ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ДВУНАПРАВЛЕННЫЙ ЧЕТЫРЕХКОНТАКТНЫЙ КОММУТАТОР НА ОСНОВЕ КОМПЛЕМЕНТАРНЫХ КВАНТОВЫХ ОБЛАСТЕЙ Российский патент 2007 года по МПК H01L27/105 

Изобретение относится к области вычислительной техники и интегральной электроники, а более конкретно - к интегральным коммутирующим элементам СБИС.

Известен интегральный элемент на полевых транзисторах Шоттки n- и p-типа (см. United States Patent 4554569. Tove Per-Arne (Malma Ringvag 36, S-752 46 Uppsala, SE); Bohlin Kjell (Fank.ang.lsgatan 23, S-754 47 Uppsala, SE); Stolt Lars (Flogstavagen 59E, S-752 63 Uppsala, SE); Norde Herman (Studentvagen 22, S-752 34 Uppsala, SE) "Integrated electron circuits having Schottky field effect transistors of P- and N-type", November 19, 1985), содержащий полуизолирующую GaAs-подложку, первую управляющую металлическую шину, вторую управляющую металлическую шину, первую двунаправленную металлическую шину, вторую двунаправленную металлическую шину, GaAs-область второго типа проводимости, расположенную на полуизолирующей GaAs-подложке, GaAs-область первого типа проводимости, расположенную на полуизолирующей GaAs-подложке, причем первая управляющая металлическая шина расположена на GaAs-области второго типа проводимости и образует с ней переход Шоттки, вторая управляющая металлическая шина расположена на GaAs-области первого типа проводимости и образует с ней переход Шоттки, первая двунаправленная металлическая шина расположена на GaAs-области второго типа проводимости и GaAs-области первого типа проводимости и образует с ними омические контакты, вторая двунаправленная металлическая шина расположена на GaAs-области второго типа проводимости и GaAs-области первого типа проводимости и образует с ними омические контакты.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками, являются полуизолирующая GaAs-подложка, первая управляющая металлическая шина, вторая управляющая металлическая шина, первая двунаправленная металлическая шина, вторая двунаправленная металлическая шина.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограничение времени переключения элемента временем пролета электронами и дырками пролетных расстояний между контактами первой и второй двунаправленных металлических шин, ограничение подвижности носителей эффектом рассеяния на ионах легирующих примесей, отсутствие функциональной интеграции.

Функциональным аналогом заявляемого объекта является интегральный двунаправленный транзисторный ключ на комплементарных МДП-транзисторах (см. Преснухин Л.Н., Воробьев Н.В., Шишкевич А.А. Расчет элементов цифровых устройств. - М.: Высш. школа, 1982. - 384 с., фиг.3.77, с.181), содержащий первую управляющую металлическую шину, вторую управляющую металлическую шину, первую двунаправленную область второго типа проводимости, первую двунаправленную область первого типа проводимости, первую двунаправленную металлическую шину, соединенную с первой двунаправленной областью второго типа проводимости и первой двунаправленной областью первого типа проводимости, вторую двунаправленную область второго типа проводимости, вторую двунаправленную область первого типа проводимости, вторую двунаправленную металлическую шину, соединенную со второй двунаправленной областью второго типа проводимости и второй двунаправленной областью первого типа проводимости, области разделительного диэлектрика, области тонкого диэлектрика, полупроводниковую подложку первого типа проводимости, расположенную в ней область кармана второго типа проводимости, металлическую шину питания, соединенную с областью кармана второго типа проводимости, металлическую шину нулевого потенциала, соединенную с полупроводниковой подложкой первого типа проводимости, причем первая управляющая металлическая шина отделена от полупроводниковой подложки первого типа проводимости первой областью тонкого диэлектрика, вторая управляющая металлическая шина отделена от области кармана второго типа проводимости второй областью тонкого диэлектрика, первая и вторая двунаправленные области второго типа проводимости расположены в полупроводниковой подложке первого типа проводимости, первая и вторая двунаправленные области первого типа проводимости расположены в области кармана второго типа проводимости.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками, являются первая управляющая металлическая шина, вторая управляющая металлическая шина, первая двунаправленная область второго типа проводимости, первая двунаправленная область первого типа проводимости, первая двунаправленная металлическая шина, соединенная с первой двунаправленной областью второго типа проводимости и первой двунаправленной областью первого типа проводимости, вторая двунаправленная область второго типа проводимости, вторая двунаправленная область первого типа проводимости, вторая двунаправленная металлическая шина, соединенная со второй двунаправленной областью второго типа проводимости и второй двунаправленной областью первого типа проводимости, области разделительного диэлектрика.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограничение времени переключения элемента временем пролета электронами и дырками пролетных расстояний между двунаправленными областями, ограничение подвижности носителей эффектом рассеяния на ионах легирующих примесей, отсутствие функциональной интеграции.

Из известных наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту является интегральный элемент на комплементарных гетеропереходных транзисторах с высокой подвижностью носителей (см. Шур М. Современные приборы на основе арсенида галлия. - М.: Мир, 1991. - 632 с., фиг.10.18.4, с.579), содержащий полуизолирующую GaAs-подложку, AlGaAs-область второго типа проводимости, расположенную под ней первую AlGaAs-область спейсера собственной проводимости, расположенную под ней первую GaAs-область собственной проводимости, AlGaAs-область первого типа проводимости, расположенную под ней вторую AlGaAs-область спейсера собственной проводимости, расположенную под ней вторую GaAs-область собственной проводимости, первую управляющую металлическую шину, расположенную над AlGaAs-областью второго типа проводимости и образующую с ней переход Шоттки, вторую управляющую металлическую шину, расположенную над AlGaAs-областью первого типа проводимости и образующую с ней переход Шоттки, первую двунаправленную область второго типа проводимости, граничащую с первой GaAs-областью собственной проводимости, первую двунаправленную область первого типа проводимости, граничащую со второй GaAs-областью собственной проводимости, первую двунаправленную металлическую шину, соединенную с первой двунаправленной областью второго типа проводимости и первой двунаправленной областью первого типа проводимости, вторую двунаправленную область второго типа проводимости, граничащую с первой GaAs-областью собственной проводимости, вторую двунаправленную область первого типа проводимости, граничащую со второй GaAs-областью собственной проводимости, вторую двунаправленную металлическую шину, соединенную со второй двунаправленной областью второго типа проводимости и второй двунаправленной областью первого типа проводимости, области разделительного диэлектрика, разделительные AlGaAs-области собственной проводимости, причем первая и вторая GaAs-области собственной проводимости расположены над полуизолирующей GaAs-подложкой.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками, являются полуизолирующая GaAs-подложка, AlGaAs-область второго типа проводимости, расположенная под ней первая AlGaAs-область спейсера собственной проводимости, расположенная под ней первая GaAs-область собственной проводимости, AlGaAs-область первого типа проводимости, расположенная под ней вторая AlGaAs-область спейсера собственной проводимости, расположенная под ней вторая GaAs-область собственной проводимости, первая управляющая металлическая шина, расположенная над AlGaAs-областью второго типа проводимости и образующая с ней переход Шоттки, вторая управляющая металлическая шина, расположенная над AlGaAs-областью первого типа проводимости и образующая с ней переход Шоттки, первая двунаправленная область второго типа проводимости, граничащая с первой GaAs-областью собственной проводимости, первая двунаправленная область первого типа проводимости, граничащая со второй GaAs-областью собственной проводимости, первая двунаправленная металлическая шина, соединенная с первой двунаправленной областью второго типа проводимости и первой двунаправленной областью первого типа проводимости, вторая двунаправленная область второго типа проводимости, граничащая с первой GaAs-областью собственной проводимости, вторая двунаправленная область первого типа проводимости, граничащая со второй GaAs-областью собственной проводимости, вторая двунаправленная металлическая шина, соединенная со второй двунаправленной областью второго типа проводимости и второй двунаправленной областью первого типа проводимости, области разделительного диэлектрика.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются ограничение времени переключения элемента временем пролета электронами и дырками пролетных расстояний между двунаправленными областями, отсутствие функциональной интеграции.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение быстродействия и расширение функциональных возможностей интегрального двунаправленного четырехконтактного коммутатора.

