DE1514495B2 - Halbleiteranordnung - Google Patents
HalbleiteranordnungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper, bei dem zur
3 4
Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit wenigstens Grenzfläche zwischen Halbleiter und Ferroelektrikum
eines Teils eines unter einer Oberfläche des Halb- bereits bei der Polarisationsspannung Null vorhanleiterkörpers
liegenden Strompfades, der an seinen dene Oberflächenladungen schon eine Anreicherung
beiden Enden je einen mit Elektroden versehenen, von Ladungsträgern an der Oberfläche und damit
halbleitenden Bereich aufweist, eine mit einer Elek- 5 ein »channel« vorhanden ist.
trode versehene Schicht aus einem ferroelektrischen Da die Ferroelektrika eine elektrostatische Hyste-
Material auf diese Oberfläche aufgebracht ist. rese aufweisen, wie sie in F i g. 2 dargestellt ist, wird
Eine derartige Halbleiteranordnung ist bereits ein Teil der elektrostatischen Ladung gespeichert,
bekannt (vgl. USA.-Patentschriften 2 791758, d. h., der Leitfähigkeitszustand des »channels« im
2 791 759 und 2 791 760). Dabei kann der Halb- io Halbleiter wird aufrechterhalten, auch wenn kein
leiterkörper Zonen unterschiedlichen Leitfähigkeits- elektrostatisches Feld quer zum Ferroelektrikum,
typs besitzen, wobei die pn-Übergänge entweder d. h. senkrecht zur Halbleiteroberfläche 4, wirksam
senkrecht zur Grenzfläche zwischen dem Halbleiter- ist. So bleibt z. B. bei einer dem Punkt α in der
körper und der Schicht aus ferroelektrischem Ma- Kurve der Fig. 2 entsprechenden Richtung der
terial (vgl. USA.-Patentschrift 2 791 760) oder par- 15 Polarisation eine permanente Polarisation, die durch
allel zu dieser verlaufen (vgl. USA.-Patentschrift den Punkte angegeben wird, erhalten, auch wenn
2 791758 und 2 791759). Im folgenden soll eine kein äußeres Feld mehr wirksam ist. Um die HaIb-
Halbleiteranordnung näher an Hand der F i g. 1 be- leiteranordnung wieder in den Zustand hohen
schrieben werden, in der die pn-Übergänge senkrecht Widerstandes zu schalten, in dem nur noch der
zu dieser Grenzfläche sind. Sie besteht aus einer 20 normale Sperrstrom der pn-Übergänge 5 und 6
npn-Zonenfolge. Die einzelnen Zonen sind dabei fließt, wird den Anschlüssen 14 und 15 ein Signal
mit 7, 38 und 9 bezeichnet. Zwischen den einzelnen zugeführt, das ein elektrostatisches Feld quer zum
Zonen liegen die mit 5 und 6 bezeichneten pn-Über- Ferroelektrikum erzeugt, das ausreicht, die Rich-
gänge. Die beiden Endzonen sind mit Elektroden 10 tung der Polarisation zum Punkt c der F i g. 2 um-
und 11 versehen, die über eine Batterie 12 und einen 25 zukehren und dadurch eine Oberflächenladung um-
Verbraucherwiderstand 13 miteinander verbunden gekehrten Vorzeichens zu induzieren. Auch dieser
sind. Auf einer Oberfläche 4 des durch die Zonen- Zustand bleibt entsprechend der remanenten, durch
folge gebildeten Halbleiterkörpers ist eine ferro- den Punkt d gegebenen Polarisation gespeichert. Die
elektrische Schicht 1 aufgebracht, die mit einer Elek- in Fig. 1 dargestellte Halbleiteranordnung kann
trode 2 versehen ist. Zwischen den Anschlüssen 14 30 also von dem Zustand hoher Leitfähigkeit, dem
und 15 wird die entsprechende Signalspannung zu- Flußzustand, in den Zustand geringer Leitfähigkeit,
geführt. den sogenannten Sperrzustand, geschaltet werden
Bekanntlich weisen die als Ferroelektrika bezeich- bzw. umgekehrt durch Anwendung eines elektro-
neten Stoffe eine elektrostatische Hysterese auf. In statischen Feldes, das ein gegenüber dem vorher
der F i g. 2 ist das Polarisationsfeld P im ferroelek- 35 angewendeten umgekehrtes Vorzeichen aufweist und
irischen Element in Abhängigkeit vom angelegten das groß genug ist, die remanente Polarisation zu
elektrostatischen Feld E dargestellt. Aus dieser überwinden.
