KR20210086434A - Tunnel field effect transistor and ternary inverter including the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 개시는 터널 전계효과트랜지스터 및 삼진 인버터에 관한 것이다.The present disclosure relates to a tunnel field effect transistor and a ternary inverter.
종래 2진수 논리 기반의 디지털 시스템은 많은 양의 데이터를 빠르게 처리하기 위하여 CMOS 소자의 소형화를 통한 정보의 밀도 (bit density) 높이는데 주력하였다. 하지만 최근 30-nm 이하로 집적되면서 양자적 터널링 효과에 의한 누설전류와 전력 소비의 증가로 인해 bit density 를 높이는데 제약을 받았다. 이러한 bit density의 한계를 극복하기 위하여 다중 값 논리 (multi-valued logic) 중 하나인 3진수 논리 소자 및 회로에 대한 관심이 급증하고 있으며, 특히 3진수 논리 구현을 위한 기본 단위로써 표준 3진수 인버터(STI)에 대한 개발이 활발하게 진행되어 오고 있다. 하지만 하나의 전압원에 두 개의 CMOS를 사용하는 기존의 2진수 인버터와 달리, STI에 관한 종래 기술들은 보다 많은 전압원을 필요로 하거나 복잡한 회로 구성이 요구 되는 문제점이 있다.Conventional binary logic-based digital systems have focused on increasing the bit density of information through miniaturization of CMOS devices in order to quickly process large amounts of data. However, with the recent integration to less than 30-nm, the bit density has been limited due to the increase in leakage current and power consumption due to the quantum tunneling effect. In order to overcome this bit density limitation, interest in ternary logic elements and circuits, which are one of multi-valued logics, is rapidly increasing. In particular, standard ternary inverters ( STI) has been actively developed. However, unlike the conventional binary inverter that uses two CMOS for one voltage source, the conventional techniques related to STI have a problem in that more voltage sources are required or a complex circuit configuration is required.
해결하고자 하는 과제는 정전류를 갖는 터널 전계효과트랜지스터를 제공하는 것에 있다.An object to be solved is to provide a tunnel field effect transistor having a constant current.
해결하고자 하는 과제는 정전류를 갖는 삼진 인버터를 제공하는 것에 있다.A problem to be solved is to provide a ternary inverter having a constant current.
다만, 해결하고자 하는 과제는 상기 개시에 한정되지 않는다.However, the problem to be solved is not limited to the above disclosure.
일 측면에 있어서, 정전류 형성층; 상기 정전류 형성층 상에 제공되는 소스 영역 및 드레인 영역; 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역 사이에 제공되는 채널층; 상기 채널층 상에 제공되는 게이트 전극; 및 상기 게이트 전극과 상기 채널층 사이에 제공되는 게이트 절연막;을 포함하되, 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역은 각각 서로 다른 도전형들을 갖고, 상기 정전류 형성층은 상기 드레인 영역과 상기 정전류 형성층 사이에 정전류를 형성하는 터널 전계효과트랜지스터가 제공될 수 있다.In one aspect, the constant current forming layer; a source region and a drain region provided on the constant current forming layer; a channel layer provided between the source region and the drain region; a gate electrode provided on the channel layer; and a gate insulating film provided between the gate electrode and the channel layer, wherein the source region and the drain region have different conductivity types, and the constant current forming layer passes a constant current between the drain region and the constant current forming layer. Forming a tunnel field effect transistor may be provided.
상기 정전류는 상기 게이트 전극에 인가되는 게이트 전압으로부터 독립적일 수 있다.The constant current may be independent from a gate voltage applied to the gate electrode.
상기 정전류 형성층 및 상기 소스 영역은 제1 도전형을 갖고, 상기 드레인 전극은 제2 도전형을 가질 수 있다.The constant current forming layer and the source region may have a first conductivity type, and the drain electrode may have a second conductivity type.
상기 정전류 형성층의 도핑 농도는 상기 채널층의 도핑 농도보다 높을 수 있다.A doping concentration of the constant current forming layer may be higher than a doping concentration of the channel layer.
상기 정전류 형성층의 도핑 농도는 3 X 1018 cm-3 이상일 수 있다.The doping concentration of the constant current forming layer may be 3 X 10 18 cm -3 or more.
상기 드레인 영역과 상기 정전류 형성층 사이에 전기장이 형성되고, 상기 전기장의 세기는 106 V/cm 이상일 수 있다.An electric field is formed between the drain region and the constant current forming layer, and the strength of the electric field may be 10 6 V/cm or more.
상기 정전류 형성층은 상기 드레인 영역에 인접하게 배치되어, 상기 드레인 영역에 전기적으로 연결될 수 있다.The constant current forming layer may be disposed adjacent to the drain region and electrically connected to the drain region.
상기 정전류 형성층은 상기 소스 영역에 인접한 영역으로 연장할 수 있다.The constant current forming layer may extend to a region adjacent to the source region.
일 측면에 있어서, 제1 방향으로 연장하는 핀 구조체; 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장하는 게이트 전극; 및 상기 핀 구조체와 상기 게이트 전극 사이에 제공되는 게이트 절연막;을 포함하되, 상기 핀 구조체는, 상기 핀 구조체의 하부에 제공되는 정전류 형성층, 및 상기 정전류 형성층 상에 제공되는 소스 영역 및 드레인 영역을 포함하고, 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역은 각각 서로 다른 도전형들을 갖고, 상기 정전류 형성층은 상기 드레인 영역과 상기 정전류 형성층 사이에 정전류를 형성하는 터널 전계효과트랜지스터가 제공될 수 있다.In one aspect, the fin structure extending in the first direction; a gate electrode extending in a second direction crossing the first direction; and a gate insulating layer provided between the fin structure and the gate electrode, wherein the fin structure includes a constant current forming layer provided under the fin structure, and a source region and a drain region provided on the constant current forming layer and the source region and the drain region each have different conductivity types, and the constant current forming layer may be provided with a tunnel field effect transistor that forms a constant current between the drain region and the constant current forming layer.
상기 핀 구조체는 상기 제2 방향을 따라 상기 게이트 전극과 중첩할 수 있다.The fin structure may overlap the gate electrode along the second direction.
상기 정전류는 상기 게이트 전극에 인가되는 게이트 전압으로부터 독립적일 수 있다.The constant current may be independent from a gate voltage applied to the gate electrode.
상기 정전류 형성층 및 상기 소스 영역은 제1 도전형을 갖고, 상기 드레인 전극은 제2 도전형을 가질 수 있다.The constant current forming layer and the source region may have a first conductivity type, and the drain electrode may have a second conductivity type.
상기 핀 구조체는, 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역 사이에 제공되는 채널층을 더 포함하되, 상기 정전류 형성층의 도핑 농도는 상기 채널층의 도핑 농도보다 높을 수 있다.The fin structure may further include a channel layer provided between the source region and the drain region, wherein a doping concentration of the constant current forming layer may be higher than a doping concentration of the channel layer.
상기 정전류 형성층의 도핑 농도는 3 X 1018 cm-3 이상일 수 있다.The doping concentration of the constant current forming layer may be 3 X 10 18 cm -3 or more.
상기 드레인 영역과 상기 정전류 형성층 사이에 전기장이 형성되고, 상기 전기장의 세기는 106 V/cm 이상일 수 있다.An electric field is formed between the drain region and the constant current forming layer, and the strength of the electric field may be 10 6 V/cm or more.
상기 정전류 형성층은 상기 드레인 영역에 인접하게 배치되어, 상기 드레인 영역에 전기적으로 연결될 수 있다.The constant current forming layer may be disposed adjacent to the drain region and electrically connected to the drain region.
상기 정전류 형성층은 상기 제1 방향으로 연장되어, 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역과 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 교차하는 제3 방향을 따라 중첩할 수 있다.The constant current forming layer may extend in the first direction and overlap the source region and the drain region in a third direction crossing the first direction and the second direction.
일 측면에 있어서, 제1 웰 영역 및 제2 웰 영역, 상기 제1 웰 영역 및 상기 제2 웰 영역 상에 각각 제공되는 제1 정전류 형성층 및 제2 정전류 형성층, 상기 제1 정전류 형성층 상에 제공되는 제1 소스 영역, 제1 채널층, 및 제1 드레인 영역, 상기 제2 정전류 형성층 상에 제공되는 제2 소스 영역, 제2 채널층, 및 상기 제2 드레인 영역, 상기 제1 채널층 및 상기 제2 채널층 상에 각각 제공되는 제1 게이트 전극 및 제2 게이트 전극;을 포함하되, 상기 제1 소스 영역 및 상기 제1 드레인 영역은 각각 서로 다른 도전형들을 갖고, 상기 제2 소스 영역 및 상기 제2 드레인 영역은 각각 서로 다른 도전형들을 가지며, 상기 제1 정전류 형성층은 상기 제1 드레인 영역과 상기 제1 정전류 형성층 사이에 제1 정전류를 형성하고, 상기 제2 정전류 형성층은 상기 제2 드레인 영역과 상기 제2 정전류 형성층 사이에 제2 정전류를 형성하는 삼진 인버터가 제공될 수 있다.In one aspect, a first constant current forming layer and a second constant current forming layer respectively provided on the first well region and the second well region, the first well region and the second well region, and on the first constant current forming layer A first source region, a first channel layer, and a first drain region, a second source region provided on the second constant current forming layer, a second channel layer, and the second drain region, the first channel layer and the second a first gate electrode and a second gate electrode respectively provided on the second channel layer, wherein the first source region and the first drain region have different conductivity types, respectively, the second source region and the second gate electrode The two drain regions each have different conductivity types, the first constant current forming layer forms a first constant current between the first drain region and the first constant current forming layer, and the second constant current forming layer is formed with the second drain region and A ternary inverter for generating a second constant current may be provided between the second constant current forming layers.
상기 제1 정전류 및 제2 정전류는 각각 상기 제1 게이트 전극 및 상기 제2 게이트 전극에 인가되는 게이트 전압들로부터 독립적일 수 있다.The first constant current and the second constant current may be independent from gate voltages applied to the first gate electrode and the second gate electrode, respectively.
상기 제1 정전류 형성층 및 상기 제1 소스 영역은 제1 도전형을 갖고, 상기 제1 드레인 전극은 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형을 가지며, 상기 제2 정전류 형성층 및 상기 제2 소스 영역은 상기 제2 도전형을 갖고, 상기 제2 드레인 전극은 상기 제1 도전형을 가질 수 있다.The first constant current forming layer and the first source region have a first conductivity type, the first drain electrode has a second conductivity type different from the first conductivity type, and the second constant current forming layer and the second source region may have the second conductivity type, and the second drain electrode may have the first conductivity type.
본 개시는 정전류를 갖는 터널 전계효과트랜지스터를 제공할 수 있다.The present disclosure may provide a tunnel field effect transistor having a constant current.
본 개시는 정전류를 갖는 삼진 인버터를 제공할 수 있다.The present disclosure may provide a ternary inverter having a constant current.
다만, 발명의 효과는 상기 개시에 한정되지 않는다.However, the effect of the invention is not limited to the above disclosure.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 터널 전계효과트랜지스터의 단면도이다.
도 2는 본 개시에 따른 엔모스 트랜지스터들과 종래의 엔모스 트랜지스터들의 게이트 전압-드레인 전류 그래프들을 나타낸다.
도 3은 본 개시의 피모스 트랜지스터들과 종래의 피모스 트랜지스터들의 게이트 전압-드레인 전류 그래프들을 나타낸다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 삼진(Ternary) 인버터의 회로도이다.
도 5는 예시적인 실시예에 따른 삼진 인버터의 단면도이다.
도 6은 본 개시의 삼진(Ternary) 인버터들과 이진(Binary) 인버터들의 게이트 전압-드레인 전류 그래프를 나타낸다.
도 7은 본 개시의 삼진 인버터와 이진 인버터의 입력 전압(Vin)-출력 전압(Vout) 그래프를 나타낸다.
도 8은 예시적인 실시예에 따른 터널 전계효과트랜지스터의 사시도이다.
도 9는 도 11의 I-I'선 및 II-II'선을 따르는 단면도들이다.
도 10은 예시적인 실시예에 따른 삼진 인버터의 사시도이다.
도 11은 예시적인 실시예들에 따른 터널 전계효과트랜지스터의 단면도이다.
도 12는 예시적인 실시예에 따른 트랜지스터의 사시도이다.
도 13은 도 12의 I-I'선 및 II-II'선을 따르는 단면도들이다.1 is a cross-sectional view of a tunnel field effect transistor according to exemplary embodiments.
2 illustrates gate voltage-drain current graphs of NMOS transistors according to the present disclosure and conventional NMOS transistors.
3 shows gate voltage-drain current graphs of the PMOS transistors of the present disclosure and the conventional PMOS transistors.
4 is a circuit diagram of a ternary inverter according to exemplary embodiments.
5 is a cross-sectional view of a ternary inverter according to an exemplary embodiment.
6 shows a gate voltage-drain current graph of ternary inverters and binary inverters of the present disclosure.
7 is a graph illustrating an input voltage (Vin)-output voltage (Vout) of the ternary inverter and the binary inverter of the present disclosure.
8 is a perspective view of a tunnel field effect transistor according to an exemplary embodiment.
9 is a cross-sectional view taken along lines I-I' and II-II' of FIG. 11 .
Fig. 10 is a perspective view of a ternary inverter according to an exemplary embodiment.
11 is a cross-sectional view of a tunnel field effect transistor according to exemplary embodiments.
12 is a perspective view of a transistor according to an exemplary embodiment.
13 is a cross-sectional view taken along lines II' and II-II' of FIG. 12 .
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다. 이하의 도면들에서 동일한 참조부호는 동일한 구성요소를 지칭하며, 도면상에서 각 구성요소의 크기는 설명의 명료성과 편의상 과장되어 있을 수 있다. 한편, 이하에 설명되는 실시예는 단지 예시적인 것에 불과하며, 이러한 실시예들로부터 다양한 변형이 가능하다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following drawings, the same reference numerals refer to the same components, and the size of each component in the drawings may be exaggerated for clarity and convenience of description. Meanwhile, the embodiments described below are merely exemplary, and various modifications are possible from these embodiments.
이하에서, "상부" 나 "상"이라고 기재된 것은 접촉하여 바로 위에 있는 것뿐만 아니라 비접촉으로 위에 있는 것도 포함할 수 있다.Hereinafter, what is described as "upper" or "upper" may include not only those directly above in contact, but also those above in non-contact.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.The singular expression includes the plural expression unless the context clearly dictates otherwise. In addition, when a part "includes" a certain component, this means that other components may be further included, rather than excluding other components, unless otherwise stated.
또한, 명세서에 기재된 "..부" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다.In addition, terms such as “.. unit” described in the specification may mean a unit for processing at least one function or operation.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 터널 전계효과트랜지스터의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a tunnel field effect transistor according to exemplary embodiments.
도 1을 참조하면, 터널 전계효과트랜지스터(10)가 제공될 수 있다. 터널 전계효과트랜지스터(10)는 기판(100), 정전류 형성층(210), 한 쌍의 소자 분리 영역들(ST), 소스 영역(310), 드레인 영역(320), 채널층(220), 및 게이트 구조체(400)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1 , a tunnel
기판(100)은 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(100)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 기판(100)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형은 n형 또는 p형일 수 있다. 기판(100)의 도전형이 n형인 경우, 기판(100)은 V족 원소(예를 들어, P, As)를 불순물로 포함할 수 있다. 기판(100)의 도전형이 p형인 경우, 기판(100)은 III족 원소(예를 들어, B, In)를 불순물로 포함할 수 있다. 이하에서, 도전형이 n형인 영역은 V족 원소(예를 들어, P, As)를 불순물로 포함할 수 있고, 도전형이 p형인 영역은 III족 원소(예를 들어, B, In)를 불순물로 포함할 수 있다.The
기판(100) 상에 정전류 형성층(210)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 정전류 형성층(210)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 정전류 형성층(210)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 정전류 형성층(210)의 도핑 농도는 기판(100)의 도핑 농도보다 높을 수 있다. 예를 들어, 정전류 형성층(210)의 도핑 농도는 3 X 1018 cm-3 이상일 수 있다.A constant current forming
정전류 형성층(210) 상에 소스 영역(310) 및 드레인 영역(320)이 제공될 수 있다. 소스 영역(310) 및 드레인 영역(320)은 기판(100)의 상면(100u)에 평행한 제1 방향(DR1)을 따라 서로 이격될 수 있다. 소스 영역(310)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 소스 영역(310)의 도핑 농도는 정전류 형성층(210)의 도핑 농도보다 높을 수 있다. 드레인 영역(320)은 제1 도전형과 다른 제2 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형이 n형인 경우, 제2 도전형은 p형일 수 있다. 반대로, 제1 도전형이 p형인 경우, 제2 도전형은 n형일 수 있다. A
소스 영역(310) 및 드레인 영역(320)은 정전류 형성층(210)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 소스 영역(310) 및 드레인 영역(320)은 정전류 형성층(210)에 직접 접할 수 있다. 정전류 형성층(210)과 드레인 영역(320) 사이에 전기장이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전기장의 세기는 106 V/cm 이상일 수 있다.The
정전류 형성층(210) 상에 채널층(220)이 제공될 수 있다. 채널층(220)은 소스 영역(310) 및 드레인 영역(320) 사이에 제공될 수 있다. 채널층(220)은 기판(100)과 실질적으로 동일한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 채널층(220)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 채널층(220)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 채널층(220)의 도핑 농도는 기판(100)의 도핑 농도와 실질적으로 동일할 수 있다.A
정전류 형성층(210) 상에 한 쌍의 소자 분리 영역들(ST)이 제공될 수 있다. 한 쌍의 소자 분리 영역들(ST)은 제1 방향(DR1)을 따라 서로 이격될 수 있다. 한 쌍의 소자 분리 영역들(ST)은 상기 기판(100)의 상면(100u)에 수직한 제2 방향(DR2)을 따라 연장할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 소자 분리 영역들(ST)의 제2 방향(DR2)을 따르는 두께는 채널층(220)의 제2 방향(DR2)을 따르는 두께보다 클 수 있다. 한 쌍의 소자 분리 영역들(ST)은 전기 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 소자 분리 영역들(ST)은 SiO2 또는 고유전 물질(예를 들어, SiON, HfO2, ZrO2)을 포함할 수 있다. A pair of device isolation regions ST may be provided on the constant current forming
채널층(220) 상에 게이트 구조체(400)가 제공될 수 있다. 제2 방향(DR2)을 따르는 관점에서, 게이트 구조체(400)는 소스 영역(310) 및 드레인 영역(320) 사이에 제공될 수 있다. 일 예에서, 게이트 구조체(400)는 부분적으로 소스 영역(310) 및 드레인 영역(320)과 제2 방향(DR2)을 따라 중첩할 수 있다. 게이트 구조체(400)는 게이트 절연막(410), 게이트 전극(420), 및 한 쌍의 스페이서들(430)을 포함할 수 있다. A
게이트 전극(420)은 전기 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(420)은 도핑된 반도체 물질, 금속, 합금, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(420)은 도핑된 폴리실리콘(Doped-Polysilicon), 텅스텐(W), 티타늄나이트라이드(TiN), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. The
게이트 전극(420)과 채널층(220) 사이에 게이트 절연막(410)이 제공될 수 있다. 게이트 절연막(410)은 게이트 전극(420)과 채널층(220)을 서로 전기적으로 절연시킬 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연막(410)은 채널층(220)의 상면에 직접 접할 수 있다. A
게이트 절연막(410)은 게이트 전극(420)과 채널층(220) 사이에 제공될 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연막(410)은 채널층(220) 및 게이트 전극(420)에 직접 접할 수 있다. 게이트 절연막(410)은 원하는 커패시턴스를 구현할 수 있는 재질을 가질 수 있다. 게이트 절연막(410)은 고유전율의 물질을 포함할 수 있다. 고유전율은 실리콘 산화물의 유전율보다 높은 유전율을 의미할 수 있다. 일 실시예에서, 게이트 절연막(410)은 Ca, Sr, Ba, Sc, Y, La, Ti, Hf, Zr, Nb, Ta, Ce, Pr, Nd, Gd, Dy, Yb, 및 Lu 중에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 금속 산화물이 사용될 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연막(410)은 HfO2, ZrO2, CeO2, La2O3, Ta2O3, 또는 TiO2를 포함할 수 있다. 게이트 절연막(410)은 단층 구조 또는 다중층 구조를 가질 수도 있다. The
일 예에서, 터널 전계효과트랜지스터(10)의 문턱 전압은 기판(100)의 도핑 농도 및/또는 게이트 전극(420)의 일 함수(Work function)에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(420)의 일함수는 게이트 전극(420)의 물질에 의해 조절되거나, 추가적인 일함수 조절막(미도시)에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 추가적인 일함수 조절막은 게이트 절연막(410)과 기판(100) 사이에 개재될 수 있다.In one example, the threshold voltage of the tunnel
터널 전계효과트랜지스터(10)는 소스 영역(310)과 채널층(220) 사이에서 발생하는 밴드간 터널링에 의해 채널이 형성될 수 있다. 상기 밴드간 터널링의 발생은 게이트 전압에 의해 조절될 수 있다. 밴드간 터널링이 발생하는 경우가 터널 전계효과트랜지스터(10)가 온(on) 상태를 갖는 경우로 정의될 수 있다. 밴드간 터널링이 발생하지 않는 경우는 터널 전계효과트랜지스터(10)가 오프(off) 상태를 갖는 경우로 정의될 수 있다. 터널 전계효과트랜지스터(10)가 엔모스(NMOS) 트랜지스터인 경우, 드레인 영역(320)의 도전형은 n형일 수 있다. 터널 전계효과트랜지스터(10)가 피모스(PMOS) 트랜지스터인 경우, 드레인 영역(320)의 도전형은 p형일 수 있다. In the tunnel
정전류 형성층(210)은 드레인 영역(320)과 정전류 형성층(210) 사이에 정전류를 형성할 수 있다. 정전류는 드레인 영역(320)과 정전류 형성층(210) 사이를 흐르는 BTBT(Band-To-Band Tunneling) 전류일 수 있다. 정전류는 게이트 전극(420)에 인가되는 게이트 전압으로부터 독립적일 수 있다. 즉, 정전류는 게이트 전압과 무관하게 흐를 수 있다. 터널 전계효과트랜지스터(10)가 엔모스(NMOS) 트랜지스터인 경우, 정전류는 드레인 영역(320)으로부터 정전류 형성층(210)을 지나 기판(100)으로 흐를 수 있다. 터널 전계효과트랜지스터(10)가 피모스(PMOS) 트랜지스터인 경우, 정전류는 기판(100)으로부터 정전류 형성층(210)을 지나 드레인 영역(320)으로 흐를 수 있다.The constant current forming
본 개시는 드레인 영역(320)과 정전류 형성층(210) 사이에 정전류가 형성되는 터널 전계효과트랜지스터(10)를 제공할 수 있다. The present disclosure may provide a tunnel
도 2는 본 개시에 따른 엔모스 트랜지스터들과 종래의 엔모스 트랜지스터들의 게이트 전압-드레인 전류 그래프들을 나타낸다.2 illustrates gate voltage-drain current graphs of NMOS transistors according to the present disclosure and conventional NMOS transistors.
도 2를 참조하면, 종래의 엔모스 트랜지스터들의 게이트 전압-드레인 전류 그래프들(NGR1, NGR2) 및 본 개시에 따른 엔모스 트랜지스터들의 게이트 전압-드레인 전류 그래프들(NGR3, NGR4, NGR5)이 도시되었다. 2 , gate voltage-drain current graphs NGR1 and NGR2 of conventional NMOS transistors and gate voltage-drain current graphs NGR3, NGR4, and NGR5 of NMOS transistors according to the present disclosure are shown. .
종래의 엔모스 트랜지스터들의 드레인 전류들은 게이트 전압과 무관하게 흐르는 정전류 성분을 갖지 않았다. The drain currents of the conventional NMOS transistors do not have a constant current component that flows regardless of the gate voltage.
본 개시의 엔모스 트랜지스터들의 드레인 전류들은 게이트 전압과 무관하게 흐르는 정전류 성분을 가졌다. 예를 들어, 본 개시의 엔모스 트랜지스터들이 오프(Off) 상태를 가질 때에도, 본 개시의 엔모스 트랜지스터들에 정전류가 흘렀다.The drain currents of the NMOS transistors of the present disclosure have a constant current component flowing regardless of the gate voltage. For example, even when the NMOS transistors of the present disclosure have an off state, a constant current flows through the NMOS transistors of the present disclosure.
도 3은 본 개시의 피모스 트랜지스터들과 종래의 피모스 트랜지스터들의 게이트 전압-드레인 전류 그래프들을 나타낸다.3 shows gate voltage-drain current graphs of the PMOS transistors of the present disclosure and the conventional PMOS transistors.
도 3을 참조하면, 종래의 피모스 트랜지스터들의 게이트 전압-드레인 전류 그래프들(PGR1, PGR2) 및 본 개시의 피모스 트랜지스터들의 게이트 전압-드레인 전류 그래프들(PGR3, PGR4, PGR5)이 도시되었다.Referring to FIG. 3 , gate voltage-drain current graphs PGR1 and PGR2 of conventional PMOS transistors and gate voltage-drain current graphs PGR3, PGR4, and PGR5 of PMOS transistors of the present disclosure are shown.
종래의 피모스 트랜지스터들의 드레인 전류들은 게이트 전압과 무관하게 흐르는 정전류 성분을 갖지 않았다. The drain currents of the conventional PMOS transistors do not have a constant current component that flows regardless of the gate voltage.
본 개시의 피모스 트랜지스터들의 드레인 전류들은 게이트 전압과 무관하게 흐르는 정전류 성분을 가졌다. 예를 들어, 본 개시의 피모스 트랜지스터들이 오프(Off) 상태를 가질 때에도, 본 개시의 피모스 트랜지스터들에 정전류가 흘렀다.The drain currents of the PMOS transistors of the present disclosure have a constant current component that flows regardless of the gate voltage. For example, even when the PMOS transistors of the present disclosure have an off state, a constant current flows through the PMOS transistors of the present disclosure.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 삼진(Ternary) 인버터의 회로도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1을 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다.4 is a circuit diagram of a ternary inverter according to exemplary embodiments. For brevity of description, contents substantially the same as those described with reference to FIG. 1 may not be described.
도 4를 참조하면, 엔모스 트랜지스터 및 피모스 트랜지스터를 포함하는 삼진 인버터(20)가 제공될 수 있다. 엔모스 트랜지스터 및 피모스 트랜지스터의 각각은 도 1을 참조하여 설명된 터널 전계효과트랜지스터(10)와 실질적으로 동일할 수 있다. 엔모스 트랜지스터의 기판(100), 정전류 형성층(210), 채널층(220), 및 소스 영역(310)의 도전형은 p형일 수 있다. 엔모스 트랜지스터의 드레인 영역(320)의 도전형은 n형일 수 있다. 피모스 트랜지스터의 기판(100), 정전류 형성층(210), 채널층(220), 및 소스 영역(310)의 도전형은 n형일 수 있다. 피모스 트랜지스터의 드레인 영역(320)의 도전형은 p형일 수 있다. Referring to FIG. 4 , a
엔모스 트랜지스터의 소스 및 기판에 접지 전압이 인가될 수 있다. 설명의 간결함을 위해, 이하에서 접지 전압은 0 볼트(V)인 것으로 가정한다. 피모스 트랜지스터의 소스 및 기판에 구동 전압(VDD)이 인가될 수 있다. 엔모스 트랜지스터의 게이트 전극과 피모스 트랜지스터의 게이트 전극의 각각에 입력 전압(Vin)이 인가될 수 있다.A ground voltage may be applied to the source and the substrate of the NMOS transistor. For brevity of explanation, it is assumed that the ground voltage is 0 volts (V) hereinafter. A driving voltage V DD may be applied to the source and the substrate of the PMOS transistor. An input voltage Vin may be applied to each of the gate electrode of the NMOS transistor and the gate electrode of the PMOS transistor.
엔모스 트랜지스터의 드레인은 피모스 트랜지스터의 드레인과 전기적으로 연결되어, 동일한 전압들을 각각 가질 수 있다. 엔모스 트랜지스터의 드레인과 피모스 트랜지스터의 드레인의 전압은 삼진 인버터(20)의 출력 전압(Vout)일 수 있다.The drain of the NMOS transistor may be electrically connected to the drain of the PMOS transistor, and may have the same voltages, respectively. The voltage of the drain of the NMOS transistor and the drain of the PMOS transistor may be the output voltage Vout of the
엔모스 트랜지스터의 드레인에서 기판으로 정전류가 흐를 수 있다. 피모스 트랜지스터의 기판에서 드레인으로 정전류가 흐를 수 있다. 상기 정전류들은 입력 전압(Vin)으로부터 독립적일 수 있다.A constant current may flow from the drain of the NMOS transistor to the substrate. A constant current may flow from the substrate of the PMOS transistor to the drain. The constant currents may be independent from the input voltage Vin.
일 예에서, 피모스 트랜지스터가 채널 전류보다 우세한 정전류를 갖고 엔모스 트랜지스터가 정전류보다 우세한 채널 전류를 갖도록, 피모스 트랜지스터의 게이트 전극과 엔모스 트랜지스터의 게이트 전극에 제1 입력 전압이 인가될 수 있다. 이때, 삼진 인버터(20)의 출력 전압(Vout)은 제1 전압일 수 있다.In one example, the first input voltage may be applied to the gate electrode of the PMOS transistor and the gate electrode of the NMOS transistor such that the PMOS transistor has a constant current dominant over the channel current and the NMOS transistor has a channel current dominant over the constant current . In this case, the output voltage Vout of the
다른 예에서, 엔모스 트랜지스터가 채널 전류보다 우세한 정전류를 갖고 피모스 트랜지스터가 정전류보다 우세한 채널 전류를 갖도록, 피모스 트랜지스터의 게이트 전극과 엔모스 트랜지스터의 게이트 전극에 제2 입력 전압이 인가될 수 있다. 이때, 삼진 인버터(20)의 출력 전압은 상기 제1 전압보다 큰 제2 전압일 수 있다.In another example, the second input voltage may be applied to the gate electrode of the PMOS transistor and the gate electrode of the NMOS transistor such that the NMOS transistor has a constant current dominant over the channel current and the PMOS transistor has a channel current dominant over the constant current. . In this case, the output voltage of the
또 다른 예에서, 엔모스 트랜지스터와 피모스 트랜지스터의 각각이 채널 전류보다 우세한 정전류를 갖도록, 피모스 트랜지스터의 게이트 전극과 엔모스 트랜지스터의 게이트 전극에 제3 입력 전압이 인가될 수 있다. 이때, 삼진 인버터(20)의 출력 전압은 상기 제1 전압과 제2 전압 사이의 제3 전압일 수 있다. In another example, the third input voltage may be applied to the gate electrode of the PMOS transistor and the gate electrode of the NMOS transistor so that each of the NMOS transistor and the PMOS transistor has a constant current dominant over the channel current. In this case, the output voltage of the
엔모스 트랜지스터의 드레인에서 기판으로 흐르는 정전류 및 피모스 트랜지스터의 기판에서 드레인으로 흐르는 정전류는 피모스 트랜지스터와 엔모스 트랜지스터의 게이트 전극들에 인가되는 게이트 전압들과 무관하게 흐를 수 있다. 삼진 인버터(20) 내의 전류는 피모스 트랜지스터의 기판으로부터 피모스 트랜지스터의 드레인과 엔모스 트랜지스터의 드레인을 거쳐서 엔모스 트랜지스터의 기판으로 흐를 수 있다. 피모스 트랜지스터의 기판에 인가되는 구동 전압(VDD)은 피모스 트랜지스터의 기판과 피모스 트랜지스터의 드레인 사이의 저항 및 엔모스 트랜지스터의 기판과 엔모스 트랜지스터의 드레인 사이의 저항에 분배될 수 있다. 출력 전압(Vout)은 엔모스 트랜지스터의 기판과 엔모스 트랜지스터의 드레인 사이의 저항에 인가된 전압일 수 있다. 출력 전압(Vout)은 구동 전압(VDD)과 0 V 사이의 값을 가질 수 있다. The constant current flowing from the drain of the NMOS transistor to the substrate and the constant current flowing from the substrate to the drain of the PMOS transistor may flow regardless of gate voltages applied to the PMOS transistor and the gate electrodes of the NMOS transistor. The current in the
출력 전압(Vout)은 입력 전압(Vin)에 따라 0 V(‘0’ 상태), 구동 전압(VDD)과 0 V 사이의 전압(‘1’ 상태), 또는 구동 전압(VDD)(‘2’ 상태)을 가질 수 있다. 본 개시는 입력 전압(Vin)에 따라 3가지 상태를 갖는 삼진 인버터(20)를 제공할 수 있다.The output voltage Vout is 0 V ('0' state), a voltage between the driving voltage V DD and 0 V ('1' state), or a driving voltage V DD ) (' depending on the input voltage Vin) 2' state). The present disclosure may provide the
도 5는 예시적인 실시예에 따른 삼진 인버터의 단면도이다. 설명의 간결함을 위해 도 1을 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다. 5 is a cross-sectional view of a ternary inverter according to an exemplary embodiment. For brevity of description, contents substantially the same as those described with reference to FIG. 1 may not be described.
