DE1215815B

DE1215815B - Mikrominiaturisierte elektronische Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE1215815B
Application number: DET21566A
Authority: DE
Inventors: Charles Robert Cook Jun
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1961-02-10
Filing date: 1962-02-09
Publication date: 1966-05-05
Also published as: LU41231A1; NL274615A; GB999689A; MY6900203A; CH413051A; DE1215815C2; BE613745A; US3119028A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

HOIl

Deutsche Kl.: 21g-11/02

Nummer: 1215 815

Aktenzeichen: T 21566 VIII c/21 ;

Anmeldetag: 9. Februar 1962

Auslegetag: 5. Mai 1966

Die Erfindung bezieht sich auf eine mikrominiaturisierte elektronische Schaltungsanordnung, bei der passive Schaltungselemente, insbesondere Widerstände als komplexe, nicht diskrete Schaltungselemente verwendet werden und in welcher eine zwei- oder dreidimensionale Potentialverteilung in einem leitenden Körper mit einer Leitfähigkeit im Bereich derjenigen von Halbleitermaterialien durch , Widerstandswege zwischen Anschlußelektroden in einer zwei- oder dreidimensionalen Anordnung in oder aus dem Halbleiterkörper gebildet wird, wobei wenigstens ein Schaltungselement mit dem Körper an einer ersten Anschlußelektrode derart verbunden ist, daß sich die Potentialverteilung in Abhängigkeit von dem Leitungszustand des Schaltungselements. ändert.

Bei elektronischen Schaltungsanordnungen und verwandten Systemen war es früher üblich, die aktiven Schaltungselemente, wie Vakuumröhren, Transistoren u. dgl., über konzentrierte Impedanzen, Kondensatoren, Widerstände und Induktivitäten miteinander zu verbinden, um die gewünschte Arbeitsweise herbeizuführen. Im Zusammenhang mit integrierten Halbleiterschaltungsanordnungen wurde vorgeschlagen, die Schaltungselemente, wie Widerstände und Kondensatoren, in das Material »einzubauen«, aus welchem der Transistor selbst gebildet wird, um die Schwierigkeiten zu verringern, die bei der Herstellung zuverlässiger Verbindungen zwischen getrennten Schaltungselementen auftreten. Zum Beispiel werden Widerstandszonen in integrierten Halbleiterschaltungsanordnungen dadurch körperlich ausgebildet, daß Stromflußpfade in einem gegebenen Körper durch Ätzen so begrenzt werden, daß sie die Eigenschaften und Merkmale von Einzelwiderständen aufweisen.

Es ist auch bereits bekannt, eine zwei- oder dreidimensionale Potentialverteilung in einem leitenden Feststoffkörper mit endlichem Widerstand in der Weise auzunutzen, daß Widerstandswege in dem Körper zwischen Anschlußpunkten ausgebildet werden, welche in einer zwei- oder dreidimensionalen Anordnung in oder auf dem Körper im Abstand voneinander liegen. Bei einer bekannten Anordnung dieser Art sind an einem Germaniumplättchen im Abstand voneinander eine Anzahl von pn-Übergängen gebildet, die also praktisch örtlich begrenzte Dioden darstellen. Jede dieser Dioden ist somit an einem Punkt mit dem Halbleiterplättchen verbunden. Dagegen liegt die andere Elektrode jeweils über einem Widerstand an einer Vorspannungsquelle. Durch eine weitere Spannungsquelle wird in dem Mikrominiaturisierte elektronische
Schaltungsanordnung '.

Anmelder: '"'■·

Texas Instruments Incorporated,
Dallas, Tex. (V. St. A.) . V

Vertreter: ,

Dipl.-Ing. E. Prinz und Dr. rer. nat. G. Hauser,
Patentanwälte, ·;

,München-Pasing, Ernsbergerstr. 19

Als Erfinder benannt:

Charles Robert Cook jun., Richardson, Tex.

(V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:
V. St. ν. Amerika vom 10. Februar 1961
(88 482)

Halbleiterplättchen eine Potentialverteilung erzeugt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Dioden im Ruhezustand auf einer Äquipotentiallinie Hegen. Bei Zuführung von Steuerimpulsen verändert jede Diode die Potentialverteilung in dem Halbleiterplättchen in der Weise, daß eine Vorspannung für die nächste Diode erzeugt wird, so daß die Dioden bei den nacheinander zugeführten Impulsen der Reihe nach stromführend werden. Man erhält dadurch eine Art Schrittschaltzähler. Zur Zuführung der Steuerpotentiale werden dabei äußere Widerstände benötigt.

Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Schaltungsanordnung dieser Art, die den Aufbau von wesentlich vielseitigeren und komplizierteren Schaltungen ermöglicht, wobei praktisch alle benötigten Widerstände in dem Feststoffkörper selbst gebildet werden können.

Dies wird nach der Erfindung dadurch erreicht, daß das Schaltungselement ein aktives, wie z. B. ein Transistor ist, wobei dieses mit dem Körper an einer zweiten Anschlußelektrode derart verbunden ist, daß ihm ein Steuerpotential von dem Körper zugeführt wird.

Beim Erfindungsgegenstand werden die Steuerpotentiale für die aktiven Schaltungselemente un-

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mittelbar an Anschlußelektroden des leitenden Körpers abgegriffen. Die zweite Anschlußelektrode kann dabei so angeordnet sein, daß das Steuerpotential von den Potentialänderungen an der ersten Anschlußelektrode abhängt, so daß es ein Rückkopplungspotential für das aktive Schaltungselement bildet. Das Steuerpotential an der zweiten Anschlußelektrode kann jedoch auch von dem Potential an einer dritten Anschlußelektrode abhängen, an die ein weiteres aktives Schaltungselement angeschlossen ist.

Der leitende Körper kann aus Halbleitermaterial bestehen; in diesem Fall kann die ganze Anordnung einschließlich der . aktiven Schaltungselemente vorzugsweise als integrierte Halbleiterschaltungsanordnung aufgebaut sein. Es kann jedoch für den leitenden Körper auch ein anderes Material verwendet werden, dessen Leitfähigkeit im Bereich derjenigen von Halbleitermaterialien liegt. Hierfür eignet sich beispielsweise Widerstandspapier, das ist ein mit Ruß gefülltes und mit einer elektroempfmdlichen Schicht und einer Aluminiumlackschicht überzogenes Papier mit einem Flächenwiderstand von etwa 1500 bis 4000 Ohm pro Quadrat, das im Handel erhältlich ist.

Die Erfindung wird im folgenden im Zusammenhang mit der Zeichnung an Hand von beispielsweisen Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit einem leitenden Blatt oder einer leitenden Tafel und getrennten aktiven Schaltungselementen,

F i g. 2 das Schaltbild einer der Anordnung von F i g. 1 entsprechenden Multivibratorschaltung,

Fig. 3 Diagramme des zeitlichen Verlaufs von Spannungen an verschiedenen Punkten der Anordnung von F i g. 1,

F i g. 4 die Oberansicht einer der Anordnung von F i g. 1 entsprechenden integrierten Halbleiterschaltungsanordnung,

F i g. 5 einen Schnitt durch die Anordnung von F i g. 4 entlang der Linie 5-5,

Fig. 6 eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung, die zwei Differentialverstärkern entspricht,

Fig. 7 das Schaltbild der Anordnung von Fig. 6,

F i g. 8 Diagramme des zeitlichen Verlaufs von Spannungen an verschiedenen Punkten der Anordnung von F i g. 6 und

F i g. 9 eine nach der Erfindung aufgebaute dreidimensionale integrierte Schaltungsanordnung.

In F i g. 1 ist ein Multivibrator dargestellt, dessen aktive Schaltungselemente durch eine elektrische Potentialverteilung gesteuert werden. Unter »aktiven Schaltungselementen« sind Vakuumröhren, Transistoren, Dioden u. dgl. zu verstehen. Die aktiven Schaltungselemente des in F i g. 1 dargestellten Multivibrators werden dadurch gesteuert, daß in einem Blatt oder in einer Tafel 10 aus einem Material, dessen Leitfähigkeit im Bereich derjenigen von Halbleitermaterialien liegt, Widerstandspfade geformt werden. Die Formung der elektrischen Pfade geschieht durch den Austausch von Elektrizitätsmengen zwischen Stromquellen, zu denen eine Primärquelle, beispielsweise eine Batterie, und Sekundärquellen wie die verschiedenen Anschlüsse an den aktiven Schaltungselementen gehören können. Die Punkte, an denen ein Austausch zwischen den Stromquellen und dem Blatt 10 stattfindet, haben eine Flächenverteilung zum Unterschied von einer linearen Verteilung. Die Verteilung ist also zweidimensional. Wie weiter unten noch ausgeführt werden wird, kann die Verteilung auch räumlichen Charakter haben, in welchem Fall die Anschlußpunkte dreidimensional verteilt sind.

