JP2011096779A - Transistor, and electronic circuit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トランジスタおよび電子回路に関し、特に、共鳴トンネル構造を有するトランジスタおよび電子回路に関する。 The present invention relates to a transistor and an electronic circuit, and more particularly to a transistor and an electronic circuit having a resonant tunnel structure.
電子のスピン自由度を用いたスピン機能素子は、次世代の省電力デバイスとして注目されている。共鳴トンネル構造をエミッタに用いたトランジスタが知られている(例えば、特許文献1、非特許文献1)。また、共鳴トンネル構造を有するトランジスタを用いた論理回路が知られている(例えば、特許文献2)。さらに、強磁性体を井戸層とする共鳴トンネル構造が知られている(例えば、特許文献3、非特許文献2)。一方、スピン機能を用いたトランジスタが知られている(例えば、特許文献4、5、非特許文献3)。 Spin functional elements using the spin degree of electrons are attracting attention as next-generation power-saving devices. A transistor using a resonant tunnel structure as an emitter is known (for example, Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). A logic circuit using a transistor having a resonant tunnel structure is known (for example, Patent Document 2). Furthermore, a resonant tunnel structure using a ferromagnetic material as a well layer is known (for example, Patent Document 3 and Non-Patent Document 2). On the other hand, transistors using a spin function are known (for example, Patent Documents 4 and 5 and Non-Patent Document 3).
例えば、特許文献2では、1つのトランジスタと複数の抵抗を用い、XOR(Exclusive-NOR)論理機能を有する回路を実現している。しかしながら、1つのトランジスタで論理機能を実現し、かつ論理機能の切り替えが可能なトランジスタは実現されていない。また、1つのトランジスタで、メモリ機能と、増幅機能またはスイッチング機能と、を兼ね備えた新しいトランジスタが求められている。 For example, in Patent Document 2, a circuit having an XOR (Exclusive-NOR) logic function is realized by using one transistor and a plurality of resistors. However, a transistor capable of realizing a logical function with one transistor and switching the logical function has not been realized. Further, there is a demand for a new transistor having a memory function and an amplifying function or a switching function with one transistor.
本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、1つのトランジスタで論理機能の実現しかつ論理機能の切り替えが可能、または、1つのトランジスタで、メモリ機能と、増幅機能またはスイッチング機能と、を兼ね備えることが可能なトランジスタおよび電子回路を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above problems, and can realize a logic function and switch a logic function with one transistor, or can perform a memory function and an amplification function or a switching function with one transistor. It is an object to provide a transistor and an electronic circuit that can be combined.
本発明は、強磁性体を含む井戸層と、前記井戸層を挟みキャリアに対し障壁となる一対の障壁層と、を含み、前記井戸層に低い準位と高い準位とにスピン分離した共鳴準位が形成される共鳴トンネル層と、前記共鳴トンネル層にスピン偏極したキャリアを注入するエミッタ層と、前記共鳴トンネル層の前記エミッタと反対側に設けられ、前記エミッタ層と前記井戸層との間に電位差を生じさせるための電圧が印加されるベース層と、前記ベース層の前記共鳴トンネル層と反対側に設けられ、共鳴トンネル層を通過したキャリアを受けるコレクタ層と、を具備するトランジスタである。本発明によれば、1つのトランジスタで、メモリ機能と、増幅機能またはスイッチング機能と、を兼ね備えることが可能なトランジスタを提供できる。 The present invention includes a well layer including a ferromagnet and a pair of barrier layers sandwiching the well layer and serving as a barrier against carriers, and the well layer spin-separated into a low level and a high level A resonant tunnel layer in which a level is formed; an emitter layer for injecting spin-polarized carriers into the resonant tunnel layer; and an emitter layer and the well layer provided on a side opposite to the emitter of the resonant tunnel layer, A base layer to which a voltage for generating a potential difference is applied, and a collector layer that is provided on the opposite side of the base layer from the resonant tunneling layer and receives carriers that have passed through the resonant tunneling layer. It is. According to the present invention, it is possible to provide a transistor that can have both a memory function and an amplification function or a switching function with a single transistor.
