JPH0244735A - 量子干渉トランジスタ - Google Patents
量子干渉トランジスタInfo
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- JPH0244735A JPH0244735A JP19566688A JP19566688A JPH0244735A JP H0244735 A JPH0244735 A JP H0244735A JP 19566688 A JP19566688 A JP 19566688A JP 19566688 A JP19566688 A JP 19566688A JP H0244735 A JPH0244735 A JP H0244735A
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 16
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- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 13
- 238000010030 laminating Methods 0.000 abstract 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 10
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66977—Quantum effect devices, e.g. using quantum reflection, diffraction or interference effects, i.e. Bragg- or Aharonov-Bohm effects
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔（既要〕
量子干渉トランジスタに係り、特にアハロノフーボーム
効果を利用した量子干渉トランジスタに関し。
効果を利用した量子干渉トランジスタに関し。
超高速半導体デバイスの提供を目的とし。
ソース２と、ドレイン５と、一端が該ソースに接続し他
端が該ドレインに接続し中間が二つの通路に分岐してい
るチャネル３と、該チャネルの一つの通路上に配置され
たゲート電極６とを有する量子干渉トランジスタであっ
て、該ソース、該チャネル、該ドレインがこの順に半導
体Ｗ＋ｆｆ１ｌ上に積層され、且つ該ソースは該チャネ
ルとの接続部に共鳴トンネリングバリア２２を持つ量子
干渉トランジスタにより構成する。
端が該ドレインに接続し中間が二つの通路に分岐してい
るチャネル３と、該チャネルの一つの通路上に配置され
たゲート電極６とを有する量子干渉トランジスタであっ
て、該ソース、該チャネル、該ドレインがこの順に半導
体Ｗ＋ｆｆ１ｌ上に積層され、且つ該ソースは該チャネ
ルとの接続部に共鳴トンネリングバリア２２を持つ量子
干渉トランジスタにより構成する。
〔産業上の利用分野］
本発明は量子干渉トランジスタに係り、特に。
アハロノフーボーム効果（Ａｈａｒｏｎｏｖ−Ｂｏｈｍ
効果。
効果。
以下ＡＢ効果と略す）を利用した量子干渉］・ランジス
タに関する。
タに関する。
近年、電子計算機等の電子機器の高度化に伴い。
高速半導体デバイスが要求されている。
最近、 ＧＢｐ、３ ／ ＡｌＧａＡｓヘテコ構造にお
ける二次元電子ガスの走行に伴う電子波の量子力学的な
干渉効果を利用した非常に高速な量子干渉トランジスタ
が提案されている。
ける二次元電子ガスの走行に伴う電子波の量子力学的な
干渉効果を利用した非常に高速な量子干渉トランジスタ
が提案されている。
電子波の量子力学的な干渉効果の一つとしてＡＢ効果が
あるが、かかる効果を利用する量子干渉トランジスタに
おいては、干渉を生じさせるために、電子のエネルギー
が揃っていて且つ電子がチャネルを走行する際に非弾性
散乱を起こさないことが必要である。このため、電子の
エネルギーを揃え且つソース・ドレイン間の距離は少な
くとも１μｍ以下にする必要がある。
あるが、かかる効果を利用する量子干渉トランジスタに
おいては、干渉を生じさせるために、電子のエネルギー
が揃っていて且つ電子がチャネルを走行する際に非弾性
散乱を起こさないことが必要である。このため、電子の
エネルギーを揃え且つソース・ドレイン間の距離は少な
くとも１μｍ以下にする必要がある。