Kurve kann die Größe und Polarität der Ladung Um eine möglichst gute Ausnutzung des elektroentnommen
werden, die an der Oberfläche eines statischen Feldes quer zum Ferroelektrikum zu er-Ferroelektrikums
induziert wird, wenn auf den 40 zielen, ist es wünschenswert, dieses so eng wie mögferroelektrischen
Kristall ein elektrostatisches Feld Hch an die Halbleiteroberfläche anzuschließen. Biseinwirkt,
das parallel zur elektrostatischen Achse her wurde dies vor allen Dingen durch entsprechende
des ferroelektrischen Kristalls verläuft. Behandlung der einander zugewandten Oberflächen
Mit einer Anordnung gemäß F i g. 1 kann also des Ferroelektrikums und des Halbleiterkörpers er-
durch Polarisation des Ferroelektrikums 1, also 45 reicht. Es läßt sich jedoch auch auf diese Weise nicht
durch eine entsprechende Signalspannung zwischen vermeiden, daß ein Spalt, der in der Fig.-1 mit 3
den Anschlüssen 14 und 15, die Oberflächenladung bezeichnet ist, zwischen dem Ferroelektrikum und
des sich an das Ferroelektrikum anschließenden der Halbleiteroberfläche entsteht, der einen teil-
Halbleiterkörpers und damit die Leitfähigkeit eines weisen Verlust der Oberflächenladung zur Folge hat
dicht unter der Oberfläche 4 des Halbleiterkörpers 5° und ein starkes elektrisches Feld notwendig macht.
liegenden, als »channel« bzw. Strompfad 8 bezeich- Um den Verlust der Oberflächenladung im Zwischen-
neten Teils der Mittelzone 38 geändert werden. raum möglichst zu verringern, ist man auch bereits
Wird z. B. durch eine entsprechende Signalspannung so vorgegangen, zwischen dem Ferroelektrikum und
zwischen den Anschlüssen 14 und 15 eine positive der Halbleiteroberfläche ein Dielektrikum mit mög-
Ladung im Ferroelektrikum in dem sich an die Ober- 55 liehst hoher Dielektrizitätskonstante anzubringen,
fläche des Halbleiterkörpers anschließenden Teil er- Alle diese Maßnahmen sind, vor allem wegen der
zeugt, so werden die negativen Ladungsträger an Kleinheit der Halbleiterbauelemente, nur schwer
die Oberfläche gezogen und kompensieren in einem durchzuführen und außerdem kostspielig. Weiter
dicht unter der Oberfläche 4 liegenden »channel 8« läßt sich auch durch die angegebenen Maßnahmen
des Bereichs 38 die dort vorhandenen Löcher bzw., 60 ein Verlust der Oberflächenladung nicht vermeiden,
wenn die Oberflächenladung groß genug ist, werden Gemäß der Erfindung wird eine Anordnung an-
in diesem Strompfad 8 die Elektronen überwiegen, gegeben, die so ausgestaltet ist, daß sie diese Nach-
und es bildet sich ein η-leitender »channel«, der die teile nicht aufweist. Bei der gemäß der Erfindung
Zonen 7 und 9, also die sich an den beiden Enden vorgeschlagenen Halbleiteranordnung bildet der
des Strompfades anschließenden halbleitenden Be- 65 Halbleiterkristall des Halbleiterkörpers mit dem
reiche verbindet und damit einen Stromfluß von der ferroelektrischen Kristall der Schicht einen einzigen
Zone 7 zur Zone 9 in diesem »channel« ermöglicht. kristallinen Körper, d. h., das Kristallgitter des HaIb-
Dabei ist es häufig ungünstig, daß durch an der leiterkörpers ist mit dem des Ferroelektrikums zu-
5 6
sammengewachsen, so daß das Kristallgitter des gezogen. Weist z. B. der Strompfad 23 gleiche Leiteinen
Körpers direkt in das des anderen Körpers fähigkeit wie die benachbarten halbleitenden Beübergeht
und somit eine maximale Ausnutzung des reiche 20 und 21 auf und ist diese z. B. vom n-Leiquer
zum Ferroelektrikum angelegten, zur Steuerung tungstyp, so kann durch eine Vorspannung des Gitder
Leitfähigkeit des darunterliegenden Halbleiter- 5 ters in Sperrichtung erreicht werden, daß die Makörpers
dienenden elektrostatischen Feldes möglich joritätsträger, also die Elektronen, von der Halbist.
Dadurch sind vor allem die zur Steuerung not- lederoberfläche abgezogen werden, so daß bei gewendigen
Feldstärken wesentlich geringer als dies nügend hoher negativer Vorspannung eine p-leibei
der bekannten Anordnung der Fall ist. Außerdem tende Schicht gebildet wird, die den Stromfluß zwiwerden
zusätzliche Oberflächenladungen an der 10 sehen den η-leitenden Bereichen 20 und 21 unterGrenzfläche
Halbleiter—Ferroelektrikum vermieden. bindet. Bei Vorspannung des Gitters in Flußrich-AIs
besonders günstig haben sich dabei solche tung werden andererseits die Ladungsträger zur
Ferroelektrika erwiesen, die Perowskitstruktur auf- Oberfläche hingetrieben und dadurch eine Erhöhung
weisen, wie dies z. B. bei Bariumtitanat der Fall ist. des Stromes mit steigender Gitterspannung erzielt.
Bei der Anordnung gemäß der Erfindung können 15 Weist der ganze zwischen den Bereichen 20 und
der Halbleiterkörper und/oder die Schicht aus ferro- 21 liegende Teil des Halbleiterkörpers den entgegenelektrischem
Material Einkristallstruktur aufweisen. gesetzten Leitungstyp, also z. B. p-Leitfähigkeit auf,
Gemäß einer besonders günstigen Ausführungs- so fließt zunächst nur der Sperrstrom der pn-Überform
der Erfindung besteht die Schicht aus ein- gänge. Bei positiver Vorspannung des Gitters werkristallinem.
Bariumtitanat und der Halbleiterkörper 20 den die Löcher von dem an das Ferroelektrikum 19
aus polykristallinem Cadmiumsulfid oder Cadmium- anschließenden Teil der p-leitenden Zone abgezogen,
tellurid. Weiter hat sich auch die Verwendung von und mit steigender Gittervorspannung wird eine
einkristallinem Silizium für den Halbleiterkörper als solche Anreicherung von Elektronen in einem
besonders günstig erwiesen. Gemäß der Erfindung »channel« dicht unter der Oberfläche des Halbleiterwird
daher weiter eine Anordnung vorgeschlagen, 25 körpers bewirkt, daß in der p-leitenden Zone 22
bei der der Halbleiterkörper aus einkristallinem Si- dicht unter der Oberfläche ein η-leitender Strompfad
lizium und die Schicht aus polykristallinem Barium- 23 entsteht, also eine η-leitende Inversionsschicht,
titanat besteht. in der ein Ladungsträgerfluß von der Zone 16 zur
Dabei kann, wie dies später näher erläutert wird, Zone 17 erfolgen kann.
