JP3308577B2 - 電子制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、低温状態における微小
エネルギー状態の電子を制御する装置に関する。例え
ば、微小エネルギー状態の電子を計測する装置、又は、
微小エネルギー状態の電子によって演算又は記憶するよ
うな電子制御装置に関する。
エネルギー状態の電子を制御する装置に関する。例え
ば、微小エネルギー状態の電子を計測する装置、又は、
微小エネルギー状態の電子によって演算又は記憶するよ
うな電子制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ＩＣやＬＳＩは、最近ますます集
積度が高まり、素子の微細パターンの寸法はナノメータ
ーオーダになっている。それ故、量子力学の教科書上で
しか存在しなかった理想的な低次元系が現実のものとな
ってきている。つまり、擬１次元系や擬２次元系が、実
験室のもと量子細線やＭＯＳ構造によって製造可能な状
況となっている。
積度が高まり、素子の微細パターンの寸法はナノメータ
ーオーダになっている。それ故、量子力学の教科書上で
しか存在しなかった理想的な低次元系が現実のものとな
ってきている。つまり、擬１次元系や擬２次元系が、実
験室のもと量子細線やＭＯＳ構造によって製造可能な状
況となっている。
【０００３】また、一方、低温技術の発達によって、低
温状態において半導体素子を起動させ、低温状態におい
て演算，記憶，計測等を行うことが現実のものとなって
きた。そのような低温状態では、電子の平均エネルギー
は十分微小であり、例えば、１ｍＫの温度における電子
の平均エネルギーは約０．１μｅＶとなる。
温状態において半導体素子を起動させ、低温状態におい
て演算，記憶，計測等を行うことが現実のものとなって
きた。そのような低温状態では、電子の平均エネルギー
は十分微小であり、例えば、１ｍＫの温度における電子
の平均エネルギーは約０．１μｅＶとなる。
【０００４】ここでは、擬１次元系についての量子細線
を形成する従来の方法について述べる。擬１次元系と
は、系を特徴づける長さとしての平均自由行程に比較し
て、３次元中１次元の垂直方向の電子の広がりを表す長
さ、つまり細線の幅が十分小さい場合である。このよう
な状態は電子の平均自由行程に比較し十分に細く、かつ
厚さも同程度に薄い伝導性をもつ細線を絶縁体上に形成
することによって実現される。
を形成する従来の方法について述べる。擬１次元系と
は、系を特徴づける長さとしての平均自由行程に比較し
て、３次元中１次元の垂直方向の電子の広がりを表す長
さ、つまり細線の幅が十分小さい場合である。このよう
な状態は電子の平均自由行程に比較し十分に細く、かつ
厚さも同程度に薄い伝導性をもつ細線を絶縁体上に形成
することによって実現される。
【０００５】さらに、電子間の相互作用が、系の形作る
個々の電子との相互作用に比較して十分無視できるほど
に電子の濃度が低い場合、つまり十分微弱電流である場
合、系は１体問題に帰着できることが知られている。
個々の電子との相互作用に比較して十分無視できるほど
に電子の濃度が低い場合、つまり十分微弱電流である場
合、系は１体問題に帰着できることが知られている。
【０００６】ここで、従来の技術である１次元量子細線
の形成方法のひとつの例を示す。図５（ａ）において、
１はＧａx Ａｌ1-x Ａｓ，ｘ＝０．３の化合物（以下
「ＧａＡｌＡｓ」と記す）の基板である。尚、かかる基
板１は、同図（ｂ）のように平坦な平面状に存在してい
る。この上に、ＧａＡｓの薄膜２を図示するように分子
レベルの厚さｄ1 で一様に形成する。次に、前記ＧａＡ
ｓ薄膜２の上に、更にＧａＡｌＡｓの薄膜３を分子レベ
ルで同図のように厚さｄ2 で形成する。この場合、かか
るＧａＡｓ薄膜２が伝導体、ＧａＡｌＡｓ薄膜３が絶縁
体に対応するものである。
の形成方法のひとつの例を示す。図５（ａ）において、
１はＧａx Ａｌ1-x Ａｓ，ｘ＝０．３の化合物（以下
「ＧａＡｌＡｓ」と記す）の基板である。尚、かかる基
板１は、同図（ｂ）のように平坦な平面状に存在してい
