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半導体構造および半導体構造の制御方法 新技術説明会

国内特許コード P210017374
整理番号 PA31-103
掲載日 2021年1月8日
出願番号 特願2019-147580
公開番号 特開2021-028943
出願日 令和元年8月9日(2019.8.9)
公開日 令和3年2月25日(2021.2.25)
発明者
  • 井田 次郎
  • 森 貴之
出願人
  • 学校法人金沢工業大学
発明の名称 半導体構造および半導体構造の制御方法 新技術説明会
発明の概要 【課題】低消費電力でスイッチング可能な半導体デバイスを提供する。
【解決手段】半導体構造2は、ソース14とドレイン16と第1ゲート20とボディコンタクト部24とを含むMOSFETを備える半導体構造であって、ボディコンタクト部24とソース14およびドレイン16との間に、ボディコンタクト部24の不純物の型と反対の型の半導体層26を備え、半導体層26の上に、第1ゲート20に隣接して第2ゲート30を備える。半導体構造2を制御する方法は、第1ゲート電圧、第2ゲート電圧およびボディ電圧を略同じタイミングでターンオフすることを特徴とする。
【選択図】図7
従来技術、競合技術の概要

様々な産業分野で使われる大規模集積回路(以下、「LSI」という)は、低消費電力化が求められている。LSIの中でも特にMOS型電界効果トランジスタ(以下、「MOSFET」という)は、その低消費電力性から広く用いられている。

例えばMOSFETを用いたCMOSインバータでは、オン状態での消費電力Pactiveとオフ状態での消費電力Pstandbyは、以下の式で表される。
active∝f・Cload・VDD・・・(1)
standby∝Ileak・VDD・・・(2)
ここで、fは動作周波数、Cloadは負荷容量、VDDは電源電圧、Ileakはオフリーク電流である。このように、Pactiveは電源電圧の2乗に比例し(式(1))、Pstandbyは電源電圧に比例する(式(2))。従ってMOSFETの低消費電力化においては、電源電圧をいかに低減できるかが鍵となる。

トランジスタのオン-オフのスイッチング特性は、サブスレッショルド係数(サブスレッショルド領域においてゲート電圧を変化させたときの、ドレイン電流の立ち上がり特性)により表される。すなわちサブスレッショルド係数Sは、ドレイン電流Iを一桁上げるのに必要なゲート電圧Vであって、
【数1】
(省略)
で定義される。サブスレッショルド係数が小さければ小さいほど、スイッチング特性がよいため、より低い電源電圧でのスイッチングが可能である。しかしながら従来のMOSFETのサブスレッショルド係数には、電流伝導機構から決まる理論下限があり、その値は室温で約60(mV/dec)とされている。従って、従来のMOSFETでは、スイッチング動作可能な電源電圧にも下限がある。

上述の理論下限を下回る電源電圧でスイッチングが可能な半導体デバイスを目指して、様々な研究が行われている。例えば、トンネル効果を利用したトンネル電界効果トランジスタや、強誘電体キャパシタと通常のキャパシタとを接続した際に発生するとされる負性容量効果を利用した負性容量効果トランジスタなどがその一例である。しかしながらこれらのデバイスは、理論的には優れた性能を持つことが期待される一方、実測結果ではまだ十分な特性が得られていない。

産業上の利用分野

本発明は、半導体構造および半導体構造の制御方法に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ソースとドレインと第1ゲートとボディコンタクト部とを含むMOSFETを備える半導体構造であって、
前記ボディコンタクト部と前記ソースおよび前記ドレインとの間に、前記ボディコンタクト部の不純物の型と反対の型の半導体層を備え、
前記半導体層の上に、前記第1ゲートに隣接して第2ゲートを備える半導体構造。

【請求項2】
前記MOSFETはSOIMOSFETである請求項1に記載の半導体構造。

【請求項3】
前記ソースと前記ドレインの不純物の型はそれぞれN型であり、前記ボディコンタクト部の不純物の型はP型であり、前記半導体層の不純物の型はN型である、請求項1または2に記載の半導体構造。

【請求項4】
前記ソースと前記ドレインの不純物の型はそれぞれP型であり、前記ボディコンタクト部の不純物の型はN型であり、前記半導体層の不純物の型はP型である、請求項1または2に記載の半導体構造。

【請求項5】
前記第1ゲートと前記第2ゲートとの間隔は、50(nm)以下である請求項1から4のいずれかに記載の半導体構造。

【請求項6】
請求項1に記載の半導体構造を制御する方法であって、
第1ゲート電圧、第2ゲート電圧およびボディ電圧を略同じタイミングでターンオフすることを特徴とする方法。
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2019147580thum.jpg
出願権利状態 公開
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