(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
量子細線電子導波路での電子の伝導現象が量子力学的に支配される量子効果デバイスにおいて、
電子がバリステック伝導する第１量子細線電子導波路と、
前記第１量子細線電子導波路の一端に形成された電子供給領域と、
前記第１量子細線電子導波路の他端に形成された電子吸収領域と、
前記第１量子細線電子導波路の中央部に一端が連結され、前記第１量子細線電子導波路と一体に形成された第２量子細線電子導波路と、
前記第２量子細線電子導波路の他端に形成された電子制御領域と、
を備え、
前記電子制御領域には、前記第１量子細線電子導波路と第２量子細線電子導波路との連結部分の電位を制御するための電位が印加されることを特徴とする量子効果デバイス。
【請求項２】
前記請求項１に記載される量子効果デバイスにおいて、
前記電子吸収領域に印加される電位に比べて電子供給領域に低い電位が印加され、
前記電子吸収領域に印加される電位と電子供給領域に印加される電位との間の中間電位が前記電子制御領域に印加されることを特徴とする量子効果デバイス。
【請求項３】
前記請求項１又は請求項２に記載される量子効果デバイスにおいて、
前記第２量子細線電子導波路が第１電子細線電子導波路と同一層に形成され、かつ同一製造マスクで第１量子細線電子導波路の中央部に一体に形成されることを特徴とする量子効果デバイス。
【請求項４】
前記請求項１乃至請求項３に記載されるいずれかの量子効果デバイスにおいて、
前記第１量子細線電子導波路の中央部に連結された複数本の第２量子細線電子導波路が形成され、
複数本の第２量子細線電子導波路には各々電子制御領域が形成されることを特徴とする量子効果デバイス。
【請求項５】
前記請求項１乃至請求項４に記載されるいずれかの量子効果デバイスにおいて、
前記第１量子細線電子導波路の一端の電子供給領域及び他端の電子吸収領域がバリステック伝導領域の導波路幅に比べて大きい導波路幅で形成され、
前記第２量子細線電子導波路の他端の電子制御領域が同様にバリステック伝導領域の導波路幅に比べて大きい導波路幅で形成されることを特徴とする量子効果デバイス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は量子効果デバイスに関する。特に本発明は量子細線電子導波路での電子の伝導現象が量子力学的に支配される量子効果デバイスに関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電アハラノフボーム素子、スタブ型素子、ブラック反射素子等、量子波干渉デバイスの研究開発が行われている。
【０００３】
図１９に示すＡｌ  Ｇａ  Ａｓ  ／Ｇａ  Ａｓ  等のヘテロ接合を利用する代表的な量子効果デバイスにおいては陰極１３と陽極１５との間に電子流Ｉｐが発生する。この電子流Ｉｐの発生は制御電極１４で制御される。図１９中、符号９は陰極−制御電極間電源であり、端子間（電極間）に電圧Ｖｇが印加される。符号１０は陰極−陽極間電源であり、端子間（電極間）に電圧Ｖｐが印加される。この種の量子効果デバイスにおいてはヘテロ接合界面付近に形成される二次元電子ガス系の電子移動層に前記電子流Ｉｐが発生する。この結果、電子が散乱を受けずに電子の長距離の移動が可能ないわゆるバリステック（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ  ）伝導が得られる。バリステック伝導領域では電子の有効質量等を除くと真空中での電子の伝導現象に類似し、量子効果デバイスにおいて図２０及び図２１に示す真空管における三極管に類似したデバイス特性が得られる。つまり、量子効果デバイスにおいては、電子の運動が量子力学的に支配される領域でバリステック伝導している電子の速度が制御され、制御電極１４に充電電流及び洩れ電流が流入するだけなので、電流増幅率が１より大きい増幅機能が得られる。
【０００４】
前述のバリステック伝導領域での三極管の原理を直接応用した量子効果デバイスとしては図２２に示す構造が考えられる。この量子効果デバイスは電子導波路２１、ソース電極２２、ドレイン電極２４及びゲート電極２３で構成される。符号２５はゲート−ソース間電源であり、端子間（電極間）に電圧Ｖｇが印加される。符号２６はソース−ドレイン間電源であり、端子間（電極間）に電圧Ｖｄｓが印加される。
【０００５】
この量子効果デバイスの構造はＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ    Ｏｘｉｄｅ    Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ    Ｆｉｅｌｄ    Ｅｆｆｅｃｔ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ）の構造に類似する。従って、前述の各電極２２、２３及び２４にはＭＯＳＦＥＴの各電極と同一の名称が使用される。ＭＯＳＦＥＴでは反転層の厚さの変動で動作が制御される。これに対して、図２３に示すように量子効果デバイスではこのゲート電極２３下において電子導波路２１のポテンシャルの変調（ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）で動作が制御される。従って、量子効果デバイスの動作原理はＭＯＳＦＥＴの動作原理とは基本的に異なる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述の図２２に示す量子効果デバイスにおいては電子導波路２１のどの位置にゲート電極２３が配置されるかによってデバイス特性、特にソース−ドレイン間電流特性が大きく変動する。量子効果デバイスの製造において電子導波路２１、ゲート電極２３は各々別々の工程でかつ別々の製造マスクで形成され、マスク合わせずれが発生するので、デバイス特性の変動が回避できない。このため、量子効果デバイスの製造においては電子導波路２１を形成する製造マスクとゲート電極２３を形成する製造マスクとの間に極めて高い合わせ精度が要求される。ところが、バリステック伝導領域の長さがデバイス材料及び動作温度に制約される。従って、Ａｌ  Ｇａ  Ａｓ  ／Ｇａ  Ａｓ  等のヘテロ接合を利用する量子効果デバイスにおいて、液体窒素温度７７度Ｋ以上での動作を目的とする場合にはゲート電極２３のゲート長寸法が例えば１０ｎｍ程度に設定され、合わせずれ量（アライメント精度）が同程度のオーダになる。液体窒素温度以上での動作は液体ヘリウム温度での動作に比べて実用的であり、コストが安く、装置が簡素化できる。現在のところこのような微細な合わせ精度が確保できる技術が存在しないので、デバイス特性に変動がなく、しかも再現性が高い量子効果デバイスが得られない。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決することを課題としてなされたものであり、電流増幅機能を備え、デバイス特性が安定で再現性が高い量子効果デバイスを実現することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
このような目的を達成するために、請求項１に係る発明は、量子細線電子導波路での電子の伝導現象が量子力学的に支配される量子効果デバイスにおいて、電子がバリステック伝導する第１量子細線電子導波路と、前記第１量子細線電子導波路の一端に形成された電子供給領域と、前記第１量子細線電子導波路の他端に形成された電子吸収領域と、前記第１量子細線電子導波路の中央部に一端が連結され、前記第１量子細線電子導波路と一体に形成された第２量子細線電子導波路と、前記第２量子細線電子導波路の他端に形成された電子制御領域と、を備え、前記電子制御領域には、前記第１量子細線電子導波路と第２量子細線電子導波路との連結部分の電位を制御するための電位が印加されることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、前記請求項１に記載される量子効果デバイスにおいて、前記電子吸収領域に印加される電位に比べて電子供給領域に低い電位が印加され、前記電子吸収領域に印加される電位と電子供給領域に印加される電位との間の中間電位が前記電子制御領域に印加されることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、前記請求項１又は請求項２に記載される量子効果デバイスにおいて、前記第２量子細線電子導波路が第１量子細線電子導波路と同一層に形成され、かつ同一製造マスクで第１量子細線電子導波路の中央部に一体に形成されることを特徴とする。
【００１１】
請求項４に係る発明は、前記請求項１乃至請求項３に記載されるいずれかの量子効果デバイスにおいて、前記第１量子細線電子導波路の中央部に連結された複数本の第２量子細線電子導波路が形成され、複数本の第２量子細線電子導波路には各々電子制御領域が形成されることを特徴とする。
【００１２】
請求項５に係る発明は、前記請求項１乃至請求項４に記載されるいずれかの量子効果デバイスにおいて、前記第１量子細線電子導波路の一端の電子供給領域及び他端の電子吸収領域がバリステック伝導領域の導波路幅に比べて大きい導波路幅で形成され、前記第２量子細線電子導波路の他端の電子制御領域が同様にバリステック伝導領域の導波路幅に比べて大きい導波路幅で形成されることを特徴とする。
【００１３】
【作用】
請求項１及び請求項２に係る発明においては、バイポーラデバイス（バイポーラトランジスタ）又は三極管（真空管）の構造及び動作特性に類似した量子効果デバイスが構成される。量子効果デバイスの電子供給領域、電子吸収領域及び電子制御領域に印加される電位の制御で第２量子細線電子導波路に流れる電流に対して第１量子細線電子導波路に流れる電流が増幅できる。従って、電流増幅率が１を超え、しかも液体窒素温度７７度Ｋ以上室温程度までの範囲で動作する量子効果デバイスが実現できる。
【００１４】
請求項３に係る発明においては、１枚の製造マスクで第１及び第２量子細線電子導波路が形成されるので、量子効果デバイスの製造の際に双方の量子細線電子導波路の間に製造マスクの合わせずれに基づく位置ずれが防止できる。従って、デバイス特性にばらつきがなく、デバイス特性が安定した再現性の高い量子効果デバイスが実現できる。さらに、前記製造マスクの合わせずれを想定し確保される余裕寸法が不要にできるので、量子効果デバイスの微細化が実現できる。
【００１５】
請求項５に係る発明においては、第１量子細線電子導波路の一端の電子供給領域、他端の電子吸収領域、第２量子細線電子導波路の他端の電子制御領域のいずれの領域もバリステック伝導領域の抵抗値に比べて抵抗値が減少できる。各々の領域に電極を形成したときには双方の間に製造マスクの合わせずれに基づく位置ずれが発生する。この位置ずれで抵抗値が変動するが、抵抗値が変動する領域においては予め抵抗値が減少されているので抵抗値の総合的な変動の割合が減少できる。従って、デバイス特性のばらつきが減少されるので、デバイス特性が安定な量子効果デバイスが実現できる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の好適な実施例について、図面を用いて説明する。
【００１７】
実施例１
本実施例１は請求項１乃至請求項３に係る量子効果デバイスについて説明する。図１は量子効果デバイスの基本構造を示す。
【００１８】
図１に示すように、量子効果デバイスは、第１量子細線電子導波路１、第２量子細線電子導波路２、コレクタ電極（電子供給電極）３、ベース電極（電子制御電極）４及びエミッタ電極（電子吸収電極）５で構成される。図１中、符号７はコレクタ−エミッタ間電源であり、端子間（電極間）に電圧Ｖｃｅが印加される。符号８はベース−エミッタ間電源であり、端子間（電極間）に電圧Ｖｂｅが印加される。また、符号Ｉｃはコレクタ電流、符号Ｉｅはエミッタ電流、符号Ｉｂはベース電流である。
【００１９】
前記第１量子細線電子導波路１は例えばＡｌ  Ｇａ  Ａｓ  ／Ｇａ  Ａｓ  のヘテロ接合界面付近に形成される二次元電子ガス系の電子移動層で構成される。第１量子細線電子導波路１は図２に示すように例えば１０ｎｍ程度の導波路幅（細線）で構成され、バリステック伝導効果が得られる。また、第１量子細線電子導波路１の導波路長は例えば２８ｎｍで構成される。図１中、符号６はバリステック伝導領域を示す。
【００２０】
コレクタ電極３は第１量子細線電子導波路１の一端（コレクタ領域又は電子供給領域）に電気的に接続される。量子効果デバイスの製造プロセスにおいて、コレクタ電極３は第１量子細線電子導波路１の上層に形成される電極材料で形成される。エミッタ電極５は第１量子細線電子導波路１の他端（エミッタ領域又は電子吸収領域）に電気的に接続される。量子効果デバイスの製造プロセスにおいて、エミッタ電極５はコレクタ電極３と同一層の電極材料で形成される。
【００２１】
第２量子細線電子導波路２の一端は第１量子細線電子導波路１の中央部に連結される。第１量子細線電子導波路１及び第２量子細線電子導波路２で形成される平面形状はＴ字形状で構成される。第２量子細線電子導波路２の他端（ベース領域又は電子制御領域）はベース電極４に電気的に接続される。ベース電極４は前記コレクタ電極３及びエミッタ電極５と同一層の電極材料で形成される。
【００２２】
第２量子細線電子導波路２は第１量子細線電子導波路１と同一層つまりヘテロ接合界面付近の電子移動層で形成され、かつ一体に形成される。つまり、第１量子細線電子導波路１及び第２量子細線電子導波路２が同一製造工程において同時に形成でき、しかも同一の１枚の製造マスクにおいて形成できる。従って、基本的には第１量子細線電子導波路１の位置と第２量子細線電子導波路２の位置との間に発生する製造プロセスの際の製造マスク合わせずれが防止できる。
【００２３】
第２量子細線電子導波路２の導波路Ｗはバリステック伝導する長さ、つまり平均自由行程の長さよりも充分に小さく設定される。例えばＡｌ  Ｇａ  Ａｓ  ／Ｇａ  Ａｓ  のヘテロ接合界面付近に形成される二次元電子ガス系の電子移動層の両端に印加されるバイアス電圧が数十ｍＶ、温度が液体窒素温度に等しい７７度Ｋの条件下で約１００ｎｍの平均自由行程になる。従って、第２量子細線電子導波路２の導波路Ｗは前述の条件下において１００ｎｍ未満の寸法に設定される。また、第２量子細線電子導波路２の導波路長は例えば６ｎｍで構成される。
【００２４】
前記導波路Ｗが平均自由行程以下の寸法に設定された状態においてベース電極４に印加する電位を変化させると、バリステック伝導領域であって第１量子細線電子導波路１と第２量子細線電子導波路との連結部分（電子導波路分岐部）の電位が制御される。この電位の制御によって第１量子細線電子導波路１を流れる電子の速度が制御され、結果的にコレクタ−エミッタ間電流（Ｉｃ−Ｉｅ）が真空中と同様に制御できる。
【００２５】
前記導波路Ｗが平均自由行程よりも大きい寸法に設定された場合においては、電子の速度が電界強度に対して飽和傾向を示し、ゲート電極４の電位変化に対して真空中の電子とは異なった応答を示す。つまり、電流増幅機能が失われる。
【００２６】
なお、図２中、符号Ｉｂ１はベース電極４から供給される電流、符号Ｉｂ２はコレクタ−エミッタ間電流から分岐されベース電極４に流れる電流である。
【００２７】
この量子効果デバイスにおいては、各電極３、４及び５に印加するバイアス条件が適宜選択されると、三極管に類似した動作原理で電流増幅機能が発生し、バリステック伝導効果を利用したメソスコピック領域で動作が行われる。電流増幅率は１を超える。
【００２８】
具体的なバイアス条件としてはコレクタ電極３には低い電位（例えば負電位）が印加される。エミッタ電極５にはコレクタ電極３に印加される電位に比べて高い電位（例えば正電位）が印加される。ベース電極４にはコレクタ電極３に印加される電位とエミッタ電極５に印加される電位との間の中間電位が印加される。つまり、コレクタ−エミッタ間電圧（バイアス電圧）Ｖｃｅ及びベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅを適切に選択すれば、ベース電流Ｉｂ＝Ｉｂ１−Ｉｂ２の制御でコレクタ電流Ｉｃが増幅できる。
【００２９】
本実施例の量子効果デバイスにおいて、コレクタ電極３、ベース電極４及びエミッタ電極５の各電極名称はバイポーラデバイスの各電極名称と同一の名称を使用する。前記量子効果デバイスでは電流の担体が電子であるので、量子効果デバイスの動作原理はバイポーラデバイスの動作原理と基本的には異なる。しかし、ベース電流の変化に対してコレクタ電流が増幅する動作特性の点、及びバイアス条件の点が類似するので、前記量子効果デバイスの各電極名称はバイポーラデバイスの各電極名称と同一の名称を使用する。
【００３０】
また、本実施例の量子効果デバイスにおいて、「ベース」の用法はバイポーラデバイスの「ベース」の用法と同一で使用するが、「エミッタ」及び「コレクタ」の用法は逆に使用する。つまり、バイポーラデバイスにおいて電子を放出する電極（又は領域）が「エミッタ」、電子を供給する電極が「コレクタ」と呼ばれるが、量子効果デバイスは電子を放出する電極を「コレクタ」、電子を供給する電極を「エミッタ」と呼ぶ。回路上のバイアス法としてエミッタ接地法が使用されるので、バイアス法の類似点を優先した結果の用法である。
【００３１】
前記量子効果デバイスにおいては電流増幅機能が得られ、前述した三極管又はバイポーラデバイスの電流−電圧特性に類似する。ところが、図１６に示すように、同様なバイアス条件でも電子導波路が単なる抵抗体と見做される古典的なオームの法則で支配される領域においては電流増幅機能が得られない。図１６中、符号１６、１７及び１８は抵抗体である。また、半導体中での古典的な流体モデルの範疇においても電流増幅機能が得られない。つまり、前述の量子効果デバイスはバリステック伝導領域６を具備したので量子力学的に電流増幅機能が実現できる。電流増幅機能は固体中でのバリステック伝導効果が出現する領域、すなわち量子力学的に電子の伝導が支配される領域において得られる。一方、量子力学的に電子の伝導が支配される領域であっても、拡散領域では電流増幅機能が得られない。デバイスの大きさが電子がバリステック伝導する領域にあることが必要である。
【００３２】
なお、前述の電子導波路が単なる抵抗体と見做される古典的なオームの法則で支配される領域においては、次式で明らかな通り電流増幅率βが絶対値で１を超えない。なお、電流増幅率βはバイポーラデバイスで使用される電流増幅率ｈｆｅに相当する。
【００３３】
β（ｈｆｅ）＝ΔＩｃ／ΔＩｂ＝−Ｒｅ／（Ｒｃ＋Ｒｅ）    ＜    １
ここで、前記図１６中に示す抵抗体１６の抵抗値をＲｃ、電流をＩｃ、抵抗体１７の抵抗値をＲｂ、電流をＩｂ、抵抗体１８の抵抗値をＲｅ、及び電流をＩｅとする。
【００３４】
量子効果デバイスの特性のシュミレーション結果
次に、前記図２に示す解析モデル及び図３に示すポテンシャル分布に基づき前記量子効果デバイス中の電流分布を算出し、電流増幅率を算出した結果について説明する。
【００３５】
１．前提条件
（１）量子効果デバイスはＡｌ  Ｇａ  Ａｓ  及びＧａ  Ａｓ  を主体として構成される。
【００３６】
（２）第１量子細線電子導波路１及び第２量子細線電子導波路２はＡｌ  Ｇａ  Ａｓ  ／Ｇａ  Ａｓ  ヘテロ接合界面付近に形成される二次元電子ガス系の電子移動層で形成する。
【００３７】
（３）電子の有効質量は０．  ０６７ｍｏ  （ｍｏ  は自由電子の質量）、電極温度は７７度Ｋ、電子導波路中の位相緩和時間は１．  ０ｐｓｅｃ  、電極における位相緩和時間は０．  １ｐｓｅｃ  に設定する。
【００３８】
（４）図３に示すｅは電子の電荷である。
【００３９】
（５）量子効果デバイスの電流の流れはバイポーラデバイスの電流の流れと逆向きに定義する。
【００４０】
（６）第１量子細線電子導波路１において、導波路幅が１０ｎｍ、導波路長が２８ｎｍに設定される。
【００４１】
（７）第２量子細線電子導波路２において、導波路幅Ｗが１０ｎｍ、８ｎｍ及び６ｎｍのいずれかに設定され、導波路長が６ｎｍに設定される。
【００４２】
２．解析結果
（１）図４は、第２量子細線電子導波路２の導波路幅Ｗが１０ｎｍ、コレクタ−エミッタ間電圧（バイアス電圧）Ｖｃｅが２０ｍＶの場合において、ベース−エミッタ間電圧Ｖｂｅを０〜Ｖｃｅの間で変化させたときのコレクタ電流Ｉｃの特性を示す。図５は同一条件においてベース電流Ｉｂの特性を示す。図６は同一条件においてコレクタ電流Ｉｃに対する電流増幅率ｈｆｅ（β）の特性を示す（ｈｆｅ＝ｄＩｃ／ｄＩｂ：ただし、ここでｄは偏微分を表わす）。
【００４３】
図４乃至図６に示すように、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが２０ｍＶの場合には電流増幅率ｈｆｅが揺らいでいるが、この揺らぎは数値微分に使用した公式によるものであり、実際には電流増幅率ｈｆｅは滑らかな曲線を描くと考えられる。電流増幅率ｈｆｅの特性図及びコレクタ電流Ｉｃの特性図から、これらのバイアス条件では電流増幅率ｈｆｅの絶対値が１よりも大きな領域の範囲が狭く、電流増幅率ｈｆｅの絶対値が１よりも小さな領域の範囲が広い。結論的には、増幅素子としては不適当であると考えられる。
【００４４】
（２）図７は、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが５０ｍＶに設定され、その他の条件が前述と同一の場合において、コレクタ電流Ｉｃの特性を示す。図８は同一条件においてベース電流Ｉｂの特性を示す。図９は同一条件においてコレクタ電流Ｉｃに対する電流増幅率ｈｆｅの特性を示す。
【００４５】
図７乃至図９に示すように、これらのバイアス条件においては電流増幅率ｈｆｅが−２．  ５前後において比較的広い範囲で電流増幅機能が認められる。
【００４６】
（３）図１０は、コレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが８０ｍＶに設定され、その他の条件が前述と同一の場合において、コレクタ電流Ｉｃの特性を示す。図１１は同一条件においてベース電流Ｉｂの特性を示す。図１２は同一条件においてコレクタ電流Ｉｃに対する電流増幅率ｈｆｅの特性を示す。
【００４７】
図１０乃至図１２に示すように、これらのバイアス条件においては電流増幅率ｈｆｅが−２．  ０程度で電流増幅機能が存在する領域と電流増幅率ｈｆｅが２．  ０〜５．  ０程度で電流増幅機能が存在する領域との混在が認められる。
【００４８】
（４）前記解析結果（１）乃至解析結果（３）から量子効果デバイスの幾何学的パラメータ、電子構造的パラメータにおいては、Ｖｃｅ〜５０ｍＶ程度のバイアス条件で安定した電流増幅機能が得られると考えられる。このように量子効果デバイスにおいて幾何学的パラメータ等に対する電流増幅機能を出現させるには適切なバイアス条件が存在するものと考えられる。
【００４９】
（５）図１３乃至図１５は、第２量子細線電子導波路２の導波路幅Ｗを変化させた場合の電流増幅率ｈｆｅの特性を示す。図１３には導波路幅Ｗが６ｎｍの場合の電流増幅率ｈｆｅの特性を示す。図１４には導波路幅Ｗが８ｎｍの場合の電流増幅率ｈｆｅの特性を示す。図１５には導波路幅Ｗが１０ｎｍの場合の電流増幅率ｈｆｅの特性を示す。いずれの場合もコレクタ−エミッタ間電圧Ｖｃｅが５０ｍＶに設定される。
【００５０】
