JPH0697460A - Multifunction semiconductor device - Google Patents

Multifunction semiconductor device

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Publication number
JPH0697460A
JPH0697460A JP15456993A JP15456993A JPH0697460A JP H0697460 A JPH0697460 A JP H0697460A JP 15456993 A JP15456993 A JP 15456993A JP 15456993 A JP15456993 A JP 15456993A JP H0697460 A JPH0697460 A JP H0697460A
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JP
Japan
Prior art keywords
channel
gate electrode
coupled
electrode
drain electrode
Prior art date
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Pending
Application number
JP15456993A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Herbert Goronkin
ハーバート・ゴロンキン
Shen Jun
ジュン・シェン
Saied Tehrani
サイード・テラーニ
X Theodore Zhu
エックス・セオドア・ズー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Motorola Solutions Inc
Original Assignee
Motorola Inc
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0697460A publication Critical patent/JPH0697460A/en
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

PURPOSE: To provide a multi-functional semiconductor device, having two vertical laminated channels under a gate electrode. CONSTITUTION: Channels 12, 14 are formed on a wide band-gap buffer layer 11 and are coupled to source electrodes 21, 22 and drain electrodes 23, 24, respectively. These electrodes are formed in such a manner that they face each other on both sides across a gate electrode 17. The uppermost channel 14 is separated from the gate electrode 17 by a gap layer 16 of a wide band-gap semiconductor material. The channels 12, 14 are separated from each other by a barrier layer 13, and have a band-gap energy greater than that of each channel.

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は一般に半導体デバイスに
関し、具体的には複数の垂直整合チャネルを有する電解
効果トランジスタに関する。
FIELD OF THE INVENTION This invention relates generally to semiconductor devices, and more particularly to field effect transistors having a plurality of vertically aligned channels.

【0002】[0002]

【従来の技術】化合物半導体ベースのヘテロ構造デバイ
スは、シリコン・デバイスに比べて速度および電力に関
して重要な有利性をもたらすものと予想される。化合物
半導体ベースのHFET設計の大半は、化合物半導体材
料を用いたシリコン・ベース構造をほとんどコピーする
ことを目指している。この方式の一つの欠点は、化合物
半導体材料の有利な特性を充分に生かしきれておらず、
シリコン・ベースのものに比して、デバイスの最小形状
も改良されていないことである。その結果、ガリウム砒
素デバイスはシリコン・ベース・デバイスに比べて余り
小型化しておらず、従来のCMOS技術に対してコスト
競争力がない。化合物半導体材料を用いた真に小型で高
性能の相補的ヘテロ接合電解効果トランジスタ構造が必
要とされている。
BACKGROUND OF THE INVENTION Compound semiconductor based heterostructure devices are expected to offer significant speed and power advantages over silicon devices. Most compound semiconductor-based HFET designs aim to copy most silicon-based structures using compound semiconductor materials. One drawback of this method is that the advantageous properties of compound semiconductor materials have not been fully utilized,
The smallest feature of the device is also not improved over the silicon-based one. As a result, gallium arsenide devices are not much smaller than silicon-based devices and are not cost competitive with conventional CMOS technology. There is a need for a truly compact and high performance complementary heterojunction field effect transistor structure using compound semiconductor materials.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】従来の2進論理回路は
1個の出力を有するトランジスタをベースにしている。
基本的機能および複雑な機能を実行する回路を提供する
には、多くのトランジスタを相互接続しなければならな
い。各論理機能に対して相当数のトランジスタが必要な
ため、集積回路のコストが増大する。また多くのトラン
ジスタを相互接続するのは複雑で時間がかかり、論理回
路の費用をいっそう増大させる。複数の出力を提供し、
付加する構成要素の数を減らしても複雑な機能を実行で
きる半導体デバイスが必要とされている。
Conventional binary logic circuits are based on transistors having one output.
Many transistors must be interconnected to provide circuits that perform basic and complex functions. The cost of the integrated circuit increases because a significant number of transistors are required for each logic function. Also, interconnecting many transistors is complex and time consuming, further increasing the cost of logic circuits. Provides multiple outputs,
There is a need for semiconductor devices that can perform complex functions even with a reduced number of added components.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】要約すると、本発明の利
点はゲート電極の下に2個の垂直積層チャネルを有する
多機能半導体デバイスによって達成する。このチャネル
はワイド・バンドギャップ・バッファ層の上に形成さ
れ、各チャネルはソース電極およびドレイン電極に結合
されており、これら電極はゲート電極をはさんで両側に
対置する形で形成される。いちばん上部のチャネルはワ
イド・バンドギャップ半導体材料のキャップ層によっ
て、ゲート電極から分離されて隔てられている。チャネ
ルは、各チャネルのバンドギャップ・エネルギーよりも
大きなバンドギャップ・エネルギーを持つ障壁層によっ
て、互いに分離されている。
In summary, the advantages of the present invention are achieved by a multi-functional semiconductor device having two vertically stacked channels below the gate electrode. The channel is formed on a wide bandgap buffer layer, each channel being coupled to a source electrode and a drain electrode, the electrodes being formed on opposite sides of a gate electrode. The top channel is separated and separated from the gate electrode by a cap layer of wide bandgap semiconductor material. The channels are separated from each other by a barrier layer having a bandgap energy that is greater than the bandgap energy of each channel.

