Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JPS6235275B2 - - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JPS6235275B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPS6235275B2
JPS6235275B2 JP55131135A JP13113580A JPS6235275B2 JP S6235275 B2 JPS6235275 B2 JP S6235275B2 JP 55131135 A JP55131135 A JP 55131135A JP 13113580 A JP13113580 A JP 13113580A JP S6235275 B2 JPS6235275 B2 JP S6235275B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
active layer
transistor
region
anode
conductivity type
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
JP55131135A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5756972A (en
Inventor
Yasuhisa Oomura
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.)
NTT Inc
Original Assignee
Nippon Telegraph and Telephone Corp
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 Nippon Telegraph and Telephone Corp filed Critical Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority to JP55131135A priority Critical patent/JPS5756972A/en
Publication of JPS5756972A publication Critical patent/JPS5756972A/en
Publication of JPS6235275B2 publication Critical patent/JPS6235275B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D30/00Field-effect transistors [FET]
    • H10D30/60Insulated-gate field-effect transistors [IGFET]

Landscapes

  • Bipolar Transistors (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、低電力で動作する絶縁ゲート型半
導体装置に関するものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an insulated gate semiconductor device that operates with low power.

近年、絶縁ゲート形(MIS形)トランジスタを
微細化して大規模集積回路を構成する技術が進歩
して来ている。大規模集積回路では、使用される
素子数が多いため、構成素子の消費電力が少ない
ことが望まれる。
In recent years, advances have been made in technology for constructing large-scale integrated circuits by miniaturizing insulated gate (MIS) transistors. In large-scale integrated circuits, since a large number of elements are used, it is desirable that the power consumption of the constituent elements be low.

従来用いられているこの種の絶縁ゲート形半導
体装置の一例を第1図に示す。同図において、絶
縁物基板1の上にp形高不純物濃度を有する第1
ソース領域2、n形能動層3,p形高不純物濃度
を有する第1ドレイン領域4が並設され、第1ト
ランジスタを構成している。絶縁物基板1の上に
はまた、n形高不純物濃度の第2ドレイン領域
5、p形能動層6、n形高不純物濃度の第2ソー
ス領域7が並設されて第2トランジスタを構成し
ている。第1、第2ソース領域2,7の上にはそ
れぞれ第1、第2ソース電極8,9が形成され、
更に第1、第2ソース端子10,11に接続され
ている。また、n形能動層3、p形能動層6の上
にはゲート絶縁膜12を介してそれぞれゲート電
極13が設けられ、両ゲート電極13は共通ゲー
ト端子14に接続されている。更に第1、第2ド
レイン領域4,5の上には共通ドレイン電極15
が形成され、共通ドレイン端子16に接続されて
いる。
FIG. 1 shows an example of this type of insulated gate type semiconductor device conventionally used. In the figure, a first layer having a high p-type impurity concentration is placed on an insulating substrate 1.
A source region 2, an n-type active layer 3, and a first drain region 4 having a high p-type impurity concentration are arranged in parallel to form a first transistor. Further, on the insulating substrate 1, a second drain region 5 with an n-type high impurity concentration, a p-type active layer 6, and a second source region 7 with an n-type high impurity concentration are arranged in parallel to form a second transistor. ing. First and second source electrodes 8 and 9 are formed on the first and second source regions 2 and 7, respectively,
Furthermore, it is connected to first and second source terminals 10 and 11. Furthermore, gate electrodes 13 are provided on the n-type active layer 3 and the p-type active layer 6 via a gate insulating film 12, respectively, and both gate electrodes 13 are connected to a common gate terminal 14. Furthermore, a common drain electrode 15 is formed on the first and second drain regions 4 and 5.
is formed and connected to the common drain terminal 16.

このような構成を有する半導体装置において、
第2ソース端子11に対して第1ソース端子10
に正電圧を印加して動作させ、共通ゲート端子1
4に入力信号を加えると、共通ドレイン端子16
から反転された出力信号が取り出せる。この際、
第1トランジスタと第2トランジスタとは、一方
が導通している(ON)時には他方は導通してい
ない(OFF)という関係にあり、第2ソース端
子11と第1ソース端子10との間に電流が流れ
るのはそのNO―OFF状態が入れ換わる時のみで
あるため消費電力が少ない。
In a semiconductor device having such a configuration,
The first source terminal 10 with respect to the second source terminal 11
The common gate terminal 1 is operated by applying a positive voltage to the common gate terminal 1.
4, the common drain terminal 16
The inverted output signal can be extracted from On this occasion,
The first transistor and the second transistor are in a relationship such that when one is conductive (ON), the other is not conductive (OFF), and current flows between the second source terminal 11 and the first source terminal 10. Flows only when the NO-OFF state is switched, so power consumption is low.

しかしながらこの装置は、同図bに示すように
第1トランジスタの面積が第2トランジスタの面
積よりも大きくなることにより、集積度が上げに
くいと同時に寄生容量が大きくなつて高速化しに
くく、また製造工程数が多いという欠点を有して
いた。
However, as shown in Figure b, the area of the first transistor is larger than the area of the second transistor, making it difficult to increase the degree of integration, and at the same time increases parasitic capacitance, making it difficult to increase speed. It had the disadvantage of being large in number.

この発明の目的は高速度で動作し、小面積で製
造工程も単純な低電力形半導体装置を提供するこ
とにある。
An object of the present invention is to provide a low-power semiconductor device that operates at high speed, has a small area, and has a simple manufacturing process.

このような目的を達成するためにこの発明によ
る低電力形半導体装置は、第1トランジスタとし
てp―n接合のアノード端子を有し3極管特性を
示すトランジスタを用いると共に、該第1トラン
ジスタのドレイン領域と5極管特性を有する第2
トランジスタのドレイン領域とを共通に構成して
いる。以下、図面を用いてこの発明による低電力
形半導体装置を詳細に説明する。
In order to achieve such an object, a low power semiconductor device according to the present invention uses a transistor having a pn junction anode terminal and exhibiting triode characteristics as a first transistor, and a drain of the first transistor. area and the second with pentode characteristics
It has a common structure with the drain region of the transistor. Hereinafter, a low power semiconductor device according to the present invention will be explained in detail using the drawings.

第2図aは、この発明による低電力形半導体装
置の一実施例を示す断面図、同図bはその模式的
平面図である。同図において、絶縁物基板1の上
に、例えばp形高不純物濃度を有するアノード領
域17、n形能動層18、n形高不純物濃度のド
レイン領域19、n形能動層20、n形高不純物
濃度のソース領域21が一連に形成されており、
前三者が第1トランジスタを、後三者が第2トラ
ンジスタを構成している。第1トランジスタを構
成するn形能動層18の厚みは、該n形能動層1
8を構成する半導体に固有なデバイ長の3倍未満
に抑えられている。アノード領域17およびソー
ス領域21の上にはそれぞれアノード電極22、
ソース電極23が設けられ、アノード端子24、
ソース端子25に接続されている。n形能動層1
8,20の上には共にゲート絶縁膜12を介して
ゲート電極13が形成され、共通ゲート端子26
に接続されている。更に共通のドレイン領域19
の上にはドレイン電極27が設けられ、ドレイン
端子28に接続されている。以下、上記構成を有
する低電力形半導体装置の動作を詳細に説明す
る。
FIG. 2a is a sectional view showing an embodiment of a low power semiconductor device according to the present invention, and FIG. 2b is a schematic plan view thereof. In the figure, on an insulating substrate 1, for example, an anode region 17 having a p-type high impurity concentration, an n-type active layer 18, a drain region 19 having an n-type high impurity concentration, an n-type active layer 20, an n-type high impurity concentration A series of concentrated source regions 21 are formed,
The first three constitute a first transistor, and the latter three constitute a second transistor. The thickness of the n-type active layer 18 constituting the first transistor is
The Debye length is suppressed to less than three times the inherent Debye length of the semiconductor constituting 8. An anode electrode 22 is provided on the anode region 17 and the source region 21, respectively.
A source electrode 23 is provided, an anode terminal 24,
It is connected to the source terminal 25. n-type active layer 1
A gate electrode 13 is formed on both 8 and 20 with a gate insulating film 12 interposed therebetween, and a common gate terminal 26
It is connected to the. Furthermore, a common drain region 19
A drain electrode 27 is provided on top of the drain electrode 27 and connected to a drain terminal 28 . The operation of the low power semiconductor device having the above configuration will be explained in detail below.

この装置を動作させる場合、先ず、ソース端子
25に対してアノード端子24が正となるように
電圧を印加し、次いで共通ゲート端子26に信号
を入力する。この時、この共通ゲート端子26の
電位がソース端子25の電位に近ければ、第1ト
ランジスタが導通し(ON動作)、第2トランジス
タは導通しない(OFF動作)。従つて、この時ド
レイン端子28の電圧は高い。逆に、共通ゲート
端子26の電位がアノード端子24の電位に近い
場合には、第1トランジスタがOFF動作とな
り、第2トランジスタはON動作となつて、ドレ
イン端子28は低電位となる。このように、共通
ゲート端子26に入力された信号は反転されてド
レイン端子28に出力される。この機構は第1図
に示した装置と同様であり、ソース端子25とア
ノード端子24との間に電流が流れるのは第1、
第2トランジスタのON―OFF状態が入れ換わる
時のみで、低電力で動作する。
To operate this device, first, a voltage is applied to the source terminal 25 so that the anode terminal 24 becomes positive, and then a signal is input to the common gate terminal 26. At this time, if the potential of the common gate terminal 26 is close to the potential of the source terminal 25, the first transistor is conductive (ON operation) and the second transistor is not conductive (OFF operation). Therefore, the voltage at the drain terminal 28 is high at this time. Conversely, when the potential of the common gate terminal 26 is close to the potential of the anode terminal 24, the first transistor is in an OFF operation, the second transistor is in an ON operation, and the drain terminal 28 is at a low potential. In this way, the signal input to the common gate terminal 26 is inverted and output to the drain terminal 28. This mechanism is similar to the device shown in FIG. 1, and current flows between the source terminal 25 and the anode terminal 24 at the first
It operates with low power only when the ON-OFF state of the second transistor is switched.

しかしこの実施例においては、第1図のものと
異なり、第1トランジスタが良好な三極管特性を
有しているために、大きな相互コンダクタンス
(gm)が得られるという特徴を有している。以
下、これについて詳細に説明する。
However, unlike the embodiment shown in FIG. 1, this embodiment has the characteristic that a large mutual conductance (gm) can be obtained because the first transistor has good triode characteristics. This will be explained in detail below.

先ず、この第1トランジスタの部分のみの構造
は、第3図のように示すことができる。即ち、絶
縁物基板1の上にn形高不純物濃度を有するカソ
ード領域(第2図のドレイン領域に相当)19、
n形能動層18、p形高不純物濃度のアノード領
域17が形成され、n形能動層18の上にはゲー
ト絶縁膜12を介してゲート電極13が設けら
れ、カソード領域19、アノード領域17の上に
はそれぞれカソード電極27、アノード電極22
が形成されている。n形能動層18の厚みtc
は、先に述べたようにこのn形能動層18を構成
するn形半導体に固有のデバイ長LDEの3倍未満
である。この場合のデバイ長LDEは、いわゆる外
因性デバイ長であり、 によつて表わされる。ここでεSは半導体の誘電
率であり、シリコンの場合には11.7×8.85×10-14
(F/cm)、kはボルツマン定数で1.38×10-23
(J/K)、Tは絶対温度(〓)、qは単位電荷量
で1.6×10-19(C)、NDは不純物を含む半導体のキ
ヤリア濃度で、室温(300〓)付近では不純物濃
度にほぼ等しい値をとるものである。このような
トランジスタにおいて、 〔A〕(i) 先ず、例えば能動層の厚みtcを0.26
(μm)、デバイ長LDEを0.22(μm)として
アノード・カソード間電圧VAKを正とした場
合に、第4図aに示すようにゲート・カソー
ド間電圧VGKを負とすると、n形能動層18
の内部は殆んど空乏化され、該能動層18と
ゲート絶縁膜12との界面に正孔による反転
層が形成される。一方VAK>0であるため
に、この反転層を通じてアノード領域17か
ら能動層18へ、能動層18からカソード領
域19へと正孔が注入される。同時に、界面
近傍でカソード領域19から能動層18へ、
能動層18からアノード領域17へと電子が
注入される。従つて、アノード電流IAKは第
5図a イにVGK=−1(V)の場合を示す
ように、VAKが増加するに伴つて飽和するこ
となく増大する。またVGKを正電圧とした場
合には、第4図bに示すように電子が能動層
18の内部全体に過剰に蓄積される。この
時、全能動層18の電子の濃度をn、真性半
導体のキヤリア濃度をniとして、低注入水
準での能動層18の内部における正孔濃度p
は、近似的にp=ni2/oで与えられる。従つ
て、第5図aのロ,ハ,ニに示すようにVGK
が0(V)から1(V)、2(V)と増大す
るに伴い、nが増大して能動層18の内部に
おける電子のフエルミ・ポテンシヤルが増大
する結果、p―n接合のビルト・イン・ポテ
ンシヤルが実効的に増加し、アノード電流I
AKは減少する。
First, the structure of only the first transistor portion can be shown as shown in FIG. That is, a cathode region (corresponding to the drain region in FIG. 2) 19 having a high n-type impurity concentration is formed on the insulating substrate 1;
An n-type active layer 18 and a p-type high impurity concentration anode region 17 are formed, a gate electrode 13 is provided on the n-type active layer 18 via a gate insulating film 12, and a cathode region 19 and an anode region 17 are formed. On top are a cathode electrode 27 and an anode electrode 22, respectively.
is formed. Thickness t c of n-type active layer 18
As mentioned above, is less than three times the Debye length L DE inherent to the n-type semiconductor constituting the n-type active layer 18 . The Debye length L DE in this case is the so-called extrinsic Debye length, It is represented by. Here, ε S is the dielectric constant of the semiconductor, which in the case of silicon is 11.7×8.85×10 -14
(F/cm), k is Boltzmann constant 1.38×10 -23
(J/K), T is the absolute temperature (〓), q is the unit charge of 1.6×10 -19 (C), N D is the carrier concentration of the semiconductor containing impurities, and the impurity concentration is near room temperature (300〓). The value is approximately equal to . In such a transistor, [A] (i) First, for example, the thickness t c of the active layer is set to 0.26
(μm), the Debye length L DE is 0.22 (μm), the anode-cathode voltage V AK is positive, and the gate-cathode voltage V GK is negative as shown in Figure 4a. active layer 18
The inside of the active layer 18 is almost depleted, and an inversion layer due to holes is formed at the interface between the active layer 18 and the gate insulating film 12. On the other hand, since V AK >0, holes are injected from the anode region 17 to the active layer 18 and from the active layer 18 to the cathode region 19 through this inversion layer. At the same time, from the cathode region 19 to the active layer 18 near the interface,
Electrons are injected from active layer 18 into anode region 17 . Therefore, the anode current I AK increases without being saturated as V AK increases, as shown in FIG. 5A for the case of V GK =-1 (V). When V GK is a positive voltage, electrons are excessively accumulated throughout the active layer 18 as shown in FIG. 4b. At this time, let n be the electron concentration in all the active layers 18, n i be the carrier concentration of the intrinsic semiconductor, and hole concentration p inside the active layer 18 at a low injection level.
is approximately given by p=n i2/o . Therefore, as shown in B, C, and D of Figure 5a, V GK
As n increases from 0 (V) to 1 (V) to 2 (V), the fermi potential of electrons inside the active layer 18 increases, and as a result, the built-in・The potential effectively increases and the anode current I
AK decreases.

(ii) 次に、アノード・カソード間電圧VAKを負
とし、ゲート・カソード間電圧VGKを負とし
た場合、先ず、VGK<VAK<0の場合には、
第4図cに示すように能動層18のゲート絶
縁膜12との界面領域全体に、正孔による反
転層が形成される。この時、VAK<0である
ためにカソード領域19と該正孔の反転層と
は逆バイアスとなるが、反転層の正孔濃度が
高いためにカソード層19と能動層18との
間にトンネル電流もしくはアバランシエ電流
の性質を有するアノード電流はIAKが流れ
る。このIAKは|VAK|の増大と共に増大す
る。また、|VGK|が増大すると、反転層内
の正孔濃度が増大するためにIAKはやはり増
大する。また、VAK<VGK<0の場合には、
能動層18とゲート絶縁膜12との界面のう
ちアノード領域17の側のある個所で、VGK
による反転層束縛電界よりもVAKによる電界
の方が強くなり、第4図dに示すように反転
層が消滅するピンチオフ現象が生ずる。この
場合、反転消滅点をピンチオフ点、またピン
チオフが起こるアノード電圧をピンチオフ電
圧Vpと呼ぶ。このピンチオフによつてピン
チオフ点とアノード領域13との間の抵抗値
は高まり、反転層の抵抗値よりも十分に大き
くなる。このため、|VAK||VP|とな
つた場合には|VAK|を増大してももはやア
ノード電流IAKは殆んど増加せず、飽和す
る。この様子を表わしたのが第5図bであ
り、イ,ロ,ハはそれぞれVGKが−1、−
2、−3(V)の場合の特性を示している。
(ii) Next, when the anode-cathode voltage V AK is negative and the gate-cathode voltage V GK is negative, first, if V GK <V AK <0,
As shown in FIG. 4c, an inversion layer of holes is formed in the entire interface region of the active layer 18 with the gate insulating film 12. At this time, since V AK <0, the cathode region 19 and the hole inversion layer are reverse biased, but since the hole concentration in the inversion layer is high, there is a bias between the cathode layer 19 and the active layer 18. IAK flows as an anode current having properties of tunnel current or avalanche current. This I AK increases as |V AK | increases. Moreover, when |V GK | increases, I AK also increases because the hole concentration in the inversion layer increases. Moreover, in the case of V AK <V GK <0,
At a certain point on the anode region 17 side of the interface between the active layer 18 and the gate insulating film 12, V GK
The electric field due to V AK becomes stronger than the inversion layer binding electric field caused by V AK , and a pinch-off phenomenon occurs in which the inversion layer disappears, as shown in FIG. 4d. In this case, the inversion vanishing point is called a pinch-off point, and the anode voltage at which pinch-off occurs is called a pinch-off voltage V p . This pinch-off increases the resistance value between the pinch-off point and the anode region 13, which becomes sufficiently larger than the resistance value of the inversion layer. Therefore, when |V AK | |V P |, even if |V AK | is increased, the anode current I AK hardly increases and becomes saturated. This situation is shown in Figure 5b, where V GK is -1 and -1 for A, B, and C, respectively.
The characteristics in the case of 2 and -3 (V) are shown.

〔B〕これに対し、能動層18の厚みtc(0.62μ
m)がデバイ長LDE(0.19μm)よりもはるか
に大きい場合についてみると、 (i) VAKを正に印加した場合、VGKを負とする
と、正孔による反転層が形成され、〔A〕(i)
に述べたと類似の機構によつて、IAKはVAK
の増大に伴つて指数関数的に増大すると共に
|VGK|に比例して増大する結果、第6図a
に示すような特性が得られる。即ち、曲線
イ,ロ,ハはそれぞれVGKが0、−1、−2
(V)の場合の特性を示している。他方、VG
を正とした場合、電子の高密度蓄積領域が
能動層11のゲート絶縁膜12との界面から
3LDE未満程度の範囲に限られ、全能動層1
1を覆うまでには至らないために、〔A〕(i)
に述べたようなフエルミ・ポテンシヤル増大
の効果はなく、VGKの増大と共に能動層18
を通過できる電子数が増大することにより、
AKは増大する。IAKはまた、VAKの増加に
伴つて指数関数的に増大し、第6図bに示す
ような特性曲線が得られる。同図イ,ロ,ハ
はVGKが0、1、2、(V)の場合を示して
いる。
[B] On the other hand, the thickness of the active layer 18 t c (0.62μ
Considering the case where m) is much larger than the Debye length L DE (0.19 μm), (i) When V AK is applied positively and V GK is negative, an inversion layer by holes is formed, and [ A〕(i)
By a mechanism similar to that described in , I AK becomes V AK
As a result, it increases exponentially with the increase of |V GK |, and as a result, the
The characteristics shown in are obtained. That is, curves A, B, and C have V GK of 0, -1, and -2, respectively.
The characteristics in case (V) are shown. On the other hand, V G
When K is positive, the high-density accumulation region of electrons is located from the interface of the active layer 11 with the gate insulating film 12.
Limited to less than 3L DE , all active layers 1
In order not to cover 1, [A](i)
There is no effect of increasing the fermi potential as described in , and the active layer 18 increases with increasing V GK .
By increasing the number of electrons that can pass through,
I AK increases. I AK also increases exponentially as V AK increases, resulting in a characteristic curve as shown in FIG. 6b. A, B, and C in the figure show cases where V GK is 0, 1, 2, and (V).

このようにtc≫LDEである場合にも電流非飽
和特性が得られるが、VGKを変化させてもその傾
斜が変化するのみで、IAKが立ち上がる点は常に
変わらない。また、VGK>0でもVGK<0でもV
GK=0の場合よりも傾斜が小さくなることはな
い。従つて、任意のIAKが得られる動作範囲は極
めて小さい。
In this way, current non-saturation characteristics can be obtained even when t c >>L DE , but changing V GK only changes its slope, and the point at which I AK rises remains the same. Also, even if V GK > 0 or V GK < 0, V
The slope is never smaller than when GK = 0. Therefore, the operating range in which an arbitrary IAK can be obtained is extremely small.

これに対し、この発明の低電力形半導体装置に
第1トランジスタとして用いられているトランジ
スタは、第5図aに示すような良好な電流非飽和
特性を有するため、VGKの値を適当に選択するこ
とによつて任意のVAKで任意のIAKを得ることが
できる。
On the other hand, since the transistor used as the first transistor in the low-power semiconductor device of the present invention has good current non-saturation characteristics as shown in FIG. 5a, the value of V GK is appropriately selected. By doing this, any I AK can be obtained at any V AK .

このように第5図aに示すような電流非飽和特
性が、能動層18の厚み、tcがデバイ長LDE
対して3倍未満程度と余り大きくならない場合に
のみ得られるということについては、次のような
ことが、ひとつの理論的根拠として考えられる。
In this way, the current non-saturation characteristic shown in FIG. 5a can be obtained only when the thickness of the active layer 18, t c , is not very large, about less than three times the Debye length L DE . , The following can be considered as one theoretical basis.

先ず、第3図のトランジスタが第5図aの特性
を示すためには全能動層18に電子が過剰に蓄積
されることが必要である。即ち、第7図に示すよ
うに、能動層18とゲート絶縁膜12との界面A
のフラツド・バンド電圧VFBよりも大きいVGK
印加した場合に、能動層18の内部の多数キヤリ
アである電子の濃度n(x)が、 n(x)>ND (0xtc) とならなければならない。
First, in order for the transistor shown in FIG. 3 to exhibit the characteristics shown in FIG. 5a, it is necessary that electrons be excessively stored in all active layers 18. That is, as shown in FIG. 7, the interface A between the active layer 18 and the gate insulating film 12
When applying V GK which is larger than the flat band voltage V FB of There must be.

そこで、VGK>VFBの時の能動層18における
キヤリアの分布の深さdを近似的に求めてみる。
Therefore, the depth d of the carrier distribution in the active layer 18 when V GK >V FB will be approximately determined.

先ず、このキヤリアの分布状態は第8図のよう
なモデルで示される。ここでx=0は界面Aを表
わす。先ず、n(x)は近似的に次のPoisson方
程式から算出することができる。
First, the distribution state of this carrier is shown by a model as shown in FIG. Here, x=0 represents interface A. First, n(x) can be approximately calculated from the following Poisson equation.

φ/dx=qn(x)/ε ………(1) ここにφは半導体のフエルミ準位から計つたポ
テンシヤルとする。n(x)は次のように表わさ
れる。
d 2 φ/dx 2 =qn(x)/ε S (1) Here, φ is the potential measured from the Fermi level of the semiconductor. n(x) is expressed as follows.

n(x)=NDexp(qφ/KT) ……(2) (1)、(2)式を連立し、次の境界条件を置いてn
(x)を解く。
n(x)=N D exp(qφ/KT) ...(2) By combining equations (1) and (2), and setting the following boundary conditions, n
Solve (x).

