Coulomb-blockierter Elektronentransport über einzelne vergrabene InAs-Quantenprodukte in AIGaAs/GaAs-Heterostrukturen

Im neuen Jahrtausend kann man als Kunde in einem Computerfachgeschäft einen Personalcomputer beispielsweise mit einem Pentium III-Mikroprozessor einer Taktfrequenz von 600 MHz mit 128MByte RAM Arbeitsspeicher kaufen. Die minimale Strukturgröße liegt im Fall des Prozessors bei einer Breite isolierender Linien von 170 nm. Wie die vergangenen Jahre jedoch zeigen, ist dieser “Rekord” nur von kurzer Dauer, denn schon bald wird die nächste Generation von Prozessoren auf dem Markt sein, deren Entwicklungs- und Testphase bereits durchlaufen ist.
In diesem fortlaufenden Prozeß der “Top-Down”-Strategie, das heißt der immer weiterschreitenden Verkleinerung von Strukturen, stößt man mit den gängigen Produktions- und Entwicklungsverfahren ständig an technische, gelegentlich sogar an physikalische Grenzen, die die Hersteller immer wieder dazu zwingen, neue oder modifizierte Verfahren zu entwickeln. Die physikalische Grenze für die Funktionalität der Transistoren ist jedoch noch nicht erreicht, sie wird für das Ende des nächsten Jahrzehnts prognostiziert. Von da an müssen andere Konzepte verwirklicht werden, um effizientere Bauelemente herzustellen. Ein Einzel-Elektronen-Transistor, der der Grundlagenforschung bereits wohlbekannt ist, würde den kleinsten elektronischen Speicher darstellen, da nur ein einzelnes Elektron für einen Schaltungszustand, für ein Informations-Bit benötigt wird, dessen Funktion auch schon bei Raumtemperatur demonstriert werden konnte.
Um diese ultimativen, elektrischen Schalter zu realisieren, gibt es neben der “Top-Down” die “Bottom-Up”-Strategie, in der mit Hilfe von selbstorganisierenden Mechanismen eine bestimmte Anzahl von Atomen oder Molekülen zu Clustern zusammengefaßt werden. Ein Beispiel für solche Cluster sind Halbleiterquantenpunkte, die im Gegensatz zu lithographischen Techniken durch selbstordnende Prozesse entstehen. In der Vergangenheit sind sie intensiv optisch charakterisiert worden. Ihre elektrischen Transporteigenschaften sind durch Quanten- und Coulomb-Blockade-Effekte bestimmt.