JP2671790B2 - 微分負性抵抗トランジスタ - Google Patents

微分負性抵抗トランジスタ

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JP2671790B2
JP2671790B2 JP5330297A JP33029793A JP2671790B2 JP 2671790 B2 JP2671790 B2 JP 2671790B2 JP 5330297 A JP5330297 A JP 5330297A JP 33029793 A JP33029793 A JP 33029793A JP 2671790 B2 JP2671790 B2 JP 2671790B2
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gate
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transistor
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昭雄 古川
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NEC Corp
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、微分負性抵抗特性を有
する半導体素子に関するものである。
【0002】
【従来の技術】微分負性抵抗特性を有するダイオード
は、特異な電流・電圧特性をもつため、発振器や多値論
理回路などへの応用が期待されている。そしてこの微分
負性抵抗特性を、第3の端子によって制御するトランジ
スタはさらに応用が広がるために期待されている。この
ようなトランジスタとしては、共鳴トンネルダイオード
構造をヘテロ接合バイポーラトランジスタのデータ中に
作り込んだり(キャパッソ(Capasso)他、ジャ
ーナルオブアプライドフィジクス(J.of App
l.Phys)、第58巻、1366頁、1985
年)、図7に示すように、ポテンシャル障壁層36とポ
テンシャル井戸層35からなる、共鳴トンネル構造の横
側に、p+ 領域37を形成して第3の制御端子としてゲ
ート32を設けたものが報告されている(Waho他、
ジャパニーズ ジャーナル オブ アプライドフィジク
ス(Jpn.J.of Appl.Phys)、第30
巻、L2018頁、1991年)。
【0003】これらのトランジスタの特性は、エミッ
タ、コレクタ間にバイアスしていくと電流が増加してい
くが、ある電圧で極大値をとり、その後一旦電流が減少
して極小値をとった後、さらに電圧を増加すると再び電
流が増加する特性をもつ。第3の制御端子をゲートとし
てゲートバイアスを変化することにより、この電流値の
大きさや極大値と極小値をとる値を変化することができ
る。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前記の従来のトランジ
スタは微分負性抵抗をもつが、電流の減少部では電流が
ゼロではなく、まだかなり流れており、さらに高ドレイ
ンバイアス側ではかなり多量の電流が流れる特性をもっ
ていた。
【0005】本発明の目的は、電流減少部でゼロに近い
程度まで電流が減少し、それ以上バイアスを増加しても
電流が増加しない電流・電圧特性をもつトランジスタを
提供することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、第1の
手段として、nチャネルプレッション型電界効果トラン
ジスタとpチャネルディプレッション型電界効果トラン
ジスタの各々のソース電極を接続し、前者のドレイン電
極を高電圧端子、後者のドレイン電極を低電圧端子と
し、後者のゲートを高電圧端子に接続し、前者のゲート
を制御端子にした構成とする。
【0007】第2の手段では、第1の手段による構造を
一体的に作製したものであり、基板上にnチャネル領域
およびpチャネル領域となるものを形成し、それらの領
域の各々の一方の端を互いにオーミックに接続し、nチ
ャネル領域の他方の端に高電圧端子を形成し、pチャネ
ル領域の他方の端に低電圧端子を形成し、nチャネル領
域、pチャネル領域の上にポテンシャル障壁となる層を
介してそれぞれ第1のゲート、第2のゲートを形成し、
第2のゲートを高電圧端子に接続し、第1のゲートを制
御端子にした構成とする。
【0008】
【作用】本発明のトランジスタがもつ、電流・電圧特性
