JPH03262161A - Resonant tunnel transistor - Google Patents

Resonant tunnel transistor

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JPH03262161A
JPH03262161A JP6068190A JP6068190A JPH03262161A JP H03262161 A JPH03262161 A JP H03262161A JP 6068190 A JP6068190 A JP 6068190A JP 6068190 A JP6068190 A JP 6068190A JP H03262161 A JPH03262161 A JP H03262161A
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JP
Japan
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potential barrier
base layer
resonant tunnel
resonant
emitter electrode
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JP6068190A
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Japanese (ja)
Inventor
Hisashi Fukuda
永 福田
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To enable a resonant tunnel electron current to be controlled with a small base current by a method wherein a first and a second potential barrier layer are provided sandwiching a base layer between them, an emitter electrode is formed into a pointed structure, and the tip of the emitter electrode is connected to the second potential barrier layer. CONSTITUTION:In this transistor, a potential barrier layer 35 formed of a silicon oxide film is provided to the side of a base layer 33 opposed to a pointed recess 31a coming into contact with the base layer 33, and a second potential barrier layer 37 formed of a silicon oxide film is provided coming into contact with the base layer 33 on the pointed recess 31a side. A proper electrode material is filled into the pointed recess 31a to form an emitter electrode which is formed in a pointed structure and whose tip is connected to the second potential barrier layer 37. Therefore, as the emitter electrode has a pointed structure, an electrical field can be concentrated on the tip of the emitter electrode, so that a resonant tunnel phenomenon can be induced with a small base current, and a resonant tunnel electron current is improved in injection efficiency, in result a resonant tunnel electron current can be enhanced.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、共鳴トンネルトランジスタに関するもので
ある。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Field of Industrial Application) The present invention relates to a resonant tunnel transistor.

(従来の技術) 超格子へテロ接合におけるトンネル効果を利用した新し
いデバイスの一つとして、共鳴トンネル現象を利用した
共鳴トンネルトランジスタか知られでいる(例えば文献
:榊 裕之 編著、「超格子へテロ構造デバイス」(1
988) p、397エ業調査会発行)。
(Prior art) Resonant tunnel transistors that utilize resonant tunneling are known as one of the new devices that utilize the tunneling effect in superlattice heterojunctions. “Structural Device” (1
988) p. 397, published by the Industrial Research Association).

第5図は、ポテンシャル障壁層を2つ(ベース層17上
下においで合計2つ)具える従来の共鳴トンネルトラン
ジスタの一般的な構造を概略的に示した断面図、また、
M6図は、このような共鳴トンネルトランジスタのエネ
ルギー帯図を示した図である。
FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing the general structure of a conventional resonant tunneling transistor that includes two potential barrier layers (two in total above and below the base layer 17).
Diagram M6 is a diagram showing an energy band diagram of such a resonant tunnel transistor.

この共鳴トンネルトランジスタは、基板11上に、コレ
クタ電極13と、第1のポテンシャル障壁層15と、量
子井戸層から成るベース層17と、第2のポテンシャル
障壁層19と、エミッタ電極21とが順次(こ積層され
た構成となっていた。ざらに、この共鳴トシネルトラン
ジスタにおいては、コレクタ電極13、ベース層17及
びエミッタ電極21夫々の他の層が積層されていない領
域各々に、例えばAuGe等の金属で構成された配線引
き出し用のバット23が設けられていた。なお、第6図
のエネルギー帯図において、17aて示すものは共鳴ト
ンネル準位である。
This resonant tunnel transistor includes, on a substrate 11, a collector electrode 13, a first potential barrier layer 15, a base layer 17 consisting of a quantum well layer, a second potential barrier layer 19, and an emitter electrode 21 in this order. (It had a laminated structure. Roughly speaking, in this resonant tossinel transistor, for example, AuGe, etc. A wiring lead-out batt 23 made of metal was provided.In the energy band diagram of FIG. 6, what is indicated by 17a is a resonant tunnel level.

ここで、第1及び第2のポテンシャル障壁層15、19
の膜厚は、トンネル現象によって電子か当該障壁層を通
過出来るように、例えば数10λ程度とされており、ま
た、ベース層17の膜厚は、当該ヘ−ス層17による電
子の散乱等を少くするために、数10人程度とされてい
た。
Here, the first and second potential barrier layers 15, 19
The thickness of the base layer 17 is, for example, about several tens of λ to allow electrons to pass through the barrier layer due to tunneling phenomenon, and the thickness of the base layer 17 is set to prevent scattering of electrons by the Hose layer 17. In order to keep the number of participants small, it was supposed to be around 10 people.