Bei dem Multivibrator nach F i g. 1 werden als aktive Schaltungselemente zwei npn-Transistoren 11 und 12 verwendet. Die Energie für den Betrieb der

ίο Schaltung liefert eine Batterie 13, deren negative Klemme an eine Anschlußelektrode 14 angeschlossen ist, welche sich an einer Kante des leitenden Blattes 10 befindet. Die positive Klemme der Batterie 13 ist an eine Anschlußelektrode 15 angeschlossen, die sich innerhalb des Umf anges des Blattes 10 befindet. Der Mittelabgriff 13 a der Batterie 13 liegt an Masse. Die Anschlußelektroden 14 und 15 sind im Abstand voneinander auf der durch das Blatt von oben nach unten verlaufenden Mittellinie angeordnet.

ao Die Basis des Transistors 12 ist über eine Diode 23 und einen Kondensator 24 an die Eingangsklemme 23 angeschlossen. Die Emitter der Transistoren 11 und 12 sind über einen an Masse liegen-

• den Leiter 25 miteinander verbunden. Die Kollektorelektrode des Transistors 11 ist über einen Leiter 30 mit einer Anschlußelektrode 31 auf dem Blatt 10 verbunden und über einen Kondensator 32 an die Basis des Transistors 12 und an eine Anschlußelektrode 33 an der rechten Kante des Blattes 10 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 12 steht über einen Leiter 35 mit der Anschlußelektrode 36 auf dem Blatt 10 und über einen Kondensator 37 mit der Basis des Transistors 11 und mit der Anschlußelektrode 38 an der linken Kante des Blattes 10 in Verbindung. Die in F i g. 1 zu sehenden gestrichelten Linien, die sich über das Blatt 10 erstrecken, geben die den Werten —5, —3, —1, 0, + 1, +2, +3, +4 und +5 V entsprechenden Äquipotentiallinien des elektrischen Feldes an, das auf Grund des verteilten Stromflusses hauptsächlich zwischen den Anschlußelektroden 14, 15 und 31, in dem Blatt 10 vorhanden ist. Die Äquipotentiallinien stellen das elektrische Feld dar, das vorhanden ist, wenn sich der Transistor 11 im leitenden Zustand befindet und der Transistor 12 gesperrt ist.

Wenn die Batterie 13 die einzige Quelle für den Strom in dem Blatt 10 wäre, dann wären die Äquipotentiallinien bezüglich der Anschlußelektroden 14 und 15 symmetrisch verteilt. Die Verbindungen von den aktiven Schaltungselementenil und 12 zu den Anschlußelektroden an den Kanten und im Innern des Blattes 10 bilden jedoch zusätzliche Stromquellen, die das elektrische Feldbild verändern.

Die wirksame Form der Widerstandspfade innerhalb des Blattes wird durch passendes Anordnen der Anschlußelektroden in den beiden Dimensionen des Blattes 10 bestimmt. Die dadurch erhaltenen Widerstandspfade ersetzen viele diskrete Schaltungselemente, die in üblichen Schaltungen verwendet werden.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Schaltungsanordnung sind die aktiven Schaltungselemente 11 und 12 diskrete Elemente, die so an die Anschlußelektroden auf dem Blatt 10 angeschlossen sind, daß die Änderung der Widerstandspfade bei sich ändernden Betriebszuständen der Schaltungselemente 11 und 12 von selbst die erforderlichen Änderungen der Steuerpotentiale für die Schaltungselemente ergibt.

Die F i g. 2 stellt einen mit konzentrierten Impedanzen aufgebauten üblichen bistabilen Multivibrator dar, welcher der Schaltungsanordnung von F i g. 1 äquivalent ist und deren Verständnis erleichtert. Dabei entsprechen die konzentrierten Widerstände der Schaltung von F i g. 2 näherungsweise Zonen oder Flächenabschnitten des Blattes 10 von Fig. 1. Zum Beispiel kann der Basisvorspannwiderstand RB1' von Fig. 2 als Gegenstück des Flächenabschnitts RBl von Fig. 1 angesehen werden, welcher zwischen der Anschlußelektrode 14 und der Anschlußelektrode 38 liegt. In gleicher Weise kann der Basisvorspannwiderstand RB 2' von F i g. 2 mit dem FlächenabschÄitti?ß2 verglichen werden, der sich in F i g. 1 zwischen der Anschlußelektrode 14 und der Anschlußelektrode 33 befindet. Die verbleibenden Elemente RSl', RS2', RKV, RK2', RLl' und RL2' der Fig. 2 wurden die gleichen Bezugszeichen, jedoch ohne Indexstrich, mit den entsprechenden Flächenabschnitten auf dem Blatt 10 von F i g. 1 identifiziert.

