DE1614797A1 - Schaltanordnung mit einem unipolaren und einem bipolaren Transistor - Google Patents

Schaltanordnung mit einem unipolaren und einem bipolaren Transistor

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DE1614797A1 DE1961T0033564 DET0033564A DE1614797A1 DE 1614797 A1 DE1614797 A1 DE 1614797A1 DE 1961T0033564 DE1961T0033564 DE 1961T0033564 DE T0033564 A DET0033564 A DE T0033564A DE 1614797 A1 DE1614797 A1 DE 1614797A1
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Description

T 20 103- 7IIIa/21a1 -56/18- / t
Instruments Ine... '
Unser Zeichenj_T_ 4Q8
Schaltanordnung mit einem unipolaren und einem bipolaren .Transistor.
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltanordnung mit einem unipolaren und einem bipolaren Transistor, bei welcher die eine ohmsehe Elektrode des unipolaren Transistors elektrisch Init der Basiselektrode des bipolaren TraneistorS verbunden ist«
Bei einer bekannten Schaltanordnung dieser Art verläuft der Strompfad des unipolaren Transistors in dem ganzen Querschnitt eines Halbleiterplättchens zwischen dessen einander gegenüberliegenden Hauptflachen, abgesehen von einer in das Halbleiterplättchen eingelassenen Zone entgegengesetzten Leitungstyps, welche die Steuerelektrode bildet. Ferner liegt der eine Übergang des bipolaren Transistors an der einen Hauptfläche und der andere Übergang an der anderen
Hauptfläche
BAD ORIGINAL
0 0983 9/04
■ ■ - .2 - 16U797
Hauptflache des 'Plättchens. Die nicht mit der Basis des "bipolaren Transistors-verbundene ohmsche Elektrode des unipolaren Transistors ist an der einen Schmalseite des Halbleiterplättchens angebracht, während der Steuerelektrodenanschluss des unipolaren Transistors und der Emitteranschluss des bipolaren Transistors an der einen Hauptfläche und der Kollektoranschluss des bipolaren Transistors an der entgegengesetzten Hauptfläche des Halbleiterplättchens angeordnet sind. Ferner ist der Querschnitt des Strompfads des unipolaren Transistors im wesentlichen durch die Dicke des Halbleiterplättchens festgelegt, und es müssen beoondere Vorkehrungen zur gegenseitigen Isolierung dieses ■mit der Basiszone des bipolaren Transistors von dessen Kollektorzone getroffen werden, wenn das Halbleiterplättchen, wie es üblich ist., mit|seiner Unterseite auf einem Träger befestigt wird* Da ausserdem die Emitterzone und die Kollektorzone des. -bipolaren Transistors von den entgegengesetzten Hauptflächen her in das Halbleiterplättchen eingelassen sind, ist es bei dieser bekannten Schaltanordnung erforderlich, dass, schon bei der Herstellung im wesentlichen alle Seiten des Halbleiterplättchens zugänglich sind. Diese Voraussetzung ist aber im Hinblick auf die fortschreitende Mikrominiaturisierung und Massenfertigung solcher Schaltanordnungen sehr ungünstig, denn wegen der ausserordentlichen Kleinheit der einzelnen Halbleiterplättchen solchermikrominiaturisierter integrierter ■
Schaltanordnungen
• BAD ORIGINAL
00983970494
Schaltanordnungen*1stes erwünscht, eine grosse ZaTaI/von zunächst tioohzusammenhängenden Schaltanordnungen in möglichst wenig Verfahrensschritten^ auf einer einzigeti Haibleltefseheibe zu "bilden und diese erst ansehlies send in die einzelnen Halbleiterplättchen zu ,zerlegen, y · f
Das Ziel der Erfindung ist Me Schaffung einer Schaltanoidmmg der eingangs angegebenen Art, die sich besonders gut für eine einfache Massenfertigüng in lOrm,einer^ mikroniiniaturisierten integrierten Schaltung ^
Nach der Erfindung wird diesdadurch erreicht, dass der unipolarä und der bipolare Iransistöi· in oder ayf einem Halbleiterpl^ttchen so gebildet sind, dass die Steuerelektrode des unipolaren Transistors: und der Basis^Emitter-Öbergang des bipolaren Transistors in der Nähe der einen Haupt-. fläche des Plättchens liegen, das^ alle Übergänge des bipolaren TransiBtorö in der einen Hauptfläche des Plättchens so angeordnet sind, dass der eine jöbet'gang wenigstens über eineffl Teil des anderen Übergangs liegt, und dass der von der nichtohmschen Elektrode gesteuerte Strompfad des unipolaren Transistors in der; Nahe der j gleichen Hauptfläche des Plättchens und im Abstand . von der entgegengesetzten Haupt fläche des Plättchens liegt. ■""■'. .. ;-f -.,-::■ ^>;, \'/" ;-V'v ; ■■'"" ■ ■-.-";■-" -—.>,;■:;- - :
009839
-4 - 16U797
Bei der nach, der Erfindung ausgeführten Schaltanordnung liegen die verschiedenen Halbleiterzonen des unipolaren und des bipolaren !Translators so an der gleichen Hauptfläche des Haibleiterplättchens, dass sie alle von dieser einen Hauptfläche aus gebildet werden können. Es ist daher auch möglich, eine grössere Zahl solcher Schaltanordnungen auf einer Seite einer grösseren Halbleiterscheibe gleichzeitig in wenigen Herstellungsschritten zu bilden und erst nach der Fertigstellung dieser Schaltanordnungen die Scheibe in die die einzelnen Schaltanordnungen enthaltenden Halbleiterplättchen zu zerlegen.
Da ferner der Strompfad des unipolaren Translators im Abstand von der der Steuerelektrode entgegengesetzten Hauptfläche des Haibleiterplättchens liegt, kann er ohne Rücksieht auf die Dicke des Haibleiterplättchens entsprechend den gewünschten Eigenschaften des unipolaren Transistors bemessen werden. Diese Ausbildung ergibt ferner den Vorteil, dass an der entgegengesetzten Hauptfläche des Haibleiterplättchens keine ρη-Übergänge oder verschiedenartigen Halbleiterzonen enden, so dass keine Einechränkunjcn odex· Schwierigkeiten hinsichtlich der Befestigung dieser Hauptfläche auf einem Träger oder einer Unterlage bestehen..
Die Erfindung wird nachstehend an Hand der Zeichnung üeispielshalber erläutert, Darin zeigen:
BAD ORJCNAL
009839/0494
- 5 - T6H797
~Fig.1 den prinzipiellen Aufbau des bei der erfindungsgemässen Schaltanordnung verwendeten unipolaren -iransistors,
Fig.2a den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemässen Schaltanordnung, ' .
Pig«2b eine Draufsicht auf eine bevorzugte Ausführungsform der Schaltanordnung von Fig.2a,
Fig.2c einen Schnitt durch die Anordnung von Fig.2b nach der Linie 2c-2c, ■
Fig.3 das Schaltbild der Schaltanordnung nach Fig.2a bzw. Fig.2b und 2c,
Fig.4 das Schaltbild einer unter Verwendung der Schaltanordnungen von Fig.2a, br c-und Fig.3 aufgebauten bistabilen Schaltung,
.5 ein schematisches Schaltbild eines unter Verwendung 1 Schaltanordnungen aufgebauten Ringzählers,
Fi £.-6 eine Drauf sieht auf eine integrierte Halbleiteraaiial^an.£;, welche eino einzige Stufe des Ringzählers von Pit;.5 aar ab 0.11t, und
·<1ί;;,'( αίηαη.- Tichnibt durch die Anordnung von FL^·,6 nacli. ue;?
I.Lüio 7-7. .-■".■■ . "■;■■■■■■.
