整流裝置、晶體管以及整流方法
【專利摘要】一種整流裝置，具備：一維溝道(18)，其由半導體構成且用于電子移動；電極(26)，其通過對所述一維溝道施加電場，對在所述一維溝道中移動的電子使起因于自旋軌道相互作用的有效磁場在與所述電子移動的方向交叉的方向上生成；和外部磁場生成部(38)，其對所述一維溝道生成外部磁場。
【專利說明】整流裝置、晶體管以及整流方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及整流裝置、晶體管以及整流方法，特別是涉及利用了自旋軌道相互作用的整流裝置、晶體管以及整流方法。
【背景技術】
[0002]利用了自旋的自旋電子學的實用化令人期待。在自旋電子學的領域中，已經開發(fā)出具有利用強磁性體的磁化方向而實現的存儲器功能的裝置。此外，在非專利文獻I中，提案了一種有效地利用了起因于自旋軌道相互作用的有效磁場而得到的自旋場效應晶體管。在這樣的自旋電子學的領域中，需要高自旋極化率的自旋注入器。
[0003]在先技術文獻
[0004]非專利文獻
[0005]非專利文獻I:Appl.Phys.Lett.56，665 (1990)

【發(fā)明內容】

[0006]發(fā)明要解決的課題
[0007]在這樣的自旋電子學的領域中，正在謀求一種若使電子流向一個方向則能夠得到自旋極化率的電子、但電子不會向相反方向流動的整流裝置。能夠使用這樣的整流裝置來進行自旋的整流。本發(fā)明的目的在于提供一種若使電子流向一個方向則能夠得到高自旋極化率的電子、但電子不會向相反方向流動的整流裝置及整流方法、以及使用了這些整流裝置及整流方法的晶體管。
[0008]解決課題的手段
[0009]本發(fā)明是一種整流裝置，其特征在于，具備:一維溝道，其由半導體構成且用于電子移動；電極，其通過對所述一維溝道施加電場，對于在所述一維溝道中移動的電子，在與所述電子移動的方向交叉的方向上生成起因于自旋軌道相互作用的有效磁場；和外部磁場生成部，其對所述一維溝道生成外部磁場。根據本發(fā)明，能夠提供一種若使電子流向一個方向則能夠得到高自旋極化率的電子、但電子不會向相反方向流動的整流裝置。
[0010]在上述構成中，能夠采用所述一維溝道為量子點接觸的構成。
[0011]在上述構成中，能夠采用所述外部磁場生成部在所述有效磁場的方向上或在與所述有效磁場相反的方向上生成所述外部磁場的構成。
[0012]在上述構成中，能夠采用所述一維溝道具有閃鋅礦型晶體構造的構成。
[0013]在上述構成中，能夠采用所述一維溝道形成于(001)面或(110)面上的構成。
[0014]在上述構成中，能夠采用所述一維溝道是相對于所述電子移動的方向形成在從兩側縮頸的部位的半導體的構成。
[0015]在上述構成中，能夠采用具備在所述一維溝道的所述縮頸的部位的兩側形成耗盡層的側柵極的構成。
[0016]本發(fā)明是包含上述整流裝置的晶體管。[0017]在上述構成中，能夠采用如下構成:具備將電子注入到所述一維溝道中的源極和從所述一維溝道接受電子的漏極，所述電極為柵極電極。
[0018]本發(fā)明是一種整流方法，其特征在于，包含:通過對由半導體構成且用于電子移動的一維溝道施加電場，對于在所述一維溝道中移動的電子，在與所述電子移動的方向交叉的方向上生成起因于自旋軌道相互作用的有效磁場的步驟；和對所述一維溝道生成外部磁場的步驟。根據本發(fā)明，能夠提供一種若使電子流向一個方向則能夠得到高自旋極化率的電子、但電子不會向相反方向流動的整流方法。
[0019]發(fā)明效果
