Einzelelektronentransistor

Grundidee und Bedeutung

Einzelelektronentransistoren (SET, englisch single electron tunneling beziehungsweise single electron transistors) sind elektronische Bauelemente, die zu einem bestimmten Zeitpunkt nur jeweils ein Elektron passieren lassen können. Sie besitzen wie Feldeffekttransistoren Anschlüsse beziehungsweise Reservoire namens Source und Drain sowie mindestens ein Gate zur Steuerung.

Der erste SET wurde 1987 an den Bell Laboratories von Gerald Dolan und Theodore A. Fulton realisiert; Vorschläge dazu hatten Dmitri Averin und Konstantin Likharev bereits 1985 gemacht.

Steuerung und mögliche Anwendungen

Bei mehreren Gates können SETs zur Stromeichung verwendet werden. An die Gates wird dazu eine definierte hochfrequente Spannungsfolge angelegt. Zunächst stellt ein Gate den Kontakt zur Source her, während ein anderes die Leitung zum Drain unterdrückt. Die Einstellung wird so gewählt, dass genau ein Elektron den SET besetzen kann. Anschließend wird die Verbindung zur Source unterdrückt und die zum Drain ermöglicht; ein weiteres Gate drückt das Elektron durch Spannung aus dem SET heraus.

Eine Schaltung aus SET könnte die Messung der Größe elektrischer Strom auf die Messung einer Frequenz zurückführen. Entsprechend dem Josephson-Effekt für die elektrische Spannung könnte damit von einer definierten Frequenz aus ein hochpräziser Quantenstandard des elektrischen Stroms definiert und dargestellt werden.

Technische Realisierungen

Eine typische Realisierung sind elektronisch kontaktierbare Quantenpunkte auf modulationsdotierten GaAs-Wafern. Metallgates werden dafür fotolithografisch aufgebracht.

Eine weitere Möglichkeit sind sehr kleine metallische Übergänge mit einer dünnen Isolatorschicht zwischen den Metallkontakten. Durch diese Schicht können Elektronen tunneln, also sie auf quantenmechanische Weise durchqueren.