JP3198766B2 - 電導度変調型トランジスタ - Google Patents
電導度変調型トランジスタInfo
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- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D12/00—Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
- H10D12/411—Insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
- H10D12/441—Vertical IGBTs
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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- H10D62/00—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers
- H10D62/80—Semiconductor bodies, or regions thereof, of devices having potential barriers characterised by the materials
- H10D62/82—Heterojunctions
- H10D62/822—Heterojunctions comprising only Group IV materials heterojunctions, e.g. Si/Ge heterojunctions
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- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、電導度変調型トランジ
スタに関し、立ち上り電圧を下げるようにしたものであ
る。
スタに関し、立ち上り電圧を下げるようにしたものであ
る。
【0002】
【従来の技術】従来の電導度変調型トランジスタとして
は、例えば図5に示すようなものがある。高濃度のP型
基板1上には実質的にドレインとして機能する低濃度の
N型ドリフト領域3が形成され、N型ドリフト領域3の
表面側の所定箇所にP型ボディ領域4が形成され、さら
にP型ボディ領域4の表面側の所定箇所に高濃度のN型
ソース領域5が形成されている。またN型ソース領域5
とN型ドリフト領域3の間におけるP型ボディ領域4上
には、P型ボディ領域4の表面側にチャネルを誘起させ
るためのゲート電極6がゲート酸化膜を介して形成され
ている。上記の基板及びP型、N型の各領域はSi半導
体材料で形成されている。
は、例えば図5に示すようなものがある。高濃度のP型
基板1上には実質的にドレインとして機能する低濃度の
N型ドリフト領域3が形成され、N型ドリフト領域3の
表面側の所定箇所にP型ボディ領域4が形成され、さら
にP型ボディ領域4の表面側の所定箇所に高濃度のN型
ソース領域5が形成されている。またN型ソース領域5
とN型ドリフト領域3の間におけるP型ボディ領域4上
には、P型ボディ領域4の表面側にチャネルを誘起させ
るためのゲート電極6がゲート酸化膜を介して形成され
ている。上記の基板及びP型、N型の各領域はSi半導
体材料で形成されている。
【0003】そしてドレイン電極Dに所要値の正電圧が
加えられ、ゲート電極6に閾値以上のゲート電圧が印加
されると、ゲート電極6直下のP型ボディ領域4の表面
層にチャネルが誘起されてN型ソース領域5からN型ド
リフト領域3へ電子が流れる。それに従って高濃度のP
型基板1からN型ドリフト領域3へ正孔が注入され、N
型ドリフト領域3内には高濃度の電子と正孔が存在する
ことになって電導度変調が起きる。その結果、動作時の
オン抵抗が減少し、電力損失が小さくなる。但し従来の
電導度変調型トランジスタでは、P型基板1とN型ドリ
フト領域3の間にできているPN接合はSiで形成され
ているため、図6(b)に示すように、このPN接合に
約1eVの障壁が存在している。従ってP型基板1から
N型ドリフト領域3へ正孔が注入されて電流が流れるた
めには、上記のPN接合間に約1Vの電圧をかける必要
がある。その結果、図6(a)に示されているように、
電流が流れるためには、約1Vの立ち上り電圧Vf が必
要になる。
加えられ、ゲート電極6に閾値以上のゲート電圧が印加
されると、ゲート電極6直下のP型ボディ領域4の表面
層にチャネルが誘起されてN型ソース領域5からN型ド
リフト領域3へ電子が流れる。それに従って高濃度のP
型基板1からN型ドリフト領域3へ正孔が注入され、N
型ドリフト領域3内には高濃度の電子と正孔が存在する
ことになって電導度変調が起きる。その結果、動作時の
オン抵抗が減少し、電力損失が小さくなる。但し従来の
電導度変調型トランジスタでは、P型基板1とN型ドリ
フト領域3の間にできているPN接合はSiで形成され