dem die Schicht oder den Halbleiterkörper bilden- 30 Bei einer Anordnung gemäß der Erfindung beden
Stoff ein weiterer halbleitender bzw. ferroelek- steht die Schicht 19 aus ferroelektrischem Material
trischer Stoff in geringen Mengen zugesetzt werden, und bildet mit dem darunterliegenden Halbleiterum
die Gitterkonstanten des Halbleiters und des kristall einen einzigen kristallinen Körper. Auf diese
Ferroelektrikums aneinander anzugleichen und auf Weise kann der Metalloxidtransistor in ein bistabiles
diese Weise ein epitaktisches Aufwachsen des Ma- 35 Bauelement umgewandelt werden, das als Stromterials
der Schicht auf dem Halbleiterkörper oder schalter Verwendung finden kann. Bei der Verwendes
halbleitenden Materials auf dem Material der dung von Bariumtitanat als ferroelektrische Schicht
Schicht zu gewährleisten. Für ein einkristallines Auf- 19 wird durch Umpolen der Schicht, d. h. durch
wachsen ist es wesentlich, daß sich die Gitter- Änderung des Vorzeichens der Oberflächenladung
konstanten wie ganze Zahlen verhalten. 40 des Ferroelektrikums, eine Ladungsträgeränderung
In der Fig. 3 ist eine Ausführungsform einer von etwa 1O-5 erzielt. Bei einer Anordnung gemäß
Halbleiteranordnung, wie sie gemäß der Erfindung der Erfindung, bei der der Halbleiterkristall des
vorgeschlagen wird, dargestellt. Sie entspricht in Halbleiterkörpers mit dem ferroelektrischen Kristall
ihrem äußeren Aufbau der als Metalloxidtransistor der Schicht einen einzigen kristallinen Körper bildet,
bekannten Anordnung. Eine solche z. B. nach der 45 wird diese Ladungsänderung ausschließlich von La-Planartechnik
hergestellte Halbleiteranordnung be- dungsträgern, die zur Oberfläche hin- oder von dieser
steht aus einem Strompfad 23, an dessen beiden weggetrieben werden, geliefert. Dies ergibt eine
Enden halbleitende Bereiche 20 und 21 vorgesehen Änderung der Ladungsträgerdichte im »channel«
sind. Diese halbleitenden Bereiche sind mit Elek- von 1014/cm2.
troden 16 und 17 versehen. Auf dem Strompfad ist 50 Wie bereits im Zusammenhang mit der F i g. 1
im Falle des Metalloxidtransistors eine Oxidschicht, ausgeführt wurde, ist, um ein Umpolen des Ferroz.
B. eine Siliziumdioxidschicht 19, aufgebracht und elektrikums, also ein Schalten vom geöffneten in
ebenfalls mit einer Elektrode 18 versehen. Der den geschlossenen Zustand oder umgekehrt, zu er-Halbleiterkörper
22 kann Intrinsic-Leitfähigkeit zielen, ein elektrostatisches Feld senkrecht zur Halboder
auch den gleichen Leitungstyp wie der Strom- 55 leiteroberfiäche, also quer zur ferroelektrischen
pfad 23 aufweisen. Bei einer solchen Anordnung Schicht, notwendig, dessen Stärke ausreicht, die
wird entsprechend der beim Unipolartransistor üb- remanente Polarisation des Ferroelektrikums zu
liehen Nomenklatur die als Emitter wirksame Zone überwinden, das also größer ist als die Koerzitivfeld-
20 mit Source und die als Kollektor wirksame Zone stärke.
