JP2929898B2 - バンド間トンネル電界効果トランジスタ - Google Patents
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Classifications
-
- 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
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
-
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- 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]
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に、半導体装置に
関する。さらに詳しくは、バンド間トンネルによる電荷
移動を有する電界効果トランジスタに関する。
関する。さらに詳しくは、バンド間トンネルによる電荷
移動を有する電界効果トランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】非線形の電流−電圧特性を有する半導体
装置により、より小型の装置内により大きな機能性を組
み込むことができる。このような装置をここでは、「多
機能(multi-functional)」装置と呼ぶ。近年、いくつ
かの多機能装置が開発された。このような装置の例とし
ては、エサキ・ダイオードおよび共鳴トンネル・ダイオ
ードがある。これらの装置の多くは、電子のトンネル動
作により起こされる負の抵抗を利用している。
装置により、より小型の装置内により大きな機能性を組
み込むことができる。このような装置をここでは、「多
機能(multi-functional)」装置と呼ぶ。近年、いくつ
かの多機能装置が開発された。このような装置の例とし
ては、エサキ・ダイオードおよび共鳴トンネル・ダイオ
ードがある。これらの装置の多くは、電子のトンネル動
作により起こされる負の抵抗を利用している。
【0003】非線形ダイオードよりもデジタル論理用途
に有用であるのは、ゲインを設ける非線形3端子装置で
ある。共鳴トンネル・ホット電子トランジスタ(resona
nt tunneling hot electron transistor)およびバイポ
ーラ共鳴トンネル・トランジスタ(bipolar resonant t
unneling transistor )は、現在入手可能な3端子装置
の例である。これらの装置は多少の非線形特性を示す
が、室温で観測される非線形性は小さく、液体窒素温度
以下でしか動作しない。現在入手可能な装置は、非常に
複雑な非平面過程によるバイポーラ・トランジスタ特性
も有し、高いスタンバイ電力を消費する。
に有用であるのは、ゲインを設ける非線形3端子装置で
ある。共鳴トンネル・ホット電子トランジスタ(resona
nt tunneling hot electron transistor)およびバイポ
ーラ共鳴トンネル・トランジスタ(bipolar resonant t
unneling transistor )は、現在入手可能な3端子装置
の例である。これらの装置は多少の非線形特性を示す
が、室温で観測される非線形性は小さく、液体窒素温度
以下でしか動作しない。現在入手可能な装置は、非常に
複雑な非平面過程によるバイポーラ・トランジスタ特性
も有し、高いスタンバイ電力を消費する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】必要とされるのは、高
い非線形電流−電圧特性をもつ室温用電界効果トランジ
スタである。
い非線形電流−電圧特性をもつ室温用電界効果トランジ
スタである。
【0005】
【課題を解決するための手段】簡単に言うと、本発明の
利点は、あるN型材料から他のP型材料に対する電子の
トンネル動作による電荷の移動を有する電界効果半導体
装置により達成される。電荷の移動は、ゲート電極によ
り制御される。この装置には、禁止帯幅の広いバリア層
により隔てられたP型層およびN型層を含み、P型層は
N型層の伝導帯エネルギよりも大きい価電子帯エネルギ
を有する。第1導電型のドレーン領域が、ゲート電極の
一面に形成され、第2導電型のソース領域がゲート電極
の反対面に形成される。
利点は、あるN型材料から他のP型材料に対する電子の
トンネル動作による電荷の移動を有する電界効果半導体
装置により達成される。電荷の移動は、ゲート電極によ
り制御される。この装置には、禁止帯幅の広いバリア層
により隔てられたP型層およびN型層を含み、P型層は
N型層の伝導帯エネルギよりも大きい価電子帯エネルギ
を有する。第1導電型のドレーン領域が、ゲート電極の
一面に形成され、第2導電型のソース領域がゲート電極
の反対面に形成される。
【0006】
【実施例】量子ウェル電界効果トランジスタの設計にお
ける主な問題は、ゲート電極の下のチャンネル領域の構
造である。なぜならチャンネル領域の性能がトランジス
タの性能全体を主に決定するからである。図1および図
2は、本発明によるバイポーラ電界効果トランジスタの
チャンネル領域の非常に簡単な断面図である。図1およ
び図2に示されるすべての材料層は、実質的に単結晶エ
ピタキシャル成長層である。このことは、それぞれのエ
ピタキシャル層が下の基板と結晶学的に和合性を有する
材料で構成されることを必要とする。そのため、特定の
実施例に関して以下に論じられる電子材料の制約に加え
て、材料の選択は結晶の性質によっても制限されること
に留意されたい。本発明のエピタキシャル層は、金属有
機化学蒸着(MOCVD),分子線エピタキシ(MB
E)または原子層エピタキシ(ALE)などにより成長
する。
ける主な問題は、ゲート電極の下のチャンネル領域の構
造である。なぜならチャンネル領域の性能がトランジス
タの性能全体を主に決定するからである。図1および図
2は、本発明によるバイポーラ電界効果トランジスタの
チャンネル領域の非常に簡単な断面図である。図1およ
び図2に示されるすべての材料層は、実質的に単結晶エ
ピタキシャル成長層である。このことは、それぞれのエ
ピタキシャル層が下の基板と結晶学的に和合性を有する
材料で構成されることを必要とする。そのため、特定の
実施例に関して以下に論じられる電子材料の制約に加え
て、材料の選択は結晶の性質によっても制限されること
に留意されたい。本発明のエピタキシャル層は、金属有
機化学蒸着(MOCVD),分子線エピタキシ(MB
E)または原子層エピタキシ(ALE)などにより成長
する。
【0007】図1に示される実施例には、アンチモン化
アルミニウム(AlSb)またはアンチモン化アルミニ
ウム・ガリウム(AlGaSb)などの材料で構成さ
れ、半絶縁性のヒ化ガリウムなどの支持結晶基板10上
に形成された禁止帯幅の広いバッファ層11が含まれ
る。他の禁止帯幅の広い材料も複合半導体装置において
は知られており、用いられるが、以下に説明されるよう
に、好適な実施例の上の層に用いられる他の材料との和
合性を図るためには、AlSbが好適な実施例において
は望ましい。
アルミニウム(AlSb)またはアンチモン化アルミニ
ウム・ガリウム(AlGaSb)などの材料で構成さ
れ、半絶縁性のヒ化ガリウムなどの支持結晶基板10上
に形成された禁止帯幅の広いバッファ層11が含まれ
る。他の禁止帯幅の広い材料も複合半導体装置において
は知られており、用いられるが、以下に説明されるよう
に、好適な実施例の上の層に用いられる他の材料との和
合性を図るためには、AlSbが好適な実施例において
は望ましい。
【0008】バッファ層11を覆うようにPチャンネル
量子ウェル14が形成される。Pチャンネル量子ウェル
14の厚みは厳密なものではないが、好適な実施例にお
いては、Pチャンネル量子ウェル14は10ないし15
ナノメータ厚の範囲内で、アンチモン化ガリウム(Ga
Sb)で構成される。Pチャンネル量子ウェル14は、
希望により、直接ドーピングするか、あるいは変調ドー
ピング法によりドーピングして導電率を改善することが
できるが、好適な実施例においては、移動度を最大にす
るために未ドーピング状態のままにする。Pチャンネル
量子ウェル14は、約3ナノメータの厚みで、AlSb
またはAlGaSbなどの禁止帯幅の広い材料で構成さ
れるバリア層18により覆われる。
量子ウェル14が形成される。Pチャンネル量子ウェル
14の厚みは厳密なものではないが、好適な実施例にお
いては、Pチャンネル量子ウェル14は10ないし15
ナノメータ厚の範囲内で、アンチモン化ガリウム(Ga
Sb)で構成される。Pチャンネル量子ウェル14は、
希望により、直接ドーピングするか、あるいは変調ドー
ピング法によりドーピングして導電率を改善することが
できるが、好適な実施例においては、移動度を最大にす
るために未ドーピング状態のままにする。Pチャンネル
量子ウェル14は、約3ナノメータの厚みで、AlSb
またはAlGaSbなどの禁止帯幅の広い材料で構成さ
