JPS60245168A - トンネルトランジスタ - Google Patents
トンネルトランジスタInfo
- Publication number
- JPS60245168A JPS60245168A JP10099684A JP10099684A JPS60245168A JP S60245168 A JPS60245168 A JP S60245168A JP 10099684 A JP10099684 A JP 10099684A JP 10099684 A JP10099684 A JP 10099684A JP S60245168 A JPS60245168 A JP S60245168A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- semiconductor
- noncontracted
- state
- tunnel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 20
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 8
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 claims description 14
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 15
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 6
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 6
- 230000001747 exhibiting effect Effects 0.000 description 3
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 3
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 3
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
- H01L29/7391—Gated diode structures
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
産業上の利用分野
本発明はトンネル効果により光速に近い速度で２゜
動作する荷電キャリアの流れを外部信号で制御する半導
体装置に関わるものである。
体装置に関わるものである。
従来例の構成とその問題点
トンネル効果を利用しだ三端子装置の最初の提案は、絶
縁物（Ｉ）を金属間ではさんだ”ＭＩＭ’／構造（文献
： Ｉ 、Ｇｉａｅｖｅｒ 、 Ｐｈｙｓ、 Ｒｅｖ、
Ｌｅｔｔ 、 ５１Ｐ、１４７．１９８０）であった
が、荷電キャリアがトンネルするベース領域が絶縁物の
ため、トンネル状態を制御するベース電極が実現できず
、実用化されなかった。
縁物（Ｉ）を金属間ではさんだ”ＭＩＭ’／構造（文献
： Ｉ 、Ｇｉａｅｖｅｒ 、 Ｐｈｙｓ、 Ｒｅｖ、
Ｌｅｔｔ 、 ５１Ｐ、１４７．１９８０）であった
が、荷電キャリアがトンネルするベース領域が絶縁物の
ため、トンネル状態を制御するベース電極が実現できず
、実用化されなかった。
その後、金属間と絶縁物（１）のくり返し構造である”
ＭＩＭＩＭ’構造（文献：Ｃ１人、Ｍ６ｔＬ ｄ ＋ｐ
ｒｏｃ 、 ＩＲＩＣ４８，Ｐ、 ３５９１１９６０）
あるいは、金属間を半導体（Ｓ）ではさんだ”ＳＭＳ’
構造（文献： Ｄ、 Ｖ、 Ｇｅｐｐｅｒｔ ： Ｐｒ
ｏｃ、 ＩＲＩＣ５０，Ｐ、１６２７゜１９６２）など
に代表される金属ベーストランジスタの提案がなされた
。ところが、これらはベースの金属部分で生じる散乱効
果、及びベース、コレクタ間のトンネル障壁での量子力
学的反射などのために、コレクタにおける荷電キャリア
の収集効率が著しく低下するという基本的問題と、金属
ベースの前後に設計通りのトンネル障壁を作ることが困
難という技術的問題々で、実用化に到っていない。この
様な状況から、金属ベースのがわりに、高不純物濃度の
縮退半導体（Ｓ※）をベース領域に用いた′ｓｓ※Ｓ′
構造（文献； Ｊ、 Ｍ、 ８ｈａｎｎｏｎ 。
ＭＩＭＩＭ’構造（文献：Ｃ１人、Ｍ６ｔＬ ｄ ＋ｐ
ｒｏｃ 、 ＩＲＩＣ４８，Ｐ、 ３５９１１９６０）
あるいは、金属間を半導体（Ｓ）ではさんだ”ＳＭＳ’
構造（文献： Ｄ、 Ｖ、 Ｇｅｐｐｅｒｔ ： Ｐｒ
ｏｃ、 ＩＲＩＣ５０，Ｐ、１６２７゜１９６２）など
に代表される金属ベーストランジスタの提案がなされた
。ところが、これらはベースの金属部分で生じる散乱効
果、及びベース、コレクタ間のトンネル障壁での量子力
学的反射などのために、コレクタにおける荷電キャリア
の収集効率が著しく低下するという基本的問題と、金属
ベースの前後に設計通りのトンネル障壁を作ることが困
難という技術的問題々で、実用化に到っていない。この
様な状況から、金属ベースのがわりに、高不純物濃度の
縮退半導体（Ｓ※）をベース領域に用いた′ｓｓ※Ｓ′
構造（文献； Ｊ、 Ｍ、 ８ｈａｎｎｏｎ 。
ＩＥＥ Ｐｒｏｃ 、Ｉ、５ｏｌｉｄ−８ｔａｔｅ ＆
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ。
Ｅｌｅｃｔｒｏｎ。
Ｄ６Ｖｉ０６Ｓ＋ １２８． ｐ、１３４．１９８１
）が提案された。
）が提案された。
しかしこれも高濃度のベース領域内での荷電キャリアの
散乱による速度制限が無視できないため、少しでも改善
しようとすると、極端に厚みのりすいベース領域（約６
０Ａ〜２００人）を形成することが不可欠となり、その
技術的困難によって実用化に到っていない。
散乱による速度制限が無視できないため、少しでも改善
しようとすると、極端に厚みのりすいベース領域（約６
０Ａ〜２００人）を形成することが不可欠となり、その
技術的困難によって実用化に到っていない。
以上の様に、従来、提案されたトンネルトランジスタで
はトンネル効果を利用しても、トンネル障壁以外の荷電
キャリアの走行領域（主にベース領域）で散乱々どによ
り減速してし甘う欠点が取り除けなかった。
はトンネル効果を利用しても、トンネル障壁以外の荷電
キャリアの走行領域（主にベース領域）で散乱々どによ
り減速してし甘う欠点が取り除けなかった。
発明の目的
本発明の目的は、トンネル障壁以外の荷電キャリアの走
行領域での減速効果をほとんど完全に除去し、極めて高
速で動作する半導体素子を提供することである。
行領域での減速効果をほとんど完全に除去し、極めて高
速で動作する半導体素子を提供することである。
発明の構成
本発明は、非縮退半導体の低下不純物濃度領域（Ｓ−）
を非縮退半導体の高不純物濃度領域（Ｓ＋）と、縮退半
導体（Ｓ※）とではさんだ′Ｓ※ｓ ｓ”構造を成し、
縮退半導体と非縮退半導体との界面で生じるトンネル効
果を、非縮退半導体の低不純物濃度領域で制御し、かつ
、この領域に於けるキャリアの移動が、非散乱で行なわ
れる様に、構成されたトランジスタである。
を非縮退半導体の高不純物濃度領域（Ｓ＋）と、縮退半
導体（Ｓ※）とではさんだ′Ｓ※ｓ ｓ”構造を成し、
縮退半導体と非縮退半導体との界面で生じるトンネル効
果を、非縮退半導体の低不純物濃度領域で制御し、かつ
、この領域に於けるキャリアの移動が、非散乱で行なわ
れる様に、構成されたトランジスタである。
以下、図面を参照しながら、本発明の詳細な説明する。
実施例の説明
第１図に本発明の一実施例のトランジスタの断面構造（
ａ）及び、エネルギーバンド図（ｂ）〜（ｄ）を示す。
ａ）及び、エネルギーバンド図（ｂ）〜（ｄ）を示す。
第１図（ａ）で、縮退状態のｐ＋＋領域１０１はソース
領域で、この領域の少数キャリアが隣接領域にトンネル
注入される。非縮退状態の高不純物濃度領域である？領
域１０２はドレイン領域、ゲート電極１０３は絶縁膜１
０４を介して電流通路となる非縮退状態の低不純物濃度
領域であるｎ−領域１０５の電位分布を制御する。各領
域の不純物濃度は、 ソース、ドレイン間隔は０．１μ〜１μ程度である。
領域で、この領域の少数キャリアが隣接領域にトンネル
注入される。非縮退状態の高不純物濃度領域である？領
域１０２はドレイン領域、ゲート電極１０３は絶縁膜１
０４を介して電流通路となる非縮退状態の低不純物濃度
領域であるｎ−領域１０５の電位分布を制御する。各領
域の不純物濃度は、 ソース、ドレイン間隔は０．１μ〜１μ程度である。
絶縁膜１０４は薄い程有効にゲート電圧がｎ−領る。
第１図（ｂ）は、ソース・ドレイン間の熱平衡状態での
エネルギーバンド図であるｐ＋＋領域１０１は縮退状態
なので、フェルミ準位ＥＦは価電子帯にあり、ｎ 領域
１０２、ｎ−領域１０５は非縮退状態なので、フェルミ
準位ＥＦは禁止帯にある。
エネルギーバンド図であるｐ＋＋領域１０１は縮退状態
なので、フェルミ準位ＥＦは価電子帯にあり、ｎ 領域
１０２、ｎ−領域１０５は非縮退状態なので、フェルミ
準位ＥＦは禁止帯にある。
（なお、ｎ−領域１０６の厚みは、荷電キャリアの平均
自由行程と同等以内に設定して非散乱走行を可能にする
。） この状態でソース、ドレイン間に電圧ｖ２を印加した時
のエネルギーバンド図を第１図（ｃ）に示す。
自由行程と同等以内に設定して非散乱走行を可能にする
。） この状態でソース、ドレイン間に電圧ｖ２を印加した時
のエネルギーバンド図を第１図（ｃ）に示す。
さらに、ゲート電極１０３とソースとの間に電圧ｖ１
を印加した時のエネルギーバンド図を第１図（ｄ）に示
す。この時、ｐ＋＋領域１０１とｎ−領域１０５との間
にトンネル障壁が形成される。この丹 結果、ｐ 領域の価電子帯の電子はトンネル効果により
ｎ−領域１０５に注入され、ｎ−領域１０６内で非散乱
走行の後、再び、トンネル効果により、＋ ｎ 領域１０２の伝導帯に到達する。
を印加した時のエネルギーバンド図を第１図（ｄ）に示
す。この時、ｐ＋＋領域１０１とｎ−領域１０５との間
にトンネル障壁が形成される。この丹 結果、ｐ 領域の価電子帯の電子はトンネル効果により
ｎ−領域１０５に注入され、ｎ−領域１０６内で非散乱
走行の後、再び、トンネル効果により、＋ ｎ 領域１０２の伝導帯に到達する。
ｎ〜領域１０５は、散乱を避けるため不純物濃度はでき
るだけ小さい方が望ましい。その一つの極限は真性状態
であり、その領域を′１領域′と呼ぶことにすれば、ｐ
ｎｎ）ランジスタより、ｐ＋＋ｉｎ＋トランジスタの方
が高速動作には有利である。
るだけ小さい方が望ましい。その一つの極限は真性状態
であり、その領域を′１領域′と呼ぶことにすれば、ｐ
ｎｎ）ランジスタより、ｐ＋＋ｉｎ＋トランジスタの方
が高速動作には有利である。
この様に、本発明の構成により、トンネル障壁以外の荷
電キャリアの走行領域での減速効果を除去する事が可能
になり、極めて高速で動作するトランジスタが実現され
る。
電キャリアの走行領域での減速効果を除去する事が可能
になり、極めて高速で動作するトランジスタが実現され
る。
これ捷で、ゲートはもっばら絶縁ゲート型で説明して来
たが、接合ゲー］・型、ショットキーゲート型でも本発
明のトランジスタは構成できる。
たが、接合ゲー］・型、ショットキーゲート型でも本発
明のトランジスタは構成できる。
第２図が、接合ゲート型の例である。ｐ 領域（不純物
濃度は１０１６〜１ｏ１９ｃｍ−５）２０１がｎ−領域
１０６とｐｎ接合を形成し、接合ゲートとなる。導通状
態は、ｐ 領域３０１に接続されたゲート電極２０２に
よって制御される。
濃度は１０１６〜１ｏ１９ｃｍ−５）２０１がｎ−領域
１０６とｐｎ接合を形成し、接合ゲートとなる。導通状
態は、ｐ 領域３０１に接続されたゲート電極２０２に
よって制御される。
第３図がショットキーゲート型の例である。ｎ−領域１
０５にゲート電極３ｏ１が直接設けられている。
０５にゲート電極３ｏ１が直接設けられている。
以上、本発明の実施例は、荷電キャリアを電子とした場
合について示したが、荷電キャリアを正孔としてもよい
ことも勿論であり、その時はトランジスタを構成する各
領域の導電型を反対にすればよい。
合について示したが、荷電キャリアを正孔としてもよい
ことも勿論であり、その時はトランジスタを構成する各
領域の導電型を反対にすればよい。
発明の効果
本発明によれば、荷電キャリアの波動性を示すトンネル
効果（波動性を示す荷電キャリアの移動速度は光速に等
しい。）と、粒子性を示す走行領域では非散乱走行とを
組合わせることにより（１）動作速度が極めて速い。
効果（波動性を示す荷電キャリアの移動速度は光速に等
しい。）と、粒子性を示す走行領域では非散乱走行とを
組合わせることにより（１）動作速度が極めて速い。
（２）消費電力が少ない。
（３）荷電キャリアの注入源であるソース領域が不純物
濃度の極めて高い縮退半導体なので、温度に影響され々
い高安定特性が実現される。
濃度の極めて高い縮退半導体なので、温度に影響され々
い高安定特性が実現される。
（４）本質的に低雑音である。
（６）構造が簡単な為、微細化に有利である。
という様な特徴を有するため、用途の広い基本デバイス
となり得るものである。
となり得るものである。
第１図は本発明の実施例のトランジスタを示すもので、
同図（＋Ｌ）は断面構造図、同図（ｂ）は熱平衡状態の
エネルギーバンド図、同図（（１）はソース、ドレイン
間に電圧ｖ２を印加した時のエネルギーバンド図、同図
（ｄ）は導通状態におけるエネルギーバンド図、第２図
は上記実施例のゲーＰ蔀をｐｎ接合ゲートとした場合の
断面構造図、第３図は上記実施例のゲート部をショット
キー接合ゲートとした場合の断面構造図である。 １０１・・・・・・縮退状態のｐ 領域（ソース領域）
、１０２・・・・・・非縮退状態のｎ＋％不純物濃度領
域（ドレイン領域）、１０５・・・・・・非縮退状態の
低不純物濃度領域。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 ９ 第２図 第３図
同図（＋Ｌ）は断面構造図、同図（ｂ）は熱平衡状態の
エネルギーバンド図、同図（（１）はソース、ドレイン
間に電圧ｖ２を印加した時のエネルギーバンド図、同図
（ｄ）は導通状態におけるエネルギーバンド図、第２図
は上記実施例のゲーＰ蔀をｐｎ接合ゲートとした場合の
断面構造図、第３図は上記実施例のゲート部をショット
キー接合ゲートとした場合の断面構造図である。 １０１・・・・・・縮退状態のｐ 領域（ソース領域）
、１０２・・・・・・非縮退状態のｎ＋％不純物濃度領
域（ドレイン領域）、１０５・・・・・・非縮退状態の
低不純物濃度領域。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか１名第１
図 ９ 第２図 第３図
Claims (3)
- （１）非縮退状態の低不純物濃度の半導体から成る第１
導電型の第１領域の対向側に、縮退状態の半導体から成
る第２導電型の第２領域と、非縮退状態の高不純物濃度
の半導体から成る第１導電型の第３領域を有し、前記第
１領域と第２領域との間にトンネル障壁が形成されるこ
とを特徴とするトンネルトランジスタ。 - （２）第１領域が真性半導体である事を特徴とする特許
請求の範囲第１項記載のトンネルトランジスタ。 - （３）第１領域内の荷電キャリアの走行が、非散乱であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のトンネ
ルトランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10099684A JPS60245168A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | トンネルトランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10099684A JPS60245168A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | トンネルトランジスタ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60245168A true JPS60245168A (ja) | 1985-12-04 |
Family
ID=14288907
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10099684A Pending JPS60245168A (ja) | 1984-05-18 | 1984-05-18 | トンネルトランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60245168A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2607630A1 (fr) * | 1986-11-28 | 1988-06-03 | Rosencher Emmanuel | Jonction tunnel controlee par la surface |
| US4969019A (en) * | 1987-08-27 | 1990-11-06 | Texas Instruments Incorporated | Three-terminal tunnel device |
| US5105247A (en) * | 1990-08-03 | 1992-04-14 | Cavanaugh Marion E | Quantum field effect device with source extension region formed under a gate and between the source and drain regions |
| EP0488677A2 (en) * | 1990-11-29 | 1992-06-03 | Kawasaki Steel Corporation | Semiconductor device of band-to-band tunneling type |
| US5616944A (en) * | 1990-05-21 | 1997-04-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Diode and semiconductor device having a controlled intrinsic or low impurity concentration region between opposite conductivity type semiconductor regions |
-
1984
- 1984-05-18 JP JP10099684A patent/JPS60245168A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2607630A1 (fr) * | 1986-11-28 | 1988-06-03 | Rosencher Emmanuel | Jonction tunnel controlee par la surface |
| US4969019A (en) * | 1987-08-27 | 1990-11-06 | Texas Instruments Incorporated | Three-terminal tunnel device |
| US5616944A (en) * | 1990-05-21 | 1997-04-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Diode and semiconductor device having a controlled intrinsic or low impurity concentration region between opposite conductivity type semiconductor regions |
| US5105247A (en) * | 1990-08-03 | 1992-04-14 | Cavanaugh Marion E | Quantum field effect device with source extension region formed under a gate and between the source and drain regions |
| EP0488677A2 (en) * | 1990-11-29 | 1992-06-03 | Kawasaki Steel Corporation | Semiconductor device of band-to-band tunneling type |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH02148766A (ja) | Ｍｏｓ制御サイリスタ | |
| JPS60245168A (ja) | トンネルトランジスタ | |
| JPH0624244B2 (ja) | 複合半導体装置 | |
| US4575741A (en) | Cryogenic transistor with a superconducting base and a semiconductor-isolated collector | |
| JPS6079776A (ja) | トンネルトランジスタ | |
| KR910003836B1 (ko) | 초전도장치 | |
| JPH0371775B2 (ja) | ||
| JPH0452631B2 (ja) | ||
| JP2925566B2 (ja) | 超電導トランジスタ | |
| JPS6292368A (ja) | 半導体装置 | |
| JPS61171180A (ja) | 半導体結合超伝導素子 | |
| JP2936871B2 (ja) | トンネリング電界効果トランジスタ | |
| JPH04256379A (ja) | 電界効果トランジスタ | |
| JPS62224969A (ja) | 半導体装置 | |
| JPH01214164A (ja) | 共鳴トンネリングトランジスタ | |
| JPS62203371A (ja) | 高速半導体装置 | |
| JPS6013310B2 (ja) | 半導体装置 | |
| JPH0472670A (ja) | 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ | |
| JPS62209866A (ja) | 半導体装置 | |
| Weiler et al. | Theory of tunneling and photon-assisted tunneling in semiconductors in crossed and parallel electric and magnetic fields | |
| JPH02139973A (ja) | スイッチング素子 | |
| JPS639149A (ja) | メタルベ−ストランジスタ | |
| JPS60245188A (ja) | トンネル注入レ−ザ−装置 | |
| JPH0240959A (ja) | 量子効果半導体装置 | |
| McLaughlin | Fabrication of AlGaAs/InGaAs pseudomorphic modulation doped field effect transistors with p-doped surface layers |