を実施例でもある図1を用いて以下に説明する。図1で
は、高電圧端子3には、nチャネルディプレッション型
FET1が接続され、低電圧端子4には、pチャネルデ
ィプレッション型FET2が接続されている。また両者
のトランジスタのソースは互いに接続されている。ゲー
ト6は高電圧端子3に接続されている。高電圧端子3の
電位をVdとし、低電圧端子4の電位をゼロとする。こ
の時、ゲート6の電位はVdである。ゲート5の電位を
Vgとし、ソース接続点7の電位をVsとする。nチャ
ネルディプレッション型FET1のしきい値電圧を、そ
のソース電位を基準としてVtn(負)とし、pチャネ
ルディプレッション型FET2のしきい値電圧を、その
ソース電位を基準としてVtp(正)とする。
【0009】各々のトランジスタに流れる電流の式か
ら、こトランジスタの電流・電圧特性を導くことができ
る。各々のトランジスタのドレイン電流は、線形領域の
場合の式を用いてつぎのように表すことができる。nチ
ャネルディプレッション型FET1の場合は、 Idn=An・(−Vtn+Vg−Vs)・(Vd−V
s) pチャネルディプレッション型FET2の場合は、 Idp=Ap・(Vtp−(Vd−Vs))・Vs と表すことができる。ここでAnおよびApはトランジ
スタのゲート幅や電子または正孔の移動度などに依存す
る比例定数である。両トランジスタのドレイン電流は等
しくなければならないので、それからVsを求めること
ができる。簡単のためにAn=Ap=Aとおけば、 Vs=Vd・(Vg−Vtn)/(Vg+Vtp−Vt
n) と表すことができる。これから電流Id(=Idn)が
電圧Vdの関数として次のように計算することができ
る。
【0010】Id=A・Vtp・Vd(1−Vd/(V
g+Vtp−Vtn))・((Vg−Vtn)/(Vg
+Vtp−Vtn)) これは、電圧Vdがゼロから増加するにともない、電流
がゼロから増加し、 Vd=(Vg+Vtp−Vtn)/2 の電圧において電流が極大値 Id=A・Vtp(Vg−Vtn)/4 をもち、それ以上の電圧で電流が減少し、 Vd=(Vg+Vtp−Vtn) において電流がゼロとなる。これ以上の電圧では電流は
ゼロである。このトランジスタの電流・電圧特性を図2
に示す。微分負性抵抗がみられ、高電圧側では電流がゼ
ロとなる。また、ゲート電圧Vgを減少すれば電流は減
少し、極大値をとるVdは減少する。逆にVgを増加す
ると電流値が増加し、極大値をとるVdが増加する。
【0011】ここでは、2種類のFETを接続すること
により、トランジスタを作製したが、これらを一体にし
て作製することも可能である。またその電流電圧特性は
ここで記述したものと同様の方法で導くことができる。
【0012】
【実施例】 (実施例1)本発明の一実施例を図1に示す。nチャネ
ルディプレッション型FET1とpチャネルディプレッ
ション型FET2を前者が高電圧側となるように直列に
接続する。第2のゲート6は高電圧端子3に接続し、第
1のゲート5を制御端子とすることにより作製できる。
ここで用いるFETとしては、MOSFET、MESF
ET、選択ドープ構造の2次元電子ガスFETなどのデ
ィプレッション型が考えられる。 (実施例2)本発明のトランジスタの他の実施例とし
て、FETを二つ接続して作製するのではなく、一体的
に作製した実施例を図3に示す。半導体の基板24上に
p型領域19とn型領域22をイオン注入等によって隣
合せにつくった構造であり、その上にはゲート絶縁膜1
5を形成し、高電圧端子11の下側は低抵抗接触が可能
なようにn+ 領域17を設け、低電圧端子12の下側は
+ 領域20を設ける。ゲート13とゲート14の間の
下側には電子に対しても、正孔に対してもオーミック接
続が可能なように、オーミック接合領域23を設ける。
オーミック接合領域23の作製方法はたとえば、高濃度
のn型領域と高濃度のp型領域を接合した構造や金属等
でアロイする方法が考えられる。ゲート14は配線10
により高電圧端子11に接続し、ゲート13は制御端子
とする。ゲート13の下のp型領域19にはnチャネル
18、ゲート14の下のn型領域22にはpチャネル2
1が、ゼロバイアスの時にできるようにゲート材料など
を選択する。
【0013】ここで用いる半導体としては、SiやGa
Asなどの化合物半導体を用いることができる。Siを
用いた場合はMOSFETに類似の構造となる。この場
合はゲート絶縁膜15はSiO2 などを用いることがで
きる。GaAsを用いた場合はゲート絶縁膜15として
