DE1285634B

DE1285634B - Induktive Transistor-Blindwiderstandsschaltung

Info

Publication number: DE1285634B
Application number: DEC37530A
Authority: DE
Inventors: Gremillet Jacques
Original assignee: CSF Compagnie Generale de Telegraphie sans Fil SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1964-12-01
Filing date: 1965-11-30
Publication date: 1968-12-19
Also published as: US3510806A; GB1094010A; FR1424482A

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine induk- und seiner Vorspannungsschaltung mit den zutive Transistor-Blindwiderstandsschaltung mit zwei gehörigen Trennkondensatoren nur-einen Feldeffekt-Klemmen, zwischen denen eine Serienschaltung aus transistor mit isolierter Torelektrode und einen einem Widerstand und einer Kapazität und parallel Widerstand. Diese beiden Schaltungselemente köndazu ein Transistor angeschlossen sind, dessen 5 nen zusammen mit dem Widerstand der Serien-Steuerelektrode die am Verbindungspunkt zwischen schaltung leicht und einfach in einer integrierten dem Widerstand und der Kapazität abgegriffene Halbleiterschaltung mit sehr geringen Abmessungen Spannung zugeführt wird. gebildet werden. An dieser ist dann nur noch die Bekannte Schaltungen dieser Art enthalten einen Kapazität der Serienschaltung anzubringen, um die herkömmlichen bipolaren Transistor, dessen Steuer- io induktive Blindwiderstandsschaltung zu vervollelektrode die Spannung zugeführt wird, die am Ver- ständigen. ,

bindungspunkt zwischen dem Widerstand und der Äusführungsbeispiele der Erfindung sind in der

Kapazität abgegriffen wird. Die ganze Schaltung ver- Zeichnung dargestellt. Darin zeigt

hält sich dann, von den Klemmen her gesehen, wie Fig. 1 das Prinzipschaltbild einer bekannten ein induktiver Blindwiderstand, dessen Induktivität 15 Blindwiderstandsröhrenschaltung,

durch Ändern der Transistorvorspannung gesteuert F i g. 2 das Ersatzschaltbild einer nach der Er-

werden kann. Die■: Einstellung des Arbeitspunktes findung ausgeführten integrierten Schaltungsanord-

des Transistors geschieht mit Hilfe einer Vor- nung,

Spannungsschaltung, die in der üblichen Weise F i g. 3 die Oberansicht einer nach der Erfindung Widerstände und Trennkondensatoren im Steuerkreis 20 ausgeführten integrierten Schaltungsanordnung,

enthält. Eine solche Schaltung entspricht weitgehend Fig. 4 einen Schnitt nach der Linie A-A von

den bekannten Röhren-Blindwiderstandsschaltungen, Fig. 3,

mit dem Unterschied, daß die Röhre durch einen Fig. 5 einen^fSchnitt nach"""-'der LinieB-B von

Transistor ersetzt ist. Fig. 3 und

Diese bekannten Schaltungen eignen sich nicht 25 Fig. 6 das Ersatzschaltbild einer anderen Aus-

sehr gut für die heute in zunehmendem Maße an- führungsform der ,Erfindung, die für einen Betrieb

gestrebte Miniaturisierung in Form integrierter Halb- bei hohen Frequenzen geeignet ist.

leiterschaltungen. Hierbei handelt es sich'. um ■ Fig. 1 zeigt eine allgemein bekannte Schaltungs-Schaltungen, bei denen alle passiven und aktiven ■ .· anordnung, bei welcher parallel zu dem ab-

Schaltungselemente im Verlauf des gleichen Her- 30 zustimmenden Schwingkreis 1. eine Schaltungs-

stellungsverfahrens im Innern oder auch an der anordnung geschaltet ist, deren scheinbarer Blind-

Oberfläche eines Trägers gebildet werden, der widerstand induktiv ist. Diese enthält eine Blind-

meistens ein Halbleitereinkristall ist, aber auch aus ,_; widerstandsröhre 2, die mit einem Widerstand 3 und

einem Isoliermaterial bestehen kann. Man ist näm-" einer Kapazität 4 belastet ist. Diese Anordnung ist

lieh bestrebt, soweit wie möglich Kapazitäten bei 35 dann einer verlustbehafteten Selbstinduktivität äqui-

integrierten Schaltungen zu vermeiden, da sie nicht valent, deren Wert von der Steilheit der Röhre ab-

durch die gleichen Arbeitsgänge, wie Widerstände, hängt.

