JP2006121029A - Solid electronic apparatus - Google Patents

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永輔 ▲徳▼光
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that control of big current with low driving voltage is difficult, since the electric charge which can be induced at a gate insulating film with the insulation breakdown voltage of an MOSFET is restricted conventionally in the MOSFET that uses SiO<SB>2</SB>as the gate insulation film, for example. <P>SOLUTION: This solid electronic apparatus has a gate electrode 3 to which control voltage is applied, a source electrode 4, and a drain electrode 5 where a conducting state is controlled by the control voltage. The solid-state electronic apparatus is provided with a channel layer 1, which generates a channel between the source electrode and the drain electrode, and the gate insulating film 2 provided in between the gate electrode and the channel layer, and which consists of dielectric material where an equivalent specific inductive capacity is large. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、固体電子装置に関し、特に、ゲート絶縁膜に等価的な比誘電率が大きい誘電体材料を使用して大きな電流制御を可能とする固体電子装置に関する。   The present invention relates to a solid-state electronic device, and more particularly to a solid-state electronic device that enables a large current control using a dielectric material having a large relative dielectric constant equivalent to a gate insulating film.

図1は従来の固体電子装置の一例を概略的に示す図であり、一般的なnチャネル型MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)を示すものである。図1において、参照符号101はp型シリコンウエハ(チャネル層)、111はn+ソース領域、112はn+ドレイン領域、113はチャネル、102はゲート絶縁膜、103はゲート電極、104はソース電極、そして、105はドレイン電極を示している。 FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a conventional solid-state electronic device, and shows a general n-channel MOSFET (Metal-Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor). In FIG. 1, reference numeral 101 is a p-type silicon wafer (channel layer), 111 is an n + source region, 112 is an n + drain region, 113 is a channel, 102 is a gate insulating film, 103 is a gate electrode, and 104 is a source electrode. Reference numeral 105 denotes a drain electrode.

図1に示されるように、従来のトランジスタ(MOSFET)は、ゲート絶縁膜102としてシリコン酸化膜(二酸化珪素:SiO2)を使用すると共に、ゲート電極103に正の電圧が印加されたときにソース電極104およびドレイン電極105間にチャネル(電子)113を生成して導通させるチャネル層101としてシリコン等の半導体(酸化物導電体)を使用している。 As shown in FIG. 1, the conventional transistor (MOSFET) uses a silicon oxide film (silicon dioxide: SiO 2 ) as the gate insulating film 102 and has a source when a positive voltage is applied to the gate electrode 103. A semiconductor (oxide conductor) such as silicon is used as the channel layer 101 for generating and conducting a channel (electrons) 113 between the electrode 104 and the drain electrode 105.

例えば、MOSFETのチャネル層101として使用するシリコンは、キャリア数に制限があり、制御できる電流には自ずと限界がある。さらに、ソース電極104およびドレイン電極105間に大きな電流を流すにはゲート電極103に対して高電圧を印加する必要があるが、ゲート絶縁膜102の絶縁耐圧に制限されて大電流を流すことができない。しかしながら、将来の集積回路素子として、より微細で高速なスイッチング動作を実現する固体電子装置としては、いかに大きな電荷をいかに高速で制御することができるかが重要である。   For example, silicon used as the channel layer 101 of the MOSFET has a limit on the number of carriers, and the current that can be controlled is naturally limited. Further, in order to flow a large current between the source electrode 104 and the drain electrode 105, it is necessary to apply a high voltage to the gate electrode 103. However, a large current is allowed to flow by being limited by the withstand voltage of the gate insulating film 102. Can not. However, as a future integrated circuit element, as a solid-state electronic device that realizes a finer and faster switching operation, it is important how large charges can be controlled at high speed.

従来、透明材料の2つの接続電極と、透明絶縁層によりチャネル領域から分離された導電材料の透明ゲート電極が設けられた半導体材料の介在透明チャネル領域と、を有する透明スイッチング素子を備えた半導体装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, a semiconductor device comprising a transparent switching element having two connection electrodes of a transparent material and an intervening transparent channel region of a semiconductor material provided with a transparent gate electrode of a conductive material separated from the channel region by a transparent insulating layer Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

また、従来、基板としてガラス、サファイア、プラスティック等の透明な材料を使用し、且つ、透明チャネル層として酸化亜鉛(ZnO)等を使用すると共に、ゲート絶縁層として1価の価数を取りうる元素またはV族元素をドープした絶縁性ZnO等の透明絶縁性材料を使用した透明なトランジスタも提案されている(例えば、特許文献2参照)。   In addition, conventionally, a transparent material such as glass, sapphire, or plastic is used as a substrate, and zinc oxide (ZnO) is used as a transparent channel layer, and an element capable of taking a monovalent valence as a gate insulating layer Alternatively, a transparent transistor using a transparent insulating material such as insulating ZnO doped with a group V element has also been proposed (see, for example, Patent Document 2).

さらに、従来、ゲート絶縁膜としてPZT[Pb(ZrX,Ti1-X)O3]を使用し、チャネル層として酸化錫(SnO2:Sb)を使用した強誘電体透明薄膜トランジスタも提案されている(例えば、非特許文献1参照)。 Further, a ferroelectric transparent thin film transistor using PZT [Pb (Zr X , Ti 1-X ) O 3 ] as a gate insulating film and tin oxide (SnO 2 : Sb) as a channel layer has been proposed. (For example, refer nonpatent literature 1).

また、従来、SRTO[SrRuXTi1-X3]チャネルを有する強誘電体電界効果トランジスタも提案されている(例えば、非特許文献2参照)。さらに、従来、Ag/PLZT[Pb1-YLay(ZrXTi1-Z1-Y/43]/LSCO[LaXSr1-XCuO4]強誘電体電界効果トランジスタも提案されている(例えば、非特許文献3参照)。 Conventionally, a ferroelectric field effect transistor having an SRTO [SrRu X Ti 1-X O 3 ] channel has also been proposed (see, for example, Non-Patent Document 2). Furthermore, conventionally, even Ag / PLZT [Pb 1-Y La y (Zr X Ti 1-Z) 1-Y / 4 O 3] / LSCO [La X Sr 1-X CuO 4] ferroelectric field effect transistor proposed (For example, see Non-Patent Document 3).

特表平11−505377号公報Japanese National Patent Publication No. 11-505377 特開2000−150900号公報JP 2000-150900 A エヌ・ダブリュ・プリンス他(N.W. Prins et al)著,「強誘電体透明薄膜トランジスタ(A Ferroelectric Transparent Thin-Film Transistor)」,APPl. Phys. Lett. 68(25), 1996年6月17日発行Published by N.W. Prins et al, “A Ferroelectric Transparent Thin-Film Transistor”, APPl. Phys. Lett. 68 (25), June 17, 1996. エイ・ジー・シュロッツ他(A.G. Schrott et al)著,「SrRuXTi1-XO3チャネルを有する強誘電体電界効果トランジスタ(Ferroelectric Field Effect Transistor with a SrRuXTi1-XO3 Channel)」,VOL.82, NO.26,2003年6月30日発行AG Schrott et al., "Ferroelectric Field Effect Transistor with a SrRuXTi1-XO3 Channel", VOL.82, NO.26, 2003 Published June 30, アイ・ブイ・グレコフ他(I.V. Grekhov et al)著,「Ag/PLZT/LSCO強誘電体電界効果トランジスタにおける強く変調されたコンダクタンス(Strongly Modulated Conductance in Ag/PLZT/LSCO Ferroelectric Field Effect Transistor)」,Ioffe Institute, ロシア,2001年発行IV Grekhov et al, “Strongly Modulated Conductance in Ag / PLZT / LSCO Ferroelectric Field Effect Transistor”, Ioffe Published by Institute, Russia, 2001

上述したように、従来のMOSFET(薄膜トランジスタ)は、例えば、チャネル層101としてZnO等の酸化物導電体を使用するため、チャネルにおける電荷の移動度が小さく、さらに、ゲート絶縁膜102としてSi02等の比較的厚い常誘電体膜を使用するため、トランジスタ(固体電子装置)のオン電流が小さいのが現状である。具体的に、Si02のゲート絶縁膜に誘起できる電荷密度は、その絶縁耐圧(10MV/cm)によって3.5μC/cm2に制限されている。 As described above, the conventional MOSFET (thin film transistor), for example, to use the oxide conductor such as ZnO as a channel layer 101, the mobility of charge in the channel is small, furthermore, Si0 2 or the like as the gate insulating film 102 Since a relatively thick paraelectric film is used, the on-state current of the transistor (solid-state electronic device) is small. Specifically, the charge density which can be induced in the gate insulating film of Si0 2 is limited to 3.5μC / cm 2 by the dielectric strength (10MV / cm).

ところで、近年、高誘電率材料(high-K)をゲート絶縁膜に用いたトランジスタも提案されているが、このようなトランジスタは絶縁耐圧が小さくなる(絶縁耐圧劣化)ために、その制御できる電荷密度は、例えば、5.0μC/cm2程度であり、Si02をゲート絶縁膜に使用したトランジスタと比較して劇的には大きくなることはない。この限界は、上述したシリコン(Si)のMOSFETにもいえることで、トランジスタのオン電流の限界値を決める理由の重要な要因となっている。 By the way, in recent years, a transistor using a high dielectric constant material (high-K) as a gate insulating film has also been proposed. However, since such a transistor has a low withstand voltage (dielectric withstand voltage deterioration), the charge that can be controlled is reduced. density, for example, about 5.0μC / cm 2, it does not become large dramatically compared to transistor using Si0 2 gate insulating film. This limit can also be applied to the above-described silicon (Si) MOSFET, and is an important factor in determining the limit value of the on-current of the transistor.

さらに、従来、強誘電体材料を使用した様々なトランジスタも提案されているが、低い駆動電圧で大きな電流を制御するものではなかった。すなわち、従来の強誘電体材料を使用したトランジスタは、強誘電体材料の持つ大きな電荷量を利用して巨大電荷量を制御するといった発想に基づくものではなかった。   Further, various transistors using a ferroelectric material have been proposed in the past, but a large current was not controlled with a low driving voltage. That is, a conventional transistor using a ferroelectric material is not based on the idea of controlling a huge charge amount by using a large charge amount of the ferroelectric material.

本発明は、上述した従来技術が有する課題に鑑み、低い駆動電圧で大きな電流を制御することができる固体電子装置の提供を目的とする。   An object of the present invention is to provide a solid-state electronic device capable of controlling a large current with a low driving voltage in view of the above-described problems of the related art.

本発明の第1の形態によれば、制御電圧が印加されるゲート電極と、該制御電圧によって導通状態が制御されるソース電極およびドレイン電極とを有する固体電子装置であって、前記ソース電極および前記ドレイン電極間にチャネルを生成するチャネル層と、前記ゲート電極および前記チャネル層の間に設けられ、等価的な比誘電率が大きい誘電体材料で構成されたゲート絶縁膜と、を備えることを特徴とする固体電子装置が提供される。   According to a first aspect of the present invention, there is provided a solid-state electronic device having a gate electrode to which a control voltage is applied, and a source electrode and a drain electrode whose conduction state is controlled by the control voltage, the source electrode and A channel layer that generates a channel between the drain electrodes, and a gate insulating film that is provided between the gate electrode and the channel layer and is made of a dielectric material having a large equivalent relative dielectric constant. A featured solid state electronic device is provided.

本発明の第2の形態によれば、制御電圧が印加されるゲート電極と、該制御電圧によって導通状態が制御されるソース電極およびドレイン電極とを有する固体電子装置であって、前記ソース電極および前記ドレイン電極間にチャネルを生成するインジウム錫酸化物[ITO]で形成されたチャネル層と、前記ゲート電極および前記チャネル層の間に設けられ、等価的な比誘電率が大きい誘電体材料で構成されたゲート絶縁膜と、を備えることを特徴とする固体電子装置が提供される。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a solid-state electronic device having a gate electrode to which a control voltage is applied, and a source electrode and a drain electrode whose conduction state is controlled by the control voltage, the source electrode and A channel layer formed of indium tin oxide [ITO] that generates a channel between the drain electrodes, and a dielectric material having a large equivalent relative dielectric constant provided between the gate electrode and the channel layer A solid-state electronic device is provided.

本発明によれば、低い駆動電圧で大きな電流を制御することができる固体電子装置を提供することができる。   According to the present invention, a solid-state electronic device capable of controlling a large current with a low driving voltage can be provided.

本発明に係る固体電子装置は、チャネル層にキャリア濃度が高い酸化物導電性材料を使用すると共に、増幅作用のためのチャネル層の制御としてゲート絶縁膜に等価的な比誘電率が大きい強誘電体材料を使用する。これにより、従来の半導体をチャネル層として用いる固体電子装置と比較し、制御できるキャリア数が大幅に増加するため、従来よりもはるかに低い駆動電圧で大きな電流を制御することが可能になる。このことは、将来の集積回路素子として、より微細で高速なスイッチング動作が可能な固体電子装置の実現に繋がるものである。
以下、本発明に係る固体電子装置の実施例を、添付図面を参照して詳述する。
The solid-state electronic device according to the present invention uses an oxide conductive material having a high carrier concentration for the channel layer and a ferroelectric having a large relative dielectric constant equivalent to the gate insulating film as a control of the channel layer for amplification. Use body material. As a result, the number of carriers that can be controlled is greatly increased as compared with a solid-state electronic device that uses a conventional semiconductor as a channel layer, so that a large current can be controlled with a driving voltage that is much lower than in the conventional case. This leads to the realization of a solid-state electronic device capable of a finer and faster switching operation as a future integrated circuit element.
Hereinafter, embodiments of a solid-state electronic device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

図2は本発明に係る固体電子装置の一実施例の構成を概略的に示す図である。図2において、参照符号1はチャネル層、2はゲート絶縁膜、3はゲート電極、4はソース電極、そして、5はドレイン電極を示している。   FIG. 2 is a diagram schematically showing a configuration of an embodiment of a solid-state electronic device according to the present invention. In FIG. 2, reference numeral 1 is a channel layer, 2 is a gate insulating film, 3 is a gate electrode, 4 is a source electrode, and 5 is a drain electrode.

図2に示す本実施例の固体電子装置(トランジスタ)は、ゲート絶縁膜2として等価的な比誘電率が大きい誘電体材料を使用し、また、チャネル層1としてキャリア濃度が高い酸化物導電性材料を使用する。   The solid-state electronic device (transistor) of the present embodiment shown in FIG. 2 uses a dielectric material having a large equivalent relative dielectric constant as the gate insulating film 2, and oxide conductivity having a high carrier concentration as the channel layer 1. Use materials.

ここで、ゲート絶縁膜2として使用する等価的な比誘電率が大きい強誘電体材料としては、例えば、PZT(Pb(ZrX,Ti1-X)O3],BLT[Bi4-XLaXTi312],SBT[SrBi2Ta29]またはBIT[Bi4Ti312]があり、また、ゲート絶縁膜2として使用する比誘電率が大きい常誘電体材料(高誘電体材料)としては、例えば、BST[BaXSr1-XTiO3]がある。なお、ゲート絶縁膜2として強誘電体材料を使用した場合、その強誘電体材料のヒステリシス特性によりデータ保持機能を有することになる。また、ゲート絶縁膜2として強誘電体材料を使用して単なるスイッチング素子として利用するには、強誘電体材料のヒステリシス特性に対応した電圧レベルの制御信号(オンまたはオフに状態を遷移させるための異なるレベルのゲート電圧)が必要になる。 Here, as the ferroelectric material is greater equivalent dielectric constant to be used as the gate insulating film 2, for example, PZT (Pb (Zr X, Ti 1-X) O 3], BLT [Bi 4-X La X Ti 3 O 12 ], SBT [SrBi 2 Ta 2 O 9 ] or BIT [Bi 4 Ti 3 O 12 ], and a paraelectric material (high dielectric constant) used as the gate insulating film 2 having a large relative dielectric constant. For example, BST [Ba X Sr 1-X TiO 3 ] is used as the body material) When a ferroelectric material is used as the gate insulating film 2, a data holding function is provided by the hysteresis characteristics of the ferroelectric material. Further, in order to use a ferroelectric material as the gate insulating film 2 as a simple switching element, a voltage level control signal (ON or OFF) corresponding to the hysteresis characteristic of the ferroelectric material is used. Transition state Different gate voltages of the level) is required of order.

また、チャネル層1として使用するキャリア濃度が高い酸化物導電性材料としては、例えば、インジウム錫酸化物[ITO],LSCO[LaXSr1-XCuO4],酸化錫[SnO2],酸化亜鉛[ZnO]または酸化インジウム[In23]がある。なお、チャネル層として使用するITO等は光透過(透明)性を有しているので、この透明なチャネル層の性質を積極的に利用することもできる。 Examples of the oxide conductive material having a high carrier concentration used as the channel layer 1 include indium tin oxide [ITO], LSCO [La x Sr 1-x CuO 4 ], tin oxide [SnO 2 ], and oxidation. There is zinc [ZnO] or indium oxide [In 2 O 3 ]. In addition, since ITO etc. used as a channel layer have optical transparency (transparency), the property of this transparent channel layer can also be utilized positively.

そして、本実施例の固体電子装置によれば、低い駆動電圧で大きな電流を制御することが可能になる。
図3は図2に示す固体電子装置を従来の固体電子装置と比較して説明するためのP−E特性(P−Eヒステリシス特性)を示す図である。
And according to the solid-state electronic device of a present Example, it becomes possible to control a big electric current with a low drive voltage.
FIG. 3 is a diagram showing PE characteristics (PE hysteresis characteristics) for explaining the solid-state electronic device shown in FIG. 2 in comparison with a conventional solid-state electronic device.

図3の特性曲線L11に示されるように、従来のトランジスタ(MOSFET)のゲート絶縁膜として使用されるSi02の比誘電率は3.9(εr=3.9)と小さく、図3では、ほとんどX軸との差異も分からないくらいである。なお、前述したように、Si02に誘起できる電荷密度は、その絶縁耐圧(10MV/cm:図3では、1.5MV/cmまでの電界しかプロットされていない)によって3.5μC/cm2に制限される。 As shown in characteristic curve L11 of FIG. 3, the Si0 2 in the relative dielectric constant that is used as a gate insulating film of the conventional transistor (MOSFET) as small as 3.9 (εr = 3.9), 3, There is almost no difference from the X axis. As described above, the charge density can be induced in the Si0 2, the breakdown voltage (10 MV / cm: In Figure 3, an electric field of up to 1.5 MV / cm only not plotted) by the 3.5μC / cm 2 Limited.

また、近年、SiO2に代わる高誘電率ゲート絶縁膜として注目されているハフニア(HfO2:ハフニウムオキサイド)に関しても、例えば、HfO2の比誘電率は20(εr=20)であるため、図3の特性曲線L12に示されるように、図3では、Si02の特性曲線L11よりも多少大きく表されるだけである。なお、図3における特性曲線L13は、比誘電率が100(εr=100)の物質を想定して描いたものである。 Further, as for hafnia (HfO 2 : hafnium oxide) which has been attracting attention as a high dielectric constant gate insulating film in place of SiO 2 in recent years, for example, the relative dielectric constant of HfO 2 is 20 (εr = 20). as shown in the third characteristic curve L12, in FIG. 3, it is only expressed slightly larger than the Si0 2 characteristic curve L11. The characteristic curve L13 in FIG. 3 is drawn assuming a substance having a relative dielectric constant of 100 (εr = 100).