この共鳴トンネルトランジスタにおいては、ヘ−ス層1
7の電位かある値(このある値は離散的にいくつか存在
する)のときに限り、ベース層17中に形成される共鳴
トンネル準位とエミッタ電極層21での電子準位とか等
しくなり共鳴トンネル現象か生じ、電子かエミッタ電極
側からコレクタ電極側1こ輸送される。一方、ベース層
の電位か上述のある値以外の場合は、共鳴トンネル現象
は起こらないので電子輸送量は少くなる。しかし、共鳴
トンネル現象によって電子輸送かされた際には、非常に
微小なベース電流でコレクタ電流を制御することか出来
るため、バイポーラトランジスタ等に比し、高い電流利
得か得られる。
In this resonant tunnel transistor, the Hose layer 1
Only when the potential of 7 is at a certain value (this certain value exists discretely), the resonant tunnel level formed in the base layer 17 and the electron level in the emitter electrode layer 21 become equal and resonance occurs. A tunneling phenomenon occurs, and electrons are transported from the emitter electrode side to the collector electrode side. On the other hand, when the potential of the base layer is other than the above-mentioned certain value, the resonant tunneling phenomenon does not occur and the amount of electron transport decreases. However, when electrons are transported by the resonant tunneling phenomenon, the collector current can be controlled with a very small base current, so a higher current gain can be obtained compared to bipolar transistors and the like.

また、このような従来の共鳴トンネルトランジスタにお
けるポテンシャル障壁層15/ベース層17/ポテンシ
ャル障壁19から成る構造部分は、GaAs系の共鳴ト
ンネルトランジスタにあっては、A 12 G a A
 s / G a A s / AβGaAsで構成さ
れていた(例えば文献:武内 義尚、御子柴 置火 共
編「トンネル現象の物理と応用」培風館(+989)p
、49) 、また、InGaAS系のものにあっては、
A fl A s / I n +。GaxAs/Aρ
△S又はI n A II A s / l: n G
 a A s / I n Aρ△Sで構成されていた
(例えば文献= 「スペクトラム」丸蓋(+989)p
、94)。また、Sl系のものにあっては、5il−G
ex /Sl/Si。
Further, in a GaAs-based resonant tunnel transistor, the structural part consisting of the potential barrier layer 15/base layer 17/potential barrier 19 in such a conventional resonant tunnel transistor is A 12 G a A
s / Ga As / AβGaAs (for example, literature: Yoshihisa Takeuchi, co-edited by Okoshiba Mikoshiba, "Physics and Applications of Tunnel Phenomenon", Baifukan (+989) p.
, 49), and for InGaAS-based ones,
A fl A s / I n +. GaxAs/Aρ
△S or I n A II A s / l: n G
It was composed of a A s / I n Aρ△S (for example, literature = "Spectrum" round cover (+989) p
, 94). In addition, in the case of Sl-based products, 5il-G
ex /Sl/Si.

Ge、で構成されていた(例えば文献:アイ・イー・イ
ー・イー アイ・イー・デイ−・エム(IEEE  I
EDM)テクニカルダイジェスト(1989)p、65
1)。
Ge, (for example, literature: IEEE I
EDM) Technical Digest (1989) p, 65
1).

また、このような共鳴トンネルトランジスタでは、コレ
クタ層13、第1のポテンシャル障壁層5、ベース層1
7、第2のポテンシャル障壁層19及びエミツタ層21
の各層間に構成されるヘテO接合は、急峻なペテロ界面
を有する必要がある。従って、混晶層によって構成され
たポテンシャル障壁層及びベース層の形成に当たっては
、その組成を高精度に制御しなければならす、そのため
、原子層オーダーでの結晶成長か可能な分子線エピタキ
シー技術か広く用いられていた。
Further, in such a resonant tunnel transistor, a collector layer 13, a first potential barrier layer 5, a base layer 1
7. Second potential barrier layer 19 and emitter layer 21
The hetero-O junction formed between each layer must have a steep Peter interface. Therefore, when forming a potential barrier layer and a base layer composed of a mixed crystal layer, the composition must be controlled with high precision.Therefore, molecular beam epitaxy technology, which allows crystal growth on the order of atomic layers, is widely used. It was used.

