Туннелирование в микроэлектронике — страница 9

  • Просмотров 2554
  • Скачиваний 170
  • Размер файла 76
    Кб

туннельного джозефсоновского перехода показана на рис. 2.5.2. I I0 1 Iкр 2 0 ξg/q U0 U Рис. 2.5.2 Вольт-амперная характеристика перехода Джозефсона Имеется некоторое критическое значение тока – при токах, больших критического значения, происходит скачкообразный переход на ветвь туннелирования обычных электронов. Линией 1 показана вольт-амперная характеристика при туннелировании обычных электронов при Т=0 К. В этом случае туннельный

ток обычных электронов начинается лишь при напряжении U=ξg/q. При Т­­­­­­-4 Тл) критический ток обращается в нуль. Другим интересным проявлением эффекта Джозесфона является генерация контактом переменного электромагнитного поля – нестационарный эффект Джозесфона. Если через контакт пропустить постоянный ток I0>Iкр, то на переходе появится напряжение U0 (рис2.5.2), а во внешней цепи наряду с постоянным током появится переменный

ток высокой частоты. Частота колебаний достаточно высока, например при U0=1 мкВ она равна 483,6 МГц. Кратко поясним появление переменного тока. Известно, что направление и сила туннельного тока определяются следующим соотношением: (2.5.1) где Соотношение (2.5.1) можно пояснить на модели маятников, связанных слабой пружиной. Связь приводит к тому, что когда колебание одного маятника опережает колебание другого по фазе, то энергия

передаётся от первого маятника ко второму. При этом поток энергии достигает максимума при разности фаз равной π/2. Если с опережением колеблется второй маятник, то энергия от него передаётся первому. В джозефсоновских контактах от одного проводника к другому переходят куперовские пары, возвращающиеся затем в первый проводник по внешней цепи. При этом величина и направление тока определяется теми же фазовыми соотношениями,

что и для слабо связанных механических колебательных систем. При пропускании через джозефсоновский переход тока I от внешнего источника, автоматически изменяется таким образом, чтобы выполнялось условие (2.5.1). При наличии разности потенциалов между двумя сверхпроводниками энергия куперовских пар по обе стороны барьера отличается на величину 2qU. Известно, что между энергией частицы и частотой волн де Бройля существует связь:

(2.5.2) Подставив это значение в формулу (2.5.1), получим формулу для сверхпроводящей составляющей туннельного тока, текущего через переход: (2.5.3) Как видно из этой формулы, ток будет переменный с частотой 2qU/h. Этим и объясняется генерация джозефсоновским переходом переменного тока. 2.6    ЭФФЕКТ ФРАНЦА-КЕЛДЫША   Из теории поглощения света полупроводниками известно, что если при поглощении полупроводником кванта излучения