IT201800004306A1 - Dispositivo di trasporto balistico e componente corrispondente - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell’invenzione industriale dal titolo:
“Dispositivo di trasporto balistico e componente corrispondente”
TESTO DELLA DESCRIZIONE
Campo tecnico
La descrizione è relativa ai dispositivi elettronici balistici (o quasi balistici).
I dispositivi elettronici balistici, come, per es., i dispositivi balistici simili a transistori, possono essere applicati a:
- circuiti a bassa potenza, che presentano basse soglie,
- circuiti di potenza e di gestione di potenza (i dispositivi balistici possono essere atti a trasportare correnti relativamente alte a basse tensioni), o
- circuiti ad alta frequenza che presentano frequenze potenzialmente di fino ai (per es., alle decine di) THz, che possono essere accoppiati a sistemi e/o circuiti fotonici.
Sfondo tecnologico
In un mezzo solido, per es. un cristallo, gli elettroni possono essere sottoposti a un certo numero di eventi di scattering o dispersione, vale a dire collisioni con impurità, difetti e/o atomi che possono essere compresi all’interno del mezzo. Tale tipo di trasporto di elettroni può essere descritto nel modello di Drude della conduzione elettrica. Si può notare ciò che segue per quanto riguarda gli eventi di scattering e di trasporto di elettroni:
- le traiettorie degli elettroni appaiono casuali, - a causa degli eventi di scattering, avviene una ritermalizzazione,
- gli elettroni possono avere un movimento netto non nullo quando è presente un campo elettrico, in una direzione che può essere allineata con una direzione del campo elettrico,
- esistono numerosi eventi di scattering anche in buoni conduttori,
- a causa degli eventi di scattering, si può guadagnare solo poca quantità di moto, e
- a causa degli eventi di scattering, possono esistere cammini liberi (“mean free path”) medi brevi (per es., da 30 nm a 60 nm nell’oro), dove il cammino libero medio per un elettrone è una lunghezza media che l’elettrone può coprire tra due eventi di scattering successivi.
E’ pertanto desiderabile ridurre il numero di eventi di scattering, per esempio riducendo il numero di impurità in un cristallo e/o abbassando una temperatura di lavoro del cristallo.
La conduzione balistica (trasporto balistico) può essere considerata come il trasporto di elettroni (o di lacune o di fotoni) in un mezzo con una resistività elettrica trascurabile a causa di eventi di scattering, per esempio si può osservare un trasporto balistico quando il cammino libero medio mfp (“mean free path”) degli elettroni in un mezzo è più lungo di una dimensione del mezzo percorsa dagli elettroni. Nel trasporto balistico, gli elettroni all’interno del mezzo possono osservare a velocità non relativistiche la seconda legge di Newton del moto.
Per esempio, nella conduzione balistica, a causa della (quasi) assenza di eventi di scattering:
- possono verificarsi pochi o nessun evento di scattering con il reticolo: gli elettroni possono variare traiettorie (soltanto) in caso di una collisione con i lati del mezzo (risultati sperimentali presentano un rimbalzo simmetrico degli elettroni con le pareti, in modo simile a un raggio che rimbalza via da una superficie riflettente nella geometria ottica),
- possono essere ottenuti cammini liberi medi lunghi (per es., centinaia di nanometri a temperatura ambiente), - gli elettroni possono essere molto accelerati,
- gli elettroni possono comportarsi sostanzialmente come una tradizionale particella newtoniana, cioè si può ottenere un tipo di moto simile a quello di un proiettile.
Scopo e sintesi
Secondo una o più forme di attuazione, tale scopo può essere raggiunto per mezzo di un dispositivo avente le caratteristiche esposte nelle rivendicazioni che seguono.
Una o più forme di attuazione possono comprendere un componente (per es., a stato solido) corrispondente.
Le rivendicazioni sono parte integrante della descrizione dell’invenzione come qui fornita.
Una o più forme di attuazione possono essere relative a dispositivi balistici con tre terminali, simili a transistori, in cui un controllo del flusso di corrente balistico tra due terminali può essere implementato per mezzo di un terzo terminale di controllo, in contrasto con tradizionali dispositivi a due terminali.
Una o più forme di attuazione possono comprendere un dispositivo di trasporto elettronico balistico, per es. un transistore che funziona ad alte frequenze, per esempio in una gamma dei (delle decine di) THz.
Una o più forme di attuazione possono presentare una alta mobilità di elettroni e cammini liberi medi lunghi: esiste la possibilità di sfruttare una geometria di confine dei dispositivi.
Una o più forme di attuazione possono presentare uno o più vantaggi, come:
- possono essere forniti dispositivi balistici 2D, - flessibilità, i dispositivi elettronici balistici possono essere usati per applicazioni di potenza, bassa potenza e alta frequenza, e/o
- facilità di fabbricazione.
Una o più forme di attuazione possono ottenere i risultati precedenti con un semplice procedimento di fabbricazione, per es. può non essere compreso alcun corpo nel mezzo di un canale di elettroni del dispositivo.
Così, una o più forme di attuazione possono impiegare materiali che facilitano il trasporto balistico, come il grafene così come i 2DEG realizzati con composti di GaAs o GaN: grazie alle caratteristiche di tali materiali, la modalità di funzionamento dei dispositivi può essere determinata da una loro geometria (pareti/confini/lati), per esempio da una relazione tra la geometria e il cammino libero medio del materiale impiegato.
Breve descrizione delle varie viste dei disegni
Una o più forme di attuazione saranno ora descritte, a puro titolo di esempio, con riferimento alle figure annesse, nelle quali:
- le Figure 1 a 9 sono esemplificative di possibili forme di canali di elettroni di dispositivi balistici secondo una o più forme di attuazione,
- le Figure 10 e 11 sono esemplificative di viste in sezione trasversale di dispositivi balistici secondo una o più forme di attuazione,
- la Figura 12 esemplifica caratteristiche di un dispositivo balistico secondo una o più forme di attuazione.
Descrizione dettagliata
Nella descrizione che segue, sono illustrati uno o più dettagli specifici, allo scopo di fornire una comprensione approfondita di esempi di forme di attuazione di questa descrizione. Le forme di attuazione possono essere ottenute senza uno o più dei dettagli specifici o con altri procedimenti, componenti, materiali, ecc. In altri casi, operazioni, materiali o strutture note non sono illustrate o descritte in dettaglio in modo tale che certi aspetti delle forme di attuazione non saranno resi poco chiari.
Un riferimento a “una forma di attuazione” nel quadro della presente descrizione intende indicare che una particolare configurazione, struttura, o caratteristica descritta con riferimento alla forma di attuazione è compresa in almeno una forma di attuazione. Per cui, le frasi come “in una forma di attuazione” che possono essere presenti in uno o più punti della presente descrizione non fanno necessariamente riferimento proprio alla stessa forma di attuazione. Inoltre, particolari conformazioni, strutture o caratteristiche possono essere combinate in un modo adeguato qualsiasi in una o più forme di attuazione.
I riferimenti usati qui sono forniti semplicemente per convenienza e quindi non definiscono l’ambito di protezione o l’ambito delle forme di attuazione.
Si può osservare una conduzione balistica in strutture quasi 1D, come i nanotubi di carbonio o i nanofili di silicio, così come in materiali quali il grafene o l’arseniuro di gallio.
