JPS62125709A - Semiconductor integrated circuit - Google Patents

Semiconductor integrated circuit

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JPS62125709A
JPS62125709A JP60263890A JP26389085A JPS62125709A JP S62125709 A JPS62125709 A JP S62125709A JP 60263890 A JP60263890 A JP 60263890A JP 26389085 A JP26389085 A JP 26389085A JP S62125709 A JPS62125709 A JP S62125709A
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Japan
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fet
voltage
electrode
threshold voltage
integrated circuit
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JP60263890A
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Japanese (ja)
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Noboru Masuda
昇 益田
Takehisa Hayashi
剛久 林
Hironori Tanaka
田中 広紀
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To control a threshold voltage of a FET to a desired value even when the element characteristic changes due to temperature fluctuation by detecting a change in the characteristic of the semiconductor element in operation and feeding back the detected result so as to correct the change of the characteristic. CONSTITUTION:Suppose that a threshold voltage Vt of a FET 1 is higher than a gate voltage Vg, the FET 1 is cut off. Then a voltage Vd is higher, an output voltage Vc of a buffer circuit is higher to apply feedback so as to lower the threshold voltage Vt of the FET 1. When the voltage Vt is lower than the voltage Vg, the FET 1 is conductive conversely. Since the current drive capability of the FET 1 is sufficiently larger than a current Io, the voltages Vd, Vc are lower to apply feedback thereby increasing the voltage Vt. Since FETs 1, 101 and 102 are mounted on one and same chip, the temperature of them is nearly equal to each other and the threshold voltage of each FET is nearly equal. Thus, the threshold voltage of each FET is always nearly equal to the gate voltage Vg.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、半導体素子の特性を制御し得る半導体集積回
路に係り、特に温度変化などに起因するしきい電圧の変
動を補償し得るFETに適用するのに好適な半導体集積
回路に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Field of Application of the Invention] The present invention relates to a semiconductor integrated circuit that can control the characteristics of a semiconductor element, and is particularly applicable to an FET that can compensate for threshold voltage fluctuations caused by temperature changes. The present invention relates to a semiconductor integrated circuit suitable for

〔発明の背景〕[Background of the invention]

G a A s基板上のMESFETのしきい電圧のば
らつきを抑える方法としては、例えば基板結晶の成長方
法を工夫したり(第44回応用物理学会学術講演会講演
予稿集551頁25p−E−3,25p−E−4(19
83年9月))、該基板にA立やInなどの不純物をド
ープしたり(同上25p−E−5、GaAsICシンポ
ジウム45〜48頁(1984年))することによって
結晶の転位密度を下げることや、チャネル層を薄くした
り(応用物理学会応用電子物性分科会研究報告19〜2
4頁(1983年5月))、ソース・ドレイン部の高濃
度層をゲートから離したり(昭和58年度電子通信学会
半導体・材料部門全国大会116頁(1983年9月)
)することによって短チヤネル効果を抑えることなどが
知られている。しかし、これらの方法はいずれも製造工
程中における制御方法であり、ある決められた動作条件
下でのFETのしきい電圧のばらつきを低減するために
は有効であるが、動作中の温度変化などに起因する特性
の変動について補償することは不可能である。
As a method of suppressing variations in the threshold voltage of MESFETs on GaAs substrates, for example, the growth method of the substrate crystal may be devised (Proceedings of the 44th Japan Society of Applied Physics Conference, p. 551, p. 25, p. E-3). , 25p-E-4 (19
(September 1983)), lowering the dislocation density of the crystal by doping the substrate with impurities such as Al or In (ibid., 25p-E-5, GaAs IC Symposium, pp. 45-48 (1984)). or by making the channel layer thinner (Society of Applied Physics, Applied Electronics Physics Subcommittee Research Report 19-2)
(Page 4 (May 1983)), moving the high concentration layer in the source/drain region away from the gate (Page 116 (September 1983) of the 1986 National Conference of the Semiconductor and Materials Division of the Institute of Electronics and Communication Engineers)
) is known to suppress the short channel effect. However, all of these methods are control methods during the manufacturing process, and although they are effective in reducing variations in the threshold voltage of FETs under certain operating conditions, It is not possible to compensate for variations in properties due to

また、製品完成後にしきい電圧を制御する装置が、特開
昭57−211783号、特開昭58−130560号
などに開示されている。これらは、FETのチャネル領
域の下部にチャネル領域と反対の導電型の半導体層を設
け、この層にかける電圧を制御することによってしきい
電圧を制御するものである。しかし、これらの装置にお
いては、動作中のFETのしきい電圧を検知する手段や
、その検知した結果をフィードバックしてチャネル下部
の層にかける電圧を調節する具体的な手段については提
案されておらず、やはり動作中のしきい電圧の変動を良
好に補償することは不可能である。
Additionally, devices for controlling the threshold voltage after the product is completed are disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 57-211783 and 1987-130560. In these devices, a semiconductor layer of a conductivity type opposite to that of the channel region is provided below the channel region of the FET, and the threshold voltage is controlled by controlling the voltage applied to this layer. However, in these devices, no specific means has been proposed for detecting the threshold voltage of the FET during operation or for feeding back the detected results to adjust the voltage applied to the layer below the channel. First, it is still not possible to compensate well for variations in threshold voltage during operation.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明の目的は、動作中の半導体素子の特性を制御し得
る半導体集積回路、特に温度変動などに起因するしきい
電圧の変動に対応してしきい電圧を制御し得るFETを
提供することにある。
An object of the present invention is to provide a semiconductor integrated circuit that can control the characteristics of a semiconductor element during operation, and in particular to provide an FET that can control the threshold voltage in response to fluctuations in threshold voltage caused by temperature fluctuations. be.

〔発明の概要〕[Summary of the invention]

上記の目的を達成するために、本発明の半導体集積回路
は、動作中の半導体素子の特性の変化を検知する手段と
、その検知した結果をフィードバックして上記特性の変
化を補正する手段とを備えたことを特徴とする 特に1本発明をFETに適用する場合は、前述の特開昭
57−211783号などに記載されているような、ソ
ース、ドレイン、ゲート電極以外に第4の電極を有し、
該第4の電極にかける電圧を変えることによって、しき
い電圧を変化させ制御し得るFETを用い、さらに、F
ETのしきい電圧の変動に応じて第4の電極にかける電
圧を制御する手段を有するものである。
In order to achieve the above object, the semiconductor integrated circuit of the present invention includes means for detecting changes in the characteristics of a semiconductor element during operation, and means for feeding back the detected results to correct the changes in the characteristics. In particular, when the present invention is applied to an FET, a fourth electrode is provided in addition to the source, drain, and gate electrodes, as described in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 57-211783. have,
By using a FET whose threshold voltage can be changed and controlled by changing the voltage applied to the fourth electrode,
It has means for controlling the voltage applied to the fourth electrode in accordance with fluctuations in the threshold voltage of the ET.

すなわち、同一の半導体集積回路チップ内にあるFET
の各しきい電圧はほぼ等しくなるという特性に基づき、
チップ内にしきい電圧モニタ用のダミーのFETを設け
てダミーのFETのしきい電圧が常に所望の値になるよ
うなフィードバックループを構成し、このときにダミー
のFETの第4の電極にかかっている電圧をダミー以外
の、所定の回路機能を果たすべきFETの第4の電極に
もかけ、その結果、制御対象としているすべてのFET
のしきい電圧が所望の値になるようにしたものである。
In other words, FETs in the same semiconductor integrated circuit chip
Based on the characteristic that each threshold voltage of is almost equal,
A dummy FET for threshold voltage monitoring is provided in the chip to form a feedback loop in which the threshold voltage of the dummy FET is always at the desired value. The same voltage is also applied to the fourth electrode of FETs other than the dummy, which are supposed to perform a predetermined circuit function, and as a result, all FETs being controlled
The threshold voltage is set to a desired value.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

第1図に本発明の実施例の基本構成の回路を示す。第1
図において、100はこの集積回路の所定の論理機能や
メモリ機能等を有する回路網、101.102はその中
に使用されているFET (第1のFET)を示す。ま
た、1はこの集積回路内にあるFETのしきい電圧をモ
ニタするために設けたダミーのFET (第2のFET
)であり、少なくともこれらのFETI、101,10
2は、同一の半導体チップ上に作るものとする。なお、
FET1.101.102には、ソース、ドレイン、ゲ
ート電極の他に印加電圧によってしきい電圧を変化させ
得る第4の電極6,111.112が備えである。この
ようなFETは、例えば電極6,111,112によっ
て電圧が印加されるチャネル領域と反対の導電型の層を
、チャネル領域の下部に設けることにより実現できる。
FIG. 1 shows a basic circuit configuration of an embodiment of the present invention. 1st
In the figure, 100 indicates a circuit network having predetermined logic functions, memory functions, etc. of this integrated circuit, and 101 and 102 indicate FETs (first FETs) used therein. In addition, 1 is a dummy FET (second FET) provided to monitor the threshold voltage of the FET in this integrated circuit.
), and at least these FETI, 101,10
2 shall be manufactured on the same semiconductor chip. In addition,
In addition to the source, drain, and gate electrodes, the FETs 1, 101, and 102 are equipped with fourth electrodes 6, 111, and 112 whose threshold voltages can be changed depending on the applied voltage. Such a FET can be realized, for example, by providing a layer of a conductivity type opposite to that of the channel region to which a voltage is applied by the electrodes 6, 111, 112 below the channel region.

すなわち、Nチャネル(もしくはPチャネル)型のFE
Tのチャネル下部にP型(N型)の層を設けた場合、そ
のP型(N型)の層にかける電圧を下げる(上げる)と
チャネル層が縮み。
In other words, N-channel (or P-channel) type FE
When a P-type (N-type) layer is provided below the T channel, when the voltage applied to the P-type (N-type) layer is lowered (increased), the channel layer shrinks.

そのチャネルをカットオフするために必要なゲート電圧
は高く (低く)なる。従って、このような構造にすれ
ばP型(N型)の層にかける電圧を下げる(上げる)こ
とによってしきい電圧を上げる(下げる)ことができる
。このような構造を具体的に実現する製造方法の1つと
して、例えば特開昭57−211783号に、Nチャネ
ル型のGaA、sMESFETにP型の不純物となる軽
元素をイオン打ち込みによって注入する方法が詳述され
ている。
The gate voltage required to cut off that channel will be higher (lower). Therefore, with such a structure, the threshold voltage can be raised (lowered) by lowering (raising) the voltage applied to the P-type (N-type) layer. As one manufacturing method for concretely realizing such a structure, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 57-211783 discloses a method of implanting a light element, which becomes a P-type impurity, into an N-channel type GaA sMESFET by ion implantation. is detailed.

イオン打ち込みによれば軽元素は深く入るため、チャネ
ルより深い所にP型の層を形成することができる。この
場合、P型の層を比較的チャネルに近い所に比較的高濃
度で作れば、P型の層にかける電圧の変化1mV当たり
に対してしきい電圧が1mV近く変化する程の高感度を
持つものも実現可能である。また、第1図の2は、FE
TIに微小電流(FETIの電流駆動能力と比較して充
分小さい電流)を供給するための負荷素子であり、具体
的にはFETIのオン抵抗より充分に高い抵抗値を持っ
た負荷素子である。3はフィードバックをかけるための
バッファ回路、4は高電位側の電源、5は所望のしきい
電圧に相当する電圧(厳密には、所望のしきい電圧より
若干高い電圧)を供給する端子である。なお、以下の説
明では負荷素子2を流れる電流をIo、端子5に加える
電圧をVg、FET1と負荷素子2の接続点の電圧をV
d、 ffl極6.11】、112にかかっている制御
電圧をVc、FET1のしきい電圧およびに値をそれぞ
れVt、にと表わす。
Ion implantation allows light elements to penetrate deeply, making it possible to form a P-type layer deeper than the channel. In this case, if the P-type layer is formed at a relatively high concentration near the channel, high sensitivity can be achieved, with the threshold voltage changing by nearly 1 mV for every 1 mV change in the voltage applied to the P-type layer. What you have is also possible. Also, 2 in Figure 1 is FE
It is a load element for supplying a minute current (a sufficiently small current compared to the current drive capability of the FETI) to the TI, and specifically, it is a load element having a resistance value sufficiently higher than the on-resistance of the FETI. 3 is a buffer circuit for applying feedback, 4 is a power supply on the high potential side, and 5 is a terminal that supplies a voltage corresponding to the desired threshold voltage (strictly speaking, a voltage slightly higher than the desired threshold voltage). . In the following explanation, the current flowing through the load element 2 is Io, the voltage applied to the terminal 5 is Vg, and the voltage at the connection point between the FET 1 and the load element 2 is V.
The control voltage applied to the d, ffl poles 6.11] and 112 is expressed as Vc, and the threshold voltage of FET 1 and its value are expressed as Vt, respectively.

次に、第1図の回路の動作について説明する。Next, the operation of the circuit shown in FIG. 1 will be explained.

今仮りに、FETIのしきい電圧Vtがゲート電圧vg
より高くなったとすると、FETIは遮断状態となる。
Now suppose that the threshold voltage Vt of FETI is the gate voltage vg
If it becomes higher, the FETI will be shut off.

すると、電圧Vdが高くなり、バッファ回路の出力電圧
Vcも高くなってFET1のしきい電圧Vt を下げる
ようにフィードバックがかかる。逆にVtがVgより低
くなったとすると、FET1は6通状態となる。すると
、FET1−の電流駆動能力がIQに比較して充分大き
いためにVd、Vcは低くなってVt を上げるように
フィードバックがかかる。従って、VtがVgにほぼ等
しくなった時(厳密にはFETIに微小電流Ioが流れ
る分だけVtの方が若干低い時)に定常状態となる。そ
して、このときのVcがそれぞれ電極111,112に
よってF E Tl01.102にも加えられているた
め、FETl0I、102のしきい電圧もFET1のし
きい電圧Vtに等しくなる。定量的には、 K (Vg −Vt)2= I 。
Then, the voltage Vd increases, the output voltage Vc of the buffer circuit also increases, and feedback is applied to lower the threshold voltage Vt of the FET1. Conversely, if Vt becomes lower than Vg, FET1 will be in the 6-pass state. Then, since the current drive capability of FET1- is sufficiently large compared to IQ, Vd and Vc become low, and feedback is applied to raise Vt. Therefore, a steady state is reached when Vt becomes approximately equal to Vg (strictly speaking, when Vt is slightly lower by the amount of minute current Io flowing through FETI). Since Vc at this time is also applied to FETl01.102 by the electrodes 111 and 112, respectively, the threshold voltages of FETl0I and 102 also become equal to the threshold voltage Vt of FET1. Quantitatively, K (Vg - Vt)2 = I.

すなわち、Vt=Vg−口「I7X となった時に定常状態となる。従って、Vtとvgとの
差を30mV程度に抑えるためには、例えばIO≦]、
OμAであれば、K≧10mA/V2.すなわちFET
1のゲート幅を10〜10〇−程度以上にすればよい。
That is, a steady state occurs when Vt = Vg - I7X. Therefore, in order to suppress the difference between Vt and vg to about 30 mV, for example, IO≦],
If OμA, K≧10mA/V2. That is, FET
The gate width of 1 may be set to about 10 to 100 mm or more.

第1図の回路では、温度変動等によってFETのしきい
電圧が変化しても上述のフィードバック動作によって制
御電圧Vcは常にF ETlのしきい電圧Vtがゲート
電圧Vgにほぼ等しくなるように変化する。また、F 
E T 1とFET101、+02は、同一チップ上に
あるためにほぼ同じ温度となり、各FETのしきい電圧
はほぼ等しくなる。従って、各FETのしきい電圧は常
にゲート電圧Vgにほぼ等しくなる。なお、上述のフィ
ードバック動作によれば、温度変化の他に例えばFET
の製造条件のばらつきなどに起因するFETのしきい電
圧のずれも補正されることは明らかである。 次に、第
2図および第4図〜第9図を用いてより具体的な実施例
を示す。但し、第2図および第4図〜第9図においては
、第1図の100に相当する部分は図示省略しである。
In the circuit shown in Fig. 1, even if the threshold voltage of the FET changes due to temperature fluctuations, etc., the control voltage Vc always changes due to the feedback operation described above so that the threshold voltage Vt of the FETl is almost equal to the gate voltage Vg. . Also, F
Since E T 1 and FETs 101 and +02 are on the same chip, they have approximately the same temperature, and the threshold voltages of each FET are approximately equal. Therefore, the threshold voltage of each FET is always approximately equal to the gate voltage Vg. Note that, according to the above-described feedback operation, in addition to temperature changes, for example, FET
It is clear that deviations in the threshold voltages of the FETs due to variations in manufacturing conditions can also be corrected. Next, a more specific example will be shown using FIG. 2 and FIGS. 4 to 9. However, in FIG. 2 and FIGS. 4 to 9, a portion corresponding to 100 in FIG. 1 is not shown.

第2図は、バッファ回路をソースフォロワによって構成
し、所望のしきい電圧に相当する電圧を抵抗分割によっ
て発生した例である。31はソースフォロワ用のFET
、32はソースフォロワに電流を供給するための負荷F
ETであり、この2個のFETでバッファ回路を構成す
る。また、51.5zは分圧用の抵抗素子である。集積
回路上の抵抗素子は、その抵抗値自体の設計値と実現値
との差が大きくても、2個の抵抗素子の抵抗値の比のば
らつきは小さくできるため、■乙のばらつきは電′tA
電圧の変動だけでほぼ決まると考えられる。すなわち、
Vgの値はこの抵抗51と51および52の抵抗値の和
との比に電源4の電圧を掛は算した値となるが、前者は
ほぼ一定であるため、後者のばらつきのみが7gのばら
つきを決めることになる。従って、7gの絶対値が小さ
くなるように設計しておけば、Vgのばらつきも小さく
抑えることができる。一方、所定の論理機能やメモリ機
能等を有する本体の回路(第1図の100内の部分)に
、第3図に示すようなりCFL回路を用いた場合、駆動
FETl0Iのしきい電圧がOvに近い正の値(OV〜
0.1v程度)であれば最も都合が良く、これより高い
時には駆動FETl0Iに流れる電流が小さくなって回
路の動作速度が遅くなり、これより低い時には駆動FE
Tl0Iが遮断しなくなって動作マージンが小さくなる
。従って、第2図の回路において、本体の回路にDCF
Lを用いた場合、VgがOvに近くなるように設計すれ
ば、FETのしきい電圧は抵抗値や電源電圧のばらつき
に関係なく常に最も都合の良い値に制御されることにな
る。なお、第2図においては、FETIに微小電流を供
給する負荷素子2として、ゲート電極とソース電極とを
接続したFETを使っているが、この負荷FET2のゲ
ート幅がFETIのゲート幅より充分に狭くなるように
、かつ、もしくは、負荷FET2のゲート長がFETI
のゲート長より充分に長くなるように設計しておけば、
前述の仕様(FET1の電流駆動能力より充分に小さい
電流を供給する)を満足できる。
FIG. 2 shows an example in which the buffer circuit is configured with a source follower and a voltage corresponding to a desired threshold voltage is generated by resistance division. 31 is FET for source follower
, 32 is a load F for supplying current to the source follower.
These two FETs constitute a buffer circuit. Further, 51.5z is a resistance element for voltage division. Even if there is a large difference between the designed resistance value and the actual value of the resistance element on an integrated circuit, the variation in the ratio of the resistance values of the two resistance elements can be reduced, so the variation in tA
It is thought that it is almost determined solely by voltage fluctuations. That is,
The value of Vg is the ratio of this resistor 51 to the sum of the resistance values of 51 and 52 multiplied by the voltage of power supply 4, but since the former is almost constant, only the variation of the latter is the 7g variation. will be decided. Therefore, if the design is made so that the absolute value of 7g is small, the variation in Vg can be suppressed to a small value. On the other hand, if a CFL circuit as shown in Fig. 3 is used in the circuit of the main body having predetermined logic functions, memory functions, etc. (the part within 100 in Fig. 1), the threshold voltage of the drive FETl0I becomes Ov. Close positive value (OV~
If it is about 0.1v), it is most convenient; if it is higher than this, the current flowing through the drive FET l0I will be small and the operating speed of the circuit will be slow; if it is lower than this, the current flowing through the drive FE
Since Tl0I is no longer cut off, the operating margin becomes smaller. Therefore, in the circuit of Fig. 2, the DCF is applied to the circuit of the main body.
When L is used, if it is designed so that Vg is close to Ov, the threshold voltage of the FET will always be controlled to the most convenient value regardless of variations in resistance value or power supply voltage. In Fig. 2, a FET whose gate electrode and source electrode are connected is used as the load element 2 that supplies a minute current to the FETI, but the gate width of the load FET 2 is sufficiently larger than the gate width of the FETI. or the gate length of load FET2 is
If it is designed to be sufficiently longer than the gate length of
The above specification (supplying a current sufficiently smaller than the current drive capability of FET 1) can be satisfied.

第4図の回路は、第2図の回路を簡略化したものであり
、FET 1のゲート電極とソース電極とを接続してV
gがOvとなるようにしている。第1図の説明で述べた
ように、制御対象となっているFETのしきい電圧は、
ゲート電圧Vgより若干低い値になるが、本体の回路網
100内のFET101、102のしきい電圧が多少負
になっても実用上問題のない場合には、第4図に示すよ
うにvgをOvにすることもできる。あるいは、第4図
の回路において、制御回路部分のグラウンド電位(FE
TIのゲート電極とソース電極とを接続する電位)を、
第1図に示した本体回路100のグラウンド電位(FE
TIOI、102のソース電極を接続する電位)より若
干低くしておけば、本体回路のFET101.102の
第4の電極111.112とソース電極との間にかかっ
ている電圧がモニタ用のFETIの第4の電極6とソー
ス電極との間にかかつている電圧より若干低くなり、従
って1本体回路のFET101.102のしきい電圧の
方がモニタ用のFET1のしきい電圧Vtより若干高く
なる。このようにすれば、第4図の回路を用いて本体回
路のFET101.102のしきい電圧が正の値になる
ようにすることも可能である。
The circuit in FIG. 4 is a simplified version of the circuit in FIG. 2, in which the gate electrode and source electrode of FET 1 are connected to
g is made to be Ov. As mentioned in the explanation of Fig. 1, the threshold voltage of the FET to be controlled is
Although the value will be slightly lower than the gate voltage Vg, if there is no practical problem even if the threshold voltage of the FETs 101 and 102 in the circuit network 100 of the main body becomes slightly negative, set vg as shown in FIG. It can also be Ov. Alternatively, in the circuit of FIG. 4, the ground potential (FE
The potential connecting the gate electrode and source electrode of TI) is
The ground potential (FE) of the main circuit 100 shown in FIG.
If the voltage applied between the fourth electrode 111, 112 and the source electrode of FET 101, 102 in the main circuit is made slightly lower than the potential connecting the source electrode of TIOI, 102, the voltage applied between the source electrode of The voltage is slightly lower than the voltage applied between the fourth electrode 6 and the source electrode, and therefore the threshold voltage of the FETs 101 and 102 of one main circuit is slightly higher than the threshold voltage Vt of the monitor FET 1. In this way, it is also possible to make the threshold voltages of the FETs 101 and 102 of the main circuit a positive value using the circuit shown in FIG.

第5図の回路も第2図の回路を簡略化したものであり、
FETIのドレイン電圧をバッファ回路を通さずに直接
節4の電極6に供給した例である。
The circuit in Figure 5 is also a simplified version of the circuit in Figure 2,
This is an example in which the drain voltage of the FETI is directly supplied to the electrode 6 of the node 4 without passing through a buffer circuit.

本体の回路網100(第1図)の規模が比較的小さく、
Vcに大きなノイズが乗らないような場合には、第5図
の回路を使用することもできる。
The scale of the circuit network 100 (FIG. 1) of the main body is relatively small;
The circuit shown in FIG. 5 can also be used in cases where large noise is not added to Vc.

また、FET1.101.102のしきい電圧を所望の
値にするために必要な制御電圧Vcが負の値であって、
第2図、第4図または第S図の回路で制御できない場合
には、第6図や第7図に示すようにレベルシフトダイオ
ード35を挿入することにより制御可能となる。なお、
第6図以降の図においては、7gを供給する回路は省略
している。また。
Further, the control voltage Vc required to set the threshold voltage of FET 1.101.102 to a desired value is a negative value,
If control cannot be achieved using the circuits shown in FIGS. 2, 4, or S, control can be achieved by inserting a level shift diode 35 as shown in FIGS. In addition,
In the figures after FIG. 6, the circuit that supplies 7g is omitted. Also.

レベルシフトダイオード35は制御電圧Vcのレベルに
よっては複数個を直列に接続して使うこともあり得る。
A plurality of level shift diodes 35 may be connected in series depending on the level of the control voltage Vc.

さらに、第7図の回路では負荷素子32に流れる電流は
、負荷索子2に流れる電流より小さくなるように設計す
ることは言うまでもない。
Furthermore, it goes without saying that the circuit of FIG. 7 is designed so that the current flowing through the load element 32 is smaller than the current flowing through the load cord 2.

また、FETl0I、102のチャネル下部に設けるP
型の層をあまり浅い所に作ると寄生容量が大きくなって
動作速度が遅くなるため、現実にはある程度深い所に作
ることが必要である。その場合、もし制御電圧Vcの変
化に対するFETI、101.102のしきい電圧の変
化の感度が低くなって、第2図、第4図や第5図の回路
で充分に制御できなくなれば、第8図に示すように、バ
ッファ回路をインバータ回路2個で構成して感度の不足
を補うことも可能である。第2図、第4図や第5図の回
路ではVdの変化がそのままの振幅かまたは多少減衰し
てVcの変化となるのに対して、第8図の回路ではイン
バータの電圧増幅作用によって増幅することができる。
In addition, P provided below the channel of FETl0I, 102
If the mold layer is made too shallow, the parasitic capacitance will increase and the operation speed will be slow, so in reality it is necessary to make the mold layer at a certain depth. In that case, if the sensitivity of changes in the threshold voltage of FETI and 101 and 102 to changes in the control voltage Vc becomes low and the circuits in FIGS. 2, 4, and 5 cannot control it sufficiently, As shown in FIG. 8, it is also possible to compensate for the lack of sensitivity by configuring the buffer circuit with two inverter circuits. In the circuits shown in Figures 2, 4, and 5, the change in Vd is changed to a change in Vc with the same amplitude or with some attenuation, whereas in the circuit shown in Figure 8, it is amplified by the voltage amplification action of the inverter. can do.

従って、Vdのわずかな変化がVcの大きな変化となっ
て現れ、Vcに対するFETのしきい電圧の変化の感度
の不足を補うことができる。また、第8図の回路におい
ても、必要に応じて第6図や第7図に示すようなレベル
シフト回路(32および35の部分)を設けることがで
きる。
Therefore, a slight change in Vd appears as a large change in Vc, which can compensate for the lack of sensitivity of the change in the threshold voltage of the FET with respect to Vc. Further, in the circuit shown in FIG. 8, a level shift circuit (portions 32 and 35) as shown in FIGS. 6 and 7 can be provided as necessary.

なお、第2図および第4図〜第8図において微小電流を
供給する負荷素子2は、全てソース電極とゲート電極と
を接続したFETとしているが、高抵抗値の素子であれ
ば、他の抵抗性素子に置き換えることも可能である。負
荷素子32についても(32については必ずしも高抵抗
値とは限らないが)同様である。また、Vgの供給方法
についても抵抗分割に限らず所望の電圧が得られる方法
であればよい。さらに、Vgを負の値に設定することに
よって、しきい電圧が負の値になるように制御すること
も可能である。また、第8図等のようにフィードバック
ループを構成する回路の段数が多くなるとループ上の電
圧が発振する可能性が高くなるが、このような場合には
第9図に示すように発振防止用のコンデンサ8を設けて
対処することができる。
In addition, in FIG. 2 and FIGS. 4 to 8, the load elements 2 that supply minute currents are all FETs whose source electrode and gate electrode are connected, but other elements may be used as long as they have a high resistance value. It is also possible to replace it with a resistive element. The same applies to the load element 32 (although 32 does not necessarily have a high resistance value). Further, the method of supplying Vg is not limited to resistance division, and any method that can obtain a desired voltage may be used. Furthermore, by setting Vg to a negative value, it is also possible to control the threshold voltage to a negative value. Also, as shown in Figure 8, as the number of stages in the circuit that makes up the feedback loop increases, the possibility that the voltage on the loop will oscillate increases. This can be dealt with by providing a capacitor 8.

また、本発明はG a A s基板上のMESFE’r
に限らず、印加電圧を変えることによってしきい電圧が
変化する第4の電極を設けることにより、どんなFET
に対しても適用することができる。
Further, the present invention provides MESFE'r on a GaAs substrate.
By providing a fourth electrode whose threshold voltage changes by changing the applied voltage, any FET can be
It can also be applied to

第10図に、Si基板上のMOSFETに適用した例を
示す。Si基板上のMOSFETも基板またはウェルの
電圧を上げればしきい電圧が下がるため、第1O図の回
路でも第1図の回路と同様の効果が期待できる。また、
ここまでの説明は全て第4の電極の電圧を上げるとしき
い電圧が下がるタイプのFETを想定して説明してきた
が、逆に第4の電極の電圧を上げた時にしきい電圧が上
がるタイプのFETを使用しても本発明を適用すること
ができることは言うまでもない。その場合には、第1図
のバッファ回路3に反転機能を持たせることになる。具
体的には、例えば第8図の回路でインバータの段数を奇
数段とするのも1つの方法である。さらに、ここまでは
主にNチャネル型のFETについて説明してきたが、電
源やレベルシフトダイオードの極性を入れ替えることに
よって本発明をPチャネル型のFETに適用することも
可能なことは言うまでもない。
FIG. 10 shows an example of application to a MOSFET on a Si substrate. Since the threshold voltage of a MOSFET on a Si substrate is also lowered by increasing the substrate or well voltage, the circuit shown in FIG. 1O can be expected to have the same effect as the circuit shown in FIG. Also,
All the explanations so far have been made assuming a type of FET where the threshold voltage decreases when the voltage of the fourth electrode is increased, but conversely, an FET of the type where the threshold voltage increases when the voltage of the fourth electrode is increased. It goes without saying that the present invention can be applied even when FETs are used. In that case, the buffer circuit 3 shown in FIG. 1 is provided with an inverting function. Specifically, one method is to use an odd number of inverter stages in the circuit shown in FIG. 8, for example. Furthermore, although the explanation has been mainly on N-channel type FETs up to this point, it goes without saying that the present invention can also be applied to P-channel type FETs by changing the polarity of the power supply and level shift diode.

また、本発明の効果を有効に引き出すためには、100
内の本体回路に使用するFET1.01.102とモニ
タ用のFET1のソース電極はほぼ回し電位であること
が望ましいが、常時同じ電位である必要はない。例えば
、100内に第11図に示すような回路を設ける場合、
この回路では、FETl01.102.103.104
を制御対象としており、FET1.01.102のソー
ス電極はFETIのソース電極と同じくグラウンド電位
に接続されているが、FET103.104のソース電
極は直接グラウンド電位には接続されていない。この回
路は半導体記憶装置のメモリセルとして使われるもので
、FET103.104は読み出し時には123.12
4側の電極がソース電極として動作し、書き込み時には
133または134側のffi極がソース電極として動
作するものである。この回路の場合、F E T 10
3.104のしきい電圧のばらつきが特に問題になるの
は、123.124.133、または、134の電位が
ローレベル(Ov近く)の時であり、123と133の
両方、または124と134の両方がハイレベルの時に
は、それぞれF E T 103または104のしきい
電圧を精密に制御する必要はない。従って、この回路に
おいても制御対象となっているFETのソース電極の電
圧は、制御が必要な時には全てほぼOvとなっている。
In addition, in order to effectively bring out the effects of the present invention, it is necessary to
It is desirable that the source electrodes of FET 1.01.102 used in the main body circuit and FET 1 for monitoring are approximately at the same potential, but it is not necessary that they always be at the same potential. For example, if a circuit as shown in FIG. 11 is provided in 100,
In this circuit, FETl01.102.103.104
The source electrode of FET1.01.102 is connected to the ground potential like the source electrode of FETI, but the source electrode of FET103.104 is not directly connected to the ground potential. This circuit is used as a memory cell of a semiconductor memory device, and FET103.104 is 123.12 when reading.
The electrode on the 4 side operates as a source electrode, and the ffi pole on the 133 or 134 side operates as a source electrode during writing. For this circuit, F E T 10
The variation in the threshold voltage of 3.104 becomes a particular problem when the potential of 123, 124, 133 or 134 is low level (near Ov), and both 123 and 133 or 124 and 134 When both are at high level, there is no need to precisely control the threshold voltage of FET 103 or 104, respectively. Therefore, in this circuit as well, the voltages of the source electrodes of the FETs to be controlled are all approximately Ov when control is required.

従って、このような制御対象に本発明を適用した場合に
も、本発明の効果が損なわれることはない。
Therefore, even when the present invention is applied to such a controlled object, the effects of the present invention are not impaired.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明は、動作中の半導体素子の
特性の変化を検知し、その検知した結果をフィードバッ
クして上記特性の変化を補正するようにしたことにより
、動作中の特性の変動を補償することができる。特に、
本発明をFETに適用すれば、温度変動等によって素子
特性が変化してもFETのしきい電圧を所望の値に制御
することが可能である。
As explained above, the present invention detects changes in the characteristics of a semiconductor element during operation, and feeds back the detected results to correct changes in the characteristics. can be compensated. especially,
If the present invention is applied to an FET, it is possible to control the threshold voltage of the FET to a desired value even if the element characteristics change due to temperature fluctuations or the like.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例の基本構成を示す回路図、第
2図および第4図〜第9図は本発明のさらに具体的な実
施例を示す回路図、第10図は本発明の他の実施例の構
成を示す回路図、第3図および第11図は本発明を適用
する制御対象の一例を示す回路図である。 1・・・しきい電圧を制御するための第4の電極を持っ
た第2のFET 101、102・・・しきい電圧を制御するための第4
の電極を持った第1のFET 2・・・高抵抗値の負荷素子 3・・・バッファ回路   4・・・高電位側の電源5
・・・所望のしきい電圧に相当する電圧を供給する端子 6.111,112・・・第4の電極 7・低電位側の電源 8・・・発振防止用のコンデンサ 31・・・ソースフォロワ用のFET 32・・・負荷素子 33.34・・・バッファ回路を構成するインバータ3
5・・・レベルシフトダイオード 51.52・・分圧用の抵抗 100・・・所定の論理機能やメモリ機能等を有する回
路網
FIG. 1 is a circuit diagram showing the basic configuration of an embodiment of the present invention, FIG. 2 and FIGS. 4 to 9 are circuit diagrams showing more specific embodiments of the present invention, and FIG. FIG. 3 and FIG. 11 are circuit diagrams showing an example of a controlled object to which the present invention is applied. 1... Second FET with a fourth electrode for controlling the threshold voltage 101, 102... Fourth FET for controlling the threshold voltage
1st FET with an electrode 2...Load element with high resistance value 3...Buffer circuit 4...Power source 5 on the high potential side
...Terminal 6 for supplying a voltage corresponding to a desired threshold voltage...Fourth electrode 7, Low potential side power supply 8...Capacitor 31 for preventing oscillation...Source follower FET 32...Load element 33.34...Inverter 3 configuring the buffer circuit
5... Level shift diode 51, 52... Voltage dividing resistor 100... Circuit network having predetermined logic function, memory function, etc.

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)動作中の半導体素子の特性の変化を検知する手段
と、その検知した結果をフィードバックして上記特性の
変化を補正する手段とを備えたことを特徴とする半導体
集積回路。
(1) A semiconductor integrated circuit comprising means for detecting changes in the characteristics of a semiconductor element during operation, and means for feeding back the detected results to correct the changes in the characteristics.
(2)上記半導体素子がFETであり、かつ上記特性が
しきい電圧であることを特徴とする特許請求の範囲第1
項記載の半導体集積回路。
(2) Claim 1, wherein the semiconductor element is a FET, and the characteristic is a threshold voltage.
Semiconductor integrated circuit described in Section 1.
(3)上記FETは第1および第2のFETを含み、そ
れぞれソース電極、ドレイン電極、ゲート電極および第
4の電極を有し、該第4の電極に供給する電圧を制御す
ることによってしきい電圧が制御可能になっており、か
つ上記第1のFETの上記第4の電極に電圧を供給する
回路が上記第2のFETを含むことを特徴とする特許請
求の範囲第2項記載の半導体集積回路。
(3) The FET includes a first and a second FET, each having a source electrode, a drain electrode, a gate electrode, and a fourth electrode, and the threshold voltage can be adjusted by controlling the voltage supplied to the fourth electrode. The semiconductor according to claim 2, wherein a voltage is controllable and a circuit for supplying voltage to the fourth electrode of the first FET includes the second FET. integrated circuit.
(4)上記第1のFETの第4の電極に電圧を供給する
回路は、上記第2のFETのゲート電極に所定のしきい
電圧にほぼ等しい電圧を加える手段と、上記第2のFE
Tのドレイン電極に微小電流を供給する手段と、上記第
2のFETのドレイン電極の電圧を該第2のFETの第
4の電極にフィードバックすることにより該第2のFE
Tのしきい電圧の変化を打ち消す手段とを備え、上記第
2のFETの第4の電極に加えられている電圧を上記第
1のFETの第4の電極にも供給するようになっている
ことを特徴とする特許請求の範囲第3項記載の半導体集
積回路。
(4) The circuit for supplying voltage to the fourth electrode of the first FET includes means for applying a voltage approximately equal to a predetermined threshold voltage to the gate electrode of the second FET;
means for supplying a minute current to the drain electrode of the second FET, and feeding back the voltage of the drain electrode of the second FET to the fourth electrode of the second FET.
and means for canceling a change in the threshold voltage of T, so that the voltage applied to the fourth electrode of the second FET is also supplied to the fourth electrode of the first FET. A semiconductor integrated circuit according to claim 3, characterized in that:
(5)上記所定のしきい電圧にほぼ等しい電圧は、0V
に近い電圧であることを特徴とする特許請求の範囲第4
項記載の半導体集積回路。
(5) The voltage approximately equal to the above predetermined threshold voltage is 0V.
Claim 4 characterized in that the voltage is close to
Semiconductor integrated circuit described in Section 1.
(6)上記第1および第2のFETは、それぞれ該FE
Tのチャネル領域の下部に該チャネル領域と反対の導電
型の半導体層を有する構造を有し、該半導体層または該
半導体層と電気的につながった電極を上記第4の電極と
したことを特徴とする特許請求の範囲第3項または第4
項記載の半導体集積回路。
(6) The first and second FETs are each
T has a structure in which a semiconductor layer of a conductivity type opposite to that of the channel region is provided below the channel region, and the fourth electrode is the semiconductor layer or an electrode electrically connected to the semiconductor layer. Claim 3 or 4
Semiconductor integrated circuit described in Section 1.
(7)上記第1および第2のFETの上記ソース電極ど
うしが互いに同電位にあることを特徴とする特許請求の
範囲第3項、第4項、第6項のうちのいずれか1項記載
の半導体集積回路。
(7) The source electrodes of the first and second FETs are at the same potential, as described in any one of claims 3, 4, and 6. semiconductor integrated circuits.
(8)上記第1および第2のFETは、GaAs基板上
に形成されたMESFETであることを特徴とする特許
請求の範囲第3項、第4項、第6項、第7項のうちのい
ずれか1項記載の半導体集積回路。
(8) The first and second FETs are MESFETs formed on a GaAs substrate. The semiconductor integrated circuit according to any one of the items.
(9)上記第1および第2のFETは、Si基板上に形
成されたMOSFETであることを特徴とする特許請求
の範囲第3項、第4項、第6項、第7項のうちのいずれ
か1項記載の半導体集積回路。
(9) The first and second FETs are MOSFETs formed on a Si substrate. The semiconductor integrated circuit according to any one of the items.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4954866A (en) * 1987-09-24 1990-09-04 Hitachi, Ltd. Semiconductor integrated circuit memory
JP2009147430A (en) * 2007-12-11 2009-07-02 Nec Electronics Corp Buffer circuit
US7944256B2 (en) 2007-03-07 2011-05-17 Hitachi, Ltd. Semiconductor integrated circuit device
JPWO2016051473A1 (en) * 2014-09-29 2017-04-27 三菱電機株式会社 Operational amplifier circuit

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