JPH04359579A - 相補型量子効果回路 - Google Patents
相補型量子効果回路Info
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- JPH04359579A JPH04359579A JP3134960A JP13496091A JPH04359579A JP H04359579 A JPH04359579 A JP H04359579A JP 3134960 A JP3134960 A JP 3134960A JP 13496091 A JP13496091 A JP 13496091A JP H04359579 A JPH04359579 A JP H04359579A
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- 230000000295 complement effect Effects 0.000 claims description 10
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 229910000980 Aluminium gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 3
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 230000005533 two-dimensional electron gas Effects 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
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
［発明の目的］
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、量子効果の一つである
アハラノフーボーム（Ａｈａｒａｎｏｖ−Ｂｏｈｍ ）
効果を用いた相補型量子効果回路に関する。
アハラノフーボーム（Ａｈａｒａｎｏｖ−Ｂｏｈｍ ）
効果を用いた相補型量子効果回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】量子効果の一つに、アハラノフーボーム
効果（以下、ＡＢ効果と略称する）が知られている。固
体中でのＡＢ効果を利用すると、スイッチング素子など
各種の電子素子を構成することができる。ＡＢ効果素子
は、原理的に極めて小さい消費電力で動作するものであ
るため、将来の集積回路素子として注目されている。
効果（以下、ＡＢ効果と略称する）が知られている。固
体中でのＡＢ効果を利用すると、スイッチング素子など
各種の電子素子を構成することができる。ＡＢ効果素子
は、原理的に極めて小さい消費電力で動作するものであ
るため、将来の集積回路素子として注目されている。
【０００３】その様なＡＢ効果素子の一つとして、二つ
の端子間に構成されたいわゆる二重連結領域からなるチ
ャネル層の一方に制御電極を設けて、その二つの端子間
の電流を制御する素子が提案されている（Ｓ．Ｄａｔｔ
ａ ｅｔ ａｌ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ． ５
５ ，３４４ （１９８５））。
の端子間に構成されたいわゆる二重連結領域からなるチ
ャネル層の一方に制御電極を設けて、その二つの端子間
の電流を制御する素子が提案されている（Ｓ．Ｄａｔｔ
ａ ｅｔ ａｌ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔ． ５
５ ，３４４ （１９８５））。
【０００４】図６は、そのＡＢ効果素子の概略構成を示
す。図示のようにこの素子は、二つの端子部３，４に繋
がるリング状導波路により構成される二重連結領域１と
、その二つのチャネル層１１ ，１２ の一方に設けら
れた絶縁ゲート型の制御電極２とから構成されている。 このＡＢ効果素子は例えばＧａＡｓ基板を用いて、所謂
ＨＥＭＴと同様の原理により構成される。