る。この上に、ＧａＡｓの薄膜２を図示するように分子
レベルの厚さｄ1 で一様に形成する。次に、前記ＧａＡ
ｓ薄膜２の上に、更にＧａＡｌＡｓの薄膜３を分子レベ
ルで同図のように厚さｄ2 で形成する。この場合、かか
るＧａＡｓ薄膜２が伝導体、ＧａＡｌＡｓ薄膜３が絶縁
体に対応するものである。
【０００７】このように、３層の層が形成された後に、
ＦＩＢ（集束・イオン・ビーム）を同図（ｂ）のライン
４上の一部分に照射させる。ＦＩＢは十分集束化されて
いるため、解像度として十分な小さなスポットとなり、
ＦＩＢの照射源又は基板１を制御することによって求め
る精度で任意の線分を描写できる。このようにして、ま
ず、同図（ｂ）のライン４に沿った部分を描写する。こ
のときのＢ−Ｂ’断面が同図（ｃ）である。ＦＩＢのエ
ネルギーは十分高く、それによってミックス部６のＧａ
Ａｓ２とＧａＡｌＡｓ３が混合され、実効的にＧａＡｌ
Ａｓが全体に形成され、絶縁層に変化している。同様に
同図（ｂ）のライン５に沿っても、ＦＩＢによって同図
（ｃ）のミックス部７のＧａＡｓ２とＧａＡｌＡｓ３が
混合され、実効的にＧａＡｌＡｓが全体的に形成される
ようなエネルギーで描写を行う。このとき、ミックス部
６とミックス部７との間隔ｄ3 、すなわち伝導領域Ｇａ
Ａｓの幅は、約２０ｎｍ以下に形成する。このことによ
って、我々は十分１次元近似できる量子細線を得ること
となる。
ＦＩＢ（集束・イオン・ビーム）を同図（ｂ）のライン
４上の一部分に照射させる。ＦＩＢは十分集束化されて
いるため、解像度として十分な小さなスポットとなり、
ＦＩＢの照射源又は基板１を制御することによって求め
る精度で任意の線分を描写できる。このようにして、ま
ず、同図（ｂ）のライン４に沿った部分を描写する。こ
のときのＢ−Ｂ’断面が同図（ｃ）である。ＦＩＢのエ
ネルギーは十分高く、それによってミックス部６のＧａ
Ａｓ２とＧａＡｌＡｓ３が混合され、実効的にＧａＡｌ
Ａｓが全体に形成され、絶縁層に変化している。同様に
同図（ｂ）のライン５に沿っても、ＦＩＢによって同図
（ｃ）のミックス部７のＧａＡｓ２とＧａＡｌＡｓ３が
混合され、実効的にＧａＡｌＡｓが全体的に形成される
ようなエネルギーで描写を行う。このとき、ミックス部
６とミックス部７との間隔ｄ3 、すなわち伝導領域Ｇａ
Ａｓの幅は、約２０ｎｍ以下に形成する。このことによ
って、我々は十分１次元近似できる量子細線を得ること
となる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
たように低温状態において半導体素子を起動させ、電子
又は光子を利用して演算，記憶，計測を行う素子におい
ては、低エネルギーレベルの電子を制御する必要がでて
くる。
たように低温状態において半導体素子を起動させ、電子
又は光子を利用して演算，記憶，計測を行う素子におい
ては、低エネルギーレベルの電子を制御する必要がでて
くる。
【０００９】低温でかつ微細パターン上の系では、系自
体が微少でかつ電子のエネルギーが低いため、電子の振
る舞いが敏感になり、電子の制御されるべき精度は非常
に高度なものが要求される。そのため、電子を制御する
ポテンシャルは十分な精度で形成されなければならな
い。ところが、系自身が微細化されてくると微細加工技
術の誤差によって、系の大きさに対応した理想的なポテ
ンシャルを形成することは困難となる。そのため、電子
の空間的配置やエネルギー状態を区別できるような理想
的なポテンシャルの形成方法及びそのようなポテンシャ
ルを有した装置が要求されている。また、一般的にポテ
ンシャルの形状が複雑な場合、解析的にも数値的にも、
ポテンシャルによる散乱、すなわち制御効率等を解くこ
とが困難である。従って、電子を量子論的に制御するた
めには単純なポテンシャルを形成することが望まれる。
体が微少でかつ電子のエネルギーが低いため、電子の振
る舞いが敏感になり、電子の制御されるべき精度は非常
に高度なものが要求される。そのため、電子を制御する
ポテンシャルは十分な精度で形成されなければならな
い。ところが、系自身が微細化されてくると微細加工技
術の誤差によって、系の大きさに対応した理想的なポテ
