JPH0888414A - 誘電体ベーストランジスタ - Google Patents
誘電体ベーストランジスタInfo
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- JPH0888414A JPH0888414A JP6221211A JP22121194A JPH0888414A JP H0888414 A JPH0888414 A JP H0888414A JP 6221211 A JP6221211 A JP 6221211A JP 22121194 A JP22121194 A JP 22121194A JP H0888414 A JPH0888414 A JP H0888414A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 誘電体ベーストランジスタに関し、制御電極
の制御性を高めることにより、電圧ゲイン及び超伝導電
流の制御性を高めると共に、製造工程を簡素化して生産
性を向上させる。 【構成】 誘電体からなるベース層2と、このベース層
2上にベース層より誘電率の低い低誘電体層3を介して
互いに近接させて設けたエミッタ電極4及びコレクタ電
極5とからなる誘電体ベーストランジスタにおいて、ベ
ース層2の電位を制御するためのベース電極6をエミッ
タ電極4及びコレクタ電極5と同じ側のベース層2の表
面に設ける。
の制御性を高めることにより、電圧ゲイン及び超伝導電
流の制御性を高めると共に、製造工程を簡素化して生産
性を向上させる。 【構成】 誘電体からなるベース層2と、このベース層
2上にベース層より誘電率の低い低誘電体層3を介して
互いに近接させて設けたエミッタ電極4及びコレクタ電
極5とからなる誘電体ベーストランジスタにおいて、ベ
ース層2の電位を制御するためのベース電極6をエミッ
タ電極4及びコレクタ電極5と同じ側のベース層2の表
面に設ける。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は誘電体ベーストランジス
タに関するものであり、特に、薄膜酸化物ベースを用い
た誘電体トランジスタの電極構造に関するものである。
タに関するものであり、特に、薄膜酸化物ベースを用い
た誘電体トランジスタの電極構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】現在、エレクトロニクス技術分野におい
ては、半導体トランジスタ等の半導体を用いた能動素子
が用いられており、能動素子としてはバイポーラトラン
ジスタ或いはMISFETが大半を占めており、また、
半導体材料としてもシリコンを中心として、ゲルマニウ
ム等のIV族半導体、或いは、GaAs等のIII-V族化合
物半導体が用いられている。
ては、半導体トランジスタ等の半導体を用いた能動素子
が用いられており、能動素子としてはバイポーラトラン
ジスタ或いはMISFETが大半を占めており、また、
半導体材料としてもシリコンを中心として、ゲルマニウ
ム等のIV族半導体、或いは、GaAs等のIII-V族化合
物半導体が用いられている。
【0003】これに対して、酸化物半導体を用いたトラ
ンジスタも提案されており、この様な酸化物半導体の多
くは、エネルギギャップが3eV以上であるため可視光
に対して透明であり、また、高誘電性或いは強誘電性等
の通常の半導体にはない特性を持つ。
ンジスタも提案されており、この様な酸化物半導体の多
くは、エネルギギャップが3eV以上であるため可視光
に対して透明であり、また、高誘電性或いは強誘電性等
の通常の半導体にはない特性を持つ。
【0004】また、酸化物のなかには、高温超伝導体の
ように通常の超伝導体よりも高い77K付近の温度で超
伝導性を示すものもあり、このような酸化物の特性を積
極的に利用することにより、強誘電性を利用した不揮発
性メモリ、可視光に対する透明性を利用した表示デバイ
ス、或いは、超伝導性を利用した超伝導スイッチ等の機
能的なデバイスの作製が可能になる。
ように通常の超伝導体よりも高い77K付近の温度で超
伝導性を示すものもあり、このような酸化物の特性を積
極的に利用することにより、強誘電性を利用した不揮発
性メモリ、可視光に対する透明性を利用した表示デバイ
ス、或いは、超伝導性を利用した超伝導スイッチ等の機
能的なデバイスの作製が可能になる。
【0005】このような酸化物を利用した誘電体ベース
トランジスタの原理、構造、及び、特性を図6及び図7
を用いて説明する。図6(a)は誘電体ベーストランジ
スタの概念的構成を示すものであり、図6(b)は無バ
イアス時のバンドダイヤグラムを示し、図6(c)はバ
イアス時のバンドダイヤグラムを示すものである。ま
た、図7(a)は従来の誘電体ベーストランジスタの具
体的構造であり、図7(b)は一般的な誘電体ベースト
ランジスタの特性を示すものであり、図7(c)はエミ
ッタ・コレクタの間隔を50nm程度にした場合の特性
を示すものである。
トランジスタの原理、構造、及び、特性を図6及び図7
を用いて説明する。図6(a)は誘電体ベーストランジ
スタの概念的構成を示すものであり、図6(b)は無バ
イアス時のバンドダイヤグラムを示し、図6(c)はバ
イアス時のバンドダイヤグラムを示すものである。ま
た、図7(a)は従来の誘電体ベーストランジスタの具
体的構造であり、図7(b)は一般的な誘電体ベースト
ランジスタの特性を示すものであり、図7(c)はエミ
ッタ・コレクタの間隔を50nm程度にした場合の特性
を示すものである。
【0006】図6参照 誘電体ベーストランジスタは、エミッタ電極4及びコレ
クタ電極5からなる一対の電流印加電極、及び、この電
流印加電極間に設けられた酸化物半導体からなるベース
層2によって構成され、このベース層2の電位を制御電
極であるベース電極6により制御してベース層2にチャ
ネルを形成して流れる電流を制御するものである。
クタ電極5からなる一対の電流印加電極、及び、この電
流印加電極間に設けられた酸化物半導体からなるベース
層2によって構成され、このベース層2の電位を制御電
極であるベース電極6により制御してベース層2にチャ
ネルを形成して流れる電流を制御するものである。
【0007】実際には、図に示すように電流印加電極
4,5と酸化物半導体ベース層2との間にベース層2の
誘電率より低い誘電率を有する低誘電体層3を介在させ
ることにより、電流印加電極4,5とベース電極6間の
静電容量を低減させ特性を向上させている。また、動作
においては、図6(b)及び(c)に示すように、エミ
ッタ電極4から注入された電子は拡散やドリフトによっ
てベース層2を走行してコレクタ電極5に達する。
4,5と酸化物半導体ベース層2との間にベース層2の
誘電率より低い誘電率を有する低誘電体層3を介在させ
ることにより、電流印加電極4,5とベース電極6間の
静電容量を低減させ特性を向上させている。また、動作
においては、図6(b)及び(c)に示すように、エミ
ッタ電極4から注入された電子は拡散やドリフトによっ
てベース層2を走行してコレクタ電極5に達する。
【0008】図7(a)参照 図7(a)は、実際に提案されている誘電体ベーストラ
ンジスタの具体的構造を示すものであり、誘電率の高い
SrTiO3 からなる酸化物半導体をベース層2として
用いると共に、ベース層2上にZnO等の誘電率の低い
低誘電体層3を介してエミッタ電極4及びコレクタ電極
5を所定間隔だけ離して設ける。なお、制御電極である
ベース電極6はベース層2の裏面に設け、このベース電
極6に加えた電圧によりエミッタ・コレクタ間の電流を
制御するものであり、また、7はSiO2 等の保護膜で
ある。
ンジスタの具体的構造を示すものであり、誘電率の高い
SrTiO3 からなる酸化物半導体をベース層2として
用いると共に、ベース層2上にZnO等の誘電率の低い
低誘電体層3を介してエミッタ電極4及びコレクタ電極
5を所定間隔だけ離して設ける。なお、制御電極である
ベース電極6はベース層2の裏面に設け、このベース電
極6に加えた電圧によりエミッタ・コレクタ間の電流を
制御するものであり、また、7はSiO2 等の保護膜で
ある。
【0009】図7(b)及び図7(c)参照 図7(b)は、図7(a)に示した誘電体ベーストラン
ジスタの特性を示すものであり、電流ゲインはFETと
同様に大きな値になるものの、電圧ゲインは約3であ
る。また、図7(c)は電極4〜6をNb等の超伝導体
で構成し、SrTiO3 層2の低誘電体層3に接する部
分に1019cm-3にドープしたn型ドープ領域を設ける
と共に、エミッタ電極4とコレクタ電極5との間隔を5
0nm程度にした場合に特性を示すものであり、超伝導
電流が流れることが確認できる。
ジスタの特性を示すものであり、電流ゲインはFETと
同様に大きな値になるものの、電圧ゲインは約3であ
る。また、図7(c)は電極4〜6をNb等の超伝導体
で構成し、SrTiO3 層2の低誘電体層3に接する部
分に1019cm-3にドープしたn型ドープ領域を設ける
と共に、エミッタ電極4とコレクタ電極5との間隔を5
0nm程度にした場合に特性を示すものであり、超伝導
電流が流れることが確認できる。
【0010】この超伝導電流は、所謂近接効果によって
流れるものである。即ち、超伝導体からなるエミッタ電
極4及びコレクタ電極5においては、電子はクーパー対
を形成して超伝導状態になっており、この対を形成した
電子が常伝導体であるSrTiO3 からなるベース層2
に注入されると、時間の経過とともにクーパー対は壊れ
てその密度が減少するものの、ベース層2の厚さが50
nm程度の場合には、クーパー対の多くが超伝導体から
なるコレクタに到達し、超伝導電流として観測される。
流れるものである。即ち、超伝導体からなるエミッタ電
極4及びコレクタ電極5においては、電子はクーパー対
を形成して超伝導状態になっており、この対を形成した
電子が常伝導体であるSrTiO3 からなるベース層2
に注入されると、時間の経過とともにクーパー対は壊れ
てその密度が減少するものの、ベース層2の厚さが50
nm程度の場合には、クーパー対の多くが超伝導体から
なるコレクタに到達し、超伝導電流として観測される。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の誘電体
ベーストランジスタにおいては、電圧ゲインが3程度と
トランジスタとしては小さいという問題があり、また、
図7(c)に示すように超伝導電流を制御する場合に
は、n型ドープ領域の電子密度が大きすぎるため、制御
電圧に対する特性の変化が小さいという問題がある。
ベーストランジスタにおいては、電圧ゲインが3程度と
トランジスタとしては小さいという問題があり、また、
図7(c)に示すように超伝導電流を制御する場合に
は、n型ドープ領域の電子密度が大きすぎるため、制御
電圧に対する特性の変化が小さいという問題がある。
【0012】即ち、誘電体ベーストランジスタにおいて
は、ベース電極6に電圧変化を与えた場合、ベース層2
のベース電極寄りに形成されるチャネル領域の電位が変
化することになるが、チャネル領域のドープ量が多い場
合に電位変化というよりはキャリア密度が変化し、結果
としてチャネル抵抗が変化することになる。
は、ベース電極6に電圧変化を与えた場合、ベース層2
のベース電極寄りに形成されるチャネル領域の電位が変
化することになるが、チャネル領域のドープ量が多い場
合に電位変化というよりはキャリア密度が変化し、結果
としてチャネル抵抗が変化することになる。
【0013】そして、トランジスタに流れる電流がエミ
ッタ電極4からベース層2に注入される電流によって決
定される場合には、電流はベース層2の電位により決定
されるので、小さな制御電圧でベース層の電位が大きく
変化するならば、トランジスタの電流の変化も大きくな
る。また、電流がベース層2内での抵抗、即ち、キャリ
ア密度及び移動度により決定される場合には、小さな制
御電圧でキャリア密度の変化が大きいならば、トランジ
スタの電流の変化も大きくなり、これらの変化の程度に
より制御電極の制御性が評価されることになる。
ッタ電極4からベース層2に注入される電流によって決
定される場合には、電流はベース層2の電位により決定
されるので、小さな制御電圧でベース層の電位が大きく
変化するならば、トランジスタの電流の変化も大きくな
る。また、電流がベース層2内での抵抗、即ち、キャリ
ア密度及び移動度により決定される場合には、小さな制
御電圧でキャリア密度の変化が大きいならば、トランジ
スタの電流の変化も大きくなり、これらの変化の程度に
より制御電極の制御性が評価されることになる。
【0014】上記の図7の場合には、チャネル領域を構
成するドープされたn型ドープ領域のキャリア密度、即
ち、電子密度が大きいので、電流は電子密度により決定
されることになるが、この素子の場合にはn型ドープ領
域の電子密度が大きすぎるために、制御電圧の変化に対
する電子密度の変化が小さく、制御電極の制御性が低い
ということになる。
成するドープされたn型ドープ領域のキャリア密度、即
ち、電子密度が大きいので、電流は電子密度により決定
されることになるが、この素子の場合にはn型ドープ領
域の電子密度が大きすぎるために、制御電圧の変化に対
する電子密度の変化が小さく、制御電極の制御性が低い
ということになる。
【0015】さらに、図6に示した概念的構成におい
て、キャリアのコレクタへの到達率を高めるためにエミ
ッタ電極4とコレクタ電極5との間に設けるベース層2
の厚さを薄くしようとする場合には、高度の薄膜形成技
術が必要となり、生産性に問題が生ずることになる。
て、キャリアのコレクタへの到達率を高めるためにエミ
ッタ電極4とコレクタ電極5との間に設けるベース層2
の厚さを薄くしようとする場合には、高度の薄膜形成技
術が必要となり、生産性に問題が生ずることになる。
【0016】したがって、本発明は、誘電体ベーストラ
ンジスタにおいて、制御電極の制御性を高めて、電圧ゲ
イン及び超伝導電流の制御性を高めると共に、製造工程
を簡素化して生産性を向上することを目的とする。
ンジスタにおいて、制御電極の制御性を高めて、電圧ゲ
イン及び超伝導電流の制御性を高めると共に、製造工程
を簡素化して生産性を向上することを目的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】図1は、本発明の原理的
構成を説明するための素子断面を示す図であり、図1を
用いて本発明の課題を解決するための手段を説明する
と、本発明は、誘電体からなるベース層2と、このベー
ス層2上にベース層2より誘電率の低い低誘電体層3を
介して互いに近接させて設けたエミッタ電極4及びコレ
クタ電極5とからなる誘電体ベーストランジスタにおい
て、ベース層2の電位を制御するためのベース電極6を
エミッタ電極4及びコレクタ電極5と同じ側のベース層
2の表面に設けたことを特徴とするものである。
構成を説明するための素子断面を示す図であり、図1を
用いて本発明の課題を解決するための手段を説明する
と、本発明は、誘電体からなるベース層2と、このベー
ス層2上にベース層2より誘電率の低い低誘電体層3を
介して互いに近接させて設けたエミッタ電極4及びコレ
クタ電極5とからなる誘電体ベーストランジスタにおい
て、ベース層2の電位を制御するためのベース電極6を
エミッタ電極4及びコレクタ電極5と同じ側のベース層
2の表面に設けたことを特徴とするものである。
【0018】また、本発明は、ベース電極6をエミッタ
電極4及びコレクタ電極5を取り囲むように設けたこと
を特徴とし、さらに、本発明は、ベース層2の背面にベ
ース電極6と電気的に接続する背面電極を設けたことを
特徴とする。
電極4及びコレクタ電極5を取り囲むように設けたこと
を特徴とし、さらに、本発明は、ベース層2の背面にベ
ース電極6と電気的に接続する背面電極を設けたことを
特徴とする。
【0019】また、本発明は、ベース電極6とベース層
2との間にキャリアの移動を妨げるバリア層を設けたこ
とを特徴とし、更に、ベース電極6とベース層2との間
に強誘電体層を設けることも特徴とする。
2との間にキャリアの移動を妨げるバリア層を設けたこ
とを特徴とし、更に、ベース電極6とベース層2との間
に強誘電体層を設けることも特徴とする。
【0020】
【作用】本発明の作用を図2を用いて説明する。図2
(a)はベース層2の低誘電体層3と接する部分に10
19cm-3程度のn型不純物をドープしたn型ドープ領域
11を設けた従来の誘電体ベーストランジスタの制御電
極の制御性をモデル的に説明するための素子断面であ
り、図2(b)は、本発明の制御電極の制御性をモデル
的に説明するための素子断面である。
(a)はベース層2の低誘電体層3と接する部分に10
19cm-3程度のn型不純物をドープしたn型ドープ領域
11を設けた従来の誘電体ベーストランジスタの制御電
極の制御性をモデル的に説明するための素子断面であ
り、図2(b)は、本発明の制御電極の制御性をモデル
的に説明するための素子断面である。
【0021】この場合に、制御電極の制御性は、制御電
極であるベース電極6とn型ドープ領域11との間の静
電容量で決まることになる。即ち、この場合の静電容量
とは、制御電圧の変化によりn型ドープ領域のキャリア
量がどの程度変化するかを表す量であるので、このn型
ドープ領域の単位面積が制御電極に対して持つ静電容量
が大きいほど制御性が大きいことになる。
極であるベース電極6とn型ドープ領域11との間の静
電容量で決まることになる。即ち、この場合の静電容量
とは、制御電圧の変化によりn型ドープ領域のキャリア
量がどの程度変化するかを表す量であるので、このn型
ドープ領域の単位面積が制御電極に対して持つ静電容量
が大きいほど制御性が大きいことになる。
【0022】図2において、制御電極6の幅が無限大で
あるという近似を用いてこのモデルの静電容量Cを求め
ると、図2(a)の従来の場合には、以下の(1)式の
ようになる。
あるという近似を用いてこのモデルの静電容量Cを求め
ると、図2(a)の従来の場合には、以下の(1)式の
ようになる。
【数1】
【0023】また、図2(b)の本発明の場合には、静
電容量Cは上記の(1)式で与えられるが、kの値は、
k=d/(d+2w)となる。但し、wはn型ドープ領
域11と制御電極(ベース電極)6との間のギャップで
ある。
電容量Cは上記の(1)式で与えられるが、kの値は、
k=d/(d+2w)となる。但し、wはn型ドープ領
域11と制御電極(ベース電極)6との間のギャップで
ある。
【0024】この場合、例えば、ベース層2を厚さhが
400μmのSrTiO3 層で構成し、n型ドープ領域
11の幅dを20μm、n型ドープ領域11と制御電極
6とのギャップwを2μm、SrTiO3 層の比誘電率
を2000(4.2K)とすると、従来例では単位面積
当たり0.65μF/cm2 であった静電容量は、本発
明においては2.1μF/cm2 となり、大幅な改善が
得られる。
400μmのSrTiO3 層で構成し、n型ドープ領域
11の幅dを20μm、n型ドープ領域11と制御電極
6とのギャップwを2μm、SrTiO3 層の比誘電率
を2000(4.2K)とすると、従来例では単位面積
当たり0.65μF/cm2 であった静電容量は、本発
明においては2.1μF/cm2 となり、大幅な改善が
得られる。
【0025】上記のモデル計算では、図に示した素子の
断面構造が紙面に垂直に無限に続いている二次元モデル
を用いて計算したが、制御電極をエミッタ電極及びコレ
クタ電極を取り囲むように設けた場合にも、同様な効果
が得られる。
断面構造が紙面に垂直に無限に続いている二次元モデル
を用いて計算したが、制御電極をエミッタ電極及びコレ
クタ電極を取り囲むように設けた場合にも、同様な効果
が得られる。
【0026】したがって、制御電極(ベース電極)とエ
ミッタ電極及びコレクタ電極とを、ベース層の同じ側に
設けたので、制御電極の制御性が向上し、電圧ゲイン及
び相互コンダクタンス等のゲインパラメータが向上し、
また、薄膜ベース層の表面をチャネル領域として用いる
ためにゲインを低下させない程度の比較的厚い薄膜の使
用が可能になるので、高度の薄膜形成技術を必要とせ
ず、且つ、全ての電極を同じ側に設けるので製造工程が
簡素化される。
ミッタ電極及びコレクタ電極とを、ベース層の同じ側に
設けたので、制御電極の制御性が向上し、電圧ゲイン及
び相互コンダクタンス等のゲインパラメータが向上し、
また、薄膜ベース層の表面をチャネル領域として用いる
ためにゲインを低下させない程度の比較的厚い薄膜の使
用が可能になるので、高度の薄膜形成技術を必要とせ
ず、且つ、全ての電極を同じ側に設けるので製造工程が
簡素化される。
【0027】また、ベース電極6をエミッタ電極4及び
コレクタ電極5を取り囲むように設けたことにより、制
御電極の制御性は更に高まり、さらに、ベース電極6に
電気的に接続する背面電極をベース層2の背面にも設け
たことにより、チャネル領域が外部からシールドされる
ので、動作がより安定になる。
コレクタ電極5を取り囲むように設けたことにより、制
御電極の制御性は更に高まり、さらに、ベース電極6に
電気的に接続する背面電極をベース層2の背面にも設け
たことにより、チャネル領域が外部からシールドされる
ので、動作がより安定になる。
【0028】また、ベース電極6とベース層2との間に
キャリアの移動を妨げるバリア層を設けたことにより、
ノーマリオフ型のトランジスタを実現することができ、
さらに、ベース電極6とベース層2との間に強誘電体層
を設けることにより、メモリ作用を有するトランジスタ
を実現することができる。
キャリアの移動を妨げるバリア層を設けたことにより、
ノーマリオフ型のトランジスタを実現することができ、
さらに、ベース電極6とベース層2との間に強誘電体層
を設けることにより、メモリ作用を有するトランジスタ
を実現することができる。
【0029】
【実施例】図3は、本発明の誘電体ベーストランジスタ
の第1の実施例を示す図である。 図3(a)及び(b)参照 まず、サファイア等の絶縁基板1上にNbを0.1重量
%ドープしたn型のSrTiO3 薄膜を500nm堆積
し、次いで、SrTiO3 より低誘電率のZnOを10
nm堆積させた後、パターニングすることによりベース
層2、及び、低誘電体層3を形成する。
の第1の実施例を示す図である。 図3(a)及び(b)参照 まず、サファイア等の絶縁基板1上にNbを0.1重量
%ドープしたn型のSrTiO3 薄膜を500nm堆積
し、次いで、SrTiO3 より低誘電率のZnOを10
nm堆積させた後、パターニングすることによりベース
層2、及び、低誘電体層3を形成する。
【0030】次いで、超伝導体であるNbにより、厚さ
200nmのエミッタ電極4及びコレクタ電極5と厚さ
200nmのベース電極6を形成し、SiO2 等の保護
膜7を介してエミッタ引出電極8及びコレクタ引出電極
9を設ける。なお、図3(b)は電極の平面パターンを
明らかにするために、図3(a)における保護膜7と引
出電極8,9を除去した場合における上面から見た状態
を示すものである。
200nmのエミッタ電極4及びコレクタ電極5と厚さ
200nmのベース電極6を形成し、SiO2 等の保護
膜7を介してエミッタ引出電極8及びコレクタ引出電極
9を設ける。なお、図3(b)は電極の平面パターンを
明らかにするために、図3(a)における保護膜7と引
出電極8,9を除去した場合における上面から見た状態
を示すものである。
【0031】この場合には、制御電極を構成するNbと
ベース層を構成するSrTiO3 との接触電位差により
ノーマリオン動作するものであるが、上述のように静電
容量Cが、電極配置により従来に比べて約3.2倍向上
するので、電圧ゲインも約10になり、大幅に特性が改
善される。また、この例において、低誘電体層に接して
2×1019cm-3程度のn型不純物をドープしたn型ド
ープ領域を設けた場合の電流−電圧特性を図3(c)に
示す。
ベース層を構成するSrTiO3 との接触電位差により
ノーマリオン動作するものであるが、上述のように静電
容量Cが、電極配置により従来に比べて約3.2倍向上
するので、電圧ゲインも約10になり、大幅に特性が改
善される。また、この例において、低誘電体層に接して
2×1019cm-3程度のn型不純物をドープしたn型ド
ープ領域を設けた場合の電流−電圧特性を図3(c)に
示す。
【0032】図3(c)参照 図3(c)に示す本発明の超伝導電流の特性を、図7
(c)に示す従来例の超伝導電流特性とを比較すると、
同一の制御電圧(VBE)の変化により、IC が約3倍変
化していることが分かり、従って、超伝導電流の制御性
も約3倍向上したことになる。
(c)に示す従来例の超伝導電流特性とを比較すると、
同一の制御電圧(VBE)の変化により、IC が約3倍変
化していることが分かり、従って、超伝導電流の制御性
も約3倍向上したことになる。
【0033】図4(a)参照 図4(a)は、本発明の誘電体ベーストランジスタの第
2の実施例を説明する図であり、電極の平面パターンを
明らかにするために、保護膜と引出電極を除去した場合
における上面からみた状態を示すものであり、電極配置
以外の構成は第1の実施例と同様である。
2の実施例を説明する図であり、電極の平面パターンを
明らかにするために、保護膜と引出電極を除去した場合
における上面からみた状態を示すものであり、電極配置
以外の構成は第1の実施例と同様である。
【0034】この第2の実施例は、ベース電極6を、そ
の平面パターンにおいて、エミッタ電極4及びコレクタ
電極5とを完全に取り囲むように設けたものであり、こ
のような電極配置により、制御電極の制御性が更に50
%程度向上する。
の平面パターンにおいて、エミッタ電極4及びコレクタ
電極5とを完全に取り囲むように設けたものであり、こ
のような電極配置により、制御電極の制御性が更に50
%程度向上する。
【0035】図4(b)参照 図4(b)は本発明の誘電体ベーストランジスタの第3
の実施例を説明するための素子断面を示すものであり、
電極配置以外の構成は第1の実施例と同様である。この
第3の実施例においては、ベース層2の絶縁基板1と対
向する側の面に厚さ50nmのPtからなるベース電極
と電気的に接続された背面電極、即ち、背面ベース電極
12を設けており、このような電極構造によりチャネル
領域が外部の影響からシールドされるので、より安定し
た動作特性が得られる。
の実施例を説明するための素子断面を示すものであり、
電極配置以外の構成は第1の実施例と同様である。この
第3の実施例においては、ベース層2の絶縁基板1と対
向する側の面に厚さ50nmのPtからなるベース電極
と電気的に接続された背面電極、即ち、背面ベース電極
12を設けており、このような電極構造によりチャネル
領域が外部の影響からシールドされるので、より安定し
た動作特性が得られる。
【0036】図5(a)参照 図5(a)は本発明の誘電体ベーストランジスタの第4
の実施例を説明するための素子断面を示すものであり、
ベース層2としてノン・ドープのSrTiO3層を用い
ると共に、制御電極6とベース層2との間に厚さ5nm
の絶縁性のCeO2 薄膜からなるバリア層13を挿入し
たもので、その他の構成は、第1の実施例と同様であ
る。
の実施例を説明するための素子断面を示すものであり、
ベース層2としてノン・ドープのSrTiO3層を用い
ると共に、制御電極6とベース層2との間に厚さ5nm
の絶縁性のCeO2 薄膜からなるバリア層13を挿入し
たもので、その他の構成は、第1の実施例と同様であ
る。
【0037】この様に、ノン・ドープのSrTiO3 を
用いた場合には、上記の第1乃至第3の実施例とは異な
り、ノーマリオフ特性が得られるが、上記の様に制御電
極6とベース層2との間にバリア層13を設けることに
より、オン電圧を印加した時にベース層2の表面のチャ
ネル領域を流れる電子が制御電極に流れ込むのが阻止で
きるため、正常なノーマリオフ型のトランジスタ特性を
得ることができる。なお、詳しい機構は不明であるが、
バリア作用はCeO2 とSrTiO3 とのバンド・ギャ
ップの差によるものと考えられる。
用いた場合には、上記の第1乃至第3の実施例とは異な
り、ノーマリオフ特性が得られるが、上記の様に制御電
極6とベース層2との間にバリア層13を設けることに
より、オン電圧を印加した時にベース層2の表面のチャ
ネル領域を流れる電子が制御電極に流れ込むのが阻止で
きるため、正常なノーマリオフ型のトランジスタ特性を
得ることができる。なお、詳しい機構は不明であるが、
バリア作用はCeO2 とSrTiO3 とのバンド・ギャ
ップの差によるものと考えられる。
【0038】図5(b)参照 図5(b)は本発明の誘電体ベーストランジスタの第5
の実施例を説明するための素子断面を示すものであり、
制御電極6とベース層2との間に厚さ200nmのPZ
T(PbZr0.52Ti0.48O3 )からなる強誘電体層1
4を挿入したもので、その他の構成は、第1の実施例と
同様である。
の実施例を説明するための素子断面を示すものであり、
制御電極6とベース層2との間に厚さ200nmのPZ
T(PbZr0.52Ti0.48O3 )からなる強誘電体層1
4を挿入したもので、その他の構成は、第1の実施例と
同様である。
【0039】この第5の実施例の場合には、強誘電体層
の自発分極の向きにより、同じ制御電圧を印加した場合
にも、チャネル領域の電位或いはキャリア密度が異なる
ことになるので、トランジスタ特性が異なることにな
る。そして、この分極の向きは制御電圧に印加する電圧
によって反転させることができるので、過去に制御電圧
に加えた電圧によりトランジスタ特性が異なることにな
り、メモリとして使用することができる。
の自発分極の向きにより、同じ制御電圧を印加した場合
にも、チャネル領域の電位或いはキャリア密度が異なる
ことになるので、トランジスタ特性が異なることにな
る。そして、この分極の向きは制御電圧に印加する電圧
によって反転させることができるので、過去に制御電圧
に加えた電圧によりトランジスタ特性が異なることにな
り、メモリとして使用することができる。
【0040】また、この場合には、制御電極6はベース
層2の表面に設けるものであるため、強誘電体層14も
表面に設けることになるので、PZTのような高温に弱
い強誘電体薄膜の使用も可能になる。
層2の表面に設けるものであるため、強誘電体層14も
表面に設けることになるので、PZTのような高温に弱
い強誘電体薄膜の使用も可能になる。
【0041】なお、上記各実施例においては、低誘電体
層3はエミッタ電極4とコレクタ電極5との間におい
て、連続した構成になっているが、図7の従来例に示す
ように、エミッタ電極4とコレクタ電極5との間におい
て分離して設けても良く、また、ベース層2としてはS
rTiO3 を用いているが、SrTiO3 と同様の他の
ペロブスカイト系の酸化物を用いても良いものである。
さらに、上記の各実施例においては矩形状パターンによ
り説明しているが、本発明は矩形状パターンに限られる
ものではない。
層3はエミッタ電極4とコレクタ電極5との間におい
て、連続した構成になっているが、図7の従来例に示す
ように、エミッタ電極4とコレクタ電極5との間におい
て分離して設けても良く、また、ベース層2としてはS
rTiO3 を用いているが、SrTiO3 と同様の他の
ペロブスカイト系の酸化物を用いても良いものである。
さらに、上記の各実施例においては矩形状パターンによ
り説明しているが、本発明は矩形状パターンに限られる
ものではない。
【0042】
【発明の効果】本発明によれば、制御電極とエミッタ電
極及びコレクタ電極とを同じ側の面に設けたので、制御
電極の制御性が向上することにより、電圧ゲインが向上
すると共に、超伝導電流の制御性も向上し、さらには、
製造工程も簡素化されるので生産性も向上する。
極及びコレクタ電極とを同じ側の面に設けたので、制御
電極の制御性が向上することにより、電圧ゲインが向上
すると共に、超伝導電流の制御性も向上し、さらには、
製造工程も簡素化されるので生産性も向上する。
【図1】本発明の原理的構成を説明する図である。
【図2】本発明の作用を説明する図である。
【図3】本発明の第1の実施例を説明する図である。
【図4】本発明の第2及び第3の実施例を説明する図で
ある。
ある。
【図5】本発明の第4及び第5の実施例を説明する図で
ある。
ある。
【図6】誘電体ベーストランジスタの概念的構成を説明
する図である。
する図である。
【図7】従来の誘電体ベーストランジスタを説明する図
である。
である。
1 絶縁基板 2 ベース層 3 低誘電体層 4 エミッタ電極 5 コレクタ電極 6 ベース電極(制御電極) 7 保護膜 8 エミッタ引出電極 9 コレクタ引出電極 10 ベース引出電極 11 n型ドープ領域 12 背面ベース電極 13 バリア層 14 強誘電体層
Claims (10)
- 【請求項1】 誘電体からなるベース層と、前記ベース
層上に前記ベース層より誘電率の低い低誘電体層を介し
て互いに近接させて設けたエミッタ電極及びコレクタ電
極とからなる誘電体ベーストランジスタにおいて、前記
ベース層の電位を制御するためのベース電極を前記エミ
ッタ電極及びコレクタ電極と同じ側の前記ベース層の表
面に設けたことを特徴とする誘電体ベーストランジス
タ。 - 【請求項2】 上記ベース層を絶縁基板上に設けた薄膜
誘電体により構成したことを特徴とする請求項1記載の
誘電体ベーストランジスタ。 - 【請求項3】 上記エミッタ電極及びコレクタ電極が超
伝導体からなることを特徴とする請求項1または2に記
載の誘電体ベーストランジスタ。 - 【請求項4】 上記ベース電極を、上記エミッタ電極及
びコレクタ電極を取り囲むように設けたことを特徴とす
る請求項1ないし3のいずれか1項に記載の誘電体ベー
ストランジスタ。 - 【請求項5】 上記ベース層の背面に、上記ベース電極
と電気的に接続された背面電極を設けたことを特徴とす
る請求項1ないし4のいずれか1項に記載の誘電体ベー
ストランジスタ。 - 【請求項6】 上記ベース電極と上記ベース層との間に
強誘電体層を設けたことを特徴とする請求項1ないし5
のいずれか1項に記載の誘電体ベーストランジスタ。 - 【請求項7】 上記ベース層をn型不純物をドープした
SrTiO3 で構成したことを特徴とする請求項1ない
し6のいずれか1項に記載の誘電体ベーストランジス
タ。 - 【請求項8】 上記ベース層の上記低誘電体層と接する
領域にn型不純物を更にドープして高不純物濃度領域を
設けたことを特徴とする請求項7記載の誘電体ベースト
ランジスタ。 - 【請求項9】 上記ベース電極と上記ベース層との間に
キャリアに対するバリア層を設けたことを特徴とする請
求項1ないし5のいずれか1項に記載の誘電体ベースト
ランジスタ。 - 【請求項10】 上記ベース層をノン・ドープのSrT
iO3 で構成したことを特徴とする請求項9記載の誘電
体ベーストランジスタ。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6221211A JPH0888414A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 誘電体ベーストランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6221211A JPH0888414A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 誘電体ベーストランジスタ |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0888414A true JPH0888414A (ja) | 1996-04-02 |
Family
ID=16763211
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6221211A Withdrawn JPH0888414A (ja) | 1994-09-16 | 1994-09-16 | 誘電体ベーストランジスタ |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0888414A (ja) |
-
1994
- 1994-09-16 JP JP6221211A patent/JPH0888414A/ja not_active Withdrawn
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20011120 |