JP2734435B2 - Tunnel transistor and storage circuit - Google Patents

Tunnel transistor and storage circuit

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JP2734435B2
JP2734435B2 JP7320200A JP32020095A JP2734435B2 JP 2734435 B2 JP2734435 B2 JP 2734435B2 JP 7320200 A JP7320200 A JP 7320200A JP 32020095 A JP32020095 A JP 32020095A JP 2734435 B2 JP2734435 B2 JP 2734435B2
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    • G11C2211/561Multilevel memory cell aspects
    • G11C2211/5614Multilevel memory cell comprising negative resistance, quantum tunneling or resonance tunneling elements

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はトンネルトランジス
タ及び記憶回路に係り、特に複数の負性抵抗特性を有す
るトンネルトランジスタ及び超高集積回路の基本素子及
び基本回路として利用される多値記憶回路に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a tunnel transistor and a storage circuit, and more particularly to a tunnel transistor having a plurality of negative resistance characteristics and a multilevel storage circuit used as a basic element and a basic circuit of an ultra-high integrated circuit.

【0002】[0002]

【従来の技術】データを記憶する基本回路として、スタ
ティック・メモリ・セルやダイナミック・メモリ・セル
が使われており、微細加工技術の向上と共に年々その集
積密度が向上している。今後、更に大容量のメモリが必
要とされるが、近年、発熱の問題や微細化の限界が取り
沙汰されるようになってきており、集積度をこれ以上高
めることは容易ではない。少ない素子数で記憶回路を構
成することが必要になってくる。また、更に記憶容量を
高めるためには、これまでの1ビット/メモリセルでは
なく、単位メモリセルで複数のビットを記憶する新しい
記憶回路が望まれる。
2. Description of the Related Art Static memory cells and dynamic memory cells are used as basic circuits for storing data, and the integration density thereof has been increasing year by year with the improvement of fine processing technology. In the future, a memory with a larger capacity will be required. However, in recent years, the problem of heat generation and the limit of miniaturization have been reported, and it is not easy to further increase the degree of integration. It is necessary to configure a storage circuit with a small number of elements. Further, in order to further increase the storage capacity, a new storage circuit that stores a plurality of bits in a unit memory cell instead of the conventional 1 bit / memory cell is desired.

【0003】少ない素子数で記憶回路を構成する方法の
一つとして、従来より通常使われるシリコン(Si)M
OS型電界効果トランジスタ(FET)や、Siに比べ
て電子移動度が数倍高いGaAsを基板とし、その基板
表面の導電層上に直接ゲート電極を形成した構造のショ
ットキ接合型電界効果トランジスタ(MESFET)と
はそれぞれ動作原理が異なり、負性抵抗特性を有するト
ンネルトランジスタを用いたものが提案されている。こ
の従来のトンネルトランジスタ及び記憶回路(双安定回
路)としては、例えば本発明者が提案したものがある
(特開平5−41520号公報:発明の名称「半導体装
置」)。
As one of the methods for forming a memory circuit with a small number of elements, silicon (Si)
OS-type field effect transistors (FETs) and Schottky junction field-effect transistors (MESFETs) having a structure in which a substrate is made of GaAs having electron mobility several times higher than that of Si and a gate electrode is formed directly on a conductive layer on the surface of the substrate. ) Has a different operating principle, and a device using a tunnel transistor having a negative resistance characteristic has been proposed. As the conventional tunnel transistor and storage circuit (bistable circuit), for example, there is one proposed by the present inventor (JP-A-5-41520: title of "semiconductor device").

【0004】この従来のトンネルトランジスタは、MO
SFETの微細化の極限で問題となってくるトンネル効
果を積極的に利用したものであり、微細化に適する構造
と共に負性抵抗特性の利用により多機能動作ができ、記
憶集積回路の高密度化を可能としようとするものであ
る。
[0004] This conventional tunnel transistor is an MO transistor.
Active use of the tunnel effect, which is a problem in the limit of miniaturization of SFET, enables multifunctional operation by using negative resistance characteristics together with a structure suitable for miniaturization, and increases the density of storage integrated circuits. To make it possible.

【0005】図6は上記の従来のトンネルトランジスタ
の一例の模式断面構成図を示す。同図において、基板1
上には一導電型を生じる不純物を高濃度に含み縮退した
半導体からなるソース2と、ソース2と異なる導電型を
生じる不純物を高濃度に含むと共に急峻な不純物分布を
有し、縮退した半導体からなるドレイン3と、ソース2
と同一導電型を有する縮退したチャネル層4が形成され
ており、チャネル層4はソース・ドレイン間に形成され
ている。
FIG. 6 is a schematic sectional view showing an example of the above-mentioned conventional tunnel transistor. In FIG.
A source 2 made of a degenerate semiconductor containing impurities having one conductivity type at a high concentration and an impurity having a high concentration of impurities having a conductivity type different from that of the source 2 and having a steep impurity distribution are provided on the upper side. Drain 3 and source 2
A degenerate channel layer 4 having the same conductivity type as that described above is formed, and the channel layer 4 is formed between the source and the drain.

【0006】また、チャネル層4上とソース2及びドレ
イン3の各一部の上には、禁止帯幅が広い材料からなる
絶縁層5が形成され、絶縁層5の上にはゲート電極6が
形成されている。更に、ソース2とオーミック接合を形
成するソース電極7と、ドレイン3とオーミック接合を
形成するドレイン電極8が形成されている。
An insulating layer 5 made of a material having a wide band gap is formed on the channel layer 4 and a part of each of the source 2 and the drain 3, and a gate electrode 6 is formed on the insulating layer 5. Is formed. Further, a source electrode 7 forming an ohmic junction with the source 2 and a drain electrode 8 forming an ohmic junction with the drain 3 are formed.

【0007】図7(a)はこの従来のトンネルトランジ
スタと抵抗を用いた記憶回路を示し、図7(b)はこの
記憶回路の電流ー電圧特性を示す。図7(a)におい
て、STTは図6に示した構造の従来のトンネルトラン
ジスタで、そのソースは抵抗Rを介して電源電圧Vdd
端子に接続されると共に出力端子に接続され、そのゲー
トは入力端子に接続され、そのドレインは接地されてい
る。また、図7(b)において、縦軸は電流I、横軸は
電圧Vを示し、トンネルトランジスタの特性T、負荷線
L、第1の安定点S1及び第2の安定点S2を示す。
FIG. 7A shows a memory circuit using the conventional tunnel transistor and resistor, and FIG. 7B shows current-voltage characteristics of the memory circuit. In FIG. 7A, STT is a conventional tunnel transistor having a structure shown in FIG.
The terminal is connected to the output terminal, the gate is connected to the input terminal, and the drain is grounded. In FIG. 7B, the vertical axis indicates the current I and the horizontal axis indicates the voltage V, and indicates the characteristics T of the tunnel transistor, the load line L, the first stable point S1, and the second stable point S2.

【0008】この従来のトンネルトランジスタの動作及
び記憶回路の動作について基板1にi−GaAs(ここ
で、iは真性又は実質的に真性と見なせるノンドープ半
導体を意味する略号:以下同じ)、ソース2にn+-Ga
As、ドレイン3にp+-GaAs、チャネル層4にn+-
GaAs、絶縁層5にi−Al0.5Ga0.5 As、ゲー
ト電極6にアルミニウム(Al)、ソース電極7及びド
レイン電極8に金(Au)を用いた例について説明す
る。
The operation of the conventional tunnel transistor and the operation of the memory circuit are described below. I-GaAs (where i is an abbreviation that stands for intrinsic or non-doped semiconductor which can be regarded as substantially intrinsic): n + -Ga
As, the drain 3 p + -GaAs, the channel layer 4 n + -
GaAs, insulating layer 5 in the i-Al 0.5 Ga 0.5 As, aluminum (Al) to the gate electrode 6, an example will be described using gold (Au) to the source electrode 7 and drain electrode 8.

【0009】ソース電極7をアース電位とし、ゲート電
極6には電圧を印加せず、ドレイン電極8に正の電圧を
印加すると、ソース2(n+-GaAs)とドレイン3
(p+-GaAs)との間は、チャネル層4(n+-GaA
s)を介して順方向バイアスになる。このバイアス方向
は逆方向バイアスに比べてドレイン電流が流れ易いが、
キャリアの拡散電流が顕著とならない電圧以下(GaA
sの場合、0.7V以下)では、この拡散電流は殆ど流
れない。しかし、チャネル層4(n+-GaAs)とドレ
イン3(p+-GaAs)との間は、幅の薄いエサキダイ
オード(n+−p+トンネル接合によるトンネルダイオー
ド)となっているため、トンネル効果によるトンネル電
流が流れる。
When the source electrode 7 is set to the ground potential, no voltage is applied to the gate electrode 6, and a positive voltage is applied to the drain electrode 8, the source 2 (n + -GaAs) and the drain 3
(P + -GaAs) and the channel layer 4 (n + -GaAs).
s) becomes forward biased. In this bias direction, the drain current flows more easily than in the reverse bias.
Below the voltage at which the carrier diffusion current does not become significant (GaAs
In the case of s, 0.7 V or less), this diffusion current hardly flows. However, between the channel layer 4 (n + -GaAs) and the drain 3 (p + -GaAs), a narrow Esaki diode (a tunnel diode formed by an n + -p + tunnel junction) is used. Tunnel current flows.

【0010】ソース・ドレイン間の順方向電圧を増加さ
せていくと、初めのうちはチャネル層4の伝導帯の電子
がドレイン3の価電子帯の空の状態にトンネルするよう
になるため、トンネル電流が増加する。ソース・ドレイ
ン間の順方向電圧を更に増加させると、この伝導帯と価
電子帯のエネルギー的な重なりが少なくなってくるた
め、電流が減少する。更に、ソース・ドレイン間の順方
向電圧を増加させると、チャネル層4の伝導帯の電子や
ドレイン3の正孔が熱的に接合部のポテンシャル障壁を
乗り越えるようになり、再び電流(拡散電流)が増加す
る。
When the forward voltage between the source and the drain is increased, electrons in the conduction band of the channel layer 4 initially tunnel to the empty state of the valence band of the drain 3 because of the tunneling. The current increases. When the forward voltage between the source and the drain is further increased, the energy overlap between the conduction band and the valence band decreases, and the current decreases. Further, when the forward voltage between the source and the drain is increased, electrons in the conduction band of the channel layer 4 and holes in the drain 3 thermally cross the potential barrier at the junction, and the current (diffusion current) is again increased. Increase.

【0011】従って、図7(b)にTで示すように、こ
のトンネルトランジスタの電圧−電流特性はN字状にな
り、電圧の増加に伴ってドレイン電流が減少する負性抵
抗特性部分が現われる。トンネル電流の大きさは半導体
チャネル層4に誘起される電子の濃度に依存するため、
ゲート電極6に印加する電圧(すなわち、ゲート電圧)
によりこの負性抵抗特性が制御されることになり、機能
性を有するトランジスタの動作が得られる。
Accordingly, as shown by T in FIG. 7B, the voltage-current characteristic of this tunnel transistor becomes N-shaped, and a negative resistance characteristic portion in which the drain current decreases as the voltage increases appears. . Since the magnitude of the tunnel current depends on the concentration of electrons induced in the semiconductor channel layer 4,
Voltage applied to gate electrode 6 (that is, gate voltage)
As a result, the negative resistance characteristic is controlled, and the operation of a transistor having functionality can be obtained.

【0012】このトンネルトランジスタと適当な抵抗値
の抵抗を直列に接続すると、図7(a)に示すような記
憶回路が構成できる。図7(b)に示すような電圧−電
流特性が得られる場合は、出力としてはS1とS2で示
す2つの安定点が存在することになる。どちらの状態に
なるかはその履歴により決定される。トンネルトランジ
スタは、上記のようにゲート電圧により負性抵抗特性を
変化させることができるため、ゲート電圧を適当に選ぶ
ことにより安定点が1つだけの状態も作り出すことがで
きる。
When the tunnel transistor and a resistor having an appropriate resistance value are connected in series, a storage circuit as shown in FIG. 7A can be formed. When the voltage-current characteristics as shown in FIG. 7B are obtained, there are two stable points S1 and S2 as outputs. Which state is set is determined by the history. Since the negative resistance characteristic of the tunnel transistor can be changed by the gate voltage as described above, a state having only one stable point can be created by appropriately selecting the gate voltage.

【0013】従って、パルス電圧により一瞬でも1つの
安定点だけの状態を作り出すことにより、その後の状態
はその時の状態に近い方に決定され、決定された状態は
入力が変化しない限り保持される。このため、この記録
回路は入力のパルスにより動作するスタティック・メモ
リとなる。すなわち、この従来のトンネルトランジスタ
によれば、負性抵抗特性を利用した機能動作により、1
つのトンネルトランジスタSTTと1つの抵抗Rだけ
で、すなわち、これまでよりも半分の素子数で記憶回路
を構成できる。
Therefore, by generating a state of only one stable point even for a moment by the pulse voltage, the subsequent state is determined to be closer to the state at that time, and the determined state is maintained as long as the input does not change. For this reason, this recording circuit becomes a static memory operated by an input pulse. That is, according to the conventional tunnel transistor, the functional operation utilizing the negative resistance characteristic enables
A storage circuit can be configured with only one tunnel transistor STT and one resistor R, that is, with half the number of elements than before.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記の従来
のトンネルトランジスタを用いて構成される一つの記憶
回路で記憶できるのは1ビットだけであり、情報の記憶
密度としては2倍程度にしかならない。従って、更に記
憶密度を増加させるために、一つの記憶回路で他ビット
の情報が記憶できるような多値記憶回路が望まれる。
However, only one bit can be stored in one storage circuit using the above-mentioned conventional tunnel transistor, and the storage density of information can only be doubled. . Therefore, in order to further increase the storage density, a multi-valued storage circuit in which one storage circuit can store information of another bit is desired.

【0015】本発明は上記の点に鑑みなされたもので、
複数の負性抵抗特性を有する新規なトンネルトランジス
タと、そのトンネルトランジスタを利用して多値を記憶
しうる記憶回路を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above points,
It is an object of the present invention to provide a novel tunnel transistor having a plurality of negative resistance characteristics and a storage circuit capable of storing multi-values using the tunnel transistor.

【0016】[0016]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明のトンネルトランジスタは、基板上に互いに
離間して形成された、それぞれ高濃度の不純物を含む半
導体からなるソース及びドレインと、ソースとドレイン
の間の基板上に形成された、第1の導電型の不純物を高
濃度に含み急峻な不純物分布を有する縮退した半導体か
らなる1つ以上の接続領域と、ソース、1つ以上の接続
領域及びドレインのそれぞれの間を接合するように基板
上に形成され、第1の導電型とは異なる第2の導電型の
キャリアを誘起する複数のチャネル層と、ソース、ドレ
イン、接続領域及びチャネル層上に形成された絶縁層
と、ソース、ドレイン及び絶縁層上にそれぞれ形成され
たソース電極、ドレイン電極及びゲート電極とを有する
構成としたものである。
In order to achieve the above object, a tunnel transistor according to the present invention comprises a source and a drain, which are formed on a substrate and are separated from each other, each of which is made of a semiconductor containing a high concentration of impurities; One or more connection regions formed on a substrate between a source and a drain and formed of a degenerated semiconductor having a high impurity concentration of a first conductivity type and a steep impurity distribution; A plurality of channel layers formed on the substrate so as to join between the connection region and the drain and inducing carriers of a second conductivity type different from the first conductivity type; a source, a drain, the connection region, and The semiconductor device has a structure including an insulating layer formed over a channel layer, and a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode formed over the source, drain, and the insulating layer, respectively. .

【0017】この本発明のトンネルトランジスタでは、
ソース及びドレイン間に複数のチャネル層と接続領域と
の間、ソースとチャネル層の間、及びドレインとチャネ
ル層の間のうち、少なくとも複数のチャネル層と接続領
域のそれぞれの間にはバンド間トンネル接合が形成され
る。
In the tunnel transistor of the present invention,
At least one of the plurality of channel layers and the connection region between the source and the drain, between the plurality of channel layers and the connection region, between the source and the channel layer, and between the drain and the channel layer. A bond is formed.

【0018】また、上記の目的を達成するため、本発明
の記憶回路は、上記の構成で、かつ、ドレイン電極又は
ソース電極が出力端子に接続され、ソース電極又はドレ
イン電極が低電位側電源端子に接続され、ゲート電極に
リセットパルス又は書き込みパルスが印加される第1の
トンネルトランジスタと、第1のトンネルトランジスタ
と前記出力端子の接続点に一端が接続され、他端が高電
位側電源端子に接続された抵抗性負荷とよりなる構成と
したものである。
Further, in order to achieve the above object, the storage circuit of the present invention has the above structure, wherein the drain electrode or the source electrode is connected to the output terminal, and the source electrode or the drain electrode is connected to the low potential side power supply terminal. A first tunnel transistor to which a reset pulse or a write pulse is applied to a gate electrode, one end connected to a connection point between the first tunnel transistor and the output terminal, and the other end connected to a high potential side power supply terminal. This is a configuration including a connected resistive load.

【0019】また、本発明の記憶回路は、前記抵抗性負
荷に代えて、第1のトンネルトランジスタと同様の構造
の第2のトンネルトランジスタを用い、第2のトンネル
トランジスタのゲート電極及びドレイン電極を高電位側
電源端子に接続し、ソース電極を前記第1のトンネルト
ランジスタと前記出力端子の接続点に接続したものであ
る。
Further, the memory circuit of the present invention uses a second tunnel transistor having the same structure as the first tunnel transistor in place of the resistive load, and uses the gate electrode and the drain electrode of the second tunnel transistor. The source terminal is connected to a high potential side power supply terminal, and a source electrode is connected to a connection point between the first tunnel transistor and the output terminal.

【0020】この本発明の記憶回路では、複数のバンド
間トンネル接合を有する第1のトンネルトランジスタを
用いているため、その電圧−電流特性が複数の負性抵抗
特性を有し、複数の安定点が存在するように構成でき
る。
In the storage circuit of the present invention, since the first tunnel transistor having a plurality of band-to-band tunnel junctions is used, its voltage-current characteristics have a plurality of negative resistance characteristics and a plurality of stable points. Can be configured to exist.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て図面と共に説明する。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0022】図1は本発明になるトンネルトランジスタ
の第1の実施の形態の層構造を示す模式断面図である。
同図中、図6と同一構成部分には同一符号を付してあ
る。図1において、チャネル層4は3つに分割されてお
り、このチャネル層4と異なる導電型の不純物を高濃度
に含み急峻な不純物分布を有する縮退した半導体からな
る接続領域9がこれら3つのチャネル層4の間に設けら
れている。従って、この第1の実施の形態では、3つの
チャネル層4と2つの接続領域9とがあり、ソース2と
ドレイン3との間には5つのn+−p+バンド間トンネル
接合が形成されている。
FIG. 1 is a schematic sectional view showing a layer structure of a first embodiment of a tunnel transistor according to the present invention.
6, the same components as those in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 1, the channel layer 4 is divided into three portions, and a connection region 9 made of a degenerated semiconductor having a high impurity concentration and a steep impurity distribution containing impurities of a different conductivity type from the channel layer 4 is formed of these three channels. It is provided between layers 4. Therefore, in the first embodiment, there are three channel layers 4 and two connection regions 9, and five n + -p + inter-band tunnel junctions are formed between the source 2 and the drain 3. ing.

【0023】次に、この第1の実施の形態の動作につい
て、基板1にi−GaAs、ソース2にn+−GaA
s、ドレイン3にp+−GaAs、チャネル層4にn+
GaAs、絶縁層5にi−Al0.5Ga0.5As、ゲート
電極6にAl、ソース電極7及びドレイン電極8にそれ
ぞれAu、接続領域9にp+−GaAsを例にとって説
明する。
Next, with respect to the operation of the first embodiment, the substrate 1 is i-GaAs, and the source 2 is n + -GaAs.
s, the drain 3 p + -GaAs, the channel layer 4 n + -
GaAs, will be described insulating layer 5 in the i-Al 0.5 Ga 0.5 As, Al gate electrode 6, Au to the source electrode 7 and drain electrode 8, the p + -GaAs the connection region 9 as an example.

【0024】ソース電極7をアース電位とし、ゲート電
極6には電圧を印加せず、ドレイン電極8に正の電圧を
印加すると、p+-GaAs接続領域9の各左端及びp+
−GaAsドレイン3の左端とチャネル層4との間の全
部で3つのn+−p+トンネル接合は、負性抵抗の現われ
る順方向にバイアスされ、p+-GaAs接続領域9の各
右端とチャネル層4との間の全部で2つのn+−p+トン
ネル接合は、低抵抗特性を示す逆方向にバイアスされ
る。このため、5つのn+−p+トンネル接合のうち、3
つのトンネル接合が順方向にバイアスされ、2つのトン
ネル接合が逆方向にバイアスされる。
When the source electrode 7 is set to the ground potential, no voltage is applied to the gate electrode 6, and a positive voltage is applied to the drain electrode 8, the left end of the p + -GaAs connection region 9 and p +
A total of three n + -p + tunnel junctions between the left end of the -GaAs drain 3 and the channel layer 4 are forward-biased where a negative resistance appears, and each right end of the p + -GaAs connection region 9 is connected to the channel. A total of two n + -p + tunnel junctions with layer 4 are reverse biased exhibiting low resistance characteristics. Therefore, of the five n + -p + tunnel junctions, 3
One tunnel junction is forward biased and two tunnel junctions are reverse biased.

【0025】逆方向バイアスされたトンネル接合は順方
向バイアスされたトンネル接合に比べて抵抗が非常に低
いため、ソース2とドレイン3の間の電流は主に抵抗の
高い順方向バイアスされたトンネル接合の特性で決ま
る。従って、ドレイン電極8に正の電圧を印加した場合
は、3つの負性抵抗特性が連続して現われることにな
る。
Since the reverse-biased tunnel junction has a much lower resistance than the forward-biased tunnel junction, the current between the source 2 and the drain 3 mainly depends on the high-resistance forward-biased tunnel junction. Is determined by the characteristics of Therefore, when a positive voltage is applied to the drain electrode 8, three negative resistance characteristics appear continuously.

【0026】また、逆に、ドレイン電極8に負の電圧を
印加した場合は、p+-GaAs接続領域9の各左端及び
+−GaAsドレイン3の左端とチャネル層4との間
の全部で3つのn+−p+トンネル接合は逆方向にバイア
スされ、p+-GaAs接続領域9の各右端とチャネル層
4との間の全部で2つのn+−p+トンネル接合は、負性
抵抗の現われる順方向にバイアスされるため、このとき
のソース・ドレイン間電圧とドレイン電流との特性は、
図4(b)に曲線Tで示すように、2つの連続した負性
抵抗特性が現われる。このように、この実施の形態で
は、従来のトンネルトランジスタでは一つしか得られな
かった負性抵抗特性を複数出現させることができる。
On the other hand, when a negative voltage is applied to the drain electrode 8, the entire region between the left end of the p + -GaAs connection region 9 and the left end of the p + -GaAs drain 3 and the channel layer 4 is reduced. The three n + -p + tunnel junctions are reverse biased and a total of two n + -p + tunnel junctions between each right end of the p + -GaAs connection region 9 and the channel layer 4 have a negative resistance. The characteristic of the source-drain voltage and the drain current at this time is
As shown by a curve T in FIG. 4B, two continuous negative resistance characteristics appear. As described above, in this embodiment, a plurality of negative resistance characteristics that can be obtained only by one in the conventional tunnel transistor can be made to appear.

【0027】次に、この第1の実施の形態のトンネルト
ランジスタの製造方法について、動作の説明で用いた材
料と同一の材料を用いて説明する。
Next, a method of manufacturing the tunnel transistor according to the first embodiment will be described using the same materials as those used in the description of the operation.

