JPS63132477A - 運動エネルギ−調節ホット電子トランジスタ - Google Patents
運動エネルギ−調節ホット電子トランジスタInfo
- Publication number
- JPS63132477A JPS63132477A JP62208069A JP20806987A JPS63132477A JP S63132477 A JPS63132477 A JP S63132477A JP 62208069 A JP62208069 A JP 62208069A JP 20806987 A JP20806987 A JP 20806987A JP S63132477 A JPS63132477 A JP S63132477A
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- barrier
- electron
- kinetic energy
- collector
- input
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- Pending
Links
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 30
- 239000002784 hot electron Substances 0.000 claims description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 7
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 238000010894 electron beam technology Methods 0.000 claims description 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 claims description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- BCBHDSLDGBIFIX-UHFFFAOYSA-M 4-[(2-hydroxyethoxy)carbonyl]benzoate Chemical compound OCCOC(=O)C1=CC=C(C([O-])=O)C=C1 BCBHDSLDGBIFIX-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000012937 correction Methods 0.000 description 1
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
- H10D48/00—Individual devices not covered by groups H10D1/00 - H10D44/00
- H10D48/30—Devices controlled by electric currents or voltages
- H10D48/32—Devices controlled by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H10D48/36—Unipolar devices
- H10D48/362—Unipolar transistors having ohmic electrodes on emitter-like, base-like, and collector-like regions, e.g. hot electron transistors [HET], metal base transistors [MBT], resonant tunnelling transistors [RTT], bulk barrier transistors [BBT], planar doped barrier transistors [PDBT] or charge injection transistors [CHINT]
Landscapes
- Bipolar Transistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野コ
本発明は、流入電子の運動エネルギーを調節できるホッ
ト電子トランジスタに関する。
ト電子トランジスタに関する。
［従来の技術］
ホット電子トランジスタ（１−ＩＥＴ＞は高周波高速固
体デバイスである。このデバイスは、最初にミード（）
ｌｅａｄ ）によって１９６０年に提案された。
体デバイスである。このデバイスは、最初にミード（）
ｌｅａｄ ）によって１９６０年に提案された。
そのとき以来、１９６０年代に一連の努力がなされた。
しかし、製造上の困難さのために成功しなかった。最近
になって、分子線エピタキシーなどのいくつかの新しい
技術の発達により、この問題への関心が高まってきた。
になって、分子線エピタキシーなどのいくつかの新しい
技術の発達により、この問題への関心が高まってきた。
１９８０年には、ヘイビウム（Ｈｅｉｂｉｕｍ ）が詳
細な研究を行って「ペテロ接合Ｍ４造」を提案した。こ
のｖＱ造を利用して、Ｅｅｌヤ？ 、 （Ｙｏｋｏｙａ
ｍａ ） 、ハセ（Ｈａｓｅ）らは予備実験結果を報告
した。
細な研究を行って「ペテロ接合Ｍ４造」を提案した。こ
のｖＱ造を利用して、Ｅｅｌヤ？ 、 （Ｙｏｋｏｙａ
ｍａ ） 、ハセ（Ｈａｓｅ）らは予備実験結果を報告
した。
従来の「ペテロ接合構造」ホット電子トランジギーバン
ド図とを示す。台用上の二つの電極１はエミッタとベー
スを接続するためのものである。
ド図とを示す。台用上の二つの電極１はエミッタとベー
スを接続するためのものである。
エミッタ、ベース、コレクタの各層はＧａＡＳで作られ
、これらの層の間にＧ ａ ｏ、 ６５Ａ ｌ ｏ、
３５Ａ Ｓの二つの障壁層２と４が配置されている。こ
のデバイスは二つのヘテロ接合−エミッタ・ベース接合
とベース・コレクタ接合−からなり、それぞれの接合に
障壁層が含まれている。バイアス電圧が加えられると、
三角形の障壁３が形成される。Ｅ−Ｂバイアス電圧が高
くなるにつれて、エミッタの近くの障壁の厚さは薄くな
る。エミッタ内の電子は、トンネル効果によってこの障
壁を通り扱けることができ、その後ベースとコレクタ障
壁とを通過して、最後にコレクタに達する。入力電流お
よび出力電流の振幅は入力電圧によって制御される。
、これらの層の間にＧ ａ ｏ、 ６５Ａ ｌ ｏ、
３５Ａ Ｓの二つの障壁層２と４が配置されている。こ
のデバイスは二つのヘテロ接合−エミッタ・ベース接合
とベース・コレクタ接合−からなり、それぞれの接合に
障壁層が含まれている。バイアス電圧が加えられると、
三角形の障壁３が形成される。Ｅ−Ｂバイアス電圧が高
くなるにつれて、エミッタの近くの障壁の厚さは薄くな
る。エミッタ内の電子は、トンネル効果によってこの障
壁を通り扱けることができ、その後ベースとコレクタ障
壁とを通過して、最後にコレクタに達する。入力電流お
よび出力電流の振幅は入力電圧によって制御される。
［発明が解決しようとする問題点〕
この構造には次のような二つの主要な問題点がある。
（ａ）電流通過確率αが小さい。αは入力電流に対する
出力電流の比である。ベース内の「散乱」と、障壁の境
界での「量子力学的反射」のために、流入電子の一部は
ベースに落ち込む。その結果、αの値は１よりかなり小
さくなり、デバイスのゲインが小さくなる。
出力電流の比である。ベース内の「散乱」と、障壁の境
界での「量子力学的反射」のために、流入電子の一部は
ベースに落ち込む。その結果、αの値は１よりかなり小
さくなり、デバイスのゲインが小さくなる。
（ｂ）障壁層の厚さが非常に薄いためにエミッタ・ベー
ス容量がおる程度大きくなる。その結果、高周波特性が
シリ限される。
ス容量がおる程度大きくなる。その結果、高周波特性が
シリ限される。
［問題点を解決するための手段］
本発明では、新しい構造のホット電子トランジスタすな
わち運動エネルギー調節ホット電子トランジスタ（ＫＥ
ＭＨＥＴ＞が提案されている。このデバイスでは、入力
電圧は、入力電流の振幅を変化させずに、流入電子ビー
ムの運動エネルギーと出力コレクタ障壁を通り抜ける電
子遷移確率とを調節し、もって電流通過確率αと出力電
流を制御する。
わち運動エネルギー調節ホット電子トランジスタ（ＫＥ
ＭＨＥＴ＞が提案されている。このデバイスでは、入力
電圧は、入力電流の振幅を変化させずに、流入電子ビー
ムの運動エネルギーと出力コレクタ障壁を通り抜ける電
子遷移確率とを調節し、もって電流通過確率αと出力電
流を制御する。
このような構造により、従来のホット電子トランジスタ
の主要な問題点を解決することができる。
の主要な問題点を解決することができる。
［寅施例コ
第２図はＫＥＭＨＥＴのエネルギーバンド図を示す。こ
の図に示される各層の、材料、ドーピング、厚さを、−
例として次に示す。
の図に示される各層の、材料、ドーピング、厚さを、−
例として次に示す。
番号 ＫＩＪ 材 料
ドーピング 厚 さ５ エミッタ
ＧａＡｓ Ｎ”３ｘ１０
１８ｃｍ’ １０００＾６ エミッタ障壁
Ｇａ０．６５ＡＩ。、３５Ａｓ Ｎ−５０
人７ エミッタドリフト領域 ＧａＡｓ
Ｎ ２ｘ１０１５ｃｍ１３１０００Ａ８ ベー
ス ＧａＡＳ Ｎ ２Ｘ
１０１７ａｍ’ ５００Ａ９ コレクタ障壁
Ｇａ０．６５ＡＩｏ、３５Ａｓ Ｎ−
２００Ａ１０ フレフタドリフト領１ａ ＧａＡ
ｓ Ｎ ２Ｘ１０１５ａｍ−３２０００Ａ
１１ コレクタ ＧａＡｓ
Ｎ”３ｘ１０１８ｃｍ−３−−−−このデバイスは、
直列に接続されかつ逆にバイアスされた二つのヘテロ接
合からなる。各ヘテロ接合は、薄い障壁と厚いドリフト
領域とを合み、バイアス電圧に起因する障壁の形の変化
を無くすように作用すると共に、接合容ωを減少させる
働きをする。
ドーピング 厚 さ５ エミッタ
ＧａＡｓ Ｎ”３ｘ１０
１８ｃｍ’ １０００＾６ エミッタ障壁
Ｇａ０．６５ＡＩ。、３５Ａｓ Ｎ−５０
人７ エミッタドリフト領域 ＧａＡｓ
Ｎ ２ｘ１０１５ｃｍ１３１０００Ａ８ ベー
ス ＧａＡＳ Ｎ ２Ｘ
１０１７ａｍ’ ５００Ａ９ コレクタ障壁
Ｇａ０．６５ＡＩｏ、３５Ａｓ Ｎ−
２００Ａ１０ フレフタドリフト領１ａ ＧａＡ
ｓ Ｎ ２Ｘ１０１５ａｍ−３２０００Ａ
１１ コレクタ ＧａＡｓ
Ｎ”３ｘ１０１８ｃｍ−３−−−−このデバイスは、
直列に接続されかつ逆にバイアスされた二つのヘテロ接
合からなる。各ヘテロ接合は、薄い障壁と厚いドリフト
領域とを合み、バイアス電圧に起因する障壁の形の変化
を無くすように作用すると共に、接合容ωを減少させる
働きをする。
エミッタ障壁６の厚さは約５０Ａと薄い。電子はエミッ
タ５からトンネル効果によってこの障壁を通り抜けるこ
とができる。エミッタバイアス電圧がかけられたとき、
この電圧は主として厚いドリフト領域７で降下すること
になる。障壁の形の変化は比較的小ざく、したがって、
エミッタ電流はほぼ一定の値を保ち、バイアスの変化に
依存しなくなる。
タ５からトンネル効果によってこの障壁を通り抜けるこ
とができる。エミッタバイアス電圧がかけられたとき、
この電圧は主として厚いドリフト領域７で降下すること
になる。障壁の形の変化は比較的小ざく、したがって、
エミッタ電流はほぼ一定の値を保ち、バイアスの変化に
依存しなくなる。
エミッタから出てきた電子は、ドリフト領域で加速され
、それからベース８を通過してコレクタ障壁９に達する
。もしこの電子の運動エネルギーが十分大きければ、電
子はこの障壁を通り扱けて進み、コレクタドリフトａＪ
ｉｉ１０を横切ってコレクタ１１に達する。もし電子の
運動エネルギーが十分な大きざになっていなければ、電
子はコレクタ障壁で減速されてベースに落ち込む。
、それからベース８を通過してコレクタ障壁９に達する
。もしこの電子の運動エネルギーが十分大きければ、電
子はこの障壁を通り扱けて進み、コレクタドリフトａＪ
ｉｉ１０を横切ってコレクタ１１に達する。もし電子の
運動エネルギーが十分な大きざになっていなければ、電
子はコレクタ障壁で減速されてベースに落ち込む。
エミッタ・ベース入力バイアス電圧は、エミッタ電流の
１辰ΦＭに影響を及ぼさずに、流入電子の運動エネルギ
ーを制御して電子がコレクタ障壁を通り扱ける確率を制
御する。言い換えれば、入力電圧が電流通過確率αと出
力電流とを制御する。
１辰ΦＭに影響を及ぼさずに、流入電子の運動エネルギ
ーを制御して電子がコレクタ障壁を通り扱ける確率を制
御する。言い換えれば、入力電圧が電流通過確率αと出
力電流とを制御する。
本発明の構造の利点は次の通りである。
（ａ）入力インピーダンスが大きい。エミッタ電流はバ
イアス電圧によっては変化しないので交流入力抵抗は非
常に大きい。また、厚いドリフト領１或が存在するため
に入力容量も小さい。
イアス電圧によっては変化しないので交流入力抵抗は非
常に大きい。また、厚いドリフト領１或が存在するため
に入力容量も小さい。
（ｂ）電流ゲインが大きい。電流通過確率αはそれ自身
変量で必り、Ｏからα１．ｎａｘ（約０．７）まで変化
する。この場合、αｍａｘが１より小ざいことは重要な
問題ではない。入力交流電流は非常に小さいので、電流
ゲインβは１より非常に小さい。
変量で必り、Ｏからα１．ｎａｘ（約０．７）まで変化
する。この場合、αｍａｘが１より小ざいことは重要な
問題ではない。入力交流電流は非常に小さいので、電流
ゲインβは１より非常に小さい。
（Ｃ）通過時間が非常に患い。交流信号は、電子がコレ
クタ障壁を通過した後だけに現れる。したかって、コレ
クタ通過時間だけを考慮すれば良く、この時間は非常に
短い（１ピコ秒より非常に小さい）。
クタ障壁を通過した後だけに現れる。したかって、コレ
クタ通過時間だけを考慮すれば良く、この時間は非常に
短い（１ピコ秒より非常に小さい）。
（ｄ）電流密度が大きく相互コンダクタンスが大きい。
ホット電子トランジスタはバイポーラトランジスタと類
似の性能を有する。それに加えて、電子衝撃速度が非常
に速い。したがって、電流密度と相互コンダクタンスを
非常に大きくすることができて、デバイス面積を非常に
小さくできる。
似の性能を有する。それに加えて、電子衝撃速度が非常
に速い。したがって、電流密度と相互コンダクタンスを
非常に大きくすることができて、デバイス面積を非常に
小さくできる。
（ｅ）（ベースが接地されている状態で）入力と出力の
間のフィードバック容量が無い。これは従来のＦＥＴや
バイポーラトランジスタよりも良好である。
間のフィードバック容量が無い。これは従来のＦＥＴや
バイポーラトランジスタよりも良好である。
結論として、この新しい構造は、ＦＥＴの主要な利点（
入力インピーダンスが大きい）とバイポーラトランジス
タの主要な利点（電流密度と相互コンダクタンスが大き
い）とを併せ持つものである。
入力インピーダンスが大きい）とバイポーラトランジス
タの主要な利点（電流密度と相互コンダクタンスが大き
い）とを併せ持つものである。
計算によれば、最大振動周波数ｆ ｍａｘは次の式１式
％ ここで、ｑ は相互コンダクタンス、ｒｂはへ一ス抵抗
、Ｃｏ、Ｃｉは出力および入力容量である。
％ ここで、ｑ は相互コンダクタンス、ｒｂはへ一ス抵抗
、Ｃｏ、Ｃｉは出力および入力容量である。
相互コンダクタンスｑ、は次の式で与えられる。
ここで、ＩＣは動作電流、△Ｅは電子の運動エネルギー
の分イ０でおり通常は０．１ｅＶ以下である。
の分イ０でおり通常は０．１ｅＶ以下である。
デバイスの寸法を適切に選択したとき、ｆＩ［ｌａＸの
予測値は１０００ＧＨｚである。この値は、従来のデバ
イスの１０倍である。上）ホの基本原理と主要な性能（
高入力インピーダンス）は実験によって証明された。残
りの仕事すなわちデバイスの製造は従来のＨＥＴと同様
でおり、ＫＥＭＨＥＴを実現するのに他に特別な困難は
無い。
予測値は１０００ＧＨｚである。この値は、従来のデバ
イスの１０倍である。上）ホの基本原理と主要な性能（
高入力インピーダンス）は実験によって証明された。残
りの仕事すなわちデバイスの製造は従来のＨＥＴと同様
でおり、ＫＥＭＨＥＴを実現するのに他に特別な困難は
無い。
本発明の原理と構造はその他の種類のデバイスにも適用
でき、使用材料の選択に当たってはその他の半導体化合
物にも拡げることができる。
でき、使用材料の選択に当たってはその他の半導体化合
物にも拡げることができる。
第２図は本発明のＫＥＭＨＥＴのエネルギーバンド図で
ある。
ある。
５・・・エミッタ
６・・・エミッタ障壁
７・・・エミッタドリフト領域
８・・・ベース
９・・・コレクタ障壁
１０・・・コレクタドリフト障壁
１１・・・コレクタ
ス面の沖芭ｙ’ｌ−古に１更なし）
第１ｂ図
；Ｃ
第２図
；
；１１
昭和 年 月 日
補正をする者
事件との関係 出願人
氏名 朱 、咀 均
、代理人
Claims (4)
- （１）入力電圧は、入力電流の振幅を変化させずに、流
入電子ビームの運動エネルギーを調節するとともに、コ
レクタ障壁を通り抜ける電子遷移の確率を変化させ、も
って出力電流を制御する、ホット電子トランジスタの新
しい構造。 - （２）特許請求の範囲第１項に記載の装置において、入
力ヘテロ接合は、薄い障壁領域−この障壁領域を電子が
トンネル効果によつて通り抜けることができる−と、厚
いドリフト領域とを含み、これら二つの層の材料は、Ｇ
ａ＿０＿．＿６＿５Ａｌ＿０＿．＿３＿５Ａｓ（５０Å
）と、ＧａＡｓ（１０００Å、ｎ＝２×１０＾１＾５ｃ
ｍ＾−＾３）であることを特徴とする装置。 - （３）特許請求の範囲第１項に記載の装置において、出
力コレクタヘテロ接合は、厚い障壁層 （２００Å）−十分な運動エネルギーを持たない電子は
