JPH0226791B2 - - Google Patents
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- JPH0226791B2 JPH0226791B2 JP58129353A JP12935383A JPH0226791B2 JP H0226791 B2 JPH0226791 B2 JP H0226791B2 JP 58129353 A JP58129353 A JP 58129353A JP 12935383 A JP12935383 A JP 12935383A JP H0226791 B2 JPH0226791 B2 JP H0226791B2
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D30/00—Field-effect transistors [FET]
- H10D30/80—FETs having rectifying junction gate electrodes
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、制御電極を有する半導体装置、特に
制御電極の間隙を流れる電流を制御電極に印加す
る電気信号によつて制御する薄膜半導体装置の制
御性能を向上させるための構造に関する。[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to the control of a semiconductor device having a control electrode, particularly a thin film semiconductor device in which a current flowing through a gap between the control electrodes is controlled by an electric signal applied to the control electrode. Concerning structures for improving performance.
従来、半導体中に埋め込まれた制御電極の間隙
を流れる電流を制御電極に加えた電気信号によつ
て制御する半導体装置は何種類か提案されてい
る。第1図はその代表的な断面構造を示したもの
であり、ソース電極1から半導体2中に流れ込
み、ドレイン電極3から流出する電流を、半導体
2中に埋めこまれたゲート電極4によつて制御す
るものである。この場合、ゲート電極4の作用を
効果的にするためにはソース電極1とドレイン電
極2の間隔lに比べて、ゲート電極4に形成され
た間隙の幅dが同程度以下であることが必要であ
る。このような装置を実現するためには、例え
ば、ドレイン電極膜、半導体膜、ゲート電極膜、
半導体膜、ソース電極膜を順次に形成してゆき、
その途中でゲート電極膜に細隙を形成するという
ような方法がとられる。ゲート電極膜に細隙を形
成してゲート電極4とするための加工は、通常フ
オトリングラフイ、電子線リソグラフイなどの微
細加工技術が用いられる。このようなリソグラフ
イ技術の精度は500nm〜1μmが現状では限界で
あり、これよりも高精度の加工を実現するために
はX線リソグラフイなどの高度の加工技術を用い
なくてはならない。これに対し、半導体膜や電極
膜を形成する精度は分子線エピタキシー技術など
の利用により〜1nm程度あるいはそれ以下の制
御も可能になつている。したがつて半導体装置を
高速で動作させるためにソース電極1とドレイン
電極3との間隔lを10nm程度にまで短縮するこ
とは可能であるが、ゲート電極4の細隙dを十分
狭くすることができないために、ゲート電極4の
電流制御効果を発揮できず、実用的な半導体装置
とはなり得ない欠点があつた。
Conventionally, several types of semiconductor devices have been proposed in which a current flowing through a gap between control electrodes embedded in a semiconductor is controlled by an electric signal applied to the control electrodes. FIG. 1 shows a typical cross-sectional structure, in which a current flowing from a source electrode 1 into a semiconductor 2 and flowing out from a drain electrode 3 is channeled through a gate electrode 4 embedded in the semiconductor 2. It is something to control. In this case, in order to make the action of the gate electrode 4 effective, it is necessary that the width d of the gap formed in the gate electrode 4 is less than or equal to the gap l between the source electrode 1 and the drain electrode 2. It is. In order to realize such a device, for example, a drain electrode film, a semiconductor film, a gate electrode film,
Sequentially forming a semiconductor film and a source electrode film,
A method is used in which a slit is formed in the gate electrode film in the middle of the process. For processing to form slits in the gate electrode film to form the gate electrode 4, microfabrication techniques such as photolithography and electron beam lithography are usually used. The accuracy of such lithography technology is currently limited to 500 nm to 1 μm, and in order to achieve higher precision processing than this, advanced processing technology such as X-ray lithography must be used. On the other hand, it has become possible to control the accuracy of forming semiconductor films and electrode films to about 1 nm or less by using molecular beam epitaxy technology. Therefore, in order to operate the semiconductor device at high speed, it is possible to shorten the distance l between the source electrode 1 and the drain electrode 3 to about 10 nm, but it is not possible to make the gap d of the gate electrode 4 sufficiently narrow. Therefore, the current control effect of the gate electrode 4 could not be exhibited, resulting in a drawback that it could not be used as a practical semiconductor device.