ンシャルを形成することは困難となる。そのため、電子
の空間的配置やエネルギー状態を区別できるような理想
的なポテンシャルの形成方法及びそのようなポテンシャ
ルを有した装置が要求されている。また、一般的にポテ
ンシャルの形状が複雑な場合、解析的にも数値的にも、
ポテンシャルによる散乱、すなわち制御効率等を解くこ
とが困難である。従って、電子を量子論的に制御するた
めには単純なポテンシャルを形成することが望まれる。
【００１０】すなわち、本発明の目的とするところは、
上述のような問題点を解消した電子の制御装置を提供す
ることにある。
上述のような問題点を解消した電子の制御装置を提供す
ることにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するための本発明の構成は、記憶、計測、又は演算を行
う電子制御装置において、電子の平均自由行程よりも小
さい２次元領域の連続的配置によって形成された擬似的
に１次元の曲線状であり、一端側に電子が入射し、他端
側から電子が出射する系を備え、前記系は、特定の曲率
を有する複数の曲線部分が特定の周期を有しており、前
記系の形成する有効ポテンシャルを透過するエネルギー
レベルの電子を透過し、且つ前記系の形成する有効ポテ
ンシャルを透過するエネルギーレベルとは異なるエネル
ギーレベルの電子を遮断することを特徴とする電子制御
装置、としている点にある。
するための本発明の構成は、記憶、計測、又は演算を行
う電子制御装置において、電子の平均自由行程よりも小
さい２次元領域の連続的配置によって形成された擬似的
に１次元の曲線状であり、一端側に電子が入射し、他端
側から電子が出射する系を備え、前記系は、特定の曲率
を有する複数の曲線部分が特定の周期を有しており、前
記系の形成する有効ポテンシャルを透過するエネルギー
レベルの電子を透過し、且つ前記系の形成する有効ポテ
ンシャルを透過するエネルギーレベルとは異なるエネル
ギーレベルの電子を遮断することを特徴とする電子制御
装置、としている点にある。
【００１２】ここで、かかる１次元曲線としては、それ
が複数の線分と複数の円弧又は複数の実効的に円弧と同
様になるように設計された多角形の一部とによって形成
され、且つ、各部分の接続部が幾何学的に滑らかに接続
されていること、さらには、かかる複数の線分と複数の
円弧又は複数の実効的に円弧と同様に設計された多角形
の一部とによって形成されている１次元曲線の、各円弧
又は各実効的に円弧と同様に設計された多角形の一部の
角度が直角の整数倍になっていること、また、前記１次
元曲線の曲率が、シュレディンガー方程式における有効
ポテンシャルを形成する自然現象に基づくもの、或い
は、低温状態での電子の微小エネルギー状態を制御でき
るように形成されていること、等を満足した電子制御装
置をも特徴とするものである。
が複数の線分と複数の円弧又は複数の実効的に円弧と同
様になるように設計された多角形の一部とによって形成
され、且つ、各部分の接続部が幾何学的に滑らかに接続
されていること、さらには、かかる複数の線分と複数の
円弧又は複数の実効的に円弧と同様に設計された多角形
の一部とによって形成されている１次元曲線の、各円弧
又は各実効的に円弧と同様に設計された多角形の一部の
角度が直角の整数倍になっていること、また、前記１次
元曲線の曲率が、シュレディンガー方程式における有効
ポテンシャルを形成する自然現象に基づくもの、或い
は、低温状態での電子の微小エネルギー状態を制御でき
るように形成されていること、等を満足した電子制御装
置をも特徴とするものである。
【００１３】尚、本発明の構成要素及び作用について
は、以下の実施例にて説明する。
は、以下の実施例にて説明する。
【００１４】
【実施例】以下、本発明の実施例について詳述する。
【００１５】実施例１ 図１（ａ）は、本発明の電子制御装置の実施例主要部概
略図である。同図における曲線は、従来の電子制御装置
と同様に、電子の平均自由行程に比較して十分細い線幅
（数十ナノメーター以下の線幅）を持つ、例えばＧａＡ
ｌＡｓ配線をＧａＡｌＡｓ上に形成することによって得
