JP3324407B2 - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
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Description
グが可能であり、且つスイッチング損失が低い半導体装
置に関する。
断面図であり、図6(イ)のMOSFETはソース・ド
レイン間に電圧が印加された状態で、ゲートに高低の電
圧を繰り返し与えることによりオン・オフを繰り返すも
のである。図6(ロ)は図6(イ)のMOSFETによ
るスイッチ回路の一例である。
ス、CGSはゲート─ソース間容量、CimはCGSのミラー
容量を表す。電圧VSG、内部抵抗RS の電源出力を周波
数fで断続する駆動パルスをゲートに印加する。MOS
FETのスイッチング速度は入力容量Ciss =CGS+C
imを充電する速さで決まり、立ち上がり時間triseは、 trise〜2.2(RS +rG ) ×Ciss (1) で与えられる。
発生する電力損失PL は、 PL =Irms 2 Ron+Ciss VG 2 f (2) 但し、Irms :MOSスイッチ部を流れる平均電流 Ron :MOS部のオン抵抗 VG :ゲート電圧 で与えられる。
チ素子のスイッチング速度を上げる方法は、式(1)に
よれば、rG 、及びCiss を小さくすれば達成できる。
rG を小さくする方法としては、低抵抗なゲート配線・
電極材料の採用により達成できる。
MOSFETのゲート部分のMOSキャパシタの微細化
・小面積化、及び低誘電率材料の採用が挙げられる。し
かしCiss を低減すると、Ciss が蓄える電荷Qinが少
なくなり、充分な反転層が得られない可能性が生ずる。
充分な反転層が得られない場合、Ronが高くなり、式
(2)よれば、電力損失PL は増加する。
する事により増加するが、しかしVGを大きくする事
は、式(2)よれば、電力損失PL は増加する。
の高速化と低損失化とを両立する従来の方法によるC
iss の減少はVG の増加を伴い、Ciss とVG とは相互
に相反するトレードオフ関係にある。本発明は上記の点
にかんがみてなされたものであり、その目的はスイッチ
ング速度の高速化と低損失化とを両立できる半導体装置
を提供することにある。
に本発明においては、1)表面層に第一の第一導電型領
域,第二導電型チャネル形成領域および第二の第一導電
型領域が連続して形成され、該第二導電型チャネル形成
領域表面上に少なくともゲート絶縁膜が形成された半導
体基板と、電界放出部が形成され、前記半導体基板と共
に真空領域を形成する電界放出基板とからなり、前記電
界放出部から放出された電子が前記ゲート絶縁膜に照射
されるように前記ゲート絶縁膜と前記電界放出部とが対
向して形成されたものとする。
出基板が半導体基板からなり、前記電界放出部は前記半
導体基板上に形成されるエミッタ(アノード)と半導体
基板上に絶縁層を介して形成されるアノード(エミッ
タ)とからなり、真空中でアノードに電子を引き出すた
めの電圧を印加して前記エミッタから電子を放出させる
ものとする。さらには、3)この電界放出部から放出さ
れた電子をゲート絶縁膜に引き寄せるために、前記ゲー
ト絶縁膜と電界放出部との間にコレクタを形成する。
4)このコレクタをゲート絶縁膜の上に形成する。
絶縁膜が二重に形成されたものとする。
図である。図1において、半導体基板1は通常の半導体
プロセスで形成する拡散層とゲート絶縁膜を有し、半導
体基板2は電界放出電極(例えば、J.Appl.Ph
ys.Vol.47,No.12,p5248(197
6))を有する。
2に形成された電界放出電極とを相対するように半導体
基板1と半導体基板2を接合することにより、両半導体
基板の間に真空封止領域3を形成する。
り、電界効果トランジスタ(以下FETと記す。)によ
るスイッチング装置を示す。図3は図2の装置における
スイッチングを行う回路図である。図2では、FET4
はn型半導体基板1の表面層にp+ 型のドレイン領域5
およびソース領域6が形成され、ドレイン領域5および
ソース領域6それぞれにAlなどにより電極が形成さ
れ、両領域間の上にSiO2 などの酸化膜によりゲート
絶縁膜7が形成されている。ゲート絶縁膜7の上には電
界放出により放出された電子eを集めるためのコレクタ
8が形成されている。コレクタ8は導電性であればよく
電子eを引き寄せるためプラスの電圧が印加される。
して半導体基板2にモリブデン等によりエミッタ9が形
成され、エミッタ9の先端部の近傍にSiO2 などの絶
縁層10を介してモリブデン膜等によりアノード11が
形成されている。この装置のスイッチングは図3に示し
たSをオンすることにより、エミッタ9とアノード11
との間に電圧VEAが印加され、電界強度の大きいエミッ
タ9の先端部から電子eが放出される。放出された電子
eはゲート絶縁膜7に達し、ゲート絶縁膜7に電荷を蓄
積し、この電荷の蓄積により、ゲート絶縁膜7直下のn
型半導体基板1の表面層にPチャネルが形成されFET
4がオンする。この実施例ではコレクタ8が形成されて
いるため、電圧VECを掛けることによりエミッタ9から
放出された電子eがコレクタ8に引き寄せられ、効率よ
くゲート絶縁膜7に電子eが蓄積される。
への電圧の印加を停止すると、電子eのエッミタ8から
の放出が停止され、ゲート絶縁膜7に蓄積された電荷が
放電され、Pチャネルが消滅しFET4がオフする。こ
の実施例では、コレクタ8がゲート絶縁膜7の上に形成
されているため、電圧VECを掛けると、蓄積された電荷
をコレクタ8を介して放電することができ、ターンオフ
時間を短縮できる。
のためのゲート配線が不要となり、ゲートインピーダン
スrG が無くなる。また、ゲート電圧は、ゲート絶縁膜
7に電子が照射されチャージアップした電圧によるた
め、式(3)に記載のような入力容量Ciss とゲート電
圧VG とのトレードオフ関係が解消されるため入力容量
Ciss を小さくすることができる。
であれば良く、真空封止領域3内をAr,Heなどの雰
囲気とすると装置のオフ時の電荷の放電が効率良く行わ
れ、ターンオフ時間を短くすることができる。図2で示
した構造の半導体装置において、耐電圧600Vで可制
御電流25AのPチャネル型FETを作成し、1MHZ