Dioden und andere Halbleiterschaltungselemente, als Der Arbeitspunkt der Röhre muß durch die in integrierte Bestandteile hergestellt werden können. Fig. 1 durch ein gestricheltes Rechteck dargestellte Es ist andererseits bekannt, daß die Feldeffekt- 40 Schaltung 5 eingestellt-' werden. - Diese Schaltung 5 transistoren mit isolierter Torelektrode (auch Metall- enthält die Trennkondensatoren 6 und 7 und die oxyd-Halbleiter-Transistöien oder MOSrTrans'istoren. , Widerstände 8 und 9, welche die Gleichspannungsgenannt) die Eigenschaft aufweisen, daß sie ohne potentiale bestimmen. Die Stromversorgung ist bei Trennkondensatoren direkt koppelbar sind. So sind 10 und der Lastwiderstand bei 11 dargestellt,
beispielsweise mehrstufige Verstärker bekannt, bei/45 Die Röhre kann durch einen bipolaren Transistor denen, als Verstärkerelemente solche Feldeffekt- ersetzt sein, wobei aber die übrige Schaltung eintransistoren mit isolierter Torelektrode in direkter schließlich der Trennkondensatoren im wesentlichen Kopplung verwendet werden. Auch ist es bekannt, unverändert bleibt. Wegen des Vorhandenseins der daß solche Feldeffekttransistoren unmittelbar an die , .Trennkondensatoren, ist die Schaltung für eine Aus-Stelle von Röhren in bekannten Röhrenschaltungen 50 führung als integrierte Halbleiterschaltung nicht treten können. günstig, weil Kondensatoren beim gegenwärtigen Das Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Stand der Technik nur schwierig in einer integrierten induktiven Transistor-^Blindwiderstandsschaltung der_r, , Schaltung realisiert .werden können,
eingangs angegebenen Art, die sich infolge Fehlens Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der ervon Trennkondensatoren besonders gut für eine 55 findungsgemäßen Sch'altung, bei welcher die Blind-Fertigung als integrierte. Halbleiterschaltung eignet. widerstandsröhre.^. durch; einen. Feldeffekttransistor Nach der Erfindung wird dies dadurch erreicht, mit. isolierter Torelektrode ersetzt ist. Bekanntlich daß von der direkten. Koppelbarkeit ohne Trenn- besteht ein Feldeffekttransistor im wesentlichen aus kondensatoren von Feldeffekttransistoren mit isolier- einem Halbleifergebiet, das Kanal genannt wird, in ter Torelektrode in der Weise Gebrauch gemacht 60 welchem'^;ein^:Strom'-von-Majoritätsträgern zwischen wird, daß der in Qüellenschaltung betriebene Feld- einer Quelle genannten ersten Elektrode und einer effekttransistor seine Torvorspannung von dem Ab- Abfluß genannten zweiten Elektrode fließt,
griff eines zwischen den beiden Klemmen durch Dieser Strom kann durch eine Torelektrode be-Hinzuschalten eines Widerstands parallel zu dem einflußt werden: Im Sonderfall eines Feldeffekt-Kondensator gebildeten Spannungsteilers erhält. 65 transistors mit isolierter Torelektrode, wie es bei der Die nach der Erfindung ausgeführte induktive Schaltung von F i g. 2 verwendet wird, wird der Transistor-Blindwiderstandsschaltung enthält in ihrer Strom im Kanal durch die Einwirkung eines elekeinfachsten Form an Stelle des bipolaren Transistors irischen Feldes beeinflußi; das über eine dielek-

irische Schicht angelegt wird, und die angelegte Vorspannung kann in bezug auf die Quelle das gleiche Vorzeichen wie der Abfluß haben.