す。図示のようにこの素子は、二つの端子部３，４に繋
がるリング状導波路により構成される二重連結領域１と
、その二つのチャネル層１１ ，１２ の一方に設けら
れた絶縁ゲート型の制御電極２とから構成されている。 このＡＢ効果素子は例えばＧａＡｓ基板を用いて、所謂
ＨＥＭＴと同様の原理により構成される。
【０００５】二つの端子Ａ，Ｂ間に微小な電圧を与えた
状態で、制御電極２に制御電圧を与えると、二つの端子
Ａ，Ｂ間の電流が制御される。これは、制御電極２によ
る電界によってチャネル層１１ の電子波の位相が制御
され、この結果二つのチャネル層１１ ，１２ の電子
波の干渉が制御されるためである。この様な電界による
ＡＢ効果はいわゆる静電的ＡＢ効果と呼ばれる。
状態で、制御電極２に制御電圧を与えると、二つの端子
Ａ，Ｂ間の電流が制御される。これは、制御電極２によ
る電界によってチャネル層１１ の電子波の位相が制御
され、この結果二つのチャネル層１１ ，１２ の電子
波の干渉が制御されるためである。この様な電界による
ＡＢ効果はいわゆる静電的ＡＢ効果と呼ばれる。
【０００６】この様なＡＢ効果素子は、チャネル層１１
，１２ の長さがキャリアの平均自由行程よりも短い
という条件で初めて動作する。この様な条件を満たすた
めには、素子自体が微細であることと共に、素子温度が
極低温に保たれることが必要である。素子に定常的な電
流が流れると、温度が上昇してＡＢ効果が現れなくなる
。 したがってこの様なＡＢ効果素子を集積回路素子として
利用するためには、徹底的に消費電力を抑制することが
必要になる。
，１２ の長さがキャリアの平均自由行程よりも短い
という条件で初めて動作する。この様な条件を満たすた
めには、素子自体が微細であることと共に、素子温度が
極低温に保たれることが必要である。素子に定常的な電
流が流れると、温度が上昇してＡＢ効果が現れなくなる
。 したがってこの様なＡＢ効果素子を集積回路素子として
利用するためには、徹底的に消費電力を抑制することが
必要になる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】以上のように、ＡＢ効
果素子を集積回路に利用するためには、消費電力の徹底
的な削減が望まれる。本発明はこの様な点に鑑みなされ
たもので、集積回路用基本回路として有用な、消費電力
の低い相補型量子効果回路を提供することを目的とする
。 ［発明の構成］
果素子を集積回路に利用するためには、消費電力の徹底
的な削減が望まれる。本発明はこの様な点に鑑みなされ
たもので、集積回路用基本回路として有用な、消費電力
の低い相補型量子効果回路を提供することを目的とする
。 ［発明の構成］
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明による相補型量子
効果回路は、二重連結領域からなるチャネル層の一方に
電流を制御する制御電極を有する第１，第２のＡＢ効果
素子が電源間に直列接続され、その接続点を出力端子と
して構成されていることを特徴とする。
効果回路は、二重連結領域からなるチャネル層の一方に
電流を制御する制御電極を有する第１，第２のＡＢ効果
素子が電源間に直列接続され、その接続点を出力端子と
して構成されていることを特徴とする。
【０００９】
【作用】本発明の相補型量子効果回路では、第１，第２
のＡＢ効果素子での二重連結領域の電子波干渉の現われ
方が互いに１８０°位相がずれた状態で動作させる。こ
れは、二つのＡＢ効果素子の制御電極が共通の場合には
、予め二つのＡＢ効果素子の大きさをそれぞれ最適設計
することにより可能である。また制御電極が独立の場合
には、二つの二重連結領域を同じ大きさとして、制御電
極に与える電圧を選ぶことによって可能になる。
のＡＢ効果素子での二重連結領域の電子波干渉の現われ
方が互いに１８０°位相がずれた状態で動作させる。こ
れは、二つのＡＢ効果素子の制御電極が共通の場合には
、予め二つのＡＢ効果素子の大きさをそれぞれ最適設計
することにより可能である。また制御電極が独立の場合
には、二つの二重連結領域を同じ大きさとして、制御電
極に与える電圧を選ぶことによって可能になる。
