JP3249998B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP3249998B2
JP3249998B2 JP35145892A JP35145892A JP3249998B2 JP 3249998 B2 JP3249998 B2 JP 3249998B2 JP 35145892 A JP35145892 A JP 35145892A JP 35145892 A JP35145892 A JP 35145892A JP 3249998 B2 JP3249998 B2 JP 3249998B2
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semiconductor device
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Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高速で多機能な動作を
行う半導体装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device which performs high-speed and multifunctional operations.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来から、並列計算により超高速に情報
処理を行えるアーキテクチャとして離散時間型セルラー
ニューラルネットワーク(Discrete-Time Cellular Neu
ral Networks)と呼ばれるアーキテクチャが知られてい
る(文献:H.Harrer 他、IEEETrans.Neural Networks,
vol.3, 466, 1992.)。これはセルと呼ばれる情報処理
要素を平面上に並べ、並列に動作させるもので、画像情
報などの二次元情報の高速処理に適している。各々のセ
ルは、下記数1に示すようなアルゴリズムで時間発展を
する。
2. Description of the Related Art Conventionally, a discrete-time cellular neural network (Discrete-Time Cellular Neutral) has been used as an architecture capable of processing information at a very high speed by parallel computation.
ral Networks) is known (literature: H. Harrer et al., IEEE Trans. Neural Networks,
vol.3, 466, 1992.). It arranges information processing elements called cells on a plane and operates them in parallel, and is suitable for high-speed processing of two-dimensional information such as image information. Each cell evolves in time with an algorithm as shown in Equation 1 below.

【0003】[0003]

【数1】 (Equation 1)

【0004】ここでxc(k)はセルcの時刻kにおけ
る内容状態、yc(k)はその出力、icは閾値調整のた
めのパラメータ、udはセルdでの外部入力値であり、
c d,bc dは重み付けのパラメータである。また、Nr
(c)はセルcの近傍を示す。例えば六角格子を考えれ
ば、最も小さい近傍は図7に斜線部分で示すようにな
る。ここで、重み付けの係数や入力はアナログ値である
が、出力はバイナリーである。また、重み付けの係数は
並進対称性を持つ。つまり、全てのセルについて同じ係
数を持つ。重み付けの係数ac d,bc dを適当に選ぶこと
により、エッジ・ディテクション,ノイズ・リムーバ
ル,ディスクリート・コンボリューションなどの各種の
機能が実現できる。
[0004] Here, x c (k) is what the state at time k of the cell c, y c (k) is the output, the parameters for the i c is the threshold adjustment, the external input value with u d the cell d Yes,
a c d, b c d are parameters of the weighting. Also, N r
(C) shows the vicinity of the cell c. For example, in the case of a hexagonal lattice, the smallest neighborhood is indicated by a hatched portion in FIG . Here, the weighting coefficients and inputs are analog values, but the outputs are binary. The weighting coefficient has translation symmetry. That is, all cells have the same coefficient. Coefficients a c d weighting, by choosing b c d appropriate, edge Detection, noise removal, various functions such as discrete convolution can be realized.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このような半導体装置
は、公知の技術を用いて作製することが可能であるが、
1つのセルの機能を実現するだけで多くのトランジスタ
を必要とし、充分な集積化は難しい。例えば前述した参
考文献の例ではCMOSを用いてこれを形成している
が、1つのセルの面積として290μm×275μmを
必要とし、1cm×1cmのチップで概ね30×30程
度のセルしか集積することができない。したがって充分
な分解能力のある実用的な処理は不可能であった。
Although such a semiconductor device can be manufactured by using a known technique,
A large number of transistors are required just to realize the function of one cell, and sufficient integration is difficult. For example, in the example of the above-mentioned reference document, this is formed using CMOS. However, one cell requires 290 μm × 275 μm, and a chip of 1 cm × 1 cm only integrates about 30 × 30 cells. Can not. Therefore, a practical treatment with sufficient decomposition ability was impossible.

【0006】したがって本発明は、前述した従来の課題
を解決するためになされたものであり、その目的は、高
速で充分な分解能力が得られる半導体装置を提供するこ
とにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of obtaining a high-speed and sufficient decomposition capability.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明は、N型の負性抵抗特性を示す素子を直
列接続した回路の単安定−双安定転移を用いた論理ゲー
トによりセルを構成するものである。
In order to achieve the above object, the present invention provides a logic gate using a monostable-bistable transition of a circuit in which elements exhibiting N-type negative resistance characteristics are connected in series. It constitutes a cell.

【0008】[0008]

【作用】本発明においては、単安定−双安定転移を用い
た論理ゲートによりセルを構成することによって面積の
極めて小さいセルが実現可能となり、充分多くのセルが
集積可能となる。
In the present invention, a cell having an extremely small area can be realized by forming a cell by a logic gate using a monostable-bistable transition, and a sufficiently large number of cells can be integrated.

【0009】[0009]

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。 (実施例1)図1は、本発明による半導体装置の一実施
例による基本構造を説明する図であり、この実施例で
は、N型の負性抵抗特性を示す電流可変負性抵抗素子を
2個直列に接続した単安定−双安定論理ゲートを用い
る。この論理ゲートは、図1に示すように電流制御を行
う例えば入力端子I1〜I5を有する第1の電流可変負性
抵抗素子D1 と、同様に例えば入力端子I6〜I9を有す
る第2の電流可変負性抵抗素子D2 とを直列に接続し、
その接続点を出力端子Oとし、この直列回路に駆動電圧
biasが印加される構成となっている。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. (Embodiment 1) FIG. 1 is a view for explaining a basic structure of an embodiment of a semiconductor device according to the present invention. In this embodiment, a current variable negative resistance element exhibiting an N-type negative resistance characteristic is formed by two. A monostable-bistable logic gate connected in series is used. The logic gate includes a first current variable negative resistance element D 1 having an input terminal I 1 ~I 5 example of performing current control as shown in FIG. 1, as well as for example the input terminal I 6 ~I 9 A second current variable negative resistance element D 2 is connected in series;
The connection point is an output terminal O, and the drive voltage V bias is applied to this series circuit.

【0010】このように構成された論理ゲートは、第1
の電流可変負性抵抗素子D1 と第2の電流可変負性抵抗
素子D2 との電流量を比較し、第1の電流可変負性抵抗
素子D1 側が大きいとき、高い電圧VH を出力し、第2
の電流可変負性抵抗素子D2の電流量が大きいとき、低
い電圧VL を出力する。ここで電圧VH を論理値「1」
に、電圧VL を論理値「−1」にそれぞれマッピングす
る。このとき、第1の電流可変負性抵抗素子D1 への入
力は重み付けが正の場合に、第2の電流可変負性抵抗素
子D2 への入力は重み付けが負の場合にそれぞれ対応さ
せることができる。
[0010] The logic gate thus configured has a first
Compares the current variable negative resistance device D 1 of the current amount of the second current variable negative resistance element D 2, when the first current variable negative resistance element D 1 side is larger, outputs a high voltage V H And the second
When the current amount of the current variable negative resistance element D 2 is larger, it outputs a low voltage V L. Here, the voltage V H is set to the logical value “1”.
And the voltage V L is mapped to the logical value “−1”. At this time, the input to the first current variable negative resistance element D 1 corresponds to the case where the weight is positive, and the input to the second current variable negative resistance element D 2 corresponds to the case where the weight is negative. Can be.

【0011】また、重み付けの大きさは、ゲート幅に比
例するので、これを各入力について変えることによって
アナログ的な重み付けを実現することができる。ただ
し、第1の電流可変負性抵抗素子D1 ではスイッチング
時のエミッタ(ソース)電位が高くなっているため、重
み付けの比例定数は正と負とで変える必要がある。要す
るにピーク電流の変化量が重みに比例するように決めれ
ば良い。
Since the magnitude of the weighting is proportional to the gate width, an analog weighting can be realized by changing this for each input. However, since the first current variable negative resistance element D 1 in the emitter at the time of switching (source) potential is high, the proportionality constant of the weighting must be changed between positive and negative. In short, it suffices to determine the amount of change in the peak current so as to be proportional to the weight.