Durch die Anwendung dieses wesentlichen Merkmals kann die in Fig. 2 dargestellte Schaltung den gleichen Betrieb wie die bekannte Schaltung von F i g. 1 ermöglichen, ohne daß die Trennkondensatoren 6 und 7 benötigt werden. Dies hat zur Folge, daß die Vorspannungsschaltung S des Feldeffekttransistors 12 nur noch aus einem einzigen Widerstand 8 besteht, wodurch die Ausbildung der Schaltung als integrierte Schaltungsanordnung ganz beträchtlich vereinfacht wird. Im übrigen tragen die entsprechenden Elemente die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1.

Der abzustimmende Schwingkreis ist wieder bei 1 dargestellt, und in ihrer einfachsten Form besteht die Phasenschieberschaltung aus dem Widerstand 3 und dem Kondensator 4, die in Serie zwischen den KlemmenKX und K 2 liegen. Die Verstärkung erfolgt durch einen Feldeffekttransistor 12 mit isolierter Torelektrode. Die Torelektrode 13 ist direkt mit dem Abgriff K 3 der Phasenschieberschaltung 3, 4 verbunden und erhält ihre Vorspannung mit Hilfe des einzigen Widerstands 8, ohne daß ein Trennkondensator vorhanden ist. Die Quelle ist bei 15 dargestellt, und der Abfluß 14 ist mit der Stromversorgung 10 über den Lastwiderstand 11 verbunden.

Die Darstellung von F i g. 2 läßt die Möglichkeit erkennen, eine solche Schaltung mit der gegenwärtigen Technik und den zur Zeit bekannten Verfahren als integrierte Schaltungsanordnung zu realisieren.

F i g. 3 zeigt als Beispiel eine praktische Ausführung der Schaltung von F i g. 2. F i g. 4 und 5 zeigen zwei Schnittansichten der gleichen Anordnung.

Sie enthält eine Unterlageplatte 16 aus einkristallinem Silicium des Leitungstyps n, auf welche epitaktisch eine p-Siliciumschicht 17 aufgebracht ist. Alle Zonen des Leitungstyps η sind in der Zeichnung schraffiert. Mit Hilfe der allgemein bekannten Technik aufeinanderfolgender Maskierungen, mit welchen auf der Oberfläche des Materials bevorzugte Zonen abgegrenzt werden können, in denen durch Diffusion eine bestimmte Dotierung vorgenommen werden soll, von der die übrigen Zonen ausgeschlossen sind, werden nacheinander realisiert:

1. durch Diffusion eine Wand 18 vom Leitungstyp« in der epitaktischen p-Schicht, wodurch das betreffende Element von dem benachbarten Element isoliert wird,

2. die Widerstände 11,3,8, die durch Eindiffundieren eines «-Störstoffs in dem gewünschten Profil erhalten werden,

3. der Abfluß 14 des Leitungstyps n,

4. die Quelle 15 des Leitungstyps n,

5. die isolierte Torelektrode 13 durch Aufbringen einer Oxydschicht 19, die ihrerseits mit einer Metallisierung überzogen ist.

Schließlich wird der Kondensator 4 dadurch erhalten, daß auf die Widerstände 3 und 8 örtlich begrenzt eine Schicht 20 aus dem gleichen Oxyd SiO₂ aufgebracht wird, die anschließend metallisiert wird.

Das Plättchen enthält dann alle aktiven und passiven Schaltungselemente, die zu seiner Verwendung entsprechend dem zuvor angegebenen Zweck erforderlich sind. Damit die in Fig. 2 dargestellte Schaltung vervollständigt wird, werden durch Metallisierung die folgenden Verbindungen hergestellt:

die Verbindung 21 zwischen dem Lastwiderstand 11 und der Stromquelle 10,
die Verbindung 22 zwischen dem Abfluß und dem Lastwiderstand 11, dem Widerstand 3 und der Wechselspannungsquelle 1,
die Verbindung 23 zwischen der Torelektrode 13, dem Widerstand3 und dem Widerstände, schließlich die Verbindung 24 zwischen der Masse 25, dem Kondensator 4 und der Quelle.