【００１０】この様な条件で二つのＡＢ効果素子を動作
させれば、電源間の電流の流れ方から見ると、第１，第
２のＡＢ効果素子の一方がオンの時、他方がオフという
状態になる。これは、ＣＭＯＳ回路の動作原理と同じで
あり、定常的な貫通電流が流れない。したがって、低消
費電力特性が得られる。
させれば、電源間の電流の流れ方から見ると、第１，第
２のＡＢ効果素子の一方がオンの時、他方がオフという
状態になる。これは、ＣＭＯＳ回路の動作原理と同じで
あり、定常的な貫通電流が流れない。したがって、低消
費電力特性が得られる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。
【００１２】図１は、一実施例の相補型量子効果回路の
レイアウトである。図に示すように、第１のＡＢ効果素
子１１ａは、二重連結領域を構成するチャネル１１ａ１
，１１ａ２と、その一方のチャネル１１ａ１上に形成さ
れた制御電極１２ａにより構成されている。第２のＡＢ
効果素子１１ｂは同様に、二重連結領域を構成するチャ
ネル１１ｂ１，１１ｂ２と、その一方のチャネル１１ｂ
１上に形成された制御電極１２ｂにより構成されている
。第１，第２のＡＢ効果素子１１ａ，１１ｂは、それら
のチャネルの長さがキャリアの平均自由行程より短いこ
とが必要である。
レイアウトである。図に示すように、第１のＡＢ効果素
子１１ａは、二重連結領域を構成するチャネル１１ａ１
，１１ａ２と、その一方のチャネル１１ａ１上に形成さ
れた制御電極１２ａにより構成されている。第２のＡＢ
効果素子１１ｂは同様に、二重連結領域を構成するチャ
ネル１１ｂ１，１１ｂ２と、その一方のチャネル１１ｂ
１上に形成された制御電極１２ｂにより構成されている
。第１，第２のＡＢ効果素子１１ａ，１１ｂは、それら
のチャネルの長さがキャリアの平均自由行程より短いこ
とが必要である。
【００１３】これら第１，第２のＡＢ効果素子１１ａ，
１１ｂは直列接続されて、その接続点が出力端子Ｃに繋
がり、残りの二つの端子Ａ，Ｂが電源端子となっている
。制御電極１２ａ，１２ｂはこの実施例では絶縁ゲート
型であって、それぞれ制御電圧入力端子Ｇ１ ，Ｇ２
につながる。
１１ｂは直列接続されて、その接続点が出力端子Ｃに繋
がり、残りの二つの端子Ａ，Ｂが電源端子となっている
。制御電極１２ａ，１２ｂはこの実施例では絶縁ゲート
型であって、それぞれ制御電圧入力端子Ｇ１ ，Ｇ２
につながる。
【００１４】二つの制御電極１２ａ，１２ｂを共通接続
して、一つの制御入力電圧でスイッチング動作をさせる
場合には、第１，第２のＡＢ効果素子のチャネルの長さ
、すなわち二重連結領域を構成するリング状導波路の大
きさを異ならせる。具体的には、同じ制御電圧を印加し
た時に第１，第２のＡＢ効果素子１１ａ，１１ｂでの二
重連結領域の電子波干渉の現われ方が互いに１８０°位
相がずれた状態となるように、それぞれの大きさが設定
される。
して、一つの制御入力電圧でスイッチング動作をさせる
場合には、第１，第２のＡＢ効果素子のチャネルの長さ
、すなわち二重連結領域を構成するリング状導波路の大
きさを異ならせる。具体的には、同じ制御電圧を印加し
た時に第１，第２のＡＢ効果素子１１ａ，１１ｂでの二
重連結領域の電子波干渉の現われ方が互いに１８０°位
相がずれた状態となるように、それぞれの大きさが設定
される。
【００１５】図２は、この実施例の量子効果回路の具体
的な構造例である。これは、図１の端子Ａから第１のＡ
Ｂ効果素子１１ａのチャネル１１ａ１を通り、端子Ｃに
至る導波路の断面構造を示している。半絶縁性ＧａＡｓ
基板２１上にＧａＡｓバッファ層２２を介してアンドー
プのＧａＡｓ活性層２３が形成され、この上にｎ型のＡ
ｌＧａＡｓ層２４が形成されている。ＡｌＧａＡｓ層２
４とＧａＡｓ活性層２３の界面のＧａＡｓ活性層２３側
に二次元電子ガス２５が形成されて、これがチャネルと
なる。ＡｌＧａＡｓ層２４上に制御電極１２ａとして、
一種の絶縁ゲート型電極であるショットキーゲート電極
が形成されている。
的な構造例である。これは、図１の端子Ａから第１のＡ
Ｂ効果素子１１ａのチャネル１１ａ１を通り、端子Ｃに