【0012】このような構造の論理ゲートにより、1つ
のセルを構成する。ここで、セルの時間発展には出力を
自分自身にフィードバックする必要があるため、図2に
示すように1つのセルCを2つの論理ゲートGA と論理
ゲートGB とによって構成する。論理ゲートGA の入力
には同じセルおよびその近傍のセルの論理ゲートGB
出力を接続し、論理ゲートGB の入力には同じセルの論
理ゲートGA の出力を接続する。このとき、図3
(a),(b)に示すような駆動電圧Vbiasをそれぞれ
の論理ゲートGA および論理ゲートGB に印加すれば、
情報の流れは図2(a),(b)のようになり、2つの
位相によって前述したアルゴリズムを表現できる。この
場合、論理ゲートGA および論理ゲートGB には、勿
論、外部からの入力ud および閾値調整パラメータic
はコンスタントに与えられるようにする。
One cell is constituted by the logic gate having such a structure. Here, since the time evolution of the cell it is necessary to feed back the output to itself, constituted by one cell C as shown in FIG. 2 and two logic gates G A logic gate G B. Connect the output of the logic gate G B of the logic gate G A same cell and its neighboring cell to the input of, to the input of the logic gate G B connects the output of the logic gate G A of the same cell. At this time, FIG.
(A), by applying a driving voltage V bias as shown in (b) to each of the logic gates G A and logic gates G B,
The flow of information is as shown in FIGS. 2A and 2B, and the above-described algorithm can be expressed by two phases. In this case, the logic gate G A and logic gates G B, of course, the input u d and the threshold adjustment parameter i c from the outside
To be given constantly.

【0013】このような構成によれば、極めて少数の電
流可変負性抵抗素子で1つのセルを実現できるため、セ
ル面積は従来の1/100以下と極めて小さくできる。
したがって多くのセルを集積することが可能であり、従
来困難であった大規模なデータを高速に処理することが
できる。また、この実施例では、単安定−双安定転移を
利用した論理ゲートを用いているため、ファンアウトが
多くてもスピードが劣化しない特長が得られる。したが
ってファンアウトが多い応用では従来に比較して極めて
高速な動作が可能である。なお、この実施例では六角格
子配列を例として説明したが、これは他の配列、例えば
矩形格子でも良いことは勿論である。
According to such a configuration, since one cell can be realized with a very small number of current variable negative resistance elements, the cell area can be extremely reduced to 1/100 or less of the conventional one.
Therefore, many cells can be integrated, and large-scale data, which has been difficult in the past, can be processed at high speed. Further, in this embodiment, since a logic gate utilizing a monostable-bistable transition is used, a feature that the speed is not deteriorated even if the fanout is large can be obtained. Therefore, in an application with many fan-outs, an extremely high-speed operation can be performed as compared with the related art. In this embodiment, the hexagonal lattice arrangement has been described as an example, but it goes without saying that this arrangement may be another arrangement, for example, a rectangular lattice.

【0014】図4は、図1で説明した単安定−双安定論
理ゲートの構成の一例を説明する図であり、この図4で
は、2個直列接続されて単安定−双安定論理ゲートを構
成する電流可変負性抵抗素子の1つとして共鳴トンネル
ダイオードに接合ゲートを設けた素子を示したものであ
る。以下、この素子の構成について断面図を用いて説明
する。図4において、11は半絶縁性GaAs基板、1
2は例えば2×1018cm-3のSiをドープした厚さ6
000Åのn+ −GaAsバッファ層、13は例えば5
×1017cm-3のSiをドープした厚さ500Åのn-
−GaAsからなるエミッタ層、14は厚さが例えば5
0ÅのアンドープAlAsからなる第1のバリア層、1
5は例えば厚さ50ÅのアンドープGaAsからなる井
戸層、16は同じく厚さ50ÅのアンドープAlAsか
らなる第2のバリア層である。
FIG. 4 is a diagram for explaining an example of the configuration of the monostable-bistable logic gate described in FIG. 1. In FIG. 4, two monostable-bistable logic gates are connected in series to form a monostable-bistable logic gate. 1 shows an element in which a junction gate is provided in a resonant tunnel diode as one of the variable current negative resistance elements. Hereinafter, the configuration of this element will be described with reference to cross-sectional views. In FIG. 4, reference numeral 11 denotes a semi-insulating GaAs substrate,
2 has a thickness of 6 doped with, for example, 2 × 10 18 cm −3 of Si.
000 ° n + -GaAs buffer layer, 13 is, for example, 5
× 10 17 cm −3 Si-doped 500 ° thick n
An emitter layer 14 made of GaAs;
A first barrier layer made of 0 ° undoped AlAs, 1
Reference numeral 5 denotes a well layer made of undoped GaAs having a thickness of 50 °, for example, and reference numeral 16 denotes a second barrier layer made of undoped AlAs also having a thickness of 50 °.

