JPS6079776A - トンネルトランジスタ - Google Patents
トンネルトランジスタInfo
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- JPS6079776A JPS6079776A JP18647183A JP18647183A JPS6079776A JP S6079776 A JPS6079776 A JP S6079776A JP 18647183 A JP18647183 A JP 18647183A JP 18647183 A JP18647183 A JP 18647183A JP S6079776 A JPS6079776 A JP S6079776A
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- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 10
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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
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
-
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- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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- 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]
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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の利用により光速に近い速度で動
作するキャリアの流れを外部信号で制御トンネル効果を
利用した3端子装置の最初の提案は、絶縁物(I)を金
属(M)ではさんだ”M I M ”構造(文献: I
、Gidever Phys、Rev、Let+、5
P、147,1960)であったが、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。
作するキャリアの流れを外部信号で制御トンネル効果を
利用した3端子装置の最初の提案は、絶縁物(I)を金
属(M)ではさんだ”M I M ”構造(文献: I
、Gidever Phys、Rev、Let+、5
P、147,1960)であったが、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(M)と絶縁物(I)の\り返し構造であ
る”MIMIM”構造(文献: C,A、Mead。
る”MIMIM”構造(文献: C,A、Mead。
Proc、IRE、4s、p、369,19eo)ある
いは、金属(M) ffi半導体(S)ではさんだ8M
”構造(文献:D 、V 、Geppert ;Pto
c、’I RFe5 、 p 、 1627 、196
2)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とで、実用化に到っていない。こ
の様な状況から、金属ベースのかわりに、高不純物濃度
の縮退半導体(S“)をベース領域に用いた”ss’N
s” 構造(文献: J 、M、 5hannon;
I EEProc、I、5oIid−8tate &
Electron Devices。
いは、金属(M) ffi半導体(S)ではさんだ8M
”構造(文献:D 、V 、Geppert ;Pto
c、’I RFe5 、 p 、 1627 、196
2)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とで、実用化に到っていない。こ
の様な状況から、金属ベースのかわりに、高不純物濃度
の縮退半導体(S“)をベース領域に用いた”ss’N
s” 構造(文献: J 、M、 5hannon;
I EEProc、I、5oIid−8tate &
Electron Devices。
128、p134,1981)が提案された。しかし、
これも高濃度のベース領域内での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
ると極端に厚みのうすいベース領域(約50〜200人
以内>1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、ない。
これも高濃度のベース領域内での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
ると極端に厚みのうすいベース領域(約50〜200人
以内>1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、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
キャリア走行領域(生にベース領域)で散乱などにより
減速してしまう欠点が取り除けなかった。
では、トンネル効果を利用しても、トンネル障壁以外の
キャリア走行領域(生にベース領域)で散乱などにより
減速してしまう欠点が取り除けなかった。
発明の目的
本発明は、トンネル障壁以外のキャリア走行領域での減
