JP3462224B2 - Complementary transistor circuit - Google Patents

Complementary transistor circuit

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JP3462224B2
JP3462224B2 JP08157792A JP8157792A JP3462224B2 JP 3462224 B2 JP3462224 B2 JP 3462224B2 JP 08157792 A JP08157792 A JP 08157792A JP 8157792 A JP8157792 A JP 8157792A JP 3462224 B2 JP3462224 B2 JP 3462224B2
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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】本発明の相補型トランジスタ回路
は高速動作を行うことが可能であり、低消費電力であ
り、製造価格も安く、高密度集積回路にも適するので、
全ての情報処理の分野においてハードウエアを構成する
際に用いられることが可能になる。さらに、コンプリメ
ンタリ(相補型)のトランジスタ回路を用いる電子回路
の全てを本発明の相補型トランジスタ回路に置き直すこ
とが可能である。従って、情報やエネルギの制御分野、
電子産業、通信産業、コンピュータ産業において本発明
相補型トランジスタ回路を用いることが可能である。
BACKGROUND OF THE INVENTION The complementary transistor circuit of the present invention is capable of high-speed operation, low power consumption, low manufacturing cost, and suitable for high-density integrated circuits.
It can be used in configuring hardware in all information processing fields. Further, it is possible to replace all electronic circuits using complementary (complementary) transistor circuits with the complementary transistor circuit of the present invention. Therefore, information and energy control fields,
The complementary transistor circuit of the present invention can be used in the electronic industry, communication industry, and computer industry.

【0002】[0002]

【従来の技術】これまでに開発されたMOS形のトラン
ジスタの場合には、ソースからゲートに電圧を印加する
電源とソースからドレインに印加する電源は供にソース
を基準にして印加していた。従って、ソースとドレイン
の間には電位差があるので、ゲートからソースおよびド
レインに向かう電界が均一ではなく、ゲート直下の電界
が不均一になる。すなわち、Nチャネルの場合には、ゲ
ートに“HIGH”レベルの高い電圧が印加されると、
電界はゲートからソースに向っており、ソース付近には
多くの電気力線が集中するが、ソースからドレイン方向
に離れたゲート直下では、電気力線の数は減少する。特
に、ドレインには高電圧が印加されているので、ゲート
から出る電気力線が殆どない。すなわち、ドレインの近
くでは反転層がなく、空乏層になり、ドレイン電流の流
れが阻止されて、高速動作ができなくなる。逆に、Nチ
ャネルの場合には、ゲートに低い電圧が印加されている
と、ゲートからソースに向かう電界がないので、ゲート
直下には反転層が現れなくなり、ドレイン電流は流れな
い。ところが、ドレインには高い電圧が印加されている
ので、ドレイン付近のゲート直下においてはドレインか
らゲートに向かう逆方向の電界が強くなり、その付近で
絶縁破壊を起こし易くなるので、余りに薄いゲート酸化
膜を使用することができない。この条件も高速動作の障
害になる。これらの現象はソースを基準点としてゲート
とドレインに電圧を印加することに起因する。
2. Description of the Related Art In the case of the MOS type transistor developed so far, the power source for applying a voltage from the source to the gate and the power source for applying from the source to the drain are applied with reference to the source. Therefore, since there is a potential difference between the source and the drain, the electric field from the gate to the source and the drain is not uniform, and the electric field directly below the gate is nonuniform. That is, in the case of the N-channel, when a high "HIGH" level voltage is applied to the gate,
The electric field is directed from the gate to the source, and many lines of electric force are concentrated near the source, but the number of lines of electric force decreases immediately below the gate, which is separated from the source in the drain direction. In particular, since a high voltage is applied to the drain, there are almost no lines of electric force coming out of the gate. That is, there is no inversion layer near the drain, and a depletion layer is formed, which blocks the flow of the drain current and prevents high-speed operation. On the other hand, in the case of the N channel, when a low voltage is applied to the gate, there is no electric field from the gate to the source, so that the inversion layer does not appear immediately below the gate and the drain current does not flow. However, since a high voltage is applied to the drain, an electric field in the reverse direction from the drain to the gate is strong immediately below the gate near the drain, and dielectric breakdown easily occurs near that gate. Can not be used. This condition also hinders high-speed operation. These phenomena are caused by applying a voltage to the gate and the drain with the source as a reference point.

【0003】MOS−FETの電流駆動能力はソースと
ドレインの間を流れるドレイン電流で表される。同じ幾
何学的な寸法のトランジスタ構造においてドレイン電流
が増加すると、論理回路の動作は向上し、高速になる。
電流駆動能力を向上するために、ゲート寸法とゲート酸
化膜の縮小及びドレイン端部の不純物濃度の最適化が行
われている。しかし、ドレイン端部の不純物濃度の最適
化を行うと、ホットキャリア効果によるデバイスの劣化
が加速される。ホットキャリア効果とは、ソースから供
給されるキャリアである電子がドレイン近傍にある高電
界によって格子原子と衝突電離を起こして、その際に発
生する電子と正孔がゲート酸化膜中に注入されて、MO
S−FETのしきい値電圧の変動などによりドレイン電
流特性が劣化して高速の論理回路として作動することが
できなくなる現象である。ホットキャリア効果によりデ
バイスの寿命が短くなるなどの欠点が現れる。ドレイン
付近の不純物濃度を増加すると、高速動作になるが、ド
レインと基板間の電界が大きくなり、ホットキャリア効
果によりデバイスの信頼性が低下する。すなわち、トラ
ンジスタの性能と信頼性はトレードオフの関係にある。
The current drivability of a MOS-FET is represented by a drain current flowing between a source and a drain. An increase in drain current in a transistor structure of the same geometric size improves the operation and speed of the logic circuit.
In order to improve the current driving capability, the gate size and the gate oxide film are reduced and the impurity concentration at the drain end is optimized. However, optimizing the impurity concentration at the drain edge accelerates device deterioration due to the hot carrier effect. The hot carrier effect is that electrons, which are carriers supplied from the source, collide and ionize with lattice atoms due to the high electric field near the drain, and the electrons and holes generated at that time are injected into the gate oxide film. , MO
This is a phenomenon in which the drain current characteristic is deteriorated due to the fluctuation of the threshold voltage of the S-FET and the like and it becomes impossible to operate as a high-speed logic circuit. Due to the hot carrier effect, defects such as shortening the device life appear. If the impurity concentration near the drain is increased, the device operates at high speed, but the electric field between the drain and the substrate increases, and the device reliability decreases due to the hot carrier effect. That is, there is a trade-off relationship between transistor performance and reliability.

【0004】MOS−FETのドレイン電流を増加する
ことが困難であるので、負荷電流を増加して高速動作を
行うために、バイポーラ トランジスタとMOS−FE
T構造を組み合わせて、いわゆるBi−CMOS構造の
トランジスタによる集積回路も製造されているが、製造
工程が複雑になり、トランジスタの数も多いので、集積
度を向上させることが困難である。
Since it is difficult to increase the drain current of a MOS-FET, in order to increase the load current and perform a high speed operation, a bipolar transistor and a MOS-FE are required.
An integrated circuit including transistors having a so-called Bi-CMOS structure is manufactured by combining the T structures, but the manufacturing process is complicated and the number of transistors is large, so that it is difficult to improve the degree of integration.

【0005】従来のトランジスタ回路においては、AN
D回路およびOR回路を1段で構成することができなか
ったので、NAND回路やNOR回路を構成し、これら
と反転回路であるNOT回路を組み合わせることにより
AND回路とOR回路を構成した。この条件はトランジ
スタの数を増加し、集積度を向上させる際の障壁となっ
た。
In a conventional transistor circuit, AN
Since the D circuit and the OR circuit could not be constructed in one stage, a NAND circuit and a NOR circuit were constructed, and an AND circuit and an OR circuit were constructed by combining them with a NOT circuit which is an inverting circuit. This condition has become a barrier to increase the number of transistors and improve the degree of integration.