ているため、図6(b)に示すように、このPN接合に
約1eVの障壁が存在している。従ってP型基板1から
N型ドリフト領域3へ正孔が注入されて電流が流れるた
めには、上記のPN接合間に約1Vの電圧をかける必要
がある。その結果、図6(a)に示されているように、
電流が流れるためには、約1Vの立ち上り電圧Vf が必
要になる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来の電導度変調型ト
ランジスタは、電流を流すには約1Vの立ち上り電圧が
必要となっていたため電力損失(電流×立ち上り電圧)
を十分小さくすることが難しいという問題があった。
ランジスタは、電流を流すには約1Vの立ち上り電圧が
必要となっていたため電力損失(電流×立ち上り電圧)
を十分小さくすることが難しいという問題があった。
【0005】本発明は、このような従来の問題に着目し
てなされたもので、立ち上り電圧を下げて電力損失を十
分小さくすることができるとともに、立ち上り電圧を下
げるために禁制帯幅の小さい半導体材料を用いても動作
可能最高温度を低下させることのない電導度変調型トラ
ンジスタを提供することを目的とする。
てなされたもので、立ち上り電圧を下げて電力損失を十
分小さくすることができるとともに、立ち上り電圧を下
げるために禁制帯幅の小さい半導体材料を用いても動作
可能最高温度を低下させることのない電導度変調型トラ
ンジスタを提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、第1の電位が印加される第1のP型領域
と、1のP型領域に隣接する第1のN型領域と、1のN
型領域に隣接する第2のN型領域と、第2のN型領域に
隣接する第2のP型領域と、2のP型領域に隣接し前記
第1の電位より低い第2の電位が印加される第3のN型
領域とを有する電導度変調型トランジスタであって、第
1及び第2のN型領域は、第1のN型領域よりも第2の
N型領域の方を禁制帯幅の大きい半導体材料で形成し、
かつ第1のP型領域及び第2のP型領域は、第1のP型
領域と第1のN型領域の接合による第1のP型領域から
第1のN型領域へ正孔の障壁に対し、第2のN型領域と
第2のP型領域の接合による第2のN型領域から第2の
P型領域への正孔の障壁の方が高くなるような半導体材
料で形成してなることを要旨とする。
に、本発明は、第1の電位が印加される第1のP型領域
と、1のP型領域に隣接する第1のN型領域と、1のN
型領域に隣接する第2のN型領域と、第2のN型領域に
隣接する第2のP型領域と、2のP型領域に隣接し前記
第1の電位より低い第2の電位が印加される第3のN型
領域とを有する電導度変調型トランジスタであって、第
1及び第2のN型領域は、第1のN型領域よりも第2の
N型領域の方を禁制帯幅の大きい半導体材料で形成し、
かつ第1のP型領域及び第2のP型領域は、第1のP型
領域と第1のN型領域の接合による第1のP型領域から
第1のN型領域へ正孔の障壁に対し、第2のN型領域と
第2のP型領域の接合による第2のN型領域から第2の
P型領域への正孔の障壁の方が高くなるような半導体材
料で形成してなることを要旨とする。
【0007】
【0008】
【作用】上記構成により、電流が流れ出す立ち上がり電
圧が低くなって電力損失を十分に小さくすることが可能
となる。また禁制帯幅の小さい半導体材料を用いた場
合、真性化温度が低くなるが、第2のN型領域は第1の
N型領域の禁制帯幅よりも大きな禁制帯幅の半導体材料
で形成するため、第2のN型領域と第2のP型領域の接
合による第2のN型領域から第2のP型領域への正孔の
障壁を第1のP型領域の接合による第2のN型領域から
第2のP型領域への正孔の障壁を第1のP型領域と第1
のN型領域の接合によるそれより高くすることで、第1
のN型領域に禁制帯幅の小さい半導体材料を用いても動
作可能最高温度を低下させることがない。
圧が低くなって電力損失を十分に小さくすることが可能
となる。また禁制帯幅の小さい半導体材料を用いた場
合、真性化温度が低くなるが、第2のN型領域は第1の
N型領域の禁制帯幅よりも大きな禁制帯幅の半導体材料
で形成するため、第2のN型領域と第2のP型領域の接
合による第2のN型領域から第2のP型領域への正孔の
障壁を第1のP型領域の接合による第2のN型領域から
第2のP型領域への正孔の障壁を第1のP型領域と第1
のN型領域の接合によるそれより高くすることで、第1
のN型領域に禁制帯幅の小さい半導体材料を用いても動
作可能最高温度を低下させることがない。
【0009】
【0010】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図1は、本発明の第1実施例を示す図である。な
お、図1及び後述の第2実施例を示す図において前記図
5における部材及び部位と同一ないし均等のものは、前
記と同一符号を以って示し、重複した説明を省略する。
図1(a)に示すように、本実施例ではN型ドリフト領
域におけるP型基板1と接する側の大部分の領域2が禁
制帯幅の小さいSiGeで形成され、それ以外の各領域
はSiで形成されている。禁制帯幅の小さい半導体材料
としてはGeを用いることもできる。したがってP型基
板1とN型ドリフト領域との間には、そのP型基板1と
禁制帯幅の小さいN型ドリフト領域2との間にPN接合
ができている。
する。図1は、本発明の第1実施例を示す図である。な
お、図1及び後述の第2実施例を示す図において前記図
5における部材及び部位と同一ないし均等のものは、前
記と同一符号を以って示し、重複した説明を省略する。
図1(a)に示すように、本実施例ではN型ドリフト領
域におけるP型基板1と接する側の大部分の領域2が禁
制帯幅の小さいSiGeで形成され、それ以外の各領域
はSiで形成されている。禁制帯幅の小さい半導体材料
としてはGeを用いることもできる。したがってP型基
板1とN型ドリフト領域との間には、そのP型基板1と
禁制帯幅の小さいN型ドリフト領域2との間にPN接合
ができている。
【0011】次に、上述のように構成された電導度変調
型トランジスタの作用を説明する。図1(b)は、同図
(a)の構造のエネルギーバンド図を示す。P型基板1
と接する側の大部分のN型ドリフト領域2が禁制帯幅の
小さい半導体材料で形成されているために、そのP型基
板1とN型ドリフト領域2の間にできるPN接合の、P
型基板1からの正孔の注入に対する障壁が小さくなる。
禁制帯幅の小さい半導体材料としてSiGe(又はG
e)が用いられ、それ以外の材料としてSiが用いられ
ているので、その障壁は0.5eV以下にできる。その
結果、電流が流れ出す立ち上り電圧を従来の約1Vから
0.5V以下に減少させることができて電力損失を半分
以下に下げることが可能となる。また、禁制帯幅の小さ
い半導体材料を用いた場合、真性化温度が低くなるが、
図1(a)に示す構造の中には、禁制帯幅の大きいSi
半導体材料で形成されたN型ドリフト領域3とP型ボデ
ィ領域4間及びP型ボディ領域4とN型ソース領域5間
に障壁の高いPN接合が残るので、PNPN構造におけ
る内側領域の一部に禁制帯幅の小さい半導体材料を用い
ても動作可能最高温度は低下することがない。さらに、
禁制帯幅の小さいN型ドリフト領域2の厚さを20〜3
0μm程度にすれば、ソースS、ドレインD間の耐圧は
600V程度になるので、耐圧の点でも装置動作上支障
はない。
型トランジスタの作用を説明する。図1(b)は、同図
(a)の構造のエネルギーバンド図を示す。P型基板1
と接する側の大部分のN型ドリフト領域2が禁制帯幅の
小さい半導体材料で形成されているために、そのP型基
板1とN型ドリフト領域2の間にできるPN接合の、P
型基板1からの正孔の注入に対する障壁が小さくなる。
禁制帯幅の小さい半導体材料としてSiGe(又はG
e)が用いられ、それ以外の材料としてSiが用いられ
ているので、その障壁は0.5eV以下にできる。その
結果、電流が流れ出す立ち上り電圧を従来の約1Vから
0.5V以下に減少させることができて電力損失を半分
以下に下げることが可能となる。また、禁制帯幅の小さ
い半導体材料を用いた場合、真性化温度が低くなるが、
図1(a)に示す構造の中には、禁制帯幅の大きいSi
半導体材料で形成されたN型ドリフト領域3とP型ボデ
ィ領域4間及びP型ボディ領域4とN型ソース領域5間
に障壁の高いPN接合が残るので、PNPN構造におけ
る内側領域の一部に禁制帯幅の小さい半導体材料を用い
ても動作可能最高温度は低下することがない。さらに、
禁制帯幅の小さいN型ドリフト領域2の厚さを20〜3
0μm程度にすれば、ソースS、ドレインD間の耐圧は
600V程度になるので、耐圧の点でも装置動作上支障
はない。
【0012】図2には、本実施例の電導度変調型トラン
ジスタの製造方法例を示す。まず、高濃度のP型Si基
板1上にエピタキシャル法により禁制帯幅の小さいN型
ドリフト領域2となるN型のSiGe層を形成し、さら
にSiのN型ドリフト領域3であるN型のSi層を形成
する(図2(a))。N型ドリフト領域3の表面側の所
定箇所にP型ボディ領域4を形成し、P型ボディ領域4
の表面側の所定箇所に高濃度のN型ソース領域5を形成
し、さらにゲート酸化膜、ゲート電極を形成する。最後
に所要の金属配線を行う(図2(b))。
ジスタの製造方法例を示す。まず、高濃度のP型Si基
板1上にエピタキシャル法により禁制帯幅の小さいN型
ドリフト領域2となるN型のSiGe層を形成し、さら
にSiのN型ドリフト領域3であるN型のSi層を形成
する(図2(a))。N型ドリフト領域3の表面側の所
定箇所にP型ボディ領域4を形成し、P型ボディ領域4
の表面側の所定箇所に高濃度のN型ソース領域5を形成
し、さらにゲート酸化膜、ゲート電極を形成する。最後
に所要の金属配線を行う(図2(b))。
【0013】図3には、本発明の第2実施例を示す。本
実施例では、高濃度のP型基板11も、禁制帯幅の小さ
いN型ドリフト領域2と同様に、禁制帯幅の小さいSi
Ge又はGeで形成されている。このような構成によっ
てもP型基板11とN型ドリフト領域2の間にできるP
N接合の、P型基板11からの正孔の注入に対する障壁
を小さくすることが可能になる。本実施例の製造方法例
としては、P型基板11とN型ドリフト領域2が形成さ
れているSiGe基板と、N型ドリフト領域3となるS
i基板とを直接接合法を用いて接合し、次いでP型ボデ
ィ領域4及びN型ソース領域5を形成するという方法が
ある。
実施例では、高濃度のP型基板11も、禁制帯幅の小さ
いN型ドリフト領域2と同様に、禁制帯幅の小さいSi
Ge又はGeで形成されている。このような構成によっ
てもP型基板11とN型ドリフト領域2の間にできるP
N接合の、P型基板11からの正孔の注入に対する障壁
を小さくすることが可能になる。本実施例の製造方法例
としては、P型基板11とN型ドリフト領域2が形成さ
れているSiGe基板と、N型ドリフト領域3となるS
i基板とを直接接合法を用いて接合し、次いでP型ボデ
ィ領域4及びN型ソース領域5を形成するという方法が
ある。
【0014】図4には、本発明の第3実施例を示す。本
実施例は、サイリスタに適用したものである。図4
(a)に示すように、サイリスタのPNPN構造におけ
るN型ドリフト領域12,13の一部の領域12を禁制
帯幅の小さいSiGeを用いて構成したものである。図
4(b)には、その静特性を示す。この場合もサイリス
タがターンオンしても障壁分だけの電圧Vf が残るが、
本実施例では、前述の各実施例と同様に、このVf の値
を下げることができる。また、このような構造として
も、前記と同様に、動作可能最高温度を低下させること
がない。
実施例は、サイリスタに適用したものである。図4
(a)に示すように、サイリスタのPNPN構造におけ
るN型ドリフト領域12,13の一部の領域12を禁制
帯幅の小さいSiGeを用いて構成したものである。図
4(b)には、その静特性を示す。この場合もサイリス
タがターンオンしても障壁分だけの電圧Vf が残るが、
本実施例では、前述の各実施例と同様に、このVf の値
を下げることができる。また、このような構造として
も、前記と同様に、動作可能最高温度を低下させること
がない。
【0015】なお、以上述べた電導度変調型トランジス
タの各実施例では、Nチャネル型のものについて説明し
たが、Pチャネル型のものにも適用できる。この場合ド
リフト領域はP型となる。
タの各実施例では、Nチャネル型のものについて説明し
たが、Pチャネル型のものにも適用できる。この場合ド
リフト領域はP型となる。
【0016】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
第1及び第2のN型領域は、第1のN型領域よりも第2
のN型領域の方を禁制帯幅の大きい半導体材料で形成
し、かつ第1のP型領域及び第2のP型領域は、第1の
P型領域と第1のN型領域の接合による第1のP型領域
から第1のN型領域へ正孔の障壁に対し、第2のN型領
域と第2のP型領域の接合による第2のN型領域から第
2のP型領域への正孔の障壁の方が高くなるような半導
体材料で形成したため、電流が流れ出す立ち上がり電圧
が低くなり、電力損失を十分に小さくすることができ
る。また禁制帯幅の小さい半導体材料を用いた場合、真
性化温度が低くなるが、第2のN型領域は第1のN型領
域の禁制帯幅よりも大きな禁制帯幅の半導体材料で形成
し、第2のN型領域と第2のP型領域の接合による第2
のN型領域から第2のP型領域への正孔の障壁を第1の
P型領域と第1のN型領域の接合によるそれより高くす
ることで、第1のN型領域に禁制帯幅の小さい半導体材
料を用いても動作可能最高温度を低下させることがな
い。
第1及び第2のN型領域は、第1のN型領域よりも第2
のN型領域の方を禁制帯幅の大きい半導体材料で形成
し、かつ第1のP型領域及び第2のP型領域は、第1の
P型領域と第1のN型領域の接合による第1のP型領域
から第1のN型領域へ正孔の障壁に対し、第2のN型領
域と第2のP型領域の接合による第2のN型領域から第
2のP型領域への正孔の障壁の方が高くなるような半導
体材料で形成したため、電流が流れ出す立ち上がり電圧
が低くなり、電力損失を十分に小さくすることができ
る。また禁制帯幅の小さい半導体材料を用いた場合、真
性化温度が低くなるが、第2のN型領域は第1のN型領
域の禁制帯幅よりも大きな禁制帯幅の半導体材料で形成
し、第2のN型領域と第2のP型領域の接合による第2
のN型領域から第2のP型領域への正孔の障壁を第1の
P型領域と第1のN型領域の接合によるそれより高くす
ることで、第1のN型領域に禁制帯幅の小さい半導体材
料を用いても動作可能最高温度を低下させることがな
い。
【0017】
【図1】本発明に係る電導度変調型トランジスタの第1
実施例を示す縦断面図及びエネルギーバンド図である。
実施例を示す縦断面図及びエネルギーバンド図である。
【図2】上記第1実施例の製造方法の一例を示す工程図
である。
である。
【図3】本発明の第2実施例を示す縦断面図である。
【図4】本発明の第3実施例を示す縦断面図及び静特性
を示す図である。
を示す図である。
【図5】従来の電導度変調型トランジスタの縦断面図で
ある。
ある。
【図6】上記従来例の静特性及びエネルギーバンド図で
ある。
ある。
1 P型基板 2 禁制帯幅の小さい半導体材料で形成されたN型ドリ
フト領域 3 禁制帯幅の大きい半導体材料部分のN型ドリフト領
域 4 P型ボディ領域 5 N型ソース領域 11 禁制帯幅の小さい半導体材料で形成されたP型基
板
フト領域 3 禁制帯幅の大きい半導体材料部分のN型ドリフト領
域 4 P型ボディ領域 5 N型ソース領域 11 禁制帯幅の小さい半導体材料で形成されたP型基
板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 29/74
Claims (1)
- 【請求項1】 第1の電位が印加される第1のP型領域
と、 該第1のP型領域に隣接する第1のN型領域と、 該第1のN型領域に隣接する第2のN型領域と、 該第2のN型領域に隣接する第2のP型領域と、 該第2のP型領域に隣接し前記第1の電位より低い第2
の電位が印加される第3のN型領域とを有する電導度変
調型トランジスタであって、 前記第2のN型領域の禁制帯幅は、前記第1のN型領域
の禁制帯幅よりも大きく、かつ前記第1のP型領域及び
前記第2のP型領域は、前記第1のP型領域と前記第1
のN型領域の接合による正孔に対する障壁に比し、前記
第2のN型領域と前記第2のP型領域の接合による前記
正孔に対する障壁の方が高くなるような半導体材料で形
成したことを特徴とする 電導度変調型トランジスタ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32939193A JP3198766B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 電導度変調型トランジスタ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32939193A JP3198766B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 電導度変調型トランジスタ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07193232A JPH07193232A (ja) | 1995-07-28 |
| JP3198766B2 true JP3198766B2 (ja) | 2001-08-13 |
Family
ID=18220916
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32939193A Expired - Fee Related JP3198766B2 (ja) | 1993-12-27 | 1993-12-27 | 電導度変調型トランジスタ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3198766B2 (ja) |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10048437A1 (de) | 2000-09-29 | 2002-04-18 | Eupec Gmbh & Co Kg | Verfahren zum Herstellen eines Körpers aus Halbleitermaterial mit reduzierter mittlerer freier Weglänge und mit dem Verfahren hergestellter Körper |
| JP2007005723A (ja) * | 2005-06-27 | 2007-01-11 | Toshiba Corp | 半導体装置 |
| CN102760759B (zh) * | 2011-04-29 | 2016-02-03 | 比亚迪股份有限公司 | 一种半导体功率器件 |
| CN102810562B (zh) * | 2011-05-31 | 2015-07-22 | 比亚迪股份有限公司 | 一种半导体器件及其制造方法 |
| JP7059547B2 (ja) * | 2017-09-21 | 2022-04-26 | 富士フイルムビジネスイノベーション株式会社 | 積層構造体、発光部品、プリントヘッド及び画像形成装置 |
| CN108428714B (zh) * | 2017-02-13 | 2024-01-23 | 富士胶片商业创新有限公司 | 层叠结构、发光部件、发光装置和图像形成装置 |
-
1993
- 1993-12-27 JP JP32939193A patent/JP3198766B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07193232A (ja) | 1995-07-28 |
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