【0005】[0005]

【実施例】量子井戸電解効果トランジスタの設計におけ
る主要な問題点は、ゲート電極の下部のチャネル領域の
構造である。このチャネル領域の性能がデバイス全体の
性能をほぼ決定する。図1は、本発明に基づく多機能半
導体デバイスのチャネル領域の断面図をごく単純化して
示したものである。図1に示すすべての材料層をはじ
め、結果として生じる本発明の実施例は実質的に単結晶
エピタキシャル生長層である。このために各エピタキシ
ャル層は、基調となる基板と結晶学的に適合性のある材
料によって構成される必要がある。そのため、個々の実
施例に関して後述する電子材料の制約のほかに、材料の
選択は水晶の特性によっても制限されることに注意され
たい。本発明のエピタキシャル層は、有機金属気相成長
法(MOCVD),分子線エピタキシ(MBE)または
原子層エピタキシ(ALE)などによって生長させても
よい。
EXAMPLES A major problem in the design of quantum well field effect transistors is the structure of the channel region under the gate electrode. The performance of this channel region almost determines the performance of the entire device. FIG. 1 is a very simplified cross-sectional view of a channel region of a multifunction semiconductor device according to the present invention. The resulting embodiment of the invention, including all material layers shown in FIG. 1, is substantially a single crystal epitaxial growth layer. To this end, each epitaxial layer must be composed of a material that is crystallographically compatible with the underlying substrate. Therefore, it should be noted that in addition to the electronic material constraints described below with respect to the individual embodiments, the choice of material is also limited by the properties of the crystal. The epitaxial layer of the present invention may be grown by metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), molecular beam epitaxy (MBE), atomic layer epitaxy (ALE), or the like.

【0006】本発明は2個のNチャネルおよび2個の出
力を有する多機能デバイスに即して説明しているが、若
干変形を施せば多数の出力を備えられることを理解され
たい。これらの変形は当業者には容易に理解されるもの
であり、本発明の範囲内に包含されることを意図してい
る。
Although the present invention is described in the context of a multifunction device having two N-channels and two outputs, it should be understood that multiple outputs can be provided with minor modifications. These variations are readily understood by one of ordinary skill in the art and are intended to be included within the scope of the present invention.

【0007】図1に示す実施例は、半導体結晶基板また
は半絶縁結晶基板10の上に形成されたワイド・バンド
ギャップ・バッファ層11によって構成され、この結晶
基板10は積層半導体構造を形成するのに適している。
バッファ層11はアンチモン・アルミニウム(ALS
b)などの材料によって構成される。他のワイド・バン
ドギャップ材料も知られており、化合物半導体デバイス
内で使用されているが、好適実施例では、各上載せ層で
使用する他の材料との適合性を確保するために、ALS
bが望ましい。第1の量子井戸チャネル12はバッファ
層11の一部の上に形成される。好適実施例では、チャ
ネル12はインジウムひ素(InAs)によって構成さ
れ、厚さはおよそ10〜15ナノメータである。
The embodiment shown in FIG. 1 comprises a wide bandgap buffer layer 11 formed on a semiconductor crystal substrate or a semi-insulating crystal substrate 10, which crystal substrate 10 forms a laminated semiconductor structure. Suitable for
The buffer layer 11 is antimony aluminum (ALS
It is composed of a material such as b). Although other wide bandgap materials are known and used in compound semiconductor devices, in the preferred embodiment, ALS is used to ensure compatibility with the other materials used in each overlayer.
b is desirable. The first quantum well channel 12 is formed on a part of the buffer layer 11. In the preferred embodiment, the channel 12 is composed of indium arsenide (InAs) and has a thickness of approximately 10-15 nanometers.

【0008】チャネル12は、所定の厚さを有する障壁
領域13によって被覆され、これはワイド・バンドギャ
ップALSbを有する材料によって構成される。好適実
施例では、障壁領域13は約3〜10ナノメータの厚さ
である。第2の量子井戸チャネル14は約5〜10ナノ
メータの厚さで、障壁領域13の少なくとも一部を被覆
しており、好適実施例ではInAsなど、第1チャネル
12に使用されるものと同じ材料成分によって構成され
る。キャップ層16はチャネル14の上に形成される。
キャップ層16は、ALSbなどワイド・バンドギャッ
プ材料によって構成され、厚さは約30ナノメータであ
るが、他のワイド・バンドギャップ材料を使用してもよ
い。
The channel 12 is covered by a barrier region 13 having a predetermined thickness, which is composed of a material having a wide bandgap ALSb. In the preferred embodiment, barrier region 13 is about 3-10 nanometers thick. The second quantum well channel 14 is about 5-10 nanometers thick and covers at least a portion of the barrier region 13, and is the same material used for the first channel 12, such as InAs in the preferred embodiment. Composed of ingredients. The cap layer 16 is formed on the channel 14.
The cap layer 16 is composed of a wide bandgap material such as ALSb and has a thickness of about 30 nanometers, although other wide bandgap materials may be used.

【0009】ゲート電極17はキャップ層16の一部の
上に形成され、キャップ層16に対してショットキー接
点を作る。好適実施例では、チャネル12,14は実質
的にドーピングされていない。N形電荷担体(自由電
子)が、変調ドーピングなど周知のドーピング技術を用
いて、チャネル12,14に提供される。電極21,2
4はゲート電極17をはさんで両側に対置する形で形成
され、チャネル12に対してソース電極またはドレイン
電極の働きをすることができる。電極22,23はゲー
ト電極17をはさんで両側に対置する形で形成され、チ
ャネル14に対してソース電極またはドレイン電極の働
きをすることができる。電極21〜24は表面部分21
a〜24aによって構成され、この表面部分は導電率が
高く、デバイスを、外部回路もしくは集積回路(図示せ
ず)に相互接続するのに用いる。電極21〜24はまた
拡散部分21b〜24bによって構成され、この拡散部
分は、チャネル12,14に対して低抵抗結合を提供す
る。
The gate electrode 17 is formed on a part of the cap layer 16 and makes a Schottky contact with the cap layer 16. In the preferred embodiment, channels 12 and 14 are substantially undoped. N-type charge carriers (free electrons) are provided in the channels 12, 14 using well-known doping techniques such as modulation doping. Electrodes 21,2
4 are formed so as to be opposed to each other with the gate electrode 17 sandwiched therebetween, and can function as a source electrode or a drain electrode for the channel 12. The electrodes 22 and 23 are formed so as to face each other with the gate electrode 17 sandwiched therebetween, and can function as a source electrode or a drain electrode for the channel 14. The electrodes 21 to 24 have a surface portion 21.
a to 24a, which is highly conductive and is used to interconnect the device to external or integrated circuits (not shown). Electrodes 21-24 are also formed by diffusing portions 21b-24b, which provide low resistance coupling to channels 12,14.

【0010】図2に破線で示すように、チャネル14は
第1量子化電子状態(「基底状態」ともいう)Ee14
有しており、これはチャネル12の伝導帯エネルギーE
c より若干上に位置している。Ee14 の値はチャネル1
4の厚さによって決定する。Ee14 はチャネル14内の
電子の最小エネルギーである。同様に、チャネル12は
第1量子化電子状態Ee12 を有し、これはチャネル12
内の電子の最小エネルギーである。Ee12 はチャネル1
2の厚さによって変化する。チャネル12が厚さを増す
につれて、Ee12 はEc から次第にかい離する。同様に
チャネル14の厚さが増すと、Ee14 はEc から次第に
かい離する。チャネル12はチャネル14より厚さがあ
るので、チャネル12,14が共に同一材料の成分によ
って構成される場合でも、Ee14 はEe12 よりも大きく
なる。好適実施例で指定する具体的な寸法および厚さは
例示目的のためのものである。この構造は、ゲートに順
方向バイアスをかけたときに、障壁13,16の上部に
おいて、Ee12 からゲートへの熱電子対注入が実質的に
ないことを確保するように設計しなければならない。実
際には、層の厚さは指定したものと異なってもよいが、
必ずEe14 とEe12とのサがkTよりも大幅に大きくな
るように寸法を選ぶべきできであり、ここでkはボルツ
マン定数を、Tはケルビン温度を表す。順方向ゲート・
バイアスは漏れ電流によって制限される。
As indicated by the dashed line in FIG. 2, channel 14 has a first quantized electronic state (also referred to as the "ground state") E e14 , which is the conduction band energy E of channel 12.
It is located slightly above c . The value of E e14 is channel 1
4 thickness. E e14 is the minimum energy of the electrons in the channel 14. Similarly, channel 12 has a first quantized electronic state E e12 , which is channel 12
Is the minimum energy of the electrons in. E e12 is channel 1
2 depends on the thickness. As channel 12 increases in thickness, E e12 gradually moves away from E c . Similarly, as the thickness of channel 14 increases, E e14 progressively moves away from E c . Since channel 12 is thicker than channel 14, E e14 is greater than E e12 even when channels 12 and 14 are both composed of the same material composition. The specific dimensions and thicknesses specified in the preferred embodiment are for illustrative purposes. This structure must be designed to ensure that when the gate is forward biased there is substantially no thermoelectron pair injection from E e12 into the gate at the top of barriers 13,16 . In practice, the layer thickness may differ from that specified, but
The dimensions should always be chosen such that the distance between E e14 and E e12 is significantly larger than kT, where k is the Boltzmann constant and T is the Kelvin temperature. Forward gate
Bias is limited by leakage current.

【0011】第1構成では、障壁領域13の厚さは、E
e14 がEe12 と等しくない場合は常に(以下これを非共
鳴状態という)、チャネル12と14との間の電荷移動
を防ぐように選択する。好適実施例では、チャネル12
の厚さは、ゲート電極17にゼロ・バイアスをかける
と、Ee12 F (この構造のフェルミ・エネルギー)
となるように選択する。この関係によって結果として、
チャネル12は電荷担体で埋められるか、またはゼロ・
ゲート・バイアスで「オン」になる。チャネル14の厚
さは、Ee14 >EF となるように選択する。そのためチ
ャネル14はゼロ・ゲート・バイアスで「オフ」にな
る。
In the first configuration, the thickness of the barrier region 13 is E
e14 Is Ee12 Is always equal to
Charge transfer between channels 12 and 14)
Choose to prevent. In the preferred embodiment, channel 12
Thickness of zero bias the gate electrode 17
And Ee12 < EF (Fermi energy of this structure)
To be As a result of this relationship,
Channel 12 may be filled with charge carriers or
Turns on with gate bias. Channel 14 thickness
Sa, Ee14 > EF To be Therefore
Channel 14 turns off with zero gate bias
It

【0012】これと正反対の関係も、ゲート電極17に
ゼロ・バイアスをかけるとEe12 >EF となるようにチ
ャネル12の厚さを選択すれば、簡単に達成できる。こ
の第2の構成では、チャネル12はゼロ・ゲート・バイ
アスで「オフ」になる。チャネル14の厚さは、Ee14
<EF となるように増加でき、この場合、チャネル14
はゼロ・ゲート・バイアスで「オン」になる。以下、チ
ャネル14が通常オフで、チャネル12が通常オンにな
っている構造を有する第1構成に即して、多機能半導体
デバイスの動作を説明する。本発明に基づく多機能デバ
イスは、バイアス電圧の極性を反転すれば、第2構成で
も動作する。
The opposite relationship can be easily achieved by selecting the thickness of the channel 12 such that E e12 > E F when zero bias is applied to the gate electrode 17. In this second configuration, channel 12 is "off" with zero gate bias. The thickness of the channel 14 is E e14
<E F , in which case channel 14
Turns "on" with zero gate bias. The operation of the multi-function semiconductor device will be described below with reference to the first configuration having a structure in which the channel 14 is normally off and the channel 12 is normally on. The multi-function device according to the present invention operates in the second configuration as long as the polarity of the bias voltage is reversed.

【0013】図3は、正バイアス電圧をかけたことによ
る、図2に示すエネルギー帯の関係への影響を示したも
のである。ゲート・バイアスはEe12 に連動してEe14
を下げる。図3はEe14 =Ee12 の場合の共鳴状態を示
す。共鳴ゲート・バイアスのとき、チャネル12の電荷
は障壁13をトンネルして、チャネル14をオンにす
る。ゲート・バイアスがEe14 <Ee12 の点へと増大し
ていくにつれ、Ee14 およびEe12 は整合しなくなり、
チャネル14はオンのままであるが、チャネル12はオ
フになる。ゲート・バイアスが下がってEe14 >Ee12
になると、プロセスは逆転する。
FIG. 3 shows the influence of the application of the positive bias voltage on the energy band relationship shown in FIG. Gate bias is in conjunction with E e12 E e14
Lower. FIG. 3 shows the resonance state when E e14 = E e12 . At resonant gate bias, the charge on channel 12 tunnels through barrier 13 turning on channel 14. As the gate bias increases to the point where E e14 <E e12 , E e14 and E e12 become misaligned ,
Channel 14 remains on, but channel 12 turns off. Gate bias is lowered and E e14 > E e12
Then the process reverses.

【0014】図4は、本発明に基づく1個の多機能トラ
ンジスタで構成される複数出力スイッチを示す。ソース
電極21,22はともに短絡している。ゲート電極17
は入力の働きをし、ドレイン電極24は第1出力の働
き、ドレイン電極23は第2出力の働きをする。動作
中、チャネル12に相当する電解効果トランジスタ(F
ET)27は、ゼロ・ゲート・バイアスがゲート電極1
7にかけられるとオンになり、ソース21〜22をドレ
イン電極24と結合する。ゼロ・ゲート・バイアスで
は、チャネル14に相当するFET26はオフになる。
FIG. 4 shows a multi-output switch composed of one multifunctional transistor according to the present invention. The source electrodes 21 and 22 are both short-circuited. Gate electrode 17
Serves as an input, the drain electrode 24 serves as a first output, and the drain electrode 23 serves as a second output. During operation, the field effect transistor (F
ET) 27 has zero gate bias and gate electrode 1
When turned on, it turns on and couples the sources 21-22 with the drain electrode 24. At zero gate bias, the FET 26 corresponding to channel 14 is turned off.

【0015】信号がゲート電極17に印加されると、ゲ
ート・バイアスが増加してFET27がオフになる。チ
ャネル12内の電荷はチャネル14に移動し、FET2
6がオンになり、ソース21〜22の信号をドレイン電
極23に結合する。このため、好適実施例では1個のト
ランジスタのスペースおよび電力しか必要としないが、
単極双投スイッチの働きをする。また高移動度InAs
を用いた1個の多機能デバイスで構成される複数出力ス
イッチは必要電力が大幅に減少し、従来のトランジスタ
設計で可能な速度よりも速い速度で動作する。したがっ
て、差動増幅器の速度電力積は、従来のトランジスタ設
計で可能な水準より低い16の因数である。
When a signal is applied to the gate electrode 17, the gate bias increases and the FET 27 turns off. The charge in channel 12 moves to channel 14 and FET2
6 is turned on and couples the signals of sources 21-22 to drain electrode 23. Thus, the preferred embodiment requires only one transistor space and power,
Acts as a single pole double throw switch. Also, high mobility InAs
A multi-output switch consisting of a single multifunction device using is significantly reduced in power requirements and operates faster than is possible with conventional transistor designs. Therefore, the speed power product of a differential amplifier is a factor of 16 below what is possible with conventional transistor designs.