上記構成において、前記共鳴トンネル層に注入されたキャリアのスピン方向と、前記井戸層の磁化方向が平行な場合、前記共鳴トンネル層に注入されたキャリアに対しては前記低い準位が対応し、前記共鳴トンネル層に注入されたキャリアのスピン方向と、前記井戸層の磁化方向が反平行な場合、前記共鳴トンネル層に注入されたキャリアに対しては前記高い準位が対応する構成とすることができる。 In the above configuration, when the spin direction of the carriers injected into the resonant tunnel layer and the magnetization direction of the well layer are parallel, the low level corresponds to the carriers injected into the resonant tunnel layer, When the spin direction of the carriers injected into the resonant tunnel layer and the magnetization direction of the well layer are antiparallel, the high level corresponds to the carriers injected into the resonant tunnel layer. Can do.
上記構成において、前記ベース層と前記コレクタ層との間に、前記ベース層および前記コレクタ層よりバンドギャップの大きいコレクタ障壁層を具備する構成とすることができる。 In the above structure, a collector barrier layer having a larger band gap than the base layer and the collector layer may be provided between the base layer and the collector layer.
本発明は、上記トランジスタと、前記ベース層に接続され、それぞれ第1および第2信号が入力する第1および第2入力端子と、を具備し、前記共鳴トンネル層に注入されたキャリアのスピン方向と、前記井戸層の磁化方向が平行な場合、かつ前記第1および第2信号の一方がハイレベルであり、他方がローレベルの場合、前記共鳴トンネル層に注入されたキャリアは前記低い準位を介し前記コレクタ層に通過し、前記共鳴トンネル層に注入されたキャリアのスピン方向と、前記井戸層の磁化方向が反平行な場合、かつ前記第1および第2信号の両方がハイレベルの場合、前記共鳴トンネル層に注入されたキャリアは前記高い準位を介し前記コレクタ層に通過する電子回路である。本発明によれば、1つのトランジスタで論理機能の実現しかつ論理機能の切り替えが可能な電子回路を提供することができる。 The present invention comprises the transistor, and first and second input terminals connected to the base layer and receiving first and second signals, respectively, and the spin direction of carriers injected into the resonant tunneling layer And when the magnetization direction of the well layer is parallel, and one of the first and second signals is at a high level and the other is at a low level, the carriers injected into the resonant tunnel layer are at the low level. When the spin direction of the carriers that have passed through the collector layer and injected into the resonant tunnel layer and the magnetization direction of the well layer are antiparallel, and both the first and second signals are at a high level The carriers injected into the resonant tunnel layer are an electronic circuit that passes through the high level to the collector layer. According to the present invention, it is possible to provide an electronic circuit capable of realizing a logical function and switching the logical function with one transistor.
上記構成において、前記共鳴トンネル層に注入されたキャリアのスピン方向と、前記井戸層の磁化方向が平行な場合、かつ前記第1および第2信号の両方がハイレベルの場合、前記共鳴トンネル層に注入されたキャリアは前記共鳴トンネル層を通過せず、前記共鳴トンネル層に注入されたキャリアのスピン方向と、前記井戸層の磁化方向が反平行な場合、かつ前記第1および第2信号の一方がハイレベルであり、他方がローレベルの場合、前記共鳴トンネル層に注入されたキャリアは前記共鳴トンネル層を通過しない構成とすることができる。 In the above configuration, when the spin direction of the carriers injected into the resonant tunnel layer and the magnetization direction of the well layer are parallel, and when both the first and second signals are at a high level, the resonant tunnel layer The injected carriers do not pass through the resonant tunnel layer, and the spin direction of the carriers injected into the resonant tunnel layer and the magnetization direction of the well layer are antiparallel, and one of the first and second signals Is high level and the other is low level, the carrier injected into the resonant tunnel layer may not pass through the resonant tunnel layer.
上記構成において、前記低い準位と前記井戸層の伝導帯の底とのエネルギー差と、前記高い準位と前記低い準位とのエネルギー差と、は等しい構成とするとこができる。 In the above configuration, the energy difference between the low level and the bottom of the conduction band of the well layer may be equal to the energy difference between the high level and the low level.
