JPH0766988B2 - マイクロ波遷移電子デバイス - Google Patents
マイクロ波遷移電子デバイスInfo
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- JPH0766988B2 JPH0766988B2 JP61500070A JP50007085A JPH0766988B2 JP H0766988 B2 JPH0766988 B2 JP H0766988B2 JP 61500070 A JP61500070 A JP 61500070A JP 50007085 A JP50007085 A JP 50007085A JP H0766988 B2 JPH0766988 B2 JP H0766988B2
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N80/00—Bulk negative-resistance effect devices
- H10N80/10—Gunn-effect devices
Landscapes
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
- Production Of Multi-Layered Print Wiring Board (AREA)
- Thin Film Transistor (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は遷移電子発振器及び増幅器の分野に応用可能な
マイクロ波半導体デバイスに係る。
マイクロ波半導体デバイスに係る。
発明の背景 電子−磁気放射の発見以来、より高い周波数で働くデバ
イス発振器に対して、ほとんど絶え間ない努力が続けら
れてきた。もし周波数が0.1GHzより高いならば、それは
共通的に“マイクロ波”とよばれる。マイクロ波発振器
の一つの型は、低周波数の方がより典型的であるが、30
0GHzもの高い周波数で動作できるマイクロ波管を用いる
発振器である。これらの管は典型的な場合複雑な金属構
造で、所望の電磁モードに結合した適切に変調した電子
ビームを用い、そのモードへのエネルギーの遷移を可能
にする。マイクロ波管は再入力空胴、らせん遅波構造又
は結合空胴及び他の構造を有する非共振回路構造を用い
る。現在ですら、ほとんどの周波数でマイクロ波管が最
高のパワーレベルを供給することは、恐らく真実であ
る。
イス発振器に対して、ほとんど絶え間ない努力が続けら
れてきた。もし周波数が0.1GHzより高いならば、それは
共通的に“マイクロ波”とよばれる。マイクロ波発振器
の一つの型は、低周波数の方がより典型的であるが、30
0GHzもの高い周波数で動作できるマイクロ波管を用いる
発振器である。これらの管は典型的な場合複雑な金属構
造で、所望の電磁モードに結合した適切に変調した電子
ビームを用い、そのモードへのエネルギーの遷移を可能
にする。マイクロ波管は再入力空胴、らせん遅波構造又
は結合空胴及び他の構造を有する非共振回路構造を用い
る。現在ですら、ほとんどの周波数でマイクロ波管が最
高のパワーレベルを供給することは、恐らく真実であ
る。
しかし、発振器の寸法及び価格の両方を減したいという
要望のため、最近すなわちここ数十年、固体素子特に半
導体発振器に基本的に焦点を当てた別の構造を探してき
た。そのような発振器が集積回路（IC）デバイスと両立
するという希望もある。IMPATTダイオードのような走行
時間効果を用いるものとともに、ガンダイオードのよう
な遷移電子効果を用いるものを含んだいくつかの型のデ
バイスが、この技術の例である。
要望のため、最近すなわちここ数十年、固体素子特に半
導体発振器に基本的に焦点を当てた別の構造を探してき
た。そのような発振器が集積回路（IC）デバイスと両立
するという希望もある。IMPATTダイオードのような走行
時間効果を用いるものとともに、ガンダイオードのよう
な遷移電子効果を用いるものを含んだいくつかの型のデ
バイスが、この技術の例である。
これらの半導体デバイスは典型的な場合、周波数安定
性、同調性、効率及び雑音低減のため、同調した空胴を
含む発振回路中に、負性コンダクタンス要素として半導
体ダイオードを用いる。パワー源として役立つ負性コン
ダクタンスデバイスは、同調した空胴すなわち正コンダ
クタンス要素と並列に置かれ、それによつて空胴モード
を特徴とする高周波発振を起すことが可能になる。しか
し、同調性が著しく制限されることは、容易に認識され
よう。
性、同調性、効率及び雑音低減のため、同調した空胴を
含む発振回路中に、負性コンダクタンス要素として半導
体ダイオードを用いる。パワー源として役立つ負性コン
ダクタンスデバイスは、同調した空胴すなわち正コンダ
クタンス要素と並列に置かれ、それによつて空胴モード
を特徴とする高周波発振を起すことが可能になる。しか
し、同調性が著しく制限されることは、容易に認識され
よう。
そのようなデバイス構造に固有なものとして現れる他の
デバイス限界及び動作特性がある。たとえば、各周期中
単一電荷群がダイオードの一端付近に形成され、次に分
散又は吸収される前に、ドリフト領域の一部を走行す
る。デバイスをより小さくするかあるいはなお強く駆動
するのか一方又は両方により、より高い周波数が一般に
探求されてきた。最終的にはキヤリヤ分布の応答時間が
得られる周波数を制限することが、認識されよう。加え
て、デバイスは任意の時刻に、唯一の電荷群のみを維持
することができる。この限界は電荷群による空間電荷電
界が、存在している電荷群が分散するまで、電荷群形成
の閾値以下にデバイスの残りの部分の電界を追いやつて
しまうためである。もちろん、このことは得られる最大
周波数も制限する。
デバイス限界及び動作特性がある。たとえば、各周期中
