JPH06296011A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

Info

Publication number
JPH06296011A
JPH06296011A JP3346736A JP34673691A JPH06296011A JP H06296011 A JPH06296011 A JP H06296011A JP 3346736 A JP3346736 A JP 3346736A JP 34673691 A JP34673691 A JP 34673691A JP H06296011 A JPH06296011 A JP H06296011A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
dots
semiconductor device
dot
layer
channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP3346736A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuo Nakazato
和郎 中里
Fuazoru Geruharuto
ファゾル ゲルハルト
Aametsudo Haroon
アーメッド ハローン
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Publication of JPH06296011A publication Critical patent/JPH06296011A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165Auxiliary circuits
    • G11C11/1659Cell access
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C8/00Arrangements for selecting an address in a digital store
    • G11C8/005Arrangements for selecting an address in a digital store with travelling wave access
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
    • H01L29/122Single quantum well structures
    • H01L29/127Quantum box structures
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C2216/00Indexing scheme relating to G11C16/00 and subgroups, for features not directly covered by these groups
    • G11C2216/02Structural aspects of erasable programmable read-only memories
    • G11C2216/08Nonvolatile memory wherein data storage is accomplished by storing relatively few electrons in the storage layer, i.e. single electron memory

Abstract

PURPOSE:To realize logic function and storage function, by generating, on a conductor, a current in a pattern type depending on the coupling between conductor dots, when a specified voltage is applied to the conductor. CONSTITUTION:A semiconductor device has a plurality of semiconductor dots D arranged in a matrix. The dots D are connected with a plurality of conductors as conductive semiconductor channel T. When an input voltage is applied to the conductor T, a current is generated in a pattern type which corresponds with the coupling between the semiconductor dots. Thereby parallel data processing is enabled, and ultra high-speed operation can be realized. The logic function can be changed by changing the state of the semiconductor dots.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、論理機能および/また
はメモリ機能を有する半導体デバイスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a logic function and / or a memory function.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の論理回路において、半導体チップ
(例えばCMOSデバイス)上に集積化されたトランジ
スタまたは他の論理ゲートにより、多数の電子の流れか
らなる複数の電流が相互に論理的に組み合わされる。こ
のような従来の電流を用いる方法には、隣接するゲート
間を情報が伝播する速度に制限があり、また、実現可能
な集積度にも限度がある。
BACKGROUND OF THE INVENTION In conventional logic circuits, transistors or other logic gates integrated on a semiconductor chip (eg, CMOS device) logically combine multiple currents of multiple electron currents with each other. . In such a conventional method using current, there is a limit in the speed at which information propagates between adjacent gates, and there is a limit in the degree of integration that can be realized.

【0003】これに対し、近年、更に微小な半導体チャ
ネルを形成する手法が提案されている。この微小な半導
体チャネルでは、電子の伝播が波の性質をとり、かつ量
子力学的波動の作用として特徴付けられる。この詳細
は、米国物理学会誌(Am Phys.Soc.),フ
ィジカル・レビュー・レターズVol.60,No.9
に掲載されたビー・ジェイ・バン・ウィーズ(B.J.van
Wees)等による「クウォンタイズド・コンダクタンス・
オブ・ポイント・コンタクツ・イン・ア・ツーディメン
ジョナル・エレクトロン・ガス(Quantized Conductance
of Point Contacts in a Two-Dimensional Electron G
as)」第848頁から第850頁に開示されている。ま
た、半導体基板上に充分に微小な直径を有する導電性半
導体材料のドットを形成し、これによって単一の電子を
含みうるポテンシャル井戸を形成する手法も提案されて
いる。この詳細に関しては、Am Phys.So
c.,フィジカル・レビュー・レターズVol.62,
No.21に掲載されたビー・ジェイ・バン・ウィーズ
(B.J.van Wees)等による「オブザーベィション・オブ
・ゼロ・ディメンジョナル・ステイツ・イン・ア・ワン
・ディメンジョナル・エレクトロン・インターフェロメ
ータ(Observation of Zero-Dimensional States ina On
e Dimensional Electron Interferometer)」第2523頁か
ら第2526頁を参照されたい。通常、半導体ドットは10
0nm以下の直径を有する。このような電子を閉じ込め
るドットを形成する手法としては、直接成長(direct gr
owth)もしくは表面空乏化(surface depletion)により行
うもの、またはドット領域内に一電子を閉じ込めるフィ
ールドを生ぜしめる電極を利用することにより行うもの
が提案されている。
On the other hand, in recent years, a method for forming a finer semiconductor channel has been proposed. In this tiny semiconductor channel, electron propagation is wave-like and is characterized by the action of quantum mechanical waves. For details, see the American Physical Society Journal (Am Phys. Soc.), Physical Review Letters Vol. 60, No. 9
Published in BJvan
Wees) et al., “Quantized Conductance.
Of Point Contacts in a Two-dimensional Electron Gas (Quantized Conductance
of Point Contacts in a Two-Dimensional Electron G
as) ”on pages 848 to 850. Further, a method has also been proposed in which dots of a conductive semiconductor material having a sufficiently small diameter are formed on a semiconductor substrate, thereby forming a potential well that can contain a single electron. For more information on this, see Am Phys. So
c. , Physical Review Letters Vol. 62,
No. BJ van Wees et al., "Observation of Zero Dimensional States in a One Dimensional Electron Interferometer (Observation) of Zero-Dimensional States ina On
e Dimensional Electron Interferometer) "2523 to 2526. Normally, 10 semiconductor dots
It has a diameter of 0 nm or less. As a method of forming dots that confine such electrons, direct growth (direct gr
owth) or surface depletion, or by using an electrode that produces a field that confines one electron in the dot region.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
半導体ドットを用いて論理機能およびメモリ機能を実現
するものである。
The present invention realizes a logical function and a memory function by using such semiconductor dots.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、相互間
に予め設定された電気的な結合を有するための複数の半
導体ドットの配列と、該複数のドットと量子力学的電気
的結合を形成した複数の導体とを備え、該導体に対して
所定の電圧を印加したとき、前記導体上に、前記ドット
間の結合に依存したパターン状に電流が発生することを
特徴とする半導体デバイスが提供される。
According to the present invention, an array of a plurality of semiconductor dots for having a predetermined electrical coupling between them and a quantum mechanical electrical coupling with the plurality of dots are provided. A semiconductor device comprising a plurality of formed conductors, wherein when a predetermined voltage is applied to the conductors, a current is generated on the conductors in a pattern depending on the coupling between the dots. Provided.

【0006】前記ドット間の予め設定された電気的な結
合は種々の異なる方法で生成することができる。例え
ば、静的な方法では、マトリクス状にドットを配列し、
その中の特定の位置にある複数のドットを欠落させる。
The preset electrical coupling between the dots can be created in a variety of different ways. For example, in the static method, dots are arranged in a matrix,
A plurality of dots at a specific position in it are deleted.

【0007】動的な方法では、複数のドットの量子力学
的な状態を選択的に制御して当該ドットの電子占有性に
影響を与え、これにより前記ドット間の予め定められた
電気的結合を生成する。ドットの量子力学的状態は、電
気的なバイアス電位を与えることにより、もしくは光子
注入により制御可能である。
In the dynamic method, the quantum mechanical state of a plurality of dots is selectively controlled to affect the electron occupancy of the dots, thereby establishing a predetermined electrical coupling between the dots. To generate. The quantum mechanical state of the dot can be controlled by applying an electrical bias potential or by photon injection.

【0008】[0008]

【作用】本発明による半導体デバイスは種々の効果を奏
する。すなわち、並列データ処理が可能になり、これに
より超高速動作が実現される。また、ドットの状態を変
えることにより論理機能を変更することが可能になる。
さらに、ドットをグループ分けして配置することにより
冗長性をもたせ、これによりデバイスの信頼性向上、お
よび製造の容易化・歩留まり向上を図ることもできる。
The semiconductor device according to the present invention has various effects. That is, parallel data processing becomes possible, and thus ultra-high speed operation is realized. Moreover, it becomes possible to change the logical function by changing the state of the dots.
Furthermore, by arranging the dots in groups to provide redundancy, it is possible to improve the reliability of the device and to facilitate manufacturing and improve the yield.

【0009】[0009]

【実施例】まず、本発明の第1の実施例について図1〜
図3を参照しながら説明する。図1に示すように、この
半導体装置は、マトリクス(行列)配置された複数の半
導体ドットDを有し、これらのドットDは、導電性半導
体チャネルTとしての複数の導体に接続されている。ド
ットDおよびチャネルTは、半導体のヘテロ接合部に生
成される2次元電子ガスを適切に束縛することにより定
められる。ここでは、ガリウム砒素(GaAs)に関し
て具体的な例を説明するが、例えばInPのようなヘテ
ロ層接合、またはその他のIII−VI属もしくはVI−VI属
の接合を用いて製造することも可能である。さて、Ga
Asデバイスの例についてより詳細に考察するが、ドッ
トDおよびチャネルTを定める方法は図2および図3に
示した断面図から理解できよう。この半導体デバイスは
GaAs基板1からなり、この基板1上にGaAsヘテ
ロ構造が形成されている。このヘテロ構造は、ドーピン
グ(不純物添加)されていないGaAs層2と、ドーピ
ングされていないAlGaAs層3と、ドーピングされ
たAlGaAs層4とからなり、さらにこの上にドーピ
ングされていないAlGaAs層5およびドーピングさ
れていないGaAs層6の2つのパシベーション層が被
覆されている。以下、ドーピングされている層をドープ
層、ドーピングされていない層を非ドープ層という。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, referring to FIG.
This will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, this semiconductor device has a plurality of semiconductor dots D arranged in a matrix, and these dots D are connected to a plurality of conductors as a conductive semiconductor channel T. The dot D and the channel T are defined by appropriately constraining the two-dimensional electron gas generated in the semiconductor heterojunction. Here, a specific example will be described with respect to gallium arsenide (GaAs), but it is also possible to manufacture using a heterolayer junction such as InP or another III-VI group or VI-VI group junction. is there. Well, Ga
Considering the example of the As device in more detail, the method of defining the dot D and the channel T can be understood from the cross-sectional views shown in FIGS. This semiconductor device comprises a GaAs substrate 1 on which a GaAs heterostructure is formed. This heterostructure consists of an undoped (doped) GaAs layer 2, an undoped AlGaAs layer 3 and a doped AlGaAs layer 4, and on top of this undoped AlGaAs layer 5 and doping. The two passivation layers of GaAs layer 6 which are not covered are covered. Hereinafter, the doped layer will be referred to as a doped layer, and the undoped layer will be referred to as an undoped layer.

