Туннелирование

Слабая сверхпроводимость — явление туннелирования электронов (или протекания тока) через сверхпроводящие образцы малы к размеров. [c.286]

Тело, испускающее электроны или ионы, называется эмиттером. Для наблюдения и использования электронной или ионной эмиссии необходимо создать у поверхности эмиттера электрическое поле, отсасывающее эмитированные частицы. Обычно для достижения эмиссионным током насыщения достаточно приложить небольшое поле (десятки или сотни вольт на сантиметр). В случае полевой эмиссии внешнее электрическое поле превращает потенциальный порог, существующий на границе тела и препятствующий выходу электронов, в барьер конечной ширины и уменьшает его высоту, вследствие чего становится возможным квантовомеханическое туннелирование электронов сквозь барьер. При этом энергия электрического поля затрачивается только на ускорение эмитированных электронов. Для возникновения полевой эмиссии необходимо приложить к телу сильное электрическое поле (I 10 В/см), при этом плотность тока может достигнуть 10 А/см . При еще больших импульсных полях локальные участки эмиттера (выступы, заострения) сильно разогреваются (чаще всего током полевой эмиссии) и взрываются. Часть вещества эмиттера переходит из конденсированной фазы в плотную плазму. Этот процесс сопровождается испусканием интенсивного электронного потока — возникает взрывная электронная эмиссия. Монографии и обзоры по эмиссионной электронике и различным видам эмиттеров приведены в [1—4, [c.567]

Полевая (туннельная, автоэлектронная) эмиссия (ПЭ) — испускание телами электронов под действием сильного внешнего электрического поля у их поверхности. Если внешнее электрическое поле достаточно велико для того, чтобы потенциальной порог на границе тела превратился в барьер конечной и малой ширины (ё Ю В/см), то становится возможным просачивание электронов сквозь барьер (квантовомеханическое туннелирование) и выход их в вакуум. При этом электроны непосредственно после прохождения сквозь барьер имеют ту же энергию, что и внутри тела, а электрическое поле совершает работу только на ускорение электронов в вакууме в межэлектродном промежутке между эмиттером [c.587]

Приведенные данные показывают, что электрические и оптические свойства аморфных полупроводников похожи на свойства кристаллических полупроводников, но не тождественны им. Это сходство, как показал специальный анализ, обусловлено тем, что энергетический спектр электронов и плотность состояний для ковалентных веществ, которым относятся полупроводники, определяются в значительной мере ближним порядком в расположении атомов, поскольку ковалентные связи короткодействующие. Поэтому кривые N (е) для кристаллических и аморфных веществ во многом схожи, хотя и не идентичны. Для обоих типов веществ обнаружены энергетические зоны валентная, запрещенная и проводимости. Близкими оказались и общие формы распределения состояний в валентных зонах и зонах проводимости. В то же время структура состояний в запрещенной зоне в некристаллических полупроводниках оказалась отличной от кристаллических. Вместо четко очерченной запрещенной зоны идеальных кристаллических полупроводников запрещенная зона аморфных полупроводников содержит обусловленные топологическим беспорядком локализованные состояния, формирующие хвосты плотности состояний выше и ниже обычных зон. Широко использующиеся модели кривых показаны на рис. 12.7 [68]. На рисунке 12.7, а показана кривая по модели (Мотта и Дэвиса, согласно которой хвосты локализованных состояний распространяются в запрещенную зону на несколько десятых эВ. Поэтому в этой модели кроме краев зон проводимости (бс) и валентной (ev) вводятся границы областей локализованных состояний (соответственно гл и ев). Помимо этого авторы модели предположили, что вблизи середины запрещенной зоны за счет дефектов в случайной сетке связей (вакансии, незанятые связи и т. п.) возникает дополнительная зона энергетических уровней. Расщепление этой зоны на донорную и акцепторную части (см. рис. 12.7, б) приводит к закреплению уровня Ферми (здесь донорная часть обусловлена лишними незанятыми связями, акцепторная — недостающими по аналогии с кристаллическими полупроводниками). Наконец, в последнее время было показано, что за счет некоторых дефектов могут существовать и отщепленные от зон локализованные состояния (см. рис. 12.7, в). Приведенный вид кривой Л (е) позволяет объяснить многие физические свойства. Так, например, в низкотемпературном пределе проводимость должна отсутствовать. При очень низких температурах проводимость может осуществляться туннелированием (с термической активацией) между состояниями на уровне Ферми, и проводимость будет описываться формулой (12.4). При более высоких температурах носители заряда будут возбуждаться в локализованные состояния в хвостах. При этом перенос заряда [c.285]

