JP2988537B2 - 電子波干渉装置 - Google Patents
電子波干渉装置Info
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- JP2988537B2 JP2988537B2 JP6831691A JP6831691A JP2988537B2 JP 2988537 B2 JP2988537 B2 JP 2988537B2 JP 6831691 A JP6831691 A JP 6831691A JP 6831691 A JP6831691 A JP 6831691A JP 2988537 B2 JP2988537 B2 JP 2988537B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、大きな相互コンダクタ
ンスを持ち、高周波動作や超高速スイッチング動作が可
能な電子波干渉装置に関するものである。
ンスを持ち、高周波動作や超高速スイッチング動作が可
能な電子波干渉装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高品質結晶成長技術、微細加工技術の進
展とともに、バイポーラおよび電界効果トランジスタな
ど従来の半導体装置の微細化による高性能化にはめざま
しいものがある。しかしながら、粒子としての膨大な数
の電子が統計的に振舞うことを利用して作用するこの種
の装置では、動作原理的に微細化による高性能化には限
界がある。一方、微細構造化に伴い、半導体中での電子
の波動性が顕著に現れ、理論的にも実験的にもその性質
が徐々に明かになりつつある。その中で電子の波動性を
直接利用することにより、高性能な素子を実現しようと
する試みがある。
展とともに、バイポーラおよび電界効果トランジスタな
ど従来の半導体装置の微細化による高性能化にはめざま
しいものがある。しかしながら、粒子としての膨大な数
の電子が統計的に振舞うことを利用して作用するこの種
の装置では、動作原理的に微細化による高性能化には限
界がある。一方、微細構造化に伴い、半導体中での電子
の波動性が顕著に現れ、理論的にも実験的にもその性質
が徐々に明かになりつつある。その中で電子の波動性を
直接利用することにより、高性能な素子を実現しようと
する試みがある。
【０００３】リング状の極微細構造体における電子波の
干渉によって生じるコンダクタンス変化を利用する素子
が提案されている。リングに入出力端子を結合し、一端
から伝搬した電子波を分岐して二つの経路を伝搬せし
め、他端で合成する構造とし、磁場または電場で上記二
つの経路の分岐波に位相差を発生させる。それにより、
素子のコンダクタンスを変調し、三端子のスイッチング
動作を可能にしている。
干渉によって生じるコンダクタンス変化を利用する素子
が提案されている。リングに入出力端子を結合し、一端
から伝搬した電子波を分岐して二つの経路を伝搬せし
め、他端で合成する構造とし、磁場または電場で上記二
つの経路の分岐波に位相差を発生させる。それにより、
素子のコンダクタンスを変調し、三端子のスイッチング
動作を可能にしている。
【０００４】あるいは、図４の様に量子細線の一部に突
起状の細線構造体を配置し、その突起部に電場を作用さ
せることにより、三端子のスイッチング動作を可能にし
ているものが特開平２−４９５７８号（特願昭６３−１
９６０１４号）に開示されている。
起状の細線構造体を配置し、その突起部に電場を作用さ
せることにより、三端子のスイッチング動作を可能にし
ているものが特開平２−４９５７８号（特願昭６３−１
９６０１４号）に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記素
子においては、コンダクタンス変化に伴いスイッチング
動作を行うのみであるため、ブール代数に従った論理構
成を取らざるを得ないため、電子波を使用している特徴
を十分活用していない状態にある。
子においては、コンダクタンス変化に伴いスイッチング
動作を行うのみであるため、ブール代数に従った論理構
成を取らざるを得ないため、電子波を使用している特徴
を十分活用していない状態にある。
【０００６】本発明の目的は、電子波自身を情報担体と
して、電子波の伝搬方向を電界により制御し、電子が量
子細線中を伝搬することにより信号処理が実行されるデ