第４図に従来の量子干渉トランジスタの一例を断面図で
示す。第４図において、１は半導体基板。
示す。第４図において、１は半導体基板。
２３はバッファ層、３はチャネル、４はチャネル分離帯
、６はゲート電極、７ばソース電極、８はドレイン電極
、９は高抵抗層を表す。
、６はゲート電極、７ばソース電極、８はドレイン電極
、９は高抵抗層を表す。
チャネル分離帯４及び高抵抗層９は例えばｎ−ＡｌＧａ
Ａｓにより形成される。チャネル３は例えばＧａＡｓを
用いたヘテロ接合構造を持ち、２次元電子カス（２ＤＥ
Ｇ）が形成されている。ソース電極７からドレイン電極
８に至るチャネル３は中間でチャネル分離帯４に−より
二つの通路に分岐するが、一つの通路の近くにゲート電
極６を配置して。
Ａｓにより形成される。チャネル３は例えばＧａＡｓを
用いたヘテロ接合構造を持ち、２次元電子カス（２ＤＥ
Ｇ）が形成されている。ソース電極７からドレイン電極
８に至るチャネル３は中間でチャネル分離帯４に−より
二つの通路に分岐するが、一つの通路の近くにゲート電
極６を配置して。
ゲート電圧の変調によりドレイン電流の変調等の機能を
実現する。
実現する。
ところで、ソース電極７及びドレイン電極８のコンタク
ト領域は比較的寸法の大きいｎＯＡＭ域を形成しており
、さらに該ソースと該ドレイン間を流れる電流は主とし
て半導体基板面に平行であるので、チャネル分離帯４及
び該分離帯を囲むチャネル３の部分を０．１ μｒｎ以
下のパターン精度をもって形成し、ソース・ドレイン間
の距離を１μｍ′μｍ−するのは甚だ困難である。
ト領域は比較的寸法の大きいｎＯＡＭ域を形成しており
、さらに該ソースと該ドレイン間を流れる電流は主とし
て半導体基板面に平行であるので、チャネル分離帯４及
び該分離帯を囲むチャネル３の部分を０．１ μｒｎ以
下のパターン精度をもって形成し、ソース・ドレイン間
の距離を１μｍ′μｍ−するのは甚だ困難である。
また、ソース７から供給される電子は１通常エネルギー
の分布を持っていて、エネルギーが揃っているわけでは
ない。
の分布を持っていて、エネルギーが揃っているわけでは
ない。
第５図に従来の量子干渉トランジスタの他の例の主要部
を斜視図で示す。第５図において、２４はバッファ層、
３はチャネル、６はゲート電極７はソース電極、８はド
レイン電極、１０は電子供給層、２ＤＥＧは二次元電子
ガスを表す。
を斜視図で示す。第５図において、２４はバッファ層、
３はチャネル、６はゲート電極７はソース電極、８はド
レイン電極、１０は電子供給層、２ＤＥＧは二次元電子
ガスを表す。
この例はチャネル３として例えばＧａＡｓ 、電子供給
層１０として例えばＡｌＧａＡｓを用いたヘテロ接合構
造を持つものであり、チャネル３の中間をドーナッツ状
に抜いて通路を二つに分岐している。
層１０として例えばＡｌＧａＡｓを用いたヘテロ接合構
造を持つものであり、チャネル３の中間をドーナッツ状
に抜いて通路を二つに分岐している。
この場合もチャネルを寸法精度よく形成し、しかもソー
ス・ドレイン間の距離を小さく形成することは困難であ
る。
ス・ドレイン間の距離を小さく形成することは困難であ
る。
また、ソース７から供給される電子のエネルギーも揃っ
ているわけではない。
ているわけではない。
従って、従来の構造の量子干渉トランジスタにおいては
、電子波の干渉を生じさせることが困難で、また、電子
波の干渉が生じてもシャープな干渉パターンは得られな
い。
、電子波の干渉を生じさせることが困難で、また、電子
波の干渉が生じてもシャープな干渉パターンは得られな
い。
本発明はソースから供給する電子のエネルギーを揃え、
且つソース・ドレイン間の距離を小さく形成した干渉性
の高い量子干渉トランジスタを提供することを目的とす
る。
且つソース・ドレイン間の距離を小さく形成した干渉性
の高い量子干渉トランジスタを提供することを目的とす
る。
第１図は本発明の量子干渉トランジスタの断面構造を示
す。第１図において、ｌは半導体基板。
す。第１図において、ｌは半導体基板。
２及び２１はソース、２２は共鳴トンネリングバリアで
あってソース、３はチャネル１４はチャネル分離帯、５
はドレイン、６はゲート電極、７はソース電極、８はド
レイン電極を、矢印はチャネルを通る電子の道筋を表す
。
あってソース、３はチャネル１４はチャネル分離帯、５
はドレイン、６はゲート電極、７はソース電極、８はド
レイン電極を、矢印はチャネルを通る電子の道筋を表す
。
