[发明专利]半导体电路以及使用该半导体电路的半导体器件

说明书

技术领域

本发明涉及一种使用场效应晶体管的半导体电路，其中该场效应晶体管具有自旋相关传输特性，以及一种使用该半导体电路的半导体器件。

背景技术

近年来，随着半导体电路没有工作时(待机期间)由流经晶体管的泄漏电流引起的功耗增加的问题，已经开发出了更小的半导体元件。许多电路技术已经被开发出来，并且被实现作为解决该泄漏电流增加的措施。与仅仅通过降低电源电压V_DD及晶体管的阈值电压V_TH来增加速度的传统技术不同，这些电路技术更主动地控制电源电压V_DD及阈值电压V_TH。

日本特开专利申请No.2004-111904(图17)中描述了这些传统技术；Sugahara，S.“Ferromagnet/semiconductor hybrid device usingepitaxial ferromagnetic tunnel junctioins-Creation of group IVferromagnetic semiconductors and application thereof to spin device，”日本科学与技术厅：Promoting basic research in prioritized researchfields-Individual Research(aka：“sakigake”)First Class：Results Report(48-50页，图5和6)；以及Sugahara，S.，Tanaka，M.“Spin MOSFETand its applications，”The 134^th Topical Symposium of the MagneticsSociety of Japan，The 22^th Symposium of the Magnetic ArtificialStructured Thin Film，Physical Properties and Functions Joint Seminar“Present and future of spin electronics，”(93-100页)；以及其他出版物。

特别地，一种用于切断电路电功率的技术被引入这里作为更主动地控制电源电压V_DD及阈值电压V_TH技术的例子，其中利用具有多个不同电源电压和阈值电压的多个晶体管，在待机期间不使用该电路。

其他例子包括：通过调整加在硅衬底上的偏压来动态地改变晶体管的阈值电压V_TH的技术；在电路工作期间动态地调整电源电压V_DD的技术；以及其他技术。该V_DD-跳变技术以及其他技术作为在电路工作期间切换多个电源电压技术的例子是已知的。

单极晶体管(场效应晶体管：FET)的阈值电压V_TH被认为是当漏极电流I_D迅速增加时的栅极-源极电压V_GS。有许多种用来提取该阈值电压V_TH的方法，并且这些方法在概念上都具有例如图1中所示的关系。

使用具有不同阈值电压的多个晶体管，用于切断在待机状态下没有使用的电路的电功率的技术的例子包括使用MTCMOS(多阈值电压CMOS(互补金属氧化物半导体))以及电源栅(功率门控)。具体来说，电源开关(功率开关)被提供给具有低阈值电压的电路，并且通过在待机期间切换该电源开关来切断未被使用电路的供电，从而降低了泄漏电流。双输入NAND门将被用于描述例子。图2A示出了没有配备电源开关的双输入NAND门的门电平电路符号，并且图2B为晶体管级的图2A所示的门的电路图。图3A示出了配备电源开关的双输入NAND门的门级电路符号，并且图3B为晶体管级的图3A所示的门的电路图。

在图2A和2B所示的双输入NAND门中，假设使用了具有高阈值电压V_TE的晶体管，并且使用具有高阈值电压(高阈值电压高V_TH)的NMOS晶体管211和具有高阈值电压(高V_TH)的PMOS晶体管212来形成具有高阈值电压(高V_TH)的NAND电路215。在NAND电路215中使用了两个输入A和B，并且用字母Z表示输出。