SE468694B - Kvantvaagledande elektronisk omkopplare - Google Patents

Description

~.'>- ax 10 15 20 25 30 OO 94 Ü\ Flera sådana mesoskopiska komponenter finns beskrivna i patent- och facklitteraturen. I den japanska patentansökningen nr 63- 93161 beskrives en komponent i form av en kvantinterferometrisk Mach-Zehnder interferometer utförd i galliumarsenid. Inter- mellan vilka två elektronvàgledare sräcker sig. Vàgfunktioner för elektroner som passerar i elektronvågledarna påverkas genom ett elektriskt eller ett magnetiskt fält så att en fasförskjutning uppstår mellan vágfunktionerna. Härigenom kan vågfunktionerna fås att inter- ferera och exempelvis utsläcka varandra. ferometern har två elektronreservoarer En liknande mesoskopisk interferometer visas i den europeiska patentansökningen EP 0 357 248. interferometer har emellertid ett bandpassfilter för elektronvâgfunktionen, vilket medför ett förstorat modulationsdjup hos därigenom att elektronernas hastighetsintervall begränsas.

Dênna interferometern I ett konferensbidrag av Supriyo Datta:"Quantum Interference Transistors" visas enIkvantinterferometrisk:transistoru Bidraget är publicerat i Extended Abstracts of the 20th International Conference on Solid State Devices and Materials, Tokyo, 1988, pp 491-494. Transistorn har'yttre likheter med en fälteffekttransis- tor men grundar sig på interferens mellan elektronvågfunktíoner i två parallella elektronvàgledare. Transistorn styrs med hjälp av en elektrod som alstrar ett elektriskt fält i elektron- vågledarna och påverkar elektronvågfunktionerna.

I en artikel i Appl. Phys. Letters, 56(25), 18 June 1990, p 2527- 2529 av N Tsukada m. fl.,"Proposal of novel electron wave coupled devices", visas en kvantinterferometrisk riktkopplare. Denna har tvâ elektronvàgledare med varsin ingång och varsin utgång, alla anslutna till varsin elektronreservoar. I ett interaktionsområde är elektronvågledarna parallella och.växelverkar'med varandra och riktkopplaren styrs med. hjälp av elektroder i interaktions- området.

De ovannâmda kända komponenterna grundar sig' på interferens mellan elektronvågfunktioner från skilda elektronvàgledare eller 10 15 20 25 30 35 4-68 694 koppling mellan elektronvágfunktioner i skilda vàgledare. Detta kräver för god funktion att elektronvâgledarna är singelmod- vâgledare, vars utsträckning i vägledarnas tvârriktning är exempelvis 50 till 100 Å beroende på de utnyttjade materialens bandgap. För god funktion fordras för dessa komponenter också en enhetlig elektronhastighet eller, annorlunda betraktat, en enhetlig våglängd hos elektronvågfunktionen, vilket är svårt att åstadkomma. De nämnda komponenterna har också en utsignal som varierar periodiskt med styrkan hos en insignal, exempelvis så som visas i den ovannämnda referensen Supriyo Datta, figur lb.

Detta ställer krav pà noggrannhet hos styrsignalens storlek.

Vissa av de ovannämnda komponenterna har även andra nackdelar.

Ett exempel på detta är tillverkning av de kvantinterferometriska riktkopplarna, vilka skall ha en fysisk längd som är lika med en kopplingslängd. Detta ställer så stora krav på tillverknings- noggrannhet, att riktkopplarna med nuvarande teknik är nära nog omöjliga att tillverka.