Per esempio, si può formare un gas di elettroni bidimensionale, 2DEG (“bi-dimensional electron gas”), vale a dire uno strato di gas di elettroni che può essere libero di muoversi in uno spazio bidimensionale ma che può essere confinato nella terza dimensione. I gas di elettroni bidimensionali possono essere fabbricati come substrato per transistori ad alta mobilità degli elettroni o HEMT (“High-Electron-Mobility Transistor”) o possono essere trovati come sottoprodotti nei MOSFET in certe condizioni.
Per esempio, i gas di elettroni bidimensionali possono essere trovati in dispositivi simili a transistori basati su semiconduttori: per esempio, in un MOSFET, uno strato di un gas di elettroni 2D può essere realizzato al di sotto di un ossido di gate del MOSFET quando il MOSFET è in inversione. In tal caso, gli elettroni nel gas di elettroni sotto l’ossido di gate del MOSFET possono essere liberi di propagarsi in traiettorie che possono essere parallele a una superficie dell’ossido di metallo.
Possono così essere realizzati dei gas di elettroni bidimensionali modulando il drogaggio in pile di materiali, per es. eterostrutture a semiconduttore, che possono avere come risultato lacune di potenziale profonde e strette in cui si può formare il gas di elettroni. Per esempio, può essere realizzata una pila di materiale drogando strati di arseniuro di gallio o di nitruro di gallio con alluminio. Così, una lacuna di potenziale profonda può essere presente in una superficie intermedia tra una porzione drogata del semiconduttore e una porzione intrinseca del semiconduttore (per es., all’interfaccia AlGaAs/GaAs o AlGaN/GaN), e il gas di elettroni 2D può essere formato accumulando elettroni in tale superficie intermedia. Nel caso dell’arseniuro di gallio, una concentrazione di carica di un gas di elettroni 2DEG può essere di circa 8.6*10<11 >cm<-2>, e una mobilità degli elettroni può essere di circa 7950 cm<2>/V*s. Nel caso del nitruro di gallio, una concentrazione di carica di un gas di elettroni 2DEG può essere di circa 10<13 >cm<-2>, e una mobilità degli elettroni può essere di circa 900 cm<2>/V*s.
Gli elettroni che possono essere confinati alla superficie intermedia possono presentare così interazioni più basse con il reticolo del semiconduttore: un numero minore (quasi nullo) di eventi di scattering può avere come risultato cammini liberi medi più lunghi per gli elettroni che a sua volta può risultare in un comportamento simile a quello newtoniano (cioè, balistico) per gli elettroni.
I dispositivi balistici possono essere sagomati in modo da dirigere gli elettroni in una certa traiettoria per collisione con confini sagomati del dispositivo.
È stato osservato che dispositivi con due terminali che sfruttano il comportamento balistico di una carica possono comportarsi come diodi di raddrizzamento tradizionali aventi due terminali e caratteristiche simili. Come esempio di diodo balistico, si può fare riferimento a Z. Zhu et al.: “Graphene geometric diodes for terahertz rectennas”, IOP publishing, Journal of Physics D: applied Physics, 2013. Inoltre, è stato osservato il documento “NAND Gate Design for Ballistic Deflection Transistors”, Wolpert D. et al., IEEE Transactions on Nanotechnology, Volume 10, Issue 1, gennaio 2011, che descrive una porta logica NAND progettata usando transistori a deflessione balistica (BDT, “Ballistic Deflection Transistor”). Tuttavia, è stato osservato che:
- il documento descrive dispositivi che comprendono uno o più corpi di deflessione in mezzo al canale che possono essere considerati come limitazioni per una semplicità complessiva della struttura;
- possono essere adottate forme differenti per il canale di elettroni;
- i dispositivi balistici descritti nel documento possono comprendere una o più porzioni connesse continuamente a una alimentazione, in cui è presente un flusso costante di corrente: di conseguenza, tali dispositivi non riescono a fornire la possibilità di interrompere tale flusso; e
- possono essere presenti elettrodi di deflessione in aggiunta a una alimentazione, che possono deviare il flusso di elettroni senza tuttavia bloccarlo.
Inoltre, è stato osservato che il documento descrive dispositivi a due terminali, mentre in una o più forme di attuazione possono essere forniti dispositivi balistici a tre terminali (vale a dire, simili a transistori), in cui il controllo del flusso di corrente balistico tra due terminali può essere implementato per mezzo di un terzo terminale di controllo.
Per semplicità e facilità di comprensione, la presente descrizione di una o più forme di attuazione si riferisce a elettroni come esempi di particelle con capacità di trasporto balistico. Gli esperti nella tecnica comprenderanno per il resto che una o più forme di attuazione possono applicarsi ad altri tipi di particelle che presentano un comportamento balistico (per es., presentando un basso numero di collisioni, quasi nullo, eccetto che ai “confini” del dispositivo) e che possono essere deflesse per mezzo di un attuatore di deflessione (rappresentato qui di seguito a titolo esemplificativo, nel caso di elettroni, da un generatore di campo elettrico). Giusto a titolo di esempio non limitativo, fotoni balistici possono essere esempi di particelle balistiche, che possono essere lanciate da una sorgente di particelle (per es., un laser) verso un pozzo (“sink”) di particelle (per es., un fotoricettore) attraverso un mezzo conduttore da una sorgente adatta e possono essere deflesse in modo regolabile modulando una permettività dielettrica e/o una conduttività ai confini del mezzo conduttore, per muovere l’interfaccia riflettente e regolare la sua riflettività e/o il suo indice di rifrazione, per esempio cambiando una concentrazione di portatori di carica locale in un materiale a semiconduttore.
Di conseguenza, nella descrizione dettagliata che segue di possibili esempi di forme di attuazione:
- gli elettroni saranno esempi di particelle balistiche,
- un generatore di campo elettrico sarà esempio di un deflettore, che genera un campo elettrico che produce una deflessione di elettroni,
- un elettrodo di source sarà esempio di una sorgente di particelle, e
- un elettrodo di drain sarà esempio di un pozzo di particelle.
In una o più forme di attuazione, esiste la possibilità di fornire dispositivi balistici che possono comportarsi come switch elettronici, in cui il flusso di elettroni può essere interrotto, e in cui il flusso di elettroni può avvenire tra un ingresso di segnale e un’uscita di segnale del dispositivo. Nel caso di un dispositivo balistico simile a un transistore, l’ingresso e l’uscita del canale possono essere accoppiati rispettivamente a un elettrodo di source ed a un elettrodo di drain, che possono non coincidere con una alimentazione.
Una o più forme di attuazione possono così essere relative a dispositivi balistici che possono comprendere conduttori sagomati realizzati da materiali con “lunghi” cammini liberi medi mfp (di solito nell’intervallo delle centinaia di nanometri). Per esempio, un dispositivo balistico secondo una o più forme di attuazione può comprendere un canale di elettroni sagomato, che ha una larghezza inferiore in almeno una sua parte comparabile con il cammino libero medio degli elettroni, almeno un ingresso del canale e almeno un’uscita del canale, per cui gli elettroni possono essere forniti in ingresso al, rispettivamente in uscita dal, canale di elettroni.
In una o più forme di attuazione, può essere fornito un generatore di campo elettrico (per es., un elettrodo di drain e uno di source ai quali è applicata una tensione nel caso di un transistore balistico), che può formare un primo campo elettrico che dirige gli elettroni lungo un percorso, all’interno del canale di elettroni, tra l’ingresso e l’uscita del canale, dove il percorso può essere modulato da pareti/confini/lati del canale di elettroni, che possono essere o possono non essere paralleli al moto degli elettroni dettato dal campo elettrico.