図１３乃至図１５に示すように、第２量子細線電子導波路２の導波路幅Ｗを変化させると電子状態（サブバンドのエネルギ準位の位置）が変化し、電子導波路分岐部に流入するベース電流Ｉｂ１及び電子導波路分岐部から流出するベース電流Ｉｂ２が変化し、電流増幅率ｈｆｅが変化すると考えられる。図１４に示す導波路幅Ｗが８ｎｍの場合、図１５に示す導波路幅Ｗが１０ｎｍの場合にはいずれもコレクタ電流Ｉｃに対して電流増幅率ｈｆｅが平坦な領域が存在する。ただし、電流増幅率ｈｆｅの値が−２．  ０〜−２．  ５であり、電流増幅率ｈｆｅの値としては小さい。一方、図１３に示す導波路幅Ｗが６ｎｍの場合には電流増幅率ｈｆｅの平坦性が悪くなるが、部分的に電流増幅率ｈｆｅの高い領域が存在する。
【００５１】
従って、応答に線形性が必要な用途には電流増幅率ｈｆｅの平坦性が高い量子効果デバイスを使用することが好ましい。一方、微弱な信号の増幅が必要な用途には電流増幅率ｈｆｅの高い領域が存在する量子効果デバイスを使用することが好ましい。
【００５２】
以上説明したように、本実施例の量子効果デバイスにおいて、以下の効果が得られる。
【００５３】
（１）量子効果デバイスのコレクタ電極３、エミッタ電極５及びベース電極４に印加される電位の制御で第２量子細線電子導波路２に流れるベース電流Ｉｂに対して第１量子細線電子導波路１に流れるコレクタ−エミッタ間電流Ｉｃ（又はＩｅ）が増幅できる。従って、電流増幅率ｈｆｅが１を超え、しかも液体窒素温度７７度Ｋ以上室温近くまでの範囲で動作する量子効果デバイスが実現できる。
【００５４】
（２）量子効果デバイスの製造プロセスにおいて、１枚の製造マスクで第１量子細線電子導波路１及び第２量子細線電子導波路２が形成されるので、双方の量子細線電子導波路の間に製造マスクの合わせずれに基づく位置ずれが防止できる。従って、デバイス特性にばらつきがなく、デバイス特性が安定した再現性の高い量子効果デバイスが実現できる。
【００５５】
（３）前記製造マスクの合わせずれを想定し確保される余裕寸法が不要にできるので、量子効果デバイスの微細化が実現できる。
【００５６】
実施例２
本実施例２は請求項４に係る量子効果デバイスについて説明する。この量子効果デバイスの構造を図１７に示す。
【００５７】
図１７に示すように、実施例２に係る量子効果デバイスにおいては、第１量子細線電子導波路１の中央部に複数本の第２量子細線電子導波路２が連結される。本実施例２において２本の第２量子細線電子導波路２が形成される。この２本の第２量子細線電子導波路２は第１量子細線電子導波路１を中心とし両側に各々配置された対称形状で形成される。すなわち、第２量子細線電子導波路２が第１量子細線電子導波路１と交差し、平面形状が十字形状で形成される。２本の第２量子細線電子導波路２には各々ベース電極４が電気的に接続される。
【００５８】
このように構成される量子効果デバイスにおいては前記実施例１に係る量子効果デバイスと同様な効果が得られる。
【００５９】
実施例３
本実施例３は請求項５に係る量子効果デバイスについて説明する。この量子効果デバイスの構造を図１８に示す。
【００６０】
図１８に示すように、実施例３に係る量子効果デバイスにおいては、第１量子細線電子導波路１の一端であるコレクタ領域及び他端であるエミッタ領域がバリステック伝導領域６の導波路幅に比べて大きい導波路幅で形成される。同様に、第２量子細線電子導波路の他端であるゲート領域が一端の連結部分の導波路幅（導波路幅Ｗはこの一端の連結部分で決まる）に比べて大きい導波路幅で形成される。
【００６１】
このように構成される量子効果デバイスにおいては、前記実施例１の量子効果デバイスで得られる効果の他に、以下の効果が得られる。