れるバリア層18により覆われる。
【0009】第1Nチャンネル量子ウェル16が、Pチ
ャンネル量子ウェル14上に、バリア層18を覆うよう
に形成される。Nチャンネル量子ウェル16は、10な
いし15ナノメータの厚みで、好適な実施例において
は、ヒ化インジウム(InAs)などの材料で構成され
る。別のバリア層18が第1Nチャンネル量子ウェル1
6の上に形成され、これが最上層のバリア層であるため
にキャップ層として機能する。この最上バリア層18
も、AlSbまたはAlGaSbなどの禁止帯幅の広い
材料で構成され、好適な実施例においては、約10ナノ
メータの厚さである。
ャンネル量子ウェル14上に、バリア層18を覆うよう
に形成される。Nチャンネル量子ウェル16は、10な
いし15ナノメータの厚みで、好適な実施例において
は、ヒ化インジウム(InAs)などの材料で構成され
る。別のバリア層18が第1Nチャンネル量子ウェル1
6の上に形成され、これが最上層のバリア層であるため
にキャップ層として機能する。この最上バリア層18
も、AlSbまたはAlGaSbなどの禁止帯幅の広い
材料で構成され、好適な実施例においては、約10ナノ
メータの厚さである。
【0010】図1に示される構造はNチャンネル量子ウ
ェル16上にPチャンネル量子ウェル14を形成するこ
ともできる。必要であるのは、この構造がバリア層18
により隔てられているNチャンネルとPチャンネルの両
方を含むことだけである。しかしながら、図示および説
明を簡単にするために、Pチャンネル量子ウェル14上
に形成されたNチャンネル量子ウェル16を有する構造
に関してのみ本発明を説明する。
ェル16上にPチャンネル量子ウェル14を形成するこ
ともできる。必要であるのは、この構造がバリア層18
により隔てられているNチャンネルとPチャンネルの両
方を含むことだけである。しかしながら、図示および説
明を簡単にするために、Pチャンネル量子ウェル14上
に形成されたNチャンネル量子ウェル16を有する構造
に関してのみ本発明を説明する。
【0011】ゲート電極17は、バリア層18の上面に
配置された導電性材料により構成される。ゲート電極1
7は最上のバリア層18とショットキー接触を行う。N
型ソース領域22bが最上バリア層18の表面から、N
チャンネル量子ウェル16,バリア層18およびPチャ
ンネル量子ウェル14を通って延在する。ソース領域2
2bは、イオン注入および熱活性/再配分などの従来の
ドーピングおよび拡散方法により形成される。P型ドレ
ーン領域25bがゲート電極17の反対面に形成され、
これも既知のドーピング方法を用いて行われる。ゲート
電極17は、ソース領域22bおよびドレーン領域25
bを形成するためのマスクとして機能して、装置の製造
を簡素化することが好ましい。
配置された導電性材料により構成される。ゲート電極1
7は最上のバリア層18とショットキー接触を行う。N
型ソース領域22bが最上バリア層18の表面から、N
チャンネル量子ウェル16,バリア層18およびPチャ
ンネル量子ウェル14を通って延在する。ソース領域2
2bは、イオン注入および熱活性/再配分などの従来の
ドーピングおよび拡散方法により形成される。P型ドレ
ーン領域25bがゲート電極17の反対面に形成され、
これも既知のドーピング方法を用いて行われる。ゲート
電極17は、ソース領域22bおよびドレーン領域25
bを形成するためのマスクとして機能して、装置の製造
を簡素化することが好ましい。
【0012】その後、ソース導体22aが形成されて、
ソース領域22bに対してオーミック接触を行う。同様
に、ドレーン導体25aが形成されて、ドレーン領域2
5bに対してオーミック接触を行う。ここで用いられる
場合は、ソース電極22にはソース導体22aとソース
領域22bの両方が含まれ、ドレーン電極25にはドレ
ーン導体25aとドレーン領域25bの両方が含まれ
る。
ソース領域22bに対してオーミック接触を行う。同様
に、ドレーン導体25aが形成されて、ドレーン領域2
5bに対してオーミック接触を行う。ここで用いられる
場合は、ソース電極22にはソース導体22aとソース
領域22bの両方が含まれ、ドレーン電極25にはドレ
ーン導体25aとドレーン領域25bの両方が含まれ
る。
【0013】図2は、本発明による別の実施例のトンネ
ル・バイポーラ電界効果トランジスタを示す。図1に示
される装置要素で図2と同じものには、図1と同じ参照
番号がつけられている。第1実施例と図2に示されるも