至る導波路の断面構造を示している。半絶縁性ＧａＡｓ
基板２１上にＧａＡｓバッファ層２２を介してアンドー
プのＧａＡｓ活性層２３が形成され、この上にｎ型のＡ
ｌＧａＡｓ層２４が形成されている。ＡｌＧａＡｓ層２
４とＧａＡｓ活性層２３の界面のＧａＡｓ活性層２３側
に二次元電子ガス２５が形成されて、これがチャネルと
なる。ＡｌＧａＡｓ層２４上に制御電極１２ａとして、
一種の絶縁ゲート型電極であるショットキーゲート電極
が形成されている。
【００１６】図３を参照してこの実施例の量子効果回路
の動作を説明する。前述のように、第１，第２のＡＢ効
果素子１１ａ，１１ｂは、同じ制御電圧に対して二重連
結領域の電子波干渉の現われ方が互いに１８０°位相が
ずれているとする。また、出力端子Ｃには容量性の負荷
が接続されているとする。この時、端子Ａ，Ｂ間に電源
電圧を与えて、第１のＡＢ効果素子１１ａの端子Ａ，Ｃ
間の電流ＩＡＣと、第２のＡＢ効果素子１１ｂの端子Ｃ
，Ｂ間の電流ＩＣＢの関係は制御電圧を横軸にとって示
すと、図３のように観測される。この結果、二つの素子
の直列回路である端子Ａ，Ｂ間の電流ＩＡＢは、図３の
最下段に示したようになる。
の動作を説明する。前述のように、第１，第２のＡＢ効
果素子１１ａ，１１ｂは、同じ制御電圧に対して二重連
結領域の電子波干渉の現われ方が互いに１８０°位相が
ずれているとする。また、出力端子Ｃには容量性の負荷
が接続されているとする。この時、端子Ａ，Ｂ間に電源
電圧を与えて、第１のＡＢ効果素子１１ａの端子Ａ，Ｃ
間の電流ＩＡＣと、第２のＡＢ効果素子１１ｂの端子Ｃ
，Ｂ間の電流ＩＣＢの関係は制御電圧を横軸にとって示
すと、図３のように観測される。この結果、二つの素子
の直列回路である端子Ａ，Ｂ間の電流ＩＡＢは、図３の
最下段に示したようになる。
【００１７】例えば、制御電圧零の点とＶＧ１の点につ
いて見ると、制御電圧零では、第１のＡＢ効果素子１１
ａでは電流が流れず、第２のＡＢ効果素子１１ｂにのみ
電流が流れる。制御電圧ＶＧ１では逆に、第１のＡＢ効
果素子１１ａに電流が流れ、第２のＡＢ効果素子１１ｂ
では電流が流れない。この様に、制御電圧０〜ＶＧ１の
範囲でみると、ＣＭＯＳ回路の動作と全く同じである。 たとえば、制御電圧零，ＶＧ１をそれぞれ論理“０”，
“１”に対応させて、基本論理回路であるインバータが
構成できる。したがってこの実施例の量子効果回路では
、定常的な貫通電流は流れず、過渡的に貫通電流が流れ
るのみであり、回路動作の消費電力は最低限に抑えられ
る。
いて見ると、制御電圧零では、第１のＡＢ効果素子１１
ａでは電流が流れず、第２のＡＢ効果素子１１ｂにのみ
電流が流れる。制御電圧ＶＧ１では逆に、第１のＡＢ効
果素子１１ａに電流が流れ、第２のＡＢ効果素子１１ｂ
では電流が流れない。この様に、制御電圧０〜ＶＧ１の
範囲でみると、ＣＭＯＳ回路の動作と全く同じである。 たとえば、制御電圧零，ＶＧ１をそれぞれ論理“０”，
“１”に対応させて、基本論理回路であるインバータが
構成できる。したがってこの実施例の量子効果回路では
、定常的な貫通電流は流れず、過渡的に貫通電流が流れ
るのみであり、回路動作の消費電力は最低限に抑えられ
る。
【００１８】図４は、本発明の別の実施例の相補型量子
効果回路の概略レイアウトである。第１，第２のＡＢ効
果素子１１ａ，１１ｂが直列接続されることは、先の実
施例と変わらない。この実施例では、第１，第２のＡＢ
効果素子１１ａ，１１ｂの制御電極として、超伝導材料
を用いて構成されたソレノイド１３ａ，１３ｂが用いら
れている。１４ａ，１４ｂはソレノイド電源、１５ａ，
１５ｂは電流調整用抵抗である。先の実施例が静電的Ａ
Ｂ効果を利用していたのに対し、この実施例は二重連結
領域を貫通する磁束により、チャネル電流制御を行う点
で異なる。図５は、この実施例の量子効果回路の各端子
間の電流ＩＡＣ，ＩＣＢ，ＩＡＢを、ソレノイドに流す
電流に対して示したものである。
効果回路の概略レイアウトである。第１，第２のＡＢ効
果素子１１ａ，１１ｂが直列接続されることは、先の実
施例と変わらない。この実施例では、第１，第２のＡＢ