られる、擬１次元伝導体である。
略図である。同図における曲線は、従来の電子制御装置
と同様に、電子の平均自由行程に比較して十分細い線幅
（数十ナノメーター以下の線幅）を持つ、例えばＧａＡ
ｌＡｓ配線をＧａＡｌＡｓ上に形成することによって得
られる、擬１次元伝導体である。
【００１６】ここで、従来の技術で示した１次元量子細
線の形成方法の一例に沿って、本実施例に係る電子制御
装置の形成方法について述べる。図２（ｃ）においてｘ
ｙｚ軸をあてはめておく。図２（ａ）はｘ方向の断面図
であり（ｂ）はｙ方向の断面図である。１はＧａＡｌＡ
ｓの基板である。基板には、実効的に波長Ｌとなるよう
な周期的パターンがｘ軸と平行に十分大きな数の個数
（３０〜１００周期）シマ文様のように並んで形成され
ている。この形成方法については通常の光露光、電子ビ
ーム露光と様々な方法が存在する。この上にＧａＡｓの
薄膜２を同図（ａ）（ｂ）のように分子レベルの厚さｄ
1 で形状に沿って一様に形成する。次にＧａＡｌＡｓの
薄膜３を分子レベルで同図のようにほぼ厚さｄ2 になる
ように形成する。この場合、ＧａＡｓが伝導体、ＧａＡ
ｌＡｓが絶縁体に対応している。
線の形成方法の一例に沿って、本実施例に係る電子制御
装置の形成方法について述べる。図２（ｃ）においてｘ
ｙｚ軸をあてはめておく。図２（ａ）はｘ方向の断面図
であり（ｂ）はｙ方向の断面図である。１はＧａＡｌＡ
ｓの基板である。基板には、実効的に波長Ｌとなるよう
な周期的パターンがｘ軸と平行に十分大きな数の個数
（３０〜１００周期）シマ文様のように並んで形成され
ている。この形成方法については通常の光露光、電子ビ
ーム露光と様々な方法が存在する。この上にＧａＡｓの
薄膜２を同図（ａ）（ｂ）のように分子レベルの厚さｄ
1 で形状に沿って一様に形成する。次にＧａＡｌＡｓの
薄膜３を分子レベルで同図のようにほぼ厚さｄ2 になる
ように形成する。この場合、ＧａＡｓが伝導体、ＧａＡ
ｌＡｓが絶縁体に対応している。
【００１７】このように、３層の層が形成された後に、
ＦＩＢ（集束・イオン・ビーム）を同図（ｃ）の直線８
上の一部分に照射させる。ＦＩＢは十分集束化されてい
るため、解像度として十分小さなスポットとなり、ＦＩ
Ｂの照射源又は基板１を制御することによって、求める
精度で任意の線分を描写できる。このようにして、本発
明に係る図１の直線８の空間配置に沿った部分を描写す
る。この時の断面Ａ−Ａ’が同図（ｄ）である。ここ
で、ＦＩＢのエネルギーは十分高く、それによってミッ
クス部１０のＧａＡｓ２とＧａＡｌＡｓ３が混合され、
実効的にＧａＡｌＡｓが全体に形成され、絶縁層に変化
している。同様に同図（ｃ）の直線９に沿っても、ＦＩ
Ｂによって同図（ｄ）のミックス部１１のＧａＡｓ２と
ＧａＡｌＡｓ３が混合されヽ実効的にＧａＡｌＡｓが全
体に形成されるようなエネルギーで描写を行う。この
時、ミックス部１０と１１との間隔ｄ3 、すなわち伝導
領域ＧａＡｓの幅は、約１０ｎｍ以下に形成する。
ＦＩＢ（集束・イオン・ビーム）を同図（ｃ）の直線８
上の一部分に照射させる。ＦＩＢは十分集束化されてい
るため、解像度として十分小さなスポットとなり、ＦＩ
Ｂの照射源又は基板１を制御することによって、求める
精度で任意の線分を描写できる。このようにして、本発
明に係る図１の直線８の空間配置に沿った部分を描写す
る。この時の断面Ａ−Ａ’が同図（ｄ）である。ここ
で、ＦＩＢのエネルギーは十分高く、それによってミッ
クス部１０のＧａＡｓ２とＧａＡｌＡｓ３が混合され、
実効的にＧａＡｌＡｓが全体に形成され、絶縁層に変化
している。同様に同図（ｃ）の直線９に沿っても、ＦＩ
Ｂによって同図（ｄ）のミックス部１１のＧａＡｓ２と
ＧａＡｌＡｓ３が混合されヽ実効的にＧａＡｌＡｓが全
体に形成されるようなエネルギーで描写を行う。この
時、ミックス部１０と１１との間隔ｄ3 、すなわち伝導
領域ＧａＡｓの幅は、約１０ｎｍ以下に形成する。
【００１８】次に、本発明の原理について説明する。本
発明は上述された方法によって得られる量子細線を使用
して、１次元曲線を実効的に形成し、その曲線によって
電子の状態を制御することを目的とし、適切な曲線の設
