DE3136682C2

DE3136682C2 -

Info

Publication number: DE3136682C2
Application number: DE3136682A
Authority: DE
Inventors: Yasuhisa Iruma Saitama Jp Omura
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1980-09-19
Filing date: 1981-09-16
Publication date: 1990-01-04
Also published as: CA1158365A; NL189273C; GB2086652A; US4458261A; GB2086652B; JPS5754370A; NL8104305A; JPS623989B2; KR830008401A; FR2490874A1; KR890000587B1; DE3136682A1; IT8124041A0; IT1139449B; FR2490874B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Transistor gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der Zeitschrift "Electronics" vom 20. Februar 1967 ist auf der Seite 173 im untersten Bild ein gattungsgemäßer Transistor gezeigt. Hierbei ist der dritte Bereich vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die beiden anderen Bereiche. Dieser Transistor ist daher nur im Sättigungsstrombereich zu betreiben.

Ein gleichartiger Transistor, der derselben Einschränkung unterliegt, ist auch in einem Artikel in "IEEE Transactions on Electron Devices" Bd. ED-13, Nr. 12, Dezember 1966, Seiten 855 bis 862, insbesondere in Fig. 1 gezeigt und beschrieben.

Die Betriebsart im Sättigungsstrombereich ist nicht für große Stromstärken geeignet. Für größere Stromstärken hat man einen Statischen-Induktions-Transistor entwickelt, wie er in "IEEE Transactions on Electron Devices" Bd. ED-22, Nr. 4, April 1975, Seiten 185 bis 197 beschrieben ist. Ein solcher SIT arbeitet im nicht sättigenden Strombereich. Da der Stromtransport jedoch nur durch Majoritätsträger bewirkt wird, liegt die Grenze für die höchst zulässige Stromdichte bei 10³ A/cm². Um höhere Stromstärken zu ermöglichen, werden daher die Schichten vertikal aufgebaut, was aber die Einbeziehung in integrierte Schaltungen stark beeinträchtigt.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Transistor der gattungsgemäßen Art so weiterzubilden, daß ein Betrieb mit hoher Stromdichte ermöglicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Der Vorteil der Erfindung ist insbesondere darin zu sehen, daß der Transistor seiner Gattung gemäß einerseits im Sättigungsstrombereich, aber andererseits auch im nicht sättigenden Strombereich betrieben werden kann, einfach durch entsprechend gepolte Spannungen, wobei gegenüber herkömmlichen SIT eine zehn- bis hundertfache Stromdichte erzielt wird. Dadurch können ausreichende Stromstärken bei horizontalem Schichtaufbau, wie bei der Herstellung von integrierten Schaltungen üblich, bewältigt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand in der Zeichnung dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 den Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Transistor gemäß einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 das elektrische Schaltbild des Transistors nach Fig. 1,

Fig. 3A bis 3C der Fig. 1 entsprechende Ansichten mit angeschlossenen Spannungen zur Erläuterung des Stromtransports,

Fig. 4A bis 4D Energiediagramme zur Erläuterung der Wirkungsweise des in Fig. 1 gezeigten Transistors,

Fig. 5A bis 5B Strom-Spannungs Diagramme beim Betrieb eines Transistors nach Fig. 1,

Fig. 6 den Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Transistor gemäß einer zweiten Ausführungsform,

Fig. 7A den Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Transistor gemäß einer dritten Ausführungsform,

Fig. 7B die Draufsicht auf den Transistor nach Fig. 7A,

Fig. 8 eine der Fig. 7B entsprechende Ansicht mit angeschlossenen Spannungen zur Erläuterung des Stromtransports,

Fig. 9 einen Querschnitt durch eine integrierte Schaltung, die vier Transistoren gemäß der Erfindung umfaßt,

Fig. 10 das elektrische Schaltbild der in Fig. 9 angedeuteten Schaltung.

Gemäß Fig. 1 umfaßt der Transistor ein Halbleiter-Substrat 1 aus monokristallinem Silicium mit einem speizifischen Widerstand von 10³ Ohm-cm und einer Dicke von 350 µm, eine Isolierschicht 2 aus Silicium-Oxid mit einer Dicke von 470 nm und eine Halbleiterschicht 3 aus monokristallinem Silicium mit einer Dicke von 260 nm, die auf der Isolierschicht 2 gebildet wurde. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 umfaßt die Halbleiterschicht 3 einen Kathodenbereich 4, einen aktiven Bereich 5 und einen Anodenbereich 6, die in der erwähnten Reihenfolge horizontal nebeneinander liegen. Der Kathodenbereich 4 besteht aus einer monokristallinen Siliciumschicht vom N⁺-Typ mit einer Donatoren-Konzentration von 5×10¹⁹ Atomen/cm³ beispielsweise. Der aktive Bereich 5 wird aus einer monokristallinen Siliciumschicht vom N-Typ gebildet und hat eine niedere Donatoren-Verunreinigungs-Konzentration von beispielsweise 4×10¹⁴ Atomen/cm³. Der Anodenbereich 6 hat einen Leitfähigkeitstyp entgegengesetzt zu demjenigen des Kathodenbereichs 4 und besteht aus einer monokristallinen Siliciumschicht vom P⁺-Typ und hat eine Akzeptoren-Verunreinigungs-Konzentration von 2×10²⁰ Atomen/cm³ beispielsweise. Der aktive Bereich 5 ist so aufgebaut, daß seine Dicke t _c geringer als π/2 mal der Debye-Länge L _DE ist, die in der monokristallinen Siliciumschicht vom N-Typ vorliegt.

In diesem Fall ist die Debye-Länge die sogenannte Störstellen-Debye-Länge. Sie kann durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

Diese Gleichung ist in dem Buch von A. Many et al "Semiconductor Surfaces", veröffentlicht, das 1965 von der North-Holland Publishing Company, veröffentlicht wurde.

In der Gleichung stellt ε _s die Dielektrizitäts-Konstante des Halbleiters dar, die für den Fall von Silicium 11,17×8,85×10^-14 F/cm beträgt. k ist die Boltzmann-Konstante, die 1,38×10^-23 J/K beträgt. T ist die absolute Temperatur in °K. e ist die Elementarladung, die 1,6×10^-19 C beträgt. N _D ist die Träger-Konzentration eines Halbleiters, der eine Verunreinigung enthält. Es sei angenommen, daß der Transistor nach der Erfindung bei einer Raum-Temperatur von T = 300°K betrieben wird, da dann N _D gleich der Verunreinigungs-Konzentration ist. Ferner sei angenommen, daß die Donatoren- Verunreinigungs-Konzentration des monokristallinen Siliciums vom N-Typ der aktiven Region 5 4×10¹⁴ Atome/cm³ ist und daß die Debye-Länge etwa bei 290 nm liegt. Demgemäß ist in diesem Falle die Dicke t _c des aktiven Bereichs 5 kleiner als 455 nm. Durch einen Isolationsfilm 7 aus Silicium-Oxid mit einer Dicke von beispielsweise 50 nm isoliert wird auf dem aktiven Bereich 5 eine Gate-Elektrode 8 gebildet. Auf dem Kathodenbereich 4 und dem Anoden-Bereich 6 sind jeweils eine Kathoden-Elektrode 9 und eine Anoden-Elektrode 10 als Ohm'sche Kontakte ausgebildet.

Beim oben beschriebenen Aufbau liegt der Grund, die Dicke des aktiven Bereichs 5 kleiner als π/2 mal der Debye-Länge L _DE zu machen darin, daß es notwendig ist, die Anzahl der Majoritäts-Träger (in diesem Falle der Elektronen) im aktiven Bereich 5 größer zu machen als die Donatoren-Verunreinigungs-Konzentration N _D, wenn die an die Gate-Elektrode 8 und an die Kathoden-Elektrode 9 angelegte Spannung V _GK größer ist als die Flachband-Spannung V _FB an der Berührungsfläche zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Isolationsfilm 7. Den Faktor π/2 kann man aufgrund folgender theoretischer Betrachtung erhalten: Man bestimmt die Entfernung in Richtung der Tiefe des aktiven Bereichs 5 indem man die Zwischenschicht zwischen dem aktiven Bereich und dem Isolationsfilm 7 als Bezugsort wählt. Man nimmt an, daß die Konzentration der Majoritäts- Träger im aktiven Bereich 5 n ( ) ist, wobei der Wert von n ( ) ungefähr durch die folgende Poison-Gleichung ausgedrückt werden kann:

In dieser Gleichung stellt ϕ das Potential dar, das in bezug auf das Fermi- Niveau des Halbleiters gemessen wird und ε _s ist die Dielektrizitäts-Konstante des Halbleiters. n ( ) befriedigt die folgende Gleichung im Gleichgewichts- Zustand:

n ( ) = N _D exp (eϕ/kT) (3)

Wenn man die Gleichungen (2) und (3) unter folgenden Rand-Bedingungen

und einer Dicke d eines Bereichs mit Überschuß-Träger-Konzentration löst, kann man den Wert n ( ) durch die folgende Gleichung (4) ausdrücken, indem man die Debye-Länge L _DE (Gleichung 1) verwendet:

n ( ) = N _D · [tan² ( /L _DE - C) + 1] (4)

darin ist

in welcher Gleichung wiederum ϕ _s das Oberflächen-Potential für den Fall = 0 darstellt.

Üblicherweise ist es möglich, ϕ _s » kT/q (≃ 0,026 V) zu machen, wodurch C etwa π/2 wird.

Wenn man diejenige Entfernung, bei der n ( ) gleich der Donatoren-Verunreinigungs- Konzentration N _D des aktiven Bereichs 5 wird, mit d bezeichnet, kann da n(d) = N _D ist, der Wert von d aus der Gleichung (4) bestimmt werden. Man erhält

d = π/2 L _DE.

Um eine Beziehung n ( ) < N _D zu befriedigen, muß die Dicke t _c des jeweiligen Bereichs eine Beziehung

t _c < π/2 L _DE

befriedigen.

Fig. 2 zeigt die äquivalente Schaltung des Transistors von Fig. 1.

Die Flachband-Spannung V _FB an der Grenzfläche zwischen dem Isolationsfilm 7 und dem aktiven Bereich 5 wird durch folgende Gleichung ausgedrückt:

V _FB = ϕ m _s - Q _ss/C _ox

wobei d m _s die Differenz zwischen den Austrittsarbeiten des Gate-Elektrodenmaterials und dem Material des aktiven Bereichs darstellt, C _ox die Gate-Kapazität je Flächeneinheit darstellt und Q _ss die Grenzflächen-Ladungsdichte an der Grenzfläche zwischen dem Isolationsfilm und dem aktiven Bereich darstellt. Die Spannung V _GK schafft die Majoritäts-Ladungsträger, d. h. die Elektronen, und zwar im aktiven Bereich 5, der, da seine Dicke kleiner als π/2 L _DE ist, mit Elektronen angefüllt ist. Dies hat zum Ergebnis, daß der Anoden-Übergang umgekehrt vorgespannt wird, wodurch die Injektion der Minoritäts- Ladungsträger, d. h. der Löcher, gestoppt wird und zwar aus dem Anoden-Bereich 6 heraus, so daß der Transistor abgeschaltet wird.

Um den Transistor einzuschalten, macht man V _GK größer als V _FB und V _AK wird größer gemacht als (V _GK - V _FB). Dadurch wird das Potential (V _GK - V _FB) am einen Ende des aktiven Bereichs 5 nahe dem Anodenbereich 6 kleiner als das Anoden-Potential V _AK, so daß die Anoden-Sperrschicht in Durchlaßrichtung vorgespannt ist. Wie in der Darstellung von Fig. 3B gezeigt, wird daher eine große Menge Minoritäts-Träger (Löcher) in den aktiven Bereich 5 aus dem Anodenbereich 6 injiziert, während zur gleichen Zeit Majoritäts-Träger (Elektronen) der gleichen Menge von dem Kathodenbereich 4 aus in den aktiven Bereich 5 injiziert werden, so daß der Transistor eingeschaltet wird und den Anoden-Strom I _AK durchläßt. Dabei wird in Betracht gezogen, daß die aus dem Anodenbereich 6 in den aktiven Bereich 5 injizierten Löcher einer vollständigen Rekombination in den Rekombinations-Zentren des aktiven Bereichs 5 unterworfen werden und der Anoden-Strom I _AK aus dem Rekombinations-Strom der Löcher und dem Driftstrom der entsprechenden Elektronen besteht.

Fig. 4A bis 4D zeigen die Energie-Bänder, aus denen man ein unter der Sättigung liegendes Stromverhalten erkennen kann.