[0020]根據本發(fā)明，能夠提供一種若使電子流向一個方向則能夠得到高自旋極化率的電子、但電子不會向相反方向流動的整流裝置及整流方法、以及使用了這些整流裝置及整流方法的晶體管。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1 (a)是實施例1所涉及的整流裝置的俯視圖，圖1 (b)是圖1 (a)的X— X剖面圖，圖1(c)是圖1(a)的Y— Y剖面圖。
[0022]圖2是實施例1所涉及的整流裝置的平面示意圖。
[0023]圖3 (a)以及圖3 (b)是用于說明對在量子點接觸中移動的電子施加的有效磁場的圖。
[0024]圖4是示出樣品的半導體層疊構造的圖。
[0025]圖5(a)是示出針對側柵極電壓的源極-漏極間的電導的圖，圖5(b)是示出針對側柵極電壓的自旋極化率的圖。
[0026]圖6(a)以及圖6(b)是用于對實施例1所涉及的整流裝置的原理進行說明的圖。
[0027]圖7(a)以及圖7(b)是依存于電子的移動方向的自旋分裂能級的示意圖。
[0028]圖8(a)以及圖8(b)是用于對實施例2所涉及的晶體管的原理進行說明的圖。
[0029]圖9(a)以及圖9(b)是依存于電子的移動方向的自旋分裂能級的示意圖。
[0030]圖10(a)以及圖10(b)是用于說明實施例3的動作的平面示意圖。
【具體實施方式】
[0031 ] 以下，參照附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。
[0032]實施例1
[0033]圖1 (a)是實施例1所涉及的整流裝置的俯視圖，圖1 (b)是圖1 (a)的X— X剖面圖，圖1(c)是圖1(a)的Y— Y剖面圖。如圖1(a)?圖1(c)所示，在(001)面半導體基板10上，作為半導體層11依次形成有阻擋層12、阱層14以及阻擋層16。在半導體層11中，形成有達到基板10的槽30。通過使阱層14的帶隙小于阻擋層12以及16，能夠將電子限制于阱層14附近。由此，在阱層14內形成二維溝道。與阱層14相接觸地形成有源極20以及漏極22。
[0034]將槽30從半導體層11的兩側面形成V字狀，使得形成從源極20向漏極22移動的電子所通過的一維溝道18。由此，在半導體層11(特別是阱層14)中形成縮頸。這樣，通過阱層14形成二維溝道，并通過槽30形成由縮頸構成的一維溝道18。在阻擋層16上形成有絕緣膜24。在絕緣膜24上，形成有由金屬構成的柵極電極26。柵極電極26對一維溝道18施加電場。側柵極32與通過槽30而從溝道分離開的半導體層11的區(qū)域34相接觸。能夠通過側柵極32對區(qū)域34的半導體層11施加側柵極電壓。而且，設置有對一維溝道18施加外部磁場Bex的外部磁場生成部38。作為外部磁場生成部38，能夠利用已經磁化的強磁性體。此外，也可以利用電流來生成外部磁場。
[0035]圖2是實施例1所涉及的整流裝置的平面示意圖。在圖2中，圖示有半導體層11、源極20、漏極22以及側柵極32。將圖2的從左向右的方向(從源極20向漏極22的方向)設為+X方向，將從下向上的方向設為+Y方向，將從進深向面前的方向設為+Z方向。將側柵極32與圖1 (a)的區(qū)域34 —體地進行圖示。對漏極22相對于源極20施加漏極電壓Vds。對側柵極32相對于源極20施加了側柵極電壓VSG。通過施加正的漏極電壓Vds，電子從源極20向漏極22移動。通過施加負的漏極電壓Vds，電子從漏極22向源極20移動。另外，此時，漏極22以及源極20實際上分別作為源極以及漏極而發(fā)揮作用。通過施加負的側柵極電壓VSG，在槽30附近的半導體層11(特別是阱層14)形成耗盡層36。在耗盡層36之間形成一維溝道18。能夠通過側柵極電壓VSG的大小來調整一維溝道18的寬度。為了作為一維溝道18來執(zhí)行動作，優(yōu)選一維溝道18的寬度為費米波長程度以下的寬度并設為50nm?IOOnm以下的寬度。如圖2所示，將形成為溝道的寬度為IOOnm程度以下、溝道方向的縮頸的長度為500nm程度以下的點狀的一維溝道18稱為量子點接觸。
[0036]圖3 (a)以及圖3 (b)是用于說明對在量子點接觸中移動的電子施加的有效磁場的圖。如圖3 (a)所不,漏極電壓Vds為正,且電子40向+X方向移動。通過柵極電極26對一維溝道施加有+Z方向的電場E。在該情況下，對在一維溝道18中移動(箭頭44)的電子40在+Y方向上施加有效磁場Ba。這樣，半導體中的自旋軌道相互作用對于電子作為有效磁場而發(fā)生作用。有效磁場是基于電子移動而受到的磁場。例如，在具有閃鋅礦型晶體構造的化合物半導體中存在Rashba自旋軌道相互作用和Dresselhaus自旋軌道相互作用這2個種類。Dresselhaus自旋軌道相互作用的強度β根據電子移動的方向來決定，且不論電場如何而成為恒定。Rashba自旋軌道相互作用的強度α根據電場而可變。圖3 (a)以及圖3(b)的有效磁場Ba是通過Rashba自旋軌道相互作用而生成的磁場。若電子的移動速度加快，則有效磁場Ba的大小增大。通過了一維溝道18的電子42通過有效磁場B a在+Y方向上發(fā)生自旋極化(箭頭41a)。
[0037]通過利用有效磁場Ba來使通過一維溝道18的電子發(fā)生極化，能夠使自旋極化率得到提高。一般二維或三維移動的電子通過晶格振動等的散射基于漂移速度來移動。因此，作用于電子的有效磁場Ba很小。另一方面，對于在量子點接觸的一維溝道18中移動的電子，電子的平均自由程與縮頸的長度相比足夠長。在該情況下，電子飛速地通過一維溝道18。由此，電子基于費米速度在一維溝道18中移動。費米速度是漂移速度的100倍以上。因此，能夠增大在一維溝道18中作用于電子的有效磁場Ba。所以，能夠增大電子42的自旋極化率。
[0038]如圖3(b)所示，漏極電壓Vds為負且電子40向-X方向移動。在電子40向-X方向移動的情況下，在一維溝道18中在-Y方向上生成有效磁場B a。因而，電子42在-Y方向上發(fā)生自旋極化(箭頭41b)。與圖3(a)同樣地，能夠提高電子42的自旋極化率。另外，若將施加給柵極電極26的電壓反轉并使施加給一維溝道18的電場變?yōu)?Z方向，則有效磁場Ba的方向變?yōu)橄喾捶较?。即，在漏極電壓Vds >0的情況下有效磁場Ba的方向成為-Y方向，電子42在-Y方向上發(fā)生自旋極化。在漏極電壓Vds < O的情況下有效磁場B a的方向成為+Y方向，電子42在+Y方向上發(fā)生自旋極化。
[0039]為了測定自旋極化率而作成了樣品。圖4是示出樣品的半導體層疊構造的圖。從基板10開始依次層疊有緩沖層50、阻擋層12、第I半導體層52、第2半導體層54、第3半導體層56以及阻擋層16。第I半導體層52至第3半導體層56與阱層14相對應?；?0是半絕緣性InP基板，將(001)面作為主面。緩沖層50是膜厚為200nm且未摻雜的Ina52Ala48As層和電子濃度為4X IO18CnT3且膜厚為6nm的Ina52Ala48As層。阻擋層12是膜厚為15nm且未摻雜的Ina52Ala48As層。第I半導體層52是膜厚為5nm且未摻雜的(Ina53Gaa47As)a41 (InP)a59層。第2半導體層54是膜厚為5nm且未摻雜的Ina8Gaa2As層。第3半導體層56是膜厚為3nm且未摻雜的(Inas2Ala48As)a3(Inas3Gaa47As)a7層。阻擋層16 是膜厚為 25nm 且未摻雜的 Ina52Ala48As 層。由于 Ina53Ala47As 以及 Ina53Gaa47As 與 InP晶格匹配，因而除了第2半導體層54以外都與InP晶格匹配，圖4的半導體層疊構造成為晶格崎變少的構造。
