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SINGLE ELECTRONIC DEVICE WHEREIN CURRENT MIRROR EFFECT IS PRODUCED commons

Patent code P110004814
File No. 03-001JP00
Posted date Aug 18, 2011
Application number P2003-115352
Publication number P2004-319932A
Patent number P3972099
Date of filing Apr 21, 2003
Date of publication of application Nov 11, 2004
Date of registration Jun 22, 2007
Inventor
  • (In Japanese)水柿 義直
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人 電気通信大学
Title SINGLE ELECTRONIC DEVICE WHEREIN CURRENT MIRROR EFFECT IS PRODUCED commons
Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a single electronic device wherein places of capacity coupling can be reduced, mirror current direction can be made the same as that of an original current and strong current mirror effect is produced.

SOLUTION: A gate voltage Vg1 is applied to an electrode between a fine tunnel 1-k-1 and a fine tunnel 1-k from a gate voltage source 4, bias voltage sources 5-1, 5-2 are disposed in both ends of a one-dimensional serial array 1 and bias voltages +V1/2, -V1/2 are applied each. Therefore, a current I1 is made to flow to the one-dimensional serial array 1. Furthermore, a gate voltage Vg2 is applied to an electrode between a fine tunnel 2-2 and a fine tunnel 2-3 from a gate voltage source 6, bias voltage sources 7-1, 7-2 are disposed at both ends of the one-dimensional serial array 2 and bias voltages +V2/2, -V2/2 are applied each. Thus, a current I2 which is almost equal to the current I1 is made to flow to the one-dimensional serial array 2.

Outline of related art and contending technology (In Japanese)
このような電流ミラー効果が生じる単電子デバイスのうちの最初に提案されたもの(以後、「第1の従来の単電子デバイス」と称する。)は、クーロンブロッケイド現象が発現する比較的多数(例えば、20)の微小トンネル接合を有する2本の1次元直列アレイを具え、一方の1次元直列アレイにおける微小トンネル接合間の電極の各々を、他方の1次元直列アレイにおける微小トンネル接合間の1又は2個の電極に対して容量結合している(例えば、非特許文献1,2参照)。
【0003】
第1の従来の単電子デバイスでは、一方の1次元直列アレイ中の電子(又は正孔)と他方の1次元直列アレイ中の正孔(又は電子)とが、クーロン力によって互いに引き付けられ、電子及び正孔が対となって1次元直列アレイ中を動く結果、一方の1次元直列アレイを流れる電流は、他方の1次元直列アレイを流れる電流と向きが逆で大きさ(絶対値)が等しくなり、これによって電流ミラー効果が実現される。
【0004】
したがって、第1の従来の単電子デバイスにおいては、1個のキャリア(電子又は正孔)の単位で電荷制御された電流ミラー効果が実現されるが、1次元直列アレイの長い範囲に亘って容量結合を行う必要があるとともに、一方の1次元直列アレイを流れる電流の向きが他方の1次元直列アレイを流れる電流の向きと逆になる、すなわち、ミラー電流の向きが元の電流の向きと逆になる、という不都合がある。
【0005】
また、このような第1の従来の単電子デバイスの不都合を解消する、電流ミラー効果が生じる単電子デバイス(以後、「第2の従来の単電子デバイス」と称する。)も提案されており(例えば、非特許文献3参照)、かかる第2の従来の単電子デバイスは、クーロンブロッケイド現象が発現する比較的多数(例えば、20)の微小トンネル接合を有する第1の1次元直列アレイと、クーロンブロッケイド現象が生じる4個の微小トンネル接合を有する第2の1次元直列アレイ(例えば、非特許文献4参照)とを具え、第1の1次元直列アレイにおける中央の微小トンネル接合間の電極(中央電極)と、第2の1次元直列アレイにおける中央の微小トンネル接合間の電極(中央電極)との間でのみ容量結合を行っている。
【0006】
【非特許文献1】
P. Delsing et al. “A Current Mirror Based on the Coulomb Blockade”, in Extended Abstracts of the Sixth International Superconductive Electronics Conference, edited by H. Koch (Physikalish Technische Bundesantanlt, Belrin, 1997), vol.1, pp.98-100 (Fig. 1)
【非特許文献2】
H. Simada et al. “Current Mirror Effect and Correlated Cooper-Pair Transport in Coupled Arrays of Small Josephson Junctions”, Phys. Rev. Lett. 85 (2000), pp.3253-3256 (Fig. 1)
【非特許文献3】
Mizugaki et al. “Single-Electron Turnstile Locked to Charge Solitons in a One-Dimensional Array of Small Junctions”, Jpn. J. Appl. Phys. Vol.41 (2002), pp.5630-5634 (Fig. 1)
【非特許文献4】
L. J. Geerligs et al. “Frequency-Locked Turnstile Device for Single Electrons”, Phys. Rev. Lett. 64 (1990), pp. 2691-2694 (Fig. 1)
Field of industrial application (In Japanese)
本発明は、クーロンブロッケイド現象を利用することによって電流ミラー効果が生じる単電子デバイスに関する。なお、本明細書中、「単電子デバイス」とは、電子や正孔のようなキャリアが1個の単位で電荷制御されるデバイスを意味するものとする。
Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】
 クーロンブロッケイド現象が発現するn1個(n1を4以上の自然数とする。)のトンネル接合を有する第1の1次元直列アレイと、
クーロンブロッケイド現象が発現するn2個(n2を4以上かつn1以下の自然数とする。)のトンネル接合を有する第2の1次元直列アレイと、
前記第1の1次元直列アレイのk1番目のトンネル接合とk1+1番目のトンネル接合の間(k1を、2以上n1-2以下の自然数とする。)のポイントと、前記第2の1次元直列アレイのk2番目のトンネル接合とk2+1番目のトンネル接合の間(k2を、2以上n2-2以下の自然数とする。)のポイントとの間を容量結合する手段とを具え、
前記第1の1次元直列アレイと前記第2の1次元直列アレイの一方について、前記ポイントに対して、第1の容量を介して第1の電圧を印加するとともに、両端間に第2の電圧を印加することによって第1の電流を発生し、
前記第1の1次元直列アレイと前記第2の1次元直列アレイの他方について、前記ポイントに対して、第2の容量を介して第3の電圧を印加するとともに、両端間に第4の電圧を印加することによって前記第1の電流にほぼ等しい第2の電流を発生するように構成したことを特徴とする、電流ミラー効果が生じる単電子デバイス。
【請求項2】
 前記第1の1次元直列アレイについて、前記ポイントに対して、前記第1の容量を介して前記第1の電圧を印加するとともに、両端間に前記第2の電圧を印加することによって前記第1の電流を発生し、
前記第2の1次元直列アレイについて、前記ポイントに対して、前記第2の容量を介して前記第3の電圧を印加するとともに、両端間に前記第4の電圧を印加することによって前記第1の電流にほぼ等しい前記第2の電流を発生するように構成したことを特徴とする、請求項1記載の電流ミラー効果が生じる単電子デバイス。
【請求項3】
 前記第1の容量と前記第1の電圧との積を、キャリアの電荷の絶対値の半分としたことを特徴とする、請求項1又は2記載の電流ミラー効果が生じる単電子デバイス。
【請求項4】
 前記第2の容量と前記第2の電圧との積を、キャリアの電荷の絶対値の半分としたことを特徴とする、請求項3記載の電流ミラー効果が生じる単電子デバイス。
Industrial division
  • Solid device
IPC(International Patent Classification)
Drawing

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JP2003115352thum.jpg
State of application right Right is in force


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