„Egy-elektron” eszközök és alkalmazásaik

Az előadások a következő témára: "„Egy-elektron” eszközök és alkalmazásaik"— Előadás másolata:

1 „Egy-elektron” eszközök és alkalmazásaik
VLSI eszközök fizikája „Egy-elektron” eszközök és alkalmazásaik Készítette: Katona József Átdolgozta: Szabó Péter, Somlay Gergely

2 A tartalomból Alapjelenségek ismertetése Alapeszközök bemutatása
Analóg felhasználási terület Digitális megoldások Az alkalmazhatóság fő problémái

3 A kezdetek „transfer of single electrons between small conducting ‘islands’ ” A gondolat régi (20. század eleje) A megvalósítás a technológia problémák miatt csak a 80’-as években Alapjelenségek

4 Az alapjelenség Vezető gömbre 1 db elektront viszünk
A sziget átmérője 10 nm Alapjelenségek

5 Az alapjelenség Pontosabban mérhető mennyiség a töltési energia
Kis méreteknél az elektron hozzáadási energia a jellemző adat Ek a kvantumfizikai kinetikus energia, V a sziget térfogata, g(F) a Fermi-szint állapotsűrűsége Alapjelenségek

6 Az alapjelenség A termikus ingadozás elnyomása miatt teljesülnie kell az Ea ≥ 10kT feltételnek Ez 100 nm szigetátmérő mellett maximum 1 K hőmérsékletet jelent 1nm-nél már az Ek, azaz a kvantumos hatás érvényesül  „quantum dot” Alapjelenségek

7 Az elméleti háttér Az irányadó elv az „ortodox” elmélet (Kulik,Shelter), mely 3 fontos közelítéssel él: Az elektron energiája a vezetőben folytonos, a kvantumosodást figyelmen kívül hagyjuk. A közelítés akkor jó, ha Ek<<kT. Az elektron t „alagutazási” ideje (az áthaladási idő a szigetet körülvevő szigetelő gáton) elhanyagolhatóan kicsi a két „tunnelezés” között eltelt időhöz képest Az ún. „cotunneling” jelensége figyelmen kívül hagyható. Ez a feltevés akkor igaz, ha a potenciálgát ellenállása sokkal nagyobb a kvantumos egységnél: A tapasztalat szerint fémből lévő szigetekre a közelítések igazak Alapjelenségek

8 Az elméleti háttér Az elv: egyetlen elektron „tunnelezése” mindig egy valószínűségi esemény, amely a szabad energiától függ, és amelynek W csökkenéséhez maga az alagutazás is hozzájárul ( a valószínűség, I(V) pedig a potenciálgát karakterisztikája) Az ábra alapján, ha W>>kT, akkor a valószínűség a W-vel arányos. A magyarázat: ha növeljük a „barrier” feszültségét, a forrásoldali elektródán arányosan növekszik a tunnelezésre képes elektronok száma A tapasztalat szerint fémből lévő szigetekre a közelítések igazak Alapjelenségek

9 Az elméleti háttér Az „ortodox” elv korlátai
„Cotunneling”. Megfigyelték, hogy egy időpontban több elektron alagutazása is lehetséges, mint egyetlen egységes kvantummechanikai folyamat. Az egy-elektron alagutazásokhoz képest az arány , N az egyszerre alagutazó elektronok száma. Az R ellenállás nagyságára vonatkozó feltétel (ld.7. dia) betartásával a jelenséget még nem tapasztalták. Diszkrét energiaszintek. Kis szigetátmérő (1 nm) esetén előjönnek a kvantumos hatások (Ek). Ebben az esetben módosítani kell a tunnelezés valószínűségét leíró képletet : (ld. következő ábra) A tapasztalat szerint fémből lévő szigetekre a közelítések igazak Alapjelenségek

10 Az elméleti háttér A tapasztalat szerint fémből lévő szigetekre a közelítések igazak Diszkrét energiaszintek esetén (már „kevés” az atom), hiába emeljük nagyra a gát feszültségét (W>>kT), a tunnelezési ráta nem változik, mert a nagy energia miatt minden elektron azonnal átugrik, amint eléri a tunnelezhető szintet Alapjelenségek

11 Alapeszközök Egy-elektron doboz (Single-Electron Box)
Egy-elektron tranzisztor (Single-Electron Transistor) Egy-elektron csapda (Single-Electron Trap) Egy-elektron „forgóajtó” (Single-Electron Turnstile) Egy-elektron pumpa (Single-Electron Pump) Oszcillátor egyetlen elektron alagutazásával (SETunneling Oscillator) Szupravezetők (Supercondutors) A tapasztalat szerint fémből lévő szigetekre a közelítések igazak

12 Egy-elektron doboz (Single-Electron Box)
A legkisebb funkcionális egy-elektroneszköz A méretek csökkenésével a Wc töltő energia nő Ha , akkor nincs alagutazás Ezt a jelenséget Coulomb-gátnak nevezik A gate elektródára pozitív feszültséget kapcsolva elektront lehet a pontra vonzani

13 Egy-elektron alagutazás jelenség
A jelenséghez két feltételnek kell teljesülnie: Egyetlen elektron a kvantum pöttyre való átviteléhez szükséges energia sokkal nagyobb legyen, mint a termikus Az alagutazási ellenállás nagyobb legyen, mint a h/e2 kvantum ellenállás A második feltétel az áthaladó elektronok kvantum fluktuációjának megakadályozásához kell

14 Az alagút ellenállás értéke
Az ellenállásra vonatkozó feltételnek teljesítenie kell a ΔWΔt>h bizonytalansági relációt, ahol ΔW a töltési energia és Δt a töltés élettartama Innen megkapható a Coulomb-gáthoz szükséges alagút ellenállás

15 Egy-elektron doboz (Single-Electron Box)
Az energia: C0 a gate-kapacitás, C a sziget teljes kapacitása, Qe a gate elektróda miatt fellépő polarizáló töltés Qe folytonos, de Q kvantált, emiatt lépcsőfüggvényt kapunk A tapasztalat szerint fémből lévő szigetekre a közelítések igazak Alapeszközök

16 Egy-elektron doboz (Single-Electron Box)
Megbízhatóan lehet egyetlen elektront hozzáadni anélkül, hogy tudnánk, mennyi elektron van a háttérben Ez az ún. „Coulomb lépcső (staircase)”, a lépésköz U=e/C0 Ha kT~EC, a lépcső elmosódik a termikus fluktuáció miatt Alapeszközök

17 Thévenin helyettesítő kép
Bármely egy-elektron eszköz, melyben alagút átmenetek, kapacitások és feszültség források vannak visszavezethető egyszerűbb alakra Az alagút átmenethez kapcsolódó hálózat egy Ce ekvivalens kapacitással és egy Ve feszültség forrással helyettesíthető Az áramkör ekvivalens megfelelője egy egy-elektron doboz Ce gate kapacitással és Ve gate feszültséggel

18 Single-Electron Transistor
Megbízhatóan lehet egyetlen elektront hozzáadni anélkül, hogy tudnánk, mennyi elektron van a háttérben A W elektrosztatikus energia képletében n1 és n2 a gátakon átjutott elektronok száma, C=C0+C1+C2+par., Qe=C0U Alapeszközök

19 Egy-elektron tranzisztor működése
A Thévenin helyettesítő kép alapján felírható n elektronra a feltétel a sourcera: ami egyszerüsíthető: Ugyanígy a drainre:

20 Single-Electron Transistor
Kis V feszültségnél nincs tunnelezés, mert ez növelné az összenergiát (W<0, „ortodox”). Ez a jelenség a Coulomb-blokád A küszöbfesz. fölött A görbe kváziperiodikus oszcillációkat mutat, ami a Coulomb-lépcsőre utal A Coulomb-lépcső is látszik R1,R2 arányától függően Alapeszközök

21 Single-Electron Transistor
A görbe kváziperiodikus oszcillációkat mutat, ami a Coulomb-lépcsőre utal, illetve nézzük meg Qe=e/2-nél az előző ábrát A küszöbfeszültség, és emiatt az áram, periodikusan függ a gate feszültségtől, a Coulomb-lépcső miatt („Coulomb blockade oscillations”) Alapeszközök

22 Single-Electron Transistor
A nevezetes pont a Qe=e(n+1/2)., melynek magyarázata egy rezonancia jelenség: a sziget egyik energiaszintje pontosan összeköti a source és a drain Fermi-szintjét. A szomszédos Coulomb-blokád csúcsok gate feszültségeinek távolsága: A görbe kváziperiodikus oszcillációkat mutat, ami a Coulomb-lépcsőre utal, illetve nézzük meg Qe=e/2-nél az előző ábrát Nagy szigetekre (Ec dominál) ez visszaadja a Coulomb-lépcső képletét: U=e/C0 Kis szigetekre (Ek dominál), ekkor a lépésköz, és az origóbeli meredekség lépésről lépésre változik Alapeszközök

23 Egy-elektron tranzisztor

24 Vertikális kvantum pötty
A pötty átmérője pár száz nm, a vastagsága ~10 nm

25 Egy-elektron tranzisztorok előnyei
Előnyök: Alacsony fogyasztás Jó skálázhatóság Hátrányok: Alacsony hőmérséklet szükséges Nagy kimeneti ellenállás (több mint 25.8 kΩ) Source-drain feszültség kisebb kell legyen, mint a gate feszültség tartomány (swing)

26 Single-Electron Transistor
Mivel az egy-elektron jelenség bármilyen vezető anyagban megfigyelhető, sokféle anyagból készíthető egy-elektron eszköz Az alkalmazhatóság miatt Si alapúak az előnyösek A görbe kváziperiodikus oszcillációkat mutat, ami a Coulomb-lépcsőre utal, illetve nézzük meg Qe=e/2-nél az előző ábrát Alapeszközök

27 Si kvantum pöttyök kialakítása
Alapvetően két tehnológia létezik: A szilícium kvantum pöttyök kialakítása finom litográfiai módszerekkel (PADOX, V-PADOX) Szilícium kvantum pöttyök növesztése leválasztásos technikákkal

28 PADOX technológia PADOX – pattern-dependent oxidation
1D-s nanovezeték 2D-s Si rétegekkel a végén SOI szeleten Mivel az oxigén atomok nem csak a felületről hatolnak be, hanem a hátoldalról is, az oxidáció a 2D-s Si réteg határán a legintenzívebb

29 V-PADOX technológia A PADOX vertikális változata
A széles Si rétegek vastag rétegekkel vannak helyettesítve Litográfiai lépés helyett egy oxidációs lépéssel ki lehet alakítani két szigetet is

30 V-PADOX technológia Két SET alakítható ki nagyon kicsi helyen

31 Tranzisztor memória funkcióval
Ultravékony (pár nm) SOI réteget alkáli oldattal érdesítik Nanoméretű potenciál fluktuáció alakul ki Potenciálvölgyek és zsebek, melyek kvantum pöttyöket képeznek Ezek biztosítják a SET működést

32 Tranzisztor memória funkcióval
A technológia kompatibilis a CMOS technológiával, hibrid chipek készíthetőek, melyek szobahőmérsékleten is működőképesek

33 Single-Electron Trap A görbe kváziperiodikus oszcillációkat mutat, ami a Coulomb-lépcsőre utal, illetve nézzük meg Qe=e/2-nél az előző ábrát Az egy-elektron doboz kibővített változata, amely már memórihatással rendelkezik Ha a szigetek elég közel vannak egymáshoz, akkor egyetlen többletelektron tere (bárhol legyen is) meggátolhatja több elektron belépését a szigetekre Alapeszközök