単一電荷群がダイオードの一端付近に形成され、次に分
散又は吸収される前に、ドリフト領域の一部を走行す
る。デバイスをより小さくするかあるいはなお強く駆動
するのか一方又は両方により、より高い周波数が一般に
探求されてきた。最終的にはキヤリヤ分布の応答時間が
得られる周波数を制限することが、認識されよう。加え
て、デバイスは任意の時刻に、唯一の電荷群のみを維持
することができる。この限界は電荷群による空間電荷電
界が、存在している電荷群が分散するまで、電荷群形成
の閾値以下にデバイスの残りの部分の電界を追いやつて
しまうためである。もちろん、このことは得られる最大
周波数も制限する。
三端子デバイスである高用波トランジスタを除いて、半
導体発振器は、一般にバルクの二端子構造である。高周
波トランジスタはそれらの最大動作周波数が、チヤネル
長及び抵抗の両方と寄生寄量により、しばしば制限され
ている。二端子構造はドーピンク分布により修正及び制
御される電界分布を用い、パワーはデバイスを通して分
散させる。もしデバイスが十分薄いなら、電気的接触も
デバイス動作を制御するのに役立つ。これらの特徴は用
いることのできる設計の自由度を減す。もちろんマイク
ロ波増幅器もかなり関心がもたれている。
導体発振器は、一般にバルクの二端子構造である。高周
波トランジスタはそれらの最大動作周波数が、チヤネル
長及び抵抗の両方と寄生寄量により、しばしば制限され
ている。二端子構造はドーピンク分布により修正及び制
御される電界分布を用い、パワーはデバイスを通して分
散させる。もしデバイスが十分薄いなら、電気的接触も
デバイス動作を制御するのに役立つ。これらの特徴は用
いることのできる設計の自由度を減す。もちろんマイク
ロ波増幅器もかなり関心がもたれている。
発明の要約 本発明はたとえば電荷群の形成、走行及び緩和時間によ
る発振周波数に対する制限が除かれるであろうマイクロ
波半導体デバイスに係る。他の制限もまた以下で述べる
ように、発振器以外に用いる場合のように避けられるで
あろう。デバイスは負性微分導電性（megative differe
ntial conductivity）を示し、可動キヤリヤを閉じ込め
ることのできるチヤネルをもち、導電性チヤネルを形成
し、前記領域中に電子の源、前記領域へのドレイン電
極、電気的伝導体層を形成し、前記層は前記チヤネルか
ら分離し、前記電気的伝導層への第１及び第２の電極が
含まれる。少くとも二つの電極がチヤネルを負性微分導
電性領域にバイアスするために用いられる。導電性層は
絶縁層により、チヤネルから分離してもよい。負性微分
導電領域中を移動する電荷群の像電荷が、導電性上に残
り、導電性層は電荷群の移動が起る層と並行して置かれ
る。このことにより空間電荷及び平均した電荷の本質的
に全てが遮蔽され、空間電荷電界は印加された垂直電界
を特徴とする移動方向とは垂直となる。一つ以上の電荷
群が、任意の時刻に伝搬することもある。好ましい一実
施例において、ソース付近に連続的に電荷群が形成され
るように、十分な電荷密度がある。別の好ましい実施例
において、より高い効率とパワーを達成するために、電
子は電位井戸中に閉じ込められる。
る発振周波数に対する制限が除かれるであろうマイクロ
波半導体デバイスに係る。他の制限もまた以下で述べる
ように、発振器以外に用いる場合のように避けられるで
あろう。デバイスは負性微分導電性（megative differe
ntial conductivity）を示し、可動キヤリヤを閉じ込め
ることのできるチヤネルをもち、導電性チヤネルを形成
し、前記領域中に電子の源、前記領域へのドレイン電
極、電気的伝導体層を形成し、前記層は前記チヤネルか
ら分離し、前記電気的伝導層への第１及び第２の電極が
含まれる。少くとも二つの電極がチヤネルを負性微分導
電性領域にバイアスするために用いられる。導電性層は
絶縁層により、チヤネルから分離してもよい。負性微分
導電領域中を移動する電荷群の像電荷が、導電性上に残
り、導電性層は電荷群の移動が起る層と並行して置かれ
る。このことにより空間電荷及び平均した電荷の本質的
に全てが遮蔽され、空間電荷電界は印加された垂直電界
を特徴とする移動方向とは垂直となる。一つ以上の電荷
群が、任意の時刻に伝搬することもある。好ましい一実
施例において、ソース付近に連続的に電荷群が形成され
るように、十分な電荷密度がある。別の好ましい実施例
において、より高い効率とパワーを達成するために、電
子は電位井戸中に閉じ込められる。
図面の簡単な説明 第１図は本発明に従いマイクロ波発振器として有用なヘ
テロ接合デバイスの断面図、 第２図は負性微分導電性を示す任意の材料について、横
軸の電界に対して垂直軸に速度をプロツトした図、 第３図は長方形電荷群の注入後のいくつかの時間におけ
る移動領域中の電子密度をプロツトした図、 第４図は一定注入速度の条件下における移動チヤネル中
の電子密度をプロツトした図である。
テロ接合デバイスの断面図、 第２図は負性微分導電性を示す任意の材料について、横
軸の電界に対して垂直軸に速度をプロツトした図、 第３図は長方形電荷群の注入後のいくつかの時間におけ
る移動領域中の電子密度をプロツトした図、 第４図は一定注入速度の条件下における移動チヤネル中
の電子密度をプロツトした図である。
詳細な記述 デバイスの例が第１図に描かれている。明確にするた
め、デバイスの要素は実際の比率とは異つている。構造
は基板１、導電性チヤネル５を有する半導体領域３、ソ
ース及びドレイン領域、すなわち電極７及び９、層11及
びゲート電極13及び15を含む。チヤネルは概略的に矢印
で表わされている。電極は抵抗領域17の相対する端部
に、電気的に接続されている。
め、デバイスの要素は実際の比率とは異つている。構造
は基板１、導電性チヤネル５を有する半導体領域３、ソ
