ترانزیستور اثر میدانی تک الکترونی (Single-Electron FET)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع ترانزیستورها (Transistor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
ترانزیستور اثر میدانی تک الکترونی (Single-Electron FET) :
ترانزیستور تک الکترونی (Single-Electron FET) یک ترانزیستور کوانتومی است که در آن جریان توسط تک تک الکترون ها کنترل می شود. اساس کار آن بر پدیده "بلوکه کولنی" (Coulomb Blockade) استوار است: در یک جزیره رسانای بسیار کوچک (نقطه کوانتومی)، انرژی باردار شدن با یک الکترون اضافی قابل ملاحظه است (
\[ E_c = e^2/2C \]) و از عبور الکترون های بعدی جلوگیری می کند مگر اینکه ولتاژ بایاس مناسبی اعمال شود.
ساختار Single-Electron FET شامل یک جزیره (نقطه کوانتومی) است که از طریق دو سد تونل زنی به سورس و درین متصل شده است. یک گیت نیز به صورت خازنی به جزیره کوپل شده است. با تغییر ولتاژ گیت، می توان انرژی جزیره را طوری تنظیم کرد که تونل زنی الکترون ها یک به یک انجام شود. این منجر به نوساناتی در جریان بر حسب ولتاژ گیت می شود (نوسانات کولنی).
\[ E_c = \frac{e^2}{2C_{\Sigma}} \quad , \quad \Delta V_{GS} = \frac{e}{C_G} \]مزایای Single-Electron FET: توان مصرفی فوق العاده پایین (چون جریان شامل عبور تک تک الکترون هاست) و قابلیت تشخیص بار بسیار کوچک. این ویژگی ها برای مدارهای با تراکم بالا و حسگرهای بسیار حساس (الکترومتر) ایده آل است.
چالش ها: عملکرد تنها در دماهای بسیار پایین (چند کلوین) برای مشاهده بلوکه کولنی، مگر اینکه ابعاد جزیره به چند نانومتر کاهش یابد. همچنین ساخت تکرارپذیر و اتصال به مدارهای خارجی دشوار است. تحقیقات برای عملی سازی در دمای اتاق با استفاده از نانوساختارهای فلزی یا نیمه هادی ادامه دارد. نمونه های آزمایشی با استفاده از نقاط کوانتومی سیلیکونی ساخته شده است.