【0006】さらに、ガリウム・ひ素を用いるトランジ
スタにおいては、正孔の移動度が電子の移動度10分の
1から20分の1以下であり、キャリアとして正孔を使
用すると低速動作になるので、コンプリメンタリ(相補
型)回路を構成することが困難である。
Further, in a transistor using gallium / arsenic, the mobility of holes is 1/10 to 1/20 or less of the mobility of electrons, and the use of holes as carriers results in low speed operation. It is difficult to construct a complementary (complementary) circuit.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】従来のMOS−FET
においては、ドレイン電圧が大きくなりドレイン飽和電
圧を越えると、ドレイン端の局部的な領域が空乏層にな
り、その部分が高抵抗になり、ドレイン電流が増加しな
くなる。この悪影響から回避して、ドレインとゲート間
の電界およびソースとゲート間の電界が発生しないよう
にするには、2個の独立する電源を用いる必要がある。
すなわち、電界効果トランジスタが理想的に動作するに
は、ゲートに電圧を印加してゲート直下に発生させる反
転層を構成するための電源とソースとドレイン間に電圧
を印加してチャネルを構成する電源を独立させる必要が
ある。
[Problems to be Solved by the Invention] Conventional MOS-FET
In the above, when the drain voltage increases and exceeds the drain saturation voltage, the local region at the drain end becomes a depletion layer, the portion becomes high resistance, and the drain current does not increase. In order to avoid this adverse effect and prevent the electric field between the drain and the gate and the electric field between the source and the gate from being generated, it is necessary to use two independent power supplies.
That is, in order for the field effect transistor to operate ideally, a power supply for applying a voltage to the gate to form an inversion layer just below the gate and a power supply for forming a channel by applying a voltage between the source and the drain. Need to be independent.

【0008】本発明のトランジスタのチャネル部は両側
面にある2個のゲートによってソースおよびドレインか
ら独立する電源を用いることにより反転層を形成する構
造を持っている。これを両面ゲート独立電源印加回路と
言う。
The channel portion of the transistor of the present invention has a structure in which an inversion layer is formed by using a power source independent of a source and a drain by two gates on both sides. This is called a double-sided gate independent power supply circuit.

【0009】対面する2個のゲート間に1つの電源によ
って電圧を加えることにより電界を形成し、ゲート直下
に反転層を発生させる。さらに、他の1つの電源によっ
てソースとドレイン間に電圧を加えることにより反転層
に発生したキャリアを移動させて、チャネルを形成す
る。従来のMOS−FETはこれらの2つの電源を共通
にして1個でトランジスタ回路を構成していた。従っ
て、ソースからドレインの間およびソースからゲートの
間にも共通して電源を加えていたので、ドレインの近傍
では理想的なMOS−FETの動作を行う事ができなく
なり、高抵抗領域が発生し、電流の流れが拘束される。
従って、トランジスタ回路の動作速度が制限され、低速
動作になっていた。すなわち、ゲート電圧の作用はゲー
ト直下に反転層を形成し、その領域にキャリアを静電誘
導効果により発生させるだけでよい。ドレイン電圧は発
生したキャリアを加速してドレインとソース間を移動さ
せるだけでよい。これらの2つの作用を独立した電源で
行うことにより、理想的な電界効果トランジスタとして
の動作を行わせることが可能になる。
An electric field is formed by applying a voltage between two facing gates by one power source, and an inversion layer is generated immediately below the gate. Further, by applying a voltage between the source and the drain by another power source, carriers generated in the inversion layer are moved to form a channel. In the conventional MOS-FET, these two power supplies are commonly used to form a single transistor circuit. Therefore, since the power supply is commonly applied between the source and the drain and between the source and the gate, the ideal MOS-FET operation cannot be performed in the vicinity of the drain, and a high resistance region is generated. , The current flow is restricted.
Therefore, the operation speed of the transistor circuit is limited, and the operation speed is low. That is, the action of the gate voltage is only required to form an inversion layer immediately below the gate and generate carriers in that region by the electrostatic induction effect. The drain voltage need only accelerate the generated carriers to move between the drain and the source. By performing these two operations with independent power supplies, it becomes possible to operate as an ideal field effect transistor.

【0010】ドレインとゲート間の電界がホットキャリ
ア発生の原因であるので、ドレインとゲート間に電界を
作らないように、ドレインに供給する電源とゲート電圧
を供給する電源を別々にして、ドレインとゲート間に電
界が発生しないようにする。
Since the electric field between the drain and the gate causes the generation of hot carriers, the power supply for supplying the drain and the power supply for supplying the gate voltage are separately provided so that the electric field is not generated between the drain and the gate. Make sure that no electric field is generated between the gates.

【0011】さらに、従来のMOS−FETのゲート電
圧はソースやドレインと電位差があり、ソースとゲート
間およびドレインとゲート間が接近しているので、それ
らの領域に発生する静電容量が大きくなる。これらのキ
ャパシタンスがトランジスタ回路の高速動作の障害にな
っていた。これらのキャパシタンスを小さくすることに
より高速動作が実現されるので、静電容量の低減化を試
みる必要がある。
Further, since the gate voltage of the conventional MOS-FET has a potential difference between the source and the drain and the source and the gate are close to each other and the drain and the gate are close to each other, the electrostatic capacitance generated in these regions becomes large. . These capacitances have been obstacles to high-speed operation of transistor circuits. Since high-speed operation can be realized by reducing these capacitances, it is necessary to try to reduce the capacitance.

【0012】コンプリメンタリ(相補型)論理回路は消
費電力が小さく、論理振幅は大きくすることができるの
で、理想に近い論理回路である。しかし、従来のコンプ
リメンタリ(相補型)のトランジスタはキャリアとして
電子と正孔を用いる必要がある。正孔の半導体中での移
動度は電子のそれよりも小さく、論理動作の高速化は正
孔の移動度により制限される。特に、ガリウム・ひ素を
用いるMES−FETにおいては正孔の移動度が電子の
それよりも10分の1から20分の1よりも小さいの
で、コンプリメンタリ(相補型)回路を構成して高速動
作を行うことが困難であった。本発明では、キャリアと
して電子のみを用いてコンプリメンタリ(相補型)動作
を行うことができるトランジスタ回路を提案する。
The complementary (complementary) logic circuit has a low power consumption and a large logic amplitude, and is therefore a logic circuit close to an ideal one. However, the conventional complementary (complementary) transistor needs to use electrons and holes as carriers. The mobility of holes in the semiconductor is smaller than that of electrons, and the speedup of logical operation is limited by the mobility of holes. In particular, in MES-FETs using gallium arsenide, the mobility of holes is less than 1/10 to 1/20 of that of electrons, so that a complementary (complementary) circuit is configured to operate at high speed. It was difficult to do. The present invention proposes a transistor circuit capable of performing complementary (complementary) operation using only electrons as carriers.

【0013】従来のコンプリメンタリ(相補型)回路に
おいては、PチャネルとNチャネルのトランジスタを用
いる必要があり、集積回路の内部において寄生的に存在
するPN接合が発生し、このPN接合間およびPNPN
接合間では回路条件によっては導通状態になり、サイリ
スタ電流などの寄生的に大きな電流が流れる可能性があ
り、誤動作や破壊をもたらすラッチアップ現象が発生す
る。従って、これを避けるための集積回路のパターン設
計を行う必要があり、このために集積密度の低下が発生
していた。
In the conventional complementary (complementary) circuit, it is necessary to use P-channel and N-channel transistors, and a PN junction existing parasitically inside the integrated circuit occurs, and between these PN junctions and PNPN.
Depending on the circuit condition, a conductive state may occur between the junctions, and a parasitically large current such as a thyristor current may flow, causing a latch-up phenomenon that causes malfunction or destruction. Therefore, it is necessary to design the pattern of the integrated circuit in order to avoid this, and this causes a decrease in the integration density.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の両面ゲート独立
電源印加回路においては、2個の独立する電源を用い
る。ソースとドレインの間にあるチャネルの形成部の両
側面に2個のゲート電極を設置する。一方のゲートに第
1の電源の1つの端子を接続し、他方のゲートに第1の
電源の他の端子を接続すると、2個のゲートの直下のい
ずれか1方に反転層が形成される。すなわち、ゲートの
直下にP形の拡散層の半導体がある場合には、正電圧を
加えたゲートの直下にキャリアとして電子が現れる。ま
た、ゲートの直下にN形の拡散層の半導体がある場合に
は、負電圧を加えたゲートの直下にキャリアとして正孔
が現れる。次に、ドレインとソースの間に第2の電源を
加えると、反転層に発生したキャリアが電界によって移
動して、チャネルが形成される。すなわち、キャリアが
電子である場合には、電子は負電位のソースから供給さ
れ、正電圧のドレインの方向に移動してN形のチャネル
を構成する。一方、キャリアが正孔である場合には、正
孔は正電位のソースから供給され、負電位のドレインの
方向に移動してP形のチャネルを構成する。
In the double-sided gate independent power supply circuit of the present invention, two independent power supplies are used. Two gate electrodes are provided on both sides of the channel formation portion between the source and the drain. When one terminal of the first power supply is connected to one gate and the other terminal of the first power supply is connected to the other gate, an inversion layer is formed immediately below either of the two gates. . That is, when there is a P-type diffusion layer semiconductor immediately below the gate, electrons appear as carriers immediately below the gate to which a positive voltage is applied. Further, when the semiconductor of the N-type diffusion layer is directly below the gate, holes appear as carriers just below the gate to which a negative voltage is applied. Next, when a second power source is applied between the drain and the source, the carriers generated in the inversion layer move by the electric field to form a channel. That is, when the carrier is an electron, the electron is supplied from the source of the negative potential and moves toward the drain of the positive voltage to form an N-type channel. On the other hand, when the carrier is a hole, the hole is supplied from the positive potential source and moves toward the negative potential drain to form a P-type channel.

【0015】第1と第2の電源を独立して適用すること
により、ドレイン電流が空乏層領域で制限される事がな
いので、高速動作になる。2個の独立する電源が光学的
あるいは磁気的に結合する場合には、電気的には絶縁さ
れているので、2個の電源の間の電気的なインピーダン
スが非常に高いので、2個の電源の間を還流する電流は
極めて少ない。従って、ドレインとゲートの間には電極
間の静電容量が発生するが、それらに加えられる電源が
独立しているので、高インピーダンスのためにキャパシ
タンスに流れる電流が極めて微少量になる。従って、キ
ャパシタンスが実質的には存在しない場合と同じにな
り、トランジスタ回路の動作が高速になる。同様に、ソ
ースとゲートの間にも電極間の静電容量が発生するが、
それらに加えられる電源が独立しているので、高インピ
ーダンスのためにキャパシタンスに流れる電流が極めて
微少量になる。従って、キャパシタンスが実質的には存
在しない場合と同じになり、トランジスタ回路の動作が
高速になる。
By applying the first and second power supplies independently, the drain current is not limited in the depletion layer region, so that high speed operation is achieved. When two independent power sources are optically or magnetically coupled, they are electrically isolated, so the electrical impedance between the two power sources is very high, so the two power sources There is very little current flowing between them. Therefore, a capacitance is generated between the drain and the gate between the electrodes, but since the power source applied to them is independent, the current flowing through the capacitance becomes extremely small due to the high impedance. Therefore, the capacitance is substantially the same as when there is no capacitance, and the transistor circuit operates at high speed. Similarly, a capacitance between the electrodes is generated between the source and the gate,
Since the power supply applied to them is independent, the current flowing through the capacitance is extremely small due to the high impedance. Therefore, the capacitance is substantially the same as when there is no capacitance, and the transistor circuit operates at high speed.

【0016】チャネルの両側面で向かい合うゲートの一
方がバイアス ゲートになり、他方は制御ゲートとな
る。バイアス ゲートと制御ゲートの間の電位差によっ
て電界効果トランジスタのチャネル形成部に流れる電流
が制御される。すなわち、2個のゲートのいずれか一方
のゲート直下にチャネルを形成することによって、従来
のPチャネルMOS−FETとNチャネルMOS−FE
Tと同様の動作を行わせることが可能になる。従って、
回路構成と半導体の製造行程が簡単になり、PN接合に
よる寄生的に流れる電流が発生する可能性がほとんど発
生しなくなる。
One of the gates facing each other on both sides of the channel serves as a bias gate and the other serves as a control gate. The potential difference between the bias gate and the control gate controls the current flowing in the channel forming portion of the field effect transistor. That is, by forming a channel directly below one of the two gates, the conventional P-channel MOS-FET and N-channel MOS-FE are formed.
It becomes possible to perform the same operation as T. Therefore,
The circuit configuration and the semiconductor manufacturing process are simplified, and the possibility of parasitically flowing current due to the PN junction hardly occurs.

【0017】コンプリメンタリ(相補型)MOS論理回
路においては、集積回路中に寄生的に存在するPNPN
サイリスタが導通状態になり、多くの電流が流れて誤動
作や破壊をもたらすラッチアップ現象がある。本発明の
コンプリメンタリ(相補型)回路はNチャネルのみで構
成することができるので、ラッチアップ現象が発生する
可能性は非常に少なくなる。
In a complementary (complementary) MOS logic circuit, a PNPN parasitically present in an integrated circuit
There is a latch-up phenomenon in which the thyristor becomes conductive and a large amount of current flows to cause malfunction or damage. Since the complementary (complementary) circuit of the present invention can be configured with only N channels, the possibility that the latch-up phenomenon will occur is extremely reduced.

【0018】[0018]

【作用】本発明のトランジスタの動作を図1に示すNチ
ャネルのMOS−FETを例として説明する。なお、P
チャネルのMOS−FETの場合には、キャリアが正孔
であるので、移動度がNチャネルのキャリアである電子
の移動度よりも小さいので、動作速度が低下する。しか
し、本発明はPチャネルのMOS−FETの場合も含
む。
The operation of the transistor of the present invention will be described by taking the N-channel MOS-FET shown in FIG. 1 as an example. Note that P
In the case of the channel MOS-FET, since the carriers are holes, the mobility is lower than the mobility of the electrons, which are N-channel carriers, and the operating speed is reduced. However, the present invention also includes the case of a P-channel MOS-FET.

