Herstellung und Untersuchung metallischer Einzel-Elektronen-Transistoren

Hofmann, Karl; Kurz, Heinrich

doi:urn:nbn:de:hbz:82-opus-1999

Herstellung und Untersuchung metallischer Einzel-Elektronen-Transistoren

Hofmann, Karl (Author)

2001

Verantwortlichkeitsangabevorgelegt von Karl Hofmann

ImpressumAachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University 2001

Umfang118 S. : Ill., graph. Darst.

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2001

Genehmigende Fakultät
Fak06

Hauptberichter/Gutachter
Kurz, Heinrich (Thesis advisor)

Tag der mündlichen Prüfung/Habilitation
2001-01-09

Online
URN: urn:nbn:de:hbz:82-opus-1999
URL: https://publications.rwth-aachen.de/record/62780/files/Hofmann_Karl.pdf

Einrichtungen

Inhaltliche Beschreibung (Schlagwörter)
Ingenieurwissenschaften (frei) ; Einelektronen-Tunneleffekt (frei) ; Transistor (frei) ; Titan (frei) ; Titanoxide (frei) ; Tunnelkontakt (frei)

Thematische Einordnung (Klassifikation)
DDC: 620

Kurzfassung
Einzel-Elektronen Transistoren (single-electron transistor (SET)) sind Quantenbauelemente, die auf dem Funktionsprinzip der steuerbaren Coulomb-Blockade basieren. Sie sind die ultimative Alternative für die Herstellung von low-power Bauelementen mit extrem hohem Integrationspotential. Als vermutlich dominierendes Haupteinsatzgebiet wird der Bereich zukünftiger Speicherbausteine prognostiziert. Das Schlüsselelement aller SETs ist der sogenannte Tunnel-Kontakt, der bei metallischen SETs in der Regel aus einem Metall-Isolator-Metall Übergang besteht. In der vorliegenden Arbeit wird eingehend über mikroskopische und elektrische Untersuchungen an dünnen aufgedampften Titanschichten und dem Materialsystem Ti/TiOX/Ti berichtet. So weisen Filme mit einer Fasertextur und bis zu 25nm großen Kristallen einen positiven Temperatur-Widerstandsgradienten (TWG), Filme mit einer beliebigen Orientierung ihrer bis zu 15nm großen Kristalle dagegen einen negativen TWG auf. Aufbauend auf Simulationsergebnissen zum Transistorverhalten wurden mittels nanolithographischer Zugänge verschiedene Konzepte zur Herstellung von metallischen SETs in planarer und vertikaler Bauform umgesetzt und untersucht. Alle fabrizierten SETs weisen laterale Dimensionen u 50nm auf und konnten bei Betriebstemperaturen von T=4.2K bis 77K vermessen werden. Sie zeigen die typischen Charakteristika für Einzel-Elektronen-Bauelemente: Coulomb-Blockade, Staircase und Coulomb-Oszillationen.

Single-electron transistors (SETs) are quantum devices and are based on the controlling of the Coulomb blockade. They are the ultimate development of low-power devices with an extreme high potential of integration. Their dominant purpose is seen in future memory devices. Usually the key element of all metallic SETs is a tunnel junction consisting of a metal-insulator-metal transition. In this current thesis the microscopic and electrical investigations of e-gun evaporated titanium thin films are presented in detail. Also the properties of TI/TiOX/Ti junction are discussed. Titanium films containing a fiber texture with a grain size of up to 25nm show a decreasing resistivity with falling temperature. Whereas the resistivity of films built of random orientated crystals with a significantly smaller grain size of 15nm increases with falling temperature. Based on simulations results of the SET characteristics three different conceptions of planar and vertical metallic SETs were developed and investigated using improved methods of nano-technology. The lateral dimension of all fabricated SETs are less than 50nm and their operation temperature was between 4.2K and 77K. The electrical characteristics of the devices include all typical Coulomb features of single-electron devices: blockade, staircase and oscillations.

Fulltext:
PDF
(additional files)