(57)【要約】  ホットエレクトロン・トランジスタはエミッタ電極、ベース電極及びコレクタ電極と、エミッタ電極とベース電極との間に配置され、そこでの電子の輸送層として機能する第１のトンネル構造とを有する。第１のトンネル構造は、電子の輸送がトンネリングによる輸送を含むように、少なくとも第１のアモルファス絶縁体層、及び別の第２の絶縁体層を含む。トランジスタはさらに、ベース電極とコレクタ電極との間に配置された第２のトンネル構造を含む。第２のトンネル構造は電子の少なくとも一部の、ベース電極とコレクタ電極との間の、弾道輸送による輸送層として機能し、その結果、電子の一部はコレクタ電極で収集される。薄膜トランジスタ内の界面での電子反射を低減する関連方法もまた開示される。
2007535178.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの入力信号を受けるように適応されたホットエレクトロン・トランジスタであって：
エミッタ電極；
前記エミッタ電極から隔てられたベース電極であり、前記入力信号の少なくとも一部が前記エミッタ電極と該ベース電極との間に与えられ、それにより電子が前記エミッタ電極から該ベース電極に向けて放出されるところのベース電極；
前記エミッタ電極と前記ベース電極との間に配置され、前記エミッタ電極と前記ベース電極との間の且つそれらへの電子輸送層として機能するように構成された第１のトンネル構造であり、電子の輸送がトンネリングによる輸送を少なくとも部分的に含むように、少なくとも第１のアモルファス絶縁体層、及び前記第１のアモルファス絶縁体層に直接的に隣接して配置され、且つそれと協働するように構成された第２の絶縁体層を含む第１のトンネル構造；
前記ベース電極から隔てられたコレクタ電極；及び
前記ベース電極と前記コレクタ電極との間に配置され、前記エミッタ電極から放出された電子の少なくとも一部の、前記ベース電極と前記コレクタ電極との間の、弾道輸送による輸送層として機能するように構成された第２のトンネル構造であり、それにより前記電子の前記一部が前記コレクタ電極で収集可能にされるところの第２のトンネル構造；
を有するトランジスタ。
【請求項２】
前記ベース電極及び前記コレクタ電極の少なくとも選択された１つが、少なくとも部分的に半金属で形成されているところの請求項１に記載のトランジスタ。
【請求項３】
前記ベース電極及び前記コレクタ電極の少なくとも選択された１つが、少なくとも部分的に金属シリサイドで形成されているところの請求項１に記載のトランジスタ。
【請求項４】
前記ベース電極及び前記コレクタ電極の少なくとも選択された１つが、少なくとも部分的に金属窒化物で形成されているところの請求項１に記載のトランジスタ。
【請求項５】
前記第２のトンネル構造が、ホットエレクトロン反射の第１の値を示すように構成され、且つ成形された障壁エネルギーバンド特性を有し、それにより前記ホットエレクトロン反射の第１の値が、成形された障壁エネルギーバンド特性を有さない第２のトンネル構造により示されるホットエレクトロン反射の第２の値より低くされているところの請求項１に記載のトランジスタ。
【請求項６】
前記成形された障壁エネルギーバンド特性が前記第２のトンネル構造の放物線状傾斜を含んでいるところの請求項５に記載のトランジスタ。
【請求項７】
前記エミッタ電極が所与のフェルミ準位を示すように構成され、且つ前記第１のトンネル構造が前記所与のフェルミ準位と２ｅＶ未満だけ異なる所与の伝導帯を示すように構成されているところの請求項１に記載のトランジスタ。
【請求項８】
少なくとも１つの入力信号を受けるように適応されたトランジスタであって：
エミッタ電極；
前記エミッタ電極から隔てられたベース電極であり、前記入力信号の少なくとも一部が前記エミッタ電極と該ベース電極との間に与えられ、それにより電子が前記エミッタ電極から該ベース電極に向けて放出されるところのベース電極；
前記エミッタ電極と前記ベース電極との間に配置され、前記エミッタ電極と前記ベース電極との間の且つそれらへの電子輸送層として機能するように構成された第１のトンネル構造であり、電子の輸送がトンネリングによる輸送を少なくとも部分的に含むように、少なくとも第１のアモルファス層を含む第１のトンネル構造；
前記ベース電極から隔てられたコレクタ電極；及び
前記ベース電極と前記コレクタ電極との間に配置され、前記エミッタ電極によって放出された電子の少なくとも一部の、前記ベース電極と前記コレクタ電極との間の、弾道輸送による輸送層として機能するように構成された第２のトンネル構造であり、それにより前記電子の前記一部が前記コレクタ電極で収集可能にされるところの第２のトンネル構造；
を有し、
前記第２のトンネル構造が、ホットエレクトロン反射の第１の値を示すように構成され、且つ成形された障壁エネルギーバンド特性を有し、それにより前記ホットエレクトロン反射の第１の値が、成形された障壁エネルギーバンド特性を有さない第２のトンネル構造により示されるホットエレクトロン反射の第２の値より低くされている
ところのトランジスタ。
【請求項９】
前記成形された障壁エネルギーバンド特性が前記第２のトンネル構造の放物線状傾斜を含んでいるところの請求項８に記載のトランジスタ。
【請求項１０】
複数の層を含み、それら間に定められる複数の界面と前記それら間を輸送される弾道電子とを具備するホットエレクトロン・トランジスタであり、前記複数の層が少なくとも第１層及び第２層を有し、前記第１層及び第２層が互いに隣接してそれらの間に第１の界面を定め、それにより前記弾道電子の少なくとも一部が前記第１の界面で反射される、ところのホットエレクトロン・トランジスタにおいて、少なくとも前記第１の界面での電子の反射を低減する方法であって：
第１の選定された波動関数を示すように前記第１層を構成する工程；及び
第１の割合の前記弾道電子が前記第１の界面で反射されるよう、第２の選定された波動関数を示すように前記第２層を構成する工程；
を有し、
前記第１の割合が、前記第２の選定された波動関数を示すように構成された前記第２層が存在しない場合に前記第１の界面で反射される前記弾道電子の第２の割合より小さい
ところの方法。
【請求項１１】
前記第２層が所与のエネルギーバンド構造を示し、且つ前記第２層を構成する前記工程が前記エネルギーバンド構造をある特定の形状に傾斜させることを含むところの請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記第２層が少なくとも１つの平面を有し、且つ前記第２層を構成する前記工程が前記平面に表面組織を付加することを含むところの請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの入力信号を受けるように適応された線形増幅器であって：
ホットエレクトロン・トランジスタであり：
第１のエミッタ電極、
前記第１のエミッタ電極から隔てられた第１のベース電極であり、前記入力信号の少なくとも第１の部分が前記第１のエミッタ電極と該第１のベース電極との間に与えられ、それにより電子が前記第１のエミッタ電極から該第１のベース電極に向けて放出されるところの第１のベース電極、
前記第１のエミッタ電極と前記第１のベース電極との間に配置され、前記第１のエミッタ電極と前記第１のベース電極との間の且つそれらへの電子輸送層として機能するように構成された第１のトンネル構造であり、電子の輸送がトンネリングによる輸送を少なくとも部分的に含むように、少なくとも第１のアモルファス絶縁体層、及び前記第１のアモルファス絶縁体層に直接的に隣接して配置され、且つそれと協働するように構成された第２の絶縁体層を含む第１のトンネル構造、
前記第１のベース電極から隔てられた第１のコレクタ電極、及び
前記第１のベース電極と前記第１のコレクタ電極との間に配置され、前記第１のエミッタ電極から放出された電子の少なくとも一部の、前記第１のベース電極と前記第１のコレクタ電極との間の、弾道輸送による輸送層として機能するように構成された第２のトンネル構造であり、それにより前記電子の前記一部が前記第１のコレクタ電極で収集可能にされるところの第２のトンネル構造、
を有するホットエレクトロン・トランジスタ；並びに
ホットホール・トランジスタであり：
第２のエミッタ電極、
前記第２のエミッタ電極から隔てられた第２のベース電極であり、前記入力信号の少なくとも第２の部分が前記第２のエミッタ電極と該第２のベース電極との間に与えられ、それにより正孔が前記第２のエミッタ電極から該第２のベース電極に向けて放出されるところの第２のベース電極、
前記第２のエミッタ電極と前記第２のベース電極との間に配置され、前記第２のエミッタ電極と前記第２のベース電極との間の且つそれらへの正孔輸送層として機能するように構成された第３のトンネル構造であり、正孔の輸送がトンネリングによる輸送を少なくとも部分的に含むように、少なくとも第３のアモルファス絶縁体層、及び前記第３のアモルファス絶縁体層に直接的に隣接して配置され、且つそれと協働するように構成された第４の絶縁体層を含む第３のトンネル構造、
前記第２のベース電極から隔てられた第２のコレクタ電極、及び
前記第２のベース電極と前記第２のコレクタ電極との間に配置され、前記第２のエミッタ電極から放出された正孔の少なくとも一部の、前記第２のベース電極と前記第２のコレクタ電極との間の、弾道輸送による輸送層として機能するように構成された第４のトンネル構造であり、それにより前記正孔の前記一部が前記第２のコレクタ電極で収集可能にされるところの第４のトンネル構造、
を有するホットホール・トランジスタ；
を有し、
前記ホットエレクトロン・トランジスタ及び前記ホットホール・トランジスタがプッシュプル増幅器構成で構成されている
ところの線形増幅器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概してトランジスタに関し、特に、トンネル構造に基づくトランジスタとその応用に関する。より具体的には、本発明はトンネル構造に基づく薄膜トランジスタとその応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属−絶縁体−金属−絶縁体−金属（Ｍ−Ｉ−Ｍ−Ｉ−Ｍ）構成を含むトンネル・ホットエレクトロン・トランジスタ増幅器は１９６０年にミード（Ｍｅａｄ）によって初めて提案され（非特許文献１参照）、１９８１年にヘイブルーム（Ｈｅｉｂｌｕｍ）によって詳細に検討された（非特許文献２参照）。図１は、従来技術に係る典型的なＭ−Ｉ−Ｍ−Ｉ−Ｍトランジスタを例示している。なお、図面においては様々な図を通して可能な限り、似通った構成要素には似通った参照符号を用いることとする。また、図は明りょう化のため縮尺通りには描かれていない。
【０００３】
図１は典型的なＭ−Ｉ−Ｍ−Ｉ−Ｍトランジスタ１００の部分断面図である。Ｍ−Ｉ−Ｍ−Ｉ−Ｍトランジスタ１００は金属及び絶縁体の単層が交互になったものを有しており、それらにはエミッタ電極１１０、ベース電極１１２、コレクタ電極１１４、エミッタ障壁１１６及びコレクタ障壁１１８が含まれる。
【０００４】
他の研究者等も同様のトランジスタ構造について、エピタキシャル成長させた金属−絶縁体構造（非特許文献３参照）、ＩＩＩ−Ｖ族半導体構造（非特許文献４及び５参照）や、強磁性金属（非特許文献６参照）及び絶縁体（非特許文献７参照）を用いた構造を利用して研究してきた。
【０００５】
加えて、数多くの回路応用においては、相補的な対を具備し、一方のトランジスタが正のベース−エミッタ電圧でターンオンし、他方の相補型トランジスタが負のベース−エミッタ電圧でターンオンすることが有利である。このようにして、プッシュプル式の増幅器回路又はスイッチ回路が構築され得る。このようなデバイスの例には、比較的低い休止電力を用いる、シリコンＣＭＯＳ又はバイポーラ・プッシュプル電力増幅器が含まれる。
【０００６】
従来技術のホットホール・トランジスタ（非特許文献８参照）は先述のホットエレクトロン・トランジスタと同じＭ−Ｉ−Ｍ−Ｉ−Ｍを有している。デバイス動作もまた同様であるが、電子の代わりに正孔がデバイスの電荷キャリアであるという例外がある。しかしながら、従来技術のホットホール・トランジスタは従来技術のＭ−Ｉ−Ｍ−Ｉ−Ｍホットエレクトロン・トランジスタと同一の問題を共有するものである。
【非特許文献１】Ｃ．Ａ．Ｍｅａｄ、「Ｔｕｎｎｅｌ−Ｅｍｉｓｓｉｏｎ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ」、Ｐｒｏｃ．ＩＲＥ、１９６０年、４８巻、ｐ．３５９
【非特許文献２】Ｍｏｒｄｅｈａｉ  Ｈｅｉｂｌｕｍ、「Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  Ｈｏｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ（ＴＨＥＴＡ）：Ａｍｐｌｉｆｉｅｒｓ  Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ  Ｕｐ  ｔｏ  ｔｈｅ  Ｉｎｆｒａｒｅｄ」、Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ  Ｅｌｅｃ．、１９８１年、２４巻、ｐ．３４３
【非特許文献３】Ｓ．Ｍｕｒａｔａｋｅ、Ｍ．Ｗａｔａｎａｂｅ、Ｔ．Ｓｕｅｍａｓｕ、Ｍ．Ａｓａｄａ、「Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ａｃｔｉｏｎ  ｏｆ  ｍｅｔａｌ（ＣｏＳｉ２）／ｉｎｓｕｌａｔｏｒ（ＣａＦ２）  ｈｏｔ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」Ｅｌｅｃ．Ｌｅｔｔ．、１９９２年、２８巻、ｐ．１００２
【非特許文献４】Ｍ．Ｈｅｉｂｌｕｍ、Ｍ．Ｉ．Ｎａｔｈａｎ、Ｄ．Ｃ．Ｔｈｏｍａｓ、Ｃ．Ｍ．Ｋｎｏｅｄｌｅｒ、「Ｄｉｒｅｃｔ  Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ  Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｉｎ  ＧａＡｓ」、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．、１９８５年、５５巻、ｐ．２２００
【非特許文献５】Ａ．Ｓｅａｂａｕｇｈ、Ｙ−Ｃ．Ｋａｏ、Ｊ．Ｒｎｄａｌｌ、Ｗ．Ｆｒｅｎｓｅｌｙ、Ａ．Ｋｈａｔｉｂｚａｄｅｈ、「Ｒｏｏｍ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｈｏｔ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒｓ  ｗｉｔｈ  ＩｎＡｓ−Ｎｏｔｃｈｅｄ  Ｒｅｓｏｎａｎｔ−Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ−Ｄｉｏｄｅ  Ｉｎｊｅｃｔｏｒ」、Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｍａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．、１９９１年、３０巻、ｐ．９２１
【非特許文献６】Ｄ．Ｌａｃｏｕｒ、Ｍ．Ｈｅｈｎ、Ｆ．Ｍｏｎｔａｉｇｎｅ、Ｈ．Ｊａｋｅｓ、Ｐ．Ｒｏｔｔｌａｎｄｅｒ、Ｇ．Ｒｏｄａｒａｙ、Ｆ．Ｇｈｕｙｅｎ  Ｖａｎ  Ｄａｕ、Ｆ．Ｐｅｔｒｏｌ、Ａ．Ｓｃｈｕｈｌ、「Ｈｏｔ−ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ  ｉｎ  ３−ｔｅｒｍｉｎａｌ  ｄｅｖｉｃｅｓ  ｂａｓｅｄ  ｏｎ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｔｕｎｎｅｌ  ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ」、Ｅｕｒｏｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ、２００２年、６０巻、ｐ．８９６
【非特許文献７】Ｓ．Ｓｕｇａｈａｒａ、Ｍ．Ｔａｎａｋａ、「Ｓｐｉｎ−Ｆｉｌｔｅｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ」、Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ、２００４年、４３巻、ｐ．Ｌ８３８
【非特許文献８】Ｍ．Ｈｅｉｂｌｕｍ、Ｋ．Ｓｅｏ、Ｈ．Ｐ．Ｍｅｉｅｒ、Ｔ．Ｗ．Ｈｉｃｋｍｏｔｔ、「Ｆｉｒｓｔ  Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｂａｌｌｉｓｔｉｃ  Ｈｏｌｅｓ  ｉｎ  ａ  ｐ−Ｔｙｐｅ  ＴＨＥＴＡ  Ｄｅｖｉｃｅ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．  ｏｎ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ、１９８８年、３５巻、ｐ．２４２８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述の現行技術が抱える問題を解決しながら性能向上された、高速な薄膜デバイスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に従った、少なくとも１つの入力信号を受けるように適応されたホットエレクトロン・トランジスタは、エミッタ電極、エミッタ電極から隔てられたベース電極であり、入力信号の少なくとも一部がエミッタ電極と該ベース電極との間に与えられ、それにより電子がエミッタ電極から該ベース電極に向けて放出されるところのベース電極、を有する。当該トランジスタはまた、エミッタ電極とベース電極との間に配置され、エミッタ電極とベース電極との間の且つそれらへの電子輸送層として機能するように構成された第１のトンネル構造を有する。第１のトンネル構造は、電子の輸送がトンネリングによる輸送を少なくとも部分的に含むように、少なくとも第１のアモルファス絶縁体層、及び第１のアモルファス絶縁体層に直接的に隣接して配置され、且つそれと協働するように構成された第２の絶縁体層を含む。当該トランジスタはさらに、ベース電極から隔てられたコレクタ電極、及びベース電極とコレクタ電極との間の第２のトンネル構造を有する。第２のトンネル構造は、エミッタ電極から放出された電子の少なくとも一部の、ベース電極とコレクタ電極との間の、弾道輸送による輸送層として機能するように構成され、それにより電子の一部はコレクタ電極で収集される。入力信号は、例えば、バイアス電圧、信号電圧又は電磁放射線を含み得る。
【０００９】
トランジスタに関する他の一態様においては、ベース電極及びコレクタ電極の少なくとも選択された１つは、少なくとも部分的に半金属で形成されている。あるいは、ベース電極及びコレクタ電極の選択された１つは、少なくとも部分的に金属シリサイド又は金属窒化物で形成されている。
【００１０】
さらに他の一態様においては、第２のトンネル構造は、ホットエレクトロン反射の第１の値を示すように構成され、且つ成形された障壁エネルギーバンド特性を有し、それによりホットエレクトロン反射の第１の値は、成形された障壁エネルギーバンド特性を有さない第２のトンネル構造により示されるであろうホットエレクトロン反射の第２の値より低くされている。より具体的には、成形された障壁エネルギーバンド特性は第２のトンネル構造の放物線状傾斜を含んでいる。
【００１１】
他の一態様においては、トランジスタは電子放出エネルギー幅の第１の値を示すように構成され、且つ第１のトンネル構造は成形された障壁エネルギーバンド特性を有し、それにより電子放出エネルギー幅の第１の値は、成形された障壁エネルギーバンド特性を有さないトランジスタにより示されるであろう電子放出エネルギー幅の第２の値より低くされている。
【００１２】
さらに他の一態様においては、エミッタ電極は所与のフェルミ準位を示すように構成され、且つ第１のトンネル構造は所与のフェルミ準位と２ｅＶ未満だけ異なる所与の伝導帯を示すように構成されている。
【００１３】
本発明の更なる一態様に従った、少なくとも１つの入力信号を受けるように適応されたホットホール・トランジスタは、エミッタ電極、エミッタ電極から隔てられたベース電極であり、入力信号の少なくとも一部がエミッタ電極と該ベース電極との間に与えられ、それにより正孔がエミッタ電極から該ベース電極に向けて放出されるところのベース電極、を有する。当該ホットホール・トランジスタはまた、エミッタ電極とベース電極との間に配置され、エミッタ電極とベース電極との間の且つそれらへの正孔輸送層として機能するように構成された第１のトンネル構造を有する。第１のトンネル構造は、正孔の輸送がトンネリングによる輸送を少なくとも部分的に含むように、少なくとも第１のアモルファス絶縁体層、及び第１のアモルファス絶縁体層に直接的に隣接して配置され、且つそれと協働するように構成された第２の絶縁体層を含む。当該トランジスタはさらに、ベース電極から隔てられたコレクタ電極、及びベース電極とコレクタ電極との間に配置され、エミッタ電極から放出されたホットホールの少なくとも一部の、ベース電極とコレクタ電極との間の、弾道輸送による輸送層として機能するように構成された第２のトンネル構造であり、それにより正孔の一部がコレクタ電極で収集されるところの第２のトンネル構造を有する。入力信号は、例えば、バイアス電圧、信号電圧又は電磁放射線を含み得る。
【００１４】
本発明の他の一態様は、複数の層を含み、それら間に定められる複数の界面とそれら間を輸送される弾道電子とを具備するホットエレクトロン・トランジスタにおいて使用する方法である。複数の層は少なくとも第１層及び第２層を有し、第１層及び第２層は互いに隣接してそれらの間に第１の界面を定め、それにより弾道電子の少なくとも一部は第１の界面で反射される。少なくとも第１の界面での電子の反射を低減する方法は、第１の選定された波動関数を示すように第１層を構成する工程、及び第１の割合の弾道電子が第１の界面で反射されるよう、第２の選定された波動関数を示すように第２層を構成する工程を有する。第１の割合は、第２の選定された波動関数を示すように構成された第２層が存在しない場合に第１の界面で反射される弾道電子の第２の割合より小さい。
【００１５】
本発明のさらに他の一態様は、少なくとも１つの入力信号を受けるように適応されたトランジスタであり、当該トランジスタは、エミッタ電極、エミッタ電極から隔てられたベース電極であり、入力信号の少なくとも一部がエミッタ電極と該ベース電極との間に与えられ、それにより電子がエミッタ電極から該ベース電極に向けて放出されるところのベース電極を有する。当該トランジスタはまた、エミッタ電極とベース電極との間に配置され、エミッタ電極とベース電極との間の且つそれらへの電子輸送層として機能するように構成された第１のトンネル構造を有する。当該トランジスタはさらに、ベース電極から隔てられたコレクタ電極、及びベース電極とコレクタ電極との間に配置され、エミッタ電極によって放出された電子の少なくとも一部の、ベース電極とコレクタ電極との間の、弾道輸送による輸送層として機能するように構成された第２のトンネル構造であり、それにより電子の一部がコレクタ電極で収集可能にされるところの第２のトンネル構造を有する。第２のトンネル構造は、ホットエレクトロン反射の第１の値を示すように構成されるとともに、選定された波動関数を示すように構成され、それによりホットエレクトロン反射の第１の値が、選定された波動関数を有さない第２のトンネル構造により示されるであろうホットエレクトロン反射の第２の値より低くされている。
【００１６】
本発明のさらに他の一態様は、少なくとも１つの入力信号を受けるように適応された線形増幅器である。当該線形増幅器はホットエレクトロン・トランジスタを有し、そのホットエレクトロン・トランジスタは、第１のエミッタ電極、及び第１のエミッタ電極から隔てられた第１のベース電極であり、入力信号の少なくとも第１の部分が第１のエミッタ電極と該第１のベース電極との間に与えられ、それにより電子が第１のエミッタ電極から該第１のベース電極に向けて放出されるところの第１のベース電極を有する。ホットエレクトロン・トランジスタはまた、第１のエミッタ電極と第１のベース電極との間に配置され、第１のエミッタ電極と第１のベース電極との間の且つそれらへの電子輸送層として機能するように構成された第１のトンネル構造を有する。第１のトンネル構造は、電子の輸送がトンネリングによる輸送を少なくとも部分的に含むように、少なくとも第１のアモルファス絶縁体層、及び第１のアモルファス絶縁体層に直接的に隣接して配置され、且つそれと協働するように構成された第２の絶縁体層を含む。ホットエレクトロン・トランジスタはさらに、第１のベース電極から隔てられた第１のコレクタ電極、及び第１のベース電極と第１のコレクタ電極との間に配置され、第１のエミッタ電極から放出された電子の少なくとも一部の、第１のベース電極と第１のコレクタ電極との間の、弾道輸送による輸送層として機能するように構成された第２のトンネル構造であり、それにより電子の一部が第１のコレクタ電極で収集可能にされるところの第２のトンネル構造を有する。当該線形増幅器はまたホットホール・トランジスタを有し、そのホットホール・トランジスタは、第２のエミッタ電極、及び第２のエミッタ電極から隔てられた第２のベース電極であり、入力信号の少なくとも第２の部分が第２のエミッタ電極と該第２のベース電極との間に与えられ、それにより正孔が第２のエミッタ電極から該第２のベース電極に向けて放出されるところの第２のベース電極を有する。ホットホール・トランジスタはまた、第２のエミッタ電極と第２のベース電極との間に配置され、第２のエミッタ電極と第２のベース電極との間の且つそれらへの正孔輸送層として機能するように構成された第３のトンネル構造を有する。第３のトンネル構造は、正孔の輸送がトンネリングによる輸送を少なくとも部分的に含むように、少なくとも第３のアモルファス絶縁体層、及び第３のアモルファス絶縁体層に直接的に隣接して配置され、且つそれと協働するように構成された第４の絶縁体層を含む。ホットホール・トランジスタはさらに、第２のベース電極から隔てられた第２のコレクタ電極、及び第２のベース電極と第２のコレクタ電極との間に配置され、第２のエミッタ電極から放出されたホットホールの少なくとも一部の、第２のベース電極と第２のコレクタ電極との間の、弾道輸送による輸送層として機能するように構成された第４のトンネル構造であり、それにより正孔の一部が第２のコレクタ電極で収集可能にされるところの第４のトンネル構造を有する。当該線形増幅器においては、ホットエレクトロン・トランジスタ及びホットホール・トランジスタはプッシュプル増幅器構成で構成されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図面を参照しながら本発明について説明する。なお、図面においては明りょう化のため、ある一定の要素は縮尺通りに描かれていない。また、種々の図面に用いられる垂直、水平などといった記載上の用語は単に説明のためのものであり、説明される構造やデバイスの実用的な向きを限定することを意図するものではない。
【００１８】
以下の記載は、当該技術分野における通常の知識を有する者による本発明の実施を可能とし、特許出願とその要件の内容で提供されるものである。記載の実施形態への様々な変更が当業者に明らかとなるものであり、ここに記載の包括的な原理は他の実施形態に適用され得るものである。故に、本発明は示される実施形態に限定されるものではなく、原理とここに記載される特徴とに一致する最も広い範囲が認められるべきものである。
【００１９】
Ｍ−Ｉ−Ｍ−Ｉ−Ｍ薄膜トランジスタ構造は１９６０年頃から検討されてきたが、商業的に有用なデバイスは今日まで誰によっても実証されて来なかった。材料の処理と理解、デバイス製造、及びデバイスのモデル化技術の状況における最近の進展は、適切に制御されたＭ−Ｉ−Ｍ−Ｉ−Ｍ薄膜トランジスタの実現とその動作の理解の可能性に関して良い方向に寄与するものである。さらに、本発明の出願人によって生み出された革新は、以下で詳細に説明されるように、従来のＭ−Ｉ−Ｍ−Ｉ−Ｍ薄膜トランジスタの更なる進展を可能にするものである。
【００２０】
トンネル・ホットエレクトロン・トランジスタの改善について説明する。
【００２１】
この開示において、薄膜ホットエレクトロン・トランジスタ構造への主要な革新について説明するが、これは本発明に係るデバイスを従来の不成功のデバイスから区別し、本発明に係るデバイスを実現可能な薄膜トランジスタにするものである。加えて、幾つかの実行可能な促進技術について説明する。
【００２２】
薄膜金属−絶縁体構造に二重絶縁体（すなわち、Ｉ−Ｉ）構造を利用することは、例えば米国特許第６５３４７８４号明細書（以下、７８４特許と称する）にて詳細に説明されている。なお、この特許は本出願人に譲渡されたものであり、参照することによりここに組み込まれる。エミッタ障壁にＩ−Ｉ構成を含めることにより少なくとも２つの問題が解決される。第１に、Ｉ−Ｉ構造は単一の絶縁体トンネル接合より有意に大きい非線形性を有するトンネル接合が得られ、その結果、より低い直流バイアス（高効率且つ低ノイズ性）で、より高い微分導電率（高速性）が得られる。加えて、絶縁体−絶縁体界面での電荷の蓄積が回避される場合、２つの絶縁体層を用いることによりエミッタ−ベース容量も低減され得る。第２に、ベースに放出されるホットエレクトロンのエネルギー分布は、単一絶縁体トンネル接合によるそれより遙かに狭くなり、それにより電流利得が増大される結果となる。
【００２３】
米国特許第６５６３１８５号明細書（以下、１８５特許と称する）には、図１のＭ−Ｉ−Ｍ−Ｉ−ＭトランジスタのＩ層の一方又は双方として多層（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ）トンネル構造を含んだ構造を具備する接合トランジスタが開示されている。なお、この特許は本出願人に譲渡されたものであり、参照することによりここに組み込まれる。すなわち、接合トランジスタの場合、エミッタ障壁１１６及び／又はコレクタ障壁１１８が多層トンネル構造を含んでいる。当業者に知られているように、接合トランジスタはトランジスタの動作点と出力を駆動する電力とを設定するために、外部のバイアス源（図示せず）からのバイアス電圧又はバイアス電流を使用する。これらの外部バイアス源は、例えば、コモンエミッタ構成ではベース−エミッタ接合の電位及び／又はコレクタ−エミッタ接合の電位として電圧を印加するように構成される。例えば、バイアス源はエミッタ及びベース電極間に電圧を印加して、エミッタ障壁１１６内の電位、ひいては、エミッタ電極１１０からベース電極１１２への電子のトンネル確率を制御するために用いられてもよい。いったん放出されると、電子はエミッタ障壁１１６、ベース電極１１２、コレクタ障壁１１８をトンネルし、最終的に所与の収集効率でコレクタ電極１１４へとトンネルする。収集効率はベース電極１１２を妨げられずにトンネルする電子の割合の関数である。トンネル確率はベースへの印加電圧と他の材料特性とによって決定される。
【００２４】
図２は、エミッタ障壁に二重絶縁体構造を含むこのような接合トランジスタの一例を示している。このＮ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎ（一般に、Ｎは非絶縁体層、Ｉは絶縁体層）トランジスタは従来のＭ−Ｉ−Ｍ−Ｉ−Ｍトンネル・ホットエレクトロン・トランジスタ構造を改良したものであり、
そのエネルギーバンド図が図２に示されている。Ｎ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎトランジスタにおいては、エミッタトンネル接合がホットエレクトロンをベースに注入する。電子は弾道輸送（ｂａｌｌｉｓｔｉｃ  ｔｒａｎｓｐｏｒｔ）によって薄い金属ベースを走行する。弾道輸送は散乱に支配されない速度を有する（例えば、電子の）動きであると理解され、その速度は平衡熱運動速度より大きい。それに対し、共鳴トンネルは準定常エネルギーレベルを介しての電子の動きである。
【００２５】
注入された電子がコレクタ障壁を乗り越えるに十分なエネルギーを有する場合、それらの電子は弾道経路を進んでコレクタ金属に到達する。他方、ベース−エミッタ電位を制御するベース内の比較的冷たい（ｃｏｌｄ）電子はコレクタ障壁を乗り越えるに十分なエネルギーを有していない。トランジスタの電流利得は、エミッタからコレクタへのホットエレクトロン電流のベース電流に対する比によって決定される。先出の１８５特許及び７８４特許に開示されているように、Ｎ層は例えば、これらには限られないが、金属、半金属（ｓｅｍｉ−ｍｅｔａｌ）、金属シリサイド及び金属窒化物などの多様な材料で形成されてもよい。
【００２６】
引き続き図２を参照するに、Ｎ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎホットエレクトロン・トランジスタ構造に対応するエネルギーバンド図２００が例示されている。エネルギーバンド図２００はｘ軸２０２（薄膜積層体の厚さｔを表している）及びｙ軸２０４（エネルギーＥを表している）を有している。Ｎ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎホットエレクトロン・トランジスタ構造のエネルギーバンド図２００の各種部分は、エミッタ電極２１０、ベース電極２１２、コレクタ電極２１４、エミッタ障壁構造２１６及びコレクタ障壁構造２１８に対応している。エミッタ障壁構造２１６は第１の絶縁体層２１６Ａ及び第２の絶縁体層２１６Ｂを含んでいる。すなわち、エミッタ電極２１０、ベース電極２１２及びコレクタ電極２１４はＮ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎホットエレクトロン・トランジスタ構造の“Ｎ”層に対応し、エミッタ障壁構造２１６の第１の絶縁体層２１６Ａ及び第２の絶縁体層２１６Ｂ並びにコレクタ障壁構造２１８はＮ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎホットエレクトロン・トランジスタ構造の“Ｉ”層に対応している。エミッタ電極２１０とベース電極２１２との間に印加されるバイアス電圧（図示せず）は、エミッタ電極２１０からの弾道電子２２０を生じさせる。弾道電子２２０の電子エネルギー分布２２１は矢印で表されたエネルギー準位２２２付近を中心とするピークを有する曲線によって表されている。エネルギーバンド図２００によって表されたトランジスタ構造に二重絶縁体構造（すなわち、第１の絶縁体層２１６Ａ及び第２の絶縁体層２１６Ｂ）を使用することにより、例えば、電子エネルギー分布２２１の狭ピーク幅化がもたらされ、それによってトランジスタの効率が向上される。
【００２７】
さらに、ベース電極及びコレクタ電極の一方又は双方を形成するために、半金属材料、金属シリサイド又は金属窒化物が使用されてもよい。例えばコバルトシリサイド（ＣｏＳｉ２）やタングステンシリサイド（ＷＳｉ２）等の金属シリサイドは、導電率及びキャリア濃度が金属と半導体のそれらの間にあるという点で半金属性である。半金属は高い導電率と高い電流利得との間でトレードオフを示す。
【００２８】
薄膜トランジスタの特性を改善する助けとなり得るもう１つの重要なことは、エミッタ障壁及びコレクタ障壁の一方又は双方の成形である。障壁は、トランジスタ素子を走行する電子が成形されたエネルギーバンドに遭遇するように、片側又は両側で薄膜の電子的特性の傾斜を制御することによって成形され得る。例えば、障壁を形成する際に組成、電子親和力、電荷中性準位、電子質量や誘電率などの因子を変えることによって、障壁の成形は実現されてもよい。曲線的なコレクタ障壁は、例えば、電極と障壁との界面でのホットエレクトロンの反射を抑制する。また、成形されたエミッタ障壁により、エミッタ電極からベース電極へ向けての電子放出の狭幅化がもたらされる。
【００２９】
薄膜トランジスタへの更にもう１つの改良は、エミッタ障壁及びコレクタ障壁の一方又は双方に低い障壁を使用することである。低い障壁を使用することにより、従来の薄膜トランジスタで使用される高い障壁の場合とは対照的に、高い導電率（高速性）とホットエレクトロンの低い散乱率（高利得）との双方が得られる。
【００３０】
本発明に係るＮ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎトランジスタには従来技術に対して様々な利点が存在する。Ｎ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎトランジスタは半導体及びエピタキシーの使用なしでも形成され得る薄膜デバイスである。例えば、Ｎ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎトランジスタは多様な基板上に形成され得るように、完全に金属と絶縁体とで（すなわち、Ｍ−Ｉ−Ｉ−Ｍ−Ｉ−Ｍ構造として）形成されてもよい。Ｎ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎトランジスタの堆積及び処理の温度は、例えばフレキシブル高分子基板などの、高温処理に耐えられない基板に適合するように低くされる。また、Ｎ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎは高速デバイスであり、その遮断（ｃｕｔ−ｏｆｆ）周波数（ｆＴ）はテラヘルツ領域まで伸び得る。
【００３１】
図４Ａ及び４Ｂは、本発明に係るＮ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎトンネル・ホットエレクトロン・トランジスタ構造を示している。図４Ａは本発明に係る改良されたＮ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎトンネル・ホットエレクトロン・トランジスタに対応するエネルギーバンド図４００を示している。エネルギーバンド図４００はエミッタ電極４１０、ベース電極４１２、コレクタ電極構造４１４、エミッタ障壁構造４１６及びコレクタ障壁構造４１８のエネルギーバンド準位を含んでいる。エミッタ障壁構造は第１の絶縁体層４１６Ａ及び第２の絶縁体層４１６Ｂを含む二重絶縁体構造を有している。ベース電極４１２は金属シリサイドで形成されている。さらに、コレクタ電極構造４１４は金属シリサイド層４１４Ａ及び金属層４１４Ｂを含んでいる。図４Ｂは、エネルギーバンド図に対応するＮ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎトンネル・ホットエレクトロン・トランジスタ４５０（及び等価回路図）の部分立面図を示している。
【００３２】
図４Ａのエネルギーバンド図４００及び図４Ｂの立面図で表されるＮ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎトンネル・ホットエレクトロン・トランジスタは、本発明によって提供される従来技術に対する様々な改善を具体化するものである。このＮ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎトランジスタに含まれる改善には様々な要因が寄与している。
【００３３】
半導体トランジスタと比較して、図４Ｂのトランジスタ構造の応答性は以下に起因して高速である：１）膜と活性接合領域とが薄いことによりキャリア輸送時間が短い；２）デバイスまでとデバイス内とに金属性あるいは半金属性の導電層を使用することにより、特に、薄いベース層内の、また特に数百ギガヘルツを超える周波数で、直列抵抗が低減される；３）高い微分導電率のＮ−Ｉ−Ｉ−Ｎエミッタ構造を用いることにより、低いエミッタ抵抗と高いトランスインピーダンス利得がもたらされる；及び４）低誘電率の基板材料を用いることにより基板の寄生容量が低減される。Ｎ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎトランジスタに含まれる膜が薄いため、エミッタ障壁を通過するトンネル時間は１フェムト秒程度である。さらに、ベース電極４１２（およそ１０ｎｍ厚さ）とコレクタ障壁構造４１８（およそ８ｎｍ厚さ）とを横切るホットエレクトロンの弾道輸送は、０．１ピコ秒程度又はそれ未満である。図４Ａ及び４Ｂに示されるトランジスタにおいては、高い導電率の金属リード線が接合までの全長にわたって延在しており、それによって半導体デバイスと比較すると寄生抵抗が大幅に低減されるとともに、高い最大発振周波数（ｆｍａｘ）がもたらされる。また、ある特定材料の高周波での導電率はその材料のプラズマ周波数によって制限されることが知られている。半導体のプラズマ周波数は最大で１ＴＨｚ程度であるが金属のプラズマ周波数は紫外線領域にあり、その結果、Ｎ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎトランジスタの電極層の高周波導電率は半導体デバイスのそれより遙かに高いものとなる。加えて、エミッタ障壁に二重絶縁体構造を用いることにより比較的低い直流バイアス電流での高トランスコンダクタンス利得のための高い微分導電率が可能となり、それによって高い遮断周波数ｆＴが得られる（二重絶縁体構造の詳細は、例えば先出の７８４特許にて開示されている）。さらに、一般に用いられている半導体基板は高誘電率を示すことが知られているが、Ｎ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎトランジスタは多様な基板と相性が良いので、Ｎ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎトランジスタは低誘電率の基板上に製造されることができ、故に、寄生容量が最小化される。
【００３４】
従来のＭ−Ｉ−Ｍ−Ｉ−Ｍ及びその他のホットエレクトロン・トランジスタと比較して、図４Ａのトランジスタは電流利得性能に幾つかの改善を組み入れている。第１に、エネルギーバンド図４００のコレクタ障壁部分が有する成形された特徴は、ベース電極−コレクタ障壁−コレクタ電極構造の界面での電子の反射を低減する助けとなる。加えて、半金属性のベース及びコレクタ層（金属シリサイド層として図４Ａに標示されている）はまた、通常の金属層と比較してこれらの界面での電子の反射を低減する。第２に、Ｍ−Ｉ−Ｉ−Ｍトンネルエミッタは単純なＭ−Ｉ−Ｍエミッタ構造より高い微分導電率と放出される電子の狭いエネルギー広がりとを示す。第３に、金属のフェルミエネルギー準位と絶縁体の伝導帯エッジとの間の低い障壁高さは、電子の反射と弾性電子散乱とを低減する。上述の改善要因の詳細についてはこの後すぐに説明する。
【００３５】
改善された薄膜トランジスタの開発は本出願人による或る重要な認識に導かれている。具体的には、本出願人は非絶縁体層と絶縁体層との結合に基づく薄膜トランジスタにおける利得制限過程の物理、並びにこれらの利得制限機構を克服する方策について認識し、完全に分析するに至った。認識されたのは、ホットエレクトロン・トランジスタの電流利得は以下の４つの機構：すなわち、１）ベース電極でのホットエレクトロン散乱；２）ベース−コレクタリーク電流；３）注入されたホットエレクトロンのエネルギー分布広がり；及び４）電極−障壁界面での量子力学的反射；によって制限されることである。
【００３６】
これら４つの機構の各々について図５と図２と参照しながら説明する。図５は、図２に示されたＮ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎホットエレクトロン・トランジスタのエネルギーバンド図２００の構成要素を、先述の４つの利得制限機構とともに含んでいる。図５に示される利得制限機構は、ベースにおけるホットエレクトロン散乱効果５０５（下向きの矢印と囲み数字の１とで表されている）、ベース−コレクタリーク電流５１０（水平の矢印と囲み数字の２とで表されている）、注入されたホットエレクトロンのエネルギー分布広がり５２０（電子エネルギー分布曲線２２１のそれぞれの側の矢印の対と囲み数字の３とで表されている）、及び電極−障壁界面での量子力学的反射（曲線の矢印と囲み数字の４とで表されている）を含んでいる。
【００３７】
ベース電極でのホットエレクトロン散乱５０５は電子−電子相互作用及び電子−フォノン相互作用による弾性散乱である。このような弾性散乱はコレクタ障壁を乗り越えるに十分なエネルギーを有するホットエレクトロンの数を減少させる。既知の通り、散乱確率はフェルミ準位を超える電子エネルギーの増加に伴って急激に増大する。
【００３８】
このホットエレクトロン散乱の問題は、例えばニオブ（Ｎｂ）−五酸化ニオブ（Ｎｂ２Ｏ５）、タンタル（Ｔａ）−酸化チタン（ＴｉＯ２）及びＴａ−酸化タンタル（Ｔａ２Ｏ５）等の低いトンネル障壁（例えば、２ｅＶ未満）を用いることと、例えば金属シリサイド等の半金属性ベース電極を用いることとによって解決され得る。従来のＭ−Ｉ−Ｍ−Ｉ−Ｍ構造は例えば酸化アルミ（Ｎｂ２Ｏ５）等の高い障壁の酸化物を使用しており、完全に冷やされない限り、電流利得を大幅に制限していた。注入されたホットエレクトロンが散乱されずに弾道的にベース電極を横断する確率はベース輸送係数αＢで与えられる：
【００３９】
【数１】
2007535178.tif 000003
ここで、ｘＢはベース電極の厚さ、ＬＢはベース電極を形成する材料における平均自由工程（単位はｎｍ／ｅＶ２）であり、そしてＶｅはフェルミ準位より高いホットエレクトロン・エネルギーである。金属におけるＬＢの典型値は２０ｎｍ／ｅＶ２程度である。故に、例えば、１０ｎｍのベース電極を横断する０．３ｅＶのホットエレクトロンは、およそαＢ〜０．１４のベース輸送係数を有することになる。本出願人は半金属におけるホットエレクトロン散乱長に関する如何なる公表データも認識していないが、半金属における自由電子濃度（およそ１０２２ｃｍ−３）は金属と比較して低いため、半金属の散乱長は従来の金属におけるそれよりも長いものであると考えられる。半金属における電子−フォノン散乱率及び欠陥散乱率は検討されておらず、先述の効果は更なる実験的検討により定量化されるべきである。
【００４０】
第２の、ベース−コレクタリーク電流５１０（又は暗電流）の問題は、コレクタ障壁のエネルギーバンド高さが低すぎる場合に、ベース電極内のコールドエレクトロンがコレクタ障壁を介してコレクタ電極にトンネルする場合があり、またその逆も然りであるという事実に起因している。この異質のトンネル電流はベース−コレクタリーク電流を構成し、トランジスタの電流利得を低下させる。
【００４１】
ベース−コレクタリーク電流の問題は、コレクタ障壁のエネルギーバンドの高さ、幅及び形状を適切に選定することによって解決され得る。コレクタ障壁のエネルギーバンド高さの選定は、ホットエレクトロン散乱の低減（低い障壁高さを要する）とベース−コレクタトンネル電流の低減（高い障壁高さを要する）との間でトレードオフの関係にある。本出願人はデバイスモデルを用い、０．３ｅＶから０．８ｅＶの範囲のエネルギーバンド高さを有するコレクタ障壁は、これら２つの競合要因間の優れたトレードオフをもたらすことを見出した。また、ベース−コレクタリーク電流の問題は、ホットエレクトロン散乱問題を参照して先述されたように、より低いコレクタ障壁のエネルギーバンド高さを用いることによって当然に軽減され得る。なぜなら、低誘電率材料を用いることによって量子力学的な鏡像力（ｉｍａｇｅ  ｆｏｒｃｅ）が増大され得るからである。
【００４２】
同様に、コレクタ障壁のエネルギーバンド厚さの選定はデバイスの速度とリーク電流との間でトレードオフの関係にある。より厚い障壁はより低いリーク電流をもたらすが、障壁を横切る弾道電子の輸送時間は増大することになる。すなわち、１０７から１０８ｃｍ／ｓまでの間である弾道速度で走行するホットエレクトロンが２０ｎｍの障壁を横断するには、５ｎｍの障壁を横断するのに要するより長い時間を要する。さらなる問題は、弾道電子が散乱するとともに熱運動化して障壁の伝導帯エッジまで下がってくる場合である。本発明に係るデバイスで使用される障壁は一般にアモルファス材料を含んでいるので、電子伝導（すなわち、ドリフト及び拡散）の移動度は非常に低い。従って、所与の電子がコレクタ電極に到達するための時間は、電子が熱運動化する場合には有意に増大することになる。故に、障壁の厚さは熱運動化による衝突確率を最小化するように選定されるべきである。
【００４３】
さらに、コレクタ障壁のエネルギーバンド形状はホットエレクトロンの通過確率に多大な影響を有する。同様に、実効的な障壁のエネルギーバンド高さは障壁のエネルギーバンド高さの平均値にほぼ等しいので、障壁のエネルギーバンド形状はベース−コレクタリーク電流に影響を及ぼす。故に、リーク電流はまた、ホットエレクトロンの通過に関して適切な障壁のエネルギーバンド形状を選定する際にも考慮されるべきである。この点については以下の適切箇所にて詳細に説明する。
【００４４】
第３の、注入されたホットエレクトロンのエネルギー分布広がり５２０の問題は、エミッタ障壁をトンネルする電子は唯一のエネルギーを有するわけではないという事実に起因している。すなわち、エミッタ障壁から出てくる電子はエネルギーの広がりを有するホットエレクトロンである。非常に熱い（すなわち、高エネルギー）電子は遙かに大きい弾性散乱確率を有する一方で、比較的冷たい（すなわち、低エネルギー）電子は低いコレクタ障壁通過確率を有するので、トランジスタの利得が低下される結果となる。
【００４５】
ホットエレクトロンのエネルギー広がりは、エミッタ障壁に二重絶縁体構造を含めることによって解決され得る。様々な二重絶縁体構造の詳細については先出の７８４特許及び１８５特許にて説明されている。図６Ａは、放出された電子の分布を狭くすることを例示しており、単一の絶縁体エミッタからの理論的なホットエレクトロン分布が二重絶縁体構造を含むエミッタのそれと比較されている。図６Ａは、単一絶縁体Ｍ−Ｉ−Ｍエミッタ及び二重絶縁体Ｍ−Ｉ−Ｉ−Ｍエミッタから注入されたホットエレクトロンのエネルギー分布の比較を示している。図６Ａは、第１のグラフ６０１Ａと第２のグラフ６０１Ｂとを含む複合グラフ６００を有している。グラフ６００の上部は、単一絶縁体Ｍ−Ｉ−Ｍエミッタエネルギーバンド図６１０Ａのための、距離に対応する第１のｘ軸６０２Ａとエネルギーに対応するｙ軸６０４Ａとを有している。ｙ軸６０４Ａと、電流に対応する第２のｘ軸６１５Ａとは、電流−エネルギー分布曲線６２０Ａのための軸である。同様にグラフ６００の下部は、二重絶縁体Ｍ−Ｉ−Ｉ−Ｍエミッタエネルギーバンド図６１０Ｂのための、距離に対応する第１のｘ軸６０２Ｂとエネルギーに対応するｙ軸６０４Ｂとを有している。また、電流−エネルギー分布曲線６２０Ｂがｙ軸６０４Ｂ及び第２のｘ軸６１５Ｂ上に示されている。電流−エネルギー分布曲線６２０Ａと６２０Ｂとを比較することで理解されるように、エミッタの二重絶縁体構造は遙かに狭い電流／エネルギー分布ピークを生じさせる。二重絶縁体構造を含むエミッタからのホットエレクトロンの狭い分布は電流利得を増大させる結果となる。
【００４６】
引き続き図６Ａを参照するに、二重絶縁体構造を含むエミッタに起因する狭い電子分布は、例えば周波数乗算器や短パルス発生器などの、Ｎ−Ｉ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎトランジスタの一部の非伝統的用途においても有用となり得るものである。Ｎ−Ｉ−Ｉ−Ｎダイオード構造は逆バイアスでの低電流性の更なる利益をもたらすものであり、それはスイッチング用途において有用となり得る。逆バイアスでの低電流性は薄い凹凸型エミッタ金属を用いることによって更に促進され得る。その薄い凹凸型エミッタ金属は、例えば、高圧且つ低陰極電圧でのスパッタリングによって形成され得る。図６Ｂは、このような凹凸型コレクタ電極の一例を示しており、例示されているトランジスタ６５０は、二重絶縁体エミッタ障壁（第１の絶縁体層６５４及び第２の絶縁体層６５６を有する）を含み、コレクタ電極６５８はコレクタ障壁１１８から離れた側に階段状の凹凸を有するように示されている。
【００４７】
第４の、非絶縁体−絶縁体界面でのホットエレクトロンの量子力学的反射５３０の問題は、４つの利得制限機構の中で解決するのに最も能力を試される問題である。非特許文献１１によれば、パラジウム（Ｐｄ）−二酸化シリコン（ＳｉＯ２）−シリコン（Ｓｉ）構造においてホットエレクトロンの振動的通過（ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒｙ  ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）が実験的に観測されている。本出願人は、概して、量子力学的反射の問題の抑制には、薄膜トランジスタ素子を横切る波動関数のコントラストの低減が必要であるとの認識に至った。本出願人は、この後すぐに詳細に説明されるように、この重要な問題を解決するための２本柱の手法を提案する。
【００４８】
第１の手法は、ベース及びコレクタ電極とコレクタ障壁との間の波動関数のコントラスト、すなわち、電極の伝導帯エッジ（ＥｅＶだけフェルミ準位の下側）と絶縁体のそれ（コレクタ障壁の頂部）との間のエネルギー差を最小化するために、半金属性のベース及びコレクタ電極を使用することに基づくものである。例えばアルミニウムや銅などの典型的な金属はフェルミ準位より１０ｅＶ程度下側に導電体エッジを有する。例えばニオブや銀などの或る特定のその他の金属はフェルミ準位より５ｅＶ程度下側に導電体エッジを有するため、本発明に係るトランジスタにおいて使用するには、これらの金属がより好ましい。さらに、金属シリサイドはおよそ１０２２ｃｍ−３のキャリア濃度を有するので、この情報を外挿して、金属シリサイドはたった１ｅＶから２ｅＶの導電帯深さを有することが推定される。
【００４９】
図７は、ホットエレクトロンの通過率Ｔ（Ｅ）への導電帯深さの影響を示している。図７は、様々な導電帯深さの値に関して計算されたホットエレクトロン通過率曲線を組み合わせた複合グラフ７００である。挿入図は計算に使用されたモデル、すなわち、側面に第１の電極７２０と第２の電極７４０とが位置する方形の障壁７１０を例示している。この計算においては、障壁は４ｎｍの厚さと０．７７ｅＶのエネルギーバンド高さを有すると仮定している。電極のフェルミエネルギーはＥ＝０ｅＶにあると仮定している。凡例内に与えられている数字は電極のフェルミ準位から下方の導電帯深さ（Ｅｃ、単位はｅＶ）に対応している。図７より、導電帯深さを１ｅＶから２ｅＶに低減することにより、図中に振動深さとして観察される電子の反射が許容可能な値まで低減されることが見て取れる。
【００５０】
電極に金属シリサイドを使用する更なる利点は、それらが標準的な集積回路プロセスと相性が良いことである。従来の金属ではなく半金属性のベース及びコレクタ材料を用いることのトレードオフはベース電極抵抗の増大である。ベース電極抵抗の増大は、次式で与えられるトランジスタの最大発信周波数ｆｍａｘを低下させる：
【００５１】
【数２】
2007535178.tif 000004
ここで、ｆＴはトランジスタの遮断周波数（エミッタ接合容量とバイアス状態でのエミッタ微分抵抗とで決定される）、ＲＢは小信号ベース信号であり、ＣＣはコレクタ接合容量である。半金属性ベース電極を用いる場合、ベース電極として半金属のより厚い層を用いること、及び／又は例えばタングステン等の高導電率金属の薄い層を付加することによりベース抵抗は低減され得る。しかしながら、何れの方法もトランジスタの利得を幾分低下させるものである。なぜなら、それらはベース電極内で散乱されるホットエレクトロンを増加させる傾向にあるとともに、従来の金属と半金属層との界面はホットエレクトロンを付加的に反射するからである。
【００５２】
これに関連し、トランジスタ動作は図７に示されるような発振ピークの１つでの動作に制限され得る。さらに、ホットエレクトロンの収集と微分抵抗ＲＳとを高め、また電磁フィードバックを提供するために、強磁性絶縁体及び／又は金属がエミッタ又はコレクタ領域と併せて用いられてもよい。微分抵抗ＲＳは入力、例えば振動電圧Ｖｃｏｓ（ｗｔ）、から見たバイアス点での抵抗である。
【００５３】
複数層の金属の手法は、ベース電極の従来からの金属層とコレクタ障壁との間に１／４波長の反射防止層を作成するように更に改良されてもよい。さらには、半金属性層の厚さと導電帯深さとが、ある特定のエネルギーで３つの層の干渉効果がホットエレクトロンの反射をゼロにする傾向を有するように選択される場合、それに従ってトランジスタの利得は増大され得る。
【００５４】
量子力学的反射を低減する第２の手法はコレクタ障壁のエネルギーバンドの傾斜を利用することに基づくものである。例えば、酸化物の導電体エッジの物理的成形ではなく障壁の組成変化によって、“成形された”障壁が得られ得る。傾斜制御されたエネルギーバンドは、例えば、コレクタ酸化物を低障壁材料から高障壁材料へ、そして再び低障壁材料へと徐々に変化させ（例えば、Ｎｂ２Ｏ５−Ｎｂ２ｘＴａ２−２ｘＯ５−Ｔａ２Ｏ５）ることによって実現され得る。この手法はＩＩＩ−Ｖ族半導体トランジスタ構造でうまく適用させているが、半導体以外のトランジスタ技術へのこの手法の適用については本出願人は見聞きしたことがない。
【００５５】
図８は、図７と併せて、相異なる様式のコレクタ障壁の傾斜効果を比較するものである。図７の挿入図に示されるように複合グラフ７００は、様々な導電帯深さの方形障壁に関して計算されたホットエレクトロン通過率曲線を表している。図８は、様々な導電帯深さの値を有する放物線状障壁に関して計算されたホットエレクトロン通過率曲線を組み合わせた複合グラフ８００を示している。挿入図は計算に使用されたモデル、すなわち、側面に第１の電極８２０と第２の電極８４０とが位置する放物線状障壁８１０を例示している。図８においては凡例に表されるように、方形障壁エネルギーバンドの通過率が放物線状障壁エネルギーバンドのそれと比較されている。図８は、コレクタ障壁の放物線状傾斜は方形コレクタ障壁の場合に対して、ホットエレクトロンの反射を有意に低減することを示している。
【００５６】
図９は、相異なるように傾斜されたコレクタ障壁の効果を比較するものである。図９においては凡例に表されるように、方形、放物線状、半放物線状、円形、半円形、直線傾斜、及び半直線傾斜の障壁エネルギーバンドを含む構造を通過する電子の通過率が比較されている。方形障壁構造の一例は、例えば、図７の挿入図に示され、放物線状障壁エネルギーバンドは図８の挿入図に示され、そして丸められた構造は図４Ａに示されている。図９は、様々なコレクタ障壁形状に関するトンネル確率を電子エネルギーの関数として示すグラフを含んでいる。０ｅＶの導電体オフセットと０．４ｅＶの障壁高さが仮定されている。表記“半”は、コレクタ障壁の先頭側（すなわち、ベース電極側）のエッジのみが成形されると仮定するものである。図９より、コレクタ障壁エネルギーバンドの一方の側を傾斜させることは振動を抑制するが、コレクタ障壁エネルギーバンドの両側を傾斜させることは量子力学的反射の大幅な低減を生じさせることが見て取れる。理想的には、障壁エネルギーバンドの伝導帯エッジを金属の伝導帯エッジから最大障壁エネルギーバンド高さまで傾斜させた後に最小高さまで戻すように傾斜させることにより、ホットエレクトロン反射は最も大幅に抑制される。実際のデバイスの製造における最も近い手法は、障壁材料のエネルギーバンドを可能な限り低いエネルギーから傾斜させるものである。
【００５７】
ベース−コレクタリーク電流の低減に関する部分で説明されたように、ホットエレクトロンの量子力学的反射は、より低い障壁エネルギーバンドを用いることにより当然に軽減される。この効果は、例えば低誘電率の絶縁体を用いることによって高められ得る量子力学的な鏡像力に起因するものである。電子親和力は同様であるが誘電率は異なる絶縁体を使用することもまた、薄膜トランジスタ構造全体の伝導帯傾斜すなわち電界の調整に寄与し得る。
【００５８】
ホットエレクトロンの量子力学的反射は、１に近い電子トンネル質量（ｅｌｅｃｔｒｏｎ−ｔｕｎｎｅｌ  ｍａｓｓ）を有する絶縁体を組み込むことによって更に低減され得る。このような材料を用いることにより、トンネル確率の振動深さを縮小させながら、同時に、振動周波数を高めながら、ベース−コレクタ暗電流が低減され、それによってエネルギー範囲全体にわたる平均トンネル確率が高められる結果となる。
【００５９】
より広く、本出願人は、効率的で高速な薄膜トランジスタ素子の製造において全般的に検討すべきことは、弾道電子がデバイスを横断するときの薄膜層群全域での波動関数マッチングを考慮することであるとの認識に至った。換言すれば、種々の薄膜層の形成に際して適切な材料と製造技術を選択することにより、各々の薄膜層の波動関数の操作、及び各層間の界面での電子反射は所望のように調整され得る。例えば、ある特定の材料が薄膜トランジスタ構造内で使用されるために、その層の所望の誘電率特性又は化学組成をその材料が示すことを理由にして選択され得る。所与の薄膜層の波動関数は、例えば、（例えば、放物線状エネルギーバンド形状を実現するように）その層の組成を傾斜させること、（例えば、強磁性体の場合に）磁界を印加若しくは生成すること、又はその層に表面組織（ｓｕｒｆａｃｅ  ｔｅｘｔｕｒｅ）を付加することによって、さらに影響され得る。同様に、二重絶縁体構造を例えばエミッタ障壁内に設けることにより、より狭い分布の放出電子（すなわち、より単色エネルギーに近い電子）がトランジスタ内に実現され得る。例えば電子エネルギー分布幅や界面での電子反射などの薄膜トランジスタのある特定の特性の調整が、波動関数マッチングを考慮することによって操作され得ることの可能性についての認識は、薄膜トランジスタの従来技術に対する有意な進展である。また、フェルミ準位ピンニングと、ベース電極−コレクタ障壁界面及びコレクタ障壁−コレクタ電極界面におけるトラップ分布状態とは、伝導帯の不連続性を最小化することに役立つように使用され得るものである。
【００６０】
上述の本発明に係るトンネル・ホットエレクトロン・トランジスタを補完するものとして、ホットホール輸送に基づく薄膜トンネルトランジスタについて詳細に説明する。
【００６１】
図３は、Ｍ−Ｉ−Ｍ−Ｉ−Ｍホットホール・トランジスタのエネルギーバンド図を示している。図２に示されるホットエレクトロン・トランジスタと比較して、エネルギーバンドが逆になっている。すなわち、トンネルする正孔に対する障壁高さは金属のフェルミエネルギーと絶縁体の価電子帯エッジとの間のエネルギー差である。
【００６２】
引き続き図３を参照するに、Ｎ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎホットトランジスタ構造に対応するエネルギーバンド図３００が例示されている。エネルギーバンド図３００の様々な部分はＮ−Ｉ−Ｎ−Ｉ−Ｎホットホール・トランジスタを形成する、エミッタ電極３１０、ベース電極３１２、コレクタ電極３１４、エミッタ障壁構造３１６及びコレクタ障壁構造３１８を含む様々な層に対応している。ホットホール３２０はエミッタ電極から放出され、コレクタ障壁を乗り越え、そしてコレクタ電極で収集される。
【００６３】
図３に例示されるような上記デバイスを実現するため、金属の仕事関数と絶縁体の電子親和力との差は、絶縁体のバンドギャップに電子親和力を足したものと金属の仕事関数との差より大きくされるべきである。あるいは、電子のトンネルを抑制するために外的制御手法が用いられてもよい。
【００６４】
本発明に係る技術に従って、（図３に例示されるような）基本的なＭ−Ｉ−Ｍ−Ｉ−Ｍホットホール・トランジスタへの幾つかの改良が実現され得る。例えば、エミッタ障壁に二重絶縁体構造を組み込むことは、ホットエレクトロン・トランジスタを参照して上述されたのと同一の効果を生じさせるものである。加えて、二重絶縁体構造はコレクタ障壁にも含まれてもよく、それはベース−コレクタリーク電流を低減させ、且つホットホール通過率を増大させる助けとなり得る。さらに、コレクタ障壁エネルギーバンドを傾斜させることは非絶縁体−絶縁体界面でのホットホールの反射を低減させるものである。また、ホットエレクトロンデバイスでのように、ベースとコレクタの電極材料を適切に選択することにより、ホットホールの反射が最小化され得る。
【００６５】
ホットエレクトロンデバイスとホットホールデバイスとの主な相違点は、ホットエレクトロンデバイスでは電子は金属の伝導帯から絶縁体の伝導帯にトンネルすることである。ホットホールの場合には、正孔は金属の伝導帯からコレクタ障壁の価電子帯にトンネルする。
【００６６】
続いて、本発明に係る薄膜トランジスタを製造するための２つの方法、すなわち、１）積層体（ｓｔａｃｋ）プロセス、及び２）平面（ｐｌａｎａｒ）プロセスについて説明する。
【００６７】
積層体プロセスと呼ばれる第１の方法は、ＭＩｘＭｘＩｘＭトランジスタ積層体の全体を単一の真空堆積系で堆積することを含むものである。先述のように、本明細書で参照される“Ｍ”層は適当な如何なる非絶縁体であってもよく、それには、例えば金属又は金属と金属以外との結合が含まれる。層群は様々な従来からの方法、例えば、これらには限られないが熱蒸着法、スパッタリング法、化学気相堆積法及び原子層エピタキシー、によって堆積され得る。構造体を大気に晒すことなく様々な堆積を別々のチャンバ内で実行するためにクラスター手段が使用されてもよい。積層体プロセスは層の厚さ、組成及び清浄度を最も制御できるものと考えられる。積層体プロセスは２つの分野すなわち材料と処理とに細分化され得る。材料の課題は、所望の電子的界面を作り出すために場合によって様々な堆積法を用いて積層体を堆積することである。処理の課題は、積層体中央の層内に埋め込まれている場合もある所望の層に対して、パターニングし、且つコンタクトを作ることを可能とする現像処理である。切断される領域が中間処理への耐性を有することが確実にされる場合、トランジスタの製造品又は積層体を多数の積層体に分割することが可能な場合もある。
【００６８】
最も基本的な形態の積層体の層群は、エミッタ金属、エミッタ−ベース酸化物、ベース金属、ベース−コレクタ酸化物、コレクタ金属を含んでいる。コレクタ金属の頂部表面は堆積後に大気に晒されることになるので、コレクタ金属の頂部に形成された自然酸化膜又は汚染を除去するために後続処理にて削り処理（ｍｉｌｌｉｎｇ）がその場（ｉｎ−ｓｉｔｕ）で用いられない限り、例えばＮｂＮ等の耐酸化性材料がコレクタ金属を覆うために用いられるべきである。ベース金属はホットエレクトロンの平均自由工程（およそ１００ｎｍであり、電子エネルギー及びベース金属に依存する）に対して薄く作られなければならない。ベース金属はまた積層体の“ダッグアウト”でなければならず、そのため、ベース金属は外部回路に接触させられる。ベース層への削り処理を容易にするためエッチング停止層が組み込まれてもよい。さらに、ベース層は露出されても酸化してはならない。これはキャップ層（例えば、ＮｂＮ）を組み込むことによって達成され得る。薄い（およそ１ｎｍから５ｎｍ）エミッタ酸化物は、単一エネルギーの電子ビームの放出を促進するように、隣接する複数の酸化物（又は金属）を組み入れていてもよい。厚い（及び４ｎｍから２０ｎｍ）コレクタ酸化物は、ベース−コレクタのバイアス電流を最小化しながら、放出されたホットエレクトロンの反射を低減するように、隣接する複数の酸化物又はシリサイドを組み入れていてもよい。なお、エミッタ、ベース及びコレクタは何れも金属として述べられているが、それらは半金属、シリサイド、半導体、超伝導体又は超格子であってもよい。同様に、エミッタ−ベース酸化物及びコレクタ−ベース酸化物は従来の酸化物に限定される必要はない。
【００６９】
以下で説明される製造プロセスは、単一の積層体堆積、反応性イオンエッチングＲＩＥ、及びパターニングされた金属層を形成するためのリフトオフ技術を利用するものである。パターニングされた金属層の形成は、化学的エッチング、反応性イオンエッチング、削り処理及びその他の技術によっても可能である。様々な基板がＭＩｘＭｘＩｘＭトランジスタを製造するのに使用可能であり、後述のプロセスではシリコン基板が用いられる。図１０Ａ乃至１０Ｘは、以下のような典型的なデバイスの製造プロセスの概要を示している。
【００７０】
１．例えば標準的なＳＰＭ、ＳＣ１、ＢＯＥ、ＳＣ２シーケンスを使用した十分な基板洗浄。
【００７１】
２．ＭＩｘＭｘＩｘＭトランジスタとシリコン基板との間の電気的分離を設けるための１μｍ未満の基板の熱酸化。
【００７２】
３．エミッタのコンタクトパッドの形成（デバイスへの電気接続のため）：
ａ．コンタクトパッド形状を定めるリソグラフィ：
ｉ．下塗液（ＨＭＤＳ）を６０００ｒｐｍで３０秒間スピン塗布、
ｉｉ．レジストを６０００ｒｐｍで３０秒間スピン塗布（時間及びスピン速度は使用される特定のレジストに依存する）、
ｉｉｉ．レジスト層をホットプレート上で１１０℃にて６０秒間プリベーク（時間及び温度は使用される特定のレジストに依存する）、
ｉｖ．レジスト層を１８秒間露光（露光時間は使用される特定のレジストとレジスト厚とに依存する）、
ｖ．レジスト層を現像液（４：１の比のＤＩ水と現像液）を用いて所定時間だけ現像（現像時間は使用される特定のレジストと現像液とに依存する）、
ｖｉ．現像液をＤＩ水で洗い流す、
ｖｉｉ．レジスト開口を洗浄するためのＯ２プラズマ洗浄；
ｂ．傷防止金属として機能する結合層の熱蒸着。これによりデバイスは電気的に探針を当てられ得る；
ｃ．コンタクトの酸化を防止し、且つ積層体のエミッタ層へのオーム性接触を促進するコンタクト層（３５ｎｍの金）の熱蒸着；
ｄ．余分な物質を除去するためのリフトオフ：
ｉ．低速のスピナー上でアセトンを用いてリフトオフ、
ｉｉ．アセトンを用いて超音波浴（リフトオフを強化する必要に応じて）、
ｉｉｉ．スピナー上でアセトンを用いてリフトオフ、
ｉｖ．スピナー上でイソプロピル・アルコールを用いて洗浄、
ｖ．脱水（ｓｐｉｎ  ｄｒｙ）；
トランジスタの所望の大きさ及びリソグラフィ性能に応じて、この工程は複数工程に分割されてもよい。例えば、標準的な光学リソグラフィを用いて大きい配線がパターニングされ、電子ビームリソグラフィを用いてトランジスタからこれらの配線への接続が形成されてもよい。
【００７３】
４．ＭＩｘＭｘＩｘＭトランジスタ積層体の堆積。トランジスタ積層体はウェハ全体上に堆積されるか、リフトオフ工程で定められるウェハの特定領域に堆積されるかの何れでもよい。以下に示す積層体は、単一の真空堆積手段にて堆積される積層体の一例を提示するものである。
【００７４】
ａ．Ｎｂエミッタ金属（８０ｎｍ）−  エミッタ−ベース酸化物との障壁特性、ＣＦ４／Ｏ２内でのＲＩＥ削り能力、エッジ酸化物の形成能力、エミッタコンタクトとの優れた接着性のために選択される。この金属は例えば直接スパッタリングによって堆積される。
【００７５】
ｂ．Ｎｂ２Ｏ５／Ｔａ２Ｏ５エミッタ−ベース酸化物（２ｎｍ／２ｎｍ）−  このＩＩ構造は狭い幅の放出電子、ＣＦ４／Ｏ２内でのＲＩＥエッチング能力、及び反応性スパッタリングの容易さをもたらす。
【００７６】
ｃ．Ｎｂ／ＮｂＮ／Ｃｒ／Ｎｂベース金属（３ｎｍ／１ｎｍ／３ｎｍ／３ｎｍ）−  このベース金属は外側のエッジ上にＮｂを組み込んでおり、エミッタ−ベース酸化物及びベース−コレクタ酸化物との障壁特性、ＣＦ４／Ｏ２内でのＲＩＥ削り能力、及びエッジ酸化物の形成能力のために選択される。ＲＩＥエッチング停止層として機能するＣｒ層がベース金属内に配置されており、ＲＩＥエッチングがベース金属で正確に停止することを可能にするとともに、エッジを容易に酸化することを可能にする。ＮｂＮはＣｒが除去された後にベース電極の耐酸化性コンタクトをもたらす。この金属は例えば直接スパッタリングによって堆積される。窒化物は窒素プラズマ、反応性スパッタリング又は直接スパッタリングによって形成され得る。
【００７７】
ｄ．Ｎｂ２Ｏ５ベース−コレクタ酸化物（１０ｎｍ）−  コレクタ酸化物を挟んで印加されたり生成されるバイアスに起因するベース−コレクタ電流を低減しながら、エミッタから到着したホットエレクトロンの通過を可能にするため、低くて幅の広いコレクタ酸化物が用いられる。急峻でない金属−酸化物界面を得るために酸化物の組成を変化させることは、障壁に衝突するホットエレクトロンの反射を低減するのに好ましいものである。この酸化物は例えば反応性スパッタリングによって堆積される。
【００７８】
ｅ．Ｎｂ／ＮｂＮコレクタ金属（２０ｎｍ／１ｎｍ）−  コレクタ金属は、コレクタ酸化物との障壁特性、ＣＦ４／Ｏ２内でのＲＩＥ削り能力、及び安定な窒化物であるＮｂＮとの相性の良さのために選択される。この金属は例えば直接スパッタリングによって堆積される。窒化物はプラズマ、反応性スパッタリング又は直接スパッタリングによって形成され得る。
【００７９】
５．コレクタ規定金属の堆積−  コレクタ規定金属はＲＩＥエッチングのマスクを設けるために用いられ、それ自体がトランジスタのコレクタ−ベース側の大きさを規定する。Ｃｒ／Ａｕ（５ｎｍ／３５ｎｍ）を用いるリフトオフ処理が使用され得る。ＡｕはＲＩＥエッチングに対して回復力があり、トランジスタ及び外部探針／パッドへの優れた電気接触をもたらす。先行処理工程にてＮｂＮの頂部に発生し得る如何なる酸化物をも除去するために、５０：１のＨ２Ｏ：ＨＦディップ（ｄｉｐ）が用いられ得る。
【００８０】
６．コレクタ−ベースのＲＩＥ削り−  ＣＦ４／Ｏ２のＲＩＥ系を用いてトランジスタ積層体はベース金属内のＣｒエッチング停止層までエッチングされる。
【００８１】
７．エッチング停止層の除去−  ドライエッチング又はウェット化学的エッチングを用いて、コレクタ−ベース構造によって保護されていないベース内のＣｒ金属エッチング停止層が除去され、ベースのＮｂＮ層が露出される。
【００８２】
８．エミッタ規定金属の堆積−  エミッタ−ベースの大きさを規定するため、リフトオフ技術を用いてアルミニウムが積層体（コレクタ部分を含む）上に堆積される。Ａｌはエッチングマスクとして機能する。
【００８３】
９．積層体のエミッタ−ベース部分のＲＩＥエッチング。
【００８４】
１０．エッジの酸化−  エミッタ及びベース金属のエッジは保護とパッシベーションのためにここで酸化され得る。これは酸化物の堆積又は酸素プラズマの使用によって達成され得る。
【００８５】
１１．Ａｌエッチングマスクの除去−  ＡｌエッチングマスクはＡＺ４００Ｋを用いて容易に除去される。
【００８６】
１２。リフトオフ処理を用いてベースコンタクト金属が堆積される。Ｃｒ／Ａｕ（５ｎｍ／１８０ｎｍ）が露出されたベースのＮｂＮの頂部に堆積される。先行処理工程にてＮｂＮの頂部に発生し得る如何なる酸化物をも除去するために、５０：１のＨ２Ｏ：ＨＦディップ（ｄｉｐ）が用いられ得る。このプロセスはまたコレクタコンタクトを外部回路又は探針パッドまで延在させるコレクタ金属コンタクトを含んでもよい。
【００８７】
得られた構造はエミッタを積層体の底部に、コレクタを積層体の頂部に置いている。これは必然的なものではなく、エミッタ及びコレクタの配置は逆にされてもよい。用いられる堆積技術に応じて、ある特定の順序が有利となり得る。
【００８８】
平面プロセスと呼ばれる第２の製造方法は、ベースコンタクトとコレクタ又はエミッタのコンタクトを基板上にパターニングした後にトランジスタ構造の残りの部分を製造することを含むものである。この方法の利点は、薄いベース金属までエッチングする必要がなく、工程数の少ないプロセスとなることである。この方法の欠点は、ＭＩＭＩＭ積層体の堆積が２段階に分割される結果、トランジスタ構造の１つの界面が周囲大気に晒され、それにより、この界面と、場合により露出表面の自然酸化膜とが汚染される場合があることである。図１１Ａ乃至１１Ｉは、以下の典型的なデバイスの製造プロセスの概要を示している。
【００８９】
１．シリコン（又はポリシリコン）基板の表面洗浄
２．シリコン表面上のベース及びコレクタ（又はエミッタ）電極金属のパターニング
３．電極金属をシリコンに拡散させ、金属シリサイドを形成するためのウェハアニール
４．導電性シリサイド配線をシリコン表面に残しながら残りの金属を除去するためのウェハエッチング
５．コレクタ電極の上方の表面上へのコレクタ酸化物の堆積及びパターニング
６．トランジスタ構造の側方へのベース及びコレクタのコンタクト（典型的に金）のパターニング
７．表面上へのベース金属／エミッタ酸化物／エミッタ金属の積層体の堆積
８．トランジスタ接合の真上のベース電極の基礎をなすエッチングマスクのパターニング
９．コレクタの真上、且つベース電極を横切るベース−酸化物−エミッタの積層体を残しながら、残りの積層体をエッチング除去
１０．エッチングマスクの除去
１１．コレクタコンタクトの上方を中心とする厚いエミッタコンタクト層（典型的に金）のパターニング
１２．エミッタコンタクト層をマスクとして用いて、残りのエミッタ金属をエミッタ酸化物までエッチング。
【００９０】
続いて、金属−絶縁体薄膜トランジスタの用途について幾つか説明する。線形増幅器、発振器又はスイッチとしての通常用途に加え、むしろ新規の用途に有用となり得るホットエレクトロン／ホットホール・トランジスタの幾つかの態様について述べる。
【００９１】
１．線形増幅器／発振器
これらのトランジスタの言うまでもない用途は線形増幅器である。図１２Ａは、本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタと本発明に係るホットホール・トランジスタとをプッシュプル構成で含んでいる線形増幅器１２００の等価回路図を示している。こうすることで、高周波回路における電力増幅器、低雑音増幅器又は発振器として有用となり得る。ホットエレクトロンデバイスとホットホールデバイスの双方を用い、プッシュプル増幅器構成が実現され得る。これらのデバイスは薄膜であり非常に高速であるため、例えば、可撓性のある電子技術、低損失又はフレキシブル基板上のマイクロ波回路、及びシリコンＣＭＯＳ又はＩＩＩ−Ｖ族の光電子技術と集積されたハイブリッド回路に用途を見出し得るものである。
【００９２】
２．ＳＰＤＴスイッチ
ホットエレクトロン（ホール）・トランジスタの興味深い特徴は、放出された電子はコレクタ障壁を乗り越えるに十分なエネルギーを有さなければならないが故に、これらトランジスタはゼロでないターンオン電圧を有することである。大部分の放出電子はベース−エミッタ電圧のエネルギーにほぼ等しいエネルギーを有するので、ターンオンの閾値はこの障壁高さにほぼ等しい。故に、閾値より大きいベース−エミッタ電圧では大部分のエミッタ電流がコレクタコンタクトまで流れるが、閾値より小さいベース−エミッタ電圧ではエミッタ電流はコレクタ障壁を乗り越えることができずにベースコンタクトへ流れ出る。このように、ホットエレクトロン・トランジスタは単極双投（ｓｉｎｇｌｅ−ｐｏｌｅ  ｄｏｕｂｌｅ−ｔｈｒｏｗ；ＳＰＤＴ）スイッチとして機能する。図１２Ｂは、このようなデバイスの一例の等価回路図を示しており、図１２Ｃ及び１２Ｄは相異なるスイッチング状態についてのエネルギーバンド図を示している。
【００９３】
３．負性微分抵抗増幅器／発振器
上述のように、ベース−エミッタ電圧が増大するとエミッタ電流はベースからコレクタへと切り替えられる。電流が切り替わり始めると、結果はベースとエミッタとの間の負性微分抵抗となる。周知のように、負性微分抵抗（ＮＤＲ）は増幅及び発振に利用され得る。図１２Ｅは、このようなデバイスの等価回路図を示している。
【００９４】
４．マルチバイブレータ
マルチバイブレータの概念は上述のＳＰＤＴの概念から得られる。コレクタからベースへの適切なフィードバックにより、トランジスタはエミッタをコモン電極としてベースとコレクタ間で出力電流を発振させられ得る。図１２Ｆは、このようなデバイスの等価回路図を示している。単純化のため、バイアス回路は図１２Ｆには示されていない。
【００９５】
５．非線形増幅器／パルス発生器
上述のように、ホットエレクトロン・トランジスタは、放出電子がコレクタ障壁を乗り越えるに十分なエネルギーを有するときのターンオン閾値を有している。通常は、線形増幅器の均一な利得応答と、トランジスタが閾値より高い電圧で十分にバイアスされなければならないこととが望まれる。しかしながら、非線形な利得が有用な用途に遭遇することが時折ある。このような用途の１つが短パルス発生器のためのものである。
【００９６】
トランジスタは（上述の）ターンオン閾値でバイアスされる場合、電流利得はゼロからその最大値へと移行し、トランジスタの応答は非常に非線形なものである。そして、ベース−エミッタ間の振動的な入力電圧はコレクタ出力に一連の短い電流スパイクを作り出す。なぜなら、利得は閾値を上回る入力電圧に対して最も高く、閾値を下回る電圧に対してはゼロだからである。この電流スパイク系列が低い電圧揺動信号に変換され、適切な電圧レベルで非線形増幅器にフィードバックされる場合、その結果の出力スパイクはより一層狭くなる。ここで、適切な電圧レベルとは、入力信号の揺動がトランジスタの利得飽和点を超えてはならないことを意味しており、さもなければ信号スパイクは狭くされないことになる。出力スパイクが狭くされ得る限界は１／（２πｆｍａｘ）に等しく、今日考えられるＭＩＭＩＭトランジスタ構造に関しては、ベース抵抗に応じて１００ｆｓ程度に短くなり得る。究極的な限界は１／（２πｆＴ）である。
【００９７】
６．周波数乗算器
線形増幅器では均一な利得応答のために、コレクタ障壁での振動的な量子力学的反射の影響は最小化されるように努められる。しかしながら、周波数乗算などの特定の用途では、このような利得の鋭い変化を有利に利用することが望まれる場合がある。この場合、ホットエレクトロンの量子力学的反射による利得振動を低減することは計られない。入力ベース−エミッタ電圧が１つ又は複数のこれらの振動にわたってスイープされる場合、入力周波数の倍数における出力信号が生成される。故に、利得振動の１周期に十分に等しい電圧揺動を有する発振入力電圧が加えられると、出力信号は入力周波数の２倍の周波数になる。入力電圧が２つの利得振動にわたってスイープされる場合には、出力は入力周波数の４倍の周波数になる。
【００９８】
図１２Ｇは、これらの原理に基づくコモンエミッタ１４００の等価回路図を示している。コモンエミッタ１４００はＮＤＲ領域に基づくときＮＤＫ増幅器として動作する。線形用途か非線形用途かは、トランジスタの動作点に依存する。コモンエミッタ１４００はまた、トランジスタ設計を適切に選定することによって周波数乗算器としても動作する。コモンコレクタ構成又はコモンベース構成も同様に可能である。別個の部品群がＲＦ伝送線要素を含んでもよい。マッチング回路が負荷に前置されてもよく、且つ／或いは信号源に続いてもよい。さらに、フィルタ増幅器及び／又はカスケード増幅器も可能である。また、ＩＲ（赤外線）（又はテラヘルツ若しくはマイクロ波）検出器として、このデバイスはそのような入力を用いることにより動作し得る。
【００９９】
図１２Ｈは、（発振が電圧制御されるように）バラクタ・ダイオードを具備した発振器の等価回路図を示している。様々な構成、例えば、直列、コルピッツ、ハートレー、クラップ、コモンエミッタ、ベース若しくはコレクタ等、が可能である。
【０１００】
７．利得を有する非線形整流器／ミキサ
上述の用途と同様に、整流及びミキシング用途のための高い非線形性を提供するために、トランジスタの比較的鋭いターンオン応答が利用され得る。トランジスタはターンオン閾値でバイアスされるべきであり、入力信号はベース−エミッタ間であるべきである。出力信号はコレクタ電流である。ターンオンの非線形性の“鋭さ”、ひいては、整流又はミキシングの効率はエミッタからのホットエレクトロン分布の幅によって大きく制限される。この場合、ＭＩＩＭエミッタ構造の方がＭＩＭエミッタよりも有利である。ベース−コレクタ間のバイアス電圧もまた非線形性に影響を及ぼし、電圧（ベースに対してコレクタが正）が高いほど鋭いターンオンが得られる。
【０１０１】
トランジスタはバイアス電圧のおかげにより信号に電力利得を付加する。
【０１０２】
この整流／ミキサデバイスの従来の二端子ダイオードに対する更なる利点は、入力及び出力インピーダンスが相異なるものとされ、特定のソース及び負荷のインピーダンスに整合するように調整され得ることである。一例として、信号源としての２００Ωアンテナに入力を結合させ、且つ負荷として５０Ω伝送線を駆動したい場合がある。
【０１０３】
また、非線形性を提供するために、コレクタでの量子力学的反射による利得振動が利用されてもよい。トランジスタを利得の立ち下がりピークでバイアスすることにより、負性微分抵抗がもたらされることになる。
【０１０４】
図１２Ｉは、このような原理に基づくミキサ１５００の等価回路図を示している。ミキサ１５００は入力整合及び出力整合を有している。ダイオードミキサに対してミキサ１５００によってもたらされる１つの有意な利点は利得である。
【０１０５】
８．利得を有する赤外線検出器
この用途は上述の整合／ミキサ用途と同様であり、相違するのは、赤外線入力信号の場合には光子アシスト・トンネリングが古典的な整流よりも支配的になると期待されることである。故に、ベース−エミッタ電圧は光子エネルギーと同じだけターンオン閾値より小さく低減され得る。バイアスが低いほど、ベース−エミッタのダイオードは低い直流バイアス電流、従って低いショット雑音を有する。この場合も、信号の電力利得はベース−コレクタ間バイアス電圧とベース−エミッタ間バイアス電圧との比によって決定される。
【０１０６】
それぞれ特定の向きを有する様々な構成要素を用いて各々の実施形態について例示してきたが、本発明が多様な位置や相互方向に配置された様々な構成要素を具備する様々な具体的構成を取り得ることは理解されるべきことである。さらに、ここで述べられた方法は限りない数の変更を加えられ得る。例えば、先述のトランジスタデバイスをフレキシブル基板上に形成することにより、本発明に係るトランジスタデバイスが低温用の基板と相性が良いことが利用され得る。その他の変更には、これらに限られないが、トランジスタ内のＭ−Ｉ−Ｍ−Ｉ−Ｍ−Ｉ−Ｍエミッタ構造、トランジスタ内のＭ−Ｉ−Ｉ−Ｉ−Ｍエミッタ／コレクタ構造、Ｎ−Ｍ−Ｎベース電極、コレクタ障壁への複数絶縁体層の使用、様々な整合／フィルタ／バイアス構成の応用上の付加、上述のスイッチに基づく様々な論理回路（例えば、ＮＡＮＤ、ＮＯＲ、インバータ等）の実現、及び入力／出力としてのアンテナの様々な用途への接続が含まれる。また、コレクタ障壁内に電圧を印加できるように、そして外部電圧の印加によって障壁の伝導帯形状を調整するために、コレクタ障壁内に薄い金属が用いられてもよい。図１３は、このような構成の一例を示しており、３層コレクタ障壁１６０２を具備するトランジスタ構成のエネルギーバンド図を含んでいる。３層コレクタ障壁１６０２は第１の絶縁体層１６０４、金属層１６０６及び第２の絶縁体層１６０８を含んでいる。外部電圧（図示せず）を金属層１６０６に印加することにより、コレクタ障壁１６０２のエネルギーバンドの全体形状が所望のように調整され得る。薄い金属を使用するこの技術は、さらに、伝導方向の法線方向に適用されると、障壁の伝導帯の更なる成形制御を付与し得るものである。故に、提示された例は限定的ではなく例示的であるとして見なされるべきものであり、本発明はここで与えられた詳細事項に限定されず、添付の請求項の範囲内で変更され得るものである。
【０１０７】
おおまかに要約すると、本明細書は以下を開示するものである。ホットエレクトロン・トランジスタはエミッタ電極、ベース電極及びコレクタ電極と、エミッタ電極とベース電極との間に配置され、そこでの電子の輸送層として機能する第１のトンネル構造とを有する。第１のトンネル構造は、電子の輸送がトンネリングによる輸送を含むように、少なくとも第１のアモルファス絶縁体層、及び別の第２の絶縁体層を含む。トランジスタはさらに、ベース電極とコレクタ電極との間に配置された第２のトンネル構造を含む。第２のトンネル構造は上記電子の少なくとも一部の、ベース電極とコレクタ電極との間の、弾道輸送による輸送層として機能し、その結果、電子の前記一部はコレクタ電極で収集される。薄膜トランジスタ内の界面での電子反射を低減する関連方法もまた開示されている。
【０１０８】
さらにおおまかに要約すると、本明細書は、少なくとも１つの入力信号を受けるように適応されたトランジスタを開示するものであり、そのトランジスタは、エミッタ電極、前記エミッタ電極から隔てられたベース電極であり、前記入力信号の少なくとも一部が前記エミッタ電極と該ベース電極との間に与えられ、それにより電子が前記エミッタ電極から該ベース電極に向けて放出されるところのベース電極、前記エミッタ電極と前記ベース電極との間に配置され、前記エミッタ電極と前記ベース電極との間の且つそれらへの電子輸送層として機能するように構成された第１のトンネル構造であり、電子の輸送がトンネリングによる輸送を少なくとも部分的に含むように、少なくとも第１のアモルファス層を含む第１のトンネル構造、前記ベース電極から隔てられたコレクタ電極；及び前記ベース電極と前記コレクタ電極との間に配置され、前記エミッタ電極によって放出された電子の少なくとも一部の、前記ベース電極と前記コレクタ電極との間の、弾道輸送による輸送層として機能するように構成された第２のトンネル構造であり、それにより前記電子の前記一部が前記コレクタ電極で収集可能にされるところの第２のトンネル構造を有する。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】米国特許第６５６３１８５号明細書にて開示された接合トランジスタ素子を示す部分断面図である。
【図２】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタに対応するエネルギーバンド図である。
【図３】本発明に係るホットホール・トランジスタに対応するエネルギーバンド図である。
【図４Ａ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの他の一実施形態に対応するエネルギーバンド図である。
【図４Ｂ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタ部分立面図に等価回路図を重ねた図である。
