Bloccaggio coulombiano

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Schema di un SET. Il drain e il source si interfacciano al quantum dot tramite una giunzione tunnelle. Fra il drain e il quantum dot la giunzione non può formarsi.

In fisica, con bloccaggio coulombiano si indica l'incremento della resistenza elettrica per un dispositivo costituito da almeno una capacità e una giunzione tunnel. A causa del bloccaggio coulombiano la conduzione elettrica non è costante e tende a zero (a cui corrisponde una resistenza infinita) in determinati intervalli di tensione che dipendono dalle caratteristiche fisiche del dispositivo.

Realizzazione fisica[modifica | modifica wikitesto]

Il più semplice dispositivo elettronico per il quale si può osservare il fenomeno è costituito da una giunzione tunnel collegata in serie con un condensatore. Fisicamente è realizzata da un quantum dot, capace di immagazzinare un certo numero di elettroni in base alle proprie dimensioni, collegato tramite il substrato di bulk a un elettrodo molto vicino. Fra i due si forma una giunzione tunnel. L'energia che è necessario fornire all'elettrone sull'elettrodo per superare la giunzione e occupare uno stato energetico nel quantum dot è U=e / C dove e è la carica elementare e C è la capacità del condensatore. Si assume modellare il quantum dot come un condensatore sferico di capacità C= 4 \pi \varepsilon R.

Per cui l'energia necessaria è inversamente proporzionale alla capacità del condensatore e quindi alla dimensione del quantum dot. Scegliendo opportunamente il raggio R è possibile raggiungere la condizione U > k_BT che implica che l'energia di agitazione termica degli elettroni non è sufficiente a superare la giunzione e occupare uno stato energetico nel quantum dot, non scorre corrente fra l'elettrodo e il quantum dot. Questa situazione prende il nome di bloccaggio coulombiano.

Transistor a singolo elettrone[modifica | modifica wikitesto]

Single-electron transistor in inglese (SET) è un dispositivo a tre terminali simile al MOSFET dove il canale è sostituito da un quantum dot. Senza la presenza del gate la differenza di potenziale non sarebbe sufficiente a condurre corrente. Il dispositivo, raggiunto un certo numero di stati popolati nel quantum dot, interrompe il flusso di elettroni per bloccaggio coulombiano. Tramite il gate è possibile controllare l'energia necessaria per attraversare le giunzioni tunnel.