Loading [MathJax]/extensions/TeX/newcommand.js
Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

5.2: Перемикання FET

\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }  \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \newcommand{\id}{\mathrm{id}} \newcommand{\Span}{\mathrm{span}} \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,} \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,} \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}} \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}} \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}} \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|} \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle} \newcommand{\Span}{\mathrm{span}} \newcommand{\id}{\mathrm{id}} \newcommand{\Span}{\mathrm{span}} \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,} \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,} \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}} \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}} \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}} \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|} \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle} \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}

У цифрових схемах ідеальний транзистор має два стани, ON і OFF, обрані потенціалом, прикладеного до затвора. У вимкненому стані канал замкнутий на потік електронів навіть в тому випадку, якщо між витоком і зливним електродами застосовується зміщення. Щоб закрити канал, затвор повинен перешкоджати інжекції електронів з джерела. Для прикладу розглянемо молекулярний транзистор на малюнку 5.2.1. Тут ми дотримуємося конвенції FET і вимірюємо всі потенціали щодо заземленого контакту джерела. Для зміщення затвора через молекулу протікаєV_{GS}< \sim 6.2V невеликий струм. Але для\sim 6.2V < V_{GS}< \sim 6.4V FET увімкнено, а канал є провідним.

Знімок екрана 2021-05-12 о 22.26.03.png
Малюнок\PageIndex{1}:I_{DS} - V_{GS} Характеристики транзистора, що використовує молекулу Buckyball C60. При рівновазі хімічні потенціали джерела та стоку знаходяться на -5еВ, а LUMO молекули - на -4.7eV. Різні електростатичні ємності в пристрої маркуються. У міру збільшення потенціалу воріт LUMO штовхається нижче. При приблизноV_{GS} = 6.3 V, він виштовхується в резонанс з контактами джерела і зливу і струм різко зростає. Ширина LUMO визначає різкість резонансу. Примітка 'aF' є символом атто Фарад (10^{-18} F).

Як показано на малюнку 5.2.2, переходи набагато більш поступові, якщо рівень молекулярної енергії ширше. Точно так само підвищення температури може також розмивати комутаційні характеристики.

Скріншот 2021-05-12 о 22.32.00 png
Рисунок\PageIndex{2}: Порівняння комутаційних характеристик молекулярних транзисторів з широким і вузьким енергетичними рівнями. Зверніть увагу на різні поточні шкали.

Походження перемикання FET пояснено на малюнку 5.2.3. Потенціал затвора діє на зсув енергетичних рівнів в молекулі щодо контактних хімічних потенціалів. Коли рівень енергії штовхається між собою\mu_{1} і\mu_{2} електрони можуть бути введені з джерела. Відповідно, спостерігається збільшення струму. Подальше збільшення потенціалу затвора виштовхує рівень енергії з резонансу, і струм знову зменшується на ~ 6,4 В.

Скріншот 2021-05-12 о 22.34.10.png
Малюнок 5.2.1. Зовнішній резонанс розриву провідності відкривається, оскільки для витягування молекулярного рівня між джерелом та стіком хімічних потенціалів потрібно додаткове зміщення джерела-стоку.