DE1589919A1 - Integrierte Schaltmatrix mit Feldeffekttransistoren - Google Patents
Integrierte Schaltmatrix mit FeldeffekttransistorenInfo
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Description
PATENTANWALT DIPL-JNG. H. E. BÖHMER
703 BOBLINGEN SIN DE LF INGEH STRASSK 4!»
Böblingen, den 16. Januar 1967 si-er
Anmelder: International Business Machines Corporation,
Armonk, N. Y., 10 504
Amtl. Aktenzeichen: Neuanmeldung
Aktenz. d. Anmelderin: Docket 10 833
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine integrierte Schaltmatrix,
mit Feldeffekttransistoren. Die einzelnen die Umschaltung bewirkenden und
als Schaltelemente benutzten Feldeffekttransistoren weisen Verstärkereigenschaften
auf.
Z. Zt. sind verschiedenartige Vorrichtungen bekannt, welche die Aufgabe
durchzuführen gestatten, zu bestimmten Kombinationen je zweier verschiedener Eingang s signale ein bestimmtes Ausgangs signal aus einer.
Anzahl von insgesamt möglichen Signalen selektiv auszulösen. Derartige Anordnungen sind allgemein unter dem Namen Schaltmatrizen bekannt
und umfassen in der Regel eine Anzahl von Schaltelementen, welche bei Koinzidenz zweier Eingangs signale ihren Zustand ändern, wobei einem
jeden Eingangssignal ein bestimmtes Aus gangs signal zugeordnet ist. Mit
dem Aufkommen und Weiterentwicklung der Datenverarbeitungs ma schinen ergab sich auch die Notwendigkeit, zuverlässige und wirkungsvolle Schaltmatrizen
aufzubauen. Infolge der zunehmenden Komplexität der Datenverarbeitungssysteme war es erforderlich, derartige Schaltmatrixen mit
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großer Dichte in mikrominiaturisierten Abmessungen zu erstellen. Zur
Zeit stellt die Industrie derartige Anordnungen her, in dem alle zur Funktion der Schaltmatrix erforderlichen Elemente in einem z. B. aus
Halbleitermaterial bestehenden Block zu einer einzigen elektronischen Vorrichtung zusammengebaut werden. Der Grund dieser Entwicklungstendenz
liegt darin, die Abmessungen, das Gewicht und damit die Kosten pro Schaltelement abzusenken und weiterhin gleichzeitig die
Arbeitsgeschwindigkeit und die Zuverlässigkeit zu erhöhen und den Energieverbrauch herabzusetzen.
Zahlreiche elektronische Festkörpervorrichtungen, welche in Simultanfertigung
hergestellt werden können, wurden bisher in der Patent- bzw. wissenschaftlichen Literatur behandelt. Einige dieser Festkörpervorrichtungen
können klassifiziert werden als Feldeffektvorrichtungen, d.h. als Halbleiterstrukturen, welche innerhalb des Halbleiters einen für den
elektrischen Strom leitenden Pfad zwischen einer Quellen- und einer Senkenelektrode ermöglichen, dessen Leitfähigkeitsgrad durch ein elektrisches
Feld gesteuert werden kann. Beispiele derartiger Feldeffektvorrichtungen sind die sogenannten Feldeffekttransistoren mit isoliertem
Steuergitter, die Dünnschicht (TFT) Feldeffekttransistoren und die unipolaren Feldeffekttransistoren.
Es sei hier erwähnt, daß in der Monographie "Feldeffekttransistoren"
von L. J. Sevin, jr., der Mc. Graw Hill Company, 1965, die genannten Halbleitervorrichtungen diskutiert sind. Derartige Feldeffektvorrichtungen
können mittels einer Simultanherstellungsweise erstellt werden, die verhältnismäßig einfach ist im Vergleich zu den Verfahren, welche
erforderlich sind, andersartige elektronische Festkörpervorrichtungen, beispielsweise Transistoren vom bipolaren Typ herzustellen. Z.B. kann
jede Zahl von Feldeffekttransistoren mit isoliertem Steuergitter (MOS) baw. Strukturen aus diesen innerhalb eines einzigen Halbleiter plättchens
durch einzelne Diffusionsprozesse realisiert werden, wobei diese dazu
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dienen, die Quellen- bzw. Senkenelektroden herzustellen. Die erforderliche
Struktur der gesamten Anordnung wird mit Hilfe photolith©·»
graphischer Verfahren sichergestellt, wobei eine dem isolierten Gitter
entsprechende Metallisierung auf Oberflächenteile des Halbleiterplättchens in der Weise aufgebracht wird, daß diese den bezüglich seiner
Leitfähigkeit zu steuernden Strompfad zwischen Quellen- und Senkenelektrode überdeckt. Zugleich mit diesem Aufbringvorgang werden die
zwischen den einzelnen Teilstrukturen erforderlichen leitenden Verbindungen aufgebracht. Mittels der heute gebräuchlichen Verfahren ist
es möglich, eine große Anzahl von Feldeffektschaltelementen, d. h.
