NL8203799A

NL8203799A - Geintegreerde schakeling.

Info

Publication number: NL8203799A
Application number: NL8203799A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1971-05-22
Filing date: 1982-09-30
Publication date: 1983-01-03
Also published as: US4714842A; JPS5638855A; JPS5638857A; YU135572A; ES403026A1; US4078208A; IE37694L; JPS604594B2; JPS568867A; SE382137B; US4056810A; JPS5638859A; JPS5712302B2; ATA439572A; DE2266040C2; JPS5719582B2; BR7203222D0; JPS5638858A; AU474945B2; NO135614C

Description

pnr ΙΐΓΐ'ηίΜΜΙΒΜΑΒΜΗ·.,^.,,··· ,π., 1,,. ,rt. ^ , , -----;---------------- J# PHN 5476A 1 N.V. Philips’ GLoeilanpenfahrieken te Eindhoven.

"Gelntegreerde schakeling".

De uitvinding heeft betrekking op een gelntegreerde schakeling bevattende een halfgeleiderlichaam aan een oppervlak waarvan transistors van een gebeugen zijn aangebracht, waarbij het geheugen trekkerschake-lingen be vat/ die elk een eerste en een tweede transistor met een emitter/ 5 een basis en een kollektor hehben, waarbij de emitters van de eerste en de tweede transistor met elkaar verbonden zijn en warden gevormd door een gemeenschappelijk halfgeleidergebied van een eerste geleidingstype, waarbij de basiszones van de eerste en de tweede transistor oppervlaktezones van een tweede geleidingstype zijn die aan het gemeenschappelijke halfge-10 leidergebied grenzen en waarbij de eerste en de tweede transistor kruis-gekoppeld zijn zodanig dat de basis van de ene transistor is verbonden met de kollektor van de andere transistor en twee verschillende informa-tietoestanden kunnen optreden, waarbij de ene transistor geleidend is en de andere gesperd dan wel cmgekeerd, waarbij de trekkerschakelingen in 15 rijen en kolcnnen gerangschikt zijn en de basiszones van de eerste transistors elk met behulp van een bij iedere trekkerschakeling behorende derde transistor met twee hoofdelektroden en een stuurelektrode zijn ge-kqppeld met een voor een koloa van trekkerschakelingen gemeenschappelijke schrijfgeleix3er, waarbij twee elektroden van de derde transistor zijn op-20 genanen in de signaalweg die de schrijfgeleider met de basiszone van de eerste transistor verbindt.

Een dergelijke gelntegreerde schakeling is bekend uit 1971 IEEE International £>lid State Circuits Conference, Digest of Technical Papers, februari 1971, biz. 18 en 19. In deze bekende schakeling is de schrijf-25 geleider met de emitter van de als emittervolger werkende derde transistor verbonden waarbij deze derde transistor in de gelntegreerde vorrn is ver-enigd met een als strocmbron en als belasting voor de tweede transistor dienende ccnplementaire transistor, zodanig dat de basis van de emittervolger tevens de collector van de ccnplementaire transistor vormt en de 30 kollektor van de emittervolger tevens de basis van de ccnplementaire transistor is. De kollektor van de ccnplementaire transistor is door mid-del van een geleiderspoor verbonden met de kollektor van de tweede transistor.

t > EHN 5476A 2 -------- De onderhavige uitvinding beoogt een geintegreerd geheugen met— trekkerschakelingen te verschaffen dat bij relatief lage strcmen en span-ningen, met relatief lage dissipatie kan warden gehruikt, en dat aan het qppervlak van het halfgeleiderlichaam aantrekkelijk wsinig ruiiate inneemt. 5 Een geintegreerde schakeling van de in de aanhef beschreven soort is volgens de uitvinding daardoor gekenmerkt, dat de basiszones van de eerste en de tweede transistor elk deel uitmaken van een strocrninjek-tor voor het' toevoeren van instelstrocm met qpeenvolgende, door gelijk-richtende overgangen van elkaar gescheiden lagen, welke strocminjektor is 10 verbonden met een geleiderspoor,. waarbij via het geleiderspoor een gelijk-richtende overgang van de· strocminjektor in de voorwaartsrichting polari-seerbaar is voor het injekteren van ladingsdragers vanuit een buiten de eerste en tweede transistor gelegen laag van de strocminjektor en het kollekteren van ladingsdragers door de basiszones uit een aan de basis-15 zone grenzende laag van de strocminjektor en dat de schrijfgeleiders zijn verbonden met tot de derde transistors behorende oppervlaktezones van het tweede geleidingstype, waarbij behalve deze eerste elektrode als tweede elektrode een hoofdelektrode van de derde transistor in de genoende signaalweg is opgenanen.

20 Het gebruik van van s trocmin j ektoren voorziene eerste en tweede transistoren leidt tot relatief kcmpakte geintegreerde trekkerschakelingen die bij relatief lage spanningen en strcmen nog betrouwbaar functioneren, waarbij de kcppeling van de trekkerschakelingen met de schrijflijn zoda-nig dat tijdens het schrijven aan de naar de trekkerscha- 25 keling toegekeerde zijde van de derde transistor de hoofdstrocm van deze derde transistor vloeit, maakt dat de informatieinhoud van de trekker-schakeling op effektieve wijze wordt gestnurd terwijl in de schrijflijn een relatief kleine strocm vloeit.

In een belangrijke voorkeursuitvoeringsvorm is de derde transis-30 tor een canplementaire transistor met snitter- en een kollektorzones van het tweede geleidings type, waarbij de hoofdstrocmbaan van deze complonentaire transistor van de genoende signaalweg deel uitmaakt. Bij voorkeur is de ccmplementaire transistor als later ale bipolaire transistor uitgevoerd.

35 Bij een verdere voorkeursuitvoeringsvorm is de basiszone van de derde transistor met de schrijflijn en is de kollektor van de derde transistor met de basiszone van de eerste transistor verbonden, waarbij ook de basiszone van de derde transistor deel uitmaakt van een strocminjektor Γ~·— -: 7— ··· ΡΗΝ 5476Ά 3 --νοor het toevoeren van instelstroan met apeenvolgende, door gelijkrich- tende overgangen van elkaar gescheiden lagen, waarbij een gelijkrichten-de overgang van deze stroaminjektor in de voarwaartsrichting polar is eer-baar is voor bet injekteren van ladingsdragers vanuit een baiten de tran-5 sistors gelegen laag van de stroaninjektor en het kollekteren van ladingsdragers door de basiszone van de derde transistor. Bij voorkeur vormen de stroarranjektors van de derde transistors van een rij < van trekkerschake-lingen de verbindingen van die derde transistors met een voor deze trek-kerschakelingen gemeenschappelijke selektielijn, waarbij het geleider-10 spoor van de strocrninjektors van de eerste en tweede transistor deel uit-maakt van een voor alle trekkerschakelingen gemeenschappelijke voedings-lijn.

De ibtvinding zal thans nader warden uiteengezet aan de hand van enkele uitvoeringsvoorbeelden en de tekening waarin 15 Fig. 1 schematisch een bovenaanzicht toont van een deel van een geintegreerde schakeling waarin strocrninjektors zijn toegepast,

Fig. 2 schenatisdh een dwarsdoorsnede van het voorbeeld volgens Fig. 1 weergeeft volgens de lijn II-II van Fig. 1,

Fig. 3 een elektrisch schakelschema van het voorbeeld volgens de 20 Fig. 1 en 2 toont,

Fig. 4 een schakelschema van een poortschakeling geeft,

Fig. 5 schematisch een dwarsdoorsnede van het voorbeeld volgens de Fig. 1 en 2 geeft volgens de lijn V-V in Fig. 1,

Fig. 6 schematisch een dwarsdoorsnede toont van een deel van een 25 tweede voorbeeld van een geintegreerde schakeling met strocrninjektors,

Fig. 7 een schakelschema van een deel van een derde voorbeeld van een geintegreerde schakeling met strocrninjektors weergeeft, van welk deel, Fig. 8 een schematische dwarsdoorsnede toont,

Fig. 9 schematisch een dwarsdoorsnede geeft van een vierde voor-30 beeld van een geintegreerde schakeling met strocrninjektors, terwijl,

Fig. 10 een bij dit vierde voorbeeld behorend schakelschema toont, Fig. 11 een schakelschema van een vijfde voorbeeld van een geintegreerde schakeling met strocrninjektors toont,

Fig. 12 schanatisch het principe van andere uitvoeringsvorm van 35 een geintegreerde schakeling met strocrninjektors weergeeft,

Fig. 13 schematisch een dwarsdoorsnede van dat deel van het vijfde voorbeeld toont, waarvan Fig. 11 het bijbehorend schakelschema weergeeft,/ i v - *"-*-*- — >«ιρπ·»· |... —Μ. » | II ..- '<»» — --1 -H.H.I — »"» — ......1.1..,-11, .....— .1...·· 11 — - .—I ——' - ' ' 1Γ " 1Γ 'Γ—'— Γ EHN 5476A 4

Fig. 14 schematisch een bovenaanzicht van een deel van een zesde voorbeeld van een geintegreerde schakeling met strocminjektors toont, waarbij.

Fig. 15 schematised! een dwarsdoorsnede van dit zesde voorbeeld 5 volgens de lijn XV-XV in Fig. 14 toont,

Fig. 16 schenatisch een bovenaanzicht van .een deel van een zeven-de voorbeeld van een geintegreerde schakeling met stroaminjektors weer-geeft, waarvan

Fig. 17 schematised! een dwarsdoorsnede toont volgens de lijn 10 XVII-XVII van Fig. 16,

Fig. 18 schematised! een dwarsdoorsnede toont van een achtste voorbeeld van een geintegreerde schakeling met strocminjektors,

Fig. 19 een schakelschema toont behorende bij een uitvoerings-voorbeeld van de geintegreerde schakeling volgens de uitvinding en van 15 een deel waarvan

Fig. 20 schematisch een bovenaanzicht toont,

Fig. 21 een schakelschema behorend bij een vender uitvoerings-voorbeeld van de geintegreerde schakeling volgens de uitvinding weergeeft, van een deel waarvan 20 Fig. 22 schematisch een bovenaanzicht toont, terwijl

Fig. 23 schematisch een dwarsdoorsnede van dit. deel van dit uit-voeringsvoorbeeld volgens de lijn XXIII-XXIII in Fig. 22 weergeeft.

In het kader van de onderhavige uitvinding speelt het gebruik van strocminjektors voor het toevoeren van instelstrocm aan transistors 25 een belangrijke rol. Alvorens aan de hand van de figuren 19 t/m 23 twee uitvoeringsvoorbeelden van de geintegreerde geheugenschakeling volgens de uitvinding warden beschreven wordt eerst meer algemeen op het gebruik van strocminjektors, hun struktuur en hun werking ingegaan.

Opgemerkt wordt, dat onder instelstromen worden begrepen al die 30 stremen die aan de schakeleleroenten worden toegevoerd voor de gelijk-stroomlnstelling daarvan. Een aantal van die stremen, meestal die stremen, die via de hoof delektroden, zoals de emitter en de kollektor van een transistor, door de hoofdstrocmweg van het betrokken schakelelement vloei-en, voeren daarbij ook energie toe die voor s ignaalvers terking- de ver-35 houding tussen de energieen van het uitgangs- en het ingangssignaal-gebruikt kan worden. Met de uitdrukking "voedingssporen" worden hier spo-ren aangeduid die met name voor het toevoeren van laatstgenoemde instelstromen dienen. (Zie verder rgl.1,blz. 17 van de oorspronkelijke aanvrage) tfr . -.. >t1 W .----- * . 1 1 -(17)-5- 9

De figuren 1 en 2 tonen een deel van een eerste uit-voeringsvborbeeld van de geintegreerde schakeling volgens de uitvinding. Deze gelntegreerde schakeling bevat meerdere schakelelementen, in dit geval transistors waarvan de basiszones 5 zijn aangegeven met de cijfers 1 tot en met 10. Deze transistors zijn naast elkaar aangebracht aan een zijde van een van deze schakelelementen gemeenschappelijk· lichaam 12. Het lichaam 12 bestaat grotendeels uit halfgeleidermateriaal en heeft aan , de zijde van het halfgeleideroppervlak 11 een isolerende laag 10 13 waarover zich een aan die zijde van het lichaam 12 voorhan- den patroon van geleidersporen 14 uitstrekt. De geleidersporen 14 zijn via openingen in de isolerende laag 13» die in fig. 1 met onderbroken lijnen zijn aangegeven verbonden met de in ^ die openingen aan het halfgeleideroppervlak tredende delen 15 van de schakelelementen. Deze sporen 14 dienen op deze wijze voor elektrische aansluiting van de transistors.

Het lichaam 12 is voorts voorzien van in fig. 1 sche-matisch aangegeven aansluitihgen 15 en 16 voor het aansluiten van die positieve en de negatieve polariteit van een bron 17 20 voor het toevoeren van instelstroom aan een of meer der schakelelementen.

Volgens de uitvinding is het lichaam 12 voorzien van een stroominjektor gevormd door een meerlagenstruktuur met in dit geval drie opeenvolgende, onderling door gelijkrichtende 25 overgangen 18 en 19 van elkaar gescheiden lagen 20, 21 en 51 ^ De eerste of injekterende laag 20 is door tenminste een ge- lijkrichtende overgang, de overgang 18, van de in te stellen schakelelementen gescheiden. De tweede of tussenlaag 21 van de stroominjektor is een halfgeleiderlaag die met de eerste 30 en de derde laag 20 respektievelijk 5 de gelijkrichtende overgangen 18 respektievelijk 19 vormt. De injekterende laag 20 heeft een aansluiting 15 voor de ene polariteit van de bron 17 en de·tussenlaag 21 heeft een aansluiting 16 voor de andere polariteit van de bron 17· Met behulp van deze bron 17 wordt 35 de gelijkrichtende overgang 18 tussen de injekterende laag 20 /* i ϊ -(18)-6- , a en de tussenlaag 21 in de voorwaartsrichting gepolariseerd, waarbij ladingsdragers vanuit de in j ekterende laag 20 in de tussenlaag 21 worden gelnjekteerd die door de aan de tussen-laag 21 grenzende derde laag 5 van de stroominjektor worden 5 gekollekteerd.

De derde laag van de stroominjektor vormt tevens de in te stellen basiszone van een der transistors, namelijk van de drielagentransistor 33, 5» 21. Deze in te stellen basis-zone 5 is door tenminste twee gelijkrichtende overgangen, de 10 pn-overgangen 18 en 19 van de injekterende laag 20 en dus ook van de daarmee verbonden bronaansliiiting 15 gescheiden en kollekteert over de de derde zone 5 begrenzende overgang 19 p„ ladingsdragers vanuit de tussenlaag 21 van de stroominjektor, ^ welke de gewenste instelstroom leveren. Daarbij is deze zone 15 5 verder met een der sporen 14 van het geleiderpatroon ver bonden, via welke verbinding bijvoorbeeld elektrische signalen kunnen worden toe- en/of afgevoerd.

In bet onderhavige voorbeeld worden de instelstromen van de overige basiszones 1 tot en met k en 6 tot en met 10 20 op overeenkomstige wijze met behulp van de injekterende laag 20 en de tussenlaag 21 toegevoerd. Zo vormen bijvoorbeeld de la gen 20, 21 en 10 een stroominjektor voor het toevoeren van instelstroom aan de basiszone 10 van de drielagentransistor 36, 10, 21. Ook deze in te stellen zone 10 is, door twee ge-25 lijkrichtende overgangen, de overgangen 38 eh 18 van de in- jekterende laag 20 en de daarmee verbonden ene bronaansluiting 15 gescheiden. Verder kollekteert deze zone 10 ladingsdragers uit de tussenlaag 21 van de stroominjektor over de overgang 38, waarbij de tussenlaag 21 tevens een zone van het schakel-30 element, in dit geval een der buitenste zones van de drie lagentransistor vormt.

De in·te stellen basiszone 10 van de transistor 36, 10, 21 is verbonden met een verder'drielagentransistor 37, 10, 21. Deze verbinding is inwendig in het halfgeleiderlichaam 35 12 gerealiseerd daardoor dat de zone .10 een voor beide tran- i"1'"'*'-". . — / . ; , t -(19)-7- ♦ 9 sistors gemeenschappelijke basiszone vormt. Daaraaast is de basiszone 10 ook met een der geleidersporen 14 verbonden, welk< geleiderspoor onder meer van. de basiszone 10 naar de drielagentransistor 33» 5» 2'1'voert.

5 De injekterende laag 20 is een halfgeleiderlaag van hetzelfde ene geleidirigstype als de lagen 1 tot en met 10, die elk een derde of kollekterende laag van de stroominjektor vormen. Deze lagen 1 tot en met 10 en 20 strekken zich naast elkaar vanaf de ene zijde van het lichaam waaraan zich het 10 geleiderpatrcoh bevindt uit in een zelfde gebied 21 van het andere geleidingstype en zijn in het lichaam 12 door dit gebied 21 omgeven. De in te stellen zones 1 tot en met 10 ont-vangen hun instelstroora door kollektie van ladingsdragers vantiit het gebied 21 welke vanuit een aan de genoemde zijde t’5 gelegen laag.van de stroominjektor, namelijk de injekterende laag 20, over de gelijkrichtende overgang 18 in het gebied 21 zijn geinjekteerd.

I Het in de figuren 1 en 2 getoonde deel van de gein- tegreerde schakeling volgens de uitvinding vormt een meester-20 slaaf flipflop volgens het elektrische schema aangeduid in fig. 3· Deze flipflop bevat 16 transistors en met ^37 verdeeld over acht niet-of-poorten met elk twee ingangen. De . kollektors van deze transistors T22 tot en met zijn in de fig. 1 en 2 met de korresponderende verwijzingscijfers 22 25 tot en met 37 aangegeven. De basiszones van deze transistors ^ zijn de zones 1 tot en met 10 waarbij de zones 1, 3» ^·, 6, 7 en 10 elk een voor twee transistors gemeenschappelijke basis-zone vormen. De emitters van de transistors zijn alle met elkaar verbonden. Zij worden gevormd door de gemeenschappelijke 30 emitterzone 21, die tevens de tussenlaag van de stroominjektor is. De stroominjektor met zijn kollekterende in te stellen zones.. 1 tot en met 10 is in fig. 3 schematisch met tien stroombronnen X aangegeven. Het schema van fig. 3 toont verder een elektrische ingang IN, een elektrische uitgang Q en klok-35 pulsasmsluitingen CPM en CPS respektievelijk voor de meester -(20)-8- I * en de slaaf, waarbij de daarme© korresponderende geleiderspo-ren 14 in fig. 1 op dezelfde wijze zijn aangeduid.

Duidelijkheidshalve wordt opgemerkt, dat de transistor T^y in fig. 3 eigenlijk niet tot de flipflop behoort. In 5 feite vormt de kollektor van de transistor een uitgang van de flipflop en behoort transistor T^y reeds tot een met die uitgang van de flipflop verbonden verdere poortschakeling. Evenzo ontbreekt in de getoonde gelntegreerde schakeling aan de ingang de wel tot de flipflop te relcenen, in fig. 3 ge-10 stippeld aangegeven transistor T’^y» die tezamen met de tran sistor T22 een niet-of-ingangspoort van de flipflop vormt.

Dat in de gelntegreerde vorm juist de transistors T22 tot en met als bouweeinheid bij elkaar zijn gegroepeerd vindt zijn oorzaak in de aangegeven verbinding tussen de bases van 15 de transistors en T^y Dankzij deze verbinding kan tran sistor T^y namelijk eenvoudig als ext;ra kollektorzone 37 in de basiszone 10 van transistor worden gerealiseerd, waar-door een besparing aan benodigd halfgeleideroppervlak wordt verkregen. 0m dezelfde reden is het veeJ.a.1 ook gunstiger om 20 de transistor T'^y als een geheel met het direkt aan de flip- flop voorafgaande deel van de schakeling, bijvoorbeeld een voorafgaande flipflop, uit te voeren.

Toepassing van dergelijke multi-kollektor-transistors met een voor twee of meer afzonderlijke kollektors ge- C25 meenschappelijke basiszone heeft een belangrijke vereenvoudi-: % ging van de gelntegreerde schakeling tot gevolg, onder meer omdat voor een multi-kollektor-transistor met bijvoorbeeld drie kollektors belangrijk minder ruimte aan het halfgeleideroppervlak nodig is dan voor drie afzonderlijke transistors. 30 Verder is het aantal benodigde aansluitingen voor een multi- kollektor-transistor belangrijk kleiner dan voor een gelijk-waardig aantal afzonderlijke transistors waardoor het bedra-dingspatroon bij multi-kollektor-transistors eenvoudiger is.

De beschreven flipflop is een bijzonder kompakte 35 gelntegreerde schakeling onder meer als gevolg van het feit -(21)-9- idat de toegepaste stroominjektor zeer nauw met de in te stel-len schakelelementen is verbonden. Voor de stroominjektor is buiten de gebruikte schakelelementen maar een verdere zone, namelijk de injekterende laag 20, en een extra gelijkrichten-5 de overgang, de pn-overgang 18, nodig. De overige lagen van t - ' de stroominjektor vallen samen met reeds voor de schakelelementen zelf benodigde halfgeleiderlagen. Voorts kiinnen, zoals in fig. 1 is aangegeven de aansluitingen 15 en 16 a an de injekterende laag 20 en de tussenlaag 21 van de stroominjektor · 10 aan de rand van het lichaam 12 worden aangebracht. De instel— stromen worden met de stroominjektor .inwendig via het lichaam toegevoerd. Overigens kan zoals in fig. 2 met de aansluiting ^ 16* schematisch is aangegevenr in het onderhavige voorbeeld voor de aansluiting van de tussenlaag ook het daarvoor ge-15 makkelijker toegankelijke oppervlak 39 dat aan de tegenover- liggende zijde van het lilchaam tegenover het oppervlak 11 ge-legen is, worden benut.

Een belangrijke bijdrage tot de eenvoud en de kora-palctheid van de geiategreerde schakeling is afkomstig van hei iO feit dat de stroominjektor niet alleen de instelstroom voor de basiszones van de transistor levert, maar ook de voor daze transistors benodigde emitter-kollektor-hoofdstromen. Zo is de basiszone 5 via een geleiderspoor 14 onder meer verbonden met de kollektorzone 29· De transistors T2^ en vormen 25 een gelijkstroom-gekoppelde kaskade. Is transistor gelei- dend, dan vloeit de door de stroominjektor aan de zone 5 Se~ leverde instelstroom althans voor een belangrijk deel via het genoemde geleiderspoor als hoofd- en voedingsstroora door de emitter-kollektorweg van transistor TOQ. Op deze wijze worden JO alle voor de flipflop benodigde instelstromen verkregen met een enkele aangesloten bron 17·

In dit verband wordt voorts opgemerkt, dat mede dank-zij het feit dat de instelstromen door de stroominjektor als stroora worden toegevoerd, de gebruikelijke belastingsimpedan-35 ties in de emitter-kollektor-ketens van de transistors hier Q ' -(22)- 10 - overbodig zijn. Ook dit geeft in het algemeen een aanzien-lijke ruimtebesparing.

Een ahder belangrijk aspekt is, dat een groot aantal transistors in de schakeling zijn opgenomen, waarvan de emit-5 ters direkt zijn doorverbonden. Deze doorverbonden emitters kunnen als een gemeenschappelijke emitterzone 21 worden uit-gevoerd, waarbij de voor transistors op zichzelf gebruikelijke, dubbelgediffundeerde drielagenstruktuur in omgekeerde richting wordt gebruikt. De kleinste zone jfungeert als een aan het op-10 pervlak gelegen kollektor die op het oppervlak 11 gezien ge- heel op de basiszone ligt en die in het lichaam door de basis-zone is omgeven. Deze basiszone is een bppervlaktezone die v' rondom de kollektor aan het oppervlak 11 grenst en die zich yanaf dat oppervlak in de tevens als emitter fungerende tus-. T5 senlaag 21 uitstrekt. Op zichzelf heeft een op deze wijze ge- bruikte transistorstruktuur een lagere stroomversterkingsfak-tor /3 dan de gebruikelijke niet-gelnverteerde transistor.

Voor veel schakelingen is deze lagere stroom versterkingsfak-tor n echter geen bezwaar en leidt de toepassing van een ge-20 meenschappelijke emitterzone in kombinatie met een stroomin- jektor tot een zeer eenvoudige opbouw van de geintegreerde s'-I.· schakeling, waarbij onder meer geen ruimte voor scheidingszones voor elelctrische isolatie van de transistors nodig is en de vervaardiging belangrijk eenvoudiger wordt. Eovendien zullen {^5 hieronder nog enkele maatregelen ter verhoging van de stroom- versterkingsfaktor /3 van de geinverteerde transistorstruktuur worden aangegeven.

Reeds werd vermeld dat de beschreven flipflop geheel wordt bedreven met een enkele aangesloten bron 17· Dit bete-30· kent onder meer dat tijdens het bedrijf alle spanningen in de schakeling binnen het trajekt liggen·: dat is gegeven met het door de bron 17 aan de aansluitingen 15 en l6 afgegeven potentiaalverschil. Dit potentiaalverschil staat in de voor— waartsrichting over de pn-overgang 18 tussen de injekterende 35 laag 20 en de tussenlaag 21. De daardoor in de tussenlaag. ge~ \ 0 —............................................."...........'......................

-(23)- 11- y1;·1 ...........-.·..... . · .

injekteerde ladingsdragers, die in die laag minderheidsladings-dragers zijn kunnen door een gebied van hetzelfde geleidings-type als de injekterende laag 20, bijvoorbeeld de zone 5» worden gekollekteerd inits de afstand tussen de laag 20 en de 5 zone 5 niet te groot,.in de praktijk van de orde van de dif- jPusielengte van de minderheidsladingsdragers iii de tussenlaag, is. Een dergelijke stroomoverdraeht van de injekterende laag 20 naar de in te stellen zone 5 kan plaatsvinden wanneer de overgang 19 tussen derzcne 5 en de tussenlaag 21 in de keer-10 . richting is voorgespannen, hetgeen bijvoorbeeld kan worden, bewerkstelligd door de zone 5 via een geleiderspoor: 14 met 1 een punt van geschikte potentiaal te verbinden. In de schalce-ling moet dan een tweede spanningsbron worden toegepast.

Zoals bekend behoeft een gelijkrichtende overgang i 15 niet noodzakelijk in de sperrichting te zijn voorgespannen om ladingsdragers te kunnen kollekteren. De gekollekteerde ladingsdragers kunnen een potentiaalverandering van de zone 5 ' .

ten gevolge hebben waardoor ook over de overgang 19 een spanning in de voorwaartsriehting komt te staan. Zeker als deze 20 voorwaartsspanning groot genoeg wordt., zal injektie van la- \ dingsdragers over de overgang 19 optreden waardoor er een stroom over de overgang vloeit in een richting tegengesteld aan die van de als gevolg van kollektie van ladingsdragers over deze overgang vloeiende stroom. De potentiaal van zone t · 25 5 zal zich zo instellen, dat het verschil van deze beide stro- ^ men gelijk is aan de voor het bedrijven van de transistor 33» 5» 21 benodigde basisinstelstroora, eventueel vermeerdert met de stroom, die via een aansluiting aan de zone 5 afvloeit.

In deze stationaire toestand zal de potentiaal van de zone 5 30 in het algemeen liggen tussen de potentialen van de aanslui- tingen 15 en 16.

Het zal duidelijk zijn, dat in het geval de overgang 19 in de keerrichting wordt bedreven, de drielagentransistor 33, 5, 21 zal worden gebruikt met zone 33 als emitter, zone 5 35 als basis en laag 21 als kollektor, waarbij de basisinstelstroom geheel of gedeeltelijk door de stroominjektor^wordt -(24)-12- geleverd. Ook als over de overgang 19 een spanning in de voorwaartsrichting staat lean de laag 21 als kollektor van de drie-lagentransistor 33» 5» 21 worden gebruikt, namelijk als de overgang 40 tussen de zone 33 en 5 ver genoeg in de voorwaarts-5 richting wordt voorgespannen. Belangrijker is echter, dat als de overgang 19 in. de voorwaartsrichting staat, de tussenlaag 21, zoals in iiet onderhavige voorbeeld, als emitter van de transistor 21, 5» 33 kan fungeren, hetgeen hieronder nader zal worden verduidelijkt.

10 In het onderhavige voorbeeld met de lateraal uitge- voerde stroominjektor 20, 21, 5 is het gemeenschappelijk li-chaam 12 een n-type halfgeleiderlichaam, dat de tussenlaag van de stroominjektor vorrat, waarbij- de tussenlaag 21 een q . laagohmig n-type substraat 21 bevat:,· waarop een hoogohmige *b 15 ntype oppervlaktelaag 21 is aangebracht. Alle halfgeleider-zones van de schakelelementen en de stroominjektor grenzen

SL

aan het van het substraat 21 afgekeerde oppervlak 11 van de

Id oppervlaktelaag 21 . De injekterende laag 20 en de basiszones 1 tot en met 10 zijn gelijktijdig en met dezelfde doterings-20 concentratie als p-type oppervlaktezones in de in dit geval epitaxiale oppervlaktelaag 21 aangebracht, Als gevolg van deze betrekkelijk eenvoudige vervaardigingstechnologie zijn de doteringsconcentraties en de gradienten daarvan in de na-bijheid van de pn-overgangen 18 en 19 prakti'sch gelijlc. Deze ^ '15 gelijkheid van de beide overgangen 18 en 19 schijnt het gebrui# van de tussenlaag 21 als emitter van de npn-transistor 21, 5» 33 nit te sluiten. Imraers, de overgang 18 vorrat de injekterende overgang van de stroominjektor waardpor aan deze overgang de stroom in de voorwaartsrichting met het oog op een redelijke 30 efficiency zoveel mogelijk uit ’gaten moet bestaan, terwijl om dezelfde reden.aan de overgang 19» als emitter-basis-over-gang van de transistor, de.: stroom in de voorwaartsrichting zoveel mogelijk uit elektronen moet bestaan. Met andere woor-den omdat de epitaxiale laag 21° tussenlaag van de stroomin-35 jektor is zou de doteringsconcentratie laag moeten zijn, ter- /· P"·:···" ^^·>; .,· ..·

i X

- (25 )- 13 -

* J

wijl year deze epitaxiale laag als emitter van de transistor juist een hoge doteringsconcentratie gewenst is.

Om nu de tussenlaag 21 van de stroominjektor toch als emitter van de transistor te kunnen gebruiken is gebruik 5 gemaakt van bet feit, dat de verhouding tussen de elektronen-en de gatenstroom bij een injekterende overgang niet alleen van de met de doteringsconcentraties en de spanning over die overgang gegeven minderheidsladingsdragersconcentraties aan beide.zijden van die overgang afhankelijk is maar eigenlijk 10 bepaald is door de gradienten van die minderheidsladingsdra- gerconcentraties. Deze concentratiegradienten zijn onder meer afhankelijk van de aanwezigheid van een kollekterende over-gang zoals de basis-kollektor-overgang 40 en de afstand van deze overgang 40 tot de injekterende overgang 19· In de na-15 bijheid van de kollekterende overgang 40 is,- afhankelijk van de voorspanning over deze overgang, de minderbeidsladingsdrar gersconcentratie in de basiszone 5 als gevolg van de kollekterende werking van deze overgang 40 gering. Is de afstand tussen de overgangen 40 en 19 kleiner dan een of enkele dif-20 fusielengten van de minderheidsladingsdragers in de basiszone 5 dan resulteert de kollekterende werking van de overgang 40 in een vergroting van de gradient van de minderheidsladingsdragers coneentratie. Dit effekt kan 00k worden beschreven als een verkorting van de effektieve weglengte tvan de minderheids-25 ladingsdragers in de basiszone 5· Met de keuze van de spanning ^ over de overgang 40 in vergelijking tot die over de overgang 19 en/of de afstand tussen de overgangen 19 en 40 in verge'll jking tot die tussen de overgangen 18 en 19 kan daardoor worden bewerkstelligd, dat de voorwaartsstroom over de over-30 gang 18 grotendeels uit gaten bestaat, terwijl de voorwaarts- 1 stroom over de overgang 19 ondanks de voor een emitter rela-tief lage doteringsconcentratie van de laag 21, grotendeels uit elektronen bestaat. De verkorte effektieve weglengte van de elektronen in de basiszone 5 moet kleiner zijn dan die van 35 de gaten in de tussenlaag 21.

» *· -(26)- 14 -

Zoals reeds vermeld is de onderhavige flipflop opge-bouwd uit een aantal niet-of-poorten (NOR-gates) die uit een aantal transistors bestaan waarvan de eraitter-kollektor-wegen parallel geschakeld zijn. Fig. 4 toont een dergelijke niet-of-5 poort bestaande uit twee of meer poorttransistors T^q, ...

De poorttransistors worden gevolgd door een volgtransistor T. De ingangen A, B, .... van de poorttransistors T^q, ...

worden gevormd door de basiselektroden van de transistors T4o, T4l, .......terwijl hun emitter-kollektor-wegen zijn 10 overbrugd door de emitter-rbasis-weg van de volgtransistor T^.

De stroominjektor is schematasell met stroombronnen 1^q, I41 > en Ien de bijbehorende polariteiten tussen de bases en de emitters aangegeven. De transistor T42 zal alleen danrstroom geleiden (tengevolge van de in de voorwaartsrichting werkzame 15 stroombron 1^) indien noch de transistor noch de tran sistor T4_j geleidt, dit is indien zowel aan de ingang A als aan de ingang B aardpotentiaal heerst of althans een spanning ten opzichte van de emitter aanwezig is, die lager is dan de inwendige basisingangsdrempelspanning van de transistors' T^q 20 respektievelijk . Be stromen van de bxonnen X4q en ^ vloeien dan naar aarde af en aangezien transistor £elei- dend is zal de spanning aan diens kollektor (punt D) praktisch tot aardpotentiaal zijn gedaald. Wordt aan een of meer der ingangen A en B de basisingangsdrempelspanning wel overschre-25 den, dan zal de stroom van de bron over de dan geleidende V- ingangstransistor(s) worden afgeleid, zodat voor de basis van de transistor Tj^ te weinig stroom overblijft om deze transistor stroom te doen geleiden. De stroominjektor levert dus als de aangegeven stroombron de voeding van de hoofdstroom- 30 baan van de transistors T^q, T4-J .... terwijl de basis-emitter- overgang van de transistor de belastingsimpedantie van deze transistors vormt.

In veel schalcelingen zullen tussen het punt C en aarde meer dan twee poorttransistors en met hun kollek-35 tor-emitter-wegen zijn geschakeld (fan-in), terwijl tussen

-jU

\J

-(27)-15- deze punten ook meerdere transistors met hun basis-emitter-weg, zoals transistor T^, zullen zijn aangesloten. De punten A respektievelijk B zijn. dan bijvoorbeeld verbonden met de uitgangen C van voorafgaande soortgelijke poortschakelingen 5 terwijl de uitgang C van de getekende poortscbakeling naar meerdere ingangen A* of B1 van opvolgende soortgelijke poortschakelingen zal voeren. Daarbij is de fan-out begrensd door r de kollektor-basisstroomversterkingsfaktor β van de gebezigde transistors.

10 Uit het voorgaande zal duidelijk zijn dat in derge- lijke schakelingennaast transistors die geleidend zijn en waarvan de emitter-basis-spanning boven de drempelspanning % ligt, niet-geleidende transistors voorkomen waarvan de emit- ter-basis-weg praktisch is kortgesloten. Dit betekent, dat 15 in een gelntegreerde schakeling als weergegeven in fig. 1 ge- makkelijk parasitaire transistorwerking tussen verschillende basiszones, bijvoorbeeld de basiszones 4 en 5» kan optreden i als de afstand tussen deze zones niet te groot is. In verband hiermee strekt zich tussen deze twee in te stellen basiszones 20 4 en 5 een tot de tussenlaag 21 behorende, dus eveneens n-type oppervlaktezone 21 uit, die hoger gedot'eerd is. dan de basis- zones 4 en 5· Uit overwegingen van ruimtebesparing grenst deze c hoger gedoteerde oppervlaktezone 21 direkt aan de elektrisch

"h G

te scheiden basiszones. Echter ook als deze n -zone 21 op 25 enige afstand van de te scheiden basiszones is gelegen wordt w de eventuele parasitaire transistorwerking effektief onder- drukt.

In het onderhavige voorbeeld bevindt zich de opper-

Q

vlaktezene 21 niet alleen tussen de te scheiden basiszones 30 maar is elk der basiszones 1 tot en met 10 aan het oppervlak * 11 praktisch geheel omgeven door een Eombinatie bestaande uit een deel van de injekterende laag 20 en de hoger gedoteerde zone 21°. Elk der basiszones is aan drie zijden omgeven door c een U-Yormig gedeelte van de zone 21 » In de doorsnede vol-35 gens fig. 5 is te zien dat aan het oppervlak 11 aan beide -(28 )- 16 - * ** “ zijden van de injekterende laag 20 nog een kleine opening aan-wezig is tussen de overgang 18 en de duidelijkheidshalve in fig. 1 niet aangegeven n+-n-overgang 44 gevormd tussen de laagohmige U-vormige gedeelten van de zone 21° en het aangren-5 zende hoogohmige deel 21 van de tussenlaag. }

Met deze omringing wordt bereikt dat elk der basis-zones 1 tot en met 10 zich uitstrekt in, althans grenst aan een betrekkelijk klein n-type gebied dat voorzover grenzend aan n-type materiaal praktisch geheel is opgesloten binnen de 10 n -n-overgang 44 en de n -n-overgang 45 tussen het substraat di Id · 21 en de epitaxiale laag 21 . Deze n -n-overgangen vormen

Id een barriers voor. de in de epitaxiale laag 21 aanwezige ga-ten waardoor de in een dergelijk omsloten deel door de injekterende laag 20 of de basiszone 5 geinjekteerde gaten minder 15 gemakkelijk naar verder van de overgangen 18 en 19 af gelegen delen van de n-type tussenlaag 21 afvloeien. Deze vergroting van effektieve weglengte van gaten in het aan de basiszone 5 fa grenzende deel .van de epitaxiale laag 21 heeft evenals de eerder genoemde verkorting van de effektieve weglengte van de eleKtronen in de basiszone, dus aan de andere zijde van overgang 19» een verhoging van de stroomversterkingsfaktor β van de drielagentransistor 21, 5» 33 tot gevolg.. In verband met het bovenstaande is het aan de basiszone 5 grenzende n- type gebied 21 bijvoorkeur zo volledig mogelijk omsloten.

fa ^5 Voorts is dit gebied 21 bij voorkeur zo klein mogelijk ten- ^ einde ook het verlies aan minderheidsladingsdragers door re- kombinatie te beperken. Bij voorkeur reiken de basiszones en de injekterende laag 20 tot aan het n -substraat 21 , althans tot aan een n -laag. D'it heeft bovendien het voordeel, dat de 30 injektie van de injekterende laag 20 hoofdzakelijk in laterale richting langs het oppervlak 11 zal plaatsvinden. Is de dikte van deze zones;geringer dan die van de oppervlaktelaag 21° dan reikt de n -oppervlaktezone 21 bij voorkeur tor aan of tot in het substraat 21 . Hoewel kleine openingen in de om--«35 ringing een betrekkelijk gering nadelig effekt hebben grenst \ ................“...................'.......‘ 8203799 h i^gMUiMMUiIiTi Ί i ητπ ~i Tir ffliiiinni'iT r — “ .....··— -(29)- 17- de n -oppervlaktezone aan het oppervlak 11 bi j voorkeur direkt aan de injekterende laag 20. De aanwezigheid van de in fig. 5 getoonde opening aan beide zijden van de injekterende laag houdt meer verband met de wijze van vervaardiging van de ge-5 integreerde schakeling dan met het beoogde effekt van de om- ringing.

Afhankelijk van de wijze van vervaardiging kunnen verliezen door oppervlakterekombinatie een meer of minder be-langrijlce rol spelen. Zijn de eigenschappen van het halfge-10 leideroppervlak 11 en de overgang tussen dit oppervlak en de isolerende laag 13 van dien aard, dat de oppervlakterekombi-natiesnelheid relatief hoog is, dan kan waxmeer de in te stel-len zone bijvoorbeeld uniform gedoteerd is, bijvoorbeeld deel is van een epitaxiale laag, de stroomversterkingsfaktor van 15 de transistor verhoogd worden door althans in het aan het halfgeleideroppervlak grenzende deel van de in te stellen basiszone een gradient in de doteringsconcentratie aan te brengen, waarbij de concentratie in een richting dwars op het halfgeleideroppervlak vanaf het oppervlak afneemt. Het resul-20 terende driftveld houdt dan de minderheidsladingsdragers weg van het oppervlak.i/£lc niet direkt aan de basiszone maar reikt het gebied 21 daartussen tot aan het oppervlak, dan is om dezelfde reden een overeenkomstige concentratiegradient in de aan het halfgeleideroppervlak grenzende laag van het ge- b 1 b J25 bied 21 gewenst. Een dergelijke gradient in het gebied 21 ^ kan bijvoorbeeld eenvoudig worden verkregen tegelijk met het aanbrengen van de meestal gediffundeerde kollektorzone 33*

De injekterende laag 20 heeft d'e vorm van een band-vormige oppervlaktezone waarlangs aan beide zijden meerdere · 30 daarvan ges.eheiden in te stellen basiszones 1 tot en met 10 naast elkaar gelegen zijn. Met eenzelfde injekterende laag kunnen zo een groot aautal in te stellen zones van instel-stroora worden voorzien. De serieweerstand van een dergelijke langgerekte injekterende laag 20 kan worden verminderd met behulp van een doorlopend of onderbroken geleiderspoor 46.

\/~Grenst de oppervlaktezone 8203799 -( 30) -18 -

Pig. 6 toont een dwarsdoorsneder van een tweede uit- voeringsvoorbeeld van de gelntegreerde schakeling volgens de uitvinding. Het gemeenschappeli jke lichaam 6θ bevat een stroom- st b injektor met vijf opeenvolgende lagen 61, 62 , 63, 62 , 64 5 die door gelijkrichtends overgangen 65, 66-, 6? en 68 van el- kaar zijn gescheiden. Zoals aan de hand van het voorgaande ♦voorbeeld reeds verd be schreven kan de derde laag 63 van de stroominjektor door injektie van ladingsdragers uit de injek-terende laag 61 een potentiaal aannemen waarbij de overgang 10 66.en 00k de overgang 67 in de voorwaartsrichting komen te staan; Dit betekent dat de tweede of tussenlaag 62 ladings-.dragers in de derde laag 63 kan injekteren, die door de vier-de laag 62 kunnen worden gekollekteerd alsmede dat de derde laag 63 op zijn beurt ladingsdragers kan injekteren in de 15 vierde laag 62 die daaruit, indien een vijfde laag 64 aan-.wezig is, door deze laag over de deze laag 64 begrenzende . overgang 68 kunnen worden gekollekteerd. In het onderhav'ige voorbeeld vormt de vijfde laag 64 van de stroominjektor te-vens de in te stellen basiszone van een bipolaire transistor 20 die bijvoorbeeld kan worden gevormd door de lagen 69, 64 en 70.

De genoemde lagen van de stroominjektor en van de transistor kunnen bi'jvoorbeeld zijn aangebracht in een dunne halfgeleiderlaag die zich cp een isolerend.-> substraat bevindt 25 waarbij de vijf lagen van de stroominjektor zich bijvoorbeeld ί : over de gehele dikte van deze halfgeleiderlaag uitstrekken.

£t

In het getoonde voorbeeld vormen de tussenlaag 62 en de vierde laag 62° in het lichaam een aaneengesloten gebied van het- zelfde geleidingstype. De overige delen van dit gebied zijn c 30 in fig. 6 aangegeven met 62 tot en met 62 . Dit gebied be-hoort althans grotendeels tot een epitaxiale laag 62 van het ene geleidingstype die is aangebracht op een halfgeleidersub--. straat 71 van het andere geleidingstype, waarbij het genoemde \sJ gebied, verder eiland genoemd, met behulp van scheidringszones 3^ 72 van het andere geleidingstype van de overige delen van de 8203799 τ V I ^M.Th.^iwmi ...... ' ι·ιι—"τ —— --------— - -(31)- 19- j epitaxiale laag 62 is gescheiden. Het eiland bezit een begra-f~ • ven laag 62 van het ene geleidingstype met een doterings- concentratie die hoger is dan de oorspronkelijke concentrafcie van epitaxiale laag 62. Deze begraven laag bevindt zich aan 5 en in de nabije omgeving van het grensvlak'van het substraat en de epitaxiale laag. De lagen 61, 63 en 64 van de,stroom-^injektor zijn oppervlaktezones die vanaf* het oppervlak 73 tot aan de begraven laag 62 reiken. Daardoor is de diffusiespanning aan die delen van de pn-overgangen tussen de in jekte:rende 10 laag 62 en de derde laag 63 enerzijds en het eiland anderzijds die praktisch evenwijdig aan het oppervlak 73 zijn, groter dan die van de delen 65, 66 en 67 van deze overgangen. Bij ^ · - gevolg zal de injektie van de ladingsdragers door de lagen 61 en 63 bij voorkeur in laterals richting praktisch evenwij-15 dig aan het oppervlak 73 plaatsvinden. Bovendien zijn de lagen 62a en 62^ waarin die injektie plaatsvindt zeer klein zodat zoals eerder beschreven relatief weinig gelnjekteerde ladingsdragers in het eiland verloren gaan.

Ook in dit voorbeeld is de kombinatie van stroomin-20 jektor en schakelelement zoveel mogelijk omringd om de af*- .vloeiing van minderheidsladingsdragers in laterale richting •te beperken. Aan de injekterende laag grenst een laagohmige zone 62 die tot. het eiland behoort. De zone 62 dient om de injektie van ladingsdragers van de injekterende laag in late-25 rale richting aan de van de in te stellen zone afgekeerde zijde van de injekterende laag door verhoging van de diffu-siespanning te beperken. De zone 62e dient tevens als kon-taktzone voor de aansluiting 74 voor de ene polariteit van •een uitwendige bron 73 aan de tussenlaag 62 van de stroom-30 injektor.

De gewenste omringing van de in te stellen basis-zone 64 is in dit geval verkregen met behulp van een althans gedeeltelijk in het lichaam 60 verzonken isolerende laag 76s die zich vanaf het oppervlak 73 in de halfgeleiderlaag 62 35 waarin zich de in te stellen zones bevinden uxtstrekt. In dit’Voorbeeld strekt de isolerende laag 76 zich slechts over 8203799 - (32 )- 20 - r •een deel van de dikte van de laag 62 uit. Deze verzonken iso-lerende laag 76 omgeeft de basiszone 64 grotendeels en sluit zoveel mogelijk aan op de derde laag 63, de injekterende laag 61 of de zone 62e al naar gelang met de derde laag 63 en/of 5 injekterende laag 61 aan meerdere naast elkaar gelegen in te stellen zones tegelijk instelstroom wordt toegevoerd dan wel alleen aan de basiszone 64.

De injekterende laag 6l is van een schematische aan- gegeven aansluiting 77 voor de andere polariteit van de bron 10 75 voorzien. Voorts is de getoonde stroomiiijektor voorzien van middelen voor het besturen of instellen van de door de in te stellen basiszone 64 te ontvangen instelstroom. Een ,r" · * ;dergelijke besturirig kan bijvoorbeeld worden verkregen met / · a een op de isolerende laag 78 boven de tussenlaag 62 en/of 15 de vierde laag 62° aan te brengen geisoleerde elektrode waar- van de potentiaal de rekombinatie van de minderheidsladings-•dragers aan het oppervlak van deze lagen belnvloedt. In het *onderhavige voorbeeld is een andere mogelijkheid tot bestaring van de instelstroom toegepast, naraelijk besturing door 20 het onttrekken van stroom aan de derde laag 63 van de stroom-injektor. Deze derde laag 63 is daartoe van een geleidende aansluiting 79 voorzien. Wordt de derde laag bijvoorbeeld - via deze aansluiting met de vierde laag 62 of de tussenlaag 62 kortgesloten, dan zal de spanning over de overgangen 66 25 en 67 zo gering zijn, dat de derde laag 63 wel kollekteert, C_ .maar dat geen of praktisch geen injektie vanuit de derde laag optreedt zodat de basiszone 64 geen instelstroom krijgt toegevoerd. Een dergelijke situatie waarin een o£ meer schakel-elementen van de schakeling geen instelstroom van de stroom-30 injektor ontvangen kan. permanent gewenst zijn, in welk geval de overgang 66 en/of de overgang 67 eenvoudig aan het oppervlak 73 met een geleidende laag kan worden kortgesloten. De instelstroom voor de basiszone 64 kan echter 00k tijde'lijk in- of uitgeschakeld worden wanneer bijvoorbeeld tussen de 35 aansluitingen 79 en. 74 een elelctronische schakelaar wordt 8203799 -(33)-21 - aangebracht. Een dergelijke schalcelaar is in fig. 6 scheraa-. tisch aangegeven met de transistor 80 vaarvan de basis 81 bijvoorbeeld door een verder deel van de schakeling kan worden bestuurd en die eenvoudig in bet lichaam 6θ kan worden gein-5 iegreerd. Via de transistor 80 kan natuurlijk ook slechts een deel van de door de stroominjektor vloeiende, als instel-stroom beschikbare· stroom worden afgevoerd.

Het eerder genoemde eiland dat de lagen van de stroominjektor bevat kan een voor een aantal transistors geraeen-10 schappelijke emitterzone vormen. De ‘getoonde transistor is dan een nmltikollektor-transistor met twee kollektors 69 en '70. De injekterende laag 6l is bijvoorbeeld bandvormig waar-.-. - bij langs deze bandvormige oppervlaktezone meerdere in de getekende doorsnede niet zichtbare basiszones naast elkaar 15' gerangschikt zijn. Εέη of steer van deze basiszones kunnen met· de injekterende laag 61 en de door het eiland gevormde tussen-laag, die gemeenschappelijk zijn, bijvoorbeeld een drielagen-stroorainjektor vormen. Een of meer andere basiszones, waar-onder de zone 6h maken deel uit van een vijflagenstroominjek-20 tor doordat zich tussen de gemeenschappelijke injekterende laag 61 en de betreffende basiszones de laag 63 uitstrekt. De ilaag 63 kan voor deze in te stellen basiszones gemeenschap-. pelijk zijn maar. ook uit afzonderlijke van elkaar gescheiden delen bestaan zodat de instelstroom voor elk van deze basis-25 zones afzonderlijk bestuurd kan worden.

Behaive het getoonde eiland waarin de stroominjek-tor en een of meer transistors zijn aangebracht kan de gein-tegreerde schakeling nog andere van elkaar geisoleerde eilan-den bevatten, waarin op overeenkomstige wijze schakelelementen 30 zijn aangebracht. Ook kunnen zich in een of meer eilanden ' schakelelementen bevinden die op gebruikelijke wijze en zon-der toepassing van een stroominjektor van instelstroom worden voorzien.

Een 'belangrijk voordeel van de beschreven poortscha-35 keling volgens de uitvinding is dat die met zeer lage stromen 8203799 ; ' -{ 3k) - 22 - en spanningen dus met geringe dissipatie kan worden bedreven. De geringe grootte van deze logische signaalspanningen en/of -stromen betekent echter dat bij kombinatie in een groter ge-heel met andersoortige logische schakelingen, bijvoorbeeld 5 TTL- of MOST-schakelingen, een aanpassing van de signaalgroot-te moet plaatsvinden. Een dergelijke aanpassing kan bijzonder isenvoudig met een omkeertransistor of een als emittervolger geschakelde transistor worden verkregen. Zo kan bijvoorbeeld de transistor T^y in’fig. 3 een extra omkeertransistor zijn tO waarvan de kollektor bijvoorbeeld via een weerstand is ver-bonden met een punt van relatief hoge positieve potentiaal.

De spanningsvariaties aan de uitgang Q kunnen dan belangrijk i groter zijn dan die aan de eigenlijke uitgang van de flipflop, de kollektor van de transistor T^» De transistor T^y gevormd t5 door de lagen 21, 10 en 37 kan ook worden gebruikt met de .oppervlaktezone 37 als emitter en de laag 21 als kollektor.

In dat geval vormt deze transistor een emittervolger. De emit-terzone 37 kan bijvoorbeeld via een weerstand naar een punt van relatief hoge negatieve potentiaal voeren. Een dergelijke 20 aan de uitgang van de schakeling te gebruiken emittervolger toont fig. 7 als de met de uitgangsklem U verbonden transistor T^q. De transistor Ty.j is bijvoorbeeld een der transistors van een poortschakeling of een toegevoegde omkeertransistor afhankelijk van het gewenste uitgangssignaal. In dit 25 voorbeeld wordt het logische signaal van geringe grootte niet rechtstreeks aan de basis van de uitgangstransistor TyQ toe-gevoerd, maar via de emitter-kollektor-weg van een komplemen-taire transistor Ty^, waardoor meer spanning kan worden opge-nomen en minder gevaar voor doorslag bestaat. Een andere mo-30 gelijkheid is dat het uitgangssignaal van de kollektor 99 van transistor Ty^ wordt afgenomen, in welk geval transistor T„q kan worden weggelaten.

Fig. 8 toont hoe de schakeling volgens fig. 7 in de gexntegreerde schakeling volgens de uitvinding kan worden op-35 genomen. Het gemeenschappelijk lichaam heeft een laagohmig 8203799 .. -·. ;. ' .

• -(35)- 23 — * * t i - n-type halfgeleidersubstraat 90 met een hoogohmige n-type oppervlaktelaag 91 waarin een aantal p-type oppervlaktezones zijn aangebracht die tot aan de grens tussev&et substraat 90 en de oppervlaktelaag 91 reiken. Het lichaam is voorzien van 5 een stroominjektor met een p-type injekterende laag 92 een n-type tussenlaag gevormd door het substraat 90 en de opper-♦vlaktelaag 91 en twee p-type in te stellen zones, namelijk de emitterzone 93-van transistor T_„ en de basiszone 9k van /£§·.·- * 72 transistor Deze stroominjektor is in fig. 7 met de beide 10 stroombronnen en aangegeven.

Het n-type lichaam vormt tegelijkertijd de emitter van transistor T,^ , de basis van transistor en de kollek- tor/van traShsistor Verder heeft de transistor een aansluiting 95 op de basiszone 9k en een n-type kollektorzone 15 96 die via een op de isolerende laag 97 gelegen geleiderspoor p8 is verbonden met de jemitter van transistor T^· jtor van transistor T^ wordt gevormd door de p-type zone 99 die tevens de basiszone van transistor T^q is. Transistor . heeft verder nog een met de uitgangsklem U verbonden n-type 20 emitterzone 100. Aan de p-type zones 9k en 99 grenzen hoog gedoteerde n-type zones 101 om het eerdergenoemde ladings-.verlies te beperken.

De injekterende laag 92 en de tussenlaag 90, 91 van de stroominjektor zijn verbonden met een bron 102. De stroom-- 25 injektor levert enerzijds de basisinstelstroom voor transis tor T^ en anderzijds de hoofd- of voedingsstroom voor de emitter-kollektor-weg van transistor T,^ via het lichaam of die voor de emitter-kollektor-weg van transistor T^^ via het spoor 98· Als transistor geleidend is zijn de transistors 30 T^2 en T^0 niet-geleidend, de laatste omdat door het niet-ge- leidend zijn van transistor geen basisstroom beschikbaar is. De spanning aan de klem U is dan praktisch gelijk aan -V. Als transistor niet-geleidend is vloeit de stroom van stroombron I^2 via transistor als basisstroom naar tran-.

35 sistor T^q. Transistor T.^q is geleidend en de spanning aan 8203799 • -(3ό)- 24- klem -U is praktisch nul of althans klein in vergelijking tot de spanning -V.

Fig. 9 toont een ander voorbeeld van een gelntegreer-de schakeling met komplementaire transistors. Het halfgelei-5 derlichaam heeft een substraat 105 en een epitaxiale laag 106. In de epitaxiale laag bevindt zich een oppervlaktezone 107 yan tegengesteld geleidingstype die tegelijk de basiszone van een vertikale transistor en de emitter van een laterale komplementaire transistor vorrat. De vertikale transistor lieeft 10 een emitter 105» 106, een basis 107 en een kollektor 108, welke laatste in dit geval wordt gevormd door een metaal-be-vattende laag, bijvoorb.eeld een aluminiumlaag, die op de ba-r.' isiszone is aangebracht en die met die basiszone een Schottky- f \ overgang vormt. In verband met de vorming van deze Schottky-15 · overgang is de oppervlakteconcentratie van de dotering in de basiszone in dit geval kleiner dan 10 ' δ. 10 atomen/cm3.

De Schottky-overgang 109 is de kollektor-basis-overgang van de transistor. De laterale transistor omvat een emitterzone 107, een basiszone 105, TO6 en een kollektorzone 110. De zones 20 107 en 110 zijn twee in te stellen zones die samen met de door het lichaam 105, 106 gevormde tussenlaag en de injekteren-de laag 111 een drielagenstroominjektor vormen. Beide laatst-genoemde lagen zijn verbonden met een bron 112 voor het toe-voeren van instelstroom. Tussen de kollektors 108 en 110 is 25 een schematisch aangegeven verbinding 113 aanwezig, terwijl de zone 107 van een aansluiting b is voorzien.

Het elektrische vervangingsschema van deze gelnte-greerde schakeling is in fig. 10 getoond, waarbij de verti-. kale transistor 106, 107, 108 is voorgesteld door en de 30 laterale transistor 107, 106, 110 door . De stroominjektor is ook hier weergegeven met twee stroombronnen I^Q en 1^

De door de stroominjektor aan de basis van T^q toe-. gevoerde stroom zal deze transistor in geleiding brengen.

Als gevolg zal de door de stroominjektor via het lichaam aan 35 de kollektorzone van de transistor T^-j toegevoerde stroom in 8203799 ·· · ··' * ΓΛΕ' Ί ,tm -.! -m. · -·· iWlt --.,.,,.,. — ----------- -(37)- 25 - * · ψ * · hoofdzaak van daar via de verbinding 113 door de kollektor-emitter-weg van transistor T^q vloeien. Hierdoor daait de spanning aan de kollektor van transistor beneden de span ning aan de elektrode b van de transistor T^q waardoor over 5 de laterale transistor stroora gaat vloeien die onttrokken wordt aan de door de stroominjektor aan de basiszone 107 toe-gevoerde instelstroom. Uiteindeli'jk zal daarbij een toestand - Vorden bereikt waarin nog slechts een geringe fraktie van de jr. ;aan de zone 107 toegevoerde instelstroom als basisstroom door •^0 de transistoi’ vloeit 'en wel zo weinig dat deze transistor iin zijn lineaire werkgebied komt te staan. Bij een dergelijke installing vindt niet meer ladingsopslag (storage) plaats ;dan juist. nodig is om de transistor in zijn sterk geleidende C ' * : / toestand te bedrijven.

15 Ook andere lineaire schakelingen zijn eenvoudig te verwezenlijken. Bijvoorbeeld een lineaire versterker waarvan ,het vervangingsschema in fig. 11 is weergegeven. Deze bevat Idrie transistors T^q, en De kollektor c van de eerste transistor is verbonden met de basis b van de tweede, 20 diens kollektor met de basis van de derde transistor, terrwijl * tenslotte de kollektor van de derde transistor via een gelijk- stroomdoorlatende keten die een luidspreker of telefoon L en een mikrofoon M bevat, met de basis van de eerste transistor is verbonden. De kondensator C dient ter dnderdrukking van 25 wisselstroomtegenkoppeling. Door de gelijkstroomtegenkoppe- ling via genoemde gelijkstroomdoorlatende keten zal weer, evenals aan de hand van fig. 9 en 10 beschreven, nog slechts zoveel basisstroom voor ieder der transistors ter beschikking /komen (waarbij de rest van de stroom van de bronnen 30 ^111 en ^112 over de kollektor-emitter-keten van <*e vooraf- gaande transistor, in de kaskade afvloeit) dat deze transistors in hun lineaire werkgebied worden ingesteld. Op deze wijze wordt een uitermate eenvoudige versterker bijvoorbeeld voor hoorapparaten verkregen.

35 In de gexntegreerde schakeling kunnen de basiszones / 8203799 -(38 )-26- - vein de transistors T^q, en °P soortgelijke wijze als beschreven aan de hand van fig. 1 naast elkaar langs een bandvormige injekterende laag worden aangebracht. Een andere mogelijkheid is ora in plaats van een laterale stroorainjektor 5 een stroominjektor in vertikale uitvoering toe te passen.

Het principe van een dergelijke uitvoering toont fig. 12. De gelntegreerde schakeling heeft een halfgeleider-laag 180, bijvoorbeeld een n-type laag die bijvoorbeeld deel ,.kan zijn van een substraat van de schakeling, Aan een zijde 10 van deze laag bevindt zich een injekterend kontakt in de vorm van de p-type laag 181. Tussen de laag 180 en het injekterende kontakt 181 is een bron 182 aangesloten waarmee de gelijk-;richtende overgang tussen. laag en kontakt in de voorwaarts-x " richting is voorgespannenr De daardoor in de laag 180 gein- 15 jekteerde ladingsdragers, in dit geval gaten, kunnen mits de ’laag niet te dik is, bijvoorbeeld niet dikker dan een diffu-•sielengte, de tegenover het injekterende kontakt aan de andere zijde van de laag 180 gelegen p-type laag 183 bereiken. De laag 183 neemt daardoor een positieve potentiaal aan ten op-20 zichte van de n-type laag 180. Op deze wijze is aan de tegen- overliggende zijde van de laag 180 een energiebron verkregen, die stroom kan leveren en die met een of meer schakelelementen, bijvoorbeeld het schakelelement 184, kan worden verbonden.

Deze verbinding kan via een geleider 185 of 00k via een in-25 wendige, in het halfgeleiderlichaam gelegen verbinding worden verkregen.

Wordt vender een verbinding tussen het schakelelement 194 en de laag 180 aangebracht dan kan de stroom van de stroominjektor, bijvoorbeeld als voedingsstroora, door het 30 schakelelement vloeien. Een dergelijke verbinding kan weer via een geleider worden verkregen of bijvoorbeeld 00k door-dat de laag 180 zelf deel uitmaakt van het schakelelement 184, Bijvoorbeeld is het schakelelement een transistor, waarvan de emitter gevormd wordt door de laag 180. De transistor 35 heeft verder de schematisch aangegeven basiszone 186 en kol- > 8203799 -(39 y 27- lektorzone 187. Ook kan de laag 180 een voor een aantal transistors ingeaarde emitterschakeling gemeenschappelijke emit-terzone zijn.

Door tegenover de basiszone 1-86 een in de figuur ge- 5 stippeld< aangegeven tweede injekterend kontakt 188 aan te brengen wordt een tweede stroominjektor 188, 180, 186 ver- kregen, die de benodigde basisinstelstroom kan leveren. Op % deze wijze wordt alle instelstroom voor de transistor met be-hulp van eenzelfde uitwendige bron 182 via stroominjektors 10 toegevoerd, waarbij voor deze stroomtoevoer aan de zijde van de laag waar zich de schakelelementen bevinden praktiscli geen bedrading ’nodig is. Bovendien kan de laag 180 geaard zijn, f waarbij de instelstroom dwars door de geaarde laag 180 been aan het schakelelement wordt toegevoerd.

15 Mede aan de hand van enkele der volgende voorbeelden zal het in fig* 12 getoonde principe nog nader worden beschre-ven en verduidelijkt.

Zoals reeds vermeld kan bij integratie van de scha-keling volgens fig. 11 een vertikale stroominjektor worden 20 toegepast. De geintegreerde schakeling kan dan de vorm hebben zoals aangegeven in fig. 13· , Ook in dit geval zijn de transistors naast elkaar aan een zijde 120 van een gemeenschappelijk lichaam 121 aan-' gebracht. Halfgeleiderzones van deze transistors zijn verbon? 25 den met een patroon van geleidersporen 122, 123 en 124. Dit patroon.heeft een ingang voor elektrische signalen, namelijk het spoor 122 waarlangs de van de microfoon M afkomstige in-gangssignalen aan de basis 125 van de eerste transistor worden toegevoerd. Verder beefi het patroon een uitgang, het 30 spoor 124 waarlangs de versterkte uitgangssignalen van de derde transistor naar de luidspreker L worden toegevoerd. De sporen 123 Verbinden een kollektorzone 126 met de basiszone 125 van de daaropvolgende transistor.

De transistors hebben voorts een gemeenschappelijke 35 emitterzone gevormd door een epitaxiale laag 127 van het ene 8203799 -(40)-28- geleidingstype die is aangebracht 6p een substraat 128 van het andere geleidingstype.

Het lichaam 121 heeft een stroominjektor waarvan de injekterende laag, die wordt gevormd door het substraat 128 55 aan de tegenover de zijde 120 liggende zijde 129 van het li- chaam grenst en waarvan een door twee gelijkrichtende over-•gangen 130 en 131 van de injekterende laag 128 en de daarmee verbonden bronaansluiting 132 van de bron 133 gescheiden laag 125 zich tegenover de injekterende' laag 128 aan de zijde 120 10 uitstrekt,.waarbij deze tegenover-liggende laag 125 over een deze laag begrenzende overgang 131 ladingsdragers vanuit een aangrenzende laag 127 van de stroominjektor kollekteert en zo stroony6ntvangt, die als instelstroom voor de basis van de transistor en eventueel voor de daarmee verbonden kollektor 15 van de vooraf*gaande transistor dient. De epitaxiale laag 127» die tegelijkertijd de gemeenschappelijke emitterzone van de transistors en de tussenlaag van de stroominjektor yormt, is voorzien van een bronaansluiting 13^· voor de andere polariteit van de bron 133· 20 In dit voorbeeld is de tussenlaag 127 van de stroom injektor als referentiepotentiaalvlak voor de versterkerscha-keling uitgevoerd. Dit vlak, dat aan een referentiepotentiaal, bijvoorbeeld aan aarde kan worden gelegd scheidt alle met de stroominjektor van instelstroom te voorzien zones 125 van de aan de zijde 120 gelegen transistors van de aan de tegenover- · liggende zijde 129 gelegen injekterende laag 128. Op deze wijze wordt een elektrische afscherming verkregen waarbij de beno-digde instelstroom dwars door de meestal geaarde laag 127 heen direkt aan de betrefTende in te stellen zone wordt toegevoerd. 30 De tussenlaag 127 heeft hoger gedoteerde deelzones van hetzelfde geleidingstype gevormd door een begraven laag 135 en een opstaande wand 136 die vanaf het oppervlak 120 tot aan de begraven laag 135 reikt. Deze opstaande wand 136 kan 00k geheel of gedeeltelijk worden gevormd door een verzonken 35 isolerende laag.

8203799 Λ.--- ν^.^ι ,···. ·· - Ι..Ι·*. ----· · , η·»»..·,, · > - ----------- ·· · — -(4ι > 29 - * * I ' ..... “' τ*· '·~': ' *' ...... ~ ~ ........

j .

t ! Deze deelzones en met name de gedeelten 136 dienen ter onderdruklcing van parasitaire transistorwerking tussen de • naast elkaar gelegen basiszones 125· Bovendien zijn deze ge- deelten 136 in dit geval gebruikt ter begrenzing van de af-5 zonderlijke basiszones 125 die elk worden gevormd door door gedeelten 136 van elkaar gescheiden delen van een epitaxiale *laag 137 van het andere geleidingstype, die is aangebracht op de epitaxiale laag 127 van het ene. geleidingstype. Voorts vormen de gedeelten 136 tezamen met de begraven lagen 135 een 10 omsluiting van de in te stellen zones 125 om de vanuit deze zones 125 in de tussenlaag 127 gelnjekteerde minderheidsla-dingsdragers zoveel mogelijk in de hoogohmige gebieden van Λν— · ;de tussenlaag 1*27 op te sluiten en zo de gewenste vergroting van de effektieve weglengte van deze ladingsdragers te ver-15 krijgen. Op deze wijze scheiden de deelzones 135i 136 de transistors van elkaar en van het substraat 128. Alhoewel niet noodzakelijk zijn bij voorkeur in deze afscheidingen kleine openingen, in het voorbeeld. ter plaatse van de delen sl Id sl 130 en 130 van de overgang 130, aanwezig. Deze delen 130 , b 20 en 130 van de overgang 130 hebben dan een lagere difTusie- spanning. dan het overige deel van de overgang 130, zodat de .injektie van ladingsdragers vanuit de injelcterende laag 128 in de tussenlaag 127 hoofdzakelijk over deze delen 130 en 130 plaats vindt, waarbij de injektie in omgekeerde richting ' • '5 vanuit de tussenlaag 127 in de injekterende laag 128 vanwege de relatief lage do ter ing vein de tussenlaag daar ter plaatse relatief klein is.

Met de grootte van het oppervlak van de gedeelten ' & b 130 . en 130 van de overgang 130 kan de verhouding tussen de 30 aan de verschillende basiszones 125 toegevoerde instelstromen worden belnvloed. Zo is in dit voorbeeld het oppervlak van het gedeelte 130 groter dan dat van de gedeelten 130 , waar-door de stroombron I-j-jq in fig. 11, die de voedingsstroom voor de uitgangstransistor verzorgt, meer stroom levert dan 35 de bronnen en 8203799 -(42)- 30 - . f * j Een eenvoudige methode voor (eventueel automatische) . versterkingsregeling kan verkregen vorden door toepassing van bijvoorbeeld twee kollektors zoals bij de in fig. 6 getoonde * transistor. Wordt een van deze kollektors over een regelbare 5 weerstand (bijvoorbeeld de inwendige weerstand van een tran sistor) met aarde verbonden, dan zal de signaalstroom naar de andere kollektor van deze weerstand afhankelijk worden, * zodat ze gemakkelijk - desgewenst automatisch - geregeld kan worden.

10 In het in de fig. 14 en 15 getoonde uitvoeringsvoor- beeld heeft de injekterende laag de vorm van een roostervor- mige oppervlaktezone 140 die aan de zijde 141 van het lichaam .( ‘ 142 grenst. In de aan het oppervlak 141 door de roostervor- -/. -mige oppervlaktezone van het ene geleidingstype 140 omgeven 15 delen 143 van het gebied van het tegengestelde geleidings type 143 bevinden zich in te stellen zones 144, die de basis-zones vormen van drielagentransistors 143» 144, 145.

! Het gebied 143 dat de tussenlaag van de stroominjek- tor vormt heeft een laagohmige substraat en een in delen 143 20 en 143° onderverdeelde hoogohmige oppervlaktelaag. Deze on- derverdeling is verkregen met de roostervormige injekterende laag 140· die vanaf het oppervlak 141 tot aan of tot in het substraat 143 reikt. In de hoogohmige delen 143 en 143 kun-nen zoals aangegeven transistors worden aangebracht of ook 25 andere schakelelementen. Voorts kunnen deze delen verschillend t van grootte zijn en kunnen in een of meer delen meerdere schakelelementen naast elkaar worden aangebracht.

Toepassing van een roostervormige oppervlaktezone • 140 als injekterende laag van de stroominjektor heeft onder’ 30 meer het voordeel dat de serieweerstand in een dergelijke zone laag kan zijn. Om dezelfde reden kan voor de injekterende laag een grotere indringdiepte en/of een hogere doterings-concentratie worden toegepast dan voor de basiszones 144, De maximaal toelaatbare doteringsconcentratie van de basiszones 35 144 is namelijk beperkt, ondermeer doordat in die zones meest- 8203799 -(43)-31 - l--------- . .«—* — .... . — * · * —♦ — · ' —·- ' - —— ...... ......

! I · al nog zones 145 van tegengesteld geleidingstype raoeten wor-den aangebracht.

i Tussen de injekterende laag l4o en de tussenlaag 143 van de stroominjektor kan sen gelijkstroorabron 146 worden aan-5 gesloten. Zowel voor dit als voor de andere voorbeelden geldt dat een dergelijke bron indien gewenst kan worden overbrugd ^met een kapaciteit 147 ora de aansluitingen 148 en 149 voor visselspanning kortte sluiten. .

Een vender uitvoeringsvoorbeeld van de geintegreerde 10 schakeling bevat βέη of meer drielagentransistors 150» 151* 152 * als getoond in de fig. 16 en 17* In de basiszone 151 die bijvoorbeeld p-type is strekt zich behalve de n-type emit-’ ter- of kollektorzone 1-50'nog een n-type zone 153 nit die op zijn beurt een verdere p-type oppervlaktezone 154 omgeeft.

15 Deze zones 153 en 154 vormen respektievelijk de tussenlaag en de injekterende laag van de stroominjektor. Voorts zijn in fig, 16 met onderbroken lijnen openingen in de op het half-geleideroppervlak aanwezige isolerende laag 158 aangeven via welke de zones I50, 151» 153 en 154 voor elektrische aanslui-20 ting met geleidersporen worden verbonden. De injekterende laag 154 en de tussenlaag 153 van de stroominjektor worden voorzien van de in fig. 17 schematisch aangegeven aansluitingen 155 respektievelijk 156 voor aansluiting van een bron '157. De onderhavige uitvoeringsvorm is in het bijzonder ge-..25 schikt als slechts een of enkele van de schakelelementen van r \ een schakeling met een stroominjektor van instelstroom be- hoevqn te worden voorzien. De tussenlaag 153 kan ookdirekt 3. Td met het gebied 152 ’ van de transistor worden verbonden bij-Voorbeeld doordat de tussenlaag 153 aan het halfgeleideropper-30 vlak tot aan of in de laagohmige zone 152 reikt. Daardoor wordt ruimte gespaard terwijl bovendien de aansluiting 156 dan desgewenst aan de onderzijde aan het substraat 152b kan worden aangebracht.

In een volgend uitvoeringsvoorbeeld zijn de schakel-35 elementen aan een oppervlak 167 van een gemeenschappelijk 8203799 -(44)- 32- * lichaam aangebracht dat wordt gevormd door een laagohmig n- . type substraat 160 waarop een lager gedoteerde n-type epitaxi- ale laag 161 is aangebracht (fig· 18). In de epitaxiale laag zijn een aantal op in de halfgeleidertechniek gebruikelijke 5 wijze met behulp van p-type gebieden 162 van elkaar gelso- :leerde schakelelementen aangebracht, waarvan er in de figuur eenvoudigheidshalve slechts een getekend is, namelijk de * n-p-n-transistor 163, 164, 165· ! Het n-type lichaam 160, 1'61 , dat een aardvlak voor 10 de gelntegreerde schakeling vormt, is tevens de injekterende laag van een stroominjektor, die verder nog de p-type tussenlaag 166 en de aan het oppervlak 167 grenzende, n-type derde laag 168 omvat.

De injekterende laag l60, 161 en de tussenlaag 166 15 · zijn van een aansluiting 169 respektievelijk 170 voorzien voor aansluiting van de bron 171* Voorts grenst de injekterende laag 160, 161 aan de tegenoverde zijde 167 liggende zijde 172 van het lichaam en is de derde laag 168 van de stroominjektor, die door twee pn-overgangen 173 en 174 van 20 de injekterende laag is gescheiden aan de zijde 167 en tegen- over de injekterende laag 160, 161 gelegen. De tegenoverlig-gende derde laag 168 van de stroominjektor kollekteert over de overgang 173 ladingsdragers uit de aangrenzende tussenlaag 166 van de stroominjektor en ontvangt zo stroom die als in-25 stelstroom dient voor de emitter 163 van de transistor 163, L 164, 165, die via een geleiderspoor 175 met de iregenoverlig- gende laag 168 van de stroominjektor is verbonden, Het zal duidelijk zijn dat via het geleiderspoor 175 eenvoudig 00k meerdere in te stellen zones van schakelelementen tegelijk 30 met de tegenoverliggende laag 168 van de stroominjektor kun- nen worden verbonden.

Aan de basis 164 van de transistor kunnen via een aansluiting 176 elektrische signalen worden toe- of afgevoerd terwijl de kollektor 165 via een aansluiting 177 bijvoorbeeld 35 via een impedantie 178 met een punt van positieve spanning +V

s' 8203799 -(45 Γ33- kan zijn verbonden.' . De laatstbeschreven uitvoeringsvorm leent zich in bet bijzonder voor toepassingen waarbij aah een of enkele schakelelementen die bijvoorbeeld in bet centrum van een grote 5 geintegreerde schakeling gelegen zijn instelstroom moet wor- den toegevoerd. De benodigde instelstroom kan plaa.tseli.jk met een stroominjektor die weinig extra ruimte inneemt vanuit het aardvlak van de schakeling naar het oppervlak worden ge-bracht en via bet patroom van geleidersporen naar de nabij 10 gelegen in te stellen zones van de betreffende schakelelemen ten worden gevoerd. Voor deze toevoer van instelstroom zijn geen weerstanden nodig terwijl toch aan de in te stellen zones geen vaste potentiaal wordt opgedrukt zodat deze zones bijvoorbeeld elektrische signaalstroom of signaalspanning kunnen 15 voeren.

Fig. 19 toont het schakelschema van een trekkerscha-keling van een groep op overeenkomstige wijze .ingerichte trekkerschakelirigai, die volgens een matrixpatroon tezamen een geheugenschakeling volgens de uitvinding vormen.

20 De trekker schakeling bevat de'.transistors ^10?’ we^er emitters alien met aardpotentiaal zijn verbonden. De eigenlijke trekkerschakeling wordt gevormd door de transistors en T102’ w®^151®1, kollektors overkruis zijn ver bonden met de basis van de andere transistor. Verder is de · 25 basis van transistor verbonden met de kollektor van tran- 1 sistor ^103’ w®l^s basis op zijn beurt is verbonden met de kollektor van transistor Op eenzelfde wijze is de basis van transistor verbonden met de kollektor van tx’ansistor en diens basis met de kollektor van transistor 30 Verder zijn de basiselektroden van de transistors en ^106 ver^on<^en rae^ voor een kolom trekkerschakelingen ge-raeenschappelijke schrijfgeleiders R en S. Teneinde uitlezen mogelijk te maken bezit transistor T101 een extra kollektor, die is verbonden met de basis van transistor T^qj, vrelks kol-35 lektor is verbonden met de voor een kolom trekkerschakelingen 8203799 -(116)-34- •gemeenschappelijke leesgeleider 0.

Stel dat de basiselektroden der transistors T.^ , T102’ T105 en T106 via stroombronnen I,0,, Ι,02, I105 en I,0(.

met de aangegeven polariteit zijn verbonden met de voor elke 5 rij van trekkerschakelingen gemeenschappelijke voedingslijn :V en de basiselektroden der transistors t^q^» tio4 en ^107 ^via soortgelijke stroombronnen I^^·» ^104 en ^107 met de voor een rij trekkerschakelingen gemeenschappelijke selektielijn . SE. Hierbij wordt verondersteld dat de stroombronnen van een 10 zodanig type zijn, dat zij alleen stroomleveren indien de s * . betreffende voedings- of selektielijn een positieve spanning voert.

/ · De voedingslijn V'bezit steeds een positieve span- ’ " i .ning, zodat de stroombronnen -^102f ^105 en 06 s^eec^s 15 werkzaam zijn. Daarentegen bevindt de.selektielijn SE zich gedurende de rusttoestand, dat wil zeggen indien geen selek- tie heeft plaats gevonden van de rij trekkerschakelingen vaar- ’toe de getekende schakeling behoort, op aardpotentiaal of lager, zodat de stroombronnen ^iq4 en ^107 ^333 20" werkzaam zijn. Dit heeft tot- gevolg dat in rusttoestand de- transistors en T^^geen stroom zullen voeren en de dissipatie dientengevolge gering zal zijn.

In rusttoestand van de trekkerschakelingen zal een der transistors’en geleiden. Stel transistor 25 geleidt, dan is de spanning aan de basis van transistor T1ni ζ 1 IUi gelijk zijn aan +V ., waarbij V. de "junction” spanning tussen

J J

basis en emitter van een overstuurde transistor voorstelt.

De spanning aan de basis van transistor gelijk aan +Vk, waarbij de "junction” spanning tussen kollektor en 30 emitter van een overstuurde transistor voorstelt. Bij sili- cium transistoren is een gebruikelijke waarde voor 0,7 V en ligt veelal tussen 0 en 0,4 V. Dit bet'ekent dat de spanning aan de basis van transistor lager is dan'de spanning aan de basis van transistor en wel lager dan de 35 "junction" spanning , zodat transistor Τ·,02 gesperd is.

8203799 r ··’ i·'·' -(47)- 35- f — ' ..... " " .......-

De kollektorstroom voor transistor wordt dus geleverd door de stroombron terwijl zijn basisstroom wordt ge leverd door de stroombron I-jq-j · ; - Indien de informatie uit de trekkerschakeling moet 5 worden uitgelezen of nieuwe informatie moet worden ingeschre- ven, wordt aan de selektielijn een positieve puls toegevoerd, 'zodat de stroombronnen ^103' ^104 en ^107 wer^fzaam worden.

Vil men inschrijven dan brengt men een der schrijfgeleiders ,R en S op aardpotentiaal. Stel bi j'voorbeeld dat de schrijf-10 geleider R-op aardpotentiaal gebracht is. De stroom die ge leverd wordt door.de stroombron I,.__ vloeit dan af naar aarde, ; I 05 zodat transistor gesperd is. De stroom die geleverd C wordt door de stroombron fungeert dan als basisstroom r . ‘voor transistor zodat deze transistor open is. Deze 15 transistor trekt. dus stroom van de stroombron I-jq-j » zodat transistor T-jq-j gesperd is. Uitgaande van de schrijfgeleider S, die zweeft, blijkt op overeenkomstige wijze dat transistor T-JQ2 open is. Deze transistor T102 krijgt hierbij zijn kollektorstroom geleverd door stroombron Deze stroom- 20 bron I-jq-j levert dus zowel de kollektorstroom voor transistor I-JQ2 aIs v°or transistor Na beSindiging van de se lektiepuls op de selektielijn SE blijft transistor I-|q2 8e~ leidend en transistor gesperd zodat de informatie in de trekkerschakeling is opgesldgen.

^ Er dient opgemerkt te worden dat een schrijfimpuls op een der schrijfgeleiders R of S geen invloed heeft op niet-geselekteerde trekkerschakelingen. Indien geen selektiepuls op de selektielijn SE aanwezig is zijn immers de stroombronnen I.JQ2 en I^q^ niet werkzaara zodat de transistors I-jq^ en 30 ^104 £>esPerd blijven en dus geen informatie van de schrijf- geleiders naar de transistors T-jq^ on. q2 ^can worden doorge-geven. “ '

Bij het uitlezen zweven de schrijfgeleiders R en S, zodat bij aanwezigheid van de selektiepuls de transistors 35 ^105 en ^106 Seleidend zijn. Hierdoor zijn de transistors 8203799 I ^ · Λ.

-(48)- 36- en gesperd zodat de informatie in de trekkerscha- keling niet aangetast wordt. Afhankelijk van de toestand waarin de trekkerschakeling zich bevindt zal nu transistor open of dicht zijn. Veronderstellen we weer dat tran-5 sistor gesperd en transistor geleidend is dan zal de strooni die geleverd wordt door de stroombron I^y, die ^tengevolge van de selektiepuls imraers werkzaam is, als basis-stroom voor transistor ^y fungeren, zodat deze transistor geleidend is. De stand van deze transistor T^y wordt via de 10 leesgeleider 0 uitgelezen. Hoewel slechts een leesgeleider getekend is zal'het duidelijk zijn dat zonder meer een tweede leesgeleider aanwezig kan zijn die op identieke wijze als ( -, eerstgenoemde is verbonden met een extra kollektorelektrode van transistor 15 Fig. 20 toont een deel van de gexntegreerde geheugen- schakeling, waarin duidelijkheidshalve slechts een van de ;trekkerschakelingen is getekend terwijl van de overige identieke trekkerschakelingen van de matrix alieen twee der na-burige matrixelementen schematisch zijn aangegeven.

20 In een oppervlaktelaag van een n-type halfgeleider- lichaam zijn een aantal p-type basiszones van de transistors Τί01 tot en met T1Qy van de trekkerschakelingen aangebracht. Elk van deze basiszones omgeeft in het lichaam een of, in het geval van de transistor T-jq-j » twee n-type kollektorzones 25 terwijl het lichaam een voor alle transistors gemeenschappe- / lijke emitterzone vormt. De transistors zijn met behulp van een patroon van geleidersporen 192 verbonden tot trekkerschakelingen volgens hat schema van fig. 19» vaarbij elk van de :trekkerschakelingen van de matrix is verbonden met geleider-30 sporen R, S en 0. '

De in fig. 19 aangegeven stroombronnen tot en met I-jQn, zijn .in de geintegreerde schakeling met stroominjek- tors gerealiseerd. Aan het halfgeleideroppervlak grenst een als bandvormige p-type oppervlaktezone.Vy diey voedingslijn dienst 35 doet en aan beide zijden waarvan de basiszones 190 van de 1 8203799 g| . Mfek· ί'-· :. Li». - -=^ — · T —«imwwiw - τ 1 τ ; · . -, .ί , λ —— 1-» / ' ......................- -(49 )-37 - ;transistors Τ102» τ103’ Τ105 βη Τ1θ6 Serangschikt zijn. De , oppervlaktezone V vormt de injekterende laag van een stroom-injektor waarbij het halfgeleiderlichaam als tussenlaag dient V en laatstgenoerade basiszones in te stellen zones zijn, waar- 5 aan op de hierboven eerder beschreyen wijze instelstroom wordt toegevoerd. Op overeenkomstige wijze vormt ook de p-type oppervlaktezone SE, die als selektielijn fungeert, te-*zamen met het halfgeleiderlichaam en de basiszones· 190 van de transistors T.^^» Τ10^ en T10^ een stroominjektor. Voorts 10 is het halfgeleiderlichaam voorzien van twee evenwijdige n- type oppervlaktezones die zich parallel aan de beide injekterende lagen V en SE uitstrekken en die een hogere doterings-s 'concentratie hebben dan het daaraan grenzende deel van het ^ n-type halfgeleiderlichaam. Een van deze zones, de zone 193 .15 grenst aan άέη der lange zijden van de zone SE waardoor de injektie van ladingsdragers vanuit de zone SE in hoofdzaak • in de richting van de transistors ^104 en ^107 en iin de richting van de transistors en T-jq^ van naburige trekkerschakelingen plaatsvindt. De andere n-type zone 194 20 strekt zich uit tussen de basiszones van de transistors en enerzijds en de basiszones van de transistors T.JQ2 en anderzijds en voorkomt parasitaire transistor- werking tussen aan tegenoverliggende zijden van de zone 194 gelegen basiszone. Eventueel kunnen tussen de trekkerschake-25 lingen van naburige kolommen nog verdere n-zones worden aan- (^ ' gebracht die zich evenwijdig aan de sporen R en S tussen de injekterende lagen V en SE uitstrekken. Ook kunnen zoals bij de eerder beschreven uitvoeringsvoorbeelden alle basiszones afzonderlijk grotendeels door n+-oppervlaktezones zijn omge-30 ven of kunnen in plaats van hoger gedoteerde n-zones verzon- ken isolerende lagen worden toegepast.

Bij de beschreven geintegreerde schakeling is de aanwezigheid van de transistors T^Q^^en/T^^ nodig om voor het inschrijven de afzonderlijke geheugenelementen te kunnen 35 selekteren. Omdat in deze schakeling de emitters van alle 8203799 / > ; - (5° y 38 -

*N

i- t transistors met elkaar zijn verbonden kan de selektie van een geheugenelement alleen via basisaansluitingen worden ver-• kregen. Als gevolg hiervan zijn voor de selektie van rijen en kolommen afzonderlijke transistors nodig.

5 Pig. 21 toont een tweede geheugenschakeling die in een matrix gevormd wordt door een aantal in rijen en kolommen *gerangschikte identieke geheugenschakelingen kan worden toe-gepast. Deze geheugenschakeling be.vat twee transistors ^201 en T^Q2 van ket npn-type, welker emitters met een punt van 10 vaste potentiaal, bijvoorbeeld aardpotentiaal, zijn verbonden.

Teneinde een bistabiel element te verkrijgen is de basis van elk dezer transistors verbonden met de kollektor van de an-:dere transistor. De voedingsstroom voor de geheugenschakeling wordt toegevoerd via de met de basiselektroden der tran-15 sistors en T2Q2 verbonden stroombronnen I2Q1 en I202 '

Het inschrijven en uitlezen van informatie vindt plaats met behulp van de transistors ^203 en T204 van het pnp-type. Yia de hoofdstroombaan van deze transistors ^203 respektievelijk t2q^ wordt een verbinding tot stand gebi’acht 20 tussen de basis van transistor ^201 resPe^^;5-eveli^202 en de voor .een kolom geheugenschakeling gemeenschappelijke lees-.en schrijfgeleider S respektievelijk R. Deze transistors ^203 en T2Qj(. zijn bij voorkeur symmetrisch uitgevoerd oradat zij in beide richtingen bedreven worden teneinde zowel een uit-t. 25 lees- als een inschrijffunktie te vervullen.

Selektie van de gewenste geheugenschakeling vindt plaats door selektie van de betrefTende rij met behulp van een voor een rij geheugenelementen gemeenschappelijke selektielijn, die met de basiselektroden van de transistors 30 en T2q^ is verbonden en door selektie van de betrefTende kolom met behulp van de lees- en schrijfgeleiders S en R.

Het zal duidelijk zijn dat men zowel in geselekteerde als in niet-geselekteerde toestand een geschikte waarde voor het spanningsniveau van de selektielijn en de lees- en schrijf-33 geleiders dient te kiezen. Zo zal de selektielijn in niet- 3203799 I . * * -(51)-39- geselekteerde toestand een zodanige spanning moeten voeren • dat de transistors qj en T2o4 £esPerd zijn onafhankelijk ivan het al of niet aanwezig zijn van een schrijfpuls op een der geleiders S of S. In geselekteerde toestand zal de span-5 ning op de selelctielijn een waarde-moeten bezitten welke ligt

Itussen de in de beide stabiele toestanden van de geheugen-^schakeling optredende sp aiming swaar den aan de basiselektroden der transistors ^01 en ^202* ^ees" en schrijfgeleiders S en fi kan men in hun niet-geselekteerde toestand bijvoor-10 beeld laten zweven, waardoor onafhankelijk van het al dan niet geselekteerd zijn van de bij het betreffende geheugen-element behorende rij geen informatie verloren kan gaan. Bij f - het inschrijven van informatie zal de schrijfpuls voldoende positief moeten zijn ten opzichte van het spanningsniveau van 15 de geselekteerde selektielijn om de bijbehorende transistor ^203 T2o4 in geleiding te brengen, terwijl voor het uit-lezen van informatie het spanningsniveau van de.leesgeleider bij voorkeur kleiner zal zijn dan het spanningsniveau van de geselekteerde selektielijn.

20 Teneinde de disspatie van de geheugenschakeling zo klein mogelijk te houden en toch een grote leessnelheid te verwezenlijken kan men er voor zorgen dat het voedingsniveau van de geheugenschakeling tijdens de stationaire toestand laag is en bij het uitlezen op een hoger niveau geschakeld 25 wordt, door regeling van de door de stroombronnen I^^ en ^202 leveren stromen.

De schakeling volgens fig. 19 leent zich bijzonder goed om in een halfgeleiderlichaam te wrden gexntegreerd.

In dat geval kunnen de pnp-transistors en ^204 a^s ^-a^e- 30 rale transistors worden uitgevoerd. waarbij in verband met het gebruik in twee richtingen van belang is, dat in het bij- zonder van laterale transistors de elektrische eigenschappen in beide richtingen praktisch gelijk kunnen zijn. Voorts kunnen de beide stroombronnen I2q^ en ^02 eenvoudiS met een 35 stroominjektor worden gerealiseerd, mede waardoor voor de 8203799 -(52)- 40 - ί • gexntegreerde uitvoering een relatief klein halfgeleideropper-vlak nodig is.

De fig. 22 en 23 tonen een deel van een dergelijke gexntegreerde uitvoering van een geheugenmatrix met een 5 stroominjektor volgens de uitvinding. Het binnen de onder- . broken lijn 223 in fig. 22 gelegen gedeelte van deze gexntegreerde schakeling bevat een matrix-element volgens het sche- ♦ ma van fig. 21. Het halfgeleiderlichaam 200 heeft een half-geleidersubstraat 201 dat in dit geval p-type geleidend is.

10 Dit p-type substraat 201 is voorzien van.een n-type epitaxi ale laag 202, die op gebruikelijke wijze met behulp van p-: type scheidingszones 203 in eilanden is onderverdeeld. Alle npn-transistors en ^202 van een Van raa"r^xeleraen’t'en . zi jn aangebracht in een langgerekt eiland 204, dat aan de 15 rand van het halfgeleiderlichaam bijvoorbeeld met aarde kan worden verbonden met een schematisch aangegeven aansluiting 205* Het eiland 204 vormt een gemeenschappelijke emitterzone voor de genoemde npn-transistors. 'In dit eiland 204 bevinden zich een aantal injekterende lagen waarvan er in de figuren 20. een is getekend en die worden gevormd door p-type oppervlak- tezones 206. Aan beide zijden van elke injekterende laag 206 bevinden zich vier npn-transistors met een p-type basiszone !207 en een n-type kollektorzone 208. De basiszones 207 zijn •aan het oppervlak 209 aan drie zijden omgeven door een laag-25 ohmig n-type oppervlaktezone 210 die zich vanaf het oppervlak \ 209 in de epitaxiale laag uitstrekt en daarbij aansluit op.

een n-type begraven laag 211 die zich aan de grens van het substraat 201 en de epitaxiale laag 202 bevindt. De tot de tussenlaag 2.04 behorende zone 210, 211 vormt een laagohmig 30 geheel met een aantal holten waarin zich. stroominjektors ge vormd door’een injekterende laag 206, een hoogohmig deel 212 van de tussenlaag 204 en in te stellen basiszones 207» bevinden. Bovendien dient de zone 210, 211 en met name de begraven laag 211 ter verlaging van de serieweerstand in het 35 eiland 204 waardoor dit eiland tijdens bedrijf praktisch een 8203799 -(53)- 41 "" ::ί'".....- — -----------------------r-j—-------— ..

,aequi-potentiaalvlak is.

* Aan beide zijden van de l.anggerekte eilanden 204 strekt zich een eveneens langgerekt eiland 221 uit waarin * zich de lateral© pnp-transistors en van matrix- 5 elementen bevinden. Ook de eilanden 221 hebben een laagohmig n-type zone gevormd door een oppervlaktezone 213 an. een be-. ^graven laag 214 ter verlaging van de serieveerstand. Deze eilanden 221 vormen namelijk een gemeenschappelijke basiszone voor de pnp-transistors van een rij van matrixelementen en 10 dienen als selektielijnen SSL. De pnp-transistors hebben ven der elk een p-type zone 213 die bij het lezen van informatie als emitterzone en bij het schrijven als kollektorzone fun-/*' geert en een p-type zone 216 die als kollektorzone respek- tievelijk als emitterzone dient. Deze pnp-transistors zijn 15 elk door een koravormig deel van de laagohmige zone 213» 214 omgeven waardoor praktisch geen parasitaire transistorwerking tussen zones van naburige pnp-transistors lean optreden.

I Op het oppervlak 209 van het halfgeleiderlichaam 200 bevindt zich een isolerende laag 217 waarop zich gelei-20 dersporen 218, die de interne verbindingen van de '-matrixele menten vormen, uitstrekken en die via openingen in de isolerende laag, die in fig. 22 met onderbroken lijnen zijn aan-gegeven, verbonden zijn met halfgeleiderzones van de schakel-elementen. Voorts zijn de injekterende lagen 20β verbonden 25 met een geleiderspoor 219» dat is voorzien van een aanslui- X.> ting 220, terwijl de zones 216 van de transistorsvan een kolorn van matrixelementen met een geleiderspoor S en de zones 216 van de transistors van een kolom van matrix elementen met een geleiderspoor R zijn verbonden.

30 Tussen de aansluitingen 205 en 220 kan een bron 222 worden aangesloten om de pn-overgangen tussen de injekterende lagen 206 en de eilanden tevens tussenlagen 204 in de voer- waartsrichting voor te spannen. Deze bron 222 kan bijvoorbeeld » · ' .

regelbaar zijn om tijdens het uitlezen van informatie de npn-35 transistors van de matrixelementen van meer instelstroom te 8203799 "(54)“ 42- ‘ kunnen voorzien dan in de rusttoestand en tijdens het schrij- • ven. Een dergelijke regeling van de instelstroom kan ook per geleiderspoor 209 worden ingebouwd zodat de instelstromen « voor elke twee naburige kolommen van matrixelementen apart 5 geregeld kan worden.

De beschreven gelntegreerde uitvoering volgens de . :fig. 22 en 23 is bijzonder kompakt. Een verder vermindering * van het benodigde halfgeleideroppervlak kan nog worden ver-kregen door de n+-zones 210 en 213' te vervangen door verzon-10 ken isolerende lagen, die vanaf* het oppex’vlak 209 tot aan de grens van de epitaxiale laag 202 en het substraat 201 reiken. In dat geval kunnen namelijk de p-type scheidingszone 203 en de aan beide zijden daarnaast gelegen delen van de n-type zones 210 en 213 vervangen worden door een enkeleverzonken 15 isolerende laag waardoor de afstand tussen de npn-transistors en de pnp-transistors in een kolom en tussen de pnp-transis-tors van aangrenzende kolommen kleiner kan worden. i De beschreven uitvoeringsvoorbeelden maken duidelijk dat door toepassing van de uitvinding belangrijke voordelen 20 worden verkregen. In vele gevallen kan men bij de vervaard'iging volstaan met het toepassen van slechts vijf maskers. Voorts bereikt men een hoge pakkingsdichtheid van de aktieve ele-menten terwijl weerstanden praktisch geheel overbodig zijn.

De emitters van de gebruikte transistors zijn veelal direkt 25 met elkaar verbonden zodat het patroon van geleidersporen relatief eenvoudig is, waarbij de kollektors bovendien auto-matisch onderling gescheiden zijn. Verder kunnen eenvoudig multi-kollektor-transistors worden toegepast waardoor veel ruimte en een aantal geleidersporen worden uitgespaard. In 30 het gebruik is nog van bijzonder voordeel dat alle met de stroominjektor' toegevoerde instelstromen op dezelfde wijze varieren met de spanning over de injekterende overgang waardoor heb funktioneren van de geintegreerde schakeling praktisch onafhankelijk is van het stroomniveau zodat een zeer 35 geringe storingsgevoeligheid wordt bereikt.

8203799 -(55)- 43 -

Het zal duidelijk zijn dat in de beschreven schake-lingen met name vooral die stromen met behulp van de stroom-injektor worden toegevoerd die aanwezig moeten zijn opdat eventuele informatie bevattende analoge of digitale signaal-5 stromen of -spanningen verwerkt kunnen worden en voor zover van toepassing ingeschreven informatie bewaard kan worden.

Deze wat men zou kunnen noemen bereidstroraen omvatten bij * bouwelementen zoals logische konfiguraties, trekkerschakelingen en geheugenelementen al die stromen die in de statische dan 10 wel in de dynaraische toestand van het bouwelement aanwezig moeten zijn om het bouwelement gereed te doen zijn, dat wil 'zeggen om bij aanbieding van informatie aan de ingang, zo { ·, ’ nodig in kombinatie met een selektiesignaal, deze informatie te kunnen opnemen, om eenraaal ingeschreven informatie te 15 kunnen bewaren en/of om deze, eventueel na selektie, aan de uitgang te kunnen mededelen.

ί De beschreven uitvoeringsvoorbeelden kunnen alle ge- 'heel met in de halfgeleidertechniek gebruikelijke technieken zoals epitaxie, het aanbrehgen van begraven lagen, het plaat- 2.0 selijk doteren met diffusie en/of ionenimplantatie, het in patroon aanbrengen van isolerende, maskerende en geleidende ;lagen enzovoorts worden vervaardigd. Voorts kunnen de beschreven geintegreerde schakelingen op gebruikelijke wijze in ge-bruikelijke omhullingen worden afgemonteerd. Ter nadere ver-^25 duidelijking zal hieronder de vervaardiging van het eerste ’ voorbeeld, de flipflop volgens de fig. 1 tot en met 5* in het kort worden beschreven.

Uitgegaan wordt van een siliciumsubstraat 21a (fig.

2) bijvoorbeeld met n-type geleiding en een soortelijke weer-30 stand tussen 0,005 en 0,015 ohmcm. Daarop wordt een n-type epitaxiale siliciumlaag 21° aangebracht met een soortelijke weerstand van bijvoorbeeld tussen 0,2 en 0,6 ohm.cm en een dikte van bijvoorbeeld ongeveer 5 ^um. In dit verband wordt opgemerkt, dat de stroomversterkingsfaktor /3 van de toege-35 paste geinverteerde transistorstruktuur niede afhankelijk is 8203799 -(56 )- 44- = van de soortelijlce weerstand van de epitaxiale laag. Bedraagt bij een soortelijke weerstand van.ongeveer 0,1 ohm,cm de fak-tor β ongeveer 20 dan is bij dezelfde p- en n-type diffusies bij een soortelijke weerstand van ongeveer 0,6 ohm.cm de fak-5 tor β ongeveer 10, waarbij kan worden opgemerkt, dat met het oog op een bedrijfszekere werking van de schakeling in de praktijk voor de falctor β een waarde van 3 of hoger gewenst is.

Vervolgens wordt een diffusiebehandeling uitgevoerd 10 onder toepassing van een maskeringslaag van bijvoorbeeld si- liciumdioxyde en met fosfor als verontreiniging ter verkrij- £ ging van de laagohmige n-type delen 21 . De oppervlakteconi' ·centratie in deze delen bedraagt bijvoorbeeld 10^ atomen/cm3.

De openingen waar doorheen deze fosfordotering in het half-15 geleiderlichaam wordt gebracht hebben een aantal evenwijdige .

uitlopers, zodanig dat tussen twee naburige uitlopers steeds voldoende ruimte is om bij een volgende bewerking daarin een basiszone van de gewenste grootte aan te kunnen brengen. Ver-der worden twee van die openingen gebruikt waarbij de uitlo-20 pers van die openingen naar elkaar toegericht zijn en in ei- kaars verlengde liggen. De afstand tussen de uiteinden van tegenover elkaar gelegen uitlopers wordt gelijk aan of enigs-zins kleiner dan de afstand die uiteindelijk tussen de tegen-'over elkaar gelegen basiszones, bijvoorbeeld de zones 5.en ..25 10,· gewenst is, gekozen. Vervolgens kunnen op gebruikelijke / wijze door diffusie via openingen van de gewenste grootte'in een maskeringslaag tegelijkertijd de basiszones 1 tot en met 10 en'de injekterende laag 20 worden aangebracht. In het on-derhavige voorbeeld bestaat het maskeringspatroon uit twee 30 evenwijdige stroken die zich in een richting dwars op de in-middels verkregen n+-uitlopers uitstrekken en die daarbij grotendeels in de tussenruimte tussen de tegenover elkaar gelegen uitlopers liggen en elk aan een zijde de uiteinden van die uitlopers enigszins ©verlappen of althans daaraan 35 raken. De breedte van deze stroken korrespondeert met de ge- 8203799 -(57)-45- ί ’** " :* ” ' " " ' .... ** — -. - wenste afstand tussen elk van de basiszones en de injekteren- de laag. Vervolgens wordt over het gehele vri je oppervlak •Jbijvoorbeeld borium ingediffundeerd, bijvoorbeeld tot een diepte van 2,5 yum, waarbij de vierkantsweerstand bijvoorbeeld 5 ongeveer 150 ohm bedraagt. Tussen de beide maskeringsstroken resulteert dan de injekterende laag terwijl verder de van ♦elkaar gescheiden basiszones 1 tot en met 10 worden verkre— gen omdat de oppervlakteconcentratie van deze diffusiebehan- deling onvoldoende is cm de reeds'aanwezige n -delen 21 van 10 · geleidings.type te veranderen. Op deze wijze grenzen de basis- + c zones automatisch. direkt aan de n -deelzones 21 waarbij zij elk aan drie zijden door een U-vormig n+-type gebied zijn (./ omsloten.

Op gebruikelijke wijze worden de kollektorzones 22 15 ' tot en met 37 aangebracht bijvoorbeeld door plaatselijke dif- fusie van fosfor tot een diepte van ongeveer 1,5 yum en met een vierkantsweerstand van ongeveer 5 ohm, waarna kontakt-gaten in de isolerende laag kunnen worden geetst en het pa-troon van geleidersporen 14 kan worden aangebracht bijvoor-20 beeld door het opdampen en vervolgens etsen van een laag aluminium.

De breedte van de injekterende laag 20 bedraagt bijvoorbeeld ongeveer 20 yum. De afstand van de injekterende laag 20 tot elk van de basiszones is ongeveer 8 yum. De af-.25 metingen van basiszone 5 zijn bijvoorbeeld ongeveer v' 50 yum x 80 yum, terwijl de kollelctorzone 33 20 yum x 20 yum groot is. De breedte van de n+-uitlopers tussen naburige basiszones kan bijvoorbeeld 10 yum zijn.

Wordt geheel of* gedeeltelijk in plaafcs van de laag-30 ohmige deelzones 21 een verzonken isolerende laag toegepast .dan kan deze bijvoorbeeld worden verkregen door plaatselijke oxydatie onder gebruikmaking van een maskeringslaag die bijvoorbeeld uit siliciumnitride kan bestaan.

Worden begraven lagen toegepast zoals bijvoorbeeld 35 in de fig. 6 en 13 aangegeven, dan kunnen deze bijvoorbeeld 8203799 -( 5δ) -46 - met arseen zijn gedoteerd met een oppervlakteconcentratie van ongeveer 10^ atomen/cm3 eri een vierkantsweerstand van ongeveer 20 ohm. Ook kunnen bijvoorbeeld de begraven lagen 135 in fig. 13 hoger gedoteerd zijn dan de in te stellen ba-5 siszones 125» hetgeen in het bijzondsr van voordeel kan zijn als deze begraven lagen deel uitmaken van de emitterzone van ' de betreffende transistor.

* Het zal duidelijk zijn dat de uitvi.nding niet beperkt

Is tot de beschreven uitvoeringsvoorbeelden maar dat binnen .10 het kader van de uitvinding voor de vakman vele variaties mogelijk zijn. Zo kunnen bijvoorbeeld andere halfgeleider-materialen zoals germanium en -verbindingen of kombi- .. . naties van halfgeleidermaterialen, waarbij bijvoorbeeld het substraat uit een ander halfgeleidermateriaal bestaat dan de 15 oppervlaktelaag waarin zich de schakelelementen bevinden, wor- den toegepast. In plaats van uit te gaan van een n+-substraat 21a (fig. 2) waarop epitaxiaal een lager gedoteerde laag 21° wordt aangebracht kan ook worden uitgegaan van een laagohmig 'substraat dat vervolgens door uitdifTusie van verontreini-20 gingen van een lager gedoteerde oppervlaktelaag wordt voor- zien. Voorts kunnen de geleidingstypes in de beschreven voor-beelden worden verwisseld waarbij ook de polariteiten van de spanningen moeten wisselen. Ook kan de geintegreerde schakeling bijvoorbeeld van een of meer optische signaalin- en/of signaal-25 uitgangen zijn voorzien. Bijvoorbeeld kan een inkomend optisch (' ‘ ·signaal met een in de schakelingen opgenomen fotodiode of fototransistor in een elektrisch signaal worden omgezet welk elektrisch signaal dan als ingangssignaal voor een verder deel van de schalceling kan dienen.

30 Als injekterende laag kan bijvoorbeeld ook een door een zeer dunne laag van isolerend materiaal van de tussenlaag van de stroominjektor gescheiden laag worden toegepast waarbij gebruik gemaakt wordt van tunnelinjektie waarbij ladings-dragers vanuit de geleidende laag door de dunne isolerende 35 laag heen als minderheidsladingsdragers de tussenlaag van de /·- 8203799 -(59)-47- ; stroominjektor bereiken.

De stroominjektor kan bijvoorbeeld uit vier of al-thans uit een even aantal lagen bestaan alhoewel bij voorkeur een stroominjektor met een oneven aantal lagen worden toege-5 past. Ook bij stroominjektors met vier of meer lagen valt i behalve de in te stellen zone bij voorkeur hoogstens een ver-*dere zone van het betreffende schakelelement met een laag van de stroominjektor samen.

; Voorts kunnen bij een stroominjektor met bijvoorbeeld 10 zeven lagen de derde en de vijfde laag onafhankelijk van elkaar worden benut voor regeling van de aan de in te stellen . zone toe te voeren instelstroom. De derde en vijfde laag van ^•·_· i de ^troominjektor kunnen dan bijvoorbeeld worden beschouwd als de beide ingangen van een EN-poort waarvan de in te stel-15 len zone dan een uitgang vormt.

Ook kunnen met behulp van de stroominjektor op over— eenkorastige wijze zones van andere schakelelementen dan de getoonde bipolaire transistors, zoals zones van dioden en veldeffekttransistors van instelstroom worden voorzien. Bo-20 vendien kunnen met de stroominjektor bijvoorbeeld poortelek- troden van veldeffekttransistors in.bet bijzonder van veldef-fekttransistors met een lage drempelspanning worden gestuurd.

Bij toepassing van een laterale stroominjektor zoals in fig. 1 is de. verhouding tussen de aan verschillende in te ζ 25 stellen zones toegevoerde instelstromen evenredig met de ver houding tussen de lengten van de naar de injekterende laag 20 toegekeerde delen van de pn-overgangen tussen de betreffende in te stellen basiszones en de tussenlaag 21. In het getoonde:· voorbeeld is de beschikbare instelstroom voor iedere basis-30 zone even groot. Andere verhoudingen kunnen eenvoudig met behulp van lengteverschiilen in de struktuur worden vastgelegd.

Voorts kunnen een of meer lagen van de stroominjektor in plaats van dat zij door dotering worden verkregen in het halfgeleiderlichaam worden gexnduceerd bijvoorbeeld met 35 oppervlaktetoestanden en/of ladingen in de isolerende laag 8203799 -^6° )-48- ; en/of met behulp van een op de isolerende laag gelegen elek-* trodelaag. Bijvoorbeeld kan in de beschreven vijflagenstroom-injektor de derde laag door een gexnduceerde inversielaag worden gevormd. Ook kunnen een of meer lagen van de stroom-5 injektor uit een kombinatie van een door dotering verkregen gedeelte en·een daarmee samenhangend gexnduceerd gedeelte Jbestaan. Bijvoorbeeld kan wanneer de afstand tussen een door dotering verkregen injekterende en een door dotering verkre-gen kollekterende overgang in de stroominjektor relatief 10 groot is zodat in dat deel van de stroominjektor geen of een geringe stroomovardracht plaats vindt deze afstand worden verkleind door een of beide lagen aan het oppervlak aan een s 'naar de andere laag toegekeerde zijde met een inversielaag uit te breiden.

15 Bij toepassing van de beschreven gexnduceerde gexn- verteerde lagen kan in het bijzonder indien zij met behulp van een gexsoleerde elektrodelaag worden verkregen de aan de in te stellen zone toe te voeren instelstroom ook met de spanning op de elektrodelaag worden bestuurd.

20 Uit de beschreven voorbeelden zal duidelijk zijn dat de gexntegreerde schakelingen een nieuwe, kompakte struktuur hebben en veelal met een vereenvoudigde technologie kunnen worden vervaardigd. Bij voorkeur kenmerkt deze nieuwe struktuur zich door de aanwezigheid van een aan een oppervlak ¢--25 grenzend haifgeleidergebied van het ene geleidingstype waar- in zich een langgerekte strookvormige oppervlaktezone van het andere geleidingstype, die bijvoorbeeld deel uitmaakt van een kanalensysteem of van een rooster, uitstrekt en die met het aangrenzende' gebied een pn-overgang vormt, waarbij aan ten- 30 minste een der lange zijden van deze strookvox-mige zone meer- dere naast elkaar gelegen van elkaar en van de strookvormige zone gescheiden oppervlaktezones van het andere geieidings- type aan het oppervlak grenzende, die in te stellen zones van in het schakelelementen van de schakeling en/bijzonder in te stellen 35 basiszones van bipolaire transistors vormen, waarbij het ge- 8203799 PHN 5476A ( 61)-49- —bied en de strookvormige oppervlaktezone elk van een aansluiting zijn-------- voorzien cm de genoemde pn-overgang in de voorwaartsrichting in te stel-len voor het injekteren van minderheidsladingsdragers in het gebied, waarbij de in te stellen zones instelstroom ontvangen door kollektie van 5 minderheidsladingsdragers uit het gebied over de pn-overgangen die dat gebied met de in te stellen zones vomit.

Opgemerkt wordt dat de kollekterende laag en in het algemeen ie-dere laag van de strocminjektor, die ladingsdragers uit een aangrenzende laag van de strocminjektor kollekteert als geen uitwendige potentiaal 10 vordt opgedrukt, een potentiaal zal aannemen, waarbij de gelijkrichtende overgang tussen de beide betreffende lagen in de voorwaartsrichting is gepolariseerd. Daardoor zal oak over deze kollekterende overgang injektie van ladingsdrgers cptreden. Als in beide richtingen evenveel strocm over de kollekterende overgang vloeit, zal de spanning over deze overgang maxi-15 maal en praktisch gelijk aan de spanning over de injekterende overgang van de strocminjektor zijn. In alle andere gevallen is de grootte van de vocrwaartsspanning afhankelijk van de grootte van de van of door de betreffende kollekterende laag afgencmen (instel) strocm. Het zal duidelijk zijn dat in het grensgeval waarin praktisch geen spanning over de betref-20 fende kollekterende gelijkrichtende overgang staat, de afgenanen strocm maximaal is.

Met de strocminjektor kunnen via het toevoeren van instelstrocm dus instelpotentialen voor de in te stellen zone warden verkregen waarvan de grootte is gelegen in een traject dat begrensd wordt door de spanning 25 tussen de beide qp een hron aangesloten bronaansluitingen van de strocmr injektor. De met de strocminjektor verkregen instelpotentialen zijn maximaal gelijk aan die van de bronaansluitingen met de hoogste potentiaal en minimaal gelijk aan die van de bronaansluiting met de laagste potentiaal. Voorts is de spanning tussen de bronaansluitingen gelijk aan de spanning 30 die nodig is cm de gelijkrichtende overgang tussen de injekterende laag en de tussenlaag in de doorlaatrichting te bedrijven. Deze spanning zal in het algemeen betrekkelijk laag zijn. Een gebruikelijke waarde voor deze voorwaartsspanning is voor een pn-overgang in silicium bijvoorbeeld onge-veer 0/6 tot 0,8 V. Bijzonder aantrekkelijk is nu dat in veel gevallen 35 de gehele schakeling met de hierboven aangegeven lage spanningen kan warden bedreven, waardoor de dissipatie uitermate gering kan zijn. Dit voor-deel van lage dissipatie wordt ook in belangrijke mate gerealiseerd als een belangrijk deel van de schakeling bij deze lage spanningen wordt 8203799 EHN 5476A ( 62 )- 50 - * * --------bedreven naast bijvoorbeeld een of meer uitgangstransistoren waaraan ho- gere spanningen warden toegevoerd cm een hoger vermogen aan de uitgang(en) van de schakeling beschikbaar be hebben.

In dit verband wordt opgemerkt dat met behulp. van de strocmin-5 jektor 00k instelstrocm kan warden toegevoerd aan zones van schakelele-menten die bij hogere dan de hierboven aangegeven spanningen warden bedre-ven. In dat geval kan 00k de potentiaal van de met de -strocrainjektor ver~ bonden in te stellen zone buiteri bet hierboven aangegeven trajekt liggen ζ en wel zo, dat de gelijkrichtende overgang tussen de in te stellen zone r 10 en de daaraan grenzende laag van de strocminjektor in de sperrichting staat.

De volgens de uitvinding uitgevoerde trekkerschakelingen vergen' relatief weinig halfgeleideroppervlak en hebben een eenvoudig bedradings-patroon en een geringe dissipatie waardoor zij bijzonder aantrekkelijk 15 zijn voor toepassing als matrixelement in grote geheugens.

20 25 30 35 8203799

Claims

2. Geintegreerde schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de derde transistor een catplementaire transistor met emitter- en kollektcrzones van het tweede geleidingstype is, waarbij de hoofdstroarr 8203799 PHN 5476A ( 64 )- 52 - ( ____baan van deze ccnplementai.re transistor van de genoemde signaalweg ______ deel uitmaakt.
3. Geintegreerde schakeling volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat deccmplementaire transistor als laterals bipolaire transistor is g uitgevoerd.
4. Geintegreerde schakeling volgens conclusie 2 of 3, net het kenmerk, dat de ccmplementaire transistor symtetrisch is uitgevoerd.
5. Geintegreerde. schakeling volgens conclusie 2, 3 of 4, net het kenmsrk, dat de basiszones van de ccmplementaire transistors van een 1(J rij van trekkerschakelingen zijn verbonden met een vocr deze trekker-schakelingen gemeenschappelijke selektielijn.
6. Geintegreerde schakeling volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de basis zone van de derde transistor met de schrijflijn en de kollektor van de derde transistor net de basiszone van de eerste 15 transistor is verbonden, waarbij de basiszone van de derde transistor deel uitmaakt van een strocminjektor vocr het toevoeren van instelstroan met opeenvolgende door gelij krichtende overgangen van elkaar gescheiden lagen, waarbij een gelijkrichtende overgang van deze strocminjektor in de vocrwaartsrichting polariseerbaar is voor het injekteren van la-2Q dingsdragers vanuit een buiten de transistors gelegen laag van de stroon-injektor en het kollekteren van ladingsdragers doer de basiszone van de derde transistor.
7. Geintegreerde schakeling volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat de strocminjektcrs van de derde transistors van een rij van trekker- 2g schakelingen de verbindingen van die derde transistors met een voor deze trekkerschakelingen gemeenschappelijke selektielijn vonten, waarbij het geleiderspoor van de strocrainjektors van de eerste en tweede transistors deel uitmaakt van een voor alle trekkerschakelingen gemeenschappelijke voedingslijn.
8. Geintegreerde schakeling volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de basiszone van de derde transistor is verbonden met de kollektor van een verdere transistor, waarbij de basiszone van deze verdere transistor met de schrijflijn is verbonden en de emitter van deze verdere transistor met de Quitters van de eerste, tweede en derde transistors 35 en met een punt van vaste pobentiaal is verbonden en waarbij de basiszone van de verdere transistor deel uitmaakt van een strocminjektor die deze basiszone met de gemeenschappelijke voedingslijn verbindt. 8 2 0 3 7 9 9