【0010】層2、3、4の構成は、非ドープGaAs
層2の非ドープAlGaAs層3との界面において2次
元電子ガス7を生成し、その伝導の自由度はAlGaA
s層4のドーパントにより部分的に制御されることはよ
く知られている。この半導体デバイスでは、電子ガスが
束縛されて図1に示した導電性チャネルTおよびドット
構成Dを定めるように、層4内に導入されるドーパント
のパターンを選定する。これは、マスキングおよび/ま
たはフォーカスト・イオンビーム(FIB)技法を当業
者に認識された手法で組み合わせることにより実現でき
る。例えば、日本真空学会誌(J.Vac.Sci.T
echnol) B 6(3)1988年5月/6月発行のY.ヒ
ラヤマ等による「GaAs/AlGaAs マテリアル
・モディフィケーションズ・インデュースト・バイ・フ
ォーカスト・Gaイオンビーム・インプランテーショ
ン」第1018頁から第1021頁を参照されたい。このよう
に、フォーカスト・イオンビームを用いて結晶格子構造
を部分的に崩壊させることにより、導電性領域7に所望
の導電性ドットおよびチャネル構造D,Tを形成するこ
とができる。
The layers 2, 3, 4 are composed of undoped GaAs.
A two-dimensional electron gas 7 is generated at the interface between the layer 2 and the undoped AlGaAs layer 3, and the degree of freedom of its conduction is AlGaA.
It is well known that the s-layer 4 is partially controlled by the dopant. In this semiconductor device, the pattern of dopants introduced into layer 4 is chosen so that the electron gas is bound to define the conductive channel T and dot configuration D shown in FIG. This can be accomplished by combining masking and / or focused ion beam (FIB) techniques in a manner recognized by those skilled in the art. For example, Journal of the Vacuum Society of Japan (J. Vac. Sci. T.
echnol) B 6 (3) May 1988, June / J.Y. See Hirayama et al., "GaAs / AlGaAs Material Modifications Induced By Focused Ga Ion Beam Implantation", pages 1018 to 1021. In this way, by partially collapsing the crystal lattice structure using the focused ion beam, desired conductive dots and channel structures D and T can be formed in the conductive region 7.

【0011】後に詳述するごとく、各ドットDは、個々
の電子を保持することができるポテンシャル井戸として
機能する超微小導電性領域を構成する。
As will be described in detail later, each dot D constitutes an ultrafine conductive region which functions as a potential well capable of holding an individual electron.

【0012】図4に、個々のドットDおよびチャネルT
に対して適当な符号を付してある。チャネルTjに流れ
る電流は次式で与えられる。
FIG. 4 shows individual dots D and channels T.
Is assigned an appropriate code. The current flowing in the channel Tj is given by the following equation.

【0013】 ITj = fj(D1,D2,…,D25;VT1,VT2,…VT20) (1) ここに、Diはi番目のドットを示し、VTiはチャネル
iへのバイアス電圧を示す。
I Tj = f j (D 1 , D 2 , ..., D 25 ; V T1 , V T2 , ... V T20 ) (1) where D i is the i-th dot and V Ti is the channel Bias voltage to T i is shown.

【0014】ドットDiの状態を変えることにより端子
jの電流が変化することが理解されよう。この電流変
化は周辺回路(図示せず)により検出することができ
る。このように、ドット状態の構成を利用して論理機能
および/または記憶機能を定めることができる。
It will be appreciated that changing the state of dot D i will change the current at terminal T j . This current change can be detected by a peripheral circuit (not shown). In this way, the dot state configuration can be utilized to define logical and / or memory functions.

【0015】半導体デバイス中を電子が移動する様子に
ついてさらに詳細に説明する。今、図5および図6にお
いて、チャネルTの幅が狭く、例えば100nmであ
り、チャネルに沿った電子の移動が量子力学的波動の振
舞をすると考えられるとする。図5に示すように、チャ
ネルの幅の方向には、電子は定在波として量子化され
る。一方、チャネルの長手方向には、電子は伝播するこ
とができる。電子のエネルギーEと長手方向の波数(lo
ngitudinal wave number)kとの関係は図6のグラフに
示すとおりである。エネルギーEがEiより小さいと
き、モード=iにおける電子は指数関数的に減衰し、チ
ャネル内を伝播できない。Eiは次式で与えられる。
The movement of electrons in the semiconductor device will be described in more detail. Now, in FIGS. 5 and 6, it is assumed that the width of the channel T is narrow, for example, 100 nm, and the movement of electrons along the channel is considered to be the behavior of quantum mechanical waves. As shown in FIG. 5, electrons are quantized as standing waves in the width direction of the channel. On the other hand, electrons can propagate in the longitudinal direction of the channel. Electron energy E and longitudinal wavenumber (lo
The relationship with ngitudinal wave number) k is shown in the graph of FIG. When the energy E is less than E i , the electrons in mode = i decay exponentially and cannot propagate in the channel. E i is given by the following equation.

【0016】 Ei= A(i/W)2 (2) ここに、Aは材料によって決まる定数であり、Wはチャ
ネルの幅である。
E i = A (i / W) 2 (2) where A is a constant determined by the material and W is the width of the channel.

【0017】GaAs/AlGaAsヘテロ構造の場
合、A=5600(meV/nm2)であり、電子の代表的なエネル
ギーは10meVである。したがって、モード=1,2,
3,4の電子は100nm幅のチャネル内を伝播するこ
とができる。しかし、これらの電子は10nm幅のチャ
ネル内を伝播することはできない。
In the case of the GaAs / AlGaAs heterostructure, A = 5600 (meV / nm 2 ), and the typical electron energy is 10 meV. Therefore, mode = 1, 2,
The 3 and 4 electrons can propagate in a 100 nm wide channel. However, these electrons cannot propagate in a 10 nm wide channel.

【0018】次に、電子ドットDについて考察するに、
ドット内の電子は図7に概略図示されているように定在
波として完全に量子化されている。
Next, considering the electronic dot D,
The electrons in the dots are fully quantized as standing waves, as shown schematically in FIG.

【0019】図8は、チャネルとドットとの相互接続関
係を示している。チャネルTが図8のようにドットDに
接続されているとき、チャネルに沿った電子の伝播はそ
のドット内に電子が存在しているか否かによって影響を
受ける。チャネルの幅WWと比較的狭い相互接続領域の
幅Wnとは、WW>E1>Wnとなるよう選定される。例え
ば、GaAsヘテロ構造の場合、WW=100nmかつ
n=10nmである。チャネルとドットとは互いに十
分に近接して配置されるので、電子波はチャネルとドッ
トの双方にオーバーラップし、その結果、この狭いチャ
ネル領域nの通りぬけ(tunnelling)が生じる。
FIG. 8 shows the interconnection relationship between channels and dots. When the channel T is connected to the dot D as in FIG. 8, the propagation of electrons along the channel is affected by whether or not there are electrons in the dot. The width W W of the channel and the width W n of the relatively narrow interconnection region are chosen such that W W > E 1 > W n . For example, for a GaAs heterostructure, W W = 100 nm and W n = 10 nm. The channels and dots are placed close enough to each other that the electron waves overlap both the channels and the dots, resulting in tunneling of this narrow channel region n.

【0020】したがって、チャネル(図4)に入力電圧
を印加することにより、チャネルに電流が発生する。こ
の電流のパターンはマトリクス状のドットの構成および
状態によって決まる。
Therefore, by applying an input voltage to the channel (FIG. 4), a current is generated in the channel. The pattern of this current depends on the configuration and state of the matrix of dots.

【0021】図9から分かるように、マトリクスから特
定のドットを欠落させると、これが入力電圧に応じてチ
ャネル上の出力電流のパターンを変更するための静的な
方法となることがわかろう。
As can be seen from FIG. 9, the omission of certain dots from the matrix will show that this is a static way to change the pattern of output current on the channel in response to the input voltage.