Fig. 4A zeigt das Energie-Band für den Fall, daß beide Spannungen V _AK und V _GK Null sind. Bei genauerer Betrachtung sieht man, daß das Energie-Band an der Grenzfläche zwischen dem Kathodenbereich 4 und dem aktiven Bereich 5 etwas angehoben ist und zwar weil Elektronen von dem Kathodenbereich 4 zum aktiven Bereich 5 fließen, so daß das Energie-Band im aktiven Bereich flach ist, aber nach oben steigt, weil an der Grenzschicht zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Anodenbereich 6 wegen eines eingebauten Potentials eine Verarmungszone liegt.

Beim Energie-Band nach Fig. 4B ist eine solche Spannung an die Gate-Elektrode 8 angelegt, so daß V _GK größer ist als V _FB, während V _AK auf 0 Volt gehalten wird. Wegen der aufgezwungenen Spannung V _GK liegt das Energie-Band im aktiven Bereich 5 niederer als im Kathodenbereich 4, während das Energie-Band im aktiven Bereich 5 immer noch flach ist, weil V _AK = 0 ist. Das Energie-Band am Ende des aktiven Bereichs 5 nahe des Anodenbereichs 6 liegt um (V _GK - V _FB) höher, als die in Fig. 4A gezeigt ist. Diese Spannung (V _GK - V _FB) verhindert die Injektion von Löchern aus dem Anodenbereich 6 in den aktiven Bereich 5.

Das Energie-Band für den Fall, daß V _AK kleiner ist als (V _GK - V _FB) und V _GK größer ist als V _FB, ist in Fig. 4C gezeigt. Wenn man dies mit Fig. 4B vergleicht, dann sieht man, daß das Energie-Band im aktiven Bereich 5 sich zum Anodenbereich 6 neigt, da die Spannung V _AK aufgezwungen wird. Da jedoch die Beziehung V _AK < (V _GK - V _FB) existiert, bleibt die Anoden-Sperrschicht in ihrem in Sperr-Richtung vorgespannten Zustand, so daß kein nennenswerter Betrag an Minoritäts-Trägern (d. h. Löchern) aus dem Anodenbereich 6 in den aktiven Bereich 5 injiziert werden kann. Wie oben beschrieben, wird der Transistor abgeschaltet, wenn die Beziehung V _AK < (V _GK - V _FB) befriedigt ist.

Sofern V _AK größer ist als (V _GK - V _FB) wird die Anoden-Sperrschicht in Durchlaß- Richtung vorgespannt, wie oben beschrieben, so daß ein Rekombinationsbereich am einen Ende des aktiven Bereichs nahe des Anoden-Bereichs 6 gebildet wird, in dem die Elektronen rekombinieren. Wie in Fig. 4D gezeigt, koexistieren unter diesem Zustand im Rekombinationsbereich die Majoritäts-Träger, d. h. Elektronen, mit den Minoritäts-Trägern, d. h. Löchern, so daß die Fermi-Niveaus E _F (n) und E _F (p) der Elektronen und Löcher jeweils erscheinen.

Durch eine in Fig. 3C gezeigte Maßnahme kann der Transistor auch eingeschaltet werden. Dementsprechend wird eine negative Spannung V _GK und eine positive Spannung V _AK mit Bezug auf die Kathoden-Elektrode 9 an die Gate-Elektrode 8 bzw. an die Anoden-Elektrode 10 angelegt. Da die Spannung V _GK negativ ist, verarmen nahezu alle Bereiche des aktiven Bereichs, so daß ein Inversions-Bereich verursacht wird und zwar durch Löcher bei und nahe der Grenzschicht zwischen dem aktiven Bereich 5 und dem Isolationsfilm 7. Da andererseits die Spannung V _AK positiv ist, werden Löcher aus dem Anoden-Bereich 6 durch die Inversionsschicht und den aktiven Bereich 5 in den Kathoden-Bereich 4 injiziert. Zur gleichen Zeit werden Elektronen durch den aktiven Bereich 5 aus dem Kathodenbereich 4 in den Anodenbereich 6 injiziert. Dementsprechend fließt der Anoden-Strom zwischen der Anoden-Elektrode 10 und der Kathoden-Elektrode 9.

Ein Beispiel nicht sättigbarer Stromeigenschaften, die man durch die oben beschriebenen Operationen erhält, wird in den Fig. 5A und 5B gezeigt. Diese Eigenschaften erhielt man für den Fall, daß die Dicken der Isolierschicht 470 nm und des aktiven Bereichs 260 nm waren, die Donatoren-Verunreinigungs-Konzentration des aktiven Bereichs 4×10¹⁴ Atome/cm³ war, die Länge und Breite des im aktiven Bereich 5 gebildeten Kanals 5 µm bzw. 35 µm betrug, die Dicken des Isolationsfilms 50 nm und der Gate-Elektrode 500 nm waren, die Verunreinigungs-Konzentrationen im Kathodenbereich 5×10¹⁹ Atome/cm³ und im Anodenbereich 2×10²⁰ Atome/cm³ waren.

Fig. 5A zeigt den I _AK - V _AK Verlauf und zeigt, daß bei konstanter Spannung V _GK der Strom anwächst, so wie die Spannung V _AK ansteigt, was einen nicht zur Sättigung führenden Stromverlauf bedeutet. Wird V _GK erhöht, dann wird der Anfangswert von V _AK, bei dem der Strom I _AK zu fließen beginnt, groß und danach ist der I _AK - V _AK Verlauf immer noch nicht sättigbar. Der Grund, warum der Anfangswert von V _AK steigt, wenn V _GK steigt, liegt darin, daß wenn die Spannung V _GK erhöht wird, die Konzentration der Majoritäts-Träger (Elektronen) vergrößert wird, was sich in einem Anstieg des Potentials im aktiven Bereich niederschlägt und wodurch dieser verarmt. Dementsprechend ist es notwendig, die Spannung V _AK anzuheben, wenn man Minoritäts-Träger aus dem Anodenbereich injizieren will.

Wie oben beschrieben kann der erfindungsgemäße Transistor bei jeder V _AK Spannung jeden Anodenstrom I _AK ziehen, indem man in geeigneter Weise die Spannung V _GK wählt. Dies manifestiert einen sehr breiten Arbeitsbereich.

Fig. 5B zeigt die I _AK - V _GK Kurvenverläufe, die man erhält, wenn man den Kurvenverlauf nach Fig. 5A mit V _GK als Parameter erneut niederschreibt. Wenn die Spannung V _AK konstant ist, dann fällt I _AK so wie V _GK steigt. Dieses Fallen von I _AK bei Steigen von V _GK wird durch die Tatsache verursacht, daß die Elektronen- Konzentration n im aktiven Bereich steigt, mit dem Ergebnis, daß auch dessen Fermi-Potential steigt, wodurch in wirksamer Weise das eingebaute Potential des PN-Übergangs steigt.

Wenn sich, wie oben beschrieben, ein nicht sättigbarer Kurvenverlauf manifestiert, dann tragen beim erfindungsgemäßen Transistor sowohl Löcher als auch Elektronen zum Fließen des I _AK Stroms bei und es ist damit möglich, einen großen Strom zu erzeugen. In dem in Fig. 5A gezeigten Fall ist die Stromdichte etwa 10⁴ bis 10⁵ A/cm², was um den Faktor 10 bis 100 höher liegt als bei einem SIT.

Fig. 6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transistors. Diejenigen Teile, welche in Fig. 1 gezeigten Teilen entsprechen, tragen die gleichen Bezugszeichen. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird der aktive Bereich 5 durch einen ersten Teil 5 a mit einer Dicke von weniger als π/2 L _DE sowie durch einen zweiten Teil 5 b größerer Dicke von beispielsweise 1000 nm gebildet. Der Kathodenbereich 4, der zweite Teil 5 b, der erste Teil 5 a des Bereichs 5 und der Anodenbereich 6 liegen in horizontaler Richtung in der erwähnten Reihenfolge nebeneinander.

Durch den Isolationsfilm 7 isoliert ist eine Gate-Elektrode 8 auf dem ersten Teil 5 a gebildet.

Da der erste Teil 5 a eine Dicke kleiner als π/2 L _DE hat und da er benachbart zum Anodenbereich 6 angeordnet ist - genau wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 - gelangt man beim Transistor nach diesem Aufbau zu einem nicht sättigenden Stromverlauf, wie er in Fig. 5A gezeigt ist. Da weiterhin der zweite Teil 5 b abweichend vom ersten Teil 5 a des aktiven Bereichs 5 eine genügend große Dicke hat, wird der Widerstand des aktiven Bereichs insgesamt kleiner. Dementsprechend kann das Ausführungsbeispiel von Fig. 6 einen größeren Strom verkraften als bei einem Aufbau nach Fig. 1.

