JPH05198854A - Insulated channel type dielectric base transistor - Google Patents

Insulated channel type dielectric base transistor

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JPH05198854A
JPH05198854A JP4009026A JP902692A JPH05198854A JP H05198854 A JPH05198854 A JP H05198854A JP 4009026 A JP4009026 A JP 4009026A JP 902692 A JP902692 A JP 902692A JP H05198854 A JPH05198854 A JP H05198854A
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JP
Japan
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base
dielectric
electrode
barrier layer
transistor
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JP4009026A
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Japanese (ja)
Inventor
Yasutaka Tamura
泰孝 田村
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To obtain a dielectric base transistor wherein a base current is reduced, a base voltage is largely biased, and the ON-resistance can be decreased by increasing the current of a transistor. CONSTITUTION:On one side of a dielectric base substrate 1 turning to a region where carriers run, which region is composed of oxide containing any of Sr, Ti, K, Ta, Sn, Zr and Nb or dielectric substance being KTa1-xNbxO3 of high dielectric constant, an emitter electrode 3 like Ta is formed via a first barrier layer 2 like Si and SiO2 having dielectric constant lower than that of the dielectric base substrate 1. A collector electrode 5 like Ta is formed via the similar second barrier layer 4 having dielectric constant lower than that of the dielectric base substrate 1. On the other side of the dielectric base substrate 1, a base electrode 7 is formed, via a third barrier layer 6 like SiO2 and TiO2 which layer has barrier height and width capable of forbiddening the transfer of carriers.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、電気的信号を増幅ある
いはスイッチングするために使用される絶縁チャネル型
誘電体ベーストランジスタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulating channel type dielectric base transistor used for amplifying or switching an electric signal.

【0002】コンピュータに代表される情報処理用エレ
クトロニクス装置の分野においては、電気的信号を増幅
したり、スイッチングするトランジスタが重要な役割を
果たしている。
In the field of information processing electronic devices represented by computers, transistors for amplifying and switching electric signals play an important role.

【0003】したがって、これらの情報処理用エレクト
ロニクス装置に使用されるトランジスタの特性を向上す
ることは、そのエレクトロニクス装置の特性を向上させ
る上で第一義的に重要なことである。特に、トランジス
タのスィッチング速度の向上は、直接的にそれを用いた
エレクトロニクス装置の処理速度の向上に結びつくこと
になる。
Therefore, improving the characteristics of the transistors used in these information processing electronic devices is of primary importance in improving the characteristics of the electronic devices. In particular, the improvement of the switching speed of the transistor directly leads to the improvement of the processing speed of the electronic device using the transistor.

【0004】従来から、トランジスタの高速度化を実現
する手段として様々な方向から種々の提案がなされてい
るが、その基本になるのはトランジスタの素子寸法の小
型化あるいは縮小化である。素子寸法を小型化すると、
それに伴って、そこに形成される静電容量やインダクタ
ンスが減少して高速度化にとって有効である。
Conventionally, various proposals have been made from various directions as means for realizing a high speed transistor, but the basis thereof is miniaturization or downsizing of the element size of the transistor. When the element size is reduced,
Along with that, the electrostatic capacitance and the inductance formed there are reduced, which is effective for increasing the speed.

【0005】このように、従来から慣用されている半導
体材料を使用したトランジスタの寸法を可能な限り小型
化することのほかに、トランジスタを、金属、酸化物、
金属超伝導体、あるいは酸化物超伝導体を用いて構成す
ることができれば、特異な特性のトランジスタを実現す
ることができ、トランジスタの応用範囲を拡大すること
ができ、産業上有益と考えられる。
As described above, in addition to miniaturizing the size of a transistor using a conventionally used semiconductor material as much as possible, the transistor is made of metal, oxide,
If a metal superconductor or an oxide superconductor can be used, a transistor with unique characteristics can be realized, the application range of the transistor can be expanded, and it is considered industrially useful.

【0006】[0006]

【従来の技術】このような要求に応えるトランジスタと
して、さきに、いわゆる、誘電体ベーストランジスタが
提案されている。誘電体ベーストランジスタはベース領
域に誘電体材料を用いたトランジスタの総称であり、エ
ミッタ電極とコレクタ電極が薄いトンネルバリアを介し
て高誘電率の誘電体ベースに接触した構造をもってい
る。
2. Description of the Related Art As a transistor which meets such requirements, a so-called dielectric base transistor has been previously proposed. The dielectric base transistor is a general term for transistors using a dielectric material in the base region, and has a structure in which an emitter electrode and a collector electrode are in contact with a high dielectric constant dielectric base through a thin tunnel barrier.

【0007】図8(A),(B)は、従来の誘電体ベー
ストランジスタの説明図である。図8(A)はその概略
構成図であり、図8(B)はこのトランジスタの電流電
圧特性図である。この図において、91は誘電体ベース
基板、92,94はバリア層、93はエミッタ電極、9
5はコレクタ電極、96は絶縁体層、97はエミッタ配
線、98はコレクタ配線、99はベース電極である。
8A and 8B are explanatory views of a conventional dielectric base transistor. 8A is a schematic configuration diagram thereof, and FIG. 8B is a current-voltage characteristic diagram of this transistor. In this figure, 91 is a dielectric base substrate, 92 and 94 are barrier layers, 93 is an emitter electrode, and 9 is an emitter electrode.
Reference numeral 5 is a collector electrode, 96 is an insulating layer, 97 is an emitter wiring, 98 is a collector wiring, and 99 is a base electrode.

【0008】この従来の誘電体ベーストランジスタにお
いては、高誘電率のSrTiO3 からなる誘電体ベース
基板91に、厚さ60ÅのSiからなるバリア層92を
介してエミッタ電極93が形成され、同様に厚さ60Å
のSiからなるバリア層94を介してコレクタ電極95
が形成され、絶縁体層96のコンタクトホールを通して
エミッタ配線97とコレクタ配線98が接続され、誘電
体ベース基板91の他の側にベース電極99が形成され
ている。
In this conventional dielectric base transistor, an emitter electrode 93 is formed on a dielectric base substrate 91 made of SrTiO 3 having a high dielectric constant via a barrier layer 92 made of Si having a thickness of 60Å. Thickness 60Å
Collector electrode 95 through the barrier layer 94 made of Si
Is formed, the emitter wiring 97 and the collector wiring 98 are connected through the contact hole of the insulating layer 96, and the base electrode 99 is formed on the other side of the dielectric base substrate 91.

【0009】この装置においては、ベース電極99に印
加される電圧によって誘電体ベース基板91の電位を変
化すると、エミッタ電極93から誘電体ベース基板91
にバリア層92をトンネルして注入されるキャリア(電
子)の量が変化するため、エミッタ電極93とコレクタ
電極95の間に流れる電流が変化して、増幅作用、スイ
ッチング動作等のトランジスタ動作が生じることにな
る。
In this device, when the potential of the dielectric base substrate 91 is changed by the voltage applied to the base electrode 99, the dielectric base substrate 91 is moved from the emitter electrode 93.
Since the amount of carriers (electrons) injected by tunneling through the barrier layer 92 changes to the current, the current flowing between the emitter electrode 93 and the collector electrode 95 changes, and transistor operation such as amplification and switching operation occurs. It will be.

【0010】このような誘電体ベーストランジスタの特
徴は、誘電体ベース基板の電位がベース電極からの静電
誘導で制御されることであり、そのためパンチスルーや
ショートチャネル効果がなく、チャネル長を極めて短く
でき、高速動作が可能になるものと期待されている。こ
こで説明した誘電体ベーストランジスタは、エミッタと
コレクタ電極が誘電体ベース基板の同じ面に接して形成
されるプレーナ型のものである。
The characteristic of such a dielectric base transistor is that the potential of the dielectric base substrate is controlled by electrostatic induction from the base electrode, and therefore there is no punch-through or short channel effect and the channel length is extremely long. It is expected that it can be shortened and high-speed operation will be possible. The dielectric base transistor described here is a planar type in which the emitter and collector electrodes are formed in contact with the same surface of the dielectric base substrate.

【0011】図8(B)は、従来の誘電体ベーストラン
ジスタの電流電圧特性の一例を示すものであるが、およ
そ2の電圧ゲインが得られている。
FIG. 8B shows an example of current-voltage characteristics of the conventional dielectric base transistor, and a voltage gain of about 2 is obtained.

【0012】そして、ある程度ベース電極に印加する電
圧が低い場合は、電子がベース電極に流れ込まないた
め、ベース電流が流れず、そのため電流ゲインは極めて
高い値となる。すなわち、ここに示されている従来の誘
電体ベーストランジスタは、ベース電圧が小さい限りF
ETと同様に極めて大きな電流ゲインをもつという特徴
をもっている。
When the voltage applied to the base electrode is low to some extent, electrons do not flow into the base electrode, so that the base current does not flow, so that the current gain becomes extremely high. In other words, the conventional dielectric base transistor shown here has F as long as the base voltage is small.
Like ET, it has a characteristic of having an extremely large current gain.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】しかし、ベース電極を
あるしきい値以上の正の電圧にバイアスすると、ベース
電流が流れてしまうため、ベース電極に大きな正の電圧
を印加してエミッタ−コレクタ間の電流を増加させよう
としても、得られる電流には上限がある。
However, if the base electrode is biased to a positive voltage above a certain threshold value, the base current will flow. Therefore, a large positive voltage is applied to the base electrode to cause a gap between the emitter and collector. There is an upper limit to the current that can be obtained even if an attempt is made to increase the current.

【0014】図9は、従来の誘電体ベーストランジスタ
のエネルギバンド図である。この図における符号は図8
(A)において使用したものと同じである。この図はキ
ャリアが電子である場合に対するものであるが、キャリ
アが正孔である場合も同様の説明が可能である。
FIG. 9 is an energy band diagram of a conventional dielectric base transistor. Reference numerals in this figure are shown in
It is the same as that used in (A). Although this figure is for the case where the carrier is an electron, the same explanation can be applied when the carrier is a hole.

【0015】この図は、エミッタ電極−バリア層−誘電
体ベース基板−ベース電極のエネルギバンド構造を示し
たものであるが、前記図8(A),(B)とこのエネル
ギバンド図によって、誘電体ベーストランジスタの動作
およびベース電極に電流が流れる理由を説明する。
This figure shows the energy band structure of the emitter electrode-barrier layer-dielectric base substrate-base electrode. The dielectric band is shown in FIGS. 8A and 8B and this energy band diagram. The operation of the body base transistor and the reason why current flows through the base electrode will be described.

【0016】キャリア(電子)eは、エミッタ電極93
からバリア層92をトンネルして通過し誘電体ベース基
板91に注入されるが、ベース電極99に正の電圧を印
加すると、図示(矢印)のように電流の通路であるチャ
ネルの電位が変化し、エミッタ電極93から誘電体ベー
ス基板91へ注入されるキャリア(電子)eの量が制御
される。
The carriers (electrons) e are emitted from the emitter electrode 93.
Is tunneled through the barrier layer 92 to be injected into the dielectric base substrate 91. However, when a positive voltage is applied to the base electrode 99, the potential of the channel, which is a current passage, changes as shown in the figure (arrow). , The amount of carriers (electrons) e injected from the emitter electrode 93 into the dielectric base substrate 91 is controlled.

【0017】誘電体ベース基板91の誘電率はバリア層
92,94の誘電率より充分大きく選定されており、ベ
ース電極99に印加した電圧の大部分がチャネルの電位
変化となるため電圧ゲインを高くすることができる。
The dielectric constant of the dielectric base substrate 91 is selected to be sufficiently larger than the dielectric constants of the barrier layers 92 and 94, and most of the voltage applied to the base electrode 99 is the potential change of the channel, so that the voltage gain is high. can do.

【0018】上記のように誘電体ベース基板91に注入
されたキャリア(電子)eはコレクタ側のバリア層94
をトンネルしてコレクタ電極95に流れる。このように
して、エミッタ電極93とコレクタ電極95の間に流れ
る電流が誘電体ベース基板91に与えられた電圧によっ
て制御される。
The carriers (electrons) e injected into the dielectric base substrate 91 as described above are collector side barrier layers 94.
To tunnel to the collector electrode 95. In this way, the current flowing between the emitter electrode 93 and the collector electrode 95 is controlled by the voltage applied to the dielectric base substrate 91.

【0019】他方、ベース電流についてみると、この誘
電体ベーストランジスタにおいては、誘電体ベース基板
91とベース電極99との接触部分では、誘電体ベース
基板91の伝導帯の底は、ベース電極99のフェルミレ
ベルより、誘電体ベース基板91とベース電極99のシ
ョットキバリアの高さだけ高くなり、一種のショットキ
接合が形成されている。この接合は逆バイアスされてい
ると、ベース電流はほとんど流れないが、順バイアスさ
れると、破線で示されるようにベース電極側の電位が降
下し、チャネルを流れるべきキャリア(電子)eがベー
ス電極99の方向に引き寄せられるような電界が生じる
ためベース電流が流れてしまう。本発明は、ベース電流
を低減した誘電体ベーストランジスタを提供することを
目的とする。
On the other hand, regarding the base current, in this dielectric base transistor, at the contact portion between the dielectric base substrate 91 and the base electrode 99, the bottom of the conduction band of the dielectric base substrate 91 is the base electrode 99. It becomes higher than the Fermi level by the height of the Schottky barrier between the dielectric base substrate 91 and the base electrode 99, and a kind of Schottky junction is formed. When this junction is reverse-biased, almost no base current flows, but when forward-biased, the potential on the base electrode side drops as indicated by the broken line, and carriers (electrons) e that should flow in the channel are base. An electric field that attracts toward the electrode 99 is generated, so that a base current flows. An object of the present invention is to provide a dielectric base transistor with reduced base current.

【0020】[0020]

【課題を解決するための手段】本発明にかかる絶縁チャ
ネル型誘電体ベーストランジスタにおいては、誘電率が
高い誘電性物質からなるキャリアが走行するベース領域
と、該ベース領域の片側に、該ベース領域を形成する誘
電性物質より誘電率が低い第1のバリア層を介して形成
されたエミッタ電極と、同様に該ベース領域を形成する
誘電性物質より誘電率が低い第2のバリア層を介して形
成されたコレクタ電極と、該ベース領域の他側に形成さ
れたベース電極からなる誘電体ベーストランジスタであ
って、該ベース領域と該ベース電極の間にキャリアの移
動を実質的に禁止するだけのバリア高さと厚さをもつ第
3のバリア層が挿入されている構成を採用した。
In an insulated channel type dielectric base transistor according to the present invention, a base region in which carriers made of a dielectric material having a high dielectric constant travel, and the base region on one side of the base region. Via an emitter electrode formed through a first barrier layer having a lower dielectric constant than the dielectric material forming the base region and a second barrier layer having a lower dielectric constant than the dielectric material forming the base region. What is claimed is: 1. A dielectric base transistor comprising a formed collector electrode and a base electrode formed on the other side of the base region, wherein the movement of carriers is substantially prohibited between the base region and the base electrode. A structure in which a third barrier layer having a barrier height and a thickness is inserted is adopted.

【0021】この場合、第3のバリア層の誘電率が第1
のバリア層および第2のバリア層の誘電率よりも高く選
ばれた構成を採用した。
In this case, the dielectric constant of the third barrier layer is the first.
The structure selected is higher than the dielectric constants of the barrier layer and the second barrier layer.

【0022】またこの場合、ベース領域を形成する誘電
性物質と第3のバリア層およびベース電極が、絶縁性基
板の上に互いに接触して形成された薄膜である構成を採
用した。
In this case, the dielectric material forming the base region, the third barrier layer and the base electrode are thin films formed on the insulating substrate in contact with each other.

【0023】またこの場合、ベース電極が、ベース領域
を形成する誘電性物質に何らかの不純物を導入し、ある
いは、構成元素を化学量論値からずらすことによって導
電性を付与したものである構成を採用した。
Further, in this case, the structure in which the base electrode is made conductive by introducing some impurities into the dielectric material forming the base region or shifting the constituent elements from the stoichiometric value is adopted. did.

【0024】またこの場合、エミッタ電極、コレクタ電
極あるいはベース電極等の少なくとも1つが超伝導性を
示す金属あるいは酸化物材料である構成を採用した。
Further, in this case, at least one of the emitter electrode, the collector electrode, the base electrode and the like is made of a metal or oxide material having superconductivity.

【0025】またこの場合、ベース領域を形成する誘電
性物質がSr,Ti,K,Ta,Sn,Zr,Nbのい
ずれかを含む酸化物である構成を採用した。
In this case, the dielectric material forming the base region is an oxide containing any of Sr, Ti, K, Ta, Sn, Zr and Nb.

【0026】またこの場合、ベース領域を形成する誘電
性物質がKTa1-x Nbx 3 であり、Nbの組成比に
よって誘電率が最大になる温度が調整されている構成を
採用した。
In this case, the dielectric material forming the base region is KTa 1-x Nb x O 3 , and the temperature at which the dielectric constant is maximized is adjusted by the composition ratio of Nb.

【0027】[0027]

【作用】本発明の原理を説明する。図1(A),(B)
は、本発明の原理説明図である。図1(A)は本発明の
誘電体ベーストランジスタの概略構成図、図1(B)は
そのエミッタ−ベース間のエネルギバンド構造図であ
る。この図において、1は誘電体ベース基板、2,4,
6はバリア層、3はエミッタ電極、5はコレクタ電極、
7はベース電極である。
The principle of the present invention will be described. 1 (A), (B)
[FIG. 3] is a diagram illustrating the principle of the present invention. FIG. 1A is a schematic configuration diagram of a dielectric base transistor of the present invention, and FIG. 1B is an energy band structure diagram between its emitter and base. In this figure, 1 is a dielectric base substrate, 2, 4,
6 is a barrier layer, 3 is an emitter electrode, 5 is a collector electrode,
Reference numeral 7 is a base electrode.

【0028】この誘電体ベーストランジスタにおいて
は、トランジスタのキャリア走行チャネルとなる絶縁体
的バンド構造をもつ誘電体ベース基板1の上面に、キャ
リアがトンネルできる薄い絶縁体からなるバリア層2,
4を介して、金属,半導体あるいは金属または酸化物の
超伝導体などからなる導電性のエミッタ電極3、およ
び、コレクタ電極5が形成され、この誘電体ベース基板
1の下面に、キャリア(電子)の流れを阻止するための
バリア層6を介して、導電性のベース電極7が形成され
ている。
In this dielectric base transistor, a barrier layer 2 made of a thin insulator on which carriers can tunnel is formed on the upper surface of a dielectric base substrate 1 having an insulating band structure which serves as a carrier traveling channel of the transistor.
A conductive emitter electrode 3 made of a metal, a semiconductor, a metal or an oxide superconductor, etc., and a collector electrode 5 are formed via the substrate 4, and carriers (electrons) are formed on the lower surface of the dielectric base substrate 1. A conductive base electrode 7 is formed through a barrier layer 6 for blocking the flow of the.

【0029】本発明の誘電体ベーストランジスタにおい
ては、上記のように、ベース電極7と誘電体ベース基板
1の間にキャリア(電子)の流れを阻止するバリア層6
が置かれているため、あらゆるバイアス条件においてベ
ース電極7から誘電体ベース基板1に流入する電流をゼ
ロにすることができる。
In the dielectric base transistor of the present invention, as described above, the barrier layer 6 that blocks the flow of carriers (electrons) between the base electrode 7 and the dielectric base substrate 1.
Is placed, the current flowing from the base electrode 7 to the dielectric base substrate 1 can be made zero under all bias conditions.

【0030】したがって、チャネルのキャリア密度が高
くなるようにベース電極を充分正の方向にバイアスでき
るため、トランジスタの電流を増加しオン抵抗を低減す
ることができるという利点を有する。このバリア層6が
充分に薄ければ、そこでの電圧降下は小さいため、バリ
ア層6のない従来の誘電体ベーストランジスタとほぼ同
様の制御性が得られる。
Therefore, since the base electrode can be biased in a sufficiently positive direction so that the carrier density of the channel becomes high, there is an advantage that the current of the transistor can be increased and the on-resistance can be reduced. If the barrier layer 6 is sufficiently thin, the voltage drop there is small, so that the controllability similar to that of the conventional dielectric base transistor without the barrier layer 6 can be obtained.

【0031】これを図1(B)のエミッタ−ベース間の
エネルギバンド構造図によってみると、ベース電極7に
大きい正の電圧を印加して、ベース電極側の電位が破線
のように降下してもバリア層6の電位障壁があるため、
キャリア(電子)のベース電極7への流出は完全に阻止
される。
Looking at this in the energy band structure diagram between the emitter and the base of FIG. 1B, when a large positive voltage is applied to the base electrode 7, the potential on the base electrode side drops as shown by the broken line. Also has the potential barrier of the barrier layer 6,
Outflow of carriers (electrons) to the base electrode 7 is completely blocked.

【0032】[0032]

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。EXAMPLES Examples of the present invention will be described below.

【0033】(第1実施例)図2は、第1実施例の誘電
体ベーストランジスタの構成説明図である。この図にお
いて、11はSrTiO3 基板、12,14はSiO2
バリア層、13はTaエミッタ電極、15はTaコレク
タ電極、16はSiO2 絶縁層、17はTaエミッタ配
線、18はTaコレクタ配線、19はSiO2 バリア
層、20はTaベース電極である。
(First Embodiment) FIG. 2 is a diagram for explaining the structure of the dielectric base transistor of the first embodiment. In this figure, 11 is a SrTiO 3 substrate, 12 and 14 are SiO 2
A barrier layer, 13 is a Ta emitter electrode, 15 is a Ta collector electrode, 16 is a SiO 2 insulating layer, 17 is a Ta emitter wiring, 18 is a Ta collector wiring, 19 is a SiO 2 barrier layer, and 20 is a Ta base electrode.

