DE1182293B - Elektronische Festkoerperschaltung mit Feldeffekt-Transistoren mit isolierter Steuerelektrode - Google Patents

Elektronische Festkoerperschaltung mit Feldeffekt-Transistoren mit isolierter Steuerelektrode

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DE1182293B
DE1182293B DER37214A DER0037214A DE1182293B DE 1182293 B DE1182293 B DE 1182293B DE R37214 A DER37214 A DE R37214A DE R0037214 A DER0037214 A DE R0037214A DE 1182293 B DE1182293 B DE 1182293B
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Description

BUNDESREPUbLIK DEUTSCHLAND
DEUTSCHES
PATENTAMT
AUSLEGESCHRIFT Internat. Kl.: H 03 k Deutsche Kl.: 21 al - 36/18
Nummer: 1182293
Aktenzeichen: R 37214 VIII a/21 al
Anmeldetag: 14. Februar 1964 Auslegetag: 26. November 1964
Vorliegende Erfindung betrifft elektronische Festkörperschaltungen mit Feldeffekt-Transistoren mit isolierter Steuerelektrode.
Ein Feldeffekt-Transistor mit isolierter Steuerelektrode besteht aus einem Block aus Halbleitermaterial, auf dem im Abstand voneinander eine Abfluß- und eine Quellenelektrode, die durch einen Kanal von steuerbarer Leitfähigkeit untereinander verbunden sind, angeordnet sind. Die vom Halbleiterblock und vom Kanal isolierte Tor- oder Steuerelektrode, die zwischen der Quellen- und der Abflußelektrode angeordnet ist, steuert die effektive Leitfähigkeit des Kanals durch Feldeffektwirkung.
In elektronischen Schaltstufen ist es wünschenswert, daß die als Schalter dienenden Halbleitereinrichtungen so arbeiten, daß bei Nullvorspannung zwischen der Steuerelektrode und der Quellenelektrode der Abflußstrom im wesentlichen verschwindet, d. h. Null ist, während bei Anlegen einer Einschaltspannung zwischen der Steuer- und der Quellenelektrode ein kräftiger Abflußstrom fließt. In der Praxis ist es schwierig, eine Feldeffekteinrichtung mit isolierter Steuerelektrode herzustellen, die bei Nullvorspannung zwischen Steuer- und Quellenelektrode praktisch abflußstromfrei ist, ohne daß dabei die gewünschten Eigenschaften der Einrichtung teilweise beeinträchtigt werden. Man nimmt daher im allgemeinen einen geringen Kanalstromfluß bei spannungsfreier Steuerelektrode in Kauf.
Ferner kann es bei der Herstellung großer Serien von Feldeffekt-Transistoren auf einem einzigen Halbleiterblock für integrierte logische Schaltstufen oder Schaltkreise geschehen, daß der Wert dieses Abflußreststromes bei spannungsfreier Steuerelektrode schwankt, so daß der AUS-Zustand des Transistors nicht genau bestimmt ist und dadurch die Leistungsfähigkeit und Verläßlichkeit der Schaltungsanordnung beeinträchtigt wird.
Zusätzlich dazu wird die Ansprechgeschwindigkeit eines Feldeffekt-Transistors mit isolierter Steuerelektrode in Schaltkreisen durch die Kapazität zwischen Abflußelektrode und Masse, d. h. die Ausgangskapazität des Transistors begrenzt. Diese Kapazität bildet zusammen mit dem effektiven Widerstand der Last ein ÄC-Zeitkonstantennetzwerk. Durch die Geschwindigkeit, mit der sich dieses ÄC-Netzwerk auflädt und entlädt, wird die Ansprechgeschwindigkeit der entsprechenden Schaltstufe beeinflußt.
Die Erfindung hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine verbesserte Festkörperschaltung unter Verwendung einer Feldeffekt-Halbleitereinrichtung mit isolierter Steuerelektrode zu schaffen, bei welcher der Elektronische Festkörperschaltung mit
Feldeffekt-Transistoren mit isolierter Steuerelektrode
Anmelder:
Radio Corporation of America, New York, N. Y. (V. St. A.)
Vertreter:
Dr.-Ing. E. Sommerfeld, Patentanwalt,
München 23, Dunantstr. 6 Als Erfinder benannt:
Frederic Paul Heiman, Highland Park, N. J.
(V. St. A.)
Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 14. Februar 1963 (258 509)
Abflußstrom bei nichtvorhandener Steuerelektrodenspannung praktisch zum Verschwinden gebracht wird und die eine erhöhte Ansprechgeschwindigkeit aufweist.
Erfindungsgemäß kann der Kanal- oder Abflußstrom einer Feldeffekt-Halbleitereinrichtung mit isolierter Steuerelektrode dadurch zum Verschwinden gebracht werden, daß die Blockelektrode in bezug auf die Quellenelektrode und die Abflußelektrode in der Sperrichtung vorgespannt wird. In Fällen, wo auf einem einzigen Halbleiterblock mehrere Feldeffekt-Transistoren angebracht sind, wird die Vorspannung in der Sperrichtung an die gemeinsame Blockelektrode gelegt, wobei der Wert dieser Vorspannung ausreichend groß gewählt wird, um bei fehlender Spannung zwischen Steuerelektrode und Quellenelektrode den Abflußstrom in sämtlichen Transistoren praktisch auf Null herunterzudrücken.
Ein zusätzlicher Vorteil einer solchen Vorspannung der Blockelektrode gegenüber der Quellenelektrode und der Abflußelektrode in der Sperrichtung besteht darin, daß die schädliche Kapazität zwischen der Abfluß- und der Quellenelektrode erheblich verkleinert und dadurch die Ansprechzeit der Schaltung verkürzt wird, so daß die Geschwindigkeit des Schal-
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tens vom AUS-Zustand in den EIN-Zustand und umgekehrt sich erhöht.
In den Zeichnungen zeigt
F i g. 1 ein schematisches Schaltbild eines logischen Netzes mit acht benachbarten Antikoinzidenzstufen (d. h. acht zu einer integrierten Schaltung auf einem einzigen Block verkoppelten NICHTUND-Stufen) in erfindungsgemäßer Ausbildung,
Fig. 2 eine stark vergrößerte Draufsicht einer integrierten Schaltung mit mehreren in der in F i g. 1 gezeigten Weise verschalteten Feldeffekt-Transistoren,
Fig. 3 einen vergrößerten Schnitt entlang der Linie 3-3 in Fig. 2,
Fig. 4 ein Diagramm, das die Abflußstrom-Abflußspannungs-Kennlinien (/^-.E^-Kennlinien) der Feldeffekt-Transistoren in der Schaltung nach F i g. 2 zeigt,
F i g. 5 ein Diagramm, das die Abflußstrom-Steuerelektrodenspannungs-(£G)-Charakteristik (d. h. die Übertragungscharakteristik) der in der Schaltung nach Fig. 2 verwendeten Feldeffekt-Transistoren zeigt,
Fig. 6 ein Diagramm, das die Abflußstrom-Abflußspannungs-Kennlinien der Transistoren nach F i g. 2 bei negativer Vorspannung des gemeinsamen Halbleiterblockes zeigt, und
F i g. 7 ein Diagramm, das die Abflußstrom-Steuerelektrodenspannungs-Charakteristik der Transistoren nach Fig. 2 bei negativ vorgespannter Blockelektrode zeigt.
In der Schaltung nach Fig. 1 sind mehrere Feldeffekt-Transistoren mit isolierter Steuerelektrode so zusammengeschaltet, daß ein logisches Netz aus acht benachbarten NICHTUND-Stufen oder -Gattern gebildet wird. In dem aus acht getrennten NICHTUND-Gattern bestehenden Netz wird das erste NICHT-UND-Gatter 9 durch zwei in Reihe geschaltete Feldeffekt-Transistoren 10 und 11 gebildet. Der Feldeffekt-Transistor 10 hat eine Quellenelektrode 12, eine Tor- oder Steuerelektrode 13 und eine Abflußelektrode 14. Der Transistor 11 hat ebenfalls eine Quellenelektrode 15, eine Steuerelektrode 16 und eine Abflußelektrode 17. Die Steuerelektrode 16 des Transistors 11 ist an eine geeignete Steuerspannungsquelle, die beispielsweise durch andere logische Netze gebildet werden kann, angekoppelt. Für die Zwecke der vorliegenden Beschreibung soll vorausgesetzt werden, daß die Steuerelektrode 16 eine Eins oder eine positive Eingangsspannung führt und auf den EIN- oder hochleitenden Zustand vorgespannt ist. Die Abflußelektrode 17 ist über ein geeignetes Lastelement, beispielsweise einen Widerstand 18, mit dem positiven Pol einer Betriebsspannungsquelle 19 verbunden. Eine geeignete Verbraucherschaltung (nicht gezeigt) kann an die Abflußelektrode 17 angeschlossen sein.
Die Steuerelektrode 13 des Transistors 10 ist über einen Widerstand 20 mit dem positiven Pol einer Vorspannungsquelle (nicht gezeigt) verbunden. Die Steuerelektrode 13 ist ferner an einen Schaltungspunkt 21 angeschlossen, der von verschiedenen, jeweils auf den Schaltungsnullpunkt bezogenen Quellen 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 und 29 mit Impulsen beschickt wird. Die Quellenelektrode 12 ist geerdet, während die Abflußelektrode 14 mit der Quellenelektrode 15 des Transistors 11 verbunden ist. Die Funktion einer NICHTUND-Schaltung (logische Antikoinzidenz- oder Antikonjunktionsschaltung) stellt die logische Umkehrung der Funktion einer UND-Schaltung (logische Koinzidenz- oder Konjunktionsschaltung) dar. Das heißt, eine NICHTUND-Schaltung liefert an ihrem Ausgang eine Null, wenn an ihren beiden Eingängen eine Eins anwesend ist. Im vorliegenden Falle wird der eine Eingang durch die Steuerelektrode des Transistors 11 und der andere Eingang durch die Steuerelektrode des Transistors 13 gebildet. Erscheint ein eine Eins verköro perndes Signal nur entweder an der Steuerelektrode 13 oder an der Steuerelektrode 16 oder aber an keiner der beiden Steuerelektroden, so liefert die Stufe an ihrem Ausgang eine Eins. Oder anders ausgedrückt, wenn ein positiver Einschaltimpuls der Steuerelektrode 16 und gleichzeitig ein zweiter positiver Einschaltimpuls der Steuerelektrode 13 zugeleitet wird, so hat der Ausgangsimpuls an der Abflußelektrode 17 praktisch den Spannungswert Null, da die beiden Transistoren kräftig leiten. Wenn dagegen einer oder beide der Transistoren 10 und 11 sich in ihrem AUS- oder verriegelten Zustand befinden, da kein positiver Einschaltimpuls anwesend ist, so erscheint an der Abflußelektrode 17 eine verhältnismäßig hohe positive Spannung.
Die Schaltung nach Fig. 1 enthält sieben weitere, im wesentlichen identisch ausgebildete NICHTUND-Stufen 30, 31, 32, 33, 34, 35 und 36. Die Quellenelektroden, Steuerelektroden und Abflußelektroden der unteren Transistoren dieser NICHTUND-Stufen haben jeweils die der entsprechenden Stufe entsprechenden Bezugsnummern mit angehängten Kleinbuchstaben a, b bzw. c. Die Quellenelektroden, Steuerelektroden und Abflußelektroden der oberen Transistoren der einzelnen NICHTUND-Stufen tragen ebenfalls jeweils die Bezugsnummer der betreffenden Stufe mit den angehängten Kleinbuchstaben d, e bzw. /. Die Steuerelektroden der unteren Transistoren sämtlicher NICHTUND-Gatter sind gemeinsam an die Eingangsklemme 21 angeschlossen.
Die Steuerelektroden der oberen Transistoren sind einzeln mit verschiedenen Steuerstufen verbunden.
Die einzelnen Transistoren haben jeweils eine Blockelektrode S. Die Blockelektroden sind gemeinsam über einen aus zwei Widerständen 37 und 38 bestehenden Spannungsteiler an eine Batterie 39 angeschlossen. Die Batterie 39 ist so gepolt, daß die Blockelektroden in bezug auf den Schaltungsnullpunkt negativ vorgespannt sind.
Eine integrierte oder Festkörperschaltung eines logischen Netzes mit acht benachbarten NICHTUND-Stufen nach F i g. 1 ist in stark vergrößerter Draufsicht in Fig. 2 gezeigt, wobei die entsprechenden Schaltungselemente jeweils mit den gleichen Bezugszeichen wie in F i g. 1 versehen sind. Man sieht, daß die Quellenelektrode 12 des Transistors 10 einen Teil eines Leiters bildet, der zugleich die Quellenelektroden 30 a, 31a und 32 a bildet. Die Quellenelektrode 12 befindet sich in unmittelbarer Nähe der Steuerelektrode 13, die während der Herstellung der Einrichtung als Teil eines als Steuerelektrode 32 ft dienenden Leiters gebildet wird. Die Steuerelektroden 13 und 326 haben einen Anschlußkontakt 40, der über äußere Schaltungseinrichtungen mit der Klemme 21 verbunden ist.
Die Steuerelektrode 13 befindet sich in der Nachbarschaft einer Elektrode 14-15, die als Quellenelektrode für den Transistor 11 und als Abflußelektrode für den Transistor 10 dient. Die unmittelbar ober-
halb der Quellenelektrode 15 angeordnete Steuerelektrode 16 und Abflußelektrode 17 sind mit Kontakten 41 bzw. 42 verbunden, die über äußere Leiter an weitere Schaltungseinrichtungen angeschlossen sind. Beispielsweise ist der Kontakt 41 mit der die Leitfähigkeit des Transistors 11 steuernden Steuerspannungsquelle verbunden, während der Kontakt 42 an einen Widerstand 18 sowie ferner an eine Verbraucherschaltung angeschlossen ist.
Die übrigen Transistoren und ihre Elektroden sind in Fig. 1 und 2 entsprechend numeriert. Ein am Schaltungsnullpunkt liegender äußerer Leiter 45 verbindet sämtliche Quellenelektroden der unteren Transistoren in den einzelnen NICHTUND-Gattern. Ein zweiter äußerer Leiter 46 verbindet die Steuerelektroden der unteren Transistoren der einzelnen NICHTUND-Gatter mit dem Widerstand 20 und der Eingangsklemme 21, an welche die verschiedenen Eingangsstufen 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 und 29 angeschlossen sind. Der Halbleiterblock 60, auf dem die Elektroden der verschiedenen Feldeffekt-Transistoren angebracht sind, empfängt über den Spannungsteiler 37-38 eine negative Vorspannung. Die unnumerierten dunklen Flächenbereiche der integrierten Schaltung nach F i g. 2 stellen die Quellen-, Steuer- und Abflußelektroden von in der vorliegenden Schaltung nicht verwendeten Transistoren dar.
Eine Festkörperschaltung von der in Fig. 2 gezeigten Art kann in der nachstehend an Hand der Fig. 3 beschriebenen Weise hergestellt werden. Fig. 3 zeigt einen stark vergrößerten Schnitt der Transistoren 10 und 30 a, 306, 30 c. Das integrierte Bauelement oder die Festkörperschaltung ist auf einem Körper 60 aus Halbleitermaterial aufgebaut. Der Körper 60 kann aus irgendeinem geeigneten einkristallinen oder polykristallinen Material, wie sie in der Halbleiterherstellung üblicherweise verwendet werden, bestehen. Beispielsweise kann der Körper 60 aus nahezu eigenleitendem Silicium, z. B. schwach dotiertem p-Silicium mit einem spezifischen Widerstand von 100 Ohmzentimeter hergestellt sein.
Bei der Herstellung der in Fig. 3 gezeigten Einrichtung geht man so vor, daß man zunächst auf die Oberfläche des Siliciumkörpers 60 eine Schicht aus stark dotiertem Siliciumdioxyd 60 a aufbringt. Das Siliciumdioxyd ist mit Verunreinigungen vom n-Typ dotiert. Mit Hilfe des Photoresist- und Säureätzverfahrens oder eines anderen geeigneten Verfahrens wird anschließend das Siliciumdioxyd mit Ausnahme derjenigen Bereiche, wo die Quellen- oder Abflußzonen 61, 62 und 63 gebildet werden sollen, wieder entfernt.
Anschließend wird der Körper 60 in einer geeigneten Atmosphäre, beispielsweise in Wasserdampf, erhitzt, so daß die frei liegenden Flächenbereiche des Siliciumkörpers unter Bildung aufgewachsener Dioxydschichten 64 oxydieren, und zwar überall mit Ausnahme der Bereiche, welche die Quellen- und Abfiußzonen, in denen das aufgebrachte Siliciumdioxyd unberührt geblieben ist, überdecken. Während dieses Erhitzungsvorganges diffundieren Verunreinigungen aus den aufgebrachten Siliciumdioxydschichten in den Siliciumkörper 60, um dort die verschiedenen Quellen- und Abflußzonen 61, 62 und 63 zu bilden.