計方法を提示することとなる。そのため、以下ではその
電子の曲線上での振る舞いを考察し、それが我々の望む
べき制御に合致するような条件（曲線の設計条件）を提
示する。
発明は上述された方法によって得られる量子細線を使用
して、１次元曲線を実効的に形成し、その曲線によって
電子の状態を制御することを目的とし、適切な曲線の設
計方法を提示することとなる。そのため、以下ではその
電子の曲線上での振る舞いを考察し、それが我々の望む
べき制御に合致するような条件（曲線の設計条件）を提
示する。
【００１９】曲線上においての電子は、曲線の曲率が実
効的に負のポテンシャルを形成することが知られている
（Ｒ．Ｃ．ｄａ Ｃｏｓｔａ Ｐｈｙ．Ｒｅｖ．Ａ ２
３（１９８１）１９８２）。まず、第１段階として、シ
ュレディンガー方程式において、どのように有効ポテン
シャルが形成されるかについて簡単に述べる（詳しくは
上記文献を参照）。その後、第２段階として、本発明の
装置について述べる。
効的に負のポテンシャルを形成することが知られている
（Ｒ．Ｃ．ｄａ Ｃｏｓｔａ Ｐｈｙ．Ｒｅｖ．Ａ ２
３（１９８１）１９８２）。まず、第１段階として、シ
ュレディンガー方程式において、どのように有効ポテン
シャルが形成されるかについて簡単に述べる（詳しくは
上記文献を参照）。その後、第２段階として、本発明の
装置について述べる。
【００２０】我々は簡単の為に、２次元の平坦面Ｆに配
置された１次元曲線Ｃを考える。図３に示すように、曲
線に沿った座標をｓとし、ｓでパラメータ化された３次
元デカルト座標で記述されたベクトルｒ＝ｒ（ｓ）で曲
線Ｃを表す。曲線上のある点ｓを考える。その点での曲
線の接線方向の単位ベクトルをｔ（ｓ）とする。また、
２次元平面に垂直な方向の座標をｚ、垂直方向の単位ベ
クトルをｎとする。また、２次元平面上に置かれかつ曲
線に対して垂直な方向の単位ベクトルをｂ（ｓ）とし、
ｂ（ｓ）に沿った座標をｑとする。
置された１次元曲線Ｃを考える。図３に示すように、曲
線に沿った座標をｓとし、ｓでパラメータ化された３次
元デカルト座標で記述されたベクトルｒ＝ｒ（ｓ）で曲
線Ｃを表す。曲線上のある点ｓを考える。その点での曲
線の接線方向の単位ベクトルをｔ（ｓ）とする。また、
２次元平面に垂直な方向の座標をｚ、垂直方向の単位ベ
クトルをｎとする。また、２次元平面上に置かれかつ曲
線に対して垂直な方向の単位ベクトルをｂ（ｓ）とし、
ｂ（ｓ）に沿った座標をｑとする。
【００２１】ここで、我々は３次元空間の広がりを表わ
すために、次の数式１で示される３次元ベクトルＰ
すために、次の数式１で示される３次元ベクトルＰ
【００２２】
を導入する。尚、ベクトル（ｂ，ｎ，ｔ）がそれぞれ直
行していることに注意する。
行していることに注意する。
【００２３】数式１より、数式２の関係が導かれる。
【００２４】
【数２】 ここで、Ｒ＝Ｒ（ｓ）はｓ点での曲率半径であり、次式
数式３
数式３
【００２５】
【数３】 で定義されている。
【００２６】座標（ｓ，ｚ，ｑ）で書かれるシュレディ
ンガー方程式は、次の数式４
ンガー方程式は、次の数式４
【００２７】
【数４】 となる。ここで、ｔは時間、ｍは電子の質量、ｈはプラ
ンク定数、ψは３次元空間上で定義された波動関数で、
３次元空間内で定義される電子の存在する確率密度ρ
（ｘ，ｙ，ｚ）＝｜ψ（ｘ，ｙ，ｚ）｜2 を与える。ま
た、ポテンシャルＶc （ｑ，ｚ）は電子を上記の曲線上
に束縛して置くための閉じこめポテンシャルで、上記の
例では伝導層ＧａＡｓがＧａＡｌＡｓに囲まれることで
実現されている。
ンク定数、ψは３次元空間上で定義された波動関数で、
３次元空間内で定義される電子の存在する確率密度ρ
（ｘ，ｙ，ｚ）＝｜ψ（ｘ，ｙ，ｚ）｜2 を与える。ま
た、ポテンシャルＶc （ｑ，ｚ）は電子を上記の曲線上
に束縛して置くための閉じこめポテンシャルで、上記の
例では伝導層ＧａＡｓがＧａＡｌＡｓに囲まれることで
実現されている。
【００２８】我々はこの閉じこめが十分行われている
（電子の平均自由行程に比較して十分その幅が小さいと
できる）と仮定している。つまり、電子の広がりが曲線
