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Bistabile Quantenpunktstrukturen

Moderne Speichermedien sind in ihrer Verwendbarkeit unter anderem dadurch beeinträchtigt, daß sie entweder eine zu hohe Leistungsaufnahme haben (Festplatten), nicht wiederbeschreibbar sind (ROM) oder Informationen zu kurz und mit zu geringer Dichte speichern (RAM). Das ideale Speicherelement kann bei geringer Leistungsaufnahme und hohen Speicherdichten Informationen über lange Zeiten (in der Regel zehn Jahre) sichern, ist wiederbeschreibbar, schnell, verschleißarm und läßt sich in bereits vorhandene Technologien integrieren. Das Konzept eines Einzel-Elektronen-Bauelements verspricht, die meisten dieser Eigenschaften in sich zu vereinen [Sze99].


Eine der charakteristischsten Eigenschaften von Quantenpunkten sind ihre geringen Abmessungen. Dies führt einerseits dazu, daß quantenmechanische Effekte bei der Beschreibung von elektronischen Eigenschaften der Quantenpunkte eine Rolle spielen, andererseits ist mit den Quantenpunkten eine weitere Miniaturisierung elektronischer Bauteile möglich. In diesem Kapitel sollen daher speziell Speicherbauteile aus Quantenpunktstrukturen als wichtige Anwendung, neben Quantenpunkt-Lasern und -Detektoren, untersucht werden [Bim99].


G. Yusa and H. Sakaki haben 1997 zur Realisierung eines Quantenpunkt-Speicherelements einen neuartigen Feldeffekttransistor vorgeschlagen. Hierbei steuert der Besetzungsgrad der Quantenpunkte die Leitfähigkeit in einem benachbarten Elektronenkanal. Im Gegensatz zum vorhergehenden Kapitel wird daher nicht die Kapazitäts-Spannungs-Kennlinie sondern die Strom-Spannungs- beziehungsweise Leitfähigkeits-Gatespannungs-Kennlinie der Halbleiterstruktur untersucht. Die wiederum weist zwei Zweige auf - eine Hysterese [Yus97], [Yus98]. In modifizierten Versionen dieses neuartigen Feldeffekttransistors konnten extrem lange Lebensdauern der in den Quantenpunkten lokalisierten Elektronen nachgewiesen werden [Koi00].


Unter Verwendung des in Kapitel 1 vorgestellten eindimensionalen Modells [Wet98] wird das Bauteil auf dem Rechner simuliert, dadurch kann das Entstehen der Hysterese in der Kennlinie nachvollzogen werden. Die Hysterese ist bestimmt durch die Dynamik bei Einfang und Emission von Elektronen in beziehungsweise aus den Quantenpunkten heraus. Als mögliche Mechanismen hierfür werden im Rahmen einer Analyse dieser Dynamik Phonon-assistierte Prozesse [Fel01], [Hei97], [Kap00a] mit dem Auger-Prozeß an Quantenpunkten [Usk97], [Adl96], [Ohn96] verglichen. Wie sich zeigt, eignet sich der Auger-Prozeß hervorragend, um die Hysterese in der Kennlinie in Übereinstimmung mit dem Experiment zu erklären.



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Alexander Rack 2002-05-25