DE2756535A1 - Vorrichtung zur kopplung in der i hoch 2 l-technik betriebener transistoren mit einem auf hoeheren ruhestrom eingestellten transistor - Google Patents
Vorrichtung zur kopplung in der i hoch 2 l-technik betriebener transistoren mit einem auf hoeheren ruhestrom eingestellten transistorInfo
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Description
Π. V. V-Ckif Giosik'riiiisriiiiLrici^n, tinaHhsn phn
18.5.77
"Vorrichtung zur Kopplung in der I L-Technik betriebener
Transistoren mit einem auf höheren Ruhestrom eingestellten Transistor".
Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung mit einem Halbleiterkörper, der ein Gebiet
2
enthält, das in der 1 L-Technik betriebene Transis-, toren trägt, unter denen sich ein Steuertraiisistor ("driver") befindet, der mit einem auf höheren Ruhestrom eingestellten Transistor gekoppelt ist.
enthält, das in der 1 L-Technik betriebene Transis-, toren trägt, unter denen sich ein Steuertraiisistor ("driver") befindet, der mit einem auf höheren Ruhestrom eingestellten Transistor gekoppelt ist.
In der Literatur findet man ausführliche
Artikel über IL (= Integrated Injection Logic),
die darin besteht, dass die Stromversorgung der Tran-
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■ \-
sistoren einer integrierten Schaltung über einen
auf dem Halbleiterkörper der integrierten Schaltung
angebrachten Strominjektor erfolgt, der mit weiteren
Zonen des Halbleiterkörpers eine Mehrschichtenstruktür
mit mindestens drei aufeinanderfolgenden durch gleichrichtende Übergänge voneinander getrennten
Schichten bildet, wobei der von dem Strominjektor
in eine zwischenliegende Schicht injizierte Strom von einer kollektierenden Schicht aufgefangen wird,
die zugleich einen Teil eines oder mehrerer Transistoren der integrierten Schaltung bildet.
NB.: Obgleich die Bezeichnung I L vermuten Hesse, dass sich die Erfindung auf die Anwendung
in logischen Schaltungen beschränken würde, ist dies in Wirklichkeit nicht der Fall, sondern
ist im Gegenteil an die Anwendung in analogen Schaltungen
zu denken. Nachstehend wird unter I L die in der offengelegten niederländischen Patentanmeldung 7·107·Ίθ
beschriebene Variante zu verstehen, bei der die betreffenden Transistoren als vertikale invers betriebene
Transistoren ausgebildet sind.
Die Erfindung befasst sich insbesondere
mit dem Problem, eine Kopplung zwischen derartigen
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in der I L-Technik betriebenen Transistoren, die im allgemeinen auf sehr niedrigen Ruhestrom und niedrige Leistung eingestellt sind, und weiteren
in der I L-Technik betriebenen Transistoren, die im allgemeinen auf sehr niedrigen Ruhestrom und niedrige Leistung eingestellt sind, und weiteren
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Transistoren zu ermöglichen, die eine viel höhere Leistung liefern können müssen und daher auf einen
viel höheren Ruhestrom eingestellt sind.
Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet,
dass zur Kopplung des Steuertransistors mit dem auf höheren Ruhestrom eingestellten Transistor*auf
dem Halbleiterkörper eine von dem übrigen Teil des Körpers elektrisch getrennte Insel vom einen Leitungstyp
angebracht ist, die an ein festes Potential gelegt wird und in der mit Hilfe von Zonen
vom anderen Leitungstyp ein lateraler Transistor gebildet ist, wobei die Insel und eine dieser Zonen
dieses lateralen Transistors mit den Zonen eines vertikalen Transistors gemeinsam sind, und wobei
die gemeimsame Zone mit dem Steuertransistor verbunden ist, wobei innerhalb dieser Zone eine ·
weitere (Emitter-)Zone vom einen Leitungstyp angebracht ist, die mit dem auf höheren Ruhestrom eingestellten
Transistor verbunden ist, während die Zone des lateralen Transistors, die dem vertikalen
Transistor nicht gemeinsam ist, an einen Speisungspunkt angeschlossen wird, derart, dass der Strom
aus der genannten Emitterzone höher als der (injektor-)Strom ist, bei dem die I L-Transistoren
betrieben werden.
Durch die erfindungsgemässen Nassnähmen
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wird eine besonders gedrängte Struktur erhalten, die wenig Raum beansprucht und sich besonders gut
zur Anwendung bei dem Verfahren zur Herstellung der
2
in der I L-Technik betriebenen Transistoren eignet.
in der I L-Technik betriebenen Transistoren eignet.
Die Erfindung wird nachstehend beispielsweise an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf und Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Teil
eines Halbleiterkörpers für eine Vorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 3 das zugehörige elektrische Schaltbild,
und
^■15 Fig. h eine Weiterbildung der Fig. 3·
^■15 Fig. h eine Weiterbildung der Fig. 3·
Fig. 1 ist eine Draufsicht auf einen "
Halbleiterkörper, dessen links in der Figur darge—
stellter Teil in der I L-Technik ausgeführte Transistoren und dessen rechts in der Figur dargestellter
Teil einen auf erhöhten Ruhestrom eingestellten Transistor enthält, während zwischen diesen beiden
Teilen schematisch der Kupplungsteil dargestellt ist, der eine Kopplung zwischen einem Ausgangs—'
transistor des linken Teiles und dem Eingang des Transistors im rechten Teil herstellt. Die drei
Teile sind als in einzelnen Inseln gebildete Tran-
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sistorstrukturen dargestellt, aber es ist unter Umständen möglich, zwei Inseln zu einer einzigen Insel zu verdnigen,
z.B. wenn der Transistoren im rechten Teil als Emitterfolger geschaltet wird.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist von einem Halbleiterkörper aus z.B. p-leitendem Silizium
ausgegangen, in dem die Inseln mit Hilfe einer tiefen p+-Diffusion 2 gebildet sind. In dem Körper 1
werden vergrabene Zonen 3 vom n+-Leitungstyp angebracht,
wonach eine epitaktische η-leitende Schicht k aufgebracht wird. Mittels der p+-dotierten Trennzone
2 wird diese Schicht k in drei Teile, und zwar in die Zonen ka, kh und kc, unterteilt. Mit Hilfe
weiterer photolithographischer Vorgänge werden in diesen drei Zonen weiter p- bzw. η-dotierte Zonen
6 und 8 bzw. 7 angebracht, deren Gestalten aus den Figuren 1 und 2 abgelesen werden können. Dadurch
werden auf bekannte Weise Transistorstrukturen
erhalten, die auf übliche Weise mit Hilfe von Leiterbahnen miteinander verbunden werden können. Diese
Leiterbalmen sind in den Figuren 1 und 2 schematisch durch gestrichelte Linien angegeben. Erwünschtenfalls
können die Transistorstrukturen innerhalb der Zonen ka und 4b von einer tiefen
n+-dotierten Zone 5 umgeben werden, um zu verhindern, dass die Trennzonen 2 auf unerwünschte Veise
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Ladungen sammeln werden.
Eine der Transistorstrukturen in der Insel der Zone ha wird durch diese Zone 'la und die Zonen
6a und 7a gebildet. Dieser Transistor ist als inverser
vertikaler Transistor ausgeführt, vas bedeutet, dass, auf die Oberseite des Halbleiterkörpers
gesehen, untereinander zunächst die Kollektorzone 7a, dann die Basiszone 6a und danach die Emitterzone
'ta angeordnet sind. Dieser Transistor 'la, 6a, 7at der im Ersatzschaltbild nach Fig. 3 mit dem
Symbol a. bezeichnet ist, wird mittels eines sogenannten
Strorainjektors mit Strom gespeist. Als
Injektor dient die p-leitende Zone 8, die lateral N in bezug auf die Zone 6a (und andere in der betref—
fenden Zone 'la angebrachte Transistorstrukturen) angeordnet ist. Die Zone 'ta wird mit einem Punkt festen
Potentials, z.B. Erde, verbunden, während die Zone 8d an einen Speisespannungspunkt V , z.B.
1f5 V, gelegt wird. Dadurch werden Ladungen von der
Zone 8 in die Zone 'ta injiziert, die die Zone 6a (und auch die übrigen in der Nähe des Injektors 8
angebrachten p-leitenden Zonen) erreichen können, wodurch die Zone 6a in der Durchlassrichtung in
bezug auf die Zone 'ta polarisiert wird. Dadurch wird- zwischen den Zonen ha (Emitter), 6a (Basis)
und 7a (Kollektor) die gewünschte Transistorwirkung
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erhalten.
Der Ruhestrom dieses in der I L-Technik ausgeführten Transistors ist sehr niedrig, was im allge-
2 meinen als ein grosser Vorteil der I L-Technik betrachtet wird, weil dadurch der Energieverbrauch
ebenfalls besonders gering ist. Dabei ergibt sich jedoch der Nachteil, dass die Energie, die ein solcher
Transistor z.B. an eine äussere Belastung lieferb kann, ebenfalls besonders gering ist. Daher
liegt der Wunsch vor, in demselben Halbleiterkörper auch auf einen höheren Ruhestrom eingestellte
Transistoren aufzunehmen.
Ein solcher Transistor ist nach den Figuren 1 und 2 innerhalb der Zone 4c gebildet und
in Fig. 3 mit dem Synbol £ bezeichnet. Die drei
Zonen 4c, 6c und 7c bilden wieder einen vertikalen Transistor, aber nun in normalem und nicht in inversem
Betrieb» wie der Transistor a, denn die Zone
7c wirkt dabei als der Emitter, die Zone 6c als die Basis und die Zone 4c, deren Oberfläche viel grosser
als die der Zone 7c ist, als der Kollektor dieses Transistors. Der Kollektor-Basis-Stromverstärkungsfaktor,
der mit einem solchen Transistor erreicht werden kann, ist viele Male grosser als bei
inversem Betrieb,
Um nun den Ausgang des Transistors ja,
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• Ao-
der als Steuertransistor wirkt, mit dem Eingang des Transistors _c zu koppeln, ist der Kopplungsteil in
Form der Struktur innerhalb der Zone hh angebracht.
Dieser Kopplungsteil enthält einen Strominjektor 8b, der über die Zone 4b in die lateral in bezug auf
den Injektor 8b angeordnete Zone 6b Strom injiziert. Diese Zone 6b bildet nun die Basiszone eines im normalen
Betrieb wirkenden vertikalen Transistors, dessen Kollektor durch die genannte Zone kh und dessen
Emitter durch die Zone 7b gebildet werden. Diese Transistor _b weist daher einen diesem Normalbetrieb
inhärenten hohen Stromverstärkungsfaktor auf und ist somit imstande, die niedrige Stromeinstellung in der
I L-Technik betriebener Transistoren der für den ' Transistor £ benötigten hohen Stromeinstellung anzupassen.
Die Zone kh liegt vorzugsweise an einer etwas höheren Spannung V (z.B. k v) als die
Spannung V am Injektor 8a. Diese Spannung muss
3.
von einer Quelle mit einem derart niedrigen Innenwiderstand
geliefert werden, dass die Struktur 8b,4b,6b,7b, die, wie aus dem Ersatzschaltbild nach
Fig. 3 hervorgeht, den Charakter einer pnpn-Struktui"
aufweist, nicht unstabil wird. Die Spannung V, 1 an der Zone 8b wird normalerweise über einen gewissen
Widerstand zugeführt (wie auch die Spannung V
an der Zone 8a), weil sonst bei Speisespannungs-
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bzw. Temperaturänderungen zu grosse Ruhestromänderungen
auftraten könnten. Vorzugsweise werden die Injektionsströme der Injektoren 8a und 8b etwa in
der gleichen Grössenordnung gewählt.
In Fig, k ist diese Stromversorgung schematisch
dargestellt, wobei ausserdem eine grössere Anzahl von Strominjektoren als oben beschrieben
benutzt wird. Ein Speisespannungspunkt V, dem z.B. 12 V zugeführt wird, ist dabei über einen Widerstand
R mit einem Leiter 10 verbunden, der über gesonderte Widerstände R zu verschiedenen Strominjektoren
(die hier mit dem Symbol eines pnp-Transistors angegeben sind) führt, wobei diese Injektoren den
oben an Hand der Zonen 8a, 4a, 6a beschriebenen Charakter aufweisen. Über Anzapfungen des Widerstandos
R werden die Spannungen V und V. „ erhalten, wobei die Spannung V wieder auf ähnliche
Weise der Zone 8b zugeführt wird, während die Spannung V über einen Emitterfolger 12 der Zone
k\> zugeführt wird. Wie aus dem Schaltbild nach
Fig. '4 hervorgeht, wird dadurch auf einfache Weise erreicht, dass der Innenwiderstand der Spannungsquolle,
die dann an die Zone kh angeschlossen ist, verhältnismässig niedrig ist, während andererseits
ein genügender Reihenwiderstand in Reihe mit den Strominjektoren 8a bzw. 8b vorhanden bleibt, um unerwünschte
Stroniüberlastungeii zu vermeiden.
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Le e rs e
ite
Claims (2)
- PHN 8638 18.5.77Patentansprüche:Vorrichtung mit einem Halbleiterkörper,der ein Gebiet enthält, das in der I L-Technik betriebene Transistoren trägt, unter denen sich ein Steuertransistor ("driver") befindet, der mit einem auf höheren Ruhestrom eingestellten Transistor gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Kopplung des Steuertransistors mit dem auf höheren Ruhestrom eingestellten Transistor auf dem Halbleiterkörper eine von dem übrigen Teil des Körpers elektrisch getrennte Insel, vom einen Leitungstyp angebracht ist, die an ein festes Potential gelegt wird und in der mit Hilfe von Zonen Vom anderen Leitungstyp ein lateraler Transistor gebildet ist, wobei die Insel und eine dieser Zonen dieses lateralen Transistors mit den Zonen eines vertikalen Transistors gemeinsam sind, wobei die gemeinsame Zone mit dem Steuertransistor verbunden ist j und wobei innerhalb dieser Zone eine weitere (Emitter-JZoiie vom einen Leitungstyp angebracht ist, die mit dem auf höheren Ruhestrom eingestellten Transistor verbunden ist, während die Zone des lateralen Transistors, die dem vertikalen Transistor nicht gemeinsam ist, an einen Speisungspunkt angeschlossen wird, derart, dass der Strom aus der genannten Emitterzone höher als der (injektor-)Strom ist, bei dem die I L-80982f/0734ORIGINAL INSPECTEDPHN 8638 ο 18.5-77Transistoren betrieben werden.
- 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der einSpeisungspunkt über einen Widerstand mit einem odermehreren Stroniinjektoren der in der I L-Technik betriebenen Transistoren verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzapfung dieses Widerstandes über einen Emitterfolger mit der elektrisch
getrennten Insel zur Lieferung des genannten festen Potentials verbunden ist.60982f/0734
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| OD | Request for examination | ||
| D2 | Grant after examination | ||
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