【0034】この実施例の誘電体ベーストランジスタに
おいては、SrTiO3 基板11の上面に、厚さ2nm
のSiO2 バリア層12を介して、厚さ300nmのT
aからなるエミッタ電極13が形成され、同様に厚さ2
nmのSiO2 バリア層14を介して、厚さ300nm
のTaからなるコレクタ電極15が形成され、その全面
にSiO2 絶縁層16が形成され、このSiO2 絶縁層
16に形成したコンタクトホールを通してTaエミッタ
配線17とTaコレクタ配線18が形成され、SrTi
3 基板11の裏面に厚さ4nmのSiO2 バリア層1
9を介して、Taからなるベース電極20が形成されて
いる。
In the dielectric base transistor of this embodiment, the SrTiO 3 substrate 11 has an upper surface with a thickness of 2 nm.
With a thickness of 300 nm through the SiO 2 barrier layer 12 of
The emitter electrode 13 made of a is formed, and the thickness is 2
nm through the SiO 2 barrier layer 14 with a thickness of 300 nm
Collector electrode 15 made of Ta is formed, an SiO 2 insulating layer 16 is formed on the entire surface thereof, and Ta emitter wiring 17 and Ta collector wiring 18 are formed through the contact holes formed in the SiO 2 insulating layer 16, and SrTi
A SiO 2 barrier layer 1 having a thickness of 4 nm is formed on the back surface of the O 3 substrate 11.
A base electrode 20 made of Ta is formed via 9.

【0035】なお、この実施例におけるベース基板は、
上記のSrTiO3 のほか、Sr,Ti,K,Ta,S
n,Zr,Nbのいずれかを含む酸化物からなるペロブ
スカイト系の誘電体材料を用いることができる。
The base substrate in this embodiment is
In addition to the above SrTiO 3 , Sr, Ti, K, Ta, S
A perovskite-based dielectric material made of an oxide containing any of n, Zr, and Nb can be used.

【0036】(第2実施例)図3は、第2実施例の誘電
体ベーストランジスタの構成説明図である。この図にお
いて、21はSrTiO3 基板、22,24はSiO2
バリア層、23はTaエミッタ電極、25はTaコレク
タ電極、26はSiO2 絶縁層、27はTaエミッタ配
線、28はTaコレクタ配線、29はTiO2 バリア
層、30はTaベース電極である。
(Second Embodiment) FIG. 3 is an explanatory view of the structure of a dielectric base transistor of the second embodiment. In this figure, 21 is an SrTiO 3 substrate, 22 and 24 are SiO 2
A barrier layer, 23 is a Ta emitter electrode, 25 is a Ta collector electrode, 26 is a SiO 2 insulating layer, 27 is a Ta emitter wiring, 28 is a Ta collector wiring, 29 is a TiO 2 barrier layer, and 30 is a Ta base electrode.

【0037】この実施例が第1実施例と異なる点は、ベ
ース層となるSrTiO3 基板21とTaベース電極3
0との間のバリア層がTiO2 バリア層29であること
である。このTiO2 は、比誘電率が400程度とSi
2 の10倍程度の高誘電率材料であるため、TiO2
バリア層29での電気降下が小さくなり、電圧ゲインが
高くなるという利点がある。
The difference between this embodiment and the first embodiment is that the SrTiO 3 substrate 21 serving as the base layer and the Ta base electrode 3 are formed.
The barrier layer between 0 and 0 is the TiO 2 barrier layer 29. This TiO 2 has a relative dielectric constant of about 400 and Si
For 10 times the O 2 is a high dielectric constant material, TiO 2
There is an advantage that the electric drop in the barrier layer 29 becomes small and the voltage gain becomes high.

【0038】(第3実施例)図4は、第3実施例の誘電
体ベーストランジスタの構成説明図である。この図にお
いて、31はLaAlO3 絶縁基板、32はTaベース
電極、33はSiO2 バリア層、34はSrTiO3
ース層、35,37はSiO2 バリア層、36はTaエ
ミッタ電極、38はTaコレクタ電極、39はSiO2
絶縁層、40はTaエミッタ配線、41はTaコレクタ
配線、42はTaベース配線である。
(Third Embodiment) FIG. 4 is a diagram for explaining the structure of the dielectric base transistor of the third embodiment. In this figure, 31 is a LaAlO 3 insulating substrate, 32 is a Ta base electrode, 33 is a SiO 2 barrier layer, 34 is a SrTiO 3 base layer, 35 and 37 are SiO 2 barrier layers, 36 is a Ta emitter electrode, and 38 is a Ta collector. Electrode, 39 is SiO 2
An insulating layer, 40 is a Ta emitter wiring, 41 is a Ta collector wiring, and 42 is a Ta base wiring.

【0039】この実施例が第1実施例と異なっている点
は、第1実施例のSrTiO3 ベース基板11がSrT
iO3 ベース層34となり、LaAlO3 絶縁基板31
の上に、Taベース電極32、SiO2 バリア層33、
SrTiO3 ベース層34が順次堆積されている点であ
る。このTaベース電極32の厚さは100nm、Sr
TiO3 ベース層34の厚さは1μmである。この実施
例の利点は、第1実施例と異なり、複数のトランジスタ
を一つの絶縁基板の上に集積化できることである。
This embodiment is different from the first embodiment in that the SrTiO 3 base substrate 11 of the first embodiment is SrT.
It becomes the iO 3 base layer 34 and becomes the LaAlO 3 insulating substrate 31.
A Ta base electrode 32, a SiO 2 barrier layer 33,
The point is that the SrTiO 3 base layer 34 is sequentially deposited. The Ta base electrode 32 has a thickness of 100 nm and Sr.
The thickness of the TiO 3 base layer 34 is 1 μm. The advantage of this embodiment is that, unlike the first embodiment, a plurality of transistors can be integrated on one insulating substrate.

【0040】(第4実施例)図5は、第4実施例の誘電
体ベーストランジスタの構成説明図である。この図にお
いて、51はSrTiO3 基板、52,54はSiO2
バリア層、53はTaエミッタ電極、55はTaコレク
タ電極、56はSiO2 絶縁層、57はTaエミッタ配
線、58はTaコレクタ配線、59はSiO2 バリア
層、60はSrTiO3 :Nbベース電極である。
(Fourth Embodiment) FIG. 5 is a diagram showing the structure of a dielectric base transistor of the fourth embodiment. In this figure, 51 is a SrTiO 3 substrate, 52 and 54 are SiO 2
A barrier layer, 53 is a Ta emitter electrode, 55 is a Ta collector electrode, 56 is a SiO 2 insulating layer, 57 is a Ta emitter wiring, 58 is a Ta collector wiring, 59 is a SiO 2 barrier layer, and 60 is a SrTiO 3 : Nb base electrode. is there.

【0041】この実施例が第1実施例と異なる点は、ベ
ース電極として、Nbを0.05wt%ドープして導電
化したSrTiO3 :Nbベース電極60が用いられて
いる点である。この実施例の特徴は、SiO2 バリア層
59の両側がSrTiO3 であるため、バリア材料とS
rTiO3 との間のバンドオフセットの値によらず誘電
体ベース層の伝導帯の位置がフェルミ面の近傍にくるた
め、トランジスタをオンするためのベース電圧が極めて
小さい値となる利点がなる。
The difference between this embodiment and the first embodiment is that a SrTiO 3 : Nb base electrode 60 doped with 0.05 wt% of Nb to be made conductive is used as the base electrode. The feature of this embodiment is that since both sides of the SiO 2 barrier layer 59 are SrTiO 3 , the barrier material and the S
Since the position of the conduction band of the dielectric base layer comes close to the Fermi surface regardless of the value of the band offset from rTiO 3 , there is an advantage that the base voltage for turning on the transistor becomes a very small value.

【0042】なお、ベース電極として、上記のように、
Nbをドープして導電化したSrTiO3 :Nbをベー
ス電極として用いるほか、ベース領域を形成する誘電性
物質の構成元素を化学量論値からずらすことによって導
電性を付与したものを用いることもできる。
As the base electrode, as described above,
In addition to using Nb-doped SrTiO 3 : Nb as a base electrode as a base electrode, it is also possible to use one in which conductivity is imparted by shifting the constituent elements of the dielectric material forming the base region from the stoichiometric value. ..

【0043】(第5実施例)図6は、第5実施例の誘電
体ベーストランジスタの構成説明図である。この図にお
いて、61はSrTiO3 基板、62,64はYAlO
3 バリア層、63はYBa2 Cu3 x エミッタ電極、
65はYBa2 Cu3 x コレクタ電極、66はYAl
3 絶縁層、67はYBa2 Cu3 x エミッタ配線、
68はYBa2 Cu3 x コレクタ配線、69はTiO
2 バリア層、70はYBa2 Cu3 x ベース電極であ
る。
(Fifth Embodiment) FIG. 6 is an explanatory view of the structure of a dielectric base transistor of the fifth embodiment. In this figure, 61 is a SrTiO 3 substrate, and 62 and 64 are YAlO.
3 barrier layer, 63 is YBa 2 Cu 3 O x emitter electrode,
65 is YBa 2 Cu 3 O x collector electrode, 66 is YAl
O 3 insulating layer, 67 is YBa 2 Cu 3 O x emitter wiring,
68 is YBa 2 Cu 3 O x collector wiring, 69 is TiO
The two barrier layer 70 is a YBa 2 Cu 3 O x base electrode.

【0044】この実施例の誘電体ベーストランジスタに
おいては、SrTiO3 基板61の上面に、YAlO3
バリア層62を介して、YBa2 Cu3 x エミッタ電
極63が形成され、同様にYAlO3 バリア層64を介
して、YBa2 Cu3 x コレクタ電極65が形成さ
れ、その全面にYAlO3 絶縁層66が形成され、この
YAlO3 絶縁層66に形成したコンタクトホールを通
してYBa2 Cu3 x エミッタ配線67とYBa2
3 x コレクタ配線68が形成され、SrTiO3
板61の裏面にTiO2 バリア層69を介して、YBa
2 Cu3 x ベース電極70が形成されている。
In the dielectric base transistor of this embodiment, YAlO 3 is formed on the upper surface of the SrTiO 3 substrate 61.
A YBa 2 Cu 3 O x emitter electrode 63 is formed via the barrier layer 62, and a YBa 2 Cu 3 O x collector electrode 65 is also formed via the YAlO 3 barrier layer 64, and YAlO 3 insulation is formed on the entire surface thereof. The layer 66 is formed, and the YBa 2 Cu 3 O x emitter wiring 67 and the YBa 2 C are formed through the contact holes formed in the YAlO 3 insulating layer 66.
The u 3 O x collector wiring 68 is formed, and YBa is formed on the back surface of the SrTiO 3 substrate 61 via the TiO 2 barrier layer 69.
A 2 Cu 3 O x base electrode 70 is formed.