に垂直な平面方向には存在しないと仮定する。［例え
ば、Ｖc として、Ｖc ＝ｃ／２（ｑ2 ＋ｚ2 ），ｃ→
∞］ここで、我々は３次元空間で定義された電子の存在
確率を１次元上で定義したい。そのため、３次元の波動
関数χa （ｓ，ｑ，ｚ）が、次の数式５
（電子の平均自由行程に比較して十分その幅が小さいと
できる）と仮定している。つまり、電子の広がりが曲線
に垂直な平面方向には存在しないと仮定する。［例え
ば、Ｖc として、Ｖc ＝ｃ／２（ｑ2 ＋ｚ2 ），ｃ→
∞］ここで、我々は３次元空間で定義された電子の存在
確率を１次元上で定義したい。そのため、３次元の波動
関数χa （ｓ，ｑ，ｚ）が、次の数式５
【００２９】
【数５】 で定義できて、１次元の確率密度関数ρ1 （ｓ）が、次
の数式６
の数式６
【００３０】
【数６】 となるようなχ（ｓ）を探すこととする。ここで、体積
要素ｄｖが数式７
要素ｄｖが数式７
【００３１】
【数７】 と与えられることを考慮にいれて、我々は新たな波動関
数ηa を数式８
数ηa を数式８
【００３２】
【数８】 として導入する。このときシュレディンガー方程式は、
数式９
数式９
【００３３】
【数９】 のように書ける。我々は上記に述べたように、電子が十
分曲線内に閉じこめられているため、曲率に付随してい
るｑをゼロとして良い。波動関数ηa （ｓ，ｚ，ｑ）を
η（ｓ）・ηn （ｚ，ｑ）と置くことによって、シュレ
ディンガー方程式は、数式１０及び１１
分曲線内に閉じこめられているため、曲率に付随してい
るｑをゼロとして良い。波動関数ηa （ｓ，ｚ，ｑ）を
η（ｓ）・ηn （ｚ，ｑ）と置くことによって、シュレ
ディンガー方程式は、数式１０及び１１
【００３４】
【数１０】
【００３５】
【数１１】 となる。数式１０は曲線に垂直方向での電子の閉じこめ
の式であり、数式１１は曲線上での電子の振る舞いを表
わす波動方程式であり、数式１１において、η（ｓ）は
我々が望んだχ（ｓ）と一致している。このとき、数式
１１は有効ポテンシャルＶe とともに、数式１２及び１
３
の式であり、数式１１は曲線上での電子の振る舞いを表
わす波動方程式であり、数式１１において、η（ｓ）は
我々が望んだχ（ｓ）と一致している。このとき、数式
１１は有効ポテンシャルＶe とともに、数式１２及び１
３
【００３６】
【数１２】
【００３７】
【数１３】 の形で存在していることに注意する。
【００３８】すなわち、この有効ポテンシャルが、細線
の方向を自由に変更できない効果を導いている。我々は
同時にこの有効ポテンシャルを使用して実効的に電子を
制御しようとするのである。
の方向を自由に変更できない効果を導いている。我々は
同時にこの有効ポテンシャルを使用して実効的に電子を
制御しようとするのである。
【００３９】図２で得られた擬一次元曲線は、図１
（ａ）のような形状をもっている。これは、周期Ｌの長
さを持つパターンになっている。この曲線上での上記有
効ポテンシャルを計算すると、図１（ｂ）のようにな
る。これは、周期Ｌ／２の周期ポテンシャルとなってい
ることがわかる。（一般の形状の繰り返しパターンにお
いても、その周期がＬの場合、対応するポテンシャルの
周期は、Ｌ／ｎ（ｎは自然数）となる）他方、周期的ポ
テンシャルにおける効果はブロッホによって研究され、
その結果によると図４のように波動関数は、ポテンシャ
ルの周期、（今はＬ／２）によって量子化され、許され
るエネルギーレベルが波数ベクトルに対して、飛び飛び
となる。
（ａ）のような形状をもっている。これは、周期Ｌの長
さを持つパターンになっている。この曲線上での上記有
効ポテンシャルを計算すると、図１（ｂ）のようにな
る。これは、周期Ｌ／２の周期ポテンシャルとなってい
ることがわかる。（一般の形状の繰り返しパターンにお
いても、その周期がＬの場合、対応するポテンシャルの
周期は、Ｌ／ｎ（ｎは自然数）となる）他方、周期的ポ
テンシャルにおける効果はブロッホによって研究され、
その結果によると図４のように波動関数は、ポテンシャ
ルの周期、（今はＬ／２）によって量子化され、許され
るエネルギーレベルが波数ベクトルに対して、飛び飛び
