发布网友 发布时间:2024-09-29 05:55
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热心网友 时间:2024-11-24 04:12
1957年,江崎玲於奈,一位在索尼公司任职的工程师,通过改良高频晶体管2T7的研究,意外地发现了反常的负电阻现象,即当PN结两端电压增加时电流反而减少。他将这一现象命名为隧道效应,并据此创新性地制造出了隧道二极管,或称江崎二极管。同年,美裔挪威科学家加埃沃通过实验证实了在超导体隧道结中存在单电子隧道效应,这无疑对当时的超导理论,特别是1956年提出的“库珀对”和BCS理论,构成了补充。
1962年,年轻的剑桥大学实验物理学研究生约瑟夫森提出了一个*性的预言:当两个超导体间仅隔一层绝缘薄层(SIS结构),电子可以通过量子隧道效应从一个超导体穿越到另一个。这一预言不久后得到了P.W.安德森和J.M.罗厄耳的实验支持,他们观察到电子对在超导金属间薄层(约10埃)的隧道效应,即著名的“约瑟夫森效应”。这个发现揭示了宏观量子隧道效应在微电子器件发展中的重要性,它界定了微型化设备的极限。
随着微电子技术的推进,当电路尺寸*近电子波长时,量子效应如隧道效应开始影响器件性能。例如,在半导体集成电路制造中,过小的电路尺寸可能导致电子穿透绝缘层,导致器件工作异常。因此,宏观量子隧道效应成为了微电子学和光电子学中不可或缺的理论基础,它对器件设计和性能优化具有深远影响。
隧道效应由微观粒子波动性所确定的量子效应。又称势垒贯穿。考虑粒子运动遇到一个高于粒子能量的势垒,按照经典力学,粒子是不可能越过势垒的;按照量子力学可以解出除了在势垒处的反射外,还有透过势垒的波函数,这表明在势垒的另一边,粒子具有一定的概率,粒子贯穿势垒。