JP2000150863A - 高速素子 - Google Patents

高速素子

Info

Publication number
JP2000150863A
JP2000150863A JP11373833A JP37383399A JP2000150863A JP 2000150863 A JP2000150863 A JP 2000150863A JP 11373833 A JP11373833 A JP 11373833A JP 37383399 A JP37383399 A JP 37383399A JP 2000150863 A JP2000150863 A JP 2000150863A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
quantum well
thin films
substrate
quantum
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP11373833A
Other languages
English (en)
Inventor
Mikio Mukai
幹雄 向井
Akihiko Ochiai
昭彦 落合
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sony Corp
Original Assignee
Sony Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sony Corp filed Critical Sony Corp
Priority to JP11373833A priority Critical patent/JP2000150863A/ja
Publication of JP2000150863A publication Critical patent/JP2000150863A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C2211/00Indexing scheme relating to digital stores characterized by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C2211/56Indexing scheme relating to G11C11/56 and sub-groups for features not covered by these groups
    • G11C2211/561Multilevel memory cell aspects
    • G11C2211/5614Multilevel memory cell comprising negative resistance, quantum tunneling or resonance tunneling elements

Landscapes

  • Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
  • Bipolar Transistors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 共鳴トンネル効果型の高速素子において、S
i系等の使用を可能にし、微細化、高集積化を図る。 【解決手段】 量子井戸を構成する領域52を挟んで両
側にポテンシャル障壁を構成する厚さが電子の波長程度
の絶縁薄膜53及び54を設け、この両絶縁薄膜53及
び54の外側に夫々端子部を設けて、共鳴トンネル効果
ダイオードを構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、共鳴トンネル効果
トランジスタ等の高速素子に関する。
【0002】
【従来の技術】超高速素子として、超伝導体と半導体を
用いた超伝導トランジスタの研究、開発が進められてき
ている。図5は従来の超伝導トランジスタの例を示す。
この超伝導トランジスタ1は、単結晶シリコン基板2の
表面上に所定間隔Lを置いて超伝導体によるソース部3
及びドレイン部4を被着形成し、基板裏面に絶縁膜5を
介してゲート電極6を形成して構成される。7は絶縁膜
である。
【0003】この超伝導トランジスタ1では、図6A及
びBに示すように超伝導体のソース部3及びドレイン部
4からシリコン基板2へ超伝導電子対8(図5参照)が
染み出して形成される準超伝導部9S,9Dの広がりを
ゲート電圧によって制御して超伝導電流をオン、オフ制
御するようになされる。即ち、図6Aのソース部3及び
ドレイン部4からの準超伝導部9S,9Dが交わる状態
において、ソース部3からの超伝導電子対8が準超伝導
部9S,9Dを通ってドレイン部4に流れ(所謂超伝導
電流が流れ)トランジスタはオン状態となる。図6Bの
準超伝導部9S,9Dが交わらない状態ではソース部3
からの超伝導電子対8が準超伝導部9S及び9Dの交わ
らない部分10で電子対の結合が壊れ、その結果、超伝
導電流が流れずトランジスタはオフ状態となる。
【0004】所謂超伝導トランジスタにおいて、そのソ
ース部3及びドレイン部4間のチャネル長Lは、0.2
μm以下の微小長さである必要がある。しかし、図5の
従来構造の場合、現行の微細加工技術を用いてソース部
