JPH10284696A - Semiconductor memory device - Google Patents

Semiconductor memory device

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JPH10284696A
JPH10284696A JP9083682A JP8368297A JPH10284696A JP H10284696 A JPH10284696 A JP H10284696A JP 9083682 A JP9083682 A JP 9083682A JP 8368297 A JP8368297 A JP 8368297A JP H10284696 A JPH10284696 A JP H10284696A
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JP
Japan
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mosfet
bipolar transistor
data
gate
collector
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JP9083682A
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Japanese (ja)
Inventor
Yutaka Tajima
豊 田島
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Nissan Motor Co Ltd
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Nissan Motor Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the leakage of charge stored in the gate of an MOS-FET and enable the long term self-holding of data by a method, wherein a 1st bipolar transistor and a 2nd bipolar transistor are formed in a wide-gap semiconductor region. SOLUTION: An N-ch. MOS-FET 1 and a 1st N-P-N bipolar transistor 3 and a 2nd N-P-N bipolar transistor 2, which are formed in a wide gap semiconductor region, are provided. The collector of the 1st bipolar transistor 3 and the emitter of the 2nd bipolar transistor 2 are connected to the gate of the MOS-FET 1. The charging/discharging into/from the gate of the MOS-FET 1 is performed by the control of electrically continuity/discontinuity states between the collectors and emitters of the 1st bipolar transistor 3 and the 2nd bipolar transistor 2 for writing or erasing data.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、MOSFET(M
OS型電界効果トランジスタ)のゲートに電荷を蓄積さ
せることによりデータを記憶する半導体記憶装置に関す
る。
The present invention relates to a MOSFET (M
The present invention relates to a semiconductor memory device that stores data by accumulating electric charges in a gate of an OS type field effect transistor).

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の半導体記憶装置として、例えば図
4に示す回路構成のDRAMがある。図4の記憶装置
は、シリコン基板上に形成されたNch MOSFET
101とNch MOSFET102とを備える。MO
SFET101のソースはVss端子に、ドレインはノ
ードZにそれぞれ接続されている。MOSFET102
のソースもしくはドレインの一方はMOSFET101
のゲートに接続され、他方はノードXに接続されてい
る。MOSFET102のゲートはノードYに接続され
ている。また、ノードZはビット線を介してセンスアン
プ(不図示)に接続され、ノードXはワード線に接続さ
れている。
2. Description of the Related Art As a conventional semiconductor memory device, for example, there is a DRAM having a circuit configuration shown in FIG. 4 is an Nch MOSFET formed on a silicon substrate.
101 and an Nch MOSFET 102. MO
The source of the SFET 101 is connected to the Vss terminal, and the drain is connected to the node Z. MOSFET102
One of the source or drain of the MOSFET 101
And the other is connected to the node X. The gate of the MOSFET 102 is connected to the node Y. The node Z is connected to a sense amplifier (not shown) via a bit line, and the node X is connected to a word line.

【0003】図4に示す従来の半導体記憶装置では、M
OSFET101のゲートに電荷を蓄積し、MOSFE
T101のオン/オフを制御することにより、データを
記憶する。
In the conventional semiconductor memory device shown in FIG.
The charge is stored in the gate of the OSFET 101, and the MOSFE
Data is stored by controlling on / off of T101.

【0004】データを書込む際は、ノードYにVdd電
位を印加してMOSFET102をオンさせ、かつノー
ドXにVdd電位を印加する。この結果、MOSFET
101のゲートに電荷が充電され、MOSFET101
がオン状態になる。
When writing data, a Vdd potential is applied to a node Y to turn on the MOSFET 102 and a Vdd potential is applied to a node X. As a result, MOSFET
The electric charge is charged to the gate of the MOSFET 101 and the MOSFET 101
Is turned on.

【0005】一方、データを消去する際は、ノードYに
Vdd電位を印加してMOSFET102をオンさせ、
かつノードXにVss電位を印加する。この結果、MO
SFET101のゲートの電荷が放電され、MOSFE
T101がオフ状態になる。
On the other hand, when erasing data, a potential Vdd is applied to the node Y to turn on the MOSFET 102,
In addition, a Vss potential is applied to the node X. As a result, MO
The charge of the gate of the SFET 101 is discharged, and the MOSFE
T101 is turned off.

【0006】MOSFET101に記憶されているデー
タを読む際は、ノードYにVss電位を印加してMOS
FET102をオフさせ、かつノードZをデコーダ回路
(不図示)で選択することにより、MOSFET101
のオン/オフをセンスアンプを介して判定する。
When reading data stored in the MOSFET 101, a Vss potential is applied to the node Y to
By turning off the FET 102 and selecting the node Z by a decoder circuit (not shown), the MOSFET 101
Is determined via a sense amplifier.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】図4の記憶装置では、
MOSFET101にデータを書込む時、またはデータ
を消去する時以外はMOSFET102はオフ状態にな
っている。しかし、MOSFET101のゲート電荷は
MOSFET102を構成するPN接合のリーク電流と
して流出してしまう。よって通常は1〜100msもし
くは10〜100ms毎に1回ずつリフレッシュを行う
必要がある。このため不揮発性の記憶装置として用いる
ことができないことはもちろん、頻繁にリフレッシュを
行う必要があるので回路動作が複雑になるという問題が
あった。
In the storage device shown in FIG.
The MOSFET 102 is off except when writing data to the MOSFET 101 or erasing data. However, the gate charge of the MOSFET 101 flows out as a leak current of the PN junction constituting the MOSFET 102. Therefore, it is usually necessary to perform refresh once every 1 to 100 ms or once every 10 to 100 ms. For this reason, it cannot be used as a nonvolatile storage device, and of course, there is a problem that the refresh operation must be performed frequently and the circuit operation becomes complicated.

【0008】本発明の目的は、長時間のデータの自己保
持が可能な半導体記憶装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor memory device capable of holding data for a long time by itself.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】[Means for Solving the Problems]

(1)実施の形態を示す図1〜図3に対応づけて説明す
ると、請求項1に記載の発明は、Nch MOSFET
1と、ワイドギャップ半導体領域に形成された第1のN
PN型バイポーラトランジスタ3と、ワイドギャップ半
導体領域に形成された第2のNPN型バイポーラトラン
ジスタ2とを備え、第1のバイポーラトランジスタ3の
コレクタおよび第2のバイポーラトランジスタ2のエミ
ッタをMOSFET1のゲートに接続し、第1のバイポ
ーラトランジスタ3および第2のバイポーラトランジス
タ2のコレクタ・エミッタ間の導通・非導通状態を制御
してMOSFET1のゲートに電荷を充電、または電荷
を放電することによりデータの書込み、または消去を行
うとともに、データの書込みおよびデータの消去を行わ
ないデータ保持時には、第1のバイポーラトランジスタ
3のコレクタ・エミッタ間および第2のバイポーラトラ
ンジスタ2のコレクタ・エミッタ間を非導通状態とする
ことにより上述の目的が達成される。 (2)請求項2に記載の発明は、Nch MOSFET
1と、ワイドギャップ半導体領域に形成されたダイオー
ド5と、ワイドギャップ半導体領域に形成されたNPN
型バイポーラトランジスタ3とを備え、バイポーラトラ
ンジスタ3のコレクタに、バイポーラトランジスタ3の
エミッタ・コレクタ間の導通方向に対して順方向となる
ようにダイオード5の一極を接続するとともに、バイポ
ーラトランジスタ3のコレクタをMOSFET1のゲー
トに接続し、バイポーラトランジスタ3のコレクタ・エ
ミッタ間の導通・非導通状態およびダイオード5の導通
・非導通状態を制御してMOSFET1のゲートに電荷
を充電、または電荷を放電することによりデータの書込
み、または消去を行うとともに、データの書込みおよび
データの消去を行わないデータ保持時には、バイポーラ
トランジスタ3のコレクタ・エミッタ間およびダイオー
ド5を非導通状態とすることにより上述の目的が達成さ
れる。 (3)請求項3に記載の発明は、請求項1または2に記
載の半導体記憶装置において、MOSFET1をシリコ
ン基板中に形成したものである。 (4)請求項4に記載の発明は、第1のNch MOS
FET7と、ワイドギャップ半導体領域に形成された第
2のNch MOSFET6とを備え、第2のMOSF
ET6のソース電極またはドレイン電極のうちのいずれ
か一方を第1のMOSFET7のゲートに接続し、第2
のMOSFET6のソース・ドレイン間を導通させると
ともに第2のMOSFET6のソース電極またはドレイ
ン電極のうちの他方の電位を制御して第1のMOSFE
T7のゲートに電荷を充電、または電荷を放電すること
によりデータの書込み、または消去を行うとともに、デ
ータの書込みおよびデータの消去を行わないデータ保持
時には、第2のMOSFET6のソース・ドレイン間を
非導通状態とすることにより上述の目的が達成される。 (5)請求項5に記載の発明は、請求項4に記載の半導
体記憶装置において、第1のMOSFET7をシリコン
基板中に形成したものである。 (6)請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれ
か1項に記載の半導体記憶装置において、ワイドギャッ
プ半導体領域として、GaAs、SiCまたは薄膜ダイ
ヤモンドのいずれかを用いるものである。
(1) An embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3 showing an embodiment.
1 and the first N formed in the wide gap semiconductor region.
The semiconductor device includes a PN-type bipolar transistor 3 and a second NPN-type bipolar transistor 2 formed in a wide-gap semiconductor region. The collector of the first bipolar transistor 3 and the emitter of the second bipolar transistor 2 are connected to the gate of the MOSFET 1. Then, by controlling the conduction / non-conduction state between the collector and the emitter of the first bipolar transistor 3 and the second bipolar transistor 2 to charge the gate of the MOSFET 1 or discharge the charge to write data, or At the time of erasing and holding data without writing and erasing data, the non-conductive state is established between the collector and emitter of the first bipolar transistor 3 and between the collector and emitter of the second bipolar transistor 2. The above Target is achieved. (2) The invention according to claim 2 is an Nch MOSFET
1, a diode 5 formed in the wide gap semiconductor region, and an NPN formed in the wide gap semiconductor region.
A bipolar transistor 3 having a collector connected to one end of the diode 5 so as to be forward with respect to the conduction direction between the emitter and the collector of the bipolar transistor 3. Is connected to the gate of the MOSFET 1 to control the conduction / non-conduction state between the collector and the emitter of the bipolar transistor 3 and the conduction / non-conduction state of the diode 5 to charge or discharge the gate of the MOSFET 1. At the time of writing or erasing data and holding data without writing or erasing data, the above-mentioned object is achieved by making the collector-emitter of the bipolar transistor 3 and the diode 5 non-conductive. . (3) According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor memory device according to the first or second aspect, the MOSFET 1 is formed in a silicon substrate. (4) The invention according to claim 4 is the first Nch MOS
An FET 7 and a second Nch MOSFET 6 formed in the wide gap semiconductor region.
Either the source electrode or the drain electrode of ET6 is connected to the gate of the first MOSFET 7, and the second
Of the first MOSFET 6 by controlling the source and drain of the second MOSFET 6 and controlling the other potential of the source electrode or the drain electrode of the second MOSFET 6.
Data writing or erasing is performed by charging or discharging the charge of the gate of T7, and at the time of holding data without writing or erasing data, a non-connection between the source and drain of the second MOSFET 6 is established. The above-described object is achieved by setting the conductive state. (5) The invention according to claim 5 is the semiconductor memory device according to claim 4, wherein the first MOSFET 7 is formed in a silicon substrate. (6) According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor memory device according to any one of the first to fifth aspects, any one of GaAs, SiC, and thin-film diamond is used as the wide gap semiconductor region. .

