JP3438117B2 - Dielectric-based transistor and method of manufacturing the same - Google Patents
Dielectric-based transistor and method of manufacturing the sameInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、動作電圧を低減させる
ことが可能な誘電体ベース・トランジスタ及びその製造
方法に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a dielectric base transistor capable of reducing operating voltage and its manufacture.
Regarding the method .
【０００２】現在、酸化物超伝導体をはじめ、様々な機
能性酸化物を用いたエレクトロニクスが展開されようと
している。Currently, electronics using various functional oxides such as oxide superconductors are being developed.
【０００３】この分野は、今までは、エレクトロニクス
の中心的存在であるＳｉでは実現困難な種々なエレクト
ロニクス分野を開拓できる可能性があるので、その中心
的存在となるべく、様々な素子が提案されている。[0003] In this field, there is a possibility to develop various electronic fields that are difficult to realize with Si, which has been the center of electronics until now, so various devices have been proposed to become the center of the field. There is.
【０００４】そのような素子の一つとして誘電体ベース
・トランジスタが挙げられているのであるが、実用化す
る為には、更に性能を向上させなければならず、本発明
は、それに応える手段の一つを提供している。A dielectric base transistor is mentioned as one of such elements. However, in order to put it into practical use, the performance must be further improved, and the present invention is a means for responding to it. Offering one.
【０００５】[0005]
【従来の技術】図７は従来の技術を解説する為の誘電体
ベース・トランジスタを表す要部説明図であり、（Ａ）
は要部切断側面、（Ｂ）はエネルギ・バンド・ダイヤグ
ラムである。2. Description of the Related Art FIG. 7 is an explanatory view of a main part of a dielectric base transistor for explaining the conventional technique.
Is a cut side surface of a main part, and (B) is an energy band diagram.
【０００６】図に於いて、１は高誘電率ベース層、２は
電子がトンネリングできる程度に薄い低誘電率バリヤ
層、３はエミッタ電極、４はコレクタ電極、５はベース
電極、６は電子流の経路をそれぞれ示している。尚、
（Ｂ）は電子流の経路６に沿ったエネルギ・バンド・ダ
イヤグラムであって、簡明にする為、伝導帯の底のみを
表している。In the figure, 1 is a high dielectric constant base layer, 2 is a low dielectric constant barrier layer thin enough to allow electrons to tunnel, 3 is an emitter electrode, 4 is a collector electrode, 5 is a base electrode, and 6 is an electron flow. The respective routes are shown. still,
(B) is an energy band diagram along the path 6 of the electron flow, showing only the bottom of the conduction band for simplicity.
【０００７】従来の誘電体ベース・トランジスタでは、
チャネルが生成される高誘電率ベース層１のエネルギ・
バンドの制御、即ち、伝導帯の底のレベルを低下させる
為、不純物のドーピングを行っている。In conventional dielectric-based transistors,
The energy of the high dielectric constant base layer 1 in which the channel is generated
Impurity doping is performed in order to control the band, that is, lower the level of the bottom of the conduction band.
【０００８】[0008]
【発明が解決しようとする課題】前記従来の誘電体ベー
ス・トランジスタに於いて、高誘電率ベース層１に不純
物をドーピングしても、実際には、有効なキャリヤの注
入は実現できなかった。In the above-mentioned conventional dielectric base transistor, even if the high dielectric constant base layer 1 is doped with impurities, in reality, effective carrier injection cannot be realized.
【０００９】通常、高誘電率ベース層１にドーピングす
る不純物としてＮｂが知られているが、誘電体ベース・
トランジスタは、その製造工程中に高温の熱処理を必要
とする為、Ｎｂが酸化されてしまい、キャリヤとしての
作用を失ってしまうことが判った。Normally, Nb is known as an impurity for doping the high dielectric constant base layer 1.
It was found that the transistor requires high-temperature heat treatment during its manufacturing process, so that Nb is oxidized and loses its function as a carrier.
【００１０】このように、従来の技術では、ベース層に
於ける伝導帯の底のレベルを低下させることができず、
従って、誘電体ベース・トランジスタを動作させるに
は、高い電圧を印加することが必要であり、実用上から
は問題があった。As described above, the conventional technique cannot lower the level of the bottom of the conduction band in the base layer,
Therefore, in order to operate the dielectric base transistor, it is necessary to apply a high voltage, which is a practical problem.
【００１１】本発明は、チャネル層に於ける伝導帯の底
のレベルを、従来の誘電体ベース・トランジスタでチャ
ネルとして利用していたベース層に比較し、十分に低く
なるようにして、動作電圧が低くても、良好に動作させ
ることを可能にすると共にトランジスタ特性を向上しよ
うとする。According to the present invention, the level of the bottom of the conduction band in the channel layer is set to be sufficiently lower than that of the base layer used as the channel in the conventional dielectric base transistor so that the operating voltage becomes lower. Even if it is low, it is possible to operate well and to improve the transistor characteristics.
【００１２】[0012]
【課題を解決するための手段】図１は本発明の原理を解
説する為の説明図であり、（Ａ）は誘電体ベース・トラ
ンジスタの要部切断側面、（Ｂ）は電子流の経路に沿っ
たエネルギ・バンド・ダイヤグラムである。FIG. 1 is an explanatory view for explaining the principle of the present invention. (A) is a side surface of a dielectric base transistor for cutting an essential part, and (B) is an electron flow path. 2 is an energy band diagram along.
【００１３】図に於いて、１１は高誘電率ベース層、１
２は低誘電率バリヤ層、１３はエミッタ電極、１４はコ
レクタ電極、１５はベース電極、１６はチャネル層、Ｌ
G は電極１３と１４間の距離、ＬE は電極１３の長さ、
ＬC は電極１４の長さ、ＥPは従来のチャネルに於ける
レベルをそれぞれ示している。In the figure, 11 is a high dielectric constant base layer, 1
2 is a low dielectric constant barrier layer, 13 is an emitter electrode, 14 is a collector electrode, 15 is a base electrode, 16 is a channel layer, L
G is the distance between the electrodes 13 and 14, L E is the length of the electrode 13,
L C represents the length of the electrode 14, and E P represents the level in the conventional channel.
【００１４】図１（Ａ）に見られるチャネル層１６は、
高誘電率ベース層１１上に低誘電率バリヤ層１２を成長
させる過程に於いて、相互拡散に依って生成されるもの
であり、高誘電率ベース層１１及び低誘電率バリヤ層１
２の何れとも組成や結晶構造を異にするものであって、
図１（Ｂ）から判るように、伝導帯の底が高誘電率ベー
ス層１１に於けるそれよりも低く、しかも、連続的にな
る。The channel layer 16 seen in FIG. 1A is
It is generated by mutual diffusion in the process of growing the low dielectric constant barrier layer 12 on the high dielectric constant base layer 11, and the high dielectric constant base layer 11 and the low dielectric constant barrier layer 1 are formed.
Both have different compositions and crystal structures,
As can be seen from FIG. 1B, the bottom of the conduction band is lower than that in the high dielectric constant base layer 11 and is continuous.
【００１５】具体的には、高誘電率ベース層１１の材料
にＳｉＴｉＯ3 を用い、その上に低誘電率バリヤ層１２
として（Ｍｇ，Ｔｉ）Ｏx を基板温度（即ちベース層温
度）を６５０〔℃〕以上にして成長させた場合、Ｔｉの
含有量が、Ｍｇが１に対して０．５以下の場合、（Ｍ
ｇ，Ｔｉ）Ｏx はＭｇＯとして結晶化しようとする為、
Ｔｉが析出し、そのＴｉがＳｉＴｉＯ3 との界面に拡散
してチャネル層１６が生成されるのである。Specifically, SiTiO 3 is used as the material of the high dielectric constant base layer 11, and the low dielectric constant barrier layer 12 is formed on top of it.
When (Mg, Ti) O x is grown at a substrate temperature (that is, a base layer temperature) of 650 [° C.] or higher, when the content of Ti is 0.5 or less relative to 1 of Mg, ( M
g, Ti) O x tries to crystallize as MgO,
The Ti is deposited, and the Ti diffuses into the interface with SiTiO 3 to form the channel layer 16.
【００１６】また、高誘電率ベース層１１の材料にＳｉ
ＴｉＯ3 を用い、その上に低誘電率バリヤ層１２として
ＬａＴｉＯx を基板温度を８００〔℃〕以上にして成長
させた場合、ＳｒＴｉＯ3 に於けるＳｒ（２価）サイト
にＬａ（３価）に依る置換が起こり、キャリヤが生成さ
れるのである。Further, as the material of the high dielectric constant base layer 11, Si is used.
When TiO 3 is used and LaTiO x is grown thereon as the low dielectric constant barrier layer 12 at a substrate temperature of 800 [° C.] or higher, La (trivalent) is present at Sr (divalent) sites in SrTiO 3. The substitution due to is generated and carriers are generated.
【００１７】前記したところから、本発明に依る誘電体
ベース・トランジスタ及びその製造方法のうち、物の発
明では、
（１）第一の
誘電率をもつ誘電体からなるベース層（例えばＳ
ｒＴｉＯ3 高誘電率ベース層１１）と、前記ベース層上
に生成され、該ベース層に於ける伝導帯の底に比較して
低い伝導帯の底を有するチャネル層（例えばチャネル層
１６）と、前記チャネル層上に形成され、キャリヤがト
ンネリング可能な厚さを有するとともに前記第一の誘電
率よりも低い第二の誘電率をもつ誘電体からなるバリヤ
層（例えば（Ｍｇ，Ｔｉ）Ｏx ）低誘電率バリヤ層１
２）と、前記バリヤ層上に形成され、導電性物質（例え
ばＩＴＯ等）からなるエミッタ電極（例えばエミッタ電
極１３）及びコレクタ電極（例えばコレクタ電極１４）
と、前記ベース層に形成され、導電性物質からなるベー
ス電極（例えばＩＴＯベース電極１５）とを備えること
を特徴とするか、又は、[0017] where it left the, of the dielectric base transistor and a manufacturing method thereof according to the present invention, in the invention of a product, the base layer made of a dielectric material having (1) a first dielectric constant (e.g., S
and RTiO 3 high dielectric base layer 11), the generated base layer, a channel layer having a bottom of the lower conduction band in comparison to the bottom of in the conduction band in the base layer (e.g. channel layer 16), formed on said channel layer, said first dielectric with a carrier having a tunneling possible thickness
Barrier layer (eg (Mg, Ti) Ox ) low dielectric constant barrier layer 1 made of a dielectric having a second dielectric constant lower than the dielectric constant 1
And 2), made form on the barrier layer, an emitter electrode (e.g. the emitter electrode 13 formed of a conductive material (such as ITO)) and the collector electrode (e.g. the collector electrode 14)
When the formed in the base layer, the base electrode (e.g. ITO base electrode 15) made of a conductive material and either characterized by Ru with, or,
【００１８】（２）前記（１）に於いて、ベース層上に
形成されチャネル層の生成を所要領域に制限する絶縁層
（例えばＣｅＯ2 からなる絶縁層１７）を備えてなるこ
とを特徴とするか、又は、(2) In the above (1), an insulating layer (for example, an insulating layer 17 made of CeO 2 ) formed on the base layer for limiting the formation of the channel layer to a required region is provided. Or
【００１９】（３）前記（２）に於いて、チャネル層の
生成を所要領域に制限する絶縁層を介してベース層の制
御を行う為に形成されたベース電極（例えばベース電極
１８）を備えてなることを特徴とするか、又は、(3) In the above (2), a base electrode (for example, a base electrode 18) formed to control the base layer through an insulating layer that limits the formation of the channel layer to a required region is provided. Or
【００２０】（４）前記（１）乃至（３）のいずれか１
に於いて、エミッタ電極及びコレクタ電極及びベース電
極の少なくとも何れかが超伝導体（例えばＹＢＣＯ）を
材料とするものであることを特徴とするか、又は、(4) Any one of (1) to (3) above
In at least one of the emitter electrode, the collector electrode, and the base electrode, a superconductor (for example, YBCO) is used as a material, or
【００２１】（５）
前記（１）乃至（４）の何れか１に於いて、バリヤ層が
ＬａＴｉＯx を材料とするものであることを特徴とする
か、又は、前記（１）乃至（４）の何れか１に於いて、
バリヤ層が（Ｍｇ，Ｔｉ）Ｏ x を材料とするものである
ことを特徴とするか、又は、 (5) In any one of (1) to (4) above, the barrier layer is made of LaTiO x as a material, or (1) to (4) above. ) Any one of,
In which the barrier layer has a (Mg, Ti) O x material
Or
【００２２】（６）
前記（１）乃至（４）のいずれか１に於いて、バリヤ層
がチャネル層を生成させるのに有効な材料（例えばＬａ
ＴｉＯ 3 ）からなる第一のバリヤ層（例えば第一の低誘
電率バリヤ層２３Ａ）と前記第一のバリヤ層と材料を異
にする（例えばＩｎ 2 Ｏ 3 ）第二のバリヤ層（例えば第
二の低誘電率バリヤ層２３Ｂ）とからなることを特徴と
する。又、方法の発明では、 (6) The barrier layer according to any one of (1) to (4) above
Are effective materials for forming the channel layer (eg La
A first barrier layer of TiO 3 (eg, a first low dielectric layer)
The material is different from that of the electric conductivity barrier layer 23A) and the first barrier layer.
A second barrier layer (eg, In 2 O 3 )
Second low dielectric constant barrier layer 23B).
To do. Also, in the method invention,
【００２３】（７） 高誘電率ベース層（例えば高誘電率ベース層１１）を形
成する工程と、前記高誘電率ベース層上に低誘電率バリ
ヤ層（例えば低誘電率バリヤ層１２）を形成すると同時
に該高誘電率ベース層と該低誘電率バリヤ層との界面に
チャネル層（例えばチャネル層１６）を生成する工程
と、前記低誘電率バリヤ層上にエミッタ電極（例えばエ
ミッタ電極１３）とコレクタ電極（例えばコレクタ電極
１４）とを形成する工程と、前記高誘電率ベース層にベ
ース電極（例えばベース電極１５）を形成する工程とが
含まれてなることを特徴とするか、又は、 （８） 前記（７）に於いて、前記チャネル層の生成が前記高誘
電率ベース層及び前記低誘電率バリヤ層からの相互拡散
に依ることを特徴とする。 (7) Form a high dielectric constant base layer (for example, high dielectric constant base layer 11)
And a low dielectric constant barrier on the high dielectric constant base layer.
Simultaneously with the formation of the barrier layer (eg, low dielectric constant barrier layer 12)
At the interface between the high dielectric constant base layer and the low dielectric constant barrier layer
Creating a channel layer (eg, channel layer 16)
On the low dielectric constant barrier layer (e.g.
Mitter electrode 13) and collector electrode (eg collector electrode)
14) and forming a layer on the high dielectric constant base layer.
The step of forming the source electrode (for example, the base electrode 15)
Or (8) in (7) above, the generation of the channel layer has the high induction rate.
Interdiffusion from a dielectric base layer and the low-k barrier layer
It is characterized by relying on.
【００２４】前記手段を採ることに依り、チャネル層に
於ける伝導帯の底は、従来の誘電体ベース・トランジス
タに於いてチャネルとして利用していたベース層に比較
し、レベルが十分に低くなるので、電子の注入効率、電
流密度、相互コンダクタンスｇm など全てが向上し、動
作電圧が低くても、良好に動作させることができ、その
用途を拡げることができる。By adopting the above-mentioned means, the bottom of the conduction band in the channel layer has a level sufficiently lower than that of the base layer used as the channel in the conventional dielectric base transistor. Therefore, the electron injection efficiency, the current density, the mutual conductance g m, etc. are all improved, and even if the operating voltage is low, the device can be operated favorably and its application can be expanded.
【００２５】[0025]
【発明の実施の形態】本発明の原理を解説するのに用い
た図１に見られる誘電体ベース・トランジスタを第一の
形態として具体的に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The dielectric base transistor shown in FIG. 1 used for explaining the principle of the present invention will be specifically described as a first mode.
【００２６】（１） 高誘電率ベース層１１について 材料：ＳｒＴｉＯ3 厚さ：１０〔μｍ〕(1) About the high dielectric constant base layer 11 Material: SrTiO 3 Thickness: 10 [μm]
【００２７】（２） 低誘電率バリヤ層１２について 材料：（Ｍｇ，Ｔｉ）Ｏx 厚さ：１０〔ｎｍ〕(2) About the low dielectric constant barrier layer 12 Material: (Mg, Ti) O x Thickness: 10 [nm]
【００２８】（３） エミッタ電極１３について 材料：ＩＴＯ（ｉｎｄｉｕｍ ｔｉｎ ｏｘｉｄｅ） 厚さ：５０〔ｎｍ〕 コレクタ方向の長さＬE ：５〔μｍ〕(3) Regarding the emitter electrode 13 Material: ITO (indium tin oxide) Thickness: 50 [nm] Length in collector direction L E : 5 [μm]
【００２９】（４） コレクタ電極１４について 材料：ＩＴＯ 厚さ：５０〔ｎｍ〕 エミッタ方向の長さＬC ：５〔μｍ〕(4) Regarding the collector electrode 14 Material: ITO Thickness: 50 [nm] Length in the emitter direction L C : 5 [μm]
【００３０】（５） ベース電極１５について 材料：ＩＴＯ 厚さ：１００〔ｎｍ〕(5) Regarding the base electrode 15 Material: ITO Thickness: 100 [nm]
【００３１】（６） チャネル層１６について 材料：（Ｍｇ，Ｔｉ）Ｏx 厚さ：５〔ｎｍ〕(6) About the channel layer 16 Material: (Mg, Ti) O x Thickness: 5 [nm]
【００３２】尚、エミッタ電極１３とコレクタ電極１４
の間の距離ＬG は１〔μｍ〕である。Incidentally, the emitter electrode 13 and the collector electrode 14
The distance L G between them is 1 [μm].
【００３３】前記第一の形態は、低誘電率バリヤ層１２
の材料として、（Ｍｇ，Ｔｉ）Ｏxを用い、高誘電率ベ
ース層１１との界面に、Ｔｉの含有量が多い（Ｍｇ，Ｔ
ｉ）Ｏx からなるチャネル層１６を生成させている。The first mode is the low dielectric constant barrier layer 12
(Mg, Ti) O x is used as the material of the above, and the content of Ti is large at the interface with the high dielectric constant base layer 11 (Mg, T).
i) The channel layer 16 made of O x is generated.
【００３４】ここで、チャネル層１６に於けるＴｉの含
有量が多くなる理由は、低誘電率バリヤ層１２と高誘電
率ベース層１１からの相互拡散に依る。Here, the reason why the content of Ti in the channel layer 16 increases is due to the mutual diffusion from the low dielectric constant barrier layer 12 and the high dielectric constant base layer 11.
【００３５】また、各電極の材料にはＩＴＯを用いてい
るが、これは、トランジスタ全体を透明化する為であ
り、これは、光装置に適用する場合などに必要となるこ
とが多い。透明化することが不要であれば、Ａｕ，Ａ
ｇ，Ａｌなどの金属材料を用いて良い。Further, although ITO is used as the material of each electrode, this is for making the entire transistor transparent, which is often necessary when applied to an optical device. If transparency is not necessary, Au, A
A metal material such as g or Al may be used.
【００３６】図２は本発明に於ける第二の形態を解説す
る為の誘電体ベース・トランジスタを表す要部切断側面
図であり、図１に於いて用いた記号と同記号は同部分を
表すか或いは同じ意味を持つものとする。FIG. 2 is a cutaway side view of an essential part of a dielectric base transistor for explaining the second embodiment of the present invention. The same symbols as those used in FIG. Represent or have the same meaning.
【００３７】第二の形態が第一の形態と相違するところ
は、高誘電率ベース層１１上に材料をＣｅＯ2 とし且つ
開口をもった厚さ例えば１０〔ｎｍ〕の絶縁層１７を形
成した点にある。The second mode is different from the first mode in that the insulating layer 17 having a thickness of, for example, 10 nm and having CeO 2 as a material is formed on the high dielectric constant base layer 11. In point.
【００３８】前記構成上から、低誘電率バリヤ層１２は
前記開口を介してのみ高誘電率ベース層１１と接触する
ので、チャネル層１６は、その界面、即ち、低誘電率バ
リヤ層１２の開口内のみに生成される。From the above structure, the low dielectric constant barrier layer 12 is in contact with the high dielectric constant base layer 11 only through the opening, so that the channel layer 16 has its interface, that is, the opening of the low dielectric constant barrier layer 12. It is generated only inside.
【００３９】絶縁層１７は、他の誘電体ベース・トラン
ジスタとの素子間分離の役割を果たすことができるか
ら、第二の形態の構造は、集積回路を構成する場合に有
用である。尚、絶縁層１７の材料としては、ＣｅＯ2 の
他にＳｉＯ2 ，ＬａＡｌＯ3 ，ＮｄＧａＯ3 などを用い
ることができる。Since the insulating layer 17 can play a role of element isolation from other dielectric base transistors, the structure of the second form is useful when forming an integrated circuit. As the material of the insulating layer 17, SiO 2 , LaAlO 3 , NdGaO 3 or the like can be used in addition to CeO 2 .
【００４０】図３は本発明に於ける第三の形態を解説す
る為の誘電体ベース・トランジスタを表す要部斜面図で
あり、図２に於いて用いた記号と同記号は同部分を表す
か或いは同じ意味を持つものとする。FIG. 3 is a perspective view of an essential part showing a dielectric base transistor for explaining the third embodiment of the present invention. The same symbols as those used in FIG. 2 represent the same parts. Or have the same meaning.
【００４１】第三の形態が第二の形態と最も相違すると
ころは、低誘電率バリヤ層１２上に厚さ例えば５０〔ｎ
ｍ〕のＡｕからなるベース電極１８を形成した点にあ
り、このように、全ての電極を表面側に配設した構成
は、集積回路を実現させる場合に重要である。The difference between the third embodiment and the second embodiment is that the thickness on the low dielectric constant barrier layer 12 is, for example, 50 [n].
[m] of the base electrode 18 made of Au. Thus, the configuration in which all the electrodes are arranged on the front surface side is important in realizing an integrated circuit.
【００４２】第三の形態を製造する場合、
高誘電率ベース層１１上に開口１７Ａをもつ絶縁層
１７及び低誘電率バリヤ層１２を順に形成し、それ等の
界面にチャネル層１６を生成させる。When the third mode is manufactured, the insulating layer 17 having the opening 17A and the low dielectric constant barrier layer 12 are sequentially formed on the high dielectric constant base layer 11, and the channel layer 16 is formed at the interface between them. .
【００４３】 次いで、開口１７Ａを再び表出させる
ように低誘電率バリヤ層１２をエッチングしてチャネル
層１６を表出させる。Next, the low dielectric constant barrier layer 12 is etched so that the opening 17A is exposed again, and the channel layer 16 is exposed.
【００４４】 次いで、厚さ５０〔ｎｍ〕のＡｕ膜を
形成し、且つ、それをエッチングすることでベース電極
１８並びにチャネル層１６に直接コンタクトするエミッ
タ電極１３及びコレクタ電極１４を形成する。の工程を
経て完成される。Then, an Au film having a thickness of 50 nm is formed, and the Au film is etched to form the emitter electrode 13 and the collector electrode 14 that are in direct contact with the base electrode 18 and the channel layer 16. It is completed through the process of.
【００４５】第三の形態に於けるベース電極１８の長さ
ＬB は例えば１０〔μｍ〕、また、幅ＷB は例えば５
〔μｍ〕であり、また、エミッタ電極１３並びにコレク
タ電極１４の幅ＷE 及びＷC は例えば５〔μｍ〕であ
り、その他の寸法は、第二の形態と同様である。In the third embodiment, the length L B of the base electrode 18 is, for example, 10 [μm], and the width W B is, for example, 5.
[Μm], the widths W E and W C of the emitter electrode 13 and the collector electrode 14 are, for example, 5 [μm], and the other dimensions are the same as in the second embodiment.
【００４６】図４は本発明に於ける第四の形態を解説す
る為の誘電体ベース・トランジスタを表す要部切断側面
図であり、図２に於いて用いた記号と同記号は同部分を
表すか或いは同じ意味を持つものとする。FIG. 4 is a cutaway side view of an essential part showing a dielectric base transistor for explaining the fourth mode of the present invention. The same symbols as those used in FIG. Represent or have the same meaning.
【００４７】第四の形態が第二の形態と相違するところ
は、エミッタ電極１３、コレクタ電極１４、ベース電極
１５それぞれの材料として超伝導材料の一つであるＹＢ
ＣＯを採用している点である。The difference between the fourth embodiment and the second embodiment is that YB, which is one of the superconducting materials, is used as the material of each of the emitter electrode 13, the collector electrode 14, and the base electrode 15.
The point is that CO is used.
【００４８】このように、各電極の材料として超伝導材
料を用いれば、超伝導配線と直接接合することが可能に
なることは云うまでもない。尚、超伝導材料としては、
ＹＢＣＯの他に種々な酸化物超伝導体を利用することが
できる。As described above, it goes without saying that if a superconducting material is used as the material of each electrode, it is possible to directly bond it to the superconducting wiring. As a superconducting material,
Various oxide superconductors can be used in addition to YBCO.
【００４９】図５は本発明に於ける第五の形態を解説す
る為の誘電体ベース・トランジスタを表す要部切断側面
図である。FIG. 5 is a cutaway side view of a main part of a dielectric base transistor for explaining the fifth mode of the present invention.
【００５０】図に於いて、２１はＳｒＴｉＯ3 からなる
高誘電率ベース層、２２はＣｅＯ2からなる絶縁層、２
３はＬａＴｉＯ3 からなる低誘電率バリヤ層、２４はＮ
ｂからなるエミッタ電極、２５はＮｂからなるコレクタ
電極、２６はＩＴＯからなるベース電極、２７は（Ｌ
ａ，Ｓｒ）ＴｉＯ3 からなるチャネル層をそれぞれ示し
ている。In the figure, 21 is a high dielectric constant base layer made of SrTiO 3 , 22 is an insulating layer made of CeO 2 , 2
3 is a low dielectric constant barrier layer made of LaTiO 3 , and 24 is N
b is an emitter electrode made of b, 25 is a collector electrode made of Nb, 26 is a base electrode made of ITO, and 27 is (L
a, Sr) TiO 3 channel layers are shown.
【００５１】第五の形態では、低誘電率バリヤ層２３の
材料としてＬａＴｉＯ3 を用い、また、エミッタ電極２
４並びにコレクタ電極２５の材料として金属超伝導体で
あるＮｂを用いている。In the fifth embodiment, LaTiO 3 is used as the material of the low dielectric constant barrier layer 23, and the emitter electrode 2 is used.
4 and Nb which is a metal superconductor is used as the material of the collector electrode 25.
【００５２】このように、低誘電率バリヤ層２３の材料
としてＬａＴｉＯ3 を用いた場合、約１×１０17〔c
m-3〕〜１×１０18〔cm-3〕程度の高いキャリヤ密度を
もち、且つ、厚さが約５０〔Å〕と薄い（Ｌａ，Ｓｒ）
ＴｉＯ3 からなるチャネル層２７を生成することができ
る。As described above, when LaTiO 3 is used as the material of the low dielectric constant barrier layer 23, it is about 1 × 10 17 [c
It has a high carrier density of about m -3 ] -1 × 10 18 [cm -3 ], and is as thin as about 50 [Å] (La, Sr).
The channel layer 27 made of TiO 3 can be produced.
【００５３】図６は本発明に於ける第六の形態を解説す
る為の誘電体ベース・トランジスタを表す要部切断側面
図であり、図５に於いて用いた記号と同記号は同部分を
表すか或いは同じ意味を持つものとする。FIG. 6 is a cutaway side view of an essential part showing a dielectric base transistor for explaining the sixth mode of the present invention. The same symbols as those used in FIG. Represent or have the same meaning.
【００５４】第六の形態が第五の形態と相違するところ
は、低誘電率バリヤ層が二層に分けられ、ＬａＴｉＯ3
からなる第一の低誘電率バリヤ層２３Ａ及びＩｎ2 Ｏ3
からなる第二の低誘電率バリヤ層２３Ｂで構成されてい
る点、また、各電極の材料にＹＢＣＯを用いている点で
ある。The sixth mode is different from the fifth mode in that the low dielectric constant barrier layer is divided into two layers, and LaTiO 3
First low dielectric constant barrier layer 23A and In 2 O 3
The second low-dielectric-constant barrier layer 23B is made of YBCO and the electrode is made of YBCO.
【００５５】即ち、第一の低誘電率バリヤ層２３Ａはチ
ャネル層２７を生成させる為のみに用い、第二の低誘電
率バリヤ層２３Ｂはトランジスタ特性の改善、例えば、
電流密度を高め、動作電圧を低減させるのに用いること
ができ、両者の材料を適切に選択することが可能になっ
て、設計の自由度は向上する。That is, the first low dielectric constant barrier layer 23A is used only for forming the channel layer 27, and the second low dielectric constant barrier layer 23B is used for improving the transistor characteristics, for example,
It can be used to increase the current density and reduce the operating voltage, and it is possible to appropriately select both materials, and the degree of freedom in design is improved.
