Stap 1: Beginsel van werk
Het beginsel van het werk van de Quantum batterij is gebaseerd op het verschijnsel van de kwantummechanica van de electron tunneling. Meer concrete informatie over dit proces kan worden gevonden hier. Ik zal dit fenomeen in enkele woorden samen te vatten: de beweging en de energie van het elektron wordt beschreven door haar golffunctie. Het is de oplossing van de Schrödingervergelijking en het voorspelt dat in sommige gevallen kan het elektron tunnel door potentiële belemmeringen, of met andere woorden - het van de ene plaats naar de andere zonder energieverlies springen kan. De moderne natuurkunde beweren dat de quantum tunneling het belangrijkste mechanisme, waardoor de sterren is te stralen van licht - de fotonen gegenereerd in de kern van de ster tunnel naar de periferie en dus kan worden vrijgelaten in de ruimte als vrije energie. Wat meer dicht bij ons is in het volgende voorbeeld de EEPROM (memory gebruikt bijna in elke elektronikaapparaat vandaag). Een EEPROM-chip bevatten een miljoenen / miljarden van speciale elektronische apparaten genaamd FGMOS (Floating gate MOS transistoren), welk werk is gebaseerd op de electron tunneling.
Op de foto hierboven is gegeven een dwarsdoorsnede van een FGMOS transistor. Deze foto is genomen door de elektronenmicroscoop met zeer hoge vergroting (x 10 000). Op de foto kan worden gezien van de twee poly (poly-silicon)-poorten. De poly1-poort is de drijvende. Het is totaal geïsoleerd van alle andere actieve gebieden van het apparaat. Het is haar alzijdig omgeven door hoge kwaliteit isolator. Onder de juiste bodem kan deel van de zwevende poort worden gezien dat deze isolator laag erg dun is. Deze regio is de plek waar de tunneling gebeurt. Over de drijvende poort van de FGMOS wordt één of meerdere poly-silicon poorten (poly2) die niet elektrisch contact met de zwevende poort hoeven geplaatst. Ze heten controle poorten (één of meer). Het proces van het elektron tunneling naar de floating gate wordt aangeroepen op de volgende manier (Zie tweede afbeelding): tussen de chip substraat (normaal monocristalline p-type silicium) en het besturingselement gate/s relatief hoge spanningsbron is aangesloten (in de FLASH/EEPROM chips deze spanning wordt gegenereerd door speciale heffing pompen). De elektronen worden aangetrokken door de verscheen hoge veldsterkte en springen door de tunnel oxide in de zwevende poort, opladen in deze manier negatief. Op de derde foto is te zien hoe het potentieel van de zwevende poort verandert met de tijd vanwege de verhoging van het aantal getunnelde elektronen erin. Omdat de zwevende poort perfect is betalen geïsoleerde keer dat het kan houden zijn lading voor zeer lange periodes (de normale tijd voor FLASH en EEPROM geheugen is meer dan 10 jaar!).
Ik zou niet krijgen dieper binnen dit proces van de kwantummechanica. Ik wil alleen, dat de tunneling stroom van het elektron van het substraat naar de floating gate (verdere ' tunneling ' genoemd huidige) is gebaseerd op enkele fysieke parameters van de gebruikte materialen, afhangen van de sterkte van de toegepaste elektrische geplaatst! en kan worden voorspeld door de Fowler-Nordheim formule.
