ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Джозефсоновские контакты с прослойкой из нормального металла и полупроводника из "Основы теории металлов " В конце 22.8 мы остановимся на разных способах приготовления джозефсоновских элементов. Одним из наиболее популярных все-таки остается туннельный контакт с диэлектрической прослойкой. Однако приготовить такой контакт контролируемым образом довольно трудно. Слой диэлектрика, как уже говорилось, должен быть очень тонким и в то же время не иметь закороток. Обычно применяется окисление поверхности металла и последующее напыление пленки другого сверхпроводящего металла. Но при этом возможны дырки в слое окиси и, следовательно, зако-ротки. Если же сделать слой окиси слишком толстым, то джозефсоновский ток будет отсутствовать. [c.478] Ввиду этого предпринимаются попытки использовать вместо диэлектрика слой нормального металла или полупроводника. Проницаемость такого слоя, как мы увидим ниже, существенно больше слоя диэлектрика, и, следовательно, этот слой можно сделать толще. При этом легче контролировать проницаемость барьера и получать контакты с требуемыми свойствами. [c.478] Как известно, электрические свойства полупроводников в. значительной степени определяются наличием примесей. Примеси в полупроводниках создают дополнительные уровни энергии электронов в запрещенной области между последней заполненной зоной (валентной) и первой пустой зоной (зоной проводимости). Уровни могут быть мелкими, т. е. лежать у края валентной зоны (акцепторы) или зоны проводимости (доноры), а также глубокими,, т. е. лежать в глубине запрещенной зоны. Если концентрация примеси, создающей мелкие уровни, велика, то примесные уровни расширяются в зону, которая наползает на зону проводимости или валентную зону. При этом полупроводник становится вырожденным , т. е. в нем возникает конечное число носителей тока в зоне при 7 = 0. Такой полупроводник фактически является полуметаллом, т. е. в этом случае контакт з—зт—з переходит в контакт —п—8. [c.480] При меньших концентрациях примеси электроны или дырки в зонах создаются лишь путем температурного возбуждения. Однако ввиду того, что критические температуры сверхпроводников низки по сравнению с энергией возбуждения, наличием 1 ермически активированных носителей можно пренебречь. В таком случае полупроводник фактически является диэлектриком и высота потенциального барьера равна наименьшей энергии, требующейся для создания электронов в валентной зоне или дырок в зоне проводимости, иначе говоря, равна энергетической щели. Сравнивая показатели экспонент температурного возбуждения У/Т) и вероятности туннелирования й тУу/ /%, см. (22.1)), гдеУ соответствует /(дс)—ц, мы видим, что для У 10 эВ и с1 10 см температурным возбуждением действительно можно пренебречь. [c.480] При реальном определении вероятности туннелирования Асламазов, Фистуль, 1979—1984) [272] надо учесть эффекты, возникающие на границе металл—полупроводник. В 6.1 мы рассматривали контакт двух металлов. Там отмечалось, что часть электронов переходит из одного металла в другой, в результате чего в окрестности границы возникает электрический двойной слой, на котором происходит скачок потенциала—контактная разность потенциалов. Толщина этого слоя порядка межатомных расстояний, ибо именно на таких расстояниях происходит экранировка электрического поля. [c.480] Иначе обстоит дело в полупроводниках, где экранировка гораздо слабее. Если слой полупроводника очень тонкий, то может получиться, что все электроны, находившиеся на примесных уровнях, уйдут в металл, и в результате потенциальный барьер возрастет почти до расстояния между валентной зоной и зоной проводимости. С другой стороны, уход электронов приведет к тому, что полупроводник приобретет электрический заряд, что в свою очередь несколько уменьшит эффективный барьер. [c.480] Кроме того, существуют и другие эффекты, влияющие иа туннельную проницаемость. Сюда относятся флуктуации концентрации примесей, приводящие к образованию узких каналов с пониженными барьерами [272], образование резонансных траекторий по периодическим цепочкам примесных состояний в полупроводнике [272] и, наконец, эффекты освещения. Экспериментально было обнаружено, что некоторые s—sm—s-контакты, в которых не было эф кта Джозефсона, приобретают его в результате освещения и сохраняют его при выключении освещения (см. [255]). По-видимому, это связано с образованием долгоживущих метастабильных электронных состояний на примесях. [c.481] Вернуться к основной статье