009S3&/Q494 .;.;■ BAD original
~6~ 16 U 79 7
Der in 3?ig.1 gezeigte unipolare Transistor oder Eeldeffekt- -Transistor besteht aus eimern Block 11 au3 n-Haibleitermaterial, auf dem eine diffundierte Schicht 12 aus p-Material liegt, wodurch ein pn-übergang 13 zwischen der Schicht 12 und dem Block 11 gebildet wird. In der Mitte der p-Scücht 12 lot ein diffundierter Abschnitt 14- aus η-Material gebildet, der nach unten in die p-3chicht 12 ragt und diese in zwei Hauptteile 12a und 12b unterteilt, v/elche miteinander durch einen schmalen, leitenden Steg 15 aus p-Material verbunden sind, der auf der einen Seite an das η-Material des Blocks 11 und auf der anderen Seite an den Abschnitt 14 aus n-Katerial angrenzt. Der Abschnitt H aus η-Material bildet einen pnübergang -16 mit der p-Schicht 12, An dem einen Hauptteil· 12a dex1 p-Schicht 12 ist ein ohmscher Anschluss 17 angebracht. Dieser Anschluss- stej.lt die Quellenelektrode des Feldeffekt—' transistors dar.Ein weiterer ohmscher Anschluss 18 ist an de/a anderen Hauptteil 12b der p-Schicht 12 angebracht, wodurch die Abflusselektrode "des Peldeffekt-Iransistors gebildet wird» Ohmsehe Anschlüsse 19 sind ferner an de;a Abschnitt H sowie an dem Block 11 auf der der Schicht 12 gegenüberliegenden Seite angebracht und elektrisch leitend miteinander verbunden; infolge der pn-Übergänge 13 und 16
teilen diese Anschlüsse bezüglich der Schicht 12 eine niehtolimsche Elektrode dar, und sie bilden zusammen die Steuerolelcürode des !'eldeffekt-Transistors,
BAD ORIGINAL Die
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16 U
Die Breite des Stegs 15 zwischen den pn-Übergängen 13 "und ist; für die Eigenschaften des Peldeffekt-iransistors wichtig. Diese Breite wird durch die Diffusionstiefe der Schicht und des Abschnitts 14 gesteuert und "bestimmt-. Bei dieser Anordnung wird die Leitfähigkeit in dem p-Steg 15 zwischen der Quelle 17 und· dem Abfluss 18 durch die an die ■■"· Steuerelektrode 19 gelegte Spannung gesteuert.
Pig.2a zeigt eine Anordnung, bei der ein 3?eldeffelct-Transistox der in Pig.1 gezeigten Art mit einem gewöhnlichen bipolaren !Transistor in einem einzigen Halbleiterkörper vereinigt ist. Die Anordnung von Pig.2a enthält wie der in Pig. 1 gezeigte unipolare Peldeffekt-iCranslstor einen Block 11 aus η-Material, auf dem sich eine diffundierte p-Schicht 12 befindet. In die Sehicht 12 ist ein Abschnitt 14 aus n-I-Iateriai eindiffundiert.Das n-2uaterial des Blocks bildet einen pn-übergang 15 mit der p-Schicht 12. Der Abschnitt 14"aus n-Materiai bildet ebenfalls einen pn-übergang 16 mit der p-Schicht 1.2»Wie bei dem Peldefiekt-Iransistor von Pig.1 ragt der Abschnitt 14 so tief in die Sehicht 12 hinein, dass diese in zwei Hauptteile 12a, 12b unterteilt wird, die über einen schmalen Steg 15 aus p-Materiai miteinander verbunden sind,An dem Hauptteil 12a der Schicht isT ein ohmscher Kontakt angebraeht, der die Quelle 17 aes Peldeffekt—iPransitcrs darstellt, öhmsehe Xontakte 0ind f exner an dem Abschnitt 14 und an dem Block 11 auf der der Sehicht gegenüberliegenden Seite angebraeht; diese Kontakte sind
so miteeinander verbunden, dass sie die nichtohmsche Elektrode 19, also die Steuerelektrode des Feldeffekt-Transistor s darstellen.Dagegen fehlt bei der Anordnung von Pig.2a die ohmsche Elektrode 18 von Eig.1.
