(57)【要約】  アモルファス多成分金属膜は、抵抗、ダイオード、および薄膜トランジスタなどの電子デバイスの性能を向上させるために使用することができる。同一平面上のエミッタ電極およびベース電極を有するアモルファスホットエレクトロントランジスタ（ＨＥＴ）は、既存の垂直型ＨＥＴ構造に対して電気的特性および性能上の利点を提供する。トランジスタのエミッタおよびベース端子は両方とも、アモルファス非線形抵抗の上部結晶質金属層に形成されている。エミッタとベースとは互いに隣接しており、ギャップによって離間している。ギャップの存在は、結晶質金属層とアモルファス金属層との間の双方向ファウラー−ノードハイムトンネリング、および対称的なＩ−Ｖ性能をもたらす。一方、エミッタ層とベース端子を同じ層に形成することは、パターニング工程の数を減らすことによってＨＥＴ製造プロセスを単純化する。
2019525461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非導電性基板と、
前記非導電性基板上のアモルファス金属層と、
前記アモルファス金属層上のトンネル誘電体層と、
それぞれが前記アモルファス金属層と重なっている、前記トンネル誘電体層上の第１電極および第２電極と、
前記第１電極および前記第２電極上の第２誘電体層と、
前記第２電極および前記アモルファス金属層に重なっている前記第２の誘電体層上の第３電極と、
を含み、前記第１電極および前記第２電極が、前記第３電極と前記アモルファス金属層との間にある、
デバイス。
【請求項２】
前記第１および前記第２電極が前記トンネル誘電体層上にある結晶質金属である、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記第１電極が第１の導電材料であり、前記第２電極が前記第１の導電材料とは異なる第２の導電材料である、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記第１電極と前記第２電極とが同じ導電材料である、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記トンネル誘電体層が金属酸化物または金属窒化物を含む、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記第１電極は第１の厚さを有し、前記第２電極は前記第１の厚さとは異なる第２の厚さを有する、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記トンネル誘電体が凹部を含み、前記第２電極が前記凹部内にある、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記凹部が前記アモルファス金属層と重なり合って整列している、
請求項７に記載のデバイス。
【請求項９】
前記アモルファス金属層が第１の方向に沿って最長の寸法を有しており、前記第１および第２電極が前記第１の方向を横切る第２の方向に沿って最長寸法を有している、
請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記第１電極に結合された第１端子と前記第２電極に結合された第２端子とをさらに備える
請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記第１端子が前記第２誘電体層を介して前記第１電極に結合し、前記第２端子が前記第２誘電体層を介して前記第２電極に結合する、
請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
基板と、
前記基板上のアモルファス金属層であって、第１の方向に沿って延びる長さと、第１の方向を横切る第２の方向に沿って延びる幅とを有するアモルファス金属層と、
前記アモルファス金属層上のトンネル酸化膜と、
前記トンネル酸化膜上のエミッタ電極であって、アモルファス金属層の第１の部分と重なるエミッタ電極は、前記第２の方向に沿って延びる長さと、前記第１の方向に沿って延びる幅とを有しているエミッタ電極と、
前記トンネル酸化物層上のベース電極であって、前記アモルファス金属層の第２の部分と重なり、前記第２の方向に沿って延びる長さと、前記第１の方向に沿って延びる幅とを有している、ベース電極と、
前記エミッタ電極および前記ベース電極上の絶縁体と、
前記絶縁体上のコレクタ電極であって、前記ベース電極および前記アモルファス金属層の前記第２の部分に重なる前記コレクタ電極と
を備えるデバイス。
【請求項１３】
前記コレクタ電極は、前記第１の方向に沿って延びる長さと、前記第２の方向に沿って延びる幅とを有し、前記幅が前記長さよりも小さいものである、
請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記エミッタ電極の前記長さが前記エミッタ電極の前記幅よりも大きく、前記ベース電極の前記長さが前記ベース電極の前記幅よりも大きい、
請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１５】
非導電性基板上にアモルファス金属層を形成するステップと、
前記アモルファス金属層の上方に第１の共形誘電体層を形成するステップと、
前記第１の共形誘電体層上に第１の導電層を形成するステップと、
前記第１導電層をパターニングしてエミッタ端子とベース端子を形成するステップと、
前記エミッタ端子と前記ベース端子の上方に第２の共形誘電体層を形成するステップと、
前記第２の共形誘電体層に開口部をパターニングするステップと、
前記開口部を第２の導電層で充填することによって前記エミッタ端子および前記ベース端子への接点を形成するステップと、
前記第２導電層をパターニングして集電端子を形成するステップと
を含む方法。
【請求項１６】
前記第２の共形誘電体層を形成する前記ステップは、前記第１の共形誘電体層より少なくとも３倍厚く前記第２の導電層を形成するステップを含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
基板と、
前記基板上のアモルファス金属層と、
前記アモルファス金属層上の第１の絶縁体と、
前記第１の絶縁体上にあり、前記アモルファス金属層の第１の部分と重なる第１電極と、
前記第１の絶縁体上にあり、前記アモルファス金属層の第２の部分と重なる第２電極と、
第２の絶縁体と、
前記第２の絶縁体を貫通し、前記第１電極に結合された第１の接点と、
前記第２の絶縁体を貫通し、前記第２電極に結合された第２の接点と、
前記第２の絶縁体上にあり、前記アモルファス金属層の前記第２の部分と重なる第３電極と
を備えるデバイス。
【請求項１８】
前記第２の絶縁体上にあり、前記アモルファス金属層の前記第１の部分と重なる第４電極をさらに備える
請求項１７に記載のデバイス。
【請求項１９】
前記第１電極が前記第２電極よりも厚い、
請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２０】
前記第１の誘電体層と前記第１および第２電極との間に第３の誘電体層をさらに備える
請求項１７に記載のデバイス。
【請求項２１】
前記アモルファス金属層の前記第１の部分における前記第３の誘電体層の第１の開口部と、
前記アモルファス金属層の前記第２の部分における前記第３の誘電体層の第２の開口部と
をさらに備える請求項２０に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は１層以上のアモルファス金属膜を有する３端子デバイスを含むマイクロ電子デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
アモルファス金属は、その原子構造が結晶材料を特徴づける長い周期性を欠く硬い固体材料である。アモルファス金属では、例えば２以上の成分を含有させることにより結晶面の形成が抑制される。４つの成分−ジルコニウム、銅、アルミニウム、およびニッケル−を有するアモルファス金属の例は、米国特許第８，４３６，３３７号明細書に記載されているように、Ｚｒ55Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5である。それでも導電性でありながら、その結晶性の対応物よりも約１０倍大きい抵抗率を有する。アモルファス金属はまた、二乗平均平方根（ＲＭＳ）表面粗さ測定によって示されるように、結晶質金属よりも滑らかな表面を有する。
【０００３】
厚さ約１０〜２００ｎｍの範囲のアモルファス多成分金属膜（ＡＭＭＦ）を使用して、抵抗、ダイオード、および薄膜トランジスタなどの電子部品の性能を向上させることができる。当技術分野で周知の多くの堆積技術を使用してＡＭＭＦを形成することができる。例えば、上述の例示的なアモルファス金属Ｚｒ55Ｃｕ30Ａｌ10Ｎｉ5はＡＭＭＦであり、４つの異なる金属ターゲットを用いた従来のスパッタ堆積によって基板上に形成できる。ＡＭＭＦの界面特性は結晶質金属膜のものよりも優れており、したがってＡＭＭＦと酸化物膜との界面における電界はより均一であることが薄膜の当業者に知られている。
【０００４】
例えば、そのような均一性は、金属−絶縁体−金属（ＭＩＭ）ダイオードおよびファウラー−ノードハイムトンネリングを示すトランジスタについて優れた電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性曲線を生じた。トンネリングＭＩＭダイオードは、下部電極としてＡＭＭＦを、上部電極として結晶質金属膜を組み込んでいる。２つの異なる電極は、電荷キャリアが電極間を移動するためのトンネリング経路を提供する単一の誘電体バリアによって分離されている。単一の誘電体バリアの存在は、印加電圧の極性に依存する電流応答をもたらす。このような電流応答は、特定の電圧ではデバイス内の電荷キャリアが一方向にのみトンネリングするため、一方向トンネリングと呼ぶことができる。すなわち、印加電圧の極性に応じて、下部電極から上部電極へ、あるいは上部電極から下部電極へのトンネリングが生じる。ＡＭＭＦの様々なダイオードおよびトランジスタ用途は、米国特許第８，４３６，３３７号および第８，８２２，９７８号に記載されている。
【０００５】
既存の薄膜非線形抵抗よりも優れた性能を有するアモルファス金属薄膜非線形抵抗（ＡＭＮＲ）は、米国特許第９，０９９，２３０号およびＰＣＴ特許出願第ＷＯ２０１４／０７４３６０号に記載されている。そのようなＡＭＮＲは、それらの電流応答が印加電圧の極性とは無関係であるという点で興味深い。これは他の薄膜抵抗には当てはまらない。この極性非依存性は、２つの誘電体バリアの存在によるものであり、各バリアにおける電荷キャリアは、実質的に反対方向にトンネルすることを強いられる。ＡＭＮＲは、印加電圧に応答して、デバイス内の電荷キャリアが障壁を横切って両方向にトンネルするので、双方向トンネリングを示すと説明することができる。すなわち、印加電圧の極性にかかわらず、上部電極から下部電極へ、および下部電極から上部電極へのトンネリングが発生する。そのような極性対称ＡＭＮＲは、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）または有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）ディスプレイ技術および電磁センサーアレイにおいて改善された信号制御を提供しうる。
【発明の概要】
【０００６】
本開示は、必ずしも半導体基板ではない支持基板上に形成された能動電子機器に関する。
【０００７】
ＡＭＮＲは、上述したＡＭＭＦダイオードと同様に、基板上に形成されたアモルファス金属層と、アモルファス金属層上に形成される例えば酸化物層などのトンネリング絶縁体と、酸化物の上に形成された結晶性金属層と、という３層構造として構成することができる。しかしながら、ＭＩＭダイオードとはとは異なりＡＭＮＲ抵抗の場合、アモルファス金属層と結晶質金属層の両方が、活性領域とされる選択された領域においてのみ互いに重なり合うフィンガー形状電極にパターン化される。２つの上部金属フィンガー間に電圧が印加されると、トンネル電流が上部金属層からその下のアモルファス金属層を通って流れ、上部金属層に戻る。追加の活性領域を、金属電極の互いに対するパターンを修正することによって作り出すことができ、最上部金属層からアモルファス金属層へ、そしてその後最上部金属層へと戻るトンネリングを複数回発生させることができる。あるいは、金属電極のパターンを互いに修正することによって、重なり合う領域の形状およびサイズを修正することができる。これらの修正のそれぞれは、トンネル誘電体を修正することなくＡＭＮＲ抵抗のＩ−Ｖ性能特性を調整することを可能にする。
【０００８】
ＨＥＴ構造は２つの下部構造（substructure）をもつ。エミッタ−ベース下部構造は、エミッタ電極、トンネル誘電体、およびベース電極によって形成される。ベース−コレクタ下部構造は、ベース電極、コレクタ誘電体、およびコレクタ電極によって形成される。エミッタ−ベース下部構造は、トンネリングを介してホットエレクトロンを発生させる役割を果たす。ベース−コレクタ下部構造は、生成したホットエレクトロンをコレクタ電極に集める。ホットエレクトロンの生成および収集は、それらのそれぞれの電極に印加される電圧によって独立して制御することができる。アモルファス金属を組み込んだ既存の垂直ＨＥＴ構造は、エミッタ電極としてアモルファス金属層を直接使用し、エミッタ電極は、ベース電極およびコレクタ電極に整列させて垂直に積層され、それぞれの誘電体によって分離されている。これはエミッタ−ベース下部構造を形成し、それはアモルファス金属ＭＩＭとして作用し、一方向トンネリングによる非対称の電流電圧応答を有する。この種の垂直型ＨＥＴは米国特許第８，４３６，３３７号に開示されている。
【０００９】
本開示の一実施形態では、同一平面上のエミッタ電極およびベース電極を有するアモルファスホットエレクトロントランジスタ（ＨＥＴ）は、既存の垂直型ＨＥＴ構造に対して電気的特性および性能上の利点を提供する。ＨＥＴ構造の一実施形態によれば、トランジスタのエミッタ端子およびベース端子は両方ともＡＭＮＲの上層中に形成される。エミッタとベースとは互いに隣接しており、ギャップによって離間している。ギャップの存在は、二方向のファウラー−ノードハイムトンネリングが上部結晶質金属層と下部アモルファス金属層との間で起こることを確実にする。このＨＥＴは、誘電体層上に形成されたコレクタ誘電体層とコレクタ電極とをさらに含む。前面コンタクトは、コレクタ誘電体層を貫通してエミッタ端子およびベース端子に至るビアを形成することによって作製することができる。
【００１０】
アモルファス金属ＨＥＴエミッタ−ベース下部構造の動作中、電子は結晶質金属層からアモルファス金属層へ、輸送層として機能するアモルファス金属層を横切って下方に流れ、その後に結晶質金属層に戻る。このようなＵ字型の電流経路は、トランジスタに対して、既存のＡＭＮＲダイオードを特徴付ける対称的なＩ−Ｖ性能と同様の、ベース−エミッタ下部構造に対する対称的な電流−電圧（Ｉ−Ｖ）特性を生成する。言い換えれば、このような対称性によってもたらされる利点は、２端子デバイスから３端子デバイスに拡張される。さらに、アモルファス金属輸送層、エミッタ、およびベース電極のパターンを修正することによって、トンネル（tunneling）誘電体を変更することなくエミッタ−ベース下部構造のＩ−Ｖ性能特性を調整することができる。この方策は、ホットエレクトロンを生成するためにファウラー−ノードハイムトンネリングの維持が必須となる点で、ＡＭＮＲデバイスよりもＨＥＴデバイスにとってさらなる利点を有するが、誘電体の厚さおよび材料の変化に敏感である。
【００１１】
本開示の実施形態によれば、ＨＥＴデバイスの性能は、ベース電極とエミッタ電極のサイズを決めることによって調整することができる。ベース電極およびエミッタ電極の幅および深さはそれぞれ約５〜１００μｍの範囲内にあることが望ましい。同一平面上のベース電極とエミッタ電極との間のギャップは、約１〜５μｍの範囲内にあることが望ましい。コレクタ電極の幅および深さ寸法もまた、５〜１００μｍの範囲にあることが望ましい。ＨＥＴデバイスのためのアモルファス金属の厚さは、望ましくは１０〜１００ｎｍの範囲である。ＨＥＴデバイス用のトンネル誘電体の厚さは、４〜１５ｎｍの範囲内であることが望ましい。ＨＥＴデバイスのベースおよびエミッタ電極の厚さはそれぞれ１０〜３０ｎｍの範囲内にある。その他に実施形態では、ベースおよびエミッタ電極の厚さは、単層または数層の結晶導電体と同程度に薄くてもよい。例えば、電極のうちの１つ以上は、ＭｏＳ2などの２次元導体、つまりモノレイヤーでありうる。そのようなモノレイヤーは、０．６〜０．８ｎｍの範囲内でありうる。ＨＥＴの上のコレクタ誘電体層は、望ましくは約１０〜５０ｎｍの範囲の厚さを有する。
【００１２】
同じ層にエミッタとベースを形成することにより、以前のＨＥＴ設計と比較して、必要とされるリソグラフィおよびエッチングステップの数を減らすことによって製造プロセスが単純化される。特に、単純化されたプロセスは、ＬＣＤおよびＯＬＥＤディスプレイに使用される既存の製造プロセスへの統合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
図面において、同一の参照番号は類似の要素を識別する。図面中の要素のサイズおよび相対位置は、必ずしも一定の縮尺で描かれていない。
本開示の一実施形態によるアモルファス金属薄膜トランジスタ構造の上面図および断面図である。
【００１４】
【図１Ａ】本開示の一実施形態におけるアモルファス金属薄膜トランジスタ構造の上面図および断面図である。
【図１Ｂ】本開示の一実施形態におけるアモルファス金属薄膜トランジスタ構造の上面図および断面図である。
【図１Ｃ】本開示の一実施形態におけるアモルファス金属薄膜トランジスタ構造の上面図および断面図である。
【図１Ｄ】図１Ａ〜図１Ｃのアモルファス金属薄膜トランジスタ構造を形成する方法である。
【図２Ａ】本開示の一実施形態によるアモルファス金属薄膜トランジスタ構造の代替実施形態の上面図および断面図である。
【図２Ｂ】本開示の一実施形態によるアモルファス金属薄膜トランジスタ構造の代替実施形態の上面図および断面図である。
【図２Ｃ】本開示の一実施形態によるアモルファス金属薄膜トランジスタ構造の代替実施形態の上面図および断面図である。
【図３Ａ】本開示の別の実施形態によるアモルファス金属薄膜トランジスタ構造の上面図および断面図である。
【図３Ｂ】本開示の別の実施形態によるアモルファス金属薄膜トランジスタ構造の上面図および断面図である。
【図３Ｃ】本開示の別の実施形態によるアモルファス金属薄膜トランジスタ構造の上面図および断面図である。
【図３Ｄ】図３Ａ〜図３Ｃのアモルファス金属薄膜トランジスタ構造を形成する方法である。
【図４Ａ】本開示の別の実施形態によるアモルファス金属薄膜トランジスタ構造の上面図および断面図である。
【図４Ｂ】本開示の別の実施形態によるアモルファス金属薄膜トランジスタ構造の上面図および断面図である。
【図４Ｃ】本開示の別の実施形態によるアモルファス金属薄膜トランジスタ構造の上面図および断面図である。
【図５Ａ】本開示の別の実施形態によるアモルファス金属薄膜トランジスタ構造の上面図および断面図である。
【図５Ｂ】本開示の別の実施形態によるアモルファス金属薄膜トランジスタ構造の上面図および断面図である。
【図５Ｃ】本開示の別の実施形態によるアモルファス金属薄膜トランジスタ構造の上面図および断面図である。
【図６】本開示のトランジスタ構造の代替の実施形態の断面図である。
【図７】本開示のトランジスタ構造の代替の実施形態の断面図である。
【図８】本開示のトランジスタを組み込んだ回路図である。
【図９】本開示のトランジスタを組み込んだ回路図である。
【図１０】本開示のトランジスタを組み込んだ回路図である。
【図１１Ａ】単一段エミッタ接地増幅器回路および関連する信号表現である。
【図１１Ｂ】単一段エミッタ接地増幅器回路および関連する信号表現である。
【図１２】本開示のトランジスタを組み込んだ回路図である。
【図１３】本開示のトランジスタを組み込んだ回路図である。
【図１４】ディスプレイ用のアレイになっている本開示のトランジスタ構造体である。
【図１５】ＡＭＨＥＴを含む液晶表示回路である。
【図１６】ＡＭＨＥＴを含む有機発光ダイオード回路である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本開示の特定の実施形態が例示の目的で本明細書に記載されているが、本開示の精神および範囲から逸脱することなく様々な修正がなされうることが理解されるであろう。
【００１６】
この説明では、開示された主題の様々な態様の完全な理解を提供するために特定の詳細が説明されている。しかしながら、開示された主題はこれらの具体的な詳細がなくても実施されうる。いくつかの事例では、本開示の他の態様の説明をあいまいにすることを避けるために、本明細書に開示された主題の実施形態を含む集積回路処理の周知の構造および方法を詳細に説明していない。
【００１７】
本明細書を通して「一実施形態」または「ある実施形態」への言及は、その実施形態に関連して説明された特定の特徴、構造、または特性が少なくとも１つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書中の様々な箇所における「一実施形態では」または「ある実施形態では」という句の出現は、必ずしも同じ局面を指すとは限らない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、本開示の１つまたは複数の態様において任意の適切な形で組み合わせることができる。
【００１８】
本開示は、アモルファス金属薄膜を使用するトランジスタとして機能することができる３端子電子デバイスの様々な実施態様に関する。トンネル絶縁体とともに使用されるアモルファス金属薄膜は、標準的なシリコンベースのトランジスタの複雑さなしにトランジスタ機能を生み出す。このようなアモルファス金属ホットエレクトロントランジスタは、任意の数の支持基板上に形成することができ、トランジスタを組み込むことができる材料および製品の種類、すなわち能動回路に関して設計者に柔軟性を与える。
【００１９】
私たちの生活の多くの側面は、半導体基板上に構築されたこれまでより小型の電子デバイスを利用することによって恩恵を受けている。これらには、テレビ、携帯電話、スマートフォン、タブレットコンピュータなどのモバイル電子機器、およびスマートウォッチや歩数計などのウェアラブル電子機器が含まれる。半導体基板上に構築されたトランジスタは、これらの回路を形成するのに使用される材料、すなわちシリコンまたは他の半導体ウェハによって制限される。フレキシブルポリマーのような新しいタイプの支持基材を使用することによって、同じ驚くべき用途をさらに拡大し改良することができる。潜在的な用途は無限大である。
【００２０】
これらのトランジスタ構造は、それらをより軽量かつより高速にするためにディスプレイに組み込むことができる。これらは非常に軽量になるので、ウェアラブルディスプレイ、モノのインターネットアプリケーションに統合されている、または医療機器に統合されていることがある。これらのトランジスタ構造は、最終用途に応じて高性能のアナログデバイスまたはデジタルデバイスを形成するために使用できる。
【００２１】
本開示に記載されるアモルファス金属ホットエレクトロントランジスタは、非半導体ベースのトランジスタの無数の用途への扉を開く。本開示に記載されるように、半導体材料を利用することができるが、トランジスタ構造自体は、シリコンウェハをドープするものに基づいておらず、代わりに任意の数の支持基板上にアモルファス金属薄膜を形成することを取り入れるものである。
【００２２】
例えば、アモルファス金属ホットエレクトロントランジスタの第１の実施形態は、支持基板１０２上に形成されたアモルファス金属薄膜トランジスタ構造１００の上面図および断面図である図１Ａ〜１Ｃに関して説明される。構造１００は、支持基板１０２上のアモルファス金属相互接続部１０４と、アモルファス金属相互接続部１０４上の第１のトンネル絶縁体１０６とを含む。第１電極１０８および第２電極１１０は、第１のトンネル絶縁体１０６上にある。第１および第２電極１０８、１１０は、アモルファス金属相互接続部１０４と重なる。第３電極１１２は第２電極１１０と重なり、第２の絶縁体１１４によって第２電極から分離されている。
【００２３】
この構造は、第１電極１０８に結合された第１端子１２１を含む。第２端子１２２は第２電極１１０に結合されている。第３端子１１２（図示せず）は、第３電極１１２を他の電子デバイスに結合するために含まれてもよい。第１および第２端子１２１、１２２は、第３電極と同時に形成することができる。あるいは、第１および第２端子は、第３電極を形成するときの後続の処理ステップで形成される。
【００２４】
このアモルファス金属薄膜トランジスタ構造１００は、第１電極１０８、第２電極１１０、および第３電極１１２に印加される電界を調整することによってトランジスタのように動作する。第１電極１０８はエミッタ電極とすることができ、第２電極１１０はベース電極とすることができ、第３電極１１２はコレクタ電極とすることができる。トランジスタ構造１００は、エミッタ接地（common emitter）モード、ベース接地（common base）モード、またはコレクタ接地（common collector）モードで動作することができる。以下の図８、９、および１０を参照のこと。
【００２５】
電子は、第１端子１２１を通る印加電圧に応答して、第１電極１０８であるエミッタ電極から第１のトンネル絶縁体１０６を通ってアモルファス金属相互接続部１０４へとトンネルする。電子は、アモルファス金属相互接続部１０４および第１のトンネル絶縁体１０６を通って第２電極であるベース電極に移動する。これらの電子は、それらのエネルギーが第２電極１１０、すなわちベース電極のフェルミエネルギーよりも大きいので、トンネリングが終了したときに「ホット」と見なされる。
【００２６】
第２の絶縁体１１４を横切る電場を調整することによって、より少ないまたはより多くのこれらの「ホット」電子を第３電極１１２に集めることができ、したがってトランジスタ構造１００を通る電流の流れが可能になる。
【００２７】
典型的なトランジスタ構造とは異なり、アモルファス金属トランジスタ構造は、電子が第３電極１１２から第２電極１１０およびアモルファス金属相互接続部１０４を介して第１電極１０８へ移動するように逆モード（reverse mode）で動作することができる。この逆モードでは、トランジスタ構造１００は、調整可能な閾値電圧および非対称性を有するトンネルダイオードのように機能する。調整可能な閾値電圧および非対称性は、第１電極１０８および第３電極１１２から印加される電界と組み合わせて第２電極１１０に印加される電界を変調することによって達成される。
【００２８】
図１Ｄは、図１Ａ〜図１Ｃのアモルファス金属薄膜トランジスタ構造を形成する方法である。この方法は、ステップ１３０において、支持基板１０２の第１の表面１２８上にアモルファス金属層を形成することを含む。アモルファス金属層は、任意の適切なアモルファス金属によって形成することができる。アモルファス金属の種類の例は、米国特許第８，４３６，３３７号、第８，８２２，９７８号、第９，０９９，２３０号およびＰＣＴ出願ＷＯ２０１４／０７４３６０号に記載されている。
【００２９】
支持基板１０２は、ガラス基板、プラスチック基板、シリコンまたは他の半導体基板、または可撓性基板などの様々な材料のうちのいずれかとすることができる。支持基板は、非導電性基板とすることができ、これはシリコンまたは半導体基板よりも費用効果が高い。例えば、支持基板は、ホウケイ酸アルミニウムガラス、溶融シリカ、または他の適切な非導電性材料でありうる。基板が導電性である場合、上面と基板上に形成された第１の電子部品との間の基板の上面上に絶縁体を形成することができる。例えば、シリコンまたは半導体基板が使用される場合、非導電性を確実にするために、シリコンから隔離するために、自然酸化物または他の絶縁体が基板の表面に形成される。
【００３０】
支持基板１０２の材料は、トランジスタ構造の最終用途に基づいて製造業者によって選択されうる。例えば、トランジスタ構造がトランジスタ構造のアレイと組み込まれる場合、そのアレイは液晶ディスプレイ内に実装されうる。その他の最終用途にはウェアラブル電子機器がある。支持基板１０２は、いくつかの反射型ディスプレイに使用できるもののように、透明でも不透明でもよい。
【００３１】
非導電性の可撓性支持基板上で製造することにより製造コストを大幅に削減することができる。そのような基板は、トランジスタのロールツーロール製造を可能にすることができる。このような製造変更は、電子サプライチェーンを再定義する可能性がある。
【００３２】
アモルファス金属層を形成した後、この方法は、ステップ１３２においてアモルファス金属相互接続部１０４を形成することを含む。これは、アモルファス金属層の余分な部分を除去することを含む。表面１２８は、その上にアモルファス金属層が形成される平面である。この平坦な表面は、アモルファス金属層の均一で滑らかな表面と関連して、アモルファス金属相互接続部１０４が均一で滑らかな表面１３０を有することを可能にし、それにより表面欠陥が少なくなる。これは結晶質金属との比較の上である。結晶性金属の表面の不完全性は電界の不均一性を引き起こし、電子デバイスの故障を招く可能性がある。
【００３３】
アモルファス金属層の形成は、スパッタリング、溶液堆積、または電子ビーム堆積などの任意の成膜技術を含みうる。例えば、Ｚｒ、Ｃｕ、Ｎｉ、およびＡｌの元素または混合組成の金属ターゲットを使用したマルチソースＲＦ（またはＤＣ）マグネトロンスパッタリングを使用することができる。スパッタ堆積は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）または有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）などの高度なエピタキシャル技術を使用して堆積された同様に平滑な半導体よりも明確な製造上の利点をもたらす。
【００３４】
上述したように、アモルファス金属層の一部はエッチングされるかあるいは除去される。他の実施形態では、アモルファス金属層はエッチングされず、代わりに用途に適した形状に堆積されてもよい。アモルファス金属層は、スパッタリングによって室温で堆積することができ、その後の加熱工程においてアモルファスおよび滑らかな特性を維持することができる。
【００３５】
ステップ１３４において、この方法は、アモルファス金属相互接続部１０４上に第１のトンネル絶縁体１０６を形成することを含む。第１のトンネル絶縁体は、原子層堆積によって堆積された１０ナノメートル以下の酸化アルミニウムなどの非常に薄い層でありうる。非常に薄くなるように形成することができる任意の金属酸化物または窒化物などの他の代替物が利用可能である。第１トンネル絶縁体１０６は、トンネリングおよびホットエレクトロンの発生を可能にするのに十分に薄い。トンネル絶縁体は、酸化物、窒化物、窒化ケイ素、金属酸化物などを含む任意の適切な絶縁体でありうる。
【００３６】
この方法では、第１のトンネル絶縁体１０６は、ブランケット堆積により共形（conformal）層として形成される。これは最も簡単で最も費用対効果の高い製造オプションであるが、第１のトンネル絶縁体１０６はトランジスタ構造の最終用途に適するようにパターン化することができる。
【００３７】
ステップ１３６において、この方法は、第１のトンネル絶縁体１０６上に第１電極１０８および第２電極１１０を形成することを含む。これらはエミッタ電極およびベース電極である。第１および第２電極のそれぞれは、アモルファス金属配線１０４と重なっている。図１Ａの上面図では、第１および第２電極は、アモルファス金属相互接続部に対して横方向または垂直に配置されている。他の向きも可能である。電子の移動を達成するために、電極は何らかの方法でアモルファス金属相互接続部と重なる。
【００３８】
第１および第２電極は結晶質金属または他の適切な導体とすることができる。一実施形態では、材料は、ポリシリコン、金属、半導体材料、または高導電性アルミニウム系材料。これらの電極は、グラフェン層のように原子レベルの薄いものでもよい。
【００３９】
一実施形態では、第１電極１０８は第２電極と同時に形成される。これは、ブランケット堆積とそれに続くエッチングによるものでありうる。したがって、第１および第２電極は同じ厚さおよび材料特性を有する。代替実施形態では、第１電極１０８は第２電極とは異なる導電材料である。この実施形態では、第１および第２電極は異なる工程で形成されてもよい。第１および第２電極は、このトランジスタが組み込まれる製品に応じて、異なる厚さ、異なる材料特性、および異なる寸法を有することができる。電子の仕事関数などでエミッタ電極がベース電極とは異なる材料特性を有する場合、その違いのために対称的な伝導は存在しないかもしれない。これは許容できるいくつかの最終用途となる。
【００４０】
ステップ１３８において、この方法は、第１および第２電極１０８、１１０上に第２の絶縁体１１４を形成することを含む。第２の絶縁体１１４は、全ての露出面を覆い、理想的には共形である。開口部１１６、１１８は、電気的接続が行われる第１および第２電極１０８、１１０の表面を露出させる。第２の絶縁体は、酸化物、窒化物、窒化ケイ素、金属酸化物などを含む任意の適切な絶縁体でありうる。
【００４１】
ステップ１４０において、この方法は、第２の絶縁体１１４上に第３電極１１２を形成することを含む。第３電極１１２は、端子１２１および１２２をも形成する導電材料から形成されている。この導電材料は、共形的に堆積されエッチングされて、第３電極１１２および端子１２１、１２２を形成する。端子１２１、１２２は、第１および第２電極に結合し、他のトランジスタ、ＬＥＤ、または他の電子回路などの他のデバイスへの接続を提供する。
【００４２】
後続の工程は、第３電極１１２上に第３の絶縁体１２６を形成すること、および第３の絶縁体１２６の表面を平坦化することを含むことができる。
【００４３】
図２Ａ、図２Ｂ、および図２Ｃは、単一のアモルファス金属層２０６から形成された第１のトランジスタ２０２および第２のトランジスタ２０４を含む本開示の代替の実施形態の上面図および断面図である。
【００４４】
アモルファス金属層２０６は、基板をアモルファス金属層から絶縁するために、非導電性または絶縁体（図示せず）を含む支持基板２０８上に形成される。トンネル酸化物層２１０は、アモルファス金属層２０６上に形成される。第１電極２１２および第２電極２１４がトンネル酸化物上に形成され、その上に同一平面上にあり、第１および第２電極の一部はアモルファス金属層２０６と重なる。
【００４５】
誘電体層２１８が第１および第２電極２１２、２１４上に形成されている。誘電体層２１８上には、第３電極２２０および第４電極２２２が形成されている。第３電極および第４電極の一部は、それぞれアモルファス金属層ならびに第１および第２電極と重なり合って整列している。第３および第４電極は同じ材料から同時に形成される。コンタクト２２４および２２６もまた、第３および第４電極と同時に形成することができる。接点２２４は誘電体層を介して第２電極２１４に結合し、接点２２６は誘電体層を介して第１電極２１２に結合する。
【００４６】
アモルファス金属層２０６、第１電極２１２、および第３電極２２０の重なりの作る第１の領域２２８は、電子が第１電極２１２およびアモルファス金属層２０６へと、またはこれらから行き来できる場所である。アモルファス金属層２０６、第２電極２１４、および第４電極２２２の重なりに対応する第２の活性領域２３０がある。この第２の活性領域２３０は、電子が第２電極２１４およびアモルファス金属層２０６へと、またはこれらから行き来できる場所である。
【００４７】
第１電極２１２および第２電極２１４は、それぞれエミッタおよびベースに対応する。第３および第４電極２２０、２２２はコレクタ電極である。これら２つのコレクタ電極は、共有ベース−エミッタ構造を有する２つのトランジスタを形成する。この２トランジスタ構造は、トランジスタ構造１００と同じ方法で形成することができ、その違いは、第３電極を形成するときに、より多くの導電層を単に残すことである。
【００４８】
図３Ａ、３Ｂ、および３Ｃは、本開示の別の実施形態によるトランジスタ構造３００の上面図および断面図である。トランジスタ構造３００は、基板３０４上に形成されたアモルファス金属膜３０２を含む。トンネル絶縁体３０６がアモルファス金属膜３０２上に位置する。
【００４９】
１つの領域３０８において、トンネル絶縁体３０６は、トンネル絶縁体３０６の他の領域とは異なる厚さを有するように薄くされるか、あるいはパターン化される。トランジスタ構造３００の動作特性は、トンネル絶縁体の厚さを調整することによって調整される。トンネル絶縁体が１つの活性領域において選択的に薄くされている場合、異なる厚さのためにエミッタ−ベース構造を通る対称的な伝導はあり得ない。これは許容できるいくつかの最終用途となる。
【００５０】
第１電極３１０は、アモルファス金属膜３０２と重なるように形成され、第１の厚さ３１２を有するトンネル絶縁体３０６によってアモルファス金属膜３０２から分離されている。第２電極３１４は、第１電極と同じ材料であって同じ処理ステップで形成されてもよく、または異なる時間に形成された異なる材料であってもよく、アモルファス金属膜３０２と重なるように形成される。第２電極３１４は、第１電極３１０から離間しており、第１電極に対してほぼ平行な向きにある。
【００５１】
第２電極３１４は、第１の厚さより薄い第２の厚さ３１６を有するトンネル絶縁体３０６によってアモルファス金属膜３０２から分離されている。厚さが異なる結果、第１電極からアモルファス金属膜３０２への電子の行き来の挙動は、および第２電極からアモルファス金属膜３０２へ、および第２電極からアモルファス金属ファイル３０２への電子の行き来の挙動とは異なるものとなる。例えば、パターン化トンネル絶縁体は、第１および第２電極とアモルファス金属膜との重なり領域に形成されうる寄生容量を最小限に抑えることができる。このように、トンネル絶縁体は、製造および最終製品が要求するように、電極のうちのいずれか１つの重なり領域にパターン形成することができる。
【００５２】
第１および第２電極３１０、３１４上に絶縁体３１８が形成されている。第３電極３２０は、第１電極と第２電極の上に形成されている。第３電極３２０と同時に形成されて、接点３２２、３２４がそれぞれ第２電極および第１電極に結合するように形成される。
【００５３】
図３Ｄは、図３Ａ〜図３Ｃのトランジスタ構造３００を製造する例示的なプロセスフローである。ステップ３２６において、プロセスは基板３０４上でのアモルファス金属膜の形成を含む。ステップ３２８において、プロセスは、アモルファス金属膜によりエミッタ−ベース配線を形成することを含む。このエミッタ−ベース配線はアモルファス金属膜３０２である。この形成は、アモルファス金属膜３０２の余分な部分をエッチング除去して、アモルファス金属膜３０２に対して特定の形状を形成することによって達成することができる。
【００５４】
ステップ３３０において、プロセスは、アモルファス金属膜３０２上でのエミッタ−ベーストンネル絶縁体の形成を含む。トンネル絶縁体３０６は、アモルファス金属膜３０２を完全に覆っている。この実施形態では、トンネル絶縁体３０６はコンフォーマル層である。他の実施形態では、トンネル絶縁体は、アモルファス金属膜３０２の上面のみを覆うように、またはアモルファス金属膜３０２の上面の一部分に関連する領域のみを覆うように、異なる方法で形成することができる。第１および第２電極の重なり合い。
【００５５】
ステップ３３２において、プロセスは、エミッタ−ベーストンネル絶縁体を選択的にエッチングして、第２電極、すなわちベース電極に関連する第２の厚さ３１６を形成することを含む。ステップ３３４において、プロセスはベースおよびエミッタ電極、すなわち第１および第２電極を形成することを含む。これは、第１および第２電極の形状を形成するための堆積およびエッチングによって達成することができる。
【００５６】
ステップ３３６において、プロセスは、第１および第２電極上にコレクタ−ベース絶縁体を形成することを含む。第１および第２電極へのアクセスを提供するために、開口３４０などの開口がコレクタ−ベース絶縁体（絶縁体３１８）に形成される。
【００５７】
ステップ３３８において、プロセスは、コレクタ電極と、第３電極３２０および接点３２２などの他の接点とを形成することを含む。
【００５８】
図４Ａ、４Ｂ、および４Ｃは、異なる寸法のベース電極およびエミッタ電極を有するトランジスタ構造４００に関する本開示の代替の実施形態である。トランジスタ構造は平面基板４０４上にアモルファス金属相互接続部４０２を含む。アモルファス金属相互接続部４０２は、上から見た斜視図から長方形であり、断面線４Ｂ−４Ｂに沿って第１の方向に延びる最長寸法を有する。
【００５９】
トンネル絶縁体４０６が相互接続部４０２上にある。エミッタ電極４０８がトンネル絶縁体４０６上にある。ベース電極４１０も、エミッタ電極から間隔を置いてトンネル絶縁体４０６上にある。エミッタ電極とベース電極の両方は、少なくとも部分的に相互接続部４０２の上にあり、相互接続部４０２と重なる。
【００６０】
ベース電極は、エミッタ電極４０８の第２の寸法４１６よりも小さい第１の寸法４１４を有する相互接続部４０２の上にあってそれと整列している部分４１２を少なくとも含む。寸法が異なるとトランジスタの動作特性が変わり、製造業者はトランジスタ構造を調整することができる。例えば、トランジスタ構造の利得は、ベース電極をより薄くすることによって増加させることができる。ベース電極とエミッタ電極とは、同じ材料でもよく異なる材料でもよい。
【００６１】
ベース電極は、ベース電極の第１の部分が第１の厚さであり、ベース電極の第２の部分が第１の厚さよりも小さい第２の厚さであるように、第１の厚さを有するように形成され、次いで薄くされうる。あるいは、ベース電極は、エミッタ電極とは異なる処理ステップで形成され、エミッタ電極よりも薄く形成されてもよい。一旦形成されたベース電極の一部を除去する代わりに、ベース電極をエミッタ電極よりも薄い層として形成することができる。
【００６２】
第１の誘電体層４１８がベース電極およびエミッタ電極上に形成されている。第１の誘電体層４１８上にコレクタ電極４２０が形成されている。ベース電極へのコンタクト４２２は、コレクタ電極と同時にかつ同じ材料から形成することができる。第１の誘電体層を貫通する開口部は、ベース電極への接触を可能にするように形成される。別の接点４２４を同様にエミッタ電極に形成することができる。
【００６３】
第２の誘電体層４２６がコレクタ電極および接点４２２、４２４上に形成されてもよい。いくつかの実施形態では、コレクタ端子を他のデバイスに結合するために、コンタクト４２８が第２の誘電体層４２６を貫通して形成される。
【００６４】
図５Ａ、５Ｂ、および５Ｃは、本開示の別の実施形態に従って形成されたトランジスタ構造５００の上面図および断面図である。このトランジスタ構造５００は、基板５０４上に形成されたアモルファス金属層５０２を含む。アモルファス金属層５０２上にトンネル酸化膜５０６を形成する。トンネル酸化物層５０６上にバリア層５０８が形成される。バリア層５０８は、金属酸化物などの無機材料、またはポリマーなどの有機材料、または任意の適切な材料とすることができる。バリア層５０８は、アモルファス金属と電極の重なりのために生じうる寄生容量を最小限に抑えることができる。
【００６５】
第１の開口部５１０はバリア層５０８に形成されている。第１開口部５１０には第１電極５１２が形成されている。第１電極はアモルファス金属層５０２と重なる。アモルファス金属層５０２の一部と重なる第２の開口部５０７がバリア層５０８に形成されている。第２電極５１４がアモルファス金属層５０２と重なるように形成され、第２電極の一部は第２の開口部５０７内にある。
【００６６】
誘電体層５１６は第１および第２電極５１２、５１４上に形成されている。誘電体層上に第３電極５１８が形成される。この実施形態および本開示に記載されている他の実施形態ではいずれの層も平坦化されていない。他の実施形態では、最終製品が必要とする場合のために、各層または各層を平坦化することができる。
【００６７】
第４電極５２０および第５電極５２２は、それぞれ第１電極５１２および第２電極５１４に結合する。第４および第５電極５２０、５２２は、第３電極５１８と同じ材料から同時に形成することができる。
【００６８】
本実施形態または本開示の任意の実施形態における第１および第２電極は、グラフェン、ＭｏＳ2、Ｗ2、Ｔｉ3Ｃ2、ＧａＮ、ＢＮ、Ｃａ2Ｎ、または他の適切な材料などの超薄型の２次元導体で形成されうる。トランジスタ構造の利得を調整するために異なる材料を選択することができる。いくつかの実施形態では、第１電極が導電性材料の原子的に薄い層であり、第２電極は導電性材料のかなり厚い層である。これらの層のための導電材料は異なる種類の導体でありうる。
【００６９】
図６は、基板６０６の凹部６０４内に形成されたアモルファス金属層６０２を有するトランジスタ構造６００を含む本開示の代替の実施形態である。アモルファス金属層６０２の第１の面６０８は、基板６０６の第１の面６１０と同一平面上にある。
【００７０】
トンネル酸化物層６１２が、アモルファス金属層６０２および基板の第１の表面上に形成される。トンネル酸化膜６１２上に第１および第２電極６１４、６１６を形成する。第１電極６１４はアモルファス金属層の第１の部分と重なり合い、第２電極６１６はアモルファス金属層の第２の部分と重なり合う。
【００７１】
第１の誘電体層６１８が第１および第２電極上にある。第３電極６２０は、第１の誘電体層６１８の平面上に形成されている。第２の誘電体層６２２が第３電極上にある。
【００７２】
図７は、基板７０４の平面上にアモルファス金属層７０２を有するトランジスタ構造７００を有する本開示の代替の実施形態である。トンネル酸化物層７０６がアモルファス金属層７０２上にある。アモルファス金属層７０２の側面７０８とトンネル酸化物層７０６の側面７１０は同一平面上にある。これは、アモルファス層を形成し、酸化物層をトンネルし、次に両方の層を同時にエッチングすることによって形成することができる。
【００７３】
第１および第２電極７１２、７１４がトンネル酸化物層上に形成される。誘電体層７１６が第１および第２電極上に形成されている。誘電体層７１６上に第３電極７１８が形成されている。
【００７４】
図８は、本開示のトランジスタ構造に従って形成されたベース接地トランジスタ構造である。アモルファスホットエレクトロントランジスタ８００は、エミッタＥ、ベースＢ、およびコレクタＣを有する。ベースはグランドに結合されている。コレクタは、負荷を表し他の回路でありうる抵抗ＲLに結合されている。電源ＶBCはグランドと抵抗ＲLとの間に結合されている。電源ＶBEはグランドと抵抗Ｒinとの間に結合されている。電流源８０２が電圧源ＶBEと抵抗Ｒinとの間に結合されている。抵抗ＲinはエミッタＥに結合されている。
【００７５】
図９は、本開示のトランジスタ構造に従って形成されたエミッタ接地トランジスタ９００である。トランジスタ９００は、エミッタＥ、ベースＢ、およびコレクタＣを有するアモルファスホットエレクトロントランジスタである。エミッタはグランドに結合されている。コレクタは、負荷を表し他の回路でありうる抵抗ＲLに結合されている。電圧源ＶCEはグランドと抵抗ＲLとの間に結合されている。電圧源ＶBEはグランドと抵抗Ｒinとの間に結合されている。電流源９０２は電圧源ＶBEと抵抗Ｒinとの間に結合されている。抵抗ＲinはベースＢに結合されている。
【００７６】
図１０は、本開示のトランジスタ構造に従って形成されたコレクタ接地トランジスタ１０００である。トランジスタ１０００は、エミッタＥ、ベースＢ、およびコレクタＣを有するアモルファスホットエレクトロントランジスタである。エミッタＥは、負荷を表し他の回路でありうる抵抗ＲLを介してグランドに結合されている。電圧源ＶCEはグランドとコレクタＣとの間に結合されている。電圧源ＶBEはグランドと抵抗Ｒinとの間に結合されている。電流源１００２は電圧源ＶBEと抵抗Ｒinの間に結合される。抵抗ＲinはベースＢに結合されている。
【００７７】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、単一段エミッタ接地増幅回路および関連する信号表現である。これは、増幅器などの一般的な回路にＡＭＨＥＴを組み込んだ表示である。図１１Ｂでは、ＤＣバイアス電圧Ｑが示されている。このバイアス電圧Ｑは、第１の抵抗Ｒ1、第２の抵抗Ｒ2、および第１のキャパシタＣ1が互いに結合されてＡＭＨＥＴ１１０に結合される接合部に印加される。グランドと第１のキャパシタＣiのプレートとの間に印加される電圧入力Ｖinがある。電圧ＶCCが第１の抵抗Ｒiおよび負荷抵抗ＲLに結合されている。第２のキャパシタＣ2は第３の抵抗ＲEとグランドとの間に結合されている。出力信号ＶOUTは、図１１Ｂに示す増幅信号である。
【００７８】
図１２および図１３は、本開示の複数のトランジスタを組み込んだ回路図である。図１２は、フリップフロップ配置にある、第１のＡＭＨＥＴ（アモルファス金属ホットエレクトロントランジスタ）１２００および第２のＡＭＨＥＴ１２０２を含む。第１および第２のＡＭＨＥＴのエミッタＥのそれぞれはグランドに結合されている。各ベースＢは、第１の抵抗１２０４、１２０６に結合されている。第１の抵抗の各々もまた電圧源ＶBBに結合されている。第１のＡＭＨＥＴ１２００のベースＢは第２の抵抗１２０８に結合されている。第２の抵抗１２０８は第３の抵抗１２１０を介して第２のＡＭＨＥＴ１２０２のコレクタＣに結合されている。第２のＡＭＨＥＴ１２０２のベースＢは第１のＡＭＨＥＴ１２００のコレクタＣに結合されている。第４の抵抗１２１２は、第１のＡＭＨＥＴのコレクタＣと電圧源ＶCCとの間に結合される。第５の抵抗１２１４は、第２のＡＭＨＥＴのコレクタと電圧源ＶCCとの間に結合される。
【００７９】
このＡＭＨＥＴフリップフロップ構造は、カウンタ、シフトレジスタ、クロックパルス発生器、または他の回路などの様々なスイッチング用途に統合することができる。これらは、メモリ回路、リレー制御機能、またはレーダー用途または通信システムなどのような他の機能に統合することができる。最終用途にむけ信号を整形するためにキャパシタ部品を含めることができる。
【００８０】
図１３は、第１のＡＭＨＥＴ１３００および第２のＡＭＨＥＴ１３０２を含む回路構造の代替実施形態である。第１のＡＭＨＥＴのエミッタＥは第２のＡＭＨＥＴのベースＢに結合されている。１番目と２番目のＡＭＨＥＴのコレクタは結合されている。第１のＡＭＨＥＴ１３００のベースは、負荷または他の回路を表す抵抗ＲBに結合されている。コレクタＣは、負荷または他の回路を表す抵抗ＲLに結合されている。抵抗ＲLは電圧ＶCCに結合されている。第２のＡＭＨＥＴ１３０２のエミッタＥはグランドに結合されている。
【００８１】
図１４は、アレイ状の本開示のトランジスタ構造である。アレイはディスプレイに組み込むことができ、またはＸ線検出器内などのセンサと一体化することができる。アレイ１４００は、複数の行１４０４と複数の列１４０２を含む。各行は、アレイのＡＭＨＥＴトランジスタ１４０１にベース信号を伝達することができる。各列はエミッタ信号をＡＭＨＥＴトランジスタ１４０１に伝えることができる。ＡＭＨＥＴトランジスタ１４０１は、アモルファス金属層１４０６を含む。エミッタ電極１４１０は、アモルファス金属層１４０６と重なり合い、行１４０２に結合する。ベース電極１４０８は、アモルファス金属層１４０８と重なり合い、そして柱１４０４に結合する。コレクタ電極およびコンタクト１４１４は、アモルファス金属層１４０６およびベース電極１４０８と重なる。コレクタ電極１４１４は他の画素またはセル制御素子に結合されている。コレクタ電極１４１４は、キャパシタまたは他のトランジスタに結合することができる。
【００８２】
このＡＭＨＥＴトランジスタ１４０１は、ベース接地、エミッタ接地、またはコレクタ接地モードのマトリクススイッチとして動作することができる。この特定の図は、一般的なエミッタ構成である。そのようなマトリックススイッチは、単一の要素が制御されることを可能にする。
【００８３】
複数のＡＭＨＥＴトランジスタ１４０１は、液晶ディスプレイ、有機発光ダイオードディスプレイ、電気泳動、エレクトロルミネセンスなどのような様々なアクティブマトリックスディスプレイ技術に組み込むことができる。それぞれの特定のアクティブマトリックス用途は、ディスプレイを形成するための追加の回路要素を有するであろう。抵抗、キャパシタ、ダイオード、他のトランジスタ、または他の電子部品などのいくつかの要素は、ＡＭＨＥＴと同じ処理ステップまたは後続の処理で形成することができる。図１５は、ＡＭＨＥＴ１５０２を含む液晶表示回路１５００の一例である。ＡＭＨＥＴ１５０２のエミッタＥは、蓄積キャパシタ１５０４および液晶キャパシタ１５０６に結合されている。蓄積キャパシタ１５０４および液晶キャパシタ１５０６のそれぞれもまたグランドに結合されている。ＡＭＨＥＴ１５０２のベースは抵抗ＲBに結合されている。ＡＭＨＥＴ１５０２のコレクタは抵抗ＲLに結合されている。
【００８４】
図１６は、第１のＡＭＨＥＴ１６０４および第２のＡＭＨＥＴ１６０６を含む有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）１６０２を駆動するための回路１６００である。第１のＡＭＨＥＴのエミッタＥは第２のＡＭＨＥＴのベースに結合されている。第２のＡＭＥＨＴのベースとグランドとの間に蓄積キャパシタが結合されている。第２のＡＭＥＨＴのエミッタはＯＬＥＤに結合されている。
【００８５】
上記の様々な実施形態は、さらなる実施形態を提供するために組み合わせることができる。２０１６年７月７日に出願された米国仮特許出願第６２／３５９，５９６号は、その全体を引用することにより本明細書の一部を成すものとする。
【００８６】
上記の詳細な説明に照らして、これらおよび他の変更を実施形態に加えることができる。一般に、添付の特許請求の範囲において、使用される用語は、特許請求の範囲を明細書および特許請求の範囲に開示された特定の実施形態に限定するように解釈されるべきではなく、実施形態と、そのような特許請求の範囲に対し権利が認められるべき等価物の全範囲とを含むものと解されるべきである。したがって、特許請求の範囲は本開示による限定をうけるものではない。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図１Ｄ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【手続補正書】
【提出日】平成31年3月5日(2019.3.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５１】
第２電極３１４は、第１の厚さより薄い第２の厚さ３１６を有するトンネル絶縁体３０６によってアモルファス金属膜３０２から分離されている。厚さが異なる結果、第１電極からアモルファス金属膜３０２への電子の行き来の挙動は、および第２電極からアモルファス金属膜３０２へ、および第２電極からアモルファス金属膜３０２への電子の行き来の挙動とは異なるだろう。例えば、パターン化トンネル絶縁体は、第１および第２電極とアモルファス金属膜との重なり領域に形成されうる寄生容量を最小限に抑えることができる。このように、トンネル絶縁体は、製造および最終製品が要求するように、電極のうちのいずれか１つの重なり領域にパターン形成することができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００７７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００７７】
図１１Ａおよび図１１Ｂは、単一段エミッタ接地増幅回路および関連する信号表現である。これは、増幅器などの一般的な回路にＡＭＨＥＴを組み込んだ表示である。図１１Ｂでは、ＤＣバイアス電圧Ｑが示されている。このバイアス電圧Ｑは、第１の抵抗Ｒ1、第２の抵抗Ｒ2、および第１のキャパシタＣ1が互いに結合されてＡＭＨＥＴ１１００に結合される接合部に印加される。グランドと第１のキャパシタＣiのプレートとの間に印加される電圧入力Ｖinがある。電圧ＶCCが第１の抵抗Ｒiおよび負荷抵抗ＲLに結合されている。第２のキャパシタＣ2は第３の抵抗ＲEとグランドとの間に結合されている。出力信号ＶOUTは、図１１Ｂに示す増幅信号である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８１】
図１４は、アレイ状の本開示のトランジスタ構造である。アレイはディスプレイに組み込むことができ、またはＸ線検出器内などのセンサと一体化することができる。アレイ１４００は、複数の行１４０４と複数の列１４０２を含む。各行は、アレイのＡＭＨＥＴトランジスタ１４０１にベース信号を伝達することができる。各列はエミッタ信号をＡＭＨＥＴトランジスタ１４０１に伝えることができる。ＡＭＨＥＴトランジスタ１４０１は、アモルファス金属層１４０６を含む。エミッタ電極１４１０は、アモルファス金属層１４０６と重なり合い、行１４０２に結合する。ベース電極１４０８は、アモルファス金属層１４０６と重なり合い、そして柱１４０４に結合する。コレクタ電極およびコンタクト１４１４は、アモルファス金属層１４０６およびベース電極１４０８と重なる。コレクタ電極１４１４は他の画素またはセル制御素子に結合されている。コレクタ電極１４１４は、キャパシタまたは他のトランジスタに結合することができる。
【国際調査報告】
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