Mit Hilfe eines weiteren Photoresist- und Säureätzverfahrensschrittes od. dgl. wird das aufgebrachte Siliciumdioxyd über mindestens einem Teil der eindiffundierten Quellenabflußzonen entfernt. Durch Aufdampfen eines Leitermaterials mit Hilfe einer Aufdampfmaske werden die verschiedenen Elektroden für die Quellenabflußzonen 14-15 und 12-3Oa und die Steuerzonen 13 und 30 b sowie die Anschlußkontakte (z. B. 40, 41 und 42) gebildet. Als aufgedampftes Leitermaterial kann man z. B. Chrom und Gold in der genannten Reihenfolge oder auch andere geeignete Leiterstoffe verwenden, ίο Das fertige Scheibchen oder Plättchen ist in F i g. 2 zu sehen, wobei die dunklen Zonen die Bereiche der leitenden Elektroden und der Anschlußkontakte für die äußere Schaltung darstellen. Die Steuerelektroden 13 und 306 überlagern eine Schicht aus aufgewachsenem Siliciumdioxyd und sind daher vom Siliciumblockkörper 60 sowie von den Quellen- und Abflußelektroden 12 bis 14 und 30 a bis 30 c isoliert. Das Siliciumplättchen 60 ist auf einer leitenden Unterlage oder einem leitenden Systemträger 65 (Fig. 3) ao montiert.
Die Schicht aus aufgewachsenem Siliciumdioxyd 64, auf der sich die Steuexelektroden befinden, überlagert eine Inversionsschicht oder einen stromführenden Kanal C, der eine leitende Verbindung as zwischen den Quellen- und den Abfiußzonen herstellt. Als Ladungsträger fungieren Elektronen, die in dieser dünnen Kanalzone C dicht an der Oberfläche von der Quelle zum Abfluß fließen. Da die Steuerelektrode von der Quellenabflußzone sowie von der Blockzone isoliert ist, hat die Einrichtung einen sehr hohen Eingangswiderstand in der Größenordnung von 1014 Ohm für niedrige Frequenzen.
Die im Diagramm nach Fig. 4 gezeigte Kurvenschar 70 bis 80 gibt die Abflußstrom-Abflußspannungs-Kennlinien (Abflußspannung = Spannung zwischen Abfluß und Quelle) eines beliebigen der Transistoren in der integrierten Schaltung nach Fig. 2 für verschiedene Werte der Steuerelektroden-Quellenspannung bei nichtvorhandener Spannung zwischen Block und Masse wieder. Dabei gilt die Kurve 70 für den Steuerelektroden-Quellenspannungs-Wert Null, während die übrigen Kurven zunehmend positiven Steuerelektroden-Quellenspannungen entsprechen. Ein Merkmal des Feldeffekt-Transistors mit isolierter Steuerelektrode besteht darin, daß man als Nullspannungskennlinie jede beliebige der Kurven 70 bis 80 in F i g. 4 wählen kann, wobei dann jeweils die Kurven oberhalb der Nullspannungskurve positiven Steuerelektrodenspannungen und die Kurven unterhalb der Nullkurve negativen Steuerelektrodenspannungen in bezug auf die Quellenelektrode entsprechen. Die Lage der Nullspannungskurve kann nach Wunsch gewählt und festgelegt werden, indem man während der Herstellung des Transistors eine geeignete Verfahrenssteuerung vorsieht Indem man beispielsweise die Zeitdauer und/oder die Temperatur des Verfahrensschrittes des Aufwachsens der Siliciumdioxydschicht 64 steuert, kann man die Anzahl der im Kanal der Einrichtung vorhandenen freien La-So dungsträger beeinflussen. Je langer man den Transistor erhitzt und je höher die dabei angewandten Temperaturen sind, desto größer ist derjenige Abflußstrom, der für einen gegebenen Wert der Abflußspannung bei Nullspannung zwischen Quellen- und Steuerelektrode erzeugt wird. Läßt man beispielsweise die Oxydschicht vier Stunden lang bei 900° C in einer Wasserdampfatmosphäre aufwachsen, so erhält man einen Abflußstrom bei einer Steuerelektroden-
spannung von Null von ungefähr 0,5 Milliampere. Dieser Stromwert kann durch anschließendes einstündiges Backen oder Sintern in trockenem Stickstoff bei 1000° C um den Faktor 10 herabgedrückt werden.
Für die Anwendung der Einrichtung als Netzwerk zur Realisierung logischer Funktionen für Schaltzwecke ist es wünschenswert, daß der Abflußstrom bei fehlender Steuerelektroden-Quellenspannung so klein wie möglich ist. In der Praxis ist es schwierig, durch chemische oder anderweitige Behandlungsmethoden den Abflußstrom bei fehlender Steuerelektrodenspannung gänzlich zum Verschwinden zu bringen, ohne daß die gewünschten Eigenschaften der Einrichtung zum Teil beeinträchtigt werden. Es ist daher bei fehlender Steuerelektrodenvorspannung gewöhnlich ein kleiner Kanalreststrom vorhanden, wie durch die Kurve 70 und die dieser entsprechenden Kurve in F i g. 5 angedeutet. Ferner kann es bei der Herstellung großer Serien von Transistoren etwa wie in F i g. 2 geschehen, daß der Wert dieses Kanalreststromes von Transistor zu Transistor beträchtlich schwankt. Dies bedeutet, daß die relative Ausgangsspannung der verschiedenen NICHTUND-Stufen für eine gegebene Eingangsspannung ebenfalls erheblich schwanken kann.
Um den Abflußstrom bei Nullvorspannung der Steuerelektrode in sämtlichen Transistoren zum Verschwinden zu bringen, wird erfindungsgemäß die Blockelektrode aus einer Quelle 39 (Fig. 1 und 2) mit einem ausreichend hohen Wert negativ vorgespannt. Mit Hilfe der Vorspannungsquelle 39 läßt sich derjenige Spannungswert regulieren, auf den man die Steuerelektrode anheben oder hochsteuern muß, ehe irgendeiner der Transistoren vom niederleitenden oder verriegelten in den hochleitenden oder geöffneten Zustand geschaltet werden kann. Die durch eine hohe negative Blockvorspannung bewirkte »Verzögerung« kann durch positive Vorspannung der Steuerelektrode, wie sie beispielsweise über den Widerstand 20 erzeugt wird, ganz oder teilweise kompensiert werden. In ähnlicher Weise kann man auch den oberen Transistoren der NICHTUND-Gatter eine feste positive Vorspannung zuleiten. Bei der Herstellung der Schaltungseinrichtung kann man den Leitungstyp der verschiedenen Zonen und Elektroden jeweils umkehren, so daß man eine komplementäre Schaltung erhält, für deren Betrieb eine negative Abflußspannung und eine positive Blockvorspannung erforderlich sind.
Während F i g. 4 die Abflußstrom-Abflußspannungs-Kennlinie der verschiedenen Transistoren zeigt, ist in F i g. 5 die Übertragungscharakteristik (d. h. die Kurve, die die Beziehung zwischen dem Strom der Abflußelektrode und der Spannung der Steuerelektrode zeigt, wenn die Abflußspannung konstant ist) angegeben. F i g. 4 und 5 gelten für den Fall, daß die Blockelektrode keine Vorspannung gegenüber Masse führt. F i g. 6 und 7 zeigen die gleichen Kurven für eine Blockvorspannung von ungefahr -15VoIt. Die Kurven nach Fig. 4 bis 7 wurden mit Hilfe einer Schaltung abgeleitet, bei der einer der Transistoren nach Fig. 2 über einen Lastwiderstand von 50 000 Ohm an eine Abflußspannungsquelle von 20 Volt angeschlossen ist. Die Abflußstromskala umfaßt pro Teilstrichintervall der Ordinate jeweils einen Betrag von 0,05 Milliampere. Die Abflußspannungsskala in Fig. 4 und 6 umfaßt pro Teilstrichintervall jeweils einen Betrag von 2VoIt, während die Steuerelektrodenspannung in Stufen von jeweils 2 Volt von 0 bis +20VoIt ansteigt.
Wie man aus F i g. 5 sieht, fließt bei vorspannungsfreier Steuerelektrode immer noch ein beträchtlicher Abflußstrom und vollzieht sich der Übergang zwischen dem Niederstrom- oder verriegelten und dem Hochstrom- oder geöffneten Zustand des Transistors verhältnismäßig langsam oder allmählich, d. h. in mehreren kleinen Stufen, was einen Schalter mit allmählichem oder Undefiniertem Schalteffekt ergibt. In F i g. 7 dagegen, wo der die verschiedenen Feldeffekt-Transistoren tragende Block negativ vorgespannt ist, ist der Abflußstrom bei fehlender Steuerelektrodenspannung sehr klein und besteht zwischen dem geöffneten (Niederstrom-) und dem geschlossenen (Hochstrom-)Zustand des Schalters ein verhältnismäßig steiler, d. h. scharf definierter Übergang.
Zusätzlich ist noch zu beachten, daß zwischen der Abflußelektrode und der Blockelektrode sowie zwischen der Quellenelektrode und der Blockelektrode jeweils gleichrichtende Sperrschichten bestehen, durch die im Transistor verteilte Dioden mit blockseitiger Anode gebildet werden. In dem Maße, wie die negative Vorspannung der Blockelektrode ansteigt, nimmt die Leitfähigkeit dieser verteilten Dioden ebenso wie auch deren verteilte Kapazität ab. Bei normalen Werten der zu erwartenden Blockvorspannung, beispielsweise einem Wert von — 15 Volt, wie er den Kurven in Fig. 6 und 7 zugrunde liegt, verringert sich der Betrag der Ausgangskapazität zwischen Abfluß und Quelle gegenüber dem entsprechenden Betrag bei fehlender Blockvorspannung um den Faktor 10. Dies ist insofern von Vorteil, als die Zeitkonstante der Aufladung und Entladung der Ausgangskapazität in Verbindung mit dem Lastwiderstand nach F i g. 1 sich verringert und dadurch die Schaltgeschwindigkeit sich entsprechend erhöht.

Claims (7)

Patentansprüche:
1. Elektronische Festkörperschaltung mit mindestens einem Feldeffekt-Transistor mit isolierter Steuerelektrode, wobei die Quellenelektrode, die Abflußelektrode und die Steuerelektrode auf einem einzigen Block aus Halbleitermaterial hergestellt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Block in bezug auf die Quellenelektrode so vorgespannt ist, daß bei Abwesenheit von Eingangssignalen zwischen der Steuerelektrode und der Quellenelektrode der Quellenabflußstrom praktisch auf Null herabgedrückt wird.
2. Festkörperschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Feldeffekt-Transistoren mit isolierter Steuerelektrode auf einem einzigen Block aus Halbleitermaterial angebracht sind und daß die Blockvorspannung so bemessen ist, daß in sämtlichen Transistoren der Quellenabflußstrom bei fehlender Steuerelektroden-Quellenspannung praktisch verschwindet.
3. Festkörperschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Block aus n-Halbleitermaterial besteht und in bezug auf die Quellenelektrode und die Abflußelektrode positiv vorgespannt ist.
4. Festkörperschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Block aus p-Halbleitermaterial besteht und in bezug auf die Quellenelektrode und die Abflußelektrode negativ vorgespannt ist.
5. Festkörperschaltung nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Transistor als Schaltstufe eingerichtet ist und zwischen dem Block und der Abflußelektrode sowie zwischen dem Block und der Quellenelektrode gleichrichtende Sperrschichten aufweist, daß bei Anlegen von Eingangssignalen der Transistor zwischen einem Zustand niederen Quellenabflußstromes und einem Zustand verhältnismäßig hohen Quellenabflußstromes geschaltet wird und daß durch die angelegte Blockvorspannung die gleichrichtenden Sperrschichten unter Verringerung ihrer Kapazität und entsprechender Erhöhung der Ansprechgeschwindigkeit der Schaltstufe in der Sperrichtung vorgespannt werden. ao
6. Festkörperschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die Steuerelektrode und die Quellenelektrode ein Eingangskreis und zwischen die Abflußelektrode und die Quellenelektrode ein Ausgangskreis mit einer Betriebsspannungsquelle geschaltet ist, daß durch die Blockvorspannung der Quellenabflußstrom bei Abwesenheit von Signalen im Eingangskreis praktisch auf Null gehalten wird und daß dem Eingangskreis ein den Transistor in den Zustand hohen Quellenabflußstromes steuerndes Schaltsignal zugeleitet werden kann.
7. Festkörperschaltung nach Ansprach 6, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Feldeffekt-Transistoren mit isolierter Steuerelektrode auf einem gemeinsamen Block vorgesehen sind, daß der Eingangskreis zwischen die Steuerelektrode und die Quellenelektrode sämtlicher Transistoren geschaltet, daß der Ausgangskreis und die Betriebsspannungsquelle zwischen die Abflußelektrode und die Quellenelektrode sämtlicher Transistoren geschaltet ist und daß durch die Blockvorspannung der Quellenabflußstrom sämtlicher Transistoren bei fehlendem Eingangssignal praktisch zum Verschwinden gebracht wird.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
409 729/350 11.64
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