ータフローマシン的論理回路を実現し、これにより、電
子波の特長を活かした論理ファミリーを構成することを
可能とする電子波干渉装置を提供することにある。
して、電子波の伝搬方向を電界により制御し、電子が量
子細線中を伝搬することにより信号処理が実行されるデ
ータフローマシン的論理回路を実現し、これにより、電
子波の特長を活かした論理ファミリーを構成することを
可能とする電子波干渉装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１においては、電子の弾性散乱長・
非弾性散乱長に較べて小さい寸法を持つ極微細線、いわ
ゆる量子細線、をＹ字型に二方向に分岐させ、双方の分
岐量子細線の一部にそれぞれ突起状の細線構造体を設
け、この双方の突起状の細線構造体に共通のゲート電極
を配した構造の電子波干渉装置とする。また、請求項２
においては、上述の構造を持つ電子波干渉装置をユニッ
トとし、このユニットを、ｎを自然数、ｉを１とｎの間
の自然数として、１＋２＋４＋…＋（２のｉ乗）＋…＋
（２の（ｎ−１）乗）個、バイナリ・ツリー状に接続
し、同じ第ｉ段目に属するユニットのゲート電極を共通
化して共通の制御信号を供給することでｎビットデコー
ダ機能をもつ論理回路を構成した電子波干渉装置とす
る。
に、本発明の請求項１においては、電子の弾性散乱長・
非弾性散乱長に較べて小さい寸法を持つ極微細線、いわ
ゆる量子細線、をＹ字型に二方向に分岐させ、双方の分
岐量子細線の一部にそれぞれ突起状の細線構造体を設
け、この双方の突起状の細線構造体に共通のゲート電極
を配した構造の電子波干渉装置とする。また、請求項２
においては、上述の構造を持つ電子波干渉装置をユニッ
トとし、このユニットを、ｎを自然数、ｉを１とｎの間
の自然数として、１＋２＋４＋…＋（２のｉ乗）＋…＋
（２の（ｎ−１）乗）個、バイナリ・ツリー状に接続
し、同じ第ｉ段目に属するユニットのゲート電極を共通
化して共通の制御信号を供給することでｎビットデコー
ダ機能をもつ論理回路を構成した電子波干渉装置とす
る。
【０００８】すなわち、本発明は、量子細線をＹ字型に
分岐させ、双方の分岐量子細線の一部にそれぞれ突起状
の細線構造体を設け、この双方の突起状の細線構造体に
共通の電場をかける手段を有し、かつ、上記電場をかけ
た場合に、その部分でのフェルミエネルギー（したがっ
て、そこを伝搬する電子波の波数）が変調される特性を
有するように構成したことを特徴とする。
分岐させ、双方の分岐量子細線の一部にそれぞれ突起状
の細線構造体を設け、この双方の突起状の細線構造体に
共通の電場をかける手段を有し、かつ、上記電場をかけ
た場合に、その部分でのフェルミエネルギー（したがっ
て、そこを伝搬する電子波の波数）が変調される特性を
有するように構成したことを特徴とする。
【０００９】
【作用】上記のような構造のもとでは、入力端から来た
電子波は、まずＹ字型の分岐部で二方向に分かれて、各
々の量子細線中を伝搬していく。次に電子波が突起状の
細線構造体が接続された部分に到達すると、電子波の一
部は反射、一部は細線構造体内に伝搬し、構造体の先端
で反射し、再度分岐部を通って細線に戻り進行波と干渉
する。この時、突起状細線構造体の長さＬとゲート電極
に供給される電位により分岐部に戻った時に進行波と同
位相になる場合と逆位相になる場合が生ずる。このた
め、前者では波数のほとんどのエネルギーが出力端に到
達するのに対して、後者ではほとんどのエネルギーが突
起部で反射され、出力端に到達しないことになる。した
がって、二つの突起部分の長さに差をつけることによ
り、片方が同相に、他方が逆相になるように設定すれ
ば、常にどちらか片方にのみ電子波が伝搬する状態にな
る。さらに、細線構造体に共通の電場をかけると、細線
構造体中を走行する電子の波数が変調され、細線構造体
を往復してきた波の進行波との位相差が変わり、同相と
逆相を入れ換えることができる。以上述べたように、本
構造を用いれば、ゲート電圧により電子波の伝搬する方
向が変わる伝搬方向制御が実現できる。
電子波は、まずＹ字型の分岐部で二方向に分かれて、各
々の量子細線中を伝搬していく。次に電子波が突起状の
細線構造体が接続された部分に到達すると、電子波の一
部は反射、一部は細線構造体内に伝搬し、構造体の先端
で反射し、再度分岐部を通って細線に戻り進行波と干渉
する。この時、突起状細線構造体の長さＬとゲート電極
に供給される電位により分岐部に戻った時に進行波と同
位相になる場合と逆位相になる場合が生ずる。このた
め、前者では波数のほとんどのエネルギーが出力端に到
達するのに対して、後者ではほとんどのエネルギーが突
起部で反射され、出力端に到達しないことになる。した
がって、二つの突起部分の長さに差をつけることによ
り、片方が同相に、他方が逆相になるように設定すれ
ば、常にどちらか片方にのみ電子波が伝搬する状態にな
る。さらに、細線構造体に共通の電場をかけると、細線
構造体中を走行する電子の波数が変調され、細線構造体
を往復してきた波の進行波との位相差が変わり、同相と
逆相を入れ換えることができる。以上述べたように、本
構造を用いれば、ゲート電圧により電子波の伝搬する方
向が変わる伝搬方向制御が実現できる。
【００１０】
【実施例】（実施例１）本発明の第１の実施例を図１に
より説明する。図１において、１は電子波の入力、２は
出力１、３は出力２、４、５および６は分岐部、７およ
び８は突起状細線構造体、９、１０および１１は量子細
線、１２はゲート電極である。図示のとおり、本発明装
置の基本系は入力に接続された量子細線９が分岐部４で
２つの量子細線１０および１１に別れ、その終端がそれ
ぞれ出力１および出力２に接続され、さらに量子細線１
０および１１の一部に突起状細線構造体７および８が接
続され、かつ２つの突起状細線構造体７および８に共通
のゲート電極１２が設置されている構造を有している。
より説明する。図１において、１は電子波の入力、２は
出力１、３は出力２、４、５および６は分岐部、７およ
び８は突起状細線構造体、９、１０および１１は量子細
線、１２はゲート電極である。図示のとおり、本発明装
置の基本系は入力に接続された量子細線９が分岐部４で
２つの量子細線１０および１１に別れ、その終端がそれ
ぞれ出力１および出力２に接続され、さらに量子細線１
０および１１の一部に突起状細線構造体７および８が接
続され、かつ２つの突起状細線構造体７および８に共通
のゲート電極１２が設置されている構造を有している。
【００１１】次に、本素子中の電子波の伝搬について説
明する。入力から伝搬した電子波は、細線９を通り分岐
部４に達する。分岐部４は、細線１０と細線１１に電子
波が同等に伝搬する構造とする。細線１０を通り分岐部
５に到達した電子波は、一部は反射し、また、一部は細
線構造体７の中を伝搬し、端部で反射され分岐部５にも
どる。この電子波の一部は細線１０に伝搬し、この細線
方向に伝搬する進行波と干渉する。この時、突起状細線
構造体７の長さＬとゲート電極７に供給される電位によ
り分岐部に戻った時に進行波と同位相になる場合と逆位
相になる場合が生ずる。このため、前者の場合は干渉し
た波動が重畳されることから、波動のほとんどのエネル
ギー成分は出力１に到達する。一方後者では、干渉した
時に相殺しあうため、ほとんどのエネルギー成分が分岐
部４で反射される。同様のことが細線１１中の分岐部６
においても生ずる。
明する。入力から伝搬した電子波は、細線９を通り分岐
部４に達する。分岐部４は、細線１０と細線１１に電子
波が同等に伝搬する構造とする。細線１０を通り分岐部
５に到達した電子波は、一部は反射し、また、一部は細
線構造体７の中を伝搬し、端部で反射され分岐部５にも
どる。この電子波の一部は細線１０に伝搬し、この細線
方向に伝搬する進行波と干渉する。この時、突起状細線
構造体７の長さＬとゲート電極７に供給される電位によ
り分岐部に戻った時に進行波と同位相になる場合と逆位
相になる場合が生ずる。このため、前者の場合は干渉し
た波動が重畳されることから、波動のほとんどのエネル
ギー成分は出力１に到達する。一方後者では、干渉した
時に相殺しあうため、ほとんどのエネルギー成分が分岐
部４で反射される。同様のことが細線１１中の分岐部６
においても生ずる。
【００１２】さらに、図２を用いて本素子の動作を説明
する。図２は、本実施例のゲート電圧に対する入力−出
力１間および入力−出力２間の電子波の透過確率の変化
を示す。ここで、ゲート電圧を印加しない状態で、片方
の出力は透過確率が最大を、他方の出力は透過確率が最
小になるように突起状細線構造体５および６の長さをＬ
1およびＬ2に設定する。この状態でゲート電圧を変化さ
せれば、図２に示すような制御特性が得られる。つま
り、出力１と出力２には相補的な出力を出す機能が得ら
れる。
する。図２は、本実施例のゲート電圧に対する入力−出
力１間および入力−出力２間の電子波の透過確率の変化
を示す。ここで、ゲート電圧を印加しない状態で、片方
の出力は透過確率が最大を、他方の出力は透過確率が最
小になるように突起状細線構造体５および６の長さをＬ
1およびＬ2に設定する。この状態でゲート電圧を変化さ
せれば、図２に示すような制御特性が得られる。つま
り、出力１と出力２には相補的な出力を出す機能が得ら
れる。
【００１３】さらに、ゲートに加える信号レベルを電子
の透過確率が「最大から最小」あるいは「最小から最
大」に変化させうるＶ0のｎ倍（図２参照）に設定すれ
ば、入力から伝搬した電子波が常に出力１あるいは出力
２のみに伝搬する状態となり、電子波の伝搬方向を制御
する機能が実現できる。
の透過確率が「最大から最小」あるいは「最小から最
大」に変化させうるＶ0のｎ倍（図２参照）に設定すれ
ば、入力から伝搬した電子波が常に出力１あるいは出力
２のみに伝搬する状態となり、電子波の伝搬方向を制御
する機能が実現できる。
【００１４】（実施例２）図３は第２の実施例を説明す
る図であって、３１、３２、３３はそれぞれ実施例１で
述べた伝搬方向制御機能を備えた電子波干渉装置（以
下、ユニットと呼ぶ）であり、３４はユニット１に対す
る制御入力（制御入力１と呼ぶことにする）、３５はユ
ニット２とユニット３に対する共通の制御入力（制御入
力２と呼ぶことにする）、３７は出力１、３８は出力
２、３９は出力３、４０は出力４である。ユニット１の
一方の出力とユニット２の入力、ユニット１の他方の出
力とユニット３の入力とは接続されている。
る図であって、３１、３２、３３はそれぞれ実施例１で
述べた伝搬方向制御機能を備えた電子波干渉装置（以
下、ユニットと呼ぶ）であり、３４はユニット１に対す
る制御入力（制御入力１と呼ぶことにする）、３５はユ
ニット２とユニット３に対する共通の制御入力（制御入
力２と呼ぶことにする）、３７は出力１、３８は出力
２、３９は出力３、４０は出力４である。ユニット１の
一方の出力とユニット２の入力、ユニット１の他方の出
力とユニット３の入力とは接続されている。
【００１５】次に表１を用いてこの回路の機能を説明す
る。入力から伝搬する電子波は制御入力１および制御入
力２により伝搬方向を振り分けられ、（制御入力１，制
御入力２）が、（０，０）の時は出力１に、（０，１）
の時は出力２に、（１，０）の時は出力３に、（１，
１）の時は出力４に電子波が伝搬する。つまり、デコー
ダ機能が実現されるわけである。
る。入力から伝搬する電子波は制御入力１および制御入
力２により伝搬方向を振り分けられ、（制御入力１，制
御入力２）が、（０，０）の時は出力１に、（０，１）
の時は出力２に、（１，０）の時は出力３に、（１，
１）の時は出力４に電子波が伝搬する。つまり、デコー
ダ機能が実現されるわけである。
【００１６】
【表１】
【００１７】上記した図３と表１では、説明を分かりや
すくするために、３個のユニットを用いた２ビットのデ
コーダを構成する場合について説明したが、ｎを自然
数、ｉを１とｎの間の自然数として、１＋２＋４＋…＋
（２のｉ乗）＋…＋（２の（ｎ−１）乗）個のユニット
を用い、これらのユニットをバイナリ・ツリー（２進
木：ｂｉｎａｒｙ ｔｒｅｅ）状に接続し、同じ第ｉ段
目に属するユニットのゲート電極を共通化して共通の制
御入力信号を供給することにより、ｎビットのデコーダ
を構成することができる。
すくするために、３個のユニットを用いた２ビットのデ
コーダを構成する場合について説明したが、ｎを自然
数、ｉを１とｎの間の自然数として、１＋２＋４＋…＋
（２のｉ乗）＋…＋（２の（ｎ−１）乗）個のユニット
を用い、これらのユニットをバイナリ・ツリー（２進
木：ｂｉｎａｒｙ ｔｒｅｅ）状に接続し、同じ第ｉ段
目に属するユニットのゲート電極を共通化して共通の制
御入力信号を供給することにより、ｎビットのデコーダ
を構成することができる。
【００１８】
【発明の効果】上記のように本発明による電子波干渉装
置は、量子細線をＹ字型に分岐させ、分岐した量子細線
のそれぞれに設けた突起状細線構造体に共通のゲ−ト電
極を配する構造としたことにより、単なる電子波の“ｏ
ｎ”、“ｏｆｆ”ではなく、電子波の伝搬方向を制御す
るという新たな機能を実現することができる。さらに、
本発明の請求項２によれば、この基本系をユニットと
し、複数個のユニットをバイナリ・ツリー状に組み合わ
せることにより容易に、デコーダの様な機能回路を構成
することが可能である。
置は、量子細線をＹ字型に分岐させ、分岐した量子細線
のそれぞれに設けた突起状細線構造体に共通のゲ−ト電
極を配する構造としたことにより、単なる電子波の“ｏ
ｎ”、“ｏｆｆ”ではなく、電子波の伝搬方向を制御す
るという新たな機能を実現することができる。さらに、
本発明の請求項２によれば、この基本系をユニットと
し、複数個のユニットをバイナリ・ツリー状に組み合わ
せることにより容易に、デコーダの様な機能回路を構成
することが可能である。
【図１】本発明の第１の実施例を示す図。
【図２】本発明における波動の透過確率のゲート電圧制
御性を示す図。
御性を示す図。
【図３】本発明の第２の実施例である２ビットデコーダ
の構成を示す図。
の構成を示す図。
【図４】従来例を説明する図。
１…電子波の入力 ２、３…出力 ４、５、６…分岐部 ７、８…突起状細線構
造体 ９、１０、１１…量子細線 １２…ゲート電力 ３１、３２、３３…ユニット ３４、３５…制御入力 ３７〜４０…出力１〜出力４
造体 ９、１０、１１…量子細線 １２…ゲート電力 ３１、３２、３３…ユニット ３４、３５…制御入力 ３７〜４０…出力１〜出力４
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 29/80 H01L 29/66
Claims (2)
- 【請求項１】 電子の弾性散乱長・非弾性散乱長に較べ
て小さい寸法を持つ極微細線、いわゆる量子細線、をＹ
字型に二方向に分岐させ、双方の分岐量子細線の一部に
それぞれ突起状の細線構造体を設け、この双方の突起状
の細線構造体に共通のゲート電極を配したことを特徴と
する電子波干渉装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の構造を持つ電子波干渉
装置をユニットとし、このユニットを、ｎを自然数、ｉ
を１とｎの間の自然数として、１＋２＋４＋…＋（２の
ｉ乗）＋…＋（２の（ｎ−１）乗）個、バイナリ・ツリ
ー状に接続し、同じ第ｉ段目に属するユニットのゲート
電極を共通化して共通の制御信号を供給することでｎビ
ットデコーダ機能をもつ論理回路を構成したことを特徴
とする電子波干渉装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6831691A JP2988537B2 (ja) | 1991-04-01 | 1991-04-01 | 電子波干渉装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6831691A JP2988537B2 (ja) | 1991-04-01 | 1991-04-01 | 電子波干渉装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04304678A JPH04304678A (ja) | 1992-10-28 |
| JP2988537B2 true JP2988537B2 (ja) | 1999-12-13 |
Family
ID=13370296
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6831691A Expired - Fee Related JP2988537B2 (ja) | 1991-04-01 | 1991-04-01 | 電子波干渉装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2988537B2 (ja) |
-
1991
- 1991-04-01 JP JP6831691A patent/JP2988537B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04304678A (ja) | 1992-10-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |