JP2734260B2 - トンネルトランジスタ - Google Patents
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-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
- H01L29/7391—Gated diode structures
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
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-
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- H01L29/73—Bipolar junction transistors
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- H01L29/7371—Vertical transistors
- H01L29/7376—Resonant tunnelling transistors
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- Bipolar Transistors (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は負性抵抗特性を制御する
ことのできるトランジスタに関するものである。
ことのできるトランジスタに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】トンネリングを用いた負性抵抗素子とし
ては、共鳴トンネリング構造をヘテロ接合バイポーラト
ランジスタや電界効果トランジスタと組み合わせた共鳴
ホットエレクトロントランジスタ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ
Ｈｏｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；Ｒ
ＨＥＴ）や共鳴トンネリングバイポーラトランジスタ
（Ｒｅｓｏｎａｎｔ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｂｉｐｏｌ
ａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＲＢＴ）が知られてお
り、Ｅｘ−ＮＯＲゲートや多値状態保持ゲートをはじ
め、ラッチ回路やＮＯＲ回路などが従来のトランジスタ
に比べより少数のトランジスタで構成でき、機能素子と
しての応用が期待されている。これらのデバイスについ
ては例えば、エレクトロン・デバイス（Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ）、Ｖｏｌ．３６、ｐ２０６５、１
９８９、カパッソ他［Ｆ．Ｃａｐａｓｓｏ、ｅｔ ａ
ｌ．］著などに述べられている。
ては、共鳴トンネリング構造をヘテロ接合バイポーラト
ランジスタや電界効果トランジスタと組み合わせた共鳴
ホットエレクトロントランジスタ（Ｒｅｓｏｎａｎｔ
Ｈｏｔ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；Ｒ
ＨＥＴ）や共鳴トンネリングバイポーラトランジスタ
（Ｒｅｓｏｎａｎｔ ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ Ｂｉｐｏｌ
ａｒ ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＲＢＴ）が知られてお
り、Ｅｘ−ＮＯＲゲートや多値状態保持ゲートをはじ
め、ラッチ回路やＮＯＲ回路などが従来のトランジスタ
に比べより少数のトランジスタで構成でき、機能素子と
しての応用が期待されている。これらのデバイスについ
ては例えば、エレクトロン・デバイス（Ｅｌｅｃｔｒｏ
ｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ）、Ｖｏｌ．３６、ｐ２０６５、１
９８９、カパッソ他［Ｆ．Ｃａｐａｓｓｏ、ｅｔ ａ
ｌ．］著などに述べられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】共鳴トンネル効果にお
いては半導体ヘテロ接合における伝導帯エネルギ−不連
続量、すなわち構成半導体間の電子親和力の差をトンネ
ル障壁とするため、その障壁高さは大きくならず、室温
においては熱励起により障壁を越える電子に基づく電流
（余剰電流）の影響が大きい。そのため、前述の従来の
トンネルトランジスタでは室温動作が困難である。
いては半導体ヘテロ接合における伝導帯エネルギ−不連
続量、すなわち構成半導体間の電子親和力の差をトンネ
ル障壁とするため、その障壁高さは大きくならず、室温
においては熱励起により障壁を越える電子に基づく電流
