JP2855222B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2855222B2
JP2855222B2 JP33876489A JP33876489A JP2855222B2 JP 2855222 B2 JP2855222 B2 JP 2855222B2 JP 33876489 A JP33876489 A JP 33876489A JP 33876489 A JP33876489 A JP 33876489A JP 2855222 B2 JP2855222 B2 JP 2855222B2
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magnetic
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久也 馬場
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KASHIO KEISANKI KK
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、電子を放出させるための半導体装置に関
し、特に、その放出電子のエネルギを所望の大きさにで
きる半導体装置に関する。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device for emitting electrons, and more particularly to a semiconductor device capable of reducing the energy of emitted electrons to a desired level.

[従来の技術及び発明が解決しようとする課題] 従来、固体から電子を放出させるためには、加熱して
熱電子を放出させることが一般的である。このような方
法は、現在最も普及しているブラウン管に採用されてい
る。
[Problems to be Solved by Conventional Techniques and Inventions] Conventionally, in order to emit electrons from a solid, it is general to emit thermal electrons by heating. Such a method is employed in the most popular CRT at present.

しかしながら、この方法は原理的に大型のものにしか
採用することができないという欠点がある。更に、この
方法では放出電子の制御ができず、ブラウン管等では放
出電子に電場を印加して加速し、所望のエネルギにして
いる。従って、小型の表示素子やマイクロディバイスへ
の応用には不向きである。
However, this method has a disadvantage that it can be used only for a large-sized one in principle. Further, in this method, the emitted electrons cannot be controlled, and in a cathode ray tube or the like, the emitted electrons are accelerated by applying an electric field to the desired energy. Therefore, it is not suitable for application to a small display element or a micro device.

この発明は、このような実状に鑑みてなされたもので
あって、微細な領域に電子放出ディバイスを形成するこ
とができ、更にこの電子のエネルギを制御することがで
きる半導体装置を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a semiconductor device capable of forming an electron emission device in a fine region and controlling the energy of the electrons. Aim.

[課題を解決するための手段] この発明に係る半導体装置は、稀薄磁性半導体薄膜及
び半導体又は絶縁体薄膜が、稀薄磁性半導体薄膜が量子
井戸となり、半導体又は絶縁体薄膜が量子バリヤとなる
ように積層されて構成された多層膜と、この多層膜の膜
面に垂直に電圧を印加するための電極と、前記多層膜に
磁場を印加するための磁場印加手段とを具備することを
特徴とする。この場合に、前記多層膜を超格子構造にす
ることができる。
[Means for Solving the Problems] The semiconductor device according to the present invention is configured such that the diluted magnetic semiconductor thin film and the semiconductor or insulator thin film become a quantum well, and the semiconductor or insulator thin film becomes a quantum barrier. It is characterized by comprising a multilayer film formed by lamination, an electrode for applying a voltage perpendicular to the film surface of the multilayer film, and a magnetic field applying means for applying a magnetic field to the multilayer film. . In this case, the multilayer film can have a super lattice structure.

[作用] 稀薄磁性半導体(半磁性半導体ともいう)では巨大ゼ
ーマン分裂が生じることが知られている。巨大ゼーマン
分裂とは、稀薄磁性半導体のエネルギレベルが磁場の存
在により上向きスピンレベルと下向きスピンレベルとに
分裂することをいう。この発明のように稀薄磁性半導体
薄膜を量子井戸層とし、半導体又は絶縁体薄膜を量子バ
リヤ層とした多層膜では、印加される磁場の大きさに比
例して量子井戸準位、すなわち共鳴トンネルエネルギを
変化させることができる。従って、多層膜の膜面に垂直
に印加される電圧と、磁場とにより、放出される電子の
エネルギを制御することができる。
[Operation] It is known that giant Zeeman splitting occurs in a diluted magnetic semiconductor (also referred to as a semi-magnetic semiconductor). Giant Zeeman splitting means that the energy level of a diluted magnetic semiconductor splits into an upward spin level and a downward spin level due to the presence of a magnetic field. In a multilayer film in which a diluted magnetic semiconductor thin film is used as a quantum well layer and a semiconductor or insulator thin film is used as a quantum barrier layer as in the present invention, the quantum well level, that is, the resonance tunnel energy is proportional to the magnitude of the applied magnetic field. Can be changed. Therefore, the energy of the emitted electrons can be controlled by the voltage applied perpendicular to the film surface of the multilayer film and the magnetic field.

[実施例] 以下、添付図面を参照して、この発明の実施例につい
て詳細に説明する。第1図はこの発明の実施例に係る半
導体装置を示す断面図である。基板1は、例えばガラス
のような経時変化の少ない絶縁体で形成されており、こ
の基板1上に、第1の電極2、量子井戸構造を有する多
層膜3、及び第2の電極4がこの順に形成されている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. The substrate 1 is formed of an insulator that does not change with time, such as glass, and a first electrode 2, a multilayer film 3 having a quantum well structure, and a second electrode 4 are formed on the substrate 1. They are formed in order.

多層膜3は、量子井戸層3aと量子バリヤ層3bとが交互
に積層して構成されており、量子井戸層3aは稀薄磁性半
導体で、量子バリヤ層3bは半導体又は絶縁体で夫々形成
されている。なお、多層膜3は第1図に示すような超格
子構造に限られず、量子井戸が一つの単量子井戸構造、
すなわち、量子井戸層3aを量子バリヤ層3bで挟んだだけ
の3層の膜からなる構造であってもよい。
The multilayer film 3 is formed by alternately stacking quantum well layers 3a and quantum barrier layers 3b. The quantum well layer 3a is formed of a dilute magnetic semiconductor, and the quantum barrier layer 3b is formed of a semiconductor or an insulator. I have. The multilayer film 3 is not limited to the superlattice structure as shown in FIG.
That is, the structure may be a three-layer film in which the quantum well layer 3a is sandwiched between the quantum barrier layers 3b.

量子井戸層3aを構成する稀薄磁性半導体としては、例
えばCd1-xMnxTeがあり、量子バリヤ層3bを構成する半導
体又は絶縁体としては、例えばZnS、SiCがある。
The dilute magnetic semiconductor constituting the quantum well layer 3a, for example, there is Cd 1-x Mn x Te, as the semiconductor or insulator constituting the quantum barrier layer 3b, for example ZnS, there is SiC.

この場合に、上述の稀薄磁性半導体の組成比x、又は
井戸層3aの膜厚を適宜調節することにより、量子井戸層
のエネルギ準位を目的とする値にすることができる。
In this case, the energy level of the quantum well layer can be set to a target value by appropriately adjusting the composition ratio x of the diluted magnetic semiconductor or the thickness of the well layer 3a.

この多層膜3には、図示しない磁場印加装置により所
望の大きさの磁場が印加されるようになっている。
A magnetic field of a desired magnitude is applied to the multilayer film 3 by a magnetic field applying device (not shown).

電極2、4には電源5が接続されており、電源5をオ
ン状態にすることにより電極2、4を介して多層膜3の
膜面に垂直に電圧を印加するようになっている。
A power supply 5 is connected to the electrodes 2 and 4. When the power supply 5 is turned on, a voltage is applied vertically to the film surface of the multilayer film 3 via the electrodes 2 and 4.

次に、このように構成された半導体装置の動作につい
て説明する。第2図は、稀薄磁性半導体で構成される量
子井戸層のエネルギ準位を模式的に示したものである。
磁場がゼロの場合の量子井戸準位Eは、第2図(a)に
示すようになっている。このエネルギ準位は、前述した
ように稀薄磁性半導体の組成又は膜厚を調節することに
より、所望の値にすることができる。なお、ここでは簡
単のため、準位は一つだけ示している。このような状態
で多層膜3に磁場を印加すると、第2図(b)に示すよ
うに、巨大ゼーマン分裂が生じて、エネルギ準位は巨大
ゼーマンエネルギ(ΔE)だけ分裂し、磁場の大きさに
比例してエネルギ準位が変化する。従って、磁場印加装
置により多層膜に磁場を印加し、この印加磁場の値を変
化させることによって、磁場の印加により井戸層のエネ
ルギ準位、すなわち共鳴トンネルエネルギを変化させる
ことができる。
Next, the operation of the semiconductor device thus configured will be described. FIG. 2 schematically shows an energy level of a quantum well layer composed of a diluted magnetic semiconductor.
The quantum well level E when the magnetic field is zero is as shown in FIG. This energy level can be set to a desired value by adjusting the composition or film thickness of the diluted magnetic semiconductor as described above. Here, for simplicity, only one level is shown. When a magnetic field is applied to the multilayer film 3 in such a state, giant Zeeman splitting occurs as shown in FIG. 2 (b), and the energy level splits by giant Zeeman energy (ΔE). The energy level changes in proportion to. Therefore, by applying a magnetic field to the multilayer film by the magnetic field applying device and changing the value of the applied magnetic field, the energy level of the well layer, that is, the resonance tunnel energy can be changed by applying the magnetic field.

所定の磁場が印加された状態で、電極2、4間に所定
の電圧を印加すると、陰極側(第1図では第2の電極
4)から電子が放出される。この場合に、前述したよう
に、磁場の値により共鳴トンネルエネルギを調節するこ
とができるので、放出される電子のエネルギを制御する
ことができる。すなわち、磁場及び電場により放出電子
のエネルギを制御できる電子放出ディバイスを得ること
ができる。
When a predetermined voltage is applied between the electrodes 2 and 4 while a predetermined magnetic field is applied, electrons are emitted from the cathode side (the second electrode 4 in FIG. 1). In this case, as described above, since the resonance tunnel energy can be adjusted by the value of the magnetic field, the energy of the emitted electrons can be controlled. That is, it is possible to obtain an electron emission device capable of controlling the energy of the emitted electrons by the magnetic field and the electric field.

[発明の効果] この発明によれば、通常の半導体の微細加工技術によ
り製造でき、しかも稀薄磁性半導体の巨大ゼーマン分裂
を利用して放出電子のエネルギを制御できる電子放出体
としての全く新規な半導体装置を得ることができる。ま
た、この発明に係る半導体装置は、微細領域の磁場を検
出することができ、各種の磁気メモリの読み出しにも有
効であり、さらに表示素子分野でも有用である。
[Effects of the Invention] According to the present invention, a completely novel semiconductor as an electron emitter that can be manufactured by ordinary semiconductor fine processing technology and that can control the energy of emitted electrons by utilizing the giant Zeeman splitting of a diluted magnetic semiconductor. A device can be obtained. Further, the semiconductor device according to the present invention can detect a magnetic field in a minute region, is effective for reading various magnetic memories, and is also useful in the field of display elements.

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

第1図はこの発明の実施例に係る半導体装置を示す断面
図、第2図は多層膜のエネルギバンド図である。 1;基板、2,4;電極、3;多層膜、3a;量子井戸層(稀薄磁
性半導体薄膜)、3b;量子バリヤ層(半導体又は絶縁体
薄膜)。
FIG. 1 is a sectional view showing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is an energy band diagram of a multilayer film. 1; substrate; 2, 4; electrode; 3; multilayer film; 3a; quantum well layer (dilute magnetic semiconductor thin film); 3b; quantum barrier layer (semiconductor or insulator thin film).

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】稀薄磁性半導体薄膜及び半導体又は絶縁体
薄膜が、稀薄磁性半導体薄膜が量子井戸となり、半導体
又は絶縁体薄膜が量子バリヤとなるように積層されて構
成された多層膜と、この多層膜の膜面に垂直に電圧を印
加するための電極と、前記多層膜に磁場を印加するため
の磁場印加手段とを具備することを特徴とする半導体装
置。
1. A multilayer film comprising a thin magnetic semiconductor thin film and a semiconductor or insulator thin film laminated such that the thin magnetic semiconductor thin film becomes a quantum well and the semiconductor or insulator thin film becomes a quantum barrier. A semiconductor device comprising: an electrode for applying a voltage perpendicular to a film surface of a film; and a magnetic field applying unit for applying a magnetic field to the multilayer film.
【請求項2】前記多層膜は超格子構造を有していること
を特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said multilayer film has a superlattice structure.
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