JP2012080055A - 酸化プラセオジムを備えた誘電体、酸化プラセオジムを備えたトランジスタ及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】酸化プラセオジムの誘電体、酸化プラセオジムを備えたトランジスタ及びその製造方法を提供し、以って半導体素子のリーク電流及び等価酸化物膜厚の過大の問題を解決すること。
【解決手段】本発明では、酸化プラセオジムを備えたトランジスタは、少なくとも一つのIII−V族基板と、一つのゲート誘電層と、一つのゲート電極とを含む。また、III−V族基板にゲート誘電層が設けられ、ゲート誘電層にゲート電極が設けられ、誘電層は酸化プラセオジム(PrxOy)である。本発明は、誘電層材料として高誘電率及び高エネルギーギャップを備えた酸化プラセオジム(Pr6O11)を用いることにより、リーク電流を有効に抑制する外、更にIII−V族材料を基板とした素子の等価酸化膜厚(EOT)を薄くさせることもできる。
【選択図】図4
【解決手段】本発明では、酸化プラセオジムを備えたトランジスタは、少なくとも一つのIII−V族基板と、一つのゲート誘電層と、一つのゲート電極とを含む。また、III−V族基板にゲート誘電層が設けられ、ゲート誘電層にゲート電極が設けられ、誘電層は酸化プラセオジム(PrxOy)である。本発明は、誘電層材料として高誘電率及び高エネルギーギャップを備えた酸化プラセオジム(Pr6O11)を用いることにより、リーク電流を有効に抑制する外、更にIII−V族材料を基板とした素子の等価酸化膜厚(EOT)を薄くさせることもできる。
【選択図】図4
Description
本発明は酸化プラセオジムを備えた誘電体、酸化プラセオジムを備えたトランジスタ及びその製造方法に関し、特に酸化プラセオジムを誘電材料とした酸化プラセオジムを備えた誘電体、酸化プラセオジムを備えたトランジスタ及びその製造方法に関するものである。
今まで、III−V族化合物半導体は、シリコン半導体材料に比べてより良い材料特性を持っているので、近年、III−V族化合物半導体は既に広汎に研究されてきている。
また、伝統のシリコン材の金属酸化膜型半導体電界効果トランジスタ(Si MOSFET)の代わりに、高誘電率(high−k)の酸化物をゲー ト誘電層としてIII−V族化合物半導体チップに堆積してなるIII−V金属酸化膜型半導体電界効果トランジスタ(III−V Metal−Oxide−Semiconductor Field Effect Transistor、III−V MOSFET)も開発されている。
また、伝統のシリコン材の金属酸化膜型半導体電界効果トランジスタ(Si MOSFET)の代わりに、高誘電率(high−k)の酸化物をゲー ト誘電層としてIII−V族化合物半導体チップに堆積してなるIII−V金属酸化膜型半導体電界効果トランジスタ(III−V Metal−Oxide−Semiconductor Field Effect Transistor、III−V MOSFET)も開発されている。
また、科学技術の進展に伴い、集積回路のサイズも益々と小さくなり、ユニット容量(unit capacitance)のニーズも益々増加していく。
しかし、一般的には高誘電率の材料はそのエネルギーギャップも比較的低い(下記の表一をご参照)ので、故に比較的薄い酸化物ではリーク電流を生じるのを有効に抑制することが出来ない。
しかし、一般的には高誘電率の材料はそのエネルギーギャップも比較的低い(下記の表一をご参照)ので、故に比較的薄い酸化物ではリーク電流を生じるのを有効に抑制することが出来ない。
伝統のシリコン半導体素子は、自然酸化物(native oxide)をゲート誘電層とすることにより比較的大きい容量値を得ている。しかしIII−V族化合物半導体素子にとっては、シリカ/シリコン格子のように整合の良い且つ界面品質が優れた酸化物を持っていない。
特許文献1には、NMOS金属アルミニウムゲートと基板の間にhigh−Kの誘電層、例えば酸化ハフニウム、酸化ハフニウムシリコン、酸化ランタン及び酸化ランタン・アルミニウムなどの材料が形成されてなる高Kゲート誘電値及び金属ゲート電極を備えた半導体装置が開示されている。
特許文献2には、原子層堆積法(ALD)で異なるhigh−k誘電層、例えば酸化亜鉛、酸化ハフニウム、酸化ランタン及び酸化タンタルなどを生長させると共にシリコン製造プロセスに用いられる、誘電体を備えた半導体メモリ装置及びその製造方法が開示されている。