im Extremfall bis zu 1 000 Feldeffekttransistoren gleichzeitig mit den
erforderlichen leitenden Verbindungen auf ein einzelnes Halbleiterplättchen aufzubringen, wobei dieses beispielsweise einen Durchmesser
von 2, 5 cm besitzt.
Was die Betriebsweise angeht, so entspricht ein Feldeffektschaltelement
als spannungsgesteuertes aktives Bauelement weitgehend eine Vakuumröhre und zwar einer Penthode. Der Leitmechanismus eines Feldeffekttransistors
wird bekanntlich lediglich durch Majoritäts ladungsträger getragen« Eine weitere Ähnlichkeit zwischen Feldeffekttransistor und Penthode
besteht darin, daß der Feldeffekttransistor einem Verstärkerelement entspricht, welches ein an der Gittermetallisierung eingegebenes Eingangssignal
verstärkt. Da derartige Vorrichtungen spannungsgesteuert
zur
sind und einen hohen Eingangs widerstand aufweisen, ist die/Steuerung
erforderliche Energie bei derartigen Vorrichtungen außerordentlich gering. Aufgrund dieser Eigenschaften eyien sich derartige aktive Halbleiterbauelemente
außerordentlich gut für den Aufbau einer Schaltmatrix in mikrominiaturisierten Abmessungen, wobei gleichfalls die den Schaltelementen
zukommende Verstärkungswirkung einen weiteren Vorteil darstellt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine in mono-
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Ethischem Aufbau herstellbare, mit Feldeffekttransistoren als Schaltelementenen
arbeitende Schaltmatrix aufzuzeigen. Diese Schaltmatrix
soll eine hohe Packungsdichte und Zuverlässigkeit besitzen sowie Verstärkerwirkung bezüglich der abgegebenen Ausgangssignale aufweisen.
Die genannte Aufgabe wird durch die Vorrichtung nach der Lehre der
vorliegenden Erfindung gelöst. Diese ist dadurch gekennzeichnet, daß
auf einem Halbleitergrundplättchen eines ersten Leitfähigkeitstyps m als Quellenelektroden wirksame, die Matrixzeilen verkörpernde Streifen
SO,Sl ... S , und in deren unmittelbarer Nähe m . η einzelne als
n-1
Senkenelektroden wirksame, mit je einem Arbeitswiderstand ROO,
ROl, ... R , , verbundene Bereiche DO, D02, ... D , , des
n-1, m-1 n-1, m-1
dem Material des Halbleitergrundplättchens entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps
eindiffundiert sind, daß weiterhin η . m elektrisch leitende, von den übrigen Teilen der Schaltmatrix isolierte, als Gitterelektroden
wirksame und die Reihen der Schaltmatrix verkörpernde Streifen GO, Gl, ... G so vorgesehen sind, daß jeder Gitterstreifen
m enge, in ihrer elektrischen Leitfähigkeit zu steuernde Spalte zwischen den Quellenelektrodenstreifen und den zugeordneten Senkenelektroden
überdeckt, und daß jeder Quellenelektrodenstreifen über je einen zugeordneten, als Treiber wirkenden Feldeffekttransistor
DRO,DRl,... DR wahlweise gesteuert mit Erdpotential verbunden werden kann, derart, daß in £dem Lastwiderstand R des zugeordneten,
als Schalter wirkenden Feldeffekttransistors T., nur dann ' ik
ein wesentlicher Strom fließt, wenn sowohl der i-te Treibertransistor
in seinen leitenden Zustand gesteuert als auch der k-te Steuerelektrodenetreifen
mit einer Steuerspannung versehen ist.