のとの主な違いは、Pチャンネル量子ウェル14の下に
第2Nチャンネル量子ウェル12が追加されていること
である。第2Nチャンネル量子ウェル12は、バッファ
11の頂部に形成され、バリア層18によりPチャンネ
ル量子ウェル14から隔てられている。第2Nチャンネ
ル量子ウェル12は、InAsにより構成され、第1N
チャンネル量子ウェル16よりも厚く、少なくとも10
ナノメータ厚の範囲にある。いずれの構造も有用な非線
形性を示すが、第2Nチャンネル量子ウェル12を追加
することにより、第1実施例よりもより多くの非線形電
流電圧特性が提供されると思われる。
ル・バイポーラ電界効果トランジスタを示す。図1に示
される装置要素で図2と同じものには、図1と同じ参照
番号がつけられている。第1実施例と図2に示されるも
のとの主な違いは、Pチャンネル量子ウェル14の下に
第2Nチャンネル量子ウェル12が追加されていること
である。第2Nチャンネル量子ウェル12は、バッファ
11の頂部に形成され、バリア層18によりPチャンネ
ル量子ウェル14から隔てられている。第2Nチャンネ
ル量子ウェル12は、InAsにより構成され、第1N
チャンネル量子ウェル16よりも厚く、少なくとも10
ナノメータ厚の範囲にある。いずれの構造も有用な非線
形性を示すが、第2Nチャンネル量子ウェル12を追加
することにより、第1実施例よりもより多くの非線形電
流電圧特性が提供されると思われる。
【0014】図1および図2に示される装置の動作は、
実質的には同じである。またいずれの装置も図1に示さ
れる第1実施例の機能の詳細な説明により理解される。
従って本発明によるトンネル・バイポーラ電界効果トラ
ンジスタの動作は、図1に示される構造に関して説明さ
れる。Pチャンネル量子ウェル14およびNチャンネル
量子ウェル16のための独自の材料は、Pチャンネル量
子ウェル14がNチャンネル量子ウェル16の伝導帯エ
ネルギよりも大きな価電子帯エネルギを持つことで選択
される。
実質的には同じである。またいずれの装置も図1に示さ
れる第1実施例の機能の詳細な説明により理解される。
従って本発明によるトンネル・バイポーラ電界効果トラ
ンジスタの動作は、図1に示される構造に関して説明さ
れる。Pチャンネル量子ウェル14およびNチャンネル
量子ウェル16のための独自の材料は、Pチャンネル量
子ウェル14がNチャンネル量子ウェル16の伝導帯エ
ネルギよりも大きな価電子帯エネルギを持つことで選択
される。
【0015】伝導帯エネルギ(EC)および価電子帯エ
ネルギ(EV)は、図3ないし図5のバンド図に示され
る。図3ないし図5においては、縦軸が相対エネルギを
電子ボルトで示し、横軸は図1に示される装置構造内の
厚みまたは深さを表す。図の左側が上面で、図の右側が
バッファ層11である。図3ないし図5においては、P
チャンネル量子ウェル14内の第1量子化エネルギ・レ
ベル、これは接地状態エネルギとも呼ばれるが、EO14
とラベルのついた破線により示される。同様に、Nチャ
ンネル量子ウェル16内の第1量子化エネルギ・レベル
は、E016とラベルのついた破線により示される。
ネルギ(EV)は、図3ないし図5のバンド図に示され
る。図3ないし図5においては、縦軸が相対エネルギを
電子ボルトで示し、横軸は図1に示される装置構造内の
厚みまたは深さを表す。図の左側が上面で、図の右側が
バッファ層11である。図3ないし図5においては、P
チャンネル量子ウェル14内の第1量子化エネルギ・レ
ベル、これは接地状態エネルギとも呼ばれるが、EO14
とラベルのついた破線により示される。同様に、Nチャ
ンネル量子ウェル16内の第1量子化エネルギ・レベル
は、E016とラベルのついた破線により示される。
【0016】フェルミ・エネルギ・レベル(EF14)
は、Pチャンネル量子ウェル14内にあり、Pチャンネ
ル量子ウェル14内の破線により示される。Pチャンネ
ル量子ウェル14内の電荷キャリアに可能なエネルギ状
態で、EO14よりも低いエネルギ状態は、図3の破線下
の影の部分により示されるようにほとんど満杯である。
EF14より高く、EO14より低いエネルギ状態は空であ
る。同様に、F16は、Nチャンネル量子ウェル16内に
あるフェルミ・エネルギ・レベルを示し、Nチャンネル
量子ウェル16を通る破線により示される。EF16より
高いエネルギ状態は空であり、EF16より低く量子化接
地状態EO16より高いエネルギ状態は、ほとんど電荷キ
ャリアで満杯であるが、この状態は図3のNチャンネル
量子ウェル16内の影の部分で示される。
は、Pチャンネル量子ウェル14内にあり、Pチャンネ
ル量子ウェル14内の破線により示される。Pチャンネ
ル量子ウェル14内の電荷キャリアに可能なエネルギ状
態で、EO14よりも低いエネルギ状態は、図3の破線下
の影の部分により示されるようにほとんど満杯である。
EF14より高く、EO14より低いエネルギ状態は空であ
る。同様に、F16は、Nチャンネル量子ウェル16内に
あるフェルミ・エネルギ・レベルを示し、Nチャンネル
量子ウェル16を通る破線により示される。EF16より
高いエネルギ状態は空であり、EF16より低く量子化接
地状態EO16より高いエネルギ状態は、ほとんど電荷キ
ャリアで満杯であるが、この状態は図3のNチャンネル
量子ウェル16内の影の部分で示される。
【0017】Nチャンネル量子ウェル16およびPチャ
ンネル量子ウェル14は、禁止帯幅の広いバリア18に
より互いに隔てられている。バリア18の厚みは、Nチ
ャンネル量子ウェル16内の電子波関数と、隣接するP
チャンネル量子ウェル14内の正孔(ホール)波関数と
が重複できるように設計される。言い換えれば、電荷キ
ャリアがPチャンネル量子ウェル14ゲートと隣接する
Nチャンネル量子ウェルとの間を結合することができる
ほど、バリア18は薄い。
ンネル量子ウェル14は、禁止帯幅の広いバリア18に
より互いに隔てられている。バリア18の厚みは、Nチ
ャンネル量子ウェル16内の電子波関数と、隣接するP
チャンネル量子ウェル14内の正孔(ホール)波関数と
が重複できるように設計される。言い換えれば、電荷キ
ャリアがPチャンネル量子ウェル14ゲートと隣接する
Nチャンネル量子ウェルとの間を結合することができる
ほど、バリア18は薄い。
【0018】動作中は、電位がゲート電極17に印加さ
れ、これが表面からより遠くに配置された量子ウェルに
関して表面により近いところに配置された量子ウェルの
エネルギ・バンドを上下させることにより禁止帯の関係
を変化させる。図3は、ゼロ・バイアスまたは平衡状態
を示す。ゼロ・バイアスのもとでは、EF16=EF14とな
り、これは図3にEFとラベルがつけられた1本の破線
により示される。このバイアスのない「平衡」状態で
は、Nチャンネル量子ウェル16の伝導帯内の電子は、
主にEO16より高くEFより低いエネルギ状態にあり、P
チャンネル量子ウェル14内の空のまたは可能なエネル
ギ状態のほとんどすべてが量子化接地状態EO14より下
で、EFより高い位置にあり、そのためにNチャンネル
16とPチャンネル14との間では電荷の移動が起こら
ない。このように、ゼロ・バイアスの場合は、電流はN
チャンネル16とPチャンネル14との間を流れること
ができない。これは図6に示される電流電圧特性上に状
態「A」と表される。図6では、ドレーン電流が縦軸に
表され、ゲート・バイアス電圧が横軸に表されている。
れ、これが表面からより遠くに配置された量子ウェルに
関して表面により近いところに配置された量子ウェルの
エネルギ・バンドを上下させることにより禁止帯の関係
を変化させる。図3は、ゼロ・バイアスまたは平衡状態
を示す。ゼロ・バイアスのもとでは、EF16=EF14とな
り、これは図3にEFとラベルがつけられた1本の破線
により示される。このバイアスのない「平衡」状態で
は、Nチャンネル量子ウェル16の伝導帯内の電子は、
主にEO16より高くEFより低いエネルギ状態にあり、P
チャンネル量子ウェル14内の空のまたは可能なエネル
ギ状態のほとんどすべてが量子化接地状態EO14より下
で、EFより高い位置にあり、そのためにNチャンネル
16とPチャンネル14との間では電荷の移動が起こら
ない。このように、ゼロ・バイアスの場合は、電流はN
チャンネル16とPチャンネル14との間を流れること
ができない。これは図6に示される電流電圧特性上に状
態「A」と表される。図6では、ドレーン電流が縦軸に
表され、ゲート・バイアス電圧が横軸に表されている。
【0019】バイアスがゲート電極17に印加される
と、相対バンド・エネルギは図4に示されるようにずれ
る。ここで、ゲート電極17上の負のバイアスがバンド
を一致させて、Nチャンネル16内で占有された状態が
Pチャンネル14内の空の状態と一致する。この場合、
ソース領域22bからドレーン領域25bに対して高ピ
ーク電流が得られるが、これは図6の点「B」で示され
る。電子はソース領域22からNチャンネル量子ウェル
12,16を通り移動するが、ウェル12,16内では
Pチャンネル量子ウェル14の価電子帯の空の状態を通