(発明が解決しようとする課題) しかしながら、第5図に示した従来の共鳴トンネルトラ
ンジスタでは、エミッタ電極は第2のポテンシャル障壁
層上に単に平面的に積層された構造であり電界集中の向
上を意図した構造ではなかったため、■・・・共鳴トン
ネル現象を起させることか出来る電圧を下げることか出
来ない、■・・・共鳴トンネル電子電流(共鳴トンネル
現象時のコレクタ電流に相当する)を多くすることが出
来ないという問題があった。換言すれば、低いベース電
位(低いトンネル準位)で共鳴トンネル電子電流を制御
することが出来なかった。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in the conventional resonant tunnel transistor shown in FIG. Because this was not the intended structure, ■...it was not possible to lower the voltage that could cause the resonant tunneling phenomenon, and ■...the resonant tunneling electron current (corresponding to the collector current during the resonant tunneling phenomenon) was increased. The problem was that I couldn't do it. In other words, it was not possible to control the resonant tunneling electron current with a low base potential (low tunnel level).

また、従来の共鳴ト)ネルトランジスタのような混晶層
を用いた構成では、分子線エピタキシ技術を用いても、
ポテンシャル障壁層及びヘース層等の各層の組成の最適
化は極めて困難であり、技術的に満足する共鳴トンネル
トランジスタを得ることか難しかった。
In addition, in a structure using a mixed crystal layer such as a conventional resonant channel transistor, even if molecular beam epitaxy technology is used,
It is extremely difficult to optimize the composition of each layer such as the potential barrier layer and the Hess layer, and it has been difficult to obtain a technically satisfactory resonant tunnel transistor.

この発明はこのような点に鑑みなされたものであり、従
ってこの発明の目的は、従来より低いベース電流で共鳴
トンネル電子電流を制御出来る共鳴トンネルトランジス
タを提供することにある。
The present invention has been made in view of these points, and therefore, an object of the present invention is to provide a resonant tunneling transistor that can control the resonant tunneling electron current with a lower base current than the conventional one.

(課題を解決するための手段) この発明の目的の達成を図るため、この発明によれば、
ベース層と、このベース層を挟み込んでいる第1及び第
2のポテンシャル障壁層と、前述の第1のポテンシャル
障壁層に接続されたコレクタ電極と、前述の第2のポテ
ンシャル障壁層に接続されたエミッタ電極とを具える共
鳴トンネルトランジスタにおいて、 エミッタ電極を針状構造の電極で構成しこの電極の先端
部を第2のポテンシャル障壁層と接続してあることを特
徴とする。
(Means for Solving the Problems) According to this invention, in order to achieve the object of this invention,
a base layer, first and second potential barrier layers sandwiching the base layer, a collector electrode connected to the first potential barrier layer, and a collector electrode connected to the second potential barrier layer. A resonant tunnel transistor comprising an emitter electrode is characterized in that the emitter electrode is constituted by an electrode having a needle-like structure, and the tip of this electrode is connected to a second potential barrier layer.

なお、この発明の実施に当たり、前述のベース層をシリ
コンで構成し、前述の第1及び第2のポテンシャル障壁
層をシリコン酸化膜で構成するのか好適である。
In carrying out the present invention, it is preferable that the base layer described above is made of silicon, and the first and second potential barrier layers mentioned above are made of silicon oxide films.

ざらに、この発明の実施に当たり、シリコン基板の表面
側及び裏面側の一方に針状の凹部を設けておき、 前記凹部の壁面に形成されているシリコン酸化膜で前記
第2のポテンシャル障壁層を構成し、該第2のポテンシ
ャル障壁層を有する凹部に埋め込まれている電極材で前
記エミッタ電極を構成するのか好適である。
Roughly speaking, in carrying out the present invention, a needle-shaped recess is provided on one of the front side and the back side of the silicon substrate, and the second potential barrier layer is formed with a silicon oxide film formed on the wall surface of the recess. Preferably, the emitter electrode is formed of an electrode material embedded in the recessed portion having the second potential barrier layer.

(作用) このような構成によれば、エミッタ電極か針状であるた
め電界をエミッタ電極の先端に集中させることか出来る
ので、エミッタ電極が針状てない場合に比べ、低いベー
ス電位で共鳴トンネル現象を起させることが出来、また
、共鳴トンネル電子電流の注入効率が高まる分共鳴トン
ネル電子電流を多く出来る。
(Function) According to this configuration, since the emitter electrode is needle-shaped, the electric field can be concentrated at the tip of the emitter electrode, so resonance tunneling occurs at a lower base potential than when the emitter electrode is not needle-shaped. In addition, the resonant tunneling electron current can be increased by increasing the injection efficiency of the resonant tunneling electron current.