[0040]絕緣膜24是使用原子層沉積裝置而形成的膜厚為150nm的氧化鋁(Al2O3)。柵極電極26是從絕緣膜24側起膜厚為IOnm的Cr膜、膜厚為200nm的Au膜。源極20以及漏極22是膜厚為200nm的AuGeNi膜。側柵極32是在阻擋層16上所形成的膜厚為200nm的AuGeNi膜。槽30寬度約為400nm，并形成為圖1(a)的寬度Wl成為400nm、寬度W2成為800nmo
[0041]使用所制作出的樣品根據Fano因子對自旋極化率進行了測定。將漏極電壓Vds設為了 ΙΟμν、將柵極電壓設為了 1.7V。測定溫度是3.6Κ。圖5(a)是示出針對側柵極電壓VSG的源極-漏極間的電導G的圖，圖5 (b)是示出針對側柵極電壓VSG的自旋極化率的圖。在量子點接觸中，導電被離散化。當電導G是以(2e2 / h)為單位的整數倍時出現臺階結構。示出了在電導G是IX (2e2 / h)的情況下，在量子點接觸的部分僅存在一個傳導電子的溝道。在該狀態(tài)下，若電子的有效磁場發(fā)生作用，則會僅上旋或下旋通過。所以，電導 G 變?yōu)?0.5X (2e2 / h)。
[0042]如圖5(a)所示，在側柵極電壓VSG處于-3.26V至-3.17V的范圍內，以(2e2 / h)進行了規(guī)格化的電導G大致成為0.5。這示出了量子點接觸僅作為上旋或下旋的一維溝道而發(fā)揮作用。如圖5 (b)所示，在作為一維溝道18而發(fā)揮作用的側柵極電壓VSG處于-3.26V至-3.17V的范圍內，能夠得到高達0.5?0.7的自旋極化率。如上所述，能夠不使用強磁性體就生成高極化率的電子。
[0043]圖6(a)以及圖6(b)是用于對實施例1所涉及的整流裝置的原理進行說明的圖。圖7(a)以及圖7(b)是依存于電子的移動方向的自旋分裂能級的示意圖。如圖6(a)以及圖6(b)所不,通過外部磁場生成部38在-Y方向上生成外部磁場Bex。如圖6(a)所不,漏極電壓Vds為正,且電子向+X方向移動。在該情況下,施加給電子40的有效磁場B α為+Y方向。如圖7(a)所示,在外部磁場Bex是O的情況下，電子40通過有效磁場B α能級自旋分離。在該情況下，在+Y方向上發(fā)生了自旋極化的自旋能級El相對于在-Y方向上發(fā)生了自旋極化的自旋能級Ε2較低。在-Y方向上施加了外部磁場Bex的情況下(即Bex < O的情況)，外部磁場Bex的方向變?yōu)榕c有效磁場Ba的方向相反。因此，與Bex=O相比，自旋能級El增高而自旋能級E2降低。通過施加外部磁場Bex,自旋能級El增高的能量ΔΕ為
I/ 2gyBBex。在此，g是g因子，μ B是透磁率。
[0044]如圖6(b)所示，漏極電壓Vds為負，且電子向-X方向移動。在該情況下，施加給電子40的有效磁場Ba為-Y方向。如圖7(b)所不,在外部磁場Bex是O的情況下，電子40通過有效磁場Ba能級自旋分離。在該情況下，-Y方向的自旋能級E2相對于Y方向的自旋能級El較低。在施加了外部磁場Bex < O的情況下,外部磁場Bex的方向與有效磁場Ba的方向相同。因此,與Bex=O相比，自旋能級E2降低而自旋能級El增高。通過施加外部磁場Bex，自旋能級E2降低的能量AESl/ 2g UeBex0