21 mit Drain bezeichnet. Die Elektrode 18 stellt die 60 Um eine Steuerung der elektrischen Leitfähigkeit
Gateelektrode der Anordnung dar. Beim Metall- wenigstens eines Teils eines unter der Oberfläche
oxidtransistor wird bekanntlich die Leitfähigkeit des Halbleiterkörpers, der dem Ferroelektrikum beeines
Teils des Strompfades 23 abhängig von der nachbart ist, liegenden Strompfades abhängig von
zwischen den Elektroden 16 und 18 bzw. zwischen der im Ferroelektrikum erzeugten Oberflächenladung
den Elektroden 16 und 17 anliegenden Spannung 65 zu gewährleisten, ist es notwendig, daß die zur
gesteuert. Je nach der Polarität der Spannung wer- Steuerung notwendige Koerzitivfeldstärke kleiner ist
den Ladungsträger zu der von der Oxidschicht be- als die »pinch-off-Spannung« der Halbleiteranorddeckten
Oberfläche hingetrieben oder von dieser ab- nung ohne Ferroelektrik. Als »pinch-off-Spannung«
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ist dabei diejenige Spannung zwischen Gate und Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung
Drain, also zwischen den Elektroden 18 und 17, wird auf einer Unterlage aus einkristallinem Silizium
definiert, für die die Konzentration der beweglichen ein im wesentlichen aus Bariumtitanat bestehender
Ladungsträger im »channel« gerade Null ist. Da die ferroelektrischer Mischkristall abgeschieden, wobei
Größe der zur Überwindung der remanenten Polari- 5 der Gas- oder Dampfatmosphäre Bleititanat oder
sation notwendigen Koerzitivfeldstärke von der Bleititanatstanat zugesetzt wird, und zwar in einem
Dicke des Ferroelektrikums abhängt, ist es zweck- solchen Maße, daß sich die Gitterkonstante des
mäßig, die Dicke der Schicht kleiner als 1 mm, ins- Ferroelektrikums zu der des Siliziums etwa wie 4:3
besondere kleiner als Vio mm zu wählen. verhält. Werden durch die Zumischung von der-
Das zur Steuerung notwendige elektrostatische io artigen Stoffen die Gitterkonstanten der ferroelek-FeId
kann z. B. dadurch erzeugt werden, daß man irischen Schicht und des Halbleiterkörpers entsprez.
B. in geöffnetem Zustand die Gatespannung kon- chend dem angegebenen Verhältnis angepaßt, so
stant hält und die Spannung zwischen Source und wächst die im wesentlichen aus Bariumtitanat beDrain
erhöht. Es steigt dann der zwischen Source stehende Schicht epitaktisch auf den Halbleiterund
Drain fließende Strom zunächst kontinuierlich 15 körper auf.
an, bis die Spannung zwischen Gat und Drain die Zweckmäßig wird das Aufbringen des Barium-Koerzitivfeldstärke
des Ferroelektrikums übersteigt. titanats bzw. des im wesentlichen aus Bariumtitanat
Dadurch wird die remanente Polarisation des Ferro- bestehenden Mischkristalls durch Aufdampfen bei
elektrikums überwunden, d. h., das Ferroelektrikum einer Temperatur von 1050 bis 1100° C auf einen
wird umgepolt, so daß sich das Vorzeichen der 20 einkristallinen Siliziumkörper durchgeführt.
Oberflächenladung ändert. Dadurch wird die Halb- Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erleiteranordnung in den geschlossenen Zustand ge- findung wird als Unterlage für die Abscheidung die steuert und kann erst durch eine entsprechende Schicht aus ferroelektrischem Material verwendet. Gegenspannung wieder geöffnet werden. Das Öffnen Auf dieser wird z. B. ein halbleitender Mischkristall und Schließen kann aber auch bei konstanter Span- 25 abgeschieden und die den Mischkristall bildenden nung zwischen Source und Drain durch entspre- Komponenten der Gas- oder Dampfatmosphäre in chende Spannungsimpulse am Gate bewerkstelligt einem solchen Verhältnis zugesetzt, daß der sich abwerden. scheidende Mischkristall eine Gitterkonstante auf-
Oberflächenladung ändert. Dadurch wird die Halb- Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erleiteranordnung in den geschlossenen Zustand ge- findung wird als Unterlage für die Abscheidung die steuert und kann erst durch eine entsprechende Schicht aus ferroelektrischem Material verwendet. Gegenspannung wieder geöffnet werden. Das Öffnen Auf dieser wird z. B. ein halbleitender Mischkristall und Schließen kann aber auch bei konstanter Span- 25 abgeschieden und die den Mischkristall bildenden nung zwischen Source und Drain durch entspre- Komponenten der Gas- oder Dampfatmosphäre in chende Spannungsimpulse am Gate bewerkstelligt einem solchen Verhältnis zugesetzt, daß der sich abwerden. scheidende Mischkristall eine Gitterkonstante auf-
Weisen die an den Strompfad 23 angrenzenden weist, die ein epitaktisches Aufwachsen des Halbhalbleitenden
Bereiche 20 und 21 den gleichen Lei- 30 leiterkörpers auf der Schicht aus ferroelektrischem
tungstyp wie dieser auf, so soll das Produkt aus der Material gewährleisten.