（余剰電流）の影響が大きい。そのため、前述の従来の
トンネルトランジスタでは室温動作が困難である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】本発明では、余剰電流の
低下およびトンネル電流の増加をはかるため、構成半導
体の伝導帯間のトンネリングのかわりに、価電子帯と伝
導帯間のバンド間トンネリングを用いる。本発明のトン
ネルトランジスタでは、電流−電圧特性に微分負性抵抗
が生じ、これをゲート電極により制御する。
低下およびトンネル電流の増加をはかるため、構成半導
体の伝導帯間のトンネリングのかわりに、価電子帯と伝
導帯間のバンド間トンネリングを用いる。本発明のトン
ネルトランジスタでは、電流−電圧特性に微分負性抵抗
が生じ、これをゲート電極により制御する。
【０００５】
【実施例】以下、本発明について実施例を示す図面を参
照して詳細に説明する。
照して詳細に説明する。
【０００６】図１は本発明の第１の実施例を示す概断断
面図、図２は図１の構造におけるエネルギーバンド図で
ある。図１において、１はＩｎＡｓ基板、２は第２の半
導体であるＡｌＳｂ障壁層、３はゲート電極、４はＩｎ
Ａｓコレクタ層、５はコレクタ層４とオーミック接合を
形成するコレクタ電極、６はＡｌＳｂ障壁層、７は第１
の半導体であるＧａＳｂエミッタ層、８はエミッタ層７
とオーミック接合を形成するエミッタ電極である。図２
に示すようにＧａＳｂ７の価電子帯はＩｎＡｓ４の伝導
帯よりおよそ１５０ｍｅＶ上方にあり、ＡｌＳｂ障壁層
６を通してバンド間トンネリングが生じる。また、ゲー
ト層２とＡｌＳｂ障壁層６に挟まれたＩｎＡｓコレクタ
層４には量子準位が形成されるので、この準位に共鳴す
るエネルギーを持ったＧａＳｂ価電子帯中の電子のみが
トンネリングし、コレクタ電流となる。ＩｎＡｓ量子井
戸厚を１００オングストロームとすると、第一量子準位
Ｅ0 はＩｎＡｓ伝導帯端からおよそ８０ｍｅＶ上方、Ｇ
ａＳｂの価電子帯端よりもおよそ７０ｍｅＶ下方に形成
される。コレクタ層４中の量子準位はコレクタ層４に対
してにエミッタ層７と反対側にあるゲート電極３に印加
するゲート電圧により変化させることができ、負性抵抗
特性が制御できる。ゲート電極３に負の電圧を加えるこ
とで量子井戸に負の電圧を印加し、量子準位とＧａＳｂ
エミッタのフェルミ準位が一致すると共鳴的に電流が流
れる。さらに電圧を増すと、量子準位がＧａＳｂギャッ
プ中に位置するようになり、その結果電流が減少し、負
性抵抗特性が生ずる。図３に種々の量子準位に対する室
温でのコレクタ電流電圧特性の結果を示す。用いた定数
としては、ＡｌＳｂ障壁層６の厚さを２０オングストロ
ームとし、平衡時のフェルミレベルはＩｎＡｓ伝導帯か
ら７５ｍｅＶ上方とした。
面図、図２は図１の構造におけるエネルギーバンド図で
ある。図１において、１はＩｎＡｓ基板、２は第２の半
導体であるＡｌＳｂ障壁層、３はゲート電極、４はＩｎ
Ａｓコレクタ層、５はコレクタ層４とオーミック接合を
形成するコレクタ電極、６はＡｌＳｂ障壁層、７は第１
の半導体であるＧａＳｂエミッタ層、８はエミッタ層７
とオーミック接合を形成するエミッタ電極である。図２
に示すようにＧａＳｂ７の価電子帯はＩｎＡｓ４の伝導
帯よりおよそ１５０ｍｅＶ上方にあり、ＡｌＳｂ障壁層
６を通してバンド間トンネリングが生じる。また、ゲー
ト層２とＡｌＳｂ障壁層６に挟まれたＩｎＡｓコレクタ
層４には量子準位が形成されるので、この準位に共鳴す
るエネルギーを持ったＧａＳｂ価電子帯中の電子のみが
トンネリングし、コレクタ電流となる。ＩｎＡｓ量子井
戸厚を１００オングストロームとすると、第一量子準位
Ｅ0 はＩｎＡｓ伝導帯端からおよそ８０ｍｅＶ上方、Ｇ
ａＳｂの価電子帯端よりもおよそ７０ｍｅＶ下方に形成
される。コレクタ層４中の量子準位はコレクタ層４に対
してにエミッタ層７と反対側にあるゲート電極３に印加
するゲート電圧により変化させることができ、負性抵抗
特性が制御できる。ゲート電極３に負の電圧を加えるこ
とで量子井戸に負の電圧を印加し、量子準位とＧａＳｂ
エミッタのフェルミ準位が一致すると共鳴的に電流が流
れる。さらに電圧を増すと、量子準位がＧａＳｂギャッ
プ中に位置するようになり、その結果電流が減少し、負
性抵抗特性が生ずる。図３に種々の量子準位に対する室
温でのコレクタ電流電圧特性の結果を示す。用いた定数
としては、ＡｌＳｂ障壁層６の厚さを２０オングストロ
ームとし、平衡時のフェルミレベルはＩｎＡｓ伝導帯か
ら７５ｍｅＶ上方とした。
【０００７】図４に本発明の第２の実施例のバンド図を
示す。図１のトランジスタと印加電圧の極性を逆にする
ことで同様の動作をし、図１の素子と相補的な素子であ
る。
示す。図１のトランジスタと印加電圧の極性を逆にする
ことで同様の動作をし、図１の素子と相補的な素子であ
る。
【０００８】図５に本発明の第３の実施例のバンド図を
示す。図１では、量子井戸層にコレクタ電極のコンタク
トをとっているのに対し、この構造では、二重障壁の量
子井戸層をエミッタとコレクタの間に挿入しているの
で、コレクタ層を厚くすることができる。その結果、コ
レクタ電極の形成が第１の構造に比して容易である。
示す。図１では、量子井戸層にコレクタ電極のコンタク
トをとっているのに対し、この構造では、二重障壁の量
子井戸層をエミッタとコレクタの間に挿入しているの
で、コレクタ層を厚くすることができる。その結果、コ
レクタ電極の形成が第１の構造に比して容易である。
【０００９】図６には、本発明の第４の実施例を示す。
図５のトランジスタと印加電圧の極性を逆にすることで
同様の動作をし、図５の素子と相補的な素子である。
図５のトランジスタと印加電圧の極性を逆にすることで
同様の動作をし、図５の素子と相補的な素子である。
【００１０】
【発明の効果】従来の伝導帯間の共鳴トンネリングのか
わりにバンド間の共鳴トンネリングを用いることによ
り、トンネル電流密度の増大および余剰電流の抑制がは
かれ、室温で動作する。従来のＡｌＧａＡｓ系の素子と
比較すると、電流密度を一定、動作温度７７Ｋのとき本
願発明のトランジスタでは余剰電流は１／６〜１／８に
抑制できる。
わりにバンド間の共鳴トンネリングを用いることによ
り、トンネル電流密度の増大および余剰電流の抑制がは
かれ、室温で動作する。従来のＡｌＧａＡｓ系の素子と
比較すると、電流密度を一定、動作温度７７Ｋのとき本
願発明のトランジスタでは余剰電流は１／６〜１／８に
抑制できる。
【図１】本発明の第１の実施例を示す概略断面図であ
る。
る。
【図２】第１の実施例のバンド図である。
【図３】第１の実施例の電流電圧特性図である。
【図４】本発明の第２の実施例のバンド図である。
【図５】本発明の第３の実施例のバンド図である。
【図６】本発明の第４の実施例のバンド図である。
１ 基板 ２ 第２の半導体 ３ ゲート電極 ４ 第３の半導体 ５ コレクタ電極 ６ 第２の半導体 ７ 第１の半導体 ８ エミッタ電極
Claims (3)
- 【請求項１】 エミッタ層と、このエミッタ層の伝導帯
よりもエネルギーの高い伝導帯およびエミッタ層の価電
子帯よりもエネルギーの低い価電子帯を有し電子のトン
ネリングが可能な程度の厚さの障壁層、エミッタ層の価
電子帯よりもエネルギーの低い伝導帯を有し、エミッタ
層と反対の導電型を有し、量子準位が生じる程度の厚さ
のコレクタ層、およびエミッタ層の伝導帯よりもエネル
ギーの高い伝導帯およびエミッタ層の価電子帯よりもエ
ネルギーの低い価電子帯を有し、電子のトンネリング確
率が十分小さくなる程度の厚さのゲート層を積層し、エ
ミッタ、コレクタ層にオーミック接合を、ゲート層にシ
ョットキー接合を形成する電極を有することを特徴とし
たトンネルトランジスタ。 - 【請求項２】 第１と第３の半導体の間にはさまれた第
２の半導体のかわりに、第３の半導体を第２の半導体で
はさんだ二重障壁構造を挿入した請求項１記載のトンネ
ルトランジスタ。 - 【請求項３】 第１と第３の半導体を入れ換えた請求項
１または２に記載のトンネルトランジスタ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3318174A JP2734260B2 (ja) | 1991-12-02 | 1991-12-02 | トンネルトランジスタ |
| US07/981,248 US5349202A (en) | 1991-12-02 | 1992-11-25 | Tunneling transistor |
| EP92120558A EP0545381B1 (en) | 1991-12-02 | 1992-12-02 | Tunneling transistor |
| DE69218893T DE69218893T2 (de) | 1991-12-02 | 1992-12-02 | Tunneleffekttransistor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3318174A JP2734260B2 (ja) | 1991-12-02 | 1991-12-02 | トンネルトランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05206152A JPH05206152A (ja) | 1993-08-13 |
| JP2734260B2 true JP2734260B2 (ja) | 1998-03-30 |
Family
ID=18096295
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3318174A Expired - Lifetime JP2734260B2 (ja) | 1991-12-02 | 1991-12-02 | トンネルトランジスタ |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5349202A (ja) |
| EP (1) | EP0545381B1 (ja) |