[0045]在圖7 (a)中，電子40通過有效磁場Ba在Y方向上發(fā)生自旋極化(參照圖6 (a))。但是，由于外部磁場Bex, +Y方向的自旋能級El的能量增高。例如，自旋能級El比費米能級EF高。因此，阻礙在-Y方向上發(fā)生了自旋極化的電子向X方向的移動。另一方面，在圖7(b)中，電子40通過有效磁場Ba在-Y方向上發(fā)生自旋極化(參照圖6(b))。由于外部磁場Bex,-Y方向的自旋能級E2的能量降低。例如，自旋能級E2比費米能級EF低。因此，促進電子向-X方向的移動。這樣，能夠實現即使施加相同電壓也由于電子自旋的方向，電子的易流動性不同的旋轉棘輪狀態(tài)。如上所述，實施例1的整流裝置成為若使電子流向-X方向則能夠得到在-Y方向上發(fā)生了自旋極化(圖6(b)的箭頭41b)的高自旋極化率的電子、但電子不會向+X方向流動的整流裝置。此外，通過將對柵極電極26施加的電壓反轉并使一維溝道18的電場變?yōu)?Z方向，結果成為若使電子流向X方向則能夠得到在Y方向上發(fā)生了自旋極化的高自旋極化率的電子、但電子不會向-X方向流動的整流裝置。
[0046]根據實施例 1，柵極電極26對一維溝道18施加電場，由此對在一維溝道18中移動的電子，在與電子移動的方向交叉的方向上生成起因于自旋軌道相互作用的有效磁場B a。外部磁場生成部38對一維溝道18生成外部磁場Bex。由此,如使用圖6(a)至圖7(b)所說明的那樣，能夠得到若使電子流向一個方向則能夠得到高自旋極化率的電子、但電子不會向反對方向流動的整流裝置。
[0047]一維溝道18能夠如圖2所示，利用量子點接觸來形成。
[0048]優(yōu)選外部磁場生成部38所生成的外部磁場Bex不與有效磁場B α正交。由此,能夠增大ΛΕ，并能夠進一步提高整流特性。特別是優(yōu)選外部磁場Bex如圖7(b)所示生成為有效磁場Ba的方向或如圖7 (a)所不生成為與有效磁場B α相反的方向。由此,能夠使圖7(a)以及圖7(b)的△ E變?yōu)樽畲?，并能夠進一步提高整流特性。
[0049]由于利用Rashba自旋軌道相互作用，因而優(yōu)選一維溝道18具有閃鋅礦型晶體構造。特別是優(yōu)選為III一V族化合物半導體。例如，作為一維溝道18能夠使用GaAs、InAs、AlAs、GaP、InP、AlP、GaSb、InSb、AlSb、GaN、InN 以及 A1N。此外，能夠使用這些的混晶。此外，作為一維溝道18，也能夠使用II一IV族化合物半導體。
[0050]在一維溝道18具有閃鋅礦型晶體構造的情況下，為了得到有效磁場B α而優(yōu)選在
(001)面、(110)面、或等同于這些面的面上形成該一維溝道。一維溝道18中的電子的移動方向可以是面內方向的任意一個方向。
[0051]如圖2所示，一維溝道18是對于電子移動的方向形成在從兩側縮頸的部位的半導體。這樣，能夠通過在半導體層11 (特別是阱層14)中設置縮頸來形成量子點接觸。
[0052]而且，在阱層14的縮頸部位的兩側設置形成耗盡層的側柵極32。由此，能夠由縮頸部位的兩側的耗盡層如圖5(a)所示，形成一維溝道18。
[0053]如果使用實施例1所涉及的整流裝置，能夠例如用于量子計算的量子比特的初始化。在量子計算中，從最初使電子自旋在一個方向對齊(稱之為初始化)開始進行計算。在量子計算中，例如將量子比特作為I量子比特來使用。為了將發(fā)生了自旋極化的電子注入到量子比特中，優(yōu)選使用與量子比特相同程度的尺寸(例如數IOOnm)的自旋注入源。例如，在使用強磁性體向半導體中進行自旋注入的情況下，并未實現數IOOnm尺寸的自旋注入。在實施例1中，因為能夠通過IOOnm程度的一維溝道來進行自旋注入，所以能夠將自旋方向一致的電子注入到量子比特中。由此，能夠將本整流裝置用于例如量子計算的量子比特的初始化。
[0054]而且，實施例1所涉及的整流裝置例如也能夠用于自旋場效應晶體管等。在自旋場效應晶體管中，使用強磁性體來向半導體中進行自旋注入。因此，會形成強磁性體與半導體的高品位異質結。因而，需要先進的薄膜成型技術。另一方面，在本整流裝置中，能夠僅使用半導體來產生自旋極化。因而，本整流裝置與使用強磁性體的情況相比，成為更適于半導體設備的自旋極化源。而且，在本整流裝置中，通過利用自旋整流效果，能夠利用隨機能量變化來生成自旋一致的電流，因而也能夠作為節(jié)電自旋極化源來利用。