また、ベース層をシリコンで構成し、第1及び第2のポ
テンシャル障壁層をシリコン酸化膜で構成した場合は、
シリコン及びシリコン酸化膜いずれも所望の膜を得るこ
とは、混晶層の場合に比し容易である。例えば、ベース
層としてのシリコン薄膜を形成後、このシリコン薄膜を
熱酸化し該薄膜表面にシリコン酸化膜を形成することに
より、ベース層及びポテンシャル障壁層が容易に得られ
る。
Furthermore, when the base layer is made of silicon and the first and second potential barrier layers are made of silicon oxide films,
It is easier to obtain desired silicon and silicon oxide films than in the case of mixed crystal layers. For example, a base layer and a potential barrier layer can be easily obtained by forming a silicon thin film as a base layer and then thermally oxidizing the silicon thin film to form a silicon oxide film on the surface of the thin film.

また、シリコン基板の表面側及び裏面側の一方に針状の
凹部を設けでおき、この凹部の壁面に形成されているシ
リコン酸化膜で第2のポテンシャル障壁層を構成し、こ
の第2のポテンシャル障壁層を有する凹部に埋め込まれ
ている電極材でエミッタ電極を構成した場合は、第2の
ポテンシャル障壁層及び針状構造のエミッタ電極の形成
か容易である。さらに、針状の凹部を設けた部分の先端
部に残存するシリコン基板部分てベース層が構成出来る
ので、ベース層の形成も容易になる。
Further, a needle-shaped recess is provided on one of the front side and the back side of the silicon substrate, and a silicon oxide film formed on the wall surface of this recess constitutes a second potential barrier layer. When the emitter electrode is formed of an electrode material embedded in a recess having a barrier layer, it is easy to form the second potential barrier layer and the emitter electrode having a needle-like structure. Furthermore, since the base layer can be formed from the portion of the silicon substrate remaining at the tip of the portion where the needle-shaped recess is provided, the formation of the base layer is also facilitated.

(実施例) 以下、図面を参照してこの発明の共鳴トンネルトランジ
スタの実施例につき説明する。なお、説明に用いる各図
は、この発明を理解出来る程度に各構成成分の寸法、形
状及び配置関係を概略的に示しである。
(Embodiments) Hereinafter, embodiments of the resonant tunnel transistor of the present invention will be described with reference to the drawings. Note that each figure used in the explanation schematically shows the dimensions, shapes, and arrangement relationships of each component to the extent that the present invention can be understood.

先ず、第1図を参照して実施例の共鳴トンネルトランジ
スタの構造説明を行う。ここで、第1図は実施例の共鳴
トンネルトランジスタを概略的に示した断面図である。
First, the structure of the resonant tunnel transistor of the embodiment will be explained with reference to FIG. Here, FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a resonant tunnel transistor of an example.

なお、この実施例の共鳴トンネルトランジスタは、電流
利得の向上を図るために、この発明の共鳴トンネルトラ
ンジスタをアレイ状に複数具えた構成としている。第1
図においてもアレイ状の構成を図示しであるが、この図
においで1つの共鳴トンネルトランジスタのおおよその
領域は、Sで示す領域になる。
The resonant tunnel transistor of this embodiment has a structure in which a plurality of resonant tunnel transistors of the present invention are arranged in an array in order to improve the current gain. 1st
Although the figure also shows an array configuration, the approximate area of one resonant tunnel transistor in this figure is the area indicated by S.

この実施例の共鳴トンネルトランジスタにおいては、シ
リコン基板としての例えばn型シリコン基板31の表面
及び裏面のうちの一方の面側に針状の凹部31afJX
設けである。なお、この実施例の場合は、基板に当該共
鳴トンネルトランジスタをアレイ状に複数設けた構成と
なっているので、針状の凹部31aもその数に対応する
数だけ設けである。針状の各凹部31aは、凹部の開口
部から底部に向かうに従いすぼんた形状でかつこの凹部
に埋め込まれるエミッタ電極(後述する。)の先端か可
能な限り鋭利な針状形状となるような形状とするのか良
い。その実際の形状、寸法等は用いる加工方法や要求さ
れる特性に応し決定する。
In the resonant tunnel transistor of this embodiment, a needle-shaped recess 31afJX is formed on one of the front and back surfaces of an n-type silicon substrate 31 as a silicon substrate, for example.
It is a provision. In this embodiment, since a plurality of resonant tunnel transistors are provided in an array on the substrate, a corresponding number of needle-shaped recesses 31a are provided. Each needle-shaped recess 31a has a shape that becomes narrower from the opening of the recess toward the bottom, and is shaped so that the tip of an emitter electrode (described later) embedded in the recess has an acicular shape as sharp as possible. It's good to say that. Its actual shape, dimensions, etc. are determined depending on the processing method used and the required characteristics.

