Brevet FR2656157A1 — publié le 19910621

Transistor à modulation de vitesse La présente invention se rapporte à un transistor à modulation de vitesse ayant un canal à grande vitesse et un canal à faible vitesse. La conductance G de canal d'un transistor à effet de champ est donnée, en général, par l'équation suivante: G = qnyeff ( 1) o q est la charge des porteurs, N est la densité des porteurs de charge, et peff est la mobilité effective des porteurs de charge. Généralement, la conductance de canal G est augmentée ou diminuée par modification d'une tension appliquée à une grille d'un transistor, afin qu'il serve de dispositif assurant les opérations marche-arrêt d'un courant source-drain La modification de la conductance de canal AG par rapport à la modification de la polarisation de grille àVg est donnée par l'équation suivante: âG = qànfieff + qnàpeff ( 2) Dans le transistor à effet de champ classique, la modification de la densité Qn des porteurs de charge du premier terme de l'équation ( 2) contribue à 4 G En conséquence, la vitesse de fonctionnement d'un dispositif dépend du temps de charge et de décharge des porteurs On ne peut donc envisager une vitesse élevée de moins de 1 picoseconde. En conséquence, un transistor à modulation de vitesse destiné à faire fonctionner un dispositif selon le second terme de l'équation ( 2) cidessus, à savoir la modification de la mobilité Apeff, a été proposé dans un document intitulé "Velocity-Modulation Transistor", Japanese Journal of Applied Physics, vol 21, No 6, juin 1982, pages 381 à 383. Le dispositif proposé ici comprend un canal A (ch A) dans lequel des porteurs de charge peuvent se déplacer à grande vitesse et un canal B (ch B) dans lequel des porteurs de charge peuvent se déplacer à faible vitesse, présentant des configurations de potentiel symétriques Deux grilles, à savoir une grille A et une grille arrière B sont respectivement prévues dans une partie supérieure du canal A (ch A) et une partie inférieure du canal B (ch B) afin que les porteurs puissent se déplacer entre les canaux. -2- Dans ce dispositif, la modulation de vitesse est obtenue en modifiant une polarisation de grille afin de modifier un canal dans lequel circulent les porteurs Dans ce cas, la vitesse de fonctionnement du dispositif est déterminée uniquement par le temps requis par les porteurs pour se déplacer entre les canaux, ce qui autorise une opération de commutation à une vitesse élevée, à savoir moins de 1 picoseconde. Cependant, la construction décrite ci-dessus présente les problèmes suivants. En premier lieu, la différence de vitesse des canaux A et B est due à la différence de la quantité d'impuretés contenues dans les canaux Cependant, la diffusion des porteurs due aux impuretés n'est efficace qu'à de faibles températures, c'est-à-dire à des températures inférieures à la température de l'azote liquide En conséquence, il y a peu de différence de vitesses à la température ambiante, si bien que le dispositif ne fonctionne pas à la température ambiante. En second lieu, les deux canaux ont des configurations de potentiel symétriques En conséquence, les deux grilles, à savoir la grille A et la grille arrière B, sont respectivement requises dans la partie supérieure du canal A (ch A) et dans la partie inférieure du canal B (ch B) afin que les porteurs puissent se déplacer entre les canaux. En troisième lieu, lorsque le dispositif est en marche, c'est-à-dire lorsque qu'un courant de régime stable IL circule dans le dispositif, l'état interne du dispositif est exactement le même que celui d'un transistor à mobilité électronique élevée ordinaire (ci-après appelé transistor HEMT), si bien que sa consommation d'énergie est la même que celle du transistor HEMT ordinaire En conséquence, à l'heure actuelle, on ne fabrique pas de transistor à modulation de vitesse présentant la construction décrite ci-dessus. La présente invention a pour objet de proposer un transistor à modulation de vitesse de type nouveau, qui est capable de fonctionner à la température ambiante. La présente invention a également pour objet de rendre possible -3l'exécution d'opérations, telles qu'une opération de marche-arrêt d'un dispositif, à l'aide d'une seule grille afin de simplifier la construction du dispositif. La présente invention a encore pour objet de proposer un dispositif dont la consommation d'énergie est sensiblement réduite. La présente invention a encore pour autre objet de permettre la commutation à une vitesse élevée, à savoir d'environ 0,1 picoseconde, qui est caractéristique d'un transistor à modulation de vitesse. Le transistor à modulation de vitesse selon la présente invention est caractérisé en ce qu'il comprend un substrat semiconducteur, une couche d'alimentation en électrons prévue sur le substrat susmentionné, un fil de puits quantique comprenant une couche de superréseaux dans le plan prévue sur la couche d'alimentation en électrons susmentionnée, une première couche de barrière prévue sur la couche de superréseaux dans le plan susmentionnée, un couche de puits quantique prévue sur la première couche de barrière susmentionnée, une seconde couche de barrière prévue sur la couche de puits quantique susmentionnée, une électrode de source et une électrode de drain qui établissent un contact ohmique avec une région formée sur la première couche de barrière susmentionnée, et une électrode de grille qui établit un contact de Schottky avec la seconde couche de barrière susmentionnée. Selon la présente invention, les vitesses des porteurs dans la couche de fil de puits quantique présentant une structure de superréseaux dans le plan et dans la couche de puits quantique diffèrent l'une de l'autre en raison d'une grande différence existant entre les énergies de sous-bandes les plus basses des deux couches Lorsque la largeur d'une couche de barrière entre superréseaux qui sépare le fil de puits quantique de la structure de superréseaux dans le plan est très importante, les porteurs sont confinés dans le fil de puits quantique, si bien que la vitesse des porteurs dans le canal de fil de puits quantique devient nulle ou approche sensiblement de zéro Ce phénomène se produit également à la température ambiante En conséquence, la différence de vitesse -4- entre les deux canaux de la couche de puits quantique et du fil de puits quantique comprenant la couche superréseaux dans le plan est accrue, ce qui autorise un fonctionnement à vitesse élevée même à la température ambiante. Le transistor à modulation de vitesse selon la présente invention est également caractérisé en ce qu'il comprend un substrat semiconducteur, une couche d'alimentation en électrons prévue sur le substrat susmentionné, un fil de puits quantique prévu sur la couche d'alimentation en électrons susmentionnée, une première couche de barrière prévue sur le fil de puits quantique susmentionné, une couche de puits quantique prévue sur la première couche de barrière susmentionnée, une seconde couche de barrière prévue sur la couche de puits quantique susmentionnée, une électrode de source et une électrode de drain qui établissent un contact ohmique avec une région formée sur la couche d'alimentation en électrons susmentionnée, et une électrode de grille qui établit un contact de Schottky avec la seconde couche de barrière susmentionnée. Selon la présente invention, les vitesses des porteurs dans la couche de fil de puits quantique et dans la couche de puits quantique diffèrent l'une de l'autre en raison d'une grande différence existant entre les énergies de sous-bandes les plus basses des deux couches. La vitesse des porteurs dans le canal du fil de puits quantique présentant une structure de fil quantique à une dimension est plus élevée que celle des porteurs de la couche de puits quantique jouant le rôle d'un canal à deux dimensions. En conséquence, il est possible d'obtenir un fonctionnement à vitesse élevée à la température ambiante. Les objets précédents ainsi que d'autres objets, caractéristiques, aspects et avantages de la présente invention seront mieux compris à la lecture de la description détaillée suivante de la présente invention, faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 est une vue en perspective avec arrachement partiel illustrant un transistor à modulation de vitesse selon un premier -5- mode de réalisation de la présente invention. La figure 2 est un diagramme des bandes d'énergie du transistor à modulation de vitesse illustré sur la figure 1 lorsqu'une polarisation de grille (Vg) est égale à zéro; La figure 3 est un diagramme des bandes d'énergie du transistor à modulation de vitesse illustré sur la figure 1 lorsqu'une polarisation de grille (Vg) est négative; La figure 4 est une vue en perspective avec arrachement partiel illustrant un transistor à modulation de vitesse selon un second mode de réalisation de la présente invention. La figure 5 est un diagramme des bandes d'énergie du transistor à modulation de vitesse illustré sur la figure 4 lorsqu'une polarisation de grille (Vg) est égale à zéro; La figure 6 est un diagramme des bandes d'énergie du transistor à modulation de vitesse illustré sur la figure 4 lorsqu'une polarisation de grille (Vg) est négative; La figure 7 est une vue en perspective avec arrachement partiel illustrant un transistor à modulation de vitesse selon un troisième mode de réalisation de la présente invention. La figure 8 est un diagramme des bandes d'énergie du transistor à modulation de vitesse illustré sur la figure 7 lorsqu'une polarisation de grille (Vg) est égale à zéro; La figure 9 est un diagramme des bandes d'énergie du transistor à modulation de vitesse illustré sur la figure 7 lorsqu'une polarisation de grille (Vg) est positive; La figure 10 est une vue en perspective avec arrachement partiel illustrant un transistor à modulation de vitesse selon un quatrième mode de réalisation de la présente invention. La figure 11 est un diagramme des bandes d'énergie du transistor à modulation de vitesse illustré sur la figure 10 lorsqu'une polarisation de grille (Vg) est égale à zéro; La figure 12 est un diagramme des bandes d'énergie du transistor à modulation de vitesse illustré sur la figure 10 lorsqu'une polarisation de grille (Vg) est positive; La figure 13 est un diagramme illustrant des caractéristiques -6- courant-tension d'un drain; Les figures 14, 15 et 16 sont des diagrammes typiques destinés à illustrer un exemple de la fabrication d'un fil de puits quantique utilisé dans la présente invention; et Les figures 17, 18 et 19 sont des diagrammes de bandes d'énergie au voisinage des canaux A et B. On va maintenant décrire un premier mode de réalisation de la présente invention en référence aux figures 1, 2 et 3. La figure 1 est une vue en perspective avec arrachement partiel illustrant la construction d'un transistor à modulation de vitesse selon la présente invention. Dans le transistor à modulation de vitesse selon la présente invention, une couche d'alimentation en électrons 2, qui se compose de Al Gs As de type N, un fil de puits quantique 3, comprenant une couche de superréseaux dans le plan constituée par des couches de barrières 31 composées de Al As et de fils quantiques 32 composés de Ga As, une première couche de barrière 8 composée de Al Ga As, une couche de puits quantique 9 a composée de Ga As et une seconde couche de barrière 10 composée de Al Ga As, sont stratifiés dans cet ordre sur un substrat Ga As 1, comme illustré sur la figure 1 En outre, une électrode de source 11 et une électrode de drain 13 sont formées et établissent un contact ohmique avec des régions de contact 18 et 19 composées de Ga As de type n+ , formées sur la couche de barrière 8 Une électrode de grille 12 est formée et établit un contact de Schottky avec la couche de barrière 10 Les fils quantiques 32 composés de Ga As dans la couche de fil de puits quantique inférieure 3 sont entourés par la couche d'alimentation en électrons 2 et la couche de barrière 8 qui sont composées de Al Ga As dans la direction z, et par les couches de barrières 31 composées de Al As dans la direction x En conséquence, des fils de puits quantiques à une dimension sont formés dans la direction perpendiculaire à la direction source-drain et jouent le râle de canaux B. D'autre part, la couche de puits quantique supérieure 9 a -7composée de Ga As est prise en sandwich entre les couches de barrières 8 et 10 composées de Al Ga As dans la direction z et jouent le rôle d'un canal de puits quantique A. La couche de puits quantique supérieure 9 a composée de Ga As sert de canal à grande vitesse A, et la couche de fil de puits quantique inférieure 3 comprenant le fil quantique Ga As sert de canaux à faible vitesse B. Les canaux décrits ci-dessus sont séparés par la couche de barrière 8 composée de Al Gs As, qui est relativement mince, et dans laquelle un effet tunnel peut se produire L'épaisseur du canal A est prévue plus grande que celle du canal B de façon à rendre l'énergie de sous-bande (énergie dans la sous-bande la plus basse), des porteurs dans le canal A inférieure à celle des porteurs du canal B, par exemple. Si l'épaisseur du canal A est prévue de façon à être supérieure à celle du canal B, l'énergie de sous-bande úA dans le canal A devient inférieure à l'énergie de sous-bande EB dans le canal B, comme l'illustrent les diagrammes de bandes d'énergie des figures 2 et 3. Sur les figures 2 et 3, l'épaisseur du canal A 9 a est de 150 A, l'épaisseur du canal B 32 est de 80 A, et l'épaisseur de la couche de barrière 8 composée de Al Ga As est de 70 A. Dans un état A o EA comme illustré sur la figure 3. A ce moment, les électrons sont répartis dans le canal B, comme représenté par O a De plus, la densité des porteurs est à peine modifiée, si bien que le courant source-drain diminue uniquement en raison des propriétés de faible vitesse du canal B. -8- Par ailleurs, la vitesse de la réponse du courant à la polarisation de grille dépend uniquement de la vitesse à laquelle les électrons se déplacent du canal A vers le canal B, si bien que l'on peut s'attendre à obtenir une vitesse sensiblement élevée d'environ 0,1 picoseconde De plus, un fonctionnement à vitesse élevée est effectué de manière analogue dans le cas o les électrons se déplacent du canal B vers le canal A pour accroître la valeur du courant par l'inversion de la polarisation de grille. Le fonctionnement du transistor à modulation de vitesse selon le premier mode de réalisation va être décrit plus en détail. Dans le canal B, les fils sont formés dans la direction perpendiculaire à la direction source-drain En conséquence, si la taille de la couche de barrière 31 séparant les fils de puits quantique 32 dans la direction x est très importante, les porteurs sont confinés dans les fils de puits quantique 32 En conséquence, la vitesse des porteurs dans le canal B devient nulle. D'autre part, dans le canal B, si la taille de la couche de barrière (couche Al As) 31 dans la direction x est petite, formant ainsi une minibande, les porteurs s'étendent d'une manière bidimensionnelle et la masse effective est accrue En conséquence, la vitesse des porteurs dans le canal B est sensiblement réduite. Ce qui précède vaut également à la température ambiante. En conséquence, la différence de vitesse des porteurs entre les canaux A et B devient importante, ce qui autorise un fonctionnement à vitesse élevée à la température ambiante. Un second mode de réalisation de la présente invention va être décrit en référence aux figures 4, 5 et 6. La figure 4 est une vue en perspective avec arrachement partiel illustrant un exemple de la construction d'un transistor à modulation de vitesse selon le second mode de réalisation de la présente invention. La couche de puits quantique 9 a jouant le rôle de canal A est constituée par une couche de Ga As uniforme dans le premier mode de réalisation, tandis qu'un fil de puits quantique 9 b composé de Ga As est constitué par des fils formés dans la direction parallèle à -g- la direction sourcedrain dans le second mode de réalisation, comme illustré sur la figure 4. En outre, les fils quantiques inférieurs 32 composés de Ga As jouent le rôle de canaux de fil de puits quantique à une dimension, B, perpendiculaires à la direction source-drain, comme décrit ci-dessus. D'autre part, le fil de puits quantique supérieur 9 b composé de Ga As est pris en sandwich entre les couches de barrières 8 et dans la direction z et est formé de manière à présenter une faible largeur de ligne, par exemple de plusieurs 100 A, à l'aide d'un traitement de haute précision, tel qu'une exposition avec interférence laser suivie d'une attaque chimique dans la direction y, et joue le rôle de canaux A de puits quantique à une dimension, parallèles à la direction source-drain. Les fils de puits quantique supérieurs 9 b sont utilisés en tant que canaux à vitesse élevée A, et les fils quantiques inférieurs 32 composés de Ga As, qui intersectent à angle droit le fil de puits quantique supérieur 9 b, servent de canaux à faible vitesse B Les canaux décrits cidessus sont séparés par la couche de barrière 8 qui est relativement mince, c'est-à-dire dans laquelle un effet tunnel peut se produire L'épaisseur du canal A est prévue plus grande que celle du canal B afin de rendre l'énergie de sous-bande (énergie dans la sous-bande la plus basse) des porteurs dans le canal A inférieure à celle des porteurs dans le canal B, par exemple. En outre, une largeur de ligne telle que les porteurs puissent s'étendre d'une manière unidimensionnelle lorsque le dispositif est à marche, c'està-dire inférieure à environ 500 A, n'est établie que pour le canal A. Par ailleurs, il est supposé que les largeurs de ligne des canaux A et B (la dimension du canal A dans la direction y, et la dimension du canal B dans la direction x) sont égales l'une à l'autre (par exemple, 150 A) Dans ce cas, l'énergie de sous-bande d'électrons dans le canal dépend de l'épaisseur du canal (dimension du canal dans la direction z). -10- Par exemple, lorsque l'épaisseur du canal A est prévue plus grande que celle du canal B, l'énergie de sous-bande CA dans le canal A devient plus petite que l'énergie de sous-bande p B dans le canal B, comme illustré dans les diagrammes de bandes d'énergie des figures 5 et 6. Sur les figures 5 et 6, l'épaisseur du canal A (couche Ga As de puits quantique 9 b) est de 150 A, l'épaisseur du canal B (couche Ga As 32) est de 80 A, et l'épaisseur de la couche de barrière 8 composée de Al Ga As est de 70 A. Ainsi, dans un état A o EA dans le canal A, comme représenté par OA sur la figure 5. A ce moment, si une tension est appliquée entre une source 11 et un drain 13, un courant plus important circule en raison des propriétés de vitesse élevée dans le canal A. Ensuite, si une tension négative est appliquée à une grille 12, il y a accroissement du potentiel dans la direction de la surface du dispositif, si bien que l'énergie de sous-bande Es dans le canal B devient inférieure à l'énergie de sous-bande úA dans le canal A, comme illustré sur la figure 6. A ce moment, les électrons sont répartis dans le canal B, comme représenté par O B De plus, la densité des porteurs est à peine modifiée, si bien que le courant source-drain diminue uniquement en raison des propriétés de faible vitesse du canal B. Par ailleurs, la vitesse de la réponse du courant à la polarisation de grille dépend uniquement de la vitesse à laquelle les électrons se déplacent du canal A vers le canal B, si bien que l'on peut s'attendre à obtenir une vitesse sensiblement élevée d'environ 0,1 picoseconde De plus, un fonctionnement à vitesse élevée est effectué de manière analogue dans le cas o les électrons se déplacent du canal B vers le canal A pour accroître la valeur du courant par l'inversion de la polarisation de grille. De plus, on obtient également une valeur de courant élevée à l'aide d'une faible polarisation source-drain en raison des propriétés de vitesse élevée du canal A En conséquence, le dispositif fonctionne en consommant une énergie sensiblement -1 1- moindre. Le fonctionnement du transistor à modulation de vitesse selon le second mode de réalisation de la présente invention va être décrit plus en détail. La vitesse des porteurs dans le canal A présentant une structure de fil quantique à une dimension est supérieure à la vitesse des porteurs dans un canal bidimensionnel à jonction hétérogène à dopage modulé d'un transistor HEMT ou analogue. D'autre part, dans le canal B, si la taille de la couche de barrière 31 séparant les fils de puits quantique (couches Ga As) 32 dans la direction x est très importante, les porteurs sont confinés dans les fils de puits quantique (couches Ga As) 32 En conséquence, la vitesse des porteurs dans le canal B devient nulle. D'autre part, dans le canal B, si la taille de la couche de barrière (couche Al As) 31 dans la direction x est petite, formant ainsi une minibande, les porteurs s'étendent d'une manière bidimensionnelle et la masse effective est accrue En conséquence, la vitesse des porteurs dans le canal B est sensiblement réduite. Ce qui précède vaut également à la température ambiante. En conséquence, la différence de vitesse des porteurs entre les canaux A et B devient importante, ce qui autorise un fonctionnement à vitesse élevée à la température ambiante. Ensuite, si la largeur de ligne du canal A (taille de la couche de Ga As 9 d dans la direction y) est égale à la largeur de ligne du canal B (taille de la couche de Ga As 32 dans la direction x), par exemple, l'énergie de sous-bande dans le canal (ÉA, úB: figures 5 et 6) dépend uniquement de l'épaisseur du canal (taille du canal dans la direction z) comme décrit ci-dessus. Lorsque l'épaisseur du canal A est prévue plus importante que celle du canal B, l'énergie de sous-bande úA des porteurs dans le canal A devient inférieure à l'énergie de sous-bande EB des porteurs dans le canal B, comme illustré sur la figure 5 En conséquence, les porteurs sont répartis dans le canal A à ce moment. Ici, MA désigne une fonction d'onde des porteurs dans le canal A, et I#AF désigne la répartition des porteurs. -12- Dans cet état, si une tension de polarisation est appliquée à l'électrode de grille 12, il y a augmentation du potentiel du côté de la surface du dispositif, si bien que l'énergie de sous-bande ÉB dans le canal B devient inférieure à l'énergie de sous-bande úA dans le canal A, comme illustré sur la figure 6 En conséquence, les porteurs sont répartis dans le canal B. Ici, OB désigne une fonction d'onde des porteurs dans le canal A, et J O 12 désigne la répartition des porteurs. Ainsi, les porteurs peuvent se déplacer entre les canaux par la seule électrode de grille 12 prévue sur la surface du dispositif. En conséquence, aucune grille arrière n'est requise. En outre, comme le montre la figure 13, la mobilité dans la conduction des porteurs à une dimension est plus importante que celle d'un système à deux dimensions, tel que le transistor HEMT. Aux basses températures, notamment, la mobilité est égale à environ fois celle d'un transistor HEMT et la vitesse de saturation est égale au double ou plus du double de celle du transistor HEMT En conséquence, dans le cas o un courant IL ayant la même valeur circule lorsque le dispositif est mis à marche, une tension source-drain VP 3 peut être rendue inférieure à celle d'un transistor HEMT ou analogue En conséquence, la consommation d'énergie est égale à environ un dizième de celle d'une structure HEMT ordinaire. Un troisième mode de réalisation de la présente invention va maintenant être décrit en référence aux figures 7, 8 et 9. La figure 7 est une vue en perspective avec arrachement partiel illustrant la construction d'un transistor à modulation de vitesse selon la présente invention. Dans le transistor à modulation de vitesse selon le présent mode de réalisation, une couche d'alimentation en électrons 2 composée de Al Ga As de type N, un fil de puits quantique 3, comprenant une couche de superréseaux dans le plan constituée par des couches de barrières 31 composées de Al As et de fils quantiques 32 composés de Ga As, une première couche de barrière 8 composée de Al Ga As, une couche de puits quantique 9 c composée de Ga As et une seconde couche de barrière 10 composée de Al Ga As, sont stratifiés dans cet -13- ordre sur un substrat Ga As 1, comme illustré sur la figure 7 En outre, une électrode de source 11 et une électrode de drain 13 sont formées et établissent un contact ohmique avec des régions de contact 18 et 19 composées de Ga As de type n+ , formées sur la couche d'alimentation en électrons 2 Une électrode de grille 12 est formée et établit un contact de Schottky avec la couche de barrière 10 Les fils quantiques inférieurs 32 composés de Ga As sont entourés par la couche d'alimentation en électrons 2 et la couche de barrière 8 qui sont composées de Al Ga As dans la direction z, et par les couches de barrières 31 composées de Al As dans la direction x En conséquence, des fils de puits quantiques à une dimension sont formés dans la direction parallèle à la direction source-drain et jouent le rôle de canaux A. D'autre part, la couche de puits quantique supérieure 9 c composée de Ga As est prise en sandwich entre les couches de barrières 8 et 10 composées de Al Ga As dans la direction z et jouent le rôle d'un canal de puits quantique à deux dimensions B. Les fils quantiques inférieurs 32 composés de Ga As servent de canaux à grande vitesse A, et la couche de puits quantique supérieure 9 c sert de canal à faible vitesse B. Les canaux décrits ci-dessus sont séparés par la couche de barrière 8 composée de Al Ga As, qui est relativement mince, et dans laquelle un effet de tunnel peut donc se produire L'épaisseur du canal A est prévue plus grande que celle du canal B de façon à rendre l'énergie de sous-bande (énergie dans la sous-bande la plus basse) des porteurs dans le canal A inférieure à celle des porteurs dans le canal B, par exemple. Si l'épaisseur du canal A est prévue de façon à être supérieure à celle du canal B, l'énergie de sous-bande c A dans le canal A devient inférieure à l'énergie de sous-bande LB dans le canal B, comme l'illustrent les diagrammes de bandes d'énergie des figures 8 et 9. Sur les figures 8 et 9, l'épaisseur du canal A 32 est de 150 A, l'épaisseur du canal B 9 c est de 80 A, et l'épaisseur de la couche -14- de barrière 8 composée de Al Ga As est de 70 A. Dans un état A o úA canal A, comme représenté par OA. A ce moment, si une tension est appliquée entre la source 11 et le drain 13, un courant important circule en raison des propriétés de vitesse élevée du canal A. Ensuite, si une tension positive est appliquée à la grille 12 il y a accroissement du potentiel dans la direction de la surface du dispositif, si bien que l'énergie de sous-bande EB dans le canal B devient inférieure à l'énergie de sous-bande ú dans le canal A, comme illustré sur la figure 9. A ce moment, les électrons sont répartis dans le canal B, comme représenté par O B De plus, la densité des porteurs est à peine modifiée, si bien que le courant source-drain diminue uniquement en raison des propriétés de faible vitesse du canal B. Par ailleurs, la vitesse de la réponse du courant à la polarisation de grille dépend uniquement de la vitesse à laquelle les électrons se déplacent du canal A vers le canal B, si bien que l'on peut s'attendre à obtenir une vitesse sensiblement élevée d'environ 0,1 picoseconde De plus, un fonctionnement à vitesse élevée est effectué de manière analogue dans le cas o les électrons se déplacent du canal B vers le canal A pour accroître la valeur du courant par l'inversion de la polarisation de grille. Le fonctionnement du transistor à modulation de vitesse selon le troisième mode de réalisation va être décrit plus en détail. La vitesse des porteurs dans le canal A présentant une structure de fil quantique à une dimension est supérieure à la vitesse des porteurs dans un canal bidimensionnel à jonction hétérogène à dopage modulé d'un transistor HEMT ou analogue. Le canal B comprend un canal bidimensionnel et, de cette manière, la vitesse des porteurs dans ce canal est bien plus faible que dans le cas d'un canal unidimensionnel. Un quatrième mode de réalisation de la présente invention va maintenant être décrit en référence aux figures 10, 11 et 12. La figure 10 est une vue en perspective avec arrachement partiel -15illustrant un exemple de la construction d'un transistor à modulation de vitesse selon le quatrième mode de réalisation de la présente invention. La couche de puits quantique 9 c jouant le rôle de canal B est constituée par une couche de Ga As uniforme dans le troisième mode de réalisation, tandis qu'un fil de puits quantique 9 d composé de Ga As est constitué par des fils formés dans la direction perpendiculaire à la direction source-drain dans le quatrième mode de réalisation, comme illustré sur la figure 10. Les fils quantiques inférieurs 32 composés de Ga As servent de canaux A de fil de puits quantique à une dimension, parallèles à la direction source-drain, comme décrit ci-dessus. D'autre part, le fil de puits quantique supérieur 9 d composé de Ga As est pris en sandwich entre les couches de barrières 8 et 10 dans la direction z et est formé suivant une ligne de faible largeur, par exemple de plusieurs 100 A, à l'aide d'un traitement de haute précision, tel qu'une séparation par faisceau ionique focalisé, et joue le rôle de canaux B de puits quantique à une dimension, perpendiculaires à la direction source-drain. Les fils de puits quantique constituant la couche de fil de puits quantique inférieure 32 sont utilisés en tant que canaux à vitesse élevée A, et les fils de puits quantique constituant la couche de fil de puits quantique supérieure 9 d composée de Ga As intersectant à angle droit les fils de puits quantique inférieurs 32 servent de canaux à faible vitesse B Les canaux décrits i-dessus sont séparés par la couche de barrière 8 qui est relativement mince, c'est-à-dire dans laquelle un effet tunnel peut se produire L'épaisseur du canal A est prévue plus grande que celle du canal B afin de rendre l'énergie de sous-bande (énergie dans la sous- bande la plus basse) des porteurs dans le canal A inférieure à celle des porteurs du canal B, par exemple. En outre, une largeur de ligne telle que les porteurs puissent s'étendre d'une manière unidimensionnelle lorsque le dispositif est mis en marche, c'est-à-dire inférieure à environ 500 A, n'est établie que pour le canal A. -16- Par ailleurs, il est supposé que les largeurs de ligne des canaux A et B (la dimension du canal A dans la direction y, et la dimension du canal B dans la direction x) sont égales l'une à l'autre (par exemple, 150 A) Dans ce cas, l'énergie de sous-bande d'électrons dans le canal dépend de l'épaisseur du canal (dimension du canal dans la direction z). Par exemple, lorsque l'épaisseur du canal A est prévue plus grande que celle du canal B, l'énergie de sous-bande EA dans le canal A devient inférieure à l'énergie de sous-bande _B dans le canal B, comme illustré dans les diagrammes de bandes d'énergie des figures Il et 12. Sur les figures 11 et 12, l'épaisseur du canal A (couche Ga As de puits quantique 32) est de 150 A, l'épaisseur du canal B (couche Ga As 9 d) est de 80 A, et l'épaisseur de la couche de barrière 8 composée de Al Ga As est de 70 A. Ainsi, dans un état A o úA dans le canal A, comme représenté par OA. A ce moment, si une tension est appliquée entre une source 11. et un drain 13, un courant important circule en raison des propriétés de vitesse élevée du canal A. Ensuite, si une tension positive est appliquée à une grille 12, il y a accroissement du potentiel dans la direction de la surface du dispositif, si bien que l'énergie de sous-bande Es dans le canal B devient inférieure à l'énergie de sous-bande úA dans le canal A, comme illustré sur la figure 12. A ce moment, les électrons sont répartis dans le canal B, comme représenté par O B De plus, la densité des porteurs est à peine modifiée, si bien que le courant source-drain diminue uniquement en raison des propriétés de faible vitesse du canal B. Par ailleurs, la vitesse de la réponse du courant à la polarisation de grille dépend uniquement de la vitesse à laquelle les électrons se déplacent du canal A vers le canal B, si bien que l'on peut s'attendre à obtenir une vitesse sensiblement élevée d'environ 0,1 picoseconde De plus, un fonctionnement à vitesse élevée est effectué de manière analogue dans le cas o les électrons -17- se déplacent du canal B vers le canal A pour accroltre la valeur du courant par l'inversion de la polarisation de grille. De plus, on obtient également une valeur de courant élevée à l'aide d'une faible tension source-drain en raison des propriétés de vitesse élevée du canal A En conséquence, le dispositif fonctionne en consommant une énergie sensiblement moindre. Le fonctionnement du transistor à modulation de vitesse selon le quatrième mode de réalisation de la présente invention va être décrit plus en détail. La vitesse des porteurs dans le canal A présentant une structure de fil quantique à une dimension est supérieure à la vitesse des porteurs dans un canal bidimensionnel à jonction hétérogène à dopage sélectif d'un transistor HEMT ou analogue. D'autre part, dans le canal B, si la taille de la couche de barrière séparant le fil de puits quantique (couche Ga As) 9 d dans la direction x est très importante, les porteurs sont confinés dans le fils de puits quantique (couche Ga As) 9 d En conséquence, la vitesse des porteurs dans le canal B devient nulle. D'autre part, dans le canal B, si la taille de la couche de barrière (couche Al As) dans la direction x est petite, formant ainsi une minibande, les porteurs s'étendent d'une manière bidimensionnelle et la masse effective est accrue En conséquence, la vitesse des porteurs est sensiblement réduite. Ce qui précède vaut également à la température ambiante. En conséquence, la différence de vitesse des porteurs entre les canaux A et B devient importante, ce qui autorise un fonctionnement à vitesse élevée à la température ambiante. Ensuite, si la largeur de ligne du canal A (taille de la couche de Ga As 32 dans la direction y) est égale à la largeur de ligne du canal B (taille de la couche de Ga As 9 d dans la direction x), par exemple, l'énergie de sous-bande dans le canal (f A, Es: figures 11 et 12) dépend uniquement de l'épaisseur du canal (taille du canal dans la direction z). Lorsque l'épaisseur du canal A est prévue plus importante que celle du canal B l'énergie de sous-bande úA dans le canal A devient -18- inférieure à l'énergie de sous-bande úB dans le canal B, comme illustré sur la figure 11 En conséquence, les porteurs sont répartis dans le canal A à ce moment. Ici, O A désigne une fonction d'onde des porteurs dans le canal A, et 1042 désigne la répartition des porteurs. Dans cet état, si une tension de polarisation est appliquée à l'électrode de grille 12, il y a augmentation du potentiel du côté de la surface du dispositif, si bien que l'énergie de sous-bande &B dans le canal B devient inférieure à l'énergie de sous-bande A dans le canal A, comme illustré sur la figure 12 En conséquence, les porteurs sont répartis dans le canal B. Ici, OB désigne une fonction d'onde des porteurs dans le canal B, et I O À 2 désigne la répartition des porteurs. Ainsi, les porteurs peuvent se déplacer entre les canaux par la seule électrode de grille 12 prévue sur la surface du dispositif. En conséquence, aucune grille arrière n'est requise. En outre, comme le montre la figure 13, la mobilité dans la conduction des porteurs à une dimension est plus importante que celle d'un système à deux dimensions, tel que le transistor HEMT. Aux basses températures, notamment, la mobilité est égale à environ fois celle d'un transistor HEMT et la vitesse de saturation est égale au double ou plus du double de celle du transistor HEMT En conséquence, dans le cas o un courant IL ayant la même valeur circule lorsque le dispositif est mis à marche, une tension source-drain VP 3 peut être rendue inférieure à celle d'un transistor HEMT ou analogue En conséquence, la consommation d'énergie est égale à environ un dizième de celle d'une structure HEMT ordinaire. Par ailleurs, la présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus et une combinaison de structures des canaux peut être modifiée Par exemple, le canal à vitesse élevée A situé sur la couche supérieure peut être constitué par un fil quantique à vitesse élevée et le canal à faible vitesse B situé sur la couche inférieure peut être constitué par une couche uniforme Au contraire, le canal à faible vitesse B situé sur la couche supérieure peut être constitué par une couche uniforme, et le -19- canal à vitesse élevée A situé sur la couche inférieure peut être constitué par un fil quantique à vitesse élevée Dans le cas du fil quantique à vitesse élevée, les fils sont formés dans la direction parallèle à la direction source-drain, et dans le cas du fil quantique à faible vitesse, les fils sont formés dans la direction perpendiculaire à la direction source-drain. En outre, le fil de puits quantique décrit ci-dessus peut être fabriqué conformément aux techniques suivantes. (a) Technique de formation de superréseaux dans le plan par croissance de cristaux, (b) technique faisant appel à un faisceau ionique focalisé pour la formation de couches de barrières par implantation d'ions Ga, (c) Technique de croissance de cristaux sélective faisant appel à un masque pour réaliser la croissance des cristaux au niveau d'une ouverture d'un film Si O 2 ou analogue, (d) technique de croissance de cristaux sélective faisant appel à un laser pour réaliser la croissance de cristaux uniquement sur une zone irradiée par laser, (e) technique de l'attaque chimique. Le fil de puits quantique situé sur la couche supérieure peut être réalisé à l'aide de toutes les techniques susmentionnées, tandis que le fil de puits quantique situé sur la couche inférieure peut être réalisé à l'aide des techniques (a) et (b) ci-dessus. Des exemples de combinaisons des canaux et techniques de fabrication décrites ci-dessus sont illustrés ci-dessous. ( 1) Cas dans lequel le canal situé sur la surface supérieure est constitué par un fil quantique à vitesse élevée et le canal situé sur la couche inférieure est constitué par un fil quantique à faible vitesse, Tableau 1 -20- ( 2) Cas dans lequel le canal situé sur la couche supérieure est constitué par un fil quantique à vitesse élevée et le canal situé sur la couche inférieure est constitué par une couche uniforme, Tableau 2 couche supérieure A B C D E couche inférieure Croissance des cristaux (MOCVD) ( 3) Cas dans lequel le canal situé sur la couche supérieure est constitué par une couche uniforme et le canal situé sur la couche inférieure est constitué par un fil quantique à faible vitesse, Tableau 3 couche supérieure Croissance des cristaux (MOCVD) couche inférieure A B I ( 4) Cas dans lequel le canal situé sur la couche supérieure est constitué par un fil quantique à faible vitesse et le canal situé sur la couche inférieure est constitué par un fil quantique à vitesse élevée, Tableau 4 couche supérieure B A B couche inférieure A B B j ( 5) Cas dans lequel le canal situé sur la couche supérieure est constitué par une couche uniforme et le canal situé sur la couche -21- inférieure est constitué par un fil quantique à vitesse élevée, Tableau 5 couche supérieure Croissance des cristaux (MOCVD) couche inférieure A B ( 6) Cas dans lequel le canal situé sur la couche supérieure est constitué par un fil quantique à faible vitesse et le canal situé sur la couche inférieure est constitué par une couche uniforme, Tableau 6 couche supérieure A B couche inférieure J Croissance des cristaux (MOCVD) La technique (a) de formation d'un fil de puits quantique comprenant des superréseaux dans le plan par croissance de cristaux, faisant appel aux techniques de fabrication décrites ci-dessus, va maintenant être décrite en référence aux figures 14, 15 et 16. Le fil de puits quantique comprenant des superréseaux dans le plan est formé, par exemple, à l'aide d'une technique MOCVD (Dépôt en phase gazeuse de composés organométalliques par procédé chimique), les conditions suivantes, à savoir une température de croissance de 600-C et une vitesse de croissance de 0,5 /s As H 3, Ga(C 2 H 5)3 et Al(C 2 H 5)3 sont utilisés comme gaz de matière, et les matières du groupe III sont fournis en alternance trois secondes à chaque fois. Comme le montre la figure 14, un cristal incliné de plusieurs degrés dans la direction 110 d'un plan Ga As 110 est utilisé comme cristal sousjacent 50 Comme le montre la figure 15, les atomes qui atteignent la surface du cristal croissent en séquence pour former un cristal par -22croissance dans le plan (croissance ligne par ligne) à partir de gradins sans formation d'un noyau bidimensionnel. Cette opération est répétée afin de former une couche de superréseaux dans le plan, composée de Al As 51 et de Ga As 52 dont la période est de 16 nm correspondant à des intervalles de gradin à partird'un substrat incliné suivant une angle de 1 @. En outre, bien que dans les exemples illustrés sur les figures 4 et 10, le fil quantique A situé sur la couche supérieure soit formé à l'aide de techniques de haute précision, telles que l'attaque chimique, il est également possible de faire appel à un procédé de formation de couches de barrières à l'aide de la technique utilisant un faisceau ionique focalisé, et un procédé de formation de canaux à l'aide d'une technique de croissance sélective. Par ailleurs, pour modifier les énergies de potentiel des électrons dans les canaux A et B, on connalt plusieurs procédés en plus du procédé de modification des épaisseurs de canaux tel que décrit ci-dessus Par exemple, les largeurs de ligne des canaux peuvent être modifiées, les épaisseurs des canaux restant les mêmes, auquel cas on obtient le même effet. En outre, les procédés suivants sont connus Par exemple, les matières des canaux A et B sont modifiées comme illustré sur la figure 17 Un puits de potentiel 26 réalisé en une matière présentant un intervalle de bande plus petit que celui du canal A est inséré dans la partie centrale du canal A, comme le montre la figure-18 Une barrière de potentiel 27 réalisée en une matière présentant un intervalle de bande plus grand que celui du canal B est insérée dans la partie centrale du canal B, comme le montre la figure 19. Sur les figures 17, 18 et 19, le canal A est indiqué par une couche de puits 22, et le canal B est indiqué par une couche de puits 24 Les couches de puits 22 et 24 sont toutes deux séparées par des couches de barrière 21, 23 et 25 Un exemple de combinaisons de matières permettant d'exécuter le procédé de modification des largeurs des canaux et les procédés illustrés sur les figures 17, 18 et f 9, est illustré sur le tableau suivant Les procédés décrits -23- ci-dessus et le procédé illustré sur le tableau suivant peuvent être combinés de manière efficace. Tableau 7 __substrat couche couche couche puits de barrière de de de potentiel de poten- barrière puits puits type tiel, type 21, 23, (canal A (canal B) insertion insertion 22 24 26 27 Ga As Al Ga As In Ga As Ga As (a) Ga As Alx Gal-x As Ga As Aly Gai-y As (x>y) In P In Al As In Ga As In Al Ga As Ga As Al Ga As Ga As, Ga As, Ga As, (b)In Ga As In Ga As In Ga As In P In Al As In Ga As In Ga As Ga As, In Ga As Ga As Al Ga As Ga As Ga As Al Ga As (c) In Ga As In Ga As n P In Al As In Ga As In Ga As In Al As L Bien que la présente invention ait été décrite et illustrée en détail, il est bien entendu que cette description n'a été faite qu'à titre illustratif et à titre d'exemple et qu'elle n'est pas censée limiter en aucune manière l'invention dont l'esprit et le cadre ne sont limités que par les revendications annexées. -24- REVENDICATIONS 1 Transistor à modulation de vitesse, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat semiconducteur ( 1); une couche d'alimentation en électrons ( 2) prévue sur ledit substrat ( 1); un fil de puits quantique ( 3) comprenant une couche de superréseaux dans le plan ( 31, 32) prévue sur ladite couche d'alimentation en électrons ( 2); une première couche de barrière ( 8) prévue sur ladite couche de superréseaux dans le plan ( 31, 32); une couche de puits quantique ( 9 a; 9 b) prévue sur ladite première couche de barrière ( 8); une seconde couche de barrière ( 10) prévue sur ladite couche de puits quantique ( 9 a; 9 b); une électrode de source ( 11) et une électrode de drain ( 13) qui établissent un contact ohmique avec une région ( 18, 19) formée sur ladite première couche de barrière ( 8); et une électrode de grille ( 12) qui établit un contact de Schottky avec ladite seconde couche de barrière ( 10). 2 Transistor à modulation de vitesse selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans ledit fil de puits quantique ( 3), des fils quantiques ( 32) à une dimension sont formés dans la direction perpendiculaire à la direction source-drain. 3 Transistor à modulation de vitesse selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite première couche de barrière ( 8) est formée suivant une épaisseur telle qu'un phénomène de tunnel se produise entre les deux canaux. 4 Transistor à modulation de vitesse selon la revendication 1, caractérisé en ce que les énergies de sous-bandes les plus basses des porteurs dans les canaux de ladite couche de puits quantique ( 9) et dudit fil de puits quantique ( 3) diffèrent les unes des autres. Transistor à modulation de vitesse selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite couche de puits quantique ( 9) présente une structure de fil de puits quantique à une dimension. -25- 6 Transistor à modulation de vitesse selon la revendication 5, caractérisé en ce que dans ladite couche de fil de puits quantique ( 9), des fils à une dimension sont formés dans la direction parallèle à la direction source-drain. 7 Transistor à modulation de vitesse selon la revendication 6, caractérisé en ce que les fils de la couche de puits quantique ( 9) et dudit fil de puits quantique ( 3) se coupent perpendiculairement les uns aux autres. 8 Transistor à modulation de vitesse selon la revendication 6, caractérisé en ce que ladite première couche de barrière ( 8) est formée suivant une épaisseur telle qu'un phénomène de tunnel se produise entre les deux canaux. 9 Transistor à modulation de vitesse selon la revendication 6, caractérisé en ce que la largeur du fil de puits quantique ( 3) est sélectionnée de façon à être approximativement égale à 500 A. Transistor à modulation de vitesse, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat semiconducteur ( 1); une couche d'alimentation en électrons ( 2) prévue sur ledit substrat ( 1); une couche de fil de puits quantique ( 3) prévue sur ladite couche d'alimentation en électrons ( 2); une première couche de barrière ( 8) prévue sur ladite couche de fil de puits quantique; une couche de puits quantique ( 9 c; 9 d) prévue sur ladite première couche de barrière ( 8); une seconde couche de barrière ( 10) prévue sur ladite couche de puits quantique; une électrode de source ( 11) et une électrode de drain ( 13) qui établissent un contact ohmique avec une région ( 18, 19) formée sur ladite première couche de barrière ( 8); et une électrode de grille ( 12) qui établit un contact de Schottky avec ladite seconde couche de barrière ( 10). 11 Transistor à modulation de vitesse selon la revendication 10, caractérisé en ce que dans ladite couche de fil de puits -26- quantique ( 3), des fils quantiques ( 32) à une dimension sont formés dans la direction parallèle à la direction source-drain. 12 Transistor à modulation de vitesse selon la revendication , caractérisé en ce que ladite première couche de barrière ( 8) est formée suivant une épaisseur telle qu'un phénomène de tunnel se produise entre les deux canaux. 13 Transistor à modulation de vitesse selon la revendication , caractérisé en ce que les énergies de sous-bandes les plus basses des porteurs dans les canaux de ladite couche de puits quantique et dudit fil de puits quantique diffèrent les unes des autres. 14 Transistor à modulation de vitesse selon la revendication , caractérisé en ce que ladite couche de puits quantique ( 9 c; 9 d) présente une structure de fil de puits quantique à une dimension. 15 Transistor à modulation de vitesse selon la revendication 14, caractérisé en ce que dans ladite couche de fil de puits quantique ( 9), des fils à une dimension sont formés dans la direction perpendiculaire à la direction source-drain. 16 Transistor à modulation de vitesse selon la revendication 14, caractérisé en ce que les fils de la couche de puits quantique et dudit fil de puits quantique se coupent perpendiculairement les uns aux autres. 17 Transistor à modulation de vitesse selon la revendication 14, caractérisé en ce que ladite première couche de barrière ( 8) est formée suivant une épaisseur telle qu'un phénomène de tunnel se produise entre les deux canaux. 18 Transistor à modulation de vitesse selon la revendication , caractérisé en ce que la largeur du fil de puits quantique ( 3) est sélectionnée de façon à être approximativement égale à 500 A.