При наложении внешнего напряжения в проходном направлении возникает обычный диодный небольшой ток. Однако ввиду того что по разные стороны перехода, разделенного потенциальным барьером, энергии носителей одинаковы, возникает туннельный эффект (см. 29), в результате которого носители проникают через потенциальный барьер на другую сторону от перехода без изменения энергии. Благодаря этому через переход течет более значительный ток. При дальнейшем увеличении разности потенциалов энергия электронов в и-области у перехода увеличивается, а в /j-области - уменьшается (рис. 126,6) и область перекрытия примесных уровней начинает уменьшаться. В результате этого сила тока начинает уменьшаться. Максимум силы тока достигается при наиболее полном перекрытии зон (рис. 126, а). Когда примесные зоны сдвигаются друг относительно друга настолько, что каждой из них на другой стороне перехода противостоит запрещенная зона (рис. 126,6), туннелирование становится невозможным и сила тока через переход уменьшается. При достаточно больших разностях потенциалов зоны проводимости п- и /7-областей оказываются почти на одном уровне (рис. 126, в) и становится возможным возникновение обычного диодного тока. Сила тока начинает снова возрастать. Вольт-амперная характеристика туннельного диода показана на рис. 127. [c.361]

Туннелирование электронов через диэлектрический слой. Если два обычных проводника или сверхпроводника разделены тонким слоем диэлектрика толщиной 1- 2 нм (рис. 141), то через такой слой под влиянием сторонней ЭДС протекает электрический ток, вольт-амперная характеристика которого совершенно различна для нормальных проводников (сплошная линия) и сверхпроводников (штриховая линия) (рис. 142). По причинам, которые сейчас станут ясными, тонкий слой диэлектрика, разделяющий два проводника, называется туннельным контактом. [c.375]

При наличии сверхпроводящего тока по обе стороны контакта в сверхпроводящем проводнике существуют взаимно когерентные волны куперов-ских пар с одинаковой частотой со = = Е/И. Ясно, что при туннелировании через контакт энергия, а следовательно, и частота куперовской пары не изменяются, изменяется лишь фаза. Поэтому [c.377]

Различие в размерах зон пластической деформации приводит к макроскопическому эффекту туннелирования усталостной трещины, что выражено в искривлении фронта трещины, приобретающего полуэллиптическую форму в направлении развития разрушения [16-18]. Длина фронта нарастает в направлении роста трещины в соответствии с соотношением (2.11). [c.134]

Рис. 6.27. Схема рассматриваемого эффекта туннелирования усталостной трещины в одном из направлений разрушения крестообразного образца с центральным надрезом и зависимость шага усталостных бороздок S от длины трещины а, использованная для корректировки данных при определении периода роста трещины на величину Np в оценке относительной живучести образца

Образец, имевший такую же ориентацию трещины, как и предыдущий образец, но испытывавшийся по треугольной форме цикла нагружения, разрушился более вязко. Строение излома предыдущего и анализируемого образцов было близким только у концентратора. Далее в нанравлении роста трещины ярко выраженных признаков туннелирования трещины с хрупким разрушением материала не наблюдалось. [c.512]

Эффекты Джозефсона обусловлены туннелированием электронных пар из одного куска сверхпроводника в другой через узкую щель, разделяющую эти куски. Как следует из теории, направление и сила туннельного тока определяются следующим соотношением [c.204]