34 Single-Electron Trap Alaphelyzetben (U=0 gate fesz.) akkor a legnagyobb a rendszer energiája (Wi), ha valamelyik középső szigeten van az elektron Pozitív feszültséggel becsalható egy elektron az utolsó szigetre (több elektron nem jön a térerő miatt) A feszültséget visszaállítva alapértékre, az elektron „csapdába esik” Az elektront nagy negatív feszültséggel lehet eltávolítani 12 órás megfigyelést már publikáltak A görbe kváziperiodikus oszcillációkat mutat, ami a Coulomb-lépcsőre utal, illetve nézzük meg Qe=e/2-nél az előző ábrát Alapeszközök

35 Single-Electron Trap A görbe kváziperiodikus oszcillációkat mutat, ami a Coulomb-lépcsőre utal, illetve nézzük meg Qe=e/2-nél az előző ábrát A csapdába több elektron is befogható, a feszültség növelésével (n az elektronok száma) Alapeszközök

36 Single-Electron Turnstile
V=0 esetén egy elektroncsapdát kapunk (a középső sziget), ahová véletlenszerűen jönnek az elektronok a source-ból vagy a drain-ből V>0 esetén mindig a source-ból jönnek az elektronok, és a drain-be jutnak A feszültség „forgatásával” megvalósítható egyetlen elektron transzportja A görbe kváziperiodikus oszcillációkat mutat, ami a Coulomb-lépcsőre utal, illetve nézzük meg Qe=e/2-nél az előző ábrát Alapeszközök

37 Single-Electron Pump Minden egyes elektródára ugyanaz az U(t) rf függvény kerül, de fázisban eltolva Egy potenciálhullám szalad végig a szigeteken, fölkapva egy elektront a source-ból, és leejtve azt a drain-nél Itt nincs szükség DC feszültségre a source és a drain között A görbe kváziperiodikus oszcillációkat mutat, ami a Coulomb-lépcsőre utal, illetve nézzük meg Qe=e/2-nél az előző ábrát Alapeszközök

38 SET Oscillators RS>>R>>RQ
Oszcilláció indul, ha a DC feszültség V meghaladja a Vt=e/2C Coulomb-blokád küszöböt Eltűnik a sörétzajban I>0.1e/RC áram esetén Gyakorlati megvalósítás nehéz A görbe kváziperiodikus oszcillációkat mutat, ami a Coulomb-lépcsőre utal, illetve nézzük meg Qe=e/2-nél az előző ábrát Alapeszközök

39 SET Oscillators A makroszkopikus, diffúziós vezetők nem mutatnak diszkrét elektronok szállításából adódó sörétzajt adott feszültség fölött Az ellenálláson keresztül tehát folyamatosan töltődhet a sziget kapacitása, két tunnelezés között Két gyakorlati feltétel: 1 M fölötti ellenállás Kis szórt kapacitás Frekvencia=I/e, eddig 100kOhm-t tudtak csinálni, Alapeszközök

40 Superconductors Néhány effektus, melyek megértése mélyebb szupravezetői ismereteket igényel: A DC I(V) görbe erősen nemlineáris kis feszültségekre is, ami jelentősen növeli az egy-elektron tranzisztor töltésérzékenységét Szupravezető anyagokban, ha kT<<, ahol  a szupravezető tiltott sáv szélessége, az összes elektron ún. Cooper-párokba rendeződik. Ha szupravezetőből van a sziget, a (2n+1)-dik elektron hozzáadásához Ea+ , a 2n-dik elektronhoz pedig Ea-  energia kell („parity effect”) Bizonyos esetekben megnő a Cooper-párok tunnelezésének valószínűsége, ez az alapja a Bloch-tranzisztoroknak, és a Bloch-oszcillációnak, melynek frekvenciája éppen a fele a SET-nél látottnak Frekvencia=I/e, eddig 100kOhm-t tudtak csinálni, Alapeszközök