ここにφSはx=0(界面A)での表面ポテン
シヤルである。n(x)は次式で示される。
Here, φ S is the surface potential at x=0 (interface A). n(x) is expressed by the following formula.

n(x)=ND{tan2〔x/LDE−C〕+1} C=tan-1(√()−1) 通常容易にφS≫kT/q(0026(V))とす
ることができるので、Cπ/2となる。従つ
て、n(d)=NDの条件を入れれば、dは次式で
与えられる。
n(x)=N D {tan 2 [x/L DE −C]+1} C=tan −1 (√()−1) Usually, it is easy to set φ S ≫kT/q (0026 (V)) Therefore, it becomes Cπ/2. Therefore, by inserting the condition n(d)= ND , d is given by the following equation.

d=π/2LDE1.57LDE 即ち、tc<1.57LDEである時、全能動層18で
n(x)>NDとなり、所望の要件が満たされるこ
とになる。
When d=π/2L DE 1.57L DE , that is, t c <1.57L DE , n(x)>N D in all active layers 18, and the desired requirement is satisfied.

先に述べた通り、この結論は理論的な近似解で
あり、現実には他の諸条件の影響も加わり、tc
<3LDE程度であれば、所望の電流非飽和特性が
得られる。
As mentioned earlier, this conclusion is a theoretical approximation, and in reality, the influence of other conditions is added, and t c
If it is about <3L DE , desired current non-saturation characteristics can be obtained.

このように第1トランジスタが良好な三極管特
性を示し、大きい相互コンダクタンス(gm)が
得られるために、第2図の実施例においては従来
のものに比べて高速の動作が行なわれる。
As described above, since the first transistor exhibits good triode characteristics and a large mutual conductance (gm) is obtained, the embodiment of FIG. 2 operates at a higher speed than the conventional one.

更に、同図から明らかなように、装置を構成す
る第1トランジスタと第2トランジスタとが、ド
レイン領域19を共用して重なり合つているため
に、装置面積が小さく、また構造も単純であるた
めに製造工程数も少ないという利点を有してい
る。
Furthermore, as is clear from the figure, since the first transistor and the second transistor constituting the device overlap each other while sharing the drain region 19, the device area is small and the structure is simple. Another advantage is that the number of manufacturing steps is small.

以上説明したようにこの発明による低電力形半
導体装置によれば、第1トランジスタとして良好
な電流非飽和特性を示すトランジスタを用いたこ
とにより、大きな相互コンダクタンス値が得られ
るために、高速な動作が可能である。また、この
第1トランジスタと第2トランジスタとは、絶縁
物層上に一部を共通にして横形に並設された半導
体領域によつて構成されているため、素子面積が
小さく、素子間の分離も容易で、動作特性の優れ
た大規模集積回路を構成し易い等の種々優れた効
果を有する。
As explained above, according to the low power semiconductor device according to the present invention, by using a transistor exhibiting good current non-saturation characteristics as the first transistor, a large mutual conductance value can be obtained, so that high-speed operation is possible. It is possible. In addition, since the first transistor and the second transistor are composed of semiconductor regions that are horizontally arranged in common on an insulating layer, the element area is small and the isolation between the elements is small. It has various excellent effects such as easy construction and easy construction of large-scale integrated circuits with excellent operating characteristics.

