JP2929898B2 - バンド間トンネル電界効果トランジスタ - Google Patents
バンド間トンネル電界効果トランジスタInfo
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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
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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。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US894963 | 1986-08-08 | ||
| US07/894,963 US5410160A (en) | 1992-06-08 | 1992-06-08 | Interband tunneling field effect transistor |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06163929A JPH06163929A (ja) | 1994-06-10 |
| JP2929898B2 true JP2929898B2 (ja) | 1999-08-03 |
Family
ID=25403747
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 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5410160A (ja) |
| JP (1) | JP2929898B2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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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 |
Family Cites Families (11)
| 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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