Для достижения необходимого технического результата в интегральный двунаправленный четырехконтактный коммутатор на основе комплементарных квантовых областей, содержащий полуизолирующую GaAs-подложку, AlGaAs-область второго типа проводимости, расположенную под ней первую AlGaAs-область спейсера собственной проводимости, расположенную под ней первую GaAs-область собственной проводимости, AlGaAs-область первого типа проводимости, расположенную под ней вторую AlGaAs-область спейсера собственной проводимости, расположенную под ней вторую GaAs-область собственной проводимости, первую управляющую металлическую шину, расположенную над AlGaAs-областью второго типа проводимости и образующую с ней переход Шоттки, вторую управляющую металлическую шину, расположенную над AlGaAs-областью первого типа проводимости и образующую с ней переход Шоттки, первую двунаправленную область второго типа проводимости, граничащую с первой GaAs-областью собственной проводимости, первую двунаправленную область первого типа проводимости, граничащую со второй GaAs-областью собственной проводимости, первую двунаправленную металлическую шину, соединенную с первой двунаправленной областью второго типа проводимости и первой двунаправленной областью первого типа проводимости, вторую двунаправленную область второго типа проводимости, граничащую с первой GaAs-областью собственной проводимости, вторую двунаправленную область первого типа проводимости, граничащую со второй GaAs-областью собственной проводимости, вторую двунаправленную металлическую шину, соединенную со второй двунаправленной областью второго типа проводимости и второй двунаправленной областью первого типа проводимости, области разделительного диэлектрика, введены расположенная под первой GaAs-областью собственной проводимости первая дополнительная AlGaAs-область спейсера собственной проводимости, расположенная под ней дополнительная AlGaAs-область второго типа проводимости, первая и вторая управляющие AlGaAs-области первого типа проводимости, расположенные между дополнительной AlGaAs-областью второго типа проводимости и полуизолирующей GaAs-подложкой, разделительная AlGaAs-область второго типа проводимости, расположенная между первой и второй управляющими AlGaAs-областями первого типа проводимости, первая и вторая изолирующие AlAs-области, третья и четвертая двунаправленные области второго типа проводимости, граничащие с первой GaAs-областью собственной проводимости, первая приконтактная управляющая область первого типа проводимости, граничащая с первой управляющей AlGaAs-областью первого типа проводимости, вторая приконтактная управляющая область первого типа проводимости, граничащая со второй управляющей AlGaAs-областью первого типа проводимости, третья управляющая металлическая шина, соединенная с первой приконтактной управляющей областью первого типа проводимости, четвертая управляющая металлическая шина, соединенная со второй приконтактной управляющей областью первого типа проводимости, расположенная под второй GaAs-областью собственной проводимости вторая дополнительная AlGaAs-область спейсера собственной проводимости, расположенная под ней дополнительная AlGaAs-область первого типа проводимости, первая и вторая управляющие AlGaAs-области второго типа проводимости, расположенные между дополнительной AlGaAs-областью первого типа проводимости и полуизолирующей GaAs-подложкой, разделительная AlGaAs-область первого типа проводимости, расположенная между первой и второй управляющими AlGaAs-областями второго типа проводимости, третья и четвертая изолирующие AlAs-области, третья и четвертая двунаправленные области первого типа проводимости, граничащие со второй GaAs-областью собственной проводимости, первая приконтактная управляющая область второго типа проводимости, граничащая с первой управляющей AlGaAs-областью второго типа проводимости, вторая приконтактная управляющая область второго типа проводимости, граничащая со второй управляющей AlGaAs-областью второго типа проводимости, пятая управляющая металлическая шина, соединенная с первой приконтактной управляющей областью второго типа проводимости, шестая управляющая металлическая шина, соединенная со второй приконтактной управляющей областью второго типа проводимости, седьмая управляющая металлическая шина, расположенная над AlGaAs-областью второго типа проводимости и образующая с ней переход Шоттки, восьмая управляющая металлическая шина, расположенная над AlGaAs-областью первого типа проводимости и образующая с ней переход Шоттки, третья двунаправленная металлическая шина, соединенная с третьей двунаправленной областью второго типа проводимости и третьей двунаправленной областью первого типа проводимости, четвертая двунаправленная металлическая шина, соединенная с четвертой двунаправленной областью второго типа проводимости и четвертой двунаправленной областью первого типа проводимости, изолирующие области аморфизации.

Сравнивая предлагаемое устройство с прототипом, видим, что оно содержит новые признаки, то есть соответствует критерию новизны. Проводя сравнение с аналогами, приходим к выводу, что предлагаемое устройство соответствует критерию "существенные отличия", так как в аналогах не обнаружены предъявляемые новые признаки. Получен положительный эффект, заключающийся в увеличении быстродействия и расширении функциональных возможностей интегрального двунаправленного коммутатора.

На фиг.1 приведена топология предлагаемого интегрального двунаправленного четырехконтактного коммутатора на основе комплементарных квантовых областей. На фиг.2 приведено сечение предлагаемого интегрального коммутатора по двунаправленным областям второго типа проводимости. На фиг.3 приведено сечение предлагаемого устройства по двунаправленным областям первого типа проводимости. На фиг.4 приведено сечение коммутатора по управляющим металлическим шинам. На фиг.5 приведено сечение устройства по приконтактным управляющим областям второго типа проводимости. На фиг.6 приведено сечение устройства по приконтактным управляющим областям первого типа проводимости.