上記課題は、ソース２と、ドレイン５と、一端が該ソー
スに接続し他端が該ドレインに接続し中間が二つの通路
に分岐しているチャネル３と、該チャネルの一つの通路
上に配置されたゲート電極６とを有する量子干渉トラン
ジスタであって、該ソース、該チャネル、該ドレインが
この順に半導体基板ｌ上に積層され、且つ該ソースは該
チャネルとの接続部に共鳴トンネリングバリア２２を持
つ量子干渉トランジスタによって、解決される。
スに接続し他端が該ドレインに接続し中間が二つの通路
に分岐しているチャネル３と、該チャネルの一つの通路
上に配置されたゲート電極６とを有する量子干渉トラン
ジスタであって、該ソース、該チャネル、該ドレインが
この順に半導体基板ｌ上に積層され、且つ該ソースは該
チャネルとの接続部に共鳴トンネリングバリア２２を持
つ量子干渉トランジスタによって、解決される。
本発明では第１図に示す如くソースからチャネルに供給
される電子は共鳴トンネリングバリアを通過する。共鳴
トンネリングバリアは共鳴単位のエネルギーを持つ電子
のみを通過させる作用を持つもので、チャネルを通過す
る電子のエネルギーを揃えることができる。
される電子は共鳴トンネリングバリアを通過する。共鳴
トンネリングバリアは共鳴単位のエネルギーを持つ電子
のみを通過させる作用を持つもので、チャネルを通過す
る電子のエネルギーを揃えることができる。
第２図は共鳴トンネリングバリアのハンド図を示し、Ｅ
ｃは伝導帯の下端エネルギー、Ｅｆはフェルミ準位を表
す。
ｃは伝導帯の下端エネルギー、Ｅｆはフェルミ準位を表
す。
共鳴トンネリングバリアはソース側の第１バリア層１チ
ャネル側の第２バリア層、該第１バリア層と該第２バリ
ア層の間の量子井戸層からなっていて、電圧をかけない
状態（第２図（ａ））では該第１バリア層及び該第２バ
リア層の伝導帯の下端エネルギーはソース及びチャネル
の伝導帯の下端エネルギーより高く、該量子井戸層はソ
ースの伝導帯の下端より高く第１及び第２バリア層の伝
導帯の下端より低い共鳴準位を持っている。
ャネル側の第２バリア層、該第１バリア層と該第２バリ
ア層の間の量子井戸層からなっていて、電圧をかけない
状態（第２図（ａ））では該第１バリア層及び該第２バ
リア層の伝導帯の下端エネルギーはソース及びチャネル
の伝導帯の下端エネルギーより高く、該量子井戸層はソ
ースの伝導帯の下端より高く第１及び第２バリア層の伝
導帯の下端より低い共鳴準位を持っている。
電圧をかけた状態（第２図（ｂ））では該共鳴準位が下
がり１丁度該共鳴準位がソースのフェルミ準位と一致す
る時、ソースの電子は第１及び第２バリア層をトンネル
してチャネルに流れ込む。
がり１丁度該共鳴準位がソースのフェルミ準位と一致す
る時、ソースの電子は第１及び第２バリア層をトンネル
してチャネルに流れ込む。
従って、チャネルを通過する電子はかかる共鳴条件を満
たした一定のエネルギーを持つ電子だけになる。
たした一定のエネルギーを持つ電子だけになる。
さらに１本発明の構造はドレイン電流の方向が半導体基
板１の素子形成面に対して垂直になる構造なのでソース
・ドレイン間の距離を小さく形成することは容易である
。例えば１分子線エピタキシー（ＭＢＥ）によれば０．
Ｉ １１ｍ以下にすることも可能である。ソース・ドレ
イン間の距離を小さくしてチャネルを短くすることによ
り電子が受ける非弾性散乱のチャンスを少なくシ、第１
の通路を通る電子波と第２の通路を通る電子波をよく干
渉させ干渉効果を高めることができる。
板１の素子形成面に対して垂直になる構造なのでソース
・ドレイン間の距離を小さく形成することは容易である
。例えば１分子線エピタキシー（ＭＢＥ）によれば０．
Ｉ １１ｍ以下にすることも可能である。ソース・ドレ
イン間の距離を小さくしてチャネルを短くすることによ
り電子が受ける非弾性散乱のチャンスを少なくシ、第１
の通路を通る電子波と第２の通路を通る電子波をよく干
渉させ干渉効果を高めることができる。
以下２本発明の実施例について説明する。
第３図（ａ）乃至（Ｃ）は本発明の量子干渉トランジス
タの製造工程の一例を示すもので、これらの図を参照し
ながら説明する。
タの製造工程の一例を示すもので、これらの図を参照し
ながら説明する。
第３図（ａ）参照
半導体基板１の上にソースとなるバッファ層２１、ソー
スとなる共鳴トンネリングバリア２２として第１バリア
［２２１、ｉｔ電子戸層２２２．第２バリア層２２３．
及び第１チャネル層３１をこの順序に分子線エピタキシ