【0045】この実施例においては、各電極にYBa2
Cu3 x からなる超伝導体を使うことにより、液体窒
素温度の77K程度で電極抵抗がゼロとなる利点がある
ほか、エミッタ−コレクタ電極の間にも超伝導電流を流
すことができるという利点がある。
In this embodiment, YBa 2 is applied to each electrode.
By using a superconductor made of Cu 3 O x, there is an advantage that the electrode resistance becomes zero at a liquid nitrogen temperature of about 77 K, and a superconducting current can flow between the emitter and collector electrodes. There is.

【0046】第1実施例においてベース層とエミッタ電
極、ベース層とコレクタ電極の間のバリア層をSiO2
によって形成していたのに対して、この実施例において
はYAlO3 を用いているが、その理由は、SiO2
はYBa2 Cu3 x と反応するためこれらの材料を隣
接して使用することができないこと、および、YBa
2 Cu3 x と反応せずバリア層として機能する材料と
してはYAlO3 が適するからである。なお、この例で
は酸化物高温超伝導体を使用したが、NbやPb合金等
の金属系超伝導体を用いるこことも可能である。
In the first embodiment, the barrier layers between the base layer and the emitter electrode and between the base layer and the collector electrode are SiO 2.
However, YAlO 3 is used in this embodiment because the reason is SiO 2
Does not allow these materials to be used next to each other because they react with YBa 2 Cu 3 O x , and YBa
This is because YAlO 3 is suitable as a material that does not react with 2 Cu 3 O x and functions as a barrier layer. Although the high temperature oxide superconductor is used in this example, it is also possible to use a metal superconductor such as Nb or Pb alloy.

【0047】(第6実施例)図7は、第6実施例の誘電
体ベーストランジスタの構成説明図である。この図にお
いて、71はKTa1-x Nbx 3 基板、72,74は
SiO2 バリア層、73はTaエミッタ電極、75はT
aコレクタ電極、76はSiO2 絶縁層、77はTaエ
ミッタ配線、78はTaコレクタ配線、79はSiO2
バリア層、80はTaベース電極である。
(Sixth Embodiment) FIG. 7 is a diagram showing the structure of a dielectric base transistor of the sixth embodiment. In this figure, 71 is a KTa 1-x Nb x O 3 substrate, 72 and 74 are SiO 2 barrier layers, 73 is a Ta emitter electrode, and 75 is T.
a collector electrode, 76 an SiO 2 insulating layer, 77 Ta emitter wiring, 78 Ta collector wiring, 79 SiO 2
The barrier layer 80 is a Ta base electrode.

【0048】この実施例は、キャリア走行チャネルとな
る基板としてKTa1-x Nbx 3 基板を用いた点であ
り、Nbの割合xを変化させることにより誘電率が最大
になる温度を調整することができる。例えば、YBa2
Cu3 x 超伝導体材料が電極として用いられる場合
は、その臨界温度である液体窒素温度で誘電率が最大に
なるようにxを調整し、良好な特性をもつ誘電体ベース
トランジスタを設計することができる。xと誘電率の関
係の一例を挙げると、x=0.05のとき液体窒素温度
での比誘電率は数万に達する。
In this embodiment, a KTa 1-x Nb x O 3 substrate is used as a substrate for the carrier traveling channel, and the temperature at which the dielectric constant becomes maximum is adjusted by changing the ratio x of Nb. be able to. For example, YBa 2
When a Cu 3 O x superconductor material is used as an electrode, x is adjusted so that the dielectric constant is maximized at the critical temperature of liquid nitrogen, and a dielectric base transistor with good characteristics is designed. be able to. As an example of the relationship between x and the dielectric constant, when x = 0.05, the relative dielectric constant at the liquid nitrogen temperature reaches tens of thousands.

【0049】[0049]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
ベース電極と誘電体ベース領域の間にキャリアの流れを
阻止するバリア層を介在させたため、あらゆるバイアス
条件においてベース電極から誘電体ベース領域に流入す
る電流を阻止することができるから、チャネルのキャリ
ア密度が高くなるようにベース電極を充分にバイアスで
き、その結果、トランジスタの電流を増加してオン抵抗
を低減することができ、誘電体ベーストランジスタの実
用化に寄与するところが大きい。
As described above, according to the present invention,
Since the barrier layer that blocks the flow of carriers is interposed between the base electrode and the dielectric base region, the current flowing from the base electrode to the dielectric base region can be blocked under all bias conditions, so that the carrier density of the channel is reduced. The base electrode can be sufficiently biased so as to be high, and as a result, the transistor current can be increased and the on-resistance can be reduced, which greatly contributes to the practical use of the dielectric base transistor.

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

【図1】(A),(B)は本発明の原理説明図である。1A and 1B are explanatory views of the principle of the present invention.

【図2】第1実施例の誘電体ベーストランジスタの構成
説明図である。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a configuration of a dielectric base transistor of the first embodiment.

【図3】第2実施例の誘電体ベーストランジスタの構成
説明図である。
FIG. 3 is a structural explanatory view of a dielectric base transistor of a second embodiment.

