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DE1437435A1 - Signalverstaerkerschaltung mit Feldeffekt-Transistor mit isolierter Steuerelektrode - Google Patents

Signalverstaerkerschaltung mit Feldeffekt-Transistor mit isolierter Steuerelektrode

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DE1437435A1
DE1437435A1 DE1964R0037592 DER0037592A DE1437435A1 DE 1437435 A1 DE1437435 A1 DE 1437435A1 DE 1964R0037592 DE1964R0037592 DE 1964R0037592 DE R0037592 A DER0037592 A DE R0037592A DE 1437435 A1 DE1437435 A1 DE 1437435A1
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DE
Germany
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electrode
source
block
coupled
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Theriault Gerald Earl
Carlson David John
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RCH CORP
Original Assignee
RCH CORP
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Publication date
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Description

Η37Λ35
6084-64/Kö/Bo.
fiCA 53 180
tfS-Ser.Ho. 269 525
filing date:
April 1, 1961
.Radio Corporation of America, Sew York, Ji.ϊ., USA
ait Feldeffekt-Transistor ait Ibo-
lierter Steuerelektrode.
Vorliegende Erfindung betrifft alt Halbleiter-Bauelementen arbeitende Signalübertragungaachaltungen, und insbesondere Signalverst&rkersohaltungen mit Feldeffekt-Transistor sit isolierter Steuerelektrode.
Bei dem sogenannten ieldeffekt-Transiator mit isolierter Steuerelektrode handelt es sich um einen unipolar- oder JeIdeffekt-Tranaistor, der eine von der Quellenelektrode und der Abflufielektrode isolierte Steuerelektrode aufweist. Derartige Transistoren haben einen hohen Singangewiderstand, einen niedrigen Kreusaodulationsfaktor, eine zweiseitige Stromleitoharakterlatik und einen niedrigen Rauschwert. Außerdem lassen sie sich in vereinfachter Weise direkt miteinander koppeln und als Bau»
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elemente für integrierte Schaltungen nach der Pestkörper-Sohalttechnik einrichten.
Verwendet man solche Feldeffekt-Transistoren mit isolierter steuerelektrode in Signalübertrager- oder Signelverstärkerscbaltungen, so können im Betrieb bei hohen Frequenzen Stabiliaierungeschwlerigkeiten auftreten. Gewöhnlich kann man mit Translatoren oder Vakuumröhren arbeitende HF-ßignalveratärkerscbaltungen dadurch stabilisieren, daß man sich der sogenannten Basisschaltung (Basiselektrode als gemeinsame Elektrode) bzw. der (Jitterbasisschaltung bedient, um die fiückkopplung zwischen dem Ausgangskreis und dem Eingangskreis zu verringern. Beim Feldeffekt-Transistor ait isolierter Steuerelektrode dagegen kann durch den Betrieb in Stauerelektrodensohaltung (Steuerelektrode als gemeinsame Elektrode) das Stabilitäteproblem nicht gelöst werden, so daß fflan sich entschließen mußte, die Schaltung daduroh zu stabilisieren, daß man si· mit niedrigem Verstärkungsgrad betreibt.
Zusätzlich zu den vorgenannten Problemen, kann es geschehen, daß bei bestimmten Signalpegeln, besonders wenn Bau den Feldeffekt-Transistor in einem sogenannten "Kaekodenveretärker" verwendet, eine Verzerrung auftritt.
Die Erfindung hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, eine neuartige und verbesserte Signalverstärkerschaltung zu schaffen, die ait eine« Feldeffekt-Transistor alt isolierter Steuerelektrode arbeitet.
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H37435
arfindungageaaoe Signalverstärkerschaltung enthält einen Feldeffekt-Transistor mit auf einem Block aus Halbleitermaterial angebrachter quellenelektrode, t.bflußelektrode und ▼oa Block isolierter Steuerelektrode. Der Feldeffekt-Transietor iat ala aktives Element der rchaltung so geschaltet, daß die eine der drei Elektroden als Eingangeelektrode, eine zweite Elektrode als Auegangeelektrode und die dritte Elektrode ala geneinaaae Elektrode arbeitet. Erflndungagemäß iat eine Schal· tungaeinrichtung vorgesehen, die für die Verstärkerschaltung einen Punkt relativ feetan, auf die gemeinsame Elektrode bezogenen Potentiale aohafft, wobei der Block alt diesem Punkt feeten Potentiale verbunden ist· Gemäß einer speziellen Ausführungaform dar Erfindung, aind die Quellen-Abflufiatromwege eines eraten und einea zweiten Feldeffekt-Transistora mit isolierter Steuerelektrode in Eeihe geachaltet. Dabei iat der erste Translator ala Verstärker so geschaltet, daß seine Steuerelektrode die Elngangselektrode und seine quellenelektrode die gemeinsame Elektrode bildet, während der zweite Transistor ale Verstärker so geachaltet iat, daß seine Quellenelektrode die £ingangaelektrode und seine Steuerelektrode die gemeinsame Elektrode bildet. Um dia Betriebaeigenachaften dieaer zusaanengesetzten Stufe zu stabilisieren, und um eine Verzerrung durch uignalgleichrichtung zwischen der ^uelle und dem Block des zweiten Iranalstora zu verbindern, wird der Block dee zweiten Translator· gleichstrommäßig auf Bezugapotentlal gehalten.
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In den beigefügten Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 eine echematische Grundrißansicht eines für die erfindungsgemäßen Schaltungen geeigneten Seldeffekt-Transistore mit isolierter Steuerelektrode $
Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie 2-2 in Fig» 1;
Pig. 3 des Sohaltsymbol eines Peldeffekt-TrensistoxB mit isolierter steuerelektrode j
Fig. 4 ein Diagreuan der AbfluSstrom-Abflußspannungslcennlinien für verschiedene vierte der Steuerelektroden-Quellenspannung für den Transistor nach Pig. 1 und 2j
Fig. 5 ein schematiechts Schaltbild eines erfindungsgemäßen Signalverstärkere;
Fig. 6 ein achematisohee Schaltbild eines erfindungegemäßen Kaekodenverstärkerei
Fig. 7 eine teils perspektivische, teils querschnittliche Ansicht zweier für die erfindungsgemäßen Γ-chaltungen geeigneter Feldeffekt-Transistoren mit isolierter Steuerelektrode und gemeinsamem Block;
Fig. 8 eine teils perspektivische, teils quersohnittliche Aneicht einer anderen Ausführungeform des Feldeffekt-Iransistora; und
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Flg. 9 eine teile perspektivische, teils querachnittliohe Ansicht einer Ausfübrungsforia des feldeffekt-Transistora ait ζ*.ei Steuerelektroden und einem einzigen stromführenden Kanal.
Bar in fig. 1 gezeigte .Feldeffekt-Transistor 10 hat einen Block oder K&rper 12 aus Halbleitermaterial. JUIr den entweder einkrletallinen oder poly kr iBt allinen Jiörper 12 kann «an irgendein«« der Is der Transistorherstellung üblichen Halbleitermaterialien verwenden« Beispielsweise kann man den Körper 12 aus nahezu eigenleitendem Silicium, ζ·Β» schwach dotiertes p-Siliciua ait eines spezifischen Widerstand von 100 Ohmxentiaaeter herstellen.
Bei der Herstellung des Bauelementes nach Fig· 1 geht man bo vor, daß aan als erstes stark dotiertes Siliciumdioxid auf die Oberfläche des Siliciumkörpera 12 aufbringt. Daa Silioiumdioxyd 1st mit Verunreinigungen vom η-Typ dotiert. Anschließend wird mit Hilfe des Photoresist- und Säureät«verfahrene oder einer anderen geeigneten Verfahrensweise das Siliciumdioxid in dem Bereloh, wo die Steuerelektrode gebildet werden soll, sowie rund um die Außenränder (gesehen in Fig. 1) des Silioiumaoheibchene entfernt. In denjenigen Bereichen, wo die Quellen- und Abflußelektroden gebildet werden sollen, bleibt das aufgebrachte Siliciumdioxyd unberührt.
Anschließend wird der Körper 12 in einer geeigneten Atmosphäre z.B. in Wasserdampf erhitst, wobei die freiliegenden 311ioiumbereiohe unter Bildung aufgewachsener Siliciumdloxyd-
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schichten (in Pig. 1 durch die hellpunktierten Bereiche engedeutet) oxydieren. Während dieses Erhitzungsvorgangee diffundieren Verunreinigungen aus der aufgebrachten Siliciumdioxydschicht unter Bildung der Quellenzone bzw. der Abflußzone in den Silioiuffikörper 12. In Fig. 2 Bind die -,uellenzone Bit S und die Abfluözone rait D bezeichnet.
Mit Hilfe eines weiteren Photoresist- und aäureäts- oder dgl. Verfahr en a sohrittes wird aodann das aufgebrachte Cilieiusadioxyd über einem Teil der diffundierten quellen- und Abflußzonen entfernt. Durch Aufdampfen eines Leitermaterial mit Hilfe einer -aifdampfma3k· werden .Elektroden fUr die „uelienzone, die Abflußzone und die Steuerzone gebildet. Als aufzudampfendes Leitermaterial kann man Chrom und Gold in der genannten Reihenfolge oder auch andere geeignete Metalle verwenden.
Das fertige Scheibehen ist in Fig. 1 gezeigt, wobei der hellpunktierte Bereich zwischen dem Außemunfang und der ersten dunkleren Zone 14 aufgewachsenes Siliciuadioxyd ist. Der weis« Bereich 16 ist die der Quellenelektrode entsprechende Metallelektrode. Die dunkleren oder stärker punktierten Bereiche 14 und 18 stellen die diffundiert« quellenzone überlagernde Zonen aus aufgebrachtem kiliciumdioxyd dar, während der dunkle Bereich 20 eine die diffundierte Abflußzone überlagernd· Zone aus aufgebrachtem Silioiumdioxyd ist· lie weißen Bereich« 22 und ■teilen die der Steuerelektrode bxw. der Abflußelektrod« entsprechenden metallischen Elektroden dar· Bei des hellpunktierten
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Bereich 28 handelt es eich um die Gteuerzone in Form einer Schicht aus aufgewachsenen Siliciumdioxid, wobei die Steuerelektrode 22 auf einen Teil dieser jcnicht aufgedampft ist.
las Siliciumscbeibohen wird auf einer leitenden Unterlage oder eines Systemtrager 26 montiert, wie in Fig. 2 gezeigt. Der Eingangewiderstand des Bauelementes bei niedrigen Frequenzen liegt in rfer GröBenordnung von 10 Ohm, Die Steuerzone 28, auf der die Steuerelektrode 22 angebracht ist, überlagert eine Inversionsschicht oder einen stromführenden Kanal C, der die Quellenzone und die Abflußzone untereinander verbindet. Die '.steuerelektrode 22 liegt symmetrisch zwischen der Quellenzone S und der Abflußzone D. Gewünschtenfalls kann die Steuerelektrode 22 auch näher bei der Quellenzone angebracht sein und die aufgebrachte Siliclumdioxydschioht 1Θ überlappen.
Die Grenzzonen, die den Siliaiumblockkörper 12 von der Wuellenzone L und der Abflufizone D trennen (siehe Fig. 2) wirken effektiv als gleichrichtende Übergänge oder Sperrschichten, indem sie den Siliciumblock 12 mit der Quellenelektrode 16 bzw. der »bfluBelektrode 24 bo koppeln, deß bei Anlegen einer gegenüber der Quellenelektrode 16 und der Abflußelektrode 24 positiven Vorspannung an den Block die gleichrichtende Sperrschicht leitet, d.h. in der Durchlaß- oder FluQrichtung gespannt ist.
Die beschriebene polung 3er gleichrichtenden Sperrschichten gilt für einen Transistor von der in Fig. 1 und 2 gezeigten
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Art, bei dem der Block öub in Bezug auf die Quellenelektrode und die Abflußelektrode p-leitendem Material besteht. Man kann den Transistor jedoch auch θο herstellen, da 13 der Block aus in Bezug auf die Quellenelektrode unö die Abflußelektrode n~ leitendem Material besteht. Bei derartigen Einrichtungen wären die gleichrichtenden Sperrschichten so gepolt, daß ihre Anodenseite bei der Quellen-? und der Abflußelektrode und ihre Kathodenseite beim Block liegt. Tie in den weiteren Figuren gezeigten Einrichtungen aind von der im Zusammenhang mit Pig. 1 und 2 beschriebenen Art, wobei der Block in Bezug auf die Quellenelektrode und die Abflußelektrode p-leitend ist.
Pig. 1 zeigt dee Schaltaymbol für den in Zusammenhang mit Pig. 1 und 2 beschriebenen Unipolar- oder Feldeffekt-Transistor mit isolierter Steuerelektrode. Eebei sind die Steuerelektrode mit G, :'ie Abflußelektrode mit D, die Quellenelektrode mit S und der Block aus Halbleitermaterial mit S bezeichnet, Debei ist zu beachten, daß die Elektroden D und S je nach der Polarität der zwisoben ihnen angelegten Vorspannung entweder als Abfluß oder als Quelle und umgekehrt arbeiten; d.h. diejenige Elektrode, die gegenüber der anderen Elektrode positiv vorgespannt ist, arbeitet jeweils als Abfluß, während die andere Elektrode ale Quelle arbeitet.
Die Abfluß- und die Quellenelektrode sind durch einen strom· führenden Kanal C untereinander verbunden. Die Majoritäteladungeträger (in vorliegenden Palle Elektronen) fließen in dieser
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dünnen Kanalzone dicht bai der Oberfläche von der Quelle zum Abfluß. Der stromführende Kanal C 1st in Fig. 2 durch gestrichelte Linien angedeutet.
Die im Diagramm nach Fig. 4 gezeigte Kurvenachar 30-39 stellt die Abflußetrom-AbflußaparnungBkennlinien dee Transistors nach Pig. 1 für verschiedene Werte der Steuerelektroden-Quellenspannung dar. Ein Merkmal dee Unipolartransistors mit isolierter Steuerelektrode besteht darin, daß als Nullvorepannungskennlinie irgendeine der Kurven 30-39 festgelegt werden kann. In fig. 4 entspricht die Nullvorspannungskennlinie der Kurve 37* Die Kurven 38 und 39 entsprechen gegenüber der Quelle positiven Steuerelektrodenepannungen, während die Kurven 30-36 gegenüber der Quelle negativen Steuerelektrodenspannungen entsprechen.
Die Lage der Hullvorspannungskurve wird während der Herstellung des Transistors nach Wahl festgelegt, indem «an β.B. die Zeitdauer und/oder die Temperatur des Verfahrensachrittea des Aufwachsen» der Siliciuiadioxydschicht 28 (Pig. 1 und 2) in geeigneter Weise steuert. Je länger und bei je höherer Teaperatur man den Transistor in einer Atmosphäre trookenen Sauerstoffs brennt oder sintert, desto gröSer wird der Abflußatroo für einen gegebenen Abflußepannungswert bei lffullvorspannung •wischen Quelle und Steuerelektrode.
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Fig. 5 zeigt schematisch das Schaltbild einer Verstärkerstufe, die mit einer: Feldeffekt-Transistor 50 mit isolierter Steuerelektrode von der in PIg. 1 und 2 gezeigten Art arbeitet. Der {Transistor 50 hat eine Eingsngs- oder Quellenelektrode 52» eine Ausgangs- oder Abflußelektrode 54» eine gemeinsame oder steuerelektrode 56 und einen Block 56 aus Halbleitermaterial. Die Eingangs- und die Ausgangeelektrode 52 bzw. 54 arbeiten je nach der Polarität der zwischen ihnen liegenden Spannung als Quellen- und AbfluSelektrode· D.h., diejenige Elektrode, die gegenüber der anderen positive Spannung führt, arbeitet jeweils als AbfluSelektrode.
Eine Eingangsoignalquelle 60 in Form eines Signalgenerators 62 mit einem duroh das Widerstandselement 64 angedeuteten Innenwiderstand ist über einen Koppelkondensator 66 zwischen die Eingangeelektrode 52 und einen Punkt festen Potentiale, beispielsweise den Sohaltungsnullpunkt oder Masse gekoppelt. Duroh einen Widerstand 67 wird die Eingangselektrode 52 auf Masse oder Nullpotential bezogen· Die gemeinsame Elektrode 56 ist über einen Widerstand 68 an eine Vorspannungequelle Sj (nioht gezeigt), duroh die der Arbeitepunkt des Transistors eingestellt wird, enge schlossen. Sie gemeinsame Elektrode 56 ist duroh einen Kondensator 70 für die Signalirβquenzen geerdet. Durch diese signalfrequcnzmäOige Erdung der gemeinsamen Elektrode 56 wird die Rückkopplung der Signalfrequenzen über die JSigenkapazität dee JPeIdeffekt-Sransietore 50 zwischen Ausgangs- und Eingangeelektrode Verringert.
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Zwischen dent Block 58 aus Halbleitermaterial und der SIngcngselektroöe 52 einerseits und der Ausgangselektrode 54 andererseits besteht je eine gleichrichtende Sperrschicht 72 bzw. lie beiden ^sperrschichten 72 und 74 sind so gepolt, daß, wenn an den Block eine gegenüber der Eingangselektrode 52 oder der Ausgangselektrode 54 positive Spannung gelegt wird, die Sperrschichten leiten. Die beiden Sperrschichten 72 und 74 haben eine üigenkapazit&t, die Im vorliegenden Pflle einen Rückkopplung*- weg zwischen den Ausgangskreio und dem Eingangskreis aohafft.
Der Block 58 aus Etlbleitermsteriel liegt direkt an Maas·· Tadurch wird die Energieübertragung ewiechen den Auogangakreia und dem Eingangskreis bsw. die Verkopplung dieser Kreise über den Block verringert, und der eigenkapazitive Spannungsteiler (zwiochen Eingänge- und Ausgangeelektrode) wird in swei swiechen die Singangeelektrode bzw. die Auegangeelektrode und Masse geschaltete Kapazitäten umgewandelt.
Zwischen die Eingangeelektrode und die Auegangselektroöe wird über eine Induktivität 76 eine Erreger- oder Betriebespannung V8d aus einer Vorspannungsquelle (nicht gezeigt), beispielsweise einer Batterie gelegt. Zwischen das Signalmäßige Niederspannungsende der Spule 76 und Hasse ißt ein Ableitkondensator 78 geschaltet. Die von der Ausgangselektrode 54 abgenommenen Auagangsslgnsle werden Über einen Drehkondensator 80 auf eins Verbraucherschaltung (nicht ge«eigt) gekoppelt .
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Ια Betrieb würde bei nioht gserdsteai Block 58 normalerweise ein Teil des an der Ausgangselektrode 54 abgenommenen Auegsngssignsls Über das durch die Eigerskapszität der gleichrichtenden Sperrschichten 72 und 74 gebildete kapazitive Spannungsteilernetzwerk rückgekoppelt. I1UrCh die Erdung des Blockes 58 wird Jedoch die Energiekopplung vom Ausgengskreis auf den Eingangskreis verringert, se daß auf diese Weise dit Schaltung stabilisiert wird· Lie Erdung des Blockes hat außerdem zur Folge, daß die gleichrichtenden Sperrschichten 72 und 74 in der Sperrrichtung vorgespannt »erden und dadurch die Eigenkapazität dieser Sperrschichten entsprechend verkleinert wird. Außerdem wird die ligenkapazität durch Bildung zweier getrennter. Wege nach Masse aufgeteilt.
Während der Block 58 im vorliegenden Falle als unmittelbar geerdet oder mit Masse verbunden gezeigt iat, liegt der für die Verringerung der ünergierückkopplung von der Auegangeelektrode auf die JSingangselektrode dee Feldeffekt-Tranaistore 50 wesentliche Gesichtspunkt darin, daß der Block 53 in Bezug auf die Vor* spannung sowohl der iiingengaelektrode 52 eis auch der Ausgangeelektrode 54 gleichstrommäßig in der Verrichtung gespannt und wechseletroaimäßig auf Bezugs- oder Nullpotential liegt. Beispielsweise kann der Block 53 auoh an ein Spannungsteilernetawtrk in Form zweier »wischen die Betriebsspa&nungequelle V0^ und Masse geeohalteter Widerstand· angeschlossen und wechaelatronaäüig Über einen paralltl Bit einem der üpannungsteiltrwider-
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stände an Manse angeschlossenen Kondensator mit für die Slgnalniedriger Impedanz geerdet aein.
wäre der xilook öö ohne Anschluß, so würde eine Signalveraerrung auftreten. Beispielsweise würde die gleichriontende operrschicht 72 bei genügend kräftigen negativen Signalausschwingamplltuden zu leiten beginnen, was eine ßignalabschneidung oder -abkappung sur folge haben würde. Bine derartige ..ignalabkappung wird durch Anschließen des Blockes 58 an einen Punkt festen oder Bezugspotentiela in der zuvor beschriebenen ν*eise verhindert.
Fig. 6 xeigt echematisch das Schaltbild eines Verstärkers mit sw ei Feldeffekt-Transistoren 90 und 92 von der in i'ig. 1 und 2 gezeigten Art. tie beiden Feldeffekt-Transistoren 90 und 92 liegen mit ihren Quelle-Abflußatreoken 94 und 96 in Reihe, indem die AbfluSelektrode 100 des Transistors 92 mit der Quellenelektrode 102 des Transistors 90 verbunden und die Quellenelektrode 98 an einen Punkt mit Bezugspotential eingeschlossen, d.h. ist vorliegenden Felle geerdet ist.
lie Eingangssignale gelangen von einer ^ignalquelle (nicht gezeigt) über einen Koppelkondeneator 104 zur Steuerelektrode 106 dee faldeffekt-Tranelatore 92. Die Auagangeaignale «erden von der Abflußelektrode 108 des Feldeffekt-Transistor» 90 abgenommen und über einen Drehkondensator 110 einer Verbrsuchersohaltung (nioht gezeigt) zugeleitet. Zwischen die AbfluS-
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elektrode 108 dea Transistor» 90 und die Quellenelektrode 98 dee Transietore 92 wird über eine Spule 111 eine Gleichspannung aus einer Betriebespannungsquelle Vfl(3 (nloht gezeigt), beispielsweise einer Batterie gelegt. Ein Kondensator 112 schließt die Betriebaspannungsquelle V0^ aignalfrequenzmäßig kurz. Sie Steuerelektroden 118 und 106 der Tranaistoren 90 bzw. 92 werden gegenüber den Quellenelektroden 102 bzw. 98 aua Vorspannungaquellen E1 biw· £2 über Wideratände 114 bzw. 116 vorgespannt. Sie Steuerelektrode 118 des Tranaistors 90 iat mittela eines Kondensators 120 für Signalfrequenzen geerdet.
Zwisohen dea Halbleiterblook 126 des Peldaffekt-Tranaiatora 90 und der Abflußelektrode 108 und der Quellenelektrode 102 beatehen gleiohrlohtende Sperrschichten 122 bzw. 124. Ebenso bestehen auch zwiachen den Halbleiterblook 132 und der Quellenelektrode 100 sowie der Abflußelektrode 98 dea Feldeffekt-Tranaistors 92 zwei gleichrichtende Sperrschichten 128 bzw. 130. Die Sperrschichten 122, 126, 128 und 130 sind ao gepolt, daß ihre Anoden Jeweils auf der Seite dea Blookea 126 bzw. 132 liegen.
Duroh die Erdung der Blöcke 126 und 132 werden jeweils die Auagangaelektroden von den Singangeelektroden isoliert und daduroh die Verstärkerschaltung atabiliaiert. Die Eingangs·tufe dea Veratärkera (mit dem feldeffekt-Trenaietor 92 als aktivem Element) wird duroh die duroh dan niedrigen Bingangawideratand
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der Ausgangsstufe (alt dta Feldeffekt-Transistor 90 als aktives Element) bedingte Belastung stabilisiert. Per Eingangswiderstand der Stufe mit Steuerelektrode als gemeinsamer Elektrode 1st deshalb niedrig, well er duroh den Widerstand der Wuellen-Abflußstreoke gebildet wird, der nur in der Größenordnung von einigen hundert 0ha, gegenüber des hohen Eingangawiderstand (10 Ohm) der Anordnung alt Quellenelektrode als gemeinsamer Elektrode, beträgt.
Die Ausgangsstufe dee Verstärkers wird mittels des Kondensators 120 stabilisiert, der die steuerelektrode 118 wecheelatrommäßig erdet, so daß die Ausgangeelektrode 108 von der Eingangselektrode 102 isoliert und daduroh die Kopplung von Energie swisohen der Steuerelektrode und der Ausgangselektrode bzw. der Eingangselektrode Über die Eigenkapazität verringert wird. Allerdings wird duroh die Eigenkapazität der gleichrichtenden Sperreohiohten 122 und 124 ein weiterer HUokkopplungsweg, der Instabilitäten verursacht, gebildet. Tie Energierückkopplung über die gleichrichtenden Sperreohiohten wird durch die Erdung des Halbleiterblookes 126 unter Bildung einer wirksamen Abschirmung swiechen der Auegangselektrode 108 und der Eingangselektrode 106 verringert. Durch die Erdung der Blöcke 126 und 1!>2 wird außerdem die Kapazität der gleichrichtenden Sperrschichten 122, 124» 128 und 130 verringert, da die·· Sperreohiohten auf dies· Weis· ic der Sperrichtung vorgespannt werden.
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Litße nan dl« Blöcke 126 und 132 unangeschlossen, eo würdt sich eine Verzerrung dee Auegangssignale ergeben* renn be!spieleweise das an der .tuellenelektrode 102 erscheinende Signal Bit gegenüber der Spannung am Block 126 negativer Amplitude aueschwingt, würde in diesem falle die gleichrichtende Sperrschicht 124 leitend, was eine Gleichrichtung dee Signale zur PoIge haben würde· In entsprechender Weieβ würde die Sperrschicht 128 eine Gleichrichtung oder Abkappung der Signale bewirken. Der Grund hierfür ist, daß der Block 132 über den Sperrwiderstand der gleichrichtenden Sperrschicht 128 das mittlere positive Potential der Abflußelektrode 100 enzunehmen bestrebt ist. Wenn daher die Spannung am Abfluß 100 mit ihrer Amplitude genügend weit in der negativen Richtung aueschwingt, leitet die Sperrschicht 128, so daß eine Signelbe scheidung oder Abkappung eintritt.
Durch Erdung beider Blöcke 126 und 132 werden dl« gleichrichtenden Sperrschichten gesperrt (in der 3 per richtung gespannt) gehalten, so dafi eine Verserrung des Ausgangssignale vermieden wird. Gewünschtenfallß kann man die Schaltung naoh Fig. 6 so abwandeln, daß der Feldeffekt-Transistor 90 mit Nu11vorspannung arbeitet, indem man den Widerstand 114 swleohen die Steuerelektrode 118 und die Quellenelektrode 102 schaltet.
Die Steuerelektrode 106 kann je nach des Eigenschaften des ieldeffekt-Traneietore 92 positiv oder negativ gegenüber der Quellenelektrode 98 vorgespannt werden.
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fig. 7 μigt teil« perspektivisch, teils la Sohnitt ein integriertes Ealbleiter-Baueleaent mit swei feldeffekt-Transistoren mit gemeinsames Block. De· integrierte Baueleaent be· steht sus eine» Körper 140 «us Bslblelteraaterisl, auf de« swei Steuerelektroden 144 und 146 angebracht sind. Die Steuerelektroden 144 und 146 sind το« Block durch Sohlohten sue aufgewaohssnea Sllioiuadloaqrd isoliert, die eins Inversionsschicht oder einen stromführenden Kanal G überlagern, der die duroh Bindiffundieren von dotierte« SiIIolumdioxyd in der is Zusammenhang ■it flg. 1 und 2 erläuterten leise gebildeten Quellen- und AbfluBsonen 8 und I untereinander verbindet· Bin fell der diffundierten Quellen- und «bfluSsonen S und Ό werden in der ebenfalls bereits erläuterten leise von sufgebrsohtea siliciumdioxid überlagert. Sie Quellenelektroden werden duroh die leitendes Elektroden 148 und 152, die AbfluSelektroden duroh die leitenden Elektroden 150 und 154 gebildet. Bin Leiter 156 verbindet die Abflu8elektrode 150 alt dar Quellenelektrode 152» so daf die Quellen-Abfluistroawege der beiden feldeffekt-Irsnsistoren in Reihe geaohaltet sind.
Bas Bauelement nsoh ?ig· 7 kann eingekapaelt oder verpackt werden, ao dafl aan einen Sechspol-feldeffekttranaiator erhält, den aan ala einsiges sktives Element eines Ksskodenverstärkers von der in flg. 6 geseigten Art verwenden kann. Der Halbleiterblook 140 lat auf einer leitenden Unterlage oder elnea Syatea-
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trägtr 142 montiert· Dtr Systeatragtr 142 kann en «inen Punkt fester Vorspannung angeschlossen werden, im den Blook gleichttrowBfteig In Beaug auf die Betriebsspannung der Quelle»- und Abfludelektroden in der Sperriohtung gespannt su halten. Dadurob wird die gewünschte Isolation swiaohen des itusgangskreis und den Eingangskreis des Verstärkers aowl· eine weohselstromsignalmttilge lullung ersielt, so dad die Schaltung ohne SIgnalverserrung arbeitet.
Um daa integrierte Bauelement naoh FIg· ? la Kaskodenveratttrkereobaltung su betreiben, werden swiaonen die Steuerelektrode 144 und die Quellenelektrode 148, die geerdet ist, Eingangssignale gelegt· Die Ausgangsaignale werden τοπ der Abfluflelektrode 154 abgenommen. Die Steuerelektrode 146 ist Über einen Kondensator geerdet, us die Abflußelektrode 154 τοη der Quellenelektrode 152 in der bereits erklärten leise «u isolieren· Der SysteatrKger 142 iat geerdet, um den Blook 140 gegenüber den Abflußelektroden 150 und 154 und der Quellenelektrode 152 gleiohatrowtäSig in der Sperriobtung Yorsuapannen« 2wiechen die Abfluflelektrode 154 und die Quellenelektrode 148 wird eine Betriebsspannung gelegt, und an die Steuerelektroden 144 und 146 ist eine Vorspann»ohaltung angekoppelt, ua den Arbeitspunkt des integrierten Bauelementes einsustellen. Pie Buobstaben a, b, o, d, e und f in flg. 6 und 7 beseioiinen diejenigen Elektroden der Einrichtung naob Fig. 7, die den rerschiedenen Elektroden der (Transistoren 50 und 52 in Fig. 6 entspreonen.
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Ändert Ausführungsforaen einte Feldeffekttransistors, die erflndungsgeaäS angewendet werden können, sind in fig· 8 und 9 geseigt. Fig. θ eeigt einen feldeffekt-transistor ait isolierter Steuerelektrode, der eine Quellenelektrode 160, eine Abflußelekejtrode 162, Steuerelektroden 164 und 166 sowie eine in Btzug auf die Quellenelektrode 160 ala Abfluß und in Berug auf die AbfluBelektrode 162 als Quelle arbeitende Zwischenelektrode 168 aufweist. Daβ Bauelement neon Fig. 8 kann eingekapselt sein, üb Anschlüsse an die verschiedenen Elektroden einsohl, des geaeineaaen Blockes 170 ansubringeB, eo daß die Einrichtung für den Betrieb als Xaskodenverstärker geschaltet werden kann.
Die Quellenelektrode 160 und die Abflußelektrode 162 entsprechen der Quellenelektrode 148 bsw. der Abflußelektrode 154 des Bauelementes nach Fig. 7. Die Eingangaaignale werden der Steuerelektrode 164 sugeleitet. Die Elektrode 168 hat eine An-SOhIuSkISnSS, so dsJ die steuerelektrode 166 gleichstroaaäBig auf dia Elektrode 168 besogen und dadurch die Ausgangsstufe mit lullvorspannung betrieben werden kann. Die Elektroden der einrichtung nach Flg. 8 sind sue&teilch mit den Kleinbuchstaben s, b, c, d, e und f versehen, um su seigtn, wie die Einrichtung als Kaekodenverstärker ähnlich wie In fig. 6 gescheitet «erden kann.
Fig. 9 seigt einen Feldeffekt-Transistor ait isolierter Steuerelektrode, der swei Steuerelektroden 172 und 174 aufweist,
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die einen eineigen, die Quelleneone S »tit der Abfluß zone B verbindenden stromführenden Kanal C steuern. Die Quellenelektrode 176 und die Abflußelektrode 178 entsprechen der Quellensone S bis*, der *>bfluSsone £.
Das in Fig. 9 gezeigte Bauelement hat einen einzigen Block 180, so daß aan für den Betrieb als Kaskodenverstärker nur einen einzigen Masseanschluß vorsieht. J)Ie Eingangeaignalenergie kann der Steuerelektrode 172 eugeleitet werden. Sie Steuerelektrode 174 ist auf ein Potential «wischen des der Quellenelektrode 176 und dem der Abflußelektrode 178 vorgespannt. Wenn die Einrichtung nach Fig. 9 für den Betrieb ala Kaekodenteratärker geschaltet 1st, kann sie ale mit einer virtuellen, der Abflußelektrcde des Eingansstransistorteile und der Quellenelektrode dea iusgangstrnnaistorteile entapre* ohenaen 2wiachenelektrode arbeitend aufgefaßt werden. Entsprechend kann die Qleiohatrooivorspannung an der Steuerelektrode 174 als auf die virtuelle Elektrode bezogen aufgefaßt werden.
Pie Einrichtung nach fig. 9 kann ebenfalls als Kaskodenverstärker ähnlich wie in Pig. 6 geschaltet sein. Auch in J1Ig. 9 alnd die Quellen-, Steuer- und Abflußelektroden susätslioh ifii-5 dta Kleinbuohetaben a, b, d, β und f bezeichnet, um SU zeigen, wie die Einrichtung in einem iCaükod en verstärker nach l?lg. 6 su schalten ist.
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Zu beaohten 1st, daß 3ie in Flg. 7» S und 9 gezeigten ield-•ffekt-TransiBtoren mit isolierter Steuerelektrode, im Gegen» setz KU 3em in fig. 1 gezeigtes Transistor, nicht eine rund· oder konzentrische Elektrodenanordnung heben. Vielmehr yer~ laufen die Quellenelektroden, Steuerelektroden und Abfluflelektroden jeweils in einem Winkel aue der Zeiohenebene htraus. Wie bereite erklärt, hat der in fig. 2 gezeigte Transietor ein· einsige Ibflußelektrode 24· eine einsige Steuerelektrode 22 und eint eimige Quellenelektrode 16. Xm degensata hierau hat der TrenBistor nach Flg. 7 zwei Abflußelektroden 150 und 154t sw·! Quellenelektroden 148 und 152 und swei Steuerelektrode 144 und 146. Entapreohend sind auch die Feldeffekt-Transistoren naoh Tig» 8 und 9 planar atatt rund ausgebildet.
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Claims (1)

  1. U37435
    - 22 Patentansprüche
    1.))signalverstärkerschaltung mit einem Feldeffekt-Transistor Bit auf einen Block aus Halbleitermaterial angebrachter Quellen-, Abfluß- und vom Block isolierter Steuerelektrode, der als aktives Element dar Schaltung so geschaltet ist, daß von den drei Elektroden die eine als Eingangselektrode, eine zweite als Auegangeelektrode und die dritte ala gemeinsame Elektrode arbeitet, dadurch gekennzeichnet, daß eine SohaltungeeiEi?iohti2£3g vorgeethes ist, die für den Verstärker einen funkt festen, auf die gemeinsame Elektrode bezogene» Potentials schafft, und dafl der Blook an diesen Punkt festen Potentials angeschlossen ist.
    2.) Verstärkerschaltung naoh Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß als Singengeelektrode die Steuerelektrode oder die Quellenelektrode mit Beeugepotential und als Ausgangeelektrode die Abflußelektrode dient.
    3.) Verstärkerschaltung naoh Anspruch 1, daduroh gekennzeichnet, daß eine Betriebsspannungsquelle und mit der Steuerelektrode, der Quellenelektrode und der Abflußelektrode verbundene Eingangs-, Ausgange- und gemeinsame Klemmen vorgesehen sind, und daß der Blook mit diesen Schaltungselement en so gekoppelt ist, daß er signalfrequencaäBig im wesentlichen das Potential der gemeinsamen Klemme und gleioh-
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    epamiunge»äßig ein vom Potential der gemeinsamen Klemme abweichendes Potential führt.
    4·) Vorstärkeraohaltuug nach Anspruch 3» dadurch g e kenneeichnet , daß der ilock. auf einem solchen öle ick spannung üviert g thai ten wird, daß er gegenüber der Quellenelektrode und der Abfluflolekuroda in der aperriohtung vorgespannt wird.
    5.) Verstärkerschaltung nach Anspruch 3 oder 4f dadurch gekennzeichnet! daß die Gleiohapannungadifferens «wischen de» Block und der gemeinsamen Xlesuae null ToIt beträgt.
    6·) Verstärkerschaltung nach eines der Torhergehenden Ansprüche» dadurch gekennzeichnet, daß der Feldeffekt-Transistor eine snlachen den Blook und entweder die gemeinsaae Elektrode oder die Eingangaelektrode gekoppelte gleichrichtende Sperrschicht und sine «wieoben den Blook und die Ausgangselektrode gekoppelte gleichrichtende Sperrschicht aufweist, und daS sur Stabilisierung der schaltung der Blook und die geaslnssae Elektrode duroh sine Schaltungseinriohtung untereinander verbunden sind, so dsS dis iingangeelektrode und dls Ausgangselektrofle Toneinander isoliert werden.
    7.) Verstärkerschaltung nach Anspruch 3» 4 oder 5, dadurol gekennseiohnet , defl ein Signaleingangskrsie iwieohen die Quellsnelektrode und einen Punkt festen Potentials
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    und ferner ein Signalausgangskreis zwischen die Abflußelektrode und des Punkt festen Potentiale geschaltet sind, und daß eine Koppeleinrichtung mit einem für ßignalf'requenaen niedrigen Widerstand die Steuerelektrode sowie die Blockelektrode nit des Punkt feeten Potentials verbindet·
    8») Verstärkerschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen ersten und einen «weiten Feldeffekt-Transistor mit jeweils auf einem einzigen gemeinsamen Block aus Halbleitermaterial angebrachter Quellen- und Abflußelektrode und Tom Block isolierter Steuerelektrode) wobei die Quellenelektrode und die Abflufielektrode δ9ϊ beiden !Transistoren jeweils Über eine gleichrichtende sperrschicht effektiv mit dem B?.ock gekoppelt sind» die so gepolt ist, daß sie bei Anlegen einer in BeKUg auf die betreffende Quellen- oder Abflußelektrode positiven Spannung leitetι wobei die Quelien-Abfluflstromwege der beiden Transistoren in Kein· liegen und an öieae Reihenschaltung der beiden Quellen-Abfluistroawege eine Vorspannung gelegt wird ι wobei ferner die beiden ti teuer elektroden eine vorbestimmte Vorspannung erhalten und die Steuerelektrode des ersten !Transistors kapazitiv mit der vueilenelektrode des zweites Iransietors gekoppelt ist derart, da3 die steuerelektrode des ersten Tranaistora wachseistroaaäßig auf Bezugspotential gelegt wird j wobei ferner ämr Eingangskreis des Verstärkers «wischen die Steuerelektrode und die Quellenelektrode des «weiten transistors geschaltet und der Ausgangskreis mit der Ab-
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    flußelektrode dee ersten Treneistore gekoppelt iatj und wobei der geaieiDsaue Block eue Halbleitermeterial über eine Einrichtung sit der Quellenelektrode des zweiten Transistor* gekoppelt ißt, uns die Bückkopplung von Energie von Auegangskreie euf den
    Eirifinngekreie zu verhindern.
    9,J Verstärkerschaltung nach Anapruoh 1, dadurch gekennzeichnet , daß der Feldeffekt-Transistor auf eines Block aus Halbleitermaterial eine erste, eine »weite und eine dritte Elektrode sowie zwei vors Block isolierte Steuer» elektroden aufweist, wobei die er»te, die zweite und die dritte Elektrode effektiv alt des Block über eine gleiohriohtend« Sperrschicht gekoppelt sind, die eo gepolt ist, daß aie bei Anlegen einer gegenüber der betreffenden Elektrode poeitiven Spannung leitet} wobei ferner die aweite Elektrode effektiv ale Quellen- und Abflußelektrode in Bezug auf die erste b«w. dl« dritte Elektrode arbeitet; wobei ferner zwischen die zweite Elektrode und die eine der Steuerelektroden ein Widerstand geschaltet und die andere Elektrode in Bezug auf die dritte Elektrode in der flußriohtung vorgeapannt iat; wobei ferner dit eine Steuerelektrode kapazitiv sit einen funkt festen Potentials gekoppelt ist ι wobei ferner der Bingangskreie des Verstärkers zwisohen die andere Steuerelektrode und dan Funkt festen Potentials und der Ausgangskreis des Terstärkers zwisohen die erste Elektrode und des Punkt festen Potentials gekoppelt sind ι
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    und wobei die dritte Elektrode und der Block aua Halbleitermaterial mit dem Punkt festen Potentials gekoppelt sind derart» daß die BUckkopplung von Energie von öex ersten Elektrode auf die zweite Elektrode verhindert wird.
    10.) Verstärkerschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daS der Eingangskreis zwiaohen die steuerelektrode und die Quell er: elektrode dee ersten ieldeffekt-Transistors und der Auegangakreia zwischen die Abflußelektrode dee zweitem Peldeffekt-fretisistors und die Quellenelektrode des ersten Feldeffekttransistors geschaltet sind} daß die Steerelektrode des «weiten Translators über eine ächaltungaeinriohtung mit bei Signalfrequensen niedrigem Widerstand alt der Quellenelektrode des ersten Transistors gekoppelt ist} und daß der Block des ersten und des «weiten Translators Über eine Einrichtung mit bei Signalfrequensen niedrigen Widerstand mit der Quellenelektrode des eraten Transistors gekoppelt ist.
    11.) Verstärkerschaltung nach eines der vorhergehenden Anspruch·, dadurch gekennzeichnet, daß ein FeIdeffekt-Tranaietoraltment mit auf einen Block aua Halbleitermaterial angebrachter Quellen-, Abfluß- und gernelaaaaer Quellen-Abfluß-Slektrode sowie zwei von Block isolierte» Steuerelektrode» als Kaakodenvtrstärker geschaltet lat, wobal swlsohen dl· Abflußelektrodo und die Quellenelektrode eine Betriebaspannungaquelle gesohaltet ist, wobei ferner der Signaleingangekreis
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    ■ - 27 -
    twlschen alt eine der Steuerelektroden und sie Quelle»elektrode tan(I der Signalausgangekreie Bwischen die Quellenelektrode und die Abflußelektrofle geschaltet let» und wobei der Block »us Halbleitermaterial alt der Quellenelektrode gekoppelt ist derart, daS der SInSaHgSkTeIr τον Auagengskreie isoliert wird.
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Free format text: CARLSON, DAVID JOHN, INDIANAPOLIS, IND., US THERIAULT, GERALD EARL, HOPEWELL, N.J., US

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