本発明の目的は、上記の欠点をなくし、ソース
電極1とドレイン電極3との間隔lをゲート電極
4の細隙の幅dにくらべて、はるかに小さくして
も十分な制御効果が得られ、したがつて高度のリ
ソグラフイ技術を用いることなく、きわめて高速
の動作が可能な半導体装置を提供することにあ
る。
An object of the present invention is to eliminate the above-mentioned drawbacks and to obtain a sufficient control effect even if the distance l between the source electrode 1 and the drain electrode 3 is much smaller than the width d of the gap in the gate electrode 4. Therefore, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device that can operate at extremely high speed without using advanced lithography technology.
上記目的を達成するため、本発明の薄膜半導体
装置は、対向して形成されたソース電極およびド
レイン電極と、上記ソース電極およびドレイン電
極間に形成された半導体薄膜と、上記半導体とシ
ヨツトキー接合する材料からなり、上記半導体層
中に埋め込まれて形成され、かつ細隙からなる電
流通路を有する薄膜ゲート電極とを有し、上記細
隙の幅は上記ソース電極とドレイン電極との間隔
の1ないし100倍の幅を有し、上記薄膜ゲート電
極に加える電気信号によつて上記薄膜ゲート電極
面にほぼ垂直な方向に流れる電流の大きさを制御
する薄膜半導体装置であつて、上記細隙に上記電
流の方向とほぼ垂直な方向に延在しかつキヤリア
の平均自由行程よりも短い厚さの高導電率薄層を
有し、上記電流の大部分が上記高導電率薄層を透
過して流れることを特徴とする。第2図は本発明
の原理を示す図である。この薄層5はゲート電極
4と電気的に接続されていてもよいが、本発明の
目的を達成するためには、必らずしもこの薄層が
ゲート電極と電気的に接続されていることを必要
としない。ソース電極1とドレイン電極3とは通
常Al、Mo、W、Niなどの金属で形成されるがこ
れらの電極と半導体母体2とはオーミツク接触を
するために、電極と半導体との界面は高度にドー
プされたn+層あるいはp+層であることが望まし
い。本発明においてはこれらの高導電層をもソー
スあるいはドレイン電極の一部とみなす。また、
金属と半導体との界面は金属と半導体との反応に
よつて、半導体がシリコンである場合には金属シ
リサイド等の高導電率の物質が形成されているの
が通例である。したがつて、ソース電極1とドレ
イン電極3は必ずしも金属である必要はなく、高
導電率の非金属物質あるいはこれらと金属との複
合膜であつても本発明の要件を満すことはいうま
でもない。
In order to achieve the above object, the thin film semiconductor device of the present invention includes a source electrode and a drain electrode formed opposite to each other, a semiconductor thin film formed between the source electrode and the drain electrode, and a material that makes a Schottky contact with the semiconductor. and a thin film gate electrode embedded in the semiconductor layer and having a current path consisting of a slit, the width of the slit being 1 to 100 times the distance between the source and drain electrodes. A thin film semiconductor device having a double width and controlling the magnitude of a current flowing in a direction substantially perpendicular to the surface of the thin film gate electrode by an electric signal applied to the thin film gate electrode, wherein the current flows through the narrow gap. has a thin layer of high conductivity extending in a direction substantially perpendicular to the direction of and having a thickness shorter than the mean free path of the carrier, and most of the current flows through the thin layer of high conductivity. It is characterized by FIG. 2 is a diagram showing the principle of the present invention. This thin layer 5 may be electrically connected to the gate electrode 4, but in order to achieve the object of the present invention, this thin layer is not necessarily electrically connected to the gate electrode. It doesn't require that. The source electrode 1 and the drain electrode 3 are usually formed of metal such as Al, Mo, W, Ni, etc., but since these electrodes and the semiconductor matrix 2 are in ohmic contact, the interface between the electrode and the semiconductor is highly Preferably, it is a doped n + layer or p + layer. In the present invention, these highly conductive layers are also considered to be part of the source or drain electrode. Also,
When the semiconductor is silicon, a highly conductive substance such as metal silicide is usually formed at the interface between the metal and the semiconductor due to the reaction between the metal and the semiconductor. Therefore, it goes without saying that the source electrode 1 and the drain electrode 3 do not necessarily have to be made of metal, and even if they are made of a highly conductive non-metallic substance or a composite film of these and a metal, they satisfy the requirements of the present invention. Nor.
