Arnold Sommerfeld-Preis der BAdW
Nanoelektronik mit Y-Schaltern und Quantendrähten
Zwei- und eindimensionale elektrische Leiter
Y-Schalter wurden auf der Basis modulationsdotierter GaAs/AlGaAs Halbleiterheterostrukturen (MOD- Heterostrukturen, engl. modulation doped) realisiert, in denen sich ein sehr dünner elektrischer Leiter, ein hochmobiles, zweidimensionales Elektronengas (2DEG) befindet [11]. In einem 2DEG hoher Güte können sich Elektronen ballistisch ohne Energieverlust bewegen.
Abbildung 1 zeigt schematisch den örtlichen Verlauf der Energie des Leitungsbandes. Es gilt, dass Elektronen mit einer Energie größer als die Leitungsbandkante beweglich sind. Elektronen mit einer kleineren Energie als die der Bandkante hingegen können nicht bewegt werden. Diese sind für das Schalten nicht interessant.
Bewegliche und nicht bewegliche Elektronen entstehen durch gezieltes Impfen (Dotieren) mit wenigen Fremdatomen. Es zeigte sich, dass dadurch besonders schnelle Elektronen entstehen, wenn die Siliziumatome (nichtbewegliche Ladungen) von den beweglichen Ladungen örtlich getrennt sind.
Diese örtliche Trennung kann mit der Genauigkeit weniger Atomlagen durch moderne Verfahren des Schichtenwachstums kontrolliert werden. Das 2DEG fungiert als dünner, ebener Kanal, wobei die Quantenmechanik die Elektronen auf neue, diskrete Leitungsbänder mit quantisierten Energien zwingt.