3及びドレイン部4間の距離L(所謂チャネル長)を制
御するのは、極めて難しいとされている。また、この従
来構造では、ソース部3及びドレイン部4より染み出し
てくる準超伝導部9S及び9Dの交わりは横方向の一側
でしか構成されないため、超伝導電流を流すチャネル部
の動作が悪く、且つ素子自体小型化されにくい。
【0005】一方、従来技術による半導体素子は、古典
的な物理動作の上に立脚したものが中心であった。しか
し、素子が微細化されてくるのに従ってポテンシャル障
壁の厚さが電子の波長程度の長さ(〜100Å程度以
下)になってくると、量子論的トンネル効果が起こりは
じめ、従来と同様の原理での素子動作が難しくなってく
る。そこで、高速素子として量子論的トンネル効果、即
ちある特定の波長をもった電子だけが2重のポテンシャ
ル障壁を通り抜ける所謂共鳴トンネル効果を利用した素
子が種々提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の量子
論的トンネル効果を利用した半導体素子は、化合物半導
体によるものが多く、Si系のものはほとんど提案され
ていない。
【0007】本発明は、上述の点に鑑み、Si系等の使
用をも可能にし、微細化、高集積化に適した共鳴トンネ
ル効果型の高速素子を提供するものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明に係る高速素子即
ち共鳴トンネル効果ダイオードは、図1に示すように、
量子井戸を構成する領域を挟んで両側にポテンシャル障
壁を構成する厚さが電子の波長程度の絶縁薄膜を設け、
この両絶縁薄膜の外側に夫々端子部を設けて構成する。
【0009】また、本発明に係る高速素子即ち共鳴トン
ネル効果トランジスタは、図4に示すように、量子井戸
を構成する領域を挟んで両側にポテンシャル障壁を構成
する厚さが電子の波長程度の絶縁薄膜を設け、この両絶
縁薄膜の外側にソース部及びドレイン部を設けると共
に、領域上に絶縁膜を介してゲート電極を設けて構成す
る。
【0010】第1の発明においては、量子井戸を構成す
る領域の両側に電子の波長程度の厚さの絶縁膜を介して
端子を形成することにより、両端子間の印加電圧によっ
て共鳴トンネル電流が流れ、ダイオード動作が行われ
る。そして、ここでは電子波として動作するので、高速
動作が可能となる。また、本構成では、量子井戸を構成
する領域及び端子を、化合物半導体以外の例えばSi系
半導体或は金属等によっても構成することが可能とな
り、微細化、高集積化と共に、製造の容易さを図ること
ができる。
【0011】第2の発明においては、量子井戸を構成す
る領域の両側に電子の波長程度の厚さの絶縁膜を介して
ソース部及びドレイン部を形成すると共に、領域の上面
に絶縁膜を介してゲート電極を形成することにより、ゲ
ート電極の印加電圧によって量子井戸内の量子準位が制
御され、ソース部及びドレイン部間に共鳴トンネル電流
が流れ、トランジスタ動作が行われる。そして、この場
合も、電子波として動作するので高速動作が可能とな
る。また、本構成も、量子井戸を構成する領域、ソース
部、ドレイン部及びゲート電極等を化合物半導体以外の
例えばSi系半導体、或は金属等によって構成すること
が可能となり、微細化、高集積化と共に、製造の容易さ
を図ることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。
【0013】図1は本発明に係る高速素子、即ち共鳴ト
ンネル効果を利用したダイオードに適用した一実施の形
態を示す。本実施の形態においては、基板51上に量子
井戸を構成する例えばシリコン半導体領域52を形成
し、この領域52を挟んで両側に2重のポテンシャル障
壁を構成する絶縁薄膜、例えばSiO2 薄膜53,54
を形成し、さらに、このSiO2 薄膜53,54の外側
に端子55及び56を形成して成る。量子井戸を構成す
るシリコン半導体領域52は、高不純物濃度を有する第
1導電形(n+ 又はp + )領域からなり、その幅lは電
子の量子力学的波長程度例えば50Åとなす。この量子
井戸を挟むSiO2 薄膜53及び54の膜厚T1 及びT
2 は電子の量子力学的波長程度例えば20Åとする。端
子55及び56は、高不純物濃度の例えばn+ 又はp+
シリコン領域で形成することができる。また、基板51
は例えばシリコン基板で構成することができ、このとき
は、基板51と量子井戸を構成するシリコン半導体領域
52とは一体的に構成される。基板51と端子55,5
6との間はSiO2 等の絶縁層57によって電気的に分
離する。
【0014】尚、量子井戸を構成する領域52、端子5
5,56はシリコン系半導体以外にも、金属、或は他の
半導体(化合物半導体を含む)で構成することも可能で
ある。
【0015】かかる構成の共鳴トンネル効果ダイオード
58においては、図2の電圧印加状態でのエネルギーバ
ンド図で示すように、端子55及び56間が零電圧で端
子55側の伝導帯61より量子井戸52内の量子準位6
2の方が高い場合(図2A参照)、或は印加電圧が高く
(所謂谷電圧)端子55側の伝導帯61が量子井戸52
内の量子準位62間に対応したような場合(図2C参
照)には共鳴トンネル効果が起こらず、電流は流れな
い。端子55及び56間に適度の電圧(所謂共鳴電圧)
が印加されて端子55側の伝導帯61に量子井戸52の