り抜ける(トンネル動作を行う)。
と、相対バンド・エネルギは図4に示されるようにずれ
る。ここで、ゲート電極17上の負のバイアスがバンド
を一致させて、Nチャンネル16内で占有された状態が
Pチャンネル14内の空の状態と一致する。この場合、
ソース領域22bからドレーン領域25bに対して高ピ
ーク電流が得られるが、これは図6の点「B」で示され
る。電子はソース領域22からNチャンネル量子ウェル
12,16を通り移動するが、ウェル12,16内では
Pチャンネル量子ウェル14の価電子帯の空の状態を通
り抜ける(トンネル動作を行う)。
【0020】図5に示されるように、さらにゲート・バ
イアスが印加されると、占有状態はEF16より低く、E
O16より高くなり、EF14より高くEO14より低い空の状
態との一致から移動して、その結果、チャンネル16内
の電子流はPチャンネル量子ウェル14の禁止帯により
阻止される。この点は図6に点「C」として示され、こ
のゲート・バイアスにおける鋭い電流の落込みを示す。
位置Bから位置Cは、負の抵抗を示し、このときゲート
・バイアスが増加すると電流は小さくなる。最後に、ゲ
ート・バイアスの大きさがさらに大きくなると、Nチャ
ンネル量子ウェル16内の電子はPチャンネル量子ウェ
ル14の伝導帯に通り抜けることができる。このバイア
スは、図6の領域「D」で表され、電流の上昇を示して
いる。
イアスが印加されると、占有状態はEF16より低く、E
O16より高くなり、EF14より高くEO14より低い空の状
態との一致から移動して、その結果、チャンネル16内
の電子流はPチャンネル量子ウェル14の禁止帯により
阻止される。この点は図6に点「C」として示され、こ
のゲート・バイアスにおける鋭い電流の落込みを示す。
位置Bから位置Cは、負の抵抗を示し、このときゲート
・バイアスが増加すると電流は小さくなる。最後に、ゲ
ート・バイアスの大きさがさらに大きくなると、Nチャ
ンネル量子ウェル16内の電子はPチャンネル量子ウェ
ル14の伝導帯に通り抜けることができる。このバイア
スは、図6の領域「D」で表され、電流の上昇を示して
いる。
【0021】以上、負の差動抵抗を持つトンネル・バイ
ポーラ電界効果装置が提供されたことが理解いただけよ
う。本発明による多重チャンネル装置構造により、FE
T技術のために優れた材料を最適に利用することができ
るだけでなく、高度に非線形の出力を得て機能性を改善
することができる。
ポーラ電界効果装置が提供されたことが理解いただけよ
う。本発明による多重チャンネル装置構造により、FE
T技術のために優れた材料を最適に利用することができ
るだけでなく、高度に非線形の出力を得て機能性を改善
することができる。
【図1】本発明による第1実施例のトンネル・バイポー
ラ電界効果装置の一部の非常に簡単な断面図である。
ラ電界効果装置の一部の非常に簡単な断面図である。
【図2】本発明による第2実施例のトンネル・バイポー
ラ電界効果装置の一部の非常に簡単な断面図である。
ラ電界効果装置の一部の非常に簡単な断面図である。
【図3】図1に示される構造にゲート・バイアスが印加
されていない状態のバンド図である。
されていない状態のバンド図である。
【図4】図1に示される構造に第1ゲート・バイアスが
印加されている状態のバンド図である。
印加されている状態のバンド図である。
【図5】図1に示される構造に第2ゲート・バイアスが
印加されている状態のバンド図である。
印加されている状態のバンド図である。
【図6】図1に示される構造の伝達特性である。
10 基板 11 バッファ層 14,16 量子ウェル・チャンネル 17 ゲート電極 18 バリア層 22 ソース電極 22a ソース導体 22b ソース領域 25 ドレーン電極 25a ドレーン導体 25b ドレーン領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 サイード・エヌ・テ−ラニ アメリカ合衆国アリゾナ州スコッツデイ ル、イー・サン・アルフレド・ドライブ 8602 (72)発明者 エックス・セオドア・ズー アメリカ合衆国アリゾナ州チャンドラ ー、エヌ・コングレス・ドライブ1351 (56)参考文献 特開 平4−112547(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 21/337 - 21/338 H01L 27/095 H01L 27/098 H01L 29/775 - 29/778 H01L 29/80 - 29/812
Claims (3)
- 【請求項1】 結晶性基板(10); 前記基板上に形成されたバッファ層(11); 前記基板上に形成された第1導電型の第1量子ウェル・
チャンネル(14); 前記第1量子ウェル・チャンネルを覆い、前記第1量子
ウェル・チャンネルよりも禁止帯幅が広い材料で構成さ
れるバリア層(18); 前記バリア層を覆う、第2導電型の第2量子ウェル・チ
ャンネル(16); 前記第2量子ウェル・チャンネルを覆い、前記第2量子
ウェル・チャンネルよりも禁止帯幅が広い材料で構成さ
れるキャップ層(18); 前記第1チャンネル(14)および前記第2チャンネル
(16)上に配置されたゲート電極(17)であって、
前記ゲート電極(17)に蓄積された電荷が前記第1チ
ャンネル内の占有状態と、前記第2チャンネル内の空の
状態との一致を制御するゲート電極(17); 前記第1量子ウェル・チャンネルに結合され、前記ゲー
ト電極の一方側に形成された第1導電型のドレーン領域
(25);および 前記第2量子ウェル・チャンネルに結合され、前記ゲー
ト電極の他方側に形成された第2導電型のソース領域
(22); によって構成されることを特徴とするバンド間トンネル
電界効果トランジスタ。 - 【請求項2】 半絶縁性結晶性基板(10); 禁止帯幅の広い材料で構成され、前記基板を覆うバッフ
ァ層(11); 第1の禁止帯幅の狭い材料で構成され、前記バッファ層
の一部を覆う第1Nチャンネル(12); 禁止帯幅の広い材料で構成され、前記第1チャンネルを
覆う第1バリア(18); 第2の禁止帯幅の狭い材料で構成され、前記第1バリア
層を覆うPチャンネル(14); 前記の禁止帯幅の広い材料で構成され、前記Pチャンネ
ルを覆う第2バリア(18); 前記の第1の禁止帯幅の狭い材料で構成され、前記第2
バリア層を覆う、第2Nチャンネル(16); 前記の禁止帯幅の広い材料で構成され、前記第2チャン
ネルを覆い、キャップ層として機能する第3バリア(1
8); 前記第3バリアの上面に形成され、前記第3バリア(1
8)に対してショットキー接触を行うゲート電極(1
7); 前記ゲート電極の一方側に、前記チャンネルのそれぞれ
に結合されたN型ドレーン領域(22);および 前記ゲート電極の他方側に、前記チャンネルのそれぞれ
に結合されたP型ソース領域(25); によって構成されることを特徴とするバンド間トンネル
電界効果トランジスタ。 - 【請求項3】 前記の第1の禁止帯幅の狭い材料がヒ化
インジウムであり、前記の第2の禁止帯幅の狭い材料に
アンチモン化ガリウムが含まれ、前記の禁止帯幅の広い
材料にアンチモン化アルミニウムが含まれる請求項2記
載のバンド間トンネル電界効果トランジスタ。
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---|---|---|---|
US894963 | 1986-08-08 | ||
US07/894,963 US5410160A (en) | 1992-06-08 | 1992-06-08 | Interband tunneling field effect transistor |
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Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH06163929A JPH06163929A (ja) | 1994-06-10 |
JP2929898B2 true JP2929898B2 (ja) | 1999-08-03 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP5145403A Expired - Fee Related JP2929898B2 (ja) | 1992-06-08 | 1993-05-26 | バンド間トンネル電界効果トランジスタ |
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Country | Link |
---|---|
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US8148718B2 (en) * | 2007-05-31 | 2012-04-03 | The Regents Of The University Of California | Low voltage transistors |
US7964866B2 (en) * | 2008-05-12 | 2011-06-21 | Intel Corporation | Low power floating body memory cell based on low bandgap material quantum well |
CN101866931A (zh) * | 2010-05-19 | 2010-10-20 | 中国科学院微电子研究所 | 半导体结构及其形成方法 |
US9209288B2 (en) * | 2012-12-21 | 2015-12-08 | Intel Corporation | Reduced scale resonant tunneling field effect transistor |
US10366918B2 (en) * | 2016-10-04 | 2019-07-30 | International Business Machines Corporation | Self-aligned trench metal-alloying for III-V nFETs |
KR102276293B1 (ko) * | 2018-12-12 | 2021-07-13 | 한양대학교 산학협력단 | 양극성 멀티레벨 소자 |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4207122A (en) * | 1978-01-11 | 1980-06-10 | International Standard Electric Corporation | Infra-red light emissive devices |
US4195305A (en) * | 1978-09-25 | 1980-03-25 | Varian Associates, Inc. | Lattice constant grading in the Aly Ga1-y As1-x Sbx alloy system |
JPS5754370A (en) * | 1980-09-19 | 1982-03-31 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Insulating gate type transistor |
US4743951A (en) * | 1982-03-08 | 1988-05-10 | International Business Machines Corporation | Field effect transistor |
JPS5963769A (ja) * | 1982-10-05 | 1984-04-11 | Agency Of Ind Science & Technol | 高速半導体素子 |
JPS59100577A (ja) * | 1982-11-30 | 1984-06-09 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
JPH0654784B2 (ja) * | 1984-06-11 | 1994-07-20 | 沖電気工業株式会社 | 半導体装置 |
JPS6245064A (ja) * | 1985-08-22 | 1987-02-27 | Sony Corp | 半導体素子 |
FR2586804B1 (fr) * | 1985-08-30 | 1989-03-31 | Centre Nat Rech Scient | Procede et dispositif de photo-detection rapide a l'aide d'un superreseau |
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 |
-
1992
- 1992-06-08 US US07/894,963 patent/US5410160A/en not_active Expired - Fee Related
-
1993
- 1993-05-26 JP JP5145403A patent/JP2929898B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US5410160A (en) | 1995-04-25 |
JPH06163929A (ja) | 1994-06-10 |
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