特許文献3には、原子層堆積法でゲート誘電層として窒化タンタルを半導体基板に成長させるバリア層を堆積する方法が開示されている。
また、特許文献4には、ハフニウム、亜鉛又は亜鉛ハフニウムの酸化物を金属ゲートと基板チャンネル層との間の誘電層とし、MOS素子に用いられる、複数積層のゲートを備えた半導体素子が開示されている。
また、特許文献4には、ハフニウム、亜鉛又は亜鉛ハフニウムの酸化物を金属ゲートと基板チャンネル層との間の誘電層とし、MOS素子に用いられる、複数積層のゲートを備えた半導体素子が開示されている。
しかしながら、上述した周知技術は、ゲート誘電層として酸化亜鉛、酸化ハフニウム、酸化ランタン及び酸化タンタルなどの酸化物が用いられることが多く、同時にシリコン又はIII−V族化合物半導体の製造プロセスに用いられた。惟しリーク電流及び等価酸化物膜厚の過大の問題を有効に解決するものではない。
本発明は、上述した周知技術の問題に鑑みて為したもので、酸化プラセオジムの誘電体、酸化プラセオジムを備えたトランジスタ及びその製造方法を提供することにあり、以って周知の半導体素子のリーク電流及び等価酸化物膜厚の過大の問題を解決することを目的としている。
本発明の目的によれば、酸化プラセオジムを備えた誘電体を提供している。それは一つのIII−V族基板と、一つの誘電層と、一つの第一のメタル層と、一つの第二のメタル層とを少なくとも含むものである。III−V族基板に誘電層が設けられ、誘電層に第一のメタル層が設けられ、III−V族基板の下に第二のメタル層が設けられる。また、誘電層は酸化プラセオジム(PrxOy)である。
また、xは1〜10、yは1〜12にある。
また、III−V族基板はインジウムガリウム砒素(InmGanAs)で、mは0〜1、m+nは1となる。
また、III−V族基板はインジウムガリウム砒素(InmGanAs)で、mは0〜1、m+nは1となる。
また、第一のメタル層及び第二のメタル層はアルミニウム又は金である。
本発明の目的によれば、更に別の酸化プラセオジムを備えた誘電体の製造方法を提供している。それは、
酸化プラセオジムを備えた誘電体の製造方法であって、
一つのIII−V族基板を用意するステップと、
一つの誘電層を前記III−V族基板に設けるステップと、
一つの第一のメタル層を前記誘電層に設けるステップと、
一つの第二のメタル層を前記III−V族基板の下に設けるステップとを少なくとも含み、前記誘電層は酸化プラセオジム(PrxOy)である。
本発明の目的によれば、更に別の酸化プラセオジムを備えた誘電体の製造方法を提供している。それは、
酸化プラセオジムを備えた誘電体の製造方法であって、
一つのIII−V族基板を用意するステップと、
一つの誘電層を前記III−V族基板に設けるステップと、
一つの第一のメタル層を前記誘電層に設けるステップと、
一つの第二のメタル層を前記III−V族基板の下に設けるステップとを少なくとも含み、前記誘電層は酸化プラセオジム(PrxOy)である。
また、xは1〜10、yは1〜12である。
また、III−V族基板はインジウムガリウム砒素(InmGanAs)で、mは0〜1、m+nは1である。
また、III−V族基板はインジウムガリウム砒素(InmGanAs)で、mは0〜1、m+nは1である。
また、第一のメタル層及び第二のメタル層はアルミニウム又は金である。
本発明の目的によれば、更に別の酸化プラセオジムを備えたトランジスタを提供している。それは、
一つのIII−V族基板と、一つのゲート誘電層と、一つのゲート電極とを少なくとも含み、ゲート誘電層はIII−V族基板に設けられる。また、ゲート電極はゲート誘電層に設けられる。また、誘電層は酸化プラセオジム(PrxOy)である。
本発明の目的によれば、更に別の酸化プラセオジムを備えたトランジスタを提供している。それは、
一つのIII−V族基板と、一つのゲート誘電層と、一つのゲート電極とを少なくとも含み、ゲート誘電層はIII−V族基板に設けられる。また、ゲート電極はゲート誘電層に設けられる。また、誘電層は酸化プラセオジム(PrxOy)である。
また、xは1〜10、yは1〜12である。
また、III−V族基板はインジウムガリウム砒素(InmGanAs)で、mは0〜1、m+nは1である。
また、III−V族基板はインジウムガリウム砒素(InmGanAs)で、mは0〜1、m+nは1である。
また、ゲート電極はアルミニウム、金またはポリシリコンである。
本発明の目的によれば、更に別の酸化プラセオジムを備えたトランジスタの製造方法を提供している。それは、
一つのIII−V族基板と、
前記III−V族基板に設けられる一つのゲート誘電層と、
前記ゲート誘電層に設けられる一つのゲート電極とを少なくとも含み、前記ゲート誘電層は酸化プラセオジム(PrxOy)である。
本発明の目的によれば、更に別の酸化プラセオジムを備えたトランジスタの製造方法を提供している。それは、
一つのIII−V族基板と、
前記III−V族基板に設けられる一つのゲート誘電層と、
前記ゲート誘電層に設けられる一つのゲート電極とを少なくとも含み、前記ゲート誘電層は酸化プラセオジム(PrxOy)である。
また、xは1〜10、yは1〜12である。
また、III−V族基板はインジウムガリウム砒素(InmGanAs)で、mは0〜1、m+nは1である。
また、III−V族基板はインジウムガリウム砒素(InmGanAs)で、mは0〜1、m+nは1である。
また、ゲート電極はアルミニウム、金又はポリシリコンである。
以上のように、本発明の酸化プラセオジムを備えた誘電体、酸化プラセオジムを備えたトランジスタ及びその製造方法によれば、以下の利点を有している。
以上のように、本発明の酸化プラセオジムを備えた誘電体、酸化プラセオジムを備えたトランジスタ及びその製造方法によれば、以下の利点を有している。
この酸化プラセオジムを備えた誘電体、酸化プラセオジムを備えたトランジスタ及びその製造方法によれば、高誘電率及び高エネルギーギャップを備えた酸化プラセオジムをゲート誘電層とすると共にそれをIII−V族化合物半導体素子に用いることにより、リーク電流及び等価酸化物膜厚を有効に低下させることができる。
[実施例]
図1は、本発明に係る酸化プラセオジムを備えた誘電体の模式図である。
図1は、本発明に係る酸化プラセオジムを備えた誘電体の模式図である。
図に示すように、本発明に係る酸化プラセオジムを備えた誘電体(キャパシタ(capacitor)とも称する)1は、一つのIII−V族基板10と、一つの誘電層11と、一つの第一のメタル層12と、一つの第二のメタル層13とを含む。III−V族基板10の上に誘電層11が設けられ、誘電層11の上に第一のメタル層12が設けられ、III−V族基板10の下に第二のメタル層13が設けられる。また、誘電層11は酸化プラセオジム(PrxOy)である。
また、xは1〜10であってもよい。yは1〜12であってもよい。
なお、III−V族基板10はインジウムガリウム砒素(InmGanAs)で、mは0〜1であってもよい。好ましくは0.4〜0.8である。
なお、III−V族基板10はインジウムガリウム砒素(InmGanAs)で、mは0〜1であってもよい。好ましくは0.4〜0.8である。
また、m+nは1となる。好ましくはnが0.2〜0.6である。
好ましい幾つかの実施例のうち、第一のメタル層12及び第二のメタル層13はアルミニウムまたは金である。
好ましい幾つかの実施例のうち、第一のメタル層12及び第二のメタル層13はアルミニウムまたは金である。
本実施例では、III−V族基板10が更に一つの第一のIII−V族材料層100及び一つの第二のIII−V族材料層101を含む。
また、第一のIII−V族材料層100は、厚さが10nmのn型のインジウムガリウム砒素(In0.53Ga0.47As)でSiのドープ濃度が5×1017cm-3を有し、第二のメタル層13の上に設けられているものである。
また、第一のIII−V族材料層100は、厚さが10nmのn型のインジウムガリウム砒素(In0.53Ga0.47As)でSiのドープ濃度が5×1017cm-3を有し、第二のメタル層13の上に設けられているものである。
また第二のIII−V族材料層101は、厚さが5nmのn型のインジウムガリウム砒素(In0.7Ga0.3As)でSiのドープ濃度が5×1017cm-3を有し、第一のIII−V族材料層100の上に設けられているものである。
なお、第二のメタル層13と第一のIII−V族材料層100の間に更にn+層14を含み、第二のメタル層13と第一のIII−V族材料層100との間のコンタクト抵抗を減少させる役割を果たしている。
本実施例では、誘電層11は、厚さが9nmの酸化プラセオジム(Pr6O11)である。また第一のメタル層12及び第二のメタル層13は、厚さが50nmのアルミニウム(Al)である。
次に、図2は本発明に係る酸化プラセオジムを備えた誘電体の容量−電圧の曲線図である。
図に示すように、III−V族材料と酸化物の間に表面に損耗特性を有した薄膜層が形成されたので、容量−電圧の曲線図(C−V curve)から周波数分散(frequency dispersion)の現象がはっきりと見られる。
図に示すように、III−V族材料と酸化物の間に表面に損耗特性を有した薄膜層が形成されたので、容量−電圧の曲線図(C−V curve)から周波数分散(frequency dispersion)の現象がはっきりと見られる。
また、酸化プラセオジム(Pr6O11)は、かなり高い誘電率(34)を持っているので、周知の酸化ハフニウム(HfO2)に比べて、周波数が1kHzの容量値で見積もり計算すると、本発明の誘電体の等価酸化物膜厚(EOT)は2.783nmとなり、周知の酸化ハフニウム(HfO2)等価酸化物膜厚の3.343nmに対し、本発明の酸化プラセオジムを備えた誘電体の半導体素子酸化層の等価酸化物膜厚に対する抑制効果が確かである。
次に、図3は本発明に係る酸化プラセオジムを備えたトランジスタの第一の実施例の模式図である。
図に示すように、本発明の酸化プラセオジムを備えたトランジスタ2の第一の実施例は、一つのIII−V族基板20と、一つのゲート電極21と、一つのゲート誘電層22と、一つのチャンネル層23と、一つのソース/ドレイン電極24とを含む。
図に示すように、本発明の酸化プラセオジムを備えたトランジスタ2の第一の実施例は、一つのIII−V族基板20と、一つのゲート電極21と、一つのゲート誘電層22と、一つのチャンネル層23と、一つのソース/ドレイン電極24とを含む。
また、ゲート電極21はIII−V族基板20の上に設けられ、ゲート誘電層22はゲート電極21の上に設けられ、また、チャンネル層23はゲート誘電層22の上に設けられる。ソース/ドレイン電極24はチャンネル層23の上に設けられる。ゲート誘電層22は酸化プラセオジム(PrxOy)で、xは1〜10、yは1〜12である。好ましくはPr6O11又はPr2O3である。
III−V族基板20及びチャンネル層23は、インジウムガリウム砒素(InmGanAs)であってもよい。mは0〜1であってもよい。m+nは1となる。ゲート電極21はアルミニウム、金又はポリシリコンであってもよい。本実施例は、いわゆるボトムゲート(bottom gate)の電界効果トランジスタ(MOSFET)を示している。
次に、図4は本発明に係る酸化プラセオジムを備えたトランジスタの第二の実施例模式図である。
図に示すように、本実施例は第一の実施例と一番異なる相違は、本実施例の酸化プラセオジムを備えたトランジスタがトップゲート(top gate)の様態にある。即ちIII−V族基板20の上にゲート誘電層22が設けられ、ゲート誘電層22にゲート電極21が設けられ、またソース/ドレイン電極24がIII−V族基板20の上に設けられ、又はイオンプレイティング法でIII−V族基板20の中に設けられてなることにある。
図に示すように、本実施例は第一の実施例と一番異なる相違は、本実施例の酸化プラセオジムを備えたトランジスタがトップゲート(top gate)の様態にある。即ちIII−V族基板20の上にゲート誘電層22が設けられ、ゲート誘電層22にゲート電極21が設けられ、またソース/ドレイン電極24がIII−V族基板20の上に設けられ、又はイオンプレイティング法でIII−V族基板20の中に設けられてなることにある。
上述した各前記トランジスタに関する働き及び製造プロセスは、公知の技術であるので、説明は省略する。
前述の本発明の酸化プラセオジムを備えた誘電体及び酸化プラセオジムを備えたトランジスタについての説明過程において、既に本発明の酸化プラセオジムを備えた誘電体及び酸化プラセオジムを備えたトランジスタの製造方法の概念を説明した。惟し更に明確させるため、以下はフローチャートを参照しながら詳細に説明する。
前述の本発明の酸化プラセオジムを備えた誘電体及び酸化プラセオジムを備えたトランジスタについての説明過程において、既に本発明の酸化プラセオジムを備えた誘電体及び酸化プラセオジムを備えたトランジスタの製造方法の概念を説明した。惟し更に明確させるため、以下はフローチャートを参照しながら詳細に説明する。
図5は、本発明に係る酸化プラセオジムを備えた誘電体の製造方法のフローチャートである。