量子準位62が対応した場合(図2B参照)には端子5
5側の電子が共鳴トンネル効果によって2重のポテンシ
ャル障壁63,64を通り抜けて端子56側に流れる。
このときの電流−電圧特性を図3に示す。従って、上述
の共鳴トンネル効果ダイオード58によれば、わずかに
異なる2つのゲート電圧により全く違った応答を引き起
こすので、半導体素子のスイッチングを精密に制御する
ことができる。そして、電子波として動作するので高速
化を達成することができる。また、今後の素子の微細化
に対応出来高集積化に通ずるものであり、また微細素子
であるため、低電圧化、低消費電力化を可能にする。ま
た、量子井戸はシリコン系半導体、金属、又は化合物半
導体等を用い得るので、製造を容易にするものである。
【0016】図4は本発明に係る高速素子、即ち共鳴ト
ンネル効果を利用したトランジスタに適用した他の実施
の形態を示す。本実施の形態においては、基板71上に
量子井戸を構成する例えばシリコン半導体領域72を形
成し、この領域72を挟んで両側に2重のポテンシャル
障壁を構成する絶縁膜例えばSiO2 薄膜73,74を
形成し、このSiO2 薄膜73,74の外側に例えば高
不純物濃度のシリコン半導体(n+ 又はp+ )よりなる
ソース部75及びドレイン部76を形成すると共に、領
域72の上面にSiO2等の絶縁膜77を介して例えば
高不純物濃度のシリコン半導体(n+ 又はp+ )よりな
るゲート電極78を形成して成る。ここでも、上例と同
様に量子井戸を構成するシリコン半導体領域72は高不
純物濃度を有する第1導電形(n+ 又はp + )領域から
なり、その幅lは電子の量子力学的波長程度、例えば5
0Å程度となす。また、このシリコン半導体領域72を
挟むSiO2 膜73及び74の膜厚T1 及びT2 も電子
の電子力学的波長程度、例えば20Å程度とする。
【0017】基板71は例えばシリコン基板で構成する
ことができ、このときは基板71を量子井戸を構成する
シリコン半導体領域52と一体的に構成される。基板5
1とソース部75及びドレイン部76との間にはSiO
2 等の絶縁膜79によって電気的に分離する。尚、量子
井戸を構成する領域72、ソース部75、ドレイン部7
4、ゲート電極78は、シリコン系半導体以外にも金
属、或は他の半導体(化合物半導体を含む)で構成する
ことも可能である。
【0018】かかる構成の共鳴トンネル効果トランジス
タ80においては、量子井戸72の上面に配したゲート
電極78のゲート電圧によって量子井戸72での量子準
位が制御され、トランジスタ動作する。
【0019】従って、このトランジスタ80によれば、
わずかに異なる2つのゲート電圧により、全く違った応
答を引き起こすので、半導体素子のスイッチングを精密
に制御することができ、且つ電子波として動作するので
高速化を達成することができる。また、3端子素子であ
るために、効率的に使い易い。さらに、今後の素子の微
細化に対応でき、高集積化に適すると共に、微細素子で
あるため、低電圧化、低消費電力化を可能にするもので
ある。また、量子井戸はシリコン系半導体、金属又は化
合物半導体等を用いるので、製造を容易にするものであ
る。
【0020】
【発明の効果】本発明の共鳴トンネル効果を利用した高
速素子によれば、高速動作に優れ、且つ製造が容易で、
素子の微細化、高集積化に適するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る高速素子の一実施の形態(共鳴ト
ンネル効果ダイオード)を示す断面図である。
【図2】A〜C 動作説明に供する電圧印加状態でのエ
ネルギーバンド図である。
【図3】電流−電圧特性図である。
【図4】本発明に係る高速素子の他の実施の形態(共鳴
トンネル効果トランジスタ)の断面図である。
【図5】従来の超伝導トランジスタの例を示す断面図で
ある。
【図6】A その動作説明に供する断面図である。 B その動作説明に供する断面図である。
【符号の説明】
51,71‥‥基板、52,72‥‥量子井戸を構成す
る領域、53,54,73,74‥‥ポテンシャル障壁
を構成する絶縁薄膜、55,56‥‥端子、58‥‥共
鳴トンネル効果ダイオード、75‥‥ソース部、76‥
‥ドレイン部、78‥‥ゲート電極、80‥‥共鳴トン
ネル効果トランジスタ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 量子井戸を構成する領域を挟んで両側に
    ポテンシャル障壁を構成する厚さが電子の波長程度の絶
    縁薄膜を設け、 該両絶縁薄膜の外側に夫々端子部を設けて成る高速素
    子。
  2. 【請求項2】 量子井戸を構成する領域を挟んで両側に
    ポテンシャル障壁を構成する厚さが電子の波長程度の絶
    縁薄膜を設け、 該両絶縁薄膜の外側にソース部及びドレイン部を設ける
    と共に、 上記領域上に絶縁膜を介してゲート電極を設けて成る高
    速素子。
JP11373833A 1999-01-01 1999-12-28 高速素子 Pending JP2000150863A (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11373833A JP2000150863A (ja) 1999-01-01 1999-12-28 高速素子