V, вызывающая туннелирование через переход неспаренных электронов. [c.205]

В первом приближении туннельный ток не должен зависеть от температуры, так как в его формировании принимают участие в основном электроны с энергией ниже фермиевской. С повышением температуры лишь относительно небольшая часть таких электронов может увеличить свою энергию на величину kT. Однако так как вероятность туннелирования очень сильно зависит от высоты потенциального барьера, то даже относительно небольшое увеличение энергии электронов и, следовательно, уменьшение высоты барьера для них приводит к заметному изменению туннельного тока с температурой. Теория дает следующую зависимость тока от температуры при неизменном смещ,ении V. [c.278]

Проводимость островковой пленки определяется размером островков и средним расстоянием между ними, проводимость основного металла при этом не существенна. Транспорт электронов в островковых пленках осуществляется посредством эмиссии Шот-ки и туннелированием через зазор между островками и диэлектрическую подложку. Для большинства островковых пленок ТКС имеет отрицательные значения. Сопротивление таких пленок очень сильно зависит от изменения расстояния между островками и, следовательно, от коэффициента линейного расширения подложки. [c.434]

При наличии слабых полей туннелирование может происходить лишь при очень малых толщинах пленки, обычно меньших 3 нм. Подобные пленки очень трудно получить без механических дефектов—микропор, являющихся основной причиной коротких замыканий. Поэтому в микроэлектронике в основном используются диэлектрические пленки толщиной свыше 50 нм, в которых процессы туннелирования практически отсутствуют в слабых полях. [c.451]

Проводимость, связанная с туннелированием в сильных полях, обычно характеризуется слабой температурной зависимостью. Омическая прово- [c.452]

Автоэлектронная эмиссия принадлежит к классу эмиссии, не требующей возбуждения электронов. Суть явления состоит в туннелировании электронов сквозь потенциальный барьер на поверхности тела. Такое туннелирование становится возможным за счет искривления потенциального барьера при приложении внешнего поля. При [c.60]

Рис. 2.1. Поверхностный потенциальный барьер на границе металл—вакуум в присутствие сильного электрического поля. Волнистой линией показан эффект туннелирования электронов сквозь барьер Е — напряженность электрического поля е — заряд электрона <р — работа выхода электронов

Величина и механизм прохождения электронов через прослойку зависят от типа прослойки. Одним из типичных примеров ДК является туннельный контакт, состоящий из двух одинаковых или разл. сверхпроводников (обычно в виде тонких плёнок), разделённых очень тонким слоем диэлектрика, напр, слоем окисла материала одного из сверхпроводящих электродов. Протекание тока через прослойку в этом случае обусловлено квантовым туннелированием электронов (см. Туннельный эффект.) че- /,мА,. [c.602]

Боридный термокатод — катод на основе металлоподобных соединений типа МеВе, где iMe — щелочноземельный, редкоземельный металлы или торий. В качестве термокатода наиболее широко применяется гекса-борид лантана, реже — гексабориды иттрия и гадолиния и диборид хрома. Покрытие оксидного слоя тонкой пленкой осмия понижает работу выхода катода и увеличивает его эмиссионную способность. Термоэмиссионные катоды из гексаборида лантана работают при температуре 1650 К и обеспечивают получение плотности тока ТЭ до 50 А/см . Высокая механическая прочность и устойчивость таких катодов к ионной бомбардировке позволяет использовать их в режиме термополевой эмиссии (при напряженности внешнего электрического поля 10° В/см значительная часть эмиссионного тока обусловлена туннелированием электронов сквозь барьер). В этом режиме катод из гексаборида лантана при температуре 1400—1500 К может эмитировать ток с плотностью до 1000 A/ м . Катоды из гексаборида лантана не отравляются на воздухе и устойчиво работают в относительно плохом вакууме. Срок их службы не зависит от давления остаточных газов в приборе до давлений порядка 10 Па. Эти катоды используются в ускорителях и различных вакуумных устройствах. [c.571]

Необходимость учета выраженного искривления линии фронта трещины, называемого эффектом туннелирования трещины, было подчеркнуто в испытаниях плоской пластины при чередовании режимов выращивания усталостной трещины с включением кратковременных перегрузок, вызывавших статическое проскальзывание [69]. Применительно к панелям толщиной t = 4,5 мм из алюминиевого сплава DTD685 при циклическом нагр жении 96,5 13,8 MN/m было установлено, что длина фронта трещины L возрастает в направлении развития разрушения по закону [c.107]

Переход к развитию разрушения путем формирования усталостных бороздок сопровождается снижением рассеивания фрактальных характеристик по каждому направлению. В магистральном направлении роста трещины фрактальные характеристики ниже, чем в перпендикулярном направлении, потому что мезо-туннелирование трещины отражается развитой поверхностью излома за счет разрушения перемычек между мезотуннелями. Их высота оказывает существенное влияние на получаемую фрактальную характеристику усталостного излома. [c.267]

Оценка относительной живучести существенно зависит от того, каким был выбран первоначальный размер трещины, какова предельная скорость стабильного роста трещины и насколько сильно проявился эффект макротуннелирования трещины. К моменту фиксирования трещины у устья концентратора на боковой поверхности образца она уже успевает прорасти в срединной части настолько, что в некоторых случаях максимальное удаление точек фронта трещины от края концентратора (от зоны зарождения трещины) составляет 3 мм. После этого фронт трещины начинает выравниваться, однако ускорение ее роста отрицательное. Скорость роста трещин уменьшается в направлении развития разрушения, а далее происходит ее возрастание, стабилизация и последовательное развитие разрушения с нарастанием ускорения [90] (рис. 6.26). Использование специальных методических приемов для соблюдения подобия кинетики трещин между различными крестообразными моделями с разной интенсивностью эффекта туннелирования позволяет с единых позиций проводить анализ относительной живучести для широкого диапазона варьирования соотношением и асимметрией цикла нагружения. Один из таких подходов излагается далее [88]. [c.324]

Соблюдение условий подобия в анализе экспериментальных данных по стадиям роста трещины с учетом эффекта ее туннелирования позволяет продемонстрировать эффективность использования единой кинетической кривой для моделирования роста усталостных трещин на примере алюминиевых сплавов. Переход к другим материалам не требует проведения столь обширного эксперимента для уточнения или дополнительной корректировки значений поправочных функций. Это обусловлено тем, что характеристики материала введены в константы единого кинетического уравнения, а относительное изменение в скорости роста трещины в связи с переходом к разным соотношениям главных напряжений может быть протестировано лишь в нескольких точках с последующей их аппроксимацией с з етом вида зависимости, установленного соотношениями (6.41) и (6.42). [c.330]

В этом случае возможен прямой туннельный переход электронов из валентной зоны р-области в зону проводимости п-областн, просачивающихся сквозь потенциальный барьер толщиной х и высотой, меняющийся от Eg в точке до О в точке Jta. С увеличением толщина барьера уменьшается (рис. 8.25, б) и напряженность поля Ё в нем растет. Если р — /г-переход достаточно тонок, то уже при сравнительно невысоком Vas поле ё достигает такого значения, при котором начинается интенсивное туннелирование, электронов сквозь, р — / -переход и его пробой. Для германия это происходит при ё X 3 10 В/м, для кремния при й 10 В/м. Такой пробой называется туннельным. Обратная ветвь ВАХ перехода, отвечающая этому типу пробоя, показана иа рис. 8.24 кривой 2. С увеличением толщины р — -перехода вероятность туннельного просачивания электронов уменьшается и более вероятным становится лавинный пробой. [c.239]

Наряду с термоэмиссионным механизмом прохождения тока через тонкие диэлектрические пленки возможно и туннелирование электронов сквозь потенциальный барьер, образованный диэлектриком (рис. 10. 6, й). Как следует из выражения (3.40), вероятность туннелирования резко возрастает с уменьшением высоты барьера Ф = [У — и его толщины d. Поэтому в очень тонких слоях (единицы нанометров) tyннeльнын ток может достигать величины, сравнимой с током надбарьерной инжекции и даже существенно превышать его. [c.277]