効果素子１１ａ，１１ｂの制御電極として、超伝導材料
を用いて構成されたソレノイド１３ａ，１３ｂが用いら
れている。１４ａ，１４ｂはソレノイド電源、１５ａ，
１５ｂは電流調整用抵抗である。先の実施例が静電的Ａ
Ｂ効果を利用していたのに対し、この実施例は二重連結
領域を貫通する磁束により、チャネル電流制御を行う点
で異なる。図５は、この実施例の量子効果回路の各端子
間の電流ＩＡＣ，ＩＣＢ，ＩＡＢを、ソレノイドに流す
電流に対して示したものである。
【００１９】この実施例によっても、先の実施例と同様
の原理により、定常的な貫通電流が流れない回路動作が
得られる。しかも、ソレノイドは超伝導材料により構成
されているので、これに流れる電流による消費電力はな
い。
の原理により、定常的な貫通電流が流れない回路動作が
得られる。しかも、ソレノイドは超伝導材料により構成
されているので、これに流れる電流による消費電力はな
い。
【００２０】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、二
つのＡＢ効果素子を直列接続して、消費電力低減を図っ
た相補型量子効果回路を得ることができる。
つのＡＢ効果素子を直列接続して、消費電力低減を図っ
た相補型量子効果回路を得ることができる。
【図１】一実施例の相補型量子効果回路の概略レイアウ
ト図。
ト図。
【図２】同実施例の回路の要部断面構造を示す図。
【図３】同実施例の回路動作を説明するための図。
【図４】他の実施例の相補型量子効果回路の概略レイア
ウト図。
ウト図。
【図５】同実施例の回路動作を説明するための図。
【図６】ＡＢ効果素子のレイアウト図。
１１ａ…第１のＡＢ効果素子、
１１ｂ…第２のＡＢ効果素子、
１１ａ１，１１ａ２，１１ｂ１，１１ｂ２…チャネル、
１２ａ，１２ｂ…絶縁ゲート型制御電極、２１…半絶縁
性ＧａＡｓ基板、 ２２…ＧａＡｓバッファ層、 ２３…アンドープＧａＡｓ活性層、 ２４…ｎ型ＡｌＧａＡｓ層、 ２５…二次元電子ガス １３ａ，１３ｂ…超伝導ソレノイド、 １４ａ，１４ｂ…電源、 １５ａ，１５ｂ抵抗。
１２ａ，１２ｂ…絶縁ゲート型制御電極、２１…半絶縁
性ＧａＡｓ基板、 ２２…ＧａＡｓバッファ層、 ２３…アンドープＧａＡｓ活性層、 ２４…ｎ型ＡｌＧａＡｓ層、 ２５…二次元電子ガス １３ａ，１３ｂ…超伝導ソレノイド、 １４ａ，１４ｂ…電源、 １５ａ，１５ｂ抵抗。
Claims (1)
- 【請求項１】二重連結領域からなるチャネル層の一方に
電流を制御する制御電極を有する第１，第２のＡＢ効果
素子が電源間に直列接続され、その接続点を出力端子と
したことを特徴とする相補型量子効果回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3134960A JPH04359579A (ja) | 1991-06-06 | 1991-06-06 | 相補型量子効果回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3134960A JPH04359579A (ja) | 1991-06-06 | 1991-06-06 | 相補型量子効果回路 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04359579A true JPH04359579A (ja) | 1992-12-11 |
Family
ID=15140607
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3134960A Pending JPH04359579A (ja) | 1991-06-06 | 1991-06-06 | 相補型量子効果回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04359579A (ja) |
-
1991
- 1991-06-06 JP JP3134960A patent/JPH04359579A/ja active Pending
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