(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-03-02
(54)【発明の名称】新しい半導体電子原理技術およびデバイス
(51)【国際特許分類】
H01L 29/66 20060101AFI20230222BHJP
【ＦＩ】
H01L29/66
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2022539754
(86)(22)【出願日】2020-03-09
(85)【翻訳文提出日】2022-08-26
(86)【国際出願番号】 CN2020000042
(87)【国際公開番号】W WO2021128435
(87)【国際公開日】2021-07-01
(31)【優先権主張番号】201911426662.4
(32)【優先日】2019-12-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522257241
【氏名又は名称】汪 克明
(71)【出願人】
【識別番号】522257252
【氏名又は名称】汪 ▲ルゥ▼▲ツゥ▼
(74)【代理人】
【識別番号】110001896
【氏名又は名称】弁理士法人朝日奈特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】汪 克明
(72)【発明者】
【氏名】汪 ▲ルゥ▼▲ツゥ▼
(57)【要約】
新しい半導体電子原理技術とデバイスは、半導体科学技術の根本的な変化である。推測される新しい半導体電子の原理および現実からの検証は、半導体電子デバイスの本質を十分に反映し、半導体電子デバイスの動作を正しく理解し、誘導し、半導体電子デバイスの機能が電気信号を変換することであることが明らかにされ、それはさまざまな半導体材料において形成することができる接合部、Ｐ－Ｎ接合部、半導体金属接合部、または絶縁体金属接合部に加えられる電圧によって変換され、接合部と接合部の両側のキャリア密度分布を変化させ、接合部の導電率および抵抗率を変調させ、受動半導体電子デバイスの導電率の指数関数的変化が、接合部単独でまたは加えられた電圧とトランジスタの閾値電圧との間の差と組み合わせて形成され、半導体電子デバイスの導電率を変調させて、電気信号の変換を完了させる。導電率の変化に基づく新しい半導体電子原理、技術、受動半導体電子デバイス、コード、ソフトウェアおよびオペレーティングシステムが、電流変化に基づくすべての半導体電子の技術およびデバイス用途に関する現行の半導体電子原理、技術、能動半導体電子デバイス、現行のコード、ソフトウェアおよびオペレーティングシステムに取って代わる。半導体電子デバイスの加熱などの重要な問題を効果的に解決し、８０℃未満の周囲温度で正常で安定した信頼性の高い動作を維持し、製品のコストを削減し、ドライバーレス、人工知能およびインテリジェントな医療などの分野での切迫したブレークスルーを解決するために、高い安定性、信頼性、および低い電力損失を備えた新しい半導体電子デバイスが発明されている。これは、半導体電子原理および技術、デバイス構造および動作原理、回路設計、新しいコード、ソフトウェア、および新しいオペレーティングシステムの開発、デバイス製造および材料の製品機能および特性に関し、半導体電子技術の分野に属している。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
半導体電子科学および技術の根本的な変化である、新しい半導体電子原理技術およびデバイスであって、新しい半導体電子原理が導電率の変化に基づき、半導体電子デバイスの機能が、さまざまな半導体材料において形成することができる、接合部、Ｐ－Ｎ接合部、半導体金属接合部または絶縁体金属接合部に加えられる電圧によって変換される電気信号を変換することを明らかにし、接合部の両側のキャリア密度分布、変調接合部の導電率および抵抗率を変化させ、受動半導体電子デバイスの導電率の指数関数的変化が、接合部単独でまたは加えられた電圧とトランジスタの閾値電圧との差との組み合わせで形成され、半導体電子デバイスの導電率を変調させて、電気信号の変換を完了させ、新しい半導体電子原理、技術、受動半導体電子デバイス、ソフトウェアおよびオペレーティングシステムが、導電率の変化に基づき、電流変化に基づくすべての半導体電子の技術およびデバイス用途に関する現行の半導体電子原理、技術、能動半導体電子デバイス、現行のソフトウェアおよびオペレーティングシステムに取って代わり、
半導体電子デバイスの加熱などの重要な問題を効果的に解決するために、高い安定性、信頼性、および低い電力損失を備えた新しい半導体電子デバイスが発明され、
導電率が物質の基本的な特性であり、物質の自由キャリア密度によって決定される物質の導電率を示し、半導体の導電率が、導体と絶縁体との間で、導電率の変調領域が広く、電子デバイスを製造するための最適な材料であり、
導電率を変調させるメカニズムがないため、純粋な半導体および均一な自由キャリア密度の半導体の導電率を変調させることができず、
半導体基板にドープすることにより、キャリア密度の異なる２つの領域または電磁界が形成されて、半導体におけるキャリア密度分布を変化させ、キャリア密度の異なる２つの領域を形成するか、または金属との半導体接触により、キャリア密度の異なる２つの領域を形成するか、または金属との絶縁体接触により、キャリア密度の異なる２つの領域を形成し、キャリア密度の２つの異なる領域が接続されると、キャリア密度は異なり、多数キャリアは少数キャリア領域に拡散し、キャリア密度は指数則に従って分布し、接合部のビルトイン電圧を形成し、キャリア密度および接合部のビルトイン電圧は相互に依存する指数関係であり、正および負の電荷領域の接合部では、正の電荷キャリア密度は負の電荷キャリア密度に等しく、自由キャリア密度はゼロであり、導電率は非常に低く、抵抗率が高く電気的に中性の接合部を形成し、電圧が正および負の電荷領域に加えられると、接合部と接合部の両側のキャリア密度分布は、加えられた電圧と接合部のビルトイン電圧との差により指数関数的に変化し、接合部に対して加えられた電圧に小さな変化がある場合、接合部と接合部の両側のキャリア密度は指数法則に従い、そのため、正および負の電荷領域に加えられた電圧を変更することによって、接合部と接合部の両側のキャリア密度、変調された接合部の導電率および抵抗率を変化させ、半導体に形成された接合部が、半導体の導電率を変調させる機能を備える、半導体の導電率を変調させるメカニズムであり、Ｐ－Ｎ接合部が典型的なものであり、
半導体基板上にＰ－Ｎ接合部が形成されると、Ｐ－Ｎ接合部にビルトイン電圧よりも高い正のバイアス電圧が加えられ、Ｐ－Ｎ接合部のキャリア密度は、平衡キャリア密度、Ｐ－Ｎ接合部の導電より高く、電圧は閾値電圧と呼ばれ、Ｐ－Ｎ接合部のキャリア密度は、加えられた電圧と閾値電圧との差により指数関数的に変化し、Ｐ－Ｎ接合部の導電率および抵抗率はキャリア密度により変化し、Ｐ－Ｎ接合部の導電率および抵抗率は、Ｐ－Ｎ接合部に対する電圧と閾値電圧との差により指数関数的に変化し、Ｐ－Ｎ接合部を流れる電流はＰ－Ｎ接合部のインピーダンスにより変化し、
Ｐ－Ｎ接合部は、Ｐ型、Ｎ型、および電気的中性の接合部で構成され、指向性の調整可能な導電率を備えた可変インピーダンスであり、加えられた電圧がＰ－Ｎ接合部のキャリア密度分布および導電率のみを変化させるため、Ｐ－Ｎ接合部は電流を生成せず、したがって受動素子であり、
Ｐ－Ｎ接合部のビルトイン電圧はＰ－Ｎ接合部の閾値電圧であり、Ｐ－Ｎ接合部に加えられた正のバイアス電圧が閾値電圧よりも低い場合、Ｐ－Ｎ接合部のキャリア密度は平衡キャリア密度よりも低くなり、Ｐ－Ｎ接合部はカットオフ状態になり、Ｐ－Ｎ接合部に逆バイアス電圧が加えられると、Ｐ－Ｎ接合部はカットオフ状態になり、逆バイアス電圧が閾値電圧の２倍高くなると、Ｐ－Ｎ接合部は逆転され、逆電流はＰ－Ｎ接合部において流れ、
トランジスタの閾値電圧は、少数キャリア領域への多数キャリアの拡散によって形成され、半導体材料の真正キャリア密度およびドーピング密度によって決定されるキャリア密度の差であり、真正キャリア密度は、温度の関数であり、温度とともに増加し、温度とともに減少するため、トランジスタの閾値電圧は、温度の関数であり、温度の上昇とともに減少し、温度の低下とともに増加し、トランジスタの温度が上層すると、真正キャリア密度は増加し、閾値電圧は低下し、正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との差は増加し、接合キャリア密度は増加し、導電率は増加して抵抗率は減少し、接合インピーダンスは減少し、接合部を超える電流は増加し、トランジスタの動作特性は変化し、不安定性および信頼性は低下し、悪循環が形成されると、トランジスタの温度の上昇によりトランジスタおよび電子機器は焼損し、トランジスタの温度が低下すると、真正キャリア密度は減少し、閾値電圧は上昇し、正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との差は減少し、接合キャリア密度は減少し、導電率は減少して抵抗率は増加し、接合インピーダンスは増加して接合部を流れる電流は減少し、トランジスタの動作特性は変更されて、結果として不安定性および信頼性の低下につながり、トランジスタの閾値電圧が正のバイアス電圧を超えて上昇すると、接合キャリア密度は平衡キャリア密度よりも低くなり、トランジスタはカットオフ状態になり、深刻な場合にはトランジスタは動作を停止し、半導体材料の真正キャリア密度および不純物濃度によって決定される、トランジスタの閾値電圧の温度変化は、トランジスタの不安定性および信頼性の根本的な理由であり、
半導体電子デバイスの機能は、電気信号を変換することであり、導電率、半導体のキャリア密度分布を変化させる電磁界の変化に基づく半導体電子の新しい原理を適用して、キャリア密度および導電率の異なる領域を形成し、半導体の導電率を変調させる機能を有する半導体に接合部を形成し、Ｐ－Ｎ接合部は、指向性導電率を調整可能なインピーダンス変数を有する受動素子であり、Ｐ－Ｎ接合部の導電率および抵抗率は、Ｐ－Ｎ接合部に加えられた電圧と温度の関数としての閾値電圧との差により指数関数的であり、接合部、Ｐ－Ｎ接合部、または半導体金属接合部は、さまざまな半導体材料において、個別にまたは組み合わせて、受動半導体電子デバイス、およびすべての半導体電子デバイスのための高い安定性、高い信頼性、高速スイッチング速度、低い電力損失を備える受動トランジスタへと形成することができ、
電気信号と光電子の変換用の電子デバイスの構成に使用される、導電率を変調させる機能を有し、接合部の原理および特性に基づいて動作する接合部が、半導体において、または金属と半導体との接触によって、または金属と絶縁体との接触によって形成され、
高い安定性、信頼性、低い電力損失の半導体電子デバイス、Ｗダイオード、Ｐ－Ｎ接合部または半導体金属接合部に正の温度係数を備えた低抵抗サーミスタが直列に接続され、動作電圧はサーミスタを介してＷダイオードに加えられ、サーミスタはＷダイオードと同じ温度であり、新しい半導体エレクトロニクスの原理によれば、Ｐ－Ｎ接合部は調整可能な指向性の導電率を有する可変インピーダンスであり、サーミスタは、可変インピーダンスと直列であり、Ｗダイオードと同じ温度であり、サーミスタの電圧低下は温度およびインピーダンスにより変化し、正のバイアス電圧がＷダイオードに加えられ、正のバイアス電圧がＷダイオードの閾値電圧よりも高いと、Ｗダイオードの接合キャリア密度は平衡キャリア密度よりも高くなり、Ｗダイオードの導電率および抵抗率は、Ｗダイオードに加えられた電圧と閾値電圧との差により指数関数的に変化し、Ｗダイオードを流れる電流は接合インピーダンスにより変化して、電気信号の変換を完了させ、Ｗダイオードに加えられた正のバイアス電圧がＷダイオードの閾値電圧よりも低い場合、Ｗダイオードの接合キャリア密度は平衡キャリア密度よりも低くなり、Ｗダイオードはカットオフ状態になり、逆バイアス電圧がＷダイオードに加えられると、Ｗダイオードはカットオフ状態になり、Ｗダイオードに加えられた逆バイアス電圧は閾値電圧の２倍であると、ダイオードは逆転され、逆電流が発生し、Ｗダイオードの温度が上昇すると、真正キャリア密度は増加し、閾値電圧は低下し、同じ温度でＷダイオードと直列に接続された正の温度係数サーミスタの温度は同期して上昇し、抵抗値は増加し、電圧降下は増加し、Ｗダイオードに加えられた正のバイアス電圧は同期して減少し、正のバイアス電圧とＷダイオードの閾値電圧との差は一定に保たれ、Ｗダイオードは安定して動作し、Ｗダイオードの温度が低下すると、真正キャリア密度は減少し、閾値電圧は上昇し、正の温度係数サーミスタの温度はＷダイオードの温度と同期して低下し、抵抗値は減少し、電圧は低下し、Ｗダイオードに加えられた正のバイアス電圧は同期して上昇し、正のバイアス電圧とＷダイオードの閾値電圧との差は温度による変化なく一定のままであり、Ｗダイオード動作および温度は安定しており、トランジスタの電力損失は減少され、高い信頼性および低い電力損失の半導体電子デバイスであり、
Ｗ三極トランジスタは、導電率が、変調極に加えられた電圧によって直接変調されるか、または変調極に加えられた電圧によって変調されるかに応じて、チャネルの間接変調におけるキャリア密度分布を変化させ、Ｗ直接変調トランジスタとＷ間接変調トランジスタに区別され、
Ｗ直接変調トランジスタが、逆直列の２つのＰ－Ｎ接合部で構成され、２つのＰ－Ｎ接合部は、ソース端での変調接合部およびドレイン端でのドレイン接合部であり、変調接合部とドレイン接合部との間の変調極は、正の温度係数を有する低抵抗サーミスタに接続され、Ｗ直接変調トランジスタの原理は、逆直列の２つのＰ－Ｎ接合部の１つが常に逆バイアスであり、トランジスタが静的にカットオフ状態にあることであり、逆バイアス電圧がドレインに加えられ、サーミスタを介した正バイアス電圧が変調極に加えられ、Ｐ－Ｎ接合部の動作原理に従って、変調接合部に加えられた正のバイアス電圧が閾値電圧よりも高い場合、トランジスタの変調接合部はオン状態であるため、Ｗ直接変調トランジスタのドレインに加えられた逆バイアス電圧によりドレイン接合部は反転し、Ｗ直接変調トランジスタが逆直列の２つのＰ－Ｎ接合部から順直列の２つのＰ－Ｎ接合部に変化し、Ｗ直接変調トランジスタのドレイン接合部が反転された後に正バイアスになり、正バイアスのドレイン接合部の導電率は非常に高く、抵抗率は非常に低くなり、反転型の後のドレイン接合部は、高電流を通過させる主経路になり、トランジスタの動作は、変調接合部に加えられた電圧とトランジスタの閾値電圧との差によってのみ決定され、Ｐ－Ｎ接合部が指向性導電率を調整可能な可変インピーダンスであることに従って、変調接合部のインピーダンスによって変化し、変調接合部がＰ－Ｎ接合部であるため、変調接合部に加えられた電圧が小さな変化を有する場合、変調接合部のキャリア密度は、変調接合部に加えられた電圧とトランジスタの閾値電圧との差により指数関数的に変化し、変調接合部の導電率は指数関数的に変化し、変調接合部の抵抗率およびインピーダンスは導電率により変化し、トランジスタを流れる電流は、供給電圧、負荷インピーダンス、およびトランジスタインピーダンスで構成される回路において、変調接合部のインピーダンスにより変化し、トランジスタを流れる電流は、変調接合に加えられた電圧とトランジスタの閾値電圧との差により変化し、変調接合部の抵抗率およびインピーダンスは導電率により変化し、トランジスタを流れる電流は変調接合部のインピーダンスにより変化し、これが、供給電圧および負荷インピーダンスの変化に関連しており、電気信号の増幅および変換を完了させ、前記動作原理は、Ｗ直接変調トランジスタが２つの部分で動作すること、変調極に加えられた電圧が変調接合部の導電率を変化させること、および抵抗率およびインピーダンスが導電率により変化することを示し、したがって、供給電圧、負荷インピーダンスおよびＷ直接変調トランジスタインピーダンスで構成される回路では、Ｗ直接変調トランジスタを流れる電流はトランジスタ変調接合部のインピーダンスにより変化し、これが、供給電圧および負荷インピーダンスの変化に関連しており、変調極に印加された電圧は、変調接合部の導電率、抵抗率およびインピーダンスを変更させるだけであり、そのため、Ｗ直接変調トランジスタにおいて流れる電流は、変調接合部のインピーダンスにより変化して、電気信号の変換および増幅を完了させ、Ｗ直接変調トランジスタの変調極の正のバイアス電圧および信号電圧は、新しい半導体電子原理に従って、正の温度係数を有する低抵抗サーミスタＲｔを介して変調接合部に加えられ、Ｐ－Ｎ接合部は指向性の導電率を調整可能な可変インピーダンスであり、正の温度係数を有するサーミスタは、Ｗ直接変調トランジスタと直列に可変インピーダンスと接続され、サーミスタの電圧降下は温度およびインピーダンスにより変化し、Ｗ直接変調トランジスタの温度が上昇すると、変調接合部の真正キャリア密度は増加し、閾値電圧は低下し、サーミスタの温度は同期して上昇し、インピーダンスは増加して電圧降下は増加し、Ｗ直接変調トランジスタの変調接合部に対する正のバイアス電圧および信号電圧は同期して低下し、変調接合部に加えられた正のバイアス電圧と信号電圧との合計とトランジスタの閾値電圧との差は一定のままであり、Ｗ直接変調トランジスタは安定して動作し、Ｗ直接変調トランジスタの温度が低下すると、変調接合部の真正キャリア密度は減少し、閾値電圧は上昇し、一方で、正の温度係数サーミスタの温度は同期して低下し、インピーダンスは減少して電圧は低下し、Ｗ直接変調トランジスタの変調接合部に対する正のバイアス電圧および信号電圧は同期して上昇し、変調接合部に加えられた正のバイアス電圧と信号電圧との合計とトランジスタの閾値電圧との差は、温度による変化なく一定のままであり、Ｗ直接変調トランジスタの動作および温度は安定しており、トランジスタの電力損失は減少し、
Ｗ間接性変調（ＭＯＳ）トランジスタは、半導体基板がＰ型またはＮ型であるのかによってＰ－Ｗ間接性変調（ＭＯＳ）トランジスタとＮ－Ｗ間接性変調（ＭＯＳ）トランジスタに分けられ、Ｐ型のＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタはＮ型のＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタとまったく同じように動作し、Ｐ型のＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタは、Ｐ半導体基板上に２つの高度にドープされたＮ領域を拡散して、電極がソース電極およびドレイン電極になり、２つのＮ領域は２つの逆直列のＰ－Ｎ接合部を形成し、２つの逆直列のＰ－Ｎ接合部は、それぞれ、ソース端での変調接合部およびドレイン端でのドレイン接合部であり、薄い酸化物層が基板表面上で成長させられ、金属層が酸化物層に堆積させられて、正の温度係数を備える低抵抗サーミスタＲｔと接続し、電極が変調電極になり、
Ｐ－Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの原理は、変調極が正のバイアス電圧を加えない場合に、ソース－チャネル－ドレインチャネル上の２つの逆直列のＰ－Ｎ接合部の１つが常に逆バイアスであり、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタがカットオフ状態になることであり、ドレインに逆バイアス電圧を加え、変調極に正のバイアス電圧を加えた場合に、変調極に加えられた正のバイアス電圧は、Ｐチャネルの酸化物境界で電子電荷を誘起し、これにより、Ｐ領域におけるキャリア密度分布は変化し、Ｎ型の導電性領域が形成され、新しいＰ－Ｎ接合部および電界の確立が、Ｐ型およびＮ型の導電性領域におけるほとんどのキャリアの拡散によって形成され、界磁電圧は変調接合部にプラスに印加され、Ｎ型の導電性領域の電子密度、界磁電圧および導電率は、正のバイアス電圧の上昇に伴って増加し、変調接合部のキャリア密度は、界磁電圧と閾値電圧との差の減少に伴って増加し、変調接合部のキャリア密度が平衡キャリア密度以上に増加すると、界磁電圧は閾値電圧以上に上昇し、トランジスタの変調接合部はオン状態になり、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタのドレインに加えられた逆バイアス電圧によって、ドレイン接合部が反転し、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタは、２つの逆直列のＰ－Ｎ接合部から２つの順直列のＰ－Ｎ接合部に変化し、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタのドレイン接合部が反転された後に正のバイアスになり、正のバイアスのドレイン接合部の導電率は非常に高く、抵抗率は非常に低くなり、ドレイン接合部は、反転型の後に大電流を通過させる主経路になり、トランジスタの動作は、変調接合部に加えられた正のバイアス電圧および信号電圧の合計とトランジスタの閾値電圧との差によってのみ決定され、変調接合部のインピーダンスにより変化し、
Ｐ－Ｎ接合部が指向性の導電率を調整可能な可変インピーダンスであることに従って、変調接合部に加えられた電圧が変調接合部の閾値電圧よりも低いと、変調接合部のキャリア密度は平衡キャリア密度よりも低くなり、変調接合部はカットオフ状態になり、変調接合部に加えられた電圧が変調閾値電圧に等しくなるまで上昇すると、変調接合部のキャリア密度は平衡キャリア密度に等しくなり、変調接合部は導通およびカットオフの臨界状態になり、変調接合部に加えられた電圧が変調閾値電圧を超えて上昇すると、変調接合部のキャリア密度は平衡キャリア密度よりも高くなり、変調接合部は導電状態になり、変調接合部の導電率は、変調接合部に加えられた正のバイアス電圧および信号電圧の合計とＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの閾値電圧とにより指数関数的に変化し、変調接合部の抵抗率およびインピーダンスが導電率により変化し、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタを流れる電流は、変調接合部のインピーダンスにより変化し、供給電圧、負荷インピーダンスおよびＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタインピーダンスで構成される回路において、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタを流れる電流は、トランジスタのインピーダンスにより変化し、供給電圧および負荷インピーダンスの変化に関連しており、そのため、ドレイン電流は、変調接合部に加えられた正のバイアス電圧および信号電圧の合計とＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの閾値電圧との差により変化し、電気信号の変換および増幅を完了させ、前記動作原理は、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの動作が２つの部分によって完了され、変調極に加えられた電圧が変調接合部の導電率を変化させ、抵抗率およびインピーダンスが導電率により変化することを示し、そのため、供給電圧、負荷インピーダンス、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタのインピーダンスで構成された回路において、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタを流れる電流はトランジスタ変調接合部のインピーダンスにより変化し、変調極に適用された電圧は、変調接合部の導電率、抵抗性およびインピーダンスを変化させるだけであり、それにより、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタにおいて流れる電流は、変調接合部のインピーダンスにより変化し、電気信号の変換および増幅を完了させ、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの変調極の電圧が、正の温度係数を有するサーミスタの低抵抗値を介して変調接合部に加えられ、新しい半導体電子原理に従って、Ｐ－Ｎ接合部は指向性の導電率を調整可能な可変インピーダンスであり、正の温度係数を有するサーミスタは可変インピーダンスと直列になっており、サーミスタはＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタと同じ温度であり、電圧降下はインピーダンスにより変化し、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの温度が上昇すると、変調接合部の真正キャリア密度は増加し、閾値電圧は低下し、サーミスタの温度は同期して上昇し、インピーダンスは増加し、電圧降下は増加し、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの変調接合部に対する電圧は同期して低下し、変調接合部に加えられた電圧とトランジスタの閾値電圧との差は温度による変化なく一定のままであり、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの動作は安定しており、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの温度が低下すると、変調接合部の真正キャリア密度は減少して閾値電圧は上昇し、一方で、サーミスタの温度は低下し、インピーダンスは減少し、電圧は低下し、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの変調接合部に対する電圧は同期して上昇し、変調接合部に加えられた電圧とトランジスタの閾値電圧との差は一定に保たれ、これは温度により変化せず、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの動作および温度は安定しており、トランジスタの電力損失は低減され、信頼性が高く、電力損失が少ない半導体電子デバイスであり、
新しい半導体電子原理の下で、Ｗ直接変調トランジスタ、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ、およびユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタは、２つの部分で動作し、変調極に加えられた電圧によって変調接合部の導電率は変化し、抵抗率およびインピーダンスは導電率により変化し、それにより、供給電圧、負荷インピーダンスおよびトランジスタインピーダンスで構成される回路においてトランジスタを流れる電流は、トランジスタ変調接合部のインピーダンスにより変化し、これは、供給電圧および負荷インピーダンスの変化に関連しており、変調極に加えられた電圧は、変調接合部の導電率、抵抗率およびインピーダンスを変更させるだけであり、それにより、トランジスタを流れる電流は変調接合部のインピーダンスにより変化して、電気信号の変換および増幅を完了させ、したがって、負荷インピーダンスを変更することによって、トランジスタを流れる電流を変更することができ、それにより、負荷インピーダンスに対する電圧は負荷インピーダンスにより変化し、
Ｗ直接変調トランジスタおよびＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタは、変調極に加えられた電圧とトランジスタの閾値電圧との差により動作し、変調極に加えられた正のバイアス電圧がゼロ（パルス状態）であると、トランジスタの動作は信号電圧と閾値電圧との差によってのみ変化し、トランジスタは静止時に停止状態にあり、変調接合部に加えられた信号電圧が閾値電圧を超えて上昇した場合にのみトランジスタはオンになって動作し、トランジスタの温度が上昇すると、変調接合部の真正キャリア密度は増加し、閾値電圧は低下し、一方で、サーミスタの温度は同期して上昇し、インピーダンスは増加し、電圧降下は増加し、トランジスタの変調接合部に加えられた信号電圧は同期して低下し、信号電圧とトランジスタの閾値電圧との差は一定のままであり、Ｗ直接変調トランジスタおよびＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタは安定して動作し、Ｗ直接変調トランジスタまたはＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの温度が低下すると、変調接合部の真正キャリア密度は減少し、閾値電圧は上昇し、サーミスタの温度は同期して低下し、インピーダンスは減少し、電圧降下は減少し、Ｗ直接変調トランジスタまたはＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの変調接合部に対する信号電圧は同期して上昇し、信号電圧とトランジスタの閾値電圧との差は温度による変化なく一定のままであり、Ｗ直接変調トランジスタとＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタは安定して動作し、出力信号は歪みを生成せず、
Ｗダイオード、Ｗ直接変調トランジスタおよびＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタは、半導体電子デバイスの機能、特性および効率を正しく完全に実施し、動作速度を１００倍を超えて増加させることができ、８０℃未満の周囲温度で正常で安定した信頼性のある動作を維持することができ、予熱なしで安定して動作することができ、電子デバイスが、より強力な性能、より高い安定性と信頼性、およびより低いエネルギー損失を備えたチップでデータを処理する能力および速度を向上させ、ドライバーレス、インテリジェントな医療および人工知能などの新興する分野での高安定性、高信頼性、低電力損失、高感度、低遅延、発熱、デバイスボリュームおよび高電力出力などの、一連の重要な問題を効果的に解決することができ、
トランジスタの動作状態が、Ｗ直接変調トランジスタの変調接合部、またはＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの変調接合部、またはバイポーラ接合トランジスタのベース、またはユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタのゲートに対する正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との差によって決定され、正のバイアス電圧が同時にトランジスタの閾値電圧よりも高い、Ｖb-＞ＶDである場合、変調接合部のキャリア密度は平衡キャリア密度よりも高く、ｎ＞ｎn0となり、トランジスタはＡ級状態で動作し、正のバイアス電圧が同時にトランジスタの閾値電圧に等しい、Ｖb-＝ＶDである場合、変調接合部のキャリア密度は、導通およびカットオフの臨界点での平衡キャリア密度に等しい、ｎ＝ｎn0となり、トランジスタはＢ級で動作し、正のバイアス電圧が同時にトランジスタの閾値電圧よりも低い、Ｖb-＜ＶDである場合、変調接合部のキャリア密度は平衡キャリア密度よりも低い、ｎ＜ｎn0となり、カットオフ状態での静的変調接合部となり、信号電圧または変調接合部に加えられた正のバイアス電圧と信号電圧との合計がトランジスタの閾値電圧よりも高い、（Ｖb~＋Ｖb-）＞Ｖdである場合にのみ、変調接合部のキャリア密度は平衡キャリア密度よりも高い、ｎ＞ｎn0となり、トランジスタの導通および動作はＣ級（パルス）状態になり、正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との差が変化すると、トランジスタの動作状態は、不安定性の変化に伴って変化し、信頼性を低下させて電力損失を増加させ、トランジスタ温度を上昇させ、真正キャリア密度を増加させ、閾値電圧を低下させ、正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との間の差を増加させ、さらに安定性および信頼性を低下させ、悪循環が形成されると、上昇したトランジスタ温度によりトランジスタおよび電子機器は焼損され、
新しい半導体電子原理に基づいて、トランジスタの動作は、トランジスタがパルス状態で動作しているときのＷ直接変調トランジスタの変調極、またはＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの変調極、またはバイポーラ接合トランジスタのベース極、またはユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタのゲート電圧に対する電圧の差により変化し、トランジスタの閾値電圧を下回る正のバイアス電圧が、Ｗ直接変調トランジスタの変調器、またはＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの変調器、またはバイポーラ接合トランジスタのベース、またはユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタのゲートに加えられると、トランジスタは静止時にカットオフ状態のままであり、変調接合部に加えられた正のバイアス電圧および信号電圧の合計がトランジスタの閾値電圧よりも高い、（Ｖb~＋Ｖb-）＞ＶDである場合にのみ、同時に、変調接合部のキャリア密度は平衡キャリア密度よりも高い、ｎ＞ｎn0となり、正のバイアス電圧は信号電圧の上昇のステップになり、これにより、入力信号電圧は低下し、トランジスタの出力信号の歪みおよびスイッチング時間は減少し、
新しい半導体電子原理下において、トランジスタの動作状態は、Ｗ直接変調トランジスタの変調極、またはＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの変調極、またはバイポーラ接合トランジスタのベース極、またはユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタのゲート電圧に対する正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との差により決定され、トランジスタの閾値電圧は、温度の関数であり、温度の上昇とともに低下し、温度の低下とともに上昇し、結果として不安定なトランジスタ動作状態になり、安定したトランジスタ動作状態の原理は、トランジスタの閾値電圧が温度により変化しないか、または正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との差が温度により変化しない定数として維持されることであり、トランジスタの閾値電圧が温度により変化しないための手段が、同じ温度特性を有する半導体およびハイブリッド材料を選択することであり、これにより、２つの材料間のキャリア密度の比率は温度について一定に近いままとなり、トランジスタの閾値電圧は温度により変化せず、トランジスタは安定して動作し、別の方法が、正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との差を温度なしで一定に保つことであり、バイポーラ接合トランジスタのベースまたはユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタのゲートの正のバイアス電圧回路の下側バイアス回路において、負の温度係数を有する熱電素子Ｒtが直列に接続され、熱電素子がトランジスタと同じ温度であり、電圧降下がインピーダンスにより変化し、正のバイアス電圧がトランジスタの動作電圧に等しく、２０℃での熱電素子の電圧降下が、Ａ級動作状態ではトランジスタの閾値電圧に略等しく、Ｂ級の動作状態ではトランジスタの閾値電圧よりわずかに低く、Ｃ級の動作状態ではトランジスタの閾値電圧より低く、バイポーラ接合トランジスタまたはユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタの温度が上昇すると、バイポーラ接合トランジスタのエミッタ接合部またはユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタのソース接合部の真正キャリア密度は増加して閾値電圧は低下し、一方で、熱電素子の温度は同期して上昇し、インピーダンスは減少し、電圧は低下し、バイポーラ接合トランジスタのベースまたはユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタのゲートに加えられた正のバイアス電圧は同期して低下し、正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との差は一定のままであり、バイポーラ接合トランジスタおよびユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタは安定しており、バイポーラ接合トランジスタおよびユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタの温度が低下すると、バイポーラ接合トランジスタのエミッタ接合部またはユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタのソース接合部の真正キャリア密度は減少し、閾値電圧は上昇し、一方で、熱電素子の温度は同期して低下し、インピーダンスは増加し、電圧降下は増加し、バイポーラ接合トランジスタのベースまたはユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタのゲートに加えられた正のバイアス電圧は同期して上昇し、正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との差は温度による変化なく一定のままであり、バイポーラ接合トランジスタおよびユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタは安定して動作し、
トランジスタの動作状態および特性は、新しい半導体電子原理に従って正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との差によって決定され、トランジスタの閾値電圧は、半導体材料の真正キャリア密度および含有物密度、ＶD＝Ｖn－Ｖp＝ＶTｌｎ（ＮdＮa／ｎｉ2）、含有物の高密度および真正キャリアの低密度、トランジスタの高閾値電圧、含有物の低密度および真正キャリアの高密度、トランジスタの低閾値電圧によって決定される、Ｐ－Ｎ接合部のビルトイン電圧であり、閾値電圧、動作特性、スイッチング速度、データ処理能力、および計算効率の異なるトランジスタが、異なる半導体材料および含有物の密度を選択することによって作ることができ、
トランジスタは、新しい半導体電子原理に従って、指向性の導電率を調整可能なインピーダンスを有する受動デバイスであるＰ－Ｎ接合部からなり、Ｗ直接変調トランジスタ、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ、およびユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタは、２つの部分で動作させられ、変調極、ゲート、またはベースに加えられた電圧は、変調接合部の導電率のみで変調され、変調接合部の抵抗率およびインピーダンスは導電率により変化し、トランジスタの変調接合部は導電率を調整可能な可変インピーダンスであり、変調接合インピーダンスがトランジスタインピーダンスであるため、供給電圧、負荷インピーダンス、およびトランジスタインピーダンスで構成される回路を流れる電流は変調接合部のインピーダンスに伴って変化し、ＩD＝ＥC／（ＲJ＋ＲL）であり、式中、ＩD：ドレイン電流、ＥC：供給電圧、ＲL：負荷インピーダンス（ＡＣインピーダンスおよびＤＣインピーダンスを含む）、ＲJ：トランジスタインピーダンス、ＲJ＝Ｌ／ｎＡｑμn＝Ｌ／Ａｑμnｎn0ｅｘｐ［（Ｖb~＋Ｖb-－ＶD）／ＶT］、Ｌ：拡散長、Ａ：接合部断面積、ｎ：接合部キャリア密度、ｑ：電子電荷、μn：電子移動度、ｎn0：平衡キャリア密度、Ｖb~：入力信号電圧、Ｖb-：バイアス電圧、ＶD：閾値電圧、導電率σ＝ｎｑμn＝ｑμnｎn0ｅｘｐ［（Ｖb~＋Ｖb-－ＶD）／ＶT］、抵抗率ρ＝１／ｎｑμn＝１／ｑμnｎn0ｅｘｐ［（Ｖb~＋Ｖb-－ＶD）／ＶT］であり、真正キャリア密度ｎn0および半導体材料の固有移動度μnの決定による、正のバイアス電圧Ｖb-および変調極に加えられた信号電圧Ｖb~の合計とトランジスタの閾値電圧ＶDとの差の指数関数的変化を有し、
トランジスタの最大許容電流は、接合部の断面積Ａによって決定され、トランジスタインピーダンスが、変調極に加えられた電圧の増加とともに減少するため、トランジスタの最大電流は、供給電圧Ｅcと負荷インピーダンスＲLとの対比で決まるものであり、ＩDｍ＝Ｅc／（ＲL＋ＲJ）≒ＥC／ＲLであり、
出力電力Ｐo＝Ｅc 2・ＲL／（ＲJ＋ＲL）2であり、入力信号の電圧が上昇すると、トランジスタのインピーダンスは減少し、電流は増加し、最大出力電力Ｐom＝Ｅc 2・ＲL／（ＲL＋ＲJ）2≒ＥC 2／ＲLであり、
効率ηc＝Ｐo／Ｐd＝［Ｅc 2ＲL／（ＲJ＋ＲL）2］／［Ｅc 2／（ＲJ＋ＲL）］＝ＲL／（ＲJ＋ＲL）であり、入力信号電圧の上昇とともに増加し、結果としてトランジスタインピーダンスが減少し、
トランジスタの電力損失は、トランジスタインピーダンスに関してトランジスタにおいて流れる電流の損失であり、ＰCはトランジスタインピーダンスＲJによる変数であり、ＰC＝ＥC 2・ＲJ／（ＲJ＋ＲL）2であり、小さな信号相では、ドレイン電流ＩDの増分の二乗はトランジスタインピーダンスの減少よりも大きく、トランジスタの電力損失は入力信号電圧の上昇とともに増加し、トランジスタインピーダンスが負荷インピーダンスに等しく減少すると、同時に、ドレイン電流ＩDの増分の２乗はトランジスタインピーダンスの減少に等しくなり、トランジスタの電力損失は最大であり、出力電力は、最大電力損失に達した後、最大出力電力の４分の１になり、入力信号電圧の上昇に伴い、ドレイン電流ＩDの増分の２乗はトランジスタインピーダンスの減少よりも小さくなり、トランジスタの電力損失は出力電力の上昇およびトランジスタのインピーダンスの減少に伴って減少し、すなわち、トランジスタインピーダンスが負荷インピーダンスに等しく出力電力が最大出力電力の４分の１である場合、トランジスタは、トランジスタインピーダンスＲJ＝Ｌ／ｎＡｑμｎ＝Ｌ／Ａｑμnｎn0ｅｘｐ［（Ｖb~＋Ｖb-－ＶD）／ＶT］、静的抵抗ＲJ0＝Ｌ／Ａｑμnｎn0ｅｘｐ（－ＶD／ＶT）であるため、最大の電力損失を有し、閾値電圧ＶDはトランジスタごとに固定され、負荷インピーダンスは回路設計時に決定されており、それ故、信号電圧Ｖb~による正のバイアス電圧Ｖb-の選択によって、最大電力損失点での動作を回避し、トランジスタの電力損失を効果的に削減し、トランジスタ温度を低下させることができ、
上記の関連する定量分析トランジスタの動作が、回路設計およびソフトウェア開発に使用され、
新しい半導体電子原理によれば、半導体電子部品の導電率σ＝ｎｑμn＝ｑμnｎn0ｅｘｐ［（Ｖb~＋Ｖb-－ＶD）／ＶT］、および抵抗率ρ＝１／ｎｑμn＝１／ｑμnｎn0ｅｘｐ［（Ｖb~＋Ｖb-－ＶD）／ＶT］であり、静的導電率が、真正キャリア密度ｎn0および真正移動度μｎによって決定され、トランジスタがさまざまな半導体材料で作ることができるため、異なる半導体材料の静的導電率および抵抗率は異なり、異なる半導体材料が、異なる機能および特性を有するトランジスタを製造するために使用することができ、
シリコンの真正キャリア密度は１．５×１０10であり、固有移動度は電子で１３５０／ｃｍ2、正孔で４８０／ｃｍ2であり、シリコントランジスタの閾値電圧は略０．６Ｖであり、ゲルマニウムの真正キャリア密度は２．５×１０13であり、固有移動度は電子で３９００／ｃｍ2、正孔で１９００／ｃｍ2であり、ゲルマニウムトランジスタの閾値電圧は略０．２５Ｖであり、データは、ゲルマニウムの静的導電率がシリコンの静的導電率より３桁高く、ゲルマニウムの静的抵抗率がシリコンの静的抵抗率より３桁低いことを示しており、したがって、ゲルマニウムトランジスタは導電率が高く、閾値電圧はシリコントランジスタの１／３にすぎず、同じ動作状態では、トランジスタの正のバイアス電圧およびスイッチング時間が２／３減少させられるため、トランジスタのスイッチング速度は増加し、トランジスタの電力損失は減少し、したがって、静的導電率が高く、静的抵抗率が低い半導体材料である、ゲルマニウム製の半導体電子デバイスが、シリコン材料製の半導体電子デバイスよりも良好な機能および特性を有しており、新しい半導体電子原理により、より高い製造機能および特性を備えた半導体電子スデバイスを展開することができることが証明されており、
新しい半導体電子原理によれば、単一または組み合わされた接合部で構成される半導体電子の動作は、接合部のキャリア密度分布を変更して、半導体電子デバイスの導電率を変調し、電気信号の変換および増幅を完了させることであり、半導体電子デバイスの動作は、キャリア密度分布の変化が導電率を変化させ、電子を放出せず、電流を生成しないことであるため、半導体電子デバイスは故障したり経年劣化することはなく、したがって、半導体電子デバイスおよび製品の合格率および耐用年数は改善され、製造コストおよび使用料は削減され、
ソフトウェアは、動作および制御ハードウェアに関して、動作原理、構造、特性、機能、外部ストレスとの関係性、関係性、回路構造、および完成するべき機能に従って開発され、すべての半導体電子技術および機器における新しい半導体電子原理、技術、受動半導体デバイス、新しい関係性および回路構造は、ハードウェアの根本的な変化であり、したがって、新しい半導体電子原理、技術、受動半導体デバイス、新しい関係性および回路構造は、新しいコード、ソフトウェア、およびオペレーティングシステムの開発の基礎である。
【請求項2】
トランジスタの動作状態を安定化するための別の方法が、バイポーラ接合トランジスタのベースおよびユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタのゲートにおける正のバイアス電圧回路の下側バイアス回路において、負の温度係数を有する熱電素子が直列に接続され、熱電素子はトランジスタと同じ温度であり、熱電素子の電圧が２０℃に低下されると、Ａ級の動作状態でトランジスタのゲートのバルブ電圧におよそ等しく、Ｂ級の動作状態でトランジスタのゲートのバルブ電圧よりわずかに低く、Ｃ級の動作状態でトランジスタのゲートのバルブ電圧より低くなる、請求項１記載の新しい半導体電子原理技術およびデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、半導体科学および技術の根本的な変化、推測される新しい半導体電子の原理および現実からの検証であり、半導体電子デバイスの本質を十分に反映し、半導体電子デバイスの動作を正しく理解し、誘導する。導電率の変化に基づく、新しい半導体電子原理、技術、受動半導体電子デバイス、およびマッチングする新しいソフトウェアと新しいオペレーティングシステムは、現行の半導体電子原理、技術、能動半導体電子デバイス、および、電流の変化に基づくすべての半導体電子技術およびデバイスにおける現行のソフトウェアとオペレーティングシステムに取って代わる。これは、半導体電子原理および技術、デバイス構造および動作原理、回路設計、ソフトウェア開発および新しいオペレーティングシステムの作成、デバイス製造および材料、製品機能および特性を含み、半導体電子技術の分野に属している。
【背景技術】
【0002】
１９４７ Ｊｏｈｎ Ｂａｒｄｅｅｎにより、適切な接点での入力電流によって半導体の導電率を変調させることができることが発見されたため、Ｗｉｌｌｉａｍ ＳｈｏｃｋｌｅｙおよびＷａｌｔｅｒ Ｈｏｕｓｅｒ Ｂｒａｔｔａｉｎがトランジスタを発明したことと相まって、電流変化に基づく現行の半導体電子理論が確立されている。現在、半導体電子理論は、トランジスタが能動部品であるという考えにある。電流を独立変数として使用して、トランジスタは、異なる構造、導電メカニズム、動作原理および計算式を有する、ユニポーラ電界効果トランジスタおよびバイポーラ接合トランジスタに分けられる。バイポーラ接合トランジスタの原理は、ベースから注入された電流からエミッタ電流を生成および制御することである（ほとんどのキャリアは少数キャリアによって制御される）。ユニポーラ電界効果トランジスタの動作原理は、ゲート電圧の誘導およびドレイン電流の制御である（電界効果理論：横方向の電流は垂直電界によって制御される）。集積回路の台頭により、半導体科学および技術は急速に発展し、モバイル通信、電子コンピュータ、兵器システムから、宇宙科学および技術、半導体科学および技術に至るまで、すべての科学および技術で広く使用され、今日最も重要な主題となっている。しかし、半導体電子の科学および技術の急速な発展および幅広い応用により、半導体電子の機能および品質を改善する要求の高まりに直面して、現在、半導体電子の理論および技術は、安定性、信頼性、電力損失、速度および容積の問題を効果的に解決することはできておらず、半導体の科学技術の発展を制限するボトルネックとなっており、その結果、半導体科学および技術の発展が限界に達したと考えられている（２０００年のＪｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅが公開した記事）。あらゆるもののインターネット時代において、データは幾何学的に成長しており、データを処理する能力、速度、安定性および信頼性が高まっている。したがって、より強力な性能、より高い安定性と信頼性、およびより低いエネルギー損失を備えたデバイスおよびチップが必要とされている。この大きな問題を解決する唯一の方法は、半導体科学および技術の根本的な変化である。
【0003】
本発明者は、１９５７年以来電子技術に従事している。実際には、本発明者は、現行の半導体電子理論が事実に適合していないといういくつかの問題を発見した。主に、バイポーラ接合トランジスタおよびユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタはなぜ２つのＰ－Ｎ接合部の逆直列構成なのか。逆直列の２つのＰ－Ｎ接合部で構成されるトランジスタは、どのように異なって動作するのか。現行の半導体電子理論、バイポーラ接合トランジスタが動作する場合、コレクタは逆バイアス電圧である。コレクタ接合部がＰ－Ｎ接合部であるため、Ｐ－Ｎ接合部の原理によれば、逆バイアスＰ－Ｎ接合部は高インピーダンスのバリア層であり、順方向電流は通過することができない。したがって、エミッタ電流は、コレクタに到達することができず、コレクタ接合部を通るコレクタ電流になれず、同様に、ユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタのドレインは逆バイアス電圧で動作し、ドレイン接合部もＰ－Ｎ接合部である。Ｐ－Ｎ接合部の原理によれば、逆バイアスＰ－Ｎ接合部は高インピーダンスのバリア層であり、順方向電流は通過することができず、ソース電流はドレイン接合部を介してドレインに到達することができず、ドレイン電流になれない。したがって、電流理論の理解に筋道は立たないが、コレクタ電流およびドレイン電流は目的のものであるため、トランジスタの動作原理を再理解する必要がある。現行の半導体理論は、理解および分析の基礎としての電流変化に基づいて、バイポーラ接合トランジスタとユニポーラ電界効果トランジスタの両方が能動電流部品であるとの考えにある。バイポーラ接合トランジスタでは、ベースから注入された電流がエミッタ電流を生成して制御するか、またはベースに加えられた電圧がエミッタ電流を生成して制御する。トランジスタの動作状態はベース電流によって決定され、コレクタ電流は線形であり、ベース電流はコレクタ電流Ｉc＝βＩB＋（β＋１）ＩcBoにリニアに関連し、逆飽和電流ＩcBoの（β＋１）倍の変化は、トランジスタの電力損失の増加、不安定性の発生、信頼性の低下の根本的な原因であり、逆飽和電流はトランジスタの材料および製造プロセスによって決定されると考えられ、これはトランジスタにとって避けられない問題である。エミッタ電流は、コレクタ電圧および負荷インピーダンスの変化に関係なく、ベースから注入された電流によってのみ決定される。しかし、実際には、エミッタ電流はベース電流よりもはるかに大きく、ベースから注入された電流はどのようにしてエミッタ電流を生成するのか。また、エミッタ電流を変異させるのか。エミッタ電流の生成および変異を引き起こすメカニズムは何なのか。Ｉc＝βＩB＋（β＋１）ＩcBoであった場合、ベース電流およびコレクタ電流が２つの独立した電流回路であるため、ベース電流はコレクタ電流をどのように増幅させるのか。コレクタ電流を増幅させるメカニズムは何なのか。各トランジスタについて、βは可変または一定の電流倍率であり、どのパラメータによって判定されるのか。本発明の理論によれば、ベース電極から注入された電流はバイポーラ接合トランジスタでエミッタ電流を生成するため、任意の値でベース電極から注入された電流はエミッタ電流を生成するはずであるが、実際には、トランジスタの動作状態はベースに注入される電流に依存せず、ベースに加えられた電圧が特定の値を下回ると、トランジスタはカットオフ状態になり、オンまたはオフ状態のトランジスタを決定するのは、ベースに注入された電流ではなく、ベースに加えられた電圧であり、バイポーラ接合トランジスタのコレクタ電流は、コレクタ電圧および負荷インピーダンスの変化に関連している。現行の半導体電子理論は、電圧誘導ドレイン電流（ＦＥＴ）がゲートに追加され、ゲートに加えられた電圧がドレイン電流にリニアに関連し、トランスコンダクタンスが、Ｇm＝ΔＩD（μＡ）／Δｕgs（ｖ）でトランジスタの増幅能力を表し、ドレイン電流が線形であり、ドレイン電流が、ドレイン電圧および負荷インピーダンスの変化に関係なく、ゲートに加えられた電圧によってのみ決定されることを考えとしている。しかし、真実は、ユニポーラ電界効果トランジスタのドレイン電流が、グリッド上の電圧であるため、ユニポーラ電界効果トランジスタ（ＭＯＳ電界効果トランジスタ）の中で非線形であるということであり、そのため、ゲートに任意の電圧を加える場合、真実は、ゲートに加えられた電圧が特定の値を下回ると、トランジスタがカットオフ状態になり、ユニポーラ電界効果トランジスタのドレイン電流が、ドレイン電圧および負荷インピーダンスの変化に関連するということである。回答について、発明者は、１９７５年以来、自己負担で半導体理論および技術を研究し、４５年を超える集中的な研究、広範な実験、およびさまざまな実用上の問題に対する具体的な解決策の後でも、電界効果理論を含む電流変化に基づく現行の半導体電子理論は、その基本原理を確立することはできていない。１６年間の絶え間ない調査および考察の後、最終的に上記の理解を検証する方法を発見した。検証回路は一種の「コモンバイポーラ接合トランジスタ変換器結合Ｂ級プッシュプル増幅器」であり、これは、トランジスタの動作状態（トランジスタの導電率変化）を正確に判定することができる。入力信号電圧を徐々に上昇させることによって、９つの関係性から、動作データおよび画像の各ステップを測定し、すべての動作データおよび画像をそれぞれ分析し、トランジスタが導電率の変化として機能し、トランジスタを介して流れる電流がトランジスタの導電率の依存変数であることが検証可能であり、導電率変化に基づく新しい半導体電子理論を創造するために、電界効果理論を含む、電流変化に基づく現行の半導体理論を否定するように反駁できない。
【0004】
＜＜新しい半導体電子理論＞＞
２０１３年１０月８日付けのＵｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｔａｔｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇによって公開された、書籍番号：ＩＳＢＮ：９７８－１－６２５１０－４３８－０、著者：Ｗａｎｇ Ｋｅｍｉｎｇ Ｗａｎｇ Ｒｕｎｚｅ。 書籍の記事、＜＜Ａ Ｎｅｗ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ＞＞、＜＜Ａ Ｎｅｗ Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ＞＞、＜＜Ｐ－Ｎ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ＞＞、２００４年１月から２００８年２月までの４年を超える継続的なレビューに関する、メンバー、Ｄａｖｉｄ Ｅ． Ａｓｐｎｅｓ教授、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ ＳｃｉｅｎｃｅｓからのＷａｌｔｅｒ Ｌ． Ｂｒｏｗｎ教授および多数の科学者が検証回路を称賛し、およびＵＳ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ ＩＥＥＥで公開された推奨事項のＵＳ ｊｏｕｒｎａｌ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、およびこれは４回のＰＮＡＳ（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）をパスし、ＰＮＡＳ原稿ライブラリにおいて、これらの記事が正しく価値があることを証明している。
２０１３年１０月８日付けのＵｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ Ｔａｔｅ Ｐｕｂｌｉｓｈｉｎｇによって公開された、書籍番号：ＩＳＢＮ：９７８－１－６２５１０－４３８－０、著者：Ｗａｎｇ Ｋｅｍｉｎｇ Ｗａｎｇ Ｒｕｎｚｅ。 書籍の記事、＜＜Ａ Ｎｅｗ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｄｅｖｉｃｅｓ＞＞、＜＜Ａ Ｎｅｗ Ｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇ ｏｆ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ＞＞、＜＜Ｐ－Ｎ Ｊｕｎｃｔｉｏｎ＞＞、２００４年１月から２００８年２月までの４年を超える継続的なレビューに関する、メンバー、Ｄａｖｉｄ Ｅ． Ａｓｐｎｅｓ教授、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ ＳｃｉｅｎｃｅｓからのＷａｌｔｅｒ Ｌ． Ｂｒｏｗｎ教授および多数の科学者が検証回路を称賛し、およびＵＳ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ａｎｄ ＩＥＥＥで公開された推奨事項のＵＳ ｊｏｕｒｎａｌ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒｓ、およびこれは４回のＰＮＡＳ（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ Ａｍｅｒｉｃａｎ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ）をパスし、ＰＮＡＳ原稿ライブラリにおいて、これらの記事が正しく価値があることを証明している。
【発明の概要】
【0005】
本発明の目的は、電気信号の正確で、信頼性が高く、効率的な変換のための新しい原理、技術、デバイス、およびソフトウェアとオペレーティングシステムを提供すること、半導体電子デバイスおよび技術を正しく理解および適用すること、安定性、信頼性、電力損失、発熱、速度、および容積の問題を効果的に解決すること、より強力な性能、より高い安定性、信頼性、より低いエネルギー損失を備えたデバイスでデータを処理する能力および速度を改善すること、ドライバーレス、人工知能、およびインテリジェントな医療などの新しい分野での切迫したブレークスルーを解決すること、および半導体科学および技術の継続的な発展を促進することである。
【0006】
本発明は、半導体電子デバイスの機能が電気信号を変換することであることを開示している。電気信号の変換は、半導体電子デバイスの導電率を変調させることによって達成される。導電率の変調は、半導体電子技術およびデバイスの基礎である。導電率の変化に基づく新しい半導体電子原理、技術、受動半導体電子デバイスは、すべての半導体電子機器に使用され、半導体電子デバイスの機能および特性を十分に発揮し、半導体電子理論および技術の発熱などの重要な問題を効果的に解決し、目的の実現を確かなものとする。
【0007】
電流は、外力下での電子の連続的な移動であり、加えられた電圧、電子デバイスの導電率およびループインピーダンスの変化に依存する変数である。電流は現象であり、物質の本質的な特性ではない。注入電流は、移動する電子の数を同じ量だけ増加させることができるだけであり、電流を生成すること、および電流を変異させることはできず、これは、電流を生成し、変異させるメカニズムがないためである。したがって、電流の変化に基づく現行の半導体電子原理は、半導体電子デバイスの導電メカニズムおよび動作原理を正しく反映することができず、半導体理論および技術における発熱などの一連の重要な問題を効果的に解決することはできない。
【0008】
導電率は物質の基本的な特性であり、物質の自由キャリア密度によって決定される物質の導電性を示す。半導体の導電率は導体と絶縁体との間にあり、広い導電率の変調領域は電子デバイスの製造に最適な材料である。純粋な半導体および自由キャリア密度が均一な半導体の導電率は、導電率を変調させるメカニズムがないため、変調され得ない。半導体基板にドープすることにより、キャリア密度又は電磁界の異なる２つの領域が形成されるか、半導体におけるキャリア密度分布を変化させてキャリア密度の異なる２つの領域を形成するか、または金属と半導体との接触により、キャリア密度の異なる２つの領域を形成するか、または金属と絶縁体との接触により、キャリア密度の異なる２つの領域を形成し、キャリア密度の２つの異なる領域が接続されている場合、キャリア密度は異なり、多数キャリアが少数キャリア領域に拡散し、キャリア密度は指数則に従って分布し、接合部のビルトイン電圧を形成し、キャリア密度および接合部のビルトイン電圧は相互に依存する指数関係であり、正および負の電荷領域の接合部では、正の電荷キャリア密度は負の電荷キャリア密度に等しく、自由キャリア密度はゼロであり、導電率が非常に低く、抵抗率および電気的中性が高い接合部を形成する。正および負の電荷領域に電圧が加えられると、接合部と接合部の両側のキャリア密度分布は、加えられた電圧と接合部のビルトイン電圧との差により指数関数的に変化する。接合部に対して加えられた電圧に小さな変化がある場合、接合部と接合部の両側のキャリア密度は、指数則に従い、そのため正および負の電荷領域に加えられた電圧を変更することによって、接合部と接合部の両側のキャリア密度、変調された接合部の導電率および抵抗率が変化する。半導体の導電率を変調させる機能を備えた、半導体に形成された接合部は、半導体の導電率を変調させるためのメカニズムであり、Ｐ－Ｎ接合部が典型的なメカニズムである。
【0009】
半導体基板上にＰ－Ｎ接合部が形成されると、Ｐ－Ｎ接合部にビルトイン電圧よりも高い正のバイアス電圧が加えられ、Ｐ－Ｎ接合部のキャリア密度は、平衡キャリア密度、Ｐ－Ｎ接合部の導電より高く、電圧は閾値電圧と呼ばれ、Ｐ－Ｎ接合部のキャリア密度は、加えられた電圧と閾値電圧との差により指数関数的に変化し、Ｐ－Ｎ接合部の導電率および抵抗率はキャリア密度により変化し、Ｐ－Ｎ接合部の導電率および抵抗率は、Ｐ－Ｎ接合部に加えられた電圧と閾値電圧との差により指数関数的に変化し、Ｐ－Ｎ接合部を流れる電流はＰ－Ｎ接合部のインピーダンスにより変化する。Ｐ－Ｎ接合部は、Ｐ型、Ｎ型、および電気的に中性の接合部で構成され、指向性の調整可能な導電率を備えた可変インピーダンスである。加えられた電圧はＰ－Ｎ接合部のキャリア密度分布および導電率のみを変化させるため、Ｐ－Ｎは電流を生成せず、したがって受動素子である。
【0010】
Ｐ－Ｎ接合部のビルトイン電圧は、Ｐ－Ｎ接合部の閾値電圧であり、Ｐ－Ｎ接合部に加えられた正のバイアス電圧が閾値電圧よりも低い場合、Ｐ－Ｎ接合部のキャリア密度は平衡キャリア密度よりも低くなり、Ｐ－Ｎ接合部はカットオフ状態にある。Ｐ－Ｎ接合部に逆バイアス電圧が加えられると、Ｐ－Ｎ接合部はカットオフ状態になる。逆バイアス電圧が閾値電圧より２倍高くなると、Ｐ－Ｎ接合部は逆転され、Ｐ－Ｎ接合部に逆電流が流れる。
【0011】
トランジスタの閾値電圧は、少数キャリア領域への多数キャリアの拡散によって形成され、それはキャリア密度の差であり、半導体材料の真正キャリア密度およびドーピング密度によって決定される。真正キャリア密度は、温度の関数であり、温度の上昇とともに増加し、温度の低下とともに減少するため、Ｐ－Ｎ接合部のビルトイン電圧は、温度の上昇とともに減少し、温度の低下とともに増加する。Ｐ－Ｎ接合部のビルトイン電圧はトランジスタの閾値電圧であるため、トランジスタの閾値電圧は温度の関数である。トランジスタの温度が上昇すると、真正キャリア密度が増加し、閾値電圧が減少し、正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との差が増加し、接合キャリア密度が増加し、導電率が増加して抵抗率が減少し、接合インピーダンスが減少して接合部を流れる電流が増加し、温度によりトランジスタの閾値電圧が変化して、結果として温度によりトランジスタの動作状態が変化し、トランジスタの動作特性が変更され、不安定性および信頼性が低下し、悪循環が形成されると、上昇したトランジスタ温度によって、トランジスタおよび電子機器が焼損する。トランジスタの温度が低下すると、真正キャリア密度が減少し、閾値電圧が上昇し、正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との差が減少し、接合キャリア密度が減少し、導電率が減少して抵抗率が増加し、接合インピーダンスが増加して接合部を流れる電流が減少すると、トランジスタの動作特性が変更され、結果として、不安定性および信頼性の低下につながる。正のバイアス電圧がトランジスタの閾値電圧よりも低いと、接合部のキャリア密度が平衡キャリア密度よりも低く、トランジスタがカットオフ状態になり、トランジスタは深刻であるときに動作を停止し、半導体材料の真正キャリア密度およびドーピング密度によって決定される温度によるトランジスタの閾値電圧の変化は、トランジスタの不安定性および信頼性の低下の根本的な原因となる。
【0012】
半導体電子デバイスの機能は、電気信号を変換することであり、導電率、半導体のキャリア密度分布を変化させる電磁界の変化に基づく半導体エレクトロニクスの新しい原理を適用して、キャリア密度および導電率の異なる領域を形成し、半導体の導電率を変調させる機能を有する半導体に接合部を形成し、Ｐ－Ｎ接合部は、指向性の導電率を調整可能なインピーダンス変数を有する受動素子であり、Ｐ－Ｎ接合部の導電率および抵抗率は、Ｐ－Ｎ接合部に加えられた電圧と温度の関数としての閾値電圧との差に応じて指数関数的であり、接合部、Ｐ－Ｎ接合部、または半導体金属接合部は、さまざまな半導体材料において、個別にまたは組み合わせて、受動半導体電子デバイス、およびすべての半導体電子デバイスのための高い安定性、高い信頼性、高速スイッチング速度、低い電力損失を備える受動トランジスタへと形成することができ、電気信号と光電子の変換用の電子デバイスの構成のために使用される、導電率を変調させる機能を有し、接合部の原理および特性に基づいて動作する接合部が、半導体において、または金属と半導体との接触によって、または金属と絶縁体との接触によって形成される。
【発明を実施するための形態】
【0013】
高い安定性、信頼性、低い電力損失の半導体電子デバイス
Ｗダイオード
図１において、正の温度係数を有する低抵抗サーミスタＲtがＰ－Ｎ接合部または半導体金属接合部に直列に接続され、動作電圧はサーミスタを介してＷダイオードに加えられ、サーミスタはＷダイオードと同じ温度である。新しい半導体電子原理によれば、Ｐ－Ｎ接合部は指向性の導電率を調整可能な可変インピーダンスであり、正のバイアス電圧がＷダイオードに加えられる。正のバイアス電圧がＷダイオードの閾値電圧よりも高い場合、Ｗダイオードの接合キャリア密度は平衡キャリア密度よりも高くなり、Ｗダイオードの導電率および抵抗率は、Ｗダイオードに加えられた電圧と閾値電圧との差により指数関数的に変化し、Ｗダイオードを流れる電流は接合インピーダンスにより変化して、電気信号の変換を完了させ、Ｗダイオードに加えられた正のバイアス電圧がＷダイオードの閾値電圧よりも低い場合、Ｗダイオードの接合キャリア密度は平衡キャリア密度よりも低くなり、Ｗダイオードはカットオフ状態になる。Ｗダイオードに逆バイアス電圧が加えられると、Ｗダイオードは反転され、逆電流が生じる。
Ｗダイオード
図１において、正の温度係数を有する低抵抗サーミスタＲtがＰ－Ｎ接合部または半導体金属接合部に直列に接続され、動作電圧はサーミスタを介してＷダイオードに加えられ、サーミスタはＷダイオードと同じ温度である。新しい半導体電子原理によれば、Ｐ－Ｎ接合部は指向性の導電率を調整可能な可変インピーダンスであり、正のバイアス電圧がＷダイオードに加えられる。正のバイアス電圧がＷダイオードの閾値電圧よりも高い場合、Ｗダイオードの接合キャリア密度は平衡キャリア密度よりも高くなり、Ｗダイオードの導電率および抵抗率は、Ｗダイオードに加えられた電圧と閾値電圧との差により指数関数的に変化し、Ｗダイオードを流れる電流は接合インピーダンスにより変化して、電気信号の変換を完了させ、Ｗダイオードに加えられた正のバイアス電圧がＷダイオードの閾値電圧よりも低い場合、Ｗダイオードの接合キャリア密度は平衡キャリア密度よりも低くなり、Ｗダイオードはカットオフ状態になる。Ｗダイオードに逆バイアス電圧が加えられると、Ｗダイオードは反転され、逆電流が生じる。
【0014】
Ｗダイオードの温度が上昇すると、真正キャリア密度は増加し、閾値電圧は低下し、Ｗダイオードと直列に接続された正の温度係数サーミスタの温度は同期して上昇し、抵抗値は増加し、電圧降下は増加し、Ｗダイオードに対する正のバイアス電圧は同期して低下し、正のバイアス電圧とＷダイオードの閾値電圧との差は一定に保たれ、Ｗダイオードは安定して動作し、Ｗダイオードの温度が低下すると、真正キャリア密度は減少し、閾値電圧は上昇し、Ｗダイオードと同じ温度の正の温度係数サーミスタの温度は低下し、抵抗値は減少して電圧は低下し、正のバイアス電圧とＷダイオードの閾値電圧との間の差は一定であり、Ｗダイオードは、安定して動作し、信頼性が高く、電力損失が少ない半導体電子デバイスである。
【0015】
Ｗ三極トランジスタは、導電率に応じて、変調極に加えられた電圧によって直接変調され、変調極に加えられた電圧によって間接的に変調され、チャネル内のキャリア密度分布を変化させ、Ｗ直接性変調トランジスタとＷ間接性変調トランジスタに区別される。
【0016】
Ｗ直接変調トランジスタ
図２で、Ｗ直接変調トランジスタは、逆直列の２つのＰ－Ｎ接合部で構成され、２つのＰ－Ｎ接合部は、ソース端子での変調接合部およびドレイン端子でのドレイン接合部であり、変調接合部とドレイン接合部との間の変調極は、正の温度係数を有する低抵抗サーミスタＲtに接続されている。
図２で、Ｗ直接変調トランジスタは、逆直列の２つのＰ－Ｎ接合部で構成され、２つのＰ－Ｎ接合部は、ソース端子での変調接合部およびドレイン端子でのドレイン接合部であり、変調接合部とドレイン接合部との間の変調極は、正の温度係数を有する低抵抗サーミスタＲtに接続されている。
【0017】
Ｗ直接変調トランジスタの動作原理は、逆直列の２つのＰ－Ｎ接合部の１つが常に逆バイアスであり、トランジスタがカットオフ状態にあることである。変調接合部に加えられた正のバイアス電圧が閾値電圧よりも高い場合、トランジスタの変調接合部はオン状態であるため、Ｗ直接変調トランジスタのドレインに加えられた逆バイアス電圧によりドレイン接合部は反転し、Ｗ直接変調トランジスタは逆直列の２つのＰ－Ｎ接合部から順直列の２つのＰ－Ｎ接合部に変化し、Ｗ直接変調トランジスタのドレイン接合部は、反転後に正のバイアスになり、正のバイアスのドレイン接合部の導電率は非常に高く、抵抗率は非常に低くなり、逆ドレイン接合部は、高電流を通過させる主経路になり、トランジスタの動作は、変調接合部に加えられた電圧とトランジスタの閾値電圧との差によってのみ決定され、変調接合部のインピーダンスによって変化する。Ｐ－Ｎ接合部が指向性を調整可能な導電率を備える可変インピーダンスであり、変調接合部がＰ－Ｎ接合部であるため、変調接合部のキャリア密度は、変調接合部に加えられた電圧とトランジスタの閾値電圧との差により指数関数的に変化し、変調接合部の導電率は指数関数的に変化し、変調接合部の抵抗率およびインピーダンスは導電率により変化し、トランジスタを流れる電流は変調接合部のインピーダンスにより変化する。供給電圧、負荷インピーダンスおよびトランジスタインピーダンスで構成される回路において、トランジスタを流れる電流は変調接合部に加えられた電圧とトランジスタの閾値電圧との差により変化し、これは、供給電圧および負荷インピーダンスの変化に関連しており、電気信号の増幅および変換を完了させる。上記の動作原理は、Ｗ直接変調トランジスタが２つの部分によって操作され、変調極に加えられた電圧が変調接合部の導電率を変化させ、抵抗率およびインピーダンスが導電率により変化することを示している。したがって、供給電圧、負荷インピーダンス、およびＷ直接変調トランジスタのインピーダンスで構成される回路において、Ｗ直接変調トランジスタを流れる電流は、トランジスタ変調接合部のインピーダンスにより変化し、これは、供給電圧および負荷インピーダンスの変化に関連している。したがって、変調極に加えられた電圧は、変調接合部の導電率、抵抗、およびインピーダンスを変化させるだけであり、その結果、Ｗ直接変調トランジスタにおいて流れる電流は、変調接合部のインピーダンスにより変化し、電気信号の変換および増幅を完了させる。
【0018】
Ｗ直接変調トランジスタの変調極の正のバイアス電圧および信号電圧は、正の温度係数を有する低抵抗サーミスタを介して変調接合部に加えられる。新しい半導体電子原理によれば、Ｐ－Ｎ接合部は指向性の調整可能な導電率を備えた可変インピーダンスであり、正の温度係数を有するサーミスタは可変インピーダンスと直列であり、サーミスタの電圧降下は温度およびインピーダンスにより変化し、Ｗ直接変調トランジスタの温度が上昇すると、変調接合部の真正キャリア密度は増加し、閾値電圧は低下し、サーミスタの温度は同期して上昇し、インピーダンスは増加して電圧降下は増加し、Ｗ直接変調トランジスタの変調接合部に対する正のバイアス電圧および信号電圧は同期して低下し、変調接合部に加えられた正のバイアス電圧と信号電圧との合計とトランジスタの閾値電圧との差は一定のままであり、Ｗ直接変調トランジスタは安定して動作し、Ｗ直接変調トランジスタの温度が低下すると、変調接合部の真正キャリア密度は減少し、閾値電圧は上昇し、一方で、正の温度係数サーミスタの温度は同期して低下し、インピーダンスは減少して電圧は低下し、Ｗ直接変調トランジスタの変調接合部に対する正のバイアス電圧および信号電圧は同期して上昇し、変調接合部に加えられた正のバイアス電圧と信号電圧との合計とトランジスタの閾値電圧との差は、温度による変化なく一定のままであり、Ｗ直接変調トランジスタの動作および温度は安定しており、トランジスタの電力損失は減少する。
【0019】
Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタ
Ｗ間接性変調（ＭＯＳ）トランジスタは、半導体基板がＰ型またはＮ型であるのかによってＰ－Ｗ間接性変調（ＭＯＳ）トランジスタとＮ－Ｗ間接性変調（ＭＯＳ）トランジスタに分けられ、Ｐ－Ｗ間接性変調（ＭＯＳ）トランジスタの原理は、Ｎ－Ｗ間接性変調（ＭＯＳ）トランジスタの原理とまったく同じである。
Ｗ間接性変調（ＭＯＳ）トランジスタは、半導体基板がＰ型またはＮ型であるのかによってＰ－Ｗ間接性変調（ＭＯＳ）トランジスタとＮ－Ｗ間接性変調（ＭＯＳ）トランジスタに分けられ、Ｐ－Ｗ間接性変調（ＭＯＳ）トランジスタの原理は、Ｎ－Ｗ間接性変調（ＭＯＳ）トランジスタの原理とまったく同じである。
【0020】
Ｐ型のＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタは、Ｐ半導体基板上に２つの高度にドープされたＮ領域を拡散し、電極につながり、ソース電極およびドレイン電極になり、２つのＮ領域およびＰ領域は逆直列の２つのＰ－Ｎ接合部を形成し、２つのＰ－Ｎ接合部は、それぞれ、ソース端およびドレイン端での変調接合部およびドレイン接合部であり、非常に薄い酸化物層が基板表面上で成長させられ、その後、金属層が酸化物層に堆積させられ、図３で、正の温度係数を有する低抵抗サーミスタＲtと接続し、電極を変調極にする。Ｐ型のＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの原理は、変調極に正の電圧がない場合に、ソース－チャネル－ドレインチャネル上の２つの逆直列のＰ－Ｎ接合部が常に逆バイアスであり、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタがカットオフ状態になることであり、逆バイアス電圧がドレインに加えられ、正のバイアス電圧が変調極に加えられると、変調極に加えられた正のバイアス電圧は、Ｐチャネルの酸化物層の境界で電子電荷を誘起し、これにより、Ｐ領域におけるキャリア密度分布は変化し、Ｎ型の導電性領域が形成され、新しいＰ－Ｎ接合部および電界の確立が、Ｐ型およびＮ型の導電性領域におけるほとんどのキャリアの拡散によって形成され、界磁電圧は変調接合部に順方向に印加され、Ｎ型の導電性領域の電子密度、界磁電圧および導電率は、正のバイアス電圧の上昇に伴って増加し、変調接合部のキャリア密度は、界磁電圧と閾値電圧との差の減少に伴って増加し、変調接合部のキャリア密度が平衡キャリア密度以上に増加すると、界磁電圧は閾値電圧以上に上昇し、トランジスタの変調接合部はオンになり、そのため、Ｗ間接性変調（ＭＯＳ）トランジスタのドレインに加えられた逆バイアス電圧によって、ドレインは反転し、Ｗ間接性変調（ＭＯＳ）トランジスタのドレイン接合部は反転後に正のバイアスになり、正のバイアスのドレイン接合部の導電率は非常に高く、抵抗率は非常に低くなり、ドレイン接合部は、変転型の後に大電流を通過させる主経路になり、トランジスタの動作は、変調極に加えられた正のバイアス電圧および信号電圧の合計とトランジスタの閾値電圧との差によってのみ決定され、変調された接合インピーダンスにより変化する。Ｐ－Ｎ接合部が指向性の調整可能な導電性を備えた可変インピーダンスであることに応じて、変調極に加えられた正のバイアス電圧と信号電圧との合計がトランジスタの閾値電圧よりも低いと、変調接合部のキャリア密度は平衡キャリア密度よりも低くなり、変調接合部はカットオフ状態になり、変調極に対する正のバイアス電圧と信号電圧との合計がトランジスタの閾値電圧に等しくなるまで上昇すると、変調接合部のキャリア密度は平衡キャリア密度に等しくなり、トランジスタは導通およびカットオフの臨界状態になり、変調極に加えられた正のバイアス電圧と信号電圧との合計がトランジスタの閾値電圧を超えて上昇すると、変調接合部のキャリア密度は平衡キャリア密度よりも高くなり、トランジスタはオン状態になり、ソース－チャネル－ドレインは導電性チャネルに接続され、変調接合部の導電率は、変調極に加えられた正のバイアス電圧および信号電圧の合計とトランジスタの閾値電圧との差により指数関数的に変化し、変調接合部の抵抗率およびインピーダンスは導電率により変化し、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタを流れる電流は変調接合部のインピーダンスにより変化する。供給電圧、負荷インピーダンスおよびＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタインピーダンスで構成される回路では、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタを流れる電流はトランジスタインピーダンスにより変化し、これは、供給電圧および負荷インピーダンスの変化に関連しており、そのため、ドレイン電流は、変調極に加えられた正のバイアス電圧および信号電圧の合計とＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの閾値電圧との差により変化し、電気信号の変換および増幅を完了させる。上記の動作原理は、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタが２つの部分によって操作され、変調極に加えられた電圧が変調接合部の導電率を変化させ、抵抗率およびインピーダンスが導電率により変化することを示している。したがって、供給電圧、負荷インピーダンスおよびＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタインピーダンスで構成される回路では、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタを流れる電流はトランジスタ変調のインピーダンスにより変化し、これは、供給電圧および負荷インピーダンスの変化に関連しており、変調極に加えられた電圧は、変調接合部の導電率、抵抗率およびインピーダンスを変更させるだけであり、それにより、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタにおいて流れる電流は、変調接合部のインピーダンスにより変化して、電気信号の変換および増幅を完了させる。
【0021】
Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの変調極の正のバイアス電圧および信号電圧は、正の温度係数を有する低抵抗サーミスタを介して変調接合部に加えられる。新しい半導体電子原理によれば、Ｐ－Ｎ接合部は調整可能な指向性の導電率を備えた可変インピーダンスであり、正の温度係数を有するサーミスタは可変インピーダンスと直列であり、サーミスタはＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタと同じ温度であり、電圧降下はインピーダンスにより変化し、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの温度が上昇すると、変調接合部の真正キャリア密度は増加し、閾値電圧は低下し、サーミスタの温度は同期して上昇し、インピーダンスは増加し、電圧降下は増加し、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの変調接合部に対する正のバイアス電圧および信号電圧は同期して低下し、変調接合部に加えられた正のバイアス電圧および信号電圧の合計とトランジスタの閾値電圧との差は一定のままであり、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタは安定して動作し、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの温度が低下すると、変調接合部の真正キャリア密度は減少し、閾値電圧は上昇し、一方で、サーミスタの温度は同期して低下し、インピーダンスは減少し、電圧は低下し、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの変調接合部に対する正のバイアス電圧と信号電圧は同期して上昇し、変調接合部に加えられた正のバイアス電圧および信号電圧の合計とトランジスタの閾値電圧との差は温度による変化なく一定のままであり、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの動作および温度は安定しており、トランジスタの電力損失は減少し、これは、信頼性が高く、電力損失が少ない半導体電子デバイスである。
【0022】
新しい半導体電子原理の下で、Ｗ直接変調トランジスタ、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタ、バイポーラ接合トランジスタおよびユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタは、２つの部分で動作し、変調極に加えられた電圧によって変調接合部の導電率が変化し、抵抗率およびインピーダンスは導電率により変化し、それにより、供給電圧、負荷インピーダンスおよびトランジスタインピーダンスで構成される回路において、トランジスタを流れる電流はトランジスタ変調接合部のインピーダンスにより変化し、これは、供給電圧および負荷インピーダンスの変化に関連しており、変調極に加えられた電圧によって変調接合部の導電率、抵抗率およびインピーダンスが変化するだけであり、それにより、トランジスタにおいて流れる電流は変調接合部のインピーダンスにより変化して、電気信号の変換および増幅を完了させる。したがって、負荷インピーダンスを変化させることによって、トランジスタにおいて流れる電流は、負荷インピーダンスに対する電圧が負荷インピーダンスにより変化するように変化させられ得る。
【0023】
新しい半導体電子原理によれば、ユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタの動作は、ゲートに加えられた電圧とトランジスタの閾値電圧との差により変化し、バイポーラ接合トランジスタの動作は、ベースに加えられた電圧とトランジスタの閾値電圧との差により変化する。ゲートまたはベースに加えられた正のバイアス電圧がゼロの場合、トランジスタは信号電圧と閾値電圧との差でのみ動作し、トランジスタは静的状態で停止状態になり、信号電圧が閾値電圧を超えて上昇する場合にのみ、トランジスタはオンで動作し、トランジスタの温度が上昇すると、変調接合部の真正キャリア密度は増加し、閾値電圧は低下し、信号電圧と閾値電圧の差は増加し、出力信号の幅および振幅は増加し、トランジスタ温度が低下すると、変調接合部の真正キャリア密度は減少し、閾値電圧は上昇し、信号電圧とトランジスタの閾値電圧との差は減少し、出力信号の幅および振幅は減少し、信号電圧が、非常に低く、上昇したトランジスタの閾値電圧を下回る場合、トランジスタは動作を停止し、トランジスタ温度は変化して、ユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタおよびバイポーラ接合トランジスタは不安定になり、出力信号は歪んでしまう。
【0024】
Ｗ直接変調トランジスタおよびＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの動作は、新しい半導体電子原理に従って、変調極に加えられた電圧とトランジスタの閾値電圧の差により変化する。変調極に加えられた正のバイアス電圧がゼロである場合、トランジスタは信号電圧と閾値電圧との差でのみ動作し、静的トランジスタはカットオフ状態になり、トランジスタは、変調接合部に加えられた信号電圧が閾値電圧を超えて上昇する場合にのみオンで動作し、トランジスタの温度が上昇すると、変調接合部の真正キャリア密度は増加し、閾値電圧は低下し、サーミスタの温度は同期して上昇し、インピーダンスは増加し、電圧降下は増加し、トランジスタ変調接合部に対する信号電圧は同期して低下し、信号電圧とトランジスタの閾値電圧との差は一定のままであり、Ｗ直接変調トランジスタおよびＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタは安定して動作し、Ｗ直接変調トランジスタまたはＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの温度が低下すると、変調接合部の真正キャリア密度は減少し、閾値電圧は上昇し、サーミスタの温度は同期して低下し、インピーダンスは減少し、電圧は低下し、Ｗ直接変調トランジスタまたはＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの変調接合部に対する信号電圧は同期して上昇し、信号電圧とトランジスタの閾値電圧との差は温度による変化なく一定のままであり、Ｗ直接変調トランジスタおよびＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタは安定して動作し、出力信号は歪みを生成しない。
【0025】
Ｗダイオード、Ｗ直接変調トランジスタおよびＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタは、半導体電子デバイスの機能、特徴および効率を正しく完全に実施し、動作速度を、１００倍を超えて増加させることができ、８０℃未満の周囲温度で正常で安定した信頼性のある動作を維持することができ、予熱なしで安定して動作することができ、電子デバイスは、より強力な性能、より高い安定性と信頼性、およびより低いエネルギー損失を備えたチップでデータを処理する能力および速度を向上させ、ドライバーレス、インテリジェントな医療および人工知能などの新興する分野での高安定性、高信頼性、低電力損失、高感度、低遅延、高忠実度、発熱、デバイスボリュームおよび高電力出力などの、一連の重要な問題を効果的に解決することができる。
【0026】
トランジスタの動作状態は、Ｗ直接変調トランジスタの変調器、またはＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの変調器、またはバイポーラ接合トランジスタのベース、またはユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタのゲート上での正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との差によって決定され、正のバイアス電圧が同時にトランジスタの閾値電圧よりも高い、Ｖb-＞ＶDである場合、変調接合部のキャリア密度は平衡キャリア密度よりも高く、ｎ＞ｎn0となり、トランジスタはＡ級状態で動作し、正のバイアス電圧が同時にトランジスタの閾値電圧に等しい、Ｖb-＝ＶDである場合、変調接合部のキャリア密度は、導通およびカットオフの臨界点での平衡キャリア密度に等しい、ｎ＝ｎn0となり、トランジスタはＢ級で動作し、正のバイアス電圧が同時にトランジスタの閾値電圧よりも低い、Ｖb-＜ＶDである場合、変調接合部のキャリア密度は平衡キャリア密度よりも低い、ｎ＜ｎn0となり、カットオフ状態での静的変調接合部であり、信号電圧または変調接合部に加えられた正のバイアス電圧と信号電圧との合計がトランジスタの閾値電圧よりも高い、（Ｖb~＋Ｖb-）＞ＶDである場合にのみ、変調接合部のキャリア密度は平衡キャリア密度よりも高い、ｎ＞ｎn0となり、トランジスタの導通および動作はＣ級（パルス）状態になる。正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との差が変化すると、トランジスタの動作状態は、不安定性の変化に伴って変化し、信頼性を低下させて電力損失を増加させ、トランジスタ温度を上昇させ、真正キャリア密度を増加させ、閾値電圧を低下させ、正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との間の差を増加させ、さらに安定性および信頼性を低下させ、悪循環が形成されると、上昇したトランジスタ温度によりトランジスタおよび電子機器が焼損される。
【0027】
新しい半導体電子原理に基づいて、トランジスタの動作は、トランジスタがパルス状態で動作しているときのＷ直接変調トランジスタの変調極、またはＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの変調極、またはバイポーラ接合トランジスタのベース、またはユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタのゲート電圧に対する電圧の差により変化し、トランジスタの閾値電圧を下回る正のバイアス電圧が、Ｗ直接変調トランジスタの変調器またはＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの変調器、またはバイポーラ接合トランジスタのベース、またはユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタのゲートに加えられると、トランジスタは静止時にカットオフ状態のままであり、変調接合部に加えられた正のバイアス電圧および信号電圧の合計がトランジスタの閾値電圧よりも高い、（Ｖb~＋Ｖb-）＞ＶDである場合にのみ、同時に、変調接合部のキャリア密度は平衡キャリア密度よりも高い、ｎ＞ｎn0となり、正のバイアス電圧は信号電圧の上昇のステップになり、これにより、入力信号電圧が低下し、トランジスタの出力信号の歪みおよびスイッチング時間が減少する。
【0028】
新しい半導体電子原理下において、トランジスタの動作状態は、Ｗ直接変調トランジスタの変調極、またはＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの変調極、またはバイポーラ接合トランジスタのベース、またはユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタのゲートでの正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との差により決定される。トランジスタの閾値電圧は、温度の関数であり、温度の上昇とともに減少し、温度の低下とともに増加し、結果としてトランジスタの動作状態が不安定になる。安定したトランジスタの動作状態の原理は、トランジスタの閾値電圧が温度により変化しないことであるか、または正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との差が温度による変化なく一定のままであることである。トランジスタの閾値電圧が温度により変化しない１つの方策は、同じ温度特性を有する半導体材料および含有材料を選択することであり、これにより、温度が変化したときの２つの材料のキャリア密度の比率は一定に近づき、トランジスタの閾値電圧は温度により変化しないため、トランジスタの動作の安定性が確保され、正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との差は温度による変化なく一定に保たれる。別の方法は、バイポーラ接合トランジスタのベースまたはユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタのゲートの下側バイアス回路において、負の温度係数の熱電素子Ｒtを直列に接続すること（図４、図５）であり、熱電モジュールはトランジスタと同じ温度であり、電圧降下はトランジスタのインピーダンスにより変化し、正のバイアス電圧はトランジスタの動作電圧に等しく、熱電モジュールの電圧降下は、Ａ級では、２０℃でのトランジスタの閾値電圧におよそ等しく、Ｂ級の動作状態ではトランジスタの閾値電圧よりわずかに低く、Ｃ級の動作状態ではトランジスタの閾値電圧よりも低くなり、バイポーラ接合トランジスタまたはユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタの温度が上昇すると、バイポーラ接合トランジスタのエミッタ接合部またはユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタのソース接合部の真正キャリア密度は増加し、閾値電圧は低下し、一方で、熱電アセンブリの温度は同期して上昇し、インピーダンスは減少し、電圧は低下し、バイポーラ接合トランジスタのベースまたはユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタのゲートに対する正のバイアス電圧は同期して低下し、正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との差は温度に関係なく一定のままであり、バイポーラ接合トランジスタおよびユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタは安定しており、バイポーラ接合トランジスタまたはユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタの温度が低下すると、バイポーラ接合トランジスタのエミッタ接合部またはユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタのソース接合部の真正キャリア密度は減少し、閾値電圧は上昇し、一方で、熱電アセンブリの温度は同期して低下し、インピーダンスは増加し、電圧降下は増加し、正のバイアス電圧はバイポーラ接合トランジスタのベースまたはユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタのゲートで同期して上昇し、正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との差は温度に関係なく一定のままであり、バイポーラ接合トランジスタおよびユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタは安定して動作する。
【0029】
トランジスタの動作状態および特性は、新しい半導体電子原理に従って正のバイアス電圧とトランジスタの閾値電圧との差によって決定され、トランジスタの閾値電圧は、半導体材料の真正キャリア密度および含有物の密度、ＶD＝Ｖn－Ｖp＝ＶTｌｎ（ＮdＮa／ｎｉ2）、含有物の高密度および真正キャリアの低密度、トランジスタの高閾値電圧、含有物の低密度および真正キャリアの高密度、トランジスタの低閾値電圧によって決定される、Ｐ－Ｎ接合部のビルトイン電圧であり、閾値電圧、動作特性、スイッチング速度、データ処理能力、および計算効率の異なるトランジスタが、異なる半導体材料および含有物の密度を選択することによって作ることができる。
【0030】
トランジスタは、新しい半導体電子原理に従って、指向性の導電率を調整可能なインピーダンスを有する受動デバイスであるＰ－Ｎ接合部からなり、Ｗ直接変調トランジスタ、Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ、およびユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタは、２つの部分で動作させられ、変調極、ゲート、またはベースに加えられた電圧は、変調接合部の導電率のみで変調され、変調接合部の抵抗率およびインピーダンスは導電率により変化し、トランジスタの変調接合部は導電率を調整可能な可変インピーダンスであり、変調接合インピーダンスがトランジスタインピーダンスであるため、供給電圧、負荷インピーダンス、およびトランジスタインピーダンスで構成される回路を流れる電流は変調接合部のインピーダンスに伴って変化し、ＩD＝ＥC／（ＲJ＋ＲL）であり、式中：ＩD：ドレイン電流、ＥC：供給電圧、ＲL：負荷インピーダンス（ＡＣインピーダンスおよびＤＣインピーダンスを含む）、ＲJ：トランジスタインピーダンス、ＲJ＝Ｌ／ｎＡｑμn＝Ｌ／Ａｑμnｎn0ｅｘｐ［（Ｖb~＋Ｖb-－ＶD）／ＶT］、Ｌ：拡散長、Ａ：接合断面積、ｎ：接合キャリア密度、ｑ：電子電荷、μn：電子移動度、ｎn0：平衡キャリア密度、Ｖb~：入力信号電圧、Ｖb-：バイアス電圧、ＶD：閾値電圧、導電率σ＝ｎｑμn＝ｑμnｎn0ｅｘｐ［（Ｖb~＋Ｖb-－ＶD）／ＶT］、抵抗率ρ＝１／ｎｑμn＝１／ｑμnｎn0ｅｘｐ［（Ｖb~＋Ｖb-－ＶD）／ＶT］であり、真正キャリア密度ｎn0および半導体材料の固有移動度μnの決定による、正のバイアス電圧Ｖb-および変調極に加えられた信号電圧Ｖb~の合計とトランジスタの閾値電圧ＶDとの差の指数関数的な変化を有する。
【0031】
トランジスタの最大許容電流は、接合部の断面積Ａによって決定され、トランジスタインピーダンスが、変調極に加えられた電圧の増加とともに減少するため、トランジスタの最大電流は、供給電圧Ｅcと負荷インピーダンスＲLとの対比で決まるものであり、ＩDｍ＝Ｅc／（ＲL＋ＲJ）≒Ｅc／ＲLである。
【0032】
出力電力Ｐo＝Ｅc
2・ＲL／（ＲJ＋ＲL）2である。入力信号の電圧が上昇すると、トランジスタのインピーダンスは減少し、電流は増加する。最大出力電力は、Ｐom＝Ｅc
2・ＲL／（ＲL＋ＲJ）2≒ＥC
2／ＲLである。
【0033】
効率ηc＝Ｐo／Ｐd＝［Ｅc
2ＲL／（ＲJ＋ＲL）2］／［Ｅc
2／（ＲJ＋ＲL）］＝ＲL／（ＲJ＋ＲL）は、入力信号電圧の上昇とともに増加し、結果としてトランジスタインピーダンスは減少する。
【0034】
トランジスタの電力損失は、トランジスタインピーダンスに関してトランジスタにおいて流れる電流の損失であり、ＰCはトランジスタインピーダンスＲJによる変数であり、ＰC＝ＥC
2・ＲJ／（ＲJ＋ＲL）2である。小さな信号相では、ドレイン電流ＩDの増分の二乗はトランジスタインピーダンスの減少よりも大きく、トランジスタの電力損失は入力信号電圧の上昇とともに増加し、トランジスタインピーダンスが負荷インピーダンスに等しく減少すると、同時に、ドレイン電流ＩDの増分の２乗はトランジスタインピーダンスの減少に等しくなり、トランジスタの電力損失は最大であり、出力電力は、最大電力損失に達した後、最大出力電力の４分の１になり、入力信号電圧の上昇に伴い、ドレイン電流ＩDの増分の２乗はトランジスタインピーダンスの減少よりも小さくなり、トランジスタの電力損失は出力電力の上昇およびトランジスタのンピーダンスの減少に伴って減少し、すなわち、トランジスタインピーダンスが負荷インピーダンスに等しく出力電力が最大出力電力の４分の１である場合、トランジスタは、トランジスタインピーダンスＲJ＝Ｌ／ｎＡｑμｎ＝Ｌ／Ａｑμnｎn0ｅｘｐ［（Ｖb~＋Ｖb-－ＶD）／ＶT］、静的抵抗ＲJ0＝Ｌ／Ａｑμnｎn0ｅｘｐ（－ＶD／ＶT）であるため、最大の電力損失を有し、閾値電圧ＶDはトランジスタごとに固定され、負荷インピーダンスは回路設計時に決定されており、それ故、信号電圧Ｖb~による正のバイアス電圧Ｖb-の選択によって、最大電力損失点での動作を回避し、トランジスタの電力損失を効果的に削減し、トランジスタ温度を低下させることができる。上記の関連する定量分析トランジスタの動作は、回路設計およびソフトウェア開発に使用される。
【0035】
新しい半導体電子原理によれば、半導体電子部品の導電率σ＝ｎｑμn＝ｑμnｎn0ｅｘｐ［（Ｖb~＋Ｖb-－ＶD）／ＶT］、および抵抗率ρ＝１／ｎｑμn＝１／ｑμnｎn0ｅｘｐ［（Ｖb~＋Ｖb-－ＶD）／ＶT］であり、静的導電率は、真正キャリア密度ｎn0および真正移動度μnによって決定され、トランジスタはさまざまな半導体材料で作ることができるため、異なる半導体材料の静的導電率および抵抗率は異なる。異なる機能および特性を備えたトランジスタを製造するために、異なる半導体材料を使用することができる。
【0036】
シリコンの真正キャリア密度は１．５×１０10であり、固有移動度は電子で１３５０／ｃｍ2、正孔で４８０／ｃｍ2であり、シリコントランジスタの閾値電圧は略０．６Ｖであり、ゲルマニウムの真正キャリア密度は２．５×１０13であり、固有移動度は電子で３９００／ｃｍ2、正孔で１９００／ｃｍ2であり、ゲルマニウムトランジスタの閾値電圧は略０．２５Ｖである。データは、ゲルマニウムの静的導電率がシリコンの静的導電率より３桁高く、ゲルマニウムの静的抵抗率がシリコンの静的抵抗率より３桁低いことを示している。したがって、ゲルマニウムトランジスタは導電率が高く、閾値電圧はシリコントランジスタの１／３にすぎず、同じ動作状態では、トランジスタの正のバイアス電圧およびスイッチング時間が２／３減少させられるため、トランジスタのスイッチング速度が増加し、トランジスタの電力損失が減少する。したがって、静的導電率が高く、静的抵抗率が低い半導体材料である、ゲルマニウム製の半導体電子デバイスは、シリコン材料製の半導体電子デバイスよりも良好な機能および特性を有している。新しい半導体電子原理により、より高い製造機能および特性を備えた半導体電子スデバイスを展開することができることが証明されている。
【0037】
新しい半導体電子原理によれば、単一または組み合わされた接合部で構成される半導体電子の動作は、接合部のキャリア密度分布を変更して、半導体電子デバイスの導電率を変調し、電気信号の変換および増幅を完了させることである。半導体電子デバイスの動作は、キャリア密度分布の変化が導電率を変化させ、電子を放出せず、電流を生成しないことであるため、半導体電子デバイスは故障したり経年劣化することはない。したがって、半導体電子デバイスおよび製品の合格率および耐用年数が改善され、製造コストおよび使用料が削減される。
【0038】
ソフトウェアは、動作および制御ハードウェアに関して、動作原理、構造、特性、機能、外部ストレスとの関係性、関係性、回路構造、および完成するべき機能に従って開発され、すべての半導体電子技術および機器における新しい半導体電子原理、技術、受動半導体デバイス、新しい関係性および回路構造は、ハードウェアの根本的な変化であり、したがって、新しい半導体電子原理、技術、受動半導体デバイス、新しい関係性および回路構造は、新しいコード、ソフトウェア、およびオペレーティングシステムの開発の基礎である。
【図面の簡単な説明】
【0039】
【図1】Ｗダイオードの回路図である。Ｐ－Ｎ接合部または半導体金属接合部に直列に接続された正の温度係数を有する低抵抗サーミスタＲt、動作電圧Ｅcはサーミスタを介してＷダイオードに加えられ、サーミスタはＷダイオードと同じ温度である。
【図2】Ｗ直接変調トランジスタの回路図を示す。変調極Ｍは、正の温度係数を有する低抵抗サーミスタＲtを備えている。直列に、逆バイアス電圧Ｅcはドレインに加えられ、正のバイアス電圧および信号電圧は、正の温度係数の低抵抗サーミスタを介して変調極に加えられ、サーミスタはＷ直接変調トランジスタと同じ温度である。
【図3】Ｗ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタの回路図を示す。正の温度係数を有する低抵抗サーミスタＲt。直列に、逆バイアス電圧Ｅcはドレインに加えられ、正のバイアス電圧および信号電圧は、正の温度係数の低抵抗サーミスタを介して変調極に加えられ、サーミスタはＷ間接変調（ＭＯＳ）トランジスタと同じ温度である。
【図4】バイポーラ接合トランジスタの回路図である。ベースの正のバイアス電圧回路の下側バイアス回路において、負の温度係数を有する熱電素子Ｒtがベースに直列接続され、コレクタに電圧Ｅcが加えられ、熱電素子はトランジスタと同じ温度である。
【図5】ユニポーラ電界効果（ＭＯＳ）トランジスタの回路図を示す。ゲートの正のバイアス電圧回路の下バイアス回路において、負の温度係数を有する熱電素子Ｒtが直列に接続され、逆バイアス電圧Ｅcはドレインに加えられ、正のバイアス電圧および信号電圧はゲートに加えられ、熱電素子はトランジスタと同じ温度である。
【0040】
既存技術との比較
本発明は、半導体原理および技術の根本的な変化であり、半導体電子デバイスの機能が電気信号を変換することであり、電気信号の変換が半導体電子デバイスの導電率を変調することによって達成され、導電率変調が半導体電子デバイスおよび技術の基礎であることを明らかにしている。導電率の変化に基づく新しい半導体電子原理、技術、受動半導体電子デバイス、新しいソフトウェア、およびオペレーティングシステムは、すべての半導体電子デバイスにおける応用の為の電流変化に基づく現行の半導体電子原理、技術、能動半導体電子デバイス、ソフトウェア、およびオペレーティングシステムに代わるものである。
本発明は、半導体原理および技術の根本的な変化であり、半導体電子デバイスの機能が電気信号を変換することであり、電気信号の変換が半導体電子デバイスの導電率を変調することによって達成され、導電率変調が半導体電子デバイスおよび技術の基礎であることを明らかにしている。導電率の変化に基づく新しい半導体電子原理、技術、受動半導体電子デバイス、新しいソフトウェア、およびオペレーティングシステムは、すべての半導体電子デバイスにおける応用の為の電流変化に基づく現行の半導体電子原理、技術、能動半導体電子デバイス、ソフトウェア、およびオペレーティングシステムに代わるものである。
【0041】
電流は、外力下での電子の連続的な移動であり、加えられた電圧、電子デバイスの導電率、およびループインピーダンスに依存する変数である。電流は現象であり、物質の本質的な特性ではない。注入電流は、移動する電子の数を同じ量だけ増加させることができるだけであり、電流を生成すること、および電流を変異させることはできず、これは、電流を生成し、変異させるメカニズムがないためである。したがって、電流の変化に基づく現行の半導体電子原理および技術は、半導体電子デバイスの導電メカニズムおよび動作原理を正しく反映することができず、半導体理論および技術における発熱などの一連の重要な問題を効果的に解決することはできない。導電率は物質の基本的な特性であり、物質の導電性を表している。これは物質の自由キャリア密度によって決定される。キャリア密度の差によって接合部およびビルトイン電界が形成される。接合部で構成される半導体電子デバイスは、加えられた電圧によって接合部のキャリア密度分布を変化させ、半導体電子デバイスの導電率を変調し、電気信号の変換および増幅を完了する。その結果、導電率の変化に基づく新しい半導体電子原理および技術は、本質的に半導体電子デバイスの導電メカニズムおよび動作原理を正しく反映し、ストレスが加えられた半導体電子デバイスの構造および変化を明らかにし、半導体電子デバイスの半導体導電率を変調させる機能、動作原理およびメカニズムを統合し、半導体電子デバイスの機能、特徴および効率を正しく完全に発揮する。半導体電子デバイスは、それらの機能および特徴に応じてさまざまな半導体材料を選択することができ、動作速度を１００倍を超えて増加させることができ、８０℃未満の周囲温度で正常に安定して確実に動作し、予熱なしで、起動して、安定して動作し、半導体電子デバイスおよび製品の合格率および寿命を改善し、製造コストおよび使用料を削減することができ、より強力な性能、より高い安定性および信頼性、より低いエネルギー損失のチップを備えた電子デバイスは、データ処理の能力および速度を改善し、ドライバーレス、インテリジェント医療、人工知能などの新興分野におけるドライバーレス、インテリジェントな医療および人工知能などの新興する分野での高安定性、高信頼性、発熱、低電力損失、高感度、低遅延、デバイスのボリューム、高電力出力などの、半導体理論および技術の一連の重要な問題を効果的に解決することができる。新しい半導体電子の原理および技術は、半導体の科学および技術における根本的な変化である。新しい半導体電子原理および技術に従って開発された新しいソフトウェアおよび新しいオペレーティングシステムは、半導体の科学および技術の幅広い応用および急速な発展を積極的に促進し、すべての科学および技術の発展および社会的進歩を推進する。
【図1】
【図 】
【図3】
【図4】
【図5】
【手続補正書】
【提出日】2022-09-14
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【国際調査報告】