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

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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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JP
Japan
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semiconductor device
lower gate
solar cell
photovoltaic element
thin film
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Pending
Application number
JP1058905A
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English (en)
Inventor
Masabumi Kunii
正文 国井
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Seiko Epson Corp
Original Assignee
Seiko Epson Corp
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Publication date
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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。

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。
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。
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。
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。
[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。
[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。
(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。
[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。
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。
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。
[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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
[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。
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。
【図面の簡単な説明】
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

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (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. (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。
JP1058905A 1989-03-10 1989-03-10 半導体装置及び光情報処理装置 Pending JPH02238670A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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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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
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