Dicke des Strompfades senkrecht zu der mit der Gemäß einem besonders günstigen Ausführungs-Schicht
bedeckten Oberfläche und der Ladungsträger- beispiel besteht die Unterlage aus Bariumtitanat, und
konzentration im Strompfad kleiner oder höchstens als Halbleiterkörper wird ein Mischkristall aus
gleich 1013/cm2 sein. Wie bereits im Zusammen- 35 AmBv-Verbindungen gebildet. Als besonders günhang
mit der F i g. 3 erläutert, wird, wenn der Strom- stige Komponenten haben sich Galliumarsenid und
pfad 23 den gleichen Leitungstyp wie die angren- Galliumantimonid erwiesen. Der Anteil der den
zenden halbleitenden Bereiche 20 und 21 aufweist, Mischkristall bildenden Komponenten wird dabei
eine Sperrung des Stromflusses zwischen Source und zweckmäßig so gewählt, daß sich die Gitterkonstante
Drain dadurch erzielt, daß durch entsprechende 40 des Bariumtitanats zu der des Halbleiters etwa wie
Polung des Ferroelektrikums der Leitungstyp des 2: 3 verhält. Auf diese Weise kann ein epitaktisches
Strompfades 23 umgewandelt wird. Bei dieser Art Aufwachsen des Halbleiters auf dem Ferroelektrikum
der Steuerung muß, um eine vollständige Sperrung gewährleistet werden.
zu erreichen, der Strompfad 23 in seiner gesamten Besonders günstig ist es, den ferroelektrischen
Dicke in den entgegengesetzten Leitungstyp umge- 45 Mischkristall als Unterlage zu verwenden und darwandelt
werden. Dies wird durch entsprechende auf die Halbleiterschicht abzuscheiden. Um die für
Wahl der Dicke des Strompfades und der Dotie- ein einkristallines Aufwachsen notwendige Anpasrungsdichte
im Strompfad gewährleistet. sung der Gitterkonstanten zu gewährleisten, wird als
Um die zur Steuerung notwendige Koerzitivfeld- Unterlage zweckmäßig ein entsprechender ferroelek-
stärke möglichst gering zu halten, ist es weiterhin 50 irischer Mischkristall verwendet. Als Unterlage für
zweckmäßig, die Schicht aus einzelnen Lamellen eine einkristalline Siliziumabscheidung empfiehlt sich
aufzubauen. ein Mischkristall aus Barium, Blei- und Zinntitanat.