Bei einer praktischen Ausführung der beschriebenen Anordnung war das Blatt 10 ein Blatt von 15-20 cm aus Widerstandspapier. Der spezifische Flächenwiderstand des Blattes 10 betrug etwa 2000 Ohm pro Quadrat. Die Transistoren 11 und 12 waren Transistoren des Typs 2N697. Die Anschlußelektroden 14, 15, 31, 33, 36, 38 waren im wesentlichen wie in der Zeichnung angeordnet. Es wurde gefunden, daß diese Schaltungsanordnung in zufriedenstellender Weise als bistabiler Multivibrator funktionierte. An die .Eingangsklemme 22 wurden die in Fig. 3 zu sehenden Eingangsimpulse40a als Anstoßimpulse angelegt. Die Ausgangsimpulse 40 b wurden von dem Kollektor eines der Transistoren abgenommen, beispielsweise an der Ausgangsklemme 36. Die auf die Eingangsimpulse 40 α hin erzeugte Ausgangsspannung war eine Rechteckwelle.

Ein Unterschied, der in Verbindung mit dem Betrieb der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 im Vergleich zu demjenigen der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 zu erwähnen ist, besteht darin, daß das Schaltverhältnis bei der Schaltungsanordnung von Fig. 2 fast 100% beträgt, während das Schaltverhältnis bei der Schaltungsanordnung von F i g. 1 weniger gut ist, jedoch vollständig dafür ausreicht, einen zuverlässigen Multivibratorbetrieb für Steuerzwecke herbeizuführen.

Ferner wurden zwei der Anordnung von F i g. 1 entsprechende Schaltungen mit Hilfe eines einzigen leitenden Blattes Ende an Ende aufgebaut, indem die ganze Anordnung spiegelbildlich zur Kante 10 α verdoppelt wurde. In diesem Fall ergaben an die Eingangsklemme 22 des ersten Multivibrators angelegte Impulse 40 α eine Ausgangsspannung an der der Klemme 36 entsprechenden Klemme des zweiten Multivibrators, die die in F i g. 3 mit 40 c bezeichnete Wellenform hatte. Die kleine Stufe in der Mitte eines jeden positiven Impulses bei der Welle 40 c zeigt an, daß nur eine kleine Querkopplung zwischen den beiden Multivibratoren vorhanden ist. Die so ermittelte Größe der Querkopplung beweist, daß die Isolierung zwischen den Stufen so groß ist, daß eine größere Anzahl von Multivibratoren mit Hilfe eines einzigen Blattes aufgebaut werden kann. Dadurch kann ein Zähler geschaffen werden, bei welchem alle Widerstandselemente, die sonst in einer mit konzentrierten Schaltungselementen aufgebauten Schaltungsanordnung erforderlich wären, durch einen einzigen leitenden Körper mit gleichförmiger Leitfähigkeit gebildet sind. In jedem Bereich des Blattes, der einem gegebenen Multivibrator zugeordnet ist, werden die Strompfade durch das in dem Blatt wirksame elektrische Feld geformt. Das Widerstandsblatt dient in einem solchen Fall nicht nur als Koppelelement, sondern auch als Isoliereinrichtung. Seine Funktion "kann durch die geometrische Gestaltung. und die

ίο Anordnung der Quellen leicht beeinflußt werden.

Die vorhergehende Beschreibung befaßt sich in der Hauptsache mit einer verhältnismäßig einfachen Schaltung, die eine Schaltoperation ergibt, wobei Strompfade in verschiedenen Bereichen eines dünnen leitenden Blattes, geformt werden. Es können jedoch, wie im folgenden noch gezeigt werden wird, auch integrierte Halbleiterschaltungsanordnungen verwendet werden, in denen Feststoffelemente die Strompfade bilden. In diesen Feststoffen, die in der Form von verhältnismäßig dünnen Blättern oder Tafeln entsprechend dem Blatt oder der Tafel 10 in F i g. 1 oder in einer Form vorliegen können, die eine merkliche dritte Dimension aufweist, werden Äquipotentialflächen ausgebildet, deren Lagen auf sich ändernde Zustände in zugehörigen aktiven Schaltungselementen hin verändert werden. In solchen Fällen können die aktiven Schaltungselemente selbst in dem Halbleiterkörper gebildet werden. Dadurch wird eine Miniaturisierung ermöglicht. Dies soll durch die folgenden zwei Beispiele erläutert werden.