で駆動した場合のスイッチング損失を従来の装置の場合
と比べたところ、従来の装置に比べてスイッチング損失
を1/10に低減することができた。
り、相補型のFET12,13を示す。FET12は図
2と同じ構成であり、FET13はn型半導体基板1の
表面層にp型ウエル層が形成され、このp型ウエル層に
選択的にn+ 型のドレイン領域15およびソース領域1
6が形成されている。その他の構成はFET4と同じで
ある。
印加した状態では、ゲート絶縁膜7直下の半導体基板1
の表面層にnチャネルが形成されており、オン状態とな
っている。半導体基板2とアノード11との間に電圧を
印加すると、電界強度の大きいエミッタ8の先端部から
電子eが放出される。放出された電子eはゲート絶縁膜
7に達し、ゲート絶縁膜7に電荷を蓄積し、この電荷の
蓄積により、ゲート絶縁膜7直下のn型半導体基板1の
表面層にpチャネルが形成されFET12がオンし、F
ET13はオフする。
圧の印加を停止することにより、電子eのエッミタ9か
らの放出が停止され、絶縁膜7に蓄積された電荷の放電
により、Pチャネルが消えFET12がオフとなり、F
ET13はオンする。図5は、本発明の異なる実施例の
断面図である。図5は図2のゲート絶縁膜7上にゲート
絶縁膜17を形成したものである。このようにゲート絶
縁膜を二重に形成したものでは電界放出された電子eが
主に両ゲート絶縁膜7,17の界面に蓄積され、ゲート
絶縁膜7の劣化を防止することができる。ゲート絶縁膜
17はSi3 N4 により形成するのが好ましい。
縁膜上に電子を照射し、この電子によりゲート絶縁膜に
蓄積する電荷により発生する電圧とする。電子照射によ
りゲート絶縁膜上に発生するゲート電圧は、ゲート絶縁
膜の静電容量と無関係となり、スイッチング損失の低減
とスイッチング速度の高速化とを同時に達成することが
出来る。
が不要となるためここでもスイッチング速度の高速化を
達成することが出来る。更に、スイッチング損失の低減
はスイッチング損失により発生する熱の放熱構造の簡略
化が可能となり、本発明によるMOS構造を有するスイ
ッチング素子を使用する装置は、高周波領域でのスイッ
チングと小型化を実現できる。
図
Claims (5)
- 【請求項1】表面層に第一の第一導電型領域、第二導電
型チャネル形成領域および第二の第一導電型半導体領域
が連続して形成され、該第二導電型チャネル形成領域表
面上にゲート絶縁膜が形成された半導体基板と、電界放
出部が形成され、前記半導体基板と共に真空領域を形成
する電界放出基板とからなり、前記電界放出部から放出
された電子が前記ゲート絶縁膜に照射されるように前記
ゲート絶縁膜と前記電界放出部とが対向して形成され
た、 ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項2】請求項1記載の半導体装置において、前記
電界放出基板が半導体基板からなり、前記電界放出部は
前記半導体基板上に形成されるエミッタ(アノード)と
半導体基板上に絶縁層を介して形成されるアノード(エ
ミッタ)とからなり、真空中でアノードに電子を引き出
すための電圧を印加して前記エミッタから電子を放出さ
せる、 ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項3】請求項2に記載の半導体装置において、前
記ゲート絶縁膜と電界放出部との間に、電界放出部から
放出された電子をゲート絶縁膜に引き寄せるためのコレ
クタが形成された、 ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項4】請求項3に記載の半導体装置において、前
記コレクタが前記ゲート絶縁膜の上に形成された、 ことを特徴とする半導体装置。 - 【請求項5】請求項1〜4のいずれかに記載の半導体装
置において、ゲート絶縁膜が二重に形成された、 ことを特徴とする半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25823996A JP3324407B2 (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | 半導体装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP25823996A JP3324407B2 (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | 半導体装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10107273A JPH10107273A (ja) | 1998-04-24 |
JP3324407B2 true JP3324407B2 (ja) | 2002-09-17 |
Family
ID=17317468
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP25823996A Expired - Fee Related JP3324407B2 (ja) | 1996-09-30 | 1996-09-30 | 半導体装置 |
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JP (1) | JP3324407B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101774480B1 (ko) * | 2011-08-16 | 2017-09-04 | 에레즈 할라미 | 전계 효과 트랜지스터의 비접촉 제어를 위한 방법 및 장치 그리고 두 개의 전자 장치들을 상호연결하는 방법 |
-
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- 1996-09-30 JP JP25823996A patent/JP3324407B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JPH10107273A (ja) | 1998-04-24 |
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