도 5를 참조하면, 삼진 인버터(30)가 제공될 수 있다. 삼진 인버터(30)는 기판(1100), 제1 웰 영역(1102), 제2 웰 영역(1104), 소자 분리막(SL), 제1 정전류 형성층(1212), 제2 정전류 형성층(1214), 제1 채널층(1222), 제2 채널층(1224), 제1 소스 영역(1312) 제1 드레인 영역(1314), 제2 소스 영역(1322), 제2 드레인 영역(1324), 제1 게이트 구조체(1402), 및 제2 게이트 구조체(1404)를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 5 , a
기판(1100)은 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(1100)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 기판(1100)은 진성 반도체 기판이거나 도전형을 갖는 반도체 기판일 수 있다.The
제1 웰 영역(1102) 및 제2 웰 영역(1104)은 기판(1100)의 상부에 제공될 수 있다. 제1 웰 영역(1102) 및 제2 웰 영역(1104)은 기판(1100)의 상면(1100u)에 평행한 제1 방향(DR1)을 따라 서로 이격될 수 있다. 제1 웰 영역(1102)은 p형 영역일 수 있다. 제2 웰 영역(1104)은 n형 영역일 수 있다.The
기판(1100) 상에 제1 웰 영역(1102) 및 제2 웰 영역(1104)을 노출하는 소자 분리막(SL)이 제공될 수 있다. 소자 분리막(SL)은 도 1을 참조하여 설명된 한 쌍의 소자 분리 영역들(ST)과 실질적으로 동일한 물질을 포함할 수 있다.A device isolation layer SL exposing the
제1 웰 영역(1102) 상에 제1 정전류 형성층(1212)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 정전류 형성층(1212)은 에피택시얼 층일 수 있다. 예를 들어, 제1 정전류 형성층(1212)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 제1 정전류 형성층(1212)의 도전형은 제1 웰 영역(1102)의 도전형과 실질적으로 동일할 수 있다. 제1 정전류 형성층(1212)의 도전형은 p형일 수 있다. 제1 정전류 형성층(1212)의 도핑 농도는 제1 웰 영역(1102)의 도핑 농도보다 높을 수 있다. 예를 들어, 제1 정전류 형성층(1212)의 도핑 농도는 3 X 1018 cm-3 이상일 수 있다.A first constant current forming
제2 웰 영역(1104) 상에 제2 정전류 형성층(1214)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 제2 정전류 형성층(1214)은 에피택시얼 층일 수 있다. 예를 들어, 제2 정전류 형성층(1214)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 제2 정전류 형성층(1214)의 도전형은 제2 웰 영역(1104)의 도전형과 실질적으로 동일할 수 있다. 제2 정전류 형성층(1214)의 도전형은 n형일 수 있다. 제2 정전류 형성층(1214)의 도핑 농도는 제2 웰 영역(1104)의 도핑 농도보다 높을 수 있다. 예를 들어, 제2 정전류 형성층(1214)의 도핑 농도는 3 X 1018 cm-3 이상일 수 있다.A second constant current forming
제1 정전류 형성층(1212) 상에 제1 채널층(1222)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 채널 층(1222)은 에피택시얼 층 일 수 있다. 예를 들어, 제1 채널 층(1222)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 제1 채널층(1222)의 도전형은 제1 정전류 형성층(1212)의 도전형과 실질적으로 동일할 수 있다. 제1 채널 층(1222)의 도전형은 p형일 수 있다. 제1 채널 층(1222)의 도핑 농도는 제1 정전류 형성층(1212)의 도핑 농도보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 제1 채널 층(1222)의 도핑 농도는 제1 웰 영역(1102)의 도핑 농도와 실질적으로 동일할 수 있다.A
제2 정전류 형성층(1214) 상에 제2 채널층(1224)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 제2 채널 층(1224)은 에피택시얼 층 일 수 있다. 예를 들어, 제2 채널 층(1224)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 제2 채널층(1224)의 도전형은 제2 정전류 형성층(1214)의 도전형과 실질적으로 동일할 수 있다. 제2 채널 층(1224)의 도전형은 n형일 수 있다. 제2 채널 층(1224)의 도핑 농도는 제2 정전류 형성층(1214)의 도핑 농도보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 제2 채널 층(1224)의 도핑 농도는 제2 웰 영역(1104)의 도핑 농도와 실질적으로 동일할 수 있다.A
제1 정전류 형성층(1212) 상에 제1 소스 영역(1312) 및 제1 드레인 영역(1314)이 제공될 수 있다. 제1 소스 영역(1312) 및 제1 드레인 영역(1314)은 제1 채널층(1222)을 사이에 두고 제1 방향(DR1)을 따라 서로 이격될 수 있다. 제1 소스 영역(1312)은 제1 정전류 형성층(1212)과 동일한 도전형을 가질 수 있다. 제1 소스 영역(1312)의 도전형은 p형일 수 있다. 제1 소스 영역(1312)의 도핑 농도는 제1 정전류 형성층(1212)의 도핑 농도보다 높을 수 있다. 제1 드레인 영역(1314)은 제1 정전류 형성층(1212)과 다른 도전형을 가질 수 있다. 제1 드레인 영역(1314)의 도전형은 n형일 수 있다. A
제2 정전류 형성층(1214) 상에 제2 소스 영역(1322) 및 제2 드레인 영역(1324)이 제공될 수 있다. 제2 소스 영역(1322) 및 제2 드레인 영역(1324)은 제2 채널층(1224)을 사이에 두고 제1 방향(DR1)을 따라 서로 이격될 수 있다. 제2 소스 영역(1322)은 제2 정전류 형성층(1214)과 동일한 도전형을 가질 수 있다. 제2 소스 영역(1322)의 도전형은 n형일 수 있다. 제2 소스 영역(1322)의 도핑 농도는 제2 정전류 형성층(1214)의 도핑 농도보다 높을 수 있다. 제2 드레인 영역(1324)은 제2 정전류 형성층(1214)과 다른 도전형을 가질 수 있다. 제2 드레인 영역(1324)의 도전형은 p형일 수 있다.A
제1 채널층(1222) 상에 제1 게이트 구조체(1402)가 제공될 수 있다. 제1 게이트 구조체(1402)는 제1 게이트 절연막(1412), 제1 게이트 전극(1422), 및 제1 한 쌍의 스페이서들(1432)을 포함할 수 있다. 제1 게이트 절연막(1412), 제1 게이트 전극(1422), 및 제1 한 쌍의 스페이서들(1432)은 각각 도 1을 참조하여 설명된 게이트 절연막(410), 게이트 전극(420), 및 한 쌍의 스페이서들(430)과 실질적으로 동일할 수 있다. A
제2 채널층(1224) 상에 제2 게이트 구조체(1404)가 제공될 수 있다. 제2 게이트 구조체(1404)는 제2 게이트 절연막(1414), 제2 게이트 전극(1424), 및 제2 한 쌍의 스페이서들(1434)을 포함할 수 있다. 제2 게이트 절연막(1414), 제2 게이트 전극(1424), 및 제2 한 쌍의 스페이서들(1434)은 각각 도 1을 참조하여 설명된 게이트 절연막(410), 게이트 전극(420), 및 한 쌍의 스페이서들(430)과 실질적으로 동일할 수 있다. A
본 개시는 삼진 인버터(30)를 제공할 수 있다. 제1 웰 영역(1102), 제1 정전류 형성층(1212), 제1 채널층(1222), 제1 소스 영역(1312), 제1 드레인 영역(1314), 및 제1 게이트 구조체(1402)는 엔모스(NMOS) 트랜지스터를 구성할 수 있다. 제2 웰 영역(1104), 제2 정전류 형성층(1214), 제2 채널층(1224), 제2 소스 영역(1322), 제2 드레인 영역(1324), 및 제2 게이트 구조체(1404)는 피모스(PMOS) 트랜지스터를 구성할 수 있다. 제1 웰 영역(1102) 및 엔모스 트랜지스터의 소스에 접지 전압이 인가될 수 있다. 제2 웰 영역(1104) 및 피모스 트랜지스터의 소스에 구동 전압이 인가될 수 있다. 엔모스 트랜지스터의 제1 게이트 전극(1432)과 피모스 트랜지스터의 제2 게이트 전극(1434)의 각각에 입력 전압(Vin)이 인가될 수 있다.The present disclosure may provide a
엔모스 트랜지스터의 드레인(즉, 제1 드레인 영역(1314) 및 피모스 트랜지스터의 드레인(즉, 제2 드레인 영역(1324))은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 엔모스 트랜지스터의 드레인 및 피모스 트랜지스터의 드레인의 전압은 삼진 인버터(30)의 출력 전압(Vout)일 수 있다. 삼진 인버터에 대한 설명은 도 4를 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일할 수 있다. The drain of the NMOS transistor (ie, the
도 6은 본 개시의 삼진(Ternary) 인버터들과 이진(Binary) 인버터들의 게이트 전압-드레인 전류 그래프를 나타낸다. 6 shows a gate voltage-drain current graph of ternary inverters and binary inverters of the present disclosure.
도 6을 참조하면, 이진 인버터들의 게이트 전압-드레인 전류 그래프들(IGR1, IGR2) 및 본 개시의 삼진 인버터들의 게이트 전압-드레인 전류 그래프들(IGR3, IGR4, IGR5)이 도시되었다. Referring to FIG. 6 , gate voltage-drain current graphs IGR1 and IGR2 of binary inverters and gate voltage-drain current graphs IGR3 , IGR4 and IGR5 of ternary inverters of the present disclosure are shown.
이진 인버터들의 드레인 전류들은 게이트 전압과 무관하게 흐르는 정전류 성분을 갖지 않았다. The drain currents of the binary inverters did not have a constant current component that flows regardless of the gate voltage.
본 개시의 삼진 인버터들의 드레인 전류들은 게이트 전압과 무관하게 흐르는 정전류 성분을 가졌다. 예를 들어, 본 개시의 삼진 인버터들이 오프(Off) 상태를 가질 때에도, 본 개시의 삼진 인버터들에 정전류가 흘렀다.The drain currents of the ternary inverters of the present disclosure have a constant current component flowing regardless of the gate voltage. For example, even when the ternary inverters of the present disclosure have an off state, a constant current flows through the ternary inverters of the present disclosure.