この障壁層によつて減速される−と、障壁高さに及ぼす
バイアス電圧の影響と接合容量とを減少させるために使
用されるドリフト領域とを含むことを特徴とする装置。 - （４）特許請求の範囲第１項に記載の装置において、前
記二つの障壁層のほかに、このデバイスの材料は、電子
移動度が大きく、電子の平均自由行程が長く、電子の衝
撃速度が大きくなければならず（たとえばＧａＡｓ）、
さらに、障壁領域の材料は、本体の材料と格子整合する
とともに、バンドギャップが広く、電子親和力が小さく
なければならない（たとえばＧａ＿０＿．＿６＿５Ａｌ
＿０＿．＿３＿５Ａｓ）ことを特徴とする装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN208069 | 1986-08-21 | ||
| CN86105050.9A CN1007479B (zh) | 1986-08-21 | 1986-08-21 | 动能调制热电子晶体管 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63132477A true JPS63132477A (ja) | 1988-06-04 |
Family
ID=4802703
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62208069A Pending JPS63132477A (ja) | 1986-08-21 | 1987-08-21 | 運動エネルギ−調節ホット電子トランジスタ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4951107A (ja) |
| JP (1) | JPS63132477A (ja) |
| CN (1) | CN1007479B (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02202059A (ja) * | 1989-01-31 | 1990-08-10 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080217603A1 (en) * | 2007-01-31 | 2008-09-11 | Youichi Takeda | Hot electron transistor and semiconductor device including the same |
| CN107293582B (zh) * | 2017-07-10 | 2020-04-24 | 东南大学 | 面向物联网的硅基具有热电转换功能的bjt器件 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6158268A (ja) * | 1984-08-30 | 1986-03-25 | Fujitsu Ltd | 高速半導体装置 |
| JPS62137867A (ja) * | 1985-12-12 | 1987-06-20 | Agency Of Ind Science & Technol | ホツトエレクトロントランジスタ |
-
1986
- 1986-08-21 CN CN86105050.9A patent/CN1007479B/zh not_active Expired
-
1987
- 1987-08-18 US US07/087,069 patent/US4951107A/en not_active Expired - Fee Related
- 1987-08-21 JP JP62208069A patent/JPS63132477A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02202059A (ja) * | 1989-01-31 | 1990-08-10 | Fujitsu Ltd | 半導体装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US4951107A (en) | 1990-08-21 |
| CN1007479B (zh) | 1990-04-04 |
| CN86105050A (zh) | 1988-03-02 |
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