Интегральный двунаправленный четырехконтактный коммутатор на основе комплементарных квантовых областей содержит полуизолирующую GaAs-подложку 1, AlGaAs-область второго типа проводимости 2, расположенную под ней первую AlGaAs-область спейсера собственной проводимости 3, расположенную под ней первую GaAs-область собственной проводимости 4, AlGaAs-область первого типа проводимости 5, расположенную под ней вторую AlGaAs-область спейсера собственной проводимости 6, расположенную под ней вторую GaAs-область собственной проводимости 7, первую управляющую металлическую шину 8, расположенную над AlGaAs-областью второго типа проводимости 2 и образующую с ней переход Шоттки, вторую управляющую металлическую шину 9, расположенную над AlGaAs-областью первого типа проводимости 5 и образующую с ней переход Шоттки, первую двунаправленную область второго типа проводимости 10, граничащую с первой GaAs-областью собственной проводимости 4, первую двунаправленную область первого типа проводимости 11, граничащую со второй GaAs-областью собственной проводимости 7, первую двунаправленную металлическую шину 12, соединенную с первой двунаправленной областью второго типа проводимости 10 и первой двунаправленной областью первого типа проводимости 11, вторую двунаправленную область второго типа проводимости 13, граничащую с первой GaAs-областью собственной проводимости 4, вторую двунаправленную область первого типа проводимости 14, граничащую со второй GaAs-областью собственной проводимости 7, вторую двунаправленную металлическую шину 15, соединенную со второй двунаправленной областью второго типа проводимости 13 и второй двунаправленной областью первого типа проводимости 14, области разделительного диэлектрика 16, расположенную под первой GaAs-областью собственной проводимости 4 первую дополнительную AlGaAs-область спейсера собственной проводимости 17, расположенную под ней дополнительную AlGaAs-область второго типа проводимости 18, первую и вторую управляющие AlGaAs-области первого типа проводимости 19, 20, расположенные между дополнительной AlGaAs-областью второго типа проводимости 18 и полуизолирующей GaAs-подложкой 1, разделительную AlGaAs-область второго типа проводимости 21, расположенную между первой и второй управляющими AlGaAs-областями первого типа проводимости 19, 20, первую и вторую изолирующие AlAs-области 22, 23, третью и четвертую двунаправленные области второго типа проводимости 24, 25, граничащие с первой GaAs-областью собственной проводимости 4, первую приконтактную управляющую область первого типа проводимости 26, граничащую с первой управляющей AlGaAs-областью первого типа проводимости 19, вторую приконтактную управляющую область первого типа проводимости 27, граничащую со второй управляющей AlGaAs-областью первого типа проводимости 20, третью управляющую металлическую шину 28, соединенную с первой приконтактной управляющей областью первого типа проводимости 26, четвертую управляющую металлическую шину 29, соединенную со второй приконтактной управляющей областью первого типа проводимости 27, расположенную под второй GaAs-областью собственной проводимости 7 вторую дополнительную AlGaAs-область спейсера собственной проводимости 30, расположенную под ней дополнительную AlGaAs-область первого типа проводимости 31, первую и вторую управляющие AlGaAs-области второго типа проводимости 32, 33, расположенные между дополнительной AlGaAs-областью первого типа проводимости 31 и полуизолирующей GaAs-подложкой 1, разделительную AlGaAs-область первого типа проводимости 34, расположенную между первой и второй управляющими AlGaAs-областями второго типа проводимости 32, 33, третью и четвертую изолирующие AlAs-области 35, 36, третью и четвертую двунаправленные области первого типа проводимости 37, 38, граничащие со второй GaAs-областью собственной проводимости 7, первую приконтактную управляющую область второго типа проводимости 39, граничащую с первой управляющей AlGaAs-областью второго типа проводимости 32, вторую приконтактную управляющую область второго типа проводимости 40, граничащую со второй управляющей AlGaAs-областью второго типа проводимости 33, пятую управляющую металлическую шину 41, соединенную с первой приконтактной управляющей областью второго типа проводимости 39, шестую управляющую металлическую шину 42, соединенную со второй приконтактной управляющей областью второго типа проводимости 40, седьмую управляющую металлическую шину 43, расположенную над AlGaAs-областью второго типа проводимости 2 и образующую с ней переход Шоттки, восьмую управляющую металлическую шину 44, расположенную над AlGaAs-областью первого типа проводимости 5 и образующую с ней переход Шоттки, третью двунаправленную металлическую шину 45, соединенную с третьей двунаправленной областью второго типа проводимости 24 и третьей двунаправленной областью первого типа проводимости 37, четвертую двунаправленную металлическую шину 46, соединенную с четвертой двунаправленной областью второго типа проводимости 25 и четвертой двунаправленной областью первого типа проводимости 38, изолирующие области аморфизации 47.

Работает устройство следующим образом. При подаче высокого уровня напряжения логической единицы на первую управляющую металлическую шину 8, на седьмую управляющую металлическую шину 43, на пятую управляющую металлическую шину 41, соединенную с первой приконтактной управляющей областью второго типа проводимости 39, которая граничит с первой управляющей AlGaAs-областью второго типа проводимости 32, на шестую управляющую металлическую шину 42, соединенную со второй приконтактной управляющей областью второго типа проводимости 40, которая граничит со второй управляющей AlGaAs-областью второго типа проводимости 33, и низкого уровня логического нуля на третью управляющую металлическую шину 28, соединенную с первой приконтактной управляющей областью первого типа проводимости 26, которая граничит с первой управляющей AlGaAs-областью первого типа проводимости 19, на четвертую управляющую металлическую шину 29, соединенную со второй приконтактной управляющей областью первого типа проводимости 27, которая граничит со второй управляющей AlGaAs-областью первого типа проводимости 20, на вторую управляющую металлическую шину 9, на восьмую управляющую металлическую шину 44, происходит передислокация максимума плотности электронов в верхнюю часть первой GaAs-области собственной проводимости 4, ограниченной первой AlGaAs-областью спейсера собственной проводимости 3 и первой дополнительной AlGaAs-областью спейсера собственной проводимости 17, а максимума плотности дырок - в верхнюю часть второй GaAs-области собственной проводимости 7, ограниченной второй AlGaAs-областью спейсера собственной проводимости 6 и второй дополнительной AlGaAs-областью спейсера собственной проводимости 30. При этом сопротивление первой GaAs-области собственной проводимости 4 между первой и второй двунаправленными областями второго типа проводимости 10 и 13 уменьшается, а между третьей и четвертой двунаправленными областями второго типа проводимости 24 и 25 - увеличивается. Аналогично сопротивление второй GaAs-области собственной проводимости 7 между первой и второй двунаправленными областями первого типа проводимости 11 и 14 уменьшается, а между третьей и четвертой двунаправленными областями первого типа проводимости 37 и 38 - увеличивается. В результате первая и вторая двунаправленные металлические шины 12 и 15 замыкаются через верхние части первой и второй GaAs-областей собственной проводимости 4 и 7, а третья и четвертая двунаправленные металлические шины 45 и 46 оказываются разомкнутыми.

Первая управляющая AlGaAs-область первого типа проводимости 19 отделена от второй управляющей AlGaAs-области первого типа проводимости 20 разделительной AlGaAs-областью второго типа проводимости 21. Первая управляющая AlGaAs-область второго типа проводимости 32 отделена от второй управляющей AlGaAs-области второго типа проводимости 33 разделительной AlGaAs-областью первого типа проводимости 34. Первая двунаправленная область второго типа проводимости 10 отделена от третьей двунаправленной области второго типа проводимости 24 первой изолирующей AlAs-областью 22. Вторая двунаправленная область второго типа проводимости 13 отделена от четвертой двунаправленной области второго типа проводимости 25 второй изолирующей AlAs-областью 23. Первая двунаправленная область первого типа проводимости 11 отделена от третьей двунаправленной области первого типа проводимости 37 третьей изолирующей AlAs-областью 35. Вторая двунаправленная область первого типа проводимости 14 отделена от четвертой двунаправленной области первого типа проводимости 38 четвертой изолирующей AlAs-областью 36. Области спейсеров 3, 17, 6, 30 обеспечивают пространственное разделение электронов в квантовой области 4 и дырок в квантовой области 7 от ионов доноров в AlGaAs-областях второго типа проводимости 2, 18 и ионов акцепторов в AlGaAs-областях первого типа проводимости 5, 31. Области коммутатора, обеспечивающие управляемую передислокацию максимума волновой функции электронов, отделены от областей, обеспечивающих управляемую передислокацию максимума волновой функции дырок, полуизолирующей GaAs-подложкой 1 и изолирующими областями аморфизации 47. Металлические шины изолированы друг от друга областями разделительного диэлектрика 16.

При подаче высокого уровня напряжения логической единицы на третью управляющую металлическую шину 28, соединенную с первой приконтактной управляющей областью первого типа проводимости 26, которая граничит с первой управляющей AlGaAs-областью первого типа проводимости 19, на четвертую управляющую металлическую шину 29, соединенную со второй приконтактной управляющей областью первого типа проводимости 27, которая граничит со второй управляющей AlGaAs-областью первого типа проводимости 20, на вторую управляющую металлическую шину 9, на восьмую управляющую металлическую шину 44, и низкого уровня логического нуля на первую управляющую металлическую шину 8, на седьмую управляющую металлическую шину 43, на пятую управляющую металлическую шину 41, соединенную с первой приконтактной управляющей областью второго типа проводимости 39, которая граничит с первой управляющей AlGaAs-областью второго типа проводимости 32, на шестую управляющую металлическую шину 42, соединенную со второй приконтактной управляющей областью второго типа проводимости 40, которая граничит со второй управляющей AlGaAs-областью второго типа проводимости 33, происходит передислокация максимума плотности электронов в нижнюю часть первой GaAs-области собственной проводимости 4, а максимума плотности дырок - в нижнюю часть второй GaAs-области собственной проводимости 7. При этом сопротивление первой GaAs-области собственной проводимости 4 между третьей и четвертой двунаправленными областями второго типа проводимости 24 и 25 уменьшается, а между первой и второй двунаправленными областями второго типа проводимости 10 и 13 - увеличивается. Аналогично сопротивление второй GaAs-области собственной проводимости 7 между третьей и четвертой двунаправленными областями первого типа проводимости 37 и 38 уменьшается, а между первой и второй двунаправленными областями первого типа проводимости 11 и 14 - увеличивается. В результате третья и четвертая двунаправленные металлические шины 45 и 46 замыкаются через нижние части первой и второй GaAs-областей собственной проводимости 4 и 7, а первая и вторая двунаправленные металлические шины 12 и 15 оказываются разомкнутыми.

При подаче высокого уровня напряжения логической единицы на первую управляющую металлическую шину 8, на третью управляющую металлическую шину 28, соединенную с первой приконтактной управляющей областью первого типа проводимости 26, которая граничит с первой управляющей AlGaAs-областью первого типа проводимости 19, на восьмую управляющую металлическую шину 44, на шестую управляющую металлическую шину 42, соединенную со второй приконтактной управляющей областью второго типа проводимости 40, которая граничит со второй управляющей AlGaAs-областью второго типа проводимости 33, и низкого уровня логического нуля на седьмую управляющую металлическую шину 43, на четвертую управляющую металлическую шину 29, соединенную со второй приконтактной управляющей областью первого типа проводимости 27, которая граничит со второй управляющей AlGaAs-областью первого типа проводимости 20, на вторую управляющую металлическую шину 9, на пятую управляющую металлическую шину 41, соединенную с первой приконтактной управляющей областью второго типа проводимости 39, которая граничит с первой управляющей AlGaAs-областью второго типа проводимости 32, происходит передислокация максимума плотности электронов в левую часть первой GaAs-области собственной проводимости 4, а максимума плотности дырок - в левую часть второй GaAs-области собственной проводимости 7. При этом сопротивление первой GaAs-области собственной проводимости 4 между первой и третьей двунаправленными областями второго типа проводимости 10 и 24 уменьшается, а между второй и четвертой двунаправленными областями второго типа проводимости 13 и 25 - увеличивается. Аналогично сопротивление второй GaAs-области собственной проводимости 7 между первой и третьей двунаправленными областями первого типа проводимости 11 и 37 уменьшается, а между второй и четвертой двунаправленными областями первого типа проводимости 14 и 38 - увеличивается. В результате первая и третья двунаправленные металлические шины 12 и 45 замыкаются через левые части первой и второй GaAs-областей собственной проводимости 4 и 7, а вторая и четвертая двунаправленные металлические шины 15 и 46 оказываются разомкнутыми.

При подаче высокого уровня напряжения логической единицы на седьмую управляющую металлическую шину 43, на четвертую управляющую металлическую шину 29, соединенную со второй приконтактной управляющей областью первого типа проводимости 27, которая граничит со второй управляющей AlGaAs-областью первого типа проводимости 20, на вторую управляющую металлическую шину 9, на пятую управляющую металлическую шину 41, соединенную с первой приконтактной управляющей областью второго типа проводимости 39, которая граничит с первой управляющей AlGaAs-областью второго типа проводимости 32, и низкого уровня логического нуля на первую управляющую металлическую шину 8, на третью управляющую металлическую шину 28, соединенную с первой приконтактной управляющей областью первого типа проводимости 26, которая граничит с первой управляющей AlGaAs-областью первого типа проводимости 19, на восьмую управляющую металлическую шину 44, на шестую управляющую металлическую шину 42, соединенную со второй приконтактной управляющей областью второго типа проводимости 40, которая граничит со второй управляющей AlGaAs-областью второго типа проводимости 33, происходит передислокация максимума плотности электронов в правую часть первой GaAs-области собственной проводимости 4, а максимума плотности дырок - в правую часть второй GaAs-области собственной проводимости 7. При этом сопротивление первой GaAs-области собственной проводимости 4 между второй и четвертой двунаправленными областями второго типа проводимости 13 и 25 уменьшается, а между первой и третьей двунаправленными областями второго типа проводимости 10 и 24 - увеличивается. Аналогично сопротивление второй GaAs-области собственной проводимости 7 между второй и четвертой двунаправленными областями первого типа проводимости 14 и 38 уменьшается, а между первой и третьей двунаправленными областями первого типа проводимости 11 и 37 - увеличивается. В результате вторая и четвертая двунаправленные металлические шины 15 и 46 замыкаются через правые части первой и второй GaAs-областей собственной проводимости 4 и 7, а первая и третья двунаправленные металлические шины 12 и 45 оказываются разомкнутыми.

При подаче высокого уровня напряжения логической единицы на первую управляющую металлическую шину 8, на четвертую управляющую металлическую шину 29, соединенную со второй приконтактной управляющей областью первого типа проводимости 27, которая граничит со второй управляющей AlGaAs-областью первого типа проводимости 20, на восьмую управляющую металлическую шину 44, на пятую управляющую металлическую шину 41, соединенную с первой приконтактной управляющей областью второго типа проводимости 39, которая граничит с первой управляющей AlGaAs-областью второго типа проводимости 32, и низкого уровня логического нуля на седьмую управляющую металлическую шину 43, на третью управляющую металлическую шину 28, соединенную с первой приконтактной управляющей областью первого типа проводимости 26, которая граничит с первой управляющей AlGaAs-областью первого типа проводимости 19, на вторую управляющую металлическую шину 9, на шестую управляющую металлическую шину 42, соединенную со второй приконтактной управляющей областью второго типа проводимости 40, которая граничит со второй управляющей AlGaAs-областью второго типа проводимости 33, происходит передислокация максимума плотности электронов вдоль диагонали первой GaAs-области собственной проводимости 4 между первой и четвертой двунаправленными областями второго типа проводимости 10 и 25, а максимума плотности дырок - вдоль диагонали второй GaAs-области собственной проводимости 7 между первой и четвертой двунаправленными областями первого типа проводимости 11 и 38. При этом сопротивление первой GaAs-области собственной проводимости 4 между первой и четвертой двунаправленными областями второго типа проводимости 10 и 25 уменьшается, а между второй и третьей двунаправленными областями второго типа проводимости 13 и 24 - увеличивается. Аналогично сопротивление второй GaAs-области собственной проводимости 7 между первой и четвертой двунаправленными областями первого типа проводимости 11 и 38 уменьшается, а между второй и третьей двунаправленными областями первого типа проводимости 14 и 37 - увеличивается. В результате первая и четвертая двунаправленные металлические шины 12 и 46 замыкаются через правые части первой и второй GaAs-областей собственной проводимости 4 и 7, а вторая и третья двунаправленные металлические шины 15 и 45 оказываются разомкнутыми.