Fig. 7A zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Transistors und Fig. 7B seine Draufsicht. Bei dieser Abänderung wird der Kathodenbereich 4 aus einem ersten Bereich 4 a mit hoher Verunreinigungs-Konzentration vom N-Typ und einem zweiten Bereich 4 b mit einer hohen Verunreinigungs- Konzentration vom P-Typ gebildet. Der erste und zweite Bereich 4 a und 4 b sind parallel im Hinblick auf den aktiven Bereich 5 gebildet und eine gemeinsame Kathoden-Elektrode 9 wird auf den Bereichen 4 a und 4 b gebildet.

Die Wirkungsweise dieses Transistors ist in Fig. 8 gezeigt, in der eine Spannung V _GK und eine Spannung V _AK, die positiv im Hinblick auf die Kathoden- Elektrode 9 sind, an die Gate-Elektrode 8 bzw. an die Anoden-Elektrode 10 angelegt werden. Sofern V _AK größer ist als V _GK, werden die Löcher, die aus dem Anodenbereich 6 in den aktiven Bereich 5 injiziert werden, wirksam durch den zweiten Bereich 4 b abgesaugt. Als Konsequenz hiervon werden vom ersten Bereich 4 a, der ja eine hohe Verunreinigungs-Konzentration vom N-Typ hat, kräftig Elektronen in den Anodenbereich 6 injiziert, und zwar durch den aktiven Bereich 5. Infolgedessen wird der Widerstand des Bereichs 5, der wirkungsvoll die Löcher auffängt, erheblich kleiner gemacht als im Ausführungsbeispiel von Fig. 1. Mit dem soeben beschriebenen Ausführungs-Beispiel ist man damit in der Lage, einen hohen Strom zu steuern.

Fig. 9 zeigt ein Beispiel eines dreidimensionalen LSI, das mehrere Transistoren gemäß der Erfindung aufweist und Fig. 10 zeigt eine äquivalente Schaltung.

Bei diesem Beispiel liegen nahe der Grenzfläche in der ersten Isolierschicht 20 in horizontaler Richtung nebeneinanderliegend ein Kathodenbereich 21 vom N⁺-Typ, ein aktiver Bereich 22 vom P-Typ und ein Anodenbereich 23 vom P⁺-Typ. Auf dem aktiven Bereich 22 ist durch einen Isolationsfilm 24 isoliert eine erste Gate-Elektrode 25 gebildet. Darüber hinaus sind jeweils eine erste Kathoden- Elektrode 26 und eine erste Anoden-Elektrode 27 jeweils mit dem Kathodenbereich 21 und dem Anodenbereich 23 verbunden, und zwar über Ohm'sche Kontakte, womit ein erster Transistor TR 1 des Lateral-Typs gebildet wird. In der ersten Isolierschicht 20 liegen weiterhin nebeneinander ein Kathodenbereich 28 vom N⁺-Typ, ein aktiver Bereich 29 vom N-Typ und ein Anodenbereich 30 vom P⁺-Typ, und zwar in horizontaler Richtung und benachbart zum ersten Transistor TR 1. Durch den Isolationsfilm 24 isoliert ist auf dem aktiven 29 eine zweite Gate-Elektrode 31 befestigt. Eine zweite Kathoden-Elektrode 32 und eine Anoden- Elektrode 33 sind jeweils mit dem Kathodenbereich 28 und dem Anodenbereich 30 verbunden, und zwar mit Ohm'schen Kontakten, so daß ein zweiter Transistor TR 2 gebildet wird. Die Gate-Elektroden 25 und 31 sind in einem nicht dargestellten Teilbereich miteinander verbunden. Eine zweite Isolierschicht 34 deckt die erste Kathoden-Elektrode 26, die erste Gate-Elektrode 25, die zweite Gate-Elektrode 31 und die zweite Anoden-Elektrode 33 ab. Durch einen Teilbereich der zweiten Isolierschicht 34 hindurch geht ein Loch. Das Loch ist mit elektrisch leitendem Material 35 aufgefüllt, so daß man die erste Anoden-Elektrode 27 und die zweite Kathoden-Elektrode 32 miteinander verbinden kann. Auf der zweiten Isolierschicht 34 wird eine dritte Isolierschicht 36 gebildet, so daß das elektrisch leitende Material 35 umgrenzt ist. Eine vierte Isolierschicht 40 deckt die dritte Isolierschicht 36, dritte und vierte Gate-Elektroden 38 und 39 und das elektrisch leitende Material 35 ab. Auf dieser vierten Isolierschicht 40 ist ein dritter Transistor TR 3 sowie ein vierter Transistor TR 4 ausgebildet. Teilbereiche 40 a und 40 b der Isolierschicht 40 bilden einen Isolationsfilm des dritten und vierten Transistors TR 3 und TR 4. Die Bezugszeichen 42 und 43 bezeichnen die aktiven Bereiche der Transistoren TR 3 und TR 4, 44 bezeichnet die Kathoden-Elektrode des dritten Transistors TR 3, 45 eine Elektrode, die der Anoden-Elektrode des dritten Transistors TR 3 und der Kathoden-Elektrode des vierten Transistors TR 4 gemeinsam ist und 46 die Anoden-Elektrode des vierten Transistors TR 4.