さらに、この実施例の共鳴トンネルトランジスタにあい
では、針状の凹部31aの底部分の壁、即ちシリコン基
板31の凹部31aを設けた領域に残存する部分てベー
ス層33ヲ構成しである。この凹部31aの底部分の壁
の厚みは、共鳴トンネルトランジスタのベース層として
の機能か得られるような厚み、これに限られるものでは
ないが約10nm程度の厚みとしである。従って、ベー
ス層33の厚みがこのような厚みになるように、針状の
凹部31a@形成する(詳細は製造方法の項において説
明する。)。なお、ベース層33には、必要に応し例え
ば砒素等のような好適な不純物をドーピングすることか
出来る。
Furthermore, in the resonant tunnel transistor of this embodiment, the base layer 33 is formed by the wall of the bottom portion of the needle-shaped recess 31a, that is, the portion remaining in the region of the silicon substrate 31 where the recess 31a is provided. The thickness of the wall of the bottom portion of the recess 31a is set to be about 10 nm, which is not limited to this, so that it can function as a base layer of a resonant tunnel transistor. Therefore, the needle-shaped recesses 31a are formed so that the base layer 33 has such a thickness (details will be explained in the manufacturing method section). Note that the base layer 33 can be doped with a suitable impurity such as arsenic, if necessary.

さらに、この実施例の共鳴トンネルトランジスタにおい
ては、ベース層33の針状の凹部31a側とは反対側に
該ベース層33に接するシリコン酸化膜から成る第1の
ポテンシャル障壁層35を設けてあり、また、ヘ−ス層
33の針状の凹部31a側に該ベース層33に接するシ
リコン酸化膜から成る第2のポテンシャル障壁層37を
設けである。実際は、第1及び第2のポテンシャル障壁
層35.37は、針状の凹部31aの内壁面を含むシリ
コン基板31の表面を熱酸化して得たシリコン酸化膜で
それぞれ構成しである。そして、第1及び第2のポテン
シャル障壁層35.37各々を構成しているシリコン酸
化膜の膜厚は、トンネル現象により電子がこの酸化膜を
通過出来る程度の厚さである必要があり、この実施例で
は、約3〜5nmとしである。
Furthermore, in the resonant tunnel transistor of this embodiment, a first potential barrier layer 35 made of a silicon oxide film is provided on the opposite side of the base layer 33 from the needle-shaped recess 31a side, and is in contact with the base layer 33. Further, a second potential barrier layer 37 made of a silicon oxide film and in contact with the base layer 33 is provided on the needle-shaped recess 31a side of the heath layer 33. In reality, the first and second potential barrier layers 35 and 37 are each composed of a silicon oxide film obtained by thermally oxidizing the surface of the silicon substrate 31, including the inner wall surface of the acicular recess 31a. The thickness of the silicon oxide film constituting each of the first and second potential barrier layers 35 and 37 needs to be thick enough to allow electrons to pass through this oxide film due to the tunneling phenomenon. In the example, the thickness is about 3 to 5 nm.

さらに、この実施例の共鳴トンネルトランジスタにおい
ては、第2のポテンシャル障壁層37の設けられた針状
の凹部31a内に好適な電極材を埋め込んであり、これ
によって、針状構造の電極でかつ該電極の先端部が第2
のポテンシャル障壁層37と接続されたエミッタ電極3
9を構成しである。
Furthermore, in the resonant tunneling transistor of this embodiment, a suitable electrode material is embedded in the needle-shaped recess 31a provided with the second potential barrier layer 37. The tip of the electrode is the second
emitter electrode 3 connected to potential barrier layer 37 of
It consists of 9.

さらに、第1のポテンシャル障壁層35上には、コレク
タ電極41が設けである。
Furthermore, a collector electrode 41 is provided on the first potential barrier layer 35 .

エミッタ電極39及びコレクタ電極41各々の構成材料
としては、これに限られるものではないが、Au、Ni
、Cu、Au、A9、M9等の材料を挙げることが出来
る。
Although the constituent materials of the emitter electrode 39 and the collector electrode 41 are not limited to these, Au, Ni, etc.
, Cu, Au, A9, M9 and the like.

次(こ、上述のような構成の実施例の共鳴トンネンルト
ランジスタの電圧−電流(V−I)特性を測定する。第
2図は、V−I特性測定回路51と、実施例の共鳴トン
ネルトランジスタとの接続関係を示した図である。
Next, the voltage-current (V-I) characteristics of the resonant tunnel transistor of the embodiment having the above-described configuration are measured. FIG. FIG.