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP11373833A JP2000150863A (ja) 1999-01-01 1999-12-28 高速素子

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP02338350A Division JP3092160B2 (ja) 1990-11-30 1990-11-30 高速素子及び高速メモリ素子

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2000150863A true JP2000150863A (ja) 2000-05-30

Family

ID=18502838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP11373833A Pending JP2000150863A (ja) 1999-01-01 1999-12-28 高速素子

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2000150863A (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110121347A1 (en) * 2009-11-24 2011-05-26 Luminus Devices, Inc. Systems and methods for managing heat from an led

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110121347A1 (en) * 2009-11-24 2011-05-26 Luminus Devices, Inc. Systems and methods for managing heat from an led
US10290788B2 (en) * 2009-11-24 2019-05-14 Luminus Devices, Inc. Systems and methods for managing heat from an LED

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102120805B1 (ko) 하이브리드 상 전계 효과 트랜지스터
US5834793A (en) Semiconductor devices
US7838875B1 (en) Metal transistor device
JP4109830B2 (ja) 静電的に制御されるトンネリング・トランジスタ
US5972744A (en) Quantum effect device, method of manufacturing the same
JP3402905B2 (ja) 半導体素子
JPH0595117A (ja) 薄膜トランジスタおよびその製造方法
JPH05343686A (ja) 半導体装置およびその製造方法
JPH0562474B2 (ja)
JP2000150863A (ja) 高速素子
JPH023540B2 (ja)
Maegawa et al. A 0.4 µm Gate-All-Around TFT (GAT) Using a Dummy Nitride Pattern for High-Density Memories
JPS5833872A (ja) 薄膜電界効果トランジスタの製造方法
JP3361442B2 (ja) 量子効果素子の製造方法、半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP4704802B2 (ja) 単電子トランジスタ
JP3248791B2 (ja) 半導体装置
JPH0560266B2 (ja)
KR100468818B1 (ko) 단일전자트랜지스터
KR100434813B1 (ko) 실리사이드막을 이용한 단전자 트랜지스터의 구조 및 그제조 방법
JPH04206975A (ja) 高速素子及び高速メモリ素子
JP2533135B2 (ja) 微粒子トランジスタ
JP2723098B2 (ja) 電界効果トランジスタ
JP2641978B2 (ja) 超電導素子および作製方法
JP2852046B2 (ja) 半導体装置
JPS59201463A (ja) 半導体装置