これに対して、本実施例に係る固体電子装置におけるゲート絶縁膜2として使用する強誘電体材料(具体的に、PZT)の場合には、例えば、0.5MV/cmの電界を与えるだけで、約50μC/cm2よりも大きな電荷密度が得られることが分かる。 On the other hand, in the case of a ferroelectric material (specifically, PZT) used as the gate insulating film 2 in the solid-state electronic device according to the present embodiment, for example, only an electric field of 0.5 MV / cm is applied. It can be seen that a charge density greater than about 50 μC / cm 2 can be obtained.

従って、例えば、チャネル層1としてITOを使用することにより、キャリア濃度が〜1021cm-3、移動度が〜50cm2/V・s、そして、大きなバンドギャップ(3.75eV)を持つn型半導体(固体電子装置)を構成することができる。なお、p型半導体に関しても、同様に構成することができるのはいうまでもない。 Therefore, for example, by using ITO as the channel layer 1, the carrier concentration is 10 21 cm -3 , the mobility is 50 cm 2 / V · s, and the n-type having a large band gap (3.75 eV). A semiconductor (solid-state electronic device) can be configured. Needless to say, a p-type semiconductor can be configured similarly.

図4は図2に示す固体電子装置の動作原理を説明するための図であり、図4(a)はゲート電極3に正の電圧を印加して導通(オン)した状態を示し、また、図4(b)はゲート電極3に負の電圧を印加して遮断(オフ)した状態を示している。   4 is a diagram for explaining the operation principle of the solid-state electronic device shown in FIG. 2, and FIG. 4 (a) shows a state in which a positive voltage is applied to the gate electrode 3 to make it conductive (ON). FIG. 4B shows a state in which a negative voltage is applied to the gate electrode 3 to cut off (off) it.

図4(a)に示されるように、ゲート電極3に正の電圧を印加すると、例えば、PZTで構成されたゲート絶縁膜2を介して、例えば、ITOで構成されたチャネル層1に大きな電界が与えられキャリア(電子)が蓄積される(符号1a参照)。これにより、ドレイン電極5からソース電極4へ電流IDが流れる(ID>0:オン状態)。
このとき、ゲート電極3に印加する電圧を零としても、PZT(強誘電体)の残留分極により、オン状態は維持され、データ保持機能を有することになる。
As shown in FIG. 4A, when a positive voltage is applied to the gate electrode 3, a large electric field is applied to the channel layer 1 made of, for example, ITO via the gate insulating film 2 made of, for example, PZT. And carriers (electrons) are accumulated (see reference numeral 1a). As a result, a current I D flows from the drain electrode 5 to the source electrode 4 (I D > 0: ON state).
At this time, even if the voltage applied to the gate electrode 3 is zero, the on-state is maintained by the residual polarization of PZT (ferroelectric material), and the data holding function is provided.

次に、図4(b)に示されるように、ゲート電極3に負の電圧を印加すると、ゲート絶縁膜(PZT)2を介して、逆向きの電界がチャネル層(ITO)1に与えられ、チャネル層が空乏化される(符号1b参照)。これにより、ドレイン電極5とソース電極4との導通は遮断される(ID≒0:オフ状態)。 Next, as shown in FIG. 4B, when a negative voltage is applied to the gate electrode 3, a reverse electric field is applied to the channel layer (ITO) 1 through the gate insulating film (PZT) 2. The channel layer is depleted (see symbol 1b). As a result, conduction between the drain electrode 5 and the source electrode 4 is interrupted (I D ≈0: off state).

図5は図2に示す固体電子装置に必要とされる条件を説明するための図である。ここで、素電荷量をq(1.602×10-19クーロン),ゲート電極3に印加される電圧をVG,強誘電体材料(ゲート絶縁膜2)による電荷密度をP(VG),チャネル層(ITO)1の厚さをd,キャリア濃度をND,真空の誘電率をε0,強誘電体材料の比誘電率をεS,チャネルのフェルミレベルと真性フェルミレベルとのポテンシャル差をφB,チャネル層1のキャリア濃度をNDとする。なお、前述したように、ゲート絶縁膜2として使用する強誘電体材料は、比誘電率が大きい常誘電体材料であってもよい。 FIG. 5 is a diagram for explaining conditions required for the solid-state electronic device shown in FIG. Here, the elementary charge amount is q (1.602 × 10 −19 coulomb), the voltage applied to the gate electrode 3 is V G , and the charge density due to the ferroelectric material (gate insulating film 2) is P (V G ). , Channel layer (ITO) 1 thickness d, carrier concentration N D , vacuum dielectric constant ε 0 , ferroelectric material relative dielectric constant ε S , potential of channel Fermi level and intrinsic Fermi level The difference is φ B and the carrier concentration of the channel layer 1 is N D. As described above, the ferroelectric material used as the gate insulating film 2 may be a paraelectric material having a large relative dielectric constant.

まず、ゲート絶縁膜2がキャリア層1におけるキャリアを制御する必要があるので、チャネル層1のキャリア濃度NDは、以下の条件式[1]を満足する必要がある。
D<{P(VG)}/(qd) …… [1]
First, since the gate insulating film 2 needs to control carriers in the carrier layer 1, the carrier concentration N D of the channel layer 1 needs to satisfy the following conditional expression [1].
N D <{P (V G )} / (qd) (1)

さらに、キャリア層1の厚さdは、最大空乏領域幅Wmよりも薄くする必要があるので、キャリア層1の厚さdは、以下の条件式[A]を満足する必要がある。
d<Wm …… [A]
また、最大空乏領域幅Wmは、以下の式[B]により表される。
m={(4ε0εSφB)/(qND)}1/2 …… [B]
Furthermore, since the thickness d of the carrier layer 1 needs to be smaller than the maximum depletion region width W m , the thickness d of the carrier layer 1 needs to satisfy the following conditional expression [A].
d <W m ...... [A]
The maximum depletion region width W m is represented by the following formula [B].
W m = {(4ε 0 ε S φ B ) / (qN D )} 1/2 ...... [B]

上記式[A]および[B]から、キャリア濃度NDの条件を求めると、以下の条件式[2]のようになる。
D<(4ε0εSφB)/qd2 …… [2]
従って、キャリア濃度NDは、上記の条件式[1]および[2]を同時に満たす必要がある。
When the condition of the carrier concentration N D is obtained from the above equations [A] and [B], the following conditional equation [2] is obtained.
N D <(4ε 0 ε S φ B ) / qd 2 ...... [2]
Therefore, the carrier concentration N D needs to satisfy the above conditional expressions [1] and [2] simultaneously.

図5において、曲線L21は条件式[1]を示し、また、曲線L22は条件式[2]を示す。キャリア濃度NDは、条件式[1]および[2]を同時に満たす必要があるため、曲線L21の下側領域および曲線L22の下側領域の共通領域に含まれなければならない。なお、図5の場合には、曲線L22の下側領域(条件式[2]を満たす領域であれば、そのまま曲線L21の下側領域(条件式[1])も満たすことになるので、単に、曲線L22の下側領域であればよいことになる。 In FIG. 5, a curve L21 indicates conditional expression [1], and a curve L22 indicates conditional expression [2]. Since the carrier concentration N D needs to satisfy the conditional expressions [1] and [2] at the same time, it must be included in the common region of the lower region of the curve L21 and the lower region of the curve L22. In the case of FIG. 5, since the lower region of the curve L21 (conditional expression [1]) is also satisfied as long as it is the region that satisfies the conditional expression [2], the lower region of the curve L22 (conditional expression [1]) is also satisfied. The lower region of the curve L22 is sufficient.

ここで、大きな電流を流すと共に、チャネル層(ITO)1を適当な厚さにした固体電子装置としては、例えば、チャネル層1の厚さdが約8nmで、キャリア濃度NDが約1×1019cm-3の条件(図5における領域P)を満たせばよい。具体的に、ゲート絶縁膜2として使用する強誘電体材料の電荷密度Prを15μC/cm2、チャネル層(ITO)のφBをEg/2q=1.875V,Eg=3.75eV、そして、比誘電率εSを4として固体電子装置を構成することができる。 Here, the large current flows, the channel layer (ITO) 1 as a solid-state electronic device which is in an appropriate thickness, for example, a thickness d of about 8nm channel layer 1, a carrier concentration N D of about 1 × The condition of 10 19 cm −3 (region P in FIG. 5) may be satisfied. Specifically, the charge density Pr of the ferroelectric material used as the gate insulating film 2 is 15 μC / cm 2 , and φ B of the channel layer (ITO) is E g /2q=1.875 V, E g = 3.75 eV, A solid-state electronic device can be configured with a relative dielectric constant ε S of 4.

ここで、本発明に係る固体電子装置として、ゲート絶縁膜2の電荷密度は、例えば、10μC/cm2よりも大きく、また、チャネル層1のキャリア濃度は、例えば、1×1018cm-3よりも高いのが好ましい。 Here, as the solid-state electronic device according to the present invention, the charge density of the gate insulating film 2 is larger than, for example, 10 μC / cm 2 , and the carrier concentration of the channel layer 1 is, for example, 1 × 10 18 cm −3. Higher than that.

このように、本実施例の固体電子装置によれば、低い電圧でも巨大な電荷量を誘起できる誘電体材料(例えば、PZTやBLT等の強誘電体材料)をゲート絶縁膜に使用することにより、例えば、従来のゲート絶縁膜にSi02を使用したトランジスタ(MOSFET)の1/100以下の印加電界でも10倍以上の電荷量を制御することが可能になる。 Thus, according to the solid-state electronic device of the present embodiment, by using a dielectric material (for example, a ferroelectric material such as PZT or BLT) that can induce a large amount of charge even at a low voltage, for the gate insulating film. , for example, it is possible to control the amount of charge of more than 10 times in 1/100 of an applied electric field of conventional transistor using Si0 2 gate insulating film (MOSFET).

図6は図2に示す固体電子装置を実験的に試作した工程を概略的に説明するための図である。なお、ゲート絶縁膜としては、BLT(および、PZT)を使用し、チャネル層としてはITOを使用した。   FIG. 6 is a diagram for schematically explaining the process of experimentally producing the solid-state electronic device shown in FIG. Note that BLT (and PZT) was used as the gate insulating film, and ITO was used as the channel layer.

まず、図6(a)に示されるように、SiO2/Si基板6上に、例えば、E−gun蒸着装置を使用してPt(40nm)/Ti(10nm)を真空蒸着してゲート電極(ボトムゲート)3を形成し、さらに、図6(b)に示されるように、ゾルゲル法によりBLT(または、PZT)のゲート絶縁膜2を形成した。ここで、BLT(Bi3.35La0.75Ti312)は、例えば、750℃の温度で30分、200nmの厚さだけゾルゲル法により形成した。また、PZT(Pb1.2Zr0.4Ti0.63)は、例えば、600℃の温度で15分、210nmの厚さだけゾルゲル法により形成した。なお、ゲート絶縁膜2は、強誘電体材料のBLTおよびPZTに限定されるものではなく、例えば、SBTやBIT等の他強誘電体材料、或いは、BSTといった比誘電率が大きい常誘電体材料であってもよいのは前述した通りである。 First, as shown in FIG. 6A, a gate electrode (Pt (40 nm) / Ti (10 nm)) is vacuum-deposited on an SiO 2 / Si substrate 6 using, for example, an E-gun vapor deposition apparatus. Bottom gate) 3 was formed, and as shown in FIG. 6B, a BLT (or PZT) gate insulating film 2 was formed by a sol-gel method. Here, BLT (Bi 3.35 La 0.75 Ti 3 O 12 ) was formed by a sol-gel method, for example, at a temperature of 750 ° C. for 30 minutes and a thickness of 200 nm. PZT (Pb 1.2 Zr 0.4 Ti 0.6 O 3 ) was formed by a sol-gel method, for example, at a temperature of 600 ° C. for 15 minutes and a thickness of 210 nm. The gate insulating film 2 is not limited to the ferroelectric materials BLT and PZT. For example, other ferroelectric materials such as SBT and BIT, or a paraelectric material having a large relative dielectric constant such as BST. It may be as described above.

次に、図6(c)に示されるように、BLT等のゲート絶縁膜2上に、例えば、RFスパッタによりITO(10wt%SnO2)のチャネル層1を形成した。ここで、ITOの膜厚は5〜15nm、成膜圧力は0.52〜1.32Pa、スパッタ電力は75W、そして、基板温度は300℃としてチャネル層1を形成した。さらに、図6(d)に示されるように、チャネル層1上に、例えば、E−gun蒸着装置を使用してPt(30nm)/Ti(30nm)を真空蒸着してソース電極4およびドレイン電極5を形成し、そして、図6(e)に示されるように、RIE法およびウェットエッチング(HF:HCl混合液)により素子領域を分離して固体電子装置(トランジスタ)を試作した。 Next, as shown in FIG. 6C, an ITO (10 wt% SnO 2 ) channel layer 1 was formed on the gate insulating film 2 such as BLT by RF sputtering, for example. Here, the channel layer 1 was formed with an ITO film thickness of 5 to 15 nm, a film forming pressure of 0.52 to 1.32 Pa, a sputtering power of 75 W, and a substrate temperature of 300 ° C. Further, as shown in FIG. 6D, the source electrode 4 and the drain electrode are formed on the channel layer 1 by, for example, vacuum-depositing Pt (30 nm) / Ti (30 nm) using an E-gun deposition apparatus. Then, as shown in FIG. 6E, the device region was separated by RIE and wet etching (HF: HCl mixed solution) to produce a solid-state electronic device (transistor).

以上において、チャネル層1として使用するITOの成膜温度は200〜300℃程度であり、また、ゲート絶縁膜2として使用するSBTおよびBIT等の他強誘電体材料の結晶化温度は550〜750℃程度であるため、処理温度の高いゲート絶縁膜2を形成した後、処理温度の低いチャネル層1を形成して良好な界面を得ることのできるボトムゲート構造として固体電子装置を形成するようになっている。   In the above, the deposition temperature of ITO used as the channel layer 1 is about 200 to 300 ° C., and the crystallization temperature of other ferroelectric materials such as SBT and BIT used as the gate insulating film 2 is 550 to 750. Since the gate insulating film 2 having a high processing temperature is formed after forming the gate insulating film 2 having a high processing temperature, a solid-state electronic device is formed as a bottom gate structure capable of obtaining a good interface by forming the channel layer 1 having a low processing temperature. It has become.

なお、図6(f)は、実験的に製造した固体電子装置を上方から見た概略図であり、ソース電極4およびドレイン電極5は、例えば、120μm×120μmとして形成(チャネル幅Wを120μmとして形成)し、また、チャネル長Lは、例えば、40μm(或いは、80,120μm)として形成した様子を示している。なお、本発明に係る固体電子装置の実際の製造としては、既に知られている様々な製造方法および設計ルールを適用して、微細に且つ集積化して製造することが可能なのはいうまでもない。   FIG. 6F is a schematic view of the experimentally manufactured solid-state electronic device as viewed from above. The source electrode 4 and the drain electrode 5 are formed as 120 μm × 120 μm, for example (with a channel width W of 120 μm). In addition, the channel length L is, for example, 40 μm (or 80, 120 μm). Needless to say, as the actual manufacture of the solid-state electronic device according to the present invention, it is possible to apply various manufacturing methods and design rules that are already known, and to manufacture the solid-state electronic device finely and integrated.

図7は実験的に試作された固体電子装置におけるPZTおよびBLTのP−Eヒステリシス特性を示す図であり、図7(a)は、上述した図6のようにして試作された固体電子装置におけるゲート絶縁膜をPZTで構成したもののP−Eヒステリシス特性の一例を示す図であり、図7(a)は、同様に図6のようにして試作された固体電子装置におけるゲート絶縁膜をBLTで構成したもののP−Eヒステリシス特性の一例を示す図である。   FIG. 7 is a diagram showing the P-E hysteresis characteristics of PZT and BLT in an experimentally manufactured solid-state electronic device. FIG. 7A is a diagram of the solid-state electronic device experimentally manufactured as shown in FIG. FIG. 7A is a diagram showing an example of the PE hysteresis characteristic of a gate insulating film made of PZT. FIG. 7A is a diagram showing a gate insulating film in a solid-state electronic device manufactured in the same manner as shown in FIG. It is a figure which shows an example of the PE hysteresis characteristic of what was comprised.

図8は実験的に試作されたPZT/ITO構造の固体電子装置における特性を示す図であり、図8(a)はドレイン電流IDとゲート電圧VGとの関係を示す図であり、図8(b)はドレイン電流IDとドレイン電圧VDとの関係を示す図である。なお、チャネル幅は120μm(W=120μm)、且つ、チャネル長は40μm(L=40μm)であり、また、図8(a)はドレイン電圧が3V(VD=3V)の場合を示している。 Figure 8 is a graph illustrating the characteristics of the solid state electronic device of the prototyped PZT / ITO structure experimentally, 8 (a) is a diagram showing a relationship between the drain current I D and the gate voltage V G, FIG. 8 (b) is a diagram showing a relationship between the drain current I D and the drain voltage V D. Note that the channel width is 120 μm (W = 120 μm), the channel length is 40 μm (L = 40 μm), and FIG. 8A shows the case where the drain voltage is 3 V (V D = 3 V). .

図8(a)および図8(b)に示されるように、例えば、ゲート電圧が3V(VG=VD=3V)のときオン電流は約10-4A、オン/オフ比は104、電界効果移動度μFEは1.0cm2/V・s、そして、メモリウィンドウは約2Vである。 As shown in FIGS. 8A and 8B, for example, when the gate voltage is 3 V (V G = V D = 3 V), the on-current is about 10 −4 A, and the on / off ratio is 10 4. The field effect mobility μ FE is 1.0 cm 2 / V · s, and the memory window is about 2V.

図9は実験的に試作されたBLT/ITO構造の固体電子装置における特性を示す図であり、図9(a)はドレイン電流IDとゲート電圧VGとの関係を示す図であり、図9(b)はドレイン電流IDとドレイン電圧VDとの関係を示す図である。なお、チャネル幅は120μm(W=120μm)、且つ、チャネル長は40μm(L=40μm)であり、また、図9(a)はドレイン電圧が2V(VD=2V)の場合を示している。 Figure 9 is a graph illustrating the characteristics of the solid state electronic device of the BLT / ITO structure prototyped experimentally, 9 (a) is a diagram showing a relationship between the drain current I D and the gate voltage V G, FIG. 9 (b) is a diagram showing a relationship between the drain current I D and the drain voltage V D. The channel width is 120 μm (W = 120 μm), the channel length is 40 μm (L = 40 μm), and FIG. 9A shows the case where the drain voltage is 2V (V D = 2V). .

図9(a)および図9(b)に示されるように、例えば、動作電圧が8V(VG=VD=8V)のときオン電流は約1mA、オン/オフ比は約103、電界効果移動度μFEは4.0cm2/V・s、メモリウィンドウは約4Vである。この試作したBLT/ITO構造の固体電子装置のチャネル長Lは40μmなので、微細化を行うことにより、従来のMOSFETと比較してはるかに大きなオン電流を得る可能性があることが分かる。 As shown in FIGS. 9A and 9B, for example, when the operating voltage is 8 V (V G = V D = 8 V), the on-current is about 1 mA, the on / off ratio is about 10 3 , the electric field The effective mobility μ FE is 4.0 cm 2 / V · s, and the memory window is about 4V. Since the channel length L of this prototype BLT / ITO solid-state electronic device is 40 μm, it can be seen that a much larger on-current may be obtained by miniaturization as compared with a conventional MOSFET.

さらに、上述したように、ゲート絶縁膜として強誘電体材料(PZT,BLT)を用いることにより、固体電子装置を不揮発性メモリとして使用することも可能である。なお、試作された固体電子装置は単なる試作段階のものであり、ゲート絶縁膜としての誘電体材料(強誘電体材料)およびチャネル層としての酸化物導電性材料等の改良、或いは、固体電子装置の製造行程の改良等により、固体電子装置の様々な特性がさらに向上するものと考えられる。   Furthermore, as described above, by using a ferroelectric material (PZT, BLT) as the gate insulating film, it is also possible to use the solid-state electronic device as a nonvolatile memory. Note that the prototype solid-state electronic device is merely a prototype, and is improved in the dielectric material (ferroelectric material) as the gate insulating film and the oxide conductive material as the channel layer, or the solid-state electronic device. It is considered that various characteristics of the solid-state electronic device are further improved by improving the manufacturing process.

次に、PZT/ITO構造およびBLT/ITO構造の固体電子装置のオン電流について説明する。まず、ITOの単位面積当たりのキャリア濃度をn(VG)、ITOのキャリア濃度(ドナー濃度)をND、ITOの膜厚をd、キャリアの移動度をμ、チャネル幅をW、チャネル長をL、ドレイン電圧をVD、電気素量をe、電界をE、そして、電荷密度をP(VG)とすると、
n(VG)=ND+P(VG)/ed ……[3]
D(VG)=e・n(VG)・μE・S
=e・n(VG)・μVD/L・W・d
=e(W/L)VDμd{ND+P(VG)/ed} …… [4]
が成立する。
Next, the on-current of the solid-state electronic device having the PZT / ITO structure and the BLT / ITO structure will be described. First, the carrier concentration per unit area of ITO is n (V G ), the carrier concentration (donor concentration) of ITO is N D , the thickness of ITO is d, the carrier mobility is μ, the channel width is W, the channel length Is L, the drain voltage is V D , the elementary charge is e, the electric field is E, and the charge density is P (V G ).
n (V G ) = N D + P (V G ) / ed ...... [3]
I D (V G ) = e · n (V G ) · μE · S
= E · n (V G ) · μV D / L · W · d
= E (W / L) V D μd {N D + P (V G ) / ed} [4]
Is established.

ここで、PZTの場合、ND=1×1019cm-3,μ=1.0cm2/V・s,d=10nm、そして、ドレイン電圧が3V(VD=3V)のときドレイン電流が〜0.1mA(ID=0.1mA)なので、P=20μC/cm2となる。 Here, in the case of PZT, when N D = 1 × 10 19 cm −3 , μ = 1.0 cm 2 / V · s, d = 10 nm, and the drain voltage is 3 V (V D = 3 V), the drain current is Since it is ˜0.1 mA (I D = 0.1 mA), P = 20 μC / cm 2 .

また、BLTの場合、ND=1×1019cm-3,μ=4.0cm2/V・s,d=10nm、そして、ドレイン電圧が8V(VD=8V)のときドレイン電流が〜1mA(ID=1mA)なので、P=10μC/cm2となる。 In the case of BLT, when N D = 1 × 10 19 cm −3 , μ = 4.0 cm 2 / V · s, d = 10 nm, and the drain voltage is 8 V (V D = 8 V), the drain current is Since 1 mA (I D = 1 mA), P = 10 μC / cm 2 .

従って、本発明の固体電子装置のように、ゲート絶縁膜に強誘電体材料(PZT,BLT)を使用した場合、従来のMOSFETのゲート絶縁膜として使用されているSi02に誘起できる最大の電荷密度(3.5μC/cm2)よりもはるかに大きい電荷密度(P(VG)=10〜20μC/cm2)を得ることができ、その結果、大きなオン電流を制御することができることが分かる。 Therefore, as in the solid-state electronic device of the present invention, the ferroelectric material in the gate insulating film (PZT, BLT) when using the maximum charge that can be induced to Si0 2 being used as a gate insulating film of a conventional MOSFET density (3.5μC / cm 2) much greater charge density than (P (V G) = 10~20μC / cm 2) can be obtained, as a result, it can be seen that it is possible to control a large oN current .

図10は実験的に試作されたBLT/ITO構造の固体電子装置における特性を示す図であり、ITOより成るチャネル層を形成した後のポストアニール処理による向上したドレイン電流−ドレイン電圧(ID−VD)特性を示すものである。 FIG. 10 is a diagram showing the characteristics of an experimentally manufactured BLT / ITO structure solid-state electronic device. The drain current-drain voltage (I D −) improved by post-annealing after forming a channel layer made of ITO. V D ) characteristics.

図10に示すID−VD特性を示す固体電子装置は、まず、Si02/Si基板上にPt/Tiのボトムゲートを形成し、ゾルゲル法で強誘電体層(BLT)を200nm堆積し、さらに、チャネル層となるITOをRFスパッタ法で10nm程度堆積し、そして、ITO層の上にPt/Tiを蒸着してソース電極,ドレイン電極を形成したものである。ここで、上記固体電子装置は、ITOを室温成膜した後、300℃で15分間のポストアニールを行っている。なお、チャネル幅は120μm(W=120μm)、且つ、チャネル長は40μm(L=40μm)である。 In the solid-state electronic device having the I D -V D characteristics shown in FIG. 10, first, a bottom gate of Pt / Ti is formed on a SiO 2 / Si substrate, and a ferroelectric layer (BLT) is deposited to 200 nm by a sol-gel method. Further, ITO serving as a channel layer is deposited by RF sputtering to a thickness of about 10 nm, and Pt / Ti is evaporated on the ITO layer to form a source electrode and a drain electrode. Here, the solid-state electronic device performs post-annealing at 300 ° C. for 15 minutes after depositing ITO at room temperature. The channel width is 120 μm (W = 120 μm) and the channel length is 40 μm (L = 40 μm).

図10に示されるように、このようにして作成された固体電子装置のID−VD特性は、ドレイン電圧VDの印加によりドレイン電流IDの飽和が見られる良好なトランジスタ特性を示している。なお、図10中の点線は図9(b)に示すID−VD特性であり、ITOより成るチャネル層を形成した後のポストアニール処理により大幅な特性向上がなされたことが分かる。具体的に、動作電圧8V(ゲート電圧VG=8V)のとき、約2.5mAといった非常に大きなオン電流が得られることが分かる。 As shown in FIG. 10, the I D -V D characteristics of the solid-state electronic device fabricated in this way show good transistor characteristics in which the drain current I D is saturated by applying the drain voltage V D. Yes. The dotted line in FIG. 10 indicates the I D -V D characteristics shown in FIG. 9B, and it can be seen that the characteristics are greatly improved by the post-annealing process after the channel layer made of ITO is formed. Specifically, it can be seen that when the operating voltage is 8 V (gate voltage V G = 8 V), a very large on-current of about 2.5 mA can be obtained.

図11は実験的に試作されたBLT/ITO構造の固体電子装置のデータ保持機能を説明するための図であり、図11(a)はドレイン電流IDとゲート電圧VGとの関係を示す図であり、図11(b)はドレイン電流IDと経過時間との関係であるデータ保持特性を示す図である。なお、チャネル幅は120μm(W=120μm)、且つ、チャネル長は40μm(L=40μm)である。図11(b)は、保持電圧(ゲート電圧)を0V(VG=0V)、ドレイン電圧を4V(VD=4V)とした場合のデータ保持特性を示している。 Figure 11 is a diagram for explaining the data holding function of the solid-state electronic device BLT / ITO structure prototyped experimentally, FIG. 11 (a) shows the relationship between the drain current I D and the gate voltage V G FIG. 11B is a diagram showing data retention characteristics which are the relationship between the drain current ID and the elapsed time. The channel width is 120 μm (W = 120 μm) and the channel length is 40 μm (L = 40 μm). FIG. 11B shows data retention characteristics when the holding voltage (gate voltage) is 0 V (V G = 0 V) and the drain voltage is 4 V (V D = 4 V).

図11(a)に示されるように、BLT/ITO構造の固体電子装置は、ゲート絶縁膜として強誘電体材料(BLT)を使用することにより、例えば、ゲート電圧VGとして4V程度の電圧を印加してオン状態とした後、ゲート電圧VGを0Vとした場合でも、図11(b)に示されるように、ゲート絶縁膜におけるBLTの残留分極により、例えば、103sec.以上の時間に渡ってそのままオン状態が保持(データの保持)されることが分かる。このデータ保持特性を利用することにより、本実施例の固体電子装置を不揮発性メモリとして構成することができる。 As shown in FIG. 11 (a), solid-state electronic device of BLT / ITO structure, by using a ferroelectric material (BLT) as a gate insulating film, for example, a 4V voltage of about a gate voltage V G after the oN state is applied to, even when the gate voltage V G and 0V, as shown in FIG. 11 (b), the residual polarization of BLT in the gate insulating film, for example, 10 3 sec. It can be seen that the ON state is maintained (data retention) as it is over the above time. By utilizing this data retention characteristic, the solid-state electronic device of this embodiment can be configured as a nonvolatile memory.