B eispiel 1

Es wurde eine Schaltungsanordnung aufgebaut, die im allgemeinen derjenigen von Fig. 1 gleich war, deren Größe jedoch um den Faktor 10 Meiner war; das Blatt 10 hatte also Abmessungen von 1,5 -2 cm. Zwei Transistoren mit hoher Schaltgeschwindigkeit wurden durch leitenden Klebstoff mit ihren Kollektoren an den den Anschlußelektroden 31 und 36 der Fig. 1 entsprechenden Punkten befestigt. Ferner wurden den Dioden 20 und 23' entsprechende Dioden an dem leitenden Blatt befestigt Die verbleibenden Verbindungen wurden zu Punkten innerhalb des Umfanges und an den Kanten des Blattes in der in Fig. 1 dargestellten Weise geführt. Die bei dieser Ausführungsform verwendeten Transistoren waren epitaktische Mesa-Transistoren des Typs 2 N 743. Diese Transistoren können extrem schnell schalten und haben eine Grenzfrequenz von etwa 500 MHz. Für die Dioden 20 und 23 wurden Dioden des Typs IN914 verwendet. Ein Schaltvorgang der in Fig. 3 dargestellten Art wurde bis zu 2MHz leicht erzielt. Diese Technik könnte Schaltgeschwindigkeiten ergeben, welche näher als bisher an den Grenzen der aktiven Schaltungselemente selbst liegen.

Beispiel 2

In Fig. 4 und 5 ist eine der Anordnung von Fig. 2 entsprechende integrierte Halbleiterschaltungsanordnung dargestellt, bei der die aktiven Schaltungselemente und die Widerstandselemente in und auf einem einstückigen Halbleiterkörper gebildet sind. Der Halbleiterkörper 50 kann ein Siliciumplättchen sein, dessen Abmessungen gerade groß genug sind, um die darauf angeordnete Schaltungskonfiguration aufzunehmen, er kann aber auch ein Abschnitt einer viel größeren Platte aus Halbleiter-

material sein, auf der weitere integrierte Schaltungen gebildet sind. Die Anordnung von Fig. 4 enthält alle Schaltungselemente der Anordnung von F i g. 1, wobei diese durch die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 mit einem Indexstrich bezeichnet sind. Die aktiven Schaltungselemente, nämlich die Transistoren 11', 12' und die Dioden 20', 23', sind in dem Halbleiterkörper 50 in einer ebenen Anordnung gebildet. Wie in Fi g. 5 zu sehen, sind an den An-_# schlußelektroden und an den Basis- und Emitter-'io zonen Materialien zur Erleichterung der Herstellung von Anschlüssen und zur Bildung der aktiven Schaltungselemente in den Körper 50 eindiffundiert worden.

Die Herstellung der Anordnung nach Fig. 4 kann beispielsweise in folgenden Schritten geschehen:

A. Es wird von einem η-leitenden Siliciumplättchen 50 ausgegangen, dessen spezifischer Widerstand vorzugsweise in der Größenordnung von 5 bis 10 Ohm · cm liegt und über die ganze Oberfläche hinweg möglichst konstant ist.

B. Auf eine Oberfläche des Plättehens 50 wird ein Oxydüberzug 51 thermisch aufgebracht.

C. Nach dem Aufbringen des Überzuges 51 wird dieser an den für die Basiszonen der Transistoren 11' und 12' und für die Anodenbereiche der Dioden 20', 23' gewählten Stellen entfernt.

D. Dann wird in die freigelegten Flächen-in einer oxydierenden Atmosphäre Bor eindiffundiert. Das Bor sollte sich bis zu einer Tiefe von 2,5 μ erstrecken, wobei die Oberflächenkonzentration 10¹⁷ Boratome/ccm betragen sollte.

E. Dann wird das Oxyd an den für die Emitterzonen der Transistoren 11', 12' und für die Anschlußelektroden 14', 15', 33', 38', 200, 201 gewählten Stellen* entfernt.

F. Im Anschluß daran wird in diese Zonen Phosphor bis zu einer Tiefe von etwa 1,25 μ mit einer Oberflächenkonzentration in der Größenordnung von 10²⁰ Phosphoratomen/ccm eindiffundiert. Durch das Eindiffundieren des Phosphors in das Plättchen 50 an den Anschlußelektroden entsteht kein pn-übergang, und es wird eine Stelle geschaffen, an welcher Anschlüsse hergestellt werden können.

