Квантовый интерференционный полевой транзистор

 

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при обработке малых управляющих электрических сигналов в качестве усилительного или ключевого элемента. Цель изобретения - упрощение конструкции квантового интерференционного полевого транзистора. Транзистор выполнен на многослойной эпитаксиальной структуре n-GаАs-GаАlАs-nGаАs, расположенной на подложке из арсенида галлия, и содержит области истока, стока и затвора с барьером Шоттки. Барьерный слой GaAlAs представляет собой совокупность кластеров по составу, упорядоченных в регулярную структуру в направлении (110), колинеарном оси каналов транзистора, и является синхронизирующим слоем, так что образование электронной волны в каналах осуществляется посредством синхронизации электронов сверхрешеткой из вышеуказанных узкозонных кластеров GaAs. Управление фазовыми соотношениями электронных волн осуществляется подачей управляющего напряжения на электрод подложки или электрод затвора либо осуществляется изменением магнитного поля, имеющего ненулевую проекцию вектора магнитной индукции в плоскости каналов транзистора. 1 ил.

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано в цифровой технике при обработке малых управляющих электрических сигналов в качестве усилительного или ключевого элемента. Цель изобретения упрощение конструкции квантового интерференционного полевого транзистора. На чертеже изображен предлагаемый транзистор, вертикальный разрез. Он сформирован на многослойной эпитаксиальной структуре n-GaAs-GaAlAs-nGаАs на подложке 1 арсенида галлия, например, р-типа проводимости и содержит области истока 2, стока 3 и затвора 4, выполненные по стандартной технологии транзисторов с затвором Шоттки. При этом барьерный слой 5 GaAIAs представляет собой совокупность кластеров по составу, упорядоченных в регулярную структуру в направлении (110), колинеарном оси каналов cлоев 6 и 7 транзистора, и является синхронизирующим слоем (слоем, "фазирующим" электроны), так что образование электронной волны в каналах транзистора осуществляется посредством синхронизации электронов сверхрешеткой из вышеуказанных узкозонных кластеров GaAs. Управление фазовыми соотношениями полученных электронных волн в каналах транзистора осуществляется подачей управляющего напряжения на электрод подложки 8 или электрод затвора Шоттки либо осуществляется изменением магнитного поля, имеющего не нулевую проекцию вектора магнитной индукции в плоскости каналов слоев 6, 7 транзистора. Транзистор работает в качестве ключевого элемента следующим образом. Сток 3 соединяется с земляной шиной (не показана), на исток 2 подается напряжение положительной полярности относительно стока 3, на электрод затвора 4 подается управляющее напряжение. Перенос электронов осуществляется по каналам в эпитаксиальных слоях 6 и 7, вдоль синхронизирующего барьерного слоя 5. Слой 5, представляющий сверхрешетку с периодом порядка длины волны де Бройля 80 150 , синхронизует электроны, протекающие в каналах, так что указанные совокупности каждого из каналов становятся эквивалентными плоским волнам с постоянными распространениями . Сдвиг фаз электронных волн осуществляется посредством изменения постоянной распространения электронной волны, распространяющейся по верхнему каналу слой 6, при подаче на электрод затвора 4 либо подложки 8 управляющего напряжения. Так как ток стока определяется квадратом модуля результирующей волновой функции, то изменение фазовых соотношений приводит к изменению тока стока. Таким образом, закрытому состоянию транзистора соответствует сдвиг фаз, кратный π/2, а открытому сдвиг фаз, кратный p. Связь между изменением фазовых соотношений и разности величин управляющих напряжений на затворе 4 определяется электрофизическими параметрами слоев 6 и 7 и их толщинами. Транзистор может быть изготовлен следующим способом. Эпитаксиальные слои структуры могут быть получены в одном процессе МОС-гидридным катодом в системе GаАs-АlAs в присутствии кислородосодержащих соединений. При этом величина концентрации кислорода достигает 10¹⁸ - 10²⁰ см^-3, температура роста 580-700^oС, а средняя мольная доля арсенида алюминия в слое GaAlAs не должна превышать 0,4. Ввод и регулирование кислорода могут осуществляться либо изменением точки росы транспортного газа в диапазоне 60 80^oС, либо использованием в качестве легирующей примеси эфиратов галлия (кислородосодержащей органики). В случае концентраций кислорода в пленке, меньших 10¹⁸ см^-3, кластерирование состава не наблюдается. В случае концентраций кислорода, превышающих 10²⁰ см^-3, наблюдается oбразование оксидов алюминия, что приводит к резкому ухудшению структурного совершенства пленки твердого раствора GaAlAs. В случаях температур, меньших 580^oС, наблюдается также резкое ухудшение структурного совершенства пленки твердого раствора: появляется множество дефектов "ямочного" типа и поликристаллических включений в пленку. В случае температур, превышающих 700^oС, исчезает кластерирование состава пленки, что, в частности, регистрируется в процессе исследований спектров при катодолюминесценции пленок. При превышении средней мольной доли АlАs в пленке величины 0,4 наблюдается резкое нарушение регулярности, в расположении кластеров в матрице (по результатам электронно-микроскопических и электронно-графических исследований), что как показывают исследования спектров микрокатодолюминесценции вызвано практически непрерывным спектром составов кластеров в пленке. Таким образом, в указанных условиях роста наблюдается самопроизвольное кластерирование состава выращенной пленки твердого раствора GaAlAs так, что выращенный слой является изолирующим и представляет собой совокупность кластеров по составу, в которой неизменно содержатся узкозонные кластеры GaAs в широкозонной матрице Ga_1-xAl_xAs. При этом кластеры имеют анизотропную форму и упорядочены в регулярную структуру с периодом регулярности 80-100 в направлениях (110) и (001). Таким образом, конструкция транзистора существенно более проста по сравнению с прототипом, так как в ней отсутствуют элементы, получаемые с использованием прецизионных процессов травления "мез" с субмикронными линейными размерами, и выполняется она полностью в рамках планарной технологии. Что же касается необходимости в наличии указанной сверхрешетки, то получается она автоматически с использованием мобильной ростовой МОС-гидридной технологии с указанными выше режимами роста. Транзистор может быть использован также для решения метрических задач, например обратной задачи определения периода регулярности решетки.

Формула изобретения

Квантовый интерференционный полевой транзистор, содержащий подложку из арсенида галлия с кристаллографической ориентацией (001) с последовательно расположенными на ней каналами в виде слоев арсенида галлия n-типа проводимости с барьерным слоем GaAlAs между ними и сформированные на подложке контакты стока, истока и затвора, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции, барьерный слой выполнен в виде совокупности кластеров, образующих в кристаллографических направлениях (110) и (001) регулярную структуру с периодом, равным 1 3 длинам волн де Бройля, и имеющую толщину а каналы ориентированы вдоль кристаллографического направления (110).

РИСУНКИ

Рисунок 1

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Номер и год публикации бюллетеня: 10-2002

Извещение опубликовано: 10.04.2002        

---