JPH046110B2 - - Google Patents
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- JPH046110B2 JPH046110B2 JP61138631A JP13863186A JPH046110B2 JP H046110 B2 JPH046110 B2 JP H046110B2 JP 61138631 A JP61138631 A JP 61138631A JP 13863186 A JP13863186 A JP 13863186A JP H046110 B2 JPH046110 B2 JP H046110B2
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Description
【発明の詳細な説明】
〔概要〕
本発明は、半導体論理回路装置において、エミ
ツタ層とベース層との間に形成された超格子層か
らなるエミツタ側ポテンシヤル・バリア層ならび
にベース層とコレクタ層との間に形成されたコレ
クタ側ポテンシヤル・バリア層を有してなり、微
分負性抵抗特性を持つ記憶能動素子と、その記憶
能動素子のベース・エミツタ間に挿入された電流
源と、同じくその記憶能動素子のベースに選択的
に信号を与える手段を備えてなる構成を有し、ベ
ース側を制御して前記記憶能動素子における二つ
の安定状態の何れか一方を意図した時に選択でき
るようにし、コレクタ側或いはエミツタ側から、
その二つの安定状態の何れか一方に対応する信号
を取出すことにより、構成が簡単で且つ高速の多
安定な論理動作を可能であるようにしたものであ
る。Detailed Description of the Invention [Summary] The present invention provides an emitter side potential barrier layer consisting of a superlattice layer formed between an emitter layer and a base layer, and a base layer and a collector layer in a semiconductor logic circuit device. A storage active element having a collector-side potential barrier layer formed between the storage active element and the current source inserted between the base and emitter of the storage active element, and a current source inserted between the base and emitter of the storage active element; It has a configuration comprising means for selectively applying a signal to the base of the active element, the base side being controlled so that one of the two stable states of the storage active element can be selected at an intended time, and the collector From the side or emitsuta side,
By extracting a signal corresponding to either of the two stable states, the structure is simple and high-speed multistable logic operation is possible.
本発明は、共鳴トンネリング効果を利用するト
ランジスタ(resonant‐tunneling transistor以
下RHETと略す)を記憶能動素子とする半導体
論理回路装置に関する。
The present invention relates to a semiconductor logic circuit device using a resonant-tunneling transistor (hereinafter abbreviated as RHET) as a storage active element.
現在まで、多くの種類の意図した時のみ二つの
安定状態の間を遷移させることのできる双安定な
半導体論理回路装置(クロツク・パルス端子のあ
るフリツプフロツプ)が実用化されてきたが、そ
の高速化と高集積化に対する要求は止ることを知
らない。然しながら、微細加工における技術限
界、配線容量増大に起因する遅延時間の増大等が
理由となり、前記要求への対応は次第に頭打ちの
状態に成りつつある。これを打開するためには、
能動素子自体を高速化すると共に、新しい機能を
持つようにし、半導体論理回路装置としての機能
を損なうことなく、素子数を低減し且つ高速とな
るようにしなければならない。因に、前記のよう
な半導体論理回路装置でも最も簡単なものの一つ
であるDフリツプフロツプを構成するにも、最低
3個のトランジスタを必要とする。
To date, many types of bistable semiconductor logic circuit devices (flip-flops with clock pulse terminals) that can transition between two stable states only when intended have been put into practical use, but their speed has increased. There is no end to the demand for higher integration. However, due to technological limitations in microfabrication, increased delay time due to increased wiring capacity, etc., the ability to meet the above requirements is gradually reaching a plateau. In order to overcome this,
It is necessary to increase the speed of the active elements themselves, provide new functions, reduce the number of elements, and increase the speed without impairing the function of the semiconductor logic circuit device. Incidentally, at least three transistors are required to construct a D flip-flop, which is one of the simplest semiconductor logic circuit devices as described above.
上記のように、今後、双安定或いはさらに多安
定な半導体論理回路装置のあるべき一つの姿とし
て、高速であることは勿論のこと、構成素子数を
少なくしたものが挙げられる。然しながら、その
ような双安定或いは更に多安定な半導体論理回路
装置が実現されていないのは、それを構成するに
適した記憶能動素子が存在しないことが原因にな
つていると考えられる。そこで本発明は、共鳴ト
ンネリング効果を利用するトランジスタ、例えば
RHETを用いることにより、構成が簡単で動作
が高速である多安定半導体論理回路装置を得よう
とするものである。
As mentioned above, in the future, one ideal form of bistable or even multistable semiconductor logic circuit devices is not only high speed but also one with a reduced number of constituent elements. However, the reason why such a bistable or even multistable semiconductor logic circuit device has not been realized is thought to be due to the lack of a storage active element suitable for constructing it. Therefore, the present invention provides a transistor that utilizes the resonant tunneling effect, for example.
By using RHET, we aim to obtain a multistable semiconductor logic circuit device that is simple in configuration and operates at high speed.
本発明は、エミツタ層とベース層との間に形成
された超格子層からなるエミツタ側ポテンシヤ
ル・バリア層ならびにベース層とコレクタ層との
間に形成されたコレクタ側ポテンシヤル・バリア
層を有してなり、そのベース・エミツタ間の電圧
−電流特性に微分負性抵抗領域を有する記憶能動
素子と、該記憶能動素子のベース・エミツタ間に
接続され該記憶能動素子に複数の安定状態をとら
せるための電流源と、該記憶能動素子の書換え指
定時に信号をそのベースに印加する端子と、該記
憶能動素子のコレクタ側或いは、エミツタ側から
その二つの安定状態の何れか一方に対応する信号
を取出す端子とを備えることを特徴とする半導体
論理回路装置を提供するものである。
The present invention has an emitter-side potential barrier layer formed of a superlattice layer formed between an emitter layer and a base layer, and a collector-side potential barrier layer formed between the base layer and the collector layer. and a storage active element having a differential negative resistance region in the voltage-current characteristic between its base and emitter, and a storage active element connected between the base and emitter of the storage active element to cause the storage active element to take a plurality of stable states. a current source, a terminal that applies a signal to its base when specifying rewriting of the active storage element, and a signal that corresponds to one of the two stable states from the collector side or emitter side of the active storage element. The present invention provides a semiconductor logic circuit device characterized by comprising a terminal.
RHET等の共鳴トンネリング効果を利用する
トランジスタは、その動作速度が極めて高速であ
り、上記のようにそのベース・エミツタ間の電圧
−電流特性に微分負性特性をもたせることができ
る。そのため、ベース側を制御して前記記憶能動
素子における二つの安定状態の何れか一方を意図
した時に選択できるようにし、コレクタ側或いは
エミツタ側から、その二つの安定状態の何れか一
方に対応する信号を取出すことにより、構成が簡
単で且つ高速の多安定な論理動作が可能となる。
Transistors that utilize the resonant tunneling effect, such as RHET, have extremely high operating speeds, and can have differential negative characteristics in their base-emitter voltage-current characteristics as described above. Therefore, by controlling the base side, one of the two stable states of the storage active element can be selected when desired, and a signal corresponding to one of the two stable states is generated from the collector side or the emitter side. By taking out the circuit, a simple configuration and high-speed multistable logic operation are possible.
〔実施例〕
先ず、第2図は本発明の実施例に用いた
RHETを説明するための図であり、Aは要部切
断側面図Bは図Aに対応させたエネルギ・バン
ド・ダイアグラムをそれぞれ表している。[Example] First, Fig. 2 shows a diagram used in an example of the present invention.
FIG. 2 is a diagram for explaining RHET, in which A is a cutaway side view of a main part, and B is an energy band diagram corresponding to diagram A.
第2図Aにおいて、1はn+型GaAsコレクタ
層、2はAlyGa1-yAsコレクタ側ポテンシヤル・
バリア層、3はn+型GaAsベース層、4は超格子
層、5はn+型GaAsエミツタ層、6はエミツタ電
極、7はベース電極、8はコレクタ電極をそれぞ
れ示している。また、第2図Bにおいて、Ecは
伝導帯の底、EFはフエルミ・レベル、Exはサ
ブ・バンドのエネルギ・レベルをそれぞれ示して
いる。なお、超格子層4はAlxGa1-xAsバリア層
4AとGaAsウエル層4Bとから成つていて、図
示例では二つのバリア層と一つのウエル層で構成
されているが、必要であれば複数のウエル層およ
びそれを形成するためのバリア層を用いてもよ
い。 In Fig. 2A, 1 is the n + type GaAs collector layer, 2 is the AlyGa 1-y As collector side potential layer.
3 is an n + type GaAs base layer, 4 is a superlattice layer, 5 is an n + type GaAs emitter layer, 6 is an emitter electrode, 7 is a base electrode, and 8 is a collector electrode. Moreover, in FIG. 2B, Ec indicates the bottom of the conduction band, EF indicates the Fermi level, and Ex indicates the energy level of the sub-band. The superlattice layer 4 is composed of an AlxGa 1-x As barrier layer 4A and a GaAs well layer 4B, and in the example shown, it is composed of two barrier layers and one well layer, but if necessary, Multiple well layers and barrier layers to form them may be used.
第3図AからDはRHETの動作原理を説明す
る為のエネルギ・バンド・ダイアグラムを表し、
第2図において用いた記号と同一記号は同部分を
示すか同じ意味を持つように用いている。第3図
において、Exはウエル層4B内に生成されるサ
ブ・バンドのエネルギ・レベル、qはキヤリア
(電子)の電荷量、φcはコレクタ側ポテンシヤ
ル・バリア層2とベース層3との間における伝導
帯底不連続値(conduction band
discontinuity)、VBEはベース・エネルギ間電圧
をそれぞれ示している。 Figures 3A to 3D represent energy band diagrams to explain the operating principle of RHET,
The same symbols as those used in FIG. 2 are used to indicate the same parts or have the same meaning. In FIG. 3, Ex is the energy level of the sub-band generated in the well layer 4B, q is the amount of carrier (electron) charge, and φc is the amount of charge between the collector side potential barrier layer 2 and the base layer 3. conduction band bottom discontinuity value
discontinuity) and VBE indicate the base-energy voltage, respectively.
第3図Aはベース・エネルギ間電圧VBEが0
か或いは0に近い場合に於けるエネルギ・バン
ド・ダイアグラムである。図示の状態では、コレ
クタ・エミツタ間に電圧VCEが印加されている
が、ベース・エミツタ間電圧VBEが殆ど0であ
るので、エミツタ層5に於けるエネルギ・レベル
がウエル層4Bに於けるサブ・バンドのエネル
ギ・レベルExと相違しているため、エミツタ層
5に於ける電子は超格子層4をトンネリングして
ベース層3に抜けることは不可能であり、したが
つて、RHETには電流が流れていない。 In Figure 3 A, the base-energy voltage VBE is 0.
This is an energy band diagram in the case of 0 or close to 0. In the illustrated state, the voltage VCE is applied between the collector and the emitter, but since the voltage VBE between the base and the emitter is almost 0, the energy level in the emitter layer 5 is lower than the sub-level in the well layer 4B. Since the energy level of the band is different from Ex, it is impossible for the electrons in the emitter layer 5 to tunnel through the superlattice layer 4 and escape to the base layer 3, and therefore there is no current in the RHET. It's not flowing.
第3図Bはベース・エミツタ間電圧VBEが
2Ex/qに殆ど等しい場合に於けるエネルギ・バ
ンド・ダイアグラムである。図示の状態では、エ
ミツタ層5に於けるエネルギ・バンドがウエル層
4Bに於けるサブ・バンドのエネルギ・レベル
Exと整合するため、エミツタ層5に於ける電子
は共鳴トンネリング効果で超格子層4を抜けてベ
ース層3に注入され、そこでポテンシヤル・エネ
ルギ(≒2Ex)が運動エネルギに変換されるの
で、電子は所謂ホツトな状態となり、ベース層3
をバリステイツクに通過してコレクタ層1に到達
するものである。 Figure 3B shows that the base-emitter voltage VBE is
This is an energy band diagram in the case of almost equal to 2Ex/q. In the illustrated state, the energy band in the emitter layer 5 is equal to the energy level of the sub-band in the well layer 4B.
In order to match Ex, the electrons in the emitter layer 5 are injected into the base layer 3 through the superlattice layer 4 due to the resonance tunneling effect, where the potential energy (≒2Ex) is converted into kinetic energy, so that the electrons is in a so-called hot state, and the base layer 3
It passes through the varistake and reaches the collector layer 1.
しかしながら、コレクタ・バリアの高さを2Ex
より大きく採つておくと、電子は殆どがコレク
タ・バリアによつて遮られて、コレクタ電流とな
らずベース電流となる。 However, if the collector barrier height is 2Ex
If it is made larger, most of the electrons will be blocked by the collector barrier, and will not become a collector current but a base current.
第3図Cはベース・エミツタ間電圧VBEが
2Ex/qより大きい場合に於けるエネルギ・バン
ド・ダイアグラムである。図示の状態では、エミ
ツタ層5に於けるエネルギ・レベルがウエル層4
Bに於けるサブ・バンドのエネルギ・レベルEx
より高くなつてしまうので共鳴トンネリング効果
は発生せず、再びエミツタ層5からベース層3に
抜ける電子はなくなつて電流は低減される。 Figure 3C shows that the base-emitter voltage VBE is
This is an energy band diagram in the case of larger than 2Ex/q. In the illustrated state, the energy level in the emitter layer 5 is equal to that in the well layer 4.
Sub-band energy level Ex in B
Since the current becomes higher, the resonant tunneling effect does not occur, and no electrons escape from the emitter layer 5 to the base layer 3 again, and the current is reduced.
第3図Dはベース・エミツタ間電圧VBEが
2Ex/qよりかなり大きい場合に於けるエネル
ギ・バンド・ダイアグラムである。図示の状態で
は、二つのバリア層4Aのうち、ベース層3に近
い側バリア層4Aはエミツタ層のエネルギ・レベ
ルに比べて、低くなつているので、電子はエミツ
タ層5に近い側のバリア層4Aを直接トンネリン
グする。しかも、この時の電子はコレクタ・バリ
アを越えるのに充分なエネルギを持つので、コレ
クタ・バリアを越えて、コレクタ層1に到達す
る。 Figure 3D shows that the base-emitter voltage VBE is
This is an energy band diagram in the case of considerably larger than 2Ex/q. In the illustrated state, of the two barrier layers 4A, the energy level of the barrier layer 4A closer to the base layer 3 is lower than that of the emitter layer, so electrons are transferred to the barrier layer 4A closer to the emitter layer 5. Tunnel 4A directly. Furthermore, since the electrons at this time have sufficient energy to cross the collector barrier, they cross the collector barrier and reach the collector layer 1.
第4図は前記で説明したようなRHETにおけ
るベース・エミツタ間電圧VBEトンネリングベ
ース電流IBおよび、コレクタ電流Icとの関係を
説明する線図である。図では、横軸にベース・エ
ミツタ間電圧を、縦軸には、ベース電流IBおよ
び、コレクタ電流Icをそれぞれ採つてある。図か
ら明らかなように、RHETに於けるVBE対IBの
関係において、所謂、共鳴トンネリング効果に依
る微分負性抵抗領域が存在している。したがつ
て、この特性を利用すれば、RHETを記憶能動
素子として動作させることが可能である。 FIG. 4 is a diagram illustrating the relationship between base-emitter voltage VBE tunneling base current IB and collector current Ic in RHET as described above. In the figure, the horizontal axis represents the base-emitter voltage, and the vertical axis represents the base current IB and collector current Ic. As is clear from the figure, in the relationship between VBE and IB in RHET, there exists a differential negative resistance region due to the so-called resonance tunneling effect. Therefore, by utilizing this characteristic, it is possible to operate the RHET as an active storage element.
第1図Aは本発明に於ける半導体論理回路装置
の原理を説明するための要部回路図、第1図Bは
第1図Aの半導体論理回路装置を表す論理記号を
表している。図において、QRはRHETである記
憶能動素子、QSはスイツチング素子、RLは負性
抵抗、RBは電流源抵抗、Dは入力端子、Qは出
力端子、Tはクロツク端子、Vcc1およびVcc2
は正側電流源レベルをそれぞれ示している。 FIG. 1A is a circuit diagram of a main part for explaining the principle of a semiconductor logic circuit device according to the present invention, and FIG. 1B shows logic symbols representing the semiconductor logic circuit device of FIG. 1A. In the figure, QR is a storage active element which is RHET, QS is a switching element, RL is a negative resistance, RB is a current source resistance, D is an input terminal, Q is an output terminal, T is a clock terminal, Vcc1 and Vcc2.
indicate the positive current source level, respectively.
図示のように、記憶能動素子QRのベースに電
流源抵抗RBを介して、正側電流源レベルVCC1
を供給する電源に接続するとベース・エミツタ間
には一種の定電流源が挿入されたことと等価にな
り、その際のベース・エミツタ間電圧VBEとベ
ース電流IBとの関係は第5図Aに見られる通り
である。図では、横軸にベース・エミツタ間電圧
VBEを、縦軸には、ベース電流IBを採つてあり、
CLは特性線、LLスイツチング素子QSがOFFの
状態の時の負荷線、LLHはスイツチング素子QS
がON状態で且つ入力が高いレベルの時の負荷
線、LLLはスイツチング素子QSがON状態で且
つ入力が低いレベルの時の負荷線、A,B,Cお
よびDは安定点をそれぞれ示している。 As shown in the figure, the positive current source level VCC1 is connected to the base of the storage active element QR through the current source resistor RB.
When connected to a power source that supplies As you can see. In the figure, the horizontal axis shows the base-emitter voltage.
VBE is taken, and the vertical axis is the base current IB.
CL is the characteristic line, load line when LL switching element QS is OFF, LLH is switching element QS
is the load line when QS is ON and the input is at a high level, LLL is the load line when the switching element QS is ON and the input is at a low level, and A, B, C, and D indicate the stable points, respectively. .
スイツチング素子QSがOFF状態(LL)の時
は、図から明らかであるが、記憶能動素子QRは
安定点AおよびBに見られるように二つの安定状
態を維持することができる。 As is clear from the figure, when the switching element QS is in the OFF state (LL), the storage active element QR can maintain two stable states as seen at stable points A and B.
スイツチング素子QSがOFF状態(LL)から
ON状態、そして再びOFF状態と遷移すると、入
力が高いレベル(LLH)の時には、安定点はA
もしくはBからCを経てBへ遷移する。入力が低
いレベル(LLL)の時には、安定点はAもしく
はBからDを経てAへ遷移する。 Switching element QS from OFF state (LL)
When transitioning from ON state to OFF state again, when the input is at a high level (LLH), the stable point is A.
Or transition from B to B via C. When the input is at a low level (LLL), the stable point transitions from A or B to A via D.
以上のように、スイツチング素子QSにより記
憶能動素子QRは二つの安定点AおよびBに見ら
れるように二つの安定状態の何れか一方から他方
へ遷移させることができる。 As described above, the switching element QS can cause the storage active element QR to transition from one of the two stable states to the other as seen at the two stable points A and B.
第5図Bはベース・エミツタ間電圧VBEとコ
レクタ電流Icとの関係を示したものである。図で
は、横軸にベース・エミツタ間電圧VBEを第5
図Aと同じスケールで、縦軸には、コレクタ電流
Icを採つてある。点EおよびFはそれぞれ第5図
Aにおける安定点AおよびBに対応した点であ
る。安定点Bに於いては、コレクタ電流〔図Bの
Fに対応する〕は多く流れているために、負荷抵
抗RLにより記憶能動素子QRのコレクタレベルは
低くなり、安定点Aに於いては、コレクタ電流
〔図BのEに対応する〕は少ししか流れていない
ため、コレクタのレベルは高くなる。 FIG. 5B shows the relationship between base-emitter voltage VBE and collector current Ic. In the figure, the horizontal axis represents the base-emitter voltage VBE.
On the same scale as Figure A, the vertical axis shows the collector current
IC is taken. Points E and F correspond to stable points A and B in FIG. 5A, respectively. At stable point B, a large amount of collector current (corresponding to F in Figure B) is flowing, so the collector level of storage active element QR becomes low due to load resistance RL, and at stable point A, Since only a small amount of collector current (corresponding to E in Figure B) is flowing, the collector level will be high.
以上のように、スイツチング素子QSをONさ
せた時のみ二つの安定状態の何れか一方から、他
方に遷移させることができる双安定な論理回路が
実現できる。 As described above, it is possible to realize a bistable logic circuit that can make a transition from one of the two stable states to the other only when the switching element QS is turned on.
第6図Aは本発明に依る双安定な半導体論理回
路装置を用いて構成した、ダイナミツク分周回
路、第6図Bは本発明に依る双安定な半導体論理
回路装置を用いて構成した、スタテイツク分周回
路の原理を説明するための要部回路図である。
DFは前記半導体論理回路装置であり、Iはイン
バータ回路、INは入力、OUTは出力である。 FIG. 6A shows a dynamic frequency divider circuit constructed using the bistable semiconductor logic circuit device according to the present invention, and FIG. 6B shows a static frequency divider circuit constructed using the bistable semiconductor logic circuit device according to the present invention. FIG. 2 is a main circuit diagram for explaining the principle of a frequency dividing circuit.
DF is the semiconductor logic circuit device, I is an inverter circuit, IN is an input, and OUT is an output.