【0022】他方、動的な方法は、各ドットが電子に占
領されるように、または占領されないように、個々のド
ットの量子力学的な状態を変更する方法である。図10
(a)は、1ドットの量子力学的ポテンシャル井戸を模
式的に示したものである。井戸内に電子が存在しない場
合、この井戸は化学的ポテンシャルエネルギー(1個の
電子を井戸内に追加するために要するエネルギー)E0
にある。井戸内に電子が存在する場合、化学ポテンシャ
ルエネルギーはE1に上昇する。図10(b)は、量子
力学におけるパウリの排他則により、電子のスピン状態
に応じて化学ポテンシャルエネルギーが変わる様子を示
している。井戸内に電子が存在すると、チャネルからド
ットへの伝播が禁止され、電流の流れに対するインピー
ダンスが増加する。しかし、ドットに電子がない場合、
チャネル内の電子はドットの領域を微小なエネルギーに
より通りぬける。
On the other hand, the dynamic method is a method of changing the quantum mechanical state of each dot so that each dot is occupied by electrons or not occupied by electrons. Figure 10
(A) is a schematic representation of a 1-dot quantum mechanical potential well. If there are no electrons in the well, the well has a chemical potential energy (energy required to add one electron into the well) E 0.
It is in. If there are electrons in the well, the chemical potential energy rises to E 1 . FIG. 10B shows how the chemical potential energy changes depending on the spin state of the electron due to Pauli exclusion rule in quantum mechanics. The presence of electrons in the well inhibits channel-to-dot propagation and increases the impedance to current flow. But if there are no electrons in the dot,
The electrons in the channel pass through the area of the dot with a small amount of energy.

【0023】各ドットに関連した化学ポテンシャルエネ
ルギーは他の方法によっても制御することができる。図
11は、光子Pを個々のドット上に放射してその電子状
態を励起させる動的な方法を示している。
The chemical potential energy associated with each dot can also be controlled by other methods. FIG. 11 shows a dynamic method of emitting photons P onto individual dots to excite their electronic states.

【0024】図12に示すように、光子の注入は、マス
クMおよび縮小レンズLを用いて、ドットDのマトリク
ス上にあらかじめ定めたパターンを投影することによっ
て行える。この代わりに、図13に示すように、シャッ
ター機構または他のアクティブ光学マトリクス素子を用
いて、個々のドットDへの光子Pの注入を制御すること
もできる。
As shown in FIG. 12, injection of photons can be performed by projecting a predetermined pattern on a matrix of dots D using a mask M and a reduction lens L. Alternatively, a shutter mechanism or other active optical matrix element can be used to control the injection of photons P into individual dots D, as shown in FIG.

【0025】また、ドットの化学ポテンシャルエネルギ
ーは、個々のドットへ電場を与えることによって、電気
的に動的制御することも可能である。図14および図1
5に示すように、この半導体デバイスは、個々のドット
Dにバイアスを与えるための制御電位を受ける制御電極
の直交マトリクスを有している。図15の構成は図2に
示したものと同様であり、同一の参照番号を用いてい
る。図15の構成には非ドープ領域2に形成した一組の
並行ドープ導電性チャネル8と、これに直交する一組の
並行導体ストリップ9とを有する。この導体ストリップ
9は、パシベーション層5,6を被覆した金属で形成さ
れたものである。この構成において、導体8および9の
対に対して適切なバイアス電位を印加して特定のドット
Dに対して電場を与えることにより、その電子状態を変
化させることができる。但し、図15の構成は実現困難
であるおそれがある。その理由は、導体8および9の間
隔が原因で2ドット以上の電子状態を変化させてしま
い、個々のドットを指定することが困難だからである。
Further, the chemical potential energy of the dots can be electrically and dynamically controlled by applying an electric field to each dot. 14 and 1
As shown in FIG. 5, this semiconductor device has an orthogonal matrix of control electrodes that receive a control potential for biasing individual dots D. The configuration of FIG. 15 is similar to that shown in FIG. 2, and the same reference numerals are used. The configuration of FIG. 15 has a set of parallel-doped conductive channels 8 formed in the undoped region 2 and a set of parallel conductor strips 9 orthogonal thereto. The conductor strip 9 is formed of a metal that covers the passivation layers 5 and 6. In this configuration, by applying an appropriate bias potential to the pair of conductors 8 and 9 and applying an electric field to the specific dot D, its electronic state can be changed. However, the configuration of FIG. 15 may be difficult to realize. The reason is that the spacing between the conductors 8 and 9 changes the electronic state of two or more dots, making it difficult to specify individual dots.

【0026】図16および図17の構成は、この問題を
解決することができる。この構成では、二組の直交配置
された金属性アドレス電極10および11がパシベーシ
ョン層5,6の上に被覆形成されている。この電極10
および11は、接地された導電性層12と協働する。電
極10および11は絶縁性薄膜(図示せず)で分離され
ている。使用時、個々のドットDの指定(アドレシン
グ)は次のように行われる。まず、特定のアドレス導体
10の一本に対して、所望のバイアス電圧より低いバイ
アス電圧を印加する。次に、アドレス導体11の特定の
複数本に対して、バイアス電圧を印加する。このバイア
ス電圧は、励起された電極10および11の交点に位置
するドットの電子状態を変化させるものである。
The configurations of FIGS. 16 and 17 can solve this problem. In this structure, two sets of orthogonally arranged metallic address electrodes 10 and 11 are formed on the passivation layers 5 and 6 by coating. This electrode 10
And 11 cooperate with a conductive layer 12 which is grounded. The electrodes 10 and 11 are separated by an insulating thin film (not shown). In use, the designation (addressing) of individual dots D is performed as follows. First, a bias voltage lower than a desired bias voltage is applied to one of the specific address conductors 10. Next, a bias voltage is applied to a specific plurality of address conductors 11. This bias voltage changes the electronic state of the dots located at the intersections of the excited electrodes 10 and 11.

【0027】図18、図19、図20は、本発明に利用
できるドット/チャネル構成の例を示す。これらは、半
導体デバイスの転送機能の制御に静的な方法を用いるも
のである。図18は、ドットマトリクスのすべての側縁
部にチャネルTが接続される必要がないことを示してい
る。図19は、特定の転送機能を達成するためにドット
マトリクスの主要な部分を欠いてもよいことを示してい
る。
FIGS. 18, 19 and 20 show examples of dot / channel configurations that can be used in the present invention. These use a static method for controlling the transfer function of a semiconductor device. FIG. 18 shows that the channels T do not have to be connected to all the side edges of the dot matrix. FIG. 19 shows that a major part of the dot matrix may be omitted to achieve a particular transfer function.

【0028】図20は、これまでの例でほぼ矩形のアレ
イであったドット構成Dをほぼ三角形のアレイに配置し
てもよいことを示している。
FIG. 20 shows that the dot configuration D, which was a substantially rectangular array in the above example, may be arranged in a substantially triangular array.

【0029】また、ドット状態を決定するのに静的な方
法と動的な方法を組み合わせて用いることも可能であ
る。すなわち、特定のマトリクス位置においてドットが
欠落したマトリクスにおいて、ドットマトリクス内の特
定のドットの電子状態を選択的に変更するために、残っ
ているドットに対してバイアス電位を与えることが可能
である。
It is also possible to use a combination of a static method and a dynamic method for determining the dot state. That is, in a matrix in which dots are missing at specific matrix positions, a bias potential can be applied to the remaining dots in order to selectively change the electronic state of the specific dots in the dot matrix.

【0030】さらに、図21にその概略を示すように、
ドットの3次元アレイおよびこれに対応したチャネルを
製造することも可能である。そのためには、基盤1上で
層2,3(図2)の生成を繰返し、反復したドットマト
リクス/チャネル層を形成する。
Further, as shown schematically in FIG.
It is also possible to fabricate a three-dimensional array of dots and corresponding channels. To that end, the layers 2, 3 (FIG. 2) are repeated on the substrate 1 to form a repeating dot matrix / channel layer.

【0031】以上、GaAs技法に関連して本発明を説
明したが、ドットの形成は、他の製造技法、例えば、S
i、もしくはSiGe技法のように他の材料を用いても
可能である。また、ガラス内半導体ドットとしてドット
を作ることも可能である。
Although the present invention has been described above with reference to the GaAs technique, dot formation may be accomplished using other fabrication techniques, such as S.
Other materials such as i or SiGe techniques are also possible. It is also possible to make dots as semiconductor dots in glass.

【0032】図22を参照するに、各ドットごとに情報
の一単位を定める必要はなく、複数ドットごとに情報の
一単位を定めるようにすることもできる。同図に示すよ
うに、各チャネルTは、図1に示したチャネルに比べて
幅が広く、3個のドットに跨っている。すなわち、ドッ
トDは3×3ドットのサブセット単位に配置され、各サ
ブセットが情報の一単位を定める。このような冗長性は
半導体デバイス機能の信頼性および製造上の歩留まりを
向上させる。
With reference to FIG. 22, it is not necessary to determine one unit of information for each dot, and one unit of information can be determined for each plurality of dots. As shown in the figure, each channel T is wider than the channel shown in FIG. 1 and spans three dots. That is, the dots D are arranged in 3 × 3 dot subset units, and each subset defines one unit of information. Such redundancy improves semiconductor device function reliability and manufacturing yield.

【0033】次に、図23を参照して、本実施例の半導
体デバイスの製造例を説明する。エピタキシャル成長技
術を用いて、非ドープ基板1上に、順次、層2,3,
4,5および6を成長させる。各層の厚さおよび組成は
図23に示すとおりである。このようにして出来上がっ
た構造は、層2および層3の間のヘテロ接合部に2次元
電子ガス7を生成する。各層は、分子ビームエピタキシ
ー(MBE)法またはMOCVD法を用いて当該技術分
野において周知の方法で成長させることができる。
Next, with reference to FIG. 23, an example of manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described. Using the epitaxial growth technique, layers 2, 3, are sequentially formed on the undoped substrate 1.
Grow 4, 5 and 6. The thickness and composition of each layer are as shown in FIG. The structure thus produced produces a two-dimensional electron gas 7 at the heterojunction between layers 2 and 3. Each layer can be grown by methods well known in the art using molecular beam epitaxy (MBE) or MOCVD.

【0034】これに続いて、フォーカスト・イオンビー
ム(FIB)法を用いて、適切な空間パターンに従って
ドープ層4にGa+イオンを打ち込み、その空間的な格
子パターンを変更する。その結果、電子ガス7が束縛さ
れ、これによって、要求されるドットDおよびチャネル
Tが定められる。FIB打ち込みは、通常、30〜40
KeVで、1012〜1013cm~2の濃度になるまで実行され
る。
Following this, the focused ion beam (FIB) method is used to implant Ga + ions into the doped layer 4 in accordance with an appropriate spatial pattern and change the spatial lattice pattern. As a result, the electron gas 7 is bound, which defines the required dot D and channel T. FIB implantation is usually 30-40
Run with KeV until a concentration of 10 12 -10 13 cm 2 is reached.

【0035】さらに、基板は、ドットおよびチャネルを
定めるために予めパターン化(pre-patterned)しておい
てもよい。
Further, the substrate may be pre-patterned to define the dots and channels.

【0036】本発明による半導体装置は、特に、論理/
メモリデバイスとしての用途を有するが、パターン認識
等の用途にも有用である。パターン認識のためには、学
習モード時に、チャネルTの第1の組に対して特定パタ
ーンを表す一組の制御電位を印加する。これに応答し
て、特定のドット群の電子状態が変化し、チャネルTの
第2の組に特定の出力信号群が生じる。その後、このデ
バイスは当該パターンの認識に利用することが可能にな
る。すなわち、チャネルの第1の組に印加された入力電
位群がチャネルの第2の組に前記特定の出力信号群を発
生させたとき、このことは、前記パターンが認識された
ことを意味する。
The semiconductor device according to the present invention is particularly suitable for logic /
It has applications as a memory device, but is also useful for applications such as pattern recognition. For pattern recognition, a set of control potentials representing a specific pattern is applied to the first set of channels T in the learning mode. In response to this, the electronic state of the particular dot group changes, resulting in a particular output signal group in the second set of channels T. The device can then be used to recognize the pattern. That is, when the group of input potentials applied to the first set of channels causes the particular set of output signals to be generated in the second set of channels, this means that the pattern has been recognized.

【0037】さらに、ドットは、非常に近接して配置さ
れ、かつ従来のように電流によるのではなく電子同士間
の相互作用により機能するので、半導体デバイスの動作
速度が改善され、その部品素子の集積度が向上する。ま
た、デバイス同士間の相互接続は、従来の金属層を利用
する方法でなく、半導体の導電経路を利用して行うこと
ができるので、単一チップ内に多数のデバイスを内包す
ることが可能になる。
Further, since the dots are arranged very close to each other and function by the interaction between the electrons instead of by the current as in the conventional case, the operation speed of the semiconductor device is improved and the component element of the semiconductor device is improved. The degree of integration is improved. Moreover, since interconnection between devices can be performed by using a conductive path of a semiconductor instead of the conventional method of using a metal layer, it is possible to include a large number of devices in a single chip. Become.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明によれば、並列データ処理が可能
になり、これにより超高速動作が実現される。また、ド
ットの状態を変えることにより論理機能を変更すること
が可能になる。さらに、ドットをグループ分けして配置
することにより冗長性をもたせ、これによりデバイスの
信頼性向上、および製造の容易化・歩留まり向上を図る
こともできる。
According to the present invention, it is possible to perform parallel data processing, thereby realizing ultrahigh speed operation. Moreover, it becomes possible to change the logical function by changing the state of the dots. Furthermore, by arranging the dots in groups to provide redundancy, it is possible to improve the reliability of the device and to facilitate manufacturing and improve the yield.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による半導体デバイスを示し、図2の平
面IIIに沿った概略断面図である。
1 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device according to the present invention, taken along the plane III of FIG.

【図2】図1に示した半導体デバイスのI−I′線に沿っ
た断面図である。
2 is a cross-sectional view of the semiconductor device shown in FIG. 1 taken along the line II '.

【図3】図1の半導体デバイスのII−II′線に沿った断
面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device of FIG. 1 taken along the line II-II ′.

【図4】図1に示したチャネルおよびドットの概略図で
あり、これに適当な符号を付したものである。
FIG. 4 is a schematic diagram of the channels and dots shown in FIG. 1, with appropriate reference numerals.

【図5】前記チャネルにおける電子伝播のための量子力
学的波動作用の異なるモードの説明図である。
FIG. 5 is an illustration of different modes for quantum mechanical wave operation for electron propagation in the channel.

【図6】電子エネルギーとモードの波数との関係を示す
概略グラフである。
FIG. 6 is a schematic graph showing the relationship between electron energy and mode wave number.

【図7】1ドットに対する電子定在波の説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of an electronic standing wave for one dot.

【図8】チャネルTとドットDとの間の相互接続関係を
示す説明図である。
8 is an explanatory diagram showing an interconnection relationship between a channel T and a dot D. FIG.

【図9】複数のドットが特定の位置で欠落したドットの
マトリクスの説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram of a dot matrix in which a plurality of dots are missing at a specific position.

【図10】1ドットに関する種々の電子エネルギーの説
明図である。
FIG. 10 is an explanatory diagram of various electron energies regarding one dot.

【図11】ドット内への光子注入の説明図である。FIG. 11 is an explanatory diagram of photon injection into dots.

【図12】マスクパターンを介しての光子注入の説明図
である。
FIG. 12 is an explanatory diagram of photon injection through a mask pattern.

【図13】シャッターを用いた光子注入の説明図であ
る。
FIG. 13 is an explanatory diagram of photon injection using a shutter.

【図14】個々のドットにバイアス電位を印加するため
の電極の概略構成図である。
FIG. 14 is a schematic configuration diagram of an electrode for applying a bias potential to each dot.

【図15】図14のIV−IV′線に沿った断面図である。15 is a cross-sectional view taken along the line IV-IV ′ of FIG.

【図16】個々のドットをバイアスするための他の電極
の概略構成図である。
FIG. 16 is a schematic configuration diagram of another electrode for biasing individual dots.

【図17】図16のV−V′線に沿った断面図である。17 is a cross-sectional view taken along the line VV ′ of FIG.

【図18】他のチャネル構成の説明図である。FIG. 18 is an explanatory diagram of another channel configuration.

【図19】他のドット構成の説明図である。FIG. 19 is an explanatory diagram of another dot configuration.

【図20】略三角形状のドットの説明図である。FIG. 20 is an explanatory diagram of substantially triangular dots.

【図21】ドットの3次元アレイの説明図である。FIG. 21 is an explanatory diagram of a three-dimensional array of dots.

【図22】冗長化のためにグループ分けしたドットの説
明図である。
FIG. 22 is an explanatory diagram of dots grouped for redundancy.

【図23】本発明の半導体装置の製造に関するさらに詳
細な説明図である。
FIG. 23 is a more detailed explanatory diagram relating to the manufacture of the semiconductor device of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…GaAs基板、2…非ドープGaAs層、3…非ド
ープAlGaAs層、4…ドープAlGaAs層、5…
非ドープAlGaAs層、6…非ドープGaAs層、T
…チャネル、D…ドット。
1 ... GaAs substrate, 2 ... undoped GaAs layer, 3 ... undoped AlGaAs layer, 4 ... doped AlGaAs layer, 5 ...
Undoped AlGaAs layer, 6 ... Undoped GaAs layer, T
... channel, D ... dot.

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成5年9月20日[Submission date] September 20, 1993

【手続補正2】[Procedure Amendment 2]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】請求項14[Name of item to be corrected] Claim 14

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【手続補正3】[Procedure 3]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】発明の詳細な説明[Name of item to be amended] Detailed explanation of the invention

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、論理機能および/また
はメモリ機能を有する半導体デバイスに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a logic function and / or a memory function.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の論理回路において、半導体チップ
(例えばCMOSデバイス)上に集積化されたトランジ
スタまたは他の論理ゲートにより、多数の電子の流れか
らなる複数の電流が相互に論理的に組み合わされる。こ
のような従来の電流を用いる方法には、隣接するゲート
間を情報が伝播する速度に制限があり、また、実現可能
な集積度にも限度がある。
BACKGROUND OF THE INVENTION In conventional logic circuits, transistors or other logic gates integrated on a semiconductor chip (eg, CMOS device) logically combine multiple currents of multiple electron currents with each other. . In such a conventional method using current, there is a limit in the speed at which information propagates between adjacent gates, and there is a limit in the degree of integration that can be realized.

【0003】これに対し、近年、更に微小な半導体チャ
ネルを形成する手法が提案されている。この微小な半導
体チャネルでは、電子の伝播が波の性質をとり、かつ量
子力学的波動の作用として特徴付けられる。この詳細
は、米国物理学会誌(Am Phys.Soc.),フ
ィジカル・レビュー・レターズVol.60,No.9
に掲載されたビー・ジェイ・バン・ウィーズ(B.J.van
Wees)等による「クウォンタイズド・コンダクタンス・
オブ・ポイント・コンタクツ・イン・ア・ツーディメン
ジョナル・エレクトロン・ガス(Quantized Conductance
of Point Contacts in a Two-Dimensional Electron G
as)」第848頁から第850頁に開示されている。ま
た、半導体基板上に充分に微小な直径を有する導電性半
導体材料のドットを形成し、これによって単一の電子を
含みうるポテンシャル井戸を形成する手法も提案されて
いる。この詳細に関しては、Am Phys.So
c.,フィジカル・レビュー・レターズVol.62,
No.21に掲載されたビー・ジェイ・バン・ウィーズ
(B.J.van Wees)等による「オブザーベィション・オブ
・ゼロ・ディメンジョナル・ステイツ・イン・ア・ワン
・ディメンジョナル・エレクトロン・インターフェロメ
ータ(Observation of Zero-Dimensional States ina On
e Dimensional Electron Interferometer)」第2523頁か
ら第2526頁を参照されたい。通常、半導体ドットは10
0nm以下の直径を有する。このような電子を閉じ込め
るドットを形成する手法としては、直接成長(direct gr
owth)もしくは表面空乏化(surface depletion)により行
うもの、またはドット領域内に一電子を閉じ込めるフィ
ールドを生ぜしめる電極を利用することにより行うもの
が提案されている。
On the other hand, in recent years, a method for forming a finer semiconductor channel has been proposed. In this tiny semiconductor channel, electron propagation is wave-like and is characterized by the action of quantum mechanical waves. For details, see the American Physical Society Journal (Am Phys. Soc.), Physical Review Letters Vol. 60, No. 9
Published in BJvan
Wees) et al., “Quantized Conductance.
Of Point Contacts in a Two-dimensional Electron Gas (Quantized Conductance
of Point Contacts in a Two-Dimensional Electron G
as) ”on pages 848 to 850. Further, a method has also been proposed in which dots of a conductive semiconductor material having a sufficiently small diameter are formed on a semiconductor substrate, thereby forming a potential well that can contain a single electron. For more information on this, see Am Phys. So
c. , Physical Review Letters Vol. 62,
No. BJ van Wees et al., "Observation of Zero Dimensional States in a One Dimensional Electron Interferometer (Observation) of Zero-Dimensional States ina On
e Dimensional Electron Interferometer) "2523 to 2526. Normally, 10 semiconductor dots
It has a diameter of 0 nm or less. As a method of forming dots that confine such electrons, direct growth (direct gr
owth) or surface depletion, or by using an electrode that produces a field that confines one electron in the dot region.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
半導体ドットを用いて論理機能およびメモリ機能を実現
するものである。
The present invention realizes a logical function and a memory function by using such semiconductor dots.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、相互間
に予め設定された電気的な結合を有するための複数の半
導体ドットの配列と、該複数のドットと量子力学的電気
的結合を形成した複数の導体とを備え、該導体に対して
所定の電圧を印加したとき、前記導体上に、前記ドット
間の結合に依存したパターン状に電流が発生することを
特徴とする半導体デバイスが提供される。
According to the present invention, an array of a plurality of semiconductor dots for having a predetermined electrical coupling between them and a quantum mechanical electrical coupling with the plurality of dots are provided. A semiconductor device comprising a plurality of formed conductors, wherein when a predetermined voltage is applied to the conductors, a current is generated on the conductors in a pattern depending on the coupling between the dots. Provided.

【0006】前記ドット間の予め設定された電気的な結
合は種々の異なる方法で生成することができる。例え
ば、静的な方法では、マトリクス状にドットを配列し、
その中の特定の位置にある複数のドットを欠落させる。
The preset electrical coupling between the dots can be created in a variety of different ways. For example, in the static method, dots are arranged in a matrix,
A plurality of dots at a specific position in it are deleted.

【0007】動的な方法では、複数のドットの量子力学
的な状態を選択的に制御して当該ドットの電子占有性に
影響を与え、これにより前記ドット間の予め定められた
電気的結合を生成する。ドットの量子力学的状態は、電
気的なバイアス電位を与えることにより、もしくは光子
注入により制御可能である。
In the dynamic method, the quantum mechanical state of a plurality of dots is selectively controlled to affect the electron occupancy of the dots, thereby establishing a predetermined electrical coupling between the dots. To generate. The quantum mechanical state of the dot can be controlled by applying an electrical bias potential or by photon injection.

【0008】[0008]

【作用】本発明による半導体デバイスは種々の効果を奏
する。すなわち、並列データ処理が可能になり、これに
より超高速動作が実現される。また、ドットの状態を変
えることにより論理機能を変更することが可能になる。
さらに、ドットをグループ分けして配置することにより
冗長性をもたせ、これによりデバイスの信頼性向上、お
よび製造の容易化・歩留まり向上を図ることもできる。
The semiconductor device according to the present invention has various effects. That is, parallel data processing becomes possible, and thus ultra-high speed operation is realized. Moreover, it becomes possible to change the logical function by changing the state of the dots.
Furthermore, by arranging the dots in groups to provide redundancy, it is possible to improve the reliability of the device and to facilitate manufacturing and improve the yield.

【0009】[0009]

【実施例】まず、本発明の第1の実施例について図1〜
図3を参照しながら説明する。図1に示すように、この
半導体装置は、マトリクス(行列)配置された複数の半
導体ドットDを有し、これらのドットDは、導電性半導
体チャネルTとしての複数の導体に接続されている。ド
ットDおよびチャネルTは、半導体のヘテロ接合部に生
成される2次元電子ガスを適切に束縛することにより定
められる。ここでは、ガリウム砒素(GaAs)に関し
て具体的な例を説明するが、例えばInPのようなヘテ
ロ層接合、またはその他のIII−VI属もしくはVI−VI属
の接合を用いて製造することも可能である。さて、Ga
Asデバイスの例についてより詳細に考察するが、ドッ
トDおよびチャネルTを定める方法は図2および図3に
示した断面図から理解できよう。この半導体デバイスは
GaAs基板1からなり、この基板1上にGaAsヘテ
ロ構造が形成されている。このヘテロ構造は、ドーピン
グ(不純物添加)されていないGaAs層2と、ドーピ
ングされていないAlGaAs層3と、ドーピングされ
たAlGaAs層4とからなり、さらにこの上にドーピ
ングされていないAlGaAs層5およびドーピングさ
れていないGaAs層6の2つのパシベーション層が被
覆されている。以下、ドーピングされている層をドープ
層、ドーピングされていない層を非ドープ層という。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS First, referring to FIG.
This will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 1, this semiconductor device has a plurality of semiconductor dots D arranged in a matrix, and these dots D are connected to a plurality of conductors as a conductive semiconductor channel T. The dot D and the channel T are defined by appropriately constraining the two-dimensional electron gas generated in the semiconductor heterojunction. Here, a specific example will be described with respect to gallium arsenide (GaAs), but it is also possible to manufacture using a heterolayer junction such as InP or another III-VI group or VI-VI group junction. is there. Well, Ga
Considering the example of the As device in more detail, the method of defining the dot D and the channel T can be understood from the cross-sectional views shown in FIGS. This semiconductor device comprises a GaAs substrate 1 on which a GaAs heterostructure is formed. This heterostructure consists of an undoped (doped) GaAs layer 2, an undoped AlGaAs layer 3 and a doped AlGaAs layer 4, and on top of this undoped AlGaAs layer 5 and doping. The two passivation layers of GaAs layer 6 which are not covered are covered. Hereinafter, the doped layer will be referred to as a doped layer, and the undoped layer will be referred to as an undoped layer.

【0010】層2、3、4の構成は、非ドープGaAs
層2の非ドープAlGaAs層3との界面において2次
元電子ガス7を生成し、その伝導の自由度はAlGaA
s層4のドーパントにより部分的に制御されることはよ
く知られている。この半導体デバイスでは、電子ガスが
束縛されて図1に示した導電性チャネルTおよびドット
構成Dを定めるように、層4内に導入されるドーパント
のパターンを選定する。これは、マスキングおよび/ま
たはフォーカスト・イオンビーム(FIB)技法を当業
者に認識された手法で組み合わせることにより実現でき
る。例えば、日本真空学会誌(J.Vac.Sci.T
echnol) B 6(3)1988年5月/6月発行のY.ヒ
ラヤマ等による「GaAs/AlGaAs マテリアル
・モディフィケーションズ・インデュースト・バイ・フ
ォーカスト・Gaイオンビーム・インプランテーショ
ン」第1018頁から第1021頁を参照されたい。このよう
に、フォーカスト・イオンビームを用いて結晶格子構造
を部分的に崩壊させることにより、導電性領域7に所望
の導電性ドットおよびチャネル構造D,Tを形成するこ
とができる。
The layers 2, 3, 4 are composed of undoped GaAs.
A two-dimensional electron gas 7 is generated at the interface between the layer 2 and the undoped AlGaAs layer 3, and the degree of freedom of conduction is AlGaA
It is well known that the s-layer 4 is partially controlled by the dopant. In this semiconductor device, the pattern of dopants introduced into layer 4 is chosen so that the electron gas is bound to define the conductive channel T and dot configuration D shown in FIG. This can be accomplished by combining masking and / or focused ion beam (FIB) techniques in a manner recognized by those skilled in the art. For example, Journal of the Vacuum Society of Japan (J. Vac. Sci. T.
echnol) B 6 (3) May 1988, June / J.Y. See Hirayama et al., "GaAs / AlGaAs Material Modifications Induced By Focused Ga Ion Beam Implantation", pages 1018 to 1021. In this way, by partially collapsing the crystal lattice structure using the focused ion beam, desired conductive dots and channel structures D and T can be formed in the conductive region 7.

【0011】後に詳述するごとく、各ドットDは、個々
の電子を保持することができるポテンシャル井戸として
機能する超微小導電性領域を構成する。
As will be described in detail later, each dot D constitutes an ultrafine conductive region which functions as a potential well capable of holding an individual electron.

【0012】図4に、個々のドットDおよびチャネルT
に対して適当な符号を付してある。チャネルTjに流れ
る電流は次式で与えられる。
FIG. 4 shows individual dots D and channels T.
Is assigned an appropriate code. The current flowing in the channel Tj is given by the following equation.

【0013】 ITj = fj(D1,D2,…,D25;VT1,VT2,…VT20) (1) ここに、Diはi番目のドットを示し、VTiはチャネル
iへのバイアス電圧を示す。
I Tj = f j (D 1 , D 2 , ..., D 25 ; V T1 , V T2 , ... V T20 ) (1) where D i is the i-th dot and V Ti is the channel Bias voltage to T i is shown.

【0014】ドットDiの状態を変えることにより端子
jの電流が変化することが理解されよう。この電流変
化は周辺回路(図示せず)により検出することができ
る。このように、ドット状態の構成を利用して論理機能
および/または記憶機能を定めることができる。
It will be appreciated that changing the state of dot D i will change the current at terminal T j . This current change can be detected by a peripheral circuit (not shown). In this way, the dot state configuration can be utilized to define logical and / or memory functions.

【0015】半導体デバイス中を電子が移動する様子に
ついてさらに詳細に説明する。今、図5および図6にお
いて、チャネルTの幅が狭く、例えば100nmであ
り、チャネルに沿った電子の移動が量子力学的波動の振
舞をすると考えられるとする。図5に示すように、チャ
ネルの幅の方向には、電子は定在波として量子化され
る。一方、チャネルの長手方向には、電子は伝播するこ
とができる。電子のエネルギーEと長手方向の波数(lo
ngitudinal wave number)kとの関係は図6のグラフに
示すとおりである。エネルギーEがEiより小さいと
き、モード=iにおける電子は指数関数的に減衰し、チ
ャネル内を伝播できない。Eiは次式で与えられる。
The movement of electrons in the semiconductor device will be described in more detail. Now, in FIGS. 5 and 6, it is assumed that the width of the channel T is narrow, for example, 100 nm, and the movement of electrons along the channel is considered to be the behavior of quantum mechanical waves. As shown in FIG. 5, electrons are quantized as standing waves in the width direction of the channel. On the other hand, electrons can propagate in the longitudinal direction of the channel. Electron energy E and longitudinal wavenumber (lo
The relationship with ngitudinal wave number) k is shown in the graph of FIG. When the energy E is less than E i , the electrons in mode = i decay exponentially and cannot propagate in the channel. E i is given by the following equation.

【0016】 Ei= A(i/W)2 (2) ここに、Aは材料によって決まる定数であり、Wはチャ
ネルの幅である。
E i = A (i / W) 2 (2) where A is a constant determined by the material and W is the width of the channel.

【0017】GaAs/AlGaAsヘテロ構造の場
合、A=5600(meV/nm2)であり、電子の代表的なエネル
ギーは10meVである。したがって、モード=1,2,
3,4の電子は100nm幅のチャネル内を伝播するこ
とができる。しかし、これらの電子は10nm幅のチャ
ネル内を伝播することはできない。
In the case of the GaAs / AlGaAs heterostructure, A = 5600 (meV / nm 2 ), and the typical electron energy is 10 meV. Therefore, mode = 1, 2,
The 3 and 4 electrons can propagate in a 100 nm wide channel. However, these electrons cannot propagate in a 10 nm wide channel.

【0018】次に、電子ドットDについて考察するに、
ドット内の電子は図7に概略図示されているように定在
波として完全に量子化されている。
Next, considering the electronic dot D,
The electrons in the dots are fully quantized as standing waves, as shown schematically in FIG.

【0019】図8は、チャネルとドットとの相互接続関
係を示している。チャネルTが図8のようにドットDに
接続されているとき、チャネルに沿った電子の伝播はそ
のドット内に電子が存在しているか否かによって影響を
受ける。チャネルの幅WWと比較的狭い相互接続領域の
幅Wnとは、WW>E1>Wnとなるよう選定される。例え
ば、GaAsヘテロ構造の場合、WW=100nmかつ
n=10nmである。チャネルとドットとは互いに十
分に近接して配置されるので、電子波はチャネルとドッ
トの双方にオーバーラップし、その結果、この狭いチャ
ネル領域nの通りぬけ(tunnelling)が生じる。
FIG. 8 shows the interconnection relationship between channels and dots. When the channel T is connected to the dot D as in FIG. 8, the propagation of electrons along the channel is affected by whether or not there are electrons in the dot. The width W W of the channel and the width W n of the relatively narrow interconnection region are chosen such that W W > E 1 > W n . For example, for a GaAs heterostructure, W W = 100 nm and W n = 10 nm. The channels and dots are placed close enough to each other that the electron waves overlap both the channels and the dots, resulting in tunneling of this narrow channel region n.

【0020】したがって、チャネル(図4)に入力電圧
を印加することにより、チャネルに電流が発生する。こ
の電流のパターンはマトリクス状のドットの構成および
状態によって決まる。
Therefore, by applying an input voltage to the channel (FIG. 4), a current is generated in the channel. The pattern of this current depends on the configuration and state of the matrix of dots.

【0021】図9から分かるように、マトリクスから特
定のドットを欠落させると、これが入力電圧に応じてチ
ャネル上の出力電流のパターンを変更するための静的な
方法となることがわかろう。
As can be seen from FIG. 9, the omission of certain dots from the matrix will show that this is a static way to change the pattern of output current on the channel in response to the input voltage.

【0022】他方、動的な方法は、各ドットが電子に占
領されるように、または占領されないように、個々のド
ットの量子力学的な状態を変更する方法である。図10
(a)は、1ドットの量子力学的ポテンシャル井戸を模
式的に示したものである。井戸内に電子が存在しない場
合、この井戸は化学的ポテンシャルエネルギー(1個の
電子を井戸内に追加するために要するエネルギー)E0
にある。井戸内に電子が存在する場合、化学ポテンシャ
ルエネルギーはE1に上昇する。図10(b)は、量子
力学におけるパウリの排他則により、電子のスピン状態
に応じて化学ポテンシャルエネルギーが変わる様子を示
している。井戸内に電子が存在すると、チャネルからド
ットへの伝播が禁止され、電流の流れに対するインピー
ダンスが増加する。しかし、ドットに電子がない場合、
チャネル内の電子はドットの領域を微小なエネルギーに
より通りぬける。
On the other hand, the dynamic method is a method of changing the quantum mechanical state of each dot so that each dot is occupied by electrons or not occupied by electrons. Figure 10
(A) is a schematic representation of a 1-dot quantum mechanical potential well. If there are no electrons in the well, the well has a chemical potential energy (energy required to add one electron into the well) E 0.
It is in. If there are electrons in the well, the chemical potential energy rises to E 1 . FIG. 10B shows how the chemical potential energy changes depending on the spin state of the electron due to Pauli exclusion rule in quantum mechanics. The presence of electrons in the well inhibits channel-to-dot propagation and increases the impedance to current flow. But if there are no electrons in the dot,
The electrons in the channel pass through the area of the dot with a small amount of energy.

【0023】各ドットに関連した化学ポテンシャルエネ
ルギーは他の方法によっても制御することができる。図
11は、光子Pを個々のドット上に放射してその電子状
態を励起させる動的な方法を示している。
The chemical potential energy associated with each dot can also be controlled by other methods. FIG. 11 shows a dynamic method of emitting photons P onto individual dots to excite their electronic states.

【0024】図12に示すように、光子の注入は、マス
クMおよび縮小レンズLを用いて、ドットDのマトリク
ス上にあらかじめ定めたパターンを投影することによっ
て行える。この代わりに、図13に示すように、シャッ
ター機構または他のアクティブ光学マトリクス素子を用
いて、個々のドットDへの光子Pの注入を制御すること
もできる。
As shown in FIG. 12, injection of photons can be performed by projecting a predetermined pattern on a matrix of dots D using a mask M and a reduction lens L. Alternatively, a shutter mechanism or other active optical matrix element can be used to control the injection of photons P into individual dots D, as shown in FIG.

【0025】また、ドットの化学ポテンシャルエネルギ
ーは、個々のドットへ電場を与えることによって、電気
的に動的制御することも可能である。図14および図1
5に示すように、この半導体デバイスは、個々のドット
Dにバイアスを与えるための制御電位を受ける制御電極
の直交マトリクスを有している。図15の構成は図2に
示したものと同様であり、同一の参照番号を用いてい
る。図15の構成には非ドープ領域2に形成した一組の
並行ドープ導電性チャネル8と、これに直交する一組の
並行導体ストリップ9とを有する。この導体ストリップ
9は、パシベーション層5,6を被覆した金属で形成さ
れたものである。この構成において、導体8および9の
対に対して適切なバイアス電位を印加して特定のドット
Dに対して電場を与えることにより、その電子状態を変
化させることができる。但し、図15の構成は実現困難
であるおそれがある。その理由は、導体8および9の間
隔が原因で2ドット以上の電子状態を変化させてしま
い、個々のドットを指定することが困難だからである。
Further, the chemical potential energy of the dots can be electrically and dynamically controlled by applying an electric field to each dot. 14 and 1
As shown in FIG. 5, this semiconductor device has an orthogonal matrix of control electrodes that receive a control potential for biasing individual dots D. The configuration of FIG. 15 is similar to that shown in FIG. 2, and the same reference numerals are used. The configuration of FIG. 15 has a set of parallel-doped conductive channels 8 formed in the undoped region 2 and a set of parallel conductor strips 9 orthogonal thereto. The conductor strip 9 is formed of a metal that covers the passivation layers 5 and 6. In this configuration, by applying an appropriate bias potential to the pair of conductors 8 and 9 and applying an electric field to the specific dot D, its electronic state can be changed. However, the configuration of FIG. 15 may be difficult to realize. The reason is that the spacing between the conductors 8 and 9 changes the electronic state of two or more dots, making it difficult to specify individual dots.

【0026】図16および図17の構成は、この問題を
解決することができる。この構成では、二組の直交配置
された金属性アドレス電極10および11がパシベーシ
ョン層5,6の上に被覆形成されている。この電極10
および11は、接地された導電性層12と協働する。電
極10および11は絶縁性薄膜(図示せず)で分離され
ている。使用時、個々のドットDの指定(アドレシン
グ)は次のように行われる。まず、特定のアドレス導体
10の一本に対して、所望のバイアス電圧より低いバイ
アス電圧を印加する。次に、アドレス導体11の特定の
複数本に対して、バイアス電圧を印加する。このバイア
ス電圧は、励起された電極10および11の交点に位置
するドットの電子状態を変化させるものである。
The configurations of FIGS. 16 and 17 can solve this problem. In this structure, two sets of orthogonally arranged metallic address electrodes 10 and 11 are formed on the passivation layers 5 and 6 by coating. This electrode 10
And 11 cooperate with a conductive layer 12 which is grounded. The electrodes 10 and 11 are separated by an insulating thin film (not shown). In use, the designation (addressing) of individual dots D is performed as follows. First, a bias voltage lower than a desired bias voltage is applied to one of the specific address conductors 10. Next, a bias voltage is applied to a specific plurality of address conductors 11. This bias voltage changes the electronic state of the dots located at the intersections of the excited electrodes 10 and 11.

【0027】図18、図19、図20は、本発明に利用
できるドット/チャネル構成の例を示す。これらは、半
導体デバイスの転送機能の制御に静的な方法を用いるも
のである。図18は、ドットマトリクスのすべての側縁
部にチャネルTが接続される必要がないことを示してい
る。図19は、特定の転送機能を達成するためにドット
マトリクスの主要な部分を欠いてもよいことを示してい
る。
FIGS. 18, 19 and 20 show examples of dot / channel configurations that can be used in the present invention. These use a static method for controlling the transfer function of a semiconductor device. FIG. 18 shows that the channels T do not have to be connected to all the side edges of the dot matrix. FIG. 19 shows that a major part of the dot matrix may be omitted to achieve a particular transfer function.

【0028】図20は、これまでの例でほぼ矩形のアレ
イであったドット構成Dをほぼ三角形のアレイに配置し
てもよいことを示している。
FIG. 20 shows that the dot configuration D, which was a substantially rectangular array in the above example, may be arranged in a substantially triangular array.

【0029】また、ドット状態を決定するのに静的な方
法と動的な方法を組み合わせて用いることも可能であ
る。すなわち、特定のマトリクス位置においてドットが
欠落したマトリクスにおいて、ドットマトリクス内の特
定のドットの電子状態を選択的に変更するために、残っ
ているドットに対してバイアス電位を与えることが可能
である。
It is also possible to use a combination of a static method and a dynamic method for determining the dot state. That is, in a matrix in which dots are missing at specific matrix positions, a bias potential can be applied to the remaining dots in order to selectively change the electronic state of the specific dots in the dot matrix.

【0030】さらに、図21にその概略を示すように、
ドットの3次元アレイおよびこれに対応したチャネルを
製造することも可能である。そのためには、基盤1上で
層2,3(図2)の生成を繰返し、反復したドットマト
リクス/チャネル層を形成する。
Further, as shown schematically in FIG.
It is also possible to fabricate a three-dimensional array of dots and corresponding channels. To that end, the layers 2, 3 (FIG. 2) are repeated on the substrate 1 to form a repeating dot matrix / channel layer.

【0031】以上、GaAs技法に関連して本発明を説
明したが、ドットの形成は、他の製造技法、例えば、S
i、もしくはSiGe技法のように他の材料を用いても
可能である。また、ガラス内半導体ドットとしてドット
を作ることも可能である。
Although the present invention has been described above with reference to the GaAs technique, dot formation may be accomplished using other fabrication techniques, such as S.
Other materials such as i or SiGe techniques are also possible. It is also possible to make dots as semiconductor dots in glass.

【0032】図22を参照するに、各ドットごとに情報
の一単位を定める必要はなく、複数ドットごとに情報の
一単位を定めるようにすることもできる。同図に示すよ
うに、各チャネルTは、図1に示したチャネルに比べて
幅が広く、3個のドットに跨っている。すなわち、ドッ
トDは3×3ドットのサブセット単位に配置され、各サ
ブセットが情報の一単位を定める。このような冗長性は
半導体デバイス機能の信頼性および製造上の歩留まりを
向上させる。
With reference to FIG. 22, it is not necessary to determine one unit of information for each dot, and one unit of information can be determined for each plurality of dots. As shown in the figure, each channel T is wider than the channel shown in FIG. 1 and spans three dots. That is, the dots D are arranged in 3 × 3 dot subset units, and each subset defines one unit of information. Such redundancy improves semiconductor device function reliability and manufacturing yield.

【0033】次に、図23を参照して、本実施例の半導
体デバイスの製造例を説明する。エピタキシャル成長技
術を用いて、非ドープ基板1上に、順次、層2,3,
4,5および6を成長させる。各層の厚さおよび組成は
図23に示すとおりである。このようにして出来上がっ
た構造は、層2および層3の間のヘテロ接合部に2次元
電子ガス7を生成する。各層は、分子ビームエピタキシ
ー(MBE)法またはMOCVD法を用いて当該技術分
野において周知の方法で成長させることができる。
Next, with reference to FIG. 23, an example of manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described. Using the epitaxial growth technique, layers 2, 3, are sequentially formed on the undoped substrate 1.
Grow 4, 5 and 6. The thickness and composition of each layer are as shown in FIG. The structure thus produced produces a two-dimensional electron gas 7 at the heterojunction between layers 2 and 3. Each layer can be grown by methods well known in the art using molecular beam epitaxy (MBE) or MOCVD.

【0034】これに続いて、フォーカスト・イオンビー
ム(FIB)法を用いて、適切な空間パターンに従って
ドープ層4にGa+イオンを打ち込み、その空間的な格
子パターンを変更する。その結果、電子ガス7が束縛さ
れ、これによって、要求されるドットDおよびチャネル
Tが定められる。FIB打ち込みは、通常、30〜40
KeVで、1012〜1013cm~2の濃度になるまで実行され
る。
Following this, the focused ion beam (FIB) method is used to implant Ga + ions into the doped layer 4 in accordance with an appropriate spatial pattern and change the spatial lattice pattern. As a result, the electron gas 7 is bound, which defines the required dot D and channel T. FIB implantation is usually 30-40
Run with KeV until a concentration of 10 12 -10 13 cm 2 is reached.

【0035】さらに、基板は、ドットおよびチャネルを
定めるために予めパターン化(pre-patterned)しておい
てもよい。
Further, the substrate may be pre-patterned to define the dots and channels.

【0036】本発明による半導体装置は、特に、論理/
メモリデバイスとしての用途を有するが、パターン認識
等の用途にも有用である。パターン認識のためには、学
習モード時に、チャネルTの第1の組に対して特定パタ
ーンを表す一組の制御電位を印加する。これに応答し
て、特定のドット群の電子状態が変化し、チャネルTの
第2の組に特定の出力信号群が生じる。その後、このデ
バイスは当該パターンの認識に利用することが可能にな
る。すなわち、チャネルの第1の組に印加された入力電
位群がチャネルの第2の組に前記特定の出力信号群を発
生させたとき、このことは、前記パターンが認識された
ことを意味する。
The semiconductor device according to the present invention is particularly suitable for logic /
It has applications as a memory device, but is also useful for applications such as pattern recognition. For pattern recognition, a set of control potentials representing a specific pattern is applied to the first set of channels T in the learning mode. In response to this, the electronic state of the particular dot group changes, resulting in a particular output signal group in the second set of channels T. The device can then be used to recognize the pattern. That is, when the group of input potentials applied to the first set of channels causes the particular set of output signals to the second set of channels, this means that the pattern has been recognized.

【0037】さらに、ドットは、非常に近接して配置さ
れ、かつ従来のように電流によるのではなく電子同士間
の相互作用により機能するので、半導体デバイスの動作
速度が改善され、その部品素子の集積度が向上する。ま
た、デバイス同士間の相互接続は、従来の金属層を利用
する方法でなく、半導体の導電経路を利用して行うこと
ができるので、単一チップ内に多数のデバイスを内包す
ることが可能になる。
Further, since the dots are arranged very close to each other and function by the interaction between the electrons instead of by the current as in the conventional case, the operation speed of the semiconductor device is improved and the component element of the semiconductor device is improved. The degree of integration is improved. Moreover, since interconnection between devices can be performed by using a conductive path of a semiconductor instead of the conventional method of using a metal layer, it is possible to include a large number of devices in a single chip. Become.

【0038】[0038]

【発明の効果】本発明によれば、並列データ処理が可能
になり、これにより超高速動作が実現される。また、ド
ットの状態を変えることにより論理機能を変更すること
が可能になる。さらに、ドットをグループ分けして配置
することにより冗長性をもたせ、これによりデバイスの
信頼性向上、および製造の容易化・歩留まり向上を図る
こともできる。
According to the present invention, it is possible to perform parallel data processing, thereby realizing ultrahigh speed operation. Moreover, it becomes possible to change the logical function by changing the state of the dots. Furthermore, by arranging the dots in groups to provide redundancy, it is possible to improve the reliability of the device and to facilitate manufacturing and improve the yield.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ゲルハルト ファゾル イギリス国、シー・ビー3 0エイチ・イ ー、ケンブリッジ、マディングレー ロー ド(番地なし)、ヒタチ ヨーロッパ リ ミテッド キャンベンディッシュ ラボラ トリー、ヒタチ ケンブリッジ ラボラト リー アール アンド ディー センター 内 (72)発明者 ハローン アーメッド イギリス国、シー・ビー3 0エイチ・イ ー、ケンブリッジ、マディングレー ロー ド(番地なし)、ユニバーシティー オブ ケンブリッジ キャベンディッシュ ラ ボラトリー内 ─────────────────────────────────────────────────── ───Continued from the front page (72) Inventor Gerhard Fasol UK, CB30 H.E., Cambridge, Madingley Road (no address), Hitachi Europe Limited Camping Bench Laboratories, Hitachi Cambridge Laboratories R & D Center (72) Inventor Halone Ahmed UK CB 30 H, Cambridge, Madingley Road (no street number), University of Cambridge Cavendish Laboratory

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】相互間に予め定めた電気的結合を有するた
めの複数の半導体ドットの配列と、 該複数のドットと量子力学的電気的結合を形成した複数
の導体とを備え、 該導体に対して入力電圧を印加したとき、前記ドット間
の結合に応じたパターン状に電流が前記導体に発生する
ことを特徴とする半導体デバイス。
1. An array of a plurality of semiconductor dots for having a predetermined electrical coupling between them, and a plurality of conductors forming quantum mechanical electrical coupling with the plurality of dots, the conductor comprising: A semiconductor device, wherein when an input voltage is applied to the conductor, a current is generated in the conductor in a pattern corresponding to the coupling between the dots.
【請求項2】前記ドットはマトリクス状に配置され、か
つ、該マトリクスの特定位置においてドットが欠落して
おり、これによって前記ドット間の予め定めた電気的結
合が形成されることを特徴とする請求項1記載の半導体
デバイス。
2. The dots are arranged in a matrix, and the dots are missing at a specific position of the matrix, whereby a predetermined electrical connection between the dots is formed. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項3】前記ドットの量子力学的状態を選択的に制
御する制御手段を有し、これによりドットの電子占有性
に影響を与えて前記ドット間の予め定めた電気的結合を
形成することを特徴とする請求項1または2記載の半導
体デバイス。
3. A control means for selectively controlling the quantum mechanical state of the dots, thereby affecting the electron occupancy of the dots to form a predetermined electrical connection between the dots. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a semiconductor device.
【請求項4】前記制御手段は、選択的にドット内に光子
を注入する手段を有し、これにより当該ドットの電子状
態を変化させることを特徴とする請求項3記載の半導体
デバイス。
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the control means has means for selectively injecting photons into the dot, thereby changing the electronic state of the dot.
【請求項5】前記ドットにアドレシング用バイアス電位
を印加するための電極手段を有し、これにより当該ドッ
トの電子状態を変化させることを特徴とする請求項3ま
たは4記載の半導体デバイス。
5. The semiconductor device according to claim 3, further comprising an electrode means for applying an addressing bias potential to the dot, thereby changing the electronic state of the dot.
【請求項6】前記ドットが3次元アレイ状に配置される
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の半導
体デバイス。
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the dots are arranged in a three-dimensional array.
【請求項7】前記ドットは冗長性をもたらすようにグル
ープ化されていることを特徴とする請求項1〜6のいず
れかに記載の半導体デバイス。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein the dots are grouped so as to provide redundancy.
【請求項8】基板および該基板上に形成されたヘテロ接
合層を有し、前記ヘテロ接合に隣接した導電性領域とし
て前記ドットおよびチャネルが形成されるよう前記ヘテ
ロ接合層が形成されたことを特徴とする請求項1〜7の
いずれかに記載の半導体デバイス。
8. A heterojunction layer having a substrate and a heterojunction layer formed on the substrate, wherein the heterojunction layer is formed so that the dots and channels are formed as conductive regions adjacent to the heterojunction. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is a semiconductor device.
【請求項9】前記基板はGaAsであり、前記ヘテロ接
合層は非ドープGaAs層と該非ドープGaAs層上の
ヘテロ層手段とを含むことを特徴とする請求項8記載の
半導体デバイス。
9. The semiconductor device of claim 8, wherein the substrate is GaAs and the heterojunction layer comprises an undoped GaAs layer and heterolayer means on the undoped GaAs layer.
【請求項10】前記基板はIV属半導体材料であることを
特徴とする請求項8記載の半導体デバイス。
10. The semiconductor device of claim 8, wherein the substrate is a Group IV semiconductor material.
【請求項11】前記基板はInP材料からなることを特
徴とする請求項8記載の半導体デバイス。
11. The semiconductor device according to claim 8, wherein the substrate is made of an InP material.
【請求項12】前記ヘテロ層手段は、前記非ドープGa
As層を被覆した非ドープAlGaAs層と、該非ドー
プAlGaAs層を被覆したドープAlGaAs層とを
含むことを特徴とする請求項9記載の半導体デバイス。
12. The heterolayer means is the undoped Ga.
10. The semiconductor device according to claim 9, comprising an undoped AlGaAs layer covering the As layer and a doped AlGaAs layer covering the undoped AlGaAs layer.
【請求項13】前記ヘテロ層手段を被覆したパシベーシ
ョン層手段を有することを特徴とする請求項9または1
2記載の半導体デバイス。
13. The method according to claim 9, further comprising a passivation layer means covering the hetero layer means.
2. The semiconductor device according to 2.
【請求項14】前記基板は、前記ドットおよびチャネル
を定めるために予めパターン化されていることを特徴と
する請求項8から13までのいずれかに記載の半導体デ
バイス。
14. The semiconductor device according to claim 8, wherein the substrate is pre-patterned to define the dots and channels.
JP3346736A 1991-01-04 1991-12-27 Semiconductor device Pending JPH06296011A (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
GB9100136.2 1991-01-04
GB9100136A GB2256313B (en) 1991-01-04 1991-01-04 Semiconductor device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH06296011A true JPH06296011A (en) 1994-10-21

Family

ID=10687957

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP3346736A Pending JPH06296011A (en) 1991-01-04 1991-12-27 Semiconductor device

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JPH06296011A (en)
GB (1) GB2256313B (en)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5677637A (en) * 1992-03-25 1997-10-14 Hitachi, Ltd. Logic device using single electron coulomb blockade techniques
GB9226382D0 (en) * 1992-12-18 1993-02-10 Hitachi Europ Ltd Memory device
JP3455987B2 (en) * 1993-02-26 2003-10-14 ソニー株式会社 Quantum box assembly device and information processing method
JP3517897B2 (en) 1993-04-16 2004-04-12 ソニー株式会社 Quantum operation device and method of using the same
GB9311111D0 (en) * 1993-05-28 1993-07-14 Hitachi Europ Ltd Quantum structure devices
GB2283128B (en) * 1993-10-21 1997-08-20 Hitachi Europ Ltd Memory device
GB2306769B (en) * 1995-10-16 1997-09-17 Toshiba Cambridge Res Center Radiation detector
GB9724642D0 (en) 1997-11-21 1998-01-21 British Tech Group Single electron devices
GB9925213D0 (en) * 1999-10-25 1999-12-22 Univ Cambridge Tech Magnetic logic elements

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0170044B1 (en) * 1984-07-02 1989-11-02 Texas Instruments Incorporated Quantum-coupled device
JP2508637B2 (en) * 1986-05-20 1996-06-19 日本電気株式会社 Semiconductor element

Also Published As

Publication number Publication date
GB9100136D0 (en) 1991-02-20
GB2256313A (en) 1992-12-02
GB2256313B (en) 1995-03-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5447873A (en) Method of making a universal quantum dot logic cell
JP3745015B2 (en) Electronic devices
US4958201A (en) Resonant tunneling minority carrier transistor
US7244997B2 (en) Magneto-luminescent transducer
JPH0654810B2 (en) Electronic device
JPH09102616A (en) Manufacture of quantum structure and component containing quantum structure
JPH02231777A (en) Resonance tunnel optoelectronic device
US4902912A (en) Apparatus including resonant-tunneling device having multiple-peak current-voltage characteristics
JP2656018B2 (en) Read-only memory
JPH06296011A (en) Semiconductor device
US4853753A (en) Resonant-tunneling device, and mode of device operation
JP2746771B2 (en) Semiconductor device
US5323030A (en) Field effect real space transistor
JP2656019B2 (en) Electronic equipment
JPH06283708A (en) Shannon cell circuit
Miyoshi et al. A 1 bit binary-decision-diagram adder circuit using single-electron transistors made by selective-area metalorganic vapor-phase epitaxy
JPS6182473A (en) Quantum coupler
EP0297778A2 (en) Apparatus including resonant-tunneling device having multiple-peak current-voltage characteristics
JP2508637B2 (en) Semiconductor element
JPH0831591B2 (en) High-speed semiconductor device
JPH0831472B2 (en) High-speed semiconductor device
US5225895A (en) Velocity-modulation transistor with quantum well wire layer
Lear Applications of resonant tunnel diodes and effects of a novel cathode structure
JPH0982900A (en) Optical semiconductor memory device, its information wiring method and reading out method, and optical semiconductor logic circuit device
Davies Quantum electronics: the physics and technology of low-dimensional electronic systems into the new millennium