41 Analóg felhasználási területek
Szuperérzékeny elektrométer Egy-elektron spektroszkópia DC áramstandard Hőmérsékleti standard Ellenállás standard Infravörös sugárzás érzékelése Frekvencia=I/e, eddig 100kOhm-t tudtak csinálni,

42 Szuperérzékeny elektrométer
C C2 A kiindulópont az egy-elektron tranzisztor I(V) karakterisztikája, melyből kiderül, hogy az áram nagyon érzékeny a gate feszültségre, azaz a dQe töltésváltozásra Ha a forráselektróda kapacitása C1,2 nagyságrendjében van, a töltésérzékenységet csak a fehér zaj korlátozza Frekvencia=I/e, eddig 100kOhm-t tudtak csinálni, Analóg felhasználás

43 Szuperérzékeny elektrométer
C C2 Gyártási problémák miatt („oxidcsapdák”) az eszközöknek nagy az 1/f zaja, emiatt kis frekvencián egy nagyságrendet romlik az érzékenység, de még így is 100-szor érzékenyebb a mai kiszajú félvezető eszközöknél Frekvencia=I/e, eddig 100kOhm-t tudtak csinálni, Analóg felhasználás

44 Egy-elektron spektroszkópia
„Quantum dot”-ok elektronhozzáadási energiájának és ezáltal az energiaszintek eloszlásának mérése A „Quantum dot” az egy-elektron tranzisztor szigete legyen, és mérjük a küszöbfeszültséget, vagy a meredekséget a V=0 pontban Az eddigi mérések szerint a „quantum dot” spektruma nem reprodukálható, és csak távolról olyan, mint azt az elmélet leírja Frekvencia=I/e, eddig 100kOhm-t tudtak csinálni, Analóg felhasználás

45 DC áramstandard Első megközelítés: fáziszárt SET oszcillátor, a külső rf jellel I=mef DC áramot kapunk, ahol m az egy periódus alatt átjutott elektronok száma Második megközelítés: tegyük az rf jelet egy „turnstile”-ra; ezzel 1990-ben dI~10-3 pontosságot értek el Harmadik megközelítés: tegyük az rf jelet „pumpára”, mert kisebb a termikus zaj és a „cotunneling” valószínűsége, továbbá a szigetek véletlenszerű háttéröltése külön-külön kompenzálható A pumpával elvileg pontosság is elérhető, a gyakorlatban eddig 10-8 nagyságrendet értek el Probléma, hogy az áram értéke jelenleg a pA nagyságrendjében van, a frekvencia emelésével pedig 1/RC környékén már igen nagy a dinamikus hiba Frekvencia=I/e, eddig 100kOhm-t tudtak csinálni, Analóg felhasználás

46 Hőmérsékleti standard
Az alapeszköz az egy-elektron tranzisztor, de tegyünk bele több, N>>1 szigetet A struktúra dc I(V) görbéin ugyanúgy megvan a Coulomb-blokád, amely a hőmérséklet emelésével elmosódik, a meredekség Gn=1/NR lesz A V=0 pont körül egy horpadás van a differenciális vezetés görbéjén, melynek szélessége meglepően stabil a szigetcsoport paramétereinek változása ellenére: Egy-egy szigetcsoporttal 1 dekádon belüli hőmérséklettartományban 1% pontossággal mérhető az abszolút hőmérséklet, így több, különböző tartományban működő szigetcsoporttal hőmérő chip készíthető Frekvencia=I/e, eddig 100kOhm-t tudtak csinálni, Analóg felhasználás

47 Digitális alkalmazások
Feszültségállapotos logikák Töltésállapotos logikák „SET Parametron” Problémák, nehézségek Háttértöltésre érzéketlen memória Átmenetes szigetelő réteg („Crested” Tunnel Barrier) Nemfelejtő RAM (NOVORAM) Nagykapacitású elektrosztatikus adattárolás Frekvencia=I/e, eddig 100kOhm-t tudtak csinálni, Digitális alkalmazás