このV−I特性測定回路51において、ベース層33(
シリコン基板31ヲ介している。)とエミッタ電極39
との間(こ設けた電圧可変型電源51aにより、ベース
層33及びエミッタ電極39間の電圧と、エミッタ電極
39及びコレクタ電極41間の電圧とを変化させる。そ
して、エミッタ電極39及びヘ−ス層33間の電圧と、
コレクタ電流との関係を測定する。
In this VI characteristic measuring circuit 51, the base layer 33 (
A silicon substrate 31 is interposed therebetween. ) and emitter electrode 39
(The provided variable voltage power supply 51a changes the voltage between the base layer 33 and the emitter electrode 39 and the voltage between the emitter electrode 39 and the collector electrode 41. the voltage between the layers 33;
Measure the relationship with collector current.

第3図は、横軸にエミッタ電極39及びベース層33間
の電圧をとり、縦軸にコレクタ電流をとって両者の関係
を示したV−I特性である。第3図に■て示した特性が
実施例の共鳴トンネルトランジスタのV−I特性、II
で示した特性が第5図に示した従来の共鳴トンネルトラ
ンジスタ(以下、比較例と云う。)のV−I特性である
。実施例及び比較例のトランジスタいずれも、第3図か
らも理解出来るように、エミッタ電極層39及びベース
層33間に加える電圧がある値のときにコレクタ電流の
急激な増加が見られ、この値から電圧を増減させた場合
コレクタ電流の急激な現象が見られる。
FIG. 3 is a V-I characteristic showing the relationship between the voltage between the emitter electrode 39 and the base layer 33 on the horizontal axis and the collector current on the vertical axis. The characteristics indicated by ■ in FIG. 3 are the VI characteristics of the resonant tunnel transistor of the example, and II
The characteristic shown in is the VI characteristic of the conventional resonant tunnel transistor (hereinafter referred to as a comparative example) shown in FIG. As can be seen from FIG. 3, in both the transistors of the example and comparative example, when the voltage applied between the emitter electrode layer 39 and the base layer 33 reaches a certain value, a rapid increase in collector current is observed. When the voltage is increased or decreased from , a sudden phenomenon of collector current is observed.

つまり、ベース層33の電位かベース層33の固有エネ
ルキ=(共鳴トンネル準位)に等しくなると共鳴トンネ
ル効果が起きてコレクタ電流は急激に増加し、上記電位
からずれると共鳴条件が弱まりコレクタ電流は減少する
。しかし、比較例及び実施例において、ベース層33の
電位を同じとした場合実施例の共鳴トンネルトランジス
タのほうがより高い共鳴トンネル電子電流が制御出来る
ことが分る。
In other words, when the potential of the base layer 33 becomes equal to the intrinsic energy of the base layer 33 (resonant tunneling level), a resonant tunneling effect occurs and the collector current increases rapidly, and when the potential deviates from the above potential, the resonance condition weakens and the collector current decreases. Decrease. However, in the comparative example and the example, it can be seen that when the potential of the base layer 33 is the same, the resonant tunneling transistor of the example can control a higher resonant tunneling electron current.

次に、この発明の共鳴トンネルトランジスタの理解を深
めるために、実施例の共鳴トンネルトランジスタの製造
方法の一例について説明する。第4図(A)〜(C)は
、その説明に供する図であり、製造工程中の主な工程に
おける共鳴トンネルトランジスタの様子を第1図に対応
する位置での断面図を以って示した工程図である。
Next, in order to deepen the understanding of the resonant tunnel transistor of the present invention, an example of a method for manufacturing the resonant tunnel transistor of the embodiment will be described. FIGS. 4(A) to 4(C) are explanatory diagrams, and show the state of the resonant tunnel transistor at the main steps in the manufacturing process with cross-sectional views at positions corresponding to FIG. 1. This is a process diagram.

先す、主面か(100)面であるn型シリコン基板31
を用意する(第4図(A))。
First, an n-type silicon substrate 31 whose main surface is a (100) plane.
(Figure 4 (A)).

次に、この基板31の一方の面の、針状の凹部31aの
形成予定領域(こ対し、集束イオンビーム(Focus
ed Ion Beam: F I B)技術を用い0
. 1un径に収束したガリウムイオンを照射してこの
領域のシリコンをエツチングし、針状の凹部31aを形
成する(第4図(B))。なお、このエツチングはシリ
コン基板31の他方の面側においてシリコン基板が約1
0nm程度の厚みに残存するように行う。
Next, a focused ion beam (Focus
ed Ion Beam: 0 using FIB) technology
.. The silicon in this region is etched by irradiation with gallium ions focused to a diameter of 1 nm, forming a needle-shaped recess 31a (FIG. 4(B)). Note that this etching is performed until the silicon substrate is approximately 1 inch thick on the other side of the silicon substrate 31.
This is done so that a thickness of approximately 0 nm remains.