Inom området integrerad optik finns komponenter motsvarande de ovan nämda, exempelvis optisk riktkopplare och Mach-Zehnder interferometer. Ãven en optisk omkopplare med gaffelformat förgrenad ljusvågledare är känd, en så kallad optisk digital switch, vars funktion baseras på enmodsutbredning av en ljusvág och inte på interferens mellan skilda utbredningsmoder. De mesoskopiska komponenterna skiljer sig i flera avseenden på ett uppenbart sätt från de optoelektriska komponenterna. Mesoskopiska komponenter är flera storleksordningar mindre än optoelektriska, exempelvis 1 um långa respektive 100-1000 um långa. För vâgledar- nas tvärsnittsdimensioner gäller på motsvarande sätt 50 Å respektive 1 pm. I mesoskopiska komponenter styres elektriska strömmar, elektroner, och inte ljus, fotoner, och de mesoskopiska komponenternas styrsignaler är flera storleksordningar mindre än styrsignaler för de optoelektriska komponenterna. Uttryckt i kvantmekaniska termer är en skillnad att i de mesoskopiska komponenterna styres fermioner och ej bosoner som i de optiska komponenterna. 10 15 20 25 -30 .[3> O\ 69” CO nnnosönsnsz rön UPPFINNINGEN Föreliggande uppfinning hänför sig till en kvantvågledande, elektronisk omkopplare med gaffelformat förgrenade elektron- vågledare och med digital respons. Dessa vågledare utgöres av potentialsvackor'i.materialet i vilka elektronerna kan transport- eras. Omkopplaren har åtminstone en ingång och åtminstone två utgångar mellan vilka inkommande elektroner kan omkopplas. Vid helt ballistisk transport av elektronerna utföres denna omkopp- ling genom fasmissanpassning av elektronvågfunktioner med hjälp av ett yttre elektriskt fält. I de fall en viss spridning av elektronerna inträffar, så att elektrontransporten inte är helt ballistisk, grundar sig omkopplingsfunktionen på att poten- tialsvackorna för de utgående elektronvågledarna förskjutes av det yttre elektriska fältet. De elektroner som sprides kommer härvid att företrädesvis ledas genom den av de utgående elektron- vågledarna som har den lägsta potentialen. Omkopplaren tillåter relativt stor variation i energi hos elektronerna och stor I det fall att en 'viss spridning av elektronerna tillåtes i förgreningen är det inget krav att elektronvågledarna är singelmodvågledare i transver- variation i. styrsignalernas styrka. salled och vâgledarnas tvârsnittsdimensioner kan väljas relativt stora. Kraven på tillverkningsnoggrannhet är begränsade.

Den uppfinningsenliga omkopplaren kan sägas vara en elektronisk, mesoskopisk motsvarighet till den nämnda optiska digitala switchen.

Anordningen har de kännetecken som framgår av bifogade patent- krav.

FIGURBESKRIVNING Utföringsexempel av uppfinningen skall beskrivas nedan i anslutning till figurer av vilka _ figur 1 i planvy uppifrån visar en uppfinningsenlig omkopplare, figur 2 visar en tvärsektion av omkopplaren i figur 1, figur 3a visar ett diagram för omkopplaren utan styrsignal, 10 15 20 25 30 'f I UT 5 468 694 figur 3b visar ett diagram för omkopplaren med pàlagd styrsignal, figur 4a visar ett diagram för omkopplaren vid enmodsutbredning utan styrsignal, figur 4b visar ett diagram för omkopplaren vid enmodsutbredning med pålagd styrsignal, figur 5 visar ett insignal-utsignal diagram för omkopplaren, figur 6 visar i planvy uppifrån en alternativ utföringsform av omkopplaren, figur 7 visar en tvärsektion av omkopplaren i figur 6 och figur 8 visar ytterligare en alternativ utföringsform av uppfinningen.