【００５６】第六の形態に於ける諸ディメンションとし
ては、ＬａＴｉＯ3 からなる第一の低誘電率バリヤ層２
３Ａの厚さが５〔ｎｍ〕、及び、Ｉｎ2 Ｏ3 からなる第
二の低誘電率バリヤ層２３Ｂの厚さが５〔ｎｍ〕である
ことを除き、他の形態と同じであると認識してよい。The dimensions of the sixth embodiment include the first low dielectric constant barrier layer 2 made of LaTiO 3.
Recognized to be the same as the other forms except that the thickness of 3A is 5 [nm] and the thickness of the second low dielectric constant barrier layer 23B made of In 2 O 3 is 5 [nm]. You can do it.
【００５７】本発明では、前記各形態に限定されること
なく、他に多くの改変を実現することができ、例えば前
記各形態に於いては、高誘電体材料としてＳｒＴｉＯ3
を用いたが、これは、ＢａＴｉＯ3 や（Ｂａ，Ｓｒ）Ｔ
ｉＯ3 などに代替することができ、これ等の材料は、室
温に於いて十分に高い誘電率を維持することが可能であ
る。因みに、ＳｒＴｉＯ3 は室温で誘電率が約１／１０
０程度になってしまうので、低温雰囲気で用いることが
必要である。The present invention is not limited to the above-mentioned respective forms, and many other modifications can be realized. For example, in each of the above-mentioned forms, SrTiO 3 is used as the high dielectric material.
Was used, which is BaTiO 3 or (Ba, Sr) T.
Substitutes such as io 3 can be used, and these materials can maintain a sufficiently high dielectric constant at room temperature. By the way, SrTiO 3 has a dielectric constant of about 1/10 at room temperature.
Since it becomes about 0, it is necessary to use it in a low temperature atmosphere.
【００５８】[0058]
【発明の効果】本発明に依る誘電体ベース・トランジス
タは、高い誘電率をもつ誘電体からなるベース層上に生
成され前記ベース層に於ける伝導帯の底に比較して低い
伝導帯の底をもつチャネル層、チャネル層上に形成され
キャリヤがトンネリング可能な厚さをもつと共に前記ベ
ース層を構成する誘電体の誘電率に比較して低い誘電率
をもつ誘電体からなるバリヤ層、バリヤ層上にチャネル
長に対応する距離を隔てて形成された導電性物質からな
るエミッタ電極及びコレクタ電極、ベース層に形成され
導電性物質からなるベース電極を備える。The dielectric base transistor according to the present invention is formed on a base layer made of a dielectric material having a high dielectric constant and has a low conduction band bottom as compared with the conduction band bottom of the base layer. , A barrier layer formed of a dielectric material formed on the channel layer, having a thickness that allows carriers to be tunneled, and having a lower dielectric constant than the dielectric material of the base layer. An emitter electrode and a collector electrode made of a conductive material are formed on the top of the base layer, and a base electrode made of a conductive material is formed on the base layer.
【００５９】前記構成を採ることに依り、チャネル層に
於ける伝導帯の底は、従来の誘電体ベース・トランジス
タに於いてチャネルとして利用していたベース層に比較
し、レベルが十分に低くなるので、電子の注入効率、電
流密度、相互コンダクタンスｇm など全てが向上し、動
作電圧が低くても、良好に動作させることができ、その
用途を拡げることができる。By adopting the above-mentioned structure, the bottom of the conduction band in the channel layer has a sufficiently low level as compared with the base layer used as the channel in the conventional dielectric base transistor. Therefore, the electron injection efficiency, the current density, the mutual conductance g m, etc. are all improved, and even if the operating voltage is low, the device can be operated favorably and its application can be expanded.
【図１】本発明の原理を解説する為の説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram for explaining the principle of the present invention.
【図２】本発明に於ける第二の形態を解説する為の誘電
体ベース・トランジスタを表す要部切断側面図である。FIG. 2 is a cutaway side view of an essential part of a dielectric base transistor for explaining a second embodiment of the present invention.
【図３】本発明に於ける第三の形態を解説する為の誘電
体ベース・トランジスタを表す要部斜面図である。FIG. 3 is a perspective view of a main part of a dielectric base transistor for explaining a third embodiment of the present invention.
【図４】本発明に於ける第四の形態を解説する為の誘電
体ベース・トランジスタを表す要部切断側面図である。FIG. 4 is a cutaway side view of a main part of a dielectric base transistor for explaining a fourth mode of the present invention.
【図５】本発明に於ける第五の形態を解説する為の誘電
体ベース・トランジスタを表す要部切断側面図である。FIG. 5 is a cutaway side view of an essential part of a dielectric base transistor for explaining a fifth mode of the present invention.
【図６】本発明に於ける第六の形態を解説する為の誘電
体ベース・トランジスタを表す要部切断側面図である。FIG. 6 is a cutaway side view of an essential part showing a dielectric base transistor for explaining a sixth mode of the present invention.