【図4】第3実施例の誘電体ベーストランジスタの構成
説明図である。
FIG. 4 is a structural explanatory view of a dielectric base transistor of a third embodiment.

【図5】第4実施例の誘電体ベーストランジスタの構成
説明図である。
FIG. 5 is a structural explanatory view of a dielectric base transistor of a fourth embodiment.

【図6】第5実施例の誘電体ベーストランジスタの構成
説明図である。
FIG. 6 is a structural explanatory view of a dielectric base transistor of a fifth embodiment.

【図7】第6実施例の誘電体ベーストランジスタの構成
説明図である。
FIG. 7 is a structural explanatory view of a dielectric base transistor of a sixth embodiment.

【図8】(A),(B)は従来の誘電体ベーストランジ
スタの説明図である。
8A and 8B are explanatory views of a conventional dielectric base transistor.

【図9】従来の誘電体ベーストランジスタのエネルギバ
ンド図である。
FIG. 9 is an energy band diagram of a conventional dielectric base transistor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 SrTiO3 基板 12,14 SiO2 バリア層 13 Taエミッタ電極 15 Taコレクタ電極 16 SiO2 絶縁層 17 Taエミッタ配線 18 Taコレクタ配線 19 SiO2 バリア層 20 Taベース電極11 SrTiO 3 substrate 12, 14 SiO 2 barrier layer 13 Ta emitter electrode 15 Ta collector electrode 16 SiO 2 insulating layer 17 Ta emitter wiring 18 Ta collector wiring 19 SiO 2 barrier layer 20 Ta base electrode

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 誘電率が高い誘電性物質からなるキャリ
アが走行するベース領域と、該ベース領域の片側に、該
ベース領域を形成する誘電性物質より誘電率が低い第1
のバリア層を介して形成されたエミッタ電極と、同様に
該ベース領域を形成する誘電性物質より誘電率が低い第
2のバリア層を介して形成されたコレクタ電極と、該ベ
ース領域の他側に形成されたベース電極からなる誘電体
ベーストランジスタであって、 該ベース領域と該ベース電極の間にキャリアの移動を実
質的に禁止するだけのバリア高さと厚さをもつ第3のバ
リア層が挿入されていることを特徴とする絶縁チャネル
型誘電体ベーストランジスタ。
1. A base region in which a carrier made of a dielectric material having a high dielectric constant travels, and one side of the base region has a dielectric constant lower than that of the dielectric material forming the base region.
The emitter electrode formed via the barrier layer, the collector electrode formed via the second barrier layer similarly having a lower dielectric constant than the dielectric material forming the base region, and the other side of the base region. And a third barrier layer having a barrier height and a thickness that substantially inhibits carrier movement between the base region and the base electrode. An insulating channel type dielectric base transistor characterized by being inserted.
【請求項2】 第3のバリア層の誘電率が第1のバリア
層および第2のバリア層の誘電率よりも高く選ばれてい
ることを特徴とする請求項1記載の絶縁チャネル型誘電
体ベーストランジスタ。
2. The insulating channel type dielectric according to claim 1, wherein the dielectric constant of the third barrier layer is selected to be higher than the dielectric constants of the first barrier layer and the second barrier layer. Base transistor.
【請求項3】 ベース領域を形成する誘電性物質と第3
のバリア層およびベース電極が、絶縁性基板の上に互い
に接触して形成された薄膜であることを特徴とする請求
項1記載の絶縁チャネル型誘電体ベーストランジスタ。
3. A dielectric material forming a base region and a third layer.
2. The insulating channel type dielectric base transistor according to claim 1, wherein the barrier layer and the base electrode are thin films formed on the insulating substrate in contact with each other.
【請求項4】 ベース電極が、ベース領域を形成する誘
電性物質に何らかの不純物を導入し、あるいは、構成元
素を化学量論値からずらすことによって導電性を付与し
たものであることを特徴とする請求項1記載の絶縁チャ
ネル型誘電体ベーストランジスタ。
4. The base electrode is provided with conductivity by introducing some kind of impurities into the dielectric material forming the base region or shifting the constituent elements from the stoichiometric value. An insulating channel type dielectric base transistor according to claim 1.
【請求項5】 エミッタ電極、コレクタ電極あるいはベ
ース電極等の少なくとも1つが超伝導性を示す金属ある
いは酸化物材料で構成されていることを特徴とする請求
項1記載の絶縁チャネル型誘電体ベーストランジスタ。
5. The insulating channel type dielectric base transistor according to claim 1, wherein at least one of the emitter electrode, the collector electrode, the base electrode and the like is made of a metal or oxide material having superconductivity. ..
【請求項6】 ベース領域を形成する誘電性物質がS
r,Ti,K,Ta,Sn,Zr,Nbのいずれかを含
む酸化物であることを特徴とする請求項1記載の絶縁チ
ャネル型誘電体ベーストランジスタ。
6. The dielectric material forming the base region is S
The insulating channel type dielectric base transistor according to claim 1, which is an oxide containing any one of r, Ti, K, Ta, Sn, Zr, and Nb.
【請求項7】 ベース領域を形成する誘電性物質がKT
1-x Nbx 3 であり、Nbの組成比によって誘電率
が最大になる温度が調整されていることを特徴とする請
求項1記載の絶縁チャネル型誘電体ベーストランジス
タ。
7. The dielectric material forming the base region is KT.
3. The insulated channel type dielectric base transistor according to claim 1, wherein the temperature is a 1-x Nb x O 3 , and the temperature at which the dielectric constant is maximized is adjusted by the composition ratio of Nb.
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