図に示すように、本発明の酸化プラセオジムを備えた誘電体の製造方法は、III−V族基板を用意するステップ(S10)と、酸化プラセオジム(PrxOy)であるゲート誘電層をIII−V族基板に設けるステップ(S11)と、第一のメタル層を誘電層に設けるステップ(S12)と、第二のメタル層をIII−V族基板の下に設けるステップ(S13)とを含む。
図に示すように、本発明の酸化プラセオジムを備えた誘電体の製造方法は、III−V族基板を用意するステップ(S10)と、酸化プラセオジム(PrxOy)であるゲート誘電層をIII−V族基板に設けるステップ(S11)と、第一のメタル層を誘電層に設けるステップ(S12)と、第二のメタル層をIII−V族基板の下に設けるステップ(S13)とを含む。
図6は、本発明に係る酸化プラセオジムを備えたトランジスタの製造方法の模式図である。
図に示すように、本発明に係る酸化プラセオジムを備えたトランジスタの製造方法は少なくともIII−V族基板を用意するステップ(S20)と、酸化プラセオジム(PrxOy)であるゲート誘電層をIII−V族基板に設けるステップ(S21)と、ゲート電極をゲート誘電層に設けるステップ(S22)とを含む。
図に示すように、本発明に係る酸化プラセオジムを備えたトランジスタの製造方法は少なくともIII−V族基板を用意するステップ(S20)と、酸化プラセオジム(PrxOy)であるゲート誘電層をIII−V族基板に設けるステップ(S21)と、ゲート電極をゲート誘電層に設けるステップ(S22)とを含む。
上述したxは1〜10であってもよい。yは1〜12であってもよい。好ましくはPr6O11又はPr2O3である。III−V族基板はインジウムガリウム砒素(InmGanAs)であってもよい。mは0〜1であってもよい。m+nは1となる。
なお、酸化プラセオジムを設ける方法には、化学気相堆積法(CVD)と、直流/交流スパッタリング法(DC/AC sputtering)と、原子層堆積法(ALD)と、分子線エピタキシャル法(MBE:Molecular Beam Epitaxy)とを含む。
ここは、トランジスタ及び誘電体のその他の層は周知の技術に属しているので、単に本発明に関する一番重要な部分を説明したのみで、更にその他の層の製造プロセスについての説明は省略する。
上述をまとめると、本発明の開示している酸化プラセオジムを備えた誘電体、酸化プラセオジムを備えたトランジスタ及びその製造方法は、ゲート誘電層として、高誘電率及び高エネルギーギャップを備えた酸化プラセオジムが使用され、同時にIII−V族化合物半導体素子に応用されることにより、III−V族半導体素子のリーク電流及び等価酸化物膜厚を有効に低下させることができる。
以上は、挙げられた幾つかの例について説明をしたが、本発明はそれらに限定されるものではない。本発明の精神及び範疇から逸脱しない原則に基づいて為した全ての等効な修正又は変更は、いずれも添付の特許請求の範囲に含まれるべきである。
1 酸化プラセオジムを備えた誘電体
10 III−V族基板
100 第一のIII−V族材料層
101 第二のIII−V族材料層
11 誘電層
12 第一のメタル層
13 第二のメタル層
14 n+層
2 酸化プラセオジムを備えたトランジスタ
20 III−V族基板
21 ゲート電極
22 ゲート誘電層
23 チャンネル層
24 ソース/ドレイン電極
S10〜S13、S20〜S22 ステップ
10 III−V族基板
100 第一のIII−V族材料層
101 第二のIII−V族材料層
11 誘電層
12 第一のメタル層
13 第二のメタル層
14 n+層
2 酸化プラセオジムを備えたトランジスタ
20 III−V族基板
21 ゲート電極
22 ゲート誘電層
23 チャンネル層
24 ソース/ドレイン電極
S10〜S13、S20〜S22 ステップ
Claims (16)
- 酸化プラセオジムを備えた誘電体であって、
一つのIII−V族基板と、
前記III−V族基板に設けた一つの誘電層と、
前記誘電層に設けた一つの第一のメタル層と、
前記III−V族基板の下に設けた一つの第二のメタル層とを少なくとも含み、前記誘電層は酸化プラセオジム(PrxOy)であることを特徴とする酸化プラセオジムを備えた誘電体。 - 請求項1に記載の酸化プラセオジムを備えた誘電体であって、xは1〜10にあり、yは1〜12にある誘電体。
- 請求項1に記載の酸化プラセオジムを備えた誘電体であって、前記III−V族基板はインジウムガリウム砒素(InmGanAs)で、mは0〜1、m+nは1である誘電体。
