英语翻译：

【计】 tunnel junction

相关词条：

1.tunnelbarrier  2.tunnelingjump  

分词翻译：

道的英语翻译：

path; road; doctrine; Tao; say; talk; way; method
【医】 canal; canales; canalis; meatus; passage; path; pathway; tract; tractus
viae

结的英语翻译：

congeal; form; knot; settle; vinculum; weave
【医】 knob; knot; node; nodule; noduli; nodulus; nodus; noeud

专业解析

隧道结（Tunnel Junction）是量子力学与电子工程领域的核心概念，指两种不同材料通过极薄势垒层（通常为1-3纳米）形成的电子隧穿结构。其核心特征包括：

1. 量子隧穿效应

   基于海森堡不确定性原理，当势垒层薄至纳米级时，电子可概率性穿透经典力学禁止的能量壁垒。该现象由江崎玲於奈在1957年实验验证，并成为半导体器件理论基础。

2. 材料组合特性

   常见结构包括超导体-绝缘体-超导体（SIS）和铁磁体-绝缘体-非磁体（FM-I-NM），如Al/AlOx/Al组合被广泛应用于约瑟夫森结器件，该设计规范载于《IEEE超导电路标准》（IEEE Std 1137-2019）。

3. 核心应用领域

   • 量子计算机中的相位量子比特（IBM Research, 2023）

   • 磁阻随机存储器（MRAM）的数据存储单元

   • 单电子晶体管中的电荷敏感性元件（美国物理联合会《应用物理快报》）

4. 参数体系

   关键指标包含隧穿电阻（$R_t$）、临界电流密度（$J_c$）和电容率（$varepsilon_r$），其相互关系遵循Simmons隧穿方程：

   $$ J = frac{3esqrt{2mphi}}{8pi h d} expleft(-frac{4pi dsqrt{2mphi}}{h}right) $$

   其中$d$为势垒厚度，$phi$为势垒高度，该公式载于《固态电子器件物理学》（第6版）。

网络扩展解释

“隧道结”是一个量子力学概念，指允许粒子穿越势垒的特殊结构，主要应用于超导和半导体领域，具体可分为以下两类：

一、超导隧道结

由超导体(S)-绝缘层(I)-超导体/正常金属(S/N)组成，例如：

1. 约瑟夫逊结：两层超导体中间夹纳米级绝缘层（约10Å），电子通过量子隧穿穿越势垒。此类结是超导量子干涉仪（SQUID）的核心元件，用于高精度磁测量。
2. S-I-N结：超导体与正常金属间夹绝缘层，其电流-电压（I-V）特性在低电压下呈非线性，常用于研究准粒子隧穿行为。

二、半导体隧道结

典型代表为隧道二极管（江崎二极管）：

1. 结构：由重掺杂的P型和N型半导体构成极窄的PN结（厚度约150Å），满足量子隧穿的三个条件：费米能级进入导带/价带、空间电荷层极窄、能级交叠。
2. 特性：具有负电阻效应（峰谷电流比IP/IV），应用于高频振荡器（毫米波）和高速开关电路。
3. 量子效应拓展：纳米尺度隧道结中还存在量子电容效应，涉及有限态密度对隧穿过程的影响。

补充说明

隧道效应本质是粒子穿越经典力学禁区的量子行为，江崎玲於奈因发现半导体中的隧穿现象获诺贝尔物理学奖。超导和半导体隧道结的研究推动了低温电子学、量子计算等领域的发展。

如需进一步了解具体器件（如SQUID或隧道二极管）的工作原理，可参考相关文献或物理教材。

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