Die Erfindung wird im folgenden unter Zugrundelegung der Figuren näher beschrieben. In diesen bedeuten:
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Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Schaltmatrix mit
*zehn Zeilen (n= 10) und zehn Reihen (m = 10) unter Benutzung von isolierten Feldeffekttransistoren als aktiven
Schaltelementen nach der Lehre der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 einen Seitenriß eines einzelnen isolierten Feldeffekttran
sistors entlang eines Schnittes längs der Linie 2-2 der Fig. 1;
Fig. 3 eine Stromspannungscharakteristik eines in der Schalt
matrix benutzten einzelnen Feldeffekttransistors,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines dezimalen HaIb-
addierers, der unter Benutzung des Erfindungsgedankens der vorliegenden Erfindung erstellt werden kann.
Wie in den Fign. 1 und 2 gezeigt ist, besteht die Schaltmatrix nach (ir
Lehre der vorliegenden Erfindu4ng aus einer Vielzahl den eigentlichen
Schaltvorgang bewirkender Feldeffekttransistoren mit isolierter Gitterelektrode T00-T99, welche mit je einem/Eastwiderstände ROO-R99 zusammenarbeiten,
der jedesmal dann mit einem Strom beaufschlagt wird, wenn koinzidierende Impulse für den betreffenden Transistor bzw. für den
zugehörigen Arbeitswiderstand von den Impulsquellen PSl und PS2 geliefert werden. Aus der nachfolgenden Beschreibung wird klar werden,
daß als Schaltelemente für die Schaltmatrix benutzten Feldeffekttransistoren vom Dünnschicht-Typ oder solche vom unipolaren Typ benutzt
werden können. Die Schaltmatrix wird hergestellt aus einem Halbleiter
plätte he η 1 mit relativ hohem spezifischen Widerstand, z. B. aus
P-leitendem Silizium . Für diesen Fall wird eine Dimension der Schaltmatrix
durch die N-leitenden eindiffundierten Gebiete S0-S9 verkörpert. Diese streifenförmigen Bereiche stellen die gemeinsame Quellenelektrode
je einer Reihenanordnung von Feldeffekttransistoren dar.
Die Quellenelektroden erstrecken sich über die Oberflächen des Platt-
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chens 1 in Form von einander parallel verlaufenden Streifen, welche
den Zeilen der Schaltmatrix entsprechen. Eine Vielzahl von eindiffundierten Senkenelektroden D sind ebenfalls auf dem Plättchen 1 angebracht.
Diese sind aber in Abständen voneinander einzeln in vertikaler Richtung so untereinander angeordnet, daß sie sich jeweils in
der Nähe der verschiedenen horizontal verlaufenden Quellenelektroden befinden. Der Abstand von den eindiffundierten Quellenelektrodengebieten
beträgt etwa 50 ,u. Der schmale ander Oberfläche gelegene Bereich 3 des Plättchens 1, (Fig. 2) der zwischen den entsprechenden eindiffundierten
Senkengebieten D und der jeweils zugeordneten eindiffundierten Quellenelektrodenstreifen liegen, bilden je einen leitenden Kanal 3
eines einzelnen Schalttransistors. Weiterhin ist eine Vielzahl von als Gitterelektroden wirkenden metallisch leitenden Streifen G0-G9 in
isolierter Weise auf das Plättchen 1 so angebracht, daß sie jeweils die verschiedenen in der Vertikalen angeordneten Senkenelektrodengebiete
und die diesen zugeordneten Teile der parallel verlaufenden Quellenelektrodenstreifen und damit auch den zwischen beiden gelegenen
Leitungskanal überdecken. Wird an die metallischen Streifen G0-G9 eine elektrische Spannung angelegt, so werden sämtliche in
der durch den metallischen Streifen definierten Senkrechten liegenden Leitungskanäle der dieser Senkrechten angehörenden Feldeffekttransistoren
mit einem entsprechenden elektrischen Feld beaufschlagt. Wie schon erwähnt, befindet sich normalerweise eine dünne isolierende
Schicht 5 (Fig. 2) auf der Gesamtoberfläche des Plättchens 1 und dient der Isolierung der aufgebrachten als Gitter wirkenden metallischen
Streifen G0-G9.
Aus dem Gesagten geht hervor, daß jeder einzelne die für die Schaltmatrix
erforderlichen Umschaltvorgänge bewirkende Feldeffekttransistor fesigelegt wird durch je ein einzelnes eindiffundiertes Senkenelektrodengebiet
D, das in der Nähe eines jeden Kreuzungspunktes der
streifenförmig en horizontal verlaufenden eindiffundierten Quellenelek-
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troden S0-S9 und der als Gitter dienenden zu diesen Quellenelektroden
senkrecht verlaufenden metallisch leitenden Streifen G0-G9 liegt. Weiterhin sind Arbeitswiderstände ROO-R99 einzeln an eine jede der
Senkenelektroden D der Schaltelemente TOO-T99 angeschlossen. Eine Spannungsquelle V ist mit dem Ende eifnes jeden Arbeitswiderstandes
R00-R99 verbunden, das nicht an die zugehörige Quellenelektrode angeschlossen ist.
Die streif enförmigen als Gitter wirkenden elektrisch leitenden Elektroden
G0-G9 führen an die Impulsquelle PSl, die von irgendeinem bekannten Typ sein kann und welche die Aufgabe besitzt, die Gitterstreifen
selektiv mit Steuerspannungen zu versehen. Weiterhin wirken auf die linken Enden der streifenförmig en eindiffundierten Quellenelektroden
S0-S9 sogenannte Treibertransistoren DR0-DR9. Diese sind ebenfalls Feldeffekttransistoren mit isolierten Gittern, bei denen
die linken Enden der streifenförmig en, eindiffundierten und horizontal
verlaufenden Quellenelektroden S0-S9 die Senkenelektroden darstellen.
Die Treibertransistoren DR0-DR9 werden weiterhin gebildet durch die eindiffundierten Quellenelektrodenbereiche S'O-S'9» welche/sehr
kleinem Abstand von den Enden der jeweiligen eindiffundierten als Quellenelektrode wirkenden Elektrodenstreifen S0-S9 angebracht sind.
Die eindiffundierten Quellenelektrodengebiete S1 0-S!9 sämtlicher
Treibertransistoren sind miteinander elektrisch leitend verbunden und an ein festes Potential, z.B. an Erdpotential angelegt. Die Abstände
zwischen den e'indiffundierten Quellenelektrodengebieten S1I-Sf9 und
den zugehörigen Quellenelektrodenbereichen S0-S9 legen die Leitungskanäle
3 der jeweiligen Treibertransistoren DR0-DR9 fest. Metallische
Gitter elektroden, die mit G1O-G^ bezeichnet sind, sind in isolierter
Weise so angeordnet, daß sie die erwähnten Leitungskanäle 3 der Treibertransistoren DR0-DR9 überdecken. Die Gitterelektroden sind mit
der Impulsquelle PS2 elektrisch verbunden. Die Impulsquelle PS2 kann irgendeine bekannte Vorrichtung dieser Art sein und dient dazu, die
metallischen Steuergitter GO-G9 in selektiver Weise mit Steuerspannung
zu versehen. λ ~c Q ^ 1 , π "3 ς Π
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BAD ORKSfNAL
Wird irgendein Gitter an Spannung gelegt, so wird der entsprechende
Treibertransistor (einer der Transistoren DR0-DR9) in seinen leitfähigen Zustand versetzt, wodurch sich zwischen (fer Quelle und dem
Senkengebiet S0-S9 ein Pfad verhältnismäßig niedrigen Widerstands zur Erde begibt. Die übrigen Trei bertransistoren befinden sich dann
im Zustand geringer Leitfähigkeit, hierdurch wird ein Stromfluß innerhalb des diesen zugeordneten streifenförmigen Quellenelektrodengebietes
von der Quelle zur Senke auch dann noch unterbunden, wenn die Steuergitter G0-G9 mit Spannung versorgt werden und die
leitenden Kanäle der entsprechenden Gitterstreifen zugeordneten Schalttransistoren T00-T99 an sich leitende Eigenschaften aufweisen.
Die Herstellung der Schaltmalrix nach Fig. 1 ist am besten unter Zugrundelegung
der Fig. 2 zu verstehen. Diese stellt die innere Struktur der einzelnen Schalttransisioreti TOÜ-T99 sowie der Treiberlransb-toren
DR0-DR9 dar. Wie bereits oben erwähnt, kann die vollständige
Schaltmatrix der Fig. 1 einschließlich der Treibertransistoren DR0-DR9 unter Ausschließung der Impulsquellen PSl und PS2 simultan
auf einem einzigen Siliziumplättchen 1 vom P-leitenden Typ gefertigt
werden. Die eindiffundierten Gebiete, welche den Quellenelektroden S0-S9 und S'O-S'9 sowie jedes der individuellen als Senkenelektrode
wirkende Gebiete D können durch bekannte Diffusionsprozesse, die als Gitter dienenden Metallisierungen G0-G9 und G1O-G^ durch bekannte Dünnschichtmetallisierungsverfahren hergestellt werden. Z. B.
wird zunächst eine isolierende Schicht 5, beispielsweise aus Siliziumdioxyd (SiO ) auf die Oberfläche des Plättchens aufgebracht, die isolierende Schicht 5 kann sowohl für Maskierungszwecke während der
Diffusionsprozesse als auch zur elektrischen Isolation zwischen den
Plättchen 1 und den dünnen aufzubringenden metallischen als Steuerelektrode wirkenden Mustern benutzt werden, wobei diese einerseits
die Funktionen des Gitters als auch diejenige der leitenden Verbindun gen einzelner Schaltelemente des Plättchens übernehmen. Die isolierende Schicht 5 kann genetisch dadurch erzeugt werden, daß die Oberfl
" c c ο ο / p, '; c π
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BAD ORfGtNAt
fläche des Plättchens 1 etwa bei 1 250 C entweder einer Sauerstoff atmosphäre
(θ?) oder einer Atmosphäre aus Sauerstoff und Wasser-
Cd
dampf (O + HO) für eine Zeit ausgesetzt wird, die ausreicht, um
eine isolierende Oxydschicht von der Dicke von etwa 5 000 A. zu erzeugen.
Darauf wird durch bekannte photolithographische Verfahren in Form von Diffusionsfenstern bzw. Durchbrüchen in die Isolierschicht
5 eingebracht. Hierbei werden Bereiche der Oberfläche 1 freigelegt, die der Geometrie der Quellenelektroden S0-S9 und S1O-S^ sowie denjenigen
der Quellenelektroden D entsprechen.
Wie auch aus Fig. 2 hervorgeht, bildet das Halbleiterausgangsplättchen,
welches sämtliche als Schaltelemente wirkende Transistoren der Matrix in sich aufnimmt, einen Grundbestandteil der Matrix. Wie man sieht,
definiert ein sebxr schmaler zwischen der eindiffundierten Quellenelektrode
S9 und der Senkenelektrode D liegender Bereich der Oberfläche des Plättchens den leitenden Pfad 3 des Schalttransistors T90. Da das
Schaltelement T90 in Anreicherungsarbeitsweise arbeiten soll (Enhancement) fließt im wesentlichen kein Quellen-Senken-Strom I , über den
' sd
leitenden Kanal 3 bei einer Gitterspannung VG = OV. Der Leitmechanismus
in einem Feldeffekttransistor ist vorzugsweise ein Oberflächen mechanismus, bei dem die Dichte der beweglichen Ma j ο ritäts ladungsträger entlang des leitenden Pfades 3 moduliert wird durch ein transversales
elektrisches Feld. Wird das durch eine aufmetallisierte Schicht realisierte Gitter GO mit einer Spannung versehen, d. h. etwa mit einer
Spannungs V = 5V, so werden die Majoritätsladungeträger angezogen
in diesen Bereich und der kleine Oberflächenbereich des Plättchens 1 innerhalb des leitenden Pfades 3 zwischen Quelle und Senke wird einen
Quellen-Senken-Strom I , zwischen Quellen- und Senkenelektrode S9
sd
und D führen.
Die Arbeitsweise der Schaltmatrix der Fig. 1 wird im folgenden im Zusammenhang
mit der Fig. 3 beschrieben, die eine die Stromspannungscharakteristik eines einzelnen Schaltelementes sowie eines Treibertransietors
der Schaltmatrix darstellende Kurve zeigt. Befinden sich
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die Treibertransistoren DR0-DR9 im nichtleitenden Zustand, so bleibt
die selektiv an die metallischen Gitterelektroden G0-G9 angelegte Steuerspannung ohne Einfluß und es wird kein Quellen-Senken-Strom
I über irgend einen der Schalttransitoren fließen. Umgekehrt ist auch bei Ansteuerung der metallischen Gitterelektroden G0-G9 kein
Stromzufluß zu erwarten, auch wenn irgendeine der Treibertransistoren selektiv durch Ansteuerung in ihren leitfähigen Zustand versetzt
werden.