- 請求項1に記載の酸化プラセオジムを備えた誘電体であって、前記第一のメタル層及び前記第二のメタル層はアルミニウムまたは金である誘電体。
- 酸化プラセオジムを備えた誘電体の製造方法であって、
一つのIII−V族基板を用意するステップと、
一つの誘電層を前記III−V族基板に設けるステップと、
一つの第一のメタル層を前記誘電層に設けるステップと、
一つの第二のメタル層を前記III−V族基板の下に設けるステップとを少なくとも含み、前記誘電層は酸化プラセオジム(PrxOy)である方法。 - 請求項5に記載の酸化プラセオジムを備えた誘電体の製造方法であって、xは1〜10、yは1〜12である方法。
- 請求項5に記載の酸化プラセオジムを備えた誘電体の製造方法であって、前記III−V族基板はインジウムガリウム砒素(InmGanAs)で、mは0〜1、m+nは1である方法。
- 請求項5に記載の酸化プラセオジムを備えた誘電体の製造方法であって、前記第一のメタル層及び前記第二のメタル層はアルミニウム又は金である方法。
- 酸化プラセオジムを備えたトランジスタであって、
一つのIII−V族基板と、
前記III−V族基板に設けられる一つのゲート誘電層と、
前記ゲート誘電層に設けられる一つのゲート電極とを少なくとも含み、前記ゲート誘電層は酸化プラセオジム(PrxOy)であるトランジスタ。 - 請求項9に記載の酸化プラセオジムを備えたトランジスタであって、xは1〜10、yは1〜12であるトランジスタ。
- 請求項9に記載の酸化プラセオジムを備えたトランジスタであって、前記III−V族基板はインジウムガリウム砒素(InmGanAs)で、mは0〜1、m+nは1であるトランジスタ。
- 請求項9に記載の酸化プラセオジムを備えたトランジスタであって、前記ゲート電極はアルミニウム、金又はポリシリコンであるトランジスタ。
- 酸化プラセオジムを備えたトランジスタの製造方法であって、
一つのIII−V族基板を用意するステップと、
一つのゲート誘電層を前記III−V族基板に設けるステップと、
一つのゲート電極を前記ゲート誘電層に設けるステップとを少なくとも含み、前記ゲート誘電層は酸化プラセオジム(PrxOy)である方法。 - 請求項13に記載の酸化プラセオジムを備えたトランジスタの製造方法であって、xは1〜10、yは1〜12である方法。
- 請求項13に記載の酸化プラセオジムを備えたトランジスタの製造方法であって、前記III−V族基板はインジウムガリウム砒素(InmGanAs)で、mは0〜1、m+nは1である方法。
- 請求項13に記載の酸化プラセオジムを備えたトランジスタの製造方法であって、前記ゲート電極はアルミニウム、金又はポリシリコンである方法。
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
EP2887141A2 (en) | 2013-12-20 | 2015-06-24 | Casio Computer Co., Ltd. | Projector having light source including laser diodes |
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---|---|---|---|---|
US20220310457A1 (en) * | 2021-03-26 | 2022-09-29 | Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. | High-k dielectric materials with dipole layer |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001308319A (ja) * | 2000-04-20 | 2001-11-02 | Fujitsu Ltd | 絶縁ゲート型化合物半導体装置 |
JP2004214530A (ja) * | 2003-01-08 | 2004-07-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Mis型化合物半導体装置の製造方法 |
JP2006040977A (ja) * | 2004-07-22 | 2006-02-09 | Univ Nagoya | 絶縁膜を有した半導体装置の製造方法及び半導体装置。 |
