JP2005019932A - ヘテロ接合およびその製造方法ならびに量子カオス装置およびその製造方法ならびに半導体装置およびその製造方法ならびに量子カオスの制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とを、それらの間で電子の授受が可能な状態で互いに隣接して設けてヘテロ接合を形成する。第1の領域と第2の領域との相対的体積を調整することにより、第1の領域および第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御する。このヘテロ接合を用いて量子カオス装置を構成する。
【選択図】 図1
Description
本発明者は、材料の持つ構造の変化によって、その構造中の電子系における量子カオスの制御が可能であることを理論的に示してきた。例えば、量子ドットの大きさを変化させることにより電子間相互作用の実効的大きさを調整することによる制御(非特許文献1)、フラクタル・アグリゲイト(fractal aggregate)におけるフラクタル次元を制御することによる制御(非特許文献2、3、4)、多重化階層構造における構造制御(非特許文献5)、などが可能なものとして挙げられる。
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この発明が解決しようとする他の課題は、単一の材料を用いても、量子カオス性を広範囲に制御することができるヘテロ接合およびその製造方法ならびに量子カオス装置およびその製造方法ならびに半導体装置およびその製造方法ならびに量子カオスの制御方法を提供することにある。
この発明が解決しようとするさらに他の課題は、良好なヘテロティック相を形成することができるヘテロ接合およびその製造方法ならびに量子カオス装置およびその製造方法ならびに半導体装置およびその製造方法ならびに量子カオスの制御方法を提供することにある。
すなわち、上記課題を解決するために、この発明の第1の発明は、
量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、
第1の領域と第2の領域との間で電子の授受が可能である
ことを特徴とするヘテロ接合である。
ここで、第1の領域と第2の領域との相対的体積を調整することにより、これらの第1の領域および第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御することができる。
量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、第1の領域と第2の領域との間で電子の授受が可能であるヘテロ接合の製造方法であって、
第1の領域および第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御するために第1の領域と第2の領域との相対的体積を調整して製造するようにした
ことを特徴とするものである。
上記のような量子ドット構造を有する場合、その量子ドットの大きさを調整することにより、第1の領域および第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御することができる。
量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、第1の領域と第2の領域との間で電子の授受が可能であり、第1の領域のランダムポテンシャルの強度がアンダーソン転移が生じる臨界値より小さく、第2の領域のランダムポテンシャルの強度が臨界値より大きく、第1の領域が第2の領域により取り囲まれていることにより、第1の領域に電子が閉じ込められている量子ドット構造を有するヘテロ接合の製造方法であって、
第1の領域および第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御するために量子ドットの大きさを調整して製造するようにした
ことを特徴とするものである。
量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、第1の領域と第2の領域との間で電子の授受が可能であるヘテロ接合を有する
ことを特徴とする量子カオス装置である。
ここで、第1の領域と第2の領域との相対的体積を調整することにより、これらの第1の領域および第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御することができる。
量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、第1の領域と第2の領域との間で電子の授受が可能であるヘテロ接合を有する量子カオス装置の製造方法であって、
第1の領域および第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御するために第1の領域と第2の領域との相対的体積を調整して製造するようにした
ことを特徴とするものである。
量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、第1の領域と第2の領域との間で電子の授受が可能であり、第1の領域のランダムポテンシャルの強度がアンダーソン転移が生じる臨界値より小さく、第2の領域のランダムポテンシャルの強度が臨界値より大きく、第1の領域が第2の領域により取り囲まれていることにより、第1の領域に電子が閉じ込められている量子ドット構造を有するヘテロ接合を有する量子カオス装置の製造方法であって、
第1の領域および第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御するために量子ドットの大きさを調整して製造するようにした
ことを特徴とするものである。
量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、第1の領域と第2の領域との間で電子の授受が可能であるヘテロ接合を有する
ことを特徴とする半導体装置である。
量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、第1の領域と第2の領域との間で電子の授受が可能であるヘテロ接合を有する半導体装置の製造方法であって、
第1の領域および第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御するために第1の領域と第2の領域との相対的体積を調整して製造するようにした
ことを特徴とするものである。
