А.Г. Погосов, М.В. Буданцев

На основе полупроводниковой мембраны, отделенной от подложки, изготовлен транзистор с эффектом кулоновской блокады - квантовая точка, соединенная двумя туннельными барьерами с областями истока и стока, рядом с которой расположены два боковых затвора. Полупроводниковая мембрана изготовлена методом селективного травления жертвенного AlAs слоя, отделяющего GaAs подложку от AlGaAs/GaAs гетероструктуры, содержащей двумерный электронный газ.

Рис. Структура кондактанса подвешенного одноэлектронного транзистора как функция затворного VG напряжения и напряжения исток-сток VSD.

Латеральная геометрия транзистора формировалась электронной литографией и последующим анизотропным реактивным травлением. Для изучения переноса заряда в полученной структуре проводились низкотемпературные измерения кондактанса как функции тянущего и затворного напряжений. Проводились сравнительные измерения величины кулоновской щели в транзисторе, находящемся в массиве полупроводника, и в нем же, но оторванном от подложки (т.е. до и после операции селективного травления). Зависимость кондактанса подвешенного одноэлектронного транзистора от тянущего (исток-сток) и затворного напряжения имеет ромбовидную структуру, характерную для эффекта кулоновской блокады. До отрыва транзистора от подложки величина кулоновской щели составляла 50 К (в температурных единицах), в то время как после отрыва от подложки увеличилась до 150 К (см. рис.).

Увеличение энергии в 3 раза против предельного ожидаемого результата в e≈10 раз объясняется наличием невытравленных областей между квантовой точкой и областями истока/стока.

В полученном транзисторе наблюдается также блокада туннелирования предположительно не кулоновской природы, проявляющаяся в подавлении кондактанса при малых смещениях исток/сток V_SD ≈50 мВ (см. рис.) вне зависимости от затворного напряжения. Подобное поведение описано в работе, где оно объясняется эффектом фононной блокады, исчезающим при повышении температуры до 400 мК. Однако, в нашем случае такое поведение сохраняется до высоких температур 4,2 К и, таким образом, требует отдельного теоретического изучения.

Проведенные исследования и, в первую очередь, обнаружение большой величины зарядовой энергии подвешенной квантовой точки позволяют заключить, что подобные устройства перспективны с точки зрения создания одноэлектронных приборов, работающих при высоких температурах, а также представляют интерес как структуры с необычными физическими свойствами, обусловленными спецификой фононных мод и электрон-фононного взаимодействия в подвешенных мембранах.