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研究生:楊培民
研究生(外文):Pei-Min Yang
論文名稱:單電子電晶體中機電振動
論文名稱(外文):Electromechanical vibration in single electron transistor
指導教授:萬裕民萬裕民引用關係
指導教授(外文):Yue-Min Wan
學位類別:碩士
校院名稱:義守大學
系所名稱:電子工程學系碩士班
學門:工程學門
學類:電資工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2011
畢業學年度:99
語文別:中文
論文頁數:87
中文關鍵詞:機電動力學奈米柱狀電晶體機電振動次諧波庫倫阻斷
外文關鍵詞:Coulomb BlockadeSub-harmonicElectromechanical VibrationElectrodynamicsNanopillar Transistors
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研究在室溫下藉由脈衝電壓在奈米柱狀電晶體中機電共振所產生的交替電流。其中一種是小相位角的同相共振電流,另一種是高相位角的異相電流。在庫倫阻斷壓制量子點在最小的位移量,shot noises出現在電壓-電流特性曲線中。我們在量子點庫倫阻斷區中當第二諧波控制時觀察到機電交替產生的直接穿隧電流。這些發現都來自於建立的表面力作用模型,此模型為古典機電動力學。
Studies of electron charging by pulsed voltages in nanopillar transistors show that electromechanical resonance is responsible for alternating currents observed at 300K. One current is small angle that oscillates in phase with the driving force. The other is high angle that oscillates out of phase with the force. In Coulomb blockade of suppressing the central dot to a minimal displacement, shot noises appear in current-voltage (I-V) characteristics. Direct current of mechanical shuttle in the dot is observed when the second harmonics takes control in the blockade. These findings are concluded from a surface forcing model based on classical electrodynamics.
中文摘要i
英文摘要ii
誌謝iii
目錄iv
圖表目錄vi
第一章 研究動機1
1-1 高溫中的量子傳輸現象1
1-2 鐘擺球的實驗4
1-3 奈米機電電晶體的共振實驗10
1-4 後續的研究15
1-5 總結16
第二章 元件製程(FIB與TEM檢測)17
2-1 元件結構17
2-2 元件製作流程18
2-3 FIB、TEM、TEM-EDX檢測24
第三章 實驗結果分析與討論31
3-1 前言31
3-2 週期性電壓驅動下量子點的受力31
3-3 受力下的位移34
3-4 振動位移電流36
第四章 結論45
附件A 光罩設計46
附件B 元件製作流程表49
附件C 晶圓清洗製程55
附件D 沉積製程57
附件E 氧化與熱處理製程59
附件F 微影製程61
附件G 蝕刻製程64
附件H SEM設備規格66
附件I 奈米力學振動模型介紹67
附件J 無阻尼結構系統的自由振動分析68
附件K 有阻尼結構系統的自由振動分析70
附件L 有阻尼結構系統的強迫振動分析f≠0 75
參考文獻78
圖表目錄
圖1-1(a) L.YGorelik提出理論模型2
圖1-1(b) 庫倫阻斷下金屬粒運動狀態2
圖1-2 為金屬粒運動方向與傳輸的電荷量2
圖1-3 為電流(I)、反阻尼比、電壓(V)的三維圖3
圖1-4 為在電壓3.5V時反阻尼比與電流的關係3
圖1-5 為M.T.Tuominen所提出實驗裝置4
圖1-6 為電壓對電流和電壓對頻率的關係圖5
圖1-7 為電壓對電荷和電壓對電容的關係圖6
圖1-8 (a)與(b)為8個不同d所量測出來V對I與V對f的關係7
圖1-9 為在d=230μm且C=0.39 pF下電壓對電流曲線8
圖1-10 為A.Erbe設計的矽量子共振腔11
圖1-11 為300K,VG=±3V,在不同f相對應的電流圖12
圖1-12 為圖1-11在頻率f=87MHz放大且將電流換算成電子個數13
圖1-13 為在4.2K下f對電子數的關係圖14
圖2-1 SET的剖面圖17
圖2-2(a) Source的立體圖18
圖2-2(b) Source端的In-line SEM 19
圖2-3(a) 主動區的立體圖20
圖2-3(b) 主動區端蝕刻完後的In-line SEM 20
圖2-4(a) Drain端的立體圖21
圖2-4(b) Drain端端蝕刻完後的In-line SEM 21
圖2-5(a) contact hole立體圖22
圖2-5(b) contact hole,面積為50 um * 50 um的In-line SEM 22
圖2-6(a) 元件完整立體圖23
圖2-6(b) 元件完整的In-line SEM 23
圖2-7 元件的俯視圖26
圖2-8 元件的剖面圖26
圖2-9 元件位置27
圖2-10 元件切開27
圖2-11 元件SiNx/poly-Si/SiNx結構和發現圓形結構28
圖2-12 為第一偵測點TEM-EDX所分析出來的成分28
圖2-13 為第二偵測點TEM-EDX所分析出來的成分29
圖2-14 為第三偵測點TEM-EDX所分析出來的成分29
圖3-1 量子點受週期性電壓驅動造成的機械振動31
圖3-2 電壓對時間週期性增加的函數32
圖3-3 有阻尼的運動模型35
圖3-4 cotanget函數38
圖3-5 元件B所量測時間與電壓與電流的關係圖40
圖3-6 元件B所量測時間與電壓與電流的關係圖42
圖3-7 元件A的電流對電壓與時間的曲線43
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