In una o più forme di attuazione, possono essere forniti uno o più elettrodi di deflessione (per es., uno o più elettrodi di gate nel caso di un transistore balistico), accoppiati con la struttura per es. in modo conduttivo o capacitivo, che possono applicare un campo elettrico di deflessione che ha una direzione differente dal primo campo elettrico. Il campo elettrico di deflessione può perciò deviare gli elettroni dal percorso, e gli elettroni possono collidere o evitare una collisione con i confini/le pareti del dispositivo, facilitando o penalizzando con ciò il loro movimento dall’ingresso all’uscita del canale di elettroni (per es., dal source al drain nel caso di un dispositivo simile a un transistore, con il cammino tra source e drain che può comprendere il cammino della corrente del dispositivo simile a un transistore). Può così essere possibile modulare il flusso di elettroni per mezzo di un campo elettrico di deflessione trasversale: nel caso di un transistore balistico, il flusso di elettroni può essere modulato per mezzo dell’elettrodo di deflessione.
In una o più forme di attuazione, esiste la possibilità di fornire un canale di elettroni comprendente due uscite: l’elettrodo di deflessione può essere usato per dirigere gli elettroni in una o l’altra delle due uscite, con le uscite che sono connesse a una tensione, cioè rispettivi elettrodi di drain possono essere presenti all’una o all’altra uscita del canale.
In una o più forme di attuazione, il campo elettrico di deflessione può essere applicato al canale di elettroni per mezzo di uno o più elettrodi di deflessione (per es., di gate), che possono essere accoppiati alla struttura per es. in modo capacitivo o conduttivo.
Per esempio, nel caso di un accoppiamento capacitivo, l’elettrodo di deflessione può comprendere uno strato sottile di un conduttore, come un metallo, che può essere separato dal canale di elettroni del dispositivo balistico da un gap comparativamente stretto.
Per contro, nel caso di un accoppiamento conduttivo, l’elettrodo di deflessione può fare parte del canale di elettroni, e l’elettrodo di deflessione può essere situato sulle pareti del canale di elettroni. Di conseguenza, una porzione degli elettroni che passano attraverso il canale di elettroni può scorrere attraverso l’elettrodo di deflessione (che può assomigliare a una base di un transistore a giunzione bipolare o BJT, Bipolar Junction Transistor, anche se la fisica alla base è differente).
Elettrodi capacitivi (“simili a CMOS”) e conduttivi (“simili a BJT”) possono essere intercambiabili, anche se gli elettrodi conduttivi assorbono poca corrente: per esempio, elettrodi conduttivi possono essere usati per generare alti campi elettrici, con alta resistenza, come diodi polarizzati inversamente.
Nelle seguenti Figure 1 a 9, sono descritti uno o più esempi di possibili forme per un canale di elettroni 10 compreso in un dispositivo balistico secondo una o più forme di attuazione. Per brevità e semplicità, saranno descritti qui esempi di dispositivi simili a transistori balistici, tuttavia i transistori balistici sono puramente esempi non limitativi di dispositivi balistici secondo una o più forme di attuazione. In particolare:
- elettrodi di source S, di drain D e di gate G possono comprendere rispettivamente uno o più ingressi del canale, una o più uscite del canale e uno o più elettrodi di deflessione,
- il primo campo elettrico può essere generato da una tensione applicata agli elettrodi di source S e di drain D, il primo campo elettrico essendo allineato a una linea (non visibile) che connette i due elettrodi, e
- il campo di deflessione può essere generato da una tensione applicata all’elettrodo di gate G, la direzione del campo di deflessione essendo differente rispetto alla direzione del primo campo elettrico.
Le Figure 1 e 2 rappresentano a titolo di esempio un transistore balistico che può essere usato come switch elettronico normalmente aperto.
In una o più forme di attuazione come rappresentate come esempio nelle figure, il canale di elettroni 10 può comprendere:
- una porzione di afflusso, una sua estremità comprendendo l’elettrodo di source S di ingresso,
- una porzione di efflusso, una sua estremità, opposta rispetto all’estremità della porzione di afflusso, comprendendo l’elettrodo di drain D di uscita, e
- una porzione di deflessione 12, tra la porzione di afflusso e quella di efflusso, in cui può essere deviato il percorso degli elettroni determinato dal primo campo elettrico.
Nel presente esempio non limitativo, la porzione di afflusso e la porzione di efflusso del canale di elettroni 10 possono comprendere una forma rettilinea, sostanzialmente retta, che può essere allineata alla direzione del primo campo elettrico. Per contro, la porzione di deflessione 12 del canale di elettroni 10 può comprendere una sporgenza 120 dalla forma rettilinea, che può estendersi da una parete del canale di elettroni 10 (opzionalmente lungo l’intera lunghezza della porzione di deflessione 12) in una direzione trasversale rispetto alla direzione del primo campo elettrico e alla forma delle porzioni di afflusso/efflusso del canale di elettroni 10. Nel presente esempio non limitativo, la sporgenza 120 può comprendere un triangolo retto, che ha il suo angolo retto verso la porzione di afflusso del canale 10, cioè verso l’elettrodo di source S. Vale a dire, la sporgenza 120 può rastremarsi verso la porzione di efflusso.
Di conseguenza, il canale di elettroni 10 può comprendere una prima parete e una seconda parete opposta, la prima parete comprendendo una linea retta, e la seconda parete comprendendo una linea retta interrotta, nella porzione di deflessione 12, da pareti della sporgenza 120.
L’elettrodo di gate G può essere disposto in (vale a dire, in stretta prossimità con) una o più pareti della sporgenza 120 della porzione di deflessione 12, con l’elettrodo di gate G che ha una superficie allineata con la parete (le pareti) della sporgenza 120. Nel presente esempio non limitativo, l’elettrodo di gate G può essere disposto alla (in stretta prossimità della) e parallelo all’ipotenusa del triangolo retto.
In una o più forme di attuazione, grazie alla sporgenza 120, il canale di elettroni 10 può avere una larghezza, nella porzione di deflessione 12, maggiore di una larghezza del canale di elettroni 10 nella porzione di afflusso e nella porzione di efflusso.
Se è applicata una tensione VG all’elettrodo di gate G, per es. una tensione positiva, gli elettroni all’interno del canale di elettroni 10 possono essere deviati dal percorso generato dal primo campo elettrico, e possono essere raccolti nella sporgenza 120. Di conseguenza, gli elettroni possono non riuscire a raggiungere l’elettrodo di drain D di uscita e il transistore balistico può essere in uno stato di off, non conduttivo. Il comportamento degli elettroni nel canale di elettroni 10 del transistore balistico che è nello stato di off può essere esemplificato, nella Figura 1, da una freccia.
Per contro, se non è applicata alcuna tensione all’elettrodo di gate G, gli elettroni all’interno del canale di elettroni 10 possono seguire sostanzialmente il percorso generato dal primo campo elettrico. Di conseguenza, gli elettroni possono raggiungere l’elettrodo di drain D di uscita e il transistore balistico può essere in uno stato di on, conduttivo. Il comportamento degli elettroni nel canale di elettroni 10 del transistore balistico che è nello stato di on può essere esemplificato, nella Figura 2, da una freccia.
Per esempio, se la tensione VG applicata all’elettrodo di gate G ha un valore intermedio, vale a dire che il transistore può trovarsi tra lo stato di on e lo stato di off, il flusso di elettroni può essere parzialmente bloccato e può raggiungere parzialmente l’elettrodo di drain D di uscita del transistore.