ー（ＭＢＥ）法により積層する。各層の組成と厚さは次
の如くである。
スとなる共鳴トンネリングバリア２２として第１バリア
［２２１、ｉｔ電子戸層２２２．第２バリア層２２３．
及び第１チャネル層３１をこの順序に分子線エピタキシ
ー（ＭＢＥ）法により積層する。各層の組成と厚さは次
の如くである。
１、半導体基板
２１、バッファ層
（Ｓｉドープ１
２２１、第１バリア層
２２２、量子井戸層
ｎ” −ＧａＡｓ
ｎ −ＧａＡｓ
Ｘ １０ ”ｃｍ−３）
ｉ −ＡＩＧａＡｓ
ｉ −ＧａＡｓ
２０００人
１１．３人
１９８人
２２３、第２バリア層 ｉ−八ｌＧａＡｓ １１．
３人３１、第１チャネル層ｎ −ＧａＡｓ ２０
００人（ＳｉドープＩ Ｘ １０ ”ＣＪＩ−’）次に
、加速電圧４０ｋｅＶ、 ビーム径０．１μｍの集束イ
オンビームにより第１チャネル層３１に硼素イオン（Ｂ
＋）のマスクレスイオン注入を行い。
３人３１、第１チャネル層ｎ −ＧａＡｓ ２０
００人（ＳｉドープＩ Ｘ １０ ”ＣＪＩ−’）次に
、加速電圧４０ｋｅＶ、 ビーム径０．１μｍの集束イ
オンビームにより第１チャネル層３１に硼素イオン（Ｂ
＋）のマスクレスイオン注入を行い。
幅０．２μｍ、深さ０．１５．ｔ＋ｍ、 ドーズ量１
乃至５×１０１４ｃ、−２のチャネル分離帯４を形成す
る。この分離帯は高抵抗となり電子の通過を妨げる。
乃至５×１０１４ｃ、−２のチャネル分離帯４を形成す
る。この分離帯は高抵抗となり電子の通過を妨げる。
第３図（ｂ）参照
第１チャネル層３１の上に第２チャネル層３２及びドレ
インであるコンタクト層５をＭＢＥ法により積層する。
インであるコンタクト層５をＭＢＥ法により積層する。
各層の組成と厚さは次の如くである。
３２、第２チャネル層 ｎ −ＧａＡｓ ２００
０人（ＳｉドープＩＸＩＱ”ｃｍ−３） ５、コンタクト層 ｎ” −ＧａＡｓ １０００
人（Ｓｉ ド − ブ ５ × １ ０ 盲８ ｃ
ｍ −３）第２チャネル層は第１チャネル層と組成が同
じで、第１チヤネルと第２チヤネルはチャネル３を形成
し、チャネル３はチャネル分離帯４により中間で二つの
通路に分けられる。
０人（ＳｉドープＩＸＩＱ”ｃｍ−３） ５、コンタクト層 ｎ” −ＧａＡｓ １０００
人（Ｓｉ ド − ブ ５ × １ ０ 盲８ ｃ
ｍ −３）第２チャネル層は第１チャネル層と組成が同
じで、第１チヤネルと第２チヤネルはチャネル３を形成
し、チャネル３はチャネル分離帯４により中間で二つの
通路に分けられる。
コンタクト層５はチャネル３からの電流が流れ込むドレ
インとなる。
インとなる。
第３図（ｃ）参照
コンタクト層５の上面が一辺０．４ μｍの正方形とな
るようにメサエッチを行った後、チャネル３の一つの通
路の側面にゲート電極６を形成する。
るようにメサエッチを行った後、チャネル３の一つの通
路の側面にゲート電極６を形成する。
半導体基板１の下面にソース電極７．コンタクト層５の
上に電極８を形成する。
上に電極８を形成する。
かくして量子干渉トランジスタが完成する。
この量子干渉トランジスタの相互コンダクタンスｇｍは
約１００３／ｍで、１０１２Ｈｚの信号の変調が可能で
ある。
約１００３／ｍで、１０１２Ｈｚの信号の変調が可能で
ある。
以上説明した様に１本発明によれば＋ｇｍが大きく、超
高速の信号変調が可能な半導体デバイスが提供でき、電
子機器の高度化に寄与するところが大きい。
高速の信号変調が可能な半導体デバイスが提供でき、電
子機器の高度化に寄与するところが大きい。
第１図は本発明の量子干渉トランジスタ。
第２図は共鳴トンネリングハリアのバンド図。
第３図は製造工程。
第４図は従来の量子干渉トランジスタＩ。
第５図は従来の量子干渉トランジスタ■である。図にお
いて。 １は半導体基板 ２はソース ２１はバッファ層であってソース。 ２２は共鳴トンネリングバリア。 ２２１は第１ハ゛リア層。 ２２２は量子井戸層 ２２３は第２バリア層 ２３．２４はバッファ層。 ３はチャネル。 ３１は第１チャネル層。 ３２は第２チャネル層。 ４はチャネル分離帯 ５はコンタクト層であってドレイン ６はゲート電極 ７はソース電極 ８はドレイン電極。 ９は高抵抗層。 １０は電子供給層 坏金萌ｆ量子干３９１−ラ／ジヌク 第 １ 図 ン ス １「手升戸々 亭ヤ初し １圧ΣＡ“けな０状蜆 （ｄ） （ｂ） １４ 口、−シ トンネシングバリアｎバッド′図 茅 ν （罐 製造り程 ＄ ３ 図