【0019】図1に示すように、P型半導体の両側に設
置されている2個のゲートに第1の電源の2個の端子を
接続すると、静電誘導現象により、第1の電源の正の端
子が接続されているゲートの直下にキャリアである電子
が引き寄せられて、その領域に反転層が形成される。す
なわち、ゲートの直下にP形の拡散層の半導体がある場
合には、正電位のゲートの直下にキャリアとして電子が
現れ、ゲートの直下にN形の拡散層の半導体がある場合
には、負電位のゲートの直下にキャリアとして正孔が現
れる。次に、ドレインとソースの間に第2の電源を加え
る。NチャネルMOS−FETの場合には第2の電源の
正の端子をドレインに接続し、負の端子をソースに接続
すると、反転層の中のキャリアが第2の電源によって作
られる電界によって移動して、ゲート直下にチャネルが
形成される。すなわち、キャリアが電子である場合に
は、電子は負電位のソースから供給され、正電圧のドレ
インの方に移動してN形のチャネルを構成する。一方、
キャリアが正孔である場合には、正孔は正電位のソース
から供給され、負電位のドレインの方に移動してP形の
チャネルを構成する。この際にゲートの直下に均等にチ
ャネルが構成されることがスムーズに電流が流れるため
の条件である。チャネルがソースからドレインまで均一
に構成されるためには、ゲート直下のソースからドレイ
ンまで均等に反転層が形成されなければならない。これ
までに開発されたMOS形のトランジスタの場合には、
ソースからゲートに電圧を印加する電源とソースからド
レインに電圧を印加する電源は供にソースを基準にして
いた。従って、ゲートからソースおよびドレインに向か
う電界が均一ではなく、ゲート直下の電界が不均一にな
る。すなわち、Nチャネルの場合には、ゲートに高い電
圧が印加されていると、電界はゲートからソースに向か
うが、ソース付近には多くの電気力線が集中して、ソー
スからドレイン方向に離れると、電気力線の数は減少す
る。特に、ドレインには高い電圧が印加されているの
で、ゲートから出る電気力線が殆ど無くなる。すなわ
ち、ドレインの付近では反転層が無くなり、空乏層にな
り、ドレイン電流の流れが阻止されて、高速動作でなく
なる。さらに、Nチャネルの場合において、ゲートに低
い電圧が印加される場合には、ゲートからソースに向か
う電界がなくなるので、ゲート直下には反転層が現れな
くなり、ドレイン電流は流れない。ソースからドレイン
方向に離れると、ドレインには高い電圧が印加されてい
るので、ドレインからゲートに向う逆方向の電界が強く
なり、その付近で絶縁破壊を起こし易くなるので、余り
に薄いゲート酸化膜を使用することができなくなり、こ
れによって高速動作を行う障壁が発生する。この現象は
ソースを基準点としてゲートとドレインに電圧を印加す
ることに起因する。従って、理想的に電界効果トランジ
スタの動作をさせるには、ゲートに印加してゲート直下
に反転層を形成するための第1の電源とソース・ドレイ
ン間に印加する第2の電源を独立させる必要がある。第
1の電源はゲート直下に均一の反転層を構成するために
印加され、第2の電源は反転層に発生したキャリアをソ
ースからドレイン方向に移動させてチャネルを構成する
ために印加する。ドレインからソースに向かう電界とゲ
ートからチャネルに向かう電界が独立しているので、ソ
ースに近い側とドレインに近い側における反転層を形成
のための電界の不均一性がなくなり、ゲートの直下に一
様に反転層が形成される。従って、それがチャネルとし
て使用される際には、ドレイン電流の流れを減少させる
領域が殆ど無くなる。
As shown in FIG. 1, when the two terminals of the first power source are connected to the two gates provided on both sides of the P-type semiconductor, the positive voltage of the first power source is generated due to the electrostatic induction phenomenon. Electrons, which are carriers, are attracted immediately below the gate to which the terminal is connected, and an inversion layer is formed in that region. That is, when there is a P-type diffusion layer semiconductor directly below the gate, electrons appear as carriers immediately below the positive potential gate, and when there is an N-type diffusion layer semiconductor directly below the gate, a negative potential appears. Holes appear as carriers just below the potential gate. Next, a second power supply is applied between the drain and the source. In the case of N-channel MOS-FET, if the positive terminal of the second power supply is connected to the drain and the negative terminal is connected to the source, the carriers in the inversion layer move due to the electric field created by the second power supply. Thus, a channel is formed just below the gate. That is, when the carrier is an electron, the electron is supplied from the source having a negative potential and moves toward the drain having a positive voltage to form an N-type channel. on the other hand,
When the carrier is a hole, the hole is supplied from the positive potential source and moves toward the negative potential drain to form a P-type channel. At this time, it is a condition for the current to smoothly flow that the channels are evenly arranged immediately below the gate. In order for the channel to be uniformly formed from the source to the drain, the inversion layer must be formed evenly from the source directly under the gate to the drain. In the case of the MOS type transistor developed so far,
The power source for applying a voltage from the source to the gate and the power source for applying a voltage from the source to the drain were both based on the source. Therefore, the electric field from the gate to the source and the drain is not uniform, and the electric field directly under the gate is nonuniform. That is, in the case of the N channel, when a high voltage is applied to the gate, the electric field goes from the gate to the source, but many electric lines of force concentrate near the source and separate from the source in the drain direction. , The number of electric lines of force is reduced. In particular, since a high voltage is applied to the drain, the lines of electric force emitted from the gate are almost eliminated. That is, the inversion layer disappears near the drain and becomes a depletion layer, the flow of the drain current is blocked, and the high speed operation is stopped. Further, in the case of N-channel, when a low voltage is applied to the gate, the electric field from the gate to the source disappears, so that the inversion layer does not appear immediately below the gate and the drain current does not flow. When the source is separated from the drain in the direction of the drain, a high voltage is applied to the drain, so the electric field in the opposite direction from the drain to the gate becomes strong, and dielectric breakdown easily occurs in the vicinity, so use a too thin gate oxide film. It cannot be used, which creates a barrier to fast operation. This phenomenon is caused by applying a voltage to the gate and drain with the source as a reference point. Therefore, in order to ideally operate the field-effect transistor, it is necessary to separate the first power supply applied to the gate to form the inversion layer directly below the gate and the second power supply applied between the source and the drain. There is. The first power source is applied to form a uniform inversion layer directly under the gate, and the second power source is applied to move carriers generated in the inversion layer from the source to the drain direction to form a channel. Since the electric field from the drain to the source and the electric field from the gate to the channel are independent, the non-uniformity of the electric field for forming the inversion layer on the side close to the source and the side close to the drain is eliminated, and the electric field directly under the gate is eliminated. Thus, the inversion layer is formed. Therefore, when it is used as a channel, there are almost no areas that reduce drain current flow.

【0020】[0020]

【実施例】本発明の実施例として、Nチャネルの電界効
果トランジスタを記述する。Pチャネルの電界効果トラ
ンジスタにおいても同様の記述が可能である。以下の説
明においては、2個の電源を用いる。その内の一方の電
源の正の端子を+VDD1とし、負の端子をGND1と
する。さらに、他方の電源の正の端子を+VDD2と
し、負の端子をGND2と区別して説明する。
EXAMPLE An N-channel field effect transistor will be described as an example of the present invention. The same description can be applied to a P-channel field effect transistor. In the following description, two power supplies are used. The positive terminal of one of the power supplies is + VDD1 and the negative terminal is GND1. Further, the positive terminal of the other power source will be described as + VDD2, and the negative terminal will be distinguished from GND2.

【0021】[シリコントランジスタ回路]図1にシリ
コンを用いる電界効果トランジスタの構造とトランジス
タ回路を示す。P型半導体1の両面には、高濃度にドー
ピングしたN型半導体によるソース2と高濃度にドーピ
ングしたN型半導体によるドレイン3がある。さらに、
P型半導体1の両側面には、制御ゲート4とバイアス
ゲート5が設置されている。これらの2個のゲートはゲ
ート酸化膜6によってチャネル構成部であるP型半導体
から絶縁されている。制御ゲート4には第1の電源7の
正端子が接続され、バイアス ゲート5には第1の電源
7の負端子が接続されている。さらに、ソース2には第
2の電源8の負端子が接続され、ドレイン3には第2の
電源8の正端子が接続される。制御ゲート4の直下には
キャリアである電子が出現し、反転層が形成される。出
現したキャリアはソース2とドレイン3に加えられる第
2の電源8により作られる電界によってドレイン方向に
移動することにより、チャネルが形成される。すなわ
ち、反転層を形成するための第1の電源7と出現するキ
ャリアを移動し、チャネルを構成する第2の電源8を電
気的に独立し、磁気的あるいは光学的に結合させること
により、電気インピーダンスが大きくなり、理想的な電
界トランジスタの動作をさせることが可能になる。
[Silicon Transistor Circuit] FIG. 1 shows the structure and transistor circuit of a field effect transistor using silicon. On both sides of the P-type semiconductor 1 there is a source 2 of heavily doped N-type semiconductor and a drain 3 of heavily doped N-type semiconductor. further,
A control gate 4 and a bias are provided on both sides of the P-type semiconductor 1.
Gate 5 is installed. These two gates are insulated by the gate oxide film 6 from the P-type semiconductor that is the channel constituent portion. The positive terminal of the first power supply 7 is connected to the control gate 4, and the negative terminal of the first power supply 7 is connected to the bias gate 5. Further, the source 2 is connected to the negative terminal of the second power supply 8, and the drain 3 is connected to the positive terminal of the second power supply 8. Electrons that are carriers appear just below the control gate 4, and an inversion layer is formed. The emerged carriers are moved in the drain direction by the electric field generated by the second power source 8 applied to the source 2 and the drain 3 to form a channel. That is, the first power supply 7 for forming the inversion layer and the emerging carriers are moved, and the second power supply 8 forming the channel is electrically independent and magnetically or optically coupled, thereby electrically The impedance becomes large, and it becomes possible to operate an ideal electric field transistor.