ース及びドレイン領域、すなわち電極７及び９、層11及
びゲート電極13及び15を含む。チヤネルは概略的に矢印
で表わされている。電極は抵抗領域17の相対する端部
に、電気的に接続されている。
半導体領域３は適当にバイアスされた時、負性微分導電
性を示す半導体材料を含む。材料を負性微分伝導領域に
バイアスするために、少くとも２個の電極を用いてもよ
い。層11は以下で述べるように絶縁体を含み、比較的薄
い。好ましい実施例において、領域17は抵抗性ではある
が、導電性である。すると、電極13及び15に適当なバイ
アス電圧が印加された時、領域内で接続方向の電界は、
一様である。
性を示す半導体材料を含む。材料を負性微分伝導領域に
バイアスするために、少くとも２個の電極を用いてもよ
い。層11は以下で述べるように絶縁体を含み、比較的薄
い。好ましい実施例において、領域17は抵抗性ではある
が、導電性である。すると、電極13及び15に適当なバイ
アス電圧が印加された時、領域内で接続方向の電界は、
一様である。
描かれた実施例において、層11は半導体領域３がもつよ
り大きな禁制帯を有する材料を含む。ソース及びドレイ
ン領域７及び９は基板とは相対する伝導形を有する。従
つて、適当なバイアスを仮定すると、キヤリアは基板と
より広い禁制帯層11間の界面付近のポテンシヤル井戸に
閉じ込められ、ポテンシヤル井戸はドリフト領域すなわ
ち電荷群のためのチヤネルを形成する。井戸の精密な深
さは厳重でなくてよいが、より深い井戸ではより浅い井
戸より大きな電流密度とより高い効率が可能になる。別
の実施例において、層11は省かれ、導電性チヤネル５は
ドレインと同じ伝導形であるが、より低ドープの空乏領
域により、抵抗領域17から分離されている。
り大きな禁制帯を有する材料を含む。ソース及びドレイ
ン領域７及び９は基板とは相対する伝導形を有する。従
つて、適当なバイアスを仮定すると、キヤリアは基板と
より広い禁制帯層11間の界面付近のポテンシヤル井戸に
閉じ込められ、ポテンシヤル井戸はドリフト領域すなわ
ち電荷群のためのチヤネルを形成する。井戸の精密な深
さは厳重でなくてよいが、より深い井戸ではより浅い井
戸より大きな電流密度とより高い効率が可能になる。別
の実施例において、層11は省かれ、導電性チヤネル５は
ドレインと同じ伝導形であるが、より低ドープの空乏領
域により、抵抗領域17から分離されている。
領域17は像電荷の考えを意味のあるものにするが、高電
界が保てないほど高くはないようにするため、チヤネル
より高い導電性をもつ必要がある。高電界というのは、
半導体領域が負性微分移動度領域にあることを意味す
る。
界が保てないほど高くはないようにするため、チヤネル
より高い導電性をもつ必要がある。高電界というのは、
半導体領域が負性微分移動度領域にあることを意味す
る。
ソース７は電極のように描かれているが、電子を注入す
る他の手段を用いてもよい。たとえば、チヤネル中に電
子−正孔対を生成させるために、光照射を用いてもよ
い。“ソース”という用語は、チヤネルへのキヤリヤの
ソースを意味するために用いられる。半導体領域は負性
微分導電性を示すII−VI族、III−Ｖ族及びIV族半導体
から成る類から選択される。好ましい材料というのは、
最大の負性微分移動度と負性微分移動度領域の最上部と
最低部間の最大速度変化ΔＶを示すものである。基板も
同じマーカツシユ類（Markush group）から選択されたG
aAsのような半導体から成つてもよい。領域３の材料の
一例はAlGaAsであろう。この例の場合、層11に有用な材
料はAlGaAsであろう。負性微分導電性を示す他の有用な
材料には、InP、Ge、CdTe、InAs、InSb、ZnSe、Ga0.5In
0.5Sb. InAs0.2P0.8及びGa0.13In0.87As0.37P0.63が含
まれる。
る他の手段を用いてもよい。たとえば、チヤネル中に電
子−正孔対を生成させるために、光照射を用いてもよ
い。“ソース”という用語は、チヤネルへのキヤリヤの
ソースを意味するために用いられる。半導体領域は負性
微分導電性を示すII−VI族、III−Ｖ族及びIV族半導体
から成る類から選択される。好ましい材料というのは、
最大の負性微分移動度と負性微分移動度領域の最上部と
最低部間の最大速度変化ΔＶを示すものである。基板も
同じマーカツシユ類（Markush group）から選択されたG
aAsのような半導体から成つてもよい。領域３の材料の
一例はAlGaAsであろう。この例の場合、層11に有用な材
料はAlGaAsであろう。負性微分導電性を示す他の有用な
材料には、InP、Ge、CdTe、InAs、InSb、ZnSe、Ga0.5In
0.5Sb. InAs0.2P0.8及びGa0.13In0.87As0.37P0.63が含
まれる。
デバイスは通常のよく知られた半導体プロセス技術を用
いて製作してもよい。半導体層は通常の成長技術により
成長させてもよく、電極等を形成するために、周知のリ
ソグラフイ技術を用いてもよい。絶縁体層も周知の技術
を用いることにより形成してもよい。
いて製作してもよい。半導体層は通常の成長技術により
成長させてもよく、電極等を形成するために、周知のリ
ソグラフイ技術を用いてもよい。絶縁体層も周知の技術
を用いることにより形成してもよい。
説明のため、デバイスの動作について、ｐ形基板を有す
るAlGaAs/GaAs構造の具体的な場合を例に述べる。すな
わち、基板及び領域３はGaAsで、層11はAlGaAs、ソース
及びドレイン領域はｎ形伝導形を有する。ドリフト電界
はAlGaAs上の抵抗薄膜17により生じる。抵抗薄膜は各端
部にオーム性接触すなわちゲート電極13及び15を有し、
ｐ形半導体に対し正にバイアスされる。抵抗性ゲートに
沿つて電位エネルギー降下が加えられ、一様な接線方向