第7図は第6図に示されているスタテイツク分
周回路の入力IN、出力OUT、接続点N1、ないし
N3に於ける電位のタイミング・チヤートを示し
ている。 Figure 7 shows the input IN, output OUT, connection point N 1 or
A timing chart of the potential at N 3 is shown.
図から明らかなように、入力信号INに対して、
出力信号OUTの周波数が半分になつていること
が分る。以上の実施例の構成によると、記憶能動
素子であるRHETにおいて発生する共鳴トンネ
リング効果はそのベースの二つの安定状態を現出
させることが可能であり、この二つの安定状態を
ベース側からの信号で任意に遷移させることがで
き、その安定状態に対応する信号をコレクタ側或
いはエミツタ側から取出すことができる。そし
て、これを利用して意図した時のみ(CPまたは
Tにタイミング信号を印加した時のみ)状態を遷
移させることができる、双安定な半導体論理回路
装置を構成する。そして、本発明に係る半導体論
理回路装置は、従来、最低3個のトランジスタが
必要であつたものが、2個のトランジスタを用い
るのみで実現できる。しかも、その動作は安定で
ある。さらに、前記半導体論理回路装置一つでダ
イナミツク分周器を、また、前記半導体論理回路
装置を二つとインバータを二つ用いることで、低
周波から超高周波まで動くスタテイツクな分周器
を容易に構成することができる。 As is clear from the figure, for the input signal IN,
It can be seen that the frequency of the output signal OUT is halved. According to the configuration of the above embodiment, the resonant tunneling effect generated in the RHET, which is an active storage element, can cause two stable states of the base to appear, and these two stable states can be expressed by a signal from the base side. A signal corresponding to the stable state can be taken out from the collector side or emitter side. Utilizing this, a bistable semiconductor logic circuit device is constructed that can transition states only when intended (only when a timing signal is applied to CP or T). Furthermore, the semiconductor logic circuit device according to the present invention, which conventionally required at least three transistors, can be realized by using only two transistors. Moreover, its operation is stable. Furthermore, by using one semiconductor logic circuit device as a dynamic frequency divider, or using two semiconductor logic circuit devices and two inverters, it is possible to easily configure a static frequency divider that operates from low frequencies to ultra-high frequencies. can do.
以下に、本発明の実施例をより具体的に半導体
論理回路装置を構成する諸要素に対して、次のよ
うな定数を与えて論理動作をさせ、接続点Nから
プローブで出力を取出して観測した結果を示す。 In the following, the embodiments of the present invention will be explained more specifically by giving the following constants to various elements constituting a semiconductor logic circuit device to cause them to perform logical operations, and by taking the output from the connection point N with a probe and observing it. The results are shown below.
RB:1.5〔KΩ〕
RL:10〔KΩ〕
Vcc1:1〔V〕
Vcc2:1〔V〕
この半導体論理回路装置の動作、即ち、入力端
子D、出力端子Q、クロツク端子CPに於ける電
位のタイミング・チヤートにして示すと第8図に
見られる通りであり、該図では第1図に於いて用
いた記号と同記号は同部分を示すか或いは同じ意
味を持つものとする。 RB: 1.5 [KΩ] RL: 10 [KΩ] Vcc1:1 [V] Vcc2:1 [V] The operation of this semiconductor logic circuit device, that is, the potentials at input terminal D, output terminal Q, and clock terminal CP. The timing chart is shown in FIG. 8, where the same symbols as those used in FIG. 1 indicate the same parts or have the same meanings.
図示の電位波形から、記憶能動素子QRが間違
いなく意図した時に状態を遷移させることのでき
る双安定な論理動作をしていることが看取され
る。 From the illustrated potential waveform, it can be seen that the storage active element QR performs a bistable logic operation that can definitely change the state at the intended time.
なお、以上の実施例においては、量子井戸の準
位が一つの場合を示したが、量子井戸の準位が二
つ以上で、微分負性抵抗領域が二つ以上出現する
記憶能動素子を用いる場合には、安定点が三つ以
上となり、それに対応して三つ以上のコレクタ電
流値を検出することが可能となる。 In addition, in the above embodiment, the case where the quantum well has one level is shown, but it is possible to use a memory active element in which the quantum well has two or more levels and two or more differential negative resistance regions appear. In this case, there are three or more stable points, and accordingly, three or more collector current values can be detected.
また、上記実施例においては、第1図Aに示す
ように記憶能動素子のベース側にトランスフアー
ゲートのトランジスタQSを挿入し、そのゲート
にタイミング信号を印加した時、記憶能動素子の
ベースにDの入力信号が印加され記憶能動素子の
内容が書き換えられる例で説明したが、トランジ
スタQSを設ずに直接入力信号Dを記憶能動素子
のベースに接続してDの入力信号自体が意図した
書換えタイミングで印加されるようにしてもよ
い。また、本発明に適用される記憶能動素子は、
量子井戸を複数備える構造でも良く、また、コレ
クタ・バリアをヘテロ接合で構成する例を示した
が、PN接合バリアで構成しても良い。また、本
発明に適用する記憶能動素子として、電子が共鳴
トンネリングする素子を示したが、正孔に共鳴ト
ンネリングする素子を用いることもできる。 In the above embodiment, as shown in FIG. 1A, a transfer gate transistor QS is inserted on the base side of the storage active element, and when a timing signal is applied to the gate, a D Although we have explained the example in which the input signal D is applied and the contents of the storage active element are rewritten, by directly connecting the input signal D to the base of the storage active element without providing the transistor QS, the input signal D itself can be rewritten at the intended rewriting timing. Alternatively, the voltage may be applied as follows. Furthermore, the storage active element applied to the present invention is
A structure including a plurality of quantum wells may be used, and although an example has been shown in which the collector barrier is configured with a heterojunction, it may also be configured with a PN junction barrier. Furthermore, although an element in which electrons undergo resonance tunneling is shown as a storage active element applied to the present invention, an element in which holes undergo resonance tunneling may also be used.
以上のように、本発明に依る半導体論理回路装
置では、エミツタ層とベース層との間に形成され
た超格子からなるエミツタ側ポテンシヤル・バリ
ア層ならびにベース層とコレクタ層を有してなる
記憶能動素子と、該記憶能動素子のベースに二つ
の安定状態をとらせるためにベース・エミツタ間
に接続された電流源、前記記憶能動素子のベース
に選択的に信号を与えて前記二つの安定状態の何
れか一方から他方へ意図した時に遷移させるため
の手段とを備えた構造になつている。
As described above, the semiconductor logic circuit device according to the present invention has an emitter-side potential barrier layer formed of a superlattice formed between an emitter layer and a base layer, and a memory active layer having a base layer and a collector layer. a current source connected between the base and emitter for causing the base of the active storage element to assume two stable states; The structure includes means for transitioning from one to the other at an intended time.
この構造によると、RHETである記憶能動素
子に於いては、共鳴トンネリング効果に依つて、
ベースに二つの安定状態を実現させることがで
き、そして、この二つの安定状態はベース側から
の信号で任意に遷移させることが可能であるた
め、僅か2個の能動素子を用いることによつて、
意図した時に状態を遷移させることができる双安
定な論理動作が可能となり、半導体論理回路装置
の高集積化ならびに高速化に有利である。 According to this structure, in the RHET storage active element, due to the resonance tunneling effect,
Since the base can realize two stable states, and these two stable states can be arbitrarily changed by a signal from the base side, by using only two active elements. ,
This enables bistable logic operation that allows state transitions at intended times, which is advantageous for higher integration and higher speed of semiconductor logic circuit devices.
第1図A,Bはそれぞれ本発明に依る双安定な
半導体論理回路装置の原理を説明するための回路
図および論理回路図、第2図A,Bはそれぞれ
RHETを説明するための要部切断断面図および
エネルギ・バンド・ダイアグラム、第3図Aない
しDはRHETの動作原理を説明するためのエネ
ルギ・バンド・ダイアグラム、第4図はベース・
エミツタ間電圧VBEとベース電流IBおよびコレ
クタ電流Icとの関係を示す図、第5図AおよびB
はそれぞれ第4図に対応する記憶能動素子の状態
遷移動作を説明するためのベース・エミツタ間電
圧VBEとベース電流IBの関係を示す図およびコ
レクタ電流Icとの関係を示す図、第6図Aおよび
Bはそれぞれ本発明に依る半導体論理回路装置を
用いた分周器を説明するための要部回路図、第7
図は第6図Bのスタテイツク分周器の動作を説明
するためのタイミング・チヤート、第8図は本発
明に依る半導体論理回路装置の動作を示すタイミ
ング・チヤートである。
1……n+型GaAsコレクタ層、2……AlyGa1-y
Asコレクタ側ポテンシヤル・バリア層、3……
n+型GaAsベース層、4……超格子層、5……n+
型GaAsエミツタ層、6……エミツタ電極、7…
…ベース電極、8……コレクタ電極、QR……
RHETである記憶能動素子、QS……スイツチン
グ素子、RL……負性抵抗、RB……電流源抵抗、
D……入力端子、Q……出力端子、T……クロツ
ク端子、Vcc1およびVcc2……正側電流源レベ
ル。
1A and 1B are a circuit diagram and a logic circuit diagram, respectively, for explaining the principle of a bistable semiconductor logic circuit device according to the present invention, and FIGS. 2A and 2B are respectively
A cross-sectional view of the main parts and an energy band diagram to explain the RHET, Figures 3A to 3D are energy band diagrams to explain the operating principle of the RHET, and Figure 4 is the base diagram.
A diagram showing the relationship between emitter voltage VBE, base current IB, and collector current Ic, Figures 5A and B
6A is a diagram showing the relationship between base-emitter voltage VBE and base current IB and a diagram showing the relationship between collector current Ic and FIG. and B are main part circuit diagrams for explaining a frequency divider using a semiconductor logic circuit device according to the present invention, and No. 7
This figure is a timing chart for explaining the operation of the static frequency divider of FIG. 6B, and FIG. 8 is a timing chart for explaining the operation of the semiconductor logic circuit device according to the present invention. 1...n + type GaAs collector layer, 2...Al y Ga 1-y
As collector side potential barrier layer, 3...
n + type GaAs base layer, 4... superlattice layer, 5... n +
type GaAs emitter layer, 6...emitter electrode, 7...
...Base electrode, 8...Collector electrode, QR...
Storage active element which is RHET, QS... switching element, RL... negative resistance, RB... current source resistance,
D...Input terminal, Q...Output terminal, T...Clock terminal, Vcc1 and Vcc2...Positive current source level.
Claims (1)
格子層からなるエミツタ側ポテンシヤル・バリア
層ならびにベース層とコレクタ層との間に形成さ
れたコレクタ側ポテンシヤル・バリア層を有して
なり、そのベース・エミツタ間の電圧−電流特性
に微分負性抵抗領域を有する記憶能動素子と、 該記憶能動素子のベース・エミツタ間に接続さ
れ該記憶能動素子に複数の安定状態をとらせるた
めの電流源と、 該記憶能動素子の書換え指定時に信号をそのベ
ースに印加する端子と、 該記憶能動素子のコレクタ側或いは、エミツタ
側からその二つの安定状態の何れか一方に対応す
る信号を取出す端子とを備えることを特徴とする
半導体論理回路装置。[Claims] 1. An emitter-side potential barrier layer consisting of a superlattice layer formed between an emitter layer and a base layer, and a collector-side potential barrier layer formed between a base layer and a collector layer. a storage active element having a differential negative resistance region in the voltage-current characteristic between its base and emitter; a current source for causing the active storage element to take a rewrite, a terminal for applying a signal to its base when specifying rewriting of the active storage element, and a terminal that corresponds to one of the two stable states from the collector side or the emitter side of the active storage element. 1. A semiconductor logic circuit device comprising a terminal for taking out a signal.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61138631A JPS62295454A (en) | 1986-06-14 | 1986-06-14 | Semiconductor logic circuit device |
| CA000520112A CA1291224C (en) | 1985-10-12 | 1986-10-08 | Logic circuit using resonant-tunneling transistor |
| DE8686307871T DE3673138D1 (en) | 1985-10-12 | 1986-10-10 | LOGICAL CIRCUIT. |
| US06/918,300 US4849934A (en) | 1985-10-12 | 1986-10-10 | Logic circuit using resonant-tunneling transistor |
| EP19860307871 EP0225698B1 (en) | 1985-10-12 | 1986-10-10 | Logic circuitry |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61138631A JPS62295454A (en) | 1986-06-14 | 1986-06-14 | Semiconductor logic circuit device |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62295454A JPS62295454A (en) | 1987-12-22 |
| JPH046110B2 true JPH046110B2 (en) | 1992-02-04 |
Family
ID=15226564
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61138631A Granted JPS62295454A (en) | 1985-10-12 | 1986-06-14 | Semiconductor logic circuit device |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS62295454A (en) |
-
1986
- 1986-06-14 JP JP61138631A patent/JPS62295454A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62295454A (en) | 1987-12-22 |
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