なお、針状の凹部31aの形成は、FIB法に限られす
、例えばシリコン酸化膜(SiO2膜)をマスクとした
反応性イオンエツチングによって行っても良い。
Note that the formation of the needle-shaped recesses 31a is not limited to the FIB method, but may be performed, for example, by reactive ion etching using a silicon oxide film (SiO2 film) as a mask.

上述のような方法によって針状の凹部31a %形成し
た後、このシリコン基板を例えば950 ’Cの温度と
された乾燥酸素雰囲気中に所定時間さらす。この熱酸化
により、膜厚か3〜5nm程度の第1及び第2のポテン
シャル障壁層35.37 @それぞれ形成する(第4図
(C))。
After forming the needle-shaped recesses 31a% by the method described above, the silicon substrate is exposed to a dry oxygen atmosphere at a temperature of, for example, 950'C for a predetermined period of time. By this thermal oxidation, first and second potential barrier layers 35,37@ each having a film thickness of about 3 to 5 nm are formed (FIG. 4(C)).

次に、公知の成膜技術、フォトリングラフィ技術及びエ
ツチング技術を用い、エミッタ電極層39及びコレクタ
電極層41ヲそれぞれ形成して、第1図に示した実施例
の共鳴トンネルトランジスタを得る。
Next, an emitter electrode layer 39 and a collector electrode layer 41 are formed using known film forming techniques, photolithography techniques, and etching techniques to obtain the resonant tunnel transistor of the embodiment shown in FIG. 1.

上述においては、この発明の共鳴トンネルトランジスタ
の実施例につき説明したか、この発明は上述の実施例の
みに限定されるものではなく以下に説明するような変更
を加えることか出来る。
Although the embodiments of the resonant tunnel transistor of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and may be modified as described below.

上述の実施例では、同一の基板にこの発明の共鳴トンネ
ルトランジスタをアレイ状に複数具える構成のものにつ
いて説明したが、この発明の効果はこの発明の共鳴トン
ネルトランジスタ1つの場合でも得られることは明らか
である。
In the above-described embodiments, a configuration in which a plurality of resonant tunnel transistors of the present invention are provided in an array on the same substrate has been described, but the effects of the present invention can be obtained even with a single resonant tunnel transistor of the present invention. it is obvious.

また、上述の実施例では、シリコン基板31に設けた針
状の凹部31aの底部分の壁でベース層33ヲ構成した
形の共鳴トンネルトランジスタにこの発明を適用しでい
た。しかし、この発明はこのような構成のトランジスタ
にのみ適用出来るという訳ではない。例えば、第5図に
示した混晶層を用いた積層型の従来の共鳴トンネルトラ
ンジスタのエミッタ電極をこの発明のような針状の構造
の電極とした場合でも実施例と同様な効果か期待てきる
。また、この場合、ベース層17をシリコンで構成し、
ポテンシャル障壁層15.19各々をシリコン酸化膜で
構成したものにも勿論適用出来る。
Further, in the above-described embodiment, the present invention was applied to a resonant tunnel transistor in which the base layer 33 was formed from the wall of the bottom portion of the needle-shaped recess 31a provided in the silicon substrate 31. However, the present invention is not only applicable to transistors having such a configuration. For example, even if the emitter electrode of a conventional stacked resonant tunnel transistor using a mixed crystal layer shown in FIG. Ru. Further, in this case, the base layer 17 is made of silicon,
Of course, the present invention can also be applied to a structure in which each of the potential barrier layers 15 and 19 is made of a silicon oxide film.

(発明の効果) 上述した説明からも明らかなように、この発明の共鳴ト
ンネルトランジスタによれば、エミッタ電極か針状であ
るため電界をエミッタ電極の先端に集中させることか出
来るので、エミッタ電極か針状でない場合に比べ、低い
ベース電位で共鳴トンネル現象を起させることが出来、
また、共鳴トンネル電子電流の注入効率か高まる分共鳴
トンネル電子電流を多く出来る。従って、低いヘ−スミ
位で共鳴トンネル電子電流を制御することか出来るよう
になる。
(Effects of the Invention) As is clear from the above explanation, according to the resonant tunnel transistor of the present invention, since the emitter electrode is needle-shaped, the electric field can be concentrated at the tip of the emitter electrode. Compared to the non-acicular case, resonant tunneling can occur at a lower base potential,
Furthermore, the resonant tunneling electron current can be increased by increasing the injection efficiency of the resonant tunneling electron current. Therefore, it becomes possible to control the resonant tunneling electron current at a low Hoesmi level.