電界すなわち界面に並行な電界が生じ、それが電子を左
から右へ掃き去る。ゲートの高電圧端におけるドレイン
接合は、AlGaAs/GaAs界面付近で表面チヤネルを下に移
動する電子を集めるためにバイアスされる。ゲートの低
電圧端におけるソース接合は、ドリフトチヤネルに電子
を供給するためにバイアスされる。任意の電荷群の像電
荷群が抵抗層中に存在するであろう。像電荷は電荷群の
電界を吸収すると考えてもよく、従つてそれはソース及
びドレイン又は電荷群の外のドリフトチヤネルの他の部
分からは見えない。
るAlGaAs/GaAs構造の具体的な場合を例に述べる。すな
わち、基板及び領域３はGaAsで、層11はAlGaAs、ソース
及びドレイン領域はｎ形伝導形を有する。ドリフト電界
はAlGaAs上の抵抗薄膜17により生じる。抵抗薄膜は各端
部にオーム性接触すなわちゲート電極13及び15を有し、
ｐ形半導体に対し正にバイアスされる。抵抗性ゲートに
沿つて電位エネルギー降下が加えられ、一様な接線方向
電界すなわち界面に並行な電界が生じ、それが電子を左
から右へ掃き去る。ゲートの高電圧端におけるドレイン
接合は、AlGaAs/GaAs界面付近で表面チヤネルを下に移
動する電子を集めるためにバイアスされる。ゲートの低
電圧端におけるソース接合は、ドリフトチヤネルに電子
を供給するためにバイアスされる。任意の電荷群の像電
荷群が抵抗層中に存在するであろう。像電荷は電荷群の
電界を吸収すると考えてもよく、従つてそれはソース及
びドレイン又は電荷群の外のドリフトチヤネルの他の部
分からは見えない。
チヤネル及び導電層間の間隔は、空間電荷電界の最大ス
クリーニングの場合の発振の波長より小さくすべきであ
る。しかし、間隔は十分大きく、チヤネル及び抵抗層間
の電界による降伏はないようにすべきである。
クリーニングの場合の発振の波長より小さくすべきであ
る。しかし、間隔は十分大きく、チヤネル及び抵抗層間
の電界による降伏はないようにすべきである。
この時点で、負性微分導電性を示す任意の材料について
の、第２図に示された速度対電界特性を議論するのは、
恐らく有用であろう。速度及び電界の両方が任意の単位
でプロツトされている。ETより小さなＥの値の場合、微
分導電性は正で、一方ET以上の値では負ではない。ΔＶ
の値も示されている。負性微分導電性中の電荷密度のふ
らつきは、時間とともに大きくなる。
の、第２図に示された速度対電界特性を議論するのは、
恐らく有用であろう。速度及び電界の両方が任意の単位
でプロツトされている。ETより小さなＥの値の場合、微
分導電性は正で、一方ET以上の値では負ではない。ΔＶ
の値も示されている。負性微分導電性中の電荷密度のふ
らつきは、時間とともに大きくなる。
この構造すなわち第１図における孤立した電子群は、導
電性チヤネル中の材料の微分移動度が正の時、時間の立
方根で広がることが知られている。しかし、もし微分移
動度が負なら、電荷群はたとえば拡散、速度電界分散及
び高周波における駆動電界圧縮のような他の効果が重要
になるまで、縮まつていることが期待される。
電性チヤネル中の材料の微分移動度が正の時、時間の立
方根で広がることが知られている。しかし、もし微分移
動度が負なら、電荷群はたとえば拡散、速度電界分散及
び高周波における駆動電界圧縮のような他の効果が重要
になるまで、縮まつていることが期待される。
構造が負の微分移動度領域までバイアスされた時、個々
の電荷群が広がることは、以下のような考えからよりよ
く理解されよう。一つの典型的な電荷群の広がりが、第
３図に描かれている。この図は水平軸に沿つたチヤネル
の位置に対し、光電荷注入後のいくつかの時刻における
電荷密度（×10″cm-2）を縦軸にプロツトしたものであ
る。AlGaAs層は100nmの厚さで、ドリフト電界は7000V/c
m、最初の電子密度は7.5×10″／cm2で、電荷はチヤネ
ルの初めから、10μmないし20μmの範囲で注入される。
電荷群は最初長方形であるが、急速に鋸歯状に振動し、
それは最終的には約250psのドリフト時間の後単一ピー
クに合体する。長方形電荷群を注入するために、光学的
手段を用いるのが便利である。負性微分移動度により任
意の電荷密度のふらつきの大きさが増すため、その振動
が起ることは、容易に認識されよう。電荷群が移動する
につれ、半値幅は縮まるが電荷荷はまた先端に第２のピ
ークを作り、それは主ピークの高さを減す傾向である。
の電荷群が広がることは、以下のような考えからよりよ
く理解されよう。一つの典型的な電荷群の広がりが、第
３図に描かれている。この図は水平軸に沿つたチヤネル
の位置に対し、光電荷注入後のいくつかの時刻における
電荷密度（×10″cm-2）を縦軸にプロツトしたものであ
る。AlGaAs層は100nmの厚さで、ドリフト電界は7000V/c
m、最初の電子密度は7.5×10″／cm2で、電荷はチヤネ
ルの初めから、10μmないし20μmの範囲で注入される。
電荷群は最初長方形であるが、急速に鋸歯状に振動し、
それは最終的には約250psのドリフト時間の後単一ピー
クに合体する。長方形電荷群を注入するために、光学的
手段を用いるのが便利である。負性微分移動度により任
意の電荷密度のふらつきの大きさが増すため、その振動
が起ることは、容易に認識されよう。電荷群が移動する
につれ、半値幅は縮まるが電荷荷はまた先端に第２のピ
ークを作り、それは主ピークの高さを減す傾向である。
恐らくより興味のあることは、一定の割合でドリフトチ
ヤネル中に電子を導入することができ、チヤネルは一つ
以上の電荷群を維持することができるという事実であ
る。第４図は水平軸のチヤネルの位置に対し、定常的な
電荷注入の場合の電荷密度（×10″cm-2）を縦軸にプロ
ツトしたものである。デバイス構造は第３図に関して述
べた構造と同じである。最初のピークの後で、電子密度
は一様な空間振動を示す。チヤネルは一時に一つ以上の
電荷群を維持することができる。このことは、以下のよ
うに考えることにより理解できる。電荷密度のわずかな
変化から生じる電界の変化δＥは1/C（θσ／θｘ）
で、絶縁体の実効厚さと同程度のチヤネル領域上に適切
に平均化される。ここで、σは電荷密度、Ｃはドリフト
チヤネル５と抵抗層17間の単位面積当りの容量である。
抵抗層上に像電荷が存在することにより導入された電界
の空間的な平均化が確実になり、従つて電荷群にかかる
空間電荷電圧は局部的な電界は大きいがゼロになる。こ
のようにチヤネルのすべての部分は負微分導電領域にあ
り、一つ以上の電荷群がチヤネル中を伝搬できる。
ヤネル中に電子を導入することができ、チヤネルは一つ
以上の電荷群を維持することができるという事実であ
る。第４図は水平軸のチヤネルの位置に対し、定常的な
電荷注入の場合の電荷密度（×10″cm-2）を縦軸にプロ
ツトしたものである。デバイス構造は第３図に関して述
べた構造と同じである。最初のピークの後で、電子密度
は一様な空間振動を示す。チヤネルは一時に一つ以上の
電荷群を維持することができる。このことは、以下のよ
うに考えることにより理解できる。電荷密度のわずかな
変化から生じる電界の変化δＥは1/C（θσ／θｘ）
で、絶縁体の実効厚さと同程度のチヤネル領域上に適切
に平均化される。ここで、σは電荷密度、Ｃはドリフト
チヤネル５と抵抗層17間の単位面積当りの容量である。
抵抗層上に像電荷が存在することにより導入された電界
の空間的な平均化が確実になり、従つて電荷群にかかる
空間電荷電圧は局部的な電界は大きいがゼロになる。こ
のようにチヤネルのすべての部分は負微分導電領域にあ
り、一つ以上の電荷群がチヤネル中を伝搬できる。
デバイスパラメータ、動作及び構造の両方とも、所望の
型の動作を得るために変えることができる。たとえば、
もし絶縁層が厚くなれば、空間電荷の遮蔽の効果は小さ
くなり、得られる最大周波数は減少するが、発振の振幅
は増加するであろう。しかし、もし絶縁層が薄すぎる
と、発振は所望の周波数で不安定になることがある。チ
ヤネル及び抵抗層間の間隔は、絶縁体の誘電率と半導体
の誘電率の比により適切に寸法を変えられることが認識
されよう。すなわち、チヤネルと抵抗層間の領域は電荷
群の幅すなわち発振の最小波長より小さくすべきであ
る。
型の動作を得るために変えることができる。たとえば、
もし絶縁層が厚くなれば、空間電荷の遮蔽の効果は小さ
くなり、得られる最大周波数は減少するが、発振の振幅
は増加するであろう。しかし、もし絶縁層が薄すぎる
と、発振は所望の周波数で不安定になることがある。チ
ヤネル及び抵抗層間の間隔は、絶縁体の誘電率と半導体
の誘電率の比により適切に寸法を変えられることが認識
されよう。すなわち、チヤネルと抵抗層間の領域は電荷
群の幅すなわち発振の最小波長より小さくすべきであ
る。
絶縁層はソース及びドレイン電極間で変化する厚さをも
つてもよい。このことは重要である。なぜならば発振周
波数はゲート電圧をΔVG1＝ΔVG2となるように、すなわ
ち電極13及び15間の電圧降下が変化しないように変える
ことにより調整できるが、ソースにおける境界条件が発
振周波数を決るからである。するとIGFETと類似の方式
で電流が変調される。相互にゲート電圧を変えることに
より、チヤネル中の電界と負性微分導電性曲線上の動作
点が変化する。言いかえると、電荷群速度が変化する。
従つて、ソース付近で絶縁層が薄くなると、高い周波数
が生じるであろう。もし絶縁層厚がゲート電圧、及びド
レインにチヤネルが近づくにつれての周波数で決る値ま
で増加しても、発振の振幅は増加することがある。ある
いは、抵抗層からのチヤネルの間隔を、減少させてもよ
い。
つてもよい。このことは重要である。なぜならば発振周
波数はゲート電圧をΔVG1＝ΔVG2となるように、すなわ
ち電極13及び15間の電圧降下が変化しないように変える
ことにより調整できるが、ソースにおける境界条件が発
振周波数を決るからである。するとIGFETと類似の方式
で電流が変調される。相互にゲート電圧を変えることに
より、チヤネル中の電界と負性微分導電性曲線上の動作
点が変化する。言いかえると、電荷群速度が変化する。
従つて、ソース付近で絶縁層が薄くなると、高い周波数
が生じるであろう。もし絶縁層厚がゲート電圧、及びド
レインにチヤネルが近づくにつれての周波数で決る値ま
で増加しても、発振の振幅は増加することがある。ある
いは、抵抗層からのチヤネルの間隔を、減少させてもよ
い。
たとえば、第３及び４図に特性を示したデバイス中で、
電荷群は約1.3×107cm/secで右側に走行し、ドレイン接
合で集められた電子電流は約61.3GHzで振動する。もしA
lGaAs層の厚さは50nmに減すことにより、容量を２倍に
するなら、振動の振幅は減少するであろうが、周波数は
更に138GHzに増加するであろう。これは絶縁体の厚さを
一定にしたときのソースにより生じる周波数であること
をつけ加える必要がある。
電荷群は約1.3×107cm/secで右側に走行し、ドレイン接
合で集められた電子電流は約61.3GHzで振動する。もしA
lGaAs層の厚さは50nmに減すことにより、容量を２倍に
するなら、振動の振幅は減少するであろうが、周波数は
更に138GHzに増加するであろう。これは絶縁体の厚さを
一定にしたときのソースにより生じる周波数であること
をつけ加える必要がある。
走行時間及びチヤネル長が周波数又は振動の振幅を決る
のではないことにも、注意すべきである。従つて、走行
時間が制限要因であるが同程度の周波数で動作する通常
の半導体発振器と比べ、長いチヤネルをもつたデバイス
を製作することが可能である。これにより、より大きな