いて。 １は半導体基板 ２はソース ２１はバッファ層であってソース。 ２２は共鳴トンネリングバリア。 ２２１は第１ハ゛リア層。 ２２２は量子井戸層 ２２３は第２バリア層 ２３．２４はバッファ層。 ３はチャネル。 ３１は第１チャネル層。 ３２は第２チャネル層。 ４はチャネル分離帯 ５はコンタクト層であってドレイン ６はゲート電極 ７はソース電極 ８はドレイン電極。 ９は高抵抗層。 １０は電子供給層 坏金萌ｆ量子干３９１−ラ／ジヌク 第 １ 図 ン ス １「手升戸々 亭ヤ初し １圧ΣＡ“けな０状蜆 （ｄ） （ｂ） １４ 口、−シ トンネシングバリアｎバッド′図 茅 ν （罐 製造り程 ＄ ３ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 ソース（２）と、 ドレイン（５）と、 一端が該ソースに接続し他端が該ドレインに接続し中間
が二つの通路に分岐しているチャネル（３）と、 該チャネルの一つの通路上に配置されたゲート電極（６
）とを有する量子干渉トランジスタであつて、 該ソース、該チャネル、該ドレインがこの順に半導体基
板（１）上に積層され、且つ該ソースは該チャネルとの
接続部に共鳴トンネリングバリア（２２）を持つことを
特徴とする量子干渉トランジスタ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19566688A JPH0244735A (ja) | 1988-08-04 | 1988-08-04 | 量子干渉トランジスタ |
| US07/389,265 US5130766A (en) | 1988-08-04 | 1989-08-03 | Quantum interference type semiconductor device |
| EP89307963A EP0357248B1 (en) | 1988-08-04 | 1989-08-04 | Semiconductor device of the quantum interference type |
| DE68921391T DE68921391D1 (de) | 1988-08-04 | 1989-08-04 | Quantuminterferenzhalbleitereinrichtung. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19566688A JPH0244735A (ja) | 1988-08-04 | 1988-08-04 | 量子干渉トランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0244735A true JPH0244735A (ja) | 1990-02-14 |
Family
ID=16344974
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19566688A Pending JPH0244735A (ja) | 1988-08-04 | 1988-08-04 | 量子干渉トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0244735A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06232418A (ja) * | 1993-02-04 | 1994-08-19 | Nec Corp | Ａｂ効果素子 |
| JP2010093268A (ja) * | 2008-10-09 | 2010-04-22 | Samsung Electronics Co Ltd | 量子干渉トランジスタとその製造及び動作方法 |
-
1988
- 1988-08-04 JP JP19566688A patent/JPH0244735A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06232418A (ja) * | 1993-02-04 | 1994-08-19 | Nec Corp | Ａｂ効果素子 |
| JP2010093268A (ja) * | 2008-10-09 | 2010-04-22 | Samsung Electronics Co Ltd | 量子干渉トランジスタとその製造及び動作方法 |
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