上記構成において、前記コレクタ層に電圧を供給する第1電源と、前記エミッタ層に電圧を供給する第2電源と、前記コレクタ層と前記第1電源との間、または前記エミッタ層と前記第2電源との間に接続された負荷と、前記負荷と前記トランジスタとの間のノードに接続された出力端子と、を具備する構成とすることができる。 In the above configuration, a first power source that supplies a voltage to the collector layer, a second power source that supplies a voltage to the emitter layer, and between the collector layer and the first power source, or between the emitter layer and the second power source. A load connected between the power supply and an output terminal connected to a node between the load and the transistor may be provided.
本発明は、上記トランジスタを含み、前記共鳴トンネル層に注入されたキャリアのスピン方向と、前記井戸層の磁化方向と、の相対的な磁化方向により、論理回路の機能を再構築する電子回路である。本発明によれば、1つのトランジスタで論理機能の実現しかつ論理機能の切り替えが可能な電子回路を提供することができる。 The present invention provides an electronic circuit that includes the above-described transistor and reconstructs the function of a logic circuit based on a relative magnetization direction of a spin direction of carriers injected into the resonant tunnel layer and a magnetization direction of the well layer. is there. According to the present invention, it is possible to provide an electronic circuit capable of realizing a logical function and switching the logical function with one transistor.
本発明によれば、1つのトランジスタで論理機能の実現しかつ論理機能の切り替えが可能、または、1つのトランジスタで、メモリ機能と、増幅機能またはスイッチング機能と、を兼ね備えることが可能なトランジスタおよび電子回路を提供することができる。 According to the present invention, a transistor and an electronic device capable of realizing a logic function and switching the logic function with one transistor, or having both a memory function and an amplifying function or a switching function with one transistor. A circuit can be provided.
以下、図面を参照に本発明の実施例を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、実施例1に係るトランジスタの断面図である。図1のように、基板10上にコレクタ層12、コレクタ障壁層14、ベース層16、共鳴トンネル層25およびエミッタ層24が積層されている。コレクタ層12にはコレクタ電極26が電気的に接続されている。ベース層16にはベース電極28が電気的に接続されている。エミッタ層24にはエミッタ電極30が電気的に接続されている。共鳴トンネル層25は、強磁性体を含む井戸層20と、井戸層20を挟みキャリアに対し障壁となる一対の障壁層18および22と、を含んでいる。基板10は、例えばGaAs等の半導体基板である、コレクタ層12は例えばn型GaAs層である。コレクタ障壁層14は例えばアンドープのAlGaAs層である。ベース層16は例えばn型GaAs層である。井戸層20は、強磁性体を含み、例えば、Co2MnSi、FePt等のホイスラー合金である。障壁層18および22は、例えばMgOまたはAl2O3等の絶縁膜である。エミッタ層24は、強磁性体を含み、例えば、井戸層20と同様のホイスラー合金である。
1 is a cross-sectional view of a transistor according to Example 1. FIG. As shown in FIG. 1, the
