島内にトンネルしてそれまで空だったエネルギー準位を占有することができるようになる(2.)。電子はそのままドレイン電極にトンネルしていき(3.)、そこで非弾性散乱を起こしてドレイン電極のフェルミ準位に落ち込む(4.)。 島のエネルギー準位間隔は一定値 Δ E を取る。 Δ E は島に電子が一個入っている時、続いてもう一つの電子が入っていくのに必要なエネルギーで、自己容量 C に依存しており、 C が低いほど大きくなる。ここまでの話は Δ E が熱エネルギー k B T より大きいことを前提にしている。さもなければ、ソース電極の電子は熱的に励起され、ゲート電圧に関わらずクーロン島の非占有準位に届いてしまうので、ブロッケード効果は観測できない。