Туннелирование в микроэлектронике — страница 4

  • Просмотров 2548
  • Скачиваний 170
  • Размер файла 76
    Кб

прикладывается так, что оно складывается с напряжением Vk. Тогда полное напряжение на контакте будет равным V1=Vk+V. Электронный ток справа налево I2=Is останется неизменным, а ток слева направо уменьшиться, так как высота энергетического барьера для этих электронов увеличится. Уравнение для тока I1 можно записать в виде: (2.1.5) Так как Is=I1 в выражении (2.4), то получим: (2.1.6) Результирующий ток будет направлен справа налево и равен: (2.1.7) В

случае, если внешняя разность потенциалов приложена в обратном направлении, то ток I1 будет больше, чем I2=Is. В этом случае ток I1 равен: (2.1.8) тогда результирующий ток равен: (2.1.9) Если току и напряжению приписывать положительный знак, когда они направлены слева направо, то выражение (2.1.7) для результирующего тока примет такой же вид, как и выражение (2.1.9). Поэтому выражение (2.1.9) называют уравнением вольтамперной характеристики

контакта двух металлов. Из выражения (2.1.9) видно, что контакт металл-металл обладает выпрямляющим действием. При V>0 ток увеличивается по экспоненте, а при V<0 –уменьшается. В обычных условиях контакт металл-металл является невыпрямляющим, так как при плотном контакте, толщина возникающего потенциального барьера –qVk очень мала, и он будет прозрачен для туннельного просачивания электронов. Если же ширина зазора между металлами

каким-либо образом увеличится, то туннельный эффект можно исключить и все полученные выводы будут справедливы. Проблема электрического контакта двух металлов представляется особенно существенной в микроэлектронике. Это обусловлено тем, что в микроэлектронных устройствах используются рабочие напряжения, близкие по величине к контактным разностям потенциалов. 2.2 СТРУКТУРА МЕТАЛЛ-ДИЭЛЕКТРИК-МЕТАЛЛ Туннельный механизм

прохождения электронов сквозь тонкие диэлектрические слои может проявляться и быть преобладающим при малой концентрации носителей тока в плёнке диэлектрика, сравнительно высоких барьерах на поверхности диэлектрика, низких температурах и достаточно малых, толщинах плёнки. Резуль­тирующий туннельный ток из одного электрода в другой сквозь диэлектрический слой находится как раз­ность встречных туннельных составляющих

токов в направлении х, перпендикулярном плоскости плёнки. Со­ставляющие этой разности определяют интегрированием произведения концентрации электронов в электродах на прозрачность барьера по всем значениям энергии электронов. Полученное таким образом уравне­ние для туннельного тока имеет вид: (2.2.1) где n1(Е) и n2(Е)- концентрации электронов с энергиями от Е до Е+dE в первом и втором электродах соответ­ственно; D(Е, py, pz)- вероятность