단전자 논리회로

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2010.05.04
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2009.11
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소자소재물리학

목차

■ 단전자 나노소자 기술
■ 단전자 나노소자의 구조
■ 단전자 나노소자의 특성
■ 미래의 비전

본문내용

나노는 Dwarf(난쟁이)를 뜻하는 그리스어 “나노스”에서 유래되었다.

사람의 머리카락 한울의 직경이 보통 이다.
따라서 의 크기는 대략 머리카락 한울 직경의 배가 된다. 또한 이며, 원자하나의 직경은 이다. 따라서 는 대략 원자 3~4개를 나란히 뒀을 때의 길이가 된다.

나노 기술은 전자 공학 및 컴퓨터 기술, 생명공학, 우주공학 등 의료 및 건강, 항공, 환경 및 에너지 전분야에 걸쳐 연구되고 있다.

※ 단전자 논리회로 ※

■ 단전자 나노소자 기술

전자 한 개의 터널링 및 양자역학적 성질을 이용한 단전자 트랜지스터 ( Single-electron transistor ) 와 이를 이용한 집적회로 구현을 위한 기술이다. 이런한 단전자 소자 기술은 반도체 정보통신산업에서 소자 칩의 소형화에 따른 트랜지스터 기능의 저하와 한계를 극복하기 위한 대안이다. 단전자 소자는 하나의 채널에 수백 개의 전자를 통과시켜 1비트의 정보를 저장하는 기존 반도체와 달리 양자점이라는 곳에 단 1개의 전자만을 통과시켜 1비트의 정보를 처리한다. 따라서 트랜지스터 개당 전력소비량이 밀리와트 수준에서 마이크로와트 수준으로 크게 줄고, 정보처리 속도는 빨라져 집적도를 테라비트급까지 높일 수 있는 신개념의 반도체이다. 전자 한 개를 이용하는 SET 기술은 소비전력을 파격적으로 줄여준다. 기존 휴대전화 배터리 수명 연장은 물론 우리 생활패턴을 변화시킬 수 있는 노트북 등 소형 모바일 스마트 시스템에 적용 가능한 나노소자 기술이다.

기존의 FET 트랜지스터 SET 단전자 트랜지스터
■ 단전자 나노소자의 구조

SET의 기본 구조는 그림에서와 같이 소스와 드레인 사이에 나노크기의 한 개의 QD와 이와 전기용량적으로 커플링 된 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. 이러한 CB 모델은 쿨롱 진동의 주기성이 근본적으로 터널링 전하의 양자화 현상에 의해 기인하며, 각각의 on peak를 지날 때마다 QD 내의 전자가 한 개씩 증가함을 보여준다. 이는 SET spectroscopy의 핵심적인 역할을 한다.

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