Im folgenden soll noch auf einige besonders gün- Um Silizium auf die Schicht aus ferroelektrischem
stige Verfahren zum Herstellen der Halbleiteranord- Material epitaktisch aufzubringen, ist es besonders
nung eingegangen werden. Es wird vorgeschlagen, 55 günstig, wenn man Silizium im Hochvakuum auf eine
daß der Halbleiterkörper und/oder die Schicht durch Unterlage, die insbesondere aus Bariumtitanat, dem
einen Aufwachsvorgang aus der Gas- oder Dampf- entsprechende Menge Bleititanat und/oder Bleiphase
erzeugt wird. titanatstanat zugemischt sind, besteht, aufdampft.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird Ein Hochvakuum von 10~9 Torr garantiert eine sau-
als Unterlage für die Abscheidung der Halbleiter- 60 bere Oberfläche und eine monoatomare Belegung
körper verwendet und auf diesem ein ferroelek- der Unterlage.
irischer Mischkristall abgeschieden und die den Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung wird
Mischkristall bildenden Komponenten der Gas- oder die Schicht aus ferroelektrischem Material vor dem
Dampfatmosphäre in einem solchen Verhältnis zu- Aufbringen des Halbleiterkörpers auf einer Metallgesetzt, daß der sich abscheidende ferroelektrische 65 unterlage, die insbesondere später als elektrischer
Mischkristall eine Gitterkonstante aufweist, die ein Anschluß für die Schicht dient, zum Aufwachsen
epitaktisches Aufwachsen der Schicht auf dem als gebracht. Als Metall hat sich als besonders günstig
Unterlage dienenden Halbleiterkörper gewährleistet. Tantal oder Molybdän erwiesen. Eine Ausführungs-
form einer solchen Anordnung ist in der F i g. 4 dargestellt. Die aus Tantal bestehende Metallelektrode
30 ist mit einem Anschluß 31 versehen. Auf diese Metallschicht 30 ist die Schicht aus ferroelektrischem
Material 29, z. B. aus Bariumtitanat, aufgebracht, insbesondere aufgedampft. Zum Beispiel durch Aufdampfen
im Hochvakuum wird Silizium auf die ferroelektrische Schicht 29 aufgebracht. Durch Eindiffusion
eines entsprechenden Dotierungsmetalls, insbesondere nach der an sich bekannten Planartechnik,
wird in dem Halbleiterkörper 32 des einen Leitungstyps eine Zone 25 des entgegengesetzten Leitungstyps
erzeugt. Die sich an den Strompfad 32 an-
10
schließenden halbleitenden Bereiche 26 weisen in vorliegendem Fall den gleichen Leitungstyp wie der
Strompfad auf. Sie sind mit Elektroden 27 und 28 versehen, die wiederum als Source und Drain bezeichnet
werden. Die Elektrode 30 wird mit Gate bezeichnet. Weist der Strompfad η-Leitfähigkeit auf
und wird durch entsprechende Polung des Ferroelektrikums 29 eine negative Oberflächenladung des
Halbleiterkörpers an der dem Ferroelektrikum zu-
o gewandten Oberfläche erzielt, so werden die Elektronen
aus dem Strompfad 32 weggetrieben, so daß dieser p-leitend wird und der Stromfluß zwischen
den Elektroden 27 und 28 unterbunden wird.
Claims (19)
1. Halbleiteranordnung mit einem Halbleiterkörper, bei dem zur Steuerung der elektrischen
Leitfähigkeit wenigstens eines Teils eines unter einer Oberfläche des Halbleiterkörpers liegenden
Strompfades, der an seinen beiden Enden je einen mit Elektroden versehenen halbleitenden
Bereich aufweist, eine mit einer Elektrode versehene Schicht aus einem ferroelektrischen Material
auf diese Oberfläche aufgebracht ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkristall
des Halbleiterkörpers mit dem ferroelektrischen Kristall der Schicht einen einzigen
kristallinen Körper bildet.
2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ferroelektrikum
Perowskitstruktur aufweist, insbesondere aus Bariumtitanat besteht.
3. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper
und/oder die Schicht aus ferroelektrischem Material Einkristallstruktur aufweist.
4. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht aus einkristallinem
Bariumtitanat und der Halbleiterkörper aus polykristallinem Cadmiumsulfid oder
Cadmiumtellurid besteht.
5. Halbleiteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper
aus einkristallinem Silizium und die Schicht aus polykristallinem Bariumtitanat besteht.
6. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die
Dicke der Schicht so gewählt ist, daß die zur Steuerung notwendige Koerzitivfeldstärke kleiner
als die »pinch-off-Spannung« der Halbleiteranordnung ist.
7. Halbleiteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht
kleiner als 1 mm ist.
8. Halbleiteranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Schicht
kleiner als Vio mm ist.
9. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
an den Strompfad angrenzenden halbleitenden Bereiche den entgegengesetzten Leitungstyp wie
der Strompfad aufweisen.
10. Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die
an den Strompfad angrenzenden halbleitenden Bereiche den gleichen Leitungstyp wie dieser aufweisen
und das Produkt aus der geringsten Dicke des Strompfades senkrecht zu der mit der Schicht
bedeckten Oberfläche und der Dotierungskonzentration im Strompfad kleiner oder höchstens
gleich 1013 cm"2 ist.
11. Halbleiteranordnung nach einem der Anspräche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schicht aus einzelnen Lamellen gebildet ist.
12. Verfahren zum Herstellen einer Halbleiteranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,
dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper und/oder die Schicht durch einen Aufwachsvorgang
aus der Gas- oder Dampfphase erzeugt wird.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterlage für die Abscheidung
der Halbleiterkörper verwendet, auf diesem ein ferroelektrischer Mischkristall abgeschieden
wird und die den Mischkristall bildenden Komponenten der Gas- oder Dampfphase in einem
solchen Verhältnis zugesetzt werden, daß der sich abscheidende ferroelektrische Mischkristall eine
Gitterkonstante aufweist, die ein epitaktisches Aufwachsen der Schicht auf dem als Unterlage
dienenden Halbleiterkörper gewährleistet.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Unterlage aus einkristallinem
Silizium ein im wesentlichen aus Bariumtitanat bestehender ferroelektrischer Mischkristall abgeschieden wird und der Gasoder
Dampfatmosphäre Bleititanat oder Bleititanatstanat in einem solchen Maße zugesetzt
wird, daß sich die Gitterkonstante des Ferroelektrikums zu der des Siliziums etwa wie 4:3 verhält.
15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Bariumtitanat
bei einer Temperatur von 1050 bis 1100° C durch Aufdampfen auf einen einkristallinen
Halbleiterkörper aus Silizium, insbesondere epitaktisch zum Aufwachsen gebracht wird.
16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Unterlage für die Abscheidung
die Schicht aus ferroelektrischem Material verwendet, auf dieser ein halbleitender Mischkristall
abgeschieden wird und die den Mischkristall bildenden Komponenten der Gas- oder Dampfatmosphäre in einem solchen Verhältnis
zugesetzt werden, daß der sich abscheidende Mischkristall eine Gitterkonstante aufweist, die
ein epitaktisches Aufwachsen des Halbleiterkörpers auf der Schicht aus ferroelektrischem
Material gewährleistet.
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Unterlage aus Bariumtitanat
ein Halbleiterkörper aus einem Mischkristall aus AmBv-Verbindungen, insbesondere
aus Galliumarsenid und Galliumantimonid, abgeschieden und der Anteil der den Mischkristall
bildenden Komponenten so gewählt wird, daß sich die Gitterkonstante des Bariumtitanats zu der
des Halbleiters etwa wie 2:3 verhält.
18. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß auf die aus einem ferroelektrischen
Material, insbesondere einem ferroelektrischen Mischkristall wie einem Bariumtitanat,
Bleititanat und/oder Bleititanatstanat enthaltenden Mischkristall bestehende Unterlage, Silizium
im Hochvakuum epitaktisch abgeschieden, insbesondere aufgedampft wird.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Schicht
aus ferroelektrischem Material vor dem Aufbringen des Halbleiterkörpers auf einer Metallunterlage,
die insbesondere als elektrischer Anschluß für die Schicht dient, zum Aufwachsen
gebracht wird.
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