【0015】また、17は例えば5×1017cm-3のS
iをドープした厚さ500Åのn−GaAsからなる
レクタ層、18は例えば2×1018cm-3のSiをドー
プした厚さ3000Åのn+ −GaAsからなるコレク
タコンタクト層である。結晶成長は、例えば分子線エピ
タキシー法で行い、成長後、メサエッチングを行い、図
4のような共鳴トンネルダイオードを形成する。
Further, 17 is, for example, 5 × 10 17 cm -3 S
call i made from n-GaAs with a thickness of 500Å doped
The collector layer 18 is a collector contact layer made of, for example, 3000 nm thick n + -GaAs doped with 2 × 10 18 cm −3 of Si. The crystal is grown by, for example, a molecular beam epitaxy method, and after the growth, mesa etching is performed to form a resonant tunnel diode as shown in FIG.

【0016】また、19はコレクタ電極、20は例えば
AuGe/Niの蒸着及び合金化によって形成したエミ
ッタ電極、21は例えばNi/Zn/Au/Ti/Au
を(それぞれ厚さ50Å/160Å/1000Å/10
00Å/1000Å)に蒸着して400℃で合金化した
制御電極であり、22はこの制御電極21から拡散した
Znがつくるp+領域、23は例えばH+をイオン注入す
ることによって作製した高抵抗層である。なお、制御電
極21は1つだけでなく、複数個設けることができる。
また、ダイオードとの接触部の大きさは各々の電極で変
えることも可能である。
[0016] 19 collector electrode, Emi 20 formed by deposition and alloying of for example AuGe / Ni
The electrode 21 is, for example, Ni / Zn / Au / Ti / Au
(50 そ れ ぞ れ / 160Å / 1000Å / 10 respectively)
00 ° / 1000 °) and a control electrode 22 alloyed at 400 ° C., 22 is a p + region formed by Zn diffused from the control electrode 21, and 23 is a high resistance formed by ion implantation of, for example, H +. Layer. In addition, not only one control electrode 21 but a plurality of control electrodes 21 can be provided.
Further, the size of the contact portion with the diode can be changed for each electrode.

【0017】このように構成される共鳴トンネルダイオ
ードは、その面積がpn接合の空乏層の伸びによって決
まるため、制御電極21に印加した電圧によってエミッ
タ・コレクタ間を流れる電流を制御することが可能であ
る。このような共鳴トンネルダイオードの2個を直列に
接続し、その接続点を出力端子とし、両端に駆動電圧V
biasを印加させ、制御電極21に印加させると、流れる
電流は両者の和であるため、制御電極21に印加する電
圧によってピーク電流を変化させることができる。した
がって単安定−双安定転移を用いた論理動作が可能とな
る。
Since the area of the resonant tunnel diode thus configured is determined by the extension of the depletion layer of the pn junction, the current flowing between the emitter and the collector can be controlled by the voltage applied to the control electrode 21. is there. Two such resonant tunneling diodes are connected in series, and the connection point is used as an output terminal.
When a bias is applied and applied to the control electrode 21, the peak current can be changed by the voltage applied to the control electrode 21 because the flowing current is the sum of the two. Therefore, a logic operation using the monostable-bistable transition can be performed.

