Brevet FR2611305A1 — publié le 19880826

"CIRCUIT COMPORTANT DES LIGNES CONDUCTRICES POUR LE TRANSFERT DE SIGNAUX RAPIDES'. La présente invention concerne un circuit compor- tant des lignes conductrices pour le transfert de signaux ra- pides. Des circuits comportant des lignes conductrices pour le transfert de signaux rapides sont couramment utilisés et connus en soi. En effet tout matériau conducteur permet de véhiculer des signaux, que ceux-ci soient à faible vitesse ou à grande vitesse. Cependant lorsque lesdits signaux comportent des flancs de montée très raides, un grave inconvénient appa- rait, le matériau conducteur de par sa résistance R et sa ca- pacité C va intégrer les flancs de montée selon la constante de temps RC, c'est-à-dire que les flancs seront "avachis" et que de plus un retard sera imposé à la circulation des si- gnaux. En outre, des progrès technologiques considérables sont réalisés dans la conception et la réalisation des circuits et dispositifs électroniques actuels, les temps d'accès à ces circuits dispositifs sont de plus en plus réduits et leurs vi- tesses de fonctionnement de plus en plus élevées. Pour ne pas compromettre de tels avantages, il est donc essentiel que les lignes conductrices accédant aux entrées et sorties de ces dits circuits et dispositifs soient capables d'assurer la transmission des signaux avec une extrême célérité et sans dé- formation. La présente invention propose un moyen efficace pour éviter l'inconvénient précité. Pour cela et dans le but d'autoriser à des trans- missions et des fonctionnements de circuits ultra-rapides, le circuit comportant des lignes conductrices pour le transfert de signaux rapides est remarquable en ce qu'il est réalisé en matériau semi-conducteur présentant un gaz de porteurs 2 - électroniques à deux dimensions, matériau semi-conducteur créé à partir de l'empilement de couches d'un matériau à faible bande interdite et d'un matériau à plus grande bande interdite (ou réciproquement), le gaz à deux dimensions étant situé à l'interface de ces deux couches, circuit pour lequel, pour un choix convenable de température et de champ magnétique, la conduction devient quasi-idéale (supraconduction). Ainsi dans des conditions de température et de champ magnétique prédéter- minées le matériau dudit circuit est rendu supraconducteur, la résistance longitudinale des lignes conductrices devenant quasi-nulle, la conduction est quasi-idéale c'est-à-dire que les signaux appliqués à ces lignes peuvent se propager prati- quement à la vitesse de lumière dans le milieu considéré. De ce fait, les retards et déformations de signaux constatés lors de la propagation de ceux-ci dans des matériaux conducteurs traditionnels sont supprimés et les circuits ou dispositifs électroniques ultra-rapides peuvent alors être potentiellement utilisés sans limitation de leurs performances. En outre, il est important de souligner que le cir- cuit selon l'invention utilisé dans les conditions précitées bénéficie d'un autre avantage capital. En effet il a été cons- taté lors d'expériences en laboratoire que la résistance transversale de chacune des lignes conductrices tend vers l'infini ce qui signifie que toute ligne conductrice est par- faitement isolée de son environnement. La description suivante en regard du dessin annexé, le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure unique représente une structure possible du matériau du circuit en coupe transversale. Le matériau doit présenter un gaz de porteurs élec- troniques (électrons ou trous) à deux dimensions, il est réa- lisé à partir de l'empilement de couches d'un matériau à fai- ble bande interdite et d'un matériau à plus grande bande interdite (ou réciproquement). Le gaz bidimensionnel est situé à l'interface de ces deux couches et la présence de ce gaz - 3 - rend le matériau semi- conducteur. Une grande variété de matériaux et notamment les matériaux III-V (convenant particulièrement à cette application) incluant leurs alliages ternaires et quaternaires autorise à un grand nombre de combinaisons desdits matériaux. Selon une réalisation préférée du circuit selon l'invention le choix s'est porté sur une combinaison du type AlGaAs/GaAs. Cependant, il est bien évident que ce choix n'est pas limitatif, d'autres combinaisons pourraient parfaitement convenir telles que par exemple: InP/GaInAs GaAs/GaInAs AlGaInAs/GaInAs AlInAs/GaInAs GaInP/GaAs etc... Ainsi sur la figure est représentée en coupe trans- versale la structure épitaxiale du circuit comportant les lignes conductrices. La structure épitaxiale est obtenue sur une couche 1 de substrat de GaAs semi-isolant dopé chrome, elle est cons- tituée d'une couche 2 de AlGaAs non dopé d'épaisseur L2 (0,5pm (50A rencé G2D est localisé à l'hétérojonction des couches 3 et 4. Les épaisseurs des couches 4 et 5 ainsi que le dopage de la couche 5 sont choisis de sorte que la densité d'électrons du gaz à deux dimensions n2D soit de l'ordre de 3.1011cm-2. Cette densité d'électrons correspond à l'obtention du plateau de Hall correspondant au deuxième sous-niveau de Landau du gaz bidimensionnel rempli pour un champ magnétique B dont l'induction est inférieure à 7 Teslas, l'effet étant ob- tenu pour ce plateau (le champ magnétique étant appliqué -4perpendiculairement aux lignes conductrices). Il est entendu que la présente invention peut s'étendre à des concentrations de gaz plus élevées ainsi qu'à des plateaux de Hall obtenus à des champs plus intenses. D'autre part afin d'obtenir une conduction quasi-idéale, en combinaison avec les autres caractéristiques la température est maintenue basse. Dans l'exemple de réalisa- tion choisi, elle était de l'ordre de quelques *K (4,2 K). De tels effets sont clairement décrits dans un cer- tain nombre d'ouvrages ou de publications, par exemple par H.L Stormer dans *Surface Science 142" (ELSEVIER, 1984) Novel Physics in two dimensions, pages 130 à 146, en particulier page 137 paragraphe 3.3. A partir du matériau ainsi obtenu, il est possible de réaliser des lignes conductrices de forme quelconque et ceci suivant plusieurs procédés connus: - par implantation ionique (par exemple de Bore, d'Hydrogène...) en dehors des lignes conductrices pour rendre le matériau non conducteur (ou à conduction 3 dimensions) - par implantation ionique et recuit en dehors des lignes conductrices (destruction partielle) - par diffusion localisée en dehors des lignes conductrices - par décapage chimique ou ionique etc... En fait, il est procédé à une destruction totale ou partielle du matériau en dehors des lignes pour ne laisser subsister que les lignes désirées. Un tel circuit comportant des lignes conductrices est aisé à réaliser, il trouve particulièrement et avantageusement bien sa place dans de nouvelles applications, notamment dans la mise en oeuvre d'un super ordinateur, o il est trouvé naturellement l'environnement (champ magnétique, basse température) nécessaire à l'obtention de l'effet supra- conducteur. - REVENDICATIONS 1. Circuit comportant des lignes conductrices pour le transfert de signaux rapides caractérisé en ce qu'il est réa- lisé en matériau semi-conducteur présentant un gaz de porteurs électroniques à deux dimensions, matériau semiconducteur créé à partir de l'empilement de couches d'un matériau à faible bande interdite et d'un matériau à plus grande bande interdite (ou réciproquement), le gaz à deux dimensions étant situé à l'interface de ces deux couches, circuit pour lequel, pour un choix convenable de température et de champ magnétique, la conduction devient quasi-idéale (supraconduction). 2. Circuit comportant des lignes conductrices selon la revendication 1 caractérisé en ce que la résistance transversale des lignes conductrices tend vers l'infini isolant ainsi lesdites lignes conductrices de leur environnement.