Bei der Anordnung von Pig.2a ist ferner eine diffundierte Schicht 20 aus η-Material in dem Abschnitt 12b der p-Schicht gebildet. Diese Schicht 20 aus η-Material ragt nicht ganz bis zu dom Übergang 13 nach unten in die p-Schicht 12. Der Abschnitt 20 bildet einen pn-übergang 22 mit dem p-Material der Schicht 12. Die pn-Übergänge 22 und 13 ergeben zusammen die Y/irkung eines bipolaren Plächentransistors. An dem Abschnitt 20 iat ein ohmscher Kontakt angebracht, der die Emitterelektrode 21 des bipolaren Transistors darstellt. Die Basis des bipolaren Transistors besteht aus einem Stück mit dem Abschnitt 12b, der den Abfluss des Peldeffekt-Transistors darstellt, so dass diese beiden Znnen im Inneren des HaIbleiterkurpers unmittelbar · leitend miteinander verbunden sind. J)benao ist die von der Schicht 11 gebildete Kollektorzone des bipolaren Transistors unmittelbar leitend mit der ni'chtohmcchen Elektrode 19 des Peldeffektränsistors verbunden. '
In Pig.2b und 2c ist eine besondere räumliche Ausbildung der Anordnung von Pig.2a dargestellt, die sich'als besonders vorteilhaft erwiesen hat und die bevorzugte Ausihrungsform darstellt. Es soll im folgenden ein besonderes Verfahren zur Hersteilünß dieser Anordnung beschrieben werden. Ein
Plättchen
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Plättchen 110 aus Silizium mit einem spezifischen Widerstand von 7,5 Ohnucm dient als Ausgangsmatarial, Jede Seite des Plättchens wird geläppt, so dass eine Dicke des Plättchens von 0,25 .mm erreicht wird. Die Oberseite des Plättchens wird dann optisch poliert. Nach dem Polieren wird das ^ Plättchen in ein offenes Rohr eingebracht, und Dampf mit einer Temperatur von etwa 12000C wird über das: Plättchen geleitet.Durch diesen Vorgang wird ein dünner Oxydfilm auf allen Oberflächen des Plättchens gebildet. Das Plättchen wird dann einer Diffusion aus einer Galliumtrioxydquellein Anwesenheit von trockenem Sauerstoff unterworfen, wodurch eine Schicht aus p-Material von etwa 18 ii Dicke In der Oberfläche des Plättchens gebildet wird. Unter Anwendung des lichtdruckverfahrens wird der Oxydfilm dann stellenweise von konzentrischen kreisförmigen Abschnitten der Oberfläche des Plättchens entfernt. Hach dem stellenweisen Entfernen des Oxydfilms wird das Plättchen dann einem zweiten Diffusionszyklus unterworfen,, durch den Phosphor bis zu einer Tiefe von etwa 7}5/u aus einer Phosphorpentoxydquelle in Anwesenheit von trockenem Stickstoff'eindiffundiert wird.Die resultierende dünne Schicht aus p-Material wird dann von dem Boden und den Seitenflächen- desPlättohens entfernt, so dass eine Schicht 112 aus p-Material an der Oberfläche des Plättchens zurückbleibt, die einen pn-übergang 126 mit dem η-Material des Plattchens bildet.Der zweite Diffusionsvorgang unter Verwendung der
Phosphorjbentoxydquelle bewirkt die Bildung von konzentrischen
ringförmigen
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ringförmigen Abschnitten 114 und 116 aus η-Material in der Schicht 112, welche pn-Übergänge mit dem p-Material der Schicht 112 bilden. Ohmsehe Kontakte 120 und 122 werden an den Abschnitten 116 bzw. 114 angebracht. Ein ohmscher Kontakt 124 wird an der Schicht 112 an der Stelle angebracht, die den Mittelpunkt der kreisförmigen Abschnitte 114 und 116 darstellt. Üin ohmscher Kontakt 118 wird an dem Boden des Plättchens 110 angebracht.Die Kontakte 118, 120, 122 und 124 bestehen aus Aluminium und werden durch Aufdampf- und Sinterverfahren gebildet.Das Plättchen wird dann mit einem ätzbeständigen Katerial, beispielsweise Wachs, maskiert und in einer Säurelösung so geätzt, dass die in Fig.2c gezeigte Form erhalten wird. Die fertige Anordnung stellt das Äquivalent zu der Anordnung von Pig,2a dar.
Bei der Anordnung von Pig.2b und 2c entsprechen die Kontakte 124 und 120 der Quellenelektrode 17 bzw. der Emitterelektrode 21 der Anordnung von Pig.2a. Die Kontakte 122 und 118 der Anordnung von Fig.2b und 2c werden miteinander verbunden und steilen dann die Elektrode 19 der Anordnung von Fig.2a dar, die sowohl mit der Steuerelektrode des unipolaren Transistors als auch mit dem Kollektor des bipolaren Transistors verbunden ist. Die Abschnitte 114 und 116 der Anordnung von Fig.2b und 2c entsprechen den Abschnitten 14 bzw. 20 der Anordnung von Ί
Pig.2a. \
BAD ORIGINAL
In
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'16 U
In einiget! lallen kann es vorteilhaft sein, die Abschnitte 114 und 116 auf verschiedene Tiefen einzudiffundieren oder mit verschiedenen Störstqffkonzentrationen auszustatten. In diesen fällen ist es erforderlieh, diese Abschnitte durch verschiedene Diffusionszyklen zu bilden. Bei der bevorzugten Ausführungsform werden aber beide Abschnijfce 114 und 116 durch : einen einzigen Diffusionszyklus gleichzeitig hergestellt.
Die Schaltung von Pig.3 ist die Ersatzschaltung der Anordnung von Fig.2a bzw. von