【0010】なお、本発明の構成を説明する上記課題を
解決するための手段の項では、本発明を分かり易くする
ために発明の実施の形態の図を用いたが、これにより本
発明が実施の形態に限定されるものではない。
In the section of the means for solving the above-mentioned problems, which explains the configuration of the present invention, the drawings of the embodiments of the present invention are used for easy understanding of the present invention. However, the present invention is not limited to this.

【0011】[0011]

【作用および効果】請求項1に記載の発明によれば、ワ
イドギャップ半導体領域に第1のバイポーラトランジス
タおよび第2のバイポーラトランジスタを形成したの
で、MOSFETのゲートに蓄積された電荷のリークを
抑制できる。請求項2に記載の発明によれば、ワイドギ
ャップ半導体領域にダイオードおよびバイポーラトラン
ジスタを形成したので、MOSFETのゲートに蓄積さ
れた電荷のリークを抑制できる。請求項3に記載の発明
によれば、MOSFETをシリコン基板中に形成したの
で、MOSFETを容易に形成することができる。請求
項4に記載の発明によれば、ワイドギャップ半導体領域
に第2のMOSFETを形成したので、第1のMOSF
ETのゲートに蓄積された電荷のリークを抑制できる。
請求項5に記載の発明によれば、第1のMOSFETを
シリコン基板中に形成したので、第1のMOSFETを
容易に形成することができる。
According to the first aspect of the present invention, since the first bipolar transistor and the second bipolar transistor are formed in the wide gap semiconductor region, it is possible to suppress the leakage of the charge stored in the gate of the MOSFET. . According to the second aspect of the present invention, since the diode and the bipolar transistor are formed in the wide gap semiconductor region, it is possible to suppress the leakage of the charge accumulated in the gate of the MOSFET. According to the third aspect of the present invention, since the MOSFET is formed in the silicon substrate, the MOSFET can be easily formed. According to the fourth aspect of the present invention, since the second MOSFET is formed in the wide gap semiconductor region, the first MOSFET is formed.
Leakage of charges accumulated in the gate of the ET can be suppressed.
According to the fifth aspect of the present invention, since the first MOSFET is formed in the silicon substrate, the first MOSFET can be easily formed.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

−第1の実施の形態− 以下、図1を用いて本発明による半導体記憶装置の第1
の実施の形態について説明する。
First Embodiment Hereinafter, a first embodiment of a semiconductor memory device according to the present invention will be described with reference to FIG.
An embodiment will be described.

【0013】図1において、1はシリコン半導体領域も
しくはシリコン半導体よりもバンドギャップが広いワイ
ドギャップ半導体領域中に形成されたNch MOSF
ET、2および3はワイドギャップ半導体領域中に形成
されたNPN型バイポーラトランジスタである。ここ
で、ワイドギャップ半導体として、例えばGaAs、S
iC、薄膜ダイヤモンド等を用いることができる。
In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an Nch MOSF formed in a silicon semiconductor region or a wide gap semiconductor region having a wider band gap than the silicon semiconductor.
ET, 2 and 3 are NPN bipolar transistors formed in the wide gap semiconductor region. Here, as the wide gap semiconductor, for example, GaAs, S
iC, thin film diamond, or the like can be used.

【0014】図1に示すように、MOSFET1のソー
スをVss端子に、MOSFET1のドレインをノード
Cに、それぞれ接続する。また、バイポーラトランジス
タ2のコレクタをノードDに、バイポーラトランジスタ
2のベースをノードAに、それぞれ接続する。
As shown in FIG. 1, the source of the MOSFET 1 is connected to the Vss terminal, and the drain of the MOSFET 1 is connected to the node C. The collector of the bipolar transistor 2 is connected to the node D, and the base of the bipolar transistor 2 is connected to the node A.

【0015】バイポーラトランジスタ3のコレクタをバ
イポーラトランジスタ2のエミッタに、バイポーラトラ
ンジスタ3のエミッタをVssに、バイポーラトランジ
スタ3のベースをノードBに、それぞれ接続する。ま
た、バイポーラトランジスタ2のエミッタ(バイポーラ
トランジスタ3のコレクタ)をMOSFET1のゲート
に接続する。ノードCはビット線を介してセンスアンプ
(不図示)に接続され、ノードDはVdd端子等の高電
位端子に接続される。
The collector of the bipolar transistor 3 is connected to the emitter of the bipolar transistor 2, the emitter of the bipolar transistor 3 is connected to Vss, and the base of the bipolar transistor 3 is connected to the node B. Further, the emitter of the bipolar transistor 2 (collector of the bipolar transistor 3) is connected to the gate of the MOSFET 1. The node C is connected to a sense amplifier (not shown) via a bit line, and the node D is connected to a high potential terminal such as a Vdd terminal.

【0016】以上のように構成された第1の実施の形態
の半導体記憶装置の動作について、次に説明する。第1
の実施の形態の半導体記憶装置は、MOSFET1のゲ
ートに電荷を蓄積し、MOSFET1をオン状態(電荷
が蓄積されているとき)もしくはオフ状態(電荷が蓄積
されていないとき)とすることにより、データを記憶す
る。
The operation of the semiconductor memory device according to the first embodiment configured as described above will now be described. First
In the semiconductor memory device according to the embodiment, data is stored in the gate of the MOSFET 1 and the MOSFET 1 is turned on (when charge is stored) or off (when charge is not stored). Is stored.

【0017】まず、MOSFET1をオン状態にしてデ
ータを記憶させる方法を説明する。ノードAにVdd電
位を印加するとともに、ノードBにVss電位を印加す
る。すると、バイポーラトランジスタ2がオン、バイポ
ーラトランジスタ3がオフする。したがってMOSFE
T1のゲート電位が、「Vdd−VF 」[v]になるま
でゲートに充電される。このためMOSFET1はオン
状態になり、データが記憶されたことになる。なお、
「VF 」はバイポーラトランジスタ2のベース・エミッ
タ間電圧であり、約0.7[V]である。
First, a method of turning on the MOSFET 1 to store data will be described. The Vdd potential is applied to the node A and the Vss potential is applied to the node B. Then, the bipolar transistor 2 is turned on, and the bipolar transistor 3 is turned off. Therefore, MOSFE
The gate potential of T1 is charged to the gate until the "Vdd-V F" [v]. Therefore, the MOSFET 1 is turned on, and the data is stored. In addition,
"V F" is a base-emitter voltage of the bipolar transistor 2, which is about 0.7 [V].

【0018】次に、MOSFET1をオフ状態にしてデ
ータを消去させる方法を説明する。ノードAにVss電
位を印加するとともに、ノードBにVF 電位を印加す
る。すると、バイポーラトランジスタ2がオフし、バイ
ポーラトランジスタ3はオンする。したがってMOSF
ET1のゲートに蓄積されている電荷はバイポーラトラ
ンジスタ3を経て放電されるので、MOSFET1のゲ
ート電位は低下する。その後、ノードBの電位をVss
電位に下げると、MOSFET1のゲート電位もVss
電位になり、MOSFET1はオフ状態になる。よって
データは消去される。
Next, a method for erasing data by turning off the MOSFET 1 will be described. It applies a potential Vss to node A, to apply a V F potential at node B. Then, the bipolar transistor 2 is turned off, and the bipolar transistor 3 is turned on. Therefore MOSF
Since the electric charge stored in the gate of ET1 is discharged through the bipolar transistor 3, the gate potential of the MOSFET 1 decreases. Then, the potential of the node B is set to Vss.
When the voltage is lowered to the potential, the gate potential of the MOSFET 1 also becomes Vss.
The potential becomes the potential, and the MOSFET 1 is turned off. Therefore, the data is erased.

【0019】つづいてMOSFET1に記憶されている
データの読み出し方法について説明する。ノードAとノ
ードBとをVss電位とし、デコーダ回路(不図示)に
よりノードCを選択して、MOSFET1とセンスアン
プとを接続する。MOSFET1の記憶データ(ゲート
の電荷の有無)に応じてMOSFET1の状態がオン、
オフのいずれかになっているが、これをセンスアンプを
介して読み出す。
Next, a method of reading data stored in the MOSFET 1 will be described. The node A and the node B are set to the Vss potential, the node C is selected by a decoder circuit (not shown), and the MOSFET 1 and the sense amplifier are connected. The state of the MOSFET 1 is turned on in accordance with the stored data of the MOSFET 1 (presence / absence of a charge on the gate),
It is either off, but is read out via a sense amplifier.

【0020】次に、第1の実施の形態の半導体記憶装置
において、記憶データのリフレッシュ間隔を長くでき
る、あるいは実際上リフレッシュが不要になる理由を説
明する。
Next, in the semiconductor memory device of the first embodiment, the reason why the refresh interval of the stored data can be extended or the refresh is not actually required will be described.

【0021】MOSFET1にデータが書込まれている
間、上述のようにMOSFET1のゲート電位は「Vd
d−VF 」[v]になっている。データ書込み後はノー
ドAとノードBとをともにVss電位とするので、バイ
ポーラトランジスタ2のエミッタ・ベース接合およびバ
イポーラトランジスタ3のコレクタ・ベース接合が、い
ずれもMOSFET1のゲートに対して逆バイアスとな
る向きに接続される。したがってMOSFET1のゲー
トに蓄えられている電荷は、これらの接合のリーク電流
として流れ出る。
While data is being written to MOSFET 1, the gate potential of MOSFET 1 is "Vd
d−V F ”[v]. After the data writing, both the node A and the node B are set to the Vss potential, so that the emitter-base junction of the bipolar transistor 2 and the collector-base junction of the bipolar transistor 3 are both reverse biased with respect to the gate of the MOSFET 1. Connected to. Therefore, the charge stored in the gate of MOSFET 1 flows out as a leak current at these junctions.

【0022】一般にPN接合のリーク電流密度は、次の
式(1)〜式(3)で表される。
Generally, the leak current density of a PN junction is expressed by the following equations (1) to (3).

【数1】 (Equation 1)

【0023】式(1)〜式(3)より、バンドギャップ
幅EG の値が大きいほど、真性キャリア密度ni の値が
小さくなることにより、リーク電流密度Jsも小さくな
る。例えばバイポーラトランジスタ2およびバイポーラ
トランジスタ3が形成されているワイドギャップ半導体
がSiCの場合、EG の値が3.2[eV]なので、式
(3)より、ni の値はSiの場合と比較して、4.2
×10-18 倍程度になる。同じくワイドギャップ半導体
が薄膜ダイヤモンドの場合、EG の値が5.5[eV]
なので、ni の値はSiの場合と比較して2.6×10
-37 倍程度となる。
From [0023] Equation (1) to (3), as the value of the band gap E G is greater, by the value of the intrinsic carrier density n i is small, the leakage current density Js also decreases. For example, when a wide-gap semiconductor bipolar transistor 2 and a bipolar transistor 3 is formed of SiC, the value of E G so is 3.2 [eV], the equation (3), the value of n i is the case of the Si comparison Then 4.2
× 10 -18 times. Similarly if the wide-gap semiconductor is a thin film diamond, the value of E G is 5.5 [eV]
Therefore, the value of n i is 2.6 × 10 compared with the case of Si.
-37 times.

【0024】よって、式(1)および式(2)より、ワ
イドギャップ半導体ではPN接合のリーク電流が、Si
の場合と比較して大幅に小さくなる。このためMOSF
ET1のゲートに蓄えられている電荷の消失速度が非常
に遅くなり、MOSFET1の記憶データの破壊が起き
にくくなる。すなわち、記憶データのリフレッシュの間
隔を非常に長くできる。または実際上、リフレッシュの
必要がなくなり不揮発性メモリとして取り扱うことがで
きる。例えば、SiのPN接合を有するDRAMは通常
10〜100[ms]毎にリフレッシュを行っている。
これに対して、ワイドギャップ半導体ではPN接合のリ
ーク電流がSiのPN接合の場合の10- 10 倍程度に低
減する(電総研ニュース、1995年9月、548号、
P.1〜P.5参照)ならば、第1の実施の形態ではリ
フレッシュ間隔は3〜30年でよいことになる。
Therefore, according to the equations (1) and (2), in the wide gap semiconductor, the leakage current at the PN junction is
Is significantly smaller than in the case of. Therefore, MOSF
The charge stored in the gate of the ET1 disappears very slowly, and the data stored in the MOSFET 1 is less likely to be destroyed. That is, the refresh interval of the stored data can be made very long. Or, in practice, there is no need to refresh and the device can be handled as a nonvolatile memory. For example, a DRAM having a Si PN junction normally refreshes every 10 to 100 [ms].
In contrast, the leakage current of the PN junction in the wide-gap semiconductor is 10 in the case of the PN junction of Si - reducing the 10 times (ETL News, September 1995, 548 No.,
P. 1 to P.P. Then, in the first embodiment, the refresh interval may be 3 to 30 years.

【0025】第1の実施の形態の記憶装置は従来のDR
AMないしはSRAMと同様に半導体デバイスを通して
ゲート電荷の充放電を行うので、EEPROMやフラッ
シュメモリのような、トンネル効果やホットエレクトロ
ンでゲート電荷の充放電をしたり昇圧回路等を駆動する
メモリと比較して、データの書込みおよび消去も従来の
DRAMないしはSRAM並に高速にできる。 したが
って、第1の実施の形態の記憶装置は従来のDRAMや
SRAM同様に、CPUの作業用メモリとして使用でき
る。しかも、この場合、電源電圧の予期しない停止等が
生じた場合にも、その時点での作業用メモリのデータを
保持できるので、電源電圧復帰後にCPUの動作を再
開、継続できる等の効果もある。
The storage device of the first embodiment is a conventional DR device.
Since charge and discharge of gate charge is performed through a semiconductor device in the same manner as AM or SRAM, it is compared with memories such as EEPROM and flash memory which charge and discharge gate charge by tunnel effect or hot electrons or drive a booster circuit. As a result, data writing and erasing can be performed at a speed as high as that of a conventional DRAM or SRAM. Therefore, the storage device of the first embodiment can be used as a working memory of the CPU, like the conventional DRAM and SRAM. In addition, in this case, even when an unexpected stop of the power supply voltage or the like occurs, the data in the working memory at that time can be retained, so that the operation of the CPU can be resumed and continued after the power supply voltage is restored. .

【0026】また、強誘電体メモリとは異なり、シリコ
ンプロセスになじみにくい材料は用いないので、製造工
程が極端に複雑になったり、あるいは他の半導体デバイ
スに悪影響を与えるといった欠点がない。
Unlike a ferroelectric memory, a material that is not easily used in a silicon process is not used, so that there is no disadvantage that a manufacturing process becomes extremely complicated or other semiconductor devices are adversely affected.

【0027】第1の実施の形態において、MOSFET
1は必ずしもワイドギャップ半導体中に形成する必要は
なく、通常のシリコン基板中に形成してもよい。ワイド
ギャップ半導体では、良質なゲート酸化膜を形成しにく
い、あるいはゲート酸化膜と基板との界面に界面準位が
多い、等の理由によってMOSFETの形成が困難な場
合があるが、MOSFET1をシリコン基板中に形成す
ればこのような困難を回避することができる。また、M
OSFET1のゲートの電荷のリークに関係するのはバ
イポーラトランジスタ2およびバイポーラトランジスタ
3のPN接合であるから、これらのバイポーラトランジ
スタ2および3をワイドギャップ半導体中に形成すれ
ば、MOSFET1をシリコン基板中に形成した場合も
第1の実施の形態と同様の性能を得ることができる。
In the first embodiment, the MOSFET
1 need not necessarily be formed in a wide gap semiconductor, but may be formed in a normal silicon substrate. In a wide gap semiconductor, it may be difficult to form a MOSFET due to a difficulty in forming a high-quality gate oxide film or a large number of interface states at an interface between the gate oxide film and the substrate. Such a difficulty can be avoided if it is formed inside. Also, M
Since the leakage of the charge of the gate of the OSFET 1 is related to the PN junction of the bipolar transistor 2 and the bipolar transistor 3, if these bipolar transistors 2 and 3 are formed in a wide gap semiconductor, the MOSFET 1 is formed in a silicon substrate. In this case, the same performance as that of the first embodiment can be obtained.

【0028】図2に示すように、バイポーラトランジス
タ2の代りにダイオード5をワイドギャップ半導体中に
形成してもよい。ダイオード5のアノードをノードA
に、ダイオード5のカソードをMOSFET1のゲート
およびバイポーラトランジスタ3のコレクタに、それぞ
れ接続することにより、第1の実施の形態の記憶装置と
同様の方法でデータの記憶、読み込み等を行うことがで
きる。この場合も、バイポーラトランジスタ1およびダ
イオード5がワイドギャップ半導体中に形成されている
ので、PN接合のリーク電流に起因するMOSFET1
のゲートの電荷の減少が抑制される。
As shown in FIG. 2, a diode 5 may be formed in a wide gap semiconductor in place of the bipolar transistor 2. Connect the anode of diode 5 to node A
By connecting the cathode of the diode 5 to the gate of the MOSFET 1 and the collector of the bipolar transistor 3, respectively, data can be stored and read in the same manner as in the storage device of the first embodiment. Also in this case, the bipolar transistor 1 and the diode 5 are formed in the wide gap semiconductor, so that the MOSFET 1 caused by the leakage current of the PN junction
Of the gate of the semiconductor device is suppressed.

【0029】−第2の実施の形態− 以下、図3を用いて本発明による半導体記憶装置の第2
の実施の形態について説明する。
Second Embodiment Hereinafter, a second embodiment of the semiconductor memory device according to the present invention will be described with reference to FIG.
An embodiment will be described.

【0030】図3において、6はワイドギャップ半導体
領域に形成されたNch MOSFET、7はシリコン
基板中、あるいはワイドギャップ半導体領域に形成され
たNch MOSFETである。MOSFET6のソー
スまたはドレインの一方をMOSFET7のゲートに、
他方をノードEにそれぞれ接続し、MOSFET6のゲ
ートをノードDに接続する。
In FIG. 3, reference numeral 6 denotes an Nch MOSFET formed in the wide gap semiconductor region, and 7 denotes an Nch MOSFET formed in the silicon substrate or in the wide gap semiconductor region. Either the source or the drain of the MOSFET 6 is connected to the gate of the MOSFET 7,
The other is connected to node E, respectively, and the gate of MOSFET 6 is connected to node D.

【0031】また、MOSFET7のソースをVss端
子に、ドレインをノードCに、それぞれ接続する。ノー
ドCはビット線を介してセンスアンプ(不図示)と接続
されている。
The source of the MOSFET 7 is connected to the Vss terminal, and the drain is connected to the node C. Node C is connected to a sense amplifier (not shown) via a bit line.