【図７】従来の技術を解説する為の誘電体ベース・トラ
ンジスタを表す要部説明図である。FIG. 7 is a main part explanatory view showing a dielectric base transistor for explaining a conventional technique.
１１ 高誘電率ベース層 １２ 低誘電率バリヤ層 １３ エミッタ電極 １４ コレクタ電極 １５ ベース電極 １６ チャネル層 １７ 絶縁層 １８ ベース電極 ２１ 高誘電率ベース層 ２２ 絶縁層 ２３ 低誘電率バリヤ層 ２３Ａ 第一の低誘電率バリヤ層 ２３Ｂ 第二の低誘電率バリヤ層 ２４ エミッタ電極 ２５ コレクタ電極 ２６ ベース電極 ２７ チャネル層 11 High dielectric constant base layer 12 Low dielectric constant barrier layer 13 Emitter electrode 14 Collector electrode 15 Base electrode 16 channel layers 17 Insulation layer 18 Base electrode 21 High dielectric constant base layer 22 Insulation layer 23 Low dielectric constant barrier layer 23A First low dielectric constant barrier layer 23B Second low dielectric constant barrier layer 24 Emitter electrode 25 collector electrode 26 Base electrode 27 channel layer
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/33 - 21/331 H01L 29/68 - 29/737 H01L 29/00 - 29/267 H01L 29/30 - 29/38 Continuation of front page (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) H01L 21/33-21/331 H01L 29/68-29/737 H01L 29/00-29/267 H01L 29/30-29 / 38
Claims (7)
層と、 前記 ベース層上に生成され、該ベース層に於ける伝導帯
の底に比較して低い伝導帯の底を有するチャネル層と、 前記チャネル層上に形成され、キャリヤがトンネリング
可能な厚さを有するとともに前記第一の誘電率よりも低
い第二の誘電率をもつ誘電体からなるバリヤ層と、 前記バリヤ層上に形成され、導電性物質からなるエミッ
タ電極及びコレクタ電極と、 前記ベース層に形成され、導電性物質からなるベース電
極と、 を備えることを特徴とする誘電体ベース・トランジス
タ。 And 1. A base layer made of a dielectric material having a first dielectric constant, is generated on the base layer, the channel having a bottom lower conduction band in comparison to the bottom of in the conduction band in said base layer A barrier layer formed on the channel layer, the barrier layer being made of a dielectric material having a thickness capable of tunneling carriers and having a second dielectric constant lower than the first dielectric constant; made form on the barrier layer, an emitter electrode and a collector electrode made of a conductive material, formed on the base layer, the dielectric base transistor to the base electrode of electrically conductive material, characterized in that Ru provided with .
所要領域に制限する絶縁層を備えてなることを特徴とす
る請求項１記載の誘電体ベース・トランジスタ。2. A dielectric base transistor according to claim 1, further comprising an insulating layer formed on the base layer to limit the formation of the channel layer to a required area.
縁層を介してベース層の制御を行う為に形成されたベー
ス電極を備えてなることを特徴とする請求項２記載の誘
電体ベース・トランジスタ。3. The dielectric base according to claim 2, further comprising a base electrode formed for controlling the base layer through an insulating layer that limits the generation of the channel layer to a required region. -Transistor.
電極の少なくとも何れかが超伝導体を材料とするもので
あることを特徴とする請求項１或いは２或いは３記載の
誘電体ベース・トランジスタ。4. The dielectric base transistor according to claim 1, 2 or 3, wherein at least one of the emitter electrode, the collector electrode and the base electrode is made of a superconductor.
効な材料からなる第一のバリヤ層と前記第一のバリヤ層
と材料を異にする第二のバリヤ層とからなることを特徴
とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の誘電体ベ
ース・トランジスタ。5. The barrier layer comprises a first barrier layer made of a material effective for forming a channel layer and a second barrier layer made of a material different from the first barrier layer. A dielectric-based transistor according to any one of claims 1 to 4.
と共に該高誘電率ベース層と該低誘電率バリヤ層との界Together with the interface between the high dielectric constant base layer and the low dielectric constant barrier layer.
面にチャネル層を生成する工程と、Creating a channel layer on the surface, 前記低誘電率バリヤ層上にエミッタ電極とコレクタ電極An emitter electrode and a collector electrode on the low dielectric constant barrier layer
とを形成する工程と、And a step of forming 前記高誘電率ベース層にベース電極を形成する工程とがThe step of forming a base electrode on the high dielectric constant base layer comprises
含まれてなることを特徴とする誘電体ベース・トランジDielectric-based transistor characterized by being included
スタの製造方法。Manufacturing method of star.
ス層及び前記低誘電率バリヤ層からの相互拡散に依るこLayer and the low-dielectric-constant barrier layer
とを特徴とする請求項６記載の誘電体ベース・トランジ7. The dielectric-based transistor according to claim 6, wherein
スタの製造方法。Manufacturing method of star.
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