となる。
【００４０】つまり、ポテンシャルのない状態でエネル
ギーＥは
ギーＥは
【００４１】
【数１４】 であるのに対して、実際のエネルギーは図４の実線のよ
うになる。エネルギーが
うになる。エネルギーが
【００４２】
【数１５】 の曲線からズレる波数ｋの値であるｋ1 ，ｋ2 ，…と、
周期Ｌ／２との間には ｋn ＝２ｎ／Ｌ （ｎ＝１，２，３，…） という関係がある。そのため、飛びの起こるエネルギー
は
周期Ｌ／２との間には ｋn ＝２ｎ／Ｌ （ｎ＝１，２，３，…） という関係がある。そのため、飛びの起こるエネルギー
は
【００４３】
【数１６】 の廻りとなる。Ｌを１００ｎｍとしたとき、Ｅ1 は、ほ
ぼ５μｅＶとなり、非常に小さな値であるが、ｎが大き
いところではＥn は必ずしも小さくはないことに注意す
る。
ぼ５μｅＶとなり、非常に小さな値であるが、ｎが大き
いところではＥn は必ずしも小さくはないことに注意す
る。
【００４４】今、図１（ａ）の左側から電子を入射した
ことを考えよう。曲線内では、電子の許されるエネルギ
ーレベルに飛びがあるため、右側から出射される電子
は、図４の許容されたエネルギーレベルのもののみとな
ることは明らかである。
ことを考えよう。曲線内では、電子の許されるエネルギ
ーレベルに飛びがあるため、右側から出射される電子
は、図４の許容されたエネルギーレベルのもののみとな
ることは明らかである。
【００４５】今ｎ＝１０としたとき、
【００４６】
【数１７】 となり、Ｅ10廻りのエネルギーを持つ電子は反射され、
カットされる。上式はカットされるべきエネルギーが決
定されたときに、Ｌを定めることができる。つまり、カ
ットしたいエネルギーの電子に対して、図２（ｂ）のパ
ターンの波長を与えることでフィルタリングをおこない
得るのである。
カットされる。上式はカットされるべきエネルギーが決
定されたときに、Ｌを定めることができる。つまり、カ
ットしたいエネルギーの電子に対して、図２（ｂ）のパ
ターンの波長を与えることでフィルタリングをおこない
得るのである。
【００４７】更に、本発明は曲線を持つ量子細線によっ
て電子をエネルギーの観点から選択することが本質であ
り、その具体的な形成方法、及び材料に依存しないこと
に注意する。例えば、電圧を利用した電子の２次元領域
への閉じこめに従う１次元量子細線の方法や、結晶の方
位の異方性を利用しても良い。また、ＧａＡｓ及びＧａ
ＡｌＡｓ以外の半導体及び絶縁体を利用しても良い。
て電子をエネルギーの観点から選択することが本質であ
り、その具体的な形成方法、及び材料に依存しないこと
に注意する。例えば、電圧を利用した電子の２次元領域
への閉じこめに従う１次元量子細線の方法や、結晶の方
位の異方性を利用しても良い。また、ＧａＡｓ及びＧａ
ＡｌＡｓ以外の半導体及び絶縁体を利用しても良い。
【００４８】
【発明の効果】以上述べたように、本発明の電子制御装
置によれば、例えば従来不可能であった理想的なポテン
シャルを容易に且つ正確に形成でき、このことによって
電子は正確に制御できることとなる。
置によれば、例えば従来不可能であった理想的なポテン
シャルを容易に且つ正確に形成でき、このことによって
電子は正確に制御できることとなる。
【００４９】また、このことにより、電子制御装置内に
存在する低エネルギー状態の電子をエネルギーによって
識別できる曲率を持った１次元曲線の設計方法が確立で
きる。また、低温領域における微小エネルギーを、選択
的に透過又は遮断するフィルタリング効果を得ることが
できる。
存在する低エネルギー状態の電子をエネルギーによって
識別できる曲率を持った１次元曲線の設計方法が確立で
きる。また、低温領域における微小エネルギーを、選択
的に透過又は遮断するフィルタリング効果を得ることが
できる。
【図１】本発明の実施例１の要部概略図である。
【図２】本発明の実施例１の形成方法の一例を示した概
略図である。
略図である。
【図３】本発明の原理に関する説明図である。
【図４】本発明の原理に関する説明図である。
【図５】従来例で述べた量子細線の形成方法に関する図
である。
である。