【0028】まず、半絶縁性GaAs基板上に厚さ50
0nmのi−GaAs及び厚さ14nmのテルル(T
e)ドープのn+−GaAs(Te=1×1019
-3)を分子線結晶成長(MBE:Moleculer Beam Epi
taxy)法により成長する。続いて、ソース領域となる基
板位置をエッチングで堀り、そこにセレン(Se)ドー
プのn+−GaAsを気相成長法により埋め込み、前記
ソース2を形成する。続いて、ドレイン領域及び接続領
域となる基板位置をエッチング除去して、そこに炭素
(C)ドープのp+−GaAsを有機金属MBE(MO
MBE:Metal Organic Moleculer Beam Epitaxy)法に
より埋め込み、前記ドレイン3及び接続領域9をそれぞ
れ形成する。
First, on a semi-insulating GaAs substrate, a thickness of 50
0 nm i-GaAs and 14 nm thick tellurium (T
e) Doped n + -GaAs (Te = 1 × 10 19 c
m -3 ) using molecular beam crystal growth (MBE: Moleculer Beam Epi)
taxy). Subsequently, a substrate position to be a source region is dug by etching, and selenium (Se) -doped n + -GaAs is buried therein by a vapor phase growth method to form the source 2. Subsequently, the positions of the substrate serving as the drain region and the connection region are removed by etching, and carbon (C) -doped p + -GaAs is added to the organic metal MBE (MO).
The drain 3 and the connection region 9 are formed by MBE (Metal Organic Moleculer Beam Epitaxy).

【0029】続いて、この構造の上に厚さ30nmのi
−Al0.5Ga0.5AsをMBE法により成長させ、前記
絶縁層5を形成する。最後にAlを絶縁層の上に蒸着し
てゲート形状に加工して前記ゲート電極6を形成した
後、Auをn+−GaAsソース及びp+−GaAsドレ
イン上に蒸着して前記ソース電極7及びドレイン電極8
を形成して、この第1の実施の形態のトンネルトランジ
スタの構造を完成する。
Subsequently, a 30 nm-thick i
-Al 0.5 Ga 0.5 As is grown by MBE to form the insulating layer 5. Finally, Al is deposited on the insulating layer and processed into a gate shape to form the gate electrode 6, and then Au is deposited on the n + -GaAs source and the p + -GaAs drain to form the source electrode 7 and Drain electrode 8
Is formed to complete the structure of the tunnel transistor of the first embodiment.

【0030】作製したこのトンネルトランジスタの特性
を評価したところ、正のドレイン電圧印加時には3つの
負性抵抗特性が観測され、負のドレイン電圧印加時には
2つの負性抵抗特性が観測され、また、これらの負性抵
抗特性はゲート電圧により、その大きさが変調されるこ
とが確認された。
When the characteristics of the manufactured tunnel transistor were evaluated, three negative resistance characteristics were observed when a positive drain voltage was applied, and two negative resistance characteristics were observed when a negative drain voltage was applied. It has been confirmed that the magnitude of the negative resistance characteristic of is modulated by the gate voltage.

【0031】次に、本発明になるトンネルトランジスタ
の第2の実施の形態について説明する。
Next, a description will be given of a second embodiment of the tunnel transistor according to the present invention.

【0032】図2は本発明になるトンネルトランジスタ
の第2の実施の形態の層構造を示す模式断面図である。
同図中、図1及び図6と同一構成部分には同一符号を付
し、その説明を省略する。図2において、ソース21は
接続領域9と同一の導電型の不純物を高濃度に含み急峻
な不純物分布を有する縮退した半導体からなる。この第
2の実施の形態では、3つのチャネル層4と2つの接続
領域9とがあり、ソース21とドレイン3との間には6
つのn+−p+バンド間トンネル接合が形成されている。
この構造では、ソース21とドレイン3が同一構造であ
るため、第1の実施の形態に比べて作製プロセスが簡略
化されるという特徴がある。
FIG. 2 is a schematic sectional view showing the layer structure of a second embodiment of the tunnel transistor according to the present invention.
In the figure, the same components as those in FIGS. 1 and 6 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In FIG. 2, the source 21 is made of a degenerated semiconductor having a high impurity concentration and the same impurity type as the connection region 9 and having a steep impurity distribution. In the second embodiment, there are three channel layers 4 and two connection regions 9, and between the source 21 and the drain 3, there are 6 channels.
Two n + -p + interband tunnel junctions are formed.
In this structure, since the source 21 and the drain 3 have the same structure, there is a feature that the manufacturing process is simplified as compared with the first embodiment.

【0033】次に、この第2の実施の形態の動作につい
て、基板1にi−GaAs、ソース21にp+−GaA
s、ドレイン3にp+−GaAs、チャネル層4にn+
GaAs、絶縁層5にi−Al0.5Ga0.5As、ゲート
電極6にAl、ソース電極7及びドレイン電極8にそれ
ぞれAu、接続領域9にp+−GaAsを例にとって説
明する。
Next, regarding the operation of the second embodiment, the substrate 1 is i-GaAs, and the source 21 is p + -GaAs.
s, the drain 3 p + -GaAs, the channel layer 4 n + -
GaAs, will be described insulating layer 5 in the i-Al 0.5 Ga 0.5 As, Al gate electrode 6, Au to the source electrode 7 and drain electrode 8, the p + -GaAs the connection region 9 as an example.

【0034】ソース電極7をアース電位とし、ゲート電
極6には電圧を印加せず、ドレイン電極8に正の電圧を
印加すると、p+-GaAs接続領域9の各左端及びp+
−GaAsドレイン3の左端とチャネル層4との間の全
部で3つのn+−p+トンネル接合は、負性抵抗の現われ
る順方向にバイアスされ、p+-GaAs接続領域9の各
右端及びp+ −GaAsソース21の右端とチャネル層
4との間の全部で3つのn+−p+トンネル接合は、低抵
抗特性を示す逆方向にバイアスされる。このため、6つ
のn+−p+トンネル接合のうち、3つのトンネル接合が
順方向にバイアスされ、3つのトンネル接合が逆方向に
バイアスされる。
The source electrode 7 is set to the ground potential and the gate
No voltage is applied to the pole 6 and a positive voltage is applied to the drain electrode 8.
When applied, p+Each left end of p-GaAs connection region 9 and p+
The entire distance between the left end of the GaAs drain 3 and the channel layer 4
3 n in part+-P+Tunnel junction is a manifestation of negative resistance
Forward biased and p+-GaAs connection region 9
Right end and p+ -Right end of GaAs source 21 and channel layer
A total of three n between 4+-P+Tunnel junctions are low
Reverse biased showing anti-characteristics. Therefore, six
N+-P+Three of the tunnel junctions
Forward biased, three tunnel junctions in reverse
Be biased.

【0035】従って、この第2の実施の形態では、ソー
ス21とドレイン3の間は対称構造となっているため、
ドレイン電極8に負の電圧を印加しても正の電圧を印加
した場合と同様に、3つの順方向バイアスされたトンネ
ル接合と3つの逆方向バイアスされたトンネル接合に分
かれる。従って、どちらの方向のドレイン電圧を印加し
た場合にも3つの負性抵抗特性が連続して現われること
になる。
Therefore, in the second embodiment, since the source 21 and the drain 3 have a symmetric structure,
Even if a negative voltage is applied to the drain electrode 8, it is divided into three forward-biased tunnel junctions and three reverse-biased tunnel junctions as in the case where a positive voltage is applied. Therefore, when the drain voltage is applied in either direction, three negative resistance characteristics appear continuously.

【0036】次に、この第2の実施の形態のトンネルト
ランジスタの製造方法について、動作の説明で用いた材
料と同一の材料を用いて説明する。
Next, a method of manufacturing the tunnel transistor according to the second embodiment will be described using the same materials as those used in the description of the operation.

【0037】まず、半絶縁性GaAs基板上に厚さ50
0nmのi−GaAs及び厚さ14nmのTeドープの
+−GaAs(Te=1×1019cm-3)をMBE法
により成長する。続いて、ソース領域、ドレイン領域及
び接続領域となる基板各位置をエッチング除去して、そ
こにCドープのp+−GaAsをMOMBE法により埋
め込み、前記ソース21、ドレイン3及び接続領域9を
それぞれ形成する。
First, on a semi-insulating GaAs substrate, a thickness of 50
0 nm i-GaAs and 14 nm thick Te-doped n + -GaAs (Te = 1 × 10 19 cm −3 ) are grown by MBE. Subsequently, each position of the substrate serving as a source region, a drain region and a connection region is removed by etching, and C + -doped p + -GaAs is buried therein by a MOMBE method to form the source 21, the drain 3 and the connection region 9 respectively. I do.