[0055]實施例2
[0056]對將實施例1所涉及的整流裝置用作自旋晶體管的示例進行說明。圖8(a)以及圖8(b)是對實施例2所涉及的晶體管的原理進行說明的圖。圖9(a)以及圖9(b)是依存于電子的移動方向的自旋分裂能級的示意圖。參照圖8(a)以及圖8(b)，通過柵極電極26對一維溝道施加有-Z方向的電場E。通過外部磁場生成部38在-Y方向上生成外部磁場Bex0如圖8(a)所示，漏極電壓Vds為正，且電子40向+X方向移動。在該情況下，施加給電子40的有效磁場Ba為-Y方向。
[0057]如圖9 (a)所示，在外部磁場Bex是O的情況下，電子40通過有效磁場B α能級發(fā)生自旋分離。在該情況下，在-Y方向上發(fā)生了自旋極化的自旋能級Ε2相對于在+Y方向上發(fā)生了自旋極化的自旋能級Ε2較低。在-Y方向上施加了外部磁場Bex的情況下(Bex < O的情況)，外部磁場Bex的方向與有效磁場Ba的方向相同。因此,與Bex=O相比，自旋能級Ε2的ΛΕ降低而自旋能級El增高。
[0058]如圖8(b)所示，漏極電壓Vds為負，且電子向-X方向移動。在該情況下，施加給電子40的有效磁場Ba為+Y方向。如圖9(b)所示，在外部磁場Bex是O的情況下，電子40通過有效磁場Ba能夠發(fā)生自旋分離。在該情況下，+Y方向的自旋能級El相對于-Y方向的自旋能級Ε2較低。在施加了外部磁場Bex < O的情況下,外部磁場Bex的方向與有效磁場Ba的方向相反。因此,與Bex=O相比，自旋能級El的ΔΕ增高而自旋能級Ε2降低。
[0059]在通過柵極電極26對一維溝道施加了 -Z方向的電場E的情況下，如圖8(a)、圖9(a)所示，由于外部磁場Bex, -Y方向的自旋能級Ε2的能量低于費米能級EF。因此,促進在-Y方向上發(fā)生了自旋極化(箭頭41b)的電子42向X方向的移動。另一方面，如圖8(b)、圖9(b)所示，由于外部磁場Bex，+Y方向的自旋能級El的能量高于費米能級EF。由此，阻礙在+Y方向上發(fā)生了自旋極化的電子向X方向的移動。
[0060]如上所述，根據實施例2，在源極20將電子注入到一維溝道18中而漏極22從一維溝道18接受電子的情況下(即Vds > O的情況)，若對柵極電極26施加負電壓，則如圖6(a)以及圖7(a)所示，從源極20向漏極22具有-Y方向的自旋的電子的移動被抑制。另一方面，若對柵極電極施加正電壓，則如圖8(a)以及圖9(a)所示，從源極20向漏極22，在-Y方向上發(fā)生了自旋極化的(箭頭41b)電子42移動。這樣，能夠通過柵極電壓來實現對在-Y方向上發(fā)生了自旋極化的電子的流動進行導通或截止的晶體管。
[0061]實施例3
[0062]對使用了 2個實施例2的晶體管的示例進行說明。圖10(a)以及圖10(b)是用于說明實施例3的動作的平面示意圖。圖10(a)以及圖10(b)中的交叉線示出了在半導體層
11上形成了柵極電極26。如圖10(a)以及圖10(b)所示，連接有多個在實施例2中進行了說明的晶體管60以及62。2個晶體管60以及62共有源極20。
[0063]如圖10(a)所示，在源極20與漏極22之間施加正的漏極電壓Vds。由此，在晶體管60中電子想要向-X方向移動而在晶體管62中電子想要向X方向移動。對柵極電極26施加正的電壓Vgs。在-Y方向上施加了外部磁場Bex的情況下,如使用圖8 (a)以及圖8 (b)所說明的那樣，在晶體管60中，電子40不會向-X方向流動。另一方面，在晶體管62中，在-Y方向上發(fā)生了自旋極化的電子向X方向流動。因而，晶體管60成為阻斷狀態(tài)。晶體管62成為導通狀態(tài)從而發(fā)生了自旋極化的電子從源極20流到漏極22。