JP2006521337A (ja) * | 2003-03-17 | 2006-09-21 | エピケム リミテッド | 金属酸化物層または膜を成膜するための前駆体 |
JP2007067266A (ja) * | 2005-09-01 | 2007-03-15 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
JP2007109955A (ja) * | 2005-10-14 | 2007-04-26 | Sharp Corp | 半導体記憶装置及びその製造方法 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4024560A (en) * | 1975-09-04 | 1977-05-17 | Westinghouse Electric Corporation | Pyroelectric-field effect electromagnetic radiation detector |
US4047214A (en) * | 1975-09-04 | 1977-09-06 | Westinghouse Electric Corporation | Electrostatically bonded dielectric-on-semiconductor device, and a method of making the same |
US6589335B2 (en) * | 2001-02-08 | 2003-07-08 | Amberwave Systems Corporation | Relaxed InxGa1-xAs layers integrated with Si |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001308319A (ja) * | 2000-04-20 | 2001-11-02 | Fujitsu Ltd | 絶縁ゲート型化合物半導体装置 |
JP2004214530A (ja) * | 2003-01-08 | 2004-07-29 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Mis型化合物半導体装置の製造方法 |
JP2006521337A (ja) * | 2003-03-17 | 2006-09-21 | エピケム リミテッド | 金属酸化物層または膜を成膜するための前駆体 |
JP2006040977A (ja) * | 2004-07-22 | 2006-02-09 | Univ Nagoya | 絶縁膜を有した半導体装置の製造方法及び半導体装置。 |
JP2007067266A (ja) * | 2005-09-01 | 2007-03-15 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
JP2007109955A (ja) * | 2005-10-14 | 2007-04-26 | Sharp Corp | 半導体記憶装置及びその製造方法 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
JPN6012048546; Chiu, H, et al.: '"Comprehensive study of GaAs MOSFETs using gadolinium oxide and praseodymium oxide layers"' Journal of the Electrochemical Society Vol. 155, No. 12, 20081008, pp. H955-H958 * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2887141A2 (en) | 2013-12-20 | 2015-06-24 | Casio Computer Co., Ltd. | Projector having light source including laser diodes |
CN109888023A (zh) * | 2019-03-25 | 2019-06-14 | 广州新视界光电科技有限公司 | 一种顶栅型薄膜晶体管及其制作方法 |
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