１ 基板 ２ ＧａＡｓ薄膜 ３ ＧａＡｌＡｓ薄膜 ４ ライン ５ ライン ６ ミックス部 ７ ミックス部 ８ 曲線 ９ 曲線 １０ ミックス部 １１ ミックス部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平２−281664（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−173187（ＪＰ，Ａ) Ｒ．Ｃ．ｄａ Ｃｏｓｔａ，Ｑｕａｎ ｔｕｍ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｏｆ ａ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ ｐａｒｔｉ ｃｌｅ，ＰＨＹＳＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥ Ｗ Ａ，1981年 ４月30日，ＶＯＬ. 23，Ｎｏ．４，ｐｐ．1982−1987 (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/33 - 21/331 H01L 29/68 - 29/737 H01L 29/00 - 29/267 H01L 29/30 - 29/38
Claims (1)
- 【請求項１】 記憶、計測、又は演算を行う電子制御装
置において、電子の平均自由行程よりも小さい２次元領
域の連続的配置によって形成された擬似的に１次元の曲
線状であり、一端側に電子が入射し、他端側から電子が
出射する系を備え、前記系は、特定の曲率を有する複数
の曲線部分が特定の周期を有しており、前記系の形成す
る有効ポテンシャルを透過するエネルギーレベルの電子
を透過し、且つ前記系の形成する有効ポテンシャルを透
過するエネルギーレベルとは異なるエネルギーレベルの
電子を遮断することを特徴とする電子制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1814992A JP3308577B2 (ja) | 1992-01-06 | 1992-01-06 | 電子制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1814992A JP3308577B2 (ja) | 1992-01-06 | 1992-01-06 | 電子制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05218393A JPH05218393A (ja) | 1993-08-27 |
| JP3308577B2 true JP3308577B2 (ja) | 2002-07-29 |
Family
ID=11963559
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1814992A Expired - Fee Related JP3308577B2 (ja) | 1992-01-06 | 1992-01-06 | 電子制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3308577B2 (ja) |
-
1992
- 1992-01-06 JP JP1814992A patent/JP3308577B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｒ．Ｃ．ｄａ Ｃｏｓｔａ，Ｑｕａｎｔｕｍ ｍｅｃｈａｎｉｃｓ ｏｆ ａ ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ ｐａｒｔｉｃｌｅ，ＰＨＹＳＩＣＡＬ ＲＥＶＩＥＷ Ａ，１９８１年 ４月３０日，ＶＯＬ．２３，Ｎｏ．４，ｐｐ．１９８２−１９８７ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05218393A (ja) | 1993-08-27 |
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