は、バンドギャップが大きいAlGaAsを用いること
ができる。 (実施例3)MESFETに類似の構造を用いたもの
を、図4に示す。基板24上にn領域22とp領域19
をドーピングやイオン注入等により作製し、その上にシ
ョットキー接合となるようにゲート13とゲート14を
形成する。ゲート14は配線10により高電圧端子11
に接続し、ゲート13は制御端子とする。高電圧端子1
1と低電圧端子12の下は、オーミック接合が可能なよ
うに、アロイなどをしておく。
【0014】ここではn型領域22とp型領域19の上
には絶縁層やポテンシャル障壁層を設けていないが、そ
れらを設けもよい。また、ここではn型領域やp型領域
を平面的に配置しているが、ポテンシャル障壁層を挟ん
だ積層構造にしてもよい。材料としては、SiやGaA
sなどの化合物半導体を用いることができる。 (実施例4)選択ドープを用いた2次元電子ガスFET
に類似の構造で、トランジスタを作製した例を図5に示
す。基板24上に高純度半導体層27を形成し、その上
にn型ポテンシャル障壁層25とp型ポテンシャル障壁
層26を互いに接近して形成する。それらの間とその反
対側にオーミック接合領域23を形成し、高電圧端子1
1および低電圧端子12を図のように形成する。ゲート
14は配線10により高電圧端子1に接続し、ゲート1
3は制御端子とする。この実施例の場合、nチャネル領
域はn型ポテンシャル障壁層25の下の高純度半導体層
27の上部にでき、pチャネル領域はp型ポテンシャル
障壁層26の下の高純度半導体層27の上部にできる。
材料としては、例えば、高純度半導体層27のGaA
s、その上のn型(p型)ポテンシャル障害層25(2
6)をn型(p型)AlGaAsを用いることができ
る。 (実施例5)図6は図5の構造を積層構造で形成したも
のである。基板24上に高純度半導体層27、p型ポテ
ンシャル障壁層26、高純度半導体層27、n型ポテン
シャル障壁層25を順に積層した構造をもつ。またp型
ポテンシャル障壁層26、n型ポテンシャル障壁層25
の上下関係を逆にした構造でもよい。
【0015】
【発明の効果】本発明の微分負性抵抗トランジスタを用
いることにより、電流減少部でゼロに近い程度まで電流
が減少し、それ以上バイアスを増加しても電流が増加し
ない電流・電圧特性をもつトランジスタが実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1を示す図である。
【図2】本発明のトランジスタの電流・電圧特性を示す
図である。
【図3】本発明の実施例2を示す図である。
【図4】本発明の実施例3を示す図である。
【図5】本発明の実施例4を示す図である。
【図6】本発明の実施例5を示す図である。
【図7】従来の微分負性抵抗トランジスタとして、共鳴
トンネルトランジスタの層構造を示す図である。
【符号の説明】
10 配線 11 高電圧端子 12 低電圧端子 13 ゲート 14 ゲート 22 n型領域 23 オーミック接合領域 24 基板 25 n型ポテンシャル障壁層 26 p型ポテンシャル障壁層 27 高純度半導体層

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 nチャネルディプレッション型電界効果
    トランジスタとpチャネルディプレッション型電界効果
    トランジスタの各々のソース電極を接続し、前者のドレ
    イン電極を高電圧端子、後者のドレイン電極を低電圧端
    子とし、後者のゲートを高電圧端子に接続し、前者のゲ
    ートを制御端子とした構成を特徴とするトランジスタ。
  2. 【請求項2】 基板上にnチャネルおよびpチャネルと
    なる領域を形成し、それらの領域の各々の一方の端を互
    いにオーミックに接続し、nチャネル領域の他方の端に
    高電圧端子を形成し、pチャネル領域の他方の端に低電
    圧端子を形成し、nチャネル領域、pチャネル領域の上
    にポテンシャル障壁となる層を介してそれぞれ第1のゲ
    ート、第2のゲートを形成し、第2のゲートを高電圧端
    子に接続し、第1のゲートを制御端子としたことを特徴
    とするトランジスタ。
JP5330297A 1993-12-27 1993-12-27 微分負性抵抗トランジスタ Expired - Lifetime JP2671790B2 (ja)

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