48 Feszültségállapotos logikák
Az egy-elektron tranzisztor FET-hez hasonló felhasználása A CMOS logikák lemásolhatóak, bár nem egy az egyben, hiszen csak egyféle eszköz van A működést erősen korlátozza a termikus fluktuáció, amint kT=0.01Ea A szigetszám növelésével a zaj csökkenthető, de még így is 1 nm alatti átmérő kell a szobahőmérsékleti működéshez Van statikus fogyasztás, amely szobahőmérsékleten 10-7 W/tranzisztor disszipációt eredményez. A mai CMOS eszközöknek megfelelő alkatrésszám esetén ez >10kW/cm2 statikus teljesítménysűrűséget jelent! Frekvencia=I/e, eddig 100kOhm-t tudtak csinálni, Digitális alkalmazás

49 Feszültségállapotos logikák
Frekvencia=I/e, eddig 100kOhm-t tudtak csinálni, Inverter Digitális alkalmazás

50 Feszültség állapotos logikák
XOR

51 Töltésállapotos logikák
1 bit információt az elektron adott szigeten való jelenléte/hiánya jelent Nincs statikus fogyasztás, hiszen az egész áramkörben sehol nem folyik DC áram Csoportosítás a logikai műveletekhez szükséges energiaellátás alapján: DC táp AC táp A logikai bemenő jel energiáját használja az áramkör (belső erősítő kell, ami honnan szerzi az energiát?) Jelenleg a legígéretesebb eszköz a „SET Parametron” Frekvencia=I/e, eddig 100kOhm-t tudtak csinálni, Digitális alkalmazás

52 SET Parametron Digitális alkalmazás
Az Ec(t) órajel benn tart egy elektront a középső szigeten Amikor az órajel elér egy szintet, az elektron átugrik valamelyik szélső szigetre, az Es irányának megfelelően A beragadt elektron tere adja a következő fokozatnak az Es térerőt, melynek iránya a logikai állapot Ha kT<0.01Ec, akkor bithibával működik Digitális alkalmazás

53 SET Parametron Digitális alkalmazás
Előny a működésből adódó belső memória, így egyszerre lehet kombinációs és szekvenciális hálózatként használni Hátrány, hogy a logikai állapotot csak shift-regiszterrel lehet nagy távolságra eljuttatni, egyszerű vezeték nincs Ha kT<0.01Ec, akkor bithibával működik Digitális alkalmazás

54 Problémák Ec~100kT, emiatt nanométer alatti átmérőjű szigetek kellenek
A kvantumos hatások miatt a szigetek alakjának azonosnak kell lennie a kiszámítható működéshez A legyártott szigeteket nanométeres pontossággal kell egymáshoz, vagy nanovezetékhez illeszteni, egyforma kapacitású és ellenállású, tunnelezhető szigetelő réteggel Ha kT<0.01Ec, akkor bithibával működik Digitális alkalmazás

55 Problémák Komoly probléma a véletlenszerű háttértöltés, amely az általa létrehozott tükörtöltésen keresztül befolyásolja a tranzisztor küszöbfeszültségét Az oxidtöltés mindig pozitív A jelenlegi technológia mellett minden 1000-dik szigetet befolyásol ilyen csapdába ragadt töltés  VLSI kizárva 1 nm szigetátmérő alatt a nagy térerő miatt a parazita pozitív töltés „beesik” a szigetre, ezt a töltést pedig egy alagutazó elektron kompenzálja  öntisztítás Digitális alkalmazás