Le Figure 3 e 4 rappresentano a titolo esemplificativo la possibilità di fornire una prima e una seconda sporgenza 120, 122 in pareti opposte del canale di elettroni 10, nella sua porzione di deflessione 12, il canale di elettroni 10 essendo simile a quello descritto con riferimento alle Figure 1 e 2.
Nel presente esempio non limitativo, la prima sporgenza 120 può corrispondere alla sporgenza 120 delle Figure 1 e 2, mentre la seconda sporgenza 122 può differire per il fatto che può essere formata, nella porzione di deflessione 12, nella parete opposta del canale di elettroni 10 e può essere simmetrica specularmente (con riferimento al primo campo elettrico) alla sporgenza 120 delle Figure 1 e 2.
Di conseguenza, in una o più forme di attuazione come rappresentate come esempio nelle Figure 3 e 4, il canale di elettroni 10 può comprendere una prima parete e una seconda parete opposta, la prima parete comprendente una linea retta interrotta, nella porzione di deflessione 12, da pareti della prima sporgenza 120, e la seconda parete comprendente una linea retta interrotta, nella porzione di deflessione 12, da pareti della seconda sporgenza 122.
In una o più forme di attuazione, un primo G1 e un secondo G2 elettrodo di gate possono essere disposti in corrispondenza della porzione di deflessione 12, per es. su una o più pareti rispettivamente della prima 120 e della seconda 122 sporgenza, in stretta prossimità della parete (delle pareti) e con una superficie allineata a essa (esse). Nel presente esempio non limitativo, gli elettrodi di gate G1 e G2 possono essere disposti in corrispondenza delle (per es., in stretta prossimità con le) e paralleli alle ipotenuse dei triangoli retti della prima 120 e della seconda 122 sporgenza. Di nuovo, grazie alla prima sporgenza 120 e alla seconda sporgenza 122, il canale di elettroni 10 può avere una larghezza nella porzione di deflessione 12 più grande di una larghezza del canale di elettroni 10 nella porzione di afflusso e nella porzione di efflusso.
Come risultato di una tensione (per es., positiva) VG1, rispettivamente VG2, applicata al primo G1, rispettivamente secondo G2, elettrodo di gate, gli elettroni all’interno del canale di elettroni 10 possono essere deviati dal percorso generato dal primo campo elettrico, e possono essere raccolti nella (per es., urtare sulla) prima 120, rispettivamente seconda 122, sporgenza. Di conseguenza, gli elettroni possono non riuscire a raggiungere l’elettrodo di drain D di uscita e il transistore balistico può essere in uno stato di off, non conduttivo. Il comportamento degli elettroni nel canale di elettroni 10 del transistore balistico che è nello stato di off può essere esemplificato con una freccia nella Figura 3.
Come risultato del fatto che non è applicata alcuna tensione al primo G1 e al secondo G2 elettrodo di gate, gli elettroni all’interno del canale di elettroni 10 possono seguire sostanzialmente il percorso generato dal primo campo elettrico e possono raggiungere l’elettrodo di drain D di uscita. Se la stessa tensione è applicata al primo G1 e al secondo G2 elettrodo di gate, gli elettroni possono seguire il percorso generato dal primo campo elettrico; tuttavia, gli elettroni possono essere accelerati e possono raggiungere l’elettrodo di drain D più velocemente rispetto al caso in cui non sia applicata alcuna tensione. In effetti, il secondo elettrodo di gate G2 può essere aggiunto per accelerare gli elettroni (o, più in generale, i portatori): di conseguenza, può facilitare un miglioramento delle prestazioni a RF del dispositivo balistico. Come risultato di differenti tensioni VG1, VG2 applicate al primo G1 e al secondo G2 elettrodo di gate, il percorso degli elettroni può dipendere da un bilanciamento tra queste tensioni differenti. Per esempio, a seconda del segno e della grandezza della prima VG1 e della seconda VG2 tensione, che possono dipendere a loro volta dalla deviazione del flusso di elettroni che può essere desiderata:
- il flusso di elettroni può essere bloccato (per es., gli elettroni possono essere raccolti nella (per es., urtare sulla) prima 120, rispettivamente seconda 122, sporgenza della porzione di deflessione 12), per esempio come risultato del fatto che entrambe le tensioni sono tensioni positive;
- il flusso di elettroni verso la porzione di efflusso può essere influenzato (bloccato parzialmente, facilitato parzialmente, o accelerato), in funzione del verso e della grandezza relativa di entrambi i rispettivi campi elettrici applicati;
- l’effetto del primo G1 e del secondo G2 elettrodo può essere differente, per esempio il primo elettrodo G1 può bloccare una parte del flusso di elettroni e il secondo elettrodo G2 può facilitare (parzialmente) un’altra parte del flusso di elettroni verso la porzione di efflusso.
Di conseguenza, in questi casi, il transistore balistico può essere in uno stato di on, conduttivo. Il comportamento degli elettroni nel canale di elettroni 10 del transistore balistico che è nello stato di on può essere esemplificato dalla freccia nella Figura 4.
Nelle figure seguenti, parti o elementi simili a parti o a elementi già discussi con riferimento alle Figure 1 a 4 sono indicati con riferimenti simili e una corrispondente descrizione dettagliata non sarà ripetuta per brevità.
In una o più forme di attuazione, come rappresentato come esempio nella Figura 5, il canale di elettroni 10 può comprendere:
- una porzione di afflusso, sostanzialmente rettilinea, che può svilupparsi lungo una prima direzione X1,
- una porzione di efflusso, sostanzialmente rettilinea, che può svilupparsi lungo una seconda direzione X2, la seconda direzione X2 essendo parallela e non in sovrapposizione rispetto alla prima direzione X1, e
- una porzione di deflessione 12, che può trovarsi tra la porzione di afflusso e la porzione di efflusso.
In una o più forme di attuazione, come rappresentato come esempio nella Figura 5, la forma della porzione di deflessione 12 può comprendere un trapezoide, in cui la porzione di efflusso può essere connessa a una base corta della porzione di deflessione 12, che può avere una dimensione uguale a una larghezza della porzione di efflusso, e in cui la porzione di afflusso può essere connessa a una base lunga della porzione di deflessione 12, lontano da un centro della base lunga. Di conseguenza, le pareti della porzione di deflessione 12 possono rastremarsi verso la porzione di efflusso.
In una o più forme di attuazione, come rappresentato come esempio nella Figura 5, un elettrodo di gate può essere disposto in (in stretta prossimità con) un lato della porzione di deflessione 12 trapezoidale che può essere il più lontano dalla porzione di afflusso.
Per il resto, si apprezzerà che le forme di attuazione rappresentate sono di natura puramente esemplificativa, e che una o più delle caratteristiche degli elettrodi di gate possono essere modificate senza una modifica del concetto dell’invenzione sottostante. Per esempio, gli elettrodi di gate G, G1, G2 di controllo possono essere disposti nella porzione di deflessione 12 in funzione della deflessione desiderata che gli elettroni sono configurati ad effettuare. Lo stesso può anche applicarsi alle tensioni VG, VG1, VG2 applicate a essi, che possono essere scelte in funzione del cammino di deflessione desiderato per gli elettroni all’interno del canale di elettroni 10. In altre parole, una tensione positiva, rispettivamente negativa, VG può essere applicata all’elettrodo di gate G se si desidera che gli elettroni siano deflessi verso il, rispettivamente lontano dal, elettrodo di gate G. Di conseguenza, per esempio con riferimento alla Figura 5, esiste la possibilità di disporre, al posto dell’elettrodo di gate G (o in aggiunta a esso), un elettrodo di gate differente (non visibile) in un lato opposto della porzione di deflessione 12 trapezoidale rispetto all’elettrodo di gate G rappresentato. Per ottenere una deflessione simile alla deflessione ottenibile con l’elettrodo di gate G polarizzato positivamente, una tensione negativa (-VG) può essere applicata all’elettrodo di gate opposto, differente (non visibile).
