英語翻譯：

【計】 tunnel junction

相關詞條：

1.tunnelbarrier  2.tunnelingjump  

分詞翻譯：

道的英語翻譯：

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

結的英語翻譯：

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

專業解析

隧道結（Tunnel Junction）是量子力學與電子工程領域的核心概念，指兩種不同材料通過極薄勢壘層（通常為1-3納米）形成的電子隧穿結構。其核心特征包括：

1. 量子隧穿效應

   基于海森堡不确定性原理，當勢壘層薄至納米級時，電子可概率性穿透經典力學禁止的能量壁壘。該現象由江崎玲於奈在1957年實驗驗證，并成為半導體器件理論基礎。

2. 材料組合特性

   常見結構包括超導體-絕緣體-超導體（SIS）和鐵磁體-絕緣體-非磁體（FM-I-NM），如Al/AlOx/Al組合被廣泛應用于約瑟夫森結器件，該設計規範載于《IEEE超導電路标準》（IEEE Std 1137-2019）。

3. 核心應用領域

   • 量子計算機中的相位量子比特（IBM Research, 2023）

   • 磁阻隨機存儲器（MRAM）的數據存儲單元

   • 單電子晶體管中的電荷敏感性元件（美國物理聯合會《應用物理快報》）

4. 參數體系

   關鍵指标包含隧穿電阻（$R_t$）、臨界電流密度（$J_c$）和電容率（$varepsilon_r$），其相互關系遵循Simmons隧穿方程：

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

   其中$d$為勢壘厚度，$phi$為勢壘高度，該公式載于《固态電子器件物理學》（第6版）。

網絡擴展解釋

“隧道結”是一個量子力學概念，指允許粒子穿越勢壘的特殊結構，主要應用于超導和半導體領域，具體可分為以下兩類：

一、超導隧道結

由超導體(S)-絕緣層(I)-超導體/正常金屬(S/N)組成，例如：

1. 約瑟夫遜結：兩層超導體中間夾納米級絕緣層（約10Å），電子通過量子隧穿穿越勢壘。此類結是超導量子幹涉儀（SQUID）的核心元件，用于高精度磁測量。
2. S-I-N結：超導體與正常金屬間夾絕緣層，其電流-電壓（I-V）特性在低電壓下呈非線性，常用于研究準粒子隧穿行為。

二、半導體隧道結

典型代表為隧道二極管（江崎二極管）：

1. 結構：由重摻雜的P型和N型半導體構成極窄的PN結（厚度約150Å），滿足量子隧穿的三個條件：費米能級進入導帶/價帶、空間電荷層極窄、能級交疊。
2. 特性：具有負電阻效應（峰谷電流比IP/IV），應用于高頻振蕩器（毫米波）和高速開關電路。
3. 量子效應拓展：納米尺度隧道結中還存在量子電容效應，涉及有限态密度對隧穿過程的影響。

補充說明

隧道效應本質是粒子穿越經典力學禁區的量子行為，江崎玲於奈因發現半導體中的隧穿現象獲諾貝爾物理學獎。超導和半導體隧道結的研究推動了低溫電子學、量子計算等領域的發展。

如需進一步了解具體器件（如SQUID或隧道二極管）的工作原理，可參考相關文獻或物理教材。

分類

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