JPH0260221B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0260221B2
JPH0260221B2 JP61069633A JP6963386A JPH0260221B2 JP H0260221 B2 JPH0260221 B2 JP H0260221B2 JP 61069633 A JP61069633 A JP 61069633A JP 6963386 A JP6963386 A JP 6963386A JP H0260221 B2 JPH0260221 B2 JP H0260221B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor
channel forming
gate layer
forming region
region
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP61069633A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS62224978A (en
Inventor
Kazuhiko Matsumoto
Noburo Hashizume
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
Priority to JP61069633A priority Critical patent/JPS62224978A/en
Publication of JPS62224978A publication Critical patent/JPS62224978A/en
Publication of JPH0260221B2 publication Critical patent/JPH0260221B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00—Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/60—Electrodes characterised by their materials
    • H10D64/602—Heterojunction gate electrodes for FETs

Landscapes

  • Junction Field-Effect Transistors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、電界効果トランジスタおよびそれを
用いた集積回路に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a field effect transistor and an integrated circuit using the same.

[従来の技術] 本願人は、特開昭58−119671号において第1図
に示す構造をもつ電界効果トランジスタを提案し
た。この電界効果トランジスタはソース領域1
と、ドレイン領域2と、これらソースおよびドレ
イン領域1および2に接して設けられた第1の半
導体よりなるチヤネル形成領域3と、このチヤネ
ル形成領域3上に設けられた第1および第2のゲ
ート層4および5とから少なくとも構成され、チ
ヤネル形成領域3に接する第1ゲート層4は第1
の半導体よりバンド・ギヤツプが大きくかつ不純
物濃度が小さい第2の半導体からなり、第2ゲー
ト層5は第1ゲート層4より低抵抗の材料ないし
は第1の半導体より不純物濃度が大きい半導体で
構成されている。6は絶縁性基板、7,7′,
7″はオーミツク電極、8はソース、9はドレイ
ン、10はゲートである。
[Prior Art] The applicant proposed a field effect transistor having the structure shown in FIG. 1 in Japanese Patent Laid-Open No. 119671/1983. This field effect transistor has a source region 1
, a drain region 2, a channel forming region 3 made of a first semiconductor provided in contact with these source and drain regions 1 and 2, and first and second gates provided on this channel forming region 3. The first gate layer 4 is composed of at least layers 4 and 5 and is in contact with the channel forming region 3.
The second gate layer 5 is made of a material having a lower resistance than the first gate layer 4 or a semiconductor having a higher impurity concentration than the first semiconductor. ing. 6 is an insulating substrate, 7, 7',
7'' is an ohmic electrode, 8 is a source, 9 is a drain, and 10 is a gate.

このトランジスタでは、チヤネル形成領域3を
構成する第1の半導体に接する第1ゲート層4を
構成する第2の半導体として、不純物濃度の低い
半導体を用いることによつて、電界効果トランジ
スタのゲートしきい値電圧が第2の半導体の不純
物濃度に依存しないようにすることができる。電
界効果トランジスタの型によつてはさらにゲート
しきい値電圧がチヤネル形成領域3の第1の半導
体と第2ゲート層5の材料の仕事関数の差のみで
与えられるように設計することができるので、均
質な特性の電界効果トランジスタを大面積にわた
つて製造することが容易になり、大規模集積回路
を容易に実現できるようになる。さらに、第1の
半導体3と第2の半導体4の間の界面準位、トラ
ツプ等の影響、および低温におけるキヤリア・フ
リージング等の影響で電界効果トランジスタの特
性が悪くなることを避けることができる。この効
果は特に第1の半導体3が化合物半導体である場
合のように良質なMIS型構造が得られていない場
合に顕著である。すなわち、かかる電界効果トラ
ンジスタを化合物半導体に適用することによつ
て、化合物半導体の電子の移動度が大きいことを
利用した、極めて高速、低消費電力の均質な電界
効果トランジスタを得ることができる。
In this transistor, by using a semiconductor with a low impurity concentration as the second semiconductor constituting the first gate layer 4 which is in contact with the first semiconductor constituting the channel forming region 3, the gate threshold of the field effect transistor can be increased. The value voltage can be made independent of the impurity concentration of the second semiconductor. Depending on the type of field effect transistor, it is possible to design the gate threshold voltage to be given only by the difference in work function between the materials of the first semiconductor of the channel forming region 3 and the materials of the second gate layer 5. , it becomes easier to manufacture field effect transistors with uniform characteristics over a large area, and it becomes easier to realize large-scale integrated circuits. Further, it is possible to avoid deterioration of the characteristics of the field effect transistor due to the influence of interface states between the first semiconductor 3 and the second semiconductor 4, traps, etc., and the influence of carrier freezing at low temperatures. This effect is particularly noticeable when a high-quality MIS type structure is not obtained, such as when the first semiconductor 3 is a compound semiconductor. That is, by applying such a field effect transistor to a compound semiconductor, it is possible to obtain an extremely high speed, low power consumption, homogeneous field effect transistor that takes advantage of the high electron mobility of the compound semiconductor.

[発明が解決しようとする問題点] 一般に、電界効果トランジスタにおいては、そ
れを用いて電子回路を組む場合に、トランジスタ
のゲートしきい値電圧を任意所望の値に設定でき
ることが望まれる。たとえば、ノーマリ・オフ型
トランジスタを用いる直結型論理回路では、トラ
ンジスタのゲートしきい値電圧は電源電圧の約20
%に設定するのがよいとされている。しかしなが
ら、従来技術においては、ゲートしきい値電圧を
任意所望値に設定することはできず、上述した特
開昭58−119671号に係る電界効果トランジスタに
おいてもそのゲートしきい値電圧は第2の半導体
の不純物濃度に依存しないようにすることができ
るが、それでも、ゲートしきい値電圧はチヤネル
形成領域3の第1の半導体の仕事関数と第2ゲー
ト層5の材料の仕事関数との差φGSに大きく依存
しており、任意所望の値に設定することはできな
い。任意にしかも制御性よく設定する方法を明ら
かにするものである。
[Problems to be Solved by the Invention] Generally, when a field effect transistor is used to construct an electronic circuit, it is desired that the gate threshold voltage of the transistor can be set to any desired value. For example, in a direct-coupled logic circuit using normally-off transistors, the gate threshold voltage of the transistor is approximately 20° below the power supply voltage.
It is recommended to set it to %. However, in the conventional technology, it is not possible to set the gate threshold voltage to an arbitrary desired value, and even in the field effect transistor according to the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-119671, the gate threshold voltage is set to a second value. Although it is possible to make it independent of the impurity concentration of the semiconductor, the gate threshold voltage is still determined by the difference φ between the work function of the first semiconductor of the channel forming region 3 and the work function of the material of the second gate layer 5. It is highly dependent on GS and cannot be set to any desired value. This study clarifies how to set the parameters arbitrarily and with good controllability.

そこで、本発明の目的は、特開昭58−119671号
に係る電界効果トランジスタにおけるゲートしき
い値電圧を任意所望の値に、しかも制御性よく設
定することのできる電界効果トランジスタを提供
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to provide a field effect transistor according to Japanese Patent Application Laid-open No. 58-119671, in which the gate threshold voltage can be set to any desired value with good controllability. be.

本発明の他の目的は、均質な特性の電界効果ト
ランジスタを大面積にわたつて集積化して配置
し、しかもその消費電力の少ない集積回路を提供
することにある。
Another object of the present invention is to provide an integrated circuit in which field effect transistors with uniform characteristics are integrated and arranged over a large area, and which consumes less power.

[問題点を解決するための手段] このような目的を達成するために、本発明で
は、φGSが零でない半導体の組合せ、すなわち、
チヤネル形成領域を構成する第1の半導体と第2
ゲート層の半導体とが異なる仕事関数をもつよう
に選ぶ。
[Means for solving the problem] In order to achieve such an object, the present invention provides a combination of semiconductors in which φ GS is not zero, that is,
A first semiconductor and a second semiconductor constituting a channel forming region.
The semiconductor of the gate layer is selected to have a different work function.

本発明の第1の形態は、ソース領域と、ドレイ
ン領域と、ソース領域およびドレイン領域に接し
て設けられた第1の半導体よりなるチヤネル形成
領域と、チヤネル形成領域上に設けられた第1お
よび第2のゲート層から少なくとも構成され、チ
ヤネル形成領域に接する第1ゲート層は第1の半
導体よりバンド・ギヤツプが大きくかつ不純物濃
度が小さい第2の半導体からなり、第2ゲート層
は第1層より低抵抗の材料ないしは第1の半導体
より不純物濃度が大きい半導体で構成されている
電界効果トランジスタにおいて、第2ゲート層を
チヤネル形成領域を構成する第1の半導体とは仕
事関数の異なる半導体で構成したことを特徴とす
る。
A first aspect of the present invention includes a source region, a drain region, a channel forming region made of a first semiconductor provided in contact with the source region and the drain region, and a first and second semiconductor provided on the channel forming region. The first gate layer, which is composed of at least a second gate layer and is in contact with the channel forming region, is composed of a second semiconductor having a larger band gap and lower impurity concentration than the first semiconductor; In a field effect transistor made of a material with lower resistance or a semiconductor with a higher impurity concentration than the first semiconductor, the second gate layer is made of a semiconductor having a different work function from the first semiconductor forming the channel forming region. It is characterized by what it did.

本発明の第2の形態は、ソース領域と、ドレイ
ン領域と、ソース領域およびドレイン領域に接し
て設けられた第1の半導体よりなるチヤネル形成
領域と、チヤネル形成領域上に設けられた第1お
よび第2のゲート層から少なくとも構成され、チ
ヤネル形成領域に接する第1ゲート層は第1の半
導体よりバンド・ギヤツプが大きくかつ不純物濃
度が小さい第2の半導体からなり、第2ゲート層
は第1層より低抵抗の材料ないしは第1の半導体
より不純物濃度が大きい半導体で構成されている
電界効果トランジスタにおいて、第2ゲート層を
前記チヤネル形成領域を構成する第1の半導体と
は仕事関数の異なる半導体で構成した電界効果ト
ランジスタを複数個同一チツプ上に配置したこと
を特徴とする。
A second aspect of the present invention includes a source region, a drain region, a channel forming region made of a first semiconductor provided in contact with the source region and the drain region, and a first and second semiconductor provided on the channel forming region. The first gate layer, which is composed of at least a second gate layer and is in contact with the channel forming region, is composed of a second semiconductor having a larger band gap and lower impurity concentration than the first semiconductor; In a field effect transistor made of a material with lower resistance or a semiconductor having a higher impurity concentration than the first semiconductor, the second gate layer is made of a semiconductor having a different work function from the first semiconductor forming the channel forming region. The present invention is characterized in that a plurality of the above-described field effect transistors are arranged on the same chip.

[作用] 本発明の作用を第2図A〜Cにエネルギー・バ
ンド図を示す電界効果トランジスタの例をとつて
説明する。このトランジスタはチヤネル形成領域
3の第1の半導体がn型の半導体であり、第2ゲ
ート層5がn+型(n型高不純物濃度)の半導体
であり、電荷蓄積モードで動作するnチヤネル・
トランジスタである。さらに、第1ゲート層4の
第2の半導体の厚さt2および不純物濃度N2はそ
れぞれ十分小さくて、トランジスタのゲートしき
い値電圧はこれらの値によつて規定されないもの
とする。
[Operation] The operation of the present invention will be explained using an example of a field effect transistor whose energy band diagram is shown in FIGS. 2A to 2C. In this transistor, the first semiconductor of the channel forming region 3 is an n-type semiconductor, the second gate layer 5 is an n + type (n-type high impurity concentration) semiconductor, and the n-channel transistor operates in a charge accumulation mode.
It is a transistor. Further, it is assumed that the thickness t 2 and the impurity concentration N 2 of the second semiconductor of the first gate layer 4 are each sufficiently small, and the gate threshold voltage of the transistor is not defined by these values.

また、第2図A〜Cの例においては仕事関数は
第2ゲート層5の方が第1の半導体3より大き
い。なお、第2図Aはフラツト・バンド条件を満
たすようにゲート電圧VGを設定した場合である。
Further, in the examples shown in FIGS. 2A to 2C, the work function of the second gate layer 5 is larger than that of the first semiconductor 3. Note that FIG. 2A shows the case where the gate voltage V G is set so as to satisfy the flat band condition.

ゲート電圧VGが零の場合、バンド図は第2図
Bのようになり、チヤネル形成領域3の伝導帯の
下端11は第1ゲート層4に近づくにしたがつて
フエルミ・レベル12の上方に離れる。チヤネル
形成領域3の中には第1ゲート層4に接して電荷
が誘起されることがない。したがつて、このトラ
ンジスタは、ゲート電圧VGが零の場合に電流が
流れない、いわゆるノーマリ・オフ型である。
When the gate voltage V G is zero, the band diagram becomes as shown in FIG. Leave. No charges are induced in the channel forming region 3 in contact with the first gate layer 4 . Therefore, this transistor is a so-called normally-off type transistor in which no current flows when the gate voltage V G is zero.

このトランジスタに大量に電流を流すために
は、第2図Cに示すように、ゲート電圧VGを正
にする。それによつて、チヤネル形成領域3の伝
導帯下端11は、第1ゲート層4の近くではじめ
てフエルミ・レベル12の下方に位置し、電荷が
大量に誘起される。
In order to cause a large amount of current to flow through this transistor, the gate voltage V G is made positive as shown in FIG. 2C. As a result, the conduction band lower end 11 of the channel forming region 3 is located below the Fermi level 12 for the first time near the first gate layer 4, and a large amount of charge is induced.

次に、第2図A〜Cに示すようなバンド図を得
るのに必要な条件について述べる。第1の半導体
3と第2ゲート層5の間の仕事関数の差φGSはフ
ラツト・バンド状態におけるエネルギー準位を用
いて次のように表わされる(第2図A参照)。
Next, the conditions necessary to obtain the band diagrams shown in FIGS. 2A to 2C will be described. The work function difference φ GS between the first semiconductor 3 and the second gate layer 5 is expressed as follows using the energy level in the flat band state (see FIG. 2A).

φGS=ψGS−(EF−EC)2+(EF−EC)1 ここで、ψGSは各半導体の伝導帯下端11,1
1′のエネルギー差を表わし、(EF−EC)2および
(EF−EC)1は、それぞれ、第2ゲート層5および
第1の半導体3におけるフエルミ・レベルEFと
伝導帯下端のエネルギーECとの差を表わす。か
かるエネルギー差(EF−EC)は半導体の不純物
密度と有効状態密度によつて決まる値をとるが、
実用上有用な半導体においては数ミリeVと小さ
い。
φ GS = ψ GS − (E F − E C ) 2 + (E F − E C ) 1 Here, ψ GS is the lower end of the conduction band 11, 1 of each semiconductor.
1′, and (E F −E C ) 2 and (E F −E C ) 1 are the Fermi level E F and the lower end of the conduction band in the second gate layer 5 and the first semiconductor 3, respectively. It represents the difference between the energy E C of This energy difference (E F −E C ) takes a value determined by the impurity density and effective density of states of the semiconductor, but
For practically useful semiconductors, it is as small as a few millivolts.

したがつて、仕事関数の差φGSを任意所望の値
に設定するためには、ψGSを任意所望の値に設定
できればよい。一方、ψGSは第1の半導体3と第
2ゲート層5の半導体の種類により決まる物質定
数であるため、製作条件により値が左右されるこ
とがなく、制御性よく所望の値に設定することが
できる。
Therefore, in order to set the work function difference φ GS to any desired value, it is only necessary to set ψ GS to any desired value. On the other hand, since ψ GS is a material constant determined by the types of semiconductors of the first semiconductor 3 and the second gate layer 5, its value is not influenced by manufacturing conditions and can be set to a desired value with good controllability. Can be done.

以下の説明においては、チヤネル形成領域3が
GaAsからなる場合を例にとると、その場合、第
2ゲート層5として例えばIn1-xGaxAs(0≦x≦
1)を用いれば、第2図Aに示すようなバンド図
にすることができ、さらにψGSを任意に設定する
ことができる。x=0、すなわち第2ゲート層5
がGaAsの場合にはψGS=0である。x=1、すな
わち、第2ゲート層5がInAsの場合にはψGS=
0.83eVであることが知られている。0≦x≦1、
すなわち、第2ゲート層5がInxGa1-xAs混晶で
ある場合にはψGSはxが大きくなるほど大きくな
るが、xを適当に選ぶことによつて0と0.83eV
の間の任意の値をとることができる。したがつ
て、チヤネル形成領域3がGaAsからなる場合、
第2ゲート層5としてIn1-xGaxAsを用い、その
組成比xを適当に選ぶことによつてトラジスタの
フラツト・バンド状態をもたらすゲート電圧を大
略、0と0.83Vの間の任意の値に設定することが
できる。この電圧は実用上ほぼゲートしきい値電
圧に等しい。
In the following description, the channel forming region 3 is
Taking the case of GaAs as an example, in that case, the second gate layer 5 is made of, for example, In 1-x Ga x As (0≦x≦
By using 1), a band diagram as shown in FIG. 2A can be obtained, and ψ GS can be arbitrarily set. x=0, that is, second gate layer 5
When is GaAs, ψ GS =0. When x=1, that is, the second gate layer 5 is InAs, ψ GS =
It is known to be 0.83eV. 0≦x≦1,
That is, when the second gate layer 5 is an In x Ga 1-x As mixed crystal, ψ GS increases as x increases, but by appropriately selecting x, it can be adjusted to 0 and 0.83 eV.
It can take any value between. Therefore, when the channel forming region 3 is made of GaAs,
By using In 1-x Ga x As as the second gate layer 5 and appropriately selecting its composition ratio x, the gate voltage that brings about the flat band state of the transistor can be approximately set to any value between 0 and 0.83V. Can be set to a value. This voltage is practically equal to the gate threshold voltage.

[実施例] 以下に図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。
[Example] The present invention will be described in detail below with reference to the drawings.

本発明電界効果トランジスタの構造は第1図に
示すようであり、その一実施例におけるエネルギ
ー・バンド図を第3図A,Bに示す。第3図Aに
示すように、φGS<0に定めると、このトランジ
スタはノーマリ・オンの電荷蓄積型にすることが
できる。すなわちゲート電圧が零の場合に第3図
Bに示すように第1の半導体3の伝導帯下端11
は第2の半導体4との境界においてフエルミ準位
12より下になり、そこに多量の蓄積電荷を生ず
るようにすることができる。
The structure of the field effect transistor of the present invention is shown in FIG. 1, and the energy band diagram of one embodiment thereof is shown in FIGS. 3A and 3B. As shown in FIG. 3A, by setting φ GS <0, this transistor can be made into a normally-on charge storage type. That is, when the gate voltage is zero, as shown in FIG. 3B, the lower end 11 of the conduction band of the first semiconductor 3
is below the Fermi level 12 at the boundary with the second semiconductor 4, and a large amount of accumulated charge can be generated there.

第3図Aのようなエネルギー・バンド図をもつ
ためには、第1の半導体3がGaAsの場合、第2
ゲート層5として例えばAlxGa1-xAs(0≦x≦
1)を用いればよい。
In order to have an energy band diagram as shown in FIG. 3A, when the first semiconductor 3 is GaAs, the second
As the gate layer 5, for example, Al x Ga 1-x As (0≦x≦
1) may be used.

第4図にフラツト・バンド状態を示すように、
第1の半導体3がp型で第2ゲート層5の半導体
がp+型(p型高不純物濃度)の場合、φGS<0に
定めると、トランジスタはpチヤネルのノーマ
リ・オフ型の電荷蓄積型にすることができる。第
4図のようなエネルギー・バンド図をもつために
は、第1の半導体3がGaAsの場合、第2ゲート
層5として例えばInxGa1-xAs(0≦x≦1)を用
いればよい。ψGSが2つの半導体3,5の価電子
帯上端13,13′のエネルギー差を表わすもの
とすれば、x=0、すなわち、第2ゲート層5が
GaAsの場合にはψGS=0であり、x=1、すなわ
ち、第2ゲート層5がInAsの場合にはψGS=−
0.24eVであることが知られている。0≦x≦1、
すなわち第2ゲート層5がInxGa1-xAsの混晶で
ある場合、xが大きくなるとψGSは負の値が大き
くなるが、xを適当に選ぶことによつてψGSを0
と−0.24eVの間の任意所望の値に定めることが
できる。なお、ψGSと仕事関数の差φGSとの差はn
型の半導体と同様にそれぞれの半導体の不純物密
度と有効状態密度によつて決める値をとるが、実
用上有用な半導体においては数ミリeVと小さい。
したがつて、チヤネル形成領域3がGaAsからな
る場合、第2ゲート層5としてIn1-xGaxAsを用
い、その組成比xを適当に定めることによつて、
トランジスタのフラツト・バンド状態をもたらす
ゲート電圧をほぼ0と−0.24Vの間の任意所望の
値に設定することができる。この電圧はほぼゲー
トしきい値電圧に等しい。
As shown in Figure 4, the flat band condition
When the first semiconductor 3 is p-type and the semiconductor of the second gate layer 5 is p + type (p-type high impurity concentration), if φ GS <0, the transistor is a p-channel normally-off type charge storage. It can be made into a mold. In order to have an energy band diagram as shown in FIG. 4, when the first semiconductor 3 is GaAs, for example, In x Ga 1-x As (0≦x≦1) is used as the second gate layer 5. good. If ψ GS represents the energy difference between the upper ends 13 and 13' of the valence bands of the two semiconductors 3 and 5, then x=0, that is, the second gate layer 5
In the case of GaAs, ψ GS = 0, and x = 1, that is, when the second gate layer 5 is InAs, ψ GS = -
It is known to be 0.24eV. 0≦x≦1,
In other words, when the second gate layer 5 is a mixed crystal of In x Ga 1-x As, as x becomes larger, ψ GS becomes more negative, but by appropriately selecting x, ψ GS can be reduced to 0.
and -0.24eV can be set to any desired value. In addition, the difference between ψ GS and the work function difference φ GS is n
As with other types of semiconductors, the value is determined by the impurity density and effective state density of each semiconductor, but in a practically useful semiconductor it is as small as several milli-eV.
Therefore, when the channel forming region 3 is made of GaAs, by using In 1-x Ga x As as the second gate layer 5 and appropriately determining the composition ratio x,
The gate voltage that results in a flat band condition of the transistor can be set to any desired value between approximately 0 and -0.24V. This voltage is approximately equal to the gate threshold voltage.

さらには、第5図にフラツト・バンド状態を示
すように第1の半導体3がp型で第2ゲート層5
の半導体がp+型の場合、φGS>0に定めることに
よつてトランジスタはpチヤネルのノーマリ・オ
ン型の電荷蓄積型にすることができる。そのため
には、第1の半導体3がGaAsの場合、第2ゲー
ト層として例えばAlxGa1-xAs(0≦x≦1)を用
いればよい。
Furthermore, as shown in FIG. 5 in a flat band state, the first semiconductor 3 is p-type and the second gate layer 5
When the semiconductor is p + type, the transistor can be made into a p-channel normally-on charge storage type by setting φ GS >0. For this purpose, when the first semiconductor 3 is GaAs, for example, Al x Ga 1-x As (0≦x≦1) may be used as the second gate layer.

さらには、チヤネル形成領域3の第1の半導体
がGaAsの場合、第2ゲート層5が必ずしもInx
Ga1-xAs、AlxGa1-xAsに限られないことは明ら
かであり、たとえば、AlGa1-xAsyP1-y(0≦x、
y≦1)、AlxGa1-xAsySb1-y(0≦x、y≦1)、
InxAlyGa1-x-yAs(0≦x、y≦1)、InxGa1-x
AsyP1-y(0≦x、y≦1)、あるいはInxGa1-x
AsySb1-y(0≦x、y≦1)で構成してもよい。
Furthermore, when the first semiconductor of the channel forming region 3 is GaAs, the second gate layer 5 is not necessarily In x
It is clear that it is not limited to Ga 1-x As and Al x Ga 1-x As; for example, AlGa 1-x As y P 1-y (0≦x,
y≦1), Al x Ga 1-x As y Sb 1-y (0≦x, y≦1),
In x Al y Ga 1-xy As (0≦x, y≦1), In x Ga 1-x
As y P 1-y (0≦x, y≦1), or In x Ga 1-x
It may be configured by As y S b1-y (0≦x, y≦1).

さらにまた、チヤネル形成領域3の第1の半導
体は必ずしもGaAsに限られないことは明らかで
あり、例えばInP、InxGa1-xAs(0≦x≦1)な
どを用いてもよい。その場合の第2ゲート層5と
しては例えばInxGa1-xAsyP1-y(0≦x、y≦1)、
AlxGA1-xAsyP1-y(0≦x、y≦1)、InxAl1-x
AsyP1-y(0≦x、y≦1)などを用いればよい。
あるいは、チヤネル形成領域3の第1の半導体と
してInxGA1-xSb(0≦x≦1)を用いることもで
きる。その場合の第2ゲート層5としては、例え
ばInyGa1-ySb(0≦y≦1)などを用いればよ
い。あるいは、チヤネル形成領域3の第1の半導
体としてSiを用いることもでき、その場合の第2
ゲート層5としては、例えばSixGe1-x(0≦x≦
1)を用いればよい。
Furthermore, it is clear that the first semiconductor of the channel forming region 3 is not necessarily limited to GaAs; for example, InP, In x Ga 1-x As (0≦x≦1), etc. may be used. In that case, the second gate layer 5 is, for example, In x Ga 1-x As y P 1-y (0≦x, y≦1),
Al x GA 1-x As y P 1-y (0≦x, y≦1), In x Al 1-x
As y P 1-y (0≦x, y≦1) may be used.
Alternatively, In x GA 1-x Sb (0≦x≦1) can also be used as the first semiconductor of the channel forming region 3 . In that case, the second gate layer 5 may be made of, for example, In y Ga 1-y Sb (0≦y≦1). Alternatively, Si can be used as the first semiconductor of the channel forming region 3, and in that case, the second semiconductor
As the gate layer 5, for example, Si x Ge 1-x (0≦x≦
1) may be used.

さらには、第2ゲート層5の材料または不純物
の種類の異なるトランジスタを同一チツプ上に作
り込んでゲートしきい値電圧の異なるトランジス
タを組合わせた高性能集積回路を実現することが
できる。例えば、第2図、第3図、第5図の組合
わせによつて、nチヤネル・ノーマリ・オフ型を
スイツチング・トランジスタとして得て、さらに
Pチヤネルまたnチヤネル・ノーマリ・オン型ト
ランジスタを負荷として、いわゆるE/D型イン
バータを基本とするゲート、メモリなどの集積回
路を構成することができる。これにより、低電力
で高速の集積回路を実現することができる。ある
いはまた、第2図および第4図の組合わせを用い
てpチヤネル、nチヤネル共にノーマリ・オフ型
の相補型回路を得ることもできる。
Furthermore, by fabricating transistors with different materials or impurity types for the second gate layer 5 on the same chip, it is possible to realize a high-performance integrated circuit in which transistors with different gate threshold voltages are combined. For example, by combining Figures 2, 3, and 5, an n-channel normally-off type can be obtained as a switching transistor, and a P-channel or n-channel normally-on type transistor can be used as a load. It is possible to construct integrated circuits such as gates and memories based on so-called E/D type inverters. This makes it possible to realize a low-power, high-speed integrated circuit. Alternatively, by using the combination of FIGS. 2 and 4, it is also possible to obtain a normally-off complementary circuit for both the p-channel and n-channel.

以上述べたように、本発明によれば、特開昭58
−119671号に係る電界効果トランジスタにおい
て、ゲートを構成する第2層をチヤネル形成領域
を構成する第1の半導体とは仕事関数が異なる半
導体で構成することによつて、電界効果トランジ
スタのゲートしきい値電圧を任意所望に、しか
も、制御性よく設定することができるので、均質
な特性の電界効果トランジスタを大面積にわたつ
て製造することが容易になり、以つて大規模集積
回路を容易に実現できる。
As described above, according to the present invention,
In the field-effect transistor according to No.-119671, the gate threshold of the field-effect transistor is improved by configuring the second layer constituting the gate with a semiconductor having a different work function from the first semiconductor constituting the channel forming region. Since the value voltage can be set arbitrarily and with good controllability, it becomes easy to manufacture field-effect transistors with uniform characteristics over a large area, making it easy to realize large-scale integrated circuits. can.

[発明の効果] 以上説明したように、本発明によるトランジス
タは、低消費電力の大規模集積回路を容易に得る
ことを可能とし、高速電子計算機、高速通信用電
子装置の技術分野に貢献するところ極めて大なる
ものである。
[Effects of the Invention] As explained above, the transistor according to the present invention makes it possible to easily obtain a large-scale integrated circuit with low power consumption, and contributes to the technical field of high-speed electronic computers and electronic devices for high-speed communication. It is extremely large.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来技術および本発明による電界効果
トランジスタに共通な構成を示す断面略図、第2
図A〜Cは本発明による電界効果トランジスタの
動作原理を示すエネルギー・バンド図、第3図
A,B、第4図および第5図は本発明実施例のエ
ネルギー・バンド図である。 1……ソース領域、2……ドレイン領域、3…
…チヤネル形成領域または第1の半導体、4……
ゲート第1層または第2の半導体、5……ゲート
第2層、6……基板、7……オーム性電極、8…
…ソース、9……ドレイン、10……ゲート、1
1,11′……伝導帯下端、12,12′……フエ
ルミ・レベル、13,13′……価電子帯上端。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration common to field effect transistors according to the prior art and the present invention, and FIG.
Figures A to C are energy band diagrams showing the operating principle of the field effect transistor according to the present invention, and Figures 3A, B, 4 and 5 are energy band diagrams of embodiments of the present invention. 1... Source region, 2... Drain region, 3...
...Channel formation region or first semiconductor, 4...
Gate first layer or second semiconductor, 5... Gate second layer, 6... Substrate, 7... Ohmic electrode, 8...
...Source, 9...Drain, 10...Gate, 1
1, 11'...lower end of conduction band, 12,12'...Fermi level, 13,13'...upper end of valence band.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 ソース領域と、ドレイン領域と、前記ソース
領域および前記ドレイン領域に接して設けられた
第1の半導体よりなるチヤネル形成領域と、該チ
ヤネル形成領域上に設けられた第1および第2の
ゲート層から少なくとも構成され、前記チヤネル
形成領域に接する前記第1ゲート層は前記第1の
半導体よりバンド・ギヤツプが大きくかつ不純物
濃度が小さい第2の半導体からなり、前記第2ゲ
ート層は前記第1層より低抵抗の材料ないしは前
記第1の半導体より不純物濃度が大きい半導体で
構成されている電界効果トランジスタにおいて、
前記第2ゲート層を前記チヤネル形成領域を構成
する前記第1の半導体とは仕事関数の異なる半導
体で構成したことを特徴とする電界効果トランジ
スタ。 2 ソース領域と、ドレイン領域と、前記ソース
領域および前記ドレイン領域に接して設けられた
第1の半導体よりなるチヤネル形成領域と、該チ
ヤネル形成領域上に設けられた第1および第2の
ゲート層から少なくとも構成され、前記チヤネル
形成領域に接する前記第1ゲート層は前記第1の
半導体よりバンド・ギヤツプが大きくかつ不純物
濃度が小さい第2の半導体からなり、前記第2ゲ
ート層は前記第1層より低抵抗の材料ないしは前
記第1の半導体より不純物濃度が大きい半導体で
構成されている電界効果トランジスタにおいて、
前記第2ゲート層を前記チヤネル形成領域を構成
する前記第1の半導体とは仕事関数の異なる半導
体で構成した電界効果トランジスタを複数個同一
チツプ上に配置したことを特徴とする集積回路。
[Scope of Claims] 1. A source region, a drain region, a channel forming region made of a first semiconductor provided in contact with the source region and the drain region, and a first channel forming region provided on the channel forming region. and a second gate layer, the first gate layer in contact with the channel forming region is made of a second semiconductor having a larger band gap and lower impurity concentration than the first semiconductor, In a field effect transistor, the layer is made of a material having a lower resistance than the first layer or a semiconductor having a higher impurity concentration than the first semiconductor,
A field effect transistor, wherein the second gate layer is made of a semiconductor having a different work function from the first semiconductor forming the channel forming region. 2. A source region, a drain region, a channel forming region made of a first semiconductor provided in contact with the source region and the drain region, and first and second gate layers provided on the channel forming region. the first gate layer in contact with the channel forming region is made of a second semiconductor having a larger band gap and lower impurity concentration than the first semiconductor; In a field effect transistor made of a material with lower resistance or a semiconductor with a higher impurity concentration than the first semiconductor,
An integrated circuit characterized in that a plurality of field effect transistors in which the second gate layer is made of a semiconductor having a different work function from the first semiconductor constituting the channel forming region are arranged on the same chip.
JP61069633A 1986-03-27 1986-03-27 Field-effect transistor and integrated circuit employing the same Granted JPS62224978A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61069633A JPS62224978A (en) 1986-03-27 1986-03-27 Field-effect transistor and integrated circuit employing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP61069633A JPS62224978A (en) 1986-03-27 1986-03-27 Field-effect transistor and integrated circuit employing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62224978A JPS62224978A (en) 1987-10-02
JPH0260221B2 true JPH0260221B2 (en) 1990-12-14

Family

ID=13408457

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP61069633A Granted JPS62224978A (en) 1986-03-27 1986-03-27 Field-effect transistor and integrated circuit employing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS62224978A (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013239735A (en) * 2013-07-29 2013-11-28 Panasonic Corp Field effect transistor

Also Published As

Publication number Publication date
JPS62224978A (en) 1987-10-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3135939B2 (en) HEMT type semiconductor device
US12205951B2 (en) Complementary metal oxide semiconductor device
US10211328B2 (en) Normally-off cubic phase GaN (c-GaN) HEMT having a gate electrode dielectrically insulated from a c-AlGaN capping layer
JPH0554270B2 (en)
US9768289B2 (en) Field effect transistor with conduction band electron channel and uni-terminal response
US20250169383A1 (en) Vertical ternary cmos inverter using 2d material and method of manufacturing the same
KR102767182B1 (en) CMOS Logic Device Containing Oxide Semiconductor
US20230006054A1 (en) Tunnel field effect transistor and ternary inverter including the same
US20250107226A1 (en) Ternary cmos device
JPH025302B2 (en)
KR100540404B1 (en) Semiconductor device
KR20250034372A (en) logic gate
JPS62224978A (en) Field-effect transistor and integrated circuit employing the same
JPH01817A (en) logic circuit
JPH0371775B2 (en)
JP2655594B2 (en) Integrated semiconductor device
US4639752A (en) Fast ternary (GaInAs) logic gate device
EP0093557A2 (en) High-speed complementary semiconductor integrated circuit
US20250126808A1 (en) Cmos device with multiple channels vertically stacked
KR102853651B1 (en) Vertical ternary cmos inverter using 2d material and method of manufacturing the same
JP4595128B2 (en) 4-terminal double gate field effect transistor
JPH0695532B2 (en) Semiconductor device
JPH0695531B2 (en) Field effect transistor
JPH04370977A (en) Quantized field-effect transistor
JP2768794B2 (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
EXPY Cancellation because of completion of term