Di conseguenza, se non è applicata alcuna tensione all’elettrodo di gate e siccome la porzione di afflusso e quella di efflusso si sviluppano lungo linee differenti, non in sovrapposizione, gli elettroni possono non riuscire a passare dalla porzione di afflusso alla porzione di balistico se è applicata la tensione all’elettrodo di gate può essere esemplificato da una freccia nella Figura 5.
In una o più forme di attuazione, come esemplificato nella Figura 6, il canale di elettroni 10 può comprendere:
- una porzione di afflusso, sostanzialmente rettilinea, che può svilupparsi lungo una prima direzione X1,
- una porzione di efflusso, sostanzialmente rettilinea, che può svilupparsi lungo una seconda direzione X2, la seconda direzione X2 essendo trasversale alla prima direzione X1, e
- una porzione di deflessione 12, avente una forma rettangolare, che può trovarsi tra la porzione di afflusso e la porzione di efflusso, con la prima X1 e la seconda X2 direzione che sono parallele ai lati del rettangolo.
In una o più forme di attuazione, come rappresentato come esempio nella Figura 6, la porzione di afflusso può essere accoppiata a un primo lato della porzione di deflessione 12 rettangolare, vicino a un primo suo angolo, e la porzione di efflusso può essere accoppiata a un secondo lato della porzione di deflessione 12 rettangolare, vicino a un secondo angolo, il secondo angolo opposto al primo angolo.
In una o più forme di attuazione, un primo elettrodo afflusso e quella di efflusso si sviluppano lungo linee trasversali differenti, gli elettroni possono non riuscire a passare dalla porzione di afflusso alla porzione di efflusso e possono rimanere vincolati nella porzione di deflessione 12. Per contro, se una prima e una seconda tensione (per es., positive) sono applicate agli elettrodi di gate G1, G2, gli elettroni possono essere facilitati dagli elettrodi di gate a raggiungere la porzione di efflusso. Per esempio, la prima e la seconda tensione possono essere scelte in modo tale da combinarsi per dirigere gli elettroni lungo una traiettoria prevista tra la porzione di afflusso e la porzione di efflusso. Il comportamento degli elettroni nel canale di elettroni 10 del transistore balistico se la prima e la seconda tensione sono applicate agli elettrodi di gate G1, G2 può essere esemplificato da una freccia nella Figura 6.
In una o più forme di attuazione, come rappresentato come esempio nella Figura 7, il canale di elettroni 10 può comprendere una forma curva, in cui la porzione di afflusso e la porzione di efflusso possono avere direzioni differenti e la porzione di deflessione può essere curva, in modo tale che possa connettere la porzione di afflusso e la porzione di efflusso. Inoltre, la porzione di deflessione 12 può essere sagomata in modo tale che una sua parete possa trovarsi normale a un percorso del flusso di elettroni balistici, per es., ad alta velocità, la parete della porzione di deflessione formando un confine di bloccaggio 124. Gli elettroni per es. ad alta velocità possono non essere in grado di curvare la loro traiettoria verso la porzione di efflusso e possono essere riflessi dal confine di bloccaggio 124 della porzione di deflessione 12.
In una o più forme di attuazione, il canale di elettroni 10 può comprendere un canale laterale in una parete della porzione di deflessione 12, accoppiato a una estremità all’elettrodo di gate G. Il canale laterale può estendersi lontano dalla porzione di deflessione e può rastremarsi verso le pareti della porzione di deflessione 12 stessa. Una o più forme di attuazione possono così comprendere un gate conduttivo, ad alta resistenza, che può deflettere la traiettoria degli elettroni e che può anche assorbire una piccola corrente i, in una maniera che può assomigliare a un diodo balistico polarizzato inversamente, come discusso precedentemente.
Di nuovo, se è applicata una tensione (per es., positiva) all’elettrodo di gate G, gli elettroni possono deviare verso l’elettrodo di gate e lontano dal confine di bloccaggio 124, e perciò gli elettroni possono essere facilitati dall’elettrodo di gate G a raggiungere la porzione di efflusso. Il comportamento degli elettroni nel canale di elettroni 10 del transistore balistico se è applicata la tensione all’elettrodo di gate G può essere esemplificato da una freccia nella Figura 7.
In una o più forme di attuazione, come rappresentato come esempio nella Figura 8, il canale di elettroni 10 può comprendere una porzione di afflusso, una prima porzione di efflusso e una seconda porzione di efflusso, che possono avere una forma rettilinea e possono essere disposte parallele le une alle altre (non in sovrapposizione le une alle altre). La porzione di afflusso più la prima e la seconda porzione di efflusso possono essere connesse a una estremità alla porzione di deflessione 12 e a un’altra estremità a un elettrodo di source S più un primo D1 e un secondo D2 elettrodo di drain, rispettivamente. Il cammino di corrente di elettroni può comprendere una singola sorgente e opzionalmente pozzi multipli, come rappresentato qui come esempio.
In una o più forme di attuazione, l’elettrodo di gate G può essere disposto nella porzione di deflessione sulla parete opposta rispetto alla porzione di afflusso, più una prima e una seconda porzione di efflusso, opzionalmente lontano dalla prima e dalla seconda porzione di efflusso.
Per esempio, la porzione di deflessione 12 può comprendere almeno parzialmente una forma parabolica, in modo tale che:
- se non è applicata alcuna tensione all’elettrodo di gate G, gli elettroni possono essere diretti dalla geometria della porzione di deflessione 12, cioè dalle sue pareti, verso il primo elettrodo di drain D1, per es. un concentratore in un punto di fuoco della parabola, e
- se è applicata una tensione (per es., positiva) all’elettrodo di gate G, gli elettroni possono essere diretti dalla geometria della porzione di deflessione 12 così come dal campo elettrico di deflessione verso il secondo elettrodo di drain D2, lontano dal primo elettrodo di drain D1.
Nella Figura 8, il comportamento degli elettroni nel canale di elettroni 10 del transistore balistico se non è applicata alcuna tensione all’elettrodo di gate può essere esemplificato con una freccia tratteggiata, mentre il comportamento degli elettroni nel canale di elettroni 10 del transistore balistico se è applicata una tensione all’elettrodo di gate può essere esemplificato con una freccia continua. Di conseguenza, gli elettroni possono seguire una traiettoria parabolica, almeno in una porzione del canale di elettroni 10, se è applicata una tensione all’elettrodo di gate G.
In una o più forme di attuazione, come rappresentato come esempio nella Figura 9, è rappresentata una generalizzazione di un concentratore parabolico balistico. Il canale di elettroni 10 può comprendere:
- una prima porzione di afflusso rettilinea, che può essere accoppiata, a una estremità, a una prima estremità di un primo lato della porzione di deflessione 12 del canale di elettroni 10, e a un’altra estremità a un primo elettrodo di source S1,
- una seconda, opzionale porzione di afflusso rettilinea, che può essere accoppiata, a una estremità, a una seconda estremità, opposta alla prima estremità, del primo lato della porzione di deflessione 12, e a un’altra estremità a un secondo elettrodo di source S2 opzionale, e - una porzione di efflusso rettilinea, che può essere accoppiata, a un’estremità, a un centro di un secondo lato della porzione di deflessione 12, opposto al primo suo lato, e, a un’altra estremità, a un elettrodo di drain D.