Da der erfindungsgemäße Transistor vom IG-Typ ist, hat er einen hohen Eingangs-Widerstand, wodurch die Steuerung leicht wird. Da weiterhin der Stron in Durchlaß-Richtung aus einem PN-Übergang kommt, ist der Ausgangs-Widerstand nieder, so daß das äuqivalente thermische Rauschen fällt, das durch einen solchen Widerstand verursacht wird. Da zusätzlich der Transistor nach der Erfindung vom Typ Bulkhalbleiter ist, hat er große Verstärkungsfaktoren

G _AK (= ∂ I _AK/∂ V _AK) und Gm (= -∂ I _AK/∂ V _GK).

Wenn die Temperatur steigt, dann verlängert sich die Debye-Länge proportional zur Quadratwurzel der Temperatur, wobei die Debye-Länge in ausreichendem Maße größer wird als die Dicke des aktiven Bereichs. Dementsprechend können sich die Majoritäts- Träger ohne weiteres im aktiven Bereich ansammeln, so daß selbst wenn ein großer Strom gezogen wird, nicht die Gefahr von wärmemäßiger Überbeanspruchung entsteht.

Claims

1. Transistor mit auf einer Isolierschicht gebildeten Halbleiterschicht, welche in wenigstens drei in der Ebene der Isolierschicht gesehen nebeneinanderliegende Bereiche gegliedert ist, wobei ein erster Bereich eines ersten Leitfähigkeitstyps gegenüberliegend zur Isolierschicht durch eine mittels eines Isolationsfilmes isolierte Gate-Elektrode zumindest teilweise bedeckt ist, ein zweiter Bereich mit hoher Verunreinigungskonzentration des ersten Leitfähigkeitstyps mit einer ersten Elektrode kontaktiert ist, ein dritter Bereich hoher Verunreinigungskonzentration mit einer zweiten Elektrode kontaktiert ist und der zweite und dritte Bereich voneinander getrennt an den dazwischenliegenden ersten Bereich angrenzen, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Bereich (6) vom zweiten Leitfähigkeitstyp ist und daß die Dicke (t _c) des durch die Gate-Elektrode (8) bedeckten Teiles des ersten Bereichs (5, 5 a) gemessen in der Richtung senkrecht zur Isolierschicht (2) kleiner ist als π/2 mal die Debye-Länge, die dem den ersten Bereich (5, 5 a) bildenden Halbleitermaterial eigen ist.

2. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht (3, 4, 5) in der Isolierschicht (2) eingebettet ist.

3. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (2) auf einem Halbleiter-Substrat (1) gebildet ist.

4. Transistor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (2) aus einem Silicium-Oxid-Film besteht.

5. Transistor nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierschicht (2) aus Saphir besteht.

6. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Bereich (4) aus einem Bereich (4 a) mit hoher Verunreinigungskonzentration des ersten Zeitfähigkeitstyps und aus einem Bereich (4 b) mit hoher Verunreinigungskonzentration des zweiten Zeitfähigkeitstyps besteht, die an den ersten Bereich (5) angrenzen und durch die erste Elektrode (9) kontaktiert sind.

7. Transistor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht (3) aus einem monokristallinen Halbleiter gebildet ist.

8. Verwendung des Transistors nach einem der vorangehenden Ansprüche in einer integrierten Schaltung.