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-11-10; 定稿日期:2004-01-06 基金项目:陕西省自然科学基金资助项目(2002F34);空军工程大学学术基金资助项目(2002X12) 荡 在SET漏源电压VDS不变时,随着栅极电压VG 的变化,两个隧穿结上电压亦相应变化,当隧穿结上 电压高于临界电压[3]时,就会发生电子隧穿,即电子 离开库仑岛,隧穿出一个结;或者电子隧穿一个结, 进入到库仑岛。这种隧穿过程随着VG的变化呈现 为周期性。如果VDS较小,漏源电流IDS表现为所谓 的库仑振荡形式,其振荡电压的间隔是e/Cg(e是基 本电荷,Cg是SET的栅极电容);随着VDS的增大, 振荡逐渐消失[1],此时,可用VDS/ (Rt1+Rt2)近似计 算IDS[3](Rt1和Rt2是两个隧穿结的电阻)。 2.2 库仑台阶 VG不变时,如果两个隧穿结电阻基本相等,一 个电子通过其中一个隧穿结进入库仑岛,马上就会 有另一个电子离开库仑岛,隧穿出另一结。在VDS较 大时,两个隧穿结的电阻即可视为Rt1+Rt2,此种情 况下的IDS与VDS基本呈线性关系;当两个隧穿结电 阻相差悬殊时(一般相差500倍),假设Rt1>Rt2,则 电子隧穿结1时没有像通过结2那样迅速,相应的 电流将像台阶一样逐步增加,即形成所谓的库仑台 阶。文献[1]中给出了上述结论,文献[3]亦有相关结 论的具体关系式。文献[6]、[7]采用不同的方法给出 了上述两个基本特性的仿真结果。 2.3 SETI-V特性的分区处理方法 由SET的两个基本特性可知,无论SET在电 路中处于何种偏置状态,其两个隧穿结上的电压只 有三种情况[3]:1)均低于临界电压;2)只有一个高 于临界电压;3)均高于临界电压。因此,可将电流划 分为三个不同的区域:库仑阻塞区,单电子电流区和 高电流区[3]。 A.库仑阻塞区:两个隧穿结上的电压均低于 临界电压,在忽略热激隧穿的情况下,该区电流为 零; B.单电子电流区:因只有一个结满足隧穿条 件,该结隧穿之后,另一个结未必即刻发生隧穿。该 区的电流特性可以通过(1)式描述,其中,Vj1、Vj2是 两个结上的电压。该区电流的表达式[3]: IDS= (Vj1-e2CΣ)(Vj2-e2CΣ) Rt1(Vj2-e2CΣ)+Rt2(Vj1-e2CΣ)(1) C.高电流区:当SET的两个隧穿结上的电压 均高于临界电压状态时,漏源间会有一个连续的隧 穿电流(又称为漏源的平均电流[4]),其值为: IDS(uDS)=uDS-e/CΣRΣ(2) 式中,R∑是两个隧穿结的电阻之和。 图1给出了一种以实际物理特性建立SET数 学模型[5]得到的不同温度下的I-V特性曲线。图中, 从原点到A之间为库仑阻塞区;AB段为单电子电 流区;BC段则是高电流区。随着温度的不同,这些 点的位置也要发生相应变化,温度越低,电流的分区 特性越明显。 图1 Ids的不同电流区域 综上所述,当SET处于库仑阻塞区域时,无电 子隧穿,漏源电流为零;在单电子电流区时,漏源电 流是栅极电压和漏源电压的非线性函数[3];在高电 流区时,SET具有线性电阻的特性。因此,通过设置 不同的偏置电压,使SET处于不同的工作区域,从 而可以实现特定的功能。 利用处于不同电流区域的SETI-V特性,可以 实现不同的应用[4]。本文利用SET工作于高电流区 所呈现的线性特性,实现了SET积分器电路[8],并 采用级联方法,设计了一个二阶低通滤波电路。 3 SET积分器 图2是一个SET积分器电路[8]。 图2 单电子管积分器 现在分析输出Vout与输入Vin的关系。

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