도 7은 본 개시의 삼진 인버터와 이진 인버터의 입력 전압(Vin)-출력 전압(Vout) 그래프를 나타낸다.7 is a graph illustrating an input voltage (Vin)-output voltage (Vout) of the ternary inverter and the binary inverter of the present disclosure.
도 7을 참조하면, 본 개시의 삼진 인버터 및 이진 인버터의 구동 전압(VDD)은 1.0 V, 접지 전압(GND)은 0 V이었다. 삼진 인버터 및 이진 인버터의 입력 전압(Vin)은 0 V 내지 1.0 V이었다. Referring to FIG. 7 , the driving voltage (V DD ) of the ternary inverter and the binary inverter of the present disclosure was 1.0 V and the ground voltage (GND) was 0 V. The input voltage (Vin) of the ternary inverter and the binary inverter was 0 V to 1.0 V.
이진 인버터의 경우, 입력 전압이 0 V에서 1 V로 변할 때, 0.5 V의 입력 전압 부근에서 출력 전압(Vout)이 1 V에서 0 V로 급격히 감소하였다. 즉, 이진 인버터는 두 가지 상태들(예를 들어, '0' 상태 및 '1' 상태)을 가졌다. In the case of the binary inverter, when the input voltage was changed from 0 V to 1 V, the output voltage Vout rapidly decreased from 1 V to 0 V in the vicinity of the input voltage of 0.5 V. That is, the binary inverter had two states (eg, a '0' state and a '1' state).
본 개시의 삼진 인버터의 경우, 입력 전압이 0 V에서 1 V로 변할 때, 출력 전압(Vout)은 1 V에서 0.5 V로 급격히 감소하여 0.5 V를 유지하였다가, 0.5 V에서 0 V로 한번 더 급격히 감소하였다. 즉, 본 개시의 삼진 인버터는 세 가지 상태들(예를 들어, '0' 상태, '1' 상태, 및 '2' 상태)을 가졌다. In the case of the ternary inverter of the present disclosure, when the input voltage is changed from 0 V to 1 V, the output voltage Vout rapidly decreases from 1 V to 0.5 V to maintain 0.5 V, and then from 0.5 V to 0 V once more decreased sharply. That is, the ternary inverter of the present disclosure had three states (eg, a '0' state, a '1' state, and a '2' state).
도 8은 예시적인 실시예에 따른 터널 전계효과트랜지스터의 사시도이다. 도 9는 도 8의 I-I'선 및 II-II'선을 따르는 단면도들이다. 설명의 간결함을 위해, 도 1을 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다. 8 is a perspective view of a tunnel field effect transistor according to an exemplary embodiment. 9 is a cross-sectional view taken along lines II' and II-II' of FIG. 8 . For brevity of description, contents substantially the same as those described with reference to FIG. 1 may not be described.
도 8 및 도 9를 참조하면, 터널 전계효과트랜지스터(40)가 제공될 수 있다. 터널 전계효과트랜지스터(40)는 기판(2100), 핀 구조체(FS), 한 쌍의 하부 절연막들(2110), 및 게이트 구조체(2400)를 포함할 수 있다. 8 and 9 , a tunnel
기판(2100)은 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(2100)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 기판(2100)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형은 n형 또는 p형일 수 있다. The
기판(2100) 상에 핀 구조체(FS)가 제공될 수 있다. 핀 구조체(FS)는 기판(2100)의 상면(2100u)에 평행한 제1 방향(DR1)을 따라 연장할 수 있다. 핀 구조체(FS)는 기판(2100)의 상면(2100u)으로부터 돌출될 수 있다. 핀 구조체(FS)는 소스 영역(2310), 드레인 영역(2320), 채널층(2220) 및 정전류 형성층(2210)을 포함할 수 있다. A fin structure FS may be provided on the
핀 구조체(FS)의 상부에 제1 방향(DR1)을 따라 서로 이격된 소스 영역(2310) 및 드레인 영역(2320)이 제공될 수 있다. 소스 영역(2310)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 드레인 영역(2320)은 제1 도전형과 다른 제2 도전형을 가질 수 있다. 제1 도전형이 n형인 경우, 제2 도전형은 p형일 수 있다. 제1 도전형이 p형인 경우, 제2 도전형은 n형일 수 있다. A
핀 구조체(FS)의 상부에 채널층(2220)이 제공될 수 있다. 채널층(2220)은 소스 영역(2310) 및 드레인 영역(2320) 사이에 제공될 수 있다. 채널층(2220)은 기판(2100)과 실질적으로 동일한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 채널층(2220)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 채널층(2220)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 채널층(2220)의 도핑 농도는 기판(2100)의 도핑 농도와 실질적으로 동일할 수 있다.A
정전류 형성층(2210)은 핀 구조체(FS)의 하부에 제공될 수 있다. 정전류 형성층(2210)은 제1 방향(DR1)을 따라 연장될 수 있다. 정전류 형성층(2210)은 소스 영역(2310), 채널층(2220), 및 드레인 영역(2320)과 제3 방향(DR3)을 따라 중첩할 수 있다. 정전류 형성층(2210)은 소스 영역(2310) 및 드레인 영역(2320)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 정전류 형성층(2210)은 소스 영역(2310) 및 드레인 영역(2320)의 바닥면들에 직접 접할 수 있다. 정전류 형성층(2210)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 정전류 형성층(2210)의 도핑 농도는 기판(2100) 및 채널층(2220)의 도핑 농도보다 높을 수 있다. 예를 들어, 정전류 형성층(2210)의 도핑 농도는 3 X 1018 cm-3 이상일 수 있다. 정전류 형성층(2210)의 도핑 농도는 소스 영역(2310)의 도핑 농도보다 낮을 수 있다. 정전류 형성층(2210)과 드레인 영역(2320) 사이에 전기장이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전기장의 세기는 106 V/cm 이상일 수 있다. The constant current forming
정전류 형성층(2210)은 드레인 영역(2320)과 정전류 형성층(2210) 사이에 정전류를 형성할 수 있다. 정전류는 드레인 영역(2320)과 정전류 형성층(2210) 사이의 BTBT(Band-To-Band Tunneling) 전류일 수 있다. 정전류는 게이트 전극(2420)에 인가되는 게이트 전압으로부터 독립적일 수 있다. 즉, 정전류는 게이트 전압과 무관하게 흐를 수 있다. 터널 전계효과트랜지스터(40)가 엔모스(NMOS) 트랜지스터 소자인 경우, 정전류는 드레인 영역(2320)으로부터 정전류 형성층(2210)을 지나 기판(2100)으로 흐를 수 있다. 터널 전계효과트랜지스터(40)가 피모스(PMOS) 트랜지스터 소자인 경우, 정전류는 기판(2100)으로부터 정전류 형성층(2210)을 지나 드레인 영역(2320)으로 흐를 수 있다.The constant current forming
한 쌍의 하부 절연막들(2110)은 핀 구조체(FS)를 사이에 두고 서로 이격될 수 있다. 한 쌍의 하부 절연막들(2110)은 기판(2100)의 상면(2100u)에 평행하되 제1 방향(DR1)과 교차하는 제2 방향(DR2)을 따라 배열될 수 있다. 한 쌍의 하부 절연막들(2110)은 핀 구조체(FS)의 하부와 제2 방향(DR2)을 따라 중첩할 수 있다. 한 쌍의 하부 절연막들(2110)은 정전류 형성층(2210)의 양 측면들을 덮을 수 있다. 한 쌍의 하부 절연막들(2110)은 소스 영역(2310) 및 드레인 영역(2320)을 노출할 수 있다. 다시 말해, 소스 영역(2310) 및 드레인 영역(2320)은 한 쌍의 하부 절연막들(2110)로부터 돌출될 수 있다. 한 쌍의 하부 절연막들(2110)은 전기 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 하부 절연막들(2110)은 SiO2 또는 고유전 물질(예를 들어, SiON, HfO2, ZrO2)을 포함할 수 있다.The pair of lower insulating
핀 구조체(FS) 및 한 쌍의 하부 절연막들(2110) 상에 게이트 전극(2420)이 제공될 수 있다. 게이트 전극(2420)은 제2 방향(DR2)을 따라 연장할 수 있다. 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)에 교차하는 제3 방향(DR3)을 따르는 관점에서 게이트 전극(2420)은 핀 구조체(FS)와 교차할 수 있다. 게이트 전극(2420)은 채널층(2220) 상에 제공될 수 있다. 게이트 전극(2420)은 전기 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(420)은 도핑된 반도체 물질, 금속, 합금, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(420)은 도핑된 폴리실리콘(Doped-Polysilicon), 텅스텐(W), 티타늄나이트라이드(TiN), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. A
게이트 전극(2420)과 핀 구조체(FS) 사이에 게이트 절연막(2410)이 제공될 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연막(2410)은 핀 구조체(FS)의 상부를 컨포멀하게 덮을 수 있다. 게이트 절연막(2410)은 게이트 전극(2420)과 핀 구조체(FS)를 서로 전기적으로 절연시킬 수 있다. 게이트 절연막(2410)은 게이트 전극(2420)과 핀 구조체(FS)를 서로 이격시킬 수 있다. 게이트 절연막(2410)은 전기적인 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연막(2410)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, ONO(oxide/nitride/oxide), 또는 고유전 물질 (high-k dielectric) 중에서 선택되는 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연막(2410)은 약 10 내지 25의 유전 상수를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연막(2410)은 하프늄 옥사이드(HfO), 하프늄 실리콘 옥사이드(HfSiO), 하프늄 옥시나이트라이드(HfON), 하프늄 실리콘 옥시나이트라이드(HfSiON), 란타늄 옥사이드(LaO), 란타늄 알루미늄 옥사이드(LaAlO), 지르코늄 옥사이드(ZrO), 지르코늄 실리콘 옥사이드(ZrSiO), 지르코늄 옥시나이트라이드(ZrON), 지르코늄 실리콘 옥시나이트라이드(ZrSiON), 탄탈륨 옥사이드(TaO), 티타늄 옥사이드(TiO), 바륨 스트론튬 티타늄 옥사이드(BaSrTiO), 바륨 티타늄 옥사이드(BaTiO), 스트론튬 티타늄 옥사이드(SrTiO), 이트륨 옥사이드(YO), 알루미늄 옥사이드(AlO), 및 납 스칸듐 탄탈륨 옥사이드(PbScTaO) 중에서 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.A
본 개시는 드레인 영역(2320)과 기판(2100) 사이에 정전류가 흐르는 터널 전계효과트랜지스터(40)를 제공할 수 있다.The present disclosure may provide a tunnel
도 10은 예시적인 실시예에 따른 삼진 인버터의 사시도이다. 설명의 간결함을 위해, 도 8 및 도 9를 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다.Fig. 10 is a perspective view of a ternary inverter according to an exemplary embodiment. For brevity of description, contents substantially the same as those described with reference to FIGS. 8 and 9 may not be described.
도 10을 참조하면, 삼진 인버터(50)가 제공될 수 있다. 삼진 인버터(50)는 기판(3100), 제1 웰 영역(3102), 제2 웰 영역(3104), 제1 핀 구조체(3202), 제2 핀 구조체(3204), 하부 절연막(3110), 및 게이트 구조체(3400)를 포함할 수 있다. 기판(3100)은 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(3100)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 기판(3100)은 도 8 및 도 9를 참조하여 설명된 기판(3100)과 실질적으로 동일할 수 있다. Referring to FIG. 10 , a
제1 웰 영역(3102) 및 제2 웰 영역(3104)은 기판(3100)의 상면에 평행한 제1 방향(DR1)을 따라 연장할 수 있다. 제1 웰 영역(3102) 및 제2 웰 영역(3104)은 기판(3100)의 상면에 평행한 제2 방향(DR2)을 따라 배열될 수 있다. 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)은 서로 교차할 수 있다. 제1 웰 영역(3102)의 도전형은 p형일 수 있다. 제2 웰 영역(3104)의 도전형은 n형일 수 있다. 예를 들어, 제1 웰 영역(3102) 및 제2 웰 영역(3104)은 이온 주입 공정에 의해 형성될 수 있다.The
제1 웰 영역(3102) 및 제2 웰 영역(3104) 상에 각각 제1 핀 구조체(3202) 및 제2 핀 구조체(3204)가 제공될 수 있다. 제1 및 제2 핀 구조체들(3202, 3204)의 각각은 도전형에 대한 것을 제외하면 도 8 및 도 9를 참조하여 설명된 핀 구조체(FS)와 실질적으로 동일할 수 있다. 제1 채널층은 제1 소스 영역(3312)과 제1 드레인 영역(3314) 사이에 제공될 수 있다. 제1 소스 영역(3312), 제1 채널층, 및 제1 정전류 형성층(3212)의 도전형은 p형일 수 있다. 제1 드레인 영역(3314)의 도전형은 n형일 수 있다. 제2 채널층은 제2 소스 영역(3322)과 제2 드레인 영역(3324) 사이에 제공될 수 있다. 제2 소스 영역(3322), 제2 채널층, 및 제2 정전류 형성층(3214)의 도전형은 n형일 수 있다. 제2 드레인 영역(3324)의 도전형은 p형일 수 있다.A
제1 정전류 형성핀(3212)의 양 측면들 및 제2 정전류 형성핀(3214)의 양 측면들 상에 하부 절연막들(3110)이 제공될 수 있다. 제1 정전류 형성핀(3212)의 양 측면들 및 제2 정전류 형성핀(3214)의 양 측면들은 제1 방향(DR1)을 따라 연장할 수 있다. 하부 절연막들(3110)은 전기 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하부 절연막들(3110)은 SiO2 또는 고유전 물질(예를 들어, SiON, HfO2, ZrO2)을 포함할 수 있다.Lower insulating
제1 및 제2 핀 구조체들(3202, 3204) 상에 게이트 구조체(3400)가 제공될 수 있다. 게이트 구조체(3400)는 차례로 적층되는 게이트 절연막(3410) 및 게이트 전극(3420)을 포함할 수 있다. 게이트 절연막(3410) 및 게이트 전극(3420)은 각각 도 8 및 도 9를 참조하여 설명되는 게이트 절연막(2410) 및 게이트 전극(2420)과 실질적으로 동일할 수 있다. 게이트 구조체(3400)는 제1 및 제2 핀 구조체들(3202, 3204)과 교차할 수 있다. 예를 들어, 게이트 구조체(400)는 제2 방향(DR2)을 따라 연장할 수 있다. 게이트 구조체(400)는 하부 절연막(3110) 및 하부 절연막들(3110) 상에 노출되는 제1 및 제2 핀 구조체들(3202, 3204)의 표면을 따라 연장할 수 있다. A
본 개시는 터널 전계효과트랜지스터들을 포함하는 삼진 인버터(50)를 제공할 수 있다. 삼진 인버터(50)는 도 4를 참조하여 설명된 삼진 인버터(20)와 실질적으로 동일할 수 있다. 제1 웰 영역(3102), 제1 핀 구조체(3202), 및 제1 핀 구조체(3202) 상의 게이트 구조체(3400)는 엔모스(NMOS) 터널 전계효과트랜지스터일 수 있다. 제2 웰 영역(3104), 제2 핀 구조체(3204), 및 제2 핀 구조체(3204) 상의 게이트 구조체(3400)는 피모스(PMOS) 터널 전계효과트랜지스터일 수 있다. The present disclosure may provide a
제2 웰 영역(3104)과 제2 소스 영역(3322)에 구동 전압(VDD)이 인가될 수 있다. 제1 웰 영역(3102)과 제1 소스 영역(3312)에 접지 전압이 인가될 수 있다. 게이트 전극(3420)에 입력 전압(Vin)이 인가될 수 있다. 제2 드레인 영역(3324)과 제1 드레인 영역(3314)은 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 드레인 영역(3324)과 제1 드레인 영역(3314)이 갖는 전압은 삼진 인버터(50)의 출력 전압(Vout)일 수 있다. A driving voltage V DD may be applied to the
제2 웰 영역(3104)에서 제2 드레인 영역(3324)으로 정전류(즉, 피모스 터널 전계효과트랜지스터의 정전류)가 흐를 수 있다. 제1 드레인 영역(3314)에서 제1 웰 영역(3102)으로 정전류(즉, 엔모스 터널 전계효과트랜지스터의 정전류)가 흐를 수 있다. 상기 정전류들은 입력 전압(Vin)(즉, 게이트 전압)으로부터 독립적일 수 있다.A constant current (ie, a constant current of the PMOS tunnel field effect transistor) may flow from the
삼진 인버터(50)의 구동 태양은 도 7을 참조하여 설명된 삼진 인버터(20)의 구동 태양과 실질적으로 동일할 수 있다. The driving mode of the
도 7을 참조하여 설명된 것과 같이 삼진 인버터(50)의 출력 전압(Vout)은 입력 전압(Vin)에 따라 0 V('0' 상태), 구동 전압(VDD)과 0 V 사이의 전압('1' 상태), 또는 구동 전압(VDD)('2' 상태)을 가질 수 있다. 본 개시는 입력 전압(Vin)에 따라 3가지 상태를 갖는 삼진 인버터(50)를 제공할 수 있다.As described with reference to FIG. 7 , the output voltage Vout of the
도 11은 예시적인 실시예들에 따른 터널 전계효과트랜지스터의 단면도이다.11 is a cross-sectional view of a tunnel field effect transistor according to exemplary embodiments.
도 11을 참조하면, 터널 전계효과트랜지스터(60)가 제공될 수 있다. 터널 전계효과트랜지스터(60)는 기판(4100), 한 쌍의 소자 분리 영역들(ST), 소스 영역(4410), 드레인 영역(4420), 한 쌍의 정전류 형성 영역들(4200), 및 게이트 구조체(4300)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 11 , a tunnel
기판(4100)은 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(4100)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 기판(4100)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형은 n형 또는 p형일 수 있다. The
기판(4100) 상부에 한 쌍의 소자 분리 영역들(ST)이 제공될 수 있다. 한 쌍의 소자 분리 영역들(ST)은 기판(4100)의 상면(4100u)에 평행한 제1 방향(DR1)을 따라 서로 이격될 수 있다. 한 쌍의 소자 분리 영역들(ST)은 상기 기판(4100)의 상면(4100u)에 수직한 제2 방향(DR2)을 따라 연장할 수 있다. 한 쌍의 소자 분리 영역들(ST)은 전기 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 소자 분리 영역들(ST)은 SiO2 또는 고유전 물질(예를 들어, SiON, HfO2, ZrO2)을 포함할 수 있다. A pair of device isolation regions ST may be provided on the
기판(4100)의 상부에 소스 영역(4410) 및 드레인 영역(4420)이 제공될 수 있다. 소스 영역(4410) 및 드레인 영역(4420)은 제1 방향(DR1)을 따라 서로 이격될 수 있다. 소스 영역(4410)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 드레인 영역(4420)은 제1 도전형과 다른 제2 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 소스 영역(4410)의 도전형이 n형일 때, 드레인 영역(4420)의 도전형은 p형일 수 있다. 예를 들어, 소스 영역(4410)의 도전형이 p형일 때, 드레인 영역(4420)의 도전형은 n형일 수 있다. A
소스 영역(4410)의 바닥면 상 및 드레인 영역(4420)의 바닥면 상에 한 쌍의 정전류 형성 영역들(4200)이 각각 제공될 수 있다. 한 쌍의 정전류 형성 영역들(4200)은 소스 영역(4410) 및 드레인 영역(4420)에 제2 방향(DR2)을 따라 각각 중첩할 수 있다. 한 쌍의 정전류 형성 영역들(4200)은 소스 영역(4410) 및 드레인 영역(4420)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 정전류 형성 영역들(4200)은 소스 영역(4410) 및 드레인 영역(4420)에 직접 접할 수 있다. 한 쌍의 정전류 형성 영역들(4200)은 제1 방향(DR1)을 따라 서로 이격될 수 있다. 한 쌍의 정전류 형성 영역들(4200)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 한 쌍의 정전류 형성 영역들(4200)의 도핑 농도는 기판(4100)의 도핑 농도보다 높을 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 정전류 형성 영역들(4200)의 도핑 농도는 3 X 1018 cm-3 이상일 수 있다. 한 쌍의 정전류 형성 영역들(4200)과 드레인 영역(4420) 사이에 전기장이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전기장의 세기는 106 V/cm 이상일 수 있다. A pair of constant current forming
기판(4100) 상에 게이트 구조체(4300)가 제공될 수 있다. 게이트 구조체(4300)는 게이트 절연막(4310), 게이트 전극(4320), 및 한 쌍의 스페이서들(4330)을 포함할 수 있다. 게이트 전극(4320)은 전기 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(4320)은 도핑된 반도체 물질, 금속, 합금, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(4320)은 도핑된 폴리실리콘(Doped-Polysilicon), 텅스텐(W), 티타늄나이트라이드(TiN), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. A
게이트 전극(4320)과 기판(4100) 사이에 게이트 절연막(4310)이 제공될 수 있다. 게이트 절연막(4310)은 게이트 전극(4320)과 기판(4100)을 서로 전기적으로 절연시킬 수 있다. 게이트 절연막(4310)은 전기 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연막(4310)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, ONO(oxide/nitride/oxide), 또는 고유전 물질 (high-k dielectric) 중에서 선택되는 적어도 하나의 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연막(4310)은 약 10 내지 25의 유전 상수를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연막(4310)은 하프늄 옥사이드(HfO), 하프늄 실리콘 옥사이드(HfSiO), 하프늄 옥시나이트라이드(HfON), 하프늄 실리콘 옥시나이트라이드(HfSiON), 란타늄 옥사이드(LaO), 란타늄 알루미늄 옥사이드(LaAlO), 지르코늄 옥사이드(ZrO), 지르코늄 실리콘 옥사이드(ZrSiO), 지르코늄 옥시나이트라이드(ZrON), 지르코늄 실리콘 옥시나이트라이드(ZrSiON), 탄탈륨 옥사이드(TaO), 티타늄 옥사이드(TiO), 바륨 스트론튬 티타늄 옥사이드(BaSrTiO), 바륨 티타늄 옥사이드(BaTiO), 스트론튬 티타늄 옥사이드(SrTiO), 이트륨 옥사이드(YO), 알루미늄 옥사이드(AlO), 및 납 스칸듐 탄탈륨 옥사이드(PbScTaO) 중에서 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.A
한 쌍의 스페이서들(4330)이 게이트 전극(4320)의 양 측벽들 상에 각각 제공될 수 있다. 한 쌍의 스페이서들(4330)은 게이트 절연막(4310)의 양 측벽들 상으로 각각 연장할 수 있다. 한 쌍의 스페이서들(4330)은 전기 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 스페이서들(4330)은 SiO2 또는 고유전 물질(예를 들어, SiON, HfO2, ZrO2)을 포함할 수 있다.A pair of
일 예에서, 터널 전계효과트랜지스터(60)의 문턱 전압은 기판(4100)의 도핑 농도 및/또는 게이트 전극(4320)의 일 함수(Work function)에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(4320)의 일함수는 게이트 전극(4320)의 물질에 의해 조절되거나, 추가적인 일함수 조절막(미도시)에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 추가적인 일함수 조절막은 게이트 절연막(4310)과 기판(4100) 사이에 개재될 수 있다.In an example, the threshold voltage of the tunnel
드레인 영역(4420)에 바로 인접한 정전류 형성 영역(4200)은 드레인 영역(4420)과 이에 바로 인접한 정전류 형성 영역(4200) 사이에 정전류를 형성할 수 있다. 정전류는 드레인 영역(4420)과 이에 바로 인접한 정전류 형성 영역(4200) 사이의 BTBT(Band-To-Band Tunneling) 전류일 수 있다. 정전류는 게이트 전극(4320)에 인가되는 게이트 전압으로부터 독립적일 수 있다. 즉, 정전류는 게이트 전압과 무관하게 흐를 수 있다. 터널 전계효과트랜지스터(60)가 엔모스(NMOS) 트랜지스터인 경우, 정전류는 드레인 영역(4420)으로부터 이에 바로 인접한 정전류 형성 영역(4200)을 지나 기판(4100)으로 흐를 수 있다. 터널 전계효과트랜지스터(60)가 피모스(PMOS) 트랜지스터인 경우, 정전류는 기판(4100)으로부터 드레인 영역(4420)에 바로 인접한 정전류 형성 영역(4200)을 지나 드레인 영역(4420)으로 흐를 수 있다.The constant
본 개시는 드레인 영역(4320)과 이에 바로 인접한 정전류 형성 영역(4200) 사이에 정전류가 형성되는 터널 전계효과트랜지스터(60)를 제공할 수 있다. The present disclosure may provide a tunnel
도 12는 예시적인 실시예에 따른 트랜지스터의 사시도이다. 도 13은 도 12의 I-I'선 및 II-II'선을 따르는 단면도들이다. 설명의 간결함을 위해, 도 8 및 도 9를 참조하여 설명된 것과 실질적으로 동일한 내용은 설명되지 않을 수 있다. 12 is a perspective view of a transistor according to an exemplary embodiment. 13 is a cross-sectional view taken along lines II' and II-II' of FIG. 12 . For brevity of description, contents substantially the same as those described with reference to FIGS. 8 and 9 may not be described.
도 12 및 도 13을 참조하면, 터널 전계효과트랜지스터(70)가 제공될 수 있다. 터널 전계효과트랜지스터(70)는 기판(5100), 핀 구조체(FS), 한 쌍의 하부 절연막들(5110), 및 게이트 구조체(5300)를 포함할 수 있다.12 and 13 , a tunnel
기판(5100)은 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(5100)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 기판(5100)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 도전형은 n형 또는 p형일 수 있다. The
기판(5100) 상에 핀 구조체(FS)가 제공될 수 있다. 핀 구조체(FS)는 하부 반도체 영역(LSR), 한 쌍의 정전류 형성 영역들(5200), 소스 영역(5410), 드레인 영역(5420), 및 채널 영역(CR)을 포함할 수 있다. 하부 반도체 영역(LSR)은 핀 구조체(FS)의 하부에 제공될 수 있다. 하부 반도체 영역(LSR)은 기판(5100)의 상면(5100u)에 평행한 제2 방향(DR2)을 따라 연장할 수 있다. 하부 반도체 영역(LSR)은 기판(5100)의 상면(5100u)으로부터 돌출될 수 있다. 하부 반도체 영역(LSR)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 하부 반도체 영역(LSR)은 제1 도전형을 가질 수 있다. A fin structure FS may be provided on the
한 쌍의 정전류 형성 영역들(5200)은 하부 반도체 영역(LSR) 상에 제공될 수 있다. 한 쌍의 정전류 형성 영역들(5200)은 게이트 구조체(5300)를 사이에 두고 서로 이격될 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 정전류 형성 영역들(5200)은 제2 방향(DR2)을 따라 서로 이격될 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 정전류 형성 영역들(5200)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 한 쌍의 정전류 형성 영역들(5200)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 한 쌍의 정전류 형성 영역들(5200)의 도핑 농도는 기판(5100) 및 하부 반도체 영역(LSR)의 도핑 농도보다 높을 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 정전류 형성 영역들(5200)의 도핑 농도는 3 X 1018 cm-3 이상일 수 있다.A pair of constant current forming
소스 영역(5410) 및 드레인 영역(5420)은 한 쌍의 정전류 형성 영역들(5200) 상에 각각 제공될 수 있다. 소스 영역(5410) 및 드레인 영역(5420)은 제2 방향(DR2)을 따라 서로 이격될 수 있다. 소스 영역(5410)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 소스 영역(5420)의 도핑 농도는 한 쌍의 정전류 형성 영역들(5200)의 도핑 농도보다 높을 수 있다. 드레인 영역(5420)은 제1 도전형과 다른 제2 도전형을 가질 수 있다. 예를 들어, 소스 영역(5410)의 도전형이 n형일 때, 드레인 영역(5420)의 도전형은 p형일 수 있다. 예를 들어, 소스 영역(5410)의 도전형이 p형일 때, 드레인 영역(5420)의 도전형은 n형일 수 있다. A
소스 영역(5410) 및 드레인 영역(5420)은 각각 한 쌍의 정전류 형성 영역들(5200)에 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 소스 영역(5410) 및 드레인 영역(5420)은 한 쌍의 정전류 형성 영역들(5200)에 직접 접할 수 있다. 한 쌍의 정전류 형성 영역들(5200)과 드레인 영역(5420) 사이에 전기장이 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전기장의 세기는 106 V/cm 이상일 수 있다. The
채널 영역(CR)은 하부 반도체 영역(LSR) 상에 제공될 수 있다. 채널 영역(CR)은 하부 반도체 영역(LSR)으로부터 소스 영역(5410) 및 드레인 영역(5420) 사이의 영역으로 연장할 수 있다. 채널 영역(CR)은 한 쌍의 정전류 형성 영역들(5200) 사이 및 소스 영역(5410) 및 드레인 영역(5420) 사이에 제공될 수 있다. 채널 영역(CR)은 실리콘(Si)을 포함할 수 있다. 채널 영역(CR)은 제1 도전형을 가질 수 있다. 채널 영역(CR)의 도핑 농도는 한 쌍의 정전류 형성 영역들(5200)의 도핑 농도보다 낮을 수 있다. 예를 들어, 채널 영역(CR)의 도핑 농도는 하부 반도체 영역(LSR)의 도핑 농도와 실질적으로 동일할 수 있다. 채널 영역(CR)은 터널 전계효과트랜지스터(70)의 채널이 형성되는 영역일 수 있다.The channel region CR may be provided on the lower semiconductor region LSR. The channel region CR may extend from the lower semiconductor region LSR to a region between the
한 쌍의 하부 절연막들(5110)은 핀 구조체(FS)를 사이에 두고 서로 이격될 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 하부 절연막들(5110)은 기판(5100)의 상면(5100u)에 평행하되 제2 방향(DR2)과 교차하는 제1 방향(DR1)을 따라 서로 이격될 수 있다. 한 쌍의 하부 절연막들(5110)은 하부 반도체 영역(LSR)과 제1 방향(DR1)을 따라 중첩할 수 있다. 한 쌍의 하부 절연막들(5110)은 전기 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 하부 절연막들(5110)은 SiO2 또는 고유전 물질(예를 들어, SiON, HfO2, ZrO2)을 포함할 수 있다.The pair of lower insulating
게이트 구조체(5300)는 핀 구조체(FS) 및 한 쌍의 하부 절연막들(5110) 상에 제공될 수 있다. 게이트 구조체(5300)는 차례로 적층되는 게이트 절연막(5310) 및 게이트 전극(5320)을 포함할 수 있다. 게이트 구조체(5300)는 제1 방향(DR1)을 따라 연장할 수 있다. 게이트 구조체(5300)는 채널 영역(CR)과 제3 방향(DR3)을 따라 중첩할 수 있다. 게이트 구조체(5300)는 한 쌍의 하부 절연막들(5110) 및 한 쌍의 하부 절연막들(5110) 상에 노출되는 핀 구조체(FS)의 표면을 따라 연장할 수 있다. 게이트 절연막(5310)은 전기 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연막(5310)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, ONO(oxide/nitride/oxide), 또는 고유전 물질 (high-k dielectric) 중에서 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연막(5310)은 약 10 내지 25의 유전 상수를 갖는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 절연막(5310)은 하프늄 옥사이드(HfO), 하프늄 실리콘 옥사이드(HfSiO), 하프늄 옥시나이트라이드(HfON), 하프늄 실리콘 옥시나이트라이드(HfSiON), 란타늄 옥사이드(LaO), 란타늄 알루미늄 옥사이드(LaAlO), 지르코늄 옥사이드(ZrO), 지르코늄 실리콘 옥사이드(ZrSiO), 지르코늄 옥시나이트라이드(ZrON), 지르코늄 실리콘 옥시나이트라이드(ZrSiON), 탄탈륨 옥사이드(TaO), 티타늄 옥사이드(TiO), 바륨 스트론튬 티타늄 옥사이드(BaSrTiO), 바륨 티타늄 옥사이드(BaTiO), 스트론튬 티타늄 옥사이드(SrTiO), 이트륨 옥사이드(YO), 알루미늄 옥사이드(AlO), 및 납 스칸듐 탄탈륨 옥사이드(PbScTaO) 중에서 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다. 게이트 전극(5320)은 전기 전도성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(5320)은 도핑된 반도체 물질, 금속, 합금, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(5320)은 도핑된 폴리실리콘(Doped-Polysilicon), 텅스텐(W), 티타늄나이트라이드(TiN), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. The
일 예에서, 터널 전계효과트랜지스터(70)의 문턱 전압은 채널 영역(CR)의 도핑 농도 및/또는 게이트 전극(5320)의 일 함수(work function)에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 게이트 전극(5320)의 일함수는 게이트 전극(5320)의 물질에 의해 조절되거나, 추가적인 일함수 조절막(미도시)에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 추가적인 일함수 조절막은 게이트 절연막(5310)과 채널 영역(CR) 사이에 개재될 수 있다.In one example, the threshold voltage of the tunnel
드레인 영역(5420)에 바로 인접하는 정전류 형성 영역(5200)은 드레인 영역(5420)과 상기 정전류 형성 영역(5200) 사이에 정전류를 형성할 수 있다. 정전류는 드레인 영역(5420)과 이에 바로 인접하는 정전류 형성 영역(5200) 사이의 BTBT(Band-To-Band Tunneling) 전류일 수 있다. 정전류는 게이트 전극(5320)에 인가되는 게이트 전압으로부터 독립적일 수 있다. 즉, 정전류는 게이트 전압과 무관하게 흐를 수 있다. 터널 전계효과트랜지스터(70)가 엔모스(NMOS) 트랜지스터인 경우, 정전류는 드레인 영역(5420)으로부터 이에 바로 인접하는 정전류 형성 영역(5200)을 지나 하부 반도체 영역(LSR) 및 기판(5100)으로 흐를 수 있다. 터널 전계효과트랜지스터(70)가 피모스(PMOS) 트랜지스터인 경우, 정전류는 기판(5100)으로부터 하부 반도체 영역(LSR) 및 드레인 영역(5420)에 바로 인접하는 정전류 형성 영역(5200)을 지나 드레인 영역(5420)으로 흐를 수 있다.The constant current forming
본 개시는 드레인 영역(5420)과 이에 바로 인접한 정전류 형성 영역(5200) 사이에 정전류가 흐르는 터널 전계효과트랜지스터(70)를 제공할 수 있다. The present disclosure may provide a tunnel
본 발명의 기술적 사상의 실시예들에 대한 이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상의 설명을 위한 예시를 제공한다. 따라서 본 발명의 기술적 사상은 이상의 실시예들에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 상기 실시예들을 조합하여 실시하는 등 여러 가지 많은 수정 및 변경이 가능함은 명백하다. The above description of embodiments of the technical idea of the present invention provides an example for the description of the technical idea of the present invention. Therefore, the technical spirit of the present invention is not limited to the above embodiments, and within the technical spirit of the present invention, a person skilled in the art may perform various modifications and changes such as combining the above embodiments. It is clear that this is possible.
Claims (20)
상기 정전류 형성층 상에 제공되는 소스 영역 및 드레인 영역;
상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역 사이에 제공되는 채널층;
상기 채널층 상에 제공되는 게이트 전극; 및
상기 게이트 전극과 상기 채널층 사이에 제공되는 게이트 절연막;을 포함하되,
상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역은 각각 서로 다른 도전형들을 갖고,
상기 정전류 형성층은 상기 드레인 영역과 상기 정전류 형성층 사이에 정전류를 형성하는 터널 전계효과트랜지스터.constant current forming layer;
a source region and a drain region provided on the constant current forming layer;
a channel layer provided between the source region and the drain region;
a gate electrode provided on the channel layer; and
a gate insulating film provided between the gate electrode and the channel layer;
The source region and the drain region each have different conductivity types,
The constant current forming layer is a tunnel field effect transistor for forming a constant current between the drain region and the constant current forming layer.
상기 정전류는 상기 게이트 전극에 인가되는 게이트 전압으로부터 독립적인 터널 전계효과트랜지스터.The method of claim 1,
The constant current is independent of the gate voltage applied to the gate electrode tunnel field effect transistor.
상기 정전류 형성층 및 상기 소스 영역은 제1 도전형을 갖고,
상기 드레인 전극은 제2 도전형을 갖는 터널 전계효과트랜지스터.The method of claim 1,
The constant current forming layer and the source region have a first conductivity type,
The drain electrode is a tunnel field effect transistor having a second conductivity type.
상기 정전류 형성층의 도핑 농도는 상기 채널층의 도핑 농도보다 높은 터널 전계효과트랜지스터.The method of claim 1,
A doping concentration of the constant current forming layer is higher than a doping concentration of the channel layer.
상기 정전류 형성층의 도핑 농도는 3 X 1018 cm-3 이상인 터널 전계효과트랜지스터.5. The method of claim 4,
The doping concentration of the constant current forming layer is 3 X 10 18 cm -3 or more tunnel field effect transistor.
상기 드레인 영역과 상기 정전류 형성층 사이에 전기장이 형성되고,
상기 전기장의 세기는 106 V/cm 이상인 터널 전계효과트랜지스터.The method of claim 1,
An electric field is formed between the drain region and the constant current forming layer,
The electric field strength is 10 6 V/cm or more tunnel field effect transistor.
상기 정전류 형성층은 상기 드레인 영역에 인접하게 배치되어, 상기 드레인 영역에 전기적으로 연결되는 터널 전계효과트랜지스터.The method of claim 1,
The constant current forming layer is disposed adjacent to the drain region and electrically connected to the drain region.
상기 정전류 형성층은 상기 소스 영역에 인접한 영역으로 연장하는 터널 전계효과트랜지스터.8. The method of claim 7,
wherein the constant current forming layer extends into a region adjacent to the source region.
상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장하는 게이트 전극; 및
상기 핀 구조체와 상기 게이트 전극 사이에 제공되는 게이트 절연막;을 포함하되,
상기 핀 구조체는, 상기 핀 구조체의 하부에 제공되는 정전류 형성층, 및 상기 정전류 형성층 상에 제공되는 소스 영역 및 드레인 영역을 포함하고,
상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역은 각각 서로 다른 도전형들을 갖고,
상기 정전류 형성층은 상기 드레인 영역과 상기 정전류 형성층 사이에 정전류를 형성하는 터널 전계효과트랜지스터.a fin structure extending in a first direction;
a gate electrode extending in a second direction crossing the first direction; and
a gate insulating layer provided between the fin structure and the gate electrode;
The fin structure includes a constant current forming layer provided under the fin structure, and a source region and a drain region provided on the constant current forming layer,
The source region and the drain region each have different conductivity types,
The constant current forming layer is a tunnel field effect transistor for forming a constant current between the drain region and the constant current forming layer.
상기 핀 구조체는 상기 제2 방향을 따라 상기 게이트 전극과 중첩하는 터널 전계효과트랜지스터.10. The method of claim 9,
The fin structure is a tunnel field effect transistor overlapping the gate electrode in the second direction.
상기 정전류는 상기 게이트 전극에 인가되는 게이트 전압으로부터 독립적인 터널 전계효과트랜지스터.10. The method of claim 9,
The constant current is independent of the gate voltage applied to the gate electrode tunnel field effect transistor.
상기 정전류 형성층 및 상기 소스 영역은 제1 도전형을 갖고,
상기 드레인 전극은 제2 도전형을 갖는 터널 전계효과트랜지스터.10. The method of claim 9,
The constant current forming layer and the source region have a first conductivity type,
The drain electrode is a tunnel field effect transistor having a second conductivity type.
상기 핀 구조체는, 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역 사이에 제공되는 채널층을 더 포함하되,
상기 정전류 형성층의 도핑 농도는 상기 채널층의 도핑 농도보다 높은 터널 전계효과트랜지스터.10. The method of claim 9,
The fin structure further includes a channel layer provided between the source region and the drain region,
A doping concentration of the constant current forming layer is higher than a doping concentration of the channel layer.
상기 정전류 형성층의 도핑 농도는 3 X 1018 cm-3 이상인 터널 전계효과트랜지스터.14. The method of claim 13,
The doping concentration of the constant current forming layer is 3 X 10 18 cm -3 or more tunnel field effect transistor.
상기 드레인 영역과 상기 정전류 형성층 사이에 전기장이 형성되고,
상기 전기장의 세기는 106 V/cm 이상인 터널 전계효과트랜지스터.10. The method of claim 9,
An electric field is formed between the drain region and the constant current forming layer,
The electric field strength is 10 6 V/cm or more tunnel field effect transistor.
상기 정전류 형성층은 상기 드레인 영역에 인접하게 배치되어, 상기 드레인 영역에 전기적으로 연결되는 터널 전계효과트랜지스터.10. The method of claim 9,
The constant current forming layer is disposed adjacent to the drain region and electrically connected to the drain region.
상기 정전류 형성층은 상기 제1 방향으로 연장되어, 상기 소스 영역 및 상기 드레인 영역과 상기 제1 방향 및 상기 제2 방향에 교차하는 제3 방향을 따라 중첩하는 터널 전계효과트랜지스터.17. The method of claim 16,
The constant current forming layer extends in the first direction and overlaps the source region and the drain region in a third direction crossing the first direction and the second direction.
상기 제1 소스 영역 및 상기 제1 드레인 영역은 각각 서로 다른 도전형들을 갖고, 상기 제2 소스 영역 및 상기 제2 드레인 영역은 각각 서로 다른 도전형들을 가지며,
상기 제1 정전류 형성층은 상기 제1 드레인 영역과 상기 제1 정전류 형성층 사이에 제1 정전류를 형성하고, 상기 제2 정전류 형성층은 상기 제2 드레인 영역과 상기 제2 정전류 형성층 사이에 제2 정전류를 형성하는 삼진 인버터.a first constant current forming layer and a second constant current forming layer respectively provided on the first well region and the second well region, the first well region and the second well region, a first source region provided on the first constant current forming layer; a first channel layer, a first drain region, a second source region provided on the second constant current forming layer, a second channel layer, and on the second drain region, the first channel layer and the second channel layer A first gate electrode and a second gate electrode respectively provided; including,
the first source region and the first drain region each have different conductivity types, and the second source region and the second drain region have different conductivity types, respectively;
The first constant current forming layer forms a first constant current between the first drain region and the first constant current forming layer, and the second constant current forming layer forms a second constant current between the second drain region and the second constant current forming layer a ternary inverter.
상기 제1 정전류 및 제2 정전류는 각각 상기 제1 게이트 전극 및 상기 제2 게이트 전극에 인가되는 게이트 전압들로부터 독립적인 삼진 인버터.19. The method of claim 18,
The first constant current and the second constant current are independent from gate voltages applied to the first gate electrode and the second gate electrode, respectively.
상기 제1 정전류 형성층 및 상기 제1 소스 영역은 제1 도전형을 갖고,
상기 제1 드레인 전극은 상기 제1 도전형과 다른 제2 도전형을 가지며,
상기 제2 정전류 형성층 및 상기 제2 소스 영역은 상기 제2 도전형을 갖고,
상기 제2 드레인 전극은 상기 제1 도전형을 갖는 삼진 인버터.
19. The method of claim 18,
the first constant current forming layer and the first source region have a first conductivity type;
The first drain electrode has a second conductivity type different from the first conductivity type,
the second constant current forming layer and the second source region have the second conductivity type;
The second drain electrode is a ternary inverter having the first conductivity type.
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