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JP2011142136A - Field effect transistor and logical circuit using the same - Google Patents

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JP2011142136A
JP2011142136A JP2010000701A JP2010000701A JP2011142136A JP 2011142136 A JP2011142136 A JP 2011142136A JP 2010000701 A JP2010000701 A JP 2010000701A JP 2010000701 A JP2010000701 A JP 2010000701A JP 2011142136 A JP2011142136 A JP 2011142136A
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Japan
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fet
logic
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gate
region
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Application number
JP2010000701A
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Japanese (ja)
Inventor
Naoki Harada
直樹 原田
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Thin Film Transistor (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a field effect transistor (FET) improved in functionality, and a logical circuit using the transistor. <P>SOLUTION: The FET 100 includes a channel region 16 changeable in polarity, and a ferroelectric region 26 provided near the channel region 16 and changing the polarity of the channel region 16 based on the own polarization state. The FET 100 further includes a first control means 24 controlling the carrier density of the channel region 16, and a second control means 12 changing the polarization state of the ferroelectric region 26. The polarization state of the ferroelectric region 26 is changed by a control signal V<SB>c</SB>applied to the first control means 24, and as a result, the polarity of the channel region 16 can be changed. The polarity of the FET 100 can thereby be optionally changed, and the once changed polarity of the FET 100 can be maintained even after power-off. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、両極性電界効果型トランジスタ及び当該トランジスタを用いた論理回路に関する。   The present invention relates to a bipolar field effect transistor and a logic circuit using the transistor.

半導体論理回路は、電界効果型トランジスタ(FET:Field effect transistor)を始めとする複数の回路素子の組み合わせにより構成される。近年、加工技術の限界や回路の発熱等の問題に伴い、半導体論理回路の微細化に限界が見えてきた。そこで、回路を構成する素子に複数の機能を持たせ、同一の機能を少数の部品で実現するというアプローチが注目されている。   A semiconductor logic circuit is configured by a combination of a plurality of circuit elements including a field effect transistor (FET). In recent years, there has been a limit to the miniaturization of semiconductor logic circuits due to problems such as limitations of processing technology and circuit heat generation. In view of this, attention has been paid to an approach in which elements constituting a circuit have a plurality of functions and the same function is realized with a small number of components.

例えば、チャネル領域を所定の有機半導体材料で構成することで、p型及びn型の両方の極性を持ちうる両極性電界効果型トランジスタが知られている(例えば、特許文献1を参照)。   For example, an ambipolar field effect transistor that has both p-type and n-type polarities by configuring a channel region with a predetermined organic semiconductor material is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2006−303453号公報JP 2006-303453 A

上記の両極性電界効果型トランジスタでは、製造時にボーリング(ソース−ゲート間に所定の電圧を印加すること)を行うか否かにより、その極性が決定される。そして、一度決定されたチャネルの極性は、動作時において常に固定され変化することはない。すなわち、上記の両極性電界効果型トランジスタは、実際にはp型またはn型のいずれかの極性でのみ動作し、その両極性が十分に生かされているとはいえなかった。   In the bipolar field effect transistor, the polarity is determined depending on whether or not to perform boring (applying a predetermined voltage between the source and the gate) during manufacturing. The channel polarity once determined is always fixed and does not change during operation. That is, the bipolar field effect transistor described above actually operates only in either the p-type or n-type polarity, and it cannot be said that the both polarities are fully utilized.

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、機能性を向上させた電界効果型トランジスタ及び当該トランジスタを用いた論理回路を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a field effect transistor with improved functionality and a logic circuit using the transistor.

本電界効果型トランジスタは、極性を変更可能なチャネル領域と、チャネル領域付近に設けられ、自身の分極状態に基づきチャネル領域の極性を変更する強誘電体領域を有する。本電界効果型トランジスタはさらに、チャネル領域のキャリア濃度を制御する第1制御手段と、強誘電体領域の分極状態を変更する第2制御手段と、を有する。   This field effect transistor has a channel region whose polarity can be changed and a ferroelectric region which is provided near the channel region and changes the polarity of the channel region based on its polarization state. The field effect transistor further includes first control means for controlling the carrier concentration in the channel region and second control means for changing the polarization state of the ferroelectric region.

本論理回路は、上記の電界効果型トランジスタと、第1制御手段に信号を入力するための入力端子と、記第2制御手段に信号を入力するための制御端子と、を有する。また、本論理回路を複数組み合わせた論理回路では、上記の論理回路を複数有し、複数の論理回路の少なくとも1つにアドレスが割り振られている。アドレスにより複数の論理回路のうち任意の論理回路が選択され、選択された論理回路の制御端子に、上記の電界効果型トランジスタにおける強誘電体領域の分極状態を変更する書き込み電圧が印加される。   This logic circuit has the above-described field effect transistor, an input terminal for inputting a signal to the first control means, and a control terminal for inputting a signal to the second control means. Further, a logic circuit in which a plurality of this logic circuit is combined has a plurality of the above logic circuits, and an address is assigned to at least one of the plurality of logic circuits. An arbitrary logic circuit is selected from the plurality of logic circuits according to the address, and a write voltage for changing the polarization state of the ferroelectric region in the field effect transistor is applied to the control terminal of the selected logic circuit.

本電界効果型トランジスタによれば、その極性を任意に変更し、かつ一度変更した極性を電源投下後も維持することができる。また、本論理回路によれば、その機能を任意に変更し、かつ一度変更した機能を電源投下後も維持することができる。   According to the present field effect transistor, the polarity can be arbitrarily changed, and the once changed polarity can be maintained even after the power is turned off. Further, according to the present logic circuit, the function can be arbitrarily changed and the once changed function can be maintained even after the power is turned off.

図1(a)は、比較例に係るFETの構成を示す図であり、図1(b)は、そのシンボルを示す図である。FIG. 1A is a diagram showing a configuration of an FET according to a comparative example, and FIG. 1B is a diagram showing its symbol. 図2(a)〜(b)は、比較例に係るFETの動作原理を示す図である。FIGS. 2A to 2B are diagrams illustrating the operation principle of the FET according to the comparative example. 図3(a)は、両極性のFETを用いた論理ゲートの例であり、図3(b)〜(c)は、この論理ゲートの動作を示す真理値表である。FIG. 3A is an example of a logic gate using bipolar FETs, and FIGS. 3B to 3C are truth tables showing the operation of this logic gate. 図4(a)は、実施例1に係るFETの構成を示す図であり、図4(b)は、そのシンボルを示す図である。FIG. 4A is a diagram illustrating the configuration of the FET according to the first embodiment, and FIG. 4B is a diagram illustrating the symbol thereof. 図5(a)〜(d)は、実施例1に係るFETの製造方法を示す図(その1)である。FIGS. 5A to 5D are views (No. 1) illustrating the method for manufacturing the FET according to the first embodiment. 図6(a)〜(d)は、実施例1に係るFETの製造方法を示す図(その2)である。6A to 6D are diagrams (part 2) illustrating the method for manufacturing the FET according to the first embodiment. 図7(a)〜(d)は、実施例1に係るFETの動作原理を示す図である。7A to 7D are diagrams illustrating the operation principle of the FET according to the first embodiment. 図8は、実施例1に係るFETの伝達特性を示すグラフである。FIG. 8 is a graph illustrating the transfer characteristics of the FET according to the first embodiment. 図9は、実施例1の変形例に係るFETの構成を示す図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of an FET according to a modification of the first embodiment. 図10(a)は、実施例2に係る論理ゲートの構成を示す図であり、図10(b)は、そのシンボルを示す図である。FIG. 10A is a diagram illustrating the configuration of the logic gate according to the second embodiment, and FIG. 10B is a diagram illustrating the symbol thereof. 図11は、実施例2に係る論理ゲートの伝達特性を示すグラフである。FIG. 11 is a graph illustrating transfer characteristics of the logic gate according to the second embodiment. 図12は、実施例2に係る論理ゲートの動作を示すタイミングチャートである。FIG. 12 is a timing chart illustrating the operation of the logic gate according to the second embodiment. 図13は、実施例2の変形例に係る論理ゲートの構成を示す図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a configuration of a logic gate according to a modification of the second embodiment. 図14(a)は、実施例3に係る論理ゲートの構成を示す図であり、図14(b)は、そのシンボルを示す図である。FIG. 14A is a diagram illustrating a configuration of a logic gate according to the third embodiment, and FIG. 14B is a diagram illustrating symbols thereof. 図15は、従来例に係る2分決定グラフ論理回路の構成を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a configuration of a binary decision graph logic circuit according to a conventional example. 図16(a)〜(d)は、実施例4に係る論理回路の構成を示す図である。FIGS. 16A to 16D are diagrams illustrating a configuration of a logic circuit according to the fourth embodiment. 図17は、実施例5に係る論理回路の構成を示す図である。FIG. 17 is a diagram illustrating the configuration of the logic circuit according to the fifth embodiment. 図18は、実施例5に係る論理回路の動作を示すフローチャートである。FIG. 18 is a flowchart illustrating the operation of the logic circuit according to the fifth embodiment. 図19は、実施例5の変形例に係る論理回路の構成を示す図である。FIG. 19 is a diagram illustrating a configuration of a logic circuit according to a modification of the fifth embodiment.

最初に、比較例に係る電界効果型トランジスタ及びこれを用いた論理回路について説明する。
(比較例)
First, a field effect transistor according to a comparative example and a logic circuit using the same will be described.
(Comparative example)

図1(a)は、比較例に係る電界効果型トランジスタ(以下、FET80)の断面模式図である。高抵抗のシリコン基板10上にバックゲート電極12が形成されている。シリコン基板10及びバックゲート電極12は、第1絶縁層14により覆われている。第1絶縁層14上には、チャネル領域16が形成されると共に、チャネル領域を挟んでソース電極18及びドレイン電極20が形成されている。チャネル領域16、ソース電極18及びドレイン電極20は、第2絶縁層22により覆われている。第2絶縁層22上には、トップゲート電極24が形成されている。   FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of a field effect transistor (hereinafter, FET 80) according to a comparative example. A back gate electrode 12 is formed on a high-resistance silicon substrate 10. The silicon substrate 10 and the back gate electrode 12 are covered with a first insulating layer 14. On the first insulating layer 14, a channel region 16 is formed, and a source electrode 18 and a drain electrode 20 are formed across the channel region. The channel region 16, the source electrode 18 and the drain electrode 20 are covered with a second insulating layer 22. A top gate electrode 24 is formed on the second insulating layer 22.

