DE69523526T2 - Komplementäres Halbleiterbauelement mit Heteroübergang - Google Patents

Komplementäres Halbleiterbauelement mit Heteroübergang

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Description

    Hintergrund der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Halbleiterbauelemente und insbesondere ein Halbleiterbauelement mit Heteroübergang, das einen komplementären Aufbau besitzt.
  • Vorhandene digitale integrierte Schaltungen werden gewöhnlich unter Verwendung von Metalloxid-Halbleitern (MOS) entworfen, die einen logischen Ein- oder Aus-Zustand besitzen. Diese Entwürfe werden typischerweise unter Verwendung wohlbekannter MOS- (CMOS) Schaltungen implementiert. Die Verwendung solcher MOS-Bauelemente mit zwei Zuständen erschwert jedoch die weitere Integration von Bauelemenen mit noch kleinerer Geometrie, wenn die kritischen Abmessungen dieser Bauelemente so klein werden, so dass die Elektronentunnelung beginnt, zwischen kritischen Teilen der Bauelemente aufzutreten.
  • Wenn die Bauelementeabmessungen abnehmen, ist es bevorzugt, integrierte Schaltungen unter Verwendung von Bauelementen zu entwerfen, die eine größere Funktionalität besitzen als jene, die durch die beiden stabilen logischen Zustände konventioneller CMOS-Transistoren gewährleistet wird. Ein Beispiel eines Bauelements, das mehr als eine Funktionalität mit zwei Zuständen aufweist, ist ein Resonanz-Zwischenband-Tunneltransistor (RITT). Ein RITT ist in der Lage, zwei oder mehr konventionelle Transistoren mit zwei Zuständen zu ersetzen und kann verwendet werden, um die Dichte einer integrierten Schaltung weiter zu erhöhen. Bisher sind RITTs jedoch noch nicht in einem komplementären Aufbau verwendet worden, analog zu jenem, der in konventionellen CMOS-Schaltungen verwendet wird. Eine weitere Einschränkung von CMOS-Bauelementen besteht darin, dass ihre Schaltgeschwindigkeit, wie etwa jene, die in einem einfachen Inverter beobachtet wird, durch den langsameren p-Kanal-Transistor begrenzt ist. Es wäre für beide Transistoren eines komplementären Transistorpaars erwünscht, dass sie bei einer Geschwindigkeit arbeiten, die im Wesentlichen gleich der eines n-Kanal-Transistors ist.
  • Es ist deswegen erwünscht, ein Halbleiterbauelement mit Heteroübergang zu haben, das einen komplementären Aufbau besitzt, und das ein komplementäres Paar von Bauelementen schafft, von denen jedes bei hoher Geschwindigkeit arbeitet.
  • Aus dem US-Patent Nr. 4.721.983 ist ein komplementäres Halbleiterbauelement mit Heteroübergang gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1 bekannt.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Fig. 1 erläutert einen Querschnitt eines komplementären Halbleiterbauelements mit Heteroübergang gemäß der vorliegenden Erfindung;
  • Fig. 2 und 3 erläutern Energiebanddiagramme des Bauelements von Fig. 1 in einem nicht vorgespannten Zustand; und
  • Fig. 4 ist eine Darstellung des Drainstroms gegenüber der Spannung für einen Resonanz-Zwischenband-Tunneltransistor bei zwei unterschiedlichen Vorspannungszuständen der Gate-Elektrode.
    • Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
  • Kurz zusammengefasst schafft die vorliegende Erfindung ein komplementäres Halbleiterbauelement mit Heteroübergang mit einem ersten Resonanz-Zwischenband-Tunneltransistor, der über einen gemeinsamen Ausgang mit einem zweiten Resonanz- Zwischenband-Tunneltransistor verbunden ist. Der erste Transistor besitzt ein erstes Gate eines ersten Halbleitertyps und einen Drain, der mit dem ersten Gate verbunden ist. Das erste Gate ist außerdem mit dem gemeinsamen Ausgang verbunden. Der zweite Transistor besitzt ein zweites Gate eines zweiten Halbleitertyps und eine Source, die mit dem zweiten Gate verbunden ist. Das zweite Gate ist außerdem mit dem gemeinsamen Ausgang verbunden. Das Valenzband des ersten Halbleitertyps besitzt einen Energiepegel, der größer ist als das Leitungsband des zweiten Halbleitertyps. Dies wird in der Technik als Bandoffset Typ II bezeichnet.