図12は本発明に係る固体電子装置の他の実施例の構成を概略的に示す図である。
図12に示されるように、本実施例の固体電子装置は、ゲート電極3,ソース電極4およびドレイン電極5を固体電子装置(素子)の表面部に設けたトップゲート構造として構成するものである。
FIG. 12 is a diagram schematically showing the configuration of another embodiment of the solid-state electronic device according to the present invention.
As shown in FIG. 12, the solid-state electronic device of this embodiment is configured as a top gate structure in which the gate electrode 3, the source electrode 4 and the drain electrode 5 are provided on the surface portion of the solid-state electronic device (element). .

すなわち、本実施例の固体電子装置は、例えば、SiO2/Si基板6上に形成したITOより成るチャネル層1の上に、実質的にソース電極として機能する電極40およびドレイン電極として機能する電極50が設けられ、これらチャネル層1および電極40および50の上に、例えば、BLTより成るゲート絶縁膜2が設けられ、さらに、ゲート絶縁膜2上に、ゲート電極3,ソース電極4およびドレイン電極5が設けられている。そして、電極40および50に対しては、ゲート絶縁膜2にビア41および51が形成され、このビア41および51により、電極40および50とソース電極4およびドレイン電極5との導通が取られるようになっている。 That is, the solid-state electronic device of this embodiment includes, for example, an electrode 40 that substantially functions as a source electrode and an electrode that functions as a drain electrode on a channel layer 1 made of ITO formed on a SiO 2 / Si substrate 6. 50, and a gate insulating film 2 made of, for example, BLT is provided on the channel layer 1 and the electrodes 40 and 50. Further, on the gate insulating film 2, a gate electrode 3, a source electrode 4 and a drain electrode are provided. 5 is provided. Vias 41 and 51 are formed in the gate insulating film 2 for the electrodes 40 and 50 so that the electrodes 40 and 50 and the source electrode 4 and the drain electrode 5 are electrically connected to each other. It has become.

このように、本実施例の固体電子装置は、ゲート電極3,ソース電極4およびドレイン電極5の全てが固体電子装置の表面部に設けられているため、従来のMOSFETと同様の手法を適用して配線等を行うことが可能になる。   Thus, since the gate electrode 3, the source electrode 4 and the drain electrode 5 are all provided on the surface portion of the solid-state electronic device, the solid-state electronic device of this embodiment applies the same technique as that of the conventional MOSFET. Wiring and the like can be performed.

なお、本発明に係る固体電子装置は、前述した図2或いは上述の図12の構成に限定されるものではない。さらに、例えば、BLTより成るゲート絶縁膜を形成した後、或いは、ITOより成るチャネル層を形成した後に、所定の温度でアニール処理を行うことによって、強誘電体としての特性(例えば、P−Eヒステリシス特性)或いは固体電子装置の特性(例えば、ID−VD特性)をより向上させることも可能である。 Note that the solid-state electronic device according to the present invention is not limited to the configuration of FIG. 2 described above or FIG. 12 described above. Further, for example, after forming a gate insulating film made of BLT or after forming a channel layer made of ITO, an annealing process is performed at a predetermined temperature, whereby characteristics as a ferroelectric (for example, PE) (Hysteresis characteristics) or characteristics of the solid-state electronic device (for example, I D -V D characteristics) can be further improved.

図13は本発明に係る固体電子装置の一実施例における第1例を説明するための図であり、図13(a)は、前述した図6(f)において、チャネル幅Wを25μmとし、且つ、チャネル長Lを5μmとして形成した固体電子装置のドレイン電流−ドレイン電圧(ID−VD)特性を示し、また、図13(b)は、チャネル幅Wで規格化したオン電流をチャネル長Lに対してプロットしたものを示している。なお、図13(b)において、PP1〜PP3は全てチャネル幅Wが120μmで、PP1はチャネル長Lが120μm,PP2はチャネル長Lが80μm,PP3はチャネル長Lが40μmの場合を示し、また、PP4はチャネル幅Wが25μmでチャネル長Lが5μmの場合を示している。 FIG. 13 is a diagram for explaining a first example in an embodiment of the solid-state electronic device according to the present invention. FIG. 13 (a) shows a channel width W of 25 μm in FIG. FIG. 13B shows the drain current-drain voltage (I D -V D ) characteristics of the solid-state electronic device formed with the channel length L of 5 μm. FIG. 13B shows the on-current normalized by the channel width W. A plot of length L is shown. In FIG. 13B, all of PP1 to PP3 have a channel width W of 120 μm, PP1 has a channel length L of 120 μm, PP2 has a channel length L of 80 μm, PP3 has a channel length L of 40 μm, , PP4 shows a case where the channel width W is 25 μm and the channel length L is 5 μm.

本第1例の固体電子装置は、図6(a)〜図6(f)を参照して説明したように、強誘電体とITOの結晶化温度の違いから強誘電体を先に成膜するボトムゲート構造により形成した。すなわち、まず、SiO2/Si基板6上にPt/Tiのボトムゲート3を形成し、ゾルゲル法にて強誘電体層(ゲート絶縁膜)2を230nm堆積した。強誘電体は、BLT(Bi/La=3.35/0.75)を用い、750℃の温度で30分の結晶化を施した。次に、チャネル層1となるITOをRFスパッタ法にて10nm程度堆積した。なお、成膜温度は300℃とした。さらに、チャネル層1の上にPt/Tiより成るソース電極4およびドレイン電極5を形成し、トランジスタ(固体電子装置)を作製した。なお、上述したように、チャネル幅Wは25μmとし、チャネル長Lは5μmとした。 As described with reference to FIGS. 6A to 6F, the solid-state electronic device according to the first example forms a ferroelectric film first because of the difference in crystallization temperature between the ferroelectric and ITO. The bottom gate structure is formed. That is, first, a bottom gate 3 of Pt / Ti was formed on a SiO 2 / Si substrate 6, and a ferroelectric layer (gate insulating film) 2 was deposited by 230 nm by a sol-gel method. The ferroelectric was BLT (Bi / La = 3.35 / 0.75) and crystallized at a temperature of 750 ° C. for 30 minutes. Next, about 10 nm of ITO serving as the channel layer 1 was deposited by RF sputtering. The film forming temperature was 300 ° C. Further, a source electrode 4 and a drain electrode 5 made of Pt / Ti were formed on the channel layer 1 to produce a transistor (solid-state electronic device). As described above, the channel width W was 25 μm and the channel length L was 5 μm.

図13(a)に示されるように、チャネル長Lが5μmでチャネル幅Wが25μmの微細化された固体電子装置のID−VD特性は、典型的なトランジスタ特性を示している。動作電圧8Vでは、2.3mA程度のオン電流が得られており、これは、図13(b)に示されるように、規格化(オン電流I/チャネル幅W)すると、2.3mA/25μm=92μA/μm(≒0.1mA/μm:PP4)に相当する。 As shown in FIG. 13A, the I D -V D characteristics of a miniaturized solid-state electronic device having a channel length L of 5 μm and a channel width W of 25 μm show typical transistor characteristics. At an operating voltage of 8 V, an on-current of about 2.3 mA is obtained, which is 2.3 mA / 25 μm when normalized (on-current I / channel width W) as shown in FIG. = 92 μA / μm (≈0.1 mA / μm: PP4).

すなわち、図13(b)に示されるように、これまでに作製した固体電子装置のオン電流のチャネル長L依存性(PP1,PP2,PP3)に対して、微細化した固体電子装置によるオン電流の増加(PP4)が確認された。この0.1mA/μmという値は、動作電圧は8Vと高いものの同じチャネル長のSi−MOSFETに匹敵する値であり、より一層の微細化により、オン電流の増大等の特性向上の効果も期待できる。   That is, as shown in FIG. 13B, the on-current due to the miniaturized solid-state electronic device is compared with the channel length L dependency (PP1, PP2, PP3) of the on-state current of the solid-state electronic devices manufactured so far. Increase (PP4) was confirmed. This value of 0.1 mA / μm is comparable to Si-MOSFETs with the same channel length although the operating voltage is as high as 8 V, and further improvement in characteristics such as an increase in on-current is expected due to further miniaturization. it can.

図14は本発明に係る固体電子装置の一実施例における第2例を説明するための図であり、図14(a)は概略構成図を示し、図14(b)は基板を含めた光透過率の測定結果を示している。   14A and 14B are diagrams for explaining a second example in one embodiment of the solid-state electronic device according to the present invention. FIG. 14A shows a schematic configuration, and FIG. 14B shows light including a substrate. The measurement result of the transmittance is shown.

本第2例の固体電子装置は、図14(a)において、基板6としてSiO2/Si基板ではなく透明な合成石英基板を使用し、さらに、各電極(ゲート電極3、ソース電極4およびドレイン電極5)としてPt/Tiではなく、チャネル層1と同じ透明なITOを使用することで、透明な固体電子装置を形成するようになっている。 The solid-state electronic device of the second example uses a transparent synthetic quartz substrate instead of the SiO 2 / Si substrate as the substrate 6 in FIG. 14A, and further each electrode (gate electrode 3, source electrode 4 and drain). By using the same transparent ITO as the channel layer 1 instead of Pt / Ti as the electrode 5), a transparent solid-state electronic device is formed.