La prima e la seconda (se presente) porzione di afflusso così come la porzione di efflusso possono avere direzioni parallele, non in sovrapposizione, con la porzione di efflusso che si trova tra la prima e la seconda Il secondo lato della porzione di deflessione 12 può avere una forma parabolica, con la porzione di efflusso che è disposta al vertice della parabola e il primo e il secondo elettrodo di gate G1, G2 che sono disposti nelle sue porzioni curve. Il primo lato può comprendere una prima e una seconda porzione eretta che possono essere accoppiate alla prima e alla seconda porzione di afflusso, e una ulteriore formazione parabolica, che si trova tra la prima e la seconda porzione di afflusso.
Di conseguenza, la porzione di deflessione 12 può avere una geometria parabolica doppia, in modo tale che:
- se non è applicata alcuna tensione agli elettrodi di gate G1, G2, gli elettroni possono essere diretti dalla geometria della porzione di deflessione 12, cioè dalle sue pareti, verso la porzione di efflusso, e
- se è applicata una tensione (per es., positiva) al primo G1, rispettivamente al secondo G2, elettrodo di gate, gli elettroni, che hanno come sorgente la prima, rispettivamente la seconda, porzione di afflusso, possono essere diretti, dalla geometria della porzione di deflessione 12 così come dal campo elettrico di deflessione, in allontanamento dalla porzione di efflusso.
Le Figure 10 e 11 seguenti esemplificano possibili viste in sezione trasversale di dispositivi balistici che una o più forme di attuazione possono comprendere eterostrutture che hanno più di due strati, per es. strutture in cui ciascuno del primo 100 e del secondo 102 strato possono comprendere uno o più semiconduttori.
Con riferimento alle Figure 10 e 11, l’eterostruttura può comprendere un primo strato 100 di un semiconduttore intrinseco, per es. arseniuro di gallio o nitruro di gallio, e un secondo strato 102 di un semiconduttore drogato, per es. arseniuro di gallio o nitruro di gallio drogati con alluminio, con un gas di elettroni bidimensionale 2DEG 104 uniforme che può formarsi a una interfaccia tra il primo strato 100 e il secondo strato 102.
Il dispositivo balistico può essere formato isolando una porzione del 2DEG, per es. una porzione centrale 1041, da un 2DEG circostante, che può essere ottenuto impiegando differenti tecniche, per esempio il dispositivo balistico può essere sagomato sottoponendo a etching l’eterostruttura, come rappresentato come esempio nella Figura 10, o drogando (per es., profondamente) porzioni della eterostruttura circostanti il dispositivo balistico, come rappresentato come esempio nella Figura 11. Queste tecniche possono avere come risultato porzioni sottoposte a etching 106 e/o porzioni drogate 108 che possono questi componenti che possono isolare il canale di elettroni 10 e gli elettrodi.
Le porzioni sottoposte a etching 106 possono formare una trincea che può correre intorno al, e definire la forma del, canale di elettroni 10, cioè le sue pareti, mentre una porzione centrale non sottoposta a etching può comprendere il canale di elettroni 10. Inoltre, possono essere presenti ulteriori porzioni sottoposte a etching (non visibili) che possono isolare le une dalle altre le porzioni periferiche non sottoposte a etching.
In una o più forme di attuazione, una pluralità di dispositivi balistici può essere formata all’interno della stessa eterostruttura. Di conseguenza, la pluralità di dispositivi balistici (così come gli elettrodi e i loro canali di elettroni) possono essere isolati gli uni dagli altri, per es., usando un isolamento con trincea profonda o DTI (Deep Trench Isolation).
In una o più forme di attuazione, l’etching può essere eseguito in modo tale che sia sottoposto a etching soltanto il secondo strato 102, o in modo tale che sia sottoposto a etching almeno il secondo strato 102, cioè può essere possibile interrompere l’etching quando è sottoposta a etching anche una porzione del primo materiale 100. Di conseguenza, il dispositivo balistico può essere sagomato scavando l’eterostruttura a semiconduttore almeno all’interfaccia tra il primo strato 100 e il secondo strato 102, per isolare una porzione del dispositivo da ciò che lo circonda, per es. formando un canale di elettroni sagomato. Questo può essere ottenuto usando una qualsiasi tecnica adatta che può presentare una risoluzione da decine fino a centinaia di nanometri (per es., etching anisotropo, etching di Bosch, plasma accoppiato induttivamente o ICP (Inductively Coupled Plasma), o etching ionico reattivo o RIE (Reactive Ion Etching) profondo, con una maschera definita da litografia a fascio di elettroni o EBL (Electron Beam Lithography)).
Per esempio, come rappresentato come esempio nella Figura 10, le porzioni sottoposte a etching 106 dell’eterostruttura possono avere uno spessore più alto di, o sostanzialmente uguale a, uno spessore del secondo strato 102. Inoltre, le porzioni sottoposte a etching 106 possono essere riempite opzionalmente con un materiale isolante elettricamente.
Di conseguenza, grazie alle porzioni sottoposte a etching 106, il 2DEG 104, nelle porzioni non sottoposte a etching del dispositivo balistico, può essere confinato nella porzione centrale 1041 che comprende il canale di elettroni 10, e in una o più porzioni periferiche 1042.
In una o più forme di attuazione, come rappresentato come esempio nella Figura 10, l’elettrodo di gate G illustrato può essere formato impiegando una porzione periferica 1042 del 2DEG 104.
Per contro, in una o più forme di attuazione, esiste la possibilità di:
- sottoporre a etching intorno alla forma del canale di elettroni 10,
In una o più forme di attuazione, un diodo (come un diodo P-N o un diodo Zener) può essere formato nelle pareti del canale di elettroni 10. Come rappresentato come esempio nella Figura 11, tale diodo può essere formato drogando l’eterostruttura per costruire le porzioni drogate (per es., profonde) 108 adiacenti alle, per es. in contatto con le, pareti del canale di elettroni 10. Le porzioni drogate 108 possono avere uno spessore più alto dello spessore del secondo strato 102, per cui le porzioni drogate 108 possono essere configurate per confinare la porzione centrale 1041.
In una o più forme di attuazione, almeno una parte di una o più di queste porzioni drogate 108 possono essere usate opzionalmente come un elettrodo di gate G, G1, G2, applicando una tensione per creare un campo elettrico di deflessione nella porzione di deflessione 12. Si apprezzerà che, in un dispositivo effettivo secondo una o più forme di attuazione, possono essere presenti uno o più diodi parassiti, per esempio diodi 110 attivi tra il primo strato 100 e le porzioni drogate 108, come rappresentato nella Figura 11.
In una o più forme di attuazione, il canale di elettroni 10 del dispositivo elettronico balistico può avere una forma rappresentata nella Figura 12. La porzione di afflusso può avere una forma rettilinea e una larghezza In una o più forme di attuazione, le dimensioni e la forma del dispositivo balistico possono dipendere dal cammino libero medio mfp degli elettroni all’interno del canale di elettroni 10: il canale di elettroni 10 del dispositivo balistico può essere scelto in modo tale che le sue dimensioni possano essere comparabili alle dimensioni del cammino libero medio.