  • Die vorliegende Erfindung kann unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4 vollständiger beschrieben werden. Fig. 1 erläutert einen Querschnitt eines komplementären Halbleiterbauelements 10 mit Heteroübergang gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Bauelement 10 enthält einen ersten Resonanz- Zwischenband-Tunneitransistor 12 und einen zweiten Resonanz- Zwischenband-Tunneltransistor 14, wobei beide an eine gemeinsame Indium-Arsen- (InAs) Ausgangsschicht 18 angeschlossen sind. Der RITT 12 besitzt eine Gallium-Antimon- (GaSb) Gateschicht 18 zwischen einer Aluminium-Antimon- (AlSb) Sperrschicht 20 und einer AlSb-Sperrschicht 22. Auf der Gateschicht 18 befindet sich eine Isolationsschicht 24 und auf der Isolationsschicht 24 befindet sich ein Gatekontakt 26. Auf der Sperrschicht 22 befindet sich eine InAs- Drainschicht 28 und ein Drainkontakt 30 stellt eine ohmsche Verbindung mit der Drainschicht 28 her.
  • Der RITT 14 besitzt eine InAs-Gateschicht 32 zwischen einer AlSb-Sperrschicht 34 und einer AlSb-Sperrschicht 36. Auf der Gateschicht 32 befindet sich eine Isolationsschicht 38 und auf der Isolationsschicht 38 befindet sich ein Gatekontakt 40. Auf der Sperrschicht 34 befindet sich eine GaSb- Sourceschicht 42 und ein Sourcekontakt 44 stellt eine ohmsche Verbindung mit der Sourceschicht 42 her. Eine GaSb-Koppelschicht 46 und eine AlSb-Sperrschicht 48 verbinden den RITT 14 mit der gemeinsamen Ausgangsschicht 16. Ein Ausgangskontakt 50 stellt eine ohmsche Verbindung zur gemeinsamen Ausgangsschicht 16 her. Eine epitaktische Pufferschicht 52 trägt die gemeinsame Ausgangsschicht 16 und ist auf einem Substrat 54 gezogen, das beispielsweise teilweise isolierendes GaAs sein kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wirken die RITTs 14 und 16 zusammen, um eine komplementäre Betriebsweise für das Halbleiterbauelement 10 mit Heteroübergang zu gewährleisten. Diese komplementäre Betriebsweise wird in einem Fall an einem einfachen Inverter veranschaulicht, der gebildet werden kann, indem der Drainkontakt 30 mit einem Potential VDD und der Sourcekontakt 44 mit einem Potential VGND verbunden wird. Eine Gatevorspannung Vg1 wird an den Gatekontakt 26 und eine Gatevorspannung Vg2 (die für diesen speziellen Fall eines Inverters mit Vg1 verbunden ist) wird an den Gatekontakt 40 angelegt. Ein Ausgangspotential Vout wird durch den Ausgangskontakt 50 geliefert und ist der Ausgang für den Inverter. Obwohl hier ein einfacher Inverter beschrieben wird, wird ein Fachmann erkennen, dass Vg1 und Vg2 in anderen Ausführungen nicht verbunden sein müssen und dass die komplementäre Betriebsweise gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur auf die Verwendung in Invertern beschränkt ist. Statt dessen kann ein komplementäres Bauelement mit Heteroübergang gemäß der vorliegenden Erfindung in weiteren komplexeren logischen Schaltungen verwendet werden.
  • Die komplementäre Funktionsweise des oben erläuterten Bauelements 10 kann nunmehr mit Bezug auf die Fig. 2 und 3, die Energiebanddiagramme für das Bauelement 10 im nicht vorgespannten Zustand darstellen, in allgemeinerer Form beschrieben werden. Insbesondere Fig. 3 zeigt ein vereinfachtes Banddiagramm der Elektronenenergie für den RITT 12 und Fig. 3 zeigt ein vereinfachtes Banddiagramm der Elektronenenergie für den RITT 14. In der hier verwendeten Form bezeichnet ein nicht vorgespannter Zustand des Bauelements 10 einen Zustand, bei dem kein äußeres Potential daran angelegt ist. Mit anderen Worten, Vg1, Vg2, VDD, VGND und Vout sind sämtlich auf einem gemeinsamen Potential. Die Fig. 2 und 3 zeigen das Bauelement 10 in einem solchen nicht vorgespannten Zustand. In den Fig. 2 und 3 sind gemeinsame Bezugszeichen verwendet worden, um die entsprechenden Elemente des in Fig. 1 gezeigten Bauelements 10 zu bezeichnen.
  • Ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die in den Fig. 2 und 3 dargestellten Bandenergien besteht darin, dass der Halbleiter-Verbundwerkstoff, der für die Gateschicht 18 gewählt wurde, ein Valenzband mit einem Energiepegel besitzt, der höher ist als der Energiepegel des Leitungsbands des Halbleiter-Verbundwerkstoffs, der für die Gateschicht 32 gewählt wurde. Genauer besitzt in Fig. 2 das Valenzband 60 der GaAs-Gateschicht 18 einen Energiepegel, der höher ist als die Leitungsbänder 62 und 64 (der InAs- Drainschicht 28 bzw. der gemeinsamen InAs-Ausgangsschicht 16), wenn das Bauelement 10 in einem nicht vorgespannten Zustand ist. Ferner besitzen in Fig. 3 die Valenzbänder 80 und 82 der GaSb-Sourceschicht 42 und der GaSb-Koppelschicht 46 einen Energiepegel, der höher ist als das Leitungsband 84 der InAs-Gateschicht 32, wenn das Bauelement 10 in einem nicht vorgespannten Zustand ist. Außerdem ist die InAs- Gateschicht 32 ausreichend dünn hergestellt, z.B. ungefähr 100 Angström, um dafür einen Grundzustand des Leitungsbands zu schaffen, der energisch höher ist als der Grundzustand des Valenzbands der GaAs-Gateschicht 18.
  • In den RITT 12 und 14 erfolgt ein Stromfluss durch die Sperrschichten, die ausreichend dünn hergestellt sind, um Elektronentunnelung zu ermöglichen und diese Tunnelung ist in den Fig. 2 und 3 durch die Pfeile 66 und 86 angezeigt. Die Elektronentunnelung für den RITT 12 ist in Fig. 2 durch den Pfeil 66 angezeigt und die Elektronentunnelung für den RITT 14 ist in Fig. 3 durch den Pfeil 86 angezeigt. Dementsprechend sind die Sperrschichten 20, 22, 34 und 36 geeignet dimensioniert, um eine solche Tunnelung bei einer Dicke von weniger als beispielsweise ungefähr 100 Angström zu ermöglichen.
  • Obwohl ein Fachmann erkennen wird, dass Elektronentunnelung im Wesentlichen nicht auftritt, wenn das Bauelement 10 in einem nicht vorgespannten Zustand ist, der in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, werden hier nachfolgend die Elektronentunnelung und der Stromfluß zur Einfachheit der Darstellung mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 erläutert. Für einen Fachmann ist selbstverständlich, dass die Vorspannung des Bauelements 10 diese vereinfachten Bandenergiediagramme in bekannter Weise verändern wird.
  • In Fig. 2 ist eine Quantenquelle 68 durch die Sperrschichten 20 und 22 und durch die Gateschicht 18 gebildet (die Gateschicht 18 wirkt hier als eine Quantenquellenschicht). Elektronen im Leitungsband der Quantenquelle 68 sind an diskrete Energiezustände gebunden, die durch quantenmechanische Zustände definiert sind, die Fachmännern bekannt sind und die die Größe der Quantenquelle 68 und die effektive Masse der Elektronen in dem die Quantenquelle 68 bildenden Werkstoff einschließen. In ähnlicher Weise sind Löcher im Valenzband der Quantenquelle 68 ebenfalls an diskrete Energiezustände gebunden. Wenn die Energie eines Elektrons in der InAs-Drainschicht 28 sich einem solchen diskreten Energiepegel der GaSb-Gateschicht 28 nähert, tunnelt das Elektron durch die Quantenquelle 68. Diese Annäherung ist ein Beispiel dessen, was als eine "Resonanzbedingung" für die Quantenquelle 68 bezeichnet wird.