При подаче высокого уровня напряжения логической единицы на седьмую управляющую металлическую шину 43, на третью управляющую металлическую шину 28, соединенную с первой приконтактной управляющей областью первого типа проводимости 26, которая граничит с первой управляющей AlGaAs-областью первого типа проводимости 19, на вторую управляющую металлическую шину 9, на шестую управляющую металлическую шину 42, соединенную со второй приконтактной управляющей областью второго типа проводимости 40, которая граничит со второй управляющей AlGaAs-областью второго типа проводимости 33, и низкого уровня логического нуля на первую управляющую металлическую шину 8, на четвертую управляющую металлическую шину 29, соединенную со второй приконтактной управляющей областью первого типа проводимости 27, которая граничит со второй управляющей AlGaAs-областью первого типа проводимости 20, на восьмую управляющую металлическую шину 44, на пятую управляющую металлическую шину 41, соединенную с первой приконтактной управляющей областью второго типа проводимости 39, которая граничит с первой управляющей AlGaAs-областью второго типа проводимости 32, происходит передислокация максимума плотности электронов вдоль диагонали первой GaAs-области собственной проводимости 4 между второй и третьей двунаправленными областями второго типа проводимости 13 и 24, а максимума плотности дырок - вдоль диагонали второй GaAs-области собственной проводимости 7 между третьей двунаправленными областями первого типа проводимости 14 и 37. При этом сопротивление первой GaAs-области собственной проводимости 4 между второй и третьей двунаправленными областями второго типа проводимости 13 и 24 уменьшается, а между первой и четвертой двунаправленными областями второго типа проводимости 10 и 25 - увеличивается. Аналогично сопротивление второй GaAs-области собственной проводимости 7 между третьей двунаправленными областями первого типа проводимости 14 и 37 уменьшается, а между первой и четвертой двунаправленными областями первого типа проводимости 11 и 38 - увеличивается. В результате вторая и третья двунаправленные металлические шины 15 и 45 замыкаются через правые части первой и второй GaAs-областей собственной проводимости 4 и 7, а первая и четвертая двунаправленные металлические шины 12 и 46 оказываются разомкнутыми.

При всех рассмотренных комбинациях управляющих напряжений низкий уровень входного логического нуля, подаваемый на двунаправленные металлические шины, передается через часть первой GaAs-области собственной проводимости 4, имеющую низкое сопротивление в результате управляемой передислокации максимума плотности электронов, а высокий уровень входной логической единицы передается через часть второй GaAs-области собственной проводимости 7, имеющую низкое сопротивление в результате управляемой передислокации максимума плотности дырок.

При всех рассмотренных выше комбинациях управляющих напряжений управляемая передислокация максимума волновой функции носителей заряда происходит при практически неизменном суммарном числе электронов в области 4 и, соответственно, дырок в области 7. В результате время переключения предложенного коммутатора определяется временем передислокации максимума волновой функции и не ограничено временем пролета электронами и дырками квантовых областей 4 и 7.

Таким образом, предлагаемое устройство представляет собой интегральный двунаправленный четырехконтактный коммутатор на основе комплементарных квантовых областей.

Использование управляемой передислокации максимума волновой функции электронов в квантовой области 4 и максимума волновой функции дырок в квантовой области 7 при практически неизменном суммарном числе носителей в каждой из квантовых областей 4 и 7 позволяет преодолеть ограничение времени задержки коммутатора временем пролета электронами и дырками областей 4 и 7, соответственно, и таким образом увеличить быстродействие предложенного интегрального коммутатора. Использование четырех управляющих шин для каждой из функционально интегрированных квантовых областей 4 и 7 обеспечивает управляемую коммутацию любой пары из четырех двунаправленных металлических шин, что расширяет функциональные возможности предложенного интегрального двунаправленного коммутатора по сравнению с аналогами.