図2は、実施例1に係るトランジスタンのエネルギーバンド図である。Ecは伝導帯の底を、Evは価電子帯のトップを、EFはフェルミレベルをそれぞれ示している。なお、以下伝導帯の底Ecのことを、単に伝導帯Ecともいう。エミッタ層24および井戸層20のエネルギバンドギャップ内に示した矢印は、それぞれエミッタ層24および井戸層20の磁化方向を模式的に示している。障壁層18および22は、エミッタ層24から注入されるキャリア(この場合電子)に対し障壁となる。一対の障壁層18および22の間の井戸層20には共鳴トンネル準位50および52が形成される。共鳴トンネル準位は、低い準位50と高い準位52とにスピン分離している。スピン分離したエネルギーと、低い準位50の井戸層20の伝導帯の底Ecからのエネルギーは同じE1の場合を図示している。井戸層20の磁化方向に平行な方向にスピン偏極した電子は低い準位50となり、井戸層20の磁化方向と反対方向(これを反平行という)にスピン偏極した電子は高い準位52となる。
FIG. 2 is an energy band diagram of the transistor according to the first embodiment. Ec is the bottom of the conduction band, Ev is the top of the valence band, E F denotes a Fermi level. Hereinafter, the bottom Ec of the conduction band is also simply referred to as the conduction band Ec. The arrows shown in the energy band gaps of the
エミッタ層24は、磁化方向に偏極したキャリアを共鳴トンネル層25に注入する。ベース層16は、共鳴トンネル層25のエミッタ層24と反対側に設けられ、エミッタ層24と井戸層20との間に電位差を生じさせるための電圧が印加される。コレクタ層12は、ベース層16の共鳴トンネル層25と反対側に設けられ、共鳴トンネル層25を通過したキャリアを受ける。コレクタ障壁層14は、ベース層16とコレクタ層12との間に設けられ、共鳴トンネル層25等で緩和したキャリアがコレクタ層12に至るのを阻止する。
The
共鳴トンネル層25の井戸層20は、スピン分離した共鳴準位が形成されるような強磁性体を含めばよい。障壁層18および22は、注入されるキャリアに対し障壁として機能すればよい。障壁層18および22の障壁の高さおよび厚さ、井戸層20の厚さは、井戸層20内に共鳴準位が生じるような厚さであればよい。例えば、障壁層18および22の厚さは、0.5〜2.0nm程度であり、井戸層20の厚さは0.5〜2.0nm程度である。
The
コレクタ層12、コレクタ障壁層14およびベース層16は、半導体であることが好ましい。コレクタ層12とベース層16とは同じ導電型であることが好ましい。エミッタ層24が共鳴トンネル層25に注入するキャリアが電子の場合は、コレクタ層12とベース層16とはn型、ホールの場合はp型であることがこのましい。コレクタ障壁層14は障壁として機能するため、コレクタ層12とベース層16とはドープ濃度が低いことが好ましく、エミッタ層24が注入するキャリアに対し障壁として機能することが好ましい。コレクタ層12、コレクタ障壁層14およびベース層16としては、III-V族化合物半導体、II-IV族化合物半導体を用いることができる。例えば、GaAs、AlAs、InAs、GaP、AlP、InP、GaN、AlN、InN等の化合物半導体またはこれらの混晶を用いることができる。
The
次に、実施例1に係るトランジスタの動作について説明する。図3(a)から図3(c)は、平行磁化の場合の実施例1に係るトランジスタの伝導帯Ecを示した図である。図3(a)から図3(c)では、エミッタ層24と井戸層20との磁化方向が平行である。つまり、共鳴トンネル層25に注入されるキャリアのスピン方向と、井戸層の磁化方向が平行である。この場合、共鳴トンネル層25に注入されたキャリアに対しては低い準位50が対応する。図2と同様に、井戸層20では、伝導帯Ecと低い準位50とのエネルギー差E1とスピン分離のエネルギーE1とが同じである場合を図示している。
Next, the operation of the transistor according to the first embodiment will be described. FIGS. 3A to 3C are diagrams showing the conduction band Ec of the transistor according to Example 1 in the case of parallel magnetization. In FIG. 3A to FIG. 3C, the magnetization directions of the
図3(a)から図3(c)においては、コレクタ−エミッタ電圧VCEが印加されている。図3(a)において、ベース−エミッタ電圧VBEが0Vの場合、電子は、障壁層18および22により、共鳴トンネル層25を通過することができない。
3A to 3C, the collector-emitter voltage VCE is applied. In FIG. 3A, when the base-emitter voltage V BE is 0 V, electrons cannot pass through the
図3(b)において、ベース−エミッタ電圧VBEが2E1/q(qは電子の素電荷量)の場合、共鳴準位のうち低い準位50がエミッタ層24の伝導帯Ecとほぼ一致する。この場合、エミッタ層24から注入された電子のスピン方向は低い準位50のスピン方向を一致する。このため電子は、共鳴トンネル層25を通過し、コレクタ−エミッタ電流ICEとしてコレクタ層12に流れる。なお、電流の向きは、電子の流れの反対方向であるが、図3(b)では、電子の流れの方向でICEを示している。
In FIG. 3B, when the base-emitter voltage V BE is 2E 1 / q (q is the amount of elementary charge of electrons), the
図3(c)において、ベース−エミッタ電圧VBEが2E1/qより大きい場合、エミッタ層24の伝導帯Ecは低い準位50より高くなる。よって、エミッタ層24からコレクタ層12には電子は流れない。エミッタ層24の伝導帯Ecが高い準位52とほぼ一致した場合、エミッタ層24から注入された電子のスピン方向は高い準位52のスピン方向と異なるため、電子は共鳴トンネル層25を通過することはできない。
In FIG. 3C, when the base-emitter voltage V BE is larger than 2E 1 / q, the conduction band Ec of the
以上のように、共鳴トンネル層25に注入されるキャリアのスピン方向と、井戸層の磁化方向が平行である場合、エミッタ層24の伝導帯Ecが低い準位50とほぼ一致した場合のみコレクタ−エミッタ電流ICEが流れる。
As described above, when the spin direction of the carriers injected into the
次に、エミッタ層24と井戸層20との磁化方向が反平行である場合、つまり、共鳴トンネル層25に注入されるキャリアのスピン方向と、井戸層20の磁化方向が反平行の場合について説明する。図4(a)から図4(c)は、反平行磁化の場合の実施例1に係るトランジスタの伝導帯Ecを示した図である。この場合、共鳴トンネル層25に注入されたキャリアに対しては高い準位52が対応する。
Next, a case where the magnetization directions of the
図4(a)において、ベース−エミッタ電圧VBEが0Vの場合、図3(a)と同様に、電子は、共鳴トンネル層25を通過することができない。図4(b)において、ベース−エミッタ電圧VBEが2E1/qの場合、エミッタ層24から注入された電子のスピン方向は低い準位50のスピン方向と一致しない。このため電子は、共鳴トンネル層25を通過しない。
4A, when the base-emitter voltage V BE is 0 V, electrons cannot pass through the
図4(c)において、ベース−エミッタ電圧VBEが4E1/qの場合、エミッタ層24の伝導帯Ecは高い準位52とほぼ一致する。この場合、エミッタ層24から注入された電子のスピン方向は高い準位52のスピン方向と一致する。このため電子は、共鳴トンネル層25を通過し、コレクタ−エミッタ電流ICEとしてコレクタ層12に流れる。
In FIG. 4C, when the base-emitter voltage V BE is 4E 1 / q, the conduction band Ec of the
以上のように、共鳴トンネル層25に注入されるキャリアのスピン方向と、井戸層20の磁化方向が反平行である場合、エミッタ層24の伝導帯Ecが高い準位52とほぼ一致した場合のみコレクタ−エミッタ電流ICEが流れる。
As described above, when the spin direction of carriers injected into the
実施例1においては、エミッタ層24と井戸層20との磁化方向を平行とした場合、ベース−エミッタ電圧VBEとして、エミッタ層24と低い準位50とがほぼ一致するような電圧を印加するとコレクタ−エミッタ電流ICEが流れる。一方、エミッタ層24と井戸層20との磁化方向を反平行とした場合、同じベース−エミッタ電圧VBEを印加してもコレクタ−エミッタ電流ICEが流れない。エミッタ層24と井戸層20との磁化方向を反平行とした場合、ベース−エミッタ電圧VBEとして、エミッタ層24と高い準位54とがほぼ一致するような電圧を印加するとコレクタ−エミッタ電流ICEが流れる。一方、エミッタ層24と井戸層20との磁化方向を平行とした場合、同じベース−エミッタ電圧VBEを印加してもコレクタ−エミッタ電流ICEが流れない。このように、実施例1のトランジスタでは、エミッタ層24と井戸層20との磁化方向によるメモリ機能を実現できる。さらに、バイポーラトランジスタとしての増幅またはスイッチング機能も実現できる。よって、磁化方向によるメモリ機能とトランジスタ機能を1つのトランジスタで実現できる。
In the first embodiment, when the magnetization directions of the
実施例1では、共鳴トンネル層25がほぼ対称なため、井戸層20の電位はベースの電位の約1/2となる。このため、ベース−エミッタ電圧VBEに2E1/qの電圧を印加することにより、エミッタ層24の伝導帯Ecと低い準位50とがほぼ一致することができる。また、ベース−エミッタ電圧VBEに4E1/qの電圧を印加することにより、エミッタ層24の伝導帯Ecと高い準位52とがほぼ一致することができる。共鳴トンネル層25が非対称な場合は、ベース−エミッタ電圧VBEを、エミッタ層24の伝導帯Ecと低い準位50または高い準位52とがほぼ一致するような電圧とすればよい。