In Fig. 3 ist zum Beispiel die Arbeitsweise einer jeden Serienanordnung
mit einem Schalttransistor mit dem zugehörigen Treibertransistor dargestellt in Form einer Arbeitskennlinie L. Im Ruhezustand, d. h. wenn
die Treibertransistoren DR0-DR9 nicht betätigt werden und auch die metallischen Gitter elektroden G0-G9 ohne Spannungen sind, wird die
Arbeitsweise einer jeglichen Serienanordnung der oben genannten Art durch die Kurve A beschrieben, welche mit der Arbeitsgeraden L
den Schnittpunkt I besitzt. Wird nunmehr irgendeiner der Treibertransistoren
DR0-DR9 angesteuert, oder irgend ein bestimmtes metallisches Steuergitter G0-G9 mit einer Steuer spannung beaufschlagt, so
wird der entsprechende Arbeitepunkt der Serienanordnung beschrie ben durch die Kurven D und C. Hierbei entspricht die Kurve C dem
Fall, in dem innerhalb der Serienanordnung sowohl die metallische Gitterelektrode des Schalttransistors mit einer Spannung versehen,
beispielsweise mit V =5 Volt beaufschlagt ist, und der Treibertransistor in seinen Einzustand geschaltet ist. Wird ein spezielles
metallisches Steuergitter G0-G9 allein mit der Steuerspannung V = SVoIt
g8
angesteuert, so wird der Arbeitszustand der entsprechenden Serienanord
nung wiedergegeben durch die Kurve C, welche mit der Arbeitskennlinie
L den Schnittpunkt II aufweist. Eine wesentliche Leitfähigkeit innerhalb
der Serienanordnung kommt nicht zustande wegen der Unterbrechung durch den Treibertransistor DR0-DR9. Eine wesentliche Änderung in
den Leitungsverhältnissen bzw. Stromdifferenzen ΔI bezüglich einer
bestimmten Serienanordnung innerhalb der Schalttransistoren T00-T99
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BAD ORJQfNAl
wird erst dann erreicht, wenn sowohl einer der Treibertransistoren
TR0-TR9 angesteuert und als auch eine entsprechende metallische Gitterelektrode G0-G9 in koinzidierender Weise angesteuert wird.
In diesem Fall wird die Arbeitsweise der Serienanordnung wieder gegeben durch die Kurve B, welche den Schnittpunkt III mit der Lastlinie
L besitzt. Wir betrachten zum Beispiel den anzusteuernden Lastwiderstand R90, welcher mit der eindiffundierten Senkenelektrode D
des Schalttransistors T90 verbunden ist;, es sei angenommen, daß z.B.
der Lastwiderstand R90, der mit der eindiffundierten Senkenelektrode D des Schalttransistors T90 zusammenhängt, von einem Laststrom durchflossen
werden soll. Zu diesem Zwecke versorgt man mittels der Impulsquelle PS2 das metallische Gitter G'9 .mit einer Gitterspannung von etwa
V = 5 V, so da.ll eine Umkehrung der Leitungsverhaltnisse innerhalb
des Leitungskana les 3, des Tribertraiihistors DR9 stattfindet, derart,
daß die eindiffundierte Quellen elektrode S9 im wesentlichen auf Erdpotential
zu liegen kommt. Gleichzeitig legt m.m mittels der Impuls quelle
PSl eine Steuerspannung an das metallische Steuergitter GO, wobei diese Steuerspannung etwa V - 5 V beträgt. Infolge der genannten
Steuerspannungsversorgung befindet sich lediglich diejenige Serienanordnung, welche den Schalttransistor T90 einschließt auf
dem Arbeitspunkt III innerhalb des Bereiches der Kurve B, wodurch der Arbeitswiderstand R90 vom Strom durchflossen wird. Der Stromverlauf
kann verfolgt werden von der Spannungsquelle V über den L*8twiderstand R90, über die Senkenelektrode D, über den leitenden
Pfad 3 des Schalttransietors T90, über die eindiffundierte Quellenelektrode
S9 sowie längs des leitenden Kanals 3 und über die Quellenelektrode S1? des Treibertransistors DR9 bis mm Erdpotential. Gleichseitig
ist die Arbeitsweise derjenigen Serienanordnung, welche die Schalttransistoren T00-T80, enthalten, festgelegt durch das Gitter GO.