【0016】同様の実施例で、チャネル14はゼロ・ゲ
ート・バイアスで導通状態になるように設計される。こ
の場合、チャネル14は前述のようにチャネル12より
も広くなっている。ソース電極21は選択的に排除され
るか、または外部回路から単に切り離されている。チャ
ネル12,14および障壁13は、ゲートの空乏層がチ
ャネル14をピンチ・オフする場合に、チャネル12と
14のソース端部のエネルギー帯が整合し、電荷がソー
ス電極22からチャネル14を通ってチャネル12に移
動するように設計される。このため、ソース電極22は
ドレイン電極23またはドレイン電極24に対して選択
的に結合されている。この実施例では、チャネル12
は、2つのチャネル内の電流を等価にするために、チャ
ネル14よりも大きなドレイン電圧を必要とする場合が
ある。これは、各種の抵抗を有する負荷、すなわち、チ
ャネル12に用いられている低抵抗の負荷を使用するこ
とによって、単一電圧で容易に達成できる。
In a similar embodiment, channel 14 is designed to be conductive with zero gate bias. In this case, the channel 14 is wider than the channel 12 as described above. The source electrode 21 is selectively excluded or simply separated from the external circuit. The channels 12, 14 and the barrier 13 are such that when the gate depletion layer pinches off the channel 14, the energy bands at the source ends of the channels 12 and 14 are matched and charge is transferred from the source electrode 22 through the channel 14. It is designed to move to channel 12. Therefore, the source electrode 22 is selectively coupled to the drain electrode 23 or the drain electrode 24. In this example, channel 12
May require a higher drain voltage than channel 14 to equalize the currents in the two channels. This can be easily accomplished at a single voltage by using loads with various resistances, i.e. the low resistance loads used in channel 12.

【0017】ここにおいて、性能が改良された多機能半
導体デバイスが提供されることが認められよう。本発明
に基づく多機能デバイスは、優れた材料をHFET技術
に最適に使用できるようにするとともに、高いパッキン
グ密度を得るための効果的な形状を可能にする。この結
合は、以前よりも少ないデバイス、簡単な回路で新しい
機能を実行できるようにする。
It will be appreciated here that a multifunction semiconductor device with improved performance is provided. The multi-functional device according to the invention allows excellent materials to be optimally used in HFET technology, as well as effective geometries for high packing densities. This combination allows new functions to be performed with fewer devices and simpler circuits than before.

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

【図1】本発明に基づく多機能半導体デバイスの一部の
断面図をごく単純化して示す。
FIG. 1 shows, in a very simplified manner, a sectional view of a part of a multifunctional semiconductor device according to the invention.

【図2】バイアスを加えていない図1の構造のバンド・
ダイアグラム(band diagram)を示す。
2 is a band of the structure of FIG. 1 with no bias applied;
A band diagram is shown.

【図3】ゲート・バイアスを加えた図1の構造のバンド
・ダイアグラムを示す。
FIG. 3 shows a band diagram of the structure of FIG. 1 with a gate bias applied.