FÖREDRAGEN Um-Fönnzcsronu Ett utföringsexempel av den uppfinningsenliga, kvantvágledande figur 1. Ett substrat 1 av GaAlAs har elektronvàgledare 2 av GaAs omkopplaren visas i (galliumaluminiumarsenid) (galliumarsenid), vilka i figuren är skymda och visas med brutna linjer. Elektronvàgledarna 2 sträcker sig mellan elektronreser- 4 och 5 av exempelvis GaAs, vilka är elektriskt Elektronvàgledarna 2 är anordnade som är voarer 3, isolerade från varandra. gaffelformat med en ingående elektronvågledare 6, förbunden med elektronreservoaren 3, och två utgående elektron- vågledare 7 och 8 vilka är förbundna med elektronreservoarerna 4 respektive 5. Dessa två reservoarer är isolerade från varandra genom ett område 4a av isolerande material.Den ingående elektron- vågledaren 6 är förbunden med de utgående elektronvågledarna 7 och 8 i ett anslutningsomrâde 9. Omkopplaren har elektroder 10 och ll med vars hjälp ett elektriskt fält E alstras, vilket sträcker sig dels genom anslutningsområdet 9,de1s genom de utgående elektronvågledarna 7 och 8. Elektrodena anslutes elektriskt genom anslutningsledningar 12. Elektronreservoarerna 3, 4 och 5 är anslutna till spänningskällor 15 som driver elektroner genom elektronvågledarna 2, såsom schematiskt visas i figuren. Det finns sålunda ett elektriskt fält för att driva elektronerna i elektronvågledarna 2 och det elektriska fältet E.

Detta elektriska fält E påverkar de utgående elektronvågledarna 10 15 20 25 'H UI z* I' 6 8 694 7,8 och anslutningsomrádet 9, i vilka omkopplingen sker. Ett flöde av elektroner från reservoaren 3 genom den ingående elektronvågledaren 6 omkopplas till endera av de utgående elektronvågledarna 7 eller 8. Denna funktion skall förklaras närmare nedan.

En tvärsektion genom omkopplaren i ett snitt A-A.visas i figur 2.

Substratet 1 har ett undre skikt 13 vilket uppbär elektron- vågledarna 2 och ett övre skikt 14 som täcker dessa vågledare.

Skiktet 14 uppbär på sin yta elektroderna 10 och 11, vilka alstrar det elektriska fältet E genom elektronvågledarna 2. som nämnts ovan är det inget krav att den uppfinningsenliga omkopplarens elektronvågledare 2 är singelmodvågledare för den utföringsform som tillåter en viss spridning av elektronerna.

Elektronvågledarna kan här tillåtas vara förhållandevis breda med en bredd B upp till exempelvis 1000 Å, vilket gäller för den angivna materialkombinationen GaAs och GaAlAs. För singel- modoperation krävs att bredden B ligger inom exempelvis området 50 - 500 Å, beroende på hur instângningen av laddningsbârarna åstadkommes. Härvid gäller att ju större bandgapsdiskontinuitet som råder mellan substratet 1 och elektronvägledaren 2, desto mindre tvärsnittsdimensioner kan tillåtas hos vågledaren. För den nämnda materialkombinationen GaAlAs med hög Al-halt och GaAs är tvârsnittsdimensionerna omkring 50 x 50 Å. I elektronvàgledarnas 2 längdriktning har omkopplaren en utsträckning L1 i ett intervall 500 - 2000 Å. Den undre gränsen bestämmes omkopplarens drivspänning skall begränsas och av att av att en god omkopplingsfunktion med låg överhörning önskas. Den övre gränsen svarar mot elektronvägfunktionernas koherenslängd vid rumstempe- ratur. Större längder, exempelvis 1 pm eller mera, kan utnyttjas om anordningen kyles. Hos den exemplifierade omkopplaren i figur 1 har elektronvågledarna 2 bredden B=50 Å och längden Ll= 2000 Å.

En vinkel a mellan de utgående elektronvågledarna 7 och 8 är av storleken omkring 60 grader, svarande mot ett avstånd L2 =1000 Å elektronvågledarna '7 och 8.

Drivspänningen hos spänningskällorna 15 är omkring 100 mV. mellan ändarna hos de utgående 10 15 20 30 “V35 468 694 Funktionen för den uppfinningsenliga omkopplaren skall förklaras nedan i anslutning till figurerna 3a och 3b för det funktionsfall att de transporterade elektronerna utsättes för en viss sprid- ning. Denna spridning är liktydigt med att elektrontransporten inte är helt ballistisk. Vidare kan i denna utföringsform elektronvágledarna 2 ha flera utbredningsmoder. Halvledar- materialen i omkopplaren har på känt sätt skilda energiband, ett valens- respektive ett ledningsband. En energiskillnad Eg mellan dessa band, bandgapet, visas med en kurva C i figur 3a, i vilken X betecknar ett avstånd i sidled tvärs elektronvágledarna 7 och 8 enligt figur 2. I opåverkat tillstånd âr för elektronvágledarna 2 av GaAs botten av ledningsbandet vid en energinivå Egl som är mindre än motsvarande energinivå Eg2 för skikten 13,14 av GaAlAs.

Energiskillnaden är Eg2-Egl = 0,3 eV för de i exemplet valda materialen. Elektroner i vágledarna 2 förhindras från att spridas ut i underlaget av de potentialsvackor som åstadkommes av vågledarnas mindre bandgap. Potentialsvackorna är i figur 3a och 3b visade för de utgående vågledarna 7 och 8. Det elektriska fältet E påverkar materialen i omkopplaren och förskjuter energinivâerna så som visas med en kurva D i figur 3b. Med fältet E riktat så som 'visas i figur 2 förskjutes ledningsbandets bandkant för den utgående elektronvågledaren 7 till en högre nivå E3 än en nivå E4 för elektronvågledaren 8. Såsom nämndes ovan betraktas det fall att elektronerna utsättes för en viss spridning vid sin transport i vågledarna 2. Härvid kommer elektronerna under sin transport i elektronvågledaren 6 och anslutningsomràdet 9 att relaxera från en inkommande energinivå ned till en lägre energinivå. För dessa elektroner âr det störst sannolikhet att de avledes i den utgående elektronvågledare som har den lägsta potentialen styrt av elektroderna 10 och 11, enligt exemplet elektronvågledaren 8. Vid tillräckligt starkt elektriskt fält E kommer huvudsakligen alla elektroner från den inkommande elektronvågledaren 6 att avledas via den utgående vàgledaren 8.

Det funktionsfall då elektrontransporten är helt ballistisk skall förklaras i anslutning till figurerna 4a och 4b. I detta funktionsfall är huvudsakligen endast en utbredningsmod 1 é- 10 15 20 25 6 8 694 elektronvågledarna 2 tillåten. En elektronvågfunktion Y i den inkommande vågledaren 6 uppdelas, i frånvaro av det elektriska fältet E, till två lika elektronvàgfunktioner Yl och YZ i de båda utgående vågledarna 7 respektive 8 enligt figur 1. Detta svarar mot att i medeltal lika många elektroner kan detekteras i de båda elektronvågledarna. En potentialbild för dessa båda elektron- vågledare framgår av en kurva F som visas i figur 4a, i vilken även elektronvågfunktionerna är schematiskt angivna. När det elektriska fältet E pålägges erhålles en förändrad potentialbild som visas med en kurva G i figur 4b. Elektronvågfunktionerna 'fl och 'P2 i de båda utgående elektronvågledarna 7 och 8 har samma totala energinivå ES, ty elektrontransporten är ballistisk.

Kopplingen sker på följande sätt. Till elektronens impuls pz i utbredningsriktningen, z-led, tillordnas en vågvektor kz enligt ett samband kz = pz/'mDenna vektor kz har i vågfunktionernas utbredningsriktning olika storlek i de båda elektronvågledarna 7 och 8. Vektorerna skiljer sig enligt ett samband Zm* 'IhZ A<1<,=>= Av I detta samband är m* elektronens effektiva massa, 11 = h/21r där h är Plancks konstant och AV år en potentialskillnad enligt figur 4b. Det bör observeras att potentialskillnaden AV inte är någon elektrisk potentialskillnad utan en energetisk potentialskillnad.

Skillnaden i kz-vektorns storlek är ett mått på en fasmiss- anpassning mellan de utgående elektronvågledarna 7 och 8. Den inkommande elektronvågfunktionen Y i elektronvàgledaren 6 har som nämnts endast en utbredningsmod, den enda tillåtna, som i rumsdimensioner har jämn paritet. Elektronvågfunktionen Y strävar att behålla sin paritet i elektronvågledarna 2 och kopplar till den kvasijämna elektronvågfunktionen Yl eller YZ i den av elektronvågledarna 7 eller 8 som har lägst potential. Kopplingen mellan vågfunktionerna sker huvudsakligen i anslutningsområdet 9 och kopplingen blir starkare ju större potentialskillnaden AV är, det vill säga ju starkare det elektriska fältet E är. Dessa kopplingsegenskaper beskrives närmare i anslutning till figur 5.

Kopplingen mellan elektronvågfunktionernas moder är okänslig för u~ n u 10 15 20 25 30 35 9 468 694 de inkommande elektronernas energier och omkopplaren fungerar för ett brett spektrum av infallande elektronenergier.

I de båda ovan beskrivna funktionsfallen kopplas elektronvágen till den av de utgående elektronvågledarna 7 eller 8 som har den för elektronerna lägsta potentialen. Det bör dock noga observeras att kopplingen sker av olika skäl i de båda olika funktionsfal- len. II det förstnämnda fallet med spridning av elektronerna bevaras ej elektronernas energi och av energetíska skäl flyter strömmen i den av vågledarna som har lägst potential. I detta fall kan flera utbredningsmoder hos elektronvágfunktionen få förekomma. I det andra fallet utan spridning med rent ballistisk transport av elektronerna betraktas kopplingen som ett rent vàgutbredningsproblem för elektronvágfunktionen T. Denna vágfunktions paritet bevaras och huvudsakligen endast en utbredningsmod för elektronvágfunktionen är tillåten i elektron- vàgledarna 2. Gränsområdet mellan de två funktionsfallen blir i praktiken flytande och båda funktionsfallen kan förekomma samtidigt i en och samma omkopplare. I utföringsformen enligt figurerna 1 och 2 är vågledarna 2 och substratet 1 av skilda material. Det är emellertid också möjligt att avgränsa elektron- vàgledare i ett substrat med hjälp av elektriska fält. Härvid kan elektronvågledarnas bredd pâverkas med hjälp av dessa elektriska fält så att singelmodvágledare eller multimodvágledare för elektronvágfunktionen erhålles.

Vid det senare funktionsfallet med ballistisk transport hos elektronvágfunktionen uppstår ingen energiutveckling i omkopp- laren. Vid det första fallet med spridning av elektronerna uppstår en viss liten värmeutveckling i omkopplaren, vilket är en nackdel av följande skäl. Mesoskopiska komponenter är mycket små och ett stort antal av dem kan integreras på ett gemensamt substrat. Energiutvecklingen inom en begränsad volym kan bli betydande, vilket ställer stora krav på kylning.

I figur 5 visas ett datorsimulerat diagram med en ingångs- utgángskarakteristik för' den ^uppfinningsenliga omkopplaren i enmodsfallet. Ingângssignal âr' det elektriska fältet E från 468 10 15 20 25 30 “35 10 4 / elektroderna 10 och 11, vilket är avsatt på diagrammets abskissa.

Den inkommande elektronvágfunktionen Y har en effekt P0 som uppdelas och avges från de utgående elektronvágledarna 7 och 8 sásom elektronvágfunktionerna Yl och YZ med effekten P1 respek- tive P2. Effekterna mätes sásom kvadraten på elektronvåg- funktionernas belopp. Effekten P0 är normerad till 1,0 och anges på diagrammets ordinata och karakteristiken anges med kurvor för effekterna P1 och P2. En kurva R anger reflekterad energi i förgreningen. Av diagrammet framgår att omkopplaren är digital i den meningen att en utsignal 0 eller 1 erhålles så snart insignalens E belopp överskrider ett visst värde, enligt diagrammet omkring 0,5 V/pm. Detta värde motsvarar en spän- ningsskillnad av omkring 0,10 V mellan elektroderna 10 och ll hos omkopplaren i figur 1.

Framställningen av den uppfinningsenliga komponenten i figurerna 1 och 2 skall i korthet beröras nedan. De plana skikten 13 och 14 i figur 2 kan åstadkommas genom epitaxiell odling av halvledar- material. Denna teknik är väletablerad och kan även användas för att odla ett exempelvis 50 Å tjockt skikt för vågledarna 2.

Halvledarskikt av denna tjocklek förekommer exempelvis i så kallade quantum well lasrar och andra på dessa lasrar baserade optiska komponenter. Avgränsningen av vågledarna i sidled för instängning av elektronvågfunktionen erbjuder vissa svårigheter men ett flertal metoder är kända.

- I Applied Physics Letters, vol 58, (1991) p. 720 ff anger M.

Notomi m. fl. en metod med etsning och àterodling av skikt. Denna metod kan utnyttjas för omkopplaren i figur 2, där elektron- vâgledarna 7 och 8 framställts genom ett etsningsförfarande, så kallad mesaetsning och skiktet 14 är ett återodlat skikt.

- I Applied Physics Letters, vol.69, (1991) p 1047 anger N Dagli m. fl. en metod att avgränsa elektronvágledare med hjälp av elektriska fält.

- Atomär tillväxt av kvantvågledare enligt Petroff, University of California, Santa Barbara 1990.

-Det finns även möjlighet att utnyttja töjningsinducerad avgränsning av elektronvågledarna.

Allmänt kan sägas om elektronvágledarna att ju smalare dessa kan 10 15 20 25 30 468 694 11 göras, desto större sidledes potentialsteg kan accepteras utan att vågledarna blir multimodvågledare. Omvänt gäller också att om vágledarna av något praktiskt skäl måste göras breda, exempelvis bredare än 50 nm, krävs att potentialsteget i sidled är litet för att elektronvågledarna skall vara singelmodvågledare. Detta kräver i sin tur att anordningen har låg temperatur för att laddningsbärarna ej skall spridas ut ur elektronvågledarna.

En alternativ utföringsform av uppfinningen visas i figurerna 6 och 7. Ett substrat 21 InP (indiumfosfid) har elektronvágledare 22 av InGaAsP ( indium gallium arsenid fosfid) som är skymda i figur 6 och där visas med brutna linjer. Elektronvágledarna omfattar en inkommande elektronvágledare 23, vilken i sin ena ände är förbunden med en elektronreservoar 24 och i sin andra ände är förbunden med ett anslutningsomràde 25. Från detta anslutningsomràde sträcker sig tre utgående elektronvågledare 26, 27 och 28 gaffelformat och är förbundna med varsin respektive elektronreservoar 29, 30 och 31. Dessa är elektriskt isolerade från varandra och elektroner drives från reservoaren 24 genom elektronvågledarna 22 till reservoarerna 29, 30 och 31 med hjälp av i figuren icke 'visade spänningskällor. Elektroner i den inkommande elektronvågledaren 23 kopplas till endera av de utgående elektronvågledarna 26,27 eller 28 med hjälp av elektro- der 32,33,34 och 35 vilka visas i figur 7. Denna figur visar en tvärsektion i ett snitt N-N av omkopplaren i figur 6. Substratet 21 omfattar ett undre skikt 36 vilket uppbär vågledarna 22. Dessa är täckta av ett övre skikt 37, vilket uppbär elektroderna 32, 33 och 34. Pâ undersidan av det undre skiktet 36 är elektroden 35 anbringad. Spänningskällor, icke visade i figuren, är anslutna mellan elektroden 35 och elektroderna 32, 33 och 34 och alstrar ett elektriskt fält El, vilket i figuren visas mellan elektro- derna 32 och 35. Fältet E1 förändrar potentialerna i de utgående elektronvågledarna 26, 27 och 28 och styr ett elektronflöde i elektronvågledarna 22. Denna styrning sker på motsvarande sätt såsom beskrivits i anslutning till figurerna 1 - 5.

Ytterligare en utföringsform skall i korthet anges i anslutning till figur 8. Ett substrat 41 har elektronvàgledare 42 och -!> fr. 10 15 20 25 30 35 CO 12 69 Ä - elektronreservoarer 43-46. omfattar två ingående elektronvâgledare 47 och 48 vilka är förbundna med varsin av elektronreservoarerna, 43 respektive 44. Elektron- Elektronvågledarna vâgledarna 47 och 48 är förbundna med ett gemensamt anslut- ningsområde 49, till vilket också två utgående elektronvâgledare 50 och 51 är anslutna. Dessa båda elektronvâgledare förgrenar sig gaffelformat och är anslutna till varsin av elektronreservoarer- na, 45 respektive 46. Substratet 41 uppbär på sin övre yta elektroder 54-56, med vilka elektriska fält E11 respektive E21 kan alstras. Inkommande elektroner i endera av de inkommande elektronvâgledarna 47 eller 48 kan med hjälp av elektroderna 53- 56 omkopplas mellan de utgående elektronvâgledarna 50 och 51.

Omkopplaren i figur 8 är uppbyggd huvudsakligen på samma sätt som omkopplaren i figur 1 och fungerar analogt med denna. Skillnaden är endast att omkopplaren i figur' 8 har två ingångar. Det elektriska fältet E11 åstadkommer en asymmetri mellan de inkommande elektronvâgledarna 47 och 48. Det bör observeras att denna asymmetri kan läggas in permanent på ingångssidan, exempelvis genom att göra elektronvâgledarna 47 och 48 olika breda.

De ovan angivna omkopplarna är utförda i halvledarematerial. Det är emellertid möjligt att även andra materialtyper kan komma i fråga. En sådan materialtyp är elektriskt ledande polymerer.

Mesoskopiska komponenter'har flera fördelar framför konventionel- la elektroniska komponenter bland annat däri att de kräver små styrsignaler enligt ovan. Komponenterna kan omkopplas med låg energiutveckling, exempelvis några eV jämfört med 1000 eV för de hittills mest avancerade konventionella elektroniska komponenter- na vid rumstemperatur. Vidare medger den ballistiska transporten extremt snabba komponenter och omkoppling i THz-omrâdet förefal- ler ligga inom räckhåll. Den uppfinningsenliga omkopplaren har därutöver fördelar jämfört med kända mesoskopiska komponenter.

Den är digital,så som förklarats ovan, och den kan omkoppla elektroner med energier inom ett brett intervall.

Claims (7)

10 15 20 25 30 35 13 468 694 PATENTKRÄV

1. Kvantvågledande elektronisk omkopplare omfattande -ett substrat som uppbär elektronvågledare, -elektroder vid elektronvàgledarna för att alstra ett elektriskt fält i elektronvàgledarnas tvärriktning och - elektronreservoarer mellan vilka elektronvàgledarna sträcker sig, varvid elektronvàgledarna har en utsträckning i sin tvärriktning som är av samma storleksordning som en våglängd för en elektron- vågfunktion i elektronvàgledarna, k ä n n e t e c k n a d därav - att elektronvàgledarna (2;22;42) är anordnade gaffelformat med minst en ingående elektronvågledare (6;23;47,48) vilken i ett anslutningsområde (9;25;49) är ansluten till åtminstone två utgående elektronvågledare (7,8:26,27,28;50,5l), - att elektronvàgledarna (2:22;42) har en utsträckning (L1) i sin längdriktning som är högst av samma storleksordning som elektron- vågfunktionens (T) koherenslängd, - att den ingående och de (6,7,8:23,2s,27,2s;47,4s,5o,s1) elektronreservoarerna (3,4,5;24,29,30,3l:43,44,45,46), vilka är elektriskt isolerade från varandra och - att elektroderna (10,11;32,33,34,35) är anordnade åtminstone vid de utgående elektronvàgledarna (7,8;26,27,28;50,51), varvid, vid väsentligen enmodsutbredning av elektronvågfunktionen (2:22:42), det elektriskta fältet (E;E1;E21) passerar genom åtminstone en av de utgående elektron- utgående elektronvàgledarna är förbundna med varsin av (Y) i elektronvàgledarna vågledarna (7,8;26,27,28;50,51) och orsakar en fasmissanpassning av elektronvågfunktionen (T) så att elektroner i den ingående elektronvågledaren (6;23;47,48) kopplas till den av de utgående (7,8;26,27,28;50,51) som har en lägsta energetisk potential. elektronvàgledarna