G. Dann wird durch eine Maske Aluminium aufgedampft und legiert, um die Kontakte herzustellen.

H. Dann wird durch eine Maske hindurch auf die Oberfläche Aluminium aufgedampft, welches die Verbindungsleitungen 52 und 53 sowie die leitenden Bereiche bildet, welche jeweils eine Belegung der Kondensatoren 32' und 37' darstellen. Die Oxydschicht isoliert das aufgedampfte Aluminium an allen Stellen mit Ausnahme der Anschlußelektroden, beispielsweise am Punkt 33', und an den Basiskontaktstellen, beispielsweise bei 11a.

I. Nach diesen Schritten wird die Hinterseite 55 des Plättehens 50 vorzugsweise auf eine Dicke in der Größenordnung von etwa 75 μ geschliffen, damit diese einen Widerstand erhält, der so groß wie möglich ist, weil dadurch der Energieverbrauch herabgesetzt wird.

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J. Dann werden elektrische Verbindungen zwischen den Anschlußelektroden hergestellt. Eine solche Verbindung ist beispielsweise der Leiter 56, der sich zwischen dem Basiskontakt Hfl des Transistors 11' und der Diode 20' erstreckt. Der Leiter 56 ist ein Golddraht, der thermisch mit der Kontaktstelle Ua auf der Basis des Transistors 1Γ und mit der Kontaktstelle auf der Diode 20' verbunden ist.

Die Eingangskapazitäten 21' und 24' liegen in einer Ebene mit der Oberfläche des Plättehens 50. Sie können keramische Kondensatoren sein, die an dem Plättchen 50 angebracht sind, sie können aber auch durch ein Aufdampfverfahren hergestellt sein, mit welchem für jeden Kondensator zwei Belegungen gebildet werden, die auf der Oberfläche des Plättehens 50 angeordnet und durch ein Dielektrikum voneinander getrennt sind.

Es kann also in und auf einem Halbleiterplättchen die gesamte in Fig. 2 dargestellte Schaltung gebildet werden, an welche eine passende Spannungsquelle angeschlossen werden kann. Die Abmessung Z (F i g. 4) auf solch einem Plättchen kann beispielsweise in der Größenordnung von 2,5 bis 3,8 mm liegen. Die Anordnung kann· beliebig verkleinert werden, wenn die relativen Abstände zwischen den Schaltungselementen und den Anschlußelektroden unverändert bleiben. Außerdem kann die Größe jedes beliebigen Schaltungselementes, beispielsweise eines 'Transistors, verändert werden, solange dieses Schaltungselement im Vergleich zu dem Abstand zwischen ihm und den benachbarten Schaltungselementen-und Anschlußelektroden verhältnismäßig klein bleibt. Bei Verwendung von Schaltungselementen, deren Abmessungen mit den betreffenden Abständen vergleichbar sind, muß sonst die Einwirkung dieser Schaltungselemente auf das resultierende Feldbild berücksichtigt werden.

In F i g. 5 sind die vertikalen Abmessungen gegenüber den horizontalen Abmessungen stark übertrieben dargestellt. Beispielsweise würden bei einer Anordnung, bei welcher die Dimension Z in der Größenordnung von 2,5 mm liegt, die geätzten Bereiche für die Anschlußelektroden in der Größenordnung von 0,125 · 0,125 mm liegen. Die Zone Ud in Fig. 5 würde etwa 2,5 μ tief sein. Die Anschlußelektroden, deren Bildung durch das Eindiffundieren von Phosphor erleichtert ist, wie die durch den Block He dargestellte Anschlußelektrode, würden sich bis zu einer Tiefe von etwa 1,25 μ erstrecken. Die F i g. 4 und 5 sind daher nur als erläuternde Darstellung anzusehen. Die angewendeten Diffusionsverfahren und die Technologie der Herstellung von aktiven Schaltungselementen und von Verbindungen zu diesen Schaltungselementen in integrierten Sehaltungsanordnungen sind an sich bekannt.

In F i g. 6 ist eine Differentialverstärkeranordnung dargestellt, die nach dem zuvor beschriebenen Prinzip aufgebaut ist. Sie enthält eine erste Stufe mit Transistoren 101 und 104 und eine zweite Stufe mit Transistoren 102 und 103. Beide Stufen werden durch die in einer leitenden Tafel oder in einem leitenden Blatt 105 entstehende elektrische Feldverteilung gesteuert. Wie bei der Anordnung nach Fig. 1 war bei einer praktischen Ausführungsform dieser Anordnung das Blatt 105 ein Blatt aus Widerstandspapier von 15 · 20 cm mit einem spezifischen Wider-

stand von etwa 2000 Ohm/Quadrat, und für die Transistoren 101 bis 103 wurden Transistoren des gleichen Typs verwendet wie bei der Anordnung nach Fig. 1.

Der Bequemlichkeit halber wurde die Schaltung zylindersymmetrisch hergestellt; dies wird durch die Verbindungen 106, 107, 108, 109 und 110 zwischen den Anschlußelektroden an den beiden Seitenkanten des Blattes nachgebildet.

Eine Batterie lag mit ihrer negativen Klemme an Masse und war über einen Leiter 106 mit den Anschlußelektroden 120, 121 und 122 an der unteren Kante des Blattes 5 angeschlossen. Die positive Klemme der Batterie war mit den Anschlußelektroden 123, 124 und 125 yerbunden. Der Transistor 101 stand mit seiner Basis mit einer Anschlußelektrode 126 und mit seinem Kollektor mit einer Anschlußelektrode 127 in Verbindung, während er an seinem Emitter an einen Leiter 128 und über diesen an den Emitter des Transistors 104 und an Anschlußelektroden 130 und 131 angeschlossen war. In ähnlicher Weise war der Transistor 104 an seiner Basis mit einer Anschlußelektrode 132 und an seinem Kollektor mit einer Anschlußelektrode 133 verbunden.

Die soweit beschriebene Schaltung bildete den ersten Differentialverstärker, wobei Vorkehrungen für das Anlegen eines Eingangssignals an die Eingangsklemme 134 und über den Leiter 135 an die Basis des Transistors 101 getroffen waren. Man kann annehmen, daß die Basis des Transistors 104, die an die Anschlußelektrode 132 auf dem Blatt 105 angeschlossen ist, auf einem festen Potential liegt, abgesehen von Feldänderungen, die durch einen das Potential an der Anschlußelektrode 132 beeinflussenden Betrieb des Systems hervorgerufen werden.

Das an die Klemme 134 angelegte Eingangssignal hat den in F i g. 8 bei 140 dargestellten Verlauf. Das an dem Kollektor des Transistors 101 auftretende Signal entspricht dem Verlauf 141, und es zeigt sich, daß eine Spannungsverstärkung etwa vom Faktor 2 in der ersten Stufe vorhanden ist.

Für die richtige Bewertung der Leistungsfähigkeit eines solchen Verstärkersystems ist die Signalverstärkung von der Basis zum Kollektor nicht so bedeutsam wie die Verstärkung von dem Kollektor der ersten Stufe bezüglich des Signals am Kollektor einer nachfolgenden Stufe. Um die Gesamtverstärkung, die mit in der hier beschriebenen Weise gesteuerten Anordnungen leicht erhalten werden kann, zu demonstrieren, wurde der die Transistoren 102 und 103 aufweisende zweite Differentialverstärker vorgesehen. Der Transistor 102 ist an seiner Basis an einer Anschlußelektrode 151 und an seinem Kollektor an einer Anschlußelektrode 152 angeschlossen, während sein Emitter mit dem Emitter des Transistors 103 und mit einer Anschlußelektrode 154 verbunden ist. In ähnlicher Weise ist der Transistor 103 an seiner Basis an einer Anschlußelektrode 155 und an seinem Kollektor an eine Anschlußelektrode 156 angeschlossen. Die tatsächlichen Abstände zwischen den Anschlußelektroden hatten im wesentlichen das in F i g. 6 angegebene Verhältnis und waren entsprechend der Darstellung von F i g. 6 verteilt. Sie wurden so angeordnet, daß die leicht zu erkennende Symmetrie erhalten wurde, und dann wurde die Größe der von der Batterie 19 gelieferten Spannung auf eine maximale Verstärkung zwischen den Kollektoren der Transistoren 101 und 102 eingestellt. Es wurde gefunden, daß für die oben beschriebene Schaltungsanordnung die zweckmäßige Batteriespannung etwa 9 V beträgt. Die Verstärkung von Kollektor zu Kollektor, die sich aus einem Vergleich der Kurven 141 und 142 in F i g. 8 ergibt, lag in der Größenordnung von 2. An dem Kollektor des Transistors 102 lag das in Fig. 7 dargestellte Signal 142 an.

