JPS61241968A - 半導体記憶装置 - Google Patents

半導体記憶装置

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JPS61241968A
JPS61241968A JP61006640A JP664086A JPS61241968A JP S61241968 A JPS61241968 A JP S61241968A JP 61006640 A JP61006640 A JP 61006640A JP 664086 A JP664086 A JP 664086A JP S61241968 A JPS61241968 A JP S61241968A
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JP
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band
signal
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JP61006640A
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English (en)
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ジヨン・ローレンス・フリーオーフ
トーマス・ネルソン・ジヤクソン
ピーター・ダニエル・カークナー
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International Business Machines Corp
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International Business Machines Corp
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Publication date
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    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
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    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/12Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
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    • H01L29/772Field effect transistors
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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。

Description

【発明の詳細な説明】 A。産業上の利用分野 本発明は両方の符号の電荷を記憶する事が出来。
これによって後の装置の性能に影響を与える事の出来る
半導体装置に関する。この様な装置は電子的に変更可能
なメモリ・セルとして使用出来る。
B、開示の概要 本発明の半導体メモリ装置はバンド・オフセット異質接
合電界効果トランジスタの導通状態の可逆的制御を与え
る。それは導通状態を発生するのにフェルミ準位を横切
って電位の井戸を位置付ける事が出来、非導通状態を与
えるのにフェルミ準位から離れる様に電位の井戸を位置
付ける事が出来、信号がなくなってもその位置を保持す
る非対称障壁制御電荷記憶能力を与える事によって達成
出来る。本発明の装置は多層ゲートを有するGaAsチ
ャンネルFETであり、ゲートはG a A sチャン
ネルに近い方から、GaAQAsのゲート層、G a 
A sの記憶層、該G a A sの記憶層に向って勾
配をなすGaAQAsの非対称障壁層及びGaAsのオ
−ミツク適合層より成る。
C0従来技術 一般に高電子移動度トランジスタ(HEMT)と呼ばれ
る種類の装置が開発されている。この装置はバンドがオ
フセットしている格子整合異質接合に電位の井戸が現わ
れて、その中に多数の電子を捕獲するものである。この
様な構造体で、電界効果トランジスタのチャンネルの導
通に異質接合を使用する時は、応答速度がかなり増大す
る。この様な構造体は又変調添加型構造体、電子気体型
構造体として知られている。この様な構造体は米国特許
第4163237号に示されている。FETのゲートと
して一つの材料の異質接合を使用し、これに隣接する領
域をフェルミ準位に関して電位の井戸を移動させて特定
の閾値を設定する目的に使用する装置は1982年12
月30日出願の米国特許出願第454741号に開示さ
れている。
ケイ素FETチャンネルに隣接する絶縁体の性質を変化
させる事を含む半導体の電子的に消去可能なメモリ構造
体は1979年9月刊ジャーナル・オブ・アプライド・
フイジクス(J、Appl、Phys。)第50 (9
)巻の第5826頁に開示されている。
D0発明が解決しようとする問題点 本発明の目的はゲート信号を除去しても導通状態を保持
出来、非導通状態にする信号を除去しても非導通状態に
保持出来る、メモリ効果のあるFET装置を与える事に
ある。
E1問題点を解決するための手段 本発明に従いフェルミ準位に関して電位の井戸を位置付
け、信号が存在しない時にはその位置を保持する様に動
作する電荷記憶及び除去能力を有し、導通状態もしくは
非導通状態にする事が出来るバンド・オフセット異質接
合FETが与えられる。
本発明の装置はバンド・オフセット異質接合FETのゲ
ートと障壁を形成する半導体領域中に電荷を記憶し、第
2の障壁の非対称性を使用して、信号に応答して電荷を
導入及び除去する。
説明を容易にするために、本発明は特定の半導体材料、
添加型及び濃度並びに物理的導電機構に関連して説明さ
れるが、上述の原理に従い種々の代換がなされ得る事は
明らかであろう。
第1図を参照するに、本発明の構造はG a A sの
様な狭いバンド・ギャップを有する第1の半導体の半導
体基板1を含む。この基板1はGaAQX    t−
x Asの如き広いバンド・ギャップを有する第2の半導体
3と異質接合インターフェイス2を形成している。異質
接合インターフェイス2は電界効果トランジスタ(FE
T)型装置のチャンネル領域として働く電位の井戸を与
える。インターフェイス2のチャンネルは添加密度領域
のソース4及びドレイン5で終っている。各領域にはオ
ーミック電極6及び7が与えられている。電荷記憶領域
8が与えられ、領域8と障壁9を形成している。領域8
はGaAQ   Asよりも狭いバンド・ギャツX  
   、X プを有するG a A sより成り、異質接合障壁9を
与えている。
電荷移動調節領域10が与えられ、領域8と障壁11を
形成している。電荷移動調節領域は一極性の信号が存在
する時は領域8に電荷を移動させ、反対極性の信号が存
在する時は電荷を領域8外に移動させ、信号状態が存在
しない領域8の電荷状態の変化を阻止する様に働く。領
域10はG a A s領域8と異質接合障壁11でエ
ピタキシャルをなすGaAn   Asより成り、広い
バンド・ギャッX     、X プのGaAlfAsの障壁11に隣接する領域10の部
分12のバンド・ギャップは漸進的に狭くなって障壁1
1でGaAsのバンド・ギャップに等しくなっている。
信号導入の目的のためのオーミック・コンタクト15が
G a A sの様な小さなバンド・ギャップの添加領
域13に与えられている。領域13は異質接合障壁14
で領域10とエピタキシャルをなし、オーミック・コン
タクト15の金属部材が表面16に与えられている。
第1図の構造体は結晶の完全性1組成及び添加の制御が
可能な多くの従来の標準の技法を使用して製造出来る。
低温度動作及び急激な変化が可能なための好ましい技術
は分子ビーム・エピタキシィ技術である。第1図の構造
体は基板1、領域8及び領域13がn型G a A s
で、領域3及び10゛がGaAJ2   Asで形成さ
れる。領域10の部分IX    1−ス 2のAΩのモル比は徐々に変っている。基板1は図示さ
れていないより大きな支持部材上の緩衝層でよい事は明
らかである。
分子ビーム・エピタキシィ技術が基板1のインターフェ
イス2上に相継ぐ層を与える。第2図及び第3図を参照
するに、インターフェイス2上に成長したGaAQ  
 As領域3のAQのモル比はX     、X 第2図に示した様に十分高く、Xは約0.5である。次
の層のGaAsの領域8にはAlは導入されていないが
(第2図)、n添加物(不純物)が導入されている(第
3図)6次の層は領域10であるが、第2図及び第3図
から明らかな様に、n添加物は含まれず、AQのモル比
は部分12中でインターフェイス11の0即ち純粋なG
 a A sから徐々に増大して、約x=0.5に達し
、インターフェイス11の隣接する部分12のGaAQ
Ataのバンド・ギャップに勾配を与えている。インタ
ーフェイス14迄の領域10の残りの部分はXを一定に
して成長させる。最後の層はインターフェイス14上に
成長したG a A sである。第2図及び第3図を参
照するに、AQのモル比は0で、n型添加物が存在する
。金属15は真空蒸着によって形成される。
第4図乃至第8図に示されたエネルギ・バンドの図を参
照して動作を説明する。第4図は装置の静止状態を示し
ている。第51!l及び第6図は本発明る様に位置付け
る信号に応答して電荷を記憶する能力を与える様子を示
している。第7図及び第8図は電荷を除去して電位の井
戸がフェルミ準位を横切らなくなり信号がなくなった時
にこの状態が保存される様子を示す。
第4図を参照するに、静止状態における第1図の構造体
のエネルギ・バンドの図が示されている。
図で導電帯E は領域13及び8ではフェルミ準位の近
くに、領域10及び3ではフェルミ準位の上に存在する
。インターフェイス2の位置の電位の井戸のオフセット
はフェルミ準位の上に存在するので装置は導通しない。
第5図はターン・オン信号を印加した場合を示している
。この状態で電荷が領域8に蓄えられ(記憶)、これに
よってインターフェイス2の電位の井戸がフェルミ準位
を横切る様になり、導通状態が確立する。
第6図を参照するに、信号を除去しても、導電帯がフェ
ルミ準位の下ある領域8の電荷はもれる事が出来ない。
それは領域10の部分12中に存在する広いバンド・ギ
ャップに向う漸進的なシフトによる。従って信号を除去
しても電位の井戸はフェルミ準位にまたがった状態に保
持され、従って一度オンにセットされると、装置はそれ
以上信号が続かなくても導通し続ける。
第7図及び第8図のバンド・エネルギ図は領域8上の電
荷を除いて非導通状態にするための条件を示す。
第7図は、オフ信号を印加した場合のバンド・エネルギ
の相対位置を示している。オフ信号は電荷を領域8から
インターフェイス2に向って移動させた信号と反対極性
のものである。領域10の部分12の勾配によって電荷
は領域1.0から移動しやすくなる。領域10の非対称
障壁はトンネリング構造によっても達成出来る。
第8図の、ターン・オフ信号を除去した後のバンド・エ
ネルギ図は電位の井戸がフェルミ・レベルの上に保持さ
れ、導通しなくなった場合を示す。
本発明に従えば、基板1及びゲート・コンタクト15間
に信号を印加する。層10の非対称的な記憶機能によっ
て、電荷はチャンネルを介して加えられるよりもより容
易に領域8からゲート電極を介して除去する事が出来る
。この結果、層8中の準フェルミ準位は基板層1のフェ
ルミ準位よりも上部層8の準フェルミ準位に近くなる。
本発明の構造体はフェルミ準位に関して導電バンドを移
動する電荷を与え、一つの状態では電位の井戸はフェル
ミ準位を横切る様になり、この時点で導通が生じ、もし
くは電位の井戸がフェルミ準位を横切らなくなって導通
が生じなくなくなる。
〔本発明の実施の最良モード〕
第1図の構造体は基板に半絶縁性のG a A sを使
用し、領域4及び5にケイ素を約101@原子/ccを
添加して構成される。オーミック・コンタントロ及び7
は標準のA u G eをベースとする合金である。
GaAfiAs領域3は非添加領域であり、アルミニウ
ムのモル比は0.5であり、Ga+)BA LegAs
で表わされる。領域8はG a A sより構成され、
領域13の場合と同様に約10”ff子/ccの濃度で
あり、インターフェイス11に隣接する部分のAQのモ
ル比はインターフェイス11の0(即ちG a A s
 )から部分12の終りのG a6−$ A Q 6−
HAsに迄漸進的に増大する。
第1図の装置の個々の領域3,8.12及び13は各5
00オングストロームの厚さでGaAs基板1上にエピ
タキシャルに成長される。ゲート構造は反応性イオン・
エツチングもしくは化学エツチングによってソース4及
びドレイン5並びにコンタクト6及び7が形成出来る様
に画定される。
G a A s及びGaAQAsによるエツチングへの
応答の差を使用して、インターフェイス2が露出される
第1図の構造体はl乃至2ボルトの範囲のオン及びオフ
信号に応答する。
以上導通状態にするために電位の井戸をフェルミ準位を
横切・る様に位置付け、非導通状態するために電位の井
戸をフェルミ準位から離れさせ、信号を除去しても電位
の井戸のフェルミ準位に相対的な位置が保持出来る非対
称の障壁制御による電荷の記憶能力を有するバンド・オ
フセット異質接合FET中の導通の可逆的制御を与える
半導体メモリ装置が説明された。
G0発明の効果 本発明に従いゲート信号を除去しても導通状態を保持出
来る電界効果トランジスタが与えられる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の構造体を示した図である。第の特定領
域のAQのモル比を示したグラフである。 第3図は本発明の装置のGaAs及びGa  AfiL
−X     X Asの特定領域のn型不純物の濃度を示したグラフであ
る。第4図は第1図の構造体に関連する静止状態の夫々
のエネルギ準位を示したバンド・エネルギの図である。 第5図は第1図の構造体に関連する、装置をオンにし、
導通状態にする電荷を記憶しつつある時の、夫々のエネ
ルギ準位を示したバンド・エネルギ図である。第6図は
第1図の構造体に関連する。装置をオンにして導通状態
にした電荷記憶信号を除去した後の夫々のエネルギ準位
を示したバンド・エネルギ図である。第7図はオフ即ち
非導通状態にする電荷を除去中の夫々のエネルギ準位を
示したバンド・エネルギ図である。第8図は電荷を除去
し非導通即ちオフ状態を生じた信号を除去した後の第1
図の装置に関連するバンド・エネルギ図である。 1・・・・半導体基板、2・・・・異質接合インターフ
ェイス、3・・・・第2の半導体、4・・・・ソース、
5・・・・ドレイン、6,7・・・・オーミック電極、
8・・・・電荷記憶領域、9・・・・障壁、10・・・
・電荷移動調節領域、11・・・・異質接合障壁、12
・・・・領域10のバンド・ギャップの勾配部分、13
・・・・GaAs層、14・・・・異質接合障壁、15
・・・・金属コンタクト。 出願人  インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人  弁理士  山  本  仁  朗(外1名)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 (1)第1のバンド・ギャップを有する第1の半導体材
    料からなる電界効果トランジスタと、(2)上記第1の
    バンド・ギャップと異なるバンド・ギャップを有し、上
    記第1の半導体材料と一面がバンド・オフセット異質接
    合を形成し、上記電界効果トランジスタのソース及びド
    レイン電極と隣接する第2の半導体材料からなるゲート
    層と、 (3)上記ゲート層の反対面とエピタキシャルをなし、
    異質接合障壁を形成する第1の面を有する第3の半導体
    材料の電荷記憶層と、 (4)上記電荷記憶層の第2の反対面と接していて、電
    荷を導入し、非対称的に電荷を除去出来る非対称障壁手
    段とより成る、 半導体記憶装置。
JP61006640A 1985-04-19 1986-01-17 半導体記憶装置 Pending JPS61241968A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US72528985A 1985-04-19 1985-04-19
US725289 1985-04-19

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPS61241968A true JPS61241968A (ja) 1986-10-28

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ID=24913932

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61006640A Pending JPS61241968A (ja) 1985-04-19 1986-01-17 半導体記憶装置

Country Status (3)

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EP (1) EP0202755A1 (ja)
JP (1) JPS61241968A (ja)
CA (1) CA1238719A (ja)

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EP0202755A1 (en) 1986-11-26
CA1238719A (en) 1988-06-28

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