【図4】本発明に基づく複数出力スイッチの概略図を単
純化して示す。
FIG. 4 shows a simplified schematic diagram of a multiple output switch according to the invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10 結晶基板 11 ワイド・バンドギャップ・バッファ層 12,14 チャネル 13,16 障壁 17 ゲート電極17 21,22 ソース電極 23,24 ドレイン電極 10 Crystal Substrate 11 Wide Band Gap Buffer Layer 12, 14 Channel 13, 16 Barrier 17 Gate Electrode 17 21,22 Source Electrode 23, 24 Drain Electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジュン・シェン アメリカ合衆国アリゾナ州フェニックス、 エス・トゥエンティフィフス・プレイス 14654 (72)発明者 サイード・テラーニ アメリカ合衆国アリゾナ州スコッツデイ ル、イー・サン・アルフレド・ドライブ 8602 (72)発明者 エックス・セオドア・ズー アメリカ合衆国アリゾナ州チャンドラー、 エヌ・コングレス・ドライブ1351 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Jun Shen S. Twenty Fifth Place, Phoenix, Arizona, USA 14654 (72) Inventor Said Terani, Ethan Alfredo Drive, Scottsdale, Arizona, USA 8602 (72) Inventor, X Theodore Zoo, Congress Drive 1351, Chandler, Arizona, USA.

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 多機能半導体デバイスであって、前記デ
バイスは:上部表面を有する多層半導体基板;前記上部
表面の上に形成されたゲート電極(17);前記ゲート
電極(17)の下に分離されて隔てられている第1チャ
ネル(14);前記第1チャネル(14)に結合された
第1ソース電極(22);前記第1チャネル(14)に
結合された第1ドレイン電極であって、前記第1ドレイ
ン電極(23)および前記第1ソース電極(22)は前
記ゲート電極(17)をはさんで両側に対置する形で形
成されており、また前記第1チャネル(14)は伝導帯
エネルギーEC を持つ材料によって構成される第1ドレ
イン電極;前記第1チャネル(14)の下の障壁領域
(13)であって、前記障壁領域(13)は、前記第1
チャネル(14)よりも大きなバンドギャップ・エネル
ギーを持つ材料によって構成される障壁領域(13);
前記障壁層(13)の下にあって、前記障壁層13によ
って前記第1チャネル(14)から分離されて隔てられ
た第2チャネル(12);前記第2チャネル(12)に
結合された第2ソース電極(21);および前記第2チ
ャネル(12)に結合された第2ドレイン電極(24)
であって、前記第2ドレイン電極(24)および前記第
2ソース電極(21)は前記ゲート電極(17)をはさ
んで両側に対置する形で形成されており、また前記第2
チャネルは、前記第1チャネル(14)がエネルギーE
e1を持つ第1量子化電子状態を有し、前記第2チャネル
(12)がエネルギーEe2を持つ第1量子化電子状態を
有して、前記ゲート電極にゼロ・バイアスがかけられる
と、Ee1>Ee2となるような伝導帯エネルギーEcを持
つ材料によって構成される前記第2チャネル(14)に
結合された第2ドレイン電極(24);によって構成さ
れることを特徴とする多機能半導体デバイス。
1. A multi-function semiconductor device, said device comprising: a multi-layer semiconductor substrate having an upper surface; a gate electrode (17) formed on said upper surface; an isolation below said gate electrode (17). A first source electrode (22) coupled to the first channel (14); a first drain electrode coupled to the first channel (14); The first drain electrode (23) and the first source electrode (22) are formed opposite to each other with the gate electrode (17) in between, and the first channel (14) is conductive. A first drain electrode composed of a material having a band energy E C ; a barrier region (13) below the first channel (14), the barrier region (13) being the first
A barrier region (13) composed of a material having a bandgap energy larger than that of the channel (14);
A second channel (12) below the barrier layer (13) and separated from and separated from the first channel (14) by the barrier layer 13; a second channel (12) coupled to the second channel (12). Two source electrodes (21); and a second drain electrode (24) coupled to the second channel (12).
The second drain electrode (24) and the second source electrode (21) are formed opposite to each other with the gate electrode (17) interposed therebetween, and
The channel is such that the first channel (14) has energy E
If the gate electrode has a first quantized electronic state with e1 and the second channel (12) has a first quantized electronic state with energy E e2 and the gate electrode is zero biased, then E A multi-function, characterized in that it comprises a second drain electrode (24) coupled to the second channel (14) made of a material having a conduction band energy E c such that e1 > E e2. Semiconductor device.
【請求項2】 前記ゲート電極(17)に所定の正バイ
アスがかけられる場合に、Ee1<Ee2になることを特徴
とする請求項1記載の多機能半導体デバイス。
2. The multifunctional semiconductor device according to claim 1, wherein E e1 <E e2 when the predetermined positive bias is applied to the gate electrode (17).
【請求項3】 前記ゲート電極(17)に所定の正バイ
アスがかけられる場合に、Ee1=Ee2になることを特徴
とする請求項1記載の多機能半導体デバイス。
3. The multifunctional semiconductor device according to claim 1, wherein E e1 = E e2 is satisfied when a predetermined positive bias is applied to the gate electrode (17).
【請求項4】 多機能半導体デバイスであって、前記デ
バイスは:積層半導体デバイスをその上に形成できる基
板(10);前記基板(10)を被覆するワイド・バン
ドギャップ・バッファ層(11);前記バッファ層(1
1)の一部の上に形成された第1材料成分の第1チャネ
ル領域(12)であって、前記第1材料成分は伝導帯エ
ネルギーEc 持つ第1チャネル領域(12);前記第
1チャネル(12)を被覆する第2材料成分の障壁領域
(13)であって、前記第2材料成分は前記第1材料成
分よりも大きなバンドギャップ・エネルギーを持つ障壁
領域(13);前記障壁領域(13)を被覆する前記第
1材料成分の第2チャネル領域(14);前記第2チャ
ネルを被覆するワイド・バンドギャップ・キャップ層
(16);前記第1および第2チャネル(12,14)
の上に形成され、前記第2チャネル(14)から前記キ
ャップ層(16)によって分離されて隔てられているゲ
ート電極(17)であって、前記第1および第2チャネ
ル(12,14)はそれぞれ前記ゲート電極(17)の
一方の側に第1端部を有し、前記ゲート電極(17)の
もう一方の側に第2端部を有するゲート電極(17);
前記第1チャネル(12)の前記第1端部に結合された
第1ソース電極(21);前記第1チャネル(12)の
前記第2端部に結合された第1ドレイン電極(24);
前記第2チャネル(14)の前記第1端部に結合された
第2ソース電極(22);および前記第2チャネル(1
4)の前記第2端部に結合された第2ドレイン電極(2
3)であって、前記第1チャネルはエネルギーEe1を持
つ第1量子化電子状態を有し、前記第2チャネルはエネ
ルギーEe2を持つ第1量子化電子状態を有して、ゼロ・
バイアスが前記ゲート電極にかけられると、Ee2>Ee1
となることを特徴とする前記第2チャネル(14)の前
記第2端部に結合された第2ドレイン電極(23);に
よって構成されることを特徴とする多機能半導体デバイ
ス。
4. A multifunctional semiconductor device, said device comprising: a substrate (10) on which a laminated semiconductor device can be formed; a wide bandgap buffer layer (11) covering said substrate (10); The buffer layer (1
A first channel region of a first material component formed on a portion of 1) (12), wherein the first material component conduction band energy E c, the first channel region (12 with); the first A barrier region (13) of a second material component covering one channel (12), wherein the second material component has a greater bandgap energy than the first material component (13); A second channel region (14) of the first material component covering a region (13); a wide bandgap cap layer (16) covering the second channel; the first and second channels (12, 14) )
A gate electrode (17) formed over the first channel and separated from the second channel (14) by the cap layer (16), wherein the first and second channels (12, 14) are A gate electrode (17) each having a first end on one side of the gate electrode (17) and a second end on the other side of the gate electrode (17);
A first source electrode (21) coupled to the first end of the first channel (12); a first drain electrode (24) coupled to the second end of the first channel (12);
A second source electrode (22) coupled to the first end of the second channel (14); and the second channel (1
4) a second drain electrode (2) coupled to the second end of
3) wherein the first channel has a first quantized electronic state with energy E e1 and the second channel has a first quantized electronic state with energy E e2 ,
When a bias is applied to the gate electrode, E e2 > E e1
And a second drain electrode (23) coupled to the second end of the second channel (14);
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014517511A (en) * 2011-05-02 2014-07-17 インテル・コーポレーション Negative differential resistance element with vertical tunneling

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014517511A (en) * 2011-05-02 2014-07-17 インテル・コーポレーション Negative differential resistance element with vertical tunneling
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