【0032】第2の実施の形態も第1の実施の形態と同
様、MOSFET7のゲートに電荷を蓄積することによ
りMOSFET7をオンさせる。そして、MOSFET
7のオン状態もしくはオフ状態を制御することにより、
データを記憶する。
In the second embodiment, as in the first embodiment, the MOSFET 7 is turned on by accumulating electric charges in the gate of the MOSFET 7. And MOSFET
By controlling the on or off state of 7,
Store the data.

【0033】まず、MOSFET7をオン状態のままと
してデータを記憶させる方法を説明する。ノードDおよ
びノードEにVdd電位を印加して、MOSFET7を
オンさせると、MOSFET7のゲート電位が、「Vd
d−Vth[v]」になるまでゲートに電荷が蓄積され
る。但し、ここで「Vth」はMOSFET6の閾値電圧
である。
First, a method of storing data while the MOSFET 7 is kept on will be described. When the Vdd potential is applied to the nodes D and E to turn on the MOSFET 7, the gate potential of the MOSFET 7 becomes "Vd
Charges are accumulated in the gate until the voltage becomes d−Vth [v] ”. Here, “Vth” is the threshold voltage of the MOSFET 6.

【0034】次に、MOSFET7をオフ状態のままに
してデータを消去させる方法を説明する。ノードDにV
dd電位を印加してMOSFET6をオンさせ、ノード
EにはVss電位を印加する。すると、MOSFET7
のゲート電位はVss電位になり、MOSFET7はオ
フ状態になる。
Next, a method of erasing data while the MOSFET 7 is kept off will be described. V to node D
The dd potential is applied to turn on the MOSFET 6, and the Vss potential is applied to the node E. Then MOSFET7
Becomes the Vss potential, and the MOSFET 7 is turned off.

【0035】次に、MOSFET7に記憶されているデ
ータの読み出し方法について説明する。ノードDをVs
s電位にしてMOSFET6をオフさせるとともに、デ
コーダ回路(不図示)によりノードCを選択して、MO
SFET7とセンスアンプを接続する。そして、MOS
FET7の記憶データ(オン状態あるいはオフ状態)を
センスアンプの出力により読み出す。
Next, a method of reading data stored in the MOSFET 7 will be described. Node D to Vs
s potential to turn off the MOSFET 6 and select a node C by a decoder circuit (not shown) to
The SFET 7 and the sense amplifier are connected. And MOS
The stored data (ON state or OFF state) of the FET 7 is read by the output of the sense amplifier.

【0036】第2の実施の形態の装置も、第1の実施の
形態と同様の理由から、記憶データのリフレッシュ間隔
を長くできる。または実際上リフレッシュが不要にな
る。すなわち、データの書込みまたは消去をする時以外
はノードDをVss電位とするので、MOSFET6は
オフになっている。このためMOSFET7のゲートに
蓄えられている電荷はMOSFET6のリーク電流とし
て流れるが、ワイドギャップ半導体中に形成されたMO
SFET6を構成するPN接合のリーク電流は、第1の
実施の形態で説明したようにシリコン基板によるPN接
合の場合と比較して極めて小さい。このためMOSFE
T7のゲートの電荷の消失速度が非常に遅くなるので、
リフレッシュ間隔が長くでき、あるいはリフレッシュが
不要となる。また、高速の書込み、消去動作が可能であ
り、複雑な工程を用いることなく製造できることも第1
の実施の形態と同様である。
The device of the second embodiment can also increase the refresh interval of the stored data for the same reason as in the first embodiment. Alternatively, the refresh is not actually required. That is, the node D is set to the potential Vss except when data is written or erased, so that the MOSFET 6 is turned off. For this reason, the electric charge stored in the gate of the MOSFET 7 flows as a leak current of the MOSFET 6, but the MO formed in the wide gap semiconductor
The leak current of the PN junction constituting the SFET 6 is extremely small as compared with the case of the PN junction using the silicon substrate as described in the first embodiment. For this reason, MOSFE
Since the speed at which the charge of the gate of T7 disappears becomes very slow,
The refresh interval can be lengthened, or the refresh becomes unnecessary. In addition, the first advantage is that high-speed writing and erasing operations can be performed, and manufacturing can be performed without using complicated processes.
This is the same as the embodiment.

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

【図1】本発明による半導体記憶装置の第1の実施の形
態を示す図。
FIG. 1 is a diagram showing a first embodiment of a semiconductor memory device according to the present invention.

【図2】第1の実施の形態の記憶装置の変形例を示す
図。
FIG. 2 is a diagram showing a modification of the storage device of the first embodiment.

【図3】第2の実施の形態の半導体記憶装置を示す図。FIG. 3 is a diagram illustrating a semiconductor memory device according to a second embodiment;

【図4】従来の半導体記憶装置を示す図。FIG. 4 is a diagram showing a conventional semiconductor memory device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 MOSFET 2 バイポーラトランジスタ 3 バイポーラトランジスタ 5 ダイオード 6 MOSFET 7 MOSFET 1 MOSFET 2 Bipolar transistor 3 Bipolar transistor 5 Diode 6 MOSFET 7 MOSFET

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 Nch MOSFETと、ワイドギャッ
プ半導体領域に形成された第1のNPN型バイポーラト
ランジスタと、ワイドギャップ半導体領域に形成された
第2のNPN型バイポーラトランジスタとを備え、 前記第1のバイポーラトランジスタのコレクタおよび前
記第2のバイポーラトランジスタのエミッタを前記MO
SFETのゲートに接続し、 前記第1のバイポーラトランジスタおよび前記第2のバ
イポーラトランジスタのコレクタ・エミッタ間の導通・
非導通状態を制御して前記MOSFETのゲートに電荷
を充電、または前記電荷を放電することによりデータの
書込み、または消去を行うとともに、 前記データの書込みおよび前記データの消去を行わない
データ保持時には、前記第1のバイポーラトランジスタ
のコレクタ・エミッタ間および前記第2のバイポーラト
ランジスタのコレクタ・エミッタ間を非導通状態とする
ことを特徴とする半導体記憶装置。
An Nch MOSFET, a first NPN bipolar transistor formed in a wide-gap semiconductor region, and a second NPN bipolar transistor formed in a wide-gap semiconductor region; The collector of the transistor and the emitter of the second bipolar transistor are connected to the MO
And a continuity between a collector and an emitter of the first bipolar transistor and the second bipolar transistor.
Controlling the non-conducting state to charge the gate of the MOSFET, or writing or erasing data by discharging the charge, and at the time of holding data without writing and erasing the data, A semiconductor memory device, wherein the collector and the emitter of the first bipolar transistor and the collector and the emitter of the second bipolar transistor are non-conductive.
【請求項2】 Nch MOSFETと、ワイドギャッ
プ半導体領域に形成されたダイオードと、ワイドギャッ
プ半導体領域に形成されたNPN型バイポーラトランジ
スタとを備え、 前記バイポーラトランジスタのコレクタに、前記バイポ
ーラトランジスタのエミッタ・コレクタ間の導通方向に
対して順方向となるように前記ダイオードの一極を接続
するとともに、前記バイポーラトランジスタのコレクタ
を前記MOSFETのゲートに接続し、 前記バイポーラトランジスタのコレクタ・エミッタ間の
導通・非導通状態および前記ダイオードの導通・非導通
状態を制御して前記MOSFETのゲートに電荷を充
電、または前記電荷を放電することによりデータの書込
み、または消去を行うとともに、 前記データの書込みおよび前記データの消去を行わない
データ保持時には、前記バイポーラトランジスタのコレ
クタ・エミッタ間および前記ダイオードを非導通状態と
することを特徴とする半導体記憶装置。
2. An Nch MOSFET, a diode formed in a wide gap semiconductor region, and an NPN type bipolar transistor formed in a wide gap semiconductor region, wherein a collector of the bipolar transistor is an emitter / collector of the bipolar transistor. One pole of the diode is connected so as to be in a forward direction with respect to the conduction direction between the bipolar transistor and the collector of the bipolar transistor is connected to the gate of the MOSFET, and the conduction and non-conduction between the collector and the emitter of the bipolar transistor are connected. A state of the diode and a conduction / non-conduction state of the diode are controlled to charge the gate of the MOSFET or discharge the charge to write or erase data, and to write and erase the data. To the time of data holding is not performed, the semiconductor memory device characterized by a non-conductive state between the collector and emitter and the diode of the bipolar transistor.
【請求項3】 前記MOSFETをシリコン基板中に形
成したことを特徴とする請求項1または2に記載の半導
体記憶装置。
3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein said MOSFET is formed in a silicon substrate.
【請求項4】 第1のNch MOSFETと、ワイド
ギャップ半導体領域に形成された第2のNch MOS
FETとを備え、 前記第2のMOSFETのソース電極またはドレイン電
極のうちのいずれか一方を前記第1のMOSFETのゲ
ートに接続し、 前記第2のMOSFETのソース・ドレイン間を導通さ
せるとともに前記第2のMOSFETのソース電極また
はドレイン電極のうちの他方の電位を制御して前記第1
のMOSFETのゲートに電荷を充電、または前記電荷
を放電することによりデータの書込み、または消去を行
うとともに、 前記データの書込みおよび前記データの消去を行わない
データ保持時には、前記第2のMOSFETのソース・
ドレイン間を非導通状態とすることを特徴とする半導体
記憶装置。
4. A first Nch MOSFET and a second Nch MOS formed in a wide gap semiconductor region.
An FET, wherein one of a source electrode and a drain electrode of the second MOSFET is connected to a gate of the first MOSFET, and the source and drain of the second MOSFET are electrically connected to each other. Controlling the potential of the other of the source electrode and the drain electrode of the
Writing or erasing data by charging or discharging the gate of the MOSFET, and holding the data without writing or erasing the data.・
A semiconductor memory device in which a drain is made non-conductive.
【請求項5】 前記第1のMOSFETをシリコン基板
中に形成したことを特徴とする請求項4に記載の半導体
記憶装置。
5. The semiconductor memory device according to claim 4, wherein said first MOSFET is formed in a silicon substrate.
【請求項6】 前記ワイドギャップ半導体領域として、
GaAs、SiCまたは薄膜ダイヤモンドのいずれかを
用いることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に
記載の半導体記憶装置。
6. The wide gap semiconductor region,
6. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein one of GaAs, SiC and thin-film diamond is used.
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