図1(b)は、図1(a)のFET80のシンボルを示す図である。FET80は、入出力端子であるソース端子及びドレイン端子の他に、2つのゲート端子(第1ゲート及び第2ゲート)を有する。トランジスタ記号の凸側に位置する第1ゲートは、トップゲート電極24に相当し、トランジスタ記号の凹側に位置するの第2ゲートは、バックゲート電極12に相当する。第1ゲートは、通常のFETのゲートと同じく、チャネル領域16のキャリア濃度を制御することにより、FETをオンまたはオフに制御するための端子である。第2ゲートは、以下で説明するように、チャネル領域16に誘起されるキャリアの種類を変更することにより、FETの極性をn型またはp型のいずれかに変更するための端子である。   FIG. 1B is a diagram showing a symbol of the FET 80 in FIG. The FET 80 has two gate terminals (a first gate and a second gate) in addition to a source terminal and a drain terminal which are input / output terminals. The first gate located on the convex side of the transistor symbol corresponds to the top gate electrode 24, and the second gate located on the concave side of the transistor symbol corresponds to the back gate electrode 12. The first gate is a terminal for controlling the FET to be turned on or off by controlling the carrier concentration of the channel region 16 as in the case of a normal FET. The second gate is a terminal for changing the polarity of the FET to either n-type or p-type by changing the type of carriers induced in the channel region 16 as will be described below.

図2(a)及び(b)は、FET80の動作原理を説明する図である。基板10及び第2絶縁層22の一部は省略し、チャネル領域16及びバックゲート電極12を白抜きで図示している。チャネル領域16は、両極性を有する有機半導体材料(例えば、グラファイト等)からなる。バックゲート電極12に印加される電圧Vにより、チャネル領域16に誘起されるキャリアの種類が変化する。 2A and 2B are diagrams for explaining the operation principle of the FET 80. FIG. A part of the substrate 10 and the second insulating layer 22 is omitted, and the channel region 16 and the back gate electrode 12 are illustrated in white. The channel region 16 is made of an organic semiconductor material having bipolar properties (for example, graphite or the like). The voltage V c applied to the back gate electrode 12, the type of carrier induced in the channel region 16 is changed.

図2(a)では、バックゲート電極12に正の電圧が印加され、チャネル領域16には負のキャリア(電子)が誘起されている。これにより、チャネル領域16の極性はn型となり、FET80はn型トランジスタとして機能する。図2(b)では、バックゲート電極12に負の電圧が印加され、チャネル領域16には正のキャリア(正孔)が誘起されている。これにより、チャネル領域16の極性はp型となり、FET80はp型トランジスタとして機能する。このように、FET80は、バックゲート電極12に所定の電圧を印加することによりその極性を変更することができ、n型FET及びp型FETのうち任意のFETとして動作させることが可能である。   In FIG. 2A, a positive voltage is applied to the back gate electrode 12, and negative carriers (electrons) are induced in the channel region 16. As a result, the polarity of the channel region 16 becomes n-type, and the FET 80 functions as an n-type transistor. In FIG. 2B, a negative voltage is applied to the back gate electrode 12, and positive carriers (holes) are induced in the channel region 16. As a result, the polarity of the channel region 16 becomes p-type, and the FET 80 functions as a p-type transistor. Thus, the polarity of the FET 80 can be changed by applying a predetermined voltage to the back gate electrode 12, and the FET 80 can be operated as an arbitrary FET of the n-type FET and the p-type FET.

図3(a)は、両極性のFET80を用いた基本論理ゲートの例であり、図3(b)〜(c)は、この論理ゲートの動作を示す真理値表である。図3(a)に示すように、論理ゲート90では、電源線Vddと接地線Vssとの間に、FET80A〜80Cが直列に接続されている。また、FET80B及びFET80Cの中間ノードと接地線Vssとの間には、FET80DがFET80Cと並列に接続されている。   FIG. 3A is an example of a basic logic gate using a bipolar FET 80, and FIGS. 3B to 3C are truth tables showing the operation of this logic gate. As shown in FIG. 3A, in the logic gate 90, FETs 80A to 80C are connected in series between the power supply line Vdd and the ground line Vss. An FET 80D is connected in parallel with the FET 80C between the intermediate node of the FETs 80B and 80C and the ground line Vss.

論理ゲート90への第1入力信号Vin1は、FET80A及びFET80Dの第1ゲートに入力され、第2入力信号Vin2は、FET80B及びFET80Cの第1ゲートに入力されている。論理ゲート90の出力信号Voutは、FET80B及びFET80Cの中間ノードから出力されている。また、論理ゲート90への第1制御信号Vc1が、FET80C及びFET80Dの第2ゲートに入力され、論理ゲート90への第2制御信号Vc2が、FET80A及びFET80Bの第2ゲートに入力されている。 The first input signal V in1 to the logic gate 90 is input to the first gates of the FETs 80A and 80D, and the second input signal V in2 is input to the first gates of the FETs 80B and 80C. The output signal V out of the logic gate 90 is output from the intermediate node of the FET 80B and the FET 80C. The first control signal V c1 to the logic gate 90 is input to the second gates of the FETs 80C and 80D, and the second control signal V c2 to the logic gate 90 is input to the second gates of the FETs 80A and FET 80B. Yes.

図3(b)は、第1制御信号Vc1をHレベル、第2制御信号Vc2をLレベルとした時の真理値表である。このとき、FET80A及び80Bはp型として、FET80C及び80Dはn型として動作する。第1入力信号Vin1及び第2入力信号Vin2が共にLレベルであれば、出力信号VoutはHレベルになり、それ以外の場合では出力信号VoutはLレベルとなる。すなわち、論理ゲート90はNOR型として機能する。 FIG. 3B is a truth table when the first control signal V c1 is at the H level and the second control signal V c2 is at the L level. At this time, the FETs 80A and 80B operate as p-type, and the FETs 80C and 80D operate as n-type. If both the first input signal V in1 and the second input signal V in2 are at the L level, the output signal V out is at the H level. In other cases, the output signal V out is at the L level. That is, the logic gate 90 functions as a NOR type.

図3(c)は、第1制御信号Vc1をLレベル、第2制御信号Vc2をHレベルとした時の真理値表である。このとき、FET80A及び80Bはn型として、FET80C及び80Dはp型として動作する。第1入力信号Vin1及び第2入力信号Vin2が共にHレベルであれば、出力信号VoutはHレベルになり、それ以外の場合では出力信号VoutはLレベルとなる。すなわち、論理ゲート90はAND型として機能する。このように、第1制御信号Vc1及び第2制御信号Vc2を制御することにより、FET80A〜80Dの極性を変更し、論理ゲート90の機能をNOR型またはAND型に切り替えることができる。 FIG. 3C is a truth table when the first control signal V c1 is at the L level and the second control signal V c2 is at the H level. At this time, the FETs 80A and 80B operate as n-type, and the FETs 80C and 80D operate as p-type. If both the first input signal V in1 and the second input signal V in2 are at the H level, the output signal V out is at the H level. In other cases, the output signal V out is at the L level. That is, the logic gate 90 functions as an AND type. In this way, by controlling the first control signal V c1 and the second control signal V c2 , the polarity of the FETs 80A to 80D can be changed, and the function of the logic gate 90 can be switched between the NOR type and the AND type.

比較例に係るFET80は、動作中にその極性を変更することが可能であるため、上記の論理ゲート90の例のように、同一の回路素子で複数の機能を実現することができる。しかし、FET80の極性を維持するためには、第2ゲートであるバックゲート電極12に電圧を印加し続けなければならず、電源投下時にFETの極性及び論理ゲートの機能がリセットされてしまうという課題があった。   Since the polarity of the FET 80 according to the comparative example can be changed during operation, a plurality of functions can be realized by the same circuit element as in the example of the logic gate 90 described above. However, in order to maintain the polarity of the FET 80, a voltage must be continuously applied to the back gate electrode 12 as the second gate, and the polarity of the FET and the function of the logic gate are reset when the power is turned off. was there.

以下の実施例では、一度変更した極性を電源投下後も維持することが可能な両極性FETと、そのようなFETを用いた論理回路について説明する。   In the following embodiments, a description will be given of a bipolar FET that can maintain a once-changed polarity even after power is turned off, and a logic circuit using such an FET.

図4(a)は、実施例1に係る電界効果型トランジスタ(以下、FET100)の構成を示す図である。比較例(図1(a))と共通の構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。FET100では、バックゲート電極12とチャネル領域16との間の領域に、第1絶縁層14の代わりに強誘電体領域26が設けられている。その他の構成は比較例に係るFET80と同様である。   FIG. 4A is a diagram illustrating a configuration of a field effect transistor (hereinafter, FET 100) according to the first embodiment. Constituent elements common to the comparative example (FIG. 1A) are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. In the FET 100, a ferroelectric region 26 is provided in a region between the back gate electrode 12 and the channel region 16 instead of the first insulating layer 14. Other configurations are the same as those of the FET 80 according to the comparative example.

図4(b)は、図4(a)のFET100のシンボルを示す図である。FET100は、比較例に係るFET80と同様に、トップゲート電極24に相当する第1ゲートと、バックゲート電極12に相当する第2ゲートを有する。FET100のシンボルは、強誘電体領域26を備えることを示すために、チャネル部分に斜線のハッチが施されている。   FIG. 4B is a diagram showing a symbol of the FET 100 in FIG. The FET 100 has a first gate corresponding to the top gate electrode 24 and a second gate corresponding to the back gate electrode 12, similarly to the FET 80 according to the comparative example. The symbol of the FET 100 is hatched in the channel portion to indicate that the ferroelectric region 26 is provided.

図5(a)〜図6(d)は、実施例1に係るFET100の製造方法を示す図である。最初に、図5(a)に示すように、基板10上にバックゲート電極を形成し、その上に強誘電体領域26を形成する。基板10には、例えば高抵抗のシリコンを用い、その抵抗率は例えば10kΩ・cmとする。バックゲート電極12には、例えばポリシリコンを用い、その膜厚は例えば50nmとする。強誘電体領域26には、例えばチタン酸ジルコン酸鉛(PZT:lead zirconate titanate)を用い、その膜厚は例えば50nmとする。バックゲート電極12及び強誘電体領域26は、例えばスパッタ製膜法により形成する。   FIG. 5A to FIG. 6D are diagrams illustrating a method for manufacturing the FET 100 according to the first embodiment. First, as shown in FIG. 5A, a back gate electrode is formed on the substrate 10, and a ferroelectric region 26 is formed thereon. For example, high-resistance silicon is used for the substrate 10 and the resistivity is set to 10 kΩ · cm, for example. For example, polysilicon is used for the back gate electrode 12, and the film thickness is set to 50 nm, for example. For the ferroelectric region 26, for example, lead zirconate titanate (PZT) is used, and its film thickness is, for example, 50 nm. The back gate electrode 12 and the ferroelectric region 26 are formed by, for example, a sputtering film forming method.

次に、図5(b)に示すように、後にチャネル領域となる部分以外に形成されたバックゲート電極12及び強誘電体領域26を除去し、その上に第1絶縁層14を全面に形成する。バックゲート電極12及び強誘電体領域26の除去は、例えばフォトリソグラフィープロセス及びアルゴンイオンエッチング法により行う。第1絶縁層14には、例えば酸化シリコン(SiO)を含む絶縁膜を用い、例えばスピンコート法により膜の形成を行う。 Next, as shown in FIG. 5 (b), the back gate electrode 12 and the ferroelectric region 26, which are formed at portions other than the portion that will later become the channel region, are removed, and the first insulating layer 14 is formed on the entire surface. To do. The back gate electrode 12 and the ferroelectric region 26 are removed by, for example, a photolithography process and an argon ion etching method. For the first insulating layer 14, for example, an insulating film containing silicon oxide (SiO 2 ) is used, and the film is formed by, for example, spin coating.

次に、図5(c)に示すように、全体を平坦化し、強誘電体領域26の表面を露出させる。平坦化は、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)法により行う。   Next, as shown in FIG. 5C, the whole is flattened to expose the surface of the ferroelectric region 26. The planarization is performed by, for example, a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method.

次に、図5(d)に示すように、強誘電体領域26が露出した側の表面にチャネル領域16を形成する。チャネル領域16には、例えば単層または複層(多くても2層程度が好ましい)のグラファイト薄膜を用いる。この場合、別のシリコン基板上にCVD(Chemical Vapor Deposition)法によりグラファイト薄膜を形成し、それを剥離して強誘電体領域26上に貼り付ける方法を用いてもよい。グラファイト薄膜を貼り付けた後、例えばフォトリソグラフィープロセス及び酸素アッシング法により、グラファイト薄膜を選択的に除去し、チャネル領域16を形成する。   Next, as shown in FIG. 5D, the channel region 16 is formed on the surface on the side where the ferroelectric region 26 is exposed. For the channel region 16, for example, a single layer or a multilayer (preferably at most about two layers) graphite thin film is used. In this case, a method may be used in which a graphite thin film is formed on another silicon substrate by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and then peeled off and pasted on the ferroelectric region 26. After attaching the graphite thin film, the graphite thin film is selectively removed by, for example, a photolithography process and an oxygen ashing method to form the channel region 16.

次に、図6(a)に示すように、チャネル領域16の両端にソース電極18及びドレイン電極20を形成する。ソース電極18及びドレイン電極20には、例えばチタン(Ti)及び金(Au)を用い、それぞれ基板10に近い側から例えば10nm/50nmの膜厚で形成する。ソース電極18及びドレイン電極20は、例えばフォトレジストにより電極パターンを形成し、電極材料を蒸着後にリフトオフを行うことで、所望の位置に形成することができる。   Next, as shown in FIG. 6A, the source electrode 18 and the drain electrode 20 are formed at both ends of the channel region 16. For example, titanium (Ti) and gold (Au) are used for the source electrode 18 and the drain electrode 20, respectively, and are formed with a thickness of, for example, 10 nm / 50 nm from the side close to the substrate 10. The source electrode 18 and the drain electrode 20 can be formed at desired positions by forming an electrode pattern using, for example, a photoresist and performing lift-off after depositing the electrode material.

次に、図6(b)に示すように、ゲート絶縁膜となる第2絶縁層22を、チャネル領域16、ソース電極18、及びドレイン電極20上に形成する。第2絶縁層22には、例えば酸化ハフニウム(HfO)を用い、その膜厚は例えば50nmとする。また、第2絶縁層22の形成は、例えばALD(Atomic layer Deposition)法により行う。 Next, as shown in FIG. 6B, a second insulating layer 22 that becomes a gate insulating film is formed on the channel region 16, the source electrode 18, and the drain electrode 20. For example, hafnium oxide (HfO 2 ) is used for the second insulating layer 22, and the film thickness thereof is, for example, 50 nm. The second insulating layer 22 is formed by, for example, an ALD (Atomic layer Deposition) method.

最後に、図6(c)に示すように、第2絶縁層22上にトップゲート電極24を形成する。トップゲート電極24には、例えばチタン(Ti)及び金(Au)を用い、それぞれ基板10に近い側から例えば10nm/50nmの膜厚で形成する。トップゲート電極24は、ソース電極18及びドレイン電極20と同様に、例えばフォトレジストにより電極パターンを形成し、電極材料を蒸着後にリフトオフを行うことで、所望の位置に形成することができる。その後、通常のFETの製造方法と同様に、配線形成プロセスへと進む。   Finally, a top gate electrode 24 is formed on the second insulating layer 22 as shown in FIG. The top gate electrode 24 is made of, for example, titanium (Ti) and gold (Au), and is formed with a film thickness of, for example, 10 nm / 50 nm from the side close to the substrate 10. Similar to the source electrode 18 and the drain electrode 20, the top gate electrode 24 can be formed at a desired position by forming an electrode pattern using, for example, a photoresist and performing lift-off after vapor deposition of the electrode material. Thereafter, the process proceeds to a wiring formation process in the same manner as a normal FET manufacturing method.

図7(a)〜(d)は、FET100の動作原理を説明する図である。基板10及び第2絶縁層22の一部は省略し、チャネル領域16及びバックゲート電極12を白抜きで図示している。比較例と同様に、チャネル領域16は、両極性を有する有機半導体材料から形成されている。比較例(図2(a)〜(b))では、バックゲート電極12に印加される電圧Vにより、直接チャネル領域16にキャリアが誘起される構成であった。これに対し、実施例1のFET100では、バックゲート電極12からの電圧印加により強誘電体領域26に生じた分極電荷が、チャネル領域16に正または負のキャリアを誘起する。 7A to 7D are diagrams for explaining the operation principle of the FET 100. FIG. A part of the substrate 10 and the second insulating layer 22 is omitted, and the channel region 16 and the back gate electrode 12 are illustrated in white. Similar to the comparative example, the channel region 16 is formed of an organic semiconductor material having both polarities. In Comparative Example (FIG. 2 (a) ~ (b) ), the voltage V c applied to the back gate electrode 12 was configured to direct the channel region 16 carriers are induced. On the other hand, in the FET 100 according to the first embodiment, the polarization charge generated in the ferroelectric region 26 by the voltage application from the back gate electrode 12 induces positive or negative carriers in the channel region 16.

図7(a)では、バックゲート電極12に正の電圧Vが印加されている。これにより、強誘電体領域26では基板側が負、チャネル側が正となる分極が発生する。強誘電体領域26のチャネル側に生じた正の分極電荷により、チャネル領域16には負のキャリア(電子)が誘起されている。これにより、チャネル領域16の極性はn型となり、FET100はn型トランジスタとして機能する。図7(b)に示すように、強誘電体領域26の分極状態は、バックゲート電極12への電圧印加が終了した後も維持される。これにより、電源投下後においても、チャネル領域16の極性はn型のまま維持され、FET100はn型トランジスタとして機能し続ける。 In FIG. 7A, a positive voltage V c is applied to the back gate electrode 12. As a result, in the ferroelectric region 26, polarization occurs in which the substrate side is negative and the channel side is positive. Negative carriers (electrons) are induced in the channel region 16 due to positive polarization charges generated on the channel side of the ferroelectric region 26. As a result, the polarity of the channel region 16 becomes n-type, and the FET 100 functions as an n-type transistor. As shown in FIG. 7B, the polarization state of the ferroelectric region 26 is maintained even after the voltage application to the back gate electrode 12 is completed. Thereby, even after power is turned off, the polarity of the channel region 16 remains n-type, and the FET 100 continues to function as an n-type transistor.

図7(c)では、バックゲート電極12に負の電圧Vが印加されている。これにより、強誘電体領域26では基板側が正、チャネル側が負となる分極が発生する。強誘電体領域26のチャネル側に生じた負の分極電荷により、チャネル領域16には正のキャリア(正孔)が誘起されている。これにより、チャネル領域16の極性はp型となり、FET100はp型トランジスタとして機能する。図7(d)に示すように、強誘電体領域26の分極状態は、バックゲート電極12への電圧印加が終了した後も維持される。これにより、電源投下後においても、チャネル領域16の極性はp型のまま維持され、FET100はp型トランジスタとして機能し続ける。 In FIG. 7C, a negative voltage V c is applied to the back gate electrode 12. As a result, in the ferroelectric region 26, polarization is generated in which the substrate side is positive and the channel side is negative. Positive carriers (holes) are induced in the channel region 16 due to negative polarization charges generated on the channel side of the ferroelectric region 26. Thereby, the polarity of the channel region 16 becomes p-type, and the FET 100 functions as a p-type transistor. As shown in FIG. 7D, the polarization state of the ferroelectric region 26 is maintained even after the voltage application to the back gate electrode 12 is completed. Thereby, even after power is turned off, the polarity of the channel region 16 remains p-type, and the FET 100 continues to function as a p-type transistor.

