ترانزیستور تک الکترونی (Single-Electron Transistor - SET)، در مدارهای الکتریکی (Electrical Circuit)
انواع ترانزیستورها (Transistor) را در آموزش زیر شرح دادیم :
ترانزیستور تک الکترونی (Single-Electron Transistor - SET) :
ترانزیستور تک الکترونی (SET) یک ترانزیستور کوانتومی است که می تواند عبور تک تک الکترون ها را کنترل کند. اساس کار آن بر پدیده "بلوکه کولنی" (Coulomb Blockade) استوار است: وقتی یک جزیره رسانای بسیار کوچک (نقطه کوانتومی) از طریق سدهای تونل زنی به سورس و درین متصل باشد، انرژی لازم برای اضافه کردن یک الکترون به جزیره (
\[ E_c = e^2/2C \]) می تواند از انرژی حرارتی (
\[ kT \]) بیشتر باشد. در این حالت، تا زمانی که ولتاژ بایاس مناسبی اعمال نشود، الکترون ها نمی توانند تونل بزنند و جریانی برقرار نیست (بلوکه کولنی).
ساختار SET شامل یک جزیره (Island) با ظرفیت خازنی بسیار کم (چند aF) است که از طریق دو پیوند تونل زنی (با مقاومت بالا) به سورس و درین متصل می شود. یک گیت نیز به صورت خازنی به جزیره کوپل شده است. با تغییر ولتاژ گیت، می توان انرژی الکترواستاتیک جزیره را طوری تنظیم کرد که تونل زنی الکترون ها به صورت تک تک امکان پذیر شود. این امر منجر به نوساناتی در جریان بر حسب ولتاژ گیت می شود که به "نوسانات کولنی" (Coulomb Oscillations) معروف است.
\[ E_c = \frac{e^2}{2C_{\Sigma}} \quad , \quad \Delta V_G = \frac{e}{C_G} \]مزایای SET: توان مصرفی فوق العاده پایین (چون جریان از تک تک الکترون ها تشکیل می شود)، حساسیت بسیار بالا به بار (الکترومتر با دقت کسری از بار الکترون)، و پتانسیل برای چگالی مجتمع سازی بالا. معایب: عملکرد فقط در دماهای بسیار پایین (چند کلوین) برای مشاهده بلوکه کولنی (مگر با جزیره های زیر ۱ نانومتر)، سرعت پایین، و حساسیت به نویز.
کاربردهای SET: الکترومترهای فوق حساس (برای تشخیص بار در آزمایش های فیزیک کوانتومی)، استاندارد جریان (پمپ الکترون)، و بیت های کوانتومی (کیوبیت) در محاسبات کوانتومی. SETها عمدتا در آزمایشگاه های تحقیقاتی ساخته می شوند و کاربرد تجاری گسترده ندارند.