デバイスが製作できる設計上の柔軟性が生れる。
のではないことにも、注意すべきである。従つて、走行
時間が制限要因であるが同程度の周波数で動作する通常
の半導体発振器と比べ、長いチヤネルをもつたデバイス
を製作することが可能である。これにより、より大きな
デバイスが製作できる設計上の柔軟性が生れる。
利点となる本発明の他の特徴がいくつかある。チヤネル
中の走行速度が増すにつれ、より高い速度が得られる可
能性がある。2THzもの高い周波数が得られるはずであ
る。パワーの放散は周波数と振幅には独立である。従つ
て、デバイスの動作特性は、非常によい熱的安定性を示
す。荷電キヤリヤの伝導は本質的に平面的である。従つ
て、デバイスはバルクの加熱効果から生じる限界なし
に、平面的には大きな寸法に作ることができる。
中の走行速度が増すにつれ、より高い速度が得られる可
能性がある。2THzもの高い周波数が得られるはずであ
る。パワーの放散は周波数と振幅には独立である。従つ
て、デバイスの動作特性は、非常によい熱的安定性を示
す。荷電キヤリヤの伝導は本質的に平面的である。従つ
て、デバイスはバルクの加熱効果から生じる限界なし
に、平面的には大きな寸法に作ることができる。
発振器は安定性を増すために、空胴中で用いてもよい。
しかし、ガンダイオードの場合と同様、このことは同調
性を制約する。出力の一部を入力に帰還させることによ
り、安定性を増すこともできる。これによりなお同調で
きるより安定な出力が導かれる。電荷群の静電的なエネ
ルギーも、振幅と周波数に独立である。従つて、デバイ
スの動作特性は、非常に大きな静電的安定性を示す。負
性周波数、熱的及び電子的安定性は、外部手段による周
波数の制御された変化を除外はしないことを、強調する
必要がある。
しかし、ガンダイオードの場合と同様、このことは同調
性を制約する。出力の一部を入力に帰還させることによ
り、安定性を増すこともできる。これによりなお同調で
きるより安定な出力が導かれる。電荷群の静電的なエネ
ルギーも、振幅と周波数に独立である。従つて、デバイ
スの動作特性は、非常に大きな静電的安定性を示す。負
性周波数、熱的及び電子的安定性は、外部手段による周
波数の制御された変化を除外はしないことを、強調する
必要がある。
周波数を変調した出力を得るために、ゲート電圧すなわ
ち電荷密度の変化を用いてもよい。たとえば、 σ＝15×1011／cm2ではｆは25GHzで、σ＝7.5×1011／c
m2の場合、ｆは61GHzである。広帯域の同調整はデバイ
スの非共鳴構造に一部基いていることに注意すべきであ
る。発振の安定性により、第２の発振器はヘテロダイン
検出器中の局部発振器として用いてもよい。もし入力信
号がゲート上に印加されるなら、デバイスは増幅器とし
て用いてもよい。
ち電荷密度の変化を用いてもよい。たとえば、 σ＝15×1011／cm2ではｆは25GHzで、σ＝7.5×1011／c
m2の場合、ｆは61GHzである。広帯域の同調整はデバイ
スの非共鳴構造に一部基いていることに注意すべきであ
る。発振の安定性により、第２の発振器はヘテロダイン
検出器中の局部発振器として用いてもよい。もし入力信
号がゲート上に印加されるなら、デバイスは増幅器とし
て用いてもよい。
チヤネルと抵抗層間の間隔はソース付近でより大きく
し、ドレインに近づくにつれ減少させてもよいことにも
注意すべきである。この実施例において、ソースではな
くチヤネルの条件が発振周波数を決るであろう。
し、ドレインに近づくにつれ減少させてもよいことにも
注意すべきである。この実施例において、ソースではな
くチヤネルの条件が発振周波数を決るであろう。
具体的な一実施例について述べたが、修正も考えられる
ことは理解すべきである。たとえば、走行する電子はGa
As MESFET中に存在するものと同様、埋込みチヤネル内
に閉じ込めてもよい。イオン化又はなだれがないため雑
音は比較的低いことも認識すべきである。
ことは理解すべきである。たとえば、走行する電子はGa
As MESFET中に存在するものと同様、埋込みチヤネル内
に閉じ込めてもよい。イオン化又はなだれがないため雑
音は比較的低いことも認識すべきである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ソーンバー，カーヴエル クン アメリカ合衆国 07922 ニユ−ジヤーシ イ，バークレイ ハイツ，マーシヤ プレ イス 23 (56)参考文献 特開 昭54−147272（ＪＰ，Ａ)
Claims (13)
- 【請求項１】負性微分移動度の領域を有する半導体領域
（たとえば３）を含むマイクロ波デバイスにおいて、 前記デバイスは更に、 前記領域へのドレイン電極（たとえば９）、前記ソース
及び前記ドレイン電極間の前記領域中のチヤネル（たと
えば５）； 前記チヤネルから分離された導電領域（たとえば17）及
び 前記導電性領域への第１及び第２の電極（たとえばそれ
ぞれ13及び15）、負性微分移動度の前記領域に前記半導
体領域をバイアスする少くとも２個の前記電極 を含むことを特徴とするデバイス。 - 【請求項２】請求の範囲第１項に記載されたデバイスに
おいて、 前記導電性領域（たとえば17）及び前記半導体領域（た
とえば３）間の絶縁体領域（たとえば11）が含まれるこ
とを特徴とするデバイス。 - 【請求項３】請求の範囲第２項に記載されたデバイスに
おいて、 前記絶縁体領域は半導体を含むことを特徴とするデバイ
ス。 - 【請求項４】請求の範囲第３項に記載されたデバイスに
おいて、 前記絶縁体は前記半導体領域の禁制帯より大きな禁制帯
をもつことを特徴とするデバイス。 - 【請求項５】請求の範囲第３項に記載されたデバイスに
おいて、 前記絶縁体領域は前記ソース及びドレイン電極間で変化
する厚さを有することを特徴とするデバイス。 - 【請求項６】請求の範囲第３項に記載されたデバイスに
おいて、 前記絶縁体領域は前記ソース及びドレイン電極間で変化
するドーピングを有することを特徴とするデバイス。 - 【請求項７】請求の範囲第１項に記載されたデバイスに
おいて、 前記チヤネルはポテンシヤル井戸中にあることを特徴と
するデバイス。 - 【請求項８】請求の範囲第１項に記載されたデバイスに
おいて、 前記導電性領域（たとえば17）は抵抗性であることを特
徴とするデバイス。 - 【請求項９】請求の範囲第１項に記載されたデバイスに
おいて、 前記導電性領域と前記チヤネル間の間隔は、前記ソース
及び前記ドレイン電極間で変ることを特徴とするデバイ
ス。 - 【請求項１０】請求の範囲第１項又は第９項に記載され
たデバイスにおいて、 前記ソースは前記領域へのソース電極を含むことを特徴
とするデバイス。 - 【請求項１１】請求の範囲第10項に記載されたデバイス
において、 前記間隔は前記ソース電極付近で最大となることを特徴
とするデバイス。 - 【請求項１２】請求の範囲第10項に記載されたデバイス
において、 前記間隔は前記ソース付近で最小になることを特徴とす
るデバイス。 - 【請求項１３】請求の範囲第１項に記載されたデバイス
において、 前記ソースは前記領域を光学的に照射する手段をを含む
ことを特徴とするデバイス。
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US687127 | 1984-12-28 | ||
| US06/687,127 US4894689A (en) | 1984-12-28 | 1984-12-28 | Transferred electron device |
| PCT/US1985/002406 WO1986004185A1 (en) | 1984-12-28 | 1985-12-04 | A microwave transferred electron device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62501664A JPS62501664A (ja) | 1987-07-02 |
| JPH0766988B2 true JPH0766988B2 (ja) | 1995-07-19 |
Family
ID=24759174
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61500070A Expired - Lifetime JPH0766988B2 (ja) | 1984-12-28 | 1985-12-04 | マイクロ波遷移電子デバイス |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4894689A (ja) |
| EP (1) | EP0205565B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0766988B2 (ja) |
| CA (1) | CA1241456A (ja) |
| DE (1) | DE3572263D1 (ja) |
| WO (1) | WO1986004185A1 (ja) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5128734A (en) * | 1990-10-02 | 1992-07-07 | United Technologies Corporation | Surface channel hact |
| US5208477A (en) * | 1990-12-31 | 1993-05-04 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy | Resistive gate magnetic field sensor |
| JP3290776B2 (ja) * | 1993-09-08 | 2002-06-10 | 富士通株式会社 | 絶縁ゲート型電界効果トランジスタ |
| US5804496A (en) * | 1997-01-08 | 1998-09-08 | Advanced Micro Devices | Semiconductor device having reduced overlap capacitance and method of manufacture thereof |
| US8981312B1 (en) * | 2013-09-10 | 2015-03-17 | Sandia Corporation | Photon detector configured to employ the Gunn effect and method of use |
Citations (7)
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| JPS4830365B1 (ja) * | 1969-03-13 | 1973-09-19 | ||
| JPS5171988A (ja) * | 1974-12-18 | 1976-06-22 | Mitsubishi Electric Corp | Koshijoshugohaisenban |
| JPS526974A (en) * | 1975-07-03 | 1977-01-19 | Ncr Co | Multilayered circuit board and manufacturing it |
| JPS5617096A (en) * | 1979-07-23 | 1981-02-18 | Fujitsu Ltd | Method of manufacturing printed board |
| JPS5721898A (en) * | 1980-07-15 | 1982-02-04 | Nippon Electric Co | Multilayer circuit board |
| JPS5775487A (en) * | 1980-10-28 | 1982-05-12 | Hitachi Ltd | Method of cutting wiring pattern |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3439236A (en) * | 1965-12-09 | 1969-04-15 | Rca Corp | Insulated-gate field-effect transistor with critical bulk characteristics for use as an oscillator component |
| US4182964A (en) * | 1967-08-22 | 1980-01-08 | Kogyo Gijutsuin | Negative resistance element circuit combinations |
| GB1212933A (en) * | 1968-02-22 | 1970-11-18 | Standard Telephones Cables Ltd | Semiconductive circuit arrangement |
| US3714522A (en) * | 1968-11-14 | 1973-01-30 | Kogyo Gijutsuin Agency Of Ind | Semiconductor device having surface electric-field effect |
| US3766372A (en) * | 1970-05-18 | 1973-10-16 | Agency Ind Science Techn | Method of controlling high electric field domain in bulk semiconductor |
| GB1559312A (en) * | 1976-08-26 | 1980-01-16 | Philips Nv | Photosensitive device arrangements and systems and photosensitive elements therefor |
| JPS54157485A (en) * | 1978-06-02 | 1979-12-12 | Agency Of Ind Science & Technol | Planar semiconductor device |
| JPS5676573A (en) * | 1979-11-28 | 1981-06-24 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Field effect semiconductor device |
-
1984
- 1984-12-28 US US06/687,127 patent/US4894689A/en not_active Expired - Lifetime
-
1985
- 1985-12-04 EP EP86900440A patent/EP0205565B1/en not_active Expired
- 1985-12-04 WO PCT/US1985/002406 patent/WO1986004185A1/en not_active Ceased
- 1985-12-04 JP JP61500070A patent/JPH0766988B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1985-12-04 DE DE8686900440T patent/DE3572263D1/de not_active Expired
- 1985-12-23 CA CA000498469A patent/CA1241456A/en not_active Expired
Patent Citations (7)
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|---|---|---|---|---|
| JPS4830365B1 (ja) * | 1969-03-13 | 1973-09-19 | ||
| JPS4843162A (ja) * | 1971-10-02 | 1973-06-22 | ||
| JPS5171988A (ja) * | 1974-12-18 | 1976-06-22 | Mitsubishi Electric Corp | Koshijoshugohaisenban |
| JPS526974A (en) * | 1975-07-03 | 1977-01-19 | Ncr Co | Multilayered circuit board and manufacturing it |
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3572263D1 (en) | 1989-09-14 |
| US4894689A (en) | 1990-01-16 |
| EP0205565B1 (en) | 1989-08-09 |
| EP0205565A1 (en) | 1986-12-30 |
| JPS62501664A (ja) | 1987-07-02 |
| CA1241456A (en) | 1988-08-30 |
| WO1986004185A1 (en) | 1986-07-17 |
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