【0018】また、共鳴トンネルダイオードに接合ゲー
トを設けた素子として図4の構造においてエミッタ層
3からコレクタ層17までの各側面に制御電極21をシ
ョットキー接合して制御電極21を形成した素子を用い
ても同様の効果が得られる。
In the structure shown in FIG. 4, the emitter layer 1 is provided as a device having a junction gate provided in a resonant tunneling diode.
The same effect can be obtained by using an element in which the control electrode 21 is formed by Schottky bonding the control electrode 21 to each side surface from 3 to the collector layer 17.

【0019】図5は、図1で説明した単安定−双安定論
理ゲートの構成の他の例を説明する図であり、この図5
では、2個直列接続されて単安定−双安定論理ゲートを
構成する電流可変負性抵抗素子の1つとして共鳴トンネ
ルダイオードと電界効果トランジスタとを組み合わせた
半導体論理回路を用いるものである。この半導体論理回
路は、図5に示すように共鳴トンネルダイオードDにそ
れぞれ重み付けの異なる入力を印加する入力端子I1
2,・・・In-1,In を有する複数の電界効果トランジ
スタT1,T2,・・・Tn-1,Tnが並列接続されて構成さ
れている。
FIG. 5 is a diagram for explaining another example of the configuration of the monostable-bistable logic gate described with reference to FIG.
Uses a semiconductor logic circuit in which a resonant tunneling diode and a field effect transistor are combined as one of the current variable negative resistance elements constituting two monostable-bistable logic gates connected in series. As shown in FIG. 5, the semiconductor logic circuit includes input terminals I 1 ,
I 2, ··· I n-1 , a plurality of field effect with I n transistors T 1, T 2, ··· T n-1, T n is configured by parallel connection.

【0020】このような構成においては、正負を含めた
複数入力の重み付き和に対する閾値論理動作を行うこと
ができる。この重み付けは、電界効果トランジスタ
1,T2,・・・Tn-1,Tnのゲート幅に比例して変化す
る。したがって多機能動作が実現可能となる。
In such a configuration, a threshold logic operation can be performed on a weighted sum of a plurality of inputs including positive and negative. This weight changes in proportion to the gate width of the field effect transistors T 1 , T 2 ,..., T n−1 , T n . Therefore, multi-functional operation can be realized.

【0021】(実施例2)図6は、本発明による半導体
装置の他の実施例を説明する図であり、この実施例で
は、セルを構成する論理ゲートの1つを示したものであ
る。この図には簡単のため、1つの入力(近傍セルから
の入力)のみを示した。この論理ゲートは、図6に示す
ように電流を可変する電流可変負性抵抗素子を2個直列
に接続した単安定−双安定論理ゲートを用いるとともに
第1の電流可変負性抵抗素子D1 ,第2の電流可変負性
抵抗素子D2 にはそれぞれスイッチング回路Ta,Tb
接続されて構成されている。
(Embodiment 2) FIG. 6 is a diagram for explaining another embodiment of the semiconductor device according to the present invention. In this embodiment, one of the logic gates constituting a cell is shown. In this figure, for simplicity, only one input (input from a neighboring cell) is shown. As the logic gate, as shown in FIG. 6, a monostable-bistable logic gate in which two current-variable negative resistance elements for varying current are connected in series and a first current-variable negative resistance element D 1 , second current variable negative resistance element respectively in D 2 switching circuit T a, T b is configured by connecting.

【0022】このような構成においては、実施例1の固
定重み付けに対して重み付けを変えることができ、多く
の用途に用いることができる。この実施例においては、
実施例1と異なり、ゲート幅は全て同一とする。したが
って重み付けは、ゲート幅による相互コンダクタンスの
違いではなく、論理ゲートに印加する電圧の違いによる
ものとする。この電圧は、外部から与え、スイッチング
回路Ta,Tbを通してそれぞれ入力端子I1,I6に入力
される。ここで、他の論理ゲートからの入力によってス
イッチング回路Ta,Tbをオン/オフすることによって
可変重み付けを実現している。
In such a configuration, the weighting can be changed from the fixed weighting of the first embodiment, and can be used for many purposes. In this example,
Unlike the first embodiment, the gate widths are all the same. Therefore, the weighting is based not on the difference in transconductance due to the gate width but on the difference in voltage applied to the logic gate. This voltage is applied from the outside, the switching circuit T a, are respectively input to the input terminal I 1, I 6 through T b. Here, variable weighting is realized by turning on / off the switching circuits T a and T b by an input from another logic gate.

【0023】このような構成においては、実施例1とは
異なり、電圧VH を論理値「0」に、電圧VL を論理値
「1」にそれぞれ対応させることにする。ここでは簡単
のため論理値を「0,1」としたが、重み係数と閾値パ
ラメータとを変換することにより、論理値「−1,1」
の場合と同様に動作できる。この重み係数の正負は次の
ように実現できる。
In such a configuration, unlike the first embodiment, the voltage VH corresponds to the logical value "0" and the voltage VL corresponds to the logical value "1". Here, the logical value is “0, 1” for simplicity, but the logical value “−1, 1” is obtained by converting the weight coefficient and the threshold parameter.
The operation can be performed in the same manner as in the case of. The sign of the weight coefficient can be realized as follows.

【0024】ここで、重み付けが正の時は、電圧VW-
0Vとし、電圧VW+に重みに応じた電圧を加え、重みが
負の時はその逆にする。このようにすると、入力が論理
値「1」のときは論理ゲートへは電圧VW-あるいは電圧
W+が入力され、入力が論理値「0」のときは論理ゲー
トへかかる入力電圧は0Vとなる。また、電圧VW-,電
圧VW+はそれぞれ接地側,駆動電圧側に接続されている
ため、論理的に正,負の意味を持つ。したがって正負付
きの重み付けを行うことができる。ここで注意しておき
たい点は、この半導体装置の重み付けは全てのセルで同
じであるため、外部から供給する電圧はセル数によら
ず、近傍セルの数だけで良いことである。したがって六
角格子で7本、矩形格子で9本の外部電圧で良い。
Here, when the weighting is positive, the voltage V W− =
The voltage is set to 0 V, a voltage corresponding to the weight is added to the voltage V W + , and the reverse is performed when the weight is negative. In this case, when the input is at the logical value “1”, the voltage V W− or V W + is input to the logical gate, and when the input is at the logical value “0”, the input voltage applied to the logical gate is 0V. Become. Further, since the voltage V W− and the voltage V W + are connected to the ground side and the drive voltage side, respectively, they have logically positive and negative meanings. Therefore, positive and negative weighting can be performed. It should be noted here that the weight of the semiconductor device is the same for all cells, so that the voltage supplied from outside need only be the number of neighboring cells, regardless of the number of cells. Therefore, seven external voltages may be used for the hexagonal lattice and nine external voltages may be used for the rectangular lattice.

【0025】なお、この半導体装置を駆動するための駆
動電圧Vbiasは、実施例1と同じである。また、外部入
力ud および閾値調整パラメータic については、時間
依存性がないため、各セルのゲート、例えば入力端子I
4 に直接与えておけば良い。
The driving voltage V bias for driving the semiconductor device is the same as in the first embodiment. Also, the external input u d and the threshold adjustment parameter i c, because no time-dependent, the gate of each cell, for example, the input terminal I
You can give it directly to 4 .

【0026】このような構成においても、1つのセルは
2つの単安定−双安定論理ゲートと近傍セル数の2倍の
トランジスタおよび抵抗とで構成できるので、従来と比
較すれば、約1/10以下と充分に小さいセルが実現で
き、高集積化が可能である。
Even in such a configuration, one cell can be composed of two monostable-bistable logic gates and transistors and resistors twice as many as the number of neighboring cells. A sufficiently small cell as follows can be realized, and high integration can be achieved.

【0027】なお、前述した実施例においては、スイッ
チング回路をE/R構成のインバータで構成し、電圧V
Hを論理値「0」に、電圧VLを論理値「1」にそれぞれ
対応させたが、本発明はこれに限定されるものではな
く、他の対応またはスイッチング回路でも良い。要する
に重み係数にしたがった外部電圧を他の単安定−双安定
論理ゲートの出力でオン/オフできれば良い。例えばp
型のFETと、n型FETとを用いれば、電圧VH,電
圧VLをそれぞれ論理値「1,−1」に対応させること
も可能である。
In the above-described embodiment, the switching circuit is constituted by an inverter having an E / R configuration, and the voltage V
Although H corresponds to the logical value “0” and the voltage VL corresponds to the logical value “1”, the present invention is not limited to this, and other correspondences or switching circuits may be used. In short, it is only necessary that the external voltage according to the weight coefficient can be turned on / off by the output of another monostable-bistable logic gate. For example, p
If the FET of the type and the n-type FET are used, it is possible to make the voltage VH and the voltage VL correspond to the logical values "1, -1", respectively.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
N型の負性抵抗特性を示す素子を直列接続した回路の単
安定−双安定転移を用いた論理ゲートによりセルを構成
したことによって面積の極めて小さいセルが実現可能と
なり、充分多くのセルが集積可能となるので、高速で充
分なセル数を有する半導体装置が容易に得られるなどの
極めて優れた効果を有する。
As described above, according to the present invention,
A cell having an extremely small area can be realized by forming a cell by a logic gate using a monostable-bistable transition of a circuit in which elements exhibiting N-type negative resistance characteristics are connected in series, and a sufficiently large number of cells can be integrated. As a result, the present invention has an extremely excellent effect that a semiconductor device having a sufficient number of cells at a high speed can be easily obtained.

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

【図1】本発明による半導体装置の一実施例を説明する
ためのセルを構成する論理ゲートとしての単安定−双安
定論理素子を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a monostable-bistable logic element as a logic gate constituting a cell for explaining an embodiment of a semiconductor device according to the present invention.

【図2】本発明による半導体装置の情報の流れを示す図
である。
FIG. 2 is a diagram showing a flow of information in a semiconductor device according to the present invention.

【図3】本発明による半導体装置に係わる論理ゲートを
駆動させる駆動電圧を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a driving voltage for driving a logic gate according to the semiconductor device according to the present invention.

【図4】本発明による半導体装置に係わる論理ゲートを
構成する電流可変負性抵抗素子を示す断面図である。
FIG. 4 is a sectional view showing a current variable negative resistance element constituting a logic gate according to the semiconductor device according to the present invention;

【図5】本発明による半導体装置に係わる論理ゲートの
他の実施例を示す電流可変負性抵抗回路図である。
FIG. 5 is a current variable negative resistance circuit diagram showing another embodiment of the logic gate according to the semiconductor device according to the present invention.

【図6】本発明による半導体装置の他の実施例を説明す
るためのセルを構成する論理ゲートを示す回路図であ
る。
FIG. 6 is a circuit diagram showing a logic gate forming a cell for explaining another embodiment of the semiconductor device according to the present invention.

【図7】離散時間型セルラーニューラルネットワークの
セル配置と近傍(六角格子)のを示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a cell arrangement and a neighborhood (hexagonal lattice) of a discrete-time cellular neural network.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 負性抵抗素子 11 半絶縁性GaAs基板 12 n+−GaAsのバッファ層 13 n-−GaAsのエミッタ層 14 i−AlAsのバリア層 15 i−GaAsの井戸層 16 i−AlAsのバリア層 17 n−GaAsのコレクタ層 18 n+−GaAsのコレクタコンタクト層 19 コレクタ電極 20 エミッタ電極 21 制御電極 22 p+層 23 高抵抗層 I 入力端子 I1〜I9 入力端子 O 出力端子 T1〜Tn 電界効果トランジスタ D1〜D2 第1の電流可変負性抵抗素子 Ta〜Tb スイッチング回路 R1〜R2 抵抗REFERENCE SIGNS LIST 10 negative resistance element 11 semi-insulating GaAs substrate 12 n + -GaAs buffer layer 13 n -GaAs emitter layer 14 i-AlAs barrier layer 15 i-GaAs well layer 16 i-AlAs barrier layer 17 n −GaAs collector layer 18 n + −GaAs collector contact layer 19 collector electrode 20 emitter electrode 21 control electrode 22 p + layer 23 high resistance layer I input terminal I 1 to I 9 input terminal O output terminal T 1 to T n electric field effect transistor D 1 to D 2 first current variable negative resistance element T a through T b switching circuit R 1 to R 2 resistor