2. Kvantvågledande elektronisk omkopplare omfattande -ett substrat som uppbär elektronvågledare, -elektroder vid elektronvàgledarna för att alstra ett elektriskt fält i elektronvàgledarnas tvärriktning och - elektronreservoarer mellan vilka elektronvàgledarna sträcker $> 0\ 10 15 20 25 30 35 CO 694 14 sig, varvid elektronvâgledarna har en utsträckning i sin tvärriktning som är av samma storleksordning som en våglängd för en elektron- vågfunktion i elektronvâgledarna, k å n n e t e c k n a d därav - att elektronvâgledarna (2;22;42) är anordnade gaffelformat med minst en ingående elektronvågledare (6:23:47,48) vilken i ett anslutningsområde (9;25;49) är ansluten till åtminstone två utgående elektronvågledare(7,8:26,27,28;50,51), - att den ingående och de elektronvâgledarna (6,7,8;23,26,27,28;47,48,50,51) är förbundna med varsin av elektronreservoarerna (3,4,5;24,29,30,31), vilka är elektriskt isolerade från varandra, - att elektroderna (10,1l:32,33,34,35:55,56) åtminstone vid de (7,8;26,27,28ï50,51), varvid, vid väsentligen flermodsutbredning av elektonvågfunk- tionen (Y), det elektriskta fältet (E:E1:E21) passerar genom de elektronvâgledarna (7,8;26,27,28;50,51) och förskjuter'bandgapsnivåer (Egl, Eg2, E3, E4) hos elektronvâgledarna (2), energinivå i utgående är anordnade utgående elektronvâgledarna åtminstone en av utgående så att elektroner med en ingående elektronvågledaren (6;23;47,48) relaxerar ned till lägre energinivâer och härvid kopplas till den av de utgående elektronvâgledarna (7,8:26,27,28;50,51) som har lägst energetisk potential. den ingående

3. Omkopplare enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e - t e c k n a d därav att den har minst två ingående elektron- vågledare (47,48).

4. Omkopplare enligt patentkrav 3, k ä n n e t e c k n a d därav att den ena av de ingående elektronvâgledarna (47,48) har större utsträckning i sin tvärriktning än den andra av de ingående elektronvâgledarna.

5. Omkopplare enligt patentkrav 1, 2,3 eller 4, k ä n n e - t e c k n a d därav att elektroderna (10,11;53,54,55,56) anordnade på substratets (1;41) ena sida vid de gaffelformat anordnade elektronvâgledarna (2:47,48,50,51). är VS m5* n _) 10 468 694 15

6. Omkopplare enligt patentkrav 1,2,3 eller 4, k ä n n e - t e c k n a d därav att elektroderna (32, 33, 34, 35) är anordnade på båda sidor av substratet (21) vid åtminstone en av de utgående elektronvågledarna (26, 27, 28).

7. Omkopplare enligt patentkrav 1 eller 2, k ä n n e t e c k - n a d därav att den har en ingående elektronvâgledare (6) och tvâ utgående elektronvâgledare (7,8) och att elektroderna (10,1l) är anordnade på substratets ( 1) ena sida på varsin sida om de utgående elektronvågledarna (10,11)