Die die Schalttransistoren T(Ü-T99 enthaltenden Serienanordnungen
sind daher durch den Schnittpunkt Il der Kurve e mit der Widerstandsgeraden charakterisiert, während das ι i>-itsverhalten der SerienanordnuKg
die die übrigen Transistoren enthalten, durch den Schnitt-
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- 12 punkt I der Kurve A mit der Widerstandgeraden gegeben ist.
Die Fig. 4 stellt einen dezimalen Halbaddierer dar, wie er nach der
Lehre der vorliegenden Erfindung aufgebaut werden kann. Die für die Funktion des Halbaddierers erforderlichen Zwischenverbindungen
sind in der genannten Figur schematisch dargestellt. In dieser Anordnung werden die Schalttransistoren T00-T99 sowie die Treibertransistoren
DR0-DR9 durch Eindiffusion der N-leitenden Quellenelektroden S
sowie der Senkenelektroden D in das P-leitende Plättchen hergestellt.
Die bezüglich ihrer Leitfähigkeit steuerbaren Kanäle 3 der Schalttransistoren sind in Gruppen TOO-T09, T10-T19, ... T90-T99 in einer
Reihe angeordnet, wobei jede dieser Gruppen von einem gemeinsamen metallischen Gitter G0-G9 in isolierter Weise überdeckt ist. Weitere
als Quellenelektroden wirkende eindiffundierte Bereiche dienen als Elektroden für die in Gruppen angeordneten Schalttransistoren T00-T90,
T10-T19, ... T09 - T99, die ihrerseits von jeder Gruppe an 10 verschiedene Sammelschienen 0-9 angeschlossen sind, von denen jede an die
Senkenelektrode D eines zugeordneten Treibertransistors DR0-DR9 führt. Die eindiffundierten Quellenelektroden der Treibertransistoren DR0-DR9
sind zusammengefasst und an Erdpotential gelegt. Die zusammenfassenden
in horizontaler Richtung gezeichneten Sammelschienen 0-9 entsprechen Dezimalstellen und bilden eine Dimmension einer Schaltmatrix,
die dies in ähnlicher Weise bei der eindiffundierten Quellenelektrode S0-S9 der Fig. 1 der Fall war. Aufmetallisierte Steuerelektroden
G0-G9 der Treibertransistoren DR0-DR9 sind mit einem Impilsgerät DS2 verbunden, welches den Dezimalstellen entsprechende Impulse liefert.
Die eindiffundierten Quellenelektroden D der Schalttransistoren D00-D99 sind mit einer Anzahl von zusammenfassenden in horizontaler
Richtung gezeichneten Sammelschienen 0-18 verbunden, welche zur
Entnahme der Ausgangs signale dienen. Diese Sammelschienen sind über einen nicht gezeichneten Lastwiderstand geeigneter Art an eine
Spannungsquelle V , die ebenfalls gezeigt ist, angeschlossen, Weiter-
Docket 10 833 0 0 9823/0350
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■hin sind gemeinsame durch Metallisierung erstellte Steuere lektr öden
GQ-G9 vorgesehen, von denen jede einer entsprechenden Dezimalstelle
zugeordnet ist. Diese Steuerelektroden sind mit einer zweiten, den dezimalen Einheiten entsprechende Impulse liefernden Impulsquelle
TS2 verbunden und bilden so die zweite Dimension der Schaltmatrix.
Die beschriebene Anordnung arbeitet in der Weise, daß zunächst die
Impulsquelle DS2 ein bestimmtes Gitter G0-G9 ansteuert, so daß der zugehörige Treibertransistor DR0-DR9 entsprechend der ersten zu
addierenden dezimalen Stelle angesteuert wird, wodurch die zugehörige Sammelschiene 0-9 im wesentlichen Grundpotential führt.
Gleichzeitig wird von der Impuls quelle DSl ein bestimmtes durch Metallisierung realisiertes Gitter G0-G9 mit einer Steuerspannung
versehen, welche einer zweiten zu addierenden Dezimale entspricht. Man erhält unter der genannten Voraussetzung nur dann eine Weiterleitung
des Impulses entlang einer Serienanordnung, welche aus dem durch das gewählte gemeinsame Gitter und den gewählten Treibertransistor
besteht wie es oben beschrieben wurde. Nur eine bestimmte Sammelschiene innerhalb der Leiter 0-18 führt hierbei entsprechend
dem dezimalen Summenwert einen Ausgangsimpuls.
Der in Fig. 4 dargestellte dezimale Halbaddierer kann mittels bekannter
Verfahren hergestellt werden, z. B. können die Senken- und Quellenbereiche S und D der Schalttransistoren T00-T99 und desgleichen die
Elektroden der Treibertransistoren DR0-DR9 während eines ersten Diffusionsprozesses erstellt werden wie es bereits oben beschrieben
wurde. Anschließend werden die Sammelschienen 0-9 und ebenfalls 0-18 erstellt, welche durch dünne metallische Muster realisiert
werden, die auf eine Isolierschicht 5 (Fig. 2). Anstelle einer aufmetallisierten
Schicht kann auch ein Muster aus N Diffusionsbereiche auf der Oberfläche des Plättchens während eines zw eiten
Diffusionsprozesses eindiffundiert werden. Werden z. B. die leitenden Sammelschienen 0-9 und 0-18 diffundiert, so kann durch Reoxyda-
009823/0350
Docket 10 833
tions des Plättchens 1 eine zusammenhängende Isolierschicht 5 über
die Quellen und Senkengebiete hergestellt werden. Anschließend werden die in vertikaler Richtung verlaufenden Zwischenverbindungen zwischen
Quellen- und Senkengebieten S und D der Schalttransistoren DOO-D99 und ausgewählte Sammelschienendiffusionen 0-9 und 0-18 gleichzeitig
mit dem Metallisierungsprozessen für die Gitter elektroden G0-G9, hergestellt, was mit bekannten photo lithographischen Verfahren durchgeführt
werden kann.
Docket 10833
0 09873/035 0
Claims (3)
1. Integrierte Schaltmatrix mit Feldeffekttransistoren, dadurch gekennzeichnet,
daß auf einem Halb leite rgrundplättchen (1) eines ersten Leitfähigkeitstyps m als Quellenelektroden wirksame, die Matrixzeilen
verkörpernde Streifen SO, Sl ... Sn-I und in deren unmittelbarer Nähe m . η einzelne als Senkenelektrode wirksame, mit je
einem Arbeitswiderstand ROO, ROl, ... Rn-I, m-1 verbundene Bereiche DOl, D02, DOn-I, Dn-I, m-1 des dem Material des Halbleite
rgrundiiättchens entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps eindiffundiert sind, daß weiterhin elektrisch leitende, von den übrigen Teilen
der Schaltmatrix isolierte, als Gitterelektroden wirksame und die Reihen der Schaltmatrix verkörpernde Streifen GO, Gl,... Gn-I
so vorgesehen sind, daß jeder Gitterstreifen m enge, in ihrer elektrischen Leitfähigkeit zu steuernde Spalte zwischen den Quellenelektrodinstreifen
und den zugeordneten Senkenelektroden überdeckt, und daß jeder Quellenelektrodenstreifen über je einen zugeordneten,
als Treiber wirkenden Feldeffekttransistor DRO, DRl,... DRn-I wahlweise steuerbar mit Erdpotential verbunden werden kann,
derart, daß in jedem Lastwider stand R des zugeordneten, als Schal-
XxC
ter wirkenden Feldeffekttransistors T., nur dann ein wesentlicher Strom fließt, wenn sowohl der i-te Treibertransistor in seinen leitenden
Zustand gesteuert als auch der k-te Steuerelektrodenstreifen mit einer Steuerspannung versehen ist.
2. Integrierte Schaltmatrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß das Halbleite rgrundplättchen aus P-leitendem, die Quellen- und
Senkenelektroden aus N-leitendem Silizium bestehen.
Docket 10 833
Q C 9 S / 3 ^ 3 5 0
3. Integrierte Schaltmatrix nach Anspruch 1 und Anspruch 2, gekennzeichnet
durch die Anwendung zum Aufbau eines dezimalen HaIbaddierers.
Docket 10 833
0 0 9823/0350
Leerseite
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ID=24075220
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| US3493932A (en) | 1970-02-03 |
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