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 N型の負性抵抗特性を有し、そのピーク
電流を変調する少なくとも1つの入力端子を有する素子
または回路を2個直列に接続して直列体を構成し、この
直列体の両端にピーク電圧を加えた電圧値を挟んで上下
に変化させて駆動する論理ゲートを複数有し、各々論理
ゲートは隣接する論理ゲートの出力の1つを入力とし、
隣接する論理ゲートに出力する構成となっていることを
特徴とする半導体装置。
An element or a circuit having an N-type negative resistance characteristic and having at least one input terminal for modulating its peak current is connected in series to form a series body. It has a plurality of logic gates that are driven up and down with a voltage value obtained by adding a peak voltage to both ends, and each logic gate has one of the outputs of an adjacent logic gate as an input,
A semiconductor device having a configuration for outputting to an adjacent logic gate.
【請求項2】 請求項1において、前記論理ゲートを第
1の論理ゲートと第2の論理ゲートとして1つのセルを
構成し、第1の論理ゲートの入力端子にはそのセルおよ
びその近傍のセルの第2の論理ゲートの出力を接続し、
第2の論理ゲートに入力端子にはそのセルおよびその近
傍の第1の論理ゲートの出力を接続し、これら第1の論
理ゲートおよび第2の論理ゲートをネットワーク状に接
続し、これら第1の論理ゲートと第2の論理ゲートとを
交互に駆動することを特徴とする半導体装置。
2. The cell according to claim 1, wherein the logic gate comprises a first logic gate and a second logic gate to form one cell, and the input terminal of the first logic gate includes the cell and its neighboring cells. The output of the second logic gate of
The input terminal is connected to the input terminal of the second logic gate and the output of the first logic gate in the vicinity of the cell, and the first logic gate and the second logic gate are connected in a network. A semiconductor device, wherein a logic gate and a second logic gate are alternately driven.
【請求項3】 請求項1または請求項2において、N型
の負性抵抗特性を有し、そのピーク電流を変調する少な
くとも1つの入力端子を有する素子として準束縛状態へ
の共鳴を利用した共鳴トンネルダイオードに接合型また
はショットキー型のゲートを設けた素子を用いることを
特徴とする半導体装置。
3. The resonance according to claim 1, wherein the element having N-type negative resistance characteristics and having at least one input terminal for modulating its peak current uses resonance to a quasi-bound state. A semiconductor device using an element provided with a junction-type or Schottky-type gate in a tunnel diode.
【請求項4】 請求項1または請求項2において、N型
の負性抵抗特性を有し、そのピーク電流を変調する少な
くとも1つの入力端子を有する回路として準束縛状態へ
の共鳴を利用した共鳴トンネルダイオードと並列に電界
効果型トランジスタを接続した回路を用いることを特徴
とする半導体装置。
4. A resonance circuit according to claim 1, wherein said circuit having N-type negative resistance characteristics and having at least one input terminal for modulating its peak current uses resonance to a quasi-bound state. A semiconductor device using a circuit in which a field effect transistor is connected in parallel with a tunnel diode.
【請求項5】 請求項1,請求項2,請求項3または請
求項4において、ゲート幅を変えることにより、入力値
に重み付けを行うことを特徴とする半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein an input value is weighted by changing a gate width.
【請求項6】 請求項1,請求項2,請求項3または請
求項4において、N型の負性抵抗特性を有し、そのピー
ク電流を変調する少なくとも1つの入力端子を有する素
子または回路のゲートにスイッチング回路を接続し、こ
のスイッチング回路を第3の論理ゲートからの出力でス
イッチングすることを特徴とする半導体装置。
6. An element or circuit according to claim 1, wherein said element or circuit has an N-type negative resistance characteristic and has at least one input terminal for modulating its peak current. A semiconductor device, wherein a switching circuit is connected to a gate, and the switching circuit is switched by an output from a third logic gate.
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