また、ベース層をシリコンで構成し、ベース層を挟む第
1及び第2のポテンシャル障壁層をシリコン酸化膜て構
成した場合は、これら層を混晶層で構成していた従来の
場合に比し、トランジスタの製造か容易になる。実際、
混晶層を用いた場合のような結晶成長技術を用いること
なく目的のトランジスタか形成出来る。さらに、ベース
層/ポテンシャル障壁層はシリコン/シリコン酸化膜か
ら成る構成であるのでその界面の整合性か良好になり、
このため、良好なペテロ接合か得られる。
Furthermore, when the base layer is made of silicon and the first and second potential barrier layers sandwiching the base layer are made of silicon oxide films, compared to the conventional case in which these layers are made of mixed crystal layers. , it becomes easier to manufacture transistors. actual,
A desired transistor can be formed without using crystal growth techniques as in the case of using a mixed crystal layer. Furthermore, since the base layer/potential barrier layer is composed of silicon/silicon oxide film, the consistency of the interface is good.
Therefore, a good petrojunction can be obtained.

従って、共鳴トンネルトランジスタの特性向上か期待出
来る。
Therefore, it can be expected that the characteristics of the resonant tunnel transistor will be improved.

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

第1図は、実施例の共鳴トンネルトランジスタの説明に
供する断面図、 第2図は、V−I特性測定系の説明に供する図、 第3図は、実施例及び比較例の共鳴トンネルトランジス
タのV−I特性を示す図、 第4図(A)〜(C)は、製造方法の一例を示す工程図
、 第5図は、従来の共鳴トンネルトランジスタを概略的に
示した断面図、 第6図は、共鳴トンネルトランジスタのエネルギー帯図
を示した図である。 31・・・シリコン基板、  31a・・・針状の凹部
33・・・ベース層 35・・・第1のポテンシャル障壁層 37・・・第2のポテンシャル障壁層 39・・・エミッタ電極 41・・・コレクタ電極 51・・・V−I特性測定回路 51a・・・電圧可変型電源。 「 −一
FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the resonant tunnel transistor of the example, FIG. 2 is a diagram for explaining the V-I characteristic measurement system, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the resonant tunnel transistor of the example and comparative example. 4(A) to 4(C) are process diagrams showing an example of a manufacturing method; FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a conventional resonant tunnel transistor; The figure shows an energy band diagram of a resonant tunnel transistor. 31...Silicon substrate, 31a...Acicular recess 33...Base layer 35...First potential barrier layer 37...Second potential barrier layer 39...Emitter electrode 41... - Collector electrode 51...V-I characteristic measuring circuit 51a...Variable voltage power supply. "-1

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ベース層と、該ベース層を挟み込んでいる第1及
び第2のポテンシャル障壁層と、前記第1のポテンシャ
ル障壁層に接続されたコレクタ電極と、前記第2のポテ
ンシャル障壁層に接続されたエミッタ電極とを具える共
鳴トンネルトランジスタにおいて、 エミッタ電極を針状構造の電極で構成し該電極の先端部
を第2のポテンシャル障壁層と接続してあること を特徴とする共鳴トンネルトランジスタ。
(1) A base layer, first and second potential barrier layers sandwiching the base layer, a collector electrode connected to the first potential barrier layer, and a collector electrode connected to the second potential barrier layer. 1. A resonant tunnel transistor comprising an emitter electrode having a needle-like structure, the emitter electrode having a needle-like structure, the tip of which is connected to a second potential barrier layer.
(2)請求項1に記載の共鳴トンネルトランジスタにお
いて、 前記ベース層をシリコンで構成し、前記第1及び第2の
ポテンシャル障壁層をシリコン酸化膜で構成したこと を特徴とする共鳴トンネルトランジスタ。
(2) The resonant tunnel transistor according to claim 1, wherein the base layer is made of silicon, and the first and second potential barrier layers are made of silicon oxide films.
(3)請求項1に記載の共鳴トンネルトランジスタにお
いて、 シリコン基板の表面側及び裏面側の一方に針状の凹部が
設けてあり、 前記凹部の壁面に形成されているシリコン酸化膜で前記
第2のポテンシャル障壁層を構成し、該第2のポテンシ
ャル障壁層を有する凹部に埋め込まれている電極材で前
記エミッタ電極を構成したこと を特徴とする共鳴トンネルトランジスタ。
(3) In the resonant tunneling transistor according to claim 1, a needle-shaped recess is provided on one of the front side and the back side of the silicon substrate, and the silicon oxide film formed on the wall surface of the recess is used as the second 1. A resonant tunnel transistor, wherein the emitter electrode is formed of an electrode material embedded in a recessed portion having the second potential barrier layer.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5796119A (en) * 1993-10-29 1998-08-18 Texas Instruments Incorporated Silicon resonant tunneling

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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