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。
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、非縮退半導体を縮退半導体ではさんだ構造を
成し、縮退半導体間のトンネル効果を、非縮退半導体領
域で制御し、かつ非縮退半導体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。
成し、縮退半導体間のトンネル効果を、非縮退半導体領
域で制御し、かつ非縮退半導体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図に本発明の第1の実施例のトランジスタの断面構
造及びエネルギーバンド図を示す。
造及びエネルギーバンド図を示す。
第1図(−)で、縮退状態のp++領域101はソース
領域、縮退状態のp+−1領域102はドレイン領域、
ゲート電極103,103′は絶縁膜1Q4゜104′
を介して電流通路となる非縮退状態のn−領域105の
電位分布を制御する。各領域の不純物密度は、 p+″−領域101:10”〜1021C#&−5p+
+領域102:1019〜1021C1021C領域1
05:1014〜1017cm、−3ソース・ドレイン
間隔は0.1μ〜1μ 程度である。絶縁膜104,1
04’ は薄い程有効にゲート電圧がn−領域105に
加わる。
領域、縮退状態のp+−1領域102はドレイン領域、
ゲート電極103,103′は絶縁膜1Q4゜104′
を介して電流通路となる非縮退状態のn−領域105の
電位分布を制御する。各領域の不純物密度は、 p+″−領域101:10”〜1021C#&−5p+
+領域102:1019〜1021C1021C領域1
05:1014〜1017cm、−3ソース・ドレイン
間隔は0.1μ〜1μ 程度である。絶縁膜104,1
04’ は薄い程有効にゲート電圧がn−領域105に
加わる。
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゜102
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、キ
ャリアの平均自由行程と同等以内に設定するのがよい)
。
ネルギーバンド図である。p+′°領域101゜102
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、キ
ャリアの平均自由行程と同等以内に設定するのがよい)
。
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103,103’とソースの間に電圧v
1 を印加した時のエネルギーバンド図を第1図(→に
示す。この時 p ++領域101とn−領域105と
の間およびp+′1°領域102とn−領域106との
間に、トンネル障壁が形成される。この結果、p+4領
域101の洒電子弗の′亀子はトンネル効果によりn−
領域106に侵入しn−領域105内で非散乱走行の後
、再び、トンネル効果によりp++領域102の価電子
帯に到達する。
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103,103’とソースの間に電圧v
1 を印加した時のエネルギーバンド図を第1図(→に
示す。この時 p ++領域101とn−領域105と
の間およびp+′1°領域102とn−領域106との
間に、トンネル障壁が形成される。この結果、p+4領
域101の洒電子弗の′亀子はトンネル効果によりn−
領域106に侵入しn−領域105内で非散乱走行の後
、再び、トンネル効果によりp++領域102の価電子
帯に到達する。
n−領域105は、散乱を避けるため不純物n度はでき
るだけ小さい方が望ましい。一つの極限は、真性状態で
あり、その領域f:i領域とすれば、pnp トランジ
スタより、p+ + t p+’F 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。一つの極限は、真性状態で
あり、その領域f:i領域とすれば、pnp トランジ
スタより、p+ + t p+’F トランジスタの方
が、高速動作には有利である。
なお、第1図(ψから分かる様に、本実施例において、
n−領域105の厚みが極めて薄くなる(約50八)と
、共鳴トンネル現象によるキャリア伝導も可能となる。
n−領域105の厚みが極めて薄くなる(約50八)と
、共鳴トンネル現象によるキャリア伝導も可能となる。
第2図に、本発明の第2の実施例のトランジスタの断面
構造及びエネルギーバンド図を示す。
構造及びエネルギーバンド図を示す。
第2図(a)で、縮退状態のp++++201はソース
領域、縮退状態のn++++202はドレイン領域、ゲ
ート電極203,203’は、絶縁膜204゜204′
を介して電流通路となる非縮退状態のn−領域206の
電位分布を制御する。各領域の不純物密度は、 ゛ p++++201:10”〜1o21ら一5n++領域
202:1019〜1021CB−3n−領域2o6:
1014〜1o17C胤−3第2図(blは、熱平衡状
態に於けるソース・ドレイン間のエネルギーバンド図を
示す。p++++201は縮退状態なので、フェルミ準
位EFは価電子帯にあり p+ 4’領域202も、縮
退状態なのでフェルミ準位EFは伝導帯にあり、n−領
域2o6は非縮退状態なので、フェルミ準位EFハ餐止
帯にある。(なお、n−領域205の厚みは、キャリア
の平均自由行程と同等以内O・ご設定するのがよい。) この状態で、ソース・ドレイン間し′こ、屯田v2を印
加した時のエネ・レギー・くノド[スか弔2 ニー4(
c)である。さらに、ゲート電極203,203’とソ
ースの間に電圧v1ヲ印加した時のエネルギーノくノド
図を第2図(→に示す。この時、p+1領域201とn
−領域205との間にトンネル障壁が形成される。この
結果、p+4領域201の価電子帯の電子は、トンネル
効果により、n−領域205に侵入し、非散乱走行状態
でn+4−領域202の伝導帯に到達する。
領域、縮退状態のn++++202はドレイン領域、ゲ
ート電極203,203’は、絶縁膜204゜204′
を介して電流通路となる非縮退状態のn−領域206の
電位分布を制御する。各領域の不純物密度は、 ゛ p++++201:10”〜1o21ら一5n++領域
202:1019〜1021CB−3n−領域2o6:
1014〜1o17C胤−3第2図(blは、熱平衡状
態に於けるソース・ドレイン間のエネルギーバンド図を
示す。p++++201は縮退状態なので、フェルミ準
位EFは価電子帯にあり p+ 4’領域202も、縮
退状態なのでフェルミ準位EFは伝導帯にあり、n−領
域2o6は非縮退状態なので、フェルミ準位EFハ餐止
帯にある。(なお、n−領域205の厚みは、キャリア
の平均自由行程と同等以内O・ご設定するのがよい。) この状態で、ソース・ドレイン間し′こ、屯田v2を印
加した時のエネ・レギー・くノド[スか弔2 ニー4(
c)である。さらに、ゲート電極203,203’とソ
ースの間に電圧v1ヲ印加した時のエネルギーノくノド
図を第2図(→に示す。この時、p+1領域201とn
−領域205との間にトンネル障壁が形成される。この
結果、p+4領域201の価電子帯の電子は、トンネル
効果により、n−領域205に侵入し、非散乱走行状態
でn+4−領域202の伝導帯に到達する。
n−領域205は、散乱を避けるため、不純物密度はで
きるだけ小さい方が望ましい。その場合の極限は、真性
状態であり、その領域をi領域とすれば、 ++ n”
n+ + ) ラyジスタヨリ、p+ ’F in+
’−トランジスタの方が高速動作には有利となる0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
、接合ゲート、シヨ・ノドキーゲートでも、本発明のト
ランジスタは構成できる。
きるだけ小さい方が望ましい。その場合の極限は、真性
状態であり、その領域をi領域とすれば、 ++ n”
n+ + ) ラyジスタヨリ、p+ ’F in+
’−トランジスタの方が高速動作には有利となる0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
、接合ゲート、シヨ・ノドキーゲートでも、本発明のト
ランジスタは構成できる。
第3図が、接合ゲート型の例であるop+領域302.
302’がゲート領域で、ゲート電極301゜301′
に逆方向電圧を印加して、導通状態を実現する。
302’がゲート領域で、ゲート電極301゜301′
に逆方向電圧を印加して、導通状態を実現する。
第4図が、ショットキーゲート型の例であるOn−領域
106にゲート電極401,401’が直接設けられて
いる。
106にゲート電極401,401’が直接設けられて
いる。
第5図、第6図は、本発明のトランジスタの具体的構造
をあられし、第1図に対応する。各領域の番号も第1図
に対応する。
をあられし、第1図に対応する。各領域の番号も第1図
に対応する。
第6図は、だて型構造を示す。p++++101にはソ
ース電極501が、p+1領域102にはドレイン電極
602が設けられている。絶縁膜104は、St fあ
れば、Sio2.Si3N4.Al2O3すど、GaA
sであればGa0xNy舎Si3N4、Al2O3など
を用いればよい。
ース電極501が、p+1領域102にはドレイン電極
602が設けられている。絶縁膜104は、St fあ
れば、Sio2.Si3N4.Al2O3すど、GaA
sであればGa0xNy舎Si3N4、Al2O3など
を用いればよい。
第6図は、よこ型構造を示す。p+′1領域101には
ソース電極601.’p”+領域102にはドレイン電
極602が設けられている0 以上、本発明の実施例は、キャリアを電子とした場合に
ついて示したが、キャリアを正札どしてもよいことは勿
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。
ソース電極601.’p”+領域102にはドレイン電
極602が設けられている0 以上、本発明の実施例は、キャリアを電子とした場合に
ついて示したが、キャリアを正札どしてもよいことは勿
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、
■ 電子の波動性を示すトンネル効果を使っているので
、動作速度が極めて速い。(波動性による電子の移動速
度は光速に等しい0)■ 不純物密度が高いので温度及
び周囲条件に影響を受けない安定な特性をもつ。
、動作速度が極めて速い。(波動性による電子の移動速
度は光速に等しい0)■ 不純物密度が高いので温度及
び周囲条件に影響を受けない安定な特性をもつ。
■ 消費電力が少ない。
■ 本質的に低雑音である。
■ 構造が簡単な為、微細化に有利である3゜という様
な、特徴を有するため、実用的価値大なるものである。
な、特徴を有するため、実用的価値大なるものである。
第1図(a)は本発明の第1の実施例のトランジスタの
概略断面構造図、同(b)は熱平衡状態のエネルギーバ
ンド図、同(C)はソース・ドレイン間に電圧■2を印
加した時のエネルギーバンド図、同(山は導通状態にお
けるエネルギーバンド図、第2図(−)は本発明の第2
の実施例のトランジスタの概略断面構造図、(blは熱
平衡状態のエネルギーバンド図、同(C)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(→は導通状態におけるエネルギーバンド図、第3
図は上記第1の実施例のゲート部をp−n接合ゲートと
した場合の断面構造図、第4図は弗1の実施例のゲート
部をショットキー接合ゲートとした場合の断面構造図、
第6図は第1の実施例をだて型構造で具体化した場合の
断面構造図、第6図は第1の実施例をよと型構造で具体
化した場合の断面構造図である。 101.102.201.202・・川・縮退半導体、
106,205・・・・・・非縮退半導体、103゜2
03.301.401.103’、203’・・−・−
・ゲート電極、104 、104’、 204 、20
4’・・・=・絶縁膜。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 @ 2 図 第6図
概略断面構造図、同(b)は熱平衡状態のエネルギーバ
ンド図、同(C)はソース・ドレイン間に電圧■2を印
加した時のエネルギーバンド図、同(山は導通状態にお
けるエネルギーバンド図、第2図(−)は本発明の第2
の実施例のトランジスタの概略断面構造図、(blは熱
平衡状態のエネルギーバンド図、同(C)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(→は導通状態におけるエネルギーバンド図、第3
図は上記第1の実施例のゲート部をp−n接合ゲートと
した場合の断面構造図、第4図は弗1の実施例のゲート
部をショットキー接合ゲートとした場合の断面構造図、
第6図は第1の実施例をだて型構造で具体化した場合の
断面構造図、第6図は第1の実施例をよと型構造で具体
化した場合の断面構造図である。 101.102.201.202・・川・縮退半導体、
106,205・・・・・・非縮退半導体、103゜2
03.301.401.103’、203’・・−・−
・ゲート電極、104 、104’、 204 、20
4’・・・=・絶縁膜。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 @ 2 図 第6図
Claims (1)
- (1)非縮退状態の半導体から成る第1層の対向側に、
縮退状態の半導体から成る第2層及び弗3層を有する単
結晶半導体を用い、前記第1層に電圧が印加された時に
、前記第2層と第1層は、量子力学的トンネル現象を示
す様な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。 (′4 m1層が真性半導体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。 (,1層2層と第3層が同一導電型であることを特徴と
する特許請求の範囲g1項記載のトンネルトランジスタ
。 (4第2層と弔3層が反対導電型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。 (時 第2層と第3層の間に共鳴トンネル現象が生しる
ことを特徴とする特許請求の範囲第3項記載のトンネル
トランジスタ。 (→ 第1層内のキャリア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 |
---|---|---|---|
JP18647183A JPS6079776A (ja) | 1983-10-05 | 1983-10-05 | トンネルトランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18647183A JPS6079776A (ja) | 1983-10-05 | 1983-10-05 | トンネルトランジスタ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS6079776A true JPS6079776A (ja) | 1985-05-07 |
Family
ID=16189051
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18647183A Pending JPS6079776A (ja) | 1983-10-05 | 1983-10-05 | トンネルトランジスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPS6079776A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4969019A (en) * | 1987-08-27 | 1990-11-06 | Texas Instruments Incorporated | Three-terminal tunnel device |
US5834793A (en) * | 1985-12-27 | 1998-11-10 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor devices |
-
1983
- 1983-10-05 JP JP18647183A patent/JPS6079776A/ja active Pending
Cited By (2)
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