【0022】[ガリウム・ひ素トランジスタ回路]本発
明の1実施例として、Nチャネルの電界効果トランジス
タを記述する。図2にガリウム・ひ素(GaAs)を用
いる電界効果トランジスタ(MES−FET)の構造と
トランジスタ回路を示す。P型半導体1の両面には、高
濃度にドーピングしたN型半導体によるソース2と高濃
度にドーピングしたN型半導体によるドレイン3があ
る。さらに、P型半導体1の両側面には、制御ゲート4
とバイアス ゲート5が設置されている。これらの2個
のゲートはチャネル構成部であるP型半導体とショトキ
接触をしているので、ショットキ ゲートとも言われ
る。これらの全体は絶縁体10で覆われている。制御ゲ
ート4には第1の電源7の正端子が接続され、バイアス
ゲート5には第1の電源7の負端子が接続されてい
る。さらに、ソース2には第2の電源8の負端子が接続
され、ドレイン3には第2の電源8の正端子が接続され
る。制御ゲート4の直下にはキャリアである電子が出現
し、反転層が形成される。出現したキャリアはソース2
とドレイン3に加えられる第2の電源8により作られる
電界によってドレイン方向に移動することにより、チャ
ネルが形成される。すなわち、反転層を形成するための
第1の電源7と出現するキャリアを移動し、チャネルを
構成する第2の電源8を電気的に独立し、磁気的あるい
は光学的に結合させることにより、電気インピーダンス
が大きくなり、理想的な電界トランジスタの動作をさせ
ることが可能になる。ガリウム・ひ素ショットキゲート
の電界効果トランジスタの正孔の移動度が電子のそれよ
りも充分に小さいので、正孔をキャリアとして使わずに
相補型論理回路を構成することができる本発明のトラン
ジスタ回路は有益である。
[Gallium / Arsenic Transistor Circuit] As one embodiment of the present invention, an N-channel field effect transistor will be described. FIG. 2 shows the structure and transistor circuit of a field effect transistor (MES-FET) using gallium arsenide (GaAs). On both sides of the P-type semiconductor 1 there is a source 2 of heavily doped N-type semiconductor and a drain 3 of heavily doped N-type semiconductor. Further, the control gate 4 is formed on both sides of the P-type semiconductor 1.
And a bias gate 5 is installed. These two gates make Schottky contact with the P-type semiconductor, which is the channel component, and are therefore also called Schottky gates. All of these are covered with an insulator 10. The positive terminal of the first power supply 7 is connected to the control gate 4, and the negative terminal of the first power supply 7 is connected to the bias gate 5. Further, the source 2 is connected to the negative terminal of the second power supply 8, and the drain 3 is connected to the positive terminal of the second power supply 8. Electrons that are carriers appear just below the control gate 4, and an inversion layer is formed. The emerging carrier is Source 2
A channel is formed by moving in the direction of the drain by the electric field created by the second power supply 8 applied to the drain 3. That is, the first power supply 7 for forming the inversion layer and the emerging carriers are moved, and the second power supply 8 forming the channel is electrically independent and magnetically or optically coupled to each other. The impedance becomes large, and it becomes possible to operate an ideal electric field transistor. Since the mobility of holes in a gallium arsenide Schottky gate field effect transistor is sufficiently smaller than that of electrons, a transistor circuit of the present invention that can form a complementary logic circuit without using holes as carriers is provided. Be beneficial.

【0023】[バッファ回路] 図3のバッファ回路において、トランジスタ9のQ1の
入力電圧VINが供給される制御ゲート(第1ゲート)
に対向して設けられたバイアスゲート(第2ゲート)
2個の電源の内の一方の電源の端子+VDD2に接続さ
れ、トランジスタ9のQ2の入力電圧VINが供給され
る制御ゲート(第3ゲート)に対向して設けられたバイ
アスゲート(第4ゲート)は2個の電源の内の前記一方
の電源の端子GND2に接続されている。この回路の入
力に“HIGH”状態の入力電圧VINが入力される
と、トランジスタ9のQ1の制御ゲートとQ2の制御ゲ
ートには+VDD2に近い入力電圧VINが加えられ
る。従って、Q1のバイアスゲート電圧は+VDD2で
あるので、Q1には制御ゲートとバイアスゲート間に電
界が発生しないので、制御ゲート、バイアスゲートのい
ずれの直下の基板内にも反転層が形成されずチャネルが
形成されない。従ってQ1は非導通状態になり、出力端
とGND1との間は高い抵抗状態になるが、Q2のバイ
アスゲート電圧はGND2であるので、Q2には制御ゲ
ートからバイアスゲートに向かう電界が発生するので、
制御ゲート直下に反転層が形成されチャネルが形成され
る。故に、Q2は導通状態になり、出力端と+VDD1
とは低い抵抗状態になる。依って、出力端はVDD1に
近い電圧となり、出力は“HIGH”状態になる。逆
に、この回路の入力に“LOW”状態が入力されると、
トランジスタ9のQ1,Q2の制御ゲートにはGND2
に近い電位が与えられる。従って、Q1のバイアスゲー
ト電圧は+VDD2であるので、Q1にはバイアスゲー
トから制御ゲートに向かう電界が発生し、バイアスゲー
ト直下の基板内に反転層が形成されチャネルが形成され
る。従ってQ1は導通状態になり、出力端とGND2と
の間は低い抵抗状態になるが、Q2のバイアスゲート電
圧はGND2である。故に、Q2には反転層が形成され
チャネルが形成されないので、Q2は非導通状態にな
り、出力端と+VDD1との間は高い抵抗状態になる。
依って、出力端はGND1に近い電圧になり、出力は
“LOW”状態になる。
[Buffer Circuit] In the buffer circuit of FIG.
Control gate (first gate) to which input voltage VIN is supplied
The opposing provided biasing the gate (second gate) is connected to one power supply terminal + VDD2 of the two power supplies, the input voltage VIN of the Q2 transistor 9 is supplied
That the control gate (third gate) to the counter to provided bi-<br/> Asugeto (fourth gate) is connected to two of said one power supply terminal GND2 of the power supply. When the input voltage VIN of "HIGH" state to the input of this circuit is input, the input voltage VIN is applied close to the + VDD2 to the control gate of the control gate and Q2 of Q1 transistor 9. Therefore, since the bias gate voltage of Q1 is + VDD2, there is a voltage between the control gate and the bias gate of Q1.
No control field or bias gate
The inversion layer is not formed and the channel is not formed even in the substrate immediately below the shift . Therefore, Q1 becomes non-conductive, and the resistance between the output terminal and GND1 becomes high, but the bias gate voltage of Q2 is GND2, so Q2 has a control gate.
Since an electric field from the gate to the bias gate is generated,
An inversion layer is formed immediately below the control gate to form a channel. Therefore, Q2 becomes conductive, and the output end and + VDD1
And a low resistance state. Therefore, the output terminal has a voltage close to VDD1 and the output is in the "HIGH" state. Conversely, if the "LOW" state is input to the input of this circuit,
The control gate of Q1 and Q2 of the transistor 9 has GND2
A potential close to is applied. Therefore, the bias gate voltage of Q1 is a + VDD2, bias gate in Q1
Electric field from the gate to the control gate
A channel is formed by forming an inversion layer in the substrate directly below the substrate . Therefore, Q1 becomes conductive and the resistance between the output terminal and GND2 becomes low, but the bias gate voltage of Q2 is GND2. Therefore, an inversion layer is formed in Q2.
Since no channel is formed, Q2 becomes non-conductive, and a high resistance state exists between the output end and + VDD1.
Therefore, the output terminal has a voltage close to GND1 and the output is in the "LOW" state.

【0024】[インバータ回路] 図4のインバータ回路において、トランジスタ9のQ1
のバイアスゲート(第2ゲート)は2個の電源の内の一
方の電源の端子GND2に接続され、トランジスタ9の
Q2のバイアスゲート(第4ゲート)は2個の電源の内
前記一方の電源の端子+VDD2に接続されている。
この回路の入力に“HIGH”状態の入力電圧VIN
入力されると、トランジスタ9のQ1とQ2の制御ゲー
トには+VDD2に近い電圧が加えられる。従って、Q
1のバイアスゲート電圧はGND2であるので、Q1の
制御ゲート直下には反転層が形成され、Q1にはチャネ
ルが形成される。従ってQ1は導通状態になり、出力端
とGND1との間は低い抵抗状態になる。依って、Q2
のバイアスゲート電圧は+VDD2であるので、Q2の
制御ゲートとバイアスゲート間には電界が発生せず、
2にはチャネルが形成されない。従って、Q2は非導通
状態になり、出力端と+VDD1との間は高い抵抗状態
になる。故に、出力端はGND1に近い電圧となり、出
力は“LOW”状態になる。逆に、この回路の入力に
“LOW”状態が入力されると、トランジスタ9のQ1
とQ2の制御ゲートにはGND2に近い電圧が加えられ
る。従って、Q1のバイアスゲート電圧はGND2であ
るので、その制御ゲートとの間に電界が発生せず、Q1
にはチャネルが形成されない。従って、Q1は非導通状
態になり、出力端とGND2との間は高い抵抗状態にな
るが、Q2のバイアスゲート電圧は+VDD2であるの
で、Q2のバイアスゲートから制御ゲートに向かって電
界が発生し、このバイアスゲートの直下の基板中には反
転層が形成され、Q2にはチャネルが形成される。従っ
て、Q2は導通状態になり、出力端と+VDD1との間
は低い抵抗状態になる。故に、出力端は+VDD1に近
い電圧となり、出力は“HIGH“状態になる。
[Inverter circuit] In the inverter circuit of FIG.
Power bias gate (second gate) is connected to one power supply terminal GND2 of the two power, bias gate (fourth gate) of the Q2 transistor 9 of the one of the two power Connected to the terminal + VDD2.
When the input voltage VIN in the "HIGH" state is input to the input of this circuit, a voltage close to + VDD2 is applied to the control gates of Q1 and Q2 of the transistor 9. Therefore, Q
Since the first bias gate voltage is GND2, Q1 of
An inversion layer is formed immediately below the control gate, and a channel is formed in Q1. Therefore, Q1 becomes conductive, and a low resistance state exists between the output end and GND1. Therefore, Q2
Since the bias gate voltage is + VDD2, Q2 of
No electric field is generated between the control gate and bias gate,
No channel is formed in 2. Therefore, Q2 becomes non-conductive, and a high resistance state exists between the output terminal and + VDD1. Therefore, the output terminal has a voltage close to GND1, and the output is in the "LOW" state. Conversely, when the "LOW" state is input to the input of this circuit, Q1 of the transistor 9
A voltage close to GND2 is applied to the control gates of Q2 and Q2. Therefore, since the bias gate voltage of Q1 is GND2, no electric field is generated between the bias gate voltage and the control gate.
There is no channel formed in. Therefore, Q1 becomes non-conductive and a high resistance state is established between the output terminal and GND2, but since the bias gate voltage of Q2 is + VDD2, the bias gate voltage of Q2 goes from the bias gate to the control gate.
Field is generated, and there is no reaction in the substrate directly below this bias gate.
An inversion layer is formed and a channel is formed in Q2. Therefore, Q2 becomes conductive, and a low resistance state exists between the output terminal and + VDD1. Therefore, the output terminal has a voltage close to + VDD1, and the output is in the "HIGH" state.

【0025】[NAND論理回路]図5のNAND回路
において、トランジスタ9のQ1とQ3のバイアス ゲ
ートは2個の電源の内の一方の電源の端子GND2に接
続され、トランジスタ9のQ2とQ4のバイアス ゲー
トは2個の電源の内の一方の電源の端子+VDD2に接
続されている。この回路の2つの入力に対して共に“H
IGH”状態が入力されると、トランジスタ9のQ1と
Q3が導通になり、出力は“LOW”状態になる。それ
以外の入力に対しては出力は“HIGH”状態であるの
で、図5によってNAND論理回路を実現することがで
きる。
[NAND logic circuit] In the NAND circuit of FIG. 5, the bias gates of Q1 and Q3 of the transistor 9 are connected to the terminal GND2 of one of the two power supplies, and the bias of Q2 and Q4 of the transistor 9 is connected. The gate is connected to the terminal + VDD2 of one of the two power supplies. "H" for both inputs of this circuit
When the "IGH" state is input, Q1 and Q3 of the transistor 9 become conductive, and the output is in the "LOW" state. For the other inputs, the output is in the "HIGH" state. A NAND logic circuit can be realized.

【0026】[AND論理回路]図6のAND回路にお
いて、トランジスタ9のQ1とQ2のバイアス ゲート
は2個の電源の内の一方の電源の端子GND2に接続さ
れ、トランジスタ9のQ3とQ4のバイアス ゲートは
2個の電源の内の一方の電源の端子+VDD2に接続さ
れている。この回路の2つの入力に対して共に“HIG
H”状態が入力されると、トランジスタ9のQ1とQ2
が導通になり、出力は“HIGH”状態になる。それ以
外の入力に対しては出力は“LOW”状態であるので、
図6に示す回路によってAND論理を実現することがで
きる。従来の相補型論理回路においては、4個のトラン
ジスタでAND論理回路を実現することができなかった
が、本発明のトランジスタでは最少のトランジスタであ
る4個で相補型のAND論理回路を実現する事が可能に
なる。
[AND Logic Circuit] In the AND circuit of FIG. 6, the bias gates of Q1 and Q2 of the transistor 9 are connected to the terminal GND2 of one of the two power supplies, and the bias of Q3 and Q4 of the transistor 9 is connected. The gate is connected to the terminal + VDD2 of one of the two power supplies. For both inputs of this circuit, "HIG
When the "H" state is input, Q1 and Q2 of the transistor 9
Becomes conductive, and the output becomes "HIGH". For other inputs, the output is "LOW", so
AND logic can be implemented by the circuit shown in FIG. In the conventional complementary logic circuit, it was not possible to realize an AND logic circuit with four transistors, but it is possible to realize a complementary AND logic circuit with four transistors, which is the minimum number of transistors of the present invention. Will be possible.

【0027】[OR論理回路]図7に示すOR論理回路
において、トランジスタ9のQ2とQ4のバイアスゲー
トは2個の電源の内の一方の電源の端子GND2に接続
され、トランジスタ9のQ1とQ3のバイアス ゲート
は2個の電源の内の一方の電源の端子+VDD2に接続
されている。この回路の2つの入力に対して共に“LO
W”状態が入力されると、トランジスタ9のQ1とQ3
が導通になり、出力は“LOW”状態になる。それ以外
の入力に対しては出力は“HIGH”状態であるので、
図7に示す回路によってOR論理を実現することができ
る。従来の相補型論理回路においては、4個のトランジ
スタでOR論理回路を実現することができなかったが、
本発明のトランジスタでは最少のトランジスタである4
個で相補型のOR論理回路を実現する事が可能になる。
[OR Logic Circuit] In the OR logic circuit shown in FIG. 7, the bias gates of Q2 and Q4 of the transistor 9 are connected to the terminal GND2 of one of the two power supplies, and Q1 and Q3 of the transistor 9 are connected. The bias gate of is connected to the terminal + VDD2 of one of the two power supplies. Both the two inputs of this circuit are "LO
When the "W" state is input, Q1 and Q3 of the transistor 9
Becomes conductive, and the output becomes "LOW". For other inputs, the output is in the "HIGH" state, so
The OR logic can be realized by the circuit shown in FIG. In the conventional complementary logic circuit, an OR logic circuit could not be realized with four transistors.
The smallest number of transistors of the invention 4
It is possible to realize a complementary OR logic circuit individually.

【0028】[3状態論理回路]図8に示す3状態論理
回路(tri−state logic)において、ト
ランジスタ9のQ4のバイアス ゲートは2個の電源の
内の一方の電源の端子GND1に接続され、Q4のドレ
インは+VDD2に、トランジスタ9のQ3のバイアス
ゲートは2個の電源の内の一方の電源の端子GND1
に接続され、Q3のソースはGND2に接続されてい
る。この回路の制御入力であるVCONTが“LOW”
状態であると、トランジスタ9のQ3とQ4が非導通に
なり、出力は入力にかかわらず高いインピーダンス状態
になる。一方、制御入力VCONTが“HIGH”状態
になると、トランジスタ9のQ3とQ4が導通になり、
出力は入力が反転された状態になり、通常のNOT回路
になる。すなわち通常のインバータとしての動作の他に
出力を高いインピーダンス状態に設定することができる
ので、3状態論理回路が実現される。従来の3状態相補
型論理回路においては、4個のトランジスタで論理を実
現することができなかったが、本発明のトランジスタで
は最少のトランジスタである4個で相補型の3状態論理
回路を実現する事が可能になる。
[Three-State Logic Circuit] In the three-state logic circuit (tri-state logic) shown in FIG. 8, the bias gate of Q4 of the transistor 9 is connected to the terminal GND1 of one of the two power supplies, The drain of Q4 is + VDD2, and the bias gate of Q3 of transistor 9 is the terminal GND1 of one of the two power supplies.
, And the source of Q3 is connected to GND2. VCONT which is the control input of this circuit is "LOW"
In this state, Q3 and Q4 of the transistor 9 become non-conductive, and the output is in a high impedance state regardless of the input. On the other hand, when the control input VCONT becomes "HIGH", Q3 and Q4 of the transistor 9 become conductive,
The output is in a state where the input is inverted and becomes a normal NOT circuit. That is, since the output can be set to a high impedance state in addition to the operation as a normal inverter, a three-state logic circuit is realized. In the conventional three-state complementary logic circuit, the logic could not be realized by four transistors, but in the transistor of the present invention, the minimum number of transistors, four, realizes a complementary three-state logic circuit. Things will be possible.

【0029】[複数個のゲート電極]ゲートが複数個の
対面する電極によって構成される場合の1実施例を図9
に示す。図9の場合には、7対の対面ゲートにより構成
されるNチャネルのトランジスタであるが、Pチャネル
の場合も本発明の方法で構成することが可能である。こ
のトランジスタは複数個のゲート対の一方をバイアス
ゲートとして使用し、ドレイン電流を複数個の他方のゲ
ート対の電位により制御することが可能であり、ニュー
ラル・ネットワークのニューロン素子やデジタルの論理
回路に応用することも可能である。
[Plurality of Gate Electrodes] An embodiment in which the gate is composed of a plurality of facing electrodes is shown in FIG.
Shown in. In the case of FIG. 9, it is an N-channel transistor composed of seven pairs of facing gates, but a P-channel transistor can also be constructed by the method of the present invention. This transistor biases one of several gate pairs
It can be used as a gate, and the drain current can be controlled by the potentials of a plurality of other gate pairs, and can be applied to a neuron element of a neural network or a digital logic circuit.

【0030】[0030]

【発明の効果】一般に、電界効果トランジスタのドレイ
ンとソース間の電圧が減少すると、ドレイン電流が減少
する。一方、ゲートとソース間の電圧が従来のトランジ
スタではソース電圧の上昇と共に減少するが、本発明の
トランジスタはソースの電圧が一定であるので、ドレイ
ン電圧の減少が著しく少なくなる。すなわち、端子間の
電圧が減少してもドレイン電流の減少が少ないので、動
作を高速に行うことができる。
In general, the drain current decreases as the voltage between the drain and source of the field effect transistor decreases. On the other hand, the voltage between the gate and the source decreases with the increase of the source voltage in the conventional transistor, but in the transistor of the present invention, since the voltage of the source is constant, the decrease of the drain voltage is significantly reduced. That is, even if the voltage across the terminals decreases, the decrease in drain current is small, so that the operation can be performed at high speed.

【0031】本発明のトランジスタを用いると、キャリ
アとして正孔を用いなくても相補型回路を構成すること
ができる。すなわち、キャリアの移動度が正孔よりも大
きく高速動作を行うことが可能である電子のみをキャリ
アとして用いても論理回路の理想である相補型の回路を
構成することが可能になる。チャネルの側面にある2個
のゲートのいずれかの直下に反転層を形成するようにバ
イアス ゲートに電圧を加えることにより、入力電圧に
対して論理動作を行わせることが可能になる。この効果
によりPNPN接合に起こるサイリスタ電流の発生の可
能性も殆ど皆無になる。
By using the transistor of the present invention, a complementary circuit can be formed without using holes as carriers. That is, a complementary circuit, which is an ideal logic circuit, can be formed by using only electrons having a carrier mobility higher than that of holes and capable of high-speed operation as carriers. By applying a voltage to the bias gate to form an inversion layer just below either of the two gates flanking the channel, it becomes possible to perform a logical operation on the input voltage. This effect almost eliminates the possibility of thyristor current occurring in the PNPN junction.

【0032】従来のトランジスタ回路においては、2個
のインバータを2段に接続してバッファ回路を構成して
いたが、本発明のトランジスタを用いると、1段のトラ
ンジスタ回路においてもバッファ回路を構成することが
できる。
In the conventional transistor circuit, two inverters are connected in two stages to form a buffer circuit, but when the transistor of the present invention is used, a buffer circuit is also formed in a single-stage transistor circuit. be able to.

【0033】3状態論理回路(tri−state l
ogic)を構成するためのトランジスタの数を従来の
それよりも減少することが可能であるので、集積密度の
高い回路を実現することができる。
A tri-state logic circuit (tri-state l)
Since it is possible to reduce the number of transistors for configuring the circuit) as compared with the conventional one, a circuit with high integration density can be realized.

【0034】従来のトランジスタ回路においては、1段
で相補型のAND回路やOR回路を構成することが困難
であったが、本発明のトランジスタを用いると、1段で
相補型のAND回路やOR回路を構成することが可能に
なる。
In the conventional transistor circuit, it was difficult to construct a complementary AND circuit or OR circuit in one stage, but when the transistor of the present invention is used, a complementary AND circuit or OR in one stage is used. It becomes possible to configure a circuit.

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

【図1】本発明のトランジスタの構成図と2個の独立す
る電源を接続するトランジスタ回路
FIG. 1 is a configuration diagram of a transistor of the present invention and a transistor circuit for connecting two independent power sources.

【図2】本発明のガリウム・ひ素トランジスタの構成図
と2個の独立する電源を接続するガリウム・ひ素トラン
ジスタ回路
FIG. 2 is a block diagram of a gallium / arsenic transistor of the present invention and a gallium / arsenic transistor circuit connecting two independent power sources.

【図3】本発明の1実施例であるバッファ回路FIG. 3 is a buffer circuit according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の1実施例であるインバータ(反転)回
FIG. 4 is an inverter (inverting) circuit according to one embodiment of the present invention.

【図5】本発明の1実施例であるNAND回路FIG. 5 is a NAND circuit according to one embodiment of the present invention.

【図6】本発明の1実施例であるAND回路FIG. 6 is an AND circuit according to one embodiment of the present invention.

【図7】本発明の1実施例であるOR回路FIG. 7 is an OR circuit according to one embodiment of the present invention.

【図8】本発明の1実施例である3状態論理回路FIG. 8 is a three-state logic circuit according to one embodiment of the present invention.

【図9】本発明の1実施例である複数個のゲート対から
なるトランジスタとトランジスタ回路
FIG. 9 is a transistor and a transistor circuit including a plurality of gate pairs according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・・・P型半導体 2・・・・・高濃度にドーピングしたN型半導体による
ソース 3・・・・・高濃度にドーピングしたN型半導体による
ドレイン 4・・・・・制御ゲート 5・・・・・バイアス ゲート 6・・・・・ゲート酸化膜 7・・・・・第1の電源 8・・・・・第2の電源 9・・・・・トランジスタ 10・・・・絶縁体 11・・・・ゲート対
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... P-type semiconductor 2 ... Source with heavily doped N-type semiconductor 3 ... Drain with heavily doped N-type semiconductor 4 ... Control gate 5 ... bias gate 6 ... gate oxide film 7 ... first power supply 8 ... second power supply 9 ... transistor 10 ... insulator 11 ... Gate pair

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 第1、第2のNチャネルの電界効果トラ
ンジスタを具備し、 前記第1の電界効果トランジスタは、P型の半導体基板
の表面および裏面に夫々ゲート絶縁膜を介して対向して
形成された第1、第2のゲートと、前記第1、第2のゲ
ートを挟んで夫々前記半導体基板内の前記表面と裏面に
跨って形成されたN型の第1のソースおよび第1のドレ
インとを有し、 前記第2の電界効果トランジスタは、P型の半導体基板
の表面および裏面に夫々ゲート絶縁膜を介して対向して
形成された第3、第4のゲートと、前記第3、第4のゲ
ートを挟んで夫々前記半導体基板内の前記表面と裏面に
跨って形成されたN型の第2のソースおよび第2のドレ
インとを有し、さらに、 前記第1の電界効果トランジスタの第1のドレインと前
記第2の電界効果トランジスタの第2のソースとを接続
するとともに前記第1のソースに“LOW”、前記第2
のドレインに“HIGH”となる電位を第1の電源から
供給する手段と、 前記第2のゲートに第2の電源から“HIGH”または
“LOW”の一方の電位を供給し、前記第4のゲートに
前記第2の電源から“HIGH”または“LOW”の他
方の電位を供給する手段と、 前記第1、第3のゲートに前記第2の電源の“HIG
H”または“LOW”の電位に近い入力電位を共通に与
える手段とを具備し、 前記第2のゲートに“HIGH”、第4のゲートに“L
OW”の電位が与えられている状態で前記第1、第3の
ゲートに“HIGH”の入力電位が与えられた時には、
前記第3のゲート直下にのみ反転層が形成され、前記第
2のN型の電界効果トランジスタのみONとなり、 前記第2のゲートに“LOW”、第4のゲートに“HI
GH”の電位が与えられている状態で前記第1、第3の
ゲートに“LOW”の入力電位が与えられた時には、前
記第4のゲート直下にのみ反転層が形成され、前記第2
のN型の電界効果トランジスタのみONとなることを特
徴とする相補型トランジスタ回路。
1. A first and a second N-channel field effect transistor are provided, wherein the first field effect transistor faces a front surface and a back surface of a P-type semiconductor substrate with a gate insulating film interposed therebetween. The formed first and second gates, and the N-type first source and the first N-type source and the first gate formed between the first and second gates across the front surface and the back surface, respectively, in the semiconductor substrate. A second field effect transistor, wherein the second field effect transistor has third and fourth gates formed on the front surface and the back surface of the P-type semiconductor substrate so as to face each other with a gate insulating film interposed therebetween; , And an N-type second source and a second drain formed across the front surface and the back surface in the semiconductor substrate with the fourth gate interposed therebetween, and further, the first field effect transistor. The first drain and the second electric field The second source of the effect transistor is connected to the first source, and "LOW" is applied to the first source.
Means for supplying a potential of "HIGH" to the drain of the first power source, and one of the potentials of "HIGH" and "LOW" from the second power source to the second gate, Means for supplying the other potential of "HIGH" or "LOW" from the second power source to the gate; and "HIG" of the second power source for the first and third gates.
Means for commonly providing an input potential close to the potential of "H" or "LOW", wherein "HIGH" is applied to the second gate and "L" is applied to the fourth gate.
When the "HIGH" input potential is applied to the first and third gates while the OW "potential is applied,
An inversion layer is formed only directly under the third gate, only the second N-type field effect transistor is turned on, “LOW” is applied to the second gate, and “HI” is applied to the fourth gate.
When the input potential of "LOW" is applied to the first and third gates while the potential of GH "is applied, the inversion layer is formed only immediately below the fourth gate, and the second gate is formed.
Complementary transistor circuit characterized in that only the N-type field effect transistor is turned on.
【請求項2】 前記第1、第3のゲートは共通に入力端
子に接続され、前記第1のドレイン及び第2のソースは
共通に出力端子に接続されることを特徴とする、請求項
1に記載の相補型トランジスタ回路。
2. The first and third gates are commonly connected to an input terminal, and the first drain and the second source are commonly connected to an output terminal. The complementary transistor circuit according to.
【請求項3】 前記第1のソースは前記第1の電源の
“LOW”端子に接続され、前記第2のドレインは前記
第1の電源の“HIGH”端子に接続され、前記第2の
ゲートは前記第2の電源の“HIGH”端子に接続さ
れ、前記第4のゲートは前記第2の電源の“LOW”端
子に接続され、前記第1、第2のN型の電界効果トラン
ジスタによりバッファ回路が構成されることを特徴とす
る請求項2に記載の相補型トランジスタ回路。
3. The first source is connected to a “LOW” terminal of the first power supply, the second drain is connected to a “HIGH” terminal of the first power supply, and the second gate is connected. Is connected to the "HIGH" terminal of the second power supply, the fourth gate is connected to the "LOW" terminal of the second power supply, and is buffered by the first and second N-type field effect transistors. The complementary transistor circuit according to claim 2, wherein the circuit is configured.
【請求項4】 前記第1のソースは前記第1の電源の
“LOW”端子に接続され、前記第2のドレインは前記
第1の電源の“HIGH”端子に接続され、前記第2の
ゲートは前記第2の電源の“LOW”端子に接続され、
前記第4のゲートは前記第2の電源の“HIGH”端子
に接続され、前記第1、第2のN型の電界効果トランジ
スタによりインバータ回路が構成されることを特徴とす
る請求項2に記載の相補型トランジスタ回路。
4. The first source is connected to a “LOW” terminal of the first power supply, the second drain is connected to a “HIGH” terminal of the first power supply, and the second gate is connected. Is connected to the "LOW" terminal of the second power supply,
The fourth gate is connected to a "HIGH" terminal of the second power supply, and an inverter circuit is configured by the first and second N-type field effect transistors. Complementary transistor circuit.
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