  • In Fig. 3 ist in ähnlicher Weise eine Quantenquelle 88 durch die Sperrschichten 34 und 36 und die Gateschicht 32 gebildet. Wie oben für die Quantenquelle 68 beschrieben wurde, sind die Elektronen und die Löcher der Quantenquelle 88 an diskrete Energiezustände gebunden und die Quantenquelle 88 weist Resonanzbedingungen auf, wenn die oben erläuterte Energiepegelannäherung auftritt.
  • Eine zusätzliche Komponente der Elektronentunnelung im Bauelement 10 ist in Fig. 3 durch den Pfeil 90 angezeigt. Die Sperrschicht 48 ist ausreichend dünn hergestellt, um diese Tunnelung zu ermöglichen. Wegen der speziellen konstruktiven Anforderungen dieser Ausführung des Bauelements 10 werden in dieser Ausführung die Koppelschicht 46 und die Sperrschicht 48 verwendet. Ein Fachmann wird jedoch in weiteren Ausführungen der vorliegenden Erfindung erkennen, dass die Koppelschicht 46 und die Sperrschicht 48 in Abhängigkeit von dem verwendeten Herstellungsverfahren möglicherweise nicht erforderlich sind.
  • Die Funktionsweise des Bauelements 10 in einem vorgespannten Zustand wird nun genauer mit Bezug auf den Fall eines einfachen Inverters erläutert, bei dem Vg1 = Vg2. In diesem Fall wird ein positives Potential VDD (in Bezug auf das Referenzpotential VGND) an den Drainkontakt 30· angelegt und eine gemeinsame Gatevorspannung wird an die Gatekontakte 26 und 40 angelegt. Während des Betriebs dieses Inverters werden die Bandpegel der GaSb-Gateschicht 18 und der InAs-Gateschicht 32 als Antwort auf eine angelegte negative Gatevorspannung angehoben und als Antwort auf eine angelegte positive Gatespannung abgesenkt.
  • Bei einer angelegten positiven Gatevorspannung fließt ein Strom durch die Quantenquelle 68, er wird jedoch durch die abgesenkte Bandlücke der GaSb-Gateschicht 18 daran gehindert, durch die Quantenquelle 68 zu fließen. Der Strom fließt durch die Quantenquelle 88, da der Grundzustand eines Elektrons in der Quantenquelle 88 mit den Valenzbandzuständen der GaSb- Sourceschicht 42 und der GaSb-Koppelschicht 46 in Resonanz ist, deswegen kann durch Tunnelung ein Löcherstrom erfolgen. Durch die Quantenquelle 68 fließt kein Strom, da die Bandpegel der GaSb-Gateschicht 18 sich abgesenkt haben, sodass keine Resonanz vorhanden sein kann.
  • Bei einer negativen Gatevorspannung fließt ein Strom durch die Quantenquelle 68, er wird jedoch durch die angehobene Bandlücke der InAs-Schicht 32 daran gehindert, durch die Quantenquelle 88 zu fließen. Für einen Fachmann ist selbstverständlich, dass für die Quantenquelle 68, jedoch nicht für die Quantenquelle 88, ein Resonanzzustand, ähnlich zu dem oben genannten, hergestellt werden kann.
  • Nun wird ein noch spezielleres Beispiel der Funktionsweise des obigen einfachen Inverters dargestellt. Wenn Vg1 und Vg2 gleich VDD sind, ist der RITT 12 in einem im Wesentlichen nicht leitenden Zustand abgeschaltet und der RITT 14 ist in einem im Wesentlichen leitenden Zustand eingeschaltet. Folglich ist Vout ungefähr gleich VGND. Wenn andererseits Vg1 und Vg2 gleich VGND sind, ist der RITT 12 eingeschaltet und der RITT 14 ist ausgeschaltet, so dass Vout ungefähr gleich VDD ist.
  • Fig. 4 ist eine grafische Darstellung des Stroms (ID) gegenüber der Spannung (VD) für den RITT 12 bei zwei unterschiedlichen Vorspannungszuständen, die den angelegten Gatespannungen Vg1 und Vg2 entsprechen. Diese ID-VD-Charakteristik wird nachfolgend für Zwecke der Erläuterung unter spezieller Bezugnahme auf die InAs-Drainschicht 28 beschrieben, ein Fachmann wird jedoch erkennen, dass eine ähnliche Beschreibung ebenfalls für die gemeinsame InAs-Ausgangsschicht 16 gilt.