【0038】続いて、この構造の上に厚さ30nmのi
−Al0.5Ga0.5AsをMBE法により成長させ、前記
絶縁層5を形成する。最後にAlを絶縁層の上に蒸着し
てゲート形状に加工して前記ゲート電極6を形成した
後、Auをp+−GaAsソース及びp+−GaAsドレ
イン上に蒸着して前記ソース電極7及びドレイン電極8
を形成して、この第2の実施の形態のトンネルトランジ
スタの構造を完成する。
Subsequently, a 30 nm-thick i
-Al 0.5 Ga 0.5 As is grown by MBE to form the insulating layer 5. Finally, Al is deposited on the insulating layer and processed into a gate shape to form the gate electrode 6, and then Au is deposited on the p + -GaAs source and the p + -GaAs drain to form the source electrode 7 and Drain electrode 8
Is formed to complete the structure of the tunnel transistor according to the second embodiment.

【0039】作製したこのトンネルトランジスタの特性
を評価したところ、正及び負のドレイン電圧印加時には
いずれも3つの負性抵抗特性が観測され、また、これら
の負性抵抗特性はゲート電圧により、その大きさが変調
されることが確認された。
When the characteristics of the manufactured tunnel transistor were evaluated, three negative resistance characteristics were observed when positive and negative drain voltages were applied, and these negative resistance characteristics were large depending on the gate voltage. Was confirmed to be modulated.

【0040】次に、本発明になるトンネルトランジスタ
の第3の実施の形態について説明する。
Next, a description will be given of a third embodiment of the tunnel transistor according to the present invention.

【0041】図3は本発明になるトンネルトランジスタ
の第3の実施の形態の層構造を示す模式断面図である。
同図中、図1、図2及び図6と同一構成部分には同一符
号を付し、その説明を省略する。図3において、ドレイ
ン31はソース2及び接続領域9と同一の導電型の不純
物を高濃度に含む縮退した半導体からなる。この第3の
実施の形態では、3つのチャネル層4と2つの接続領域
9とがあり、ソース2とドレイン31との間には4つの
+−p+バンド間トンネル接合が形成されている。この
構造では、ソース2とドレイン31が同一構造であるた
め、第1の実施の形態に比べて作製プロセスが簡略化さ
れ、また、接続領域9が無い場合は通常のトランジスタ
構造となるため、通常のトランジスタ(FET)との複
合回路が構成し易いという特徴がある。
FIG. 3 is a schematic sectional view showing the layer structure of a third embodiment of the tunnel transistor according to the present invention.
6, the same components as those in FIGS. 1, 2, and 6 are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted. In FIG. 3, the drain 31 is made of a degenerated semiconductor containing impurities of the same conductivity type as the source 2 and the connection region 9 at a high concentration. In the third embodiment, there are three channel layers 4 and two connection regions 9, and four n + -p + interband tunnel junctions are formed between the source 2 and the drain 31. . In this structure, since the source 2 and the drain 31 have the same structure, the manufacturing process is simplified as compared with the first embodiment. In addition, when there is no connection region 9, a normal transistor structure is used. The feature is that a composite circuit with the transistor (FET) can be easily formed.

【0042】次に、この第3の実施の形態の動作につい
て、基板1にi−GaAs、ソース2にn+−GaA
s、ドレイン31にn+−GaAs、チャネル層4にn+
−GaAs、絶縁層5にi−Al0.5Ga0.5As、ゲー
ト電極6にAl、ソース電極7及びドレイン電極8にそ
れぞれAu、接続領域9にp+−GaAsを例にとって
説明する。
Next, regarding the operation of the third embodiment, the substrate 1 is i-GaAs, and the source 2 is n + -GaAs.
s, the drain 31 n + -GaAs, a channel layer 4 n +
-GaAs, be described insulating layer 5 in the i-Al 0.5 Ga 0.5 As, Al gate electrode 6, Au to the source electrode 7 and drain electrode 8, the p + -GaAs the connection region 9 as an example.

【0043】ソース電極7をアース電位とし、ゲート電
極6には電圧を印加せず、ドレイン電極8に正の電圧を
印加すると、p+-GaAs接続領域9の各左端とチャネ
ル層4との間の全部で2つのn+−p+トンネル接合は、
負性抵抗の現われる順方向にバイアスされ、p+-GaA
s接続領域9の各右端とチャネル層4との間の全部で2
つのn+−p+トンネル接合は、低抵抗特性を示す逆方向
にバイアスされる。このため、4つのn+−p+トンネル
接合のうち、2つのトンネル接合が順方向にバイアスさ
れ、2つのトンネル接合が逆方向にバイアスされる。
When the source electrode 7 is set to the ground potential and a voltage is not applied to the gate electrode 6 but a positive voltage is applied to the drain electrode 8, the distance between each left end of the p + -GaAs connection region 9 and the channel layer 4 is increased. Are two n + -p + tunnel junctions,
P + -GaAs is biased in the forward direction where negative resistance appears.
2 between each right end of the s connection region 9 and the channel layer 4.
The two n + -p + tunnel junctions are reverse biased, exhibiting low resistance characteristics. Thus, of the four n + -p + tunnel junctions, two tunnel junctions are forward biased and two tunnel junctions are reverse biased.

【0044】従って、この第3の実施の形態では、ソー
ス2とドレイン31の間は対称構造となっているため、
ドレイン電極8に負の電圧を印加しても正の電圧を印加
した場合と同様に、2つの順方向バイアスされたトンネ
ル接合と2つの逆方向バイアスされたトンネル接合に分
かれる。従って、どちらの方向のドレイン電圧を印加し
た場合にも2つの負性抵抗特性が連続して現われること
になる。
Therefore, in the third embodiment, since the source 2 and the drain 31 have a symmetric structure,
Even if a negative voltage is applied to the drain electrode 8, it is divided into two forward-biased tunnel junctions and two reverse-biased tunnel junctions as in the case where a positive voltage is applied. Therefore, no matter which direction the drain voltage is applied, two negative resistance characteristics appear continuously.

【0045】次に、この第3の実施の形態のトンネルト
ランジスタの製造方法について、動作の説明で用いた材
料と同一の材料を用いて説明する。
Next, a method of manufacturing the tunnel transistor according to the third embodiment will be described using the same materials as those used in the description of the operation.

【0046】まず、半絶縁性GaAs基板上に厚さ50
0nmのi−GaAs及び厚さ14nmのTeドープの
+−GaAs(Te=1×1019cm-3)をMBE法
により成長する。続いて、ソース領域及びドレイン領域
となる基板各位置をエッチングで堀り、そこにSeドー
プのn+−GaAsを気相成長法により埋め込み前記ソ
ース2及びドレイン31をそれぞれ形成する。続いて、
接続領域9となる基板位置をエッチング除去して、そこ
にCドープのp+−GaAsをMOMBE法により埋め
込み、前記接続領域9を形成する。
First, on a semi-insulating GaAs substrate, a thickness of 50
0 nm i-GaAs and 14 nm thick Te-doped n + -GaAs (Te = 1 × 10 19 cm −3 ) are grown by MBE. Subsequently, each position of the substrate serving as a source region and a drain region is dug by etching, and Se-doped n + -GaAs is buried therein by a vapor growth method to form the source 2 and the drain 31 respectively. continue,
The position of the substrate serving as the connection region 9 is removed by etching, and C-doped p + -GaAs is buried therein by the MOMBE method to form the connection region 9.

【0047】続いて、この構造の上に厚さ30nmのi
−Al0.5Ga0.5AsをMBE法により成長させ、前記
絶縁層5を形成する。最後にAlを絶縁層の上に蒸着し
てゲート形状に加工して前記ゲート電極6を形成した
後、Auをp+−GaAsソース及びp+−GaAsドレ
イン上に蒸着して前記ソース電極7及びドレイン電極8
を形成して、この第3の実施の形態のトンネルトランジ
スタの構造を完成する。
Subsequently, a 30 nm-thick i
-Al 0.5 Ga 0.5 As is grown by MBE to form the insulating layer 5. Finally, Al is deposited on the insulating layer and processed into a gate shape to form the gate electrode 6, and then Au is deposited on the p + -GaAs source and the p + -GaAs drain to form the source electrode 7 and Drain electrode 8
Is formed to complete the structure of the tunnel transistor according to the third embodiment.