図8は、FET100の伝達特性を示すグラフである。横軸はゲート電圧を、縦軸はドレイン電流の対数値をそれぞれ示す。図示するように、ゲート電圧VがVより大きい領域では、電圧Vが大きくなるにつれ電流Iの流れる量は大きくなる。ゲート電圧VがVより小さい領域では、電圧Vが小さくなるにつれ電流Iの流れる量は大きくなる。このように、所定のゲート電圧Vを境に、ドレイン電流の変化の傾きが逆になる特性を「両極性」と称する。 FIG. 8 is a graph showing the transfer characteristics of the FET 100. The horizontal axis represents the gate voltage, and the vertical axis represents the logarithmic value of the drain current. As shown in the figure, in the region where the gate voltage V g is greater than V 0 , the amount of current I d increases as the voltage V g increases. In the region where the gate voltage V g is smaller than V 0 , the amount of current I d increases as the voltage V g decreases. A characteristic in which the slope of the change in the drain current is reversed at a predetermined gate voltage V 0 is called “bipolar”.

前述のように、強誘電体領域26は、自身の分極状態に基づきチャネル領域16の極性を変更する。強誘電体領域26の分極状態を変更(反転)するためには、バックゲート電極12から強誘電体領域26に対し、絶対値が強誘電体領域26の抗電界より大きい電圧Vを印加する。グラフ中の領域Nは、FET100がn型トランジスタとして動作する領域を、グラフ中の領域Pは、FET100がp型トランジスタとして動作する領域をそれぞれ示す。すなわち、バックゲート電極12は、強誘電体領域26の分極状態及びFET100の極性を変更するための手段(第2制御手段)として機能する。 As described above, the ferroelectric region 26 changes the polarity of the channel region 16 based on its polarization state. In order to change (invert) the polarization state of the ferroelectric region 26, a voltage V c having an absolute value larger than the coercive electric field of the ferroelectric region 26 is applied from the back gate electrode 12 to the ferroelectric region 26. . A region N in the graph indicates a region where the FET 100 operates as an n-type transistor, and a region P in the graph indicates a region where the FET 100 operates as a p-type transistor. That is, the back gate electrode 12 functions as a means (second control means) for changing the polarization state of the ferroelectric region 26 and the polarity of the FET 100.

トップゲート電極24は、印加される電圧信号Vinにより、領域N及び領域Pの範囲内においてチャネル領域16に流れる電流の大きさを制御し、FET100をオンまたはオフに制御する。すなわち、トップゲート電極24は、チャネル領域16に誘起されたキャリアの濃度を制御し、FET100のオン/オフを制御するための手段(第1制御手段)として機能する。 Top gate electrode 24, the voltage signal V in applied thereto controls the magnitude of current flowing through the channel region 16 within the range of the region N and the region P, and controls to turn on or off the FET 100. That is, the top gate electrode 24 functions as a means (first control means) for controlling the concentration of carriers induced in the channel region 16 and controlling the on / off of the FET 100.

以上のように、実施例1に係るFET100は、極性を変更可能なチャネル領域16と、チャネル領域16付近に設けられ、自身の分極状態に基づきチャネル領域16の極性を変更する強誘電体領域26とを有する。FET100はさらに、チャネル領域16のキャリア濃度を制御する第1制御手段としてのトップゲート電極24と、強誘電体領域26の分極状態を変更する第2制御手段としてのバックゲート電極12とを有する。   As described above, the FET 100 according to the first embodiment includes the channel region 16 whose polarity can be changed and the ferroelectric region 26 which is provided in the vicinity of the channel region 16 and changes the polarity of the channel region 16 based on its polarization state. And have. The FET 100 further includes a top gate electrode 24 as first control means for controlling the carrier concentration in the channel region 16 and a back gate electrode 12 as second control means for changing the polarization state of the ferroelectric region 26.

本構成によれば、バックゲート電極12に印加される制御信号Vにより、強誘電体領域26の分極状態を変更し、その結果としてチャネル領域16の極性を変更することができる。これにより、FET100をp型またはn型の任意のFETとして動作させることができ、同一の回路素子で複数の機能を実現することができる。 According to this configuration, a control signal V c applied to the back gate electrode 12, and change the polarization state of the ferroelectric region 26, it is possible to change the polarity of the channel region 16 as a result. Thereby, the FET 100 can be operated as an arbitrary FET of p-type or n-type, and a plurality of functions can be realized by the same circuit element.

また、強誘電体領域26の分極状態は、バックゲート電極12に制御電圧Vを印加し続けなくとも維持されるため、一度変更したFET100の極性を電源投下後においても維持することができる。換言すれば、強誘電体領域26により、FET100の極性を不揮発に記憶することができる。このような特性を備えたFET100を用いることにより、機能の変更及び保持が容易な論理回路を構成することができる。その結果、例えば集積回路の高機能化、低消費電力化、高速化、小型化、及び低コスト化等を実現することができる。 Further, the polarization state of the ferroelectric region 26 to be maintained without continued application of a control voltage V c to the back gate electrode 12, it can be maintained even after the power supply dropping polarity FET100 changing once. In other words, the polarity of the FET 100 can be stored in a nonvolatile manner by the ferroelectric region 26. By using the FET 100 having such characteristics, it is possible to configure a logic circuit that can easily change and maintain functions. As a result, it is possible to realize, for example, higher functionality, lower power consumption, higher speed, smaller size, and lower cost of the integrated circuit.

実施例1では、第1制御手段としてトップゲート電極24を、第2制御手段としてバックゲート電極12を用いたが、第1制御手段としてバックゲート電極12を、第2制御手段としてトップゲート電極24を用いてもよい。この場合、強誘電体領域26は、チャネル領域16とトップゲート電極24との間に形成され、これらの位置関係は実施例1と逆になる。   In the first embodiment, the top gate electrode 24 is used as the first control unit, and the back gate electrode 12 is used as the second control unit. However, the back gate electrode 12 is used as the first control unit, and the top gate electrode 24 is used as the second control unit. May be used. In this case, the ferroelectric region 26 is formed between the channel region 16 and the top gate electrode 24, and their positional relationship is opposite to that in the first embodiment.

より一般的には、第1制御手段及び第2制御手段を上下2つの電極により実現する場合、チャネル領域16に対し強誘電体領域26と反対側に、第1制御手段としての第1ゲート電極を設ける。そして、強誘電体領域26に対しチャネル領域16と反対側に、第2制御手段としての第2ゲート電極を設ける。また、第1制御手段及び第2制御手段は、上記0037段落にて説明した機能を有するものであれば、これ以外の形態であってもよい。   More generally, when the first control means and the second control means are realized by two upper and lower electrodes, the first gate electrode as the first control means is provided on the side opposite to the ferroelectric region 26 with respect to the channel region 16. Is provided. Then, a second gate electrode serving as second control means is provided on the opposite side of the ferroelectric region 26 from the channel region 16. Further, the first control means and the second control means may have other forms as long as they have the function described in the above paragraph 0037.

また、実施例1では、チャネル領域16は例えばグラファイト薄膜により形成されるとしたが、上述したように極性の変更が可能なものであれば他の材料を用いてもよい。例えば、グラファイト薄膜の代わりにカーボンナノチューブを用いてもよい。また、実施例1では、強誘電体領域26がバックゲート電極12とチャネル領域16との間に設けられていたが、強誘電体領域26はチャネル領域16の付近に設けられていればよい。この場合の「付近」とは、強誘電体領域26の分極電荷により、チャネル領域16の極性を変更することができる程度の位置関係(距離)を意味する。   In the first embodiment, the channel region 16 is formed of, for example, a graphite thin film. However, other materials may be used as long as the polarity can be changed as described above. For example, carbon nanotubes may be used instead of the graphite thin film. In the first embodiment, the ferroelectric region 26 is provided between the back gate electrode 12 and the channel region 16. However, the ferroelectric region 26 may be provided in the vicinity of the channel region 16. In this case, “near” means a positional relationship (distance) to the extent that the polarity of the channel region 16 can be changed by the polarization charge of the ferroelectric region 26.

また、実施例1では、図4に示すようにトップゲート電極24とソース電極18との間にスペースが設けられていたが、これ以外の形態を採用してもよい。   In the first embodiment, a space is provided between the top gate electrode 24 and the source electrode 18 as shown in FIG. 4, but other forms may be adopted.

図9は、実施例1の変形例に係るFET100aの断面模式図である。FET100aは、トップゲート電極24とソース電極18との間にスペースが設けられていない、いわゆるフルゲートタイプのFETである。その他の構成は実施例1(図4)と共通である。これにより、実施例1のFET100に比べ、ソース−ゲート間の寄生抵抗を抑制することができる。一方、実施例1のFET100では、変形例のFET100aに比べ、寄生容量を抑制することができる。   FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of an FET 100a according to a modification of the first embodiment. The FET 100 a is a so-called full gate type FET in which no space is provided between the top gate electrode 24 and the source electrode 18. Other configurations are the same as those of the first embodiment (FIG. 4). Thereby, compared with FET100 of Example 1, the parasitic resistance between a source-gate can be suppressed. On the other hand, in the FET 100 of the first embodiment, parasitic capacitance can be suppressed as compared with the FET 100a of the modified example.

実施例1では、強誘電体領域26の材料としてPZTを用いたが、これ以外にもPLZT((Pb,La)(Zr,Ti)O)、BaMgF、SBT(SrBiTa)、BLT((Bi,La)Ti12)、Sr(Ta,Nb)、PbGe11等を用いることができる。また、第1絶縁層14及び第2絶縁層22の材料として、上述したものの他にAl等を用いることができる。 In Example 1, PZT was used as the material of the ferroelectric region 26. However, other than this, PLZT ((Pb, La) (Zr, Ti) O 3 ), BaMgF 4 , SBT (SrBi 2 Ta 2 O 9). ), BLT ((Bi, La) 4 Ti 3 O 12 ), Sr 2 (Ta, Nb) 2 O 7 , Pb 5 Ge 3 O 11, or the like can be used. Further, as a material for the first insulating layer 14 and the second insulating layer 22, Al 2 O 3 or the like can be used in addition to those described above.

実施例1に係るFET100の製造プロセスは、通常のシリコンFETの製造プロセスと共存させることができる。すなわち、FET100を、他のシリコンFETと同一のウェハ上に形成してもよい。このとき、シリコンFETのプロセスにおいては酸化、拡散などの高温を必要とする工程があるため、シリコンFETの作製プロセスを先に行い、その後にFET100の作製プロセスを行うことが好ましい。これにより、熱に弱いグラファイト薄膜等からなるチャネル領域16を保護することができる。   The manufacturing process of the FET 100 according to the first embodiment can coexist with the manufacturing process of a normal silicon FET. That is, the FET 100 may be formed on the same wafer as other silicon FETs. At this time, since there are steps that require high temperatures such as oxidation and diffusion in the process of silicon FET, it is preferable to perform the process of manufacturing the silicon FET first and then the process of manufacturing the FET 100. As a result, the channel region 16 made of a graphite thin film or the like that is susceptible to heat can be protected.

以下、実施例1に係るFET100を用いた論理回路について説明する。   Hereinafter, a logic circuit using the FET 100 according to the first embodiment will be described.

実施例2は、実施例1に係るFET100を用いた1入力1出力の論理ゲートの例である。   The second embodiment is an example of a one-input one-output logic gate using the FET 100 according to the first embodiment.

図10(a)は、FET100を用いた基本論理ゲートの例であり、図10(b)は、この論理ゲートのシンボルを示す図である。図10(a)に示すように、論理ゲート110では、電源線Vddと接地線Vssとの間に、抵抗R及びFET100が直列に接続されている。論理ゲート110への入力信号Vinは、FET100の第1ゲートに入力され、論理ゲート110の出力信号Voutは、抵抗R及びFET100の中間ノードから出力される。また、論理ゲート110への制御信号Vが、FET100の第2ゲートに入力されている。 FIG. 10A shows an example of a basic logic gate using the FET 100, and FIG. 10B shows a symbol of this logic gate. As shown in FIG. 10A, in the logic gate 110, the resistor R and the FET 100 are connected in series between the power supply line Vdd and the ground line Vss. The input signal V in to the logic gate 110 is input to the first gate of the FET 100, and the output signal V out of the logic gate 110 is output from the resistor R and the intermediate node of the FET 100. Further, the control signal V c to the logic gate 110 is input to the second gate of the FET 100.

以下、FET100の第1ゲートに入力され、FET100のオン/オフを制御するための信号を入力信号Vin、FETの第2ゲートに入力され、FET100の極性を変更するための信号を制御信号Vと称する。また、論理ゲート110に入力信号Vinを入力するための端子を入力端子30、論理ゲート110に制御信号Vを入力するための端子を制御端子32と称する。 Hereinafter, the input signal V in is input to the first gate of the FET 100 to control the on / off of the FET 100, and the control signal V is input to the second gate of the FET to change the polarity of the FET 100. Called c . Also referred to the input terminal 30 a terminal for inputting an input signal V in the logic gate 110, a terminal for inputting a control signal V c to the logic gate 110 and the control terminal 32.

図11は、論理ゲート110の伝達特性を示すグラフであり、横軸に入力信号Vinを、縦軸に出力信号Voutをとっている。図中の「FET=n型」のグラフでは、強誘電体領域26の分極状態が図7(b)と同じであり、FET100はn型トランジスタとして機能している。このとき、論理ゲート110の出力信号Voutは、入力信号Vinが大きいほど小さくなり、論理ゲート110はインバータあるいはNOTゲートとして機能する。図中の「FET=p型」のグラフでは、強誘電体領域26の分極状態が図7(d)と同じであり、FET100はp型トランジスタとして機能している。このとき、論理ゲート110の出力信号Voutは、入力信号Vinが大きいほど大きくなり、論理ゲート110への入力信号は反転せずにそのまま出力される。 Figure 11 is a graph showing the transfer characteristic of the logic gate 110, an input signal V in the horizontal axis, and taking the output signal V out to the vertical axis. In the graph of “FET = n-type” in the figure, the polarization state of the ferroelectric region 26 is the same as in FIG. 7B, and the FET 100 functions as an n-type transistor. At this time, the output signal V out of the logic gate 110 becomes smaller as the input signal V in is high, the logic gate 110 functions as an inverter or NOT gate. In the graph of “FET = p-type” in the drawing, the polarization state of the ferroelectric region 26 is the same as that in FIG. 7D, and the FET 100 functions as a p-type transistor. At this time, the output signal V out of the logic gate 110 becomes larger as the input signal V in is high, the input signal to the logic gate 110 is directly output without being inverted.

図12は、論理ゲート110の動作を示すタイミングチャートである。最初に、制御端子32に正のパルスが印加され、制御信号Vが所定の期間Hレベルとなることで(A)、FET100の極性がn型に変更される。その後、FET100の極性が反転するまでの間(期間X)、論理ゲート110はインバータとして働き、入力信号Vinを反転して出力する。その後、制御端子32に負のパルスが印加され、制御信号Vが所定の期間Lレベルとなることで(B)、FET100の極性がp型に変更される。その後、FET100の極性が反転するまでの間(期間Y)、論理ゲート110は入力信号Vinを反転せずにそのまま出力する。 FIG. 12 is a timing chart showing the operation of the logic gate 110. First, when a positive pulse is applied to the control terminal 32 and the control signal Vc is at the H level for a predetermined period (A), the polarity of the FET 100 is changed to n-type. Thereafter, until the polarity of the FET100 is inverted (time X), the logic gate 110 serves as an inverter, for inverting and outputting an input signal V in. Thereafter, the control terminal 32 negative pulse is applied to the control signal V c in that the predetermined period L level (B), the polarity of the FET100 is changed to p-type. Thereafter, during (period Y) until the polarity is reversed for FET 100, the logic gate 110 is directly output without being inverted input signal V in.

以上のように、実施例2に係る論理ゲート110は、第1制御手段としての第1ゲート電極に入力信号Vinを入力するための入力端子30と、第2制御手段としての第2ゲート電極に制御信号Vを入力するための制御端子32とを有する。本構成によれば、制御端子32に入力される制御信号Vにより、論理ゲート110の機能を切り替えることができる。また、実施例1にて述べたように、FET100の極性は電源投下後も維持されるため、一度設定した論理ゲート110の機能を電源投下後も維持することができる。 As described above, the logic gate 110 of the second embodiment includes an input terminal 30 for inputting an input signal V in the first gate electrode as a first control means, the second gate electrode as a second control means and a control terminal 32 for inputting a control signal V c to. According to this configuration, a control signal V c which is input to the control terminal 32, it is possible to switch the function of the logic gate 110. As described in the first embodiment, since the polarity of the FET 100 is maintained even after the power is turned off, the function of the logic gate 110 once set can be maintained even after the power is turned off.

上記の特性を備えた論理ゲート110を用いることにより、機能の変更及び保持が容易な論理回路を構成することができる。その結果、例えば集積回路の高機能化、低消費電力化、高速化、小型化、及び低コスト化等を実現することができる。また、比較例(図3(a))では、論理ゲート90の機能を維持するために、FET80A〜80Dの第2ゲートに制御信号Vを印加し続けなくてはならなかったが、実施例2ではその必要はない。従って、実施例2の論理ゲート110は、比較例に比べて消費電力を低減することができる。 By using the logic gate 110 having the above characteristics, a logic circuit whose function can be easily changed and held can be configured. As a result, it is possible to realize, for example, higher functionality, lower power consumption, higher speed, smaller size, and lower cost of the integrated circuit. In Comparative Example (Fig. 3 (a)), in order to maintain the function of the logic gates 90, but had to be continuously applied to the control signal V c to the second gate of FET80A~80D, Example In 2 it is not necessary. Therefore, the logic gate 110 of the second embodiment can reduce power consumption compared to the comparative example.

上記の論理ゲート110は、負荷素子に抵抗Rを用いた抵抗負荷型ゲートであったが、代わりに負荷素子に極性の異なるFETを用いた相補型ゲートとしてもよい。   The logic gate 110 is a resistive load type gate using a resistor R as a load element, but may instead be a complementary gate using FETs having different polarities as a load element.

図13は、実施例2の変形例に係る論理ゲート110aの回路図である。図示するように、接地線Vssと電源線Vddとの間に、FET100A及びFET100Bが直列に接続されている。論理ゲート110aへの入力信号Vinは、FET100A及びFET100Bの第1ゲートに入力され、論理ゲート110aの出力信号Voutは、FET100A及びFET100Bの中間ノードから出力される。また、論理ゲート110aへの第1制御信号Vc1が、FET100Bの第2ゲートに入力され、第2制御信号Vc2が、FET100Aの第2ゲートに入力されている。 FIG. 13 is a circuit diagram of a logic gate 110a according to a modification of the second embodiment. As illustrated, an FET 100A and an FET 100B are connected in series between the ground line Vss and the power supply line Vdd. An input signal V in to the logic gate 110a is input to the first gates of the FET 100A and the FET 100B, and an output signal V out of the logic gate 110a is output from an intermediate node of the FET 100A and the FET 100B. Also, the first control signal V c1 to the logic gate 110a is input to the second gate of the FET 100B, and the second control signal V c2 is input to the second gate of the FET 100A.

ここで、第1制御信号Vc1と第2制御信号Vc2の関係は対になっており、一方が正であれば他方は負となる。第1制御信号Vc1が正で第2制御信号が負のとき、FET100Aの極性はn型に、FET100Bの極性はp型になり、論理ゲート110aはインバータとして機能する(図11でFET=n型の場合と同様)。反対に、第1制御信号Vc1が負で第2制御信号が正のとき、FET100Aの極性はp型に、FET100Bの極性はn型になり、論理ゲート110aは入力信号を反転せずにそのまま出力する(図11でFET=p型の場合と同様)。 Here, the relationship between the first control signal V c1 and the second control signal V c2 is paired. If one is positive, the other is negative. When the first control signal V c1 is positive and the second control signal is negative, the polarity of the FET 100A is n-type, the polarity of the FET 100B is p-type, and the logic gate 110a functions as an inverter (in FIG. 11, FET = n As with molds). Conversely, when the first control signal V c1 is negative and the second control signal is positive, the polarity of the FET 100A is p-type, the polarity of the FET 100B is n-type, and the logic gate 110a remains as it is without inverting the input signal. Output (same as FET = p type in FIG. 11).

以上のように、両極性のFET100を2つ用いて、相補型の論理ゲートを構成することができる。なお、図13の回路のタイミングチャートも、実施例2(図12)と同様となる。このとき、図13における第1制御信号Vc1の波形と、図12における制御信号Vの波形が同じになり、第2制御信号Vc2の波形はこれらを反転したものと同じになる。 As described above, a complementary logic gate can be configured by using two bipolar FETs 100. The timing chart of the circuit in FIG. 13 is also the same as that in the second embodiment (FIG. 12). At this time, the waveform of the first control signal V c1 in FIG. 13 and the waveform of the control signal V c in FIG. 12 are the same, and the waveform of the second control signal V c2 is the same as the inverted version thereof.

実施例3は、実施例1に係るFET100を用いた2入力1出力の論理ゲートの例である。   The third embodiment is an example of a two-input one-output logic gate using the FET 100 according to the first embodiment.

図14(a)は、FET100を用いた基本論理ゲートの例であり、図14(b)は、この論理ゲートのシンボルを示す図である。図14(a)に示すように、論理ゲート112では、電源線Vddと接地線Vssとの間に、抵抗R及びFET100Aが直列に接続されている。また、抵抗R及びFET100Aの中間ノードと接地線Vssとの間には、FET100BがFET100Aと並列に接続されている。   FIG. 14A shows an example of a basic logic gate using the FET 100, and FIG. 14B shows a symbol of this logic gate. As shown in FIG. 14A, in the logic gate 112, the resistor R and the FET 100A are connected in series between the power supply line Vdd and the ground line Vss. Further, the FET 100B is connected in parallel with the FET 100A between the resistor R and the intermediate node of the FET 100A and the ground line Vss.

論理ゲート112への第1入力信号Vin1は、FET100Bの第1ゲートに入力され、論理ゲート112への第2入力信号Vin2は、FET100Aの第1ゲートに入力されている。論理ゲート112の出力信号Voutは、抵抗R及びFET100Aの中間ノードから出力される。また、論理ゲート112への第1制御信号Vc1が、FET100Bの第2ゲートに入力され、論理ゲート112への第2制御信号Vc2が、FET100Aの第2ゲートに入力されている。 The first input signal V in1 to the logic gate 112 is input to the first gate of the FET 100B, and the second input signal V in2 to the logic gate 112 is input to the first gate of the FET 100A. The output signal V out of the logic gate 112 is output from the resistor R and the intermediate node of the FET 100A. Further, the first control signal V c1 to the logic gate 112 is input to the second gate of the FET 100B, and the second control signal V c2 to the logic gate 112 is input to the second gate of the FET 100A.

図14(b)に示すように、論理ゲート112は、FETの第1ゲートに入力信号Vinを入力するための入力端子(30a、30b)と、FET100の第2ゲートに制御信号Vを入力するための制御端子(32a、32b)をそれぞれ2つずつ有する。 As shown in FIG. 14 (b), the logic gate 112 has an input terminal for inputting an input signal V in to the first gate of the FET (30a, 30b), a control signal V c to the second gate of the FET100 There are two control terminals (32a, 32b) for input.

論理ゲート112の動作は、比較例(図3(b)〜(c))にて説明したものと同様である(FET100A及び100Bは、それぞれ比較例のFET80C及び80Dに相当する)。第1制御信号Vc1及び第2制御信号Vc2を所定の期間Hレベルにすると、FET100A及び100Bは以後共にn型FETとして機能する。このとき、第1入力信号Vin1及び第2入力信号Vin2が共にLレベルであれば、出力信号VoutはHレベルになり、それ以外の場合では出力信号VoutはLレベルとなる。すなわち、論理ゲート112は、図3(b)の真理値表に従いNORゲートとして機能する。 The operation of the logic gate 112 is the same as that described in the comparative example (FIGS. 3B to 3C) (FETs 100A and 100B correspond to the FETs 80C and 80D of the comparative example, respectively). When the first control signal V c1 and the second control signal V c2 are set to the H level for a predetermined period, the FETs 100A and 100B subsequently function as n-type FETs. At this time, if both the first input signal V in1 and the second input signal V in2 are at the L level, the output signal V out is at the H level. In other cases, the output signal V out is at the L level. That is, the logic gate 112 functions as a NOR gate according to the truth table of FIG.

第1制御信号Vc1及び第2制御信号Vc2を所定の期間Lレベルにすると、FET100A及び100Bは以後共にp型FETとして機能する。このとき、第1入力信号Vin1及び第2入力信号Vin2が共にHレベルであれば、出力信号VoutはHレベルになり、それ以外の場合では出力信号VoutはLレベルとなる。すなわち、論理ゲート112は、図3(b)の真理値表に従いANDゲートとして機能する。 When the first control signal V c1 and the second control signal V c2 are set to L level for a predetermined period, both the FETs 100A and 100B function as p-type FETs thereafter. At this time, if both the first input signal V in1 and the second input signal V in2 are at the H level, the output signal V out is at the H level, and otherwise, the output signal V out is at the L level. That is, the logic gate 112 functions as an AND gate according to the truth table of FIG.

以上のように、第1制御信号Vc1及び第2制御信号Vc2を制御することにより、FET100A及び100Bの極性を変更し、論理ゲート112の機能をNOR型またはAND型に切り替えることができる。また、一度変更した論理ゲートの機能を、電源投下後も維持することができる。これにより、実施例2の場合と同様に、集積回路の高機能化、低消費電力化等を測ることができる。 As described above, by controlling the first control signal V c1 and the second control signal V c2 , the polarity of the FETs 100A and 100B can be changed, and the function of the logic gate 112 can be switched between the NOR type and the AND type. In addition, the function of the logic gate once changed can be maintained even after power is turned off. As a result, as in the case of the second embodiment, it is possible to measure the higher functionality and lower power consumption of the integrated circuit.

上記の論理ゲート112は、負荷素子に抵抗Rを用いた抵抗負荷型ゲートであったが、実施例2の変形例と同様に、負荷素子に極性の異なるFETを用いた相補型ゲートとしてもよい。この相補ゲートは、比較例(図3(a))の論理ゲートにおけるFET80A〜80Dを、実施例1のFET100A〜100Dに置き換えたものと同一である。第1制御信号Vc1及び第2制御信号Vc2に対となる信号を入力することで、実施例3と同様にNOR型またはAND型の論理ゲートとして機能させることができる。 The logic gate 112 is a resistive load type gate using a resistor R as a load element, but may be a complementary gate using FETs having different polarities as a load element as in the modification of the second embodiment. . This complementary gate is the same as that obtained by replacing the FETs 80A to 80D in the logic gate of the comparative example (FIG. 3A) with the FETs 100A to 100D of the first embodiment. By inputting a pair of signals to the first control signal V c1 and the second control signal V c2 , it is possible to function as a NOR type or AND type logic gate as in the third embodiment.

実施例4は、実施例1に係るFET100を用いて2分決定グラフを構成した例である。   The fourth embodiment is an example in which the binary decision graph is configured using the FET 100 according to the first embodiment.

図15は、従来から知られている2分決定グラフ論理回路である。論理回路92は、2つの可変入力信号V及びVと、2つの固定入力信号「0」及び「1」が入力され、1つの出力信号Voutが出力される。また、論理回路92は、第1トランジスタTr1〜第4トランジスタTr4と、中間ノードA及びBを有する。第1トランジスタTr1及び第3トランジスタTr3はp型トランジスタであり、第2トランジスタTr2及び第4トランジスタTr4はn型トランジスタである。 FIG. 15 shows a conventional binary decision graph logic circuit. The logic circuit 92 receives two variable input signals V A and V B and two fixed input signals “0” and “1”, and outputs one output signal V out . The logic circuit 92 includes a first transistor Tr1 to a fourth transistor Tr4 and intermediate nodes A and B. The first transistor Tr1 and the third transistor Tr3 are p-type transistors, and the second transistor Tr2 and the fourth transistor Tr4 are n-type transistors.

ノードAからは、論理回路92の出力Voutが出力される。ノードAと入力「0」との間には第1トランジスタTr1が、ノードAとノードBとの間には第2トランジスタTr2がそれぞれ接続されている。また、ノードBと入力「0」との間には第3トランジスタTr3が、ノードBと入力「1」との間には第4トランジスタTr4がそれぞれ接続されている。第1トランジスタTr1及び第2トランジスタTr2のゲートには第1入力信号Vが、第3トランジスタTr3及び第4トランジスタTr4のゲートには第2入力信号Vがそれぞれ入力されている。 From the node A, the output V out of the logic circuit 92 is output. A first transistor Tr1 is connected between the node A and the input “0”, and a second transistor Tr2 is connected between the node A and the node B. The third transistor Tr3 is connected between the node B and the input “0”, and the fourth transistor Tr4 is connected between the node B and the input “1”. The first input signal V A is input to the gates of the first transistor Tr1 and the second transistor Tr2, and the second input signal V B is input to the gates of the third transistor Tr3 and the fourth transistor Tr4.

第1入力信号VがHレベルの時、第1トランジスタTr1はオフになり、第2トランジスタTr2はオンになる。ここで、第2入力信号VがHレベルの時、第3トランジスタTr3はオフになり、第4トランジスタTr4はオンになる。これにより、入力「1」が出力Voutと繋がり、論理回路92の出力は1となる。上記以外の場合では、入力「0」が出力Voutと繋がり、論理回路92の出力は0となる。このように、論理回路92の出力は、第1入力信号V及び第2入力信号Vの積(A・B)となる。 When the first input signal VA is at the H level, the first transistor Tr1 is turned off and the second transistor Tr2 is turned on. Here, when the second input signal V B is at H level, the third transistor Tr3 is turned off, the fourth transistor Tr4 is turned on. As a result, the input “1” is connected to the output V out, and the output of the logic circuit 92 becomes 1. In cases other than the above, the input “0” is connected to the output V out and the output of the logic circuit 92 is zero. Thus, the output of the logic circuit 92 is the product (A · B) of the first input signal V A and the second input signal V B.

従来の2分決定グラフ論理回路92では、回路素子が固定されているため、1種類の演算しか行うことができなかった。以下、実施例1に係る両極性FET100を用いた2分決定グラフ論理回路について説明する。   In the conventional binary decision graph logic circuit 92, since the circuit elements are fixed, only one type of operation can be performed. Hereinafter, the binary decision graph logic circuit using the bipolar FET 100 according to the first embodiment will be described.

図16(a)〜(d)は、実施例4に係る2分決定グラフ論理回路の回路図である。論理回路114は、第1トランジスタTr1〜第4トランジスタTr4が実施例1のFET100(図4(b))で構成されている点が従来と異なり、入出力端子及び素子間の接続関係は図15と同様である。図中において、第1トランジスタTr1〜第4トランジスタTr4の第2ゲートに入力される制御電圧Vのレベルを「H」または「L」で示し、それにより決定されるトランジスタの極性をnまたはpで示す。制御電圧VがLレベルであればトランジスタはp型に、VがHレベルであればトランジスタはn型になる。 16A to 16D are circuit diagrams of the binary decision graph logic circuit according to the fourth embodiment. The logic circuit 114 is different from the conventional one in that the first transistor Tr1 to the fourth transistor Tr4 are configured by the FET 100 (FIG. 4B) of the first embodiment, and the connection relationship between the input / output terminals and the elements is as shown in FIG. It is the same. In the figure, the level of the control voltage V c to be input to the second gate of the first transistor Tr1~ fourth transistor Tr4 indicated by "H" or "L" polarity n or p transistor which are determined thereby It shows with. The control voltage V c is the transistor is p-type if L level, the transistor is n-type when V c is at H level.

図16(a)では、第1トランジスタTr1及び第3トランジスタTr3がp型トランジスタに、第2トランジスタTr2及び第4トランジスタTr4がn型トランジスタになっている。これは、図15で示した回路構成と同様であるため、論理回路114の出力は「A」及び「B」の積となる。   In FIG. 16A, the first transistor Tr1 and the third transistor Tr3 are p-type transistors, and the second transistor Tr2 and the fourth transistor Tr4 are n-type transistors. Since this is the same as the circuit configuration shown in FIG. 15, the output of the logic circuit 114 is the product of “A” and “B”.

図16(b)では、第1トランジスタTr1及び第3トランジスタTr3がn型トランジスタに、第2トランジスタTr2及び第4トランジスタTr4がp型トランジスタになっている。図16(a)に対しトランジスタの極性が全て反対になっているため、論理回路114は「Aの否定」及び「Bの否定」の積を出力する。   In FIG. 16B, the first transistor Tr1 and the third transistor Tr3 are n-type transistors, and the second transistor Tr2 and the fourth transistor Tr4 are p-type transistors. Since all the polarities of the transistors are opposite to those in FIG. 16A, the logic circuit 114 outputs a product of “Negation of A” and “Negation of B”.

図16(c)では、第1トランジスタTr1及び第4トランジスタTr4がp型トランジスタに、第2トランジスタTr2及び第3トランジスタTr3がn型トランジスタになっている。第1入力信号VがHレベルかつ第2入力信号VがLレベルの時は「1」が出力され、それ以外の場合は「0」が出力される。すなわち、論理回路114は「A」及び「Bの否定」の積を出力する。 In FIG. 16C, the first transistor Tr1 and the fourth transistor Tr4 are p-type transistors, and the second transistor Tr2 and the third transistor Tr3 are n-type transistors. When the first input signal V A is at the H level and the second input signal V B is at the L level, “1” is output, and otherwise “0” is output. That is, the logic circuit 114 outputs the product of “A” and “Negation of B”.

図16(d)では、第1トランジスタTr1及び第4トランジスタTr4がn型トランジスタに、第2トランジスタTr2及び第3トランジスタTr3がp型トランジスタになっている。図16(c)に対しトランジスタの極性が全て反対になっているため、論理回路114は「Aの否定」及び「B」の積を出力する。   In FIG. 16D, the first transistor Tr1 and the fourth transistor Tr4 are n-type transistors, and the second transistor Tr2 and the third transistor Tr3 are p-type transistors. Since all the polarities of the transistors are opposite to those in FIG. 16C, the logic circuit 114 outputs a product of “Negation of A” and “B”.

以上のように、実施例4の論理回路114によれば、回路素子の構成及び接続関係を変えずに、図16(a)〜図16(d)で示した4通りの論理演算を実行することができる。すなわち、1つの論理回路に複数の機能を持たせると共に、一度変更した論理ゲートの機能を電源投下後も維持することができる。これにより、実施例2〜3の場合と同様に、集積回路の高機能化、低消費電力化等を測ることができる。   As described above, according to the logic circuit 114 of the fourth embodiment, the four logical operations shown in FIGS. 16A to 16D are executed without changing the configuration and connection relationship of the circuit elements. be able to. That is, one logic circuit can have a plurality of functions, and the function of the logic gate once changed can be maintained even after power is turned off. As a result, as in the case of the second to third embodiments, it is possible to measure the higher functionality and lower power consumption of the integrated circuit.

実施例5は、実施例1に係るFET及び実施例2〜4に係る基本論理回路を複数組み合わせた論理回路の例である。   The fifth embodiment is an example of a logic circuit in which a plurality of FETs according to the first embodiment and basic logic circuits according to the second to fourth embodiments are combined.

図17は、実施例5に係る論理回路の構成を示した図である。論理回路120は、複数の論理ゲート112A〜112F、選択回路40、及び書き込み回路50を有する。   FIG. 17 is a diagram illustrating the configuration of the logic circuit according to the fifth embodiment. The logic circuit 120 includes a plurality of logic gates 112A to 112F, a selection circuit 40, and a writing circuit 50.

論理ゲート112A〜112Fは、実施例3に係る論理ゲート112と同じものであり、それぞれ2つの入力端子(Vin1、Vin2)、2つの制御端子(Vc1、Vc2)、及び1つの出力端子(Vout)を有する。個々の論理ゲート112A〜112Fにはアドレスが割り振られており、そのアドレスにより論理ゲート112A〜112Fの中から任意の論理ゲートを選択することが可能となっている。論理ゲート112A〜112Fの制御端子は、それぞれ信号線を介して選択回路40に接続されている。 The logic gates 112A to 112F are the same as the logic gate 112 according to the third embodiment, each having two input terminals (V in1 , V in2 ), two control terminals (V c1 , V c2 ), and one output. It has a terminal (V out ). An address is assigned to each of the logic gates 112A to 112F, and an arbitrary logic gate can be selected from the logic gates 112A to 112F based on the address. The control terminals of the logic gates 112A to 112F are connected to the selection circuit 40 via signal lines, respectively.

選択回路40には、外部からアドレスが入力されると共に、書き込み回路50から所定の書き込み電圧が入力される。書き込み回路50は、論理ゲート112A〜112Fに含まれるFET100の極性を変更させるための書き込み電圧を生成する。より詳細には、書き込み電圧は、FET100における強誘電体領域26の分極状態を変更させるための電圧であり、強誘電体領域26の抗電界より大きい絶対値を持つ。   An address is input to the selection circuit 40 from the outside, and a predetermined write voltage is input from the write circuit 50. The write circuit 50 generates a write voltage for changing the polarity of the FET 100 included in the logic gates 112A to 112F. More specifically, the write voltage is a voltage for changing the polarization state of the ferroelectric region 26 in the FET 100 and has an absolute value larger than the coercive electric field of the ferroelectric region 26.

図18は、論理回路120の機能変更動作を示すフローチャートである。最初に、選択回路40が、論理回路120に含まれる論理ゲート112A〜112Fの中から、アドレスにより指定された論理ゲートを選択する(ステップS10)。次に、選択回路40が、書き込み回路50で生成された書き込み電圧を、ステップS10において選択された論理ゲートの制御端子(Vc1、Vc2)に印加する(ステップS12)。これにより、選択された論理ゲートに含まれるFET100の極性が反転し、選択された論理ゲートの機能が変更されると共に、論理回路120全体の機能も変更される。 FIG. 18 is a flowchart showing the function changing operation of the logic circuit 120. First, the selection circuit 40 selects a logic gate designated by an address from the logic gates 112A to 112F included in the logic circuit 120 (step S10). Next, the selection circuit 40 applies the write voltage generated by the write circuit 50 to the control terminals (V c1 , V c2 ) of the logic gate selected in step S10 (step S12). As a result, the polarity of the FET 100 included in the selected logic gate is inverted, the function of the selected logic gate is changed, and the function of the entire logic circuit 120 is also changed.

実施例5に係る論理回路120によれば、複数の論理ゲート112A〜112Fのそれぞれにアドレスが割り振られ、そのアドレスにより任意の論理ゲートが選択可能となっている。そして、選択された論理ゲートに書き込み電圧が印加されることで、その論理ゲート及び論理回路120全体の機能が変更される。このように、複数の基本論理回路を組み合わせた複雑な論理回路であっても、FET100を用いることにより、同一の回路素子で複数の機能を実現することができる。また、一度変更した論理ゲートの機能を電源投下後も維持することができる。これにより、実施例2〜4の場合と同様に、集積回路の高機能化、低消費電力化等を測ることができる。   According to the logic circuit 120 according to the fifth embodiment, an address is allocated to each of the plurality of logic gates 112A to 112F, and an arbitrary logic gate can be selected based on the address. Then, by applying a write voltage to the selected logic gate, the functions of the logic gate and the entire logic circuit 120 are changed. As described above, even if the logic circuit is a combination of a plurality of basic logic circuits, a plurality of functions can be realized with the same circuit element by using the FET 100. In addition, the function of the logic gate once changed can be maintained even after the power is turned off. As a result, as in the case of the second to fourth embodiments, it is possible to measure the higher functionality and lower power consumption of the integrated circuit.