まず、合成石英基板6上にITOをRFスパッタにて堆積し、パターニングにてゲート電極3を形成し、さらに、ゾルゲル法にて強誘電体層(ゲート絶縁膜)2を230nm堆積した。強誘電体はBLT(Bi/La=3.35/0.75)を用い、750℃の温度で30分の結晶化を施した。次に、チャネル層1となるITOをRFスパッタ法にて10nm程度堆積した。なお、成膜温度は300℃、成膜圧力は0.52Paとした。そして、チャネル層1の上に、さらに、ITOより成るソース電極4およびドレイン電極5を形成して固体電子装置を作製した。   First, ITO was deposited on the synthetic quartz substrate 6 by RF sputtering, the gate electrode 3 was formed by patterning, and a ferroelectric layer (gate insulating film) 2 was deposited by 230 nm by a sol-gel method. Ferroelectric material was BLT (Bi / La = 3.35 / 0.75) and crystallized at a temperature of 750 ° C. for 30 minutes. Next, about 10 nm of ITO serving as the channel layer 1 was deposited by RF sputtering. The film forming temperature was 300 ° C. and the film forming pressure was 0.52 Pa. A source electrode 4 and a drain electrode 5 made of ITO were further formed on the channel layer 1 to produce a solid electronic device.

図14(b)に示されるように、本第2例の固体電子装置は、例えば、400nm〜800nmといった可視光に対して50%を超える光透過率を有していることが分かる。なお、図14(b)は、合成石英基板6を含めた光透過率を示しており、この基板6の改良によってもさらに光透過率は向上するものと考えられる。   As shown in FIG. 14B, it can be seen that the solid-state electronic device of the second example has a light transmittance of more than 50% with respect to visible light such as 400 nm to 800 nm. FIG. 14B shows the light transmittance including the synthetic quartz substrate 6, and it is considered that the light transmittance is further improved by improving the substrate 6.

図15は本発明に係る固体電子装置の一実施例における第2例のデータ保持機能を説明するための図であり、図15(a)はID−VG特性を示し、図15(b)はデータ保持特性を示している。なお、図15(a)のID−VG特性は、チャネル幅Wが25μmでチャネル長Lが5μm、そして、ドレイン電圧が2Vのときの固体電子装置のものであり、また、図15(b)のデータ保持特性は、書き込み電圧が±7Vで保持電圧が0Vのときのものである。 Figure 15 is a diagram for explaining the data holding function of the second example of an embodiment of a solid-state electronic device according to the present invention, 15 (a) shows an I D -V G characteristics, FIG. 15 (b ) Indicates data retention characteristics. Incidentally, I D -V G characteristics of FIG. 15 (a), the channel width W of a channel length L of 5μm at 25 [mu] m, and is intended drain voltage of the solid-state electronic device when the 2V, FIG. 15 ( The data retention characteristics of b) are those when the write voltage is ± 7V and the retention voltage is 0V.

図15(a)に示されるように、本第2例の固体電子装置は、強誘電体の分極反転に伴うドレイン電流のヒステリシス特性を有しており、また、5桁以上のオン・オフ比が得られることが分かる。なお、ID−VD特性も良好であり、透明なトランジスタとして、例えば、液晶表示パネルの薄膜トランジスタ(TFT)として、或いは、様々なシステムオンパネルへの応用も可能である。 As shown in FIG. 15A, the solid-state electronic device of the second example has a hysteresis characteristic of drain current accompanying the polarization inversion of the ferroelectric material, and has an on / off ratio of 5 digits or more. It can be seen that Note that I D -V D characteristics are also good, and it can be applied as a transparent transistor, for example, as a thin film transistor (TFT) of a liquid crystal display panel, or in various system-on-panels.

さらに、図15(b)に示されるように、本第2例の固体電子装置は、例えば、1時間後においてもデータを保持するデータ保持特性を有している。なお、このデータの保持特性も様々な改良によって一層長期間にすることが可能であると考えられる。   Further, as shown in FIG. 15B, the solid-state electronic device of the second example has a data retention characteristic that retains data even after one hour, for example. It is considered that this data retention characteristic can be made longer by various improvements.

ところで、前述したように、ゲート絶縁膜2として強誘電体材料を使用した場合、その強誘電体材料のヒステリシス特性によりデータ保持機能を有する。すなわち、固体電子装置のID−VG特性にヒステリシスが現れる。これは、例えば、固体電子装置をスイッチング素子として使用する場合、設計の自由度を制限することになって好ましくないこともある。 Incidentally, as described above, when a ferroelectric material is used as the gate insulating film 2, it has a data retention function due to the hysteresis characteristics of the ferroelectric material. That is, the hysteresis appears in the I D -V G characteristics of the solid-state electronic device. This may be undesirable, for example, when the solid state electronic device is used as a switching element, which limits the degree of freedom in design.

図16は本発明に係る固体電子装置の一実施例における第3例を説明するための図であり、BST[Ba0.7Sr0.3TiO3]キャパシタのP−E特性を示すものである。ここで、BSTキャパシタの焼成方法としては、仮焼成を400℃の温度で10分間行い、さらに、本焼成を700℃の温度で60分間行った。なお、BST[Ba0.7Sr0.3TiO3]の比誘電率εrは約240である。 FIG. 16 is a view for explaining a third example in one embodiment of the solid-state electronic device according to the present invention, and shows the PE characteristic of a BST [Ba 0.7 Sr 0.3 TiO 3 ] capacitor. Here, as a firing method of the BST capacitor, temporary firing was performed at a temperature of 400 ° C. for 10 minutes, and further, main firing was performed at a temperature of 700 ° C. for 60 minutes. The relative dielectric constant εr of BST [Ba 0.7 Sr 0.3 TiO 3 ] is about 240.

すなわち、本第3例の固体電子装置は、ITOをチャネル層1として使用すると共に、比誘電率が大きい(εr≒240)常誘電体材料であるBST[Ba0.7Sr0.3TiO3]をゲート絶縁膜2として使用するBST/ITO構造のトランジスタである。 That is, the solid-state electronic device of the third example uses ITO as the channel layer 1 and gate-insulates BST [Ba 0.7 Sr 0.3 TiO 3 ], which is a paraelectric material having a large relative dielectric constant (εr≈240). It is a transistor having a BST / ITO structure used as the film 2.

図17は本発明に係る固体電子装置の一実施例における第3例の特性を示す図であり、図17(a)および図17(b)はドレイン電圧が4V(VD=4V)におけるID−VG特性およびID−VD特性を示している。なお、本第3例の固体電子装置も、上述した図14(a)と同様の構成となっている。 FIG. 17 is a diagram showing characteristics of the third example in one embodiment of the solid-state electronic device according to the present invention. FIGS. 17 (a) and 17 (b) show I at a drain voltage of 4V (V D = 4V). shows a D -V G characteristics and I D -V D characteristic. Note that the solid-state electronic device of the third example also has the same configuration as that of FIG.

まず、SiO2/Si基板6上にPt/Tiのボトムゲート3を形成し、ゾルゲル法にて約230nmのBST(ゲート絶縁膜)2を形成した。なお、結晶化は、700℃の温度で60分間、O2雰囲気で行った。また、ITO(チャネル層)1は、RFスパッタ法を用いて、300℃の成膜温度で0.5Paの成膜圧力で形成した。さらに、チャネル層1の上にPt/Tiを蒸着し、ソース電極4およびドレイン電極5を形成して固体電子装置を作製した。 First, a Pt / Ti bottom gate 3 was formed on a SiO 2 / Si substrate 6, and a BST (gate insulating film) 2 of about 230 nm was formed by a sol-gel method. The crystallization was performed at 700 ° C. for 60 minutes in an O 2 atmosphere. The ITO (channel layer) 1 was formed by RF sputtering at a film forming temperature of 300 ° C. and a film forming pressure of 0.5 Pa. Furthermore, Pt / Ti was vapor-deposited on the channel layer 1 to form a source electrode 4 and a drain electrode 5 to produce a solid-state electronic device.

図17(a)に示されるように、本第3例の固体電子装置は、ID−VG特性に若干のヒステリシス(強誘電体ゲートの場合とは逆向きであり、電荷注入によるヒステリシス)が観測されるものの、スイッチング素子としての使用には問題ないものと考えられる。また、図17(b)に示されるように、本第3例の固体電子装置は、比較的低電圧においてのトランジスタ動作を実現することができ、さらに、4桁以上のオン・オフ比が得られることが分かる。なお、本第3例のBST/ITOトランジスタでは、使用している電荷量が10μC/cm2とSiO2の最大誘起電荷量よりも大きくなっている。 As shown in FIG. 17 (a), solid-state electronic device of the present third example, some hysteresis I D -V G characteristics (a direction opposite to the case of the ferroelectric gate, hysteresis due to charge injection) However, it is considered that there is no problem when used as a switching element. In addition, as shown in FIG. 17B, the solid-state electronic device of the third example can realize a transistor operation at a relatively low voltage, and can obtain an on / off ratio of 4 digits or more. You can see that In the BST / ITO transistor of the third example, the charge amount used is 10 μC / cm 2 , which is larger than the maximum induced charge amount of SiO 2 .

このように、本発明に係る固体電子装置は、例えば、チャネル幅やチャネル長といった素子のサイズを変化させたり、或いは、基板,ゲート絶縁膜およびチャネル層の材料や組成を変化させることにより、必要とする様々な特性をもたせることが可能である。   As described above, the solid-state electronic device according to the present invention is necessary by changing the element size such as the channel width and the channel length, or changing the material and composition of the substrate, the gate insulating film, and the channel layer. It is possible to have various characteristics.

本発明は、固体電子装置(トランジスタ)として幅広く適用することができるが、特に、低い駆動電圧で大きな電流を制御する固体電子装置に適したものである。また、本発明の固体電子装置は、ゲート絶縁膜として強誘電体材料を使用した固体電子装置は、データ保持機能を有することになるため、例えば、不揮発性メモリとして適用することもできる。さらに、本発明の固体電子装置は、大電流を制御するパワーデバイスとしても適用することが可能である。   The present invention can be widely applied as a solid-state electronic device (transistor), but is particularly suitable for a solid-state electronic device that controls a large current with a low driving voltage. In addition, since the solid-state electronic device using a ferroelectric material as a gate insulating film has a data retention function, the solid-state electronic device of the present invention can be applied as, for example, a nonvolatile memory. Furthermore, the solid-state electronic device of the present invention can also be applied as a power device that controls a large current.

従来の固体電子装置の一例を概略的に示す図である。It is a figure which shows an example of the conventional solid-state electronic device roughly. 本発明に係る固体電子装置の一実施例の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of one Example of the solid-state electronic device which concerns on this invention. 図2に示す固体電子装置を従来の固体電子装置と比較して説明するためのP−E特性(P−Eヒステリシス特性)を示す図である。It is a figure which shows the PE characteristic (PE hysteresis characteristic) for demonstrating comparing the solid-state electronic device shown in FIG. 2 with the conventional solid-state electronic device. 図2に示す固体電子装置の動作原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the principle of operation of the solid-state electronic device shown in FIG. 図2に示す固体電子装置に必要とされる条件を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the conditions required for the solid-state electronic device shown in FIG. 図2に示す固体電子装置を実験的に試作した工程を概略的に説明するための図である。It is a figure for demonstrating schematically the process which produced the solid-state electronic device shown in FIG. 2 experimentally. 実験的に試作された固体電子装置におけるPZTおよびBLTのP−Eヒステリシス特性を示す図である。It is a figure which shows the PE hysteresis characteristic of PZT and BLT in the experimentally manufactured solid-state electronic device. 実験的に試作されたPZT/ITO構造の固体電子装置における特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic in the solid-state electronic device of the PZT / ITO structure experimentally produced. 実験的に試作されたBLT/ITO構造の固体電子装置における特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic in the solid-state electronic device of the BLT / ITO structure experimentally produced as an experiment. 実験的に試作されたBLT/ITO構造の固体電子装置における特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic in the solid-state electronic device of the BLT / ITO structure experimentally produced as an experiment. 実験的に試作されたBLT/ITO構造の固体電子装置のデータ保持機能を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the data holding function of the solid electronic device of the BLT / ITO structure experimentally produced as an experiment. 本発明に係る固体電子装置の他の実施例の構成を概略的に示す図である。It is a figure which shows schematically the structure of the other Example of the solid-state electronic device which concerns on this invention. 本発明に係る固体電子装置の一実施例における第1例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 1st example in one Example of the solid-state electronic device which concerns on this invention. 本発明に係る固体電子装置の一実施例における第2例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 2nd example in one Example of the solid-state electronic device which concerns on this invention. 本発明に係る固体電子装置の一実施例における第2例のデータ保持機能を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the data holding function of the 2nd example in one Example of the solid-state electronic device which concerns on this invention. 本発明に係る固体電子装置の一実施例における第3例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the 3rd example in one Example of the solid-state electronic device which concerns on this invention. 本発明に係る固体電子装置の一実施例における第3例の特性を示す図である。It is a figure which shows the characteristic of the 3rd example in one Example of the solid-state electronic device which concerns on this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1,101 チャネル層
2,102 ゲート絶縁膜
3,103 ゲート電極
4,104 ソース電極
5,105 ドレイン電極
6 基板
40,50 電極
41,51 ビア
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,101 Channel layer 2,102 Gate insulating film 3,103 Gate electrode 4,104 Source electrode 5,105 Drain electrode 6 Substrate 40, 50 Electrode 41, 51 Via

Claims (11)

制御電圧が印加されるゲート電極と、該制御電圧によって導通状態が制御されるソース電極およびドレイン電極とを有する固体電子装置であって、
前記ソース電極および前記ドレイン電極間にチャネルを生成するチャネル層と、
前記ゲート電極および前記チャネル層の間に設けられ、等価的な比誘電率が大きい誘電体材料で構成されたゲート絶縁膜と、を備えることを特徴とする固体電子装置。
A solid-state electronic device having a gate electrode to which a control voltage is applied, and a source electrode and a drain electrode whose conduction state is controlled by the control voltage,
A channel layer for generating a channel between the source electrode and the drain electrode;
And a gate insulating film provided between the gate electrode and the channel layer and made of a dielectric material having a high equivalent relative dielectric constant.
請求項1に記載の固体電子装置において、前記チャネル層は、キャリア濃度が高い酸化物導電性材料で構成されることを特徴とする固体電子装置。   2. The solid state electronic device according to claim 1, wherein the channel layer is made of an oxide conductive material having a high carrier concentration. 請求項2に記載の固体電子装置において、前記チャネル層は、インジウム錫酸化物[ITO],LSCO[LaXSr1-XCuO4],酸化錫[SnO2],酸化亜鉛[ZnO]または酸化インジウム[In23]であることを特徴とする固体電子装置。 3. The solid-state electronic device according to claim 2, wherein the channel layer is formed of indium tin oxide [ITO], LSCO [La X Sr 1-X CuO 4 ], tin oxide [SnO 2 ], zinc oxide [ZnO], or oxide. A solid-state electronic device characterized in that it is indium [In 2 O 3 ]. 制御電圧が印加されるゲート電極と、該制御電圧によって導通状態が制御されるソース電極およびドレイン電極とを有する固体電子装置であって、
前記ソース電極および前記ドレイン電極間にチャネルを生成するインジウム錫酸化物[ITO]で形成されたチャネル層と、
前記ゲート電極および前記チャネル層の間に設けられ、等価的な比誘電率が大きい誘電体材料で構成されたゲート絶縁膜と、を備えることを特徴とする固体電子装置。
A solid-state electronic device having a gate electrode to which a control voltage is applied, and a source electrode and a drain electrode whose conduction state is controlled by the control voltage,
A channel layer formed of indium tin oxide [ITO] that creates a channel between the source electrode and the drain electrode;
And a gate insulating film provided between the gate electrode and the channel layer and made of a dielectric material having a high equivalent relative dielectric constant.
請求項1または4に記載の固体電子装置において、素電荷量をq,前記ゲート電極に印加される電圧をVG,前記誘電体材料による電荷密度をP(VG)とすると共に、前記チャネル層の厚さをd,キャリア濃度をND,真空の誘電率をε0,前記誘電体材料の比誘電率をεS,チャネルのフェルミレベルと真性フェルミレベルとのポテンシャル差をφBとしたとき、前記チャネル層のキャリア濃度NDは、次の条件式[1]および[2]を満足するように決められる、
D<{P(VG)}/(qd) …… [1]
D<(4ε0εSφB)/qd2 …… [2]
ことを特徴とする固体電子装置。
5. The solid-state electronic device according to claim 1, wherein an elementary charge amount is q, a voltage applied to the gate electrode is V G , a charge density due to the dielectric material is P (V G ), and the channel The layer thickness is d, the carrier concentration is N D , the vacuum dielectric constant is ε 0 , the relative dielectric constant of the dielectric material is ε S , and the potential difference between the channel Fermi level and the intrinsic Fermi level is φ B. The carrier concentration N D of the channel layer is determined so as to satisfy the following conditional expressions [1] and [2]:
N D <{P (V G )} / (qd) (1)
N D <(4ε 0 ε S φ B ) / qd 2 ...... [2]
A solid-state electronic device.
請求項1または4に記載の固体電子装置において、前記ゲート絶縁膜の電荷密度は10μC/cm2よりも大きく、且つ、前記チャネル層のキャリア濃度は1×1018cm-3よりも高いことを特徴とする固体電子装置。 5. The solid-state electronic device according to claim 1, wherein a charge density of the gate insulating film is larger than 10 μC / cm 2 and a carrier concentration of the channel layer is higher than 1 × 10 18 cm −3. Solid-state electronic device characterized. 請求項1または4に記載の固体電子装置において、前記ゲート絶縁膜は、強誘電体材料で構成されることを特徴とする固体電子装置。   5. The solid state electronic device according to claim 1, wherein the gate insulating film is made of a ferroelectric material. 請求項7に記載の固体電子装置において、前記ゲート絶縁膜は、PZT(Pb(ZrX,Ti1-X)O3],BLT[Bi4-XLaXTi312],SBT[SrBi2Ta29]またはBIT[Bi4Ti312]であることを特徴とする固体電子装置。 In the solid-state electronic device according to claim 7, wherein the gate insulating film, PZT (Pb (Zr X, Ti 1-X) O 3], BLT [Bi 4-X La X Ti 3 O 12], SBT [SrBi 2 Ta 2 O 9 ] or BIT [Bi 4 Ti 3 O 12 ]. 請求項7に記載の固体電子装置において、該固体電子装置は、データ保持機能を有するトランジスタであることを特徴とする固体電子装置。   8. The solid-state electronic device according to claim 7, wherein the solid-state electronic device is a transistor having a data holding function. 請求項1または4に記載の固体電子装置において、前記ゲート絶縁膜は、常誘電体材料で構成されることを特徴とする固体電子装置。   5. The solid state electronic device according to claim 1, wherein the gate insulating film is made of a paraelectric material. 請求項10に記載の固体電子装置において、前記ゲート絶縁膜は、BST[BaXSr1-XTiO3]であることを特徴とする固体電子装置。 In the solid-state electronic device according to claim 10, wherein the gate insulating film, solid-state electronic device which is a BST [Ba X Sr 1-X TiO 3].
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