【0048】作製したこのトンネルトランジスタの特性
を評価したところ、正及び負のドレイン電圧印加時には
いずれも2つの負性抵抗特性が観測され、また、これら
の負性抵抗特性はゲート電圧により、その大きさが変調
されることが確認された。また、同時に作製した通常の
nチャネルトランジスタにおいては、ディプレッション
モード特性を示し、この実施の形態のトランジスタと通
常の構造のトランジスタとが容易に混在できることが確
認された。
When the characteristics of the manufactured tunnel transistor were evaluated, two negative resistance characteristics were observed when positive and negative drain voltages were applied, and these negative resistance characteristics were large depending on the gate voltage. Was confirmed to be modulated. In addition, a normal n-channel transistor manufactured at the same time exhibits depletion mode characteristics, and it has been confirmed that the transistor of this embodiment and a transistor of a normal structure can be easily mixed.

【0049】次に、本発明になる記憶回路の第1の実施
の形態について説明する。図4(a)は本発明になる記
憶回路の第1の実施の形態の回路図、同図(b)はその
電圧−電流特性図を示す。図4(a)において、この実
施の形態の記憶回路は、本発明のトンネルトランジスタ
M−STTのドレイン又はソースが抵抗Rを介して電源
電圧Vdd入力端子に接続される一方、出力端子OUT
に接続され、そのソース又はドレインが接地され、その
ゲートが入力端子INに接続された構成である。
Next, a description will be given of a first embodiment of the storage circuit according to the present invention. FIG. 4A is a circuit diagram of a first embodiment of the storage circuit according to the present invention, and FIG. 4B is a voltage-current characteristic diagram thereof. In FIG. 4A, in the storage circuit of this embodiment, the drain or source of the tunnel transistor M-STT of the present invention is connected to the power supply voltage Vdd input terminal via the resistor R, while the output terminal OUT is connected.
, Its source or drain is grounded, and its gate is connected to the input terminal IN.

【0050】ここで、トンネルトランジスタM−STT
として図3に示した第3の実施の形態のトンネルトラン
ジスタを用い、かつ、抵抗Rを適当な抵抗値とすると、
図4(a)のトンネルトランジスタM−STTのドレイ
ン・ソース間電圧Vとドレイン電流Iとの関係は、図3
と共に説明したように、図4(b)にTで示すように、
2つの負性抵抗特性を有する特性となり、出力として
は、抵抗Rの負荷線Lとの交点であるS1、S2及びS
3の3つの安定点が存在する。
Here, the tunnel transistor M-STT
Assuming that the tunnel transistor according to the third embodiment shown in FIG. 3 is used and the resistor R has an appropriate resistance value,
The relationship between the drain-source voltage V and the drain current I of the tunnel transistor M-STT in FIG.
As described above, as shown by T in FIG.
It has two negative resistance characteristics, and outputs S1, S2 and S, which are the intersections of the resistor R with the load line L.
There are three stable points:

【0051】この図4(a)に示す記憶回路は、入力に
リセットパルスと書き込みパルスを印加することによ
り、3つの安定点のいずれかで安定状態となる多値記憶
回路として動作する。
The storage circuit shown in FIG. 4A operates as a multi-value storage circuit that is in a stable state at any of three stable points by applying a reset pulse and a write pulse to the input.

【0052】次に、この記憶回路の動作について説明す
る。まず、所定電圧に対して正極性のリセットパルスを
入力端子INに入力して一時的にトンネルトランジスタ
M−STTの特性を図4(b)にTRで示す特性とする
と、リセットパルス入力後は安定状態が特性TRと負荷
線Lとの交点に近いS1で示す初期状態に一義的に定ま
る。
Next, the operation of the storage circuit will be described. First, when a reset pulse of a positive polarity with respect to a predetermined voltage is input to the input terminal IN and the characteristics of the tunnel transistor M-STT are temporarily set to the characteristics indicated by TR in FIG. The state is uniquely determined in the initial state indicated by S1 near the intersection of the characteristic TR and the load line L.

【0053】次に、入力端子INを介してトンネルトラ
ンジスタM−STTのゲートに所定電圧に対して負極性
の第2の書き込みパルスV2を印加すると、トンネルト
ランジスタM−STTの特性が一瞬、図4(b)にT2
で示す特性となり、その後安定状態がS1から特性T2
と負荷線Lとの交点に近いS2で示す状態に移行する。
Next, when a second write pulse V2 of negative polarity with respect to a predetermined voltage is applied to the gate of the tunnel transistor M-STT via the input terminal IN, the characteristics of the tunnel transistor M-STT instantaneously change as shown in FIG. (B) T2
, And then the stable state changes from S1 to the characteristic T2.
To the state shown by S2 near the intersection of the load line L with the load line L.

【0054】次に、入力端子INを介してトンネルトラ
ンジスタM−STTのゲートに所定電圧に対して負極性
で、かつ、第2の書き込みパルスV2よりも波高値の絶
対値が小である第1の書き込みパルスV1を印加する
と、トンネルトランジスタM−STTの特性が一瞬、図
4(b)にT1で示す特性となり、その後安定状態がS
1で示す状態に移行する。
Next, a first transistor having a negative polarity with respect to a predetermined voltage and having a smaller absolute value of the peak value than the second write pulse V2 is applied to the gate of the tunnel transistor M-STT via the input terminal IN. When the write pulse V1 is applied, the characteristic of the tunnel transistor M-STT momentarily becomes the characteristic indicated by T1 in FIG.
The state moves to the state indicated by 1.

【0055】同様に、入力端子INを介してトンネルト
ランジスタM−STTのゲートに所定電圧に対して負極
性で、かつ、第2の書き込みパルスV2よりも波高値の
絶対値が大である第3の書き込みパルスV3を印加する
と、トンネルトランジスタM−STTの特性が一瞬、図
4(b)にT3で示す特性となり、その後安定状態が特
性T3と負荷線Lとの交点からS3で示す状態に移行す
る。
Similarly, a third transistor having a negative polarity with respect to a predetermined voltage at the gate of the tunnel transistor M-STT via the input terminal IN and having an absolute value of a peak value larger than that of the second write pulse V2. When the write pulse V3 is applied, the characteristic of the tunnel transistor M-STT momentarily becomes the characteristic indicated by T3 in FIG. 4B, and then the stable state shifts from the intersection of the characteristic T3 and the load line L to the state indicated by S3. I do.

【0056】このように、書き込みパルスとしてV1、
V2又はV3をトンネルトランジスタM−STTのゲー
トに印加して、特性を一時的に図4(b)のT1、T2
又はT3とすると、書き込みパルス印加後の安定状態は
負荷線Lに沿って移動してS1、S2又はS3に一意的
に決まる。従って、この図4(a)に示した構成の記憶
回路は、本発明のトンネルトランジスタM−STT1つ
と、1つの負荷抵抗Rを直列に接続するだけの少ない素
子数の回路構成で、3値の状態を記憶できるスタティッ
クメモリ(多値記憶回路)を構成する。
As described above, as the write pulse, V1,
By applying V2 or V3 to the gate of the tunnel transistor M-STT, the characteristics are temporarily changed to T1 and T2 in FIG.
Alternatively, if T3 is set, the stable state after the application of the write pulse moves along the load line L and is uniquely determined by S1, S2, or S3. Therefore, the storage circuit having the configuration shown in FIG. 4A has a ternary value with a circuit configuration of a small number of elements such that one tunnel transistor M-STT of the present invention and one load resistor R are connected in series. A static memory (multi-value storage circuit) capable of storing a state is configured.

【0057】本発明の第3の実施の形態のトンネルトラ
ンジスタM−STTと抵抗Rを図4(a)のように直列
に接続した回路構成で、3値記憶の動作を確認した。な
お、トンネルトランジスタM−STTとして、図1や図
2に示した他の実施の形態のトンネルトランジスタを用
いることができることは勿論である。
The operation of ternary storage was confirmed in a circuit configuration in which the tunnel transistor M-STT and the resistor R according to the third embodiment of the present invention were connected in series as shown in FIG. Note that, of course, the tunnel transistor of the other embodiment shown in FIGS. 1 and 2 can be used as the tunnel transistor M-STT.

