单电子隧道效应

单电子隧道效应
下面简单介绍几个概念：
单电子隧道由下面几项构成：
金属+一层氧化膜+金属； N：正常的金属；I：一层氧化膜S：超导金 属
费米能级： 正常态时，电子占有的最高能级。 能隙：能量的间隙。能隙存在于 费米能级
的两侧。用 表示，2 =3.5KTc
一般量子力学的势垒穿透问题：
下面用一图来形象的说明。假象在金属与金属之间有 一堵墙，当一电子以速度V接近墙时，它的动能只能转 化为势能U1，而墙的势能为U，U1〈U，所以电子穿不 过墙，而在量子力学中，电子具有波离二象性，当电 子接近墙时，振幅衰减，当穿过势垒以后，振幅仍存 在，穿透系数T=穿后功率/穿前功率
2 /e
U
(2) T!=0 此时电压与电流的 特征曲线： N-I-N i S-I-S
2 /e
U
4:S1---I---S2隧道结 （两侧金属的能隙不同）。 电压与电流的特征曲线： T!=0 N-I-N T=0：N-I-N i S1-I-S2 ( 1+ 2)/e U S1-I-S2 (2- 1) /e ( 1+ 2)/e
U
2：S—I—N隧道结
（1）：T=0时 A：U=0 Ef 当电压为0时，右边的费 米能级与左边的一样高，电 子不可能从右到左，所以不 存在电流。 B：0〈U〈 /e Ef Ef 此时电子仍无法移动， 所以电流为0
C:U>= /e: Ef
Ef 此时右边的费米能级降低到 左边能隙的下面，左边的电子将 向右移动，所以形成电流。
U
氧化膜的厚度要有一定的限度；
U1 E V X
半导体模型表示法：在费米能级附近电子的 态密度N，Ns(E)=Nn(0) E/(E*E- * ) 当T=0时： 费米能级Ef 画横线表示充满电子。 当T！=0时： T =0 温度升高，一部分电子 跑到费米能级以上。
下面开始定性的介绍几种隧道结；
1：N—I—N隧道结： N-I-N i 电流电压特性曲线。
它的电压与电流特征曲线： i N-IN
S-I-N
/e
U
3: S---I---S隧道结 （1） T=0 A：U=0 Ef 电压为0，费 米能级等高，电流 为0
Ef
B：0〈U〈2 /e Ef 电子正对着能隙，不 Ef 能移动，电流为0
C: U>=2 /e Ef Ef 此时电流为0
它的电压与电流特征曲线： i N-I-N S-I-S
它的电压与电流特性曲线： i N-I-N S-I-N
/e
U
(2):T!=0 A: U=0: Ef Ef 电压为0，左右电子 不能互动，电流为0
B：0〈U〈 /e
Ef
Ef 右边的电子不可 能移到左边的能隙之 中，所以电流仍为0
C: U>=
/e
Ef
Ef 此时右边的费米能级降到 左边能隙以下，所以发生电子的 移动，产生电流。
用半导体模型解释电子的隧道效应有一定的露馅，如在 超导态下，电子是以电子对的形式存在的，电子对不同 于正常的电子，而当电子对被破坏后，跃迁的电子又不 同于正常的电子，所以在此只能给大家一个定性的认识。
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