【図５】実用的デバイスを得るために解決されるべき多様な利得制限機構を示すための、本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態に対応するエネルギーバンド図である。
【図６Ａ】二重絶縁体構造を含めることの、エミッタ障壁から放出された電子の電子エネルギー分布への影響を単一絶縁体構造の場合と対比するために、２つのエネルギーバンド図を比較する図である。
【図６Ｂ】二重絶縁体構造によるエミッタ障壁と凹凸型コレクタ電極とを有する本発明に従ったトランジスタ素子を示す部分断面図である。
【図７】０．５ｅＶから１０ｅＶの範囲の様々な伝導帯深さを有する方形コレクタ障壁に関するトンネル確率の差を電子のエネルギーの関数として例示するための複合グラフである。
【図８】０ｅＶから２ｅＶの範囲の様々な伝導帯深さを有する放物線状及び方形（“ＳＱ”）コレクタ障壁に関するトンネル確率の差を電子のエネルギーの関数として例示するための複合グラフである。
【図９】０．４ｅＶの障壁高さで０ｅＶの伝導帯オフセットを仮定したときの、様々なコレクタ障壁形状に関するトンネル確率の差を電子のエネルギーの関数として例示するための複合グラフである。
【図１０Ａ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｂ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｃ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｄ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｅ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｆ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｇ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｈ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｉ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｊ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｋ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｌ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｍ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｎ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｏ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｐ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｑ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｒ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｓ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｔ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｕ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｖ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｗ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１０Ｘ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの一実施形態を製造するための積層体プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１１Ａ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの他の一実施形態を製造するための平面プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１１Ｂ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの他の一実施形態を製造するための平面プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１１Ｃ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの他の一実施形態を製造するための平面プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１１Ｄ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの他の一実施形態を製造するための平面プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１１Ｅ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの他の一実施形態を製造するための平面プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１１Ｆ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの他の一実施形態を製造するための平面プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１１Ｇ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの他の一実施形態を製造するための平面プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１１Ｈ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの他の一実施形態を製造するための平面プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１１Ｉ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタの他の一実施形態を製造するための平面プロセスに含まれる工程を示す部分断面図である。
【図１２Ａ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタ及びホットホール・トランジスタに基づく線形増幅器の等価回路図である。
【図１２Ｂ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタに基づくスイッチの等価回路図である。
【図１２Ｃ】図１２Ｂのスイッチの一状態における動作を例示するエネルギーバンド図である。
【図１２Ｄ】図１２Ｂのスイッチの他の一状態における動作を例示するエネルギーバンド図である。
【図１２Ｅ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタに基づく負性微分抵抗（ＮＤＲ）による発振器の等価回路図である。
【図１２Ｆ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタに基づくマルチバイブレータの等価回路図である。
【図１２Ｇ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタに基づく、正バイアスされたコモンエミッタの等価回路図である。
【図１２Ｈ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタに基づく（発振電圧制御用）バラクタ・ダイオードを具備した発振器の等価回路図である。
【図１２Ｉ】本発明に係るホットエレクトロン・トランジスタに基づく入力整合及び出力整合を具備したミキサの等価回路図である。
【図１３】二重絶縁体構造とコレクタ障壁内の金属層構造との併用を例示するエネルギーバンド図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１０Ｄ】
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【図１０Ｅ】
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【図１０Ｆ】
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【図１０Ｇ】
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【図１０Ｈ】
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【図１０Ｉ】
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【図１０Ｊ】
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【図１０Ｋ】
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【図１０Ｌ】
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【図１０Ｍ】
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【図１０Ｎ】
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【図１０Ｏ】
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【図１０Ｐ】
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【図１０Ｑ】
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【図１０Ｒ】
2007535178.tif 000033
【図１０Ｓ】
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【図１０Ｔ】
2007535178.tif 000035
【図１０Ｕ】
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【図１０Ｖ】
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【図１０Ｗ】
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【図１０Ｘ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１１Ｄ】
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【図１１Ｅ】
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【図１１Ｆ】
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【図１１Ｇ】
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【図１１Ｈ】
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【図１１Ｉ】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１２Ｅ】
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【図１２Ｆ】
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【図１２Ｇ】
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【図１２Ｈ】
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【図１２Ｉ】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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