JPH02238670A - 半導体装置及び光情報処理装置 - Google Patents
半導体装置及び光情報処理装置Info
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- JPH02238670A JPH02238670A JP1058905A JP5890589A JPH02238670A JP H02238670 A JPH02238670 A JP H02238670A JP 1058905 A JP1058905 A JP 1058905A JP 5890589 A JP5890589 A JP 5890589A JP H02238670 A JPH02238670 A JP H02238670A
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Landscapes
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- Light Receiving Elements (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
[産業上の利用分野]
本発明は半導体装置及び光情報処理装置に関する。
[従来の技術]
最近になって、高度な並列処理能力を持つ神経回路網の
エミュレータを電子回路によって実現する試みが行われ
るーようになってきた。大規模な並列処理能力を実現さ
せる上で最大の障害は、多数のニューロン素子間の信号
伝達方法にある。
エミュレータを電子回路によって実現する試みが行われ
るーようになってきた。大規模な並列処理能力を実現さ
せる上で最大の障害は、多数のニューロン素子間の信号
伝達方法にある。
そこで従来からVLSI技術を用いてシリコン基板上に
神経回路網を作成する試みが行われてきた。
神経回路網を作成する試みが行われてきた。
例えば、Applied Optics Vo1.2
6.5077(1987)に示すように、シナブスを表
現する結合マトリクスを非晶質Siの抵抗を用いて作成
する試み、 I EEEConference on
Neural Information Pro
cess−ing Systems−Natural
Synthetic, Denver,1987.Ab
stracts of Papers, p.44.に
示すように、MOSトランジスタのゲート電圧を制御し
てドレインコンダクタンスを変えることにより結合マト
リクスの重みを可変にし、プログラマプルな連想メモリ
を作成する試み等がある。しかし、前2者の何れも2次
元平面上に素子を集積化しているため、特にプログラマ
プルな神経回路網を実現する場合ニューロン素子間の膨
大な結線数が問題となり、集積可能なニューロン素子数
が制限されてしまう。
6.5077(1987)に示すように、シナブスを表
現する結合マトリクスを非晶質Siの抵抗を用いて作成
する試み、 I EEEConference on
Neural Information Pro
cess−ing Systems−Natural
Synthetic, Denver,1987.Ab
stracts of Papers, p.44.に
示すように、MOSトランジスタのゲート電圧を制御し
てドレインコンダクタンスを変えることにより結合マト
リクスの重みを可変にし、プログラマプルな連想メモリ
を作成する試み等がある。しかし、前2者の何れも2次
元平面上に素子を集積化しているため、特にプログラマ
プルな神経回路網を実現する場合ニューロン素子間の膨
大な結線数が問題となり、集積可能なニューロン素子数
が制限されてしまう。
そこでこの問題を解決するために、Applied O
ptics Vo1.24.1469(1985)、
Applied Optics Vol.26.509
3(1987)、 International T
opical Conference on H
ydrogenated Amorphous S
iliconDevices And Techn
ology; Conference Report
p . 2 47、 [電子情報通信学会技術研究報告
JMBE87−159,p. 431. 1988
年.等に示すように、各シナブス荷重を空間的な光の強
度分布で表現することを、空間光変調器を用いて実現す
ることにより、2次元平面上の集積度の限界を乗り越え
る試みもある。
ptics Vo1.24.1469(1985)、
Applied Optics Vol.26.509
3(1987)、 International T
opical Conference on H
ydrogenated Amorphous S
iliconDevices And Techn
ology; Conference Report
p . 2 47、 [電子情報通信学会技術研究報告
JMBE87−159,p. 431. 1988
年.等に示すように、各シナブス荷重を空間的な光の強
度分布で表現することを、空間光変調器を用いて実現す
ることにより、2次元平面上の集積度の限界を乗り越え
る試みもある。
[発明が解決しようとする課題コ
上記公知例では、シナプス荷重を電気的に検出するのに
、例えば光照射時の非晶質シリコン(以下、a−Si)
の抵抗値変化を応用している。しかし、a−Si薄膜の
抵抗値はその膜厚によって大きく変わり、素子内での膜
厚ばらつきが問題となる。またa−Si薄膜と金属電極
との間のコンタクト抵抗値も素子内ばらつきが大きく、
問題となっていた。本発明は以上の問題点を解決するも
ので、その目的は1つの素子内にわたってばらつきのな
いシナブ人荷重を実現する半導体装置と、これを用いた
光情報処理装置を提供することにある。
、例えば光照射時の非晶質シリコン(以下、a−Si)
の抵抗値変化を応用している。しかし、a−Si薄膜の
抵抗値はその膜厚によって大きく変わり、素子内での膜
厚ばらつきが問題となる。またa−Si薄膜と金属電極
との間のコンタクト抵抗値も素子内ばらつきが大きく、
問題となっていた。本発明は以上の問題点を解決するも
ので、その目的は1つの素子内にわたってばらつきのな
いシナブ人荷重を実現する半導体装置と、これを用いた
光情報処理装置を提供することにある。
[課題を解決するための手段]
(1)本発明の半導体装置は、上部ゲート電極及び下部
ゲート電極を有する半導体装置において、前記上下ゲー
ト電極の電位を光起電圧素子を用いて制御することを特
徴とする。
ゲート電極を有する半導体装置において、前記上下ゲー
ト電極の電位を光起電圧素子を用いて制御することを特
徴とする。
(2)本発明の光情報処理装置は、請求項1記載の半導
体装置のドレインコンダクタンスを制御することにより
情報を制御することを特徴とする。
体装置のドレインコンダクタンスを制御することにより
情報を制御することを特徴とする。
[作用]
第3図は神経回路網の等価回路図で、MOSトランジス
タGij301、光起電圧素子302と電流増幅器30
3とからなる。神経回路網ではGijの要素をシナプス
と呼んでいる。このモデルではある入力電圧ベクトルv
j306を薄膜トランジスタGijを通し、電流ベクト
ルI i3 0 7に変換する。
タGij301、光起電圧素子302と電流増幅器30
3とからなる。神経回路網ではGijの要素をシナプス
と呼んでいる。このモデルではある入力電圧ベクトルv
j306を薄膜トランジスタGijを通し、電流ベクト
ルI i3 0 7に変換する。
即ち、第(1)式に従って工iが決定される。
Ii=ΣGijVj (1)
j
出力電流Iiは、電流増幅器303を通し入力電圧ベク
トルにフィードバックされる。 (1)式力)ら分かる
ように、GiJo値の組合せによって、演算の仕組みや
記憶の内容が決められる。本発明では、GijをMOS
}ランジスタのドレインコンダクタンスで制御している
。すなわちMOSトランジスタのゲート電極は光起電圧
素子に接続されており、光起電圧素子に照射する光量を
制御することによりゲート電圧を制御できるようになっ
てVXる。従って、光起電圧素子への入射光量を変える
ことによってドレインコンダクタンスを変えることがで
きる。
トルにフィードバックされる。 (1)式力)ら分かる
ように、GiJo値の組合せによって、演算の仕組みや
記憶の内容が決められる。本発明では、GijをMOS
}ランジスタのドレインコンダクタンスで制御している
。すなわちMOSトランジスタのゲート電極は光起電圧
素子に接続されており、光起電圧素子に照射する光量を
制御することによりゲート電圧を制御できるようになっ
てVXる。従って、光起電圧素子への入射光量を変える
ことによってドレインコンダクタンスを変えることがで
きる。
第4図は本発明の光情報処理装置の基本構成図である。
401は平面光源、102は透過率変換素子、403は
光受容素子である。光受容素子403は第3図に杼ける
MOSトランジスタと光起電圧素子1対に相当する。こ
こで第4図ではそれぞれ9個の透過率変換素子、光受容
素子が描いてあり、1組の透過率変換素子と光受容素子
が1つのシナプスを形成すると考えてよいので、ここで
は9組のシナプスが表現されている。平面光源401か
らの一様な光は透過率変換素子402を通過し、任意の
強度に変換されて光受容素子403に到達する。MOS
}ランジスタのサブスレショルド領域を利用して、光強
度に対応したゲート電圧を与えることによりドレインコ
ンダクタンスを変化させる。透過率変換素子は電気的に
アドレサブルになっており、各シナブス内で独立に透過
率を制御できる。このため、透過率変換素子を制御する
ことだけによって任意のコンダクタンスマトリクスGi
jを実現することができる。このため、外界からの状態
変化に応じてリアルタイムで高速にプログラムを変更し
、系の状態に応じた最も適切な解を迅速に求めることも
できるようになる。
光受容素子である。光受容素子403は第3図に杼ける
MOSトランジスタと光起電圧素子1対に相当する。こ
こで第4図ではそれぞれ9個の透過率変換素子、光受容
素子が描いてあり、1組の透過率変換素子と光受容素子
が1つのシナプスを形成すると考えてよいので、ここで
は9組のシナプスが表現されている。平面光源401か
らの一様な光は透過率変換素子402を通過し、任意の
強度に変換されて光受容素子403に到達する。MOS
}ランジスタのサブスレショルド領域を利用して、光強
度に対応したゲート電圧を与えることによりドレインコ
ンダクタンスを変化させる。透過率変換素子は電気的に
アドレサブルになっており、各シナブス内で独立に透過
率を制御できる。このため、透過率変換素子を制御する
ことだけによって任意のコンダクタンスマトリクスGi
jを実現することができる。このため、外界からの状態
変化に応じてリアルタイムで高速にプログラムを変更し
、系の状態に応じた最も適切な解を迅速に求めることも
できるようになる。
[実施例]
第1図に本発明の半導体装置の平面図を、第2図に断面
図を示す。以下に第1図に基き半導体装置の素子構成を
説明し、第2図に基き構造を,説明する。
図を示す。以下に第1図に基き半導体装置の素子構成を
説明し、第2図に基き構造を,説明する。
本発明の半導体装置は、基本的には光起電圧素子101
とMOS}ランジスタ102からなる。
とMOS}ランジスタ102からなる。
本実施例ではMOS}ランジスタにpチャネルの多結晶
シリコン薄膜トランジスタを用い、光起電圧素子にa−
Si太陽電池を用いた。より低いゲート電圧で効果的に
ドレインコンダクタンスを制御するために、第1図、第
2図に示すように薄膜トランジスタ(以下、TPT)の
チャネル部を上下1対のゲート電極で挟む構造をとる。
シリコン薄膜トランジスタを用い、光起電圧素子にa−
Si太陽電池を用いた。より低いゲート電圧で効果的に
ドレインコンダクタンスを制御するために、第1図、第
2図に示すように薄膜トランジスタ(以下、TPT)の
チャネル部を上下1対のゲート電極で挟む構造をとる。
上部ゲート電極103、203と下部ゲート電極104
、204をa−Si太陽電池の負電圧端子に接続し、太
陽電池の出力電圧でゲート電位を制御するようになって
いる。太陽電池1個の電圧ではTPTのゲート電圧には
不足なので、本実施例では3個の太陽電池を直列にカス
ケード接続している。3個の太陽電池で尚電圧が不足す
る場合は更にカスケードを増やせるのーは勿論である。
、204をa−Si太陽電池の負電圧端子に接続し、太
陽電池の出力電圧でゲート電位を制御するようになって
いる。太陽電池1個の電圧ではTPTのゲート電圧には
不足なので、本実施例では3個の太陽電池を直列にカス
ケード接続している。3個の太陽電池で尚電圧が不足す
る場合は更にカスケードを増やせるのーは勿論である。
MOSI−ランジスタのソースには垂直信号線106、
ドレインには水平信号線107を接続する。また、接地
線108には太陽電池の正電圧端子を接続する。105
はAl配線である。
ドレインには水平信号線107を接続する。また、接地
線108には太陽電池の正電圧端子を接続する。105
はAl配線である。
次に製造工程を通して本発明の半導体装置の構造を説明
する。まず基板201上にMOS}ランジスタを作成す
る。この基板は単結晶シリコンウェハでも絶縁基板でも
良いが、本実施例では石英基板を用いた。石英基板上に
n型多結晶シリコンを減圧CVD法で約2000人成膜
し、バタニングの後、熱酸化膜を形成し下部ゲート電極
204を形成する。この上にp型多結晶シリコンを約2
000〜3000A成膜、パタニングし、ソース206
、 ドレイン207を形成する。次にノンドープ多結晶
シリコンを約2000人成膜、続いて光CVD法を用い
て高品質のSi○2膜を約500A成膜、パタニングし
上部ゲート酸化膜とチャネル部205とを同時に作る。
する。まず基板201上にMOS}ランジスタを作成す
る。この基板は単結晶シリコンウェハでも絶縁基板でも
良いが、本実施例では石英基板を用いた。石英基板上に
n型多結晶シリコンを減圧CVD法で約2000人成膜
し、バタニングの後、熱酸化膜を形成し下部ゲート電極
204を形成する。この上にp型多結晶シリコンを約2
000〜3000A成膜、パタニングし、ソース206
、 ドレイン207を形成する。次にノンドープ多結晶
シリコンを約2000人成膜、続いて光CVD法を用い
て高品質のSi○2膜を約500A成膜、パタニングし
上部ゲート酸化膜とチャネル部205とを同時に作る。
この上に高滴度n型ドーブ多結晶シリコンを上部ゲート
203、水平信号線107、接一地線108用に500
0人成膜しバタニングする。層間絶縁膜202のSi0
2を約7000人減圧CVDで成膜する。層間絶縁膜上
に太陽電池の透明電極210を成膜し、パタニングする
。透明電極上に光電変換層209のa−Si薄膜をプラ
ズマCVD法で約1μm成膜、パタニングする。MOS
}ランジスタのコンタクトホールを空け、上部電極20
7及び配線用のA1をスバッタで約7000人形成、パ
タニングする。
203、水平信号線107、接一地線108用に500
0人成膜しバタニングする。層間絶縁膜202のSi0
2を約7000人減圧CVDで成膜する。層間絶縁膜上
に太陽電池の透明電極210を成膜し、パタニングする
。透明電極上に光電変換層209のa−Si薄膜をプラ
ズマCVD法で約1μm成膜、パタニングする。MOS
}ランジスタのコンタクトホールを空け、上部電極20
7及び配線用のA1をスバッタで約7000人形成、パ
タニングする。
最後にバッシベーション用のポリイミドを塗布して完成
となる。本実施例では、MOSトランジスタの例に多結
晶シリコンを用いた薄膜トランジスタを用いて説明した
が、MoSトランジスタは薄膜トランジスタに限ること
はなく、単結晶シリコンウェハを基板として作成したM
OS}ランジスタでも良いのは勿論である。
となる。本実施例では、MOSトランジスタの例に多結
晶シリコンを用いた薄膜トランジスタを用いて説明した
が、MoSトランジスタは薄膜トランジスタに限ること
はなく、単結晶シリコンウェハを基板として作成したM
OS}ランジスタでも良いのは勿論である。
以上が本発明の半導体装置の構成及び構造であって、以
下にこれを用いた光情報処理装置の構成を説明する。本
発明の光情報処理装置は第4図に示すように平面光源4
01、透過率変換素子402、光受容素子4−03を積
層した構造になっている。平面光源は透過率変換素子の
素子面上にわたって一様な光強度が得られるものならど
のようなものでも良いが、例えば薄膜EL素子等を用い
る。
下にこれを用いた光情報処理装置の構成を説明する。本
発明の光情報処理装置は第4図に示すように平面光源4
01、透過率変換素子402、光受容素子4−03を積
層した構造になっている。平面光源は透過率変換素子の
素子面上にわたって一様な光強度が得られるものならど
のようなものでも良いが、例えば薄膜EL素子等を用い
る。
透過率変換素子は、基本的にはパーソナルコンピュータ
等の画像表示に用いられる透過型液晶パネルと同様の構
成をとり、パネルの1画素が1透過率変換素子に相当す
る。光受容素子は、前述したように第3図におけるMO
S}ランジスタと光起電圧素子1対に相当し、透過率変
換素子と1対1に対応するように石英基板上に素子を集
積化してある。
等の画像表示に用いられる透過型液晶パネルと同様の構
成をとり、パネルの1画素が1透過率変換素子に相当す
る。光受容素子は、前述したように第3図におけるMO
S}ランジスタと光起電圧素子1対に相当し、透過率変
換素子と1対1に対応するように石英基板上に素子を集
積化してある。
[発明の効果]
本発明の半導体装置及びこれを用いた光情報処理装置に
よれば、MOSトランジスタのゲート電圧を太陽電池の
光起電力で制御しているのでゲート電圧制御用の配線が
必要でなくなる。このため2次元平面上に高密度に素子
を集積化することが可能になる。TPTは上下1対のゲ
ート電極を持っているので単一のゲート電極を持つTP
Tと比較すると、等しレ℃ゲート電圧幅でより大きいド
レインコンダクタンスの変化を実現できる。また、a−
Si薄膜の光伝導による抵抗変化を利用゜する場合は、
a−Si薄膜の膜厚が同一素子面内でばらつき、その結
果抵抗値もばらつく問題があったが、本発明の半導体装
置を用いればコンダクタンスのばらつきの問題も少なく
なる。更に本発明の光情報処理装置によれば透過率変換
素子と光受容素子とを1対1に密着させるため両素子間
を結ぶ複雑なレンズ系を省略でき、光学系での信号損失
を少なくできるという利点がある。
よれば、MOSトランジスタのゲート電圧を太陽電池の
光起電力で制御しているのでゲート電圧制御用の配線が
必要でなくなる。このため2次元平面上に高密度に素子
を集積化することが可能になる。TPTは上下1対のゲ
ート電極を持っているので単一のゲート電極を持つTP
Tと比較すると、等しレ℃ゲート電圧幅でより大きいド
レインコンダクタンスの変化を実現できる。また、a−
Si薄膜の光伝導による抵抗変化を利用゜する場合は、
a−Si薄膜の膜厚が同一素子面内でばらつき、その結
果抵抗値もばらつく問題があったが、本発明の半導体装
置を用いればコンダクタンスのばらつきの問題も少なく
なる。更に本発明の光情報処理装置によれば透過率変換
素子と光受容素子とを1対1に密着させるため両素子間
を結ぶ複雑なレンズ系を省略でき、光学系での信号損失
を少なくできるという利点がある。
以上のように本発明の半導体素子及び光情報処理装置は
並列処理光コンピュータ、インテリジェントイメージセ
ンサ、人工網膜等の実現に大きな役割を果たし、その効
果は大である。
並列処理光コンピュータ、インテリジェントイメージセ
ンサ、人工網膜等の実現に大きな役割を果たし、その効
果は大である。
第1図は本発明の半導体装置の平面図。
第2図は本発明の半導体装置の断面図。
第3図は神経回路網の等価回路図。
第4図は本発明の光情報処理装置の構成図。
101、302・・一・・・・・・光起電圧素子2・・
・・・・・・・MOSI−ランジスタ3、203・・・
・・・・・・上部ゲート電極4、204・・・・・・・
・・下部ゲート電極5・・・・・・・・・A1配線 6、304・・・・・・・・・垂直信号線7、305・
・・・・・・・・水平信号線8、308・・・・・・・
・・接地線 1・・・・・・・・・基板 2・・・・・・・・・層間絶縁膜 5・・・・・・・・・チャネル部 6・・・・・・・・・ソース 7・・・・・・・・・ドレイン 8・・・・・・・・・上部電極 9・・・・・・・・・光電変換層 0・・・・・・・・・透明電極 1・・・・・・・・・MOSトランジスタGlj3・・
・・・・・・・電流増幅器 6・・・・・・・・・入力電′圧ベクトルVj7・・・
・・・・・・出力電流ベクトルIi1・・・・・・・・
・平面一光源 402・・・・・・・・・透過率変換素子403・・・
・・・・・・光受容素子 以上 出願人セイコーエプソン株式会社
・・・・・・・MOSI−ランジスタ3、203・・・
・・・・・・上部ゲート電極4、204・・・・・・・
・・下部ゲート電極5・・・・・・・・・A1配線 6、304・・・・・・・・・垂直信号線7、305・
・・・・・・・・水平信号線8、308・・・・・・・
・・接地線 1・・・・・・・・・基板 2・・・・・・・・・層間絶縁膜 5・・・・・・・・・チャネル部 6・・・・・・・・・ソース 7・・・・・・・・・ドレイン 8・・・・・・・・・上部電極 9・・・・・・・・・光電変換層 0・・・・・・・・・透明電極 1・・・・・・・・・MOSトランジスタGlj3・・
・・・・・・・電流増幅器 6・・・・・・・・・入力電′圧ベクトルVj7・・・
・・・・・・出力電流ベクトルIi1・・・・・・・・
・平面一光源 402・・・・・・・・・透過率変換素子403・・・
・・・・・・光受容素子 以上 出願人セイコーエプソン株式会社
Claims (2)
- (1)上部ゲート電極及び下部ゲート電極を有する半導
体装置において、前記上下ゲート電極の電位を光起電圧
素子を用いて制御することを特徴とする半導体装置。 - (2)請求項1記載の半導体装置のドレインコンダクタ
ンスを制御することにより情報を制御することを特徴と
する光情報処理装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1058905A JPH02238670A (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 半導体装置及び光情報処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1058905A JPH02238670A (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 半導体装置及び光情報処理装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02238670A true JPH02238670A (ja) | 1990-09-20 |
Family
ID=13097824
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1058905A Pending JPH02238670A (ja) | 1989-03-10 | 1989-03-10 | 半導体装置及び光情報処理装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH02238670A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016028435A (ja) * | 2008-10-24 | 2016-02-25 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
CN115535512A (zh) * | 2022-11-24 | 2022-12-30 | 江苏时代新能源科技有限公司 | 单元极片的传送方法、装置、设备、系统和存储介质 |
-
1989
- 1989-03-10 JP JP1058905A patent/JPH02238670A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016028435A (ja) * | 2008-10-24 | 2016-02-25 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 半導体装置 |
CN115535512A (zh) * | 2022-11-24 | 2022-12-30 | 江苏时代新能源科技有限公司 | 单元极片的传送方法、装置、设备、系统和存储介质 |
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