Diese Verbindungen sind in den Schnittansichten nicht dargestellt, sondern nur in der Oberansicht erkennbar.

Eine solche Anordnung eignet sich sehr gut für einen Betrieb bei niedrigen Frequenzen. Sobald jedoch höhere Frequenzen erreicht werden, kann der einwandfreie Betrieb der Schaltung durch die Streukapazität beeinträchtigt werden, die möglicherweise zwischen dem Abfluß und der Torelektrode vorhanden ist.

Dieser Nachteil kann durch die in Fig. 6 dargestellte Schaltungsanordnung abgeschwächt werden. Diese Schaltung enthält zwei Feldeffekttransistoren 42 und 26 mit isolierter Torelektrode.

Der abzustimmende Schwingkreis ist bei 1 dargestellt. Er ist mit der Phasenschieberschaltung 3,4 verbunden, während das Verstärkerelement in diesem Fall aus zwei Feldeffekttransistoren gebildet ist, von denen der erste zugleich die Rolle einer Trennstufe spielt. Die Streukapazität, die zwischen dem Abfluß 44 und der Torelektrode 43 des Feldeffekttransistors 42 bestehen kann, ist nämlich in diesem Fall in der Kapazität 4 enthalten. Ein zweiter Feldeffekttransistor 26 mit isolierter Torelektrode, dessen Arbeitspunkt durch den Widerstand 27 eingestellt wird, bewirkt die Verstärkung mit der erforderlichen Phase. Der Abfluß 28 des Feldeffekttransistors 26 ist einerseits mit der abzustimmenden Schaltung 1 und andererseits mit der Stromversorgung 10 über einen Lastwiderstand 11 verbunden. Das Tor 29 ist mit dem Abfluß 44 des Feldeffekttransistors 42 verbunden.

Die Stromversorgung des Feldeffekttransistors 42 ist bei 30 dargestellt.

Natürlich können die verschiedenen Schaltungselemente, wie Widerstände und Kapazitäten, anstatt durch ein Diffusionsverfahren auch nach der Dünnschichttechnik hergestellt werden. In diesem Fall können die Widerstände beispielsweise durch Aufdampfen eines Tantalfilms im Vakuum realisiert werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Induktive Transistor-BIindwiderstandsschaltung mit zwei Klemmen, zwischen denen eine Serienschaltung aus einem Widerstand und einer Kapazität und parallel dazu ein Transistor angeschlossen sind, dessen Steuerelektrode die am Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand und der Kapazität abgegriffene Spannung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß von der direkten Koppelbarkeit ohne Trennkondensatoren von Feldeffekttransistoren mit isolierter

Torelektrode in der Weise Gebrauch gemacht wird, daß der in Quellenschaltung betriebene Feldeffekttransistor (13,29) seine Torvorspannung von dem Abgriff (K 3) eines zwischen den beiden Klemmen (K 1, K 2) durch Hinzuschalten eines Widerstands (8) parallel zu dem Kondensator (4) gebildeten Spannungsteilers (3, 8) erhält. 2. Blindwiderstandsschaltung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zweiten Feldeffekttransistor (42) mit isolierter Torelektrode, dessen Quellenelektrode mit der einen Klemme (K2) verbunden ist, dessen Torelektrode (43) mit dem Abgriff (K 3) des Spannungsteilers (3,8) verbunden ist und dessen Abflußelektrode (44) mit der Torelektrode (29) des ersten Feldeffekttransistors (26) verbunden ist.

3. Blindwiderstandsschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstände (3,8,27) und der bzw. die Feldeffekttransistoren (12,26,42) durch Zonen und Gebiete einer integrierten Halbleiterschaltungsanordnung gebildet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen