JPH0656884B2 - ３端子量子装置 - Google Patents
３端子量子装置Info
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- JPH0656884B2 JPH0656884B2 JP60143826A JP14382685A JPH0656884B2 JP H0656884 B2 JPH0656884 B2 JP H0656884B2 JP 60143826 A JP60143826 A JP 60143826A JP 14382685 A JP14382685 A JP 14382685A JP H0656884 B2 JPH0656884 B2 JP H0656884B2
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- 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
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/15—Structures with periodic or quasi periodic potential variation, e.g. multiple quantum wells, superlattices
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- H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
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- H01L29/66469—Unipolar field-effect transistors with an active layer made of a group 13/15 material, e.g. group 13/15 velocity modulation transistor [VMT], group 13/15 negative resistance FET [NERFET] with one- or zero-dimensional channel, e.g. quantum wire field-effect transistors, in-plane gate transistors [IPG], single electron transistors [SET], Coulomb blockade transistors, striped channel transistors
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- 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
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は電子装置に係わる。
ＭＯＳ装置が４分の１ミクロンのチャンネル長さの域に
達する頃には、或いは恐らくもっとずっと大きな寸法の
時でさえ、従来のＶＬＳＩ集積技術テクノロジーはそれ
以上のスケーリングを妨げられるであろうと言う事が一
般的なに認識されている。集積回路の可能性の多くの前
進はスケーリングの絶え間無い進歩に基づいていた故
に、近い将来のこの障害は大きな関心事である。
達する頃には、或いは恐らくもっとずっと大きな寸法の
時でさえ、従来のＶＬＳＩ集積技術テクノロジーはそれ
以上のスケーリングを妨げられるであろうと言う事が一
般的なに認識されている。集積回路の可能性の多くの前
進はスケーリングの絶え間無い進歩に基づいていた故
に、近い将来のこの障害は大きな関心事である。
従って本発明の目的は、能動装置が、寸法が４分の１ミ
クロンよりも小さな活性領域を持ち得る集積回路テクノ
ロジーを提供する事である。
クロンよりも小さな活性領域を持ち得る集積回路テクノ
ロジーを提供する事である。
本発明のもう１つの目的は、各々の能動装置の占める全
面積が平均１平方ミクロンの１／４以下の能動装置を製
造する事の出来る集積回路テクノロジーを提供する事で
ある。
面積が平均１平方ミクロンの１／４以下の能動装置を製
造する事の出来る集積回路テクノロジーを提供する事で
ある。
従来の集積回路テクノロジーのもう１つの内在的制約は
速度である。ＭＯＳ装置はチャンネル長さ走行時間の故
にその速度の点で内在的制約を持っている。集積化の出
来るバイポーラ装置も又、ベース幅走行時間に起因する
内在的な速度制約を有しており、又電力散逸も多いと思
われる。
速度である。ＭＯＳ装置はチャンネル長さ走行時間の故
にその速度の点で内在的制約を持っている。集積化の出
来るバイポーラ装置も又、ベース幅走行時間に起因する
内在的な速度制約を有しており、又電力散逸も多いと思
われる。
従って、どの様なＭＯＳ装置よりも高い潜在的最高速度
を持つ能動装置を提供する事が本発明の１つの目的であ
る。
を持つ能動装置を提供する事が本発明の１つの目的であ
る。
どの様なバイポーラ装置よりも潜在的に速い能動装置を
提供する事は本発明のもう１つの目的である。
提供する事は本発明のもう１つの目的である。
どの様なバイポーラ装置よりも潜在的に速く、又電力散
逸も非常に少ない能動装置を提供する事は本発明のもう
１つの目的である。
逸も非常に少ない能動装置を提供する事は本発明のもう
１つの目的である。
これらの並びにその他の目的を達成する為に、本発明は
次のものを提案する、少なくとも２つの密接上隣接した
ポテンシャルウエル（例えばＡｌＧａＡｓ格子の中のＧ
ａＡｓの島）が十分に小さく作られ、その為にウエルの
内部に於けるキャリアの少なくとも２つの運動成分が別
々に量子化される、新種類の電子装置。この事は、ウエ
ル相互間のバイアスが２つのウエルのエネルギー準位を
整合させる様に調整せれているとトンネル現象が非常に
すみやかに発生するが、エネルギー準位が整合されてい
ないと、トンネル現象は著しく弱められると言う事を意
味している。この高利得メカニズムから有利な電子装置
機能がもたらされる。
次のものを提案する、少なくとも２つの密接上隣接した
ポテンシャルウエル（例えばＡｌＧａＡｓ格子の中のＧ
ａＡｓの島）が十分に小さく作られ、その為にウエルの
内部に於けるキャリアの少なくとも２つの運動成分が別
々に量子化される、新種類の電子装置。この事は、ウエ
ル相互間のバイアスが２つのウエルのエネルギー準位を
整合させる様に調整せれているとトンネル現象が非常に
すみやかに発生するが、エネルギー準位が整合されてい
ないと、トンネル現象は著しく弱められると言う事を意
味している。この高利得メカニズムから有利な電子装置
機能がもたらされる。
量子結合装置を機能的な電子回路に仕立てる際の困難
は、これらの装置が極端に小さいので、マイクロスコピ
ックな出力電流を得る為には、一般に幾つもの装置を並
列に働かせる事が必要となると言う事にある。更に、こ
れらの幾つもの並列の能動装置を組合せ又これらの装置
から引き出す為の配線の仕方も困難である。何故ならこ
れらの装置のジオメトリー（幾何学的厳密さ）に関する
厳しい制約が配線の為に用いられるべきジトメトリーに
対しても大きな制約を課するからである。
は、これらの装置が極端に小さいので、マイクロスコピ
ックな出力電流を得る為には、一般に幾つもの装置を並
列に働かせる事が必要となると言う事にある。更に、こ
れらの幾つもの並列の能動装置を組合せ又これらの装置
から引き出す為の配線の仕方も困難である。何故ならこ
れらの装置のジオメトリー（幾何学的厳密さ）に関する
厳しい制約が配線の為に用いられるべきジトメトリーに
対しても大きな制約を課するからである。
かくして、これらの装置へ又これらの装置からマクロス
コピックな電流を導く為の入力及び出力の接続が用意さ
れている量子結合装置を用いた装置構造を提供する事が
本発明の１つの目的である。
コピックな電流を導く為の入力及び出力の接続が用意さ
れている量子結合装置を用いた装置構造を提供する事が
本発明の１つの目的である。
本発明に従って次のものが提供される。
すなわち、 各々が、最小ディメンション５００オングストローム以
下又他のディメンションが１，０００オングストローム
以下の半導体材料の島を含む複数の第１と第２のポテン
シャルウエル、と キャリアの最小ポテンシャルエネルギーが上記のウエル
の中のキャリアの最小ポテンシャルエネルギーよりも少
なくとも５０ミリ電子ボルト高く、上記のウエルが、上
記のいずれのウエルの最小物理ディメンションの３倍以
下の距離によって互いに物理的に分離されている，上記
の第１と第２のウエルの間に挿入された障壁媒体と、 上記の第１のウエルの各々に対して電気的に結合された
第１の伝導体と、 上記の第２のウエルの各々に対して電気的に結合された
第２の伝導体と、並びに 上記の第２のウエルの複数のウエルから上記の障壁媒体
によって横方向に分離されている出力接点（コンタク
ト）−上記出力接点と上記の第２のウエルとの間の上記
の障壁媒体は上記の第１と第２のウエルを分離している
最小横幅のわずか２倍の最小横幅を有している−と、 を含む電子装置であって、 上記のウエルの各々がわずかにドープされた半導体を含
み、又上記の伝導体の各々が高濃度にドープされた半導
体を含んでいる電子装置。
下又他のディメンションが１，０００オングストローム
以下の半導体材料の島を含む複数の第１と第２のポテン
シャルウエル、と キャリアの最小ポテンシャルエネルギーが上記のウエル
の中のキャリアの最小ポテンシャルエネルギーよりも少
なくとも５０ミリ電子ボルト高く、上記のウエルが、上
記のいずれのウエルの最小物理ディメンションの３倍以
下の距離によって互いに物理的に分離されている，上記
の第１と第２のウエルの間に挿入された障壁媒体と、 上記の第１のウエルの各々に対して電気的に結合された
第１の伝導体と、 上記の第２のウエルの各々に対して電気的に結合された
第２の伝導体と、並びに 上記の第２のウエルの複数のウエルから上記の障壁媒体
によって横方向に分離されている出力接点（コンタク
ト）−上記出力接点と上記の第２のウエルとの間の上記
の障壁媒体は上記の第１と第２のウエルを分離している
最小横幅のわずか２倍の最小横幅を有している−と、 を含む電子装置であって、 上記のウエルの各々がわずかにドープされた半導体を含
み、又上記の伝導体の各々が高濃度にドープされた半導
体を含んでいる電子装置。
また、上記第１と第２のウエルに含まれる半導体の島
は、好ましくは、５００オングストローム若しくは１，
０００オングストロームであり、キャリアの量子箱を形
成することができるが、量子ウエル箱を形成し得る半導
体の島の寸法は１５０オングストローム若しくは５００
オングストローム以下であっても適宜実施し得る。更
に、障壁媒体は、好ましくは、ポテンシャルウエルの最
小エネルギーより５０若しくは８ミリ電子ボルト程度高
く、各ウエルの離散的なエネルギーの間隔は、２分の１
ミリ電子ボルト程度の間隔があれば量子化が絶縁温度３
００゜Ｋ以上でも可能である。なお、各ポテンシャルウ
エルの横方向の間隔は、後述するが、量子箱の寸法の３
倍以内でよく、出力接点との間は、このウエル間の幅の
２倍を超えなければキャリアのトンネルを制御し得る。
は、好ましくは、５００オングストローム若しくは１，
０００オングストロームであり、キャリアの量子箱を形
成することができるが、量子ウエル箱を形成し得る半導
体の島の寸法は１５０オングストローム若しくは５００
オングストローム以下であっても適宜実施し得る。更
に、障壁媒体は、好ましくは、ポテンシャルウエルの最
小エネルギーより５０若しくは８ミリ電子ボルト程度高
く、各ウエルの離散的なエネルギーの間隔は、２分の１
ミリ電子ボルト程度の間隔があれば量子化が絶縁温度３
００゜Ｋ以上でも可能である。なお、各ポテンシャルウ
エルの横方向の間隔は、後述するが、量子箱の寸法の３
倍以内でよく、出力接点との間は、このウエル間の幅の
２倍を超えなければキャリアのトンネルを制御し得る。
更に、キャリアの寸法をブロッホ波長で表せば、各ポテ
ンシャルウエルはブロッホ波長の１００倍以下に隣接さ
せれば、量子箱としてキャリアをトンネルさせることが
できる。
ンシャルウエルはブロッホ波長の１００倍以下に隣接さ
せれば、量子箱としてキャリアをトンネルさせることが
できる。
本発明は、これ迄集積回路を作る為に電子工業界で用い
られて来たトランジスタやダイオードの構造とは基本的
に異なる能動装置を示す。即ち本発明によって示されて
いる能動装置は電界効果トランジスタでもバイポーラト
ランジスタでもなく、基本的に且つ全く異なる原理に従
って働く。
られて来たトランジスタやダイオードの構造とは基本的
に異なる能動装置を示す。即ち本発明によって示されて
いる能動装置は電界効果トランジスタでもバイポーラト
ランジスタでもなく、基本的に且つ全く異なる原理に従
って働く。
本発明の多くの実施態様の鍵となる特徴は一対の近接し
て結合された量子ウェルであるが、この量子ウェルの各
々の極めて小さく、その電子ポピュレーションが量子化
される程小さい、即ち、ウェルの中の電子は幾つかの許
容エネルギーのうち１つだけしか持てない。本発明は古
典物理学では解析する事が出来ず、量子力学の知識で理
解しなければならない装置の作動様態を示している。
て結合された量子ウェルであるが、この量子ウェルの各
々の極めて小さく、その電子ポピュレーションが量子化
される程小さい、即ち、ウェルの中の電子は幾つかの許
容エネルギーのうち１つだけしか持てない。本発明は古
典物理学では解析する事が出来ず、量子力学の知識で理
解しなければならない装置の作動様態を示している。
半導体プロセッシング分野に於ける進歩は今や、電子の
プロッホ波長に匹敵する、極めて小さな寸法でパターン
を描かれる様な半導体構造を可能にしている。（ブロッ
ホ波長は半導体の中の電子の“幅”を測定した値であ
る。電子の位置は確率分布によって測定されなければな
らず、その位置には或る程度の幅がある。）本発明は、
これ迄の半導体や集積回路の装置では見られなかった種
類の新しい原理の作動が可能な、新しいタイプの装置構
造を達成する為にブロッホ波長に近い寸法のパターン化
された構造を利用する事が出来ると言う事を利用してい
る。
プロッホ波長に匹敵する、極めて小さな寸法でパターン
を描かれる様な半導体構造を可能にしている。（ブロッ
ホ波長は半導体の中の電子の“幅”を測定した値であ
る。電子の位置は確率分布によって測定されなければな
らず、その位置には或る程度の幅がある。）本発明は、
これ迄の半導体や集積回路の装置では見られなかった種
類の新しい原理の作動が可能な、新しいタイプの装置構
造を達成する為にブロッホ波長に近い寸法のパターン化
された構造を利用する事が出来ると言う事を利用してい
る。
本発明の中で用いられている鍵となる作動原理の幾つか
を説明する簡単化されたサンプル実施態様が図１に示さ
れている。砒化ガリウム（ガリウム砒素）の離隔したウ
ェルが砒化アルミニウム・ガリウムのマトリックス（母
組織）の中に埋込まれている。半導体技術で良く知られ
ている様に、ＡｌＧａＡｓの禁止帯の幅（バンドギャ
プ）はＧａＡｓのそれよりも広い。（もっと正確に言え
ば、ＡｌｘＧａ1-xＡｓの式を持つ擬似二元合金はすべ
て、ｘの関係として増加してゆく禁止帯の幅を持つ半導
体である。）この異なる禁止帯の幅は、格子内の伝導帯
電子のポテンシャルエネルギーがＧａＡｓの領域内では
ＡｌＧａＡｓの領域内よりも低いと言う事を意味してい
る。この材料系の特別な長所は、ＧａＡｓとＡｌＧａＡ
ｓとの間の界面が非常に良い挙動をする界面であると言
う事であり、即ちこれらの界面は極めて低い密度の表面
エネルギー準位で作る事が出来（Ｓｉ／ＳｉＯ２界面よ
りも低い）、且つ界面のＧａＡｓ側とＡｌＧａＡｓ側と
の間でほとんど完全な格子整合を保つ事が出来る。しか
しながら、以下に論じられる様に、本発明は、単に半導
体だけにとどまらず、広い範囲にわたる様々な素材系を
用いて実施する事が出来る。
を説明する簡単化されたサンプル実施態様が図１に示さ
れている。砒化ガリウム（ガリウム砒素）の離隔したウ
ェルが砒化アルミニウム・ガリウムのマトリックス（母
組織）の中に埋込まれている。半導体技術で良く知られ
ている様に、ＡｌＧａＡｓの禁止帯の幅（バンドギャ
プ）はＧａＡｓのそれよりも広い。（もっと正確に言え
ば、ＡｌｘＧａ1-xＡｓの式を持つ擬似二元合金はすべ
て、ｘの関係として増加してゆく禁止帯の幅を持つ半導
体である。）この異なる禁止帯の幅は、格子内の伝導帯
電子のポテンシャルエネルギーがＧａＡｓの領域内では
ＡｌＧａＡｓの領域内よりも低いと言う事を意味してい
る。この材料系の特別な長所は、ＧａＡｓとＡｌＧａＡ
ｓとの間の界面が非常に良い挙動をする界面であると言
う事であり、即ちこれらの界面は極めて低い密度の表面
エネルギー準位で作る事が出来（Ｓｉ／ＳｉＯ２界面よ
りも低い）、且つ界面のＧａＡｓ側とＡｌＧａＡｓ側と
の間でほとんど完全な格子整合を保つ事が出来る。しか
しながら、以下に論じられる様に、本発明は、単に半導
体だけにとどまらず、広い範囲にわたる様々な素材系を
用いて実施する事が出来る。
図１のサンプル実施態様に於いて、ウェル１０は約１２
５オングストロームの幅を持ち、又ウェル相互間の間隔
も又約１２５オングストロームである。これらのウェル
のディメンション（寸法）は、ウェルの中の電子のエネ
ルギー状態が量子化される程十分小さい。即ち、これら
のウェルは好ましくは立方形に作られるが、上記の様な
ディメンションの立方形のウェルの中の電子の許容エネ
ルギー状態は電子のふるまいの為の実効質量近似計算を
用い、量子力学の箱の中の単純粒子の問題として容易に
計算する事が出来る。かくして、例えば、上記のウェル
のディメンションの場合で且つアルミニウム濃度を３５
％とすると、４つの許容エネルギー状態が存在し、その
最も下にあるエネルギー状態はＧａＡｓを伝導帯の最低
点のボトムの上方にあり、且つ２番目に低いエネルギー
状態から０，０７０電子ボルトだけ分離されている。２
番目に高いエネルギー状態は更に０，１１４電子ボルト
だけ上方にある。これらのエネルギー状態は量子化され
たものとして取り扱わねばならないと言う事に注意する
事。この事は、ウェルの中の電子のエネルギーはこれら
の許された、分離したエネルギー準位のうちの１つとと
正確に等しくならなければならず、その他の値を取る事
は出来ない、と言う事を意味している。この事が本発明
の鍵である。この事が通常の半導体装置（例えそれが現
在の半導体装置のスケーリングによって達成される進ん
だ半導体装置であっても）との基本的な相異であると言
う異に注意する事、何故なら、従来のすべてのソリッド
ステート装置は−例えそれが電界効果形又はバイポーラ
形のトランジスタ或いはその他のどの様なものであれ−
半導体の伝導帯の中の電子のエネルギー準位がほぼ連続
している事を要求しているからである。
５オングストロームの幅を持ち、又ウェル相互間の間隔
も又約１２５オングストロームである。これらのウェル
のディメンション（寸法）は、ウェルの中の電子のエネ
ルギー状態が量子化される程十分小さい。即ち、これら
のウェルは好ましくは立方形に作られるが、上記の様な
ディメンションの立方形のウェルの中の電子の許容エネ
ルギー状態は電子のふるまいの為の実効質量近似計算を
用い、量子力学の箱の中の単純粒子の問題として容易に
計算する事が出来る。かくして、例えば、上記のウェル
のディメンションの場合で且つアルミニウム濃度を３５
％とすると、４つの許容エネルギー状態が存在し、その
最も下にあるエネルギー状態はＧａＡｓを伝導帯の最低
点のボトムの上方にあり、且つ２番目に低いエネルギー
状態から０，０７０電子ボルトだけ分離されている。２
番目に高いエネルギー状態は更に０，１１４電子ボルト
だけ上方にある。これらのエネルギー状態は量子化され
たものとして取り扱わねばならないと言う事に注意する
事。この事は、ウェルの中の電子のエネルギーはこれら
の許された、分離したエネルギー準位のうちの１つとと
正確に等しくならなければならず、その他の値を取る事
は出来ない、と言う事を意味している。この事が本発明
の鍵である。この事が通常の半導体装置（例えそれが現
在の半導体装置のスケーリングによって達成される進ん
だ半導体装置であっても）との基本的な相異であると言
う異に注意する事、何故なら、従来のすべてのソリッド
ステート装置は−例えそれが電界効果形又はバイポーラ
形のトランジスタ或いはその他のどの様なものであれ−
半導体の伝導帯の中の電子のエネルギー準位がほぼ連続
している事を要求しているからである。
この様な量子化された系の中の各々のエネルギー準位が
入れる事の出来る電子数は厳しく制限されていると言う
事が注意されるべきである。即ち、本例の各々のウェル
のなかの最も下方にあるエネルギー準位はわずか２個の
電子、次に高い準位はわずか６個の電子、その次に高い
準位はわずか１０個の電子、等々、しかそれぞれ受け入
れる事が出来ない。この事はウェルの中のキャリア数が
厳しく制限されていると言う事を意味している。かくし
て、もし次のウェルのエネルギー状態が既に完全に充満
されていれば、キャリアはそのエネルギー状態へトンネ
ルしてゆく事は出来ない。各々のウェルは同時にわずか
な数のキャリアしか含む事は出来ないが、他方では遷移
時間が明らかに短く（代表的に言えば１ピコ秒よりもは
るかに短い）、多くのウェル対を並列に働かせる事によ
って全電流を増やす事が出来ると言う事が注意されるべ
きである。
入れる事の出来る電子数は厳しく制限されていると言う
事が注意されるべきである。即ち、本例の各々のウェル
のなかの最も下方にあるエネルギー準位はわずか２個の
電子、次に高い準位はわずか６個の電子、その次に高い
準位はわずか１０個の電子、等々、しかそれぞれ受け入
れる事が出来ない。この事はウェルの中のキャリア数が
厳しく制限されていると言う事を意味している。かくし
て、もし次のウェルのエネルギー状態が既に完全に充満
されていれば、キャリアはそのエネルギー状態へトンネ
ルしてゆく事は出来ない。各々のウェルは同時にわずか
な数のキャリアしか含む事は出来ないが、他方では遷移
時間が明らかに短く（代表的に言えば１ピコ秒よりもは
るかに短い）、多くのウェル対を並列に働かせる事によ
って全電流を増やす事が出来ると言う事が注意されるべ
きである。
さて、この簡単な実施態様ではウェルは互いに、１つの
ウェルの中の電子の確率密度が隣のウェルの中へ及ぶ程
十分に近接して配置されている、即ち、図１のウェル１
０と１２は互いに十分に近接しているので電子はお互い
の間を容易にトンネルする事が出来る。特に、図１ｂに
示されている様に、第１のウェルの中の電子は第２のウ
ェルの中の同じエネルギーの状態へ容易トンネルする事
が出来るが、勿論これは、空いている状態が第２のウェ
ルの中で実際に存在しているのと同じエネルギーを持っ
ている時にしか行われ得ない。しかしながら、２つのウ
ェルの中のエネルギー準位が同列にないと仮定してみよ
う。この場合には第１のウェルの中の電子は第１のウェ
ルとは異なるエネルギーを持つ第２のウェルの状態（準
位）へトンネルする事しか出来ないが、この様な状態へ
のトンネルが出来るのは第２のウェルの中の、下方にあ
る利用可能な状態のエネルギーに到達する為に十分なエ
ネルギーを電子が失うか或いは獲得する事が出来る様な
何らかのメカニズムも又存在している時だけである。
ウェルの中の電子の確率密度が隣のウェルの中へ及ぶ程
十分に近接して配置されている、即ち、図１のウェル１
０と１２は互いに十分に近接しているので電子はお互い
の間を容易にトンネルする事が出来る。特に、図１ｂに
示されている様に、第１のウェルの中の電子は第２のウ
ェルの中の同じエネルギーの状態へ容易トンネルする事
が出来るが、勿論これは、空いている状態が第２のウェ
ルの中で実際に存在しているのと同じエネルギーを持っ
ている時にしか行われ得ない。しかしながら、２つのウ
ェルの中のエネルギー準位が同列にないと仮定してみよ
う。この場合には第１のウェルの中の電子は第１のウェ
ルとは異なるエネルギーを持つ第２のウェルの状態（準
位）へトンネルする事しか出来ないが、この様な状態へ
のトンネルが出来るのは第２のウェルの中の、下方にあ
る利用可能な状態のエネルギーに到達する為に十分なエ
ネルギーを電子が失うか或いは獲得する事が出来る様な
何らかのメカニズムも又存在している時だけである。
この様なトンネル現象を達成する為に電子エネルギーを
変化させる為の主要メカニズムが表面エネルギー準位を
介する弛緩作用（緩和）である。即ち、半導体の界面と
同様の極めて良性のＧａＡｓとＡｌＧａＡｓの界面でさ
えも、界面に無視する事の出来ない密度の表面エネルギ
ー準位を持っている。もし電子が散乱の為に利用可能な
位置（サイト）の１つを横切ると、この様な表面エネル
ギー準位は散乱現象を起こさせ、電子がより高い又はよ
り低いエネルギーへ転移するのを許す。即ち、この界面
は、ウェルとウェルのエネルギー準位が同列にない場合
でも電子がウェルとウェルの間を遷移する事が出来る様
に電子からのエネルギーを変える事の出来る面積密度の
散乱サイトを持つと説明する事ができる。この遷移モー
ドは非弾性トンネル現象として知られている。第１のウ
ェルから第２のウェルへ電子がエネルギーの変化無しに
トンネルするトンネル現象のもう１つのモードは共鳴ト
ンネル現象として知られている。
変化させる為の主要メカニズムが表面エネルギー準位を
介する弛緩作用（緩和）である。即ち、半導体の界面と
同様の極めて良性のＧａＡｓとＡｌＧａＡｓの界面でさ
えも、界面に無視する事の出来ない密度の表面エネルギ
ー準位を持っている。もし電子が散乱の為に利用可能な
位置（サイト）の１つを横切ると、この様な表面エネル
ギー準位は散乱現象を起こさせ、電子がより高い又はよ
り低いエネルギーへ転移するのを許す。即ち、この界面
は、ウェルとウェルのエネルギー準位が同列にない場合
でも電子がウェルとウェルの間を遷移する事が出来る様
に電子からのエネルギーを変える事の出来る面積密度の
散乱サイトを持つと説明する事ができる。この遷移モー
ドは非弾性トンネル現象として知られている。第１のウ
ェルから第２のウェルへ電子がエネルギーの変化無しに
トンネルするトンネル現象のもう１つのモードは共鳴ト
ンネル現象として知られている。
トンネル現象はエネルギーと運動量の両方の保存を要求
する。運動量も又小さいポテンシャルウェルでは量子化
される。即ち、ポテンシャルウェルの境界を画定してい
る箱の各々のディメンションの中で、そのディメンショ
ンの長さが短くなればなる程、その運動量成分の許容値
の幅も広くなる。かくして、後に引用されるＳｏｌｏｎ
ｅｒ他の文献の中に報告されている様に、共鳴トンネル
現象は非常に近接して置かされ比較的低いポテンシャル
の２枚の薄いシートの間でも起こり得る。ポテンシャル
ウェルの２つのディメンションは非常に大きいから、こ
れらの２つのディメンションの中の運動量成分は量子化
されない。即ち、ポテンシャルウェルの１つのディメン
ションが大きいと、この方向の運動量成分の間隔は、背
景となっている格子のフォノンが運動量の差異をもたら
すのに有効となる程、近接する。即ち、格子の中に見ら
れるフォノンの密度はボーズ＝アインシュタイン統計に
従い、背景の格子の温度ＴでエネルギーＥの格子の中に
見られるフォノン数は、 として変化する。フォノンのこのエネルギー分布はまた
フォノンの運動量の大きさの分布をも意味しており、
又、フォノンは妥当な半導体材料の中ではほぼ等方性と
して取り扱う事が出来るから、この同じ分布は運動量の
いずれか１つの特定の成分について希望する値を持つフ
ォノンの分布をも規定している。かくして、ポテンシャ
ルウェルの中の運動量の量子化は温度に関連してのみ分
離したもの（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）あるいは疑似連続（ｑ
ｕａｓｉ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ）のものとして考える
事が出来る。即ち、例えば、幅１，０００オングストロ
ームの箱は１Ｋで運動量の量子化をもたらすであろう。
何故ならフォノンのポピュレーションはエネルギー的に
低い準位へ向かって殺到するであろうが、３００Ｋでは
無数の格子を背景とするフォノンのポピュレーションが
あって、許容運動量の値と値の間のギャップを橋わたし
してしまうので、この方向での許容運動量の値と値の間
の分離はあまり意味が無い事になるであろうからであ
る。即ち、この方向の運動量は疑似連続値として扱われ
るべきであろう、即ち、入って来るキャリアが持ってい
るこの運動量成分の値がどうであっても、格子のフォノ
ンがこの運動量成分を許容値の１つに迄合わせてしまう
事が出来るので、なおトンネル現象が可能となる。もし
運動量の３つの成分のすべてが別々に量子化されれば、
エネルギーも又別々に量子化されねばならない事にな
る。エネルギー準位の量子化は（荒い近似で言えば）ポ
テンシャルウェル体積にのみ依存しているので、薄くて
偏平なポテンシャルウェルは運動量の１つの成分につい
てはエネルギー準位を量子化し且つ別々の許容準位を明
確に分離する事が出来るであろうが、他の２つの運動量
成分の許容値は互いに近接しており、従ってこれらの値
がトンネル現象に対して実際的な強制な課する事はない
であろ。
する。運動量も又小さいポテンシャルウェルでは量子化
される。即ち、ポテンシャルウェルの境界を画定してい
る箱の各々のディメンションの中で、そのディメンショ
ンの長さが短くなればなる程、その運動量成分の許容値
の幅も広くなる。かくして、後に引用されるＳｏｌｏｎ
ｅｒ他の文献の中に報告されている様に、共鳴トンネル
現象は非常に近接して置かされ比較的低いポテンシャル
の２枚の薄いシートの間でも起こり得る。ポテンシャル
ウェルの２つのディメンションは非常に大きいから、こ
れらの２つのディメンションの中の運動量成分は量子化
されない。即ち、ポテンシャルウェルの１つのディメン
ションが大きいと、この方向の運動量成分の間隔は、背
景となっている格子のフォノンが運動量の差異をもたら
すのに有効となる程、近接する。即ち、格子の中に見ら
れるフォノンの密度はボーズ＝アインシュタイン統計に
従い、背景の格子の温度ＴでエネルギーＥの格子の中に
見られるフォノン数は、 として変化する。フォノンのこのエネルギー分布はまた
フォノンの運動量の大きさの分布をも意味しており、
又、フォノンは妥当な半導体材料の中ではほぼ等方性と
して取り扱う事が出来るから、この同じ分布は運動量の
いずれか１つの特定の成分について希望する値を持つフ
ォノンの分布をも規定している。かくして、ポテンシャ
ルウェルの中の運動量の量子化は温度に関連してのみ分
離したもの（ｄｉｓｃｒｅｔｅ）あるいは疑似連続（ｑ
ｕａｓｉ−ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ）のものとして考える
事が出来る。即ち、例えば、幅１，０００オングストロ
ームの箱は１Ｋで運動量の量子化をもたらすであろう。
何故ならフォノンのポピュレーションはエネルギー的に
低い準位へ向かって殺到するであろうが、３００Ｋでは
無数の格子を背景とするフォノンのポピュレーションが
あって、許容運動量の値と値の間のギャップを橋わたし
してしまうので、この方向での許容運動量の値と値の間
の分離はあまり意味が無い事になるであろうからであ
る。即ち、この方向の運動量は疑似連続値として扱われ
るべきであろう、即ち、入って来るキャリアが持ってい
るこの運動量成分の値がどうであっても、格子のフォノ
ンがこの運動量成分を許容値の１つに迄合わせてしまう
事が出来るので、なおトンネル現象が可能となる。もし
運動量の３つの成分のすべてが別々に量子化されれば、
エネルギーも又別々に量子化されねばならない事にな
る。エネルギー準位の量子化は（荒い近似で言えば）ポ
テンシャルウェル体積にのみ依存しているので、薄くて
偏平なポテンシャルウェルは運動量の１つの成分につい
てはエネルギー準位を量子化し且つ別々の許容準位を明
確に分離する事が出来るであろうが、他の２つの運動量
成分の許容値は互いに近接しており、従ってこれらの値
がトンネル現象に対して実際的な強制な課する事はない
であろ。
即ち、共鳴トンネル現象の利得は、合致させられるべき
パラメータの数に従って高められる。間隔の近接した２
つの上方形のポテンシャルウェルの間に於けるトンネル
現象の場合、運動量（従ってエネルギー）の３つのすべ
ての成分は第１のウェルの中のキャリアが出てゆく状態
と第２のウェルの中のキャリアが入ってゆく状態との間
で整合していなければならない。即ち、もし入って来る
キャリアが３つのすべての運動量の要求を満たしていな
ければ、キャリアが３つの運動量の値の各々の差を満た
す為にぴったりと見合った成分を持つ格子フォノンを見
付けるチャンスは非常に少ない。しかしながら、もし調
整されるべき成分が唯一であれば、偶然的に格子フォノ
ンとの相互作用によってこれを行うチャンスはずっと多
くなる。
パラメータの数に従って高められる。間隔の近接した２
つの上方形のポテンシャルウェルの間に於けるトンネル
現象の場合、運動量（従ってエネルギー）の３つのすべ
ての成分は第１のウェルの中のキャリアが出てゆく状態
と第２のウェルの中のキャリアが入ってゆく状態との間
で整合していなければならない。即ち、もし入って来る
キャリアが３つのすべての運動量の要求を満たしていな
ければ、キャリアが３つの運動量の値の各々の差を満た
す為にぴったりと見合った成分を持つ格子フォノンを見
付けるチャンスは非常に少ない。しかしながら、もし調
整されるべき成分が唯一であれば、偶然的に格子フォノ
ンとの相互作用によってこれを行うチャンスはずっと多
くなる。
かくして、本発明の好ましい実施態様は運動量のすべて
の３つの成分が量子化された構造を用いている。しかし
ながら、本発明の幾分好ましさの劣る第１群の別の実施
態様は運動量の２つの成分だけは量子化されているがエ
ネルギーは量化かされていない構造、即ち近接配置され
た複数の薄いワイヤ、を用いている。フォノンによって
助けられたプロセスだけによって運動量の要求を満たす
事は容易であるが、エネルギーと運動量の両方の対話を
満足させる必要性が非弾性トンネル現象の背景の割合を
抑制させている。即ち、治金学的界面にある散乱の中心
がキャリアのエネルギーを変える事が出来れば、格子フ
ォノンの１つが運動量に適切な調査をもたらす事は容易
である。
の３つの成分が量子化された構造を用いている。しかし
ながら、本発明の幾分好ましさの劣る第１群の別の実施
態様は運動量の２つの成分だけは量子化されているがエ
ネルギーは量化かされていない構造、即ち近接配置され
た複数の薄いワイヤ、を用いている。フォノンによって
助けられたプロセスだけによって運動量の要求を満たす
事は容易であるが、エネルギーと運動量の両方の対話を
満足させる必要性が非弾性トンネル現象の背景の割合を
抑制させている。即ち、治金学的界面にある散乱の中心
がキャリアのエネルギーを変える事が出来れば、格子フ
ォノンの１つが運動量に適切な調査をもたらす事は容易
である。
装置のディメンションがより小さく作られているので、
次の様な２つの好ましい効果が達成される、第１に、ウ
ェルのディメンションが小さくなると共にウェルの中の
量子化されたエネルギー準位のセパレーションが増大す
る。第２に、ウェルが互いにより近接すると共に、トン
ネル現象の速度が上昇する。即ち、トンネル現象の確率
は定数×ｅｘｐ（−２ｄ×ｆ（Ｅ））として表される、
但しｄはウェルとウェルの間の距離又Ｅはエネルギー差
である。
次の様な２つの好ましい効果が達成される、第１に、ウ
ェルのディメンションが小さくなると共にウェルの中の
量子化されたエネルギー準位のセパレーションが増大す
る。第２に、ウェルが互いにより近接すると共に、トン
ネル現象の速度が上昇する。即ち、トンネル現象の確率
は定数×ｅｘｐ（−２ｄ×ｆ（Ｅ））として表される、
但しｄはウェルとウェルの間の距離又Ｅはエネルギー差
である。
この指数的依存性は、ウェルとウェルとの間の距離が小
さくなると共に共鳴トンネル現象の確率が著しく高まる
と言う事を意味している。非弾性トンネル現象はそれと
同じ様には増えない、何故なら上述の通り、良い材料の
中では、非弾性トンネル現象は散乱の中心の密度によっ
て制限されているからである。かくして、ウェル相互間
の間隔が約１２５Å又はそれ以下の場合は室温での作動
が可能となる。
さくなると共に共鳴トンネル現象の確率が著しく高まる
と言う事を意味している。非弾性トンネル現象はそれと
同じ様には増えない、何故なら上述の通り、良い材料の
中では、非弾性トンネル現象は散乱の中心の密度によっ
て制限されているからである。かくして、ウェル相互間
の間隔が約１２５Å又はそれ以下の場合は室温での作動
が可能となる。
共鳴トンネル現象に対する制限は熱的“スメアリング”
即ち、背景の熱エネルギーによって誘起されるエネルギ
ー準位のポピュレーションの再分配、によってもたらさ
れる。即ち、分離したエネルギー準位の各々のウェルの
内部に於ける状態分布密度が熱的スメアリングによって
幾分広げられる。より高い温度では熱的スメアリングは
より大きくなる。熱的スメアリングがもたらす問題は、
熱的スメアリングがより高いエネルギー準位の状態をも
たらさない様にする為に、作動温度が十分に低くなけれ
ばならないと言う事である。即ち、偶然的な合致と双方
向の弾性的トンネル現象を除去する為に電子は最も低い
エネルギー準位になければならない。これによって、エ
ネルギー間隔は電子の熱エネルギーよりもずっと大きく
なければならないと言う条件に還元される。かくして、
Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓマトリックスの中のＧａＡｓウェ
ルを用いて４゜Ｋで作動させた場合には、ウェルの幅
（及びウェルの間隔）は約０．１〜０．２ミクロン又は
それ以下でなければならない。しかしながら作動温度を
３００゜Ｋへ引き上げる為には、限界ディメンションを
１２５オングストローム又はそれ以下のオーダーの数迄
引き下げる事が必要である。
即ち、背景の熱エネルギーによって誘起されるエネルギ
ー準位のポピュレーションの再分配、によってもたらさ
れる。即ち、分離したエネルギー準位の各々のウェルの
内部に於ける状態分布密度が熱的スメアリングによって
幾分広げられる。より高い温度では熱的スメアリングは
より大きくなる。熱的スメアリングがもたらす問題は、
熱的スメアリングがより高いエネルギー準位の状態をも
たらさない様にする為に、作動温度が十分に低くなけれ
ばならないと言う事である。即ち、偶然的な合致と双方
向の弾性的トンネル現象を除去する為に電子は最も低い
エネルギー準位になければならない。これによって、エ
ネルギー間隔は電子の熱エネルギーよりもずっと大きく
なければならないと言う条件に還元される。かくして、
Ａｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓマトリックスの中のＧａＡｓウェ
ルを用いて４゜Ｋで作動させた場合には、ウェルの幅
（及びウェルの間隔）は約０．１〜０．２ミクロン又は
それ以下でなければならない。しかしながら作動温度を
３００゜Ｋへ引き上げる為には、限界ディメンションを
１２５オングストローム又はそれ以下のオーダーの数迄
引き下げる事が必要である。
更に、図２に示されている様に、互いに隣接しているウ
ェルのエネルギー準位は、バイアスをかける事によって
簡単に整列させ或いは整列させない事が出来る。本ケー
スでは、伝導の方向に十分なバイアス電圧がかけられて
いるので、第２のウェルの中の第２の準位が第１のウェ
ルの中の第１の準位と整列させられている。この様な条
件下では共鳴トンネル現象が規制的に起こり、且つ第２
の準位から第２のウェルの中の基底状態への急速な緩和
が、この装置が単方向性であると言う事を保証してい
る。
ェルのエネルギー準位は、バイアスをかける事によって
簡単に整列させ或いは整列させない事が出来る。本ケー
スでは、伝導の方向に十分なバイアス電圧がかけられて
いるので、第２のウェルの中の第２の準位が第１のウェ
ルの中の第１の準位と整列させられている。この様な条
件下では共鳴トンネル現象が規制的に起こり、且つ第２
の準位から第２のウェルの中の基底状態への急速な緩和
が、この装置が単方向性であると言う事を保証してい
る。
もしこれと同じ構想に対してゼロバイアスを加えた場合
には、共鳴トンネル現象はなお可能であろうが、それは
恐らく双方向性となろう。即ち、ゼロバイアス時には２
つの隣接するウェルの中のエネルギー準位は整列する
が、電子は第１のウェルから第２のウェルへ向かって、
丁度第２のウェルから第１のウェルへ向かってトンネル
するのと同じ位速く、トンネルするであろう。但し、も
し図２に示されているバイアスの半分のバイアスが加え
られると、共鳴トンネル現象は（十分に低い温度の下で
は）禁止され、非弾性的トンネル現象だけが許容される
と言う事に注意する事。図３に示されているこの様なバ
イアス条件の下では、電子は上に論じられた通り散乱現
象が同時に起こる時にのみウェル１の状態からより低い
ウェル２の状態へ遷移する事が出来る。かくして、ディ
メンションが小さい時には、非弾性遷移の頻度は有効散
乱サイトの密度によって制限される。しかしながら、散
乱サイトの密度は実際には面積密度である。何故なら、
散乱サイトの密度は結晶格子内の粒子又は内部欠陥から
よりもむしろ主として表面エネルギー準位から生じるか
らである。かくして、制限因子が欠陥の面積密度である
故に、非弾性トンネル電流はウェルとウェルの間の距離
によっては比較的影響を受けない。この事は、良質の材
料の場合、ディメンションがスケーリングされると共に
共鳴トンネル電流が著しく増加するが、非弾性トンネル
電流はそれ程増加していないと言う事を意味している。
には、共鳴トンネル現象はなお可能であろうが、それは
恐らく双方向性となろう。即ち、ゼロバイアス時には２
つの隣接するウェルの中のエネルギー準位は整列する
が、電子は第１のウェルから第２のウェルへ向かって、
丁度第２のウェルから第１のウェルへ向かってトンネル
するのと同じ位速く、トンネルするであろう。但し、も
し図２に示されているバイアスの半分のバイアスが加え
られると、共鳴トンネル現象は（十分に低い温度の下で
は）禁止され、非弾性的トンネル現象だけが許容される
と言う事に注意する事。図３に示されているこの様なバ
イアス条件の下では、電子は上に論じられた通り散乱現
象が同時に起こる時にのみウェル１の状態からより低い
ウェル２の状態へ遷移する事が出来る。かくして、ディ
メンションが小さい時には、非弾性遷移の頻度は有効散
乱サイトの密度によって制限される。しかしながら、散
乱サイトの密度は実際には面積密度である。何故なら、
散乱サイトの密度は結晶格子内の粒子又は内部欠陥から
よりもむしろ主として表面エネルギー準位から生じるか
らである。かくして、制限因子が欠陥の面積密度である
故に、非弾性トンネル電流はウェルとウェルの間の距離
によっては比較的影響を受けない。この事は、良質の材
料の場合、ディメンションがスケーリングされると共に
共鳴トンネル電流が著しく増加するが、非弾性トンネル
電流はそれ程増加していないと言う事を意味している。
これからの現象の結果、２つのウェルの間に於けるトン
ネル現象の電流／電圧のグラフはほぼ図４に示されてい
る様に見えると言う事になる。即ち、非弾性トンネル現
象は印加された電圧と共にほぼ指数関数的に増加する電
流を供給する。共鳴トンネル現象も又、２つのウェルの
エネルギー準位が整列されるバイアス電圧の時に、この
曲線に対して付加される少なくとも１つの電流のピーク
を供給する。かくして、相当大きな負性の差抵抗の作動
条件が得られる。即ち、Ｓｏｌｌｎｅｒ他の“周波数
２．５ＴＨｚ迄における量子ウェルを通る共鳴トンネル
現象”応用物理書簡４３号、５８８頁（１９８３年）
〔Ｓｏｌｌｎｅｒｅｔ ａｌ．“Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｔ
ｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｗｅｌｌｓ ａｔ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｕｐ ｔｏ
２．５ＴＨＺ”４３ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ ５８８（１９８３）〕の中に報告さ
れている様に、利得のあるミリメートル・ダイオードが
得られる。（但し、この論文は上に述べられた様に唯一
の運動量成分だけが分離されているポテンシャルエウェ
ルを用いた。）一般的に共鳴トンネル現象の物理学とし
て知られているものを扱っているその他の背景的参考文
献には次のものがある、ｃｈａｎｇ他、“二重障壁半導
体に於ける共鳴トンネル現象”（Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｔ
ｕｎｎｅｌｉｎｇ ｉｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
Ｄｏｕｂｌｅ Ｂａｒｒｉｅｒｓ）、応用物理学書簡
２４号、５９３頁（１９７４年）、Ｔｓｕ他“超格子の
中に於ける伝導電子の非直線光学応答”（Ｎｏｎｌｉｎ
ｅａｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ Ｃ
ｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ ｉｎ ａ
Ｓｕｐｅｒ Ｌａｔｔｉｃｅ）、応用物理学書簡１９
号、２４６頁（１９７１年）、Ｌｅｂｗｏｈｌ他、“超
格子に於ける電気輸送特性”（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ
Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎ ａ
Ｓｕｐｅｒ Ｌａｔｔｉｃｅ）、応用物理学ジャーナ
ル（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ ｐｈｙｓ
ｉｃａ）４１号、２６６４頁（１９７０年）、及びＶｏ
ｊａｋ他、“金属有機化学蒸着によって作られたマルチ
プレ量子ウェルＡｌｘＧａ1-x Ａｓ−ＧａＡｓＰ−ｎヘ
テロ構造レーザの低温度作動” （Ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｐｒａｔｉｏｎ
ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｎｍ−Ｗｅｌｌ
ＡｌｘＧａ1-x Ａｓ−ＧａＡｓ Ｐ−ｎ Ｈｅｔｅｒｏ
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｌａｓｅｒｓ Ｇｒｏｗｎ ｂ
ｙ ａ Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、応用物理学
ジャーナル５０号、５８３０頁（１９７９年）。これら
の５つの参考文献はこれなよってレファレンスに組み込
まれる。（これ迄の議論の幾つかの部分はこれからの論
文や恐らくはその他の文献の中に反映されている様な公
知の物理学を反映しているに過ぎないが、これ迄の議論
のその他の部分は公知ではなく、先行技術中のいかなる
理解も反映されていないと言う事が注意されるべきであ
る。） しかしながら、先行技術は唯一のディメンションについ
て量子化されたポテンシャルウェルを示しており、この
様なポテンシャルウェルは弾性トンネル現象の為の選択
規則に対する要求の緩和を示唆している。本発明の好ま
しい実施態様よりは厳密な選択規則を有しており、且つ
（３つのすべてのディメンションが量子化される故に）
１つのディメンションについて量子化された装置により
も劇的により多くの利得を有していはずである。本発明
は、３つのすべてのディメンションが量子化されてお
り、その事がトンネル現象の条件に対して他の構造の場
合とは大いに異なる要求を課している、即ち、運動量の
要求が希望する弾性共鳴トンネル現象以外のものを大い
に抑圧している、と言う点でエサキ・トンネルダイオー
ドも２ディメンション性の電子ガス構造体とは大いに異
なっている。
ネル現象の電流／電圧のグラフはほぼ図４に示されてい
る様に見えると言う事になる。即ち、非弾性トンネル現
象は印加された電圧と共にほぼ指数関数的に増加する電
流を供給する。共鳴トンネル現象も又、２つのウェルの
エネルギー準位が整列されるバイアス電圧の時に、この
曲線に対して付加される少なくとも１つの電流のピーク
を供給する。かくして、相当大きな負性の差抵抗の作動
条件が得られる。即ち、Ｓｏｌｌｎｅｒ他の“周波数
２．５ＴＨｚ迄における量子ウェルを通る共鳴トンネル
現象”応用物理書簡４３号、５８８頁（１９８３年）
〔Ｓｏｌｌｎｅｒｅｔ ａｌ．“Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｔ
ｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｑｕａｎｔｕｍ
Ｗｅｌｌｓ ａｔ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｕｐ ｔｏ
２．５ＴＨＺ”４３ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ
Ｌｅｔｔｅｒｓ ５８８（１９８３）〕の中に報告さ
れている様に、利得のあるミリメートル・ダイオードが
得られる。（但し、この論文は上に述べられた様に唯一
の運動量成分だけが分離されているポテンシャルエウェ
ルを用いた。）一般的に共鳴トンネル現象の物理学とし
て知られているものを扱っているその他の背景的参考文
献には次のものがある、ｃｈａｎｇ他、“二重障壁半導
体に於ける共鳴トンネル現象”（Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ｔ
ｕｎｎｅｌｉｎｇ ｉｎ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ
Ｄｏｕｂｌｅ Ｂａｒｒｉｅｒｓ）、応用物理学書簡
２４号、５９３頁（１９７４年）、Ｔｓｕ他“超格子の
中に於ける伝導電子の非直線光学応答”（Ｎｏｎｌｉｎ
ｅａｒ Ｏｐｔｉｃａｌ Ｒｅｓｐｏｎｓｅ ｏｆ Ｃ
ｏｎｄｕｃｔｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｓ ｉｎ ａ
Ｓｕｐｅｒ Ｌａｔｔｉｃｅ）、応用物理学書簡１９
号、２４６頁（１９７１年）、Ｌｅｂｗｏｈｌ他、“超
格子に於ける電気輸送特性”（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ
Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｉｎ ａ
Ｓｕｐｅｒ Ｌａｔｔｉｃｅ）、応用物理学ジャーナ
ル（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ ｐｈｙｓ
ｉｃａ）４１号、２６６４頁（１９７０年）、及びＶｏ
ｊａｋ他、“金属有機化学蒸着によって作られたマルチ
プレ量子ウェルＡｌｘＧａ1-x Ａｓ−ＧａＡｓＰ−ｎヘ
テロ構造レーザの低温度作動” （Ｌｏｗｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ ｏｐｒａｔｉｏｎ
ｏｆ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｑｕａｎｔｎｍ−Ｗｅｌｌ
ＡｌｘＧａ1-x Ａｓ−ＧａＡｓ Ｐ−ｎ Ｈｅｔｅｒｏ
Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｌａｓｅｒｓ Ｇｒｏｗｎ ｂ
ｙ ａ Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａ
ｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）、応用物理学
ジャーナル５０号、５８３０頁（１９７９年）。これら
の５つの参考文献はこれなよってレファレンスに組み込
まれる。（これ迄の議論の幾つかの部分はこれからの論
文や恐らくはその他の文献の中に反映されている様な公
知の物理学を反映しているに過ぎないが、これ迄の議論
のその他の部分は公知ではなく、先行技術中のいかなる
理解も反映されていないと言う事が注意されるべきであ
る。） しかしながら、先行技術は唯一のディメンションについ
て量子化されたポテンシャルウェルを示しており、この
様なポテンシャルウェルは弾性トンネル現象の為の選択
規則に対する要求の緩和を示唆している。本発明の好ま
しい実施態様よりは厳密な選択規則を有しており、且つ
（３つのすべてのディメンションが量子化される故に）
１つのディメンションについて量子化された装置により
も劇的により多くの利得を有していはずである。本発明
は、３つのすべてのディメンションが量子化されてお
り、その事がトンネル現象の条件に対して他の構造の場
合とは大いに異なる要求を課している、即ち、運動量の
要求が希望する弾性共鳴トンネル現象以外のものを大い
に抑圧している、と言う点でエサキ・トンネルダイオー
ドも２ディメンション性の電子ガス構造体とは大いに異
なっている。
以上の議論はウェルの中にわずかな数量子準位しかない
と言う事を仮定していたが、これからは大部分の都合の
良いウェルのディメンションの場合適当ではない。Ａｌ
ＧａＡｓの格子の中に１，０００オングストロームのＧ
ａＡｓのウェルが組み込まれていると言う、上記の様な
製造の中の量子準位のより実現的なエネルギー準位図は
図５に示されている様なものとなろう。箱の問題の中の
粒子に対する解決のよく知られている統計法によれば順
次高くなってゆくエネルギー準位は互いに間隔を徐々に
狭めながら配置されていると言う事に注意する事。この
事は、２つのウェルの間で最も低い幾つかの準位が整列
しない様なバイアス電圧の時でも、もっと高い準位の幾
つかは整列する可能性があると言う事を意味している。
しかしながら、これは大きな問題ではない、何故なら高
い方の準位は先に述べられた温度の要求の為にポピュレ
ーションが無くなっている事が多いからである。即ち、
より高い状態から空のより低い状態への緩和の為の寿命
は一般にトンネル現象の為の代表的時間よりもずっと短
いであろう。かくして、低い方の準位がトンネル現象に
よってポピュレーションを減らされた後で、何らかのや
り方で励起された高い方の準位はトンネルするよりもず
っと速く、電子を減らされた低い方の準位に向かって緩
和する傾向を持つ。しかしながら、これは、空の低い方
の準位がトンネル現象が可能となる高い方の準位よりも
下方にあると言う事を前提としている。この前提は入力
接点に対する要求を課する。次にこの要求について述べ
よう。
と言う事を仮定していたが、これからは大部分の都合の
良いウェルのディメンションの場合適当ではない。Ａｌ
ＧａＡｓの格子の中に１，０００オングストロームのＧ
ａＡｓのウェルが組み込まれていると言う、上記の様な
製造の中の量子準位のより実現的なエネルギー準位図は
図５に示されている様なものとなろう。箱の問題の中の
粒子に対する解決のよく知られている統計法によれば順
次高くなってゆくエネルギー準位は互いに間隔を徐々に
狭めながら配置されていると言う事に注意する事。この
事は、２つのウェルの間で最も低い幾つかの準位が整列
しない様なバイアス電圧の時でも、もっと高い準位の幾
つかは整列する可能性があると言う事を意味している。
しかしながら、これは大きな問題ではない、何故なら高
い方の準位は先に述べられた温度の要求の為にポピュレ
ーションが無くなっている事が多いからである。即ち、
より高い状態から空のより低い状態への緩和の為の寿命
は一般にトンネル現象の為の代表的時間よりもずっと短
いであろう。かくして、低い方の準位がトンネル現象に
よってポピュレーションを減らされた後で、何らかのや
り方で励起された高い方の準位はトンネルするよりもず
っと速く、電子を減らされた低い方の準位に向かって緩
和する傾向を持つ。しかしながら、これは、空の低い方
の準位がトンネル現象が可能となる高い方の準位よりも
下方にあると言う事を前提としている。この前提は入力
接点に対する要求を課する。次にこの要求について述べ
よう。
図６は２つの結合されたウェル１０及び１２、並びに入
力及び出力接点１４及び１６から成るか系のエネルギー
準位図を示している。２つのウェルとそれらのウェルの
間の領域は好ましくはドープされていないのに対して、
入力及び出力接点はドープされていると言う事に注意す
る事。又入力及び出力接点を作る必要性から、ウェルの
寸法に対して次の様な２つの重要な制約が生じと言う事
にも注意する事、第１に、入力接点は、入力接点をもた
らしているドープされた半導体の中の電子フェルミ準位
にほぼ等しいエネルギー迄、トンネル現象によって第１
のウェル１０のすべての準位を満たす。この事は、この
様にしてなお満たされている準位のいかなるものも、ト
ンネル現象が起こる事が望ましくない場合には第２のウ
ェルの中の準位と整列してはならないと言う事を意味し
ている。即ち、もしウェルが大き過ぎる場合には、ウェ
ルの底部には分離されたエネルギー状態があるが、これ
らのウェルは入力接点のフェルミ準位の下方に密接な間
隔を置いて配置されたエネルギー状態を含んでいるであ
ろう。
力及び出力接点１４及び１６から成るか系のエネルギー
準位図を示している。２つのウェルとそれらのウェルの
間の領域は好ましくはドープされていないのに対して、
入力及び出力接点はドープされていると言う事に注意す
る事。又入力及び出力接点を作る必要性から、ウェルの
寸法に対して次の様な２つの重要な制約が生じと言う事
にも注意する事、第１に、入力接点は、入力接点をもた
らしているドープされた半導体の中の電子フェルミ準位
にほぼ等しいエネルギー迄、トンネル現象によって第１
のウェル１０のすべての準位を満たす。この事は、この
様にしてなお満たされている準位のいかなるものも、ト
ンネル現象が起こる事が望ましくない場合には第２のウ
ェルの中の準位と整列してはならないと言う事を意味し
ている。即ち、もしウェルが大き過ぎる場合には、ウェ
ルの底部には分離されたエネルギー状態があるが、これ
らのウェルは入力接点のフェルミ準位の下方に密接な間
隔を置いて配置されたエネルギー状態を含んでいるであ
ろう。
この事は、これらの密接に間隔を置いて配置されたエネ
ルギー状態は満たされるであろうと言う事、従ってもし
これらの密接な状態のうちのいずれかが第２のウェルの
中の状態と整列すれば共鳴トンネル電流が見られるであ
ろうと言うことを意味している。この事はこの装置の電
流利得が大きく減少されるであろうと言う事を意味して
いる。第２に、出力接点のフェルミ準位の上にある第２
のウェルの中のすべての準位は出力接点と平衡化する、
即ち、本質的に常に充満された状態にとどまっているで
あろう。この事はそれ自体としては問題ではない。何故
なら電子は第２のウェルの中のより高いエネルギー状態
から（大きな）出力接点の中に存在している状態の連続
体の中へトンネルする事が出来るからであるが、もし第
１のウェルの中のいずれかの準位が第２のウェルの中の
これらの充満された準位の中の１つと整列すると、第１
のウェルの中のその準位も又充満された状態にとどまっ
てしまうであろう。
ルギー状態は満たされるであろうと言う事、従ってもし
これらの密接な状態のうちのいずれかが第２のウェルの
中の状態と整列すれば共鳴トンネル電流が見られるであ
ろうと言うことを意味している。この事はこの装置の電
流利得が大きく減少されるであろうと言う事を意味して
いる。第２に、出力接点のフェルミ準位の上にある第２
のウェルの中のすべての準位は出力接点と平衡化する、
即ち、本質的に常に充満された状態にとどまっているで
あろう。この事はそれ自体としては問題ではない。何故
なら電子は第２のウェルの中のより高いエネルギー状態
から（大きな）出力接点の中に存在している状態の連続
体の中へトンネルする事が出来るからであるが、もし第
１のウェルの中のいずれかの準位が第２のウェルの中の
これらの充満された準位の中の１つと整列すると、第１
のウェルの中のその準位も又充満された状態にとどまっ
てしまうであろう。
入力及び出力接点は好ましくは共に縮退的なドープされ
たｎ型であると言う事に注意する事。
たｎ型であると言う事に注意する事。
ウェルの物理的形状は完全にシャープな境界線を持って
いるものとして説明されて来たが、これは厳密には現実
的ではない。即ち、良質な分子ビームエピタキシャル材
料ＭＢＥの場合、遷移は一般に非常にスムースなのでポ
テンシャルプロフィルは図７に描かれているものにより
正確に似ている様に見える。これは実際には有利であ
る、何故ならエネルギー準位はより等間隔に近く配置さ
れる傾向をもつからである。即ち、エネルギー準位の配
置がより等間隔に近くなれば、下方にある多数のエネル
ギー準位が整列されない、より広いバイアス条件があ
る。
いるものとして説明されて来たが、これは厳密には現実
的ではない。即ち、良質な分子ビームエピタキシャル材
料ＭＢＥの場合、遷移は一般に非常にスムースなのでポ
テンシャルプロフィルは図７に描かれているものにより
正確に似ている様に見える。これは実際には有利であ
る、何故ならエネルギー準位はより等間隔に近く配置さ
れる傾向をもつからである。即ち、エネルギー準位の配
置がより等間隔に近くなれば、下方にある多数のエネル
ギー準位が整列されない、より広いバイアス条件があ
る。
勿論、研究的に好ましい小さなウェルのディメンショ
ン、例えば１２５本オングストローム、の場合、各々の
ウェルの中の（エネルギー）状態の数は少なく、例えば
１つのウェル当り４つの状態、となろう。状態の数がこ
の様に少ない場合には、実際に整列が存在しないバイア
ス条件があろう。
ン、例えば１２５本オングストローム、の場合、各々の
ウェルの中の（エネルギー）状態の数は少なく、例えば
１つのウェル当り４つの状態、となろう。状態の数がこ
の様に少ない場合には、実際に整列が存在しないバイア
ス条件があろう。
上に説明された各々のトンネル遷移は各対の一致状態に
ついて限られた数の電子の遷移である。即ち、量子ウェ
ルの中の分離されたエネルギー準位の各々は或る限られ
た数の電子だけによって占められ得る。エネルギーウェ
ルがほぼ立方形と言う物理的形状を有している上述の例
の場合には、一番下方の準位はわずか２個の電子によっ
て占められ、それ以上の電子は入らない。その次に高い
エネルギー準位はわずか６個の電子によって占められ，
それ以上の電子は入らない。第３の準位はわずか１２個
の電子によって占められ、それ以上の電子は入らない。
それよりも上方の準位も、幾つかは偶然的な縮退の為に
もっと大きな最大占拠数を持つ事があり得るものの、大
部分はわずか１２個の電子によって占められ得る。かく
して、キャリアは例え相手が許容エネルギー準位の場合
であってもその許容エネルギー準位が完全に占められて
しまってはいない時にしかトンネルする事は出来ないと
言う事に注意する事が重要である。各々の許容エネルギ
ー準位にある複数の状態は別の量子数によって区別され
る。即ち、例えば、第２のエネルギー準位の中の６個の
電子は可能な２つのスピン状態のうちに１つを取り、且
つ可能な３つの運動量ベクトル方向のうちの１つを取り
得る。しかしながら、等エネルギー状態の間に於けるこ
の様な区別は本発明を理解する為には比較的重要ではな
い。
ついて限られた数の電子の遷移である。即ち、量子ウェ
ルの中の分離されたエネルギー準位の各々は或る限られ
た数の電子だけによって占められ得る。エネルギーウェ
ルがほぼ立方形と言う物理的形状を有している上述の例
の場合には、一番下方の準位はわずか２個の電子によっ
て占められ、それ以上の電子は入らない。その次に高い
エネルギー準位はわずか６個の電子によって占められ，
それ以上の電子は入らない。第３の準位はわずか１２個
の電子によって占められ、それ以上の電子は入らない。
それよりも上方の準位も、幾つかは偶然的な縮退の為に
もっと大きな最大占拠数を持つ事があり得るものの、大
部分はわずか１２個の電子によって占められ得る。かく
して、キャリアは例え相手が許容エネルギー準位の場合
であってもその許容エネルギー準位が完全に占められて
しまってはいない時にしかトンネルする事は出来ないと
言う事に注意する事が重要である。各々の許容エネルギ
ー準位にある複数の状態は別の量子数によって区別され
る。即ち、例えば、第２のエネルギー準位の中の６個の
電子は可能な２つのスピン状態のうちに１つを取り、且
つ可能な３つの運動量ベクトル方向のうちの１つを取り
得る。しかしながら、等エネルギー状態の間に於けるこ
の様な区別は本発明を理解する為には比較的重要ではな
い。
かくして、各々のトンネル遷移は整列された各々の一対
のウェルについて１２個迄のキャリアを運ぶ事が出来
る。一対以上のウェルが同時に整列される事がある得
る。その上多数の対のウェルが並列に働かせられ得る。
更に、トンネル現象の為の遷移時間は極端に短く、１ピ
コ秒以下となり得る。かくして、各々のトンネル現象の
中で遷移される電子の数はわずかでしかないものの、そ
れにもかかわらず妥当な電流密度が達成され得る。
のウェルについて１２個迄のキャリアを運ぶ事が出来
る。一対以上のウェルが同時に整列される事がある得
る。その上多数の対のウェルが並列に働かせられ得る。
更に、トンネル現象の為の遷移時間は極端に短く、１ピ
コ秒以下となり得る。かくして、各々のトンネル現象の
中で遷移される電子の数はわずかでしかないものの、そ
れにもかかわらず妥当な電流密度が達成され得る。
かくして、基本的な１群の実施態様は、上に説明された
様に、２つの量子化されたウェルが入力接点を出力接点
から分離している構造である。しかしながら、本発明の
その他の側面からその他の沢山の種類の革新的な装置の
構造がもたらされる。
様に、２つの量子化されたウェルが入力接点を出力接点
から分離している構造である。しかしながら、本発明の
その他の側面からその他の沢山の種類の革新的な装置の
構造がもたらされる。
例えば、本発明にもとづき３端子装置が図８の平面図に
示されている。第１の量子ドット（点）２０２は第２の
量子ドット２０４と対にされており、この第２の量子ド
ット２０４は出力瀬２１０と対にされている。量子ドッ
ト２０２及び２０４のディメンションは上で量子ウェル
について論じられた様にして選択されるが、出力接点２
１０は十分に大きく作られるので擬似連続の状態が可能
となる。量子ウェル２０２は下の方から電極２０６と対
にされ（結合され）、又量子ウェル２０４は下の方から
電極２０８と対にされ（結合され）ている。
示されている。第１の量子ドット（点）２０２は第２の
量子ドット２０４と対にされており、この第２の量子ド
ット２０４は出力瀬２１０と対にされている。量子ドッ
ト２０２及び２０４のディメンションは上で量子ウェル
について論じられた様にして選択されるが、出力接点２
１０は十分に大きく作られるので擬似連続の状態が可能
となる。量子ウェル２０２は下の方から電極２０６と対
にされ（結合され）、又量子ウェル２０４は下の方から
電極２０８と対にされ（結合され）ている。
これらは好ましくは縮退的ドープされた半導体領域と
し、或いは金属線であっても良いが、いずれにせよ従来
の電子回路の形成の為に必要な長距離の経路をもたら
す。
し、或いは金属線であっても良いが、いずれにせよ従来
の電子回路の形成の為に必要な長距離の経路をもたら
す。
この実施態様の現在好まれているバーションでは、量子
ウェル２０２及び２０４は分離して量子化された運動量
の２つの成分しか有していない、何故ならそれらのウェ
ルは直接それぞれの対応する電極へ接続されているから
である。即ち、電極２０６及び２０８は、例えば、その
上に従来の障壁メタリゼーションの薄層を持つタングス
テンとする事が出来る。量子ウェル２０２及び２０４の
ＧａＡｓはこの導体の上に直接形成される。電極２０６
及び２０８はこのましくはｎ＋ＧａＡｓである。各々の
量子ウェル２０２又は２０４の下側及びそれぞれの接点
２０６又は２０８の上側には、オプションとして、Ａｌ
ＧａＡｓの薄い障壁を用意する事が出来る。この障壁は
十分に薄いのでそれを通して容易にトンネルが行われ、
従って各々の量子ウェルとそれぞれの対応する電極との
間のＤＣ結合を妨げる事はないが、それでもこの薄い障
壁は各々のウェル２０２及び２０４の内部に於ける運動
量の３つのすべてのパラメータの十分な量子化をもたら
す為には十分に小さく、それによって相対的な共鳴トン
ネル現象の利得を、わずかなプロセッシングの複雑化と
全電流のわずかな減少とを引換に、増加させる。
ウェル２０２及び２０４は分離して量子化された運動量
の２つの成分しか有していない、何故ならそれらのウェ
ルは直接それぞれの対応する電極へ接続されているから
である。即ち、電極２０６及び２０８は、例えば、その
上に従来の障壁メタリゼーションの薄層を持つタングス
テンとする事が出来る。量子ウェル２０２及び２０４の
ＧａＡｓはこの導体の上に直接形成される。電極２０６
及び２０８はこのましくはｎ＋ＧａＡｓである。各々の
量子ウェル２０２又は２０４の下側及びそれぞれの接点
２０６又は２０８の上側には、オプションとして、Ａｌ
ＧａＡｓの薄い障壁を用意する事が出来る。この障壁は
十分に薄いのでそれを通して容易にトンネルが行われ、
従って各々の量子ウェルとそれぞれの対応する電極との
間のＤＣ結合を妨げる事はないが、それでもこの薄い障
壁は各々のウェル２０２及び２０４の内部に於ける運動
量の３つのすべてのパラメータの十分な量子化をもたら
す為には十分に小さく、それによって相対的な共鳴トン
ネル現象の利得を、わずかなプロセッシングの複雑化と
全電流のわずかな減少とを引換に、増加させる。
本質的にこれと同じ構造のより大きなスケーリングのバ
ージョンが図９に示されている。この３端子量子ウェル
装置はより大きな電流を得る為に、並列の沢山の連鎖の
量子ウェル対２０２、２０４を用いて構成する事が出来
る。電極２０６はソースとして働いているものとして、
電極２０８はゲート電極として、又電極２１０はドレン
電極として、考える事ができる、という事に注意する
事。パターン２１３はウェルのロケーション２０２及び
２０４を確定する為に用いる事が出来る。図１０はグラ
ンド図２１１を含むこの構造の断面図を示している。
ージョンが図９に示されている。この３端子量子ウェル
装置はより大きな電流を得る為に、並列の沢山の連鎖の
量子ウェル対２０２、２０４を用いて構成する事が出来
る。電極２０６はソースとして働いているものとして、
電極２０８はゲート電極として、又電極２１０はドレン
電極として、考える事ができる、という事に注意する
事。パターン２１３はウェルのロケーション２０２及び
２０４を確定する為に用いる事が出来る。図１０はグラ
ンド図２１１を含むこの構造の断面図を示している。
この構造のもう１つの変形例が図１１に示されている。
追加電流２０８′がより長い連鎖、ウェル２０２、２０
４′２０４′・・・・等をもたらす為に用いられてお
り、その際共鳴トンネル現象は電極２０６と２０８′の
すべての上の電圧が共同で１つの条件（或いは小さな１
組の条件のうちの１つ）を満たしている時にのみ起こ
る、と言う事に注意する事。即ち、図１２は共鳴トンネ
ル現象が起らない１組のサンプルの電極バイアス条件を
示しており、又図１３は共鳴トンネル現象が発生する別
の組のバイアス条件を示している。
追加電流２０８′がより長い連鎖、ウェル２０２、２０
４′２０４′・・・・等をもたらす為に用いられてお
り、その際共鳴トンネル現象は電極２０６と２０８′の
すべての上の電圧が共同で１つの条件（或いは小さな１
組の条件のうちの１つ）を満たしている時にのみ起こ
る、と言う事に注意する事。即ち、図１２は共鳴トンネ
ル現象が起らない１組のサンプルの電極バイアス条件を
示しており、又図１３は共鳴トンネル現象が発生する別
の組のバイアス条件を示している。
この多重なゲート装置はとりわけ読出し専用メモリの為
に有用である。
に有用である。
読出し専用メモリ（ＲＯＭ）の実施態様では、情報はコ
ラムラインからその下にある量子ウェルへの電気的結合
度を変える事によって、簡単にハードプログラムされ
る。この実施態様のサンプルが図１４に示されている。
この実施態様の特別な利点は金属線のパターン形成その
下にある量子ウェルのパターンに対して必ずしも正確に
整列されなくても良いと言う事にある。即ち、もし金属
線のピッチが量子ウェルピッチの２倍又はそれ以上に作
られるこしても、このＲＯＭはなお機能するであろう。
ラムラインからその下にある量子ウェルへの電気的結合
度を変える事によって、簡単にハードプログラムされ
る。この実施態様のサンプルが図１４に示されている。
この実施態様の特別な利点は金属線のパターン形成その
下にある量子ウェルのパターンに対して必ずしも正確に
整列されなくても良いと言う事にある。即ち、もし金属
線のピッチが量子ウェルピッチの２倍又はそれ以上に作
られるこしても、このＲＯＭはなお機能するであろう。
図示されているサンプルの実施態様に於いて、コラムラ
イン３０２、３０４、３０６、等は上方に横たわる金属
線である。コラムライン３０２は量子ウェルの列３１０
に対しては電気的に結合されているが、量子ウェルの列
３１２に対しては結合されていない（或いは列３１０に
対する程良く結合されてはいない）。この異なる結合は
フィールドプレートに切られた穴によって、或いは様々
な厚さにパターン化された絶縁体によって、実現する事
ができる。この構造のサンプルの作動モードは次の通り
である。背景ポテンシャルはすべてのコラム（即ち、ア
ースに固定されたすべてのコラム）について、共鳴トン
ネル現象が量子装置３１０、３１２、等の各々の列を通
して発生する様に定められる。
イン３０２、３０４、３０６、等は上方に横たわる金属
線である。コラムライン３０２は量子ウェルの列３１０
に対しては電気的に結合されているが、量子ウェルの列
３１２に対しては結合されていない（或いは列３１０に
対する程良く結合されてはいない）。この異なる結合は
フィールドプレートに切られた穴によって、或いは様々
な厚さにパターン化された絶縁体によって、実現する事
ができる。この構造のサンプルの作動モードは次の通り
である。背景ポテンシャルはすべてのコラム（即ち、ア
ースに固定されたすべてのコラム）について、共鳴トン
ネル現象が量子装置３１０、３１２、等の各々の列を通
して発生する様に定められる。
セルの中の１つのコラムを読出したいと言う場合には、
そのコラムの為のコラムライン３０２が別の電圧へ変え
られる。この別の電圧はコラムラインが電気的に結合さ
れている相手に列の中の共鳴トンネル現象を混乱させ、
これによってその列の中の共鳴トンネル現象を中断させ
る。
そのコラムの為のコラムライン３０２が別の電圧へ変え
られる。この別の電圧はコラムラインが電気的に結合さ
れている相手に列の中の共鳴トンネル現象を混乱させ、
これによってその列の中の共鳴トンネル現象を中断させ
る。
このコラムが電気的に結合されていない列の中では共鳴
トンネル現象は中断されないであろう。かくして、列の
中の電流を監視する事によって、アドレスされたコラム
と読出し列との交点の中にハードブログラムされた情報
が検出される。
トンネル現象は中断されないであろう。かくして、列の
中の電流を監視する事によって、アドレスされたコラム
と読出し列との交点の中にハードブログラムされた情報
が検出される。
本発明に従って量子ウェル装置を製造する為のサンプル
のプロセスを次に説明しよう。特に、上に述べられた３
端子装置の製造が、サンプルとして用いられる。
のプロセスを次に説明しよう。特に、上に述べられた３
端子装置の製造が、サンプルとして用いられる。
最初の材料は２つのエピタキシャル層を持つ半絶縁性の
ＧａＡｓ基板である。この基板は好ましくは、例えば１
立方センチメートル当り１０15迄、クロムをドープされ
るが、このトーピングは必ずしも必要ではない。第１の
エピタキシャル層はｎ＋ＧａＡｓである。この層は（各
部位の）接続をもたらし、従ってかなり厚く且つかなり
高い電気伝導度を持ち、例えば厚さが５’０００オング
ストロームで１立方センチメートル当り１０18又はそれ
以上迄ドープされたｎ型である。この層の上に、実際の
量子ウェルを形成する様にパターン化される、薄い、わ
ずかにドープされたｎ型の層が付着される。この層は、
例えば１立方センチメートル当り１０16にドープされた
ｎ型であり、或るサンプルの実施態様ではその厚さ１５
０オングストロームである。
ＧａＡｓ基板である。この基板は好ましくは、例えば１
立方センチメートル当り１０15迄、クロムをドープされ
るが、このトーピングは必ずしも必要ではない。第１の
エピタキシャル層はｎ＋ＧａＡｓである。この層は（各
部位の）接続をもたらし、従ってかなり厚く且つかなり
高い電気伝導度を持ち、例えば厚さが５’０００オング
ストロームで１立方センチメートル当り１０18又はそれ
以上迄ドープされたｎ型である。この層の上に、実際の
量子ウェルを形成する様にパターン化される、薄い、わ
ずかにドープされたｎ型の層が付着される。この層は、
例えば１立方センチメートル当り１０16にドープされた
ｎ型であり、或るサンプルの実施態様ではその厚さ１５
０オングストロームである。
（わずかなドーピングが用いられるのは単に幾つかのキ
ャリアが得られる様にする為である。ドーピング量を多
くすると非弾性トンネル現象を増大させる事になろ
う。）図２１は基板４０２の上にエピタキシャル層４０
４及び４０６を持つ、初期構造を示している。上に述べ
られた様に、オプションとして、層４０４と４０６の間
にＡｌＧａＡｓの極めて薄い層を挿入する事が出来る。
この挿入層は、望ましいシャープなドーピング遷移をも
たらす為に、好ましくは分子ビームによって作られる
が、この層は必ずしも必要ではない。公にされている化
学蒸着、とりわけ有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）を用い
た結果も極めてシャープな遷移が得られる事を述べてい
る。
ャリアが得られる様にする為である。ドーピング量を多
くすると非弾性トンネル現象を増大させる事になろ
う。）図２１は基板４０２の上にエピタキシャル層４０
４及び４０６を持つ、初期構造を示している。上に述べ
られた様に、オプションとして、層４０４と４０６の間
にＡｌＧａＡｓの極めて薄い層を挿入する事が出来る。
この挿入層は、望ましいシャープなドーピング遷移をも
たらす為に、好ましくは分子ビームによって作られる
が、この層は必ずしも必要ではない。公にされている化
学蒸着、とりわけ有機金属ＣＶＤ（ＭＯＣＶＤ）を用い
た結果も極めてシャープな遷移が得られる事を述べてい
る。
最初のパターン形成段階がその後に続く。現在好まれて
いる実施態様では、パターン形成はＰＭＭＡ（ポリメチ
ルメタクリラート）等のＥビームレジスト電子ビームを
用いて行われる。これが現在好まれている実施態様とな
っているのは、これが今日の段階で０．１ミクロンより
も小さな構造を作る為の信頼性のある方法をもたらすか
らである。この様なディメンションは勿論光学的リソグ
ラフィーによっては不可能である（将来はＸ線又はイン
オンビーム・リソグラフィーがこの様なパターン形成を
行う為のより都合の良い方法をもたらすかも知れない
が）。図２２は図２１のエピタキシャル構造を示してい
る。この構造には（ｅビーム描画と現象によってパター
ン形成された）ＰＭＭＡの層４０８が付けられている。
次いで反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）マスク材料が
付着される。現在好まれている実施態様ではこの為にア
ルミニウム層４１０及び金ゲルマニウム／ニッケル層４
１２が用いられる。パターン形成された層４０８は次い
で取り去られ、図２３に示されている様な、エピタキシ
ャル層４０６の選択された細い線の部分だけが露出され
る。
いる実施態様では、パターン形成はＰＭＭＡ（ポリメチ
ルメタクリラート）等のＥビームレジスト電子ビームを
用いて行われる。これが現在好まれている実施態様とな
っているのは、これが今日の段階で０．１ミクロンより
も小さな構造を作る為の信頼性のある方法をもたらすか
らである。この様なディメンションは勿論光学的リソグ
ラフィーによっては不可能である（将来はＸ線又はイン
オンビーム・リソグラフィーがこの様なパターン形成を
行う為のより都合の良い方法をもたらすかも知れない
が）。図２２は図２１のエピタキシャル構造を示してい
る。この構造には（ｅビーム描画と現象によってパター
ン形成された）ＰＭＭＡの層４０８が付けられている。
次いで反応性イオンエッチング（ＲＩＥ）マスク材料が
付着される。現在好まれている実施態様ではこの為にア
ルミニウム層４１０及び金ゲルマニウム／ニッケル層４
１２が用いられる。パターン形成された層４０８は次い
で取り去られ、図２３に示されている様な、エピタキシ
ャル層４０６の選択された細い線の部分だけが露出され
る。
反応性イオンエッチングは今や、エピタキシャル層４０
６及び４０４を通して下の基板４０２の中へ溝４１４
（図２４）を掘る為に、慣用されている。この様なパタ
ーン形成の為のＲＩＥの諸条件は普通に知られており、
極度の異方性が、幾分遅いエッチングと引換えに、低圧
で容易に実現される。
６及び４０４を通して下の基板４０２の中へ溝４１４
（図２４）を掘る為に、慣用されている。この様なパタ
ーン形成の為のＲＩＥの諸条件は普通に知られており、
極度の異方性が、幾分遅いエッチングと引換えに、低圧
で容易に実現される。
次いで、図２５に示されているように、アルミニウム層
４１０が希釈されたＨＣｌの中で除去され、ＲＩＥマス
キング層４１０及び４１２が取除かれる。
４１０が希釈されたＨＣｌの中で除去され、ＲＩＥマス
キング層４１０及び４１２が取除かれる。
次いで、再びＡｌＧａＡｓ層がエピタキシャル方向に全
面にわたって成長させられる。この層が溝４１４を埋め
る。この再成長は基板の同一軸方向の分子ビームを用い
て行わせる事が好ましい。しかしながら、ここでも再
び、金属有機ＣＶＤを代わりの技術として用いる事が出
来る。とは言え、いずれのケースに於いても、この再成
長は極めて高品質である事が重要である。何故なら層４
０６から作られたＧａＡｓのウェルとＡｌＧａＡｓの充
てん材料４１６との間の側壁の界面は、上に述べられた
様に、極めて重要だからである。この再生長構造が図２
６に示されている。
面にわたって成長させられる。この層が溝４１４を埋め
る。この再成長は基板の同一軸方向の分子ビームを用い
て行わせる事が好ましい。しかしながら、ここでも再
び、金属有機ＣＶＤを代わりの技術として用いる事が出
来る。とは言え、いずれのケースに於いても、この再成
長は極めて高品質である事が重要である。何故なら層４
０６から作られたＧａＡｓのウェルとＡｌＧａＡｓの充
てん材料４１６との間の側壁の界面は、上に述べられた
様に、極めて重要だからである。この再生長構造が図２
６に示されている。
次いで、第２のパターン形成段階が実施される。このケ
ースで用いられるパターンは本質的にウェルの上と同じ
パターンであるが、もちろん最終的構造の中には出力接
点が含まれている。図２７に示されているこのパターン
は図２８に示されているハードマスのパターンに変換さ
れ、これが再び反応性イオンエッチングされる。しかし
ながら、この反応性イオンエッチングの段階はむずかし
い深さ制御の問題を有している。即ちエッチングはｎ＋
層４０４に達する迄続けなければならないが、これを貫
通してはならない（図２９）。このむずかしい深さ制御
の問題が、上に述べられた様にｎ＋層４０４がそのよう
に厚く作られる理由の１つなのである。
ースで用いられるパターンは本質的にウェルの上と同じ
パターンであるが、もちろん最終的構造の中には出力接
点が含まれている。図２７に示されているこのパターン
は図２８に示されているハードマスのパターンに変換さ
れ、これが再び反応性イオンエッチングされる。しかし
ながら、この反応性イオンエッチングの段階はむずかし
い深さ制御の問題を有している。即ちエッチングはｎ＋
層４０４に達する迄続けなければならないが、これを貫
通してはならない（図２９）。このむずかしい深さ制御
の問題が、上に述べられた様にｎ＋層４０４がそのよう
に厚く作られる理由の１つなのである。
再び、マスキング金属がはがされ（図３０）、ＡｌＧａ
Ａｓが再び全体にわたって成長させられる。上にのべら
れた様に、ＡｌＧａＡｓは、ＡｌＧａＡｓとＧａＡｓと
の間に値の異なった伝導体エネルギーを課す為に十分に
高いパーセンテージのアルミニウムを含んでいる事が必
要であるが、最良の可能なＧａＡｓとＡｌＧａＡｓとの
界面が得られる様にする為にはアルミニウムのバーセン
テージは高過ぎない事が好ましい。現在好まれている実
施態様では、およそＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓの組成が用い
られている。図３１はそれから得られる構造体とあらた
しいＡｌＧａＡｓ層４２０を示している。図３０に於い
て、ＡｌＧａＡｓ層４１６の或る部分が生き残ってお
り、これらの部分が層４２０の中に組込まれていると言
う事に注意する事。再び、層４２０は極めて良い界面品
質と共に、基板の同一軸方向に成長させられなければな
らない。
Ａｓが再び全体にわたって成長させられる。上にのべら
れた様に、ＡｌＧａＡｓは、ＡｌＧａＡｓとＧａＡｓと
の間に値の異なった伝導体エネルギーを課す為に十分に
高いパーセンテージのアルミニウムを含んでいる事が必
要であるが、最良の可能なＧａＡｓとＡｌＧａＡｓとの
界面が得られる様にする為にはアルミニウムのバーセン
テージは高過ぎない事が好ましい。現在好まれている実
施態様では、およそＡｌ0.3 Ｇａ0.7 Ａｓの組成が用い
られている。図３１はそれから得られる構造体とあらた
しいＡｌＧａＡｓ層４２０を示している。図３０に於い
て、ＡｌＧａＡｓ層４１６の或る部分が生き残ってお
り、これらの部分が層４２０の中に組込まれていると言
う事に注意する事。再び、層４２０は極めて良い界面品
質と共に、基板の同一軸方向に成長させられなければな
らない。
次いで、図３２に示されている様に、コンタクトメタラ
イゼーションパターンが描かれる。この段階ではジオト
リー（幾何学的厳密さ）の要求は幾ら穏やかとなり、好
ましくは光学レジスト４２２と光学的パターン形成が用
いられる。ついで選択的エッチングが用いられる。この
選択的エッチングはＡｌＧａＡｓを貫通してエッチし、
ｎ＋ＧａＡｓのうえじ停止する（図３３）。フッ化水素
がこの特性を有している。この段階は，図３４に示され
るように、コンタクトホール４２４をもたらす。次いで
メタライゼーションによるパターン形成が、再び好まし
くは図３５に示されている様に光学レジスト４２６を用
いて行われ、次いで金属（ＡｕＧｅ／Ｎｉ等）が、例え
ば蒸着によって被蒸着され、パターンを形成するよう取
除かれ、図３６に示されている様な構造が得られる。
イゼーションパターンが描かれる。この段階ではジオト
リー（幾何学的厳密さ）の要求は幾ら穏やかとなり、好
ましくは光学レジスト４２２と光学的パターン形成が用
いられる。ついで選択的エッチングが用いられる。この
選択的エッチングはＡｌＧａＡｓを貫通してエッチし、
ｎ＋ＧａＡｓのうえじ停止する（図３３）。フッ化水素
がこの特性を有している。この段階は，図３４に示され
るように、コンタクトホール４２４をもたらす。次いで
メタライゼーションによるパターン形成が、再び好まし
くは図３５に示されている様に光学レジスト４２６を用
いて行われ、次いで金属（ＡｕＧｅ／Ｎｉ等）が、例え
ば蒸着によって被蒸着され、パターンを形成するよう取
除かれ、図３６に示されている様な構造が得られる。
第１のパターン形成段階によって確定された線形パター
ンに対して直角に線形パターンを確定する為に（図２７
に示されている）第２のパターン形成段階を実施し、２
つの交点が量子ウェルのドットのロケーションを確定す
る様にするだけで、例えばＲＯＭの為の量子ウェルのア
イレ構造体を製造する為に上述と非常に良く似た製造技
術を用いる事ができる。
ンに対して直角に線形パターンを確定する為に（図２７
に示されている）第２のパターン形成段階を実施し、２
つの交点が量子ウェルのドットのロケーションを確定す
る様にするだけで、例えばＲＯＭの為の量子ウェルのア
イレ構造体を製造する為に上述と非常に良く似た製造技
術を用いる事ができる。
ランダム論理回路を形成する為に本発明にもとづいて量
子ウェル装置を相互接続する際の基本的な困難はこれら
の装置の電気的特性である。これらの装置は非常に高い
入力インピーダンスと非常に低い出力インピーダンスを
有していると考えられる。本発明の別の側面で、出力接
続の為の回路構成が説明される。この構造は、マクロス
コピックな電流、即ち集積回路の配線の中で通常用いら
れている電流に匹敵する電流、をスイッチングする為
の、本発明にもとづく量子ウェル装置の出力を可能にす
る。
子ウェル装置を相互接続する際の基本的な困難はこれら
の装置の電気的特性である。これらの装置は非常に高い
入力インピーダンスと非常に低い出力インピーダンスを
有していると考えられる。本発明の別の側面で、出力接
続の為の回路構成が説明される。この構造は、マクロス
コピックな電流、即ち集積回路の配線の中で通常用いら
れている電流に匹敵する電流、をスイッチングする為
の、本発明にもとづく量子ウェル装置の出力を可能にす
る。
次いでこれらのマクロスコピックな電流は電位を変え、
それによって量子ウェル装置のそれから先の段階をスイ
ッチングする為に用いる事が出来る。
それによって量子ウェル装置のそれから先の段階をスイ
ッチングする為に用いる事が出来る。
マイクロスコピックな抵抗値の変化は、ワイヤと基板と
の界面の又は界面近くのトラッピングによって、非常に
薄いワイヤの中で検出する事が出来ると言う事が先行技
術によって知られている。物理学評論書簡第５２号、２
２８頁（１９８４年）（５２Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ ２２８（１９８４年））の中のＫ．Ｒａａｌ
ｓ他の論文参照。即ち、極めて細い、例えば１００オン
グストローム×１００オングストローム、の金属ワイヤ
の中では、電子が散乱の中心にトラップされるか否かに
よって、ワイヤの近くにある散乱の中心の断面が何桁も
変わって来る。この様に大きな散乱の変化はワイヤの抵
抗にも明らかな変化をもたらす。
の界面の又は界面近くのトラッピングによって、非常に
薄いワイヤの中で検出する事が出来ると言う事が先行技
術によって知られている。物理学評論書簡第５２号、２
２８頁（１９８４年）（５２Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔ
ｔｅｒｓ ２２８（１９８４年））の中のＫ．Ｒａａｌ
ｓ他の論文参照。即ち、極めて細い、例えば１００オン
グストローム×１００オングストローム、の金属ワイヤ
の中では、電子が散乱の中心にトラップされるか否かに
よって、ワイヤの近くにある散乱の中心の断面が何桁も
変わって来る。この様に大きな散乱の変化はワイヤの抵
抗にも明らかな変化をもたらす。
この現象は必ずしも上記の様な小さなディメンションの
ワイヤだけに限られてはいない。沢山のトラッピングサ
イト（散乱センター）を用いる事によって、より太いワ
イヤの抵抗も同じ様に変化させる事が出来る。とりわ
け、薄い又は幅の広いワイヤが用いられている場合に
は、ワイヤの表面全体をコートされたトラップを含む絶
縁体は、トラップが占拠せれているか否かによってワイ
ヤの抵抗を相当変化させる事が出来る。トラップのチャ
ージを行わせる為に、好ましくは、ワイヤの表面に対し
て垂直のバイアスをもたらすフィールドプレートが用い
られる。かくして、量子ウェル装置の段階（勿論この中
には並列の多量量子ウェル連鎖も通常含まれるであろ
う）の電流出力は薄い偏平のワイヤの中へ結合され得る
一方、ワイヤからエネルギー障壁を超えて絶縁体のトラ
ッピングサイトの中へ電荷の注入を助ける為に、フィー
ルドプレートのバイアスが垂直に加えられる。この様に
してトラップされた電荷は垂直バイアスが取除かれた後
でワイヤの抵抗を変化させ、かくしてワイヤを通る電流
振動はセンス増幅器を起動させる為に用いる事が出来
る。かくして、この散乱の中心の変調は実際に、量子ウ
ェルの出力信号をマクロスコッピクな信号へ変換する為
に適当なラッチをもたらす。
ワイヤだけに限られてはいない。沢山のトラッピングサ
イト（散乱センター）を用いる事によって、より太いワ
イヤの抵抗も同じ様に変化させる事が出来る。とりわ
け、薄い又は幅の広いワイヤが用いられている場合に
は、ワイヤの表面全体をコートされたトラップを含む絶
縁体は、トラップが占拠せれているか否かによってワイ
ヤの抵抗を相当変化させる事が出来る。トラップのチャ
ージを行わせる為に、好ましくは、ワイヤの表面に対し
て垂直のバイアスをもたらすフィールドプレートが用い
られる。かくして、量子ウェル装置の段階（勿論この中
には並列の多量量子ウェル連鎖も通常含まれるであろ
う）の電流出力は薄い偏平のワイヤの中へ結合され得る
一方、ワイヤからエネルギー障壁を超えて絶縁体のトラ
ッピングサイトの中へ電荷の注入を助ける為に、フィー
ルドプレートのバイアスが垂直に加えられる。この様に
してトラップされた電荷は垂直バイアスが取除かれた後
でワイヤの抵抗を変化させ、かくしてワイヤを通る電流
振動はセンス増幅器を起動させる為に用いる事が出来
る。かくして、この散乱の中心の変調は実際に、量子ウ
ェルの出力信号をマクロスコッピクな信号へ変換する為
に適当なラッチをもたらす。
次にこの実施態様がより詳しく説明される。第１に、散
乱サイトに近いワイヤのディメンションは、ワイヤがア
ンダーソンの局所状態として知られている状態にある様
でなければならない。即ち、電子の波動関数がワイヤの
全周、即ち、四角のワイヤの４つの面のすべて、に意味
のある程度に十分に重ね合わされていなけれはならな
い。この状態の下では、抵抗はワイヤに隣接する表面エ
ネルギー準位に対して極めて敏感となろう。そこには一
般に多くの意図せずに生み出された表面エネルギー準位
があるべきであろうが、これらの活性化エネルギーは通
常低い。かくして、作動温度はこれらの望ましくない表
面エネルギー準位が容易に除去されてしまう様に、即ち
ＫＴがこれらの寄生表面エネルギー準位の活性化エネル
ギーと同等か或いはこれよりも大きくなる様に、しかし
ながら電荷がトラップされて抵抗を変化させる表面エネ
ルギー準位の活性化エネルギーがｋＴの数倍以上となる
様に、選択される。かくして、この出力増幅器段階の主
要な用途は７７ケルビン付近の温度、即ち、液体窒素の
温度で作動する装置用であると信じられている。しかし
ながら、もしキャリアをより深く表面エネルギー準位の
中へ注入する事が出来れば、もっと高い作動温度でも使
用出来る。
乱サイトに近いワイヤのディメンションは、ワイヤがア
ンダーソンの局所状態として知られている状態にある様
でなければならない。即ち、電子の波動関数がワイヤの
全周、即ち、四角のワイヤの４つの面のすべて、に意味
のある程度に十分に重ね合わされていなけれはならな
い。この状態の下では、抵抗はワイヤに隣接する表面エ
ネルギー準位に対して極めて敏感となろう。そこには一
般に多くの意図せずに生み出された表面エネルギー準位
があるべきであろうが、これらの活性化エネルギーは通
常低い。かくして、作動温度はこれらの望ましくない表
面エネルギー準位が容易に除去されてしまう様に、即ち
ＫＴがこれらの寄生表面エネルギー準位の活性化エネル
ギーと同等か或いはこれよりも大きくなる様に、しかし
ながら電荷がトラップされて抵抗を変化させる表面エネ
ルギー準位の活性化エネルギーがｋＴの数倍以上となる
様に、選択される。かくして、この出力増幅器段階の主
要な用途は７７ケルビン付近の温度、即ち、液体窒素の
温度で作動する装置用であると信じられている。しかし
ながら、もしキャリアをより深く表面エネルギー準位の
中へ注入する事が出来れば、もっと高い作動温度でも使
用出来る。
現在好まれている実施態様で用いられている表面エネル
ギー準位は金属の伝導帯エネルギーからおよそ２０〜３
０ｍｅＶ又はそれ以上ずらされている。
ギー準位は金属の伝導帯エネルギーからおよそ２０〜３
０ｍｅＶ又はそれ以上ずらされている。
アンダーソンの局所化状態の下で動作と言うのは、散乱
の中心に近いワイヤのディメンションが恐らく５００×
５００オングストロームよりも大きくはなく、好ましく
は１００×１００オングストロームに近いと言う事を意
味している。１００×１００オングストロームのワイヤ
ーの場合、ワイヤの抵抗は１ミクロン当り大ざっぱに言
って１００Ｋから１メグオームである。占拠されている
又は占拠されていない各々の散乱の中心は１パーセント
内外の抵抗の変化を課する事が出来るから、この様な散
乱の中心を幾つか用いる事によって、５％内外の全抵抗
変化が実現される。かくして、これらの金属線は対とし
て用いられ、又電流の数パーセントの変化は容易に従来
のセンス増幅を起動させるのに十分となる。
の中心に近いワイヤのディメンションが恐らく５００×
５００オングストロームよりも大きくはなく、好ましく
は１００×１００オングストロームに近いと言う事を意
味している。１００×１００オングストロームのワイヤ
ーの場合、ワイヤの抵抗は１ミクロン当り大ざっぱに言
って１００Ｋから１メグオームである。占拠されている
又は占拠されていない各々の散乱の中心は１パーセント
内外の抵抗の変化を課する事が出来るから、この様な散
乱の中心を幾つか用いる事によって、５％内外の全抵抗
変化が実現される。かくして、これらの金属線は対とし
て用いられ、又電流の数パーセントの変化は容易に従来
のセンス増幅を起動させるのに十分となる。
現在好まれている、これらのトラップの中へのキャリア
の注入を行う為の実施態様はトラッピングサイトを量子
ウェルの鎖の中の最後のウェルに対してトンネル現象に
よって接続させる事であり、トラッピングサイトから鎖
の中の最後のウェル迄の分離はウェルとの間の距離の数
倍だけ、又好ましくはそれ以下だけ、トラッピングサイ
トからずらされているべきである。トラップから最後の
ウェルの中へのトンネル現象はこの好ましい実施態様の
場合には制約にはならない、何故なら電子が励起された
エネルギー準位を通して入って来るからである。逆方向
のトンネル現象はすべて非弾性的である。しかしなが
ら、十分に深いトラップの場合には、必要となるフォノ
ンのエネルギーが必要に大きくなるので非弾性トンネル
現象が無視出来なくなる。トラッピングサイトは集束イ
オンビームを用いることによって極めて精致に描画する
事が出来る。
の注入を行う為の実施態様はトラッピングサイトを量子
ウェルの鎖の中の最後のウェルに対してトンネル現象に
よって接続させる事であり、トラッピングサイトから鎖
の中の最後のウェル迄の分離はウェルとの間の距離の数
倍だけ、又好ましくはそれ以下だけ、トラッピングサイ
トからずらされているべきである。トラップから最後の
ウェルの中へのトンネル現象はこの好ましい実施態様の
場合には制約にはならない、何故なら電子が励起された
エネルギー準位を通して入って来るからである。逆方向
のトンネル現象はすべて非弾性的である。しかしなが
ら、十分に深いトラップの場合には、必要となるフォノ
ンのエネルギーが必要に大きくなるので非弾性トンネル
現象が無視出来なくなる。トラッピングサイトは集束イ
オンビームを用いることによって極めて精致に描画する
事が出来る。
かくして、この出力段階の構成が図１５に示されてい
る。
る。
既に述べられた通り、一方向のウェル結合がオプション
として、金属線の抵抗を変化させる際にこれらのトラッ
プの中へのキャリアの注入を助ける為に用いられてい
る。この一方向の結合はウェルの自己調整的なトンネル
効果によって可能とされている。即ち、上に述べられた
要因に加えて、ウェルの中における電子の存在又は非存
在自体がウェルとウェルの間の電場を変化させるであろ
う。かくして、図１６に示されている様に、第２のウェ
ルの中に於ける追加の電子の存在によって引起こされた
電場の変化はそれ自体ででトンネル現象を禁止させるの
に十分となり得る。かくして、キャリアはウェル１から
ウェル２の中の電子を失った準位の中へ容易にトンネル
するが、これと同じキヤリアは非弾性チャネルを通る以
外にはウェル１の中へトンネルして戻って来る事は出来
ない。何故ならこれらのトンネルはもはや同列とされて
はいないからである。
として、金属線の抵抗を変化させる際にこれらのトラッ
プの中へのキャリアの注入を助ける為に用いられてい
る。この一方向の結合はウェルの自己調整的なトンネル
効果によって可能とされている。即ち、上に述べられた
要因に加えて、ウェルの中における電子の存在又は非存
在自体がウェルとウェルの間の電場を変化させるであろ
う。かくして、図１６に示されている様に、第２のウェ
ルの中に於ける追加の電子の存在によって引起こされた
電場の変化はそれ自体ででトンネル現象を禁止させるの
に十分となり得る。かくして、キャリアはウェル１から
ウェル２の中の電子を失った準位の中へ容易にトンネル
するが、これと同じキヤリアは非弾性チャネルを通る以
外にはウェル１の中へトンネルして戻って来る事は出来
ない。何故ならこれらのトンネルはもはや同列とされて
はいないからである。
この自ら生み出された電場の変化が有用となる為には、
与えられた作動温度の下に於ける共鳴ピークが比較的シ
ャープである事が必要である。即ち、ウェルのディメン
ションは作動温度の下で、或いはいずれかの共鳴トンネ
ル現象により利得の下で必要なるディメンションよりも
好ましくは小さいべきである。例えば、室温下での作動
に適したディメンションのウェルは、もし７７Ｋ又は４
Ｋで作動させられるとこの様な効果を示すであろう。よ
り小さなウェルと言うのは１つのキャリアの追加によっ
て引起こされる電位のシフトによって生み出される電界
がより大きくなると言う事を意味している。
与えられた作動温度の下に於ける共鳴ピークが比較的シ
ャープである事が必要である。即ち、ウェルのディメン
ションは作動温度の下で、或いはいずれかの共鳴トンネ
ル現象により利得の下で必要なるディメンションよりも
好ましくは小さいべきである。例えば、室温下での作動
に適したディメンションのウェルは、もし７７Ｋ又は４
Ｋで作動させられるとこの様な効果を示すであろう。よ
り小さなウェルと言うのは１つのキャリアの追加によっ
て引起こされる電位のシフトによって生み出される電界
がより大きくなると言う事を意味している。
これらの自己発生電界効果はその他の用途も有してい
る。たとえば、図１７に示されている４つのウェルを持
つ構造を考えてみよう。フィールドプレート又はその他
のバイアス接続ウェル３の為の基準電圧Ｖｏを確定する
為に用いられている。これらのウェルの寸法は、ウェル
１からウェル３へのトンネル現象がＶ３＝Ｖｏの時にの
み発生し、ウエル２からウェル３へのトンネル現象がＶ
３＝Ｖｏ＋Ｅ、即ち、ウェル３の電位だ電子１個の存在
によって変化された時、にのみ発生し、ウェル３からウ
ェル４へのトンネル現象がＶ３＝Ｖｏ＋２Ｅの時にのみ
発生する様に、定められている。入力信号Ａはウェル１
の中へトンネルしてゆくキャリアを供給し、又入力信号
Ｂはウェル２の中へトンネルしてゆくキャリアを供給
し、又出力接点はウェルからの出力信号Ｃを取り出す。
る。たとえば、図１７に示されている４つのウェルを持
つ構造を考えてみよう。フィールドプレート又はその他
のバイアス接続ウェル３の為の基準電圧Ｖｏを確定する
為に用いられている。これらのウェルの寸法は、ウェル
１からウェル３へのトンネル現象がＶ３＝Ｖｏの時にの
み発生し、ウエル２からウェル３へのトンネル現象がＶ
３＝Ｖｏ＋Ｅ、即ち、ウェル３の電位だ電子１個の存在
によって変化された時、にのみ発生し、ウェル３からウ
ェル４へのトンネル現象がＶ３＝Ｖｏ＋２Ｅの時にのみ
発生する様に、定められている。入力信号Ａはウェル１
の中へトンネルしてゆくキャリアを供給し、又入力信号
Ｂはウェル２の中へトンネルしてゆくキャリアを供給
し、又出力接点はウェルからの出力信号Ｃを取り出す。
かくして、このウェルの素朴な複合体はＡＮＤゲートを
もたらす。
もたらす。
その他のブールの原始関数も容易に作り出せる。例え
ば、同じウェルの配置で、もし我々がウェルの結合をや
り直して、ウェル１からウェル３へのトンネル現象がＶ
３＝Ｖｏの時、ウェルトンネルからウェル３へのトンネ
ル現象Ｖ３＝Ｖｏの時、又ウェル３からウェル４へのト
ンネル現象がＶ３＝Ｖｏ＋Ｅの時に発生する様にすれ
ば、ＯＲゲートが得られる事になる。これの結合はすべ
ての原始的なブールの代数の論理セル及びそれ以上のも
のを構成する為に用いる事が出来る。自ら生み出された
電界がトンネル現象を中断させるのに十分であると言う
この様な状態下では、ウェルの中の過剰のキャリアの存
在によって問題が生み出される事がある。即ち、もしウ
ェルＡとＢとの間の接合が、ウェルＡが占拠されており
ウェルＢが占拠されていない時に共鳴トンネル現象を許
す様に設計されていたとすると、ウェルＡが唯１つだけ
ではなく、占拠された２つの準位を持っているとトンネ
ル現象が中断されてしまう事がある。しかしながら、こ
の様なケースでは、２個のキャリアのポピュレーション
は非弾性的に生み出されているはずである。その上非弾
性トンネル現象は場合によってはリセットメカニズムを
もたさらすであろう。
ば、同じウェルの配置で、もし我々がウェルの結合をや
り直して、ウェル１からウェル３へのトンネル現象がＶ
３＝Ｖｏの時、ウェルトンネルからウェル３へのトンネ
ル現象Ｖ３＝Ｖｏの時、又ウェル３からウェル４へのト
ンネル現象がＶ３＝Ｖｏ＋Ｅの時に発生する様にすれ
ば、ＯＲゲートが得られる事になる。これの結合はすべ
ての原始的なブールの代数の論理セル及びそれ以上のも
のを構成する為に用いる事が出来る。自ら生み出された
電界がトンネル現象を中断させるのに十分であると言う
この様な状態下では、ウェルの中の過剰のキャリアの存
在によって問題が生み出される事がある。即ち、もしウ
ェルＡとＢとの間の接合が、ウェルＡが占拠されており
ウェルＢが占拠されていない時に共鳴トンネル現象を許
す様に設計されていたとすると、ウェルＡが唯１つだけ
ではなく、占拠された２つの準位を持っているとトンネ
ル現象が中断されてしまう事がある。しかしながら、こ
の様なケースでは、２個のキャリアのポピュレーション
は非弾性的に生み出されているはずである。その上非弾
性トンネル現象は場合によってはリセットメカニズムを
もたさらすであろう。
本発明の別の１群の実施態様は垂直トンネル現象を利用
している。この様な構造体の魅力は、垂直方向のディメ
ンションでは横方向のディメンションよりもより容易
に、極めて良い界面品質を持つ極めて小さなディメンシ
ョンが実現されると言う事になる。
している。この様な構造体の魅力は、垂直方向のディメ
ンションでは横方向のディメンションよりもより容易
に、極めて良い界面品質を持つ極めて小さなディメンシ
ョンが実現されると言う事になる。
この様な実施態様の鍵となる特徴はウェルの中のエネル
ギー準位相互間の間隔が一般ウエルの体積によって確定
されたと言う事である。かくして、ウェルの体積が与え
られている場合、ウェルは大よそ立方体の箱と言うより
もむしろ薄い偏平の箱として作る事が出来る。このケー
スは、運動量成分のうちの２つが極めて近接した間隔の
値で量子化され、又第３の成分は極めて広い間隔をあけ
た許容運動量の値で量子化されるであろう。
ギー準位相互間の間隔が一般ウエルの体積によって確定
されたと言う事である。かくして、ウェルの体積が与え
られている場合、ウェルは大よそ立方体の箱と言うより
もむしろ薄い偏平の箱として作る事が出来る。このケー
スは、運動量成分のうちの２つが極めて近接した間隔の
値で量子化され、又第３の成分は極めて広い間隔をあけ
た許容運動量の値で量子化されるであろう。
この様な実施態様が図１９と２０に示されている。再
び、ウェル６０４〜６０８は好ましくは第１の半導体か
ら作られ又障壁媒体６１２は好ましくは第２の、より広
い禁止帯の幅を持つ半導体から作られている。砒化ガリ
ウム及びＡｌＧａＡｓはこれらの２つの半導体の為に好
ましい。上に述べられた様に電流は、ローライン６１６
とコラムライン６１４の電位がウェル６０６の準位に対
してウェル６０４及び６０８の準位と整列する事を許す
時にのみ、ｎ＋電極６０２から金属電極６１０へと流れ
る かくして、本発明は上記の目的、並びに技術的利点をも
たらす。当業者にとっては明らかであろうが、本発明は
新規的発明であり、限りなく多様な修正及び変形によっ
て変更され得る。例えば、ＳｉのウェルをＳｉＯ２の障
壁媒体の中で用いる事が出来、或いは好ましいＧａＡｓ
／ＡｌＧａＡｓの材料の代わりにその他の半導体／半導
体又は半導体／絶縁体の系を用いる事が出来る。本発明
の範囲は特許請求の範囲の中に述べられている事を除い
て制限されない。
び、ウェル６０４〜６０８は好ましくは第１の半導体か
ら作られ又障壁媒体６１２は好ましくは第２の、より広
い禁止帯の幅を持つ半導体から作られている。砒化ガリ
ウム及びＡｌＧａＡｓはこれらの２つの半導体の為に好
ましい。上に述べられた様に電流は、ローライン６１６
とコラムライン６１４の電位がウェル６０６の準位に対
してウェル６０４及び６０８の準位と整列する事を許す
時にのみ、ｎ＋電極６０２から金属電極６１０へと流れ
る かくして、本発明は上記の目的、並びに技術的利点をも
たらす。当業者にとっては明らかであろうが、本発明は
新規的発明であり、限りなく多様な修正及び変形によっ
て変更され得る。例えば、ＳｉのウェルをＳｉＯ２の障
壁媒体の中で用いる事が出来、或いは好ましいＧａＡｓ
／ＡｌＧａＡｓの材料の代わりにその他の半導体／半導
体又は半導体／絶縁体の系を用いる事が出来る。本発明
の範囲は特許請求の範囲の中に述べられている事を除い
て制限されない。
本発明は添付の図面を参照して説明される。 図面に於いて、 第１Ａ図及び第１Ｂ図は簡単なサンプル実施態様に於け
るポテンシャルウェルの間隔とエネルギー準位を示して
いる。 第２図は共鳴（共振）トンネル現象を許す為にバイアス
された、第１Ａ図及び第１Ｂ図の構造を示している、 第３図は共鳴トンネル現象が禁止される様に、第２図中
に示されるよりも低い電圧でバイアスされた、第１図の
構造を示している、 第４図は第１図の構造の電圧電流特性を示している、 第５図は、上方に横たわるエネルギー準位相互間の間隔
がより近接している，中位の大きなウェルを用いた実施
態様のエネルギー準位を示している、 第６図は入力出力の接点を含む実施態様の電子的構造を
示している、 第７図は、エネルギー準位相互間の間隔がより均等な、
ほぼ正弦波形のウェル境界線を用いた実施態様のエネル
ギー準位を示している。 第８図は本発明にもとづく３端子量子ウェル装置を示し
ている、 第９図は、量子ウェル対の幾つもの鎖が平行に接続され
た、本発明にもとづく別の３端子量子ウェル装置を示し
ている、 第１０図は第９図の装置の断面図を示している、 第１１図は、各々の鎖の中の多量ウェル２０４に接続す
る為の多重電極２０８を持つ点で第９図の装置と異なる
多端子装置を示している、 第１２図は共鳴トンネル現象が発生する，第１１図の実
施態様の為のバイアス条件のサンプルセットを示してお
り、又第１３図は共鳴トンネル現象が発生しない，第１
１図は実施態様の為のバイアス条件のサンプルセットを
示している、 第１４図は本発明の１つの実施態様にもとづく読出し専
用メモリを示している、 第１５図は、量子ウェル装置がマクロスコピック（巨視
的）な出力電流をスイッチする，本発明の実施に際して
用いられたサンプル出力スイッチの構成をし示してい
る、 第１６図は、別の１群の実施態様に於ける許容トンネル
現象遷移中のウェルの準位の集団（ポピュレーション）
によって励起された電位変化の効果を示している、 第１７図は自己調整的なトンネル現象抑制力を持つ量子
ウェル論理素子を用いて構成されたＡＮＤゲートを示し
ており、又第１８図は自己調整的トンネル現象抑制力を
持つ量子ウェル論理素子を用いて構成された、よりふく
ざつな論理要素を示している、 第１９図及び第２０図は本発明にもとづく垂直トンネル
現象量子ウェル装置構造の２つの実施態様を示してい
る、 第２１図〜第３６図はそれぞれ本発明にもとづくサンプ
ルな３端子装置のプロセスの諸段階を示している。
るポテンシャルウェルの間隔とエネルギー準位を示して
いる。 第２図は共鳴（共振）トンネル現象を許す為にバイアス
された、第１Ａ図及び第１Ｂ図の構造を示している、 第３図は共鳴トンネル現象が禁止される様に、第２図中
に示されるよりも低い電圧でバイアスされた、第１図の
構造を示している、 第４図は第１図の構造の電圧電流特性を示している、 第５図は、上方に横たわるエネルギー準位相互間の間隔
がより近接している，中位の大きなウェルを用いた実施
態様のエネルギー準位を示している、 第６図は入力出力の接点を含む実施態様の電子的構造を
示している、 第７図は、エネルギー準位相互間の間隔がより均等な、
ほぼ正弦波形のウェル境界線を用いた実施態様のエネル
ギー準位を示している。 第８図は本発明にもとづく３端子量子ウェル装置を示し
ている、 第９図は、量子ウェル対の幾つもの鎖が平行に接続され
た、本発明にもとづく別の３端子量子ウェル装置を示し
ている、 第１０図は第９図の装置の断面図を示している、 第１１図は、各々の鎖の中の多量ウェル２０４に接続す
る為の多重電極２０８を持つ点で第９図の装置と異なる
多端子装置を示している、 第１２図は共鳴トンネル現象が発生する，第１１図の実
施態様の為のバイアス条件のサンプルセットを示してお
り、又第１３図は共鳴トンネル現象が発生しない，第１
１図は実施態様の為のバイアス条件のサンプルセットを
示している、 第１４図は本発明の１つの実施態様にもとづく読出し専
用メモリを示している、 第１５図は、量子ウェル装置がマクロスコピック（巨視
的）な出力電流をスイッチする，本発明の実施に際して
用いられたサンプル出力スイッチの構成をし示してい
る、 第１６図は、別の１群の実施態様に於ける許容トンネル
現象遷移中のウェルの準位の集団（ポピュレーション）
によって励起された電位変化の効果を示している、 第１７図は自己調整的なトンネル現象抑制力を持つ量子
ウェル論理素子を用いて構成されたＡＮＤゲートを示し
ており、又第１８図は自己調整的トンネル現象抑制力を
持つ量子ウェル論理素子を用いて構成された、よりふく
ざつな論理要素を示している、 第１９図及び第２０図は本発明にもとづく垂直トンネル
現象量子ウェル装置構造の２つの実施態様を示してい
る、 第２１図〜第３６図はそれぞれ本発明にもとづくサンプ
ルな３端子装置のプロセスの諸段階を示している。
Claims (4)
- 【請求項１】一方が５００オングストローム以下の寸法
で他方が１，０００オングストローム以下の最小寸法を
有している半導体の島を含む第１と第２のポテンシャル
ウエルと、 前記第１と第２のポテンシャルウエルの間に挟まれた障
壁媒体であって、その障壁媒体のキャリアの最小ポテン
シャルエネルギーが、前記ポテンシャルウエルの中のキ
ャリアの最小ポテンシャルエネルギーより、少なくとも
５０ミリ電子ボルト高く、且、前記ポテンシャルウエル
は、前記ポテンシャルウエルの何れかの最小の物理的な
寸法の３倍より小さい距離によって互いに物理的に離隔
されている障壁媒体と、 前記第１のポテンシャルウエルに電気的に結合されてい
る第１の導体と、 前記第２のポテンシャルウエルに電気的に結合されてい
る第２の導体と、 出力接点と前記第２のポテンシャルウエルとを横方向に
離隔する前記障壁媒体であって、前記第２のポンテンシ
ャルウエルとこの出力接点の間に位置し、前記第１と第
２のポテンシャルウエルの横方向の間隔の最小幅の２倍
を超えない横方向の最小幅を有する前記障壁媒体と、 低濃度にドープされた半導体を含む前記各ポテンシャル
ウエルと、高濃度にドープされた半導体を含む前記各導
体と、 を含む電子装置。 - 【請求項２】半導体材料の島を含む第１と第２のポテン
シャルウエルと、 前記第１と第２のポテンシャルウエルの横方向の間に挿
置された障壁媒体と、 前記第１のポテンシャルウエルに電気的に接続された第
１の導体と、 前記第２のポテンシャルウエルに電気的に接続された第
２の導体と、 出力接点と前記第２のポテンシャルウエルとを横方向に
離隔する前記障壁媒体であって、前記第２のポテンシャ
ルウエルとこの出力接点の間に位置し、前記第１と第２
のポテンシャルウエルの横方向の間隔の最小幅の２倍を
超えない横方向の最小幅を有する前記障壁媒体と、 低濃度にドープされた半導体を含む前記各ポテンシャル
ウエルと、高濃度にドープされた半導体を含む前記各導
体と、 前記障壁媒体の中のキャリアのポテンシャルエネルギー
より小さい、キャリアのポテンシャルエネルギーである
前記ポテンシャルウエルと、 前記ポテンシャルウエルの何れかの最も大きい物理的な
寸法の３倍以下の距離によって物理的に離隔される前記
第１及び第２のポテンシャルウエルと、 前記第１及び第２のポテンシャルウエルは、３次元全て
において十分小さく、２分の１ミリ電子ボルト以上の大
きさで離隔されている、前記各ポテンシャルウエルの中
のエネルギーレベルと、 前記第１及び第２の導体の間に選択的にバイアスを印加
するバイアス装置であって、 前記第１のポテンシャルウエルの中に於ける少なくとも
１つの離散的なエネルギー及び運動量状態を、前記第２
のポテンシャルウエルの中の離散的な状態の１つと同列
させる第１のバイアス条件と、 前記第１のポテンシャルウエルの中の前記離散的な３つ
の最低位の状態のいずれも、前記第２のポテンシャルウ
エルの中の離散的な状態と同列としない第２のバイアス
条件と、 前記第１及び第２のバイアス条件を共に、前記第２のポ
テンシャルウエルの中の最低エネルギー状態が、前記第
１のポテンシャルウエルの中の最低のエネルギー状態よ
りも低いキャリアに対するポテンシャルエネルギーとす
る上記バイアス装置と、 を含む電子装置。 - 【請求項３】３００゜Ｋよりも高い所定の温度で動作す
る電子装置であって、 半導体材料の島を含む第１及び第２のポテンシャルウエ
ルと、 前記第１と第２のポテンシャルウエルとの間に挿置され
る障壁媒体と、 前記第１のポテンシャルウエルに電気的に結合されてい
る第１の導体と、 前記第２のポテンシャルウエルに電気的に結合されてい
る第２の導体と、 出力接点と前記第２のポテンシャルウエルとを横方向に
離隔する前記障壁媒体であって、前記第２のポテンシャ
ルウエルとこの出力接点の間に位置し、前記第１と第２
のポテンシャルウエルの横方向の間隔の最小幅の２倍を
超えない横方向の最小幅を有する前記障壁媒体と、 低濃度にドープされた半導体を含む前記各ポテンシャル
ウエルと、高濃度にドープされた半導体を含む前記各導
体と、 一方が１５０オングストローム以下の厚さで、他方が５
００オングストローム以下の寸法である前記第１及び第
２のポテンシャルウエルと、 前記ポテンシャルウエルの中のキャリアの最小ポテンシ
ャルエネルギーより少なくとも８ミリ電子ボルト高いエ
ネルギーを有している前記障壁媒体と、 を含む電子装置。 - 【請求項４】半導体材料の島を含む第１及び第２のポテ
ンシャルウエルと、 前記第１と第２のポテンシャルウエルの横方向の間に挿
通された障壁媒体と、 前記第１のポテンシャルウエルに電気的に結合している
第１の導体と、 前記第２のポテンシャルウエルに電気的に結合している
第２の導体と、 出力接点と前記第２のポテンシャルウエルとを横方向に
離隔する前記障壁媒体であって、前記第２のポテンシャ
ルウエルとこの出力接点の間に位置し、前記第１と第２
のポテンシャルウエルの横方向の間隔の最小幅の２倍を
超えない横方向の最小幅を有する前記障壁媒体と、 前記障壁媒体の中のポテンシャルウエルの中のキャリア
のブロッホ波長の１００倍以下の距離によって物理的に
離隔されている、前記第１及び第２のポテンシャルウエ
ルと、 前記第１及び第２のポテンシャルウエルは、３次元全て
において十分に小さく、エネルギーレベル及び運動量の
３成分全てが離散的である、前記各ポテンシャルウエル
の中のキャリアと、 を含む電子装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US06/626,551 US4912531A (en) | 1984-06-29 | 1984-06-29 | Three-terminal quantum device |
| US626551 | 1984-06-29 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6181662A JPS6181662A (ja) | 1986-04-25 |
| JPH0656884B2 true JPH0656884B2 (ja) | 1994-07-27 |
Family
ID=24510875
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60143826A Expired - Lifetime JPH0656884B2 (ja) | 1984-06-29 | 1985-06-29 | ３端子量子装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4912531A (ja) |
| JP (1) | JPH0656884B2 (ja) |
Families Citing this family (25)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2508637B2 (ja) * | 1986-05-20 | 1996-06-19 | 日本電気株式会社 | 半導体素子 |
| JPH0773126B2 (ja) * | 1986-05-21 | 1995-08-02 | 日本電気株式会社 | 構造体 |
| US5138408A (en) * | 1988-04-15 | 1992-08-11 | Nec Corporation | Resonant tunneling hot carrier transistor |
| US5233205A (en) * | 1989-09-25 | 1993-08-03 | Hitachi, Ltd. | Quantum wave circuit |
| US5105232A (en) * | 1989-09-26 | 1992-04-14 | Massachusetts Institute Of Technology | Quantum field-effect directional coupler |
| JP3194941B2 (ja) * | 1990-03-19 | 2001-08-06 | 富士通株式会社 | 半導体装置 |
| US5646418A (en) * | 1990-11-02 | 1997-07-08 | Texas Instruments Incorporated | Quantum effect switching device |
| US5096846A (en) * | 1990-11-02 | 1992-03-17 | Texas Instruments Incorporated | Method of forming a quantum effect switching device |
| US5347140A (en) * | 1991-08-27 | 1994-09-13 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Resonant electron transfer device |
| US5234848A (en) * | 1991-11-05 | 1993-08-10 | Texas Instruments Incorporated | Method for fabricating lateral resonant tunneling transistor with heterojunction barriers |
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