上記の例では、実施例3に係る論理ゲート112を用いた例について説明したが、論理回路120の構成要素としては、実施例2〜4で説明した基本論理回路や、それ以外の様々な論理回路の組み合わせを用いることができる。また、上記の例では、それぞれの論理回路における入力端子の数を2つ、制御端子の数を2つ、出力端子の数を1つとしたが、各端子の数はこれに限られるものではない。制御端子が2つ以上ある場合、個々の制御端子ごとにアドレスを割り振ってもよいし、共通のアドレスを用いてもよい。   In the above example, the example using the logic gate 112 according to the third embodiment has been described, but the components of the logic circuit 120 include the basic logic circuit described in the second to fourth embodiments and various other logics. A combination of circuits can be used. In the above example, the number of input terminals in each logic circuit is two, the number of control terminals is two, and the number of output terminals is one. However, the number of each terminal is not limited to this. . When there are two or more control terminals, an address may be assigned to each control terminal, or a common address may be used.

実施例5では、論理回路120に選択回路40及び書き込み回路50が含まれていたが、これらの周辺回路は必ずしも含まれていなくてもよい。例えば、周辺回路のうち選択回路40のみを有し、書き込み回路50を有さない構成としてもよい。この場合、書き込み電圧を外部から任意の論理ゲートに印加することができる構成とする。そして、例えば製品の出荷時などにおいて、外部より書き込み電圧を印加し、論理回路120の機能を決定する。   In the fifth embodiment, the selection circuit 40 and the write circuit 50 are included in the logic circuit 120. However, these peripheral circuits may not necessarily be included. For example, only the selection circuit 40 among the peripheral circuits may be included, and the writing circuit 50 may not be included. In this case, the write voltage can be applied to an arbitrary logic gate from the outside. For example, when the product is shipped, a write voltage is applied from the outside to determine the function of the logic circuit 120.

また、論理回路120が選択回路40及び書き込み回路50の両方を有さない構成とすることもできる。この場合、何らかの方法(例えば回路選択のための制御ピンを多数設ける等)により、外部から任意の論理回路を選択し、選択した論理回路に書き込み電圧を印加することができる構成とする。そして、そして、例えば製品の出荷時などにおいて、外部より書き込み電圧を印加し、論理回路120の機能を決定する。このように、選択回路40及び書き込み回路50を省くことで、装置の小型化を図ることができる。   Further, the logic circuit 120 may be configured not to include both the selection circuit 40 and the writing circuit 50. In this case, an arbitrary logic circuit can be selected from the outside by some method (for example, providing a large number of control pins for circuit selection), and a write voltage can be applied to the selected logic circuit. Then, for example, when the product is shipped, a write voltage is applied from the outside, and the function of the logic circuit 120 is determined. Thus, by omitting the selection circuit 40 and the writing circuit 50, the size of the device can be reduced.

また、実施例5では、全ての論理ゲート112A〜112Fにアドレスが割り振られていたが、論理回路120に含まれる論理ゲートのうち、少なくとも1つの論理ゲートにアドレスが割り振られていればよい。すなわち、1以上の論理ゲートが、選択回路40により選択可能となっていればよい。   In the fifth embodiment, addresses are allocated to all the logic gates 112A to 112F. However, it is sufficient that at least one logic gate among the logic gates included in the logic circuit 120 is allocated an address. That is, it is only necessary that one or more logic gates can be selected by the selection circuit 40.

図19は、実施例5の変形例に係る論理回路の構成を示す回路図である。論理回路122は、アドレスの割り振られている第1論理ゲート112Aと、アドレスの割り振られていない第2論理ゲート112Bを含む。第1論理ゲート112A及び第2論理ゲート112Bの構成は、実施例3の論理ゲート112と同じである。   FIG. 19 is a circuit diagram illustrating a configuration of a logic circuit according to a modification of the fifth embodiment. The logic circuit 122 includes a first logic gate 112A to which an address is assigned and a second logic gate 112B to which an address is not assigned. The configuration of the first logic gate 112A and the second logic gate 112B is the same as that of the logic gate 112 of the third embodiment.

第1論理ゲート112Aの出力は、スイッチ部60に入力されている。スイッチ部60は、書き込み回路50と第2論理ゲート112Bとの間に設けられ、第1論理ゲート112Aの出力に基づき、書き込み回路50から第2論理ゲート112Bに印加される書き込み電圧を切り替える。すなわち、スイッチ部60により、FET100の極性をn型に変更する正電圧と、FET100の極性をp型に変更する負電圧のいずれかが、第2論理ゲート112Bの制御端子に選択的に印加される。   The output of the first logic gate 112A is input to the switch unit 60. The switch unit 60 is provided between the write circuit 50 and the second logic gate 112B, and switches the write voltage applied from the write circuit 50 to the second logic gate 112B based on the output of the first logic gate 112A. That is, the switch unit 60 selectively applies either a positive voltage for changing the polarity of the FET 100 to n-type or a negative voltage for changing the polarity of the FET 100 to p-type to the control terminal of the second logic gate 112B. The

本構成によれば、複数の論理ゲート112A〜112Bのうちアドレスの割り振られた論理ゲート112Aの出力に基づき、アドレスの割り振られていない論理ゲート112Bの制御端子Vに印加される書き込み電圧が変更される。このように、アドレスの割り振られていない論理ゲートにおいても、動作中にその機能を変更することが可能である。これにより、回路設計の自由度を高めることができる。 According to this configuration, changes on the basis of the output of the logic gate 112A allocated by the address among a plurality of logic gates 112a-112b, the write voltage applied to the control terminal V c of the logic gates 112B unallocated the address Is done. In this way, even in a logic gate to which no address is assigned, its function can be changed during operation. Thereby, the freedom degree of circuit design can be raised.

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明は係る特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to such specific embodiments, and various modifications and changes can be made within the scope of the gist of the present invention described in the claims. It can be changed.

10 基板
12 バックゲート電極
14 第1絶縁層
16 チャネル領域
18 ソース電極
20 ドレイン電極
22 第2絶縁層
24 トップゲート電極
26 強誘電体領域
30 入力端子
32 制御端子
40 選択回路
50 書き込み回路
60 スイッチ部
100 FET
110、112 論理ゲート
114、120 論理回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Substrate 12 Back gate electrode 14 First insulating layer 16 Channel region 18 Source electrode 20 Drain electrode 22 Second insulating layer 24 Top gate electrode 26 Ferroelectric region 30 Input terminal 32 Control terminal 40 Select circuit 50 Write circuit 60 Switch unit 100 FET
110, 112 logic gate 114, 120 logic circuit

Claims (6)

極性を変更可能なチャネル領域と、
前記チャネル領域付近に設けられ、自身の分極状態に基づき前記チャネル領域の極性を変更する強誘電体領域と、
前記チャネル領域のキャリア濃度を制御する第1制御手段と、
前記強誘電体領域の分極状態を変更する第2制御手段と、
を有する電界効果型トランジスタ。
A channel region whose polarity can be changed;
A ferroelectric region that is provided near the channel region and changes the polarity of the channel region based on its polarization state;
First control means for controlling the carrier concentration of the channel region;
Second control means for changing the polarization state of the ferroelectric region;
A field effect transistor.
前記第1制御手段は、前記チャネル領域に対し前記強誘電体領域と反対側に設けられた第1ゲート電極を含み、
前記第2制御手段は、前記強誘電体領域に対し前記チャネル領域と反対側に設けられた第2ゲート電極を含む請求項1に記載の電界効果型トランジスタ。
The first control means includes a first gate electrode provided on the opposite side of the ferroelectric region with respect to the channel region,
2. The field effect transistor according to claim 1, wherein the second control unit includes a second gate electrode provided on a side opposite to the channel region with respect to the ferroelectric region.
前記チャネル領域は、グラファイト薄膜またはカーボンナノチューブを含む請求項1に記載の電界効果型トランジスタ。   The field effect transistor according to claim 1, wherein the channel region includes a graphite thin film or a carbon nanotube. 請求項1から3のいずれかに記載の電界効果型トランジスタと、
前記第1制御手段に信号を入力するための入力端子と、
前記第2制御手段に信号を入力するための制御端子と、
を有する論理回路。
A field effect transistor according to any one of claims 1 to 3,
An input terminal for inputting a signal to the first control means;
A control terminal for inputting a signal to the second control means;
A logic circuit.
請求項4に記載の論理回路を複数有し、
前記複数の論理回路の少なくとも1つにアドレスが割り振られ、
前記アドレスにより前記複数の論理回路のうち任意の論理回路が選択され、選択された前記論理回路の前記制御端子に前記強誘電体領域の分極状態を変更する書き込み電圧が印加される論理回路。
A plurality of logic circuits according to claim 4,
An address is assigned to at least one of the plurality of logic circuits;
A logic circuit in which an arbitrary logic circuit is selected from the plurality of logic circuits according to the address, and a write voltage for changing a polarization state of the ferroelectric region is applied to the control terminal of the selected logic circuit.
前記複数の論理回路のうち前記アドレスの割り振られた一の論理回路の出力に基づき、前記複数の論理回路のうち前記アドレスの割り振られていない他の論理回路の前記制御端子に印加される書き込み電圧が変更される請求項5に記載の論理回路。
A write voltage applied to the control terminal of another logic circuit to which the address is not allocated among the plurality of logic circuits, based on the output of the one logic circuit to which the address is allocated among the plurality of logic circuits. 6. The logic circuit according to claim 5, wherein is changed.
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