DE2266041C2

DE2266041C2 -

Info

Publication number: DE2266041C2
Application number: DE2266041A
Authority: DE
Inventors: Cornelis Maria Hart; Arie Eindhoven Nl Slob
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1971-05-22
Filing date: 1972-05-19
Publication date: 1992-03-12
Anticipated expiration: 1992-05-20
Also published as: US4714842A; JPS5638855A; JPS5638857A; YU135572A; ES403026A1; US4078208A; IE37694L; JPS604594B2; JPS568867A; SE382137B; US4056810A; JPS5638859A; JPS5712302B2; ATA439572A; DE2266040C2; JPS5719582B2; BR7203222D0; JPS5638858A; AU474945B2; NO135614C

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung ent sprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Eine integrierte Schaltung dieser Art ist bereits in dem älteren deutschen Patent 20 21 824 vorgeschlagen worden.

Aus IBM Technical Disclosure Bulletin 13. März 1971, Bd. 10, 2953 ist eine integrierte Schaltung bekannt, in der ein vertikaler pnp-Transistor als Strominjektor dient. Der Emitter dieses pnp-Transistors wird durch eine hochdotier te p-leitende vergrabene Schicht gebildet, die in einem niedrig dotierten p-leitenden Substrat angebracht ist. Die Basis wird gebildet durch eine hochdotierte n-leitende Schicht die auf dem Substrat angebracht ist und der Kollektor ist eine p-leitende Oberflächenzone, die gleich zeitig die Basiszone eines vertikalen npn-Transistors bil det. In der p-leitenden Oberflächenzone ist eine n-leiten de Oberflächenzone angebracht, die den Kollektor des npn- Transistors bildet. Die genannte n-leitende Schicht bildet gleichzeitig einen für eine Anzahl von diesen npn-Transi storen gemeinsamen Emitter. Die Basen der npn-Transistoren sind einzustellende Zonen, die mit Hilfe der vertikalen pnp-Transistoren mit Einstellstrom versorgt werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Schaltung der vorgeschlagenen Art so auszugestalten, daß sie besser den Erfordernissen der darin realisierten Schaltungen hinsichtlich Strombedarf, Arbeitsgeschwindig keit und insbesondere Freiheit von parasitären Effekten angepaßt werden kann.

Der Erfindung liegt unter anderem die Erkenntnis zugrunde, daß die Einstellströme an einzustellenden Zonen oft über einen die betreffende Zone begrenzenden PN-Übergang zuge führt werden, der durch das Zuführen des Einstellstroms in Vorwärtsrichtung polarisiert wird. Dadurch geht ein Teil des zugeführten Stromes verloren, da Ladungsträger von der Zone über den genannten PN-Übergang in die angrenzende Zo ne des Schaltelementes und/oder des Strominjektors inji ziert werden.

In Anwendung dieser Erkenntnis wird die genannte Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs ge nannten Merkmale gelöst.

Eine weitere Lösung dieser Aufgabe für eine integrierte Schaltung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 2 genann ten Art ergibt sich aus den Merkmalen des kennzeichnenden Teils dieses Anspruches.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der Erfindung wird davon Gebrauch gemacht, daß das Zu führen von Einstellstrom im wesentlichen örtlich, über le diglich einen Teil des PN-Überganges stattfindet und die Stromverluste durch Injektion von den einzustellenden Zo nen aus dem entgegen über den gesamten in Vorwärtsrichtung polarisierten PN-Übergang auftreten. Die Trenngebiete sind so angebracht, daß sie die Zufuhr von Einstellstrom durch den Strominjektor nicht hindern und an Teilen der Begren zung der einzustellenden Zone, die für das Arbeiten des Strominjektors von geringerer Bedeutung sind, dem Auftre ten von Stromverlusten entgegentreten. Dadurch wird die Effektivität der Stromzufuhr verbessert und so die Ver lustleistung der integrierten Schaltung verringert.

Darüberhinaus vermindern die Trenngebiete die Möglichkeit, daß von den einzustellenden Zonen injizierte Ladungsträger durch benachbarte Schaltelemente aufgenommen werden; es wird somit verhindert, daß diese Schaltelemente auf unge wünschte und kontrollierte Weise zusätzlichen Einstell strom empfangen.

Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeich nungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrie ben. Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Draufsicht auf einen Teil einer ersten Ausführungsform der integrierten Schaltung nach der Erfindung,

Fig. 2 schematisch einen Querschnitt durch die Ausfüh rungsform nach Fig. 1 längs der Linie II-II der Fig. 1,

Fig. 3 ein elektrisches Schaltbild der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2,

Fig. 4 ein Schaltbild einer Torschaltung,

Fig. 5 schematisch einen Querschnitt durch die Ausfüh rungsform nach den Fig. 1 und 2 längs der Linie V-V der Fig. 1,

Fig. 6 schematisch einen Querschnitt durch einen Teil ei ner zweiten Ausführungsform der integrierten Schaltung nach der Erfindung,

Fig. 7 einen schematischen Querschnitt durch einen Teil einer dritten Ausführungsform der integrierten Schaltung nach der Erfindung,

Fig. 8 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 7 mit Schottky-Kontakten,

Fig. 9 ein Schaltbild einer vierten Ausführungsform der integrierten Schaltung nach der Erfindung,

Fig. 10 schematisch einen Querschnitt durch denjenigen Teil der vierten Ausführungsform, von dem das zugehörige Schaltbild in Fig. 9 dargestellt ist.

Bei der vorliegenden Erfindung spielt der Gebrauch von Strominjektoren zum Zuführen von Einstellstrom an Schalt elementen, insbesondere an Transistoren, eine besondere Rolle. Um die Möglichkeiten des Gebrauchs von Strominjek toren, ihren Aufbau und ihre Arbeitsweise zu verdeut lichen, werden im folgenden einige Beispiele von inte grierten Schaltungen mit Strominjektoren beschrieben. Darunter ist ein Ausführungsbeispiel einer integrierten Schaltung nach der Erfindung. Die Erfindung läßt sich aber durch einfache Anpassung auch bei den anderen Beispielen anwenden.

Auch sei darauf hingewiesen, daß Strominjektoren mehr als drei Schichten haben können. In diesem Fall wird die oben genannte Dreischichtenstruktur des Strominjektors durch die letzten drei Schichten einer solchen Mehrschichten struktur gebildet.

Deutlichkeitshalber sei noch darauf hingewiesen, daß unter Einstellstrom alle Ströme verstanden werden, die Schalt elementen zu ihrer Gleichstromeinstellung zugeführt wer den. Eine Anzahl dieser Ströme, meistens die Ströme die über die Hauptelektroden, d. h. den Emitter und den Kollek tor eines Transistors, durch den Hauptstromweg des be treffenden Schaltelementes fließen, führen dabei auch Energie zu, die für die Signalverstärkung - das Verhältnis zwischen den Energien des Eingangs- und des Ausgangs signals - verwendet werden kann.

Mit der Bezeichnung "Speiseleitungen" werden hier Leitun gen bezeichnet, die zum Zuführen der genannten Einstell ströme dienen.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Teil einer ersten Ausführungsform der integrierten Schaltung nach der Erfindung. Diese integrierte Schaltung enthält mehrere Schaltungselemente, in diesem Falle Transistoren, deren Basiszonen mit den Bezugsziffern 1 bis 10 bezeichnet sind. Diese Transistoren sind nebeneinander auf einer Seite eines diesen Schaltungselementen gemeinsamen Körpers 12 angebracht. Der Körper 12 besteht größtenteils aus Halbleitermaterial und weist auf der Seite der Halbleiteroberfläche 11 eine Isolierschicht 13 auf, auf der sich ein auf dieser Seite des Körpers 12 vorhandenes Muster von Leiterbahnen 14 erstreckt. Die Leiterbahnen 14 sind durch Öffnungen in der Isolierschicht 13, die in Fig. 1 mit gestrichelten Linien angedeutet sind, mit den in diesen Öffnungen an die Halbleiteroberfläche tretenden Teilen der Schaltungselemente verbunden. Diese Bahnen 14 dienen auf diese Weise als elektrische Anschlüsse der Transistoren.

Der Körper 12 ist ferner mit in Fig. 1 schematisch angege benen Anschlüssen 15 und 16 zum Anschließen der positiven und der negativen Klemme einer Quelle 17 versehen, welche Quelle einem oder mehreren der Schaltungselemente Ein stellstrom zuführt. Der Körper 12 ist mit einem Stromin jektor versehen, der durch eine Mehrschichtenstruktur mit in diesem Falle drei aufeinanderfolgenden, durch gleich richtende Übergänge 18 und 19 voneinander getrennten Schichten 20, 21 und 5 gebildet wird. Die erste oder inji zierende Schicht 20 ist durch mindestens einen gleichrich tenden Übergang, den Übergang 18, von den einzustellenden Schaltungselementen getrennt. Die zweite oder Zwischen schicht 21 des Strominjektors ist eine Halbleiterschicht, die mit der ersten und der dritten Schicht 20 bzw. 5 die gleichrichtenden Übergänge 18 bzw. 19 bildet. Die injizie rende Schicht 20 weist einen Anschluß 15 für die eine Klemme der Quelle 17 auf, während die Zwischenschicht 21 einen Anschluß 16 für die andere Klemme der Quelle 17 auf weist. Mit Hilfe dieser Quelle 17 wird der gleichrichtende Übergang 18 zwischen der injizierenden Schicht 20 und der Zwischenschicht 21 in der Durchlaßrichtung polarisiert, wobei Ladungsträger aus der injizierenden Schicht 20 in die Zwischenschicht 20 injiziert werden, die von der an die Zwischenschicht 21 grenzenden Schicht 5 des Stromin jektors gesammelt werden.

Die dritte Schicht des Strominjektors bildet zugleich die einzustellende Basiszone eines der Transistoren, und zwar des Dreischichtentransistors 33, 5, 21. Diese einzustel lende Basiszone 5 ist durch mindestens zwei gleichrichten de Übergänge, und zwar die PN-Übergänge 18 und 19, von der injizierenden Schicht 20 und somit auch von dem mit dieser verbundenen Quellenanschluß 15 getrennt und saugt über den die dritte Zone 5 begrenzenden Übergang 19 Ladungsträger aus der Zwischenschicht 21 des Strominjektors ab, die den gewünschten Einstellstrom liefern. Dabei ist diese Zone 5 weiter mit einer der Bahnen 14 des Leitungsmusters verbun den, über welche Verbindung z. B. elektrische Signale zu und/oder abgeführt werden können.

In der vorliegenden Ausführungsform werden die Einstell ströme der übrigen Basiszonen 1-4 und 6-10 auf entspre chende Weise mit Hilfe der injizierenden Schicht 20 und der Zwischenschicht 21 zugeführt. So bilden z. B. die Schichten 20, 21 und 10 einen Strominjektor zum Zuführen von Einstellstrom zu der Basiszone 10 eines Dreischichten transistors 36, 10, 21. Auch diese einzustellende Zone 10 ist durch zwei gleichrichtende Übergänge, und zwar die Übergänge 38 und 18, von der injizierenden Schicht 20 und dem mit dieser verbundenen einen Quellenanschluß 15 ge trennt. Ferner kollektiert diese Zone 10 Ladungsträger aus der Zwischenschicht 21 des Strominjektors über den Über gang 38, wobei die Zwischenschicht 21 zugleich eine Zone des Schaltungselements, in diesem Falle eine der äußeren Zonen des Dreischichtentransistors, bildet.

Die einzustellende Basiszone 10 des Transistors 36, 10, 21 ist mit einem weiteren Dreischichtentransistor 37, 10, 21 verbunden. Diese Verbindung ist im Inneren des Körpers 12 dadurch hergestellt, daß die Zone 10 eine den beiden Tran sistoren gemeinsame Basiszone bildet. Außerdem ist die Ba siszone 10 noch mit einer der Leiterbahnen 14 verbunden, welche Leiterbahn u. a. von der Basiszone 10 zu dem Drei schichtentransistor 33, 5, 21 führt.

Die injizierende Schicht 20 ist eine Halbleiterschicht von dem gleichen einen Leitfähigkeitstyp wie die Schichten 1-10, die je eine dritte oder sammelnde Schicht des Strom injektors bilden. Diese Schichten 1-10 und 20 erstrecken sich nebeneinander von der einen Seite des Körpers, auf der sich das Leiterbahnenmuster befindet, her in demselben Gebiet 21 vom anderen Leitfähigkeitstyp und sind in dem Körper 12 von diesem Gebiet 21 umgeben. Die einzustellen den Zonen 1-10 empfangen ihre Einstellströme durch Samm lung von Ladungsträgern aus dem Gebiet 21, die aus einer auf der erwähnten Seite liegenden Schicht des Strominjek tors, und zwar der injizierenden Schicht 20, über den gleichrichtenden Übergang 18 in das Gebiet 21 injiziert sind.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Teil der integrierten Schaltung nach der Erfindung bildet ein Meister-Sklave- Flip-flop nach dem elektrischen Schaltbild in Fig. 3. Die ses Flip-flop enthält 16 Transistoren T₂₂-T₃₇, die über acht Nicht-Oder-Gatter mit je zwei Eingängen verteilt sind. Die Kollektoren dieser Transistoren T₂₂-T₃₇ sind in den Fig. 1 und 2 mit den entsprechenden Bezugsziffern 22-37 bezeichnet. Die Basiszonen dieser Transistoren sind die Zonen 1-10, wobei die Zonen 1, 3, 4, 6, 7 und 10 je eine zwei Transistoren gemeinsame Basiszone bilden. Die Emitter der Transistoren sind alle miteinander verbunden. Sie wer den durch die gemeinsame Emitterzone 21 gebildet, die zu gleich die Zwischenschicht des Strominjektors bildet. Der Strominjektor mit seinen kollektierenden einzustellenden Zonen 1-10 ist in Fig. 3 schematisch mit 10 Stromquellen I angegeben. Das Schaltbild nach Fig. 3 zeigt weiter einen elektrischen Eingang IN, einen elektrischen Ausgang Q und Taktimpulsanschlüsse CPM und CPS für den Meister bzw. den Sklaven, wobei die entsprechenden Leiterbahnen 14 in Fig. 1 auf gleiche Weise angedeutet sind.

Der Deutlichkeit halber sei bemerkt, daß der Transistor T₃₇ in Fig. 3 eigentlich nicht zu dem Flip-flop gehört. Tatsächlich bildet der Kollektor des Transistors T₃₄ einen Ausgang des Flip-flops und gehört der Transistor T₃₇ bereits zu einer mit diesem Ausgang des Flip-flops verbundenen weiteren Torschaltung. Ebenfalls fehlt in der gezeigten integrierten Schaltung am Eingang der wohl zu dem Flip-flop gehörige, in Fig. 3 gestrichelt dargestellte Transistor T′₃₇, der zusammen mit dem Transistor T₂₂ ein Nicht-Oder Eingangsgatter des Flip-flops bildet. Die Tat sache, daß in der integrierten Form gerade die Transisto ren T₂₂-T₃₇ als Baueinheit zusammengefügt sind, ist auf die angegebene Verbindung zwischen der Basis des Transi stors T₃₆ und der Basis des Transistors T₃₇ zurückzufüh ren. Dank dieser Verbindung kann der Transistor T₃₇ näm lich einfach als zusätzliche Kollektorzone 37 in der Ba siszone 10 des Transistors T₃₆ erhalten werden, wodurch eine Ersparung an benötigter Halbleiteroberfläche erzielt wird.

Aus demselben Grund ist es meistens auch günstiger, den Transistor T′₃₇ als mit dem dem Flip-flop direkt vorangehenden Teil der Schaltung, z. B. einem vorangehenden Flip-flop, ein Ganzes bildend auszuführen.

Die Anwendung derartiger Mehrkollektorentransistoren mit einer zwei oder mehreren gesonderten Kollektoren gemeinsa men Basiszone führt eine erhebliche Vereinfachung der in tegrierten Schaltung herbei, u. a. weil für einen Mehr kollektorentransistor mit z. B. drei Kollektoren an der Halbleiteroberfläche viel weniger Raum benötigt wird als für drei gesonderte Transistoren. Ferner ist die Anzahl benötigter Anschlüsse für einen Mehrkollektorentransistor wesentlich geringer als für eine äquivalente Anzahl geson derter Transistoren, wodurch das Verdrahtungsmuster bei Mehrkollektorentransistoren einfacher ist.

Das beschriebene Flip-flop ist eine besonders gedrängte integrierte Schaltung, was u. a. darauf zurückzuführen ist, daß der angewandte Strominjektor sehr eng mit den einzu stellenden Schaltungselementen verbunden ist. Für den Strominjektor werden außer den verwendeten Schaltungsele menten nur eine einzige weitere Zone, und zwar die inji zierende Schicht 20, und ein zusätzlicher gleichrichtender Übergang, und zwar der PN-Übergang 18, benötigt. Die übri gen Schichten des Strominjektors fallen mit den bereits für die Schaltungselemente selber benötigten Halbleiter schichten zusammen. Ferner können, wie in Fig. 1 darge stellt ist, die Anschlüsse 15 und 16 an der injizierenden Schicht 20 und der Zwischenschicht 21 des Strominjektors am Rande des Körpers 12 angebracht werden. Die Einstell ströme werden mittels des Strominjektors im inneren des Körpers und nicht mittels eines Leiterbahnes zugeführt. Ubrigens kann, wie in Fig. 2 mit dem Anschluß 16′ schema tisch dargestellt ist, im vorliegenden Beispiel für den Anschluß der Zwischenschicht auch die dazu leichter zu gängliche Oberfläche 39 benutzt werden, die auf der gegen überliegenden Seite des Körpers der Oberfläche 11 gegen überliegt.

Die Einfachheit und Gedrängtheit der integrierten Schal tung werden weiter dadurch erheblich gefördert, daß der Strominjektor nicht nur die Einstellströme für die Basis zonen der Transistoren, sondern auch die für diese Transi storen benötigten Emitter-Kollektor-Hauptströme liefert. So ist die Basiszone 5 über eine Leiterbahn 14 u. a. mit der Kollektorzone 29 verbunden. Die Transistoren T₂₉ und T₃₃ bilden eine gleichstromgekoppelte Kaskade. Ist der Transistor T₂₉ leitend, so fließt der vom Strominjektor der Zone 5 gelieferte Einstellstrom wenigstens zu einem wesentlichen Teil über die erwähnte Leiterbahn als Haupt- und Speisestrom durch die Emitter-Kollektor-Strecke des Transistors T₂₉.

Auf diese Weise werden alle für das Flip-flop benötigten Einstellströme mittels einer einzigen angeschlossenen Quelle 17 erhalten.

In diesem Zusammenhang sei weiter bemerkt, daß auch dank der Tatsache, daß die Einstellströme von dem Strominjektor in Form von Strom zugeführt werden, die üblichen Be lastungsimpedanzen in den Emitter-Kollektorkreisen der Transistoren hier überflüssig sind. Auch dadurch wird im allgemeinen eine erhebliche Raumersparung erzielt.

Ein anderer wichtiger Aspekt besteht darin, daß eine Viel zahl von Transistoren in die Schaltung aufgenommen sind, deren Emitter direkt miteinander verbunden sind. Diese miteinander verbundenen Emitter können als eine gemeinsame Emitterzone 21 ausgebildet werden, wobei die für Transi storen an sich übliche doppeldiffundierte Dreischichten struktur in umgekehrter Richtung benutzt wird. Die klein ste Zone wirkt als ein an der Oberfläche liegender Kollek tor, die, auf die Oberfläche 11 gesehen, völlig auf der Basiszone liegt und im Körper von der Basiszone umgeben ist. Diese Basiszone ist eine Oberflächenzone, die rings um den Kollektor an die Oberfläche 11 grenzt und die sich von dieser Oberfläche her in der zugleich als Emitter wir kenden Zwischenschicht 21 erstreckt. An sich weist eine auf diese Weise verwendete Transistorstruktur einen nie drigen Stromverstärkungsfaktor β als der übliche nichtin vertierte Transistor auf. Für viele Schaltungen ist dieser niedrigere Stromverstärkungsfaktor β unbedenklich und führt die Anwendung einer gemeinsamen Emitterzone in Ver bindung mit einem Strominjektor zu einem sehr einfachen Aufbau der integrierten Schaltung, wobei u. a. kein Raum für Trennzonen zur elektrischen Isolierung der Transi storen benötigt wird und die Herstellung beträchtlich ein facher wird.

Außerdem werden nachstehend noch einige Maßnahmen zur Steigerung des Stromverstärkungsfaktors β der invertier ten Transistorstruktur angegeben.

Es wurde bereits erwähnt, daß das beschriebene Flip-flop völlig mit einer einzigen angeschlossenen Quelle 17 be trieben wird. Dies bedeutet u. a., daß beim Betrieb alle Spannungen in der Schaltung innerhalb des Bereiches lie gen, der durch den von der Quelle 17 an die Anschlüsse 15 und 16 abgegebenen Potentialunterschied bestimmt wird. Dieser Potentialunterschied steht in der Durchlaßrichtung über dem PN-Übergang 18 zwischen der injizierenden Schicht 20 und der Zwischenschicht 21. Die dadurch in die Zwi schenschicht injizierten Ladungsträger, die in dieser Schicht Minoritätsladungsträger sind, können von einem den gleichen Leitfähigkeitstyp wie die injizierende Schicht 20 aufweisenden Gebiet, z. B. der Zone 5, gesammelt werden, vorausgesetzt, daß der Abstand zwischen der Schicht 20 und der Zone 5 nicht zu groß ist und in der Praxis in der Größenordnung einer Diffusionslänge der Minoritätsladungs träger in der Zwischenschicht liegt. Eine derartige Strom übertragung von der injizierenden Schicht 20 auf die ein zustellende Zone 5 kann stattfinden, wenn der Übergang 19 zwischen der Zone 5 und der Zwischenschicht 21 in der Sperrichtung vorgespannt ist, was z. B. dadurch bewirkt werden kann, daß die Zone 5 über eine Leiterbahn 14 mit einem Punkt geeigneten Potentials verbunden wird. In der Schaltung muß dann eine zweite Spannungsquelle verwendet werden.

Bekanntlich braucht ein gleichrichtender Übergang nicht notwendigerweise in der Sperrichtung vorgespannt zu sein, um Ladungsträger sammeln zu können. Die abgesaugten La dungsträger können eine Potentialänderung der Zone 5 her beiführen, wodurch auch über dem Übergang 19 eine Spannung in der Durchlaßrichtung auftritt.

Jedenfalls wenn diese Durchlaßspannung genügend groß wird, tritt eine Injektion von Ladungsträgern über den Übergang 19 auf, wodurch über diesen Übergang ein Strom in einer Richtung fließt, die der des durch die Sammlung von Lad ungsträgern über diesen Übergang fließenden Stromes entge gengesetzt ist. Das Potential der Zone 5 wird sich derart einstellen, daß der Unterschied dieser beiden Ströme gleich dem zum Betreiben des Transistors 33, 5, 21 benötig ten Basiseinstellstrom, gegebenenfalls zuzüglich des über einen Anschluß an die Zone 5 abfließenden Stromes, ist. In diesem stationären Zustand wird das Potential der Zone 5 im allgemeinen zwischen den Potentialen der Anschlüsse 15 und 16 liegen.

Es leuchtet ein, daß, wenn der Übergang 19 in der Sper richtung betrieben wird, der Dreischichtentransistor 33, 5, 21 mit der Zone 33 als Emitter, der Zone 5 als Basis und der Schicht 21 als Kollektor verwendet wird, wobei der Basiseinstellstrom völlig oder teilweise von dem Stromin jektor geliefert wird. Auch wenn über dem Übergang 19 eine Spannung in der Durchlaßrichtung auftritt, kann die Schicht 21 als Kollektor der Dreischichtentransistor 33, 5, 21 benutzt werden, wenn nämlich der Übergang 40 zwi schen der Zone 33 und der Zone 5 genügend weit in der Durchlaßrichtung vorgespannt wird. Es ist aber wichtiger, daß, wenn der Übergang 19 in der Durchlaßrichtung betrie ben wird, die Zwischenschicht 21, wie im vorliegenden Bei spiel, als Emitter des Transistors 21, 5, 33 dienen kann, was nachstehend näher erläutert wird.

In dem vorliegenden Beispiel mit dem lateral ausgeführten Strominjektor 20, 21, 5 ist der gemeinsame Körper 12 ein n-leitender Halbleiterkörper, der die Zwischenschicht des Strominjektors bildet, wobei die Zwischenschicht 21 ein niederohmiges n-leitendes Substrat 21a aufweist, auf dem eine hochohmige n-leitende Oberflächenschicht 21b ange bracht ist.

Alle Halbleiterzonen der Schaltungselemente und des Strominjektors grenzen an die von dem Substrat 21a abge kehrte Oberfläche 11 der Oberflächenschicht 21b. Die inji zierende Schicht 20 und die Basiszonen 1-10 sind gleich zeitig und mit derselben Dotierungskonzentration als p-leitende Oberflächenzonen in der in diesem Falle epitak tischen Oberflächenschicht 21b angebracht. Infolge dieser verhältnismäßig einfachen Herstellungstechnologie sind die Dotierungskonzentrationen und die Gradienten derselben in der Nähe der PN-Übergänge 18 und 19 einander praktisch gleich.

Diese Gleichheit der beiden Übergänge 18 und 19 scheint die Anwendung der Zwischenschicht 21 als Emitter des npn-Transistors 21, 5, 33 auszuschließen. Der Übergang 18 bildet ja den injizierenden Übergang des Strominjektors, wodurch an diesem Übergang der Strom in der Durch laßrichtung mit Rücksicht auf einen angemessenen Wirkungs grad möglichst aus Löchern bestehen muß, während aus dem selben Grunde am Übergang 19, der den Emitter-Basis-Über gang des Transistors bildet, der Strom in der Durchlaß richtung möglichst aus Elektronen bestehen muß. Mit ande ren Worten: da die epitaktische Schicht 21b die Zwischen schicht des Strominjektors bildet, muß die Dotierungskon zentration niedrig sein, während für diese epitaktische Schicht als Emitter des Transistors gerade eine hohe Do tierungskonzentration erwünscht ist.

Um nun die Zwischenschicht 21 des Strominjektors dennoch als Emitter des Transistors verwenden zu können, wird die Tatsache benutzt, daß das Verhältnis zwischen dem Elektro nen- und dem Löcherstrom bei einem injizierenden Ubergang nicht nur von den mit den Dotierungskonzentrationen und der Spannung über diesem Übergang gegebenen Minoritätsla dungskonzentrationen zu beiden Seiten dieses Übergangs ab hängig ist, sondern eigentlich durch den Gradienten dieser Minoritätsladungsträgerkonzentrationen bestimmt wird.

Diese Konzentrationsgradienten sind u. a. von dem Vorhan densein eines kollektierenden Übergangs, wie des Basis- Kollektor-Übergangs 40, und von dem Abstand dieses Über gangs 40 von dem injizierenden Übergang 19 abhängig. In der Nähe des kollektierenden Übergangs 40 ist, je nach der Vorspannung über diesem Übergang, die Minoritätsladungs trägerkonzentration in der Basiszone 5 infolge der absau genden Wirkung dieses Übergangs 40 gering. Wenn der Ab stand zwischen den Übergängen 40 und 19 kleiner als eine oder einige Diffusionslängen der Minoritätsladungsträger in der Basiszone 5 ist, ergibt die absaugende Wirkung des Übergangs 40 eine Vergrößerung des Gradienten der Minori tätsladungsträgerkonzentration. Dieser Effekt kann auch als eine Verkürzung der effektiven Weglänge der Minori tätsladungsträger in der Basiszone 5 beschrieben werden. Durch passende Wahl der Spannung über dem Übergang 40 im Vergleich zu der über dem Übergang 19 und/oder des Abstan des zwischen den Übergängen 19 und 40 im Vergleich zu dem zwischen den Übergängen 18 und 19 kann somit erreicht wer den, daß der Vorwärtsstrom über dem Übergang 18 größten teils aus Löchern besteht, während der Vorwärtsstrom über dem Übergang 19, trotz der für einen Emitter verhältnis mäßig niedrigen Dotierungskonzentration der Schicht 21, größtenteils aus Elektronen besteht. Die verkürzte effek tive Weglänge der Elektronen in der Basiszone 5 muß klei ner als die der Löcher in der Zwischenschicht 21 sein.

Wie bereits erwähnt wurde, ist das betreffende Flip-flop aus einer Anzahl von Nicht-Oder-Gattern (nor-gates) aufge baut, die aus einer Anzahl Transistoren bestehen, deren Emitter-Kollektor-Strecken zueinander parallel geschaltet sind. Fig. 4 zeigt eine derartige Nicht-Oder-Gatter-Schal tung, die aus zwei oder mehr Gattertransistoren T₄₀, T₄₁... besteht.

Den Gattertransistoren folgt ein Transistor T₄₂. Die Ein gänge A, B... der Gattertransistoren T₄₀, T₄₁... werden durch die Basis-Elektroden der Transistoren T₄₀, T₄₁, ..., gebildet, während ihre Emitter-Kollektor-Strecken von der Emitter-Basis-Strecke des Transistors T₄₂ überbrückt sind. Der Strominjektor ist schematisch mit Stromquellen I_40, I₄₁ und I₄₂ und den zugehörigen Polaritäten zwischen den Basen und den Emittern bezeichnet. Der Transistor T₄₂ führt nur Strom, (infolge der in der Vorwärtsrichtung wirksamen Stromquelle I₄₂) wenn weder der Transistor T₄₀ noch der Transistor T₄₁ leitend ist, d. h. wenn sowohl der Eingang A als auch der Eingang B Erdpotential oder wenig stens eine Spannung in bezug auf den Emitter aufweisen, die niedriger als die innere Basis-Eingangsschwellwert spannung der Transistoren T₄₀ bzw. T₄₁ ist. Die Ströme der Quellen I₄₀ und I₄₁ fließen dann zu Erde ab und, weil der Transistor T₄₂ leitend ist, wird die Spannung an dessen Kollektor (Punkt D) praktisch auf Erdpotential abgenommen haben. Wenn an einem oder mehreren der Eingänge A und B die Basis-Eingangsschwellwertspannung wohl überschritten wird, wird der Strom der Quelle I₄₂ über den (die) dann leitenden Eingangstransistor(en) abgeleitet werden, so daß für die Basis des Transistors T₄₂ zu wenig Strom übrig bleibt, um diesen Transistor stromführend zu machen. Der Strominjektor liefert als die angegebene Stromquelle I₄₂ den Speisestrom für die Hauptstrombahn der Transistoren T₄₀, T₄₁..., während der Basis-Emitter-Übergang des Tran sistors T₄₂ die Belastungsimpedanz dieser Transistoren bildet.

In vielen Schaltungen werden zwischen dem Punkt C und Erde mehr als zwei Gattertransistoren T₁ und T₂ mit ihren Kollektor-Emitter-Strecken eingeschaltet sein (fan-in), während zwischen diesen Punkten auch mehrere Transistoren mit ihren Basis-Emitter-Strecken eingeschaltet sein werden (wie der Transistor T₄₂).

Die Punkte A bzw. B sind dann z. B. mit den Ausgängen C′ vorangehender ähnlicher Torschaltungen verbunden, während der Ausgang C der dargestellten Torschaltung zu mehreren Eingängen A′ oder B′ auffolgender ähnlicher Torschaltungen führen wird. Dabei ist der "fan-out" von dem Kollektor- Basisstromverstärkungsfaktor β der verwendeten Transi storen begrenzt.

Aus Obenstehendem geht hervor, daß in derartigen Schaltun gen neben Transistoren, die leitend sind und deren Emitter-Basis-Spannung oberhalb der Schwellwertspannung liegt, nichtleitende Transistoren vorhanden sind, deren Emitter-Basis-Strecke praktisch kurzgeschlossen ist. Dies bedeutet, daß in der integrierten Schaltung der in Fig. 1 gezeigten Art leicht eine Streutransistorwirkung zwischen den unterschiedlichen Basiszonen, z. B. den Basiszonen 4 und 5, auftreten kann, wenn der Abstand zwischen diesen Zonen nicht zu groß ist. In diesem Zusammenhang erstreckt sich zwischen den beiden einzustellenden Basiszonen 4 und 5 eine zu er Zwischenschicht 21 gehörige und somit eben falls n-leitende Oberflächenzone 21c, die höher als die Basiszonen 4 und 5 dotiert ist. Vorzugsweise erstreckt sich die Oberflächenzone 21c von der Oberfläche her minde stens bis auf die gleiche Tiefe im Körper wie die Basis zonen 4 und 5. Aus Raumersparungserwägungen grenzt diese höher dotierte Oberflächenzone 21c direkt an die elek trisch voneinander zu trennenden Basiszonen. Auch wenn diese n⁺-leitende Zone 21c in einiger Entfernung von den voneinander zu trennenden Basiszonen liegt, wird aber die etwaige parasitäre Transistorwirkung effektiv unterdrückt.

Im vorliegenden Beispiel befindet sich die Oberflächenzone 21c nicht nur zwischen den voneinander zu trennenden Basiszonen, sondern ist jede der Basiszonen 1-10 an der Oberfläche 11 praktisch völlig von einer Kombination aus einem Teil der injizierenden Schicht 20 und der höher do tierten Zone 21c umgeben. Jede der Basiszonen ist auf drei Seiten von einem U-förmigen Teil der Zone 21c umgeben. Aus dem Schnitt nach Fig. 5 ist ersichtlich, daß an der Ober fläche 11 zu beiden Seiten der injizierenden Schicht 20 zwischen dem Übergang 18 und dem der Deutlichkeit halber in Fig. 1 nicht dargestellten zwischen den niederohmigen U-förmigen Teilen der Zone 21c und dem angrenzenden hoch ohmigen Teil 21b der Zwischenschicht gebildeten n⁺-n- Übergang 44 noch eine kleine Öffnung vorhanden ist.

Durch diese Umschließung wird erreicht, daß sich jede der Basiszonen 1-10 in einem verhältnismäßig kleinen n-leiten den Gebiet erstreckt oder wenigstens an ein solches Gebiet grenzt, das, insofern es an n⁻leitendes Material grenzt, praktisch völlig zwischen dem n⁺-n-Übergang 44 und dem n⁺-n-Übergang 45 zwischen dem Substrat 21a und der epitak tischen Schicht 21b eingeschlossen ist. Diese n⁺-n-Über gänge bilden eine Sperre für die in der epitaktischen Schicht 21b vorhandenen Löcher, wodurch die in einen der artigen umschlossenen Teil von der injizierenden Schicht 20 oder der Basiszone 5 injizierten Löcher weniger leicht zu den weiter von den Übergängen 18 und 19 entfernten Tei len der n-leitenden Zwischenschicht 21 abfließen. Diese Vergrößerung der effektiven Weglänge von Löchern in dem an die Basiszone 5 grenzenden Teil der epitaktischen Schicht 21b hat, gleich wie die vorerwähnte Verkürzung der effek tiven Weglänge der Elektronen in der Basiszone, also auf der anderen Seite des Übergangs 19, eine Erhöhung des Stromverstärkungsfaktors β des Dreischichtentransistors 21, 5, 33 zur Folge. Im Zusammenhang mit Obenstehendem ist das an die Basiszone 5 grenzende n-leitende Gebiet 21b vorzugsweise möglichst vollständig umschlossen.

Ferner ist dieses Gebiet 21b vorzugsweise möglichst klein, um auch den Verlust an Minoritätsladungsträgern durch Re kombination zu beschränken. Vorzugsweise reichen die Ba siszonen und die injizierende Schicht 20 bis zu dem n⁺ leitenden Substrat 20a, wenigstens bis zu einer n⁺-leiten den Schicht. Dies ergibt außerdem den Vorteil, daß die In jektion der injizierenden Schicht 20 im wesentlichen in seitlicher Richtung längs der Oberfläche 11 stattfinden wird. Wenn die Dicke dieser Zonen geringer als die der Oberflächenschicht 21b ist, reicht die n⁺-leitende Ober flächenzone 21c vorzugsweise bis zu oder bis in das Sub strat 21a. Obwohl kleine Öffnungen in der Umschließung ei nen verhältnismäßig geringen ungünstigen Effekt ergeben, grenzt die n⁺-leitende Oberflächenzone an der Oberfläche 11 vorzugsweise direkt an die injizierende Schicht 20. Das Vorhandensein der in Fig. 5 dargestellten Öffnungen zu beiden Seiten der injizierenden Schicht findet seinen Grund eher in der Weise der herstellung der integrierten Schaltung als in dem beabsichtigten Effekt der Umschlie ßung.

Je nach der Herstellungsweise können durch Oberflächen rekombination herbeigeführte Verluste eine mehr oder weni ger große Rolle spielen. Wenn die Eigenschaften der Halb leiteroberfläche 11 und des Übergangs zwischen dieser Oberfläche und der Isolierschicht 13 derartig sind, daß die Oberflächenrekombinationsgeschwindigkeit verhältnis mäßig groß ist, kann, wenn die einzustellende Zone z. B. gleichmäßig dotiert ist und z. B. einen Teil einer epitak tischen Schicht bildet, der Stromverstärkungsfaktor eines Transistors dadurch erhöht werden, daß wenigstens in dem an die Halbleiteroberfläche grenzenden Teil der einzu stellenden Basiszone ein Gradient in der Dotierungskonzen tration angebracht wird, wobei die Konzentration in einer Richtung quer zu der Halbleiteroberfläche von der Oberflä che her abnimmt.

Das sich ergebende Driftfeld verhindert dann, daß die Mi noritätsladungsträger an die Oberfläche gelangen. Wenn die Oberflächenzone 21c nicht direkt an die Basiszone grenzt, sondern das dazwischen liegende Gebiet 21b bis zu der Oberfläche reicht, ist aus demselben Grunde ein entspre chender Konzentrationsgradient in der an die Halbleiter oberfläche grenzenden Schicht des Gebietes 21b erwünscht. Ein derartiger Gradient in dem Gebiet 21b kann z. B. ein fach zugleich mit dem Anbringen der meistens diffundierten Kollektorzone 33 erhalten werden.

Die injizierende Schicht 20 weist die Form einer bandför migen Oberflächenzone auf, längs deren zu beiden Seiten mehrere von ihr getrennte einzustellende Basiszonen 1-10 nebeneinanderliegen. Mit derselben injizierenden Schicht können auf diese Weise eine Vielzahl einzustellender Zonen einen Einstellstrom empfangen. Der Reihenwiderstand einer derartigen langgestreckten injizierenden Schicht 20 kann mit Hilfe einer ununterbrochenen oder unterbrochenen Lei terbahn 46 herabgesetzt werden.

Fig. 6 zeigt einen Querschnitt durch eine zweite Ausfüh rungsform der integrierten Schaltung nach der Erfindung. Der gemeinsame Körper 60 enthält einen Strominjektor mit fünf aufeinanderfolgenden Schichten 61, 62a, 63, 62b, 64, die durch gleichrichtende Übergänge 65, 66, 67 und 68 voneinan der getrennt sind. Wie an Hand des vorangehenden Beispiels bereits beschrieben wurde, kann die dritte Schicht 63 des Strominjektors durch Injektion von Ladungsträgern aus der injizierenden Schicht 61 ein Potential annehmen, bei dem der Übergang 66 und auch der Übergang 67 in der Durchlaß richtung polarisiert werden. Dies bedeutet, daß die zweite oder Zwischenschicht 62a Ladungsträger in die dritte Schicht 63 injizieren kann, die von der vierten Schicht 62b kollektiert werden können, und daß die dritte Schicht 63 ihrerseits Ladungsträger in die vierte Schicht 62b injizieren kann, die aus dieser vierten Schicht, wenn eine fünfte Schicht 64 vorhanden ist, von dieser Schicht über den diese Schicht 64 begrenzenden Übergang 68 kollektiert werden können. Im vorliegenden Beispiel bildet die fünfte Schicht 64 des Strominjektors zugleich die einzustellende Basiszone eines Bipolartransistors, der z. B. durch die Schichten 69, 64 und 70 gebildet werden kann.

Die erwähnten Schichten des Strominjektors und des Transi stors können z. B. in einer dünnen Halbleiterschicht ange bracht sein, die sich auf einem isolierenden Substrat be findet, wobei die fünf Schichten des Strominjektors sich z. B. über die ganze Dicke dieser Halbleiterschicht er strecken. In dem dargestellten Beispiel bilden die Zwi schenschicht 62a und die vierte Schicht 62b in dem Körper ein ununterbrochenes Gebiet vom gleichen Leitfähigkeits typ. Die übrigen Teile dieses Gebietes sind in Fig. 6 mit 62c-62f bezeichnet. Dieses Gebiet gehört wenigstens größ tenteils zu einer epitaktischen Schicht 62 vom einen Leit fähigkeitstyp, die auf einem Halbleitersubstrat 71 vom an deren Leitfähigkeitstyp angebracht ist, wobei das erwähnte (nachstehend als Insel bezeichnete) Gebiet mit Hilfe von Trennzonen 72 vom anderen Leitfähigkeitstyp von den übri gen Teilen der epitaktischen Schicht 62 getrennt ist. Die Insel besitzt eine vergrabene Schicht 62f vom einen Leit fähigkeitstyp mit einer Dotierungskonzentration, die höher als die ursprüngliche Konzentration der epitaktischen Schicht 62 ist. Diese vergrabene Schicht befindet sich an und in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Substrat und der epitaktischen Schicht. Die Schichten 61, 63 und 64 des Strominjektors sind Oberflächenzonen, die von der Oberflä che 73 bis zu der vergrabenen Schicht 62f reichen. Dadurch ist die Diffusionsspannung an denjenigen Teilen der PN- Übergänge zwischen der injizierenden Schicht 62 und der dritten Schicht 63 einerseits und der Insel andererseits, die zu der Oberfläche 73 praktisch parallel sind, größer als die der Teile 65, 66 und 67 dieser Übergänge. Demzufolge wird die Injektion der Ladungsträger durch die Schichten 61 und 63 vorzugsweise in seitlicher Richtung praktisch parallel zu der Oberfläche 73 erfolgen. Außerdem sind die Schichten 62a und 62b, in die die Ladungsträger injiziert werden, sehr klein, so daß, wie bereits beschrieben wurde, verhältnismäßig wenig injizierte Ladungsträger in der Insel verlorengehen.

Auch in diesem Beispiel ist die Kombination eines Stromin jektors und eines Schaltungselementes möglichst um schlossen, um das Abfließen von Minoritätsladungsträgern in seitlicher Richtung zu beschränken. An die injizierende Schicht grenzt eine niederohmige Zone 62e, die zu der In sel gehört. Die Zone 62e dient dazu, die Injektion von La dungsträgern durch die injizierende Schicht in seitlicher Richtung auf der von der einzustellenden Zone abgekehrten Seite der injizierenden Schicht durch Erhöhung der Diffu sionsspannung zu beschränken. Die Zone 62e dient zugleich als Kontaktzone für den Anschluß 74 der einen Klemme einer äußeren Quelle 75 an die Zwischenschicht 62a des Stromin jektors.

Die gewünschte Umschließung der einzustellenden Basiszone 64 ist in diesem Falle mit Hilfe einer wenigstens teilwei se in den Körper 60 versenkten Isolierschicht 76 erhalten, die sich von der Oberfläche 73 her in der Halbleiter schicht 62, in der sich die einzustellenden Zonen befin den, erstreckt. In diesem Beispiel erstreckt sich die Iso lierschicht 76 nur über einen Teil der Dicke der Schicht 62. Diese versenkte Isolierschicht 76 umschließt die Ba siszone 64 größtenteils und schließt sich möglichst der dritten Schicht 63, der injizierenden Schicht 61 oder der Zone 62e an, je nachdem mittels der dritten Schicht 63 und/oder der injizierenden Schicht 61 mehreren nebeneinan derliegenden einzustellenden Zonen gleichzeitig oder le diglich der Basiszone 64 ein Einstellstrom zugeführt wird.

Die injizierende Schicht 61 ist mit einem schematisch dar gestellten Anschluß 77 für die andere Klemme der Quelle 75 versehen. Ferner ist der dargestellte Strominjektor mit Mitteln zur Steuerung oder Einstellung des von der einzu stellenden Basiszone 64 zu empfangenden Einstellstroms versehen. Eine derartige Steuerung läßt sich z. B. mit Hil fe einer auf der Isolierschicht 78 oberhalb der Zwischen schicht 62a und/oder der vierten Schicht 62b anzubringen den isolierten Elektrode erhalten, deren Potential die Re kombination der Minoritätsladungsträger an der Oberfläche dieser Schichten beeinflußt. In dem vorliegenden Beispiel ist eine andere Möglichkeit zur Steuerung des Einstell stromes angewandt, und zwar eine Steuerung, bei der der Strom der dritten Schicht 63 des Strominjektors entzogen wird. Diese dritte Schicht 63 ist zu diesem Zweck mit ei nem leitenden Anschluß 79 versehen. Wenn die dritte Schicht z. B. über diesen Anschluß mit der vierten Schicht 62b oder der Zwischenschicht 62a kurzgeschlossen wird, wird die Spannung über den Übergängen 66 und 67 derart ge ring sein, daß die dritte Schicht 63 wohl sammelt, aber daß keine oder nahezu keine Injektion aus der dritten Schicht auftritt, so daß die Basiszone 64 keinen Einstell strom empfängt. Eine derartige Situation, in der ein oder mehrere Schaltungselemente der Schaltung keinen Einstell strom von dem Strominjektor empfangen, kann dauernd er wünscht sein, in welchem Falle der Übergang 66 und/oder der Übergang 67 einfach an der Oberfläche 73 mittels einer leitenden Schicht kurzgeschlossen werden können.

Der Einstellstrom für die Basiszone 64 kann aber auch zeitweilig ein- oder ausgeschaltet werden, wenn z. B. zwi schen den Anschlüssen 79 und 74 ein elektronischer Schal ter angebracht wird. Ein derartiger Schalter ist in Fig. 6 schematisch mit dem Transistor 80 angegeben, dessen Basis 81 z. B. von einem weiteren Teil der Schaltung gesteuert werden kann und der sich einfach in dem Körper 60 inte grieren läßt. Über den Transistor 80 kann selbstverständ lich auch nur ein Teil des durch den Strominjektor flie ßenden, als Einstellstrom verfügbaren Stromes abgeführt werden.

Die obenerwähnte Insel, die die Schichten des Strominjek tors enthält, kann eine einer Anzahl Transistoren gemein same Emitterzone bilden. Der dargestellte Transistor ist dann ein Mehrkollektorentransistor mit zwei Kollektoren 69 und 70. Die injizierende Schicht 61 ist z. B. bandförmig geschaltet, wobei längs dieser bandförmigen Oberflächen zone mehrere in dem gezeigten Schnitt nicht sichtbare Ba siszonen nebeneinander angeordnet sind. Eine oder mehrere dieser Basiszonen können mit der injizierenden Schicht 61 und der durch die Insel gebildeten Zwischenschicht, welche Schichten gemeinsam sind, z. B. einen Dreischichtenstromin jektor bilden. Eine oder mehrere andere Basiszonen, unter denen die Zone 64, bilden einen Teil eines Fünfschichten strominjektors, indem sich zwischen der gemeinsamen inji zierenden Schicht 61 und den betreffenden Basiszonen die Schicht 63 erstreckt. Die Schicht 63 kann diesen einzu stellenden Basiszonen gemeinsam sein, aber kann auch aus gesonderten voneinander getrennten Teilen bestehen, so daß er Einstellstrom für jede dieser Basiszonen gesondert ge steuert werden kann.

Auch der gezeigten Insel, in der der Strominjektor und ein oder mehrere Transistoren angebracht sind, kann die inte grierte Schaltung noch andere gegeneinander isolierte In seln enthalten, in denen auf entsprechende Weise Schal tungselemente angebracht sind. Auch können sich in einer oder mehreren Inseln Schaltungselemente befinden, die auf übliche Weise und ohne Anwendung eines Strominjektors Ein stellstrom empfangen.

Ein großer Vorteil der beschriebenen Torschaltung nach der Erfindung ist der, daß sie mit sehr niedrigen Strömen und Spannungen und somit mit geringer Verlustleistung betrie ben werden kann. Die geringe Größe dieser logischen Sig nalspannungen und/oder -Ströme bedeutet aber, daß bei Kom bination mit logischen Schaltungen anderer Art, z. B. TTL oder MOST-Schaltungen, zu einem größeren Ganzen die Sig nalgröße angepaßt werden muß. Eine derartige Anpassung kann besonders einfach mit Hilfe eines Umkehrtransistors oder eines als Emitterfolger geschalteten Transistors er zielt werden. So kann z.b. der Transistor T₃₇ in Fig. 3 ein zusätzlicher Umkehrtransistor sein, dessen Kollektor z. B. über einen Widerstand mit einem Punkt verhältnismäßig hohen positiven Potentials verbunden ist. Die Spannungsän derungen an dem Ausgang Q können dann erheblich größer als die an dem eigentlichen Ausgang des Flip-flops, dem Kol lektor des Transistors T₃₄, sein. Der durch die Schichten 21, 10 und 37 gebildete Transistor T₃₇ kann auch mit der Oberflächenzone 37 als Emitter und der Schicht 21 als Kol lektor verwendet werden. In diesem Falle bildet dieser Transistor einen Emitterfolger. Die Emitterzone 37 kann z. B. über einen Widerstand zu einem Punkt verhältnismäßig hohen negativen Potentials führen.

Der Transistor T₇₁ ist z. B. einer der Transistoren einer Torschaltung oder ein hinzugefügter Umkehrtransistor, je nach dem gewünschten Ausgangssignal. In diesem Beispiel wird das logische Signal geringer Größe nicht unmittelbar, sondern über die Emitter-Kollektor-Strecke eines komple mentären Transistors T₇₂ der Basis des Ausgangstransistors T₇₀ zugeführt, wodurch mehr Spannung aufgenommen werden kann und die Gefahr von Durchschlag geringer ist. Eine an dere Möglichkeit besteht darin, daß das Ausgangssignal dem Kollektor 99 des Transistors T₇₂ entnommen wird, in wel chem Falle der Transistor T₇₀ weggelassen werden kann.

Fig. 7 zeigt eine integrierte Schaltung nach der Erfindung. Der gemeinsame Körper weist ein niederohmiges n-leitendes Halbleitersubstrat 90 mit einer hochohmigen n-leitenden Oberflächenschicht 91 auf, in der eine Anzahl p-leitender Oberflächenzonen angebracht sind, die bis zu der Grenzfläche zwischen dem Substrat 90 und der Oberflächenschicht 91 reichen. Der Körper ist mit einem Strominjektor mit einer p-leitenden injizierenden Schicht 92, einer n-leitenden durch das Substrat 90 und die Oberflächenschicht 91 gebildeten Zwischenschicht und zwei p-leitenden einzustellenden Zonen, und zwar der Emitterzone 93 des Transistors T₇₂ und der Basiszone 94 des Transistors T₇₁, versehen.

Der n-leitende Körper bildet zugleich den Emitter eines ersten Transistors, die Basis eines zweiten Transistors und den Kollektor eines dritten Transistors. Ferner weist der erste Transistor einen Anschluß 95 an die Basiszone 94 und eine n-leitende Kollektorzone 96 auf, die über eine auf der Isolierschicht 96 liegende Leiterbahn 98 mit dem Emitter des zweiten Transistors verbunden ist. Der Kollek tor des zweiten Transistors wird durch die p-leitende Zone 99 gebildet, die zugleich die Basiszone des dritten Tran sistors ist. Der dritte Transistor enthält ferner noch ei ne mit der Ausgangsklemme U verbundene n-leitende Emitter zone 100. An die p-leitenden Zonen 94 und 99 grenzen sperrende, hochdotierte n-leitende Zonen 101 zur Ein schränkung des vorerwähnten Ladungsverlustes.

Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform einer integrier ten Schaltung mit komplementären Transistoren. Der Halb leiterkörper enthält ein Substrat 105 und eine epitakti sche Schicht 106. In der epitaktischen Schicht befindet sich eine Oberflächenzone 107 vom entgegengesetzten Leit fähigkeitstyp, die zugleich die Basiszone eines vertikalen Transistors und den Emitter eines lateralen komplementären Transistors bildet.

Der vertikale Transistor enthält einen Emitter 105, 106, eine Basis 107 und einen Kollektor 108, welcher Kollektor in diesem Falle durch eine metallhaltige Schicht, z. B. eine Aluminiumschicht, gebildet wird, die auf der Basiszone angebracht ist und mit dieser Basiszone einen Schottky-Übergang bildet. Im Zusammenhang mit der Bildung dieses Schottky-Übergangs ist die Oberflächenkonzentration der Dotierung in der Basiszone in diesem Falle kleiner als 10¹⁷ bis 10¹⁸ Atome/cm³. Der Schottky-Übergang 109 bildet den Kollektor-Basis-Übergang des Transistors. Der laterale Transistor enthält eine Emitterzone 107, eine Basiszone 105, 106 und eine Kollektorzone 110. Die Zonen 107 und 110 sind zwei einzustellende Zonen, die zusammen mit der durch den Körper 105, 106 gebildeten Zwischenschicht und der injizierenden Schicht 111 einen Dreischichtenstrominjektor bilden. Die beiden letzteren Schichten sind mit einer Quelle 112 zum Zuführen eines Einstellstroms verbunden.

Zwischen den Kollektoren 108 und 110 ist eine schematisch angegebene Verbindung 113 hergestellt, während die Zone 107 mit einem Anschluß b versehen ist.

Auch andere lineare Schaltungen lassen sich auf einfache Weise erhalten. Ein Beispiel ist ein linearer Verstärker, dessen Ersatzschaltbild in Fig. 9 dargestellt ist. Dieser Verstärker enthält drei Transistoren T₁₁₀, T₁₁₁, und T₁₁₂. Der Kollektor c des ersten Transistors ist mit der Basis b des zweiten Transistors, dessen Kollektor mit der Basis des dritten Transistors und schließlich der Kollektor des dritten Transistors über einen für Gleichstrom durchlässi gen einen Lautsprecher oder ein Telephon L und ein Mikro phon M enthaltenden Kreis mit der Basis des ersten Transi stors verbunden. Der Kondensator C dient zur Unterdrückung von Wechselstromgegenkopplung. Durch die Gleichstromgegen kopplung über den erwähnten für Gleichstrom durchlässigen Kreis wird wieder nur noch ein derartiger Teil des Basis stroms für jeden der Transistoren zur Verfügung kommen (wobei der verbleibende Teil des Stromes der Quellen I₁₁₀, I₁₁₁ und I₁₁₂ über den Kollektor-Emitter-Kreis des voran gehenden Transistors in der Kaskade fließt), daß diese Transistoren in ihrem linearen Arbeitsbereich eingestellt werden. Auf diese Weise wird ein besonders einfacher Ver stärker z. B. für Hörgeräte erhalten.

In den integrierten Schaltungen können die Basiszonen der Transistoren T₁₁₀, T₁₁₁ und T₁₁₂ auf die an Hand der Fig. 1 bereits beschriebene Weise nebeneinander an einer band förmigen injizierenden Schicht entlang angebracht werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, daß statt eines la teralen Strominjektors ein vertikal ausgeführter Stromin jektor verwendet wird.

Die integrierte Schaltung kann dann die Form nach Fig. 10 aufweisen.

Auch in diesem Falle sind die Transistoren nebeneinander auf einer Seite 120 eines gemeinsamen Körpers 121 angebracht. Halbleiterzonen dieser Transistoren sind mit einem Muster von Leiterbahnen 122, 123 und 124 verbunden. Dieses Muster weist einen Eingang für elektrische Signale auf, und zwar die Bahn 122, über die die von dem Mikrophon M herrührenden Eingangssignale der Basis 125 des ersten Transistors zugeführt werden. Ferner weist das Muster ei nen Ausgang auf, und zwar die Bahn 124, über die die verstärkten Ausgangssignale von dem dritten Transistor zu dem Lautsprecher L geführt werden. Die Bahnen 123 verbinden eine Kollektorzone 126 mit der Basiszone 125 des auffolgenden Transistors.

Die Transistoren enthalten ferner eine gemeinsame Emitter zone, die durch eine epitaktische Schicht 127 vom einen Leitfähigkeitstyp, die auf einem Substrat 128 vom anderen Leitfähigkeitstyp angebracht ist, gebildet wird.

Der Körper 121 weist einen Strominjektor auf, dessen inji zierende Schicht, die durch das Substrat 128 gebildet wird, an die der Seite 120 gegenüberliegende Seite 129 des Körpers grenzt und von dem eine durch zwei gleichrichtende Übergänge 130 und 131 von der injizierenden Schicht 128 und dem mit dieser verbundenen Quellenanschluß 132 der Quelle 133 getrennte Schicht 125 sich der injizierenden Schicht 128 gegenüber auf der Seite 120 erstreckt, wobei diese gegenüberliegende Schicht 125 über einen diese Schicht begrenzenden Übergang 131 Ladungsträger aus einer angrenzenden Schicht 127 des Strominjektors absaugt und auf diese Weise Strom empfängt, der als Einstellstrom für die Basis des Transistors und gegebenenfalls für den mit dieser verbundenen Kollektor des vorangehenden Transistors dient. Die epitaktische Schicht 127, die zugleich die ge meinsame Emitterzone der Transistoren und die Zwischen schicht des Strominjektors bildet, ist mit einem Quellen anschluß 134 für die andere Klemme der Quelle 133 verse hen.

In diesem Beispiel ist die Zwischenschicht 127 des Strom injektors als Bezugspotentialfläche für die Verstärker schaltung ausgebildet. Diese Fläche, die an ein Bezugs potential, z. B. an Erde, gelegt werden kann, trennt alle von dem Strominjektor einen Einstellstrom empfangenen Zo nen 125 der auf der Seite 120 liegenden Transistoren von der auf der gegenüberliegenden Seite 129 befindlichen in jizierenden Schicht 128. Auf diese Weise wird eine elek trische Abschirmung erhalten, wobei der benötigte Ein stellstrom durch die meistens geerdete Schicht 127 hin durch direkt der betreffenden einzustellenden Zone zuge führt wird.

Die Zwischenschicht 127 weist höher dotierte Teilzonen vom gleichen Leitfähigkeitstyp auf, die durch eine vergrabene Schicht 135 und eine vorstehende von der Oberfläche 120 bis zu der vergrabenen Schicht 135 reichende Wand 136 ge bildet werden. Diese vorstehende Wand 136 kann auch völlig oder teilweise durch eine versenkte Isolierschicht gebil det werden.

Diese Teilzonen und namentlich die Teile 136 dienen zur Unterdrückung der parasitären Transistorwirkung zwischen den nebeneinander liegenden Basiszonen 125. Außerdem wer den diese Teile 136 in diesem Falle zur Begrenzung der ge sonderten Basiszonen 125 verwendet, die durch je voneinan der durch Teile 136 getrennte Teile einer epitaktischen Schicht 137 vom anderen Leitfähigkeitstyp gebildet werden, welche Schicht auf der epitaktischen Schicht 127 vom einen Leitfähigkeitstyp angebracht ist. Ferner bilden die Teile 136 zusammen mit den vergrabenen Schichten 135 eine Um schließung der einzustellenden Zonen 125, damit die aus diesen Zonen 125 in die Zwischenschicht 127 injizierten Minoritätsladungsträger möglichst in die hochohmigen Ge biete der Zwischenschicht 127 eingeschlossen werden und so die verlangte Vergrößerung der effektiven Weglänge dieser Ladungsträger erhalten wird. Auf diese Weise trennen die Teilzonen 135, 136 die Transistoren voneinander und von dem Substrat 128.

Obgleich dies nicht notwendig ist, sind vorzugsweise in diesen Abtrennungen kleine Öffnungen vorgesehen, die sich in diesem Beispiel an der Stelle der Teile 130a und 130b des Übergangs 130 befinden. Diese Teile 130a und 130b des Übergangs 130 weisen dann eine niedrigere Diffusions spannung als der übrige Teil des Übergangs 130 auf, so daß die Injektion von Ladungsträgern aus der injizierenden Schicht 128 in die Zwischenschicht 127 im wesentlichen über diese Teile 130a und 130b stattfindet, wobei die Injektion in umgekehrter Richtung aus der Zwischenschicht 127 in die injizierende Schicht 128 wegen der verhältnis mäßig niedrigen Dotierung der Zwischenschicht an der be treffenden Stelle verhältnismäßig gering ist.

Mit der Größe der Oberfläche der Teile 130a und 130b der Struktur 130 kann das Verhältnis zwischen den den ver schiedenen Basiszonen 125 zugeführten Einstellströmen be einflußt werden. So ist in diesem Beispiel die Oberfläche des Teiles 130a größer als die des Teiles 130b, wodurch die Stromquelle I₁₁₀ in Fig. 9, die den Speisestrom für den Ausgangstransistor T₁₁₂ liefert, mehr Strom als die Quellen I₁₁₁ und I₁₁₂ liefert.

Ein einfaches Verfahren zur (gegebenenfalls automatischen) Verstärkungsregelung kann z. B. durch Anwendung zweier Kol lektoren erhalten werden, wie dies bei dem Transistor nach Fig. 6 der Fall ist. Wenn einer dieser Kollektoren über einen regelbaren Widerstand (z. B. den Innenwiderstand ei nes Transistors) mit Erde verbunden wird, wird der Signal strom zu dem anderen Kollektor von diesem Widerstand ab hängig werden, so daß er sich leicht - erwünschtenfalls automatisch - regeln läßt.

Bei den obenbeschriebenen Ausführungsformen können sämt liche Basiszonen gesondert größtenteils von n⁺-leitenden Oberflächenzonen umgeben sein, oder es können, statt höher dotierter n-leitender Zonen, versenkte Isolierschichten verwendet werden.

Die beschriebenen Ausführungsformen zeigen, daß durch An wendung der Erfindung große Vorteile erhalten werden. In vielen Fällen genügt bei der Herstellung die Verwendung von nur fünf Masken. Ferner wird eine hohe Packungsdichte der aktiven Elemente erreicht, während Widerstände prak tisch völlig überflüssig sind. Die Emitter der verwendeten Transistoren sind meistens direkt miteinander verbunden, so daß das Muster von Leiterbahnen verhältnismäßig einfach ist, wobei die Kollektoren außerdem automatisch voneinan der getrennt sind. Ferner können auf einfache Weise Mehr kollektorentransistoren verwendet werden, wodurch viel Raum und eine Anzahl von Leiterbahnen erspart werden. Beim Betrieb ist es noch besondersgünstig, daß alle mittels des Strominjektors zugeführten Einstellströme sich auf gleiche Weise mit er Spannung über dem injizierenden Übergang än dern, wodurch die Wirkung der integrierten Schaltung von dem Strompegel praktisch unabhängig ist, so daß eine sehr geringe Störanfälligkeit erreicht wird.

Es dürfte einleuchten, daß in den beschriebenen Schaltun gen insbesondere diejenigen Ströme mit Hilfe des Stromin jektors zugeführt werden, die vorhanden sein müssen, damit etwaige Information enthaltende Analog- oder Digitalsig nalströme oder -Spannungen verarbeitet werden können und Information, sofern dies notwendig ist, gespeichert werden kann. Diese z. B. als Bereitströme zu bezeichnenden Ströme umfassen bei Bauelementen wie logischen Konfigurationen, Kippschaltungen und Speicherelementen all diejenigen Strö me, die in dem statischen oder in dem dynamischen Zustand des Bauelements vorhanden sein müssen, damit das Bauele ment bereit ist, d. h., daß bei Zufuhr von Information zu dem Eingang, erforderlichenfalls in Verbindung mit einem Wählsignal, diese Information aufgenommen werden kann, daß einmal eingeschriebene Information gespeichert werden kann, und/oder daß diese Information, gegebenenfalls nach Auswahl, auf den Ausgang übertragen werden kann.

Die beschriebenen Ausführungsformen können alle völlig durch in der Halbleitertechnik übliche Techniken, wie Epi taxie, die Anbringung vergrabener Schichten, die örtliche Dotierung mittels Diffusion und/oder Ionenimplantation, die mustergemäße Anbringung isolierender, maskierender und leitender Schichten usw., hergestellt werden. Ferner kön nen die beschriebenen integrierten Schaltungen auf übliche Weise in üblichen Umhüllungen fertigmontiert werden. Zur näheren Verdeutlichung wird nachstehend die Herstellung des ersten Beispiels, des Flip-flops nach den Fig. 1 bis 5, kurz beschrieben.

Es wird von einem Siliciumsubstrat 21a (Fig. 2) z. B. vom n-Leitfähigkeitstyp und einem spezifischen Widerstand zwi schen 0,005 und 0,015 Ω·cm ausgegangen. Auf diesem Sub strat wird eine n-leitende epitaktische Siliciumschicht 21b mit einem spezifischen Widerstand von z. B. 0,2 bis 0,6 Ω·cm und einer Dicke von z. B. etwa 5µm angebracht. In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß der Stromverstär kungsfaktor β der verwendeten integrierten Transistor struktur u. a. von dem spezifischen Widerstand der epitak tischen Schicht abhängig ist. Wenn bei einem spezifischen Widerstand von etwa 0,1 Ω·cm der Faktor β etwa 20 beträgt, ist bei den gleichen p- und n-Typ Diffu sionen bei einem spezifischen Widerstand von etwa 0,6 Ω·cm der Faktor β etwa 10, wobei bemerkt werden kann, daß mit Rücksicht auf eine betriebssichere Wirkung der Schaltung in der Praxis für den Faktor β ein Wert von 3 oder höher erwünscht ist.

Anschließend wird eine Diffusionsbehandlung unter Verwen dung einer Maskierungsschicht aus z. B. Siliciumdioxid und mit Phosphor als Verunreinigung durchgeführt, um die nie derohmigen n-leitenden Teile 21c zu erhalten. Die Ober flächenkonzentration in diesen Teilen beträgt z. B. 10²¹ Atome/cm³. Die Öffnungen, durch die diese Phosphordotie rung in den Halbleiterkörper eingeführt wird, weisen eine Anzahl paralleler Ausläufer auf, derart, daß zwischen zwei benachbarten Ausläufern stets genügend Raum vorhanden ist, um bei einer folgenden Bearbeitung darin eine Basiszone der gewünschten Größe anbringen zu können. Ferner werden zwei dieser Öffnungen verwendet, wobei die Ausläufer die ser Öffnungen einander zugewandt sind und miteinander fluchten. Der Abstand zwischen den Enden einander gegen überliegender Ausläufer wird gleich oder etwas kleiner als der Abstand gewählt, der endgültig zwischen den einander gegenüber liegenden Basiszonen, z. B. den Zonen 5 und 10, gewünscht wird. Dann können auf übliche Weise durch Diffu sion über Öffnungen der gewünschten Grüße in einer Maskierungsschicht gleichzeitig die Basiszonen 1 bis 10 und die injizierende Schicht 20 angebracht werden. Im vor liegenden Beispiel besteht das Maskierungsmuster aus zwei parallelen Streifen, die sich in einer Richtung quer zu den inzwischen erhaltenen n⁺-leitenden Ausläufern er strecken und die dabei größtenteils in dem Zwischenraum zwischen den einander gegenüberliegenden Ausläufern liegen und auf je einer Seite die Enden dieser Ausläufer etwas überlappen oder wenigstens diese berühren. Die Breite die ser Streifen entspricht dem gewünschten Abstand zwischen jeder der Basiszonen und der injizierenden Schicht. Danach wird über die ganze freie Oberfläche z. B. Bor z. B. bis zu einer Tiefe von 2,5µm eindiffundiert, wobei der Flächen widerstand z. B. etwa 150 Ω beträgt.

Zwischen den beiden Maskierungsschichten wird dann die in jizierende Schicht gebildet, während ferner die voneinan der getrennten Basiszonen 1 bis 10 erhalten werden, weil die Oberflächenkonzentration bei dieser Diffusionsbehand lung ungenügend ist, um den Leitfähigkeitstyp der bereits vorhandenen n⁺-leitenden Teile 21c zu ändern. Auf diese Weise grenzen die Basiszonen automatisch direkt an die n⁺-leitenden Teilzonen 21c, wobei sie je auf drei Seiten von einem U-förmigen n⁺-leitenden Gebiet umgeben sind.

Auf übliche Weise werden die Kollektorzonen 22-37 ange bracht, z. B. durch örtliche Diffusion von Phosphor bis zu einer Tiefe von etwa 1,5µm und mit einem Flächenwiderstand von etwa 5 Ω, wonach Kontaktöffnungen in die Isolier schicht geätzt werden können und das Muster von Leiter bahnen 14 z. B. dadurch angebracht werden kann, daß eine Aluminiumschicht aufgedampft und anschließend geätzt wird.

Die Breite der injizierenden Schicht 20 beträgt z. B. etwa 20µm. Der Abstand der injizierenden Schicht 20 von jeder der Basiszonen ist etwa 8µm. Die Abmessungen der Basis zonen 5 sind z. B. etwa 50µm·80µm, während die Abmessun gen der Kollektorzone 33 20µm·20µm betragen. Die Breite der n⁺-leitenden Ausläufer zwischen benachbarten Basiszo nen kann z. B. 10µm sein.

Wenn völlig oder teilweise statt der niederohmigen Teil zonen 21c eine versenkte Isolierschicht verwendet wird, kann diese z. B. durch örtliche Oxidation unter Verwendung einer z. B. aus Siliciumnitrid bestehenden Maskierungs schicht erhalten werden.

Wenn vergrabene Schichten verwendet werden (siehe z. B. die Fig. 6 und 10), können diese z. B. mit Arsen mit einer Oberflächenkonzentration von etwa 10¹⁹ Atomen/cm³ und ei nem Quadratwiderstand von etwa 20 Ω dotiert sein.

Auch können z. B. die vergrabenen Schichten 135 in Fig. 10 höher als die einzustellenden Basiszonen 125 dotiert sein, was besonders vorteilhaft sein kann, wenn diese vergrabe nen Schichten einen Teil der Emitterzone des betreffenden Transistors bilden.

Es können z. B. auch andere Halbleitermaterialien, wie Ger manium und AIIIBV-Verbindungen oder Kombinationen von Halbleitermaterialien, bei denen z. B. das Substrat aus ei nem anderen Halbleitermaterial als die Oberflächenschicht, in der sich die Schaltungselemente befinden, besteht, ver wendet werden. Statt von einem n⁺-leitenden Substrat 21a (Fig. 2) auszugehen, auf dem epitaktisch eine niedriger dotierte Schicht 21b angebracht wird, kann auch von einem niederohmigen Substrat ausgegangen werden, das dann durch Ausdiffusion von Verunreinigungen mit einer niedriger dotierten Oberflächenschicht versehen wird. Ferner können die Leitfähigkeitstypen in den beschriebenen Beispielen durch die entgegengesetzten ersetzt werden, wobei auch die Polaritäten der Spannungen umgekehrt werden müssen. Auch kann die integrierte Schaltung z. B. mit einem oder mehreren optischen Signaleingängen und/oder -Ausgängen versehen sein. Z.B. kann ein eingehendes optisches Signal mittels einer in die Schaltung aufgenommenen Photodiode oder eines Phototransistors in ein elektrisches Signal umgewandelt werden, das dann als Eingangssignal für einen weiteren Teil der Schaltung dienen kann.

Als injizierende Schicht kann z. B. auch eine durch eine sehr dünne Isoliermaterialschicht von der Zwischenschicht des Strominjektors getrennte Schicht verwendet werden, wo bei Tunnelinjektion benutzt wird, wodurch Ladungsträger aus der leitenden Schicht durch die dünne Isolierschicht hindurch als Minoritätsladungsträger an die Zwischen schicht des Strominjektors gelangen.

Der Strominjektor kann z. B. aus vier oder wenigstens aus einer geraden Anzahl von Schichten bestehen, obgleich vor zugsweise ein Strominjektor mit einer ungeraden Anzahl von Schichten verwendet wird. Auch bei Strominjektoren mit vier oder mehr Schichten fällt außer der einzustellenden Zone vorzugsweise höchstens eine weitere Zone des betref fenden Schaltungselements mit einer Schicht des Stromin jektors zusammen.

Ferner können bei einem Strominjektor mit z. B. sieben Schichten die dritte und die fünfte Schicht unabhängig voneinander zur Regelung des der einzustellenden Zone zu zuführenden Einstellstroms benutzt werden. Die dritte und die fünfte Schicht des Strominjektors können dann z. B. als die beiden Eingänge eines Und-Gatters betrachtet werden, von dem ein Ausgang dann durch die einzustellende Zone ge bildet wird.

Auch können mit Hilfe des Strominjektors auf entsprechende Weise Zonen von anderen Schaltungselementen als den ge zeigten Bipolartransistoren, wie Zonen von Dioden und Feldeffekttransistoren, einen Einstellstrom empfangen. Au ßerdem können mit Hilfe des Strominjektors z. B. Torelek troden von Feldeffekttransistoren, insbesondere von Feld effekttransistoren mit einer niedrigen Schwellwertspan nung, gesteuert werden.

Bei Anwendung eines lateralen Strominjektors nach Fig. 1 ist das Verhältnis zwischen den verschiedenen einzustel lenden Zonen zugeführten Einstellströmen dem Verhältnis zwischen den Längen der der injizierenden Schicht 20 zuge wandten Teile der PN-Übergänge zwischen den betreffenden einzustellenden Basiszonen und der Zwischenschicht 21 pro portional. Im dargestellten Beispiel ist der verfügbare Einstellstrom für jede Basiszone gleich groß. Andere Ver hältnisse können einfach mit Hilfe von Längenunterschieden in der Struktur festgelegt werden. Auf diese Weise kann z. B. der oder die Transistor(en) am elektrischen Eingang der integrierten Schaltung und bzw. oder der oder die Transitor(en) am elektrischen Ausgang des Bauelementes ei nen relativ hohen Einstellstrom zugeführt werden um damit die Störanfälligkeit an den Ein- und/oder den Ausgängen der Schaltung zu verringern. Eine weitere Möglichkeit zur Verringerung der Störanfälligkeit ist die Anwendung eines höheren Stromverstärkungsfaktor β an den gewünschten Stellen. Eine solche relativ hohe Stromverstärkungsfaktor kann durch Verwendung einer relativ großen Kollektorzone erzielt werden. Z.B. können wo nötig Kollektorzonen von 40µm·20µm statt 20µm·20µm wie im Beispiel nach Fig. 1, verwendet werden. Die Breite der Basiszone kann dabei von 50µm zum Beispiel auf 70µm vergrößert werden.

Eine andere vorteilhafte Möglichkeit zum Erhalten von Ein stellströmen verschiedener Größe ist die Verwendung unter schiedlicher Abstände zwischen dem injizierenden gleich richtenden Übergang des Strominjektors einerseits und den betreffenden einzustellenden Zonen andererseits. Je größer der Abstand der injizierenden Schicht und der einzustel lenden Zone desto größer ist die effektive Weglänge der injizierten Minoritätsladungsträger und desto kleiner ist der von der einzustellenden Zone empfangene Einstellstrom.

Insbesondere bei Anwendung eines lateralen Strominjektors können auch in dieser Weise vorausbestimmte Verhältnisse zwischen den gewünschten Einstellströmen einfach in der Struktur der integrierten Schaltung festgelegt werden.

Weiter können eine oder mehrere Schichten des Strominjek tors, statt durch Dotierung erhalten zu werden, in dem Halbleiterkörper z. B. mit Oberflächenzuständen und/oder Ladungen in einer Isolierschicht und/oder mit Hilfe einer auf der Isolierschicht liegenden Elektrodenschicht indu ziert werden. Z.B. kann in dem beschriebenen Fünfschich tenstrominjektor die dritte Schicht durch eine induzierte Inversionsschicht gebildet werden. Auch können eine oder mehrere Schichten des Strominjektors aus einer Kombination eines durch Dotierung erhaltenen Teiles und eines mit die sem zusammenhängenden induzierten Teiles bestehen. Z.B. kann, wenn der Abstand zwischen einem durch Dotierung er haltenen injizierenden und einem durch Dotierung erhalte nen kollektierenden Übergang im Strominjektor verhältnis mäßig groß ist, so daß in diesem Teil des Strominjektors keine oder nur eine geringe Stromübertragung stattfindet, dieser Abstand dadurch herabgesetzt werden, daß eine oder beide Schichten an der Oberfläche auf einer der anderen Schicht zugekehrten Seite mit einer Inversionsschicht er weitert werden.

Bei Anwendung der beschriebenen induzierten invertierten Schichten kann, insbesondere wenn sie mit Hilfe einer iso lierten Elektrodenschicht erhalten werden, der den einzu stellenden Zonen zuzuführende Einstellstrom auch mittels der Spannung an der Elektrodenschicht gesteuert werden.

Aus den beschriebenen Beispielen geht hervor, daß die in tegrierten Schaltungen eine neue, gedrängte Struktur auf weisen und meistens durch eine vereinfachte Technologie hergestellt werden können. Vorzugsweise kennzeichnet sich diese neue Struktur durch das Vorhandensein eines an eine Oberfläche grenzenden Halbleitergebietes vom einen Leitfä higkeitstyp, in dem sich eine langgestreckte streifenför mige Oberflächenzone vom anderen Leitfähigkeitstyp er streckt, die z. B. einen eines Kanalsystems oder eines Gitters bildet und die mit dem angrenzenden Gebiet einen PN-Übergang bildet, wobei auf mindestens einer der langen Seiten dieser streifenförmigen Zone mehrere nebeneinander liegende voneinander und von der streifenförmigen Zone ge trennte Oberflächenzonen vom anderen Leitfähigkeitstyp an die Oberfläche grenzen, die einzustellende Zonen von Schaltungselementen der Schaltung und insbesondere einzu stellende Basiszonen von Bipolartransistoren bilden, wobei das Gebiet und die streifenförmige Oberflächenzone mit je einem Anschluß versehen sind, um den erwähnten PN-Übergang zum Injizieren von Minoritätsladungsträgern in das Gebiet in der Durchlaßrichtung einzustellen, wobei die einzustel lenden Zonen durch Sammlung von Minoritätsladungsträgern aus dem Gebiet über die PN-Übergänge, die dieses Gebiet mit den einzustellenden Zonen bildet, einen Einstellstrom empfangen.

Es sei bemerkt, daß die sammelnde Schicht und im allgemei nen jede Schicht des Strominjektors, die Ladungsträger aus einer angrenzenden Schicht des Strominjektors sammelt, wenn kein äußeres Potential überlagert wird, ein Potential annehmen wird, bei dem der gleichrichtende Übergang zwi schen den beiden betreffenden Schichten in der Durchlaß richtung polarisiert ist. Dadurch wird auch über diesen sammelnden Übergang Injektion von Ladungsträgern stattfin den. Wenn in beiden Richtungen ein gleich großer Strom über den sammelnden Übergang fließt, wird die Spannung über diesem Übergang maximal und praktisch gleich der Spannung über dem injizierenden Übergang des Strominjektors sein. In allen anderen Fällen ist die Größe der Durchlaßspannung von der Größe des der betreffenden Sammelschicht entnomme nen oder von dieser Schicht aufgenommenen (Einstell) Stromes abhängig. Es dürfte einleuchten, daß im Grenzfall, in dem praktisch keine Spannung über dem betreffenden sam melnden Gleichrichterübergang steht, der entnommene Strom maximal ist.

Mit dem Strominjektor können durch das Zuführen von Ein stellstrom also Einstellpotentiale für die einzustellende Zone erhalten werden, deren Größe in einem Bereich liegt, der von der Spannung zwischen den beiden an eine Quelle angeschlossenen Quellenanschlüssen des Strominjektors be grenzt wird. Die mit dem Stroninjektor erhaltenen Ein stellpotentiale sind maximal gleich dem des Quellenan schlusses mit dem höchsten Potential und minimal gleich dem Quellenanschluß mit dem niedrigsten Potential. Ferner ist die Spannung zwischen den Quellenanschlüssen gleich der Spannung, die benötigt wird, um den gleichrichtenden Übergang zwischen der injizierenden Schicht und der Zwi schenschicht in der Durchlaßrichtung zu betreiben. Diese Spannung wird im allgemeinen verhältnismäßig niedrig sein. Ein üblicher Wert für diese Durchlaßspannung ist für einen PN-Übergang in Silicium z. B. etwa 0,6 bis 0,8 V. Es ist besonders günstig, daß in vielen Fällen die ganze Schal tung mit den obenerwähnten niedrigen Spannungen betrieben werden kann, wodurch die Verlustleistung äußerst gering sein kann. Dieser Vorteil einer geringen Verlustleistung wird auch in erheblichem Maße erzielt, wenn ein wesentli cher Teil der Schaltung bei diesen niedrigen Spannungen betrieben wird und weiter z. B. ein oder mehrere Ausgangs transistoren höhere Spannungen empfangen, um eine höhere Leistung an dem Ausgang (den Ausgängen) der Schaltung zur Verfügung zu haben.

In diesem Zusammenhang sei bemerkt, daß mit Hilfe des Strominjektors auch Zonen von Schaltungselementen, die bei den obenerwähnten Spannungen überschreitenden Spannungen betrieben werden, ein Einstellstrom zugeführt werden kann.

In diesem Falle kann auch das Potential der mit dem Strom injektor verbundenen einzustellenden Zone außerhalb des oben angegebenen Bereiches liegen, und zwar derart, daß der Gleichrichterübergang zwischen der einzustellenden Zone und der daran grenzenden Schicht des Strominjektors in der Sperrichtung geschaltet ist.

Claims

1. Integrierte Schaltung mit mehreren Schaltungselementen (T₂₂, T₂₃), die nebeneinander an einer Oberfläche (11) eines Halbleiterkörpers (12) angeordnet sind, bei der

a) eine Zwischenschicht (erstes Gebiet) (21) vom ersten Leitungstyp, die eine mehreren Schaltungselementen gemein same Zone bildet, und für jedes dieser Schaltungselemente eine einzustellende Oberflächenzone (1 bis 10), weiter zweite Zone genannt, vom zweiten Leitungstyp vorgesehen ist, die unter Bildung eines zweiten gleichrichtenden Überganges (19) an das erste Gebiet (21) grenzt,
b) die zweiten Zonen (1 bis 10) an der Oberfläche (11) mit je einem elektrischen Signalanschluß (14) versehen sind, der einen Teil eines Musters von Signalleiterbahnen bildet,
c) jede der zweiten Zonen (1 bis 10) der Schaltungsele mente (T₂₂, T₂₃) als letzte Schicht einen Teil einer Drei schichtenstruktur (20, 21, 6, 7) eines als Einstellstrom quelle dienenden Strominjektors bildet,
d) die Dreischichtenstruktur weiter eine injizierende Schicht (20) und die Zwischenschicht (21) enthält, die durch einen ersten gleichrichtenden Übergang (18) von der injizierenden Schicht (20) und durch den zweiten gleich richtenden Übergang (19) von der letzten Schicht (1 bis 10) der Dreischichtenstruktur getrennt ist,
e) der erste gleichrichtende Übergang (18) der Dreischich tenstruktur zum Zuführen von Ladungsträgern an die letzte Schicht (1 bis 10) in Durchlaßrichtung polarisierbar ist, wobei der Strominjektor als Einstellstromquelle für die zweiten Zonen (1-10) dient und die Einstellströme in Ab wesenheit von an die zweiten Zonen angelegter elektrischer Signale die gleichrichtenden Übergänge zwischen den zwei ten Zonen (1-10) und der Zwischenschicht (21) in Vorwärts richtung einstellen können,

dadurch gekennzeichnet, daß

f) der Halbleiterkörper wenigstens zwischen zwei der zweiten Zonen (1-10) eine Sperrzone (76) aus Isolier material aufweist, die sich von der Oberfläche her in den Halbleiterkörper erstreckt.

2. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1, bei der in dem Halbleiterkörper (12) eine zur Zwischenschicht (21) gehö rende, höher als die zweiten Zonen dotierte Oberflächen zone (21c) vom ersten Leitungstyp ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle der Sperrzone aus Isoliermaterial eine höher dotierte, trennende Oberflächenzone (21c) vorhanden ist, die zu der Zwischenschicht (21) gehört und jede der zweiten Zonen (1 bis 10) an der Oberfläche (11) praktisch völlig von einer Kombination aus der injizierenden Schicht (20) und der trennenden Oberflächenzone (21c) umgeben ist (Fig. 1 und 2).

3. Integrierte Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die trennende Oberflächenzone (21c) sich von der Ober fläche her in den Halbleiterkörper bis mindestens zur gleichen Tiefe erstreckt wie die zweiten Zonen (1-10).

4. Integrierte Schaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die trennende Oberflächenzone (21c) sich im Halblei terkörper einem zur Zwischenschicht (21) gehörenden, höher als ein angrenzender Teil der Zwischenschicht dotierten Teil (21a) anschließt, welcher sich in einer Richtung praktisch parallel zur Oberfläche bis unter die zweiten Zonen (1-10) erstreckt.

5. Integrierte Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der angrenzende Teil der Zwischenschicht (21) den höher dotierten Teil (21a) von den zweiten Zonen (1-10) trennt.

6. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die trennende Oberflächenzone U-förmige Teile auf weist, die je eine der zweiten Zonen (1-10) auf drei Sei ten umgeben.

7. Integrierte Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die U-förmigen Teile an ihren offenen Enden so von der injizierenden Schicht (20) abgeschlossen sind, daß die zweiten Zonen (1-10) praktisch völlig von einer Kombi nation aus einem Teil der injizierenden Schicht (20) und einer trennenden Oberflächenzone (21c) umgeben sind.

8. Integrierte Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei der mindestens eines der Schaltungselemente ein Transistor ist und die ersten Gebiete und die zweiten Zonen Streuelektroden und erste Hauptelektrodenzonen der Transistoren bilden, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder mehrere erste Hauptelektrodenzonen der Transistoren von einer Metall enthaltenden Schicht gebildet sind, die mit der angrenzenden zweiten Zone einen Schottky-Übergang bildet.