【0058】次に、本発明になる記憶回路の第2の実施
の形態について説明する。図5(a)は本発明になる記
憶回路の第2の実施の形態の回路図、同図(b)はその
電圧−電流特性図を示す。図5(a)において、この実
施の形態の記憶回路は、本発明の第1のトンネルトラン
ジスタM−STT1のドレイン又はソースが、本発明の
第2のトンネルトランジスタM−STT2のソースに接
続される一方、出力端子OUTに接続され、M−STT
1のソース又はドレインが接地され、M−STT1のゲ
ートが入力端子INに接続され、更に第2のトンネルト
ランジスタM−STT2のゲートとドレインがそれぞれ
電源電圧Vdd端子に接続された構成である。
Next, a description will be given of a second embodiment of the storage circuit according to the present invention. FIG. 5A is a circuit diagram of a storage circuit according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a voltage-current characteristic diagram thereof. In FIG. 5A, in the storage circuit of this embodiment, the drain or the source of the first tunnel transistor M-STT1 of the present invention is connected to the source of the second tunnel transistor M-STT2 of the present invention. On the other hand, M-STT is connected to the output terminal OUT.
1 is connected to the ground, the gate of the M-STT1 is connected to the input terminal IN, and the gate and the drain of the second tunnel transistor M-STT2 are connected to the power supply voltage Vdd terminal.

【0059】すなわち、この実施の形態は、図4の実施
の形態における抵抗Rを第2のトンネルトランジスタM
−STT2に置き換えたものである。これにより、トン
ネルトランジスタM−STT1及びM−STT2とし
て、それぞれ図3に示した第3の実施の形態のトンネル
トランジスタを用いた場合、M−STT1のドレイン・
ソース間電圧対ドレイン電流特性は図5(b)にTで示
され、また負荷線は図5(b)にL’で示すようになる
ので、出力としては両者の交点であるS1、S2及びS
3の3つの安定点が存在する。
That is, in this embodiment, the resistance R in the embodiment of FIG.
-STT2. Thus, when the tunnel transistors of the third embodiment shown in FIG. 3 are used as the tunnel transistors M-STT1 and M-STT2, respectively,
The voltage between the source and the drain current is indicated by T in FIG. 5B, and the load line is indicated by L 'in FIG. 5B, so that the outputs S1, S2 and S
There are three stable points:

【0060】従って、この場合も動作は前記図4(a)
に示した第1の実施の形態の記憶回路と同様になる。こ
の実施の形態の記憶回路も、少ない素子数の回路構成
で、3値の状態を記憶できるスタティックメモリ(多値
記憶回路)を構成でき、更に、抵抗を別に作る必要がな
いので、作製プロセスが簡単になるという利点もある。
Accordingly, the operation in this case is also the same as that shown in FIG.
This is the same as the storage circuit of the first embodiment shown in FIG. The storage circuit of this embodiment can also constitute a static memory (multi-value storage circuit) capable of storing a ternary state with a circuit configuration having a small number of elements, and furthermore, it is not necessary to separately form a resistor. It also has the advantage of being simple.

【0061】実際に、本発明の第3の実施の形態のトン
ネルトランジスタM−STT1及びM−STT2を図5
(a)のように直列に接続した回路を作製したところ、
正常な3値記憶の動作を確認した。なお、トンネルトラ
ンジスタM−STT1及びM−STT2として、図1や
図2に示した他の実施の形態のトンネルトランジスタを
用いることができることは勿論である。
Actually, the tunnel transistors M-STT1 and M-STT2 according to the third embodiment of the present invention are
When a circuit connected in series as shown in FIG.
Normal ternary storage operation was confirmed. Note that the tunnel transistors of the other embodiments shown in FIGS. 1 and 2 can be used as the tunnel transistors M-STT1 and M-STT2.

【0062】なお、本発明は以上の実施の形態に限定さ
れるものではなく、例えばトンネルトランジスタを構成
する半導体材料としてはGaAs以外の、Si、Ge、
SiGe、InP、InGaAs、GaSbなどの他の
半導体でも本発明を適用できる。また、基板1、ソース
2,21、ドレイン3,31、チャネル層4、接続領域
9の半導体は、同種の半導体からなるホモ接合だけでは
なく、異種の半導体からなるヘテロ接合でもよい。ま
た、絶縁層5としてはAl0.5Ga0.5Asを用いたが、
GaAs、InAlAs、InPなどの絶縁性を示すそ
の他の半導体や、SiO2、Si34、AlNなどの絶
縁体であってもよい。
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, as a semiconductor material constituting a tunnel transistor, other than GaAs, other than Si, Ge,
The present invention can be applied to other semiconductors such as SiGe, InP, InGaAs, and GaSb. Further, the semiconductors of the substrate 1, the sources 2, 21, the drains 3, 31, the channel layer 4, and the connection region 9 may be not only homojunctions made of the same kind of semiconductor but also heterojunctions made of different kinds of semiconductors. Further, although Al 0.5 Ga 0.5 As was used as the insulating layer 5,
Other insulating semiconductors such as GaAs, InAlAs, and InP, and insulators such as SiO 2 , Si 3 N 4 , and AlN may be used.

【0063】また、ゲート電極材料としてはAlしか示
さなかったが、ショットキ接合を形成する他の金属や低
抵抗の半導体材料でもよい。更に、上記の実施の形態で
はチャネル層4の伝導型をn型として説明したが、ここ
がp型となるようにすべての他の領域の伝導型を実施の
形態と反対としても、本発明を適用できることは明らか
である。また、更に接続領域9の数は2つのものしか説
明しなかったが、所望する負性抵抗特性の数に応じて、
1つあるいは3つ以上設けた構造としてもよいことは明
らかである。
Although only Al is shown as the gate electrode material, other metals that form a Schottky junction or a low-resistance semiconductor material may be used. Further, in the above embodiment, the conductivity type of the channel layer 4 has been described as n-type. However, the present invention may be applied to the case where the conductivity type of all other regions is opposite to that of the embodiment so that the channel layer 4 becomes p-type. Clearly applicable. Further, although only two connection regions 9 have been described, depending on the number of desired negative resistance characteristics,
Obviously, one or three or more structures may be provided.

【0064】多値記憶回路の負荷は、図4(a)に示し
た抵抗R、図5(a)に示した本発明のトンネルトラン
ジスタM−STT2に限定されるものではなく、通常の
トランジスタや非線形特性を有するその他の素子でもよ
いことも明らかである。また、ここでは3値の記憶回路
の例しか示さなかったが、本発明トンネルトランジスタ
の接続領域の数を変えることにより、4値以上の記憶回
路を構成できることも明らかである。
The load of the multilevel storage circuit is not limited to the resistor R shown in FIG. 4A and the tunnel transistor M-STT2 of the present invention shown in FIG. It is clear that other elements having non-linear characteristics may be used. Although only an example of a ternary storage circuit is shown here, it is apparent that a storage circuit with four or more values can be configured by changing the number of connection regions of the tunnel transistor of the present invention.

【0065】[0065]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のトンネル
トランジスタによれば、少なくとも複数のチャネル層と
接続領域のそれぞれの間にはバンド間トンネル接合が形
成されるため、複数の負性抵抗特性が連続的に現われる
電圧−電流特性を実現できる。
As described above, according to the tunnel transistor of the present invention, since a band-to-band tunnel junction is formed between at least a plurality of channel layers and each of the connection regions, a plurality of negative resistance characteristics are obtained. Can continuously be realized.

【0066】また、本発明の記憶回路によれば、電圧−
電流特性が複数の負性抵抗特性を有する第1のトンネル
トランジスタを用い抵抗性負荷に直列接続することで、
電圧−電流特性に複数の安定点が存在するように構成し
たため、1つのトンネルトランジスタで多値記憶がで
き、従来に比べて情報記憶密度を向上できる。
Further, according to the storage circuit of the present invention, the voltage-
By connecting in series to a resistive load using a first tunnel transistor having a current characteristic having a plurality of negative resistance characteristics,
Since a plurality of stable points exist in the voltage-current characteristics, multi-value storage can be performed by one tunnel transistor, and the information storage density can be improved as compared with the related art.

【0067】また、本発明の記憶回路において、抵抗性
負荷に代えて、第1のトンネルトランジスタと同様の構
造の第2のトンネルトランジスタを負荷として用いた場
合は、抵抗性負荷を別に作製する必要がなく同じ作製プ
ロセスで2つのトンネルトランジスタを作製できるの
で、作製プロセスが簡単な多値記憶回路を実現できる。
In the memory circuit of the present invention, when a second tunnel transistor having the same structure as the first tunnel transistor is used as a load instead of a resistive load, it is necessary to separately manufacture a resistive load. Thus, two tunnel transistors can be manufactured by the same manufacturing process without using the same, so that a multi-valued memory circuit whose manufacturing process is simple can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明になるトンネルトランジスタの第1の実
施の形態の模式断面図である。
FIG. 1 is a schematic sectional view of a first embodiment of a tunnel transistor according to the present invention.

【図2】本発明になるトンネルトランジスタの第2の実
施の形態の模式断面図である。
FIG. 2 is a schematic sectional view of a second embodiment of a tunnel transistor according to the present invention.

【図3】本発明になるトンネルトランジスタの第3の実
施の形態の模式断面図である。
FIG. 3 is a schematic sectional view of a third embodiment of the tunnel transistor according to the present invention.

【図4】本発明になる記憶回路の第1の実施の形態の回
路図及び電圧−電流特性図である。
FIG. 4 is a circuit diagram and a voltage-current characteristic diagram of a first embodiment of the storage circuit according to the present invention.

【図5】本発明になる記憶回路の第2の実施の形態の回
路図及び電圧−電流特性図である。
FIG. 5 is a circuit diagram and a voltage-current characteristic diagram of a storage circuit according to a second embodiment of the present invention.

【図6】従来のトンネルトランジスタの一例の模式断面
図である。
FIG. 6 is a schematic sectional view of an example of a conventional tunnel transistor.

【図7】従来の記憶回路の一例の回路図及び電圧−電流
特性図である。
FIG. 7 is a circuit diagram and a voltage-current characteristic diagram of an example of a conventional memory circuit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 ソース 3 ドレイン 4 チャネル層 5 絶縁層 6 ゲート電極 7 ソース電極 8 ドレイン電極 9 接続領域 21 ソース 31 ドレイン M−STT、M−STT1、M−STT2 本発明のト
ンネルトランジスタ R抵抗
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Source 3 Drain 4 Channel layer 5 Insulating layer 6 Gate electrode 7 Source electrode 8 Drain electrode 9 Connection region 21 Source 31 Drain M-STT, M-STT1, M-STT2 Tunnel transistor R resistance of the present invention

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 基板上に互いに離間して形成された、そ
れぞれ高濃度の不純物を含む半導体からなるソース及び
ドレインと、 前記ソースとドレインの間の前記基板上に形成された、
第1の導電型の不純物を高濃度に含み急峻な不純物分布
を有する縮退した半導体からなる1つ以上の接続領域
と、 前記ソース、1つ以上の接続領域及びドレインのそれぞ
れの間を接合するように前記基板上に形成され、前記第
1の導電型とは異なる第2の導電型のキャリアを誘起す
る複数のチャネル層と、 前記ソース、ドレイン、接続領域及びチャネル層上に形
成された絶縁層と、 前記ソース、ドレイン及び絶縁層上にそれぞれ形成され
たソース電極、ドレイン電極及びゲート電極とを有する
ことを特徴とするトンネルトランジスタ。
A source and a drain each formed of a semiconductor containing a high concentration of impurities and formed on the substrate at a distance from each other; and a source and a drain formed on the substrate between the source and the drain.
One or more connection regions made of a degenerated semiconductor having a steep impurity distribution containing impurities of the first conductivity type at a high concentration, and a junction between each of the source, one or more connection regions, and the drain. A plurality of channel layers formed on the substrate to induce carriers of a second conductivity type different from the first conductivity type; and an insulating layer formed on the source, drain, connection region, and channel layer. And a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode formed on the source, drain, and insulating layers, respectively.
【請求項2】 前記ソースは、前記チャネル層と同一の
前記第2の導電型の不純物を高濃度に含む縮退した半導
体からなり、前記ドレインは、前記接続領域と同一の前
記第1の導電型の不純物を高濃度に含み急峻な不純物分
布を有する縮退した半導体からなることを特徴とする請
求項1記載のトンネルトランジスタ。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the source is made of a degenerated semiconductor containing the same impurity of the second conductivity type as the channel layer at a high concentration, and the drain is the same as the first conductivity type of the connection region. 2. The tunnel transistor according to claim 1, comprising a degenerated semiconductor having a high impurity concentration and a steep impurity distribution.
【請求項3】 前記ソース及びドレインは、それぞれ前
記接続領域と同一の前記第1の導電型の不純物を高濃度
に含み急峻な不純物分布を有する縮退した半導体からな
ることを特徴とする請求項1記載のトンネルトランジス
タ。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the source and the drain are made of a degenerated semiconductor having a high impurity concentration of the same first conductivity type as that of the connection region and a steep impurity distribution. The tunnel transistor as described.
【請求項4】 前記ソース及びドレインは、それぞれ前
記チャネル層と同一の前記第2の導電型の不純物を高濃
度に含む縮退した半導体からなることを特徴とする請求
項1記載のトンネルトランジスタ。
4. The tunnel transistor according to claim 1, wherein the source and the drain are each made of a degenerated semiconductor containing the same impurity of the second conductivity type at a high concentration as the channel layer.
【請求項5】 ドレイン電極又はソース電極が出力端子
に接続され、ソース電極又はドレイン電極が低電位側電
源端子に接続され、ゲート電極にリセットパルス又は書
き込みパルスが印加される第1のトンネルトランジスタ
と、 前記第1のトンネルトランジスタと前記出力端子の接続
点に一端が接続され、他端が高電位側電源端子に接続さ
れた抵抗性負荷とよりなり、前記第1のトンネルトラン
ジスタは、基板上に互いに離間して形成された、それぞ
れ高濃度の不純物を含む半導体からなるソース及びドレ
インと、前記ソースとドレインの間の前記基板上に形成
された、第1の導電型の不純物を高濃度に含み急峻な不
純物分布を有する縮退した半導体からなる1つ以上の接
続領域と、前記ソース、1つ以上の接続領域及びドレイ
ンのそれぞれの間を接合するように前記基板上に形成さ
れ、前記第1の導電型とは異なる第2の導電型のキャリ
アを誘起する複数のチャネル層と、前記ソース、ドレイ
ン、接続領域及びチャネル層上に形成された絶縁層と、
前記ソース、ドレイン及び絶縁層上にそれぞれ形成され
たソース電極、ドレイン電極及びゲート電極とを有する
ことを特徴とする記憶回路。
5. A first tunnel transistor having a drain electrode or a source electrode connected to an output terminal, a source electrode or a drain electrode connected to a low potential side power supply terminal, and a reset pulse or a write pulse applied to a gate electrode. A resistive load having one end connected to a connection point between the first tunnel transistor and the output terminal and the other end connected to a high-potential-side power supply terminal, wherein the first tunnel transistor is mounted on a substrate; A source and a drain, which are formed separately from each other and are made of a semiconductor containing a high-concentration impurity; and a high-concentration impurity of a first conductivity type formed on the substrate between the source and the drain. One or more connection regions made of a degenerate semiconductor having a steep impurity distribution, and each of the source, one or more connection regions, and a drain A plurality of channel layers formed on the substrate so as to bond between them and inducing carriers of a second conductivity type different from the first conductivity type, and on the source, drain, connection region, and channel layer. An insulating layer formed,
A memory circuit, comprising: a source electrode, a drain electrode, and a gate electrode formed on the source, the drain, and the insulating layer, respectively.
【請求項6】 前記抵抗性負荷に代えて、前記第1のト
ンネルトランジスタと同様の構造の第2のトンネルトラ
ンジスタを用い、該第2のトンネルトランジスタのゲー
ト電極及びドレイン電極を前記高電位側電源端子に接続
し、ソース電極を前記第1のトンネルトランジスタと前
記出力端子の接続点に接続したことを特徴とする請求項
5記載の記憶回路。
6. A high-potential-side power supply, wherein a second tunnel transistor having the same structure as the first tunnel transistor is used in place of the resistive load, and a gate electrode and a drain electrode of the second tunnel transistor are connected to the high-potential-side power supply. 6. The memory circuit according to claim 5, wherein the storage circuit is connected to a terminal, and a source electrode is connected to a connection point between the first tunnel transistor and the output terminal.
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