量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、第1の領域と第2の領域との間で電子の授受が可能であり、第1の領域のランダムポテンシャルの強度がアンダーソン転移が生じる臨界値より小さく、第2の領域のランダムポテンシャルの強度が臨界値より大きく、第1の領域が第2の領域により取り囲まれていることにより、第1の領域に電子が閉じ込められている半導体量子ドット構造を有するヘテロ接合を有する半導体装置の製造方法であって、
第1の領域および第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御するために半導体量子ドットの大きさを調整して製造するようにした
ことを特徴とするものである。
量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、第1の領域と第2の領域との間で電子の授受が可能であるヘテロ接合を用い、
第1の領域と第2の領域との相対的体積を調整することにより、第1の領域および第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御するようにした
ことを特徴とする量子カオスの制御方法である。
量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、第1の領域と第2の領域との間で電子の授受が可能であり、第1の領域のランダムポテンシャルの強度がアンダーソン転移が生じる臨界値より小さく、第2の領域のランダムポテンシャルの強度が臨界値より大きく、第1の領域が第2の領域により取り囲まれていることにより、第1の領域に電子が閉じ込められている量子ドット構造を有するヘテロ接合を用い、
量子ドットの大きさを調整することにより、第1の領域および第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御するようにした
ことを特徴とする量子カオスの制御方法である。
このヘテロ接合を複数隣接させて並べて超格子化することによって、より高効率な効果の発現が期待できる場合がある。
このヘテロ接合においては、量子カオス発現の観点より、好適には、接合界面に沿う方向の最大寸法を電子のコヒーレンス長以下とする。
量子カオス装置あるいは半導体装置においては、必要に応じて、上記のヘテロ接合に加えて、電気信号の入出力のための電極や配線が設けられるが、光応答などを利用する場合には設けなくてもよい。
第1の実施形態
この第1の実施形態においては、量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する領域との結合系であるヘテロ接合について説明する。
伝導性に着目している範囲で、アンダーソン局在の状態と金属状態との切替えに関しては、Sakakiらによる議論がある(上記非特許文献9、10)。
この第2の実施形態によるヘテロ接合は、量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する領域との結合系であるヘテロ接合であるが、この場合、ランダムポテンシャルを導入するための不純物として特に磁性不純物を用いる。
上記以外のことは、第1の実施形態と同様である。
この第3の実施形態によるヘテロ接合は、量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する領域との結合系であるヘテロ接合であるが、この場合、各領域におけるランダムポテンシャルの強度を良好なヘテロティック電子相が形成されるように最適化する。
図20に、この第3の実施形態によるヘテロ接合を用いた量子カオス装置の具体的な構造例を示す。この量子カオス装置においては、ヘテロ接合の両領域間のトランスファーが両領域内のトランスファーより小さく、好適には充分に小さく(例えば、2/3以下程度)なるようにする。
図21に、この量子カオス装置のヘテロ界面に垂直な方向のエネルギーバンド図を示す。図21において、Ec は伝導帯の下端のエネルギー、Ev は価電子帯の上端のエネルギーを示す。
上記以外のことは、第1の実施形態と同様である。
この第4の実施形態によるヘテロ接合は、量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する領域との結合系であるヘテロ接合であるが、この場合、このヘテロ接合による局在/非局在ヘテロティック相により電子を空間的に閉じ込め、この効果を用いて量子ドットを実現する。
まず、内部のランダムポテンシャルV1 が、外部のランダムポテンシャルV2 より小さいヘテロティック系を考える。つまり、
この第5の実施形態によるヘテロ接合は、量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する領域との結合系であるヘテロ接合であるが、この場合、この局在/非局在ヘテロティック相により電子を空間的に閉じ込め、この効果を用いて量子細線を実現する。
この第6の実施形態においては、量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する領域との結合系であるヘテロ接合の局在/非局在ヘテロティック相により電子を空間的に閉じ込める量子ドットにおいて、その大きさを制御することによって量子カオス性を制御することができることを示す。
(ω,η)は
量子ドットの半径に対応するRを変化させて量子準位統計量を計算する。まず、ランダム磁場のないB=0の場合について、図32にP(s)を、図33にΔ3 統計量を示す。Rとしては10,20,…,60を採用してある。図32および図33から分かるように、Rが小さい場合、大きな領域において局在状態が発生し、その領域の寄与によって可積分的な成分が相空間の中で大きな領域を占めているため、量子準位統計量はPoisson 分布のものでよく記述される。Rの増加に伴い、量子ドット内の波動的量子状態が重要な部分を占めるようになって、量子準位統計量は量子カオスの発生を意味するGOE分布へと遷移しておく。R=50程度では、極めてよくGOE分布により記述されていることが分かった。
例えば、上述の実施形態において挙げた数値、構造、形状、材料などはあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれらと異なる数値、構造、形状、材料などを用いてもよい。
Claims (31)
- 量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、