In Example 1, since the
なお、エミッタ層24と井戸層20との磁化方向を変化させる方法としては、エミッタ層24と井戸層20との保持力を異ならせ、磁界を印加する方法、スピン注入により磁化を反転させる方法がある。
As a method for changing the magnetization directions of the
図2から図4(c)では、キャリアとして電子を用いる場合を説明したが、キャリアとしてホールを用いてもよい。また、井戸層20のスピン分離エネルギーと低い準位50と伝導帯Ecとのエネルギー差が同じE1の場合を例に説明したが、異なるエネルギーでもよい。
Although FIG. 2 to FIG. 4C illustrate the case where electrons are used as carriers, holes may be used as carriers. Further, although the case where the energy difference between the spin separation energy of the
実施例2は、実施例1に係るトランジスタを用いた電子回路の例である。図5は、実施例2に係る電子回路の回路図である。図5のように、実施例1に係るトランジスタ40のベースB(つまりベース層16)に、それぞれ抵抗R1およびR2を介し第1および第2入力端子Tin1およびTin2が接続されている。第1電源Vccは、トランジスタ40のコレクタC(つまりコレクタ層12)に電源を供給する。第2電源(グランド)は、トランジスタ40のエミッタE(つまりエミッタ層24)に電源を供給する。トランジスタ40のコレクタCと第1電源Vccとの間に負荷である抵抗R3が接続されている。抵抗R3とコレクタCとの間のノードに出力端子Toutが接続されている。第1および第2入力端子Tin1およびTin2にはそれぞれ第1および第2信号Vin1およびVin2が入力する。出力端子Toutからは出力信号Voutが出力する。
Example 2 is an example of an electronic circuit using the transistor according to Example 1. FIG. FIG. 5 is a circuit diagram of an electronic circuit according to the second embodiment. As shown in FIG. 5, the first and second input terminals Tin1 and Tin2 are connected to the base B (that is, the base layer 16) of the
まず、共鳴トンネル層25に注入されるキャリアのスピン方向と、井戸層20の磁化方向が平行の場合について説明する。表1は、実施例2に係る電子回路の真理表である。In1およびIn2は、第1および第2信号Vin1およびVin2が0V(ローレベル)のとき“0”、2E1/q(ハイレベル)のとき“1”としている。Outは、Voutがハイレベルの場合、Outを“0”、Voutがローレベルの場合、Outを“1”としている。
In1およびIn2が共に“0”の場合、図3(a)のように、コレクタ−エミッタ電流ICEは流れない。よって、Voutはハイレベルとなり、Outは“0”となる。In1およびIn2のいずれか一方が0で他方が“1”の場合、つまり、第1および第2信号Vin1およびVin2の一方がハイレベルであり他方がローレベルの場合、図3(b)のように、ベース層16には2E1/qの電圧が印加される。よって、エミッタ層24から共鳴トンネル層25に注入されたキャリアは低い準位50を介しコレクタ層12に通過する。よって、コレクタ−エミッタ電流ICEが流れ、Voutはローレベルとなり、Outは“1”となる。
When both In1 and In2 are “0”, the collector-emitter current I CE does not flow as shown in FIG. Therefore, Vout becomes a high level and Out becomes “0”. When one of In1 and In2 is 0 and the other is “1”, that is, when one of the first and second signals Vin1 and Vin2 is at a high level and the other is at a low level, as shown in FIG. In addition, a voltage of 2E 1 / q is applied to the
In1およびIn2の両方が共に“1”の場合、つまり第1および第2信号Vin1およびVin2の両方がハイレベルの場合、ベース層16には4E1/qの電圧が印加される。図3(c)のように、エミッタ層24から共鳴トンネル層25に注入されたキャリアは高い準位52を介しては流れず、共鳴トンネル層25を通過しない。よって、コレクタ−エミッタ電流ICEが流れず、Voutはハイレベルとなり、Outは“0”となる。以上のように、実施例2の電子回路はXOR機能を有する。