Рассмотрим качественно вид ВАХ туннельной структуры. Так как туннелирование электронов может идти лишь на свободные уровни, то в отсутствие внешнего смещения участвовать в переходах удет лишь незначительная часть электронов, энергия которых близка к фермиевской. Эти электроны образуют встречные потоки равной величины. При приложении к структуре внешнего смещения V возможность туннелирования получает группа электронов отрицательного электрода с энергиями от до fx (рис. 10.6, б). При малых смещениях число таких электронов пропорционально смещению V. Так как прозрачность барьера для всех этих электронов практически одинаковая, то туннельный ток должен быть также прямо пропорционален смещению / F. При больших смещениях средняя высота и толщина потенциального барьера для туннелиру- [c.277]

Как уже указывалось, тонкопленочные структуры позволяют создавать приборы с разнообразными нелинейными ВАХ. В качестве примера рассмотрим пятислойную МДМДМ-структуру, показанную на рис. 10.10, а. В этой структуре первая диэлектрическая пленка между электродами Mi и Mi делается достаточно тонкой для обеспечения туннелирования сквозь нее фермневских электронов, инжектируемых из первого металла. Она играет роль эмиттерного перехода транзистора. Вторая диэлектрическая пленка берется значительно толще с тем, чтобы электроны могли проходить через нее только вследствие надбарьерной инжекции. При приложении к ней смещения и в отсутствие смещения на эмиттерной пленке ток между электродами М а Мз может быть поэтому весьма малым. Эта пленка играет роль коллекторного перехода. Ток через пленку можно увеличить, подав соответствующее смещение на эмиттерную пленку (рис. 10.10, б). Если толщина базы (металлической пленки М ) мала по сравнению с длиной свободного пробега электронов, инжектируемых в нее через эмиттерную пленку, то ток коллектора (пленки Дг) можно сделать почти равным току эмиттера, т. е. сделать коэффициент усиления по току в схеме с общей базой близким к 1. [c.284]

Основной вклад в удельное сопротивление пленок двух- и многокомпонентных сплавов дают диэлектрические прослойки, возникающие в процессе формирования пленки при взаимодействии одного из компонентов сплава либо с остаточным кислородом в камере, либо с атмосферой во время термообработки, либо с окислами на поверхности подложки. Прослойки могут быть как кристаллические, так и аморфные. Проникновение электронов через прослойки осуществляется туннелированием, прыжковой проводимостью либо с помощью надбарьерной (шоттковской) эмиссией электронов. [c.443]

Динамика дефектов. Точечные дефекты типа при.ме-сей, вакансий или мсждоузельных ато.мов способны перемещаться в кристалле путём диффузии. Но классич. диффузию нельзя считать динамич. процессом, т, к. очередной скачок дефекта имеет случайное направление и только усреднение по больнюму числу дефектов может дать нек-руго направленность их движению. Иначе могут вести себя точечные дефекты в квантовом кристалле, когда для дефекта появляется возможность перехода из одного положения в соседнее путём квантового туннелирования (см. Туннельный эффект). В результате дефект может превратиться в квазичастицу — дефектен, свободно перемещающуюся в кристалле. [c.619]

При классификации Д. т. по фи 1. принципу выделяют туннельные диодм, в к-рых толп ина обеднённого-слоя столь мала (- 100 А), что энергетич. барьер между р- и п-областями оказывается прозрачным для туннелирования. электронов из валентной зоны в зону проводимости и обратно. Они изготавливаются из высоко-легпров. (вырожденных) полупроводников. Суперпозиция туннельного и обыч юго зонного механизмов, проводимости обусловливает Л -образную вольт-ам-перную характеристику (В АХ) с участком отрм1 атель-ного дифференциального сопротивления. -Чта особенность ВАХ и определяет гл. область применения туннельных диодов — генерацию СВЧ-излучения небольшой мощности. [c.628]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...