  • Wie es für RITTs allgemein typisch ist, erhöht sich ID anfangs in einem Kurvenabschnitt 100 bei einer ersten Gatevorspannung Vg1. Insbesondere bei diesen geringeren Werten von VD erfolgt eine Tunnelung beispielsweise vom Leitungsband der InAs-Drainschicht 28 zum Valenzband der GaAs-Gateschicht 18. Wenn VD ansteigt, verschieben sich die Bandpegel der GaAs-Gateschicht 18 nach unten, sodass die Bandlücke der GaAs-Gateschicht 18 im Wesentlichen auf dem gleichen Energiepegel ist wie beispielsweise das Leitungsband der InAs-Drainschicht 28, wodurch ein weiterer Stromfluß blockiert wird. Dieses Blockieren des Stromflusses verursacht einen starken Abfall von ID und entspricht einem Kurvenabschnitt 102. Wenn VD jedoch weiter ansteigt, verschieben sich die Bandpegel der GaAs-Gateschicht 18 weiter nach unten, sodass die Bandlücke der GaSb-Gateschicht 18 auf einem geringeren Energiepegel ist als beispielsweise das Leitungsband der InAs-Drainschicht 28 und deswegen den Stromfluss nicht mehr blockiert. Deswegen steigt bei ansteigendem VD in einem Kurvenabschnitt 104 ID wieder an.
  • Die ID-VD-Charakteristik des RITT. 12 kann durch Änderung der angelegten Gatevorspannung moduliert werden. Insbesondere das Anlegen einer zweiten Gatevorspannung V'g1 moduliert die ID- VD-Charakteristik, sodass das oben genannte Blockieren des Stromflusses bei einem anderen Wert von VD auftritt. Dies erfolgt, da die unterschiedliche Gatevorspannung die (zuvor erläuterten) Resonanzzustände in der GaSb-Gateschicht 18 in Bezug auf die InAs-Schichten 16 und 18 neu ausrichtet. In Fig. 4 ist z. B. V'g1 eine stärker negative Spannung als Vg1.
  • Für einen Fachmann ist selbstverständlich, dass die eben beschriebenen Charakteristiken für den RITT 12 in ähnlicher Weise auch für den RITT 14 gelten. Es ist ferner selbstverständlich, dass die Verwendung von RITTs gemäß der oben beschriebenen vorliegenden Erfindung eine Mehrfachfunktionalität schafft, die bei der Logikentwicklung nützlich ist. Dies ist wegen der einmaligen Charakteristiken eines RITT der Fall, die durch die drei verschiedenen Kurvenabschnitte 100, 102 und 104 oben erläutert wurden. Dieses Verhalten steht im Kontrast zu typischen CMOS-Bauelementen, die eine monoton steigende Kurve der Strom-Spannungs-Charakteristik aufweisen und lediglich als Bauelemente mit zwei Zuständen nützlich sind.
  • Nun wird ein spezielles Verfahren zur Herstellung des Bauelements 10 beschrieben. Das Bauelement 10 kann im Allgemeinen aus mehreren epitaktischen Schichten gebildet werden, die durch Molekularstrahl-Epitaxie oder durch metallorganisch-chemische Strahlablagerung gezogen werden können. Wiederum in Fig. 1 wird die Pufferschicht 52 auf dem Substrat 54 durch Ziehen einer stufenweisen InGaAs-Schicht gebildet. Diese stufenweise Schicht wird verwendet, um die Gitteränderungen von der GaAs-Gitterkonstante des Substrats 54 auf die InAs-Gitterkonstante der Schicht 16 auszugleichen. Nach Bildung der Pufferschicht 52 wird auf der Pufferschicht 52 die gemeinsame InAS-Ausgangsschicht 16 gebildet. Da die gemeinsame Ausgangsschicht 16 verwendet wird, um beide RITTs 12 und 14 zu verbinden, ist es bevorzugt, dass die Schicht 16 einen geringen Widerstand besitzt, was durch ihre Dotierung mit einem Dotierstoff des n-Typs wie Silizium erreicht werden kann.