When both In1 and In2 are “1”, that is, when both the first and second signals Vin1 and Vin2 are at a high level, a voltage of 4E 1 / q is applied to the
次に、共鳴トンネル層25に注入されるキャリアのスピン方向と、井戸層20の磁化方向が反平行の場合について説明する。表2は、実施例2に係る電子回路の真理表である。
In1およびIn2が共に“0”の場合、図4(a)のように、コレクタ−エミッタ電流ICEは流れない。よって、Voutはハイレベルとなり、Outは“0”となる。In1およびIn2のいずれか一方が0で他方が“1”の場合、つまり、第1および第2信号Vin1およびVin2の一方がハイレベルであり他方がローレベルの場合、図4(b)のように、ベース層16には2E1/qの電圧が印加される。よって、エミッタ層24から共鳴トンネル層25に注入されたキャリアは低い準位50を介し流れず、共鳴トンネル層25を通過しない。よって、コレクタ−エミッタ電流ICEが流れず、Voutはハイレベルとなり、Outは“0”となる。
When both In1 and In2 are “0”, the collector-emitter current I CE does not flow as shown in FIG. Therefore, Vout becomes a high level and Out becomes “0”. When one of In1 and In2 is 0 and the other is “1”, that is, when one of the first and second signals Vin1 and Vin2 is at a high level and the other is at a low level, as shown in FIG. In addition, a voltage of 2E 1 / q is applied to the
In1およびIn2の両方が共に“1”の場合、つまり第1および第2信号Vin1およびVin2の両方がハイレベルの場合、ベース層16には4E1/qの電圧が印加される。図4(c)のように、エミッタ層24から共鳴トンネル層25に注入されたキャリアは高い準位52を介してコレクタ層12に通過する。よって、コレクタ−エミッタ電流ICEが流れ、Voutはローレベルとなり、Outは“1”となる。以上のように、実施例2の電子回路はAND機能を有する。
When both In1 and In2 are “1”, that is, when both the first and second signals Vin1 and Vin2 are at a high level, a voltage of 4E 1 / q is applied to the
実施例2では、第1電源VccとコレクタCとの間に抵抗R3が接続されているが、第2電源(グランド)とエミッタEとの間に抵抗R3が接続され、抵抗R3とエミッタEとの間のノードに出力端子Toutを接続してもよい。 In the second embodiment, the resistor R3 is connected between the first power source Vcc and the collector C. However, the resistor R3 is connected between the second power source (ground) and the emitter E, and the resistor R3 and the emitter E are connected. The output terminal Tout may be connected to a node between the two terminals.
実施例2によれば、共鳴トンネル層25に注入されたキャリアのスピン方向と、井戸層20の磁化方向と、の相対的な磁化方向により、論理回路の機能を再構築することができる。実施例1に係るトランジスタを用いれば、実施例2以外の回路方式を用いても相対的な磁化方向により、論理回路の機能を再構築することができる。
According to the second embodiment, the function of the logic circuit can be reconstructed based on the relative magnetization direction of the spin direction of the carriers injected into the
実施例2において、低い準位50と井戸層の伝導帯の底Ecとのエネルギー差E1と、高い準位52と低い準位50とのエネルギー差E1と、は等しいことが好ましい。これにより、Vin1とVin2を同じ電圧とすることができる。
In Example 2, less a
以上、発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described in detail above. However, the present invention is not limited to the specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.