半導体2の中は電子または正孔ができる限り高
速で走行することが望ましい。したがつてこの半
導体中には不純物散乱によつてキヤリア移動度を
低下させるような不純物ができるだけ少ないこと
が望ましい。それゆえ半導体2はドナーやアクセ
プタとなる不純物をほとんど含まない真性半導体
であるか、あるいはこれらの不純物をわずかに含
んだ真性に近いn型またはp型半導体であること
が望ましい。そのためソース・ドレイン間の電流
は、主としてソース電極1あるいはドレイン電極
3から半導体2中に注入された過剰キヤリアによ
つて運ばれることになる。 It is desirable that electrons or holes travel in the semiconductor 2 as fast as possible. Therefore, it is desirable that the semiconductor contains as few impurities as possible that reduce carrier mobility due to impurity scattering. Therefore, it is desirable that the semiconductor 2 be an intrinsic semiconductor containing almost no impurities that serve as donors or acceptors, or an n-type or p-type semiconductor that is close to intrinsic and contains a small amount of these impurities. Therefore, the current between the source and drain is mainly carried by excess carriers injected into the semiconductor 2 from the source electrode 1 or the drain electrode 3.
ゲート電極4はソース電極1とドレイン電極3
との中間に位置し、そこに形成された細隙を流れ
る電流の大きさを制御する。ここで重要なことは
ソース電極1とドレイン電極3との間に流れる電
流の大部分が、ゲート電極4に流れこむことな
く、ゲート電極4に形成された細隙を通過して流
れることが必要であるということである。そのた
めにゲート電極4の材料としては、半導体2とシ
ヨツトキー接合を形成する材料、例えばW合金や
Al等の金属材料を用いる。より好ましくは、ゲ
ート電極4を絶縁物などの高抵抗物質ではさみゲ
ート電極4とソース電極1、あるいはゲート電極
4とドレイン電極3との間に、直接に電流が流れ
ることを極力防止する方法が有効である。また装
置を動作させるための電圧印加関係としては、上
記接合を逆バイアスするようにゲート電圧を設定
し、ゲート電極4を半導体2からキヤリアが流入
したり、あるいは逆にゲート電極4から半導体2
へキヤリアが流出したりすることを防ぐ。 Gate electrode 4 has source electrode 1 and drain electrode 3
It controls the magnitude of the current flowing through the slit formed there. What is important here is that most of the current flowing between the source electrode 1 and the drain electrode 3 must flow through the slit formed in the gate electrode 4 without flowing into the gate electrode 4. That is to say. Therefore, the material for the gate electrode 4 is a material that forms a Schottky junction with the semiconductor 2, such as a W alloy.
A metal material such as Al is used. More preferably, the gate electrode 4 is sandwiched between high-resistance materials such as insulators to prevent current from flowing directly between the gate electrode 4 and the source electrode 1 or between the gate electrode 4 and the drain electrode 3 as much as possible. It is valid. In addition, regarding the voltage application relationship for operating the device, the gate voltage is set so as to reverse bias the above-mentioned junction, and carriers flow into the gate electrode 4 from the semiconductor 2, or vice versa.
Prevents hecaria from leaking out.
また、本発明の構造の素子において比較的大電
流を流したい場合には一対のソース・ドレイン電
極に対して、複数の細隙を有するゲート電極を用
いることもできる。 Further, when it is desired to flow a relatively large current in the element having the structure of the present invention, a gate electrode having a plurality of gaps can be used for the pair of source/drain electrodes.
本発明で導入された、導電層5もやはり、他の
電極と同じく、金属膜あるいは高導電率の非金属
物質またはこれらの複合体のいずれによつて形成
されてもよいが、ソース・ドレイン間の電流の大
部分がこの層5を通過できる程度に薄いことが必
要である。この層5の役割は、層5内の電位差を
減少させ、ゲート電極4の電位を実効的にゲート
電極に形成された細隙の中央部付近にまで伝達す
るものであり、この層5とゲート電極4とが電気
的に接続されていればこの効果は大であるが、し
かし必ずしも接続されなくても有効である。従
来、実用化されているかあるいは提案されてい
る、バイポーラトランジスタあるいはメタルベー
ストランジスタのベース領域は本発明の導電薄層
5と類似の効果をもつており、ベース領域内での
電位差減少させる作用を有する。 The conductive layer 5 introduced in the present invention may also be formed of a metal film, a highly conductive non-metallic material, or a composite thereof, like the other electrodes, but between the source and drain. This layer 5 needs to be thin enough to allow most of the current to pass through it. The role of this layer 5 is to reduce the potential difference within the layer 5 and effectively transmit the potential of the gate electrode 4 to the vicinity of the center of the gap formed in the gate electrode. This effect is great if the electrode 4 is electrically connected, but it is effective even if the electrode 4 is not necessarily connected. The base regions of bipolar transistors or metal base transistors that have been put into practical use or have been proposed have an effect similar to that of the conductive thin layer 5 of the present invention, and have the effect of reducing the potential difference within the base region. .
第3図aはnpn型のバイポーラトランジスタ、
bはメタルベーストランジスタのそれぞれ断面構
造である。バイポーラトランジスタにおいて6は
エミツタ電極、7,9はn層、8はp型ベース
層、10はコレクタ電極である。また、メタルベ
ーストランジスタにおいて11はエミツタ電極、
12,14はn型半導体層、13は金属ベース
層、15はコレクタ電極である。しかしながらこ
れらのトランジスタにおいては、本発明の半導体
装置とは異なり、高周波特性を向上させるために
ベース8あるいは13の幅を減少させる、つまり
ベース層を薄くするとベース抵抗が増大し、エミ
ツタ・ベース間の容量の充電時間が長くなり、高
周波特性が逆に劣化するという問題があつた。本
発明のトランジスタは、これらの従来型トランジ
スタとは異つた動作原理によるものであり本質的
には電界効果トランジスタであつて、高周波特性
をきめるものはゲート電極4の直列抵抗と、ソー
ス・ゲート間容量とできまる時定数である。した
がつて、ゲート電極の直列抵抗を減少させるなど
の方法でこの時定数を減少させることによつて高
周波特性を向上させることが可能である。高周波
特性におよぼす導電層5の役割は、バイポーラト
ランジスタやメタルベーストランジスタのベース
8あるいは13の役割とは異なつており、このこ
とはもしもこの導電層5がなかつた場合つまり導
電層5の比抵抗がその周囲の真性半導体層2と同
程度になつた場合には第2図のトランジスタは第
1図に示した従来の埋め込みゲート型トランジス
タと同じものになることから明らかである。これ
に対し、ベース領域8あるいは13をなくしたバ
イポーラトランジスタあるいはメタルベーストラ
ンジスタは、もはや半導体能動素子としての機能
を有しないことも明らかである。 Figure 3a shows an npn type bipolar transistor.
b is the cross-sectional structure of each metal base transistor. In the bipolar transistor, 6 is an emitter electrode, 7 and 9 are n layers, 8 is a p-type base layer, and 10 is a collector electrode. In addition, in a metal base transistor, 11 is an emitter electrode;
12 and 14 are n-type semiconductor layers, 13 is a metal base layer, and 15 is a collector electrode. However, in these transistors, unlike the semiconductor device of the present invention, when the width of the base 8 or 13 is reduced in order to improve high frequency characteristics, that is, when the base layer is made thinner, the base resistance increases and the resistance between the emitter and base increases. There was a problem that the charging time of the capacitor became longer and the high frequency characteristics deteriorated. The transistor of the present invention has a different operating principle from these conventional transistors, and is essentially a field effect transistor, and its high frequency characteristics are determined by the series resistance of the gate electrode 4 and the source-gate connection. It is a time constant determined by the capacitance. Therefore, it is possible to improve the high frequency characteristics by reducing this time constant by a method such as reducing the series resistance of the gate electrode. The role of the conductive layer 5 on high frequency characteristics is different from that of the base 8 or 13 of a bipolar transistor or metal base transistor, and this means that if this conductive layer 5 were not present, the specific resistance of the conductive layer 5 would be It is clear from the fact that when the thickness becomes the same as that of the surrounding intrinsic semiconductor layer 2, the transistor shown in FIG. 2 becomes the same as the conventional buried gate type transistor shown in FIG. On the other hand, it is also clear that a bipolar transistor or a metal base transistor without the base region 8 or 13 no longer functions as a semiconductor active element.
導電層5の存在が意味をもつ周波数帯域の上限
は、この層の誘電緩和時間できまる時定数で決定
される。したがつて、導電層5の厚みには関係な
く、こ層の誘電率と導電率のみで動作周波数の上
限がきまることになる。このことも、バイポーラ
トランジスタやメタルベーストランジスタとの大
きな違いであり、導電層5の厚みはこの素子の動
作帯域とは無関係に選ぶことができる。導電層5
の中でキヤリアの散乱が起るとソース・ドレイン
間の実効的なキヤリア走行時間が長くなるので、
導電層5の厚みはキヤリアの平均自由行程よりも
短く選んだ方が高速動作のためには好都合であ
る。 The upper limit of the frequency band in which the presence of the conductive layer 5 is meaningful is determined by a time constant determined by the dielectric relaxation time of this layer. Therefore, regardless of the thickness of the conductive layer 5, the upper limit of the operating frequency is determined only by the dielectric constant and conductivity of this layer. This is also a major difference from bipolar transistors and metal-based transistors, and the thickness of conductive layer 5 can be selected independently of the operating band of this device. conductive layer 5
When carrier scattering occurs in the source and drain, the effective carrier travel time between the source and drain increases
It is convenient for high-speed operation to select the thickness of the conductive layer 5 to be shorter than the mean free path of the carrier.
以上の説明のように、導電層5は半導体2の中
における等電位面を形成するものであつて、ゲー
ト電極4の電位変化を半導体2中に有効に伝達す
る働きを有するが、前述したように、この層5と
ゲート電極とは必らずしも電気的に接続されてい
なくても、単に近傍に存在するだけで有効な効果
を示す。また導電層5は、単一の層である必要は
なく、複数個の独立な層から成るものであつても
よい。 As explained above, the conductive layer 5 forms an equipotential surface in the semiconductor 2 and has the function of effectively transmitting potential changes of the gate electrode 4 into the semiconductor 2. Furthermore, even if this layer 5 and the gate electrode are not necessarily electrically connected, their mere presence in the vicinity exhibits an effective effect. Further, the conductive layer 5 does not need to be a single layer, and may be composed of a plurality of independent layers.
本発明において用いられる半導体2はシリコ
ン、ゲルマニウムの他、GaAs、GaxAl1-xAs、
GaP、InPなどの−族半導体、CdS、CdSe、
ZnTeなどの−族半導体のいずれでもよく、
また、これらの半導体の単結晶のみならず、多結
晶やアモルフアス状態であつてもよい。電極部お
よび界面の高濃度ドープ部を除いた半導体の厚み
すなわちソース・ドレイン間隔は10nm〜10μm
程度が望ましく、導電層5の厚みは1nm〜1μm
であることが望ましい。ゲート電極4の細隙の幅
は本来はソース・ドレイン間隔と同程度であるこ
とが望ましいが、導電層5の存在によつて、第4
図に示すようにソース・ドレイン間隔の100倍程
度までは制御効果が認められる。したがつて、ゲ
ート電極4の細隙の幅はソース・ドレイン間隔の
1倍〜100倍であることが望ましい。ゲート電極
4は、導電層5よりも低い抵抗を有し、厚みは
1nm〜10μmであつて通常は導電層5よりも大な
る厚みを有する。 The semiconductor 2 used in the present invention includes silicon, germanium, GaAs, Ga x Al 1-x As,
- group semiconductors such as GaP and InP, CdS, CdSe,
Any - group semiconductor such as ZnTe may be used,
Moreover, these semiconductors are not limited to single crystal, but may be polycrystalline or amorphous. The thickness of the semiconductor excluding the electrode part and the highly doped part at the interface, that is, the source-drain distance is 10 nm to 10 μm.
The thickness of the conductive layer 5 is preferably 1 nm to 1 μm.
It is desirable that Originally, it is desirable that the width of the gap in the gate electrode 4 be approximately the same as the source-drain interval, but due to the presence of the conductive layer 5, the width of the gap in the gate electrode 4 is
As shown in the figure, the control effect is observed up to about 100 times the source-drain distance. Therefore, it is desirable that the width of the gap in the gate electrode 4 is 1 to 100 times the source-drain distance. The gate electrode 4 has a lower resistance than the conductive layer 5 and has a thickness of
It has a thickness of 1 nm to 10 μm and is usually larger than the conductive layer 5.
以下に本発明を実施例を用いて説明する。 The present invention will be explained below using examples.
実施例 1
第5図のように、半絶縁性GaAs基板16上に
Sをドープしたキヤリア濃度1018cm-3のn+−
GaAs層17を1μm、キヤリア濃度1016cm-3のn
−GaAs層18を0.3μm形成する。その上にn−
GaAsとシヨツトキー接合を形成するような金
属、たとえばW合金のストライプ状電極19をリ
ソグラフイ技術を用いて形成する。電極の厚みは
0.2μm、ストライプの間隔は1μmである。その後
このストライプ状電極19を包むようにZnをド
ープしたキヤリア濃度1018cm-3のp+GaAs層20
を0.1μm、キヤリア濃度1016cm-3のn−GaAs層
21を0.3μm、キヤリア濃度1018cm-3のn+−
GaAs層22を0.2μm形成し、最上部にAu−Ge
合金でオーミツク電極23を形成する。ストライ
プ状電極19とp+−GaAs層20は電気的に接続
されている。GaAs各層の成長は、相互の不純物
の熱拡散を防ぐため、基板温度600℃前後の比較
的低い温度で分子線エピタキシー法により形成す
る。このような構造の素子はn+−GaAs層17を
ドレイン、n+GaAs層22をソース、ストライプ
状電極19をゲートとした縦構造の電界効果トラ
ンジスタとして動作する。この場合ソース・ドレ
イン間隔はn−GaAs層18、p+−GaAs層20、
n−Ga−As層21の厚みの和である0.7μmであ
る。p+−GaAs層20はバイポーラトランジスタ
のベースとは異り、ストライプ状ゲート電極19
の電位をキヤリアの走行するチヤンネル領域に効
果的に伝える働きをする。Example 1 As shown in FIG. 5, a semi-insulating GaAs substrate 16 is doped with S and has a carrier concentration of 10 18 cm -3 n + -.
The GaAs layer 17 is 1 μm thick with a carrier concentration of 10 16 cm -3
- Form a GaAs layer 18 with a thickness of 0.3 μm. On top of that
A striped electrode 19 of a metal such as a W alloy that forms a Schottky junction with GaAs is formed using lithography technology. The thickness of the electrode is
0.2 μm, and the stripe spacing is 1 μm. After that, a p + GaAs layer 20 doped with Zn and having a carrier concentration of 10 18 cm -3 surrounds this striped electrode 19.
is 0.1 μm, and the n-GaAs layer 21 with a carrier concentration of 10 16 cm -3 is 0.3 μm and n + − with a carrier concentration of 10 18 cm -3 .
A GaAs layer 22 with a thickness of 0.2 μm is formed, and Au-Ge is formed on the top.
The ohmic electrode 23 is formed from an alloy. The striped electrode 19 and the p + -GaAs layer 20 are electrically connected. Each GaAs layer is grown by molecular beam epitaxy at a relatively low substrate temperature of around 600°C to prevent mutual thermal diffusion of impurities. The device having such a structure operates as a vertically structured field effect transistor in which the n + -GaAs layer 17 is the drain, the n + GaAs layer 22 is the source, and the striped electrode 19 is the gate. In this case, the source-drain distance is n-GaAs layer 18, p + -GaAs layer 20,
The sum of the thicknesses of the n-Ga-As layers 21 is 0.7 μm. Unlike the base of a bipolar transistor, the p + -GaAs layer 20 is a striped gate electrode 19.
It functions to effectively transmit the electrical potential of the carrier to the channel area where the carrier runs.
実施例 2
第6図のようにキヤリア濃度1018cm-3のn+−Si
基板24上にキヤリア濃度1015cm-3のn−Si層2
5を0.3μmの厚みに形成する。n−Si層25の表
面をプラズマ酸化などの方法によつて酸化し、絶
縁性のSiO2膜26を形成する。更にその上に金
属膜27を形成し、SiO2膜26および金属膜2
7をリソグラフイによつてストライプ状に加工す
る。ストライプの間隙は1.5μmであるこのストラ
イプ電極27を包むようにキヤリア濃度1020cm-3
のp+−Si層28を0.1μmの厚さに形成する。その
上にキヤリア濃度1015cm-3のn−Si層29を0.3μ
m、更にその上にキヤリア濃度1018cm-3のn+−Si
層30を0.1μm、金属電極層31を形成する。こ
の素子においてn+−Si層30はソース、n+−Si基
板24はドレイン、金属膜27はゲートとなる。
ソース・ドレイン間隔は0.7μmである。ゲート電
極27に接触している高導電性のp+−Si層28は
ゲート電位キヤリア走行領域に効果的に伝える働
きをする。Example 2 As shown in Figure 6, n + -Si with a carrier concentration of 10 18 cm -3
An n-Si layer 2 with a carrier concentration of 10 15 cm -3 is formed on the substrate 24.
5 to a thickness of 0.3 μm. The surface of the n-Si layer 25 is oxidized by a method such as plasma oxidation to form an insulating SiO 2 film 26. Furthermore, a metal film 27 is formed thereon, and the SiO 2 film 26 and the metal film 2
7 is processed into a stripe shape by lithography. The carrier concentration is 10 20 cm -3 so as to wrap around this stripe electrode 27 where the gap between the stripes is 1.5 μm.
A p + -Si layer 28 is formed to a thickness of 0.1 μm. On top of that, an n-Si layer 29 with a carrier concentration of 10 15 cm -3 is placed at 0.3 μm.
m, and on top of that, n + −Si with a carrier concentration of 10 18 cm -3
A layer 30 with a thickness of 0.1 μm and a metal electrode layer 31 are formed. In this device, the n + -Si layer 30 serves as a source, the n + -Si substrate 24 serves as a drain, and the metal film 27 serves as a gate.
The source-drain distance is 0.7 μm. A highly conductive p + -Si layer 28 in contact with the gate electrode 27 serves to effectively transfer the gate potential to the carrier travel region.
実施例 3
第7図のように石英基板32上に気相反応法に
よりn+多結晶シリコン膜33を0.5μmの厚みに形
成する。その上に非ドープの多結晶シリコン膜3
4を0.3μmの厚みに形成した後、0.1μmのAl2O3
膜35、0.1μmのAl膜36、0.1μmのAl2O3膜3
7の三層構造を作り、リソグラフイによつてこの
三層をストライプ状に加工する。ストライプの間
隙は2μmである。Example 3 As shown in FIG. 7, an n + polycrystalline silicon film 33 with a thickness of 0.5 μm is formed on a quartz substrate 32 by a vapor phase reaction method. On top of that is an undoped polycrystalline silicon film 3.
4 to a thickness of 0.3 μm, and then a 0.1 μm Al 2 O 3
Membrane 35, 0.1 μm Al film 36, 0.1 μm Al 2 O 3 film 3
A three-layer structure of No. 7 is made, and these three layers are processed into a stripe shape using lithography. The spacing between the stripes is 2 μm.
このストライプを包むように20μmの厚みのSb
膜38を形成し、その上に非ドープの多結晶シリ
コン膜39を0.3μm、n+多結晶シリコン膜40を
0.1μm、Al電極41を順次に重ねて形成する。こ
の素子のソース・ドレイン間隔は0.6μmであり、
Sb膜38は必ずしもゲート電極36と接触して
いないが、Sbはシリコン中でドナーとして働き、
高伝導度の薄層を形成するので、ゲート電極36
の電位が効果的に電流の通路に伝達されることに
なる。 A 20 μm thick Sb layer is placed around this stripe.
A film 38 is formed, and an undoped polycrystalline silicon film 39 with a thickness of 0.3 μm and an n + polycrystalline silicon film 40 are formed thereon.
Al electrodes 41 having a thickness of 0.1 μm are sequentially formed. The source-drain distance of this device is 0.6 μm,
Although the Sb film 38 is not necessarily in contact with the gate electrode 36, Sb acts as a donor in silicon,
Since a thin layer of high conductivity is formed, the gate electrode 36
is effectively transferred to the current path.
以上の実施例で明らかなように本発明は細隙を
持つた制御電極を有する縦構造の薄膜半導体装置
のソース・ドレイン間隔を狭くしても相互コンダ
クタンスが低下しない点において極めて有用であ
り、高速半導体装置に適用して大なる効果の得ら
れるものである。
As is clear from the above embodiments, the present invention is extremely useful in that the mutual conductance does not decrease even if the source-drain interval of a vertically structured thin film semiconductor device having a control electrode with a narrow gap is narrowed, and the present invention can be used at high speeds. Great effects can be obtained when applied to semiconductor devices.
なお、実施例においては単数の制御電極と高伝
導薄膜を示したが、真空管の4極管、5極管と同
じく、複数の制御電極とそれに対応する高伝導薄
層を用いることができることはいうまでもない。 Although a single control electrode and a highly conductive thin film are shown in the examples, it is possible to use a plurality of control electrodes and corresponding highly conductive thin layers, similar to vacuum tubes such as tetrodes and pentodes. Not even.
第1図は、制御電極を半導体中に埋め込んだ従
来構造の半導体装置、第2図は、本発明の原理
図、第3図は、従来の半導体装置の断面図、第4
図は、本発明の効果を示す図、第5図〜第7図
は、それぞれ本発明の実施例を示す図である。
1……ソース電極、2……ソース電極とドレイ
ン電極との中間の半導体、3……ドレイン電極、
4……ゲート電極、5……薄層。
FIG. 1 shows a semiconductor device with a conventional structure in which a control electrode is embedded in the semiconductor, FIG. 2 shows the principle of the present invention, FIG. 3 shows a cross-sectional view of the conventional semiconductor device, and FIG.
The figure shows the effects of the present invention, and FIGS. 5 to 7 each show examples of the present invention. 1... Source electrode, 2... Semiconductor between the source electrode and the drain electrode, 3... Drain electrode,
4...Gate electrode, 5...Thin layer.
Claims (1)
ン電極と、上記ソース電極およびドレイン電極間
に形成された半導体薄膜と、上記半導体とシヨツ
トキー接合を形成する材料からなり上記半導体層
中に埋め込まれて形成されかつ細隙からなる電流
通路を有する薄膜ゲート電極とを有し、上記細隙
の幅は上記ソース電極とドレイン電極との間隔の
1ないし100倍の幅を有し、上記薄膜ゲート電極
に加える電気信号によつて上記薄膜ゲート電極面
にほぼ垂直な方向に流れる電流の大きさを制御す
る薄膜半導体装置であつて、上記細隙に上記電流
の方向とほぼ垂直な方向に延在しかつキヤリアの
平均自由行程よりも短い厚さの高導電率薄層を有
し、上記電流の大部分が上記高導電率薄層を透過
して流れることを特徴とする薄膜半導体装置。1 A source electrode and a drain electrode formed opposite to each other, a semiconductor thin film formed between the source electrode and the drain electrode, and a material that forms a Schottky junction with the semiconductor, and is embedded in the semiconductor layer. and a thin film gate electrode having a current path consisting of a slit, the width of the slit being 1 to 100 times the distance between the source electrode and the drain electrode, and the width of the slit being 1 to 100 times the width of the gap between the source electrode and the drain electrode. A thin film semiconductor device that controls the magnitude of a current flowing in a direction substantially perpendicular to the plane of the thin film gate electrode by a signal, the thin film semiconductor device having a carrier extending in a direction substantially perpendicular to the direction of the current in the narrow gap. 1. A thin film semiconductor device comprising a highly conductive thin layer having a thickness shorter than a mean free path, wherein most of the current flows through the highly conductive thin layer.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58129353A JPS6022377A (en) | 1983-07-18 | 1983-07-18 | Thin film semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58129353A JPS6022377A (en) | 1983-07-18 | 1983-07-18 | Thin film semiconductor device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6022377A JPS6022377A (en) | 1985-02-04 |
| JPH0226791B2 true JPH0226791B2 (en) | 1990-06-12 |
Family
ID=15007499
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58129353A Granted JPS6022377A (en) | 1983-07-18 | 1983-07-18 | Thin film semiconductor device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6022377A (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03290975A (en) * | 1990-04-09 | 1991-12-20 | Fujitsu Ltd | Vertical type semiconductor device |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS53101985A (en) * | 1977-02-17 | 1978-09-05 | Handotai Kenkyu Shinkokai | Reversible fet transistor |
| JPS53108788A (en) * | 1977-03-04 | 1978-09-21 | Handotai Kenkyu Shinkokai | Semiconductor ic |
| JPS5612775A (en) * | 1979-07-11 | 1981-02-07 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Electrostatic induction field-effect semiconductor device |
-
1983
- 1983-07-18 JP JP58129353A patent/JPS6022377A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6022377A (en) | 1985-02-04 |
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