56 Problémák Megoldás lehet a rezisztív úton előfeszített egy-elektron tranzisztor, mert az ellenállás folytonosan tud kompenzálni bármekkora háttértöltést Hátrány, hogy 30 nm-nél hosszabb ellenállás kellene Si-ból, amely nagyobb, mint maga az eszköz, és a nagy szórt kapacitása miatt tovább csökkentené a működéshez szükséges hőmérsékletet További probléma az eszközök lassúsága, a nagy kimenő impedancia miatt (m nagyságrendű vezeték töltése 1ns körül van) A legígéretesebb felhasználási területek a RAM-ok és a hosszútávú adattárolás Az oxidtöltés mindig pozitív Digitális alkalmazás

57 Háttértöltésre érzéketlen memória
A bitet a lebegő gate-en lévő elektron tárolja, az elektronok tunnelezéssel kerülnek oda READ 0 (a gate „üres”): A szóvonal és a bitvonal felhúzva, a szóvonal „lépcsőzetesen” feltölti a gate-et, ami oszcillációkat okoz az egy-elektron tranzisztor áramában; az oszcillációkat MOSFET-es erősítő érzékeli, és kimenő jelet generál READ 1: szóvonal és bitvonal felhúzva, de most a töltött gate miatt nincs oszcilláció A READ 0 művelet 1-et ír a gate-re (destruktív), ezért az olvasás után frissítés kell Az oxidtöltés mindig pozitív Digitális alkalmazás

58 Háttértöltésre érzéketlen memória
WRITE 0,1: a bitvonalon nincs feszültség, ilyenkor a FET nem ad kimenő jelet A háttértöltés csak az áramoszcilláció kezdeti fázisát módosítja, a kimenő jelet így nem befolyásolja 100 cellára elég egy erősítő Nem kell tárolókapacitás 100 Gbit/cm2, ~3W/cm2 Ea=250meV  ~3 nm-es szigetek kellenek szobahőmérsékletű működéshez Az oxidtöltés mindig pozitív Digitális alkalmazás

59 Crested Tunnel Barriers
A SET/FET memória hátránya, hogy lassan lehet írni a gate-et A beíró feszültség növelése rontja az élettartamot, a forrás melletti potenciálfal magassága pedig nem változik (az átlátszóság elsősorban ettől függ) A szigetelő réteg anyagát átmenetesre leválasztva elérhető, hogy középen legyen a maximum, így a feszültséggel gyorsan változtatható Parabolikus átmenetet nehéz gyártani, de a három rétegből álló átmenet a tapasztalatok szerint ugyanolyan jó Az oxidtöltés mindig pozitív Digitális alkalmazás

60 Crested Tunnel Barriers
Hagyományos potenciálfal esetén 12 nm vastagságra ~msec, 8 nm-re sec a beírási idő Átmenetes szigetelő réteg esetén 10 ns is elérhető (jelenleg Si3Ni4/AlN/Si3Ni4 szigetelő a tesztelt legjobb) Az oxidtöltés mindig pozitív Digitális alkalmazás

61 NOVORAM NOn-VOlatile RAM (nem „illékony”)
A SET/FET memóriában az egy-elektron tranzisztor helyére egy 6-8 nm gate-hosszúságú MOSFET kerül, melynek bulk-ja intrinsic, a source-ból és a drain-ből ugyanis néhány nm-re befurakodnak az elektronok a gate-alá, így kész a csatorna Az elektronok ballisztikus pályán repülnek, szóródás nélkül, ami nagy mozgékonyságot és gm-et jelent Megoldható a nemdestruktív kiolvasás A kis méret miatt az adatsűrűség megmarad A nemfelejtés miatt low-power alkalmazásokhoz kiváló Az oxidtöltés mindig pozitív Digitális alkalmazás

62 Elektrosztatikus adattárolás
WRITE: „nagy” feszültség a fejre  az elektronok a csúcshatás miatt áttunneleznek az alsó vezetőről az adott szigetre READ: a SET áramával a FET-es erősítőn keresztül 50 nm fejtávolság ~10 nm átmérőjű tároló szemcsék ~10 Terabit/inch2 Az oxidtöltés mindig pozitív Digitális alkalmazás