ίο Die in F i g. 6 dargestellte Schaltungsanordnung kann viele verschiedene Äquivalente in Form von Schaltungen mit konzentrierten Impedanzen haben. Eine solche angenähert äquivalente Schaltung ist in F i g. 7 dargestellt. In F i g. 7 ist jede der lconzen-

15- trierten Impedanzen mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie der ihr entsprechende Funktionsbereich auf dem Blatt 105, wobei die Bezugszeichen in Fig. 7 mit einem Indexstrich yersehen sind. Die Belastungswiderstände RLl' bis RL4'sinä in Fi g. 7 mit den Kollektoren der Transistoren 101' bis 104' verbunden. Die Vorspannwiderstände und Koppelwiderstände" RB Γ bis RBlO' wurden als Bereiche

RBl, bisJX&lO auf dem Blatt 105 angedeutet, und in ähnlicher Weise wurden die Emitterwiderstände REl' bis RE4' als Bereiche REl bis RE4 auf dem Blatt 105 angegeben.

In F i g. 9 ist eine integrierte Halbleiterschaltungsanordnung dargestellt, welche der Schnittansicht der F i g. 5 entspricht. In diesem Fall ist jedoch die Anschlußelektrode 15' auf der den aktiven Schaltungselementen 11' und 12' gegenüberliegenden Seite des Körpers 50 gebildet. Außerdem sind die Ausgangselektroden 203 und 204 von F i g. 4 auf der gleichen Fläche angeordnet wie die Anschlußelektrode 15'.

Die Elektroden 15', 203' und 204' sind somit bezüglich der in dem Körper 50 durch den Austausch von Elektrizitätsmengen zwischen einer passenden Quelle und den aktiven Schaltungselementen 11' und 12' erzeugten Äquipotentialflächen dreidimensional angeordnet. Es versteht sich, daß die weiteren Anschlußelektroden 14', 33' und 38' statt auf der Fläche 51 (F i g. 5) auf der Fläche 55 angebracht sein können. In diesem Fall würden bestimmte Raumbereiche des Körpers 50 die Widerstandszonen bilden, welche die Potentiale zwischen zwei Anschlußelektroden oder den daran angeschlossenen Schaltungselementen beeinflussen.

Claims

Patentansprüche:

1. Mikrominiaturisierte elektronische Schaltungsanordnung, bei der passive Schaltungselemente, insbesondere Widerstände als komplexe, nicht diskrete Schaltungselemente verwendet werden und in welcher eine zwei- oder dreidimensionale Potentialverteilung in einem leitenden Körper mit einer Leitfähigkeit im Bereich derjenigen von Halbleitermaterialien durch Widerstandswege zwischen Anschlußelektroden in einer zwei- oder dreidimensionalen Anordnung in oder auf dem Halbleiterkörper gebildet wird, wobei wenigstens ein Schaltungselement mit dem Körper an einer ersten Anschlußelektrode derart verbunden ist, daß sich die Potentialverteilung in Abhängigkeit von dem Leitungszustand des Schaltungselements ändert, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungselement ein aktives, wie z. B. ein Transistor (11, 12) ist,

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wobei dieses mit dem Körper (10) an einer zweiten Anschlußelektrode (38, 201 bzw. 33, 200) derart verbunden ist, daß ihm ein Steuerpotential von dem Körper (10) zugeführt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Anschlußelektrode (38 bzw.. 33) an dem Körper (10) so angeordnet ist, daß das Steuerpotential von den Potentialänderungen an dem ersten Anschlußpunkt (31 bzw. 36) abhängt und somit ein Rückkopplungspotential ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres aktives Schaltungselement (101) mit dem Körper an einer dritten Anschlußelektrode (127) derart verbunden ist, daß sich die Potentialverteilung und damit das Potential an der zweiten Anschlußelektrode (155) in Abhängigkeit von dem Leitungszustand des weiteren Schaltungselements (101) ändert (Fig. 6).

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) aus Halbleitermaterial besteht und daß jedes aktive Schaltungselement ein in dem Körper gebildetes Halbleiterschaltungselement ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Anschlußelektroden auf dem Körp'er durch stark dotierte Halbleiterzonen gebildet· sind, welche den gleichen Leitungstyp wie das sich anschließende Halbleitermaterial haben, und an denen jeweils ein ohmscher Kontakt angebracht ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) aus Widerstandspapier besteht.:

20 In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschrift Nr. 1 042 763;
Zeitschrift Electronics, 13. 5.1960, S. 77.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen