纳电子器件的电子运送特质和使用

　　对于量子点限制系统，在外加偏压下其自由电子数减少甚至耗尽，此时即构成一少电子系统。由于系统中参与输运的电子数目少，分析其输运性质时要考虑电子本身的自旋效应以及电子间相互作用。系统中的能级分立情况也同样影响着少电子系统的输运性质，例如在外加磁场时，能级发生分裂，所以电子的能级占据情况随磁场发生变化，不同磁场下的电子输运情况是不同的。对单量子点器件，要考虑量子点上电子间的相互作用以及量子点和两极之间的电子耦合效应；对多量子点器件，还需进一步分析量子点之间的电子耦合作用。

　　纳电子器件模型分析，单量子点器件模型是一单量子点器件示意图及其等效电路图。若源漏偏压足够小而外加栅压使量子点上化学势LN位于双结化学势Ls和Ld之间时，电导峰出现，扫描外加栅压，电导峰周期出现。能级的激发态进入输运窗口，此时输运电子不仅可以占据基态能级也能占据激发态能级，输运通道的增加直接导致了输运电流的增大。双量子点器件模型双量子点系统与量子计算密切相关，如何控制量子点间的耦合乃至电子自旋间耦合作用对实现量子计算有重要的意义。

　　在双量子点模型中，双量子点间耦合程度的不同，其物理特性也不同。若是强耦合，电子态则类似于共价能带；而在弱耦合条件下，电子态类似于离子能带。在所示的双量子点结构模型中，EC1表示单个量子点上的电荷能，ECm表示量子点间的耦合能，相当于一个量子点上的一个电荷隧穿到另一个量子点上时的能量改变。双量子点系统同样要满足量子隧穿的基本条件：外加偏压能提供足够的能量使电荷隧穿过结势垒，同时结势垒需要足够大以保证非输运电荷能限制在各量子点上。对双量子点系统，当电子隧穿过两串连量子点时存在着一个共振电导，这种情况发生在三个电荷态发生简并时，即图中所示蜂巢状区域的三条边界交点处。

　　近藤效应是一个虚交换的过程。在库仑阻塞的情况下，电子本是无法进行输运的，但若量子点上电子数是奇数个，那么量子点上必存在一自旋未配对的单自旋态电子，当其跃迁到漏极上空态时，源极上自旋方向相反的电子就可以进入量子点，整个过程的结果就是量子点上的电子和参与输运的电子都发生自旋反转。纳电子器件的研究进展及应用随着工艺水平的提高和理论分析的深入，纳电子器件的研究工作已经取得了相当大的进展。1998430固体电子学研究与进展集成单电子晶体管和量子超导干涉器件提出的射频单电子晶体管（RF-SET）的灵敏度比普通的单电子晶体管高了近2个数量级；J.C.Blakesley等的新工作中在量子点隧穿二极管有效探测到了单声子。

　　当器件从微电子领域进入纳电子领域，遇到了各种问题，牵涉到物理机制上、技术和经济等。为了使纳电子器件得到广泛应用，要重点解决以下几点：首先，制作工艺上要与硅平面工艺兼容；其次，量子点的大小、数目以及量子点间的耦合程度可控；后，器件要能够在室温环境稳定工作。至于量子计算，如何控制电子输运实现对量子态传输、处理和存储，同时避免外界环境干扰以保持量子态间相干性是目前面临的主要问题。要从根本上解决这些问题，关键在微细工艺技术的提高和少电子输运物理机制的全面掌握。

　　结论通过单量子点和双量子点器件模型的讨论，分析了纳电子器件中的少电子输运特性，尤其外加磁场时量子点上的能级变化对输运所带来的影响，同时基于单电子晶体管分析了近藤效应的原理和不同条件下的表现，综述了近年来纳电子器件在应用方面的研究进展。