| JP (1) | JP2734260B2 (ja) |
| DE (1) | DE69218893T2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5489785A (en) * | 1994-03-11 | 1996-02-06 | Motorola | Band-to-band resonant tunneling transistor |
| JP3388090B2 (ja) * | 1996-04-26 | 2003-03-17 | 富士通株式会社 | 電流駆動される半導体装置および高移動度トランジスタ |
| JP4213776B2 (ja) * | 1997-11-28 | 2009-01-21 | 光照 木村 | Ｍｏｓゲートショットキートンネルトランジスタおよびこれを用いた集積回路 |
| US7026642B2 (en) * | 2003-08-27 | 2006-04-11 | Micron Technology, Inc. | Vertical tunneling transistor |
| US7224041B1 (en) * | 2003-09-30 | 2007-05-29 | The Regents Of The University Of California | Design and fabrication of 6.1-Å family semiconductor devices using semi-insulating A1Sb substrate |
| US20160211393A1 (en) * | 2015-01-16 | 2016-07-21 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Tunnel Diode With Broken-Gap Quantum Well |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4326208A (en) * | 1980-03-26 | 1982-04-20 | International Business Machines Corporation | Semiconductor inversion layer transistor |
| US4538165A (en) * | 1982-03-08 | 1985-08-27 | International Business Machines Corporation | FET With heterojunction induced channel |
| US4849799A (en) * | 1986-07-31 | 1989-07-18 | American Telephone And Telegraph Company At&T Bell Laboratories | Resonant tunneling transistor |
| JPH0658913B2 (ja) * | 1987-01-13 | 1994-08-03 | 日本電気株式会社 | バイポ−ラトランジスタ |
| JPS63281464A (ja) * | 1987-05-13 | 1988-11-17 | Nec Corp | 共鳴トンネルトランジスタ |
| 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 |
-
1991
- 1991-12-02 JP JP3318174A patent/JP2734260B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1992
- 1992-11-25 US US07/981,248 patent/US5349202A/en not_active Expired - Fee Related
- 1992-12-02 DE DE69218893T patent/DE69218893T2/de not_active Expired - Fee Related
- 1992-12-02 EP EP92120558A patent/EP0545381B1/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH05206152A (ja) | 1993-08-13 |
| EP0545381B1 (en) | 1997-04-09 |
| EP0545381A3 (ja) | 1994-02-02 |
| DE69218893D1 (de) | 1997-05-15 |
| DE69218893T2 (de) | 1997-09-04 |
| EP0545381A2 (en) | 1993-06-09 |
| US5349202A (en) | 1994-09-20 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19971125 |