すなわち、第１量子細線電子導波路１の一端のコレクタ領域、他端のエミッタ領域、第２量子細線電子導波路２のゲート領域のいずれの領域もバリステック伝導領域６の抵抗値に比べて面積増加に基づき抵抗値が減少できる。各々の領域に電極３、４及び５を形成したときには双方の間に製造マスクの合わせずれに基づく位置ずれが発生する。この位置ずれで抵抗値が変動するが、抵抗値が変動する領域においては予め面積増加で抵抗値が減少されているので抵抗値の総合的な変動の割合が減少できる。従って、デバイス特性のばらつきが減少されるので、デバイス特性が安定な量子効果デバイスが実現できる。
【００６２】
なお、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々変更できる。
【００６３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電流増幅機能を備え、デバイス特性が安定で再現性が高い量子効果デバイスが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１に係る量子効果デバイスの構造図である。
【図２】前記量子効果デバイスの要部の構造図である。
【図３】前記量子効果デバイスのポテンシャル図である。
【図４】前記量子効果デバイスの特性を示す図である。
【図５】前記量子効果デバイスの特性を示す図である。
【図６】前記量子効果デバイスの特性を示す図である。
【図７】前記量子効果デバイスの特性を示す図である。
【図８】前記量子効果デバイスの特性を示す図である。
【図９】前記量子効果デバイスの特性を示す図である。
【図１０】前記量子効果デバイスの特性を示す図である。
【図１１】前記量子効果デバイスの特性を示す図である。
【図１２】前記量子効果デバイスの特性を示す図である。
【図１３】前記量子効果デバイスの特性を示す図である。
【図１４】前記量子効果デバイスの特性を示す図である。
【図１５】前記量子効果デバイスの特性を示す図である。
【図１６】増幅機能を説明するデバイスモデルの構造図である。
【図１７】本発明の実施例２に係る量子効果デバイスの構造図である。
【図１８】本発明の実施例３に係る量子効果デバイスの構造図である。
【図１９】従来の量子効果デバイスの構造図である。
【図２０】従来の量子効果デバイスの特性を示す図である。
【図２１】従来の量子効果デバイスの特性を示す図である。
【図２２】本発明がなされる先行技術として案出された量子効果デバイスの構造図である。
【図２３】前記量子効果デバイスのポテンシャル図である。
【符号の説明】
１  第１量子細線電子導波路
２  第２量子細線電子導波路
３  コレクタ電極
４  ベース電極
５  エミッタ電極
【図１】
0003579076.tif 000002
【図２】
0003579076.tif 000003
【図３】
0003579076.tif 000004
【図４】
0003579076.tif 000005
【図５】
0003579076.tif 000006
【図６】
0003579076.tif 000007
【図７】
0003579076.tif 000008
【図８】
0003579076.tif 000009
【図９】
0003579076.tif 000010
【図１０】
0003579076.tif 000011
【図１１】
0003579076.tif 000012
【図１２】
0003579076.tif 000013
【図１３】
0003579076.tif 000014
【図１４】
0003579076.tif 000015
【図１５】
0003579076.tif 000016
【図１６】
0003579076.tif 000017
【図１７】
0003579076.tif 000018
【図１８】
0003579076.tif 000019
【図１９】
0003579076.tif 000020
【図２０】
0003579076.tif 000021
【図２１】
0003579076.tif 000022
【図２２】
0003579076.tif 000023
【図２３】
0003579076.tif 000024