上記第1の領域と上記第2の領域との間で電子の授受が可能である
ことを特徴とするヘテロ接合。 - 上記第1の領域と上記第2の領域との相対的体積を調整することにより、上記第1の領域および上記第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御することを特徴とする請求項1記載のヘテロ接合。
- 上記第1の領域が金属状態にあり、上記第2の領域がランダムな媒体を有することを特徴とする請求項1記載のヘテロ接合。
- 上記第1の領域が金属状態にあり、上記第2の領域にランダムな磁場が存在することを特徴とする請求項1記載のヘテロ接合。
- 上記第2の領域に磁性不純物が添加されていることを特徴とする請求項4記載のヘテロ接合。
- 接合界面に沿う方向の最大寸法が電子のコヒーレンス長以下であることを特徴とする請求項1記載のヘテロ接合。
- 上記第1の領域および上記第2の領域が層状の形状を有することを特徴とする請求項1記載のヘテロ接合。
- 上記第1の領域のランダムポテンシャルの強度がアンダーソン転移が生じる臨界値より小さく、上記第2の領域のランダムポテンシャルの強度が上記臨界値より大きいことを特徴とする請求項1記載のヘテロ接合。
- 上記ランダムポテンシャルの強度の臨界値は隣接原子間のトランスファーを基準にして16.5であることを特徴とする請求項8記載のヘテロ接合。
- 上記第1の領域のランダムポテンシャルの強度が隣接原子間のトランスファーを基準にして10以下であり、上記第2の領域のランダムポテンシャルの強度が隣接原子間のトランスファーを基準にして20以上であることを特徴とする請求項8記載のヘテロ接合。
- 上記第1の領域が上記第2の領域により取り囲まれていることを特徴とする請求項1記載のヘテロ接合。
- 上記第1の領域のランダムポテンシャルの強度がアンダーソン転移が生じる臨界値より小さく、上記第2の領域のランダムポテンシャルの強度が上記臨界値より大きく、上記第1の領域が上記第2の領域により取り囲まれていることにより、上記第1の領域に電子が閉じ込められている量子ドット構造を有することを特徴とする請求項1記載のヘテロ接合。
- 上記第2の領域が上記第1の領域により取り囲まれていることを特徴とする請求項1記載のヘテロ接合。
- 上記第1の領域のランダムポテンシャルの強度がアンダーソン転移が生じる臨界値より小さく、上記第2の領域のランダムポテンシャルの強度が上記臨界値より大きく、上記第2の領域が上記第1の領域により取り囲まれていることにより、上記第1の領域から電子が排除されて運動するアンチドット構造を有することを特徴とする請求項1記載のヘテロ接合。
- 上記第1の領域が細線状に構成され、この細線状の上記第1の領域が上記第2の領域により取り囲まれていることを特徴とする請求項1記載のヘテロ接合。
- 上記第1の領域のランダムポテンシャルの強度がアンダーソン転移が生じる臨界値より小さく、上記第2の領域のランダムポテンシャルの強度が上記臨界値より大きく、上記第1の領域が細線状に構成され、この細線状の上記第1の領域が上記第2の領域により取り囲まれていることにより、上記第1の領域に電子が閉じ込められている量子細線構造を有することを特徴とする請求項1記載のヘテロ接合。
- 上記第1の領域のランダムポテンシャルの強度がアンダーソン転移が生じる臨界値より小さく、上記第2の領域のランダムポテンシャルの強度が上記臨界値より大きく、上記第1の領域が上記第2の領域により取り囲まれていることにより、上記第1の領域に電子が閉じ込められている量子ドット構造を有し、その量子ドットの大きさを調整することにより、上記第1の領域および上記第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御することを特徴とする請求項1記載のヘテロ接合。
- 量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、上記第1の領域と上記第2の領域との間で電子の授受が可能であるヘテロ接合の製造方法であって、
上記第1の領域および上記第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御するために上記第1の領域と上記第2の領域との相対的体積を調整して製造するようにした
ことを特徴とするヘテロ接合の製造方法。 - 量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、上記第1の領域と上記第2の領域との間で電子の授受が可能であり、上記第1の領域のランダムポテンシャルの強度がアンダーソン転移が生じる臨界値より小さく、上記第2の領域のランダムポテンシャルの強度が上記臨界値より大きく、上記第1の領域が上記第2の領域により取り囲まれていることにより、上記第1の領域に電子が閉じ込められている量子ドット構造を有するヘテロ接合の製造方法であって、
上記第1の領域および上記第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御するために上記量子ドットの大きさを調整して製造するようにした
ことを特徴とするヘテロ接合の製造方法。 - 量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、上記第1の領域と上記第2の領域との間で電子の授受が可能であるヘテロ接合を有する
ことを特徴とする量子カオス装置。 - 量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、上記第1の領域と上記第2の領域との間で電子の授受が可能であるヘテロ接合を有する量子カオス装置の製造方法であって、
上記第1の領域および上記第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御するために上記第1の領域と上記第2の領域との相対的体積を調整して製造するようにした
ことを特徴とする量子カオス装置の製造方法。 - 量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、上記第1の領域と上記第2の領域との間で電子の授受が可能であり、上記第1の領域のランダムポテンシャルの強度がアンダーソン転移が生じる臨界値より小さく、上記第2の領域のランダムポテンシャルの強度が上記臨界値より大きく、上記第1の領域が上記第2の領域により取り囲まれていることにより、上記第1の領域に電子が閉じ込められている量子ドット構造を有するヘテロ接合を有する量子カオス装置の製造方法であって、
