CN1106647C - 倍压装置 - Google Patents

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Abstract

本专利申请涉及一种产生负高压的装置，这一装置对比如用于快速EEPROM编程是必需的。此外本专利申请的优点在于，为了减少基片控制效应，各晶体管的形成沟道的阱是与各相关晶体管的一端相连，而不会因负高压使基片-阱二极管正向偏置，所以也不会出现对基片短路。

Description

倍压装置
如果非易失存储器，比如象快速EEPROM(电可擦除可编程只读存储器)采用福勒-诺尔德哈姆(Fowler-Nordheim)-效应编程或擦除，则功率消耗与用“热”电子写入相比明显减少。在利用福勒-诺尔德哈姆-效应时，通过在存储单元的控制极加正高压，电子会通过隧道效应从其漏极区向相应的浮栅转移。通过在存储单元的控制极加负高压，在其漏极加正压，则电子通过隧道效应从浮栅返流向漏极区。负高压是借助于电压泵产生的，电压泵按照电容电压倍增原理工作，并且每个泵级有一个MOS二极管和一个电容器。在这方面一个比如10v到30v的电压，已算作高压了。
产生负高压的一个特别有效的装置，由乌木扎佤等人(Umezawaet al)在“一个仅5v电压运行具有三阱结构的0.6μm行译码电路的快速EEPROM”一文中进行了描述。该文发表在电气与电子工程师协会的固态电路杂志(IEEE Journal of Solid-state Circuits)第27卷(1992)第11期上。这里用了高压-PMOS-晶体管。该泵级附加的升压晶体管，提高了位于输出端的MOS二极管的电导率，因此降低了这个二极管上的电压降。
对于高压晶体管常常出现增高的基片控制效应。因而单个晶体管阱在倍压装置内是分开连接的。迄今一直用高压-PMOS-晶体管产生负高压。然而高压-PMOS-晶体管有其缺点，即：高压-n-阱充电到负高压，使基片阱二极管正向偏置，并产生对基片的短路。
作为本发明基础的任务在于，提供一种能产生负高压的装置，在该装置中能把负高压加到高压晶体管的单个连接的形成沟道的阱上，同时又不会对基片短路。
这一任务通过本发明权利要求1的特征来解决，有益的扩展在从属权利要求中给出。
本发明借助于附图详细解释如下。这有：
图1给出了本发明装置的电路图和
图2表示在本发明装置运行期间所加时钟脉冲信号的时间图。
例如图1描绘一个产生负高压的四级本发明装置，其中第一级有一个NMOS-晶体管X1和一个NMOS-晶体管Y1，以及电容器11和12，第二级有NMOS-晶体管X2和Y2以及电容器21，22，第三级有NMOS-晶体管X3和Y3以及电容器31，32和第四级有NMOS-晶体管X4，Y4以及电容器41，42。本发明装置的输入端IN与晶体管X1的一端相连，并与晶体管Y1的栅极端相连，形成第一级的输入端。晶体管X1的栅极是与晶体管Y1的一端相连，并通过电容器11与时钟脉冲输入端F2相连。第一级的输出端是与晶体管Y1的第二端相连和晶体管X1的第二端相连并且通过电容器12与时钟脉冲信号输入端F3相连。第二级的输入端与第一级的输出端相连，第二级的输出端与第三级的输入端相连。第二级的构造相当于第一级的构造，不过，电容器21不象电容器11那样与时钟脉冲信号输入端F2相连，而是与时钟脉冲信号输入端F4相连，电容器22不象电容器12那样与时钟脉冲信号输入端F3相连，而是与时钟脉冲信号输入端F1相连。第三级和第四级根据其构造和时钟脉冲信号供给与前两级相当，并且与第二级串联一起。第四级的输出端有一个NMOS-晶体管Z，Z的第一端与第四级的输出端相连，其栅极和第二端与本发明装置的输出端OUT相连，输出端OUT带有高压。这时晶体管Z起着正向偏置二极管的作用。
高压-NMOS-晶体管X1，Y1…X4，Y4涉及到所谓的三阱晶体管，就象上面提到的乌木扎佤等人(Umezawa et a1)的出版物的图3a中就行译码器的NMOS-晶体管所示出的那样。正如图1所表示，各NMOS-晶体管的P-阱与各NMOS-晶体管的第二端相连。外部的共同的NMOS-晶体管n-阱处于0伏电压。在这一装置中也不会出现二极管短路的情况。
晶体管X1…X4起着给电容充电的泵晶体管的作用，晶体管Y1…Y4起着所谓提高各泵晶体管栅极和漏极之间电位的升压晶体管的作用，以提高电导率以及效率。二极管Z用作终端二极管，万一比输出端最后一级输出端的电位OUT的电位高时，终端二极管防止在输出端OUT和最后一级输出端之间的电位平衡。如果输出端OUT的电位比最后一级输出端的电位低，终端二极管正偏置，可实现电位平衡。
通过k级相应的互相连接，一般来说可以产生一个高压
VOUT＝VIN-(K*(F-VX))
式中，VOUT为输出端OUT的电压，VIN为输入端IN的电压，k为级数，F为时钟信号电压，VX为在各相应泵晶体管X上的电压降。由于用了一个升压晶体管Y，每个泵晶体管上的电压降明显小于各相应晶体管X上的阈电压VT。
对于图1所示的级数为4的例子，电压VIN＝0伏，时钟信号电压F＝5伏，输出电压达Vout＝19.6伏。
对于k＞4的情况，也只需4个时钟信号，因为第一电容器11，21…与时钟输入端F2和F4是交替相连的，而第二电容器与时钟输入端F1和F3是交替相连的。
图2逐一描绘了在时钟信号输入端F1…F4的时钟信号的时间变化特性。在本发明装置，即：在具有正输入时钟信号的负高压的泵来说，当泵时钟信号F1和F3合乎逻辑的低时，总会发生泵循环。而在F2和F4是合乎逻辑的高，则发生升压循环。并且升压循环比泵循环显著地短。输入端F1和F3的信号以及输入端F2和F4的信号偏移半个时钟周期。这种时钟信号在输入端F1和F3时间上的重叠，用于晶体管X1…X4予充电。
在输入端F2和F4的时钟信号在时间上是这样设定的，在各泵晶体管导通阶段，各升压晶体管处于断开状态，并泵晶体管的栅极和漏极之间出现升高的电压，由此其导电率上升。

Claims (3)

1.产生负高压的装置，
至少4个泵晶体管(X1…X4)作为串联电路连接，第一泵晶体管(X1)直接与一输入端(IN)连接，最后一泵晶体管(X4)直接或间接地与装置的输出端(OUT)连接，
-其中，奇数泵晶体管(X1，X3)的栅极通过第一电容器(11，31)与第一时钟信号输入端F2相连，偶数泵晶体管(X2，X4)的栅极通过另外的第一电容器(21，41)与第二时钟信号输入端(F4)相连，
串联电路的奇数连接节点(X1，X2；X3，X4)通过第二电容器(12，32)与第三时钟信号输入端(F3)相连，而串联电路的偶数连接节点(X2，X3；X4，OUT或X4，Z)通过另外的第二电容器(22，42)与第四时钟信号输入端(F1)相连，且
泵晶体管(X1…X4)是由高压NMOS-晶体管组成，这些高压晶体管的各形成沟道的阱是与串联电路的各连接节点相连。
2.按权利要求1的装置，
-其中，各泵晶体管栅极经过各升压晶体管(Y1…Y4)连接到通向下一泵晶体管的连接节点，并且各升压晶体管栅极连接到通向前一泵晶体管或装置的输入端(IN)的连接节点，且
所有升压晶体管由高压NMOS晶体管组成，其各形成沟道的阱与串联电路的各连接节点相连接。
3.按权利要求1或2的装置，
-其中，最后的泵晶体管(X4)间接地通过一个终端二极管(Z)与装置的输出端(OUT)相连，且
终端二极管由一个高压NMOS-晶体管(Z)组成，该高压NMOS-晶体管的形成沟道的阱与装置的输出端相连。
CN96199658A 1996-01-16 1996-12-10 倍压装置 Expired - Lifetime CN1106647C (zh)

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Patentee before: Siemens AG

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