Нанотехнологии в металлургии
жүктеу/скачать 0.95 Mb.
|
| Электропроводность
Изменение электронных свойств материала с уменьшением его размеров преимущественно обусловлено увеличением влияния волновых свойств электронов и уменьшением количества рассеивающих центров. С приближением размеров тела в одном или более измерениях к длине волн де Бройля электронов начинает проявляться дискретная природа энергетических состояний, хотя полностью дискретный энергетический спектр имеется только в системах, ограниченных во всех трех измерениях. Конечные интервалы между энергетическими уровнями, являющиеся следствием квантово-механического ограничения, обусловливают явления, важные как с фундаментальной, так и с технологической точки зрения, исследование которых необходимо для создания и развития электронных наноустройств. Хотя распространение тока происходит через совокупное движение и электронов, и дырок, остальная часть данного раздела будег посвящена рассмотрению одних только электронов, хотя аналогичные рассуждения могут быть перенесены и на дырки. Ограничение носителей заряда в двух и менее измерениях приводит к квантованию энергетических уровней. Ограничение электронов до двумерной структуры, состоящей из проводящей полосы шириной и длиной /, дает двумерный электронный газ. Его электропроводность равна: G = а удельная проводимость а =
где е — заряд электрона, ps — поверхностная плотность заряда, г — время релаксации, учитывающее задержки вследствие столкновений электронов со структурой. По физическому определению, G — это отношение полного тока к падению напряжения в образце длиной / в направлении электрического тока. При замене w площадью А поперечного сечения, ортогонального направлению элекзрического тока, это отношение может использоваться и для описания трехмерного электронного газа. Аналогичные выражения также справедливы для описания передачи тепловой энергии. Принципиально новые размерные эффекты появляются при приближении пространственных величин w (или А) к I к атомным размерам на наиомасштабе. Отношение, выраженное уравнением (1), справедливо для режима диффузионной проводимости, т. е. когда и и\ и / больше средней длины свободного пробега Я, электронов. С уменьшением ширины полосы начинают проявляться квантово-механические эффекты. Квантово-механическое ограниченное состояние электрона в полосе шириной w приводит к дискретизации энергетических уровней: где т* — эффективная масса электрона, И — постоянная Планка. Электропроводность определяется числом таких занятых независимых поперечных ограниченных состояний. Таким образом, в отличие от простой линейной зависимости G от w, в квантовой механике имеет место особая зависимость G от w. При изменении w изменяется и энергетический спектр, и число занятых состояний ниже энергетического уровня Ферми Еу, представляющего собой наиболее высокий энергетический уровень, занимаемый электронами (или, точнее, фермионами) при Т = О К. Как следствие, изменяется и электропроводность. Таким образом, квантовомеханический итог уменьшения пространственной величины w состоит в изменении электропроводности последовательными дискретными шагами, то есть как бы по ступеням лестницы. Образование точечного контакта происходит, когда к затворным электродам на поверхности слоя AIGaAs подается отрицательное напряжение. Измерения электронного транспорта осуществляются посредством подсоединения контактов к двумерному электронному газу с обеих сторон от сужения. жүктеу/скачать 0.95 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|