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

第1図は従来の低電力形半導体装置の一例を示
す断面図および模式的平面図、第2図はこの発明
による低電力形半導体装置の一実施例を示す断面
図および模式的平面図、第3図は第2図の第1ト
ランジスタ部分を示す断面図および略記号図、第
4図は第3図のトランジスタの動作機構を説明す
る原理図、第5図はその電圧―電流特性図、第6
図は第3図のトランジスタの能動層の厚みをデバ
イ長の3倍以上に形成した素子の電圧―電流特性
図、第7図は第3図のトランジスタの構造定数に
ついての理論的考察のための模式的断面図、第8
図はそのキヤリア分布図である。 1……絶縁物基板、12……ゲート絶縁膜、1
3……ゲート電極、17……アノード領域、18
……n形能動層、19……ドレイン領域、20…
…n形能動層、21……ソース領域、22……ア
ノード電極、23……ソース電極、26……共通
ゲート端子。
FIG. 1 is a cross-sectional view and a schematic plan view showing an example of a conventional low-power semiconductor device, and FIG. 2 is a cross-sectional view and a schematic plan view showing an example of a low-power semiconductor device according to the present invention. 3 is a sectional view and a schematic symbol diagram showing the first transistor part in FIG. 2, FIG. 4 is a principle diagram explaining the operating mechanism of the transistor in FIG. 3, FIG. 5 is a voltage-current characteristic diagram, 6
The figure shows the voltage-current characteristics of a device in which the thickness of the active layer of the transistor shown in Fig. 3 is more than three times the Debye length. Schematic cross-sectional view, No. 8
The figure shows the carrier distribution map. 1... Insulator substrate, 12... Gate insulating film, 1
3... Gate electrode, 17... Anode region, 18
... n-type active layer, 19 ... drain region, 20 ...
... n-type active layer, 21 ... source region, 22 ... anode electrode, 23 ... source electrode, 26 ... common gate terminal.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 絶縁物基板上に一連に並設された第1導電形
を有する高不純物濃度半導体によつて構成された
ソース領域、第1導電形能動層、第1導電形を有
する高不純物濃度半導体によつて構成されたドレ
イン領域、第1導電形能動層、第2導電形を有す
る高不純物濃度半導体によつて構成されたアノー
ド領域と、該両能動層上に形成されたゲート絶縁
膜と、該ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極
と、該ソース領域上に形成されたソース電極と、
該アノード領域上に形成されたアノード電極と、
該ドレイン領域上に形成されたドレイン電極とを
備え、前記アノード領域とドレイン領域とに挾ま
れた第1導電形能動層が該第1導電形能動層を構
成する半導体に固有のデバイ長の3倍未満の厚み
を有し、かつ前記両ゲート電極が共通の端子に接
続されていることを特徴とする低電力形半導体装
置。
1 A source region formed of a highly impurity concentration semiconductor having a first conductivity type arranged in series on an insulating substrate, a first conductivity type active layer, and a high impurity concentration semiconductor having a first conductivity type arranged in series on an insulating substrate. a drain region formed of a first conductivity type active layer, an anode region formed of a highly impurity concentration semiconductor having a second conductivity type, a gate insulating film formed on both of the active layers, and a gate insulating film formed on both of the active layers; a gate electrode formed on the insulating film, a source electrode formed on the source region,
an anode electrode formed on the anode region;
a drain electrode formed on the drain region, and a first conductivity type active layer sandwiched between the anode region and the drain region has a Debye length of 3 which is specific to the semiconductor constituting the first conductivity type active layer. 1. A low-power semiconductor device, characterized in that the device has a thickness less than double the thickness of the device, and both gate electrodes are connected to a common terminal.
JP55131135A 1980-09-20 1980-09-20 Low power type semiconductor device Granted JPS5756972A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP55131135A JPS5756972A (en) 1980-09-20 1980-09-20 Low power type semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP55131135A JPS5756972A (en) 1980-09-20 1980-09-20 Low power type semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5756972A JPS5756972A (en) 1982-04-05
JPS6235275B2 true JPS6235275B2 (en) 1987-07-31

Family

ID=15050801

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP55131135A Granted JPS5756972A (en) 1980-09-20 1980-09-20 Low power type semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS5756972A (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPS5756972A (en) 1982-04-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS623989B2 (en)
US3356858A (en) Low stand-by power complementary field effect circuitry
US3191061A (en) Insulated gate field effect devices and electrical circuits employing such devices
JPH077826B2 (en) Semiconductor integrated circuit
US3290569A (en) Tellurium thin film field effect solid state electrical devices
US6774463B1 (en) Superconductor gate semiconductor channel field effect transistor
US3246173A (en) Signal translating circuit employing insulated-gate field effect transistors coupledthrough a common semiconductor substrate
US3289093A (en) A. c. amplifier using enhancement-mode field effect devices
JP2002026312A (en) Semiconductor device
US3384792A (en) Stacked electrode field effect triode
CN102569066A (en) Manufacturing method for gate controlled diode semiconductor device
JPS6235275B2 (en)
US3296508A (en) Field-effect transistor with reduced capacitance between gate and channel
US3493824A (en) Insulated-gate field effect transistors utilizing a high resistivity substrate
JPS6235274B2 (en)
JPS626670B2 (en)
JPS6241428B2 (en)
JP5529514B2 (en) Semiconductor device
JPH0666467B2 (en) Semiconductor device
JPS6349392B2 (en)
JPH0430188B2 (en)
JPH0468792B2 (en)
JPH0475669B2 (en)
JP2982049B2 (en) Insulated gate type static induction transistor
TW525302B (en) Vertical type semiconductor variable resistor device and its manufacturing method