[0064]如圖10(b)所示，在源極20與漏極22之間施加正的漏極電壓Vds、并且對柵極電極26施加負電壓Vgs。在-Y方向上施加了外部磁場Bex的情況下,如使用圖6(a)以及圖6(b)所說明的那樣，在晶體管60中，在-Y方向上發(fā)生了自旋極化的電子42向-X方向流動。在晶體管62中，電子40不會向X方向流動。因而，晶體管62成為阻斷狀態(tài)。晶體管60成為導通狀態(tài)從而發(fā)生了自旋極化的電子從源極20流到漏極22。
[0065]根據實施例3，通過使用多個實施例2所涉及的晶體管，能夠簡單地實現I輸入2輸出的開關電路。除了使用實施例3的整流裝置以外，也能夠通過使用實施例1的整流裝置來實現各種各樣的電子電路。
[0066]以上，對使用了實施例1的晶體管以及多個晶體管的示例進行了說明，但只要晶體管具備實施例1所涉及的整流裝置也可以是其他的構成。此外，實施例1的整流裝置也能夠用于磁傳感器等。而且，實施例1?3能夠作為構成監(jiān)視器、電視機等的家庭用電氣設備、通信設備以及計算機等的電子設備的電子部件來使用。
[0067]以上，對發(fā)明的優(yōu)選實施例進行了詳細敘述，但本發(fā)明并不限定于上述的特定的實施例，在記載于權利要求書的范圍的本發(fā)明的主旨的范圍內，能夠進行各種變形/變更。
[0068]符號說明
[0069]11半導體層
[0070]18 一維溝道
[0071]20 源極
[0072]22 漏極
[0073]26柵極電極
[0074]32側柵極
[0075]38外部磁場生成部
[0076]60、62 晶體管
【權利要求】
1.一種整流裝置，其特征在于，具備: 一維溝道，其由半導體構成且用于電子移動； 電極，其通過對所述一維溝道施加電場，對于在所述一維溝道中移動的電子，在與所述電子移動的方向交叉的方向上生成起因于自旋軌道相互作用的有效磁場；和外部磁場生成部，其對所述一維溝道生成外部磁場。
2.根據權利要求1所述的整流裝置，其特征在于， 所述一維溝道為量子點接觸。
3.根據權利要求1所述的整流裝置，其特征在于， 所述外部磁場生成部在所述有效磁場的方向上或在與所述有效磁場相反的方向上生成所述外部磁場。
4.根據權利要求1?3中任意一項所述的整流裝置，其特征在于， 所述一維溝道具有閃鋅礦型晶體構造。
5.根據權利要求4所述的整流裝置，其特征在于， 所述一維溝道形成于(001)面或(110)面上。
6.根據權利要求1?5中任意一項所述的整流裝置，其特征在于， 所述一維溝道是相對于所述電子移動的方向形成在從兩側縮頸的部位的半導體。
7.根據權利要求6所述的整流裝置，其特征在于， 具備:側柵極，其在所述一維溝道的所述縮頸的部位的兩側形成耗盡層。
8.一種晶體管，其包含權利要求1?7中任意一項所述的整流裝置。
9.根據權利要求8所述的晶體管，其特征在于，具備: 源極，其將電子注入到所述一維溝道中；和 漏極，其從所述一維溝道接受電子， 所述電極為柵極電極。
10.一種整流方法，其特征在于，包含: 通過對由半導體構成且用于電子移動的一維溝道施加電場，對于在所述一維溝道中移動的電子，在與所述電子移動的方向交叉的方向上生成起因于自旋軌道相互作用的有效磁場的步驟；和 對所述一維溝道生成外部磁場的步驟。
【文檔編號】H01L29/66GK103718303SQ201280039425
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2012年8月21日 優(yōu)先權日:2011年8月22日
【發(fā)明者】好田誠, 新田淳作, 小林研介 申請人:獨立行政法人科學技術振興機構