단전자 논리회로

소개글

충북대 물리학과 4학년 수업

목차

■ 단전자 나노소자 기술
■ 단전자 나노소자의 원리
■ 단전자 나노소자의 장 ⁃ 단점
■ 응용분야

본문내용

■ 단전자 나노소자 기술

단전자 소자(Single-Electron Tunneling device 혹은 SET device)란 하나의 채널에 수백 개의 전자를 통과시켜 1비트의 정보를 저장하는 기존 반도체와 달리 양자점이라는 곳에 단 하나의 전자만을 통과시켜 1비트의 정보를 처리하는 것이다. SET는 전자 한 개의 출입을 조절해 1과 0으로 구성된 이진정보를 기억하도록 만든 소자로 현재 쓰이고 있는 상보성산화금속 반도체보다 집적도를 100배 이상 높이면서 소비전력을 1천분의 1 수준으로 낮출 수 있어 차세대 반도체 소자로 주목받고 있다.


■ 단전자 나노소자의 원리

원리적으로 SET는 일정온도 이하에서 전자 하나로 소자의 동작이 가능하다. 즉, SET는 기존 반도체처럼 채널에 수많은 전자를 통과시켜 비트의 정보를 저장하지 않고 양자점(QD, untum Dot)이라는 곳에 단 1개의 전자만을 통과시켜 1비트의 정보를 생성시키는 원리로 작동하는 신개념반도체이다. SET의 기본 구조는 소스와 드레인 사이에 나노크기의 한 개의 QD와 이와 전기용량적으로 커플링된 게이트로 하나의 단위소자를 이룬다. 나노크기 QD의 매우 작은 전기용량으로 인하여 전자 한 개의 QD charging energy가 열에너지보다 커지면서 소스로부터의 전하 이동이 차단된다.
이와 같은 CB에 의한 전류 차단은 게이트 전압 변화에 의해 QD 정전 포텐셜 장벽을 낮추면서 제거되어 전자가 한 개씩 연속적으로 터널링하게 된다. 보다 구체적으로 기술하면, 게이트 전압을 증가시키면 QD에 유도전하가 늘어나며(이때 유도전하량은 연속적인 값이므로 기본전하 e보다 작을 수 있다) QD 에너지가 커지게 된다. QD의 유도전하량이 기본전하
e에 도달하면 소스로부터 전자 한 개가 터널링하여 유도전하량을 상쇄시켜 QD 에너지를 다시 최소화시킨다. 이와 같이 게이트 전압에 의해 증가되는 QD 내의 연속적인 값의 유도전하량이 소스로부터의 터널링 전자(기본전하 e로 양자화)에 의해 상쇄되어 에너지를 최소화하려는 현상은 게이트 전압을 sweep하면서 주기적으로 반복하게 되는데 이를 쿨롱 진동(Coulomb oscillation)이라 부르며 실험적으로 게이트전압 변화에 따른 드레인 전류의 주기적인 on/off로 관측되어진다.

참고 자료

없음