Per esempio, considerando un cammino libero medio per gli elettroni di circa 400 nm, la larghezza w1 della porzione di afflusso può essere circa 400 nm, mentre la larghezza w2 della porzione di efflusso può essere circa 200 nm. Inoltre, esiste la possibilità di fornire al canale di elettroni 10 una larghezza w1 che può essere più grande del cammino libero medio mfp degli elettroni; tuttavia, l’efficienza del dispositivo balistico può diminuire e può essere ottenuto un trasporto quasi balistico. Se la larghezza w1 del canale di elettroni 10 è più grande del cammino libero medio mfp degli elettroni, possono verificarsi eventi di scattering con il reticolo dell’eterostruttura, eventualmente in quantità limitata. Di conseguenza, la larghezza w1 del canale di elettroni 10 può essere scelta in funzione della rilevanza delle collisioni degli elettroni con le pareti del canale di elettroni 10, vale a dire la larghezza w1 può essere scelta in funzione
’
tensione compatibile per l’uso in una struttura come rappresentato. Un condensatore può essere un esempio di tale struttura.
Una o più forme di attuazione possono comportare una scelta assennata della dimensione del canale, tenendo conto di valori desiderabili per il cammino libero medio (mfp), per es. in funzione del materiale scelto, cosicché un cammino libero medio differente può condurre a una scelta differente della dimensione del canale.
Sebbene relazioni precise tra la tensione di soglia, la dimensione e la geometria possano non essere espresse facilmente con semplici relazioni analitiche, esiste la possibilità, in una o più forme di attuazione, di ottenere soglie basse (quasi zero).
Una o più forme di attuazione possono così essere relative a un dispositivo (per es., con tre terminali, balistico o quasi balistico), che può comprendere:
- un canale di propagazione delle particelle (per es., 10) che facilita un trasporto balistico di particelle (per es., elettroni e/o fotoni) da almeno una porzione di afflusso delle particelle ad almeno una porzione di efflusso delle particelle, il canale di propagazione delle particelle comprendendo una porzione di deflessione del flusso di particelle (per es., 12) tra l’almeno una porzione di afflusso e l’almeno una porzione di efflusso, - almeno un deflettore di particelle (per es., G, G1, G2) disposto in corrispondenza della porzione di deflessione del flusso di particelle, l’almeno un deflettore di particelle attivabile per deflettere particelle che si propagano nella porzione di deflessione del flusso, l’almeno un deflettore di particelle ammettendo almeno uno stato (per es., come risultato del fatto che il deflettore è attivo) in cui il flusso di particelle attraverso il dispositivo può non riuscire a raggiungere la porzione di efflusso delle particelle, e
- una sorgente di particelle (per es., S) in corrispondenza dell’almeno una porzione di afflusso delle particelle del canale di propagazione delle particelle, e un pozzo di particelle (per es., D) in corrispondenza dell’almeno una porzione di efflusso delle particelle del canale di propagazione delle particelle, in cui la sorgente di particelle e il pozzo di particelle possono fornire almeno un cammino di corrente di particelle attraverso il dispositivo.
In una o più forme di attuazione, il canale di propagazione delle particelle può avere una traiettoria rettilinea nella porzione di deflessione del flusso di particelle, in cui l’almeno un deflettore di particelle può essere disposto in corrispondenza della porzione di deflessione del flusso di particelle per deflettere particelle lontano dall’almeno una porzione di efflusso delle particelle nell’almeno uno stato del deflettore di particelle (per es., come risultato del fatto che il deflettore è attivo).
In una o più forme di attuazione, il canale di propagazione delle particelle può comprendere almeno una sporgenza (per es., 120, 122) in corrispondenza della porzione di deflessione del flusso di particelle, in cui, se l’almeno un deflettore di particelle è nell’almeno uno stato (per es., come risultato del fatto che il deflettore è attivo), il flusso di particelle attraverso il dispositivo può essere raccolto in corrispondenza della (per es., urta sulla) almeno una sporgenza e può non riuscire a raggiungere l’almeno una porzione di efflusso.
Il dispositivo secondo una o più forme di attuazione può comprendere:
- una prima sporgenza (per es., 120) e una seconda sporgenza (per es., 122) in corrispondenza del canale di propagazione delle particelle su lati opposti della porzione di deflessione del flusso di particelle (12),
- un primo deflettore di particelle (per es., G1) e un secondo deflettore di particelle (per es., G2) rispettivamente in corrispondenza della prima sporgenza e della seconda sporgenza.
Il primo e il secondo deflettore di particelle possono ammettere l’almeno uno stato e almeno uno stato ulteriore, per cui:
- come risultato del fatto che uno o l’altro tra il primo, rispettivamente il secondo, deflettore di particelle è nell’almeno uno stato (cioè, che soltanto un deflettore è attivo), il flusso di particelle attraverso il dispositivo può essere raccolto in corrispondenza della (per es., urta sulla) prima, rispettivamente seconda, sporgenza e può non riuscire a raggiungere la porzione di efflusso delle particelle,
- come risultato del fatto che sia il primo sia il secondo deflettore di particelle sono nell’almeno uno stato ulteriore (cioè, che sono entrambi inattivi o entrambi attivi), il flusso di particelle attraverso il dispositivo può raggiungere la porzione di efflusso delle particelle, opzionalmente accelerato.
Per esempio, nel caso di trasporto balistico degli elettroni, gli elettroni possono essere affetti in funzione del verso e della grandezza relativa del rispettivo campo elettrico di deflessione generato dai rispettivi generatori di campo elettrico: in particolare, se i campi elettrici di deflessione hanno circa la stessa grandezza e verso opposto, può essere possibile un’accelerazione degli elettroni attraverso il dispositivo.
In una o più forme di attuazione, il canale di propagazione delle particelle può avere una traiettoria curva in corrispondenza della porzione di deflessione del flusso di particelle, in cui l’almeno un deflettore di particelle può essere disposto in corrispondenza della porzione di deflessione del flusso di particelle e può ammettere l’almeno uno stato (per es., come risultato del fatto che il deflettore di particelle è inattivo) e almeno uno stato ulteriore (per es., come risultato del fatto che il deflettore di particelle è attivo), in cui il deflettore di particelle può deflettere le particelle verso l’almeno una porzione di efflusso delle particelle nell’almeno uno stato ulteriore.
In una o più forme di attuazione, l’almeno un deflettore di particelle può comprendere un elettrodo disposto in corrispondenza di un lato della porzione di deflessione del flusso di particelle, opzionalmente lungo l’intera lunghezza di tale lato.
In una o più forme di attuazione:
- il canale di propagazione delle particelle può comprendere un canale di propagazione degli elettroni,
- l’almeno un deflettore di particelle può comprendere almeno un generatore di campo elettrico che genera un campo elettrico di deflessione,
- la sorgente di particelle può comprendere un elettrodo di source, e
- il pozzo di particelle può comprendere un elettrodo di drain.
In una o più forme di attuazione, l’almeno un generatore di campo elettrico può essere accoppiato al canale di propagazione degli elettroni (10) in modo conduttivo o capacitivo.
In una o più forme di attuazione, il canale di propagazione degli elettroni può avere una larghezza (w1, w2), lungo il canale di propagazione degli elettroni, che può essere comparabile rispetto a un cammino libero medio degli elettroni che scorrono nel canale di propagazione degli elettroni, che è leggermente più grande del, uguale al, o leggermente minore del cammino libero medio.
Una o più forme di attuazione possono essere relative a un componente a stato solido comprendente un dispositivo secondo una o più forme di attuazione. Il componente può comprendere:
- una struttura a stato solido (per es., 100, 102, 104) che fornisce il canale di propagazione delle particelle che ha l’almeno una porzione di afflusso delle particelle, l’almeno una porzione di efflusso delle particelle e la porzione di deflessione del flusso di particelle,
- l’almeno un deflettore di particelle disposto nella porzione di deflessione del flusso di particelle, e
- la sorgente di particelle (S) così come il pozzo di particelle.