Изобретение относится к области вычислительной техники и интегральной электроники. Для повышения быстродействия и расширения функциональных возможностей в интегральный двунаправленный четырехконтактный коммутатор на основе комплементарных квантовых областей, содержащий полуизолирующую GaAs-подложку, AlGaAs-области первого и второго типа проводимости, две AlGaAs-области спейсеров собственной проводимости, две GaAs-области собственной проводимости, две управляющие металлические шины, две двунаправленные области первого типа проводимости, две двунаправленные области второго типа проводимости, две двунаправленные металлические шины и области разделительного диэлектрика, введены две дополнительные AlGaAs-области спейсеров собственной проводимости, дополнительные AlGaAs-области первого и второго типов проводимости, две управляющие AlGaAs-области первого типа проводимости, две управляющие AlGaAs-области второго типа проводимости, разделительные AlGaAs-области первого и второго типов проводимости, четыре изолирующие AlAs-области, третья и четвертая двунаправленные области второго типа проводимости, третья и четвертая двунаправленные области первого типа проводимости, две приконтактные управляющие области первого типа проводимости, две приконтактные управляющие области второго типа проводимости, шесть дополнительных управляющих металлических шин, третья и четвертая двунаправленные металлические шины, изолирующие области аморфизации. 6 ил.

Интегральный двунаправленный четырехконтактный коммутатор на основе комплементарных квантовых областей, содержащий полуизолирующую GaAs-подложку, AlGaAs-область второго типа проводимости, расположенную под ней первую AlGaAs-область спейсера собственной проводимости, расположенную под ней первую GaAs-область собственной проводимости, AlGaAs-область первого типа проводимости, расположенную под ней вторую AlGaAs-область спейсера собственной проводимости, расположенную под ней вторую GaAs-область собственной проводимости, первую управляющую металлическую шину, расположенную над AlGaAs-областью второго типа проводимости и образующую с ней переход Шоттки, вторую управляющую металлическую шину, расположенную над AlGaAs-областью первого типа проводимости и образующую с ней переход Шоттки, первую двунаправленную область второго типа проводимости, граничащую с первой GaAs-областью собственной проводимости, первую двунаправленную область первого типа проводимости, граничащую со второй GaAs-областью собственной проводимости, первую двунаправленную металлическую шину, соединенную с первой двунаправленной областью второго типа проводимости и первой двунаправленной областью первого типа проводимости, вторую двунаправленную область второго типа проводимости, граничащую с первой GaAs-областью собственной проводимости, вторую двунаправленную область первого типа проводимости, граничащую со второй GaAs-областью собственной проводимости, вторую двунаправленную металлическую шину, соединенную со второй двунаправленной областью второго типа проводимости и второй двунаправленной областью первого типа проводимости, области разделительного диэлектрика, отличающийся тем, что в него введены расположенная под первой GaAs-областью собственной проводимости первая дополнительная AlGaAs-область спейсера собственной проводимости, расположенная под ней дополнительная AlGaAs-область второго типа проводимости, первая и вторая управляющие AlGaAs-области первого типа проводимости, расположенные между дополнительной AlGaAs-областью второго типа проводимости и полуизолирующей GaAs-подложкой, разделительная AlGaAs-область второго типа проводимости, расположенная между первой и второй управляющими AlGaAs-областями первого типа проводимости, первая и вторая изолирующие AlAs-области, третья и четвертая двунаправленные области второго типа проводимости, граничащие с первой GaAs-областью собственной проводимости, первая приконтактная управляющая область первого типа проводимости, граничащая с первой управляющей AlGaAs-областью первого типа проводимости, вторая приконтактная управляющая область первого типа проводимости, граничащая со второй управляющей AlGaAs-областью первого типа проводимости, третья управляющая металлическая шина, соединенная с первой приконтактной управляющей областью первого типа проводимости, четвертая управляющая металлическая шина, соединенная со второй приконтактной управляющей областью первого типа проводимости, расположенная под второй GaAs-областью собственной проводимости вторая дополнительная AlGaAs-область спейсера собственной проводимости, расположенная под ней дополнительная AlGaAs-область первого типа проводимости, первая и вторая управляющие AlGaAs-области второго типа проводимости, расположенные между дополнительной AlGaAs-областью первого типа проводимости и полуизолирующей GaAs-подложкой, разделительная AlGaAs-область первого типа проводимости, расположенная между первой и второй управляющими AlGaAs-областями второго типа проводимости, третья и четвертая изолирующие AlAs-области, третья и четвертая двунаправленные области первого типа проводимости, граничащие со второй GaAs-областью собственной проводимости, первая приконтактная управляющая область второго типа проводимости, граничащая с первой управляющей AlGaAs-областью второго типа проводимости, вторая приконтактная управляющая область второго типа проводимости, граничащая со второй управляющей AlGaAs-областью второго типа проводимости, пятая управляющая металлическая шина, соединенная с первой приконтактной управляющей областью второго типа проводимости, шестая управляющая металлическая шина, соединенная со второй приконтактной управляющей областью второго типа проводимости, седьмая управляющая металлическая шина, расположенная над AlGaAs-областью второго типа проводимости и образующая с ней переход Шоттки, восьмая управляющая металлическая шина, расположенная над AlGaAs-областью первого типа проводимости и образующая с ней переход Шоттки, третья двунаправленная металлическая шина, соединенная с третьей двунаправленной областью второго типа проводимости и третьей двунаправленной областью первого типа проводимости, четвертая двунаправленная металлическая шина, соединенная с четвертой двунаправленной областью второго типа проводимости и четвертой двунаправленной областью первого типа проводимости, изолирующие области аморфизации.