上記第1の領域および上記第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御するために上記量子ドットの大きさを調整して製造するようにした
ことを特徴とする量子カオス装置の製造方法。 - 量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、上記第1の領域と上記第2の領域との間で電子の授受が可能であるヘテロ接合を有する
ことを特徴とする半導体装置。 - 上記第1の領域のランダムポテンシャルの強度がアンダーソン転移が生じる臨界値より小さく、上記第2の領域のランダムポテンシャルの強度が上記臨界値より大きく、上記第1の領域が上記第2の領域により取り囲まれていることにより、上記第1の領域に電子が閉じ込められている半導体量子ドット構造を有することを特徴とする請求項23記載の半導体装置。
- 上記第1の領域のランダムポテンシャルの強度がアンダーソン転移が生じる臨界値より小さく、上記第2の領域のランダムポテンシャルの強度が上記臨界値より大きく、上記第2の領域が上記第1の領域により取り囲まれていることにより、上記第1の領域から電子が排除されて運動する半導体アンチドット構造を有することを特徴とする請求項23記載の半導体装置。
- 上記第1の領域のランダムポテンシャルの強度がアンダーソン転移が生じる臨界値より小さく、上記第2の領域のランダムポテンシャルの強度が上記臨界値より大きく、上記第1の領域が細線状に構成され、この細線状の上記第1の領域が上記第2の領域により取り囲まれていることにより、上記第1の領域に電子が閉じ込められている半導体量子細線構造を有することを特徴とする請求項23記載の半導体装置。
- 上記第1の領域のランダムポテンシャルの強度がアンダーソン転移が生じる臨界値より小さく、上記第2の領域のランダムポテンシャルの強度が上記臨界値より大きく、上記第1の領域が上記第2の領域により取り囲まれていることにより、上記第1の領域に電子が閉じ込められている半導体量子ドット構造を有し、その半導体量子ドットの大きさを調整することにより、上記第1の領域および上記第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御することを特徴とする請求項23記載の半導体装置。
- 量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、上記第1の領域と上記第2の領域との間で電子の授受が可能であるヘテロ接合を有する半導体装置の製造方法であって、
上記第1の領域および上記第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御するために上記第1の領域と上記第2の領域との相対的体積を調整して製造するようにした
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、上記第1の領域と上記第2の領域との間で電子の授受が可能であり、上記第1の領域のランダムポテンシャルの強度がアンダーソン転移が生じる臨界値より小さく、上記第2の領域のランダムポテンシャルの強度が上記臨界値より大きく、上記第1の領域が上記第2の領域により取り囲まれていることにより、上記第1の領域に電子が閉じ込められている半導体量子ドット構造を有するヘテロ接合を有する半導体装置の製造方法であって、
上記第1の領域および上記第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御するために上記半導体量子ドットの大きさを調整して製造するようにした
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、上記第1の領域と上記第2の領域との間で電子の授受が可能であるヘテロ接合を用い、
上記第1の領域と上記第2の領域との相対的体積を調整することにより、上記第1の領域および上記第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御するようにした
ことを特徴とする量子カオスの制御方法。 - 量子カオスによって特徴付けられる電子系を有する第1の領域と、可積分性によって特徴付けられる電子系を有する第2の領域とが互いに隣接して設けられ、上記第1の領域と上記第2の領域との間で電子の授受が可能であり、上記第1の領域のランダムポテンシャルの強度がアンダーソン転移が生じる臨界値より小さく、上記第2の領域のランダムポテンシャルの強度が上記臨界値より大きく、上記第1の領域が上記第2の領域により取り囲まれていることにより、上記第1の領域に電子が閉じ込められている量子ドット構造を有するヘテロ接合を用い、
上記量子ドットの大きさを調整することにより、上記第1の領域および上記第2の領域からなる系における電子系の量子カオス性を制御するようにした
ことを特徴とする量子カオスの制御方法。
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JP2003321465A Pending JP2005019932A (ja) | 2003-02-20 | 2003-09-12 | ヘテロ接合およびその製造方法ならびに量子カオス装置およびその製造方法ならびに半導体装置およびその製造方法ならびに量子カオスの制御方法 |
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JP (1) | JP2005019932A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113437021A (zh) * | 2021-07-28 | 2021-09-24 | 广东省科学院半导体研究所 | 薄膜材料的新型异质结的制备方法及其制得的薄膜 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JPH09148462A (ja) * | 1995-09-21 | 1997-06-06 | Toshiba Corp | 電子デバイス |
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-
2003
- 2003-09-12 JP JP2003321465A patent/JP2005019932A/ja active Pending
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