In una o più forme di attuazione, la struttura a stato solido può comprendere un’eterostruttura a semiconduttore, opzionalmente un’eterostruttura sottoposta a etching.
In una o più forme di attuazione, il componente elettronico può comprendere un materiale isolante tra il canale di propagazione delle particelle e l’almeno un gate che applica una deflessione.
In una o più forme di attuazione, il componente elettronico può comprendere almeno un diodo formato tra il canale di propagazione delle particelle e un materiale circostante, il canale di propagazione delle particelle isolato dal materiale circostante da una regione drogata che è un risultato dell’almeno un diodo.
Fermi restando i principi di fondo, i dettagli e le forme di attuazione possono variare, anche in modo apprezzabile, rispetto a quanto è stato descritto, puramente a titolo di esempio, senza uscire dall’ambito di protezione.
L’ambito di protezione è definito dalle rivendicazioni annesse.
Claims (13)
- RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo, comprendente: - un canale di propagazione di particelle (10) che facilita un trasporto balistico di particelle da almeno una porzione di afflusso delle particelle ad almeno una porzione di efflusso delle particelle, il canale di propagazione delle particelle (10) comprendendo una porzione di deflessione di flusso delle particelle (12) tra l’almeno una porzione di afflusso e l’almeno una porzione di efflusso, - almeno un deflettore di particelle (G, G1, G2) disposto in corrispondenza della porzione di deflessione del flusso di particelle (12), l’almeno un deflettore di particelle (G, G1, G2) attivabile per deflettere particelle che si propagano nella porzione di deflessione del flusso (12), l’almeno un deflettore di particelle (G, G1, G2) ammettendo almeno uno stato nel quale il flusso di particelle attraverso il dispositivo mancano il raggiungimento la porzione di efflusso delle particelle, e - una sorgente di particelle (S) in corrispondenza dell’almeno una porzione di afflusso delle particelle del canale di propagazione delle particelle (10), e un pozzo di particelle (D) nell’almeno una porzione di efflusso delle particelle del canale di propagazione delle particelle (10), in cui la sorgente di particelle (S) e il pozzo di particelle (D) forniscono almeno un cammino di corrente di particelle attraverso il dispositivo.
- 2. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui il canale di propagazione delle particelle (10) ha una traiettoria rettilinea in corrispondenza della porzione di deflessione del flusso di particelle (12), in cui l’almeno un deflettore di particelle (G, G1, G2) è disposto in corrispondenza della porzione di deflessione del flusso di particelle (12) per deflettere particelle in allontanamento da detta almeno una porzione di efflusso delle particelle in detto almeno uno stato del deflettore di particelle (G, G1, G2).
- 3. Dispositivo secondo la rivendicazione 1 o la rivendicazione 2, in cui il canale di propagazione delle particelle (10) comprende almeno una sporgenza (120) in corrispondenza della porzione di deflessione del flusso di particelle (12), in cui con l’almeno un deflettore di particelle (G, G1, G2) in detto almeno uno stato il flusso di particelle attraverso il dispositivo è raccolto in corrispondenza dell’almeno una sporgenza (120) e manca il raggiungimento l’almeno una porzione di efflusso.
- 4. Dispositivo secondo la rivendicazione 3, comprendente: - una prima sporgenza (120) e una seconda sporgenza (122) nel canale di propagazione delle particelle (10) in corrispondenza di lati opposti della porzione di deflessione del flusso di particelle (12), - un primo deflettore di particelle (G1) e un secondo deflettore di particelle (G2) rispettivamente in corrispondenza della prima sporgenza (120) e in corrispondenza della seconda sporgenza (122), in cui detto primo deflettore di particelle (G1) e detto secondo deflettore di particelle (G2) ammettono detto almeno uno stato e almeno uno stato ulteriore, per cui: - come risultato del fatto che uno tra il primo (G1) rispettivamente il secondo (G2) deflettore di particelle è in detto almeno uno stato, il flusso di particelle attraverso il dispositivo è raccolto in corrispondenza della prima (120) rispettivamente seconda (122) sporgenza e manca il raggiungimento la porzione di efflusso delle particelle, - come risultato del fatto che sia il primo (G1) sia il secondo (G2) deflettore di particelle sono in detto almeno uno stato ulteriore, il flusso di particelle attraverso il dispositivo raggiunge la porzione di efflusso delle particelle, il flusso di particelle essendo preferibilmente accelerato.
- 5. Dispositivo secondo la rivendicazione 1, in cui il canale di propagazione delle particelle (10) ha una traiettoria curva in corrispondenza della porzione di deflessione del flusso di particelle (12), in cui l’almeno un deflettore di particelle (G, G1, G2) è disposto in corrispondenza della porzione di deflessione del flusso di particelle (12) e ammette detto almeno uno stato e almeno uno stato ulteriore, in cui, in detto almeno uno stato ulteriore, l’almeno un deflettore di particelle (G, G1, G2) deflette particelle verso detta almeno una porzione di efflusso delle particelle.
- 6. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui: - il canale di propagazione delle particelle (10) comprende un canale di propagazione degli elettroni (10) che facilita un trasporto balistico di elettroni, - l’almeno un deflettore di particelle (G, G1, G2) comprende almeno un generatore di campo elettrico che genera un campo elettrico di deflessione, - la sorgente di particelle (S) comprende un elettrodo di source, e - il pozzo di particelle (D) comprende un elettrodo di drain.
- 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, in cui l’almeno un generatore di campo elettrico (G, G1, G2) è un elettrodo avente una tensione (VG) applicata a esso, l’elettrodo disposto in corrispondenza di un lato della porzione di deflessione del flusso di particelle (12), preferibilmente lungo l’intera lunghezza di detto lato.
- 8. Dispositivo secondo la rivendicazione 6 o la rivendicazione 7, in cui l’almeno un generatore di campo elettrico (G, G1, G2) è accoppiato al canale di propagazione degli elettroni (10) in modo conduttivo o capacitivo.
- 9. Dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 6 a 8, in cui il canale di propagazione degli elettroni (10) ha una larghezza (w1, w2), lungo il canale di propagazione degli elettroni (10), che è comparabile a un cammino libero medio degli elettroni che scorrono nel canale di propagazione degli elettroni (10).
- 10. Componente a stato solido comprendente un dispositivo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1 a 9, il componente comprendendo: - una struttura a stato solido (100, 102, 104) che fornisce detto canale di propagazione delle particelle (10) avente detta almeno una porzione di afflusso delle particelle, detta almeno una porzione di efflusso delle particelle e detta porzione di deflessione del flusso di particelle (12), - detto almeno un deflettore di particelle (G, G1, G2) disposto in corrispondenza della porzione di deflessione del flusso di particelle (12), e - detta sorgente di particelle (S) e detto pozzo di particelle (D).
- 11. Componente elettronico secondo la rivendicazione 10, in cui la struttura a stato solido comprende un’eterostruttura a semiconduttore, preferibilmente un’eterostruttura sottoposta a etching.
- 12. Componente elettronico secondo la rivendicazione 10 o la rivendicazione 11, comprendente materiale isolante tra il canale di propagazione delle particelle (10) e l’almeno un deflettore di particelle (G, G1, G2).
- 13. Componente elettronico secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 10 a 12, comprendente almeno un diodo formato tra il canale di propagazione delle particelle (10) e un materiale circostante, il canale di propagazione delle particelle (10) isolato dal materiale circostante da una regione drogata di detto almeno un diodo.
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