  • Auf der Oberseite der Schicht 16 wird eine erste AlSb- Sperrschicht (die später die Schichten 20 und 48 ergeben wird) mit einer ungefähren Dicke von 10-30 Angström gezogen und auf der Oberseite der ersten AlSb-Sperrschicht wird eine erste GaSb-Schicht (die später die Schichten 18 und 46 ergeben wird) mit einer Dicke von 60-100 Angström gezogen. Auf der Oberseite der ersten GaSb-Schicht wird eine zweite AlSb-Sperrschicht (die später die Schichten 22 und 36 ergeben wird) mit einer Dicke von 10-30 Angström gezogen.
  • Anschließend wird eine InAs-Schicht (die später die Schichten 28 und 32 ergeben wird) mit einer ungefähren Dicke von 85-150 Angström gezogen, dann wird eine dritte AlSb-Schicht (die später die Schicht 34 ergeben wird) mit einer ungefähren Dicke von 10-30 Angström gezogen und schließlich wird eine zweite GaSb-Schicht (die später die Schicht 42 ergeben wird) mit einer Dicke von 100-500 Angström gezogen.
  • Nach dem Ziehen der verschiedenen oben genannten epitaktischen Schichten können die RITTs 12 und 14 durch geeignete Maskierungs- und Ätzschritte gebildet werden, wie dies ein Fachmann erkennen wird. Zur Fortsetzung des oben genannten speziellen Beispiels kann der Sourcekontakt 44 durch Aufdampfen eines Metalls mit ohmschen Widerstand auf die Schicht 42 gebildet werden. Der Sourcekontakt 44 wird dann als eine Maske bei einem selektiven Ätzen verwendet, um die GaSb-Schicht 42 und die AlSb-Schicht 34 zu schaffen. Der Drainkontakt 30 wird anschließend durch Aufdampfen eines Metalls mit ohmschem Widerstand gebildet. Anschließend wird ein Photoresist verwendet, um eine erste Öffnung für den Ausgangskontakt 50 zu bilden. Ein geeignetes Ätzen der verschiedenen vorkommenden epitaktischen Schichten wird verwendet, um die erste Öffnung zu bilden, wobei die gemeinsame Ausgangsschicht 16 als eine Ätzsperre wirkt. Dann kann der Ausgangskontakt 50 in der ersten Öffnung gebildet werden.
  • Ein Photoresist wird verwendet, um eine zweite Öffnung zum selektiven Entfernen der InAs- und AlSb-Schichten 28 und 22 bis herunter auf die GaSb-Gateschicht 18 zu bilden. Nun können die beiden Isolationsschichten 24 und 38 gebildet werden. Die Isolationsschichten 24 und 38 können epitaktisch gezogen werden oder unter Verwendung der Ablagerung durch chemische Verdampfung aufgebracht werden. Die Gatekontakte 26 und 40 können dann auf die Isolationsschichten 24 und 38 aufgedampft werden, um das Bauelement 10 zu schaffen. Die Isolationsschichten 24 und 38 werden so vorgesehen, dass von den Gatekontakten 26 oder 40 im Wesentlichen kein Strom fließt. Ein Strom, der durch diese Schichten fließt, würde einen unerwünschten Verluststrom zur Folge haben. Geeignete Werkstoffe für die Isolationsschichten 24 und 38 enthalten Legierungen aus Aluminium-Arsenid, Aluminium-Arsenid- Antimonid oder Gallium-Arsenid-Antimonid.
  • Beim Aufbau des Bauelements 10 sollte angemerkt werden, dass es wichtig ist, dass sämtliche Gitterkonstanten der oben erläuterten GaAs-, InAs- und AlSb-Schichten sowie der gemeinsamen Ausgangsschicht 16 in einem Bereich mit einer Abweichung von ungefähr 1% liegen. Im Bauelement 10 wird die Pufferschicht 52 verwendet, um die Schädigung durch eine Gitterfehlanpassung-Versetzungsstörung vom GaSb-Substrat 54 zu trennen, das eine Gitterkonstante aufweist, die um ungefähr 8% kleiner ist als die Gitterkonstante der gemeinsamen InAs-Ausgangsschicht 16. Wenn die Pufferschicht 52 verwendet wird, tritt eine Versetzungsstörung in der Nähe der Grenzfläche von Pufferschicht 52 und Substrat 54 auf. Wenn die Pufferschicht 52 nicht verwendet werden würde, könnte diese Versetzung eine elektrische Verschlechterung der Resonanztunnelstrukturen im Bauelement 10 verursachen.