10 基板
12 コレクタ層
14 コレクタ障壁層
16 ベース層
18、22 障壁層
20 井戸層
24 エミッタ層
25 共鳴トンネル層
40 トランジスタ
50 低い準位
52 高い準位
Tin1 第1入力端子
Tin2 第2入力端子
Tout 出力端子
R1〜R3 抵抗
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記共鳴トンネル層にスピン偏極したキャリアを注入するエミッタ層と、
前記共鳴トンネル層の前記エミッタと反対側に設けられ、前記エミッタ層と前記井戸層との間に電位差を生じさせるための電圧が印加されるベース層と、
前記ベース層の前記共鳴トンネル層と反対側に設けられ、共鳴トンネル層を通過したキャリアを受けるコレクタ層と、
を具備するトランジスタ。 A resonance level that is spin-separated into a low level and a high level is formed in the well layer, including a well layer including a ferromagnetic material and a pair of barrier layers that sandwich the well layer and serve as a barrier against carriers. A resonant tunneling layer,
An emitter layer for injecting spin-polarized carriers into the resonant tunneling layer;
A base layer provided on the opposite side of the resonant tunneling layer from the emitter, to which a voltage for generating a potential difference is applied between the emitter layer and the well layer;
A collector layer provided on a side opposite to the resonant tunnel layer of the base layer and receiving a carrier that has passed through the resonant tunnel layer;
A transistor comprising:
前記共鳴トンネル層に注入されたキャリアのスピン方向と、前記井戸層の磁化方向が反平行な場合、前記共鳴トンネル層に注入されたキャリアに対しては前記高い準位が対応する請求項1記載のトランジスタ。 When the spin direction of the carriers injected into the resonant tunnel layer and the magnetization direction of the well layer are parallel, the low level corresponds to the carriers injected into the resonant tunnel layer,
The high level corresponds to the carriers injected into the resonant tunnel layer when the spin direction of the carriers injected into the resonant tunnel layer and the magnetization direction of the well layer are antiparallel. Transistor.
前記ベース層に接続され、それぞれ第1および第2信号が入力する第1および第2入力端子と、を具備し、
前記共鳴トンネル層に注入されたキャリアのスピン方向と、前記井戸層の磁化方向が平行な場合、かつ前記第1および第2信号の一方がハイレベルであり、他方がローレベルの場合、前記共鳴トンネル層に注入されたキャリアは前記低い準位を介し前記コレクタ層に通過し、
前記共鳴トンネル層に注入されたキャリアのスピン方向と、前記井戸層の磁化方向が反平行な場合、かつ前記第1および第2信号の両方がハイレベルの場合、前記共鳴トンネル層に注入されたキャリアは前記高い準位を介し前記コレクタ層に通過する電子回路。 A transistor according to any one of claims 1 to 3,
First and second input terminals connected to the base layer and receiving first and second signals, respectively,
When the spin direction of the carriers injected into the resonant tunnel layer and the magnetization direction of the well layer are parallel, and one of the first and second signals is at a high level and the other is at a low level, the resonance Carriers injected into the tunnel layer pass through the low level to the collector layer,
When the spin direction of the carriers injected into the resonant tunnel layer and the magnetization direction of the well layer are antiparallel, and when both the first and second signals are at a high level, they are injected into the resonant tunnel layer. An electronic circuit in which carriers pass through the high level to the collector layer.
前記共鳴トンネル層に注入されたキャリアのスピン方向と、前記井戸層の磁化方向が反平行な場合、かつ前記第1および第2信号の一方がハイレベルであり、他方がローレベルの場合、前記共鳴トンネル層に注入されたキャリアは前記共鳴トンネル層を通過しない請求項4記載の電子回路。 When the spin direction of the carriers injected into the resonant tunnel layer and the magnetization direction of the well layer are parallel, and both the first and second signals are at a high level, the carriers injected into the resonant tunnel layer Does not pass through the resonant tunneling layer,
When the spin direction of carriers injected into the resonant tunnel layer and the magnetization direction of the well layer are antiparallel, and when one of the first and second signals is at a high level and the other is at a low level, The electronic circuit according to claim 4, wherein carriers injected into the resonant tunnel layer do not pass through the resonant tunnel layer.
前記エミッタ層に電圧を供給する第2電源と、
前記コレクタ層と前記第1電源との間、または前記エミッタ層と前記第2電源との間に接続された負荷と、
前記負荷と前記トランジスタとの間のノードに接続された出力端子と、
を具備する請求項3から6のいずれか一項に記載の電子回路。 A first power supply for supplying a voltage to the collector layer;
A second power source for supplying a voltage to the emitter layer;
A load connected between the collector layer and the first power source or between the emitter layer and the second power source;
An output terminal connected to a node between the load and the transistor;
The electronic circuit according to claim 3, further comprising:
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