  • Nunmehr sollte erkannt werden, dass ein neuartiges Halbleiterbauelement mit Heteroübergang unter Verwendung von zwei Resonanz-Zwischenband-Tunneltransistoren geschaffen wurde, die in Serie geschaltet sind, um einen komplementären gemeinsamen Ausgang zu schaffen. Dieses Bauelement gewährleistet eine größere Funktionalität und eine höhere Geschwindigkeit als konventionelle CMOS-Schaltungen mit zwei Zuständen. Aus der obigen Beschreibung wird ein Fachmann erkennen, dass durch das Bauelement 10 in einer Ausführung ein komplementäres Transistorpaar geschaffen wurde. Ein Vorteil besteht darin, dass die Schaltgeschwindigkeiten der RITTs 12 und 14 im Wesentlichen hoch sind, insbesondere im Gegensatz zu CMOS-Transistorpaaren des Standes der Technik, die langsame p-Kanal-Bauelemente verenden.
  • Obwohl obenstehend eine spezielle Ausführung beschrieben wurde, wird ein Fachmann erkennen, dass gemäß der vorliegenden Erfindung außerdem weitere Ausführungen gebildet werden können. Das Bauelement 10 kann beispielsweise unter Verwendung von GaN und Si gebildet werden. Insbesondere beim RITT 12 kann die Gateschicht 18 aus Si bestehen und die Drainschicht 28 und die gemeinsame Ausgangsschicht 16 kann aus GaN bestehen. Die Sperrschichten 20 und 22 können aus AlN gebildet sein. Dementsprechend kann beim RITT 14 in diesem Beispiel die Gateschicht 32 aus GaN bestehen und die Sourceschicht 42 und die Koppelschicht 46 können aus Si bestehen. Die Sperrschichten 34, 36 und 48 könnten aus AlN gebildet sein und die Pufferschicht 52 und das Substrat 54 könnten aus Si gebildet sein. Wie zuvor erläutert wurde, besitzen die in diesem speziellen Beispiel beschriebenen Werkstoffe im Wesentlichen ähnliche Gitterkonstanten.

Claims (7)

1. Komplementäres Halbleiterbauelement (10) mit Heteroübergang, umfassend:
- einen ersten Resonanz-Zwischenband-Tunneltransistor (12) mit einem ersten Gate (18) aus einem ersten Halbleiter- Verbundwerkstoff, einem Drain (28), der mit dem ersten Gate verbunden ist, einer dünnen ersten Sperrschicht (22), die zwischen dem ersten Gate und dem Drain angeordnet ist; und einem gemeinsamen Ausgang (16), der mit dem ersten Gate verbunden ist; und
- einen zweiten Resonanz-Zwischenband-Tunneltransistor (14) mit einem dünnen zweiten Gate (32), wobei das zweite Gate mit dem gemeinsamen Ausgang verbunden ist, und einer Source (42), die mit dem zweiten. Gate verbunden ist,
wobei das komplementäre Halbleiterbauelement mit Heteroübergang dadurch gekennzeichnet ist, dass
- das zweite Gate einen zweiten Halbleiter-Verbundwerkstoff enthält und der erste Halbleiter-Verbundwerkstoff ein Valenzband (60, 80, 82) besitzt, das eine Energie aufweist, die größer als ein Leitungsband (62, 64, 84) des zweiten Halbleiter-Verbundwerkstoffs ist, wenn das komplementäre Halbleiterbauelement mit Heteroübergang in einem nicht vorgespannten Zustand ist.
2. Bauelement nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
- eine zweite Sperrschicht (20), die zwischen dem ersten Gate und dem gemeinsamen Ausgang angeordnet ist;
- eine dritte Sperrschicht (34), die zwischen der Source und dem zweiten Gate angeordnet ist; und
- eine vierte Sperrschicht (36), die zwischen dem zweiten Gate und dem gemeinsamen Ausgang angeordnet ist.
3. Bauelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- die erste Sperrschicht, die zweite Sperrschicht, die dritte Sperrschicht und die vierte Sperrschicht aus einem dritten Halbleiter-Verbundwerkstoff gebildet sind;
- eine fünfte Sperrschicht (48) aus dem dritten Halbleiter-Verbundwerkstoff auf dem gemeinsamen Ausgang angeordnet ist; und
- eine Koppelschicht (46) aus dem ersten Halbleiter- Verbundwerkstoff zwischen der vierten Sperrschicht und der fünften Sperrschicht angeordnet ist.
4. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
- der erste Halbleiter-Verbundwerkstoff Gallium-Antimonid ist; und
- der zweite Halbleiter-Verbundwerkstoff Indium-Arsenid ist.
5. Bauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Resonanz-Zwischenband-Tunneltransistor in einem im Wesentlichen leitenden Zustand ist, wenn der zweite Resonanz-Zwischenband-Tunneltransistor in einem im Wesentlichen nichtleitenden Zustand ist, und der erste Resonanz-Zwischenband-Tunneltransistor in einem im Wesentlichen nichtleitenden Zustand ist, wenn der zweite Resonanz-Zwischenband-Tunneltransistor in einem im Wesentlichen leitenden Zustand ist.
6. Bauelement (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass
(a) der erste Resonanz-Zwischenband-Tunneltransistor (12) umfasst:
- den gemeinsamen Ausgang mit einer InAs-Ausgangsschicht (16);
- eine erste AlSb-Schicht (20) auf der InAs-Ausgangs schicht;
- das erste Gate mit einer GaSb-Gateschicht (18) auf der ersten AlSb-Schicht;
- eine zweite AlSb-Schicht (22) auf der GaSb-Gateschicht; und
den Drain mit einer InAs-Drainschicht (28) auf der zweiten AlSb-Schicht; und
(b) der zweite Resonanz-Zwischenband-Tunneltransistor (14) umfasst:
- eine dritte AlSb-Schicht (48) auf der InAs-Ausgangsschicht;
- eine GaSb-Koppelschicht (46) auf der dritten AlSb- SChlCht;
- eine vierte AlSb-Schicht (36) auf der GaSb-Koppelschicht;
- das zweite Gate mit einer InAs-Gateschicht (32) auf der vierten AlSb-Schicht;
- eine fünfte AlSb-Schicht (34) auf der InAs-Gateschicht; und
- die Source mit einer GaSb-Sourceschicht (42) auf der fünften AlSb-Schicht.
7. Bauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass
- der erste Halbleitertyp Silizium ist; und
- der zweite Halbleitertyp GaN ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19707115A1 (de) * 1997-02-22 1998-08-27 Hilti Ag Bohr- und/oder Meisselwerkzeug
JP2005538573A (ja) * 2002-09-05 2005-12-15 ナノシス・インク． ナノ構造及びナノ複合材をベースとする組成物
US8026509B2 (en) 2008-12-30 2011-09-27 Intel Corporation Tunnel field effect transistor and method of manufacturing same
US9209180B2 (en) * 2010-02-10 2015-12-08 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Field effect transistor with conduction band electron channel and uni-terminal response

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1237824A (en) * 1984-04-17 1988-06-07 Takashi Mimura Resonant tunneling semiconductor device
US4768076A (en) * 1984-09-14 1988-08-30 Hitachi, Ltd. Recrystallized CMOS with different crystal planes
US4721983A (en) * 1986-01-31 1988-01-26 Texas Instruments Incorporated Three terminal tunneling device
US4882608A (en) * 1987-02-09 1989-11-21 International Business Machines Corporation Multilayer semiconductor device having multiple paths of current flow
US5138408A (en) * 1988-04-15 1992-08-11 Nec Corporation Resonant tunneling hot carrier transistor
JPH02257669A (ja) * 1989-03-30 1990-10-18 Toshiba Corp 半導体装置
US5113231A (en) * 1989-09-07 1992-05-12 California Institute Of Technology Quantum-effect semiconductor devices
US5079601A (en) * 1989-12-20 1992-01-07 International Business Machines Corporation Optoelectronic devices based on intraband transitions in combinations of type i and type ii tunnel junctions
US5142349A (en) * 1991-07-01 1992-08-25 Motorola, Inc. Self-doped high performance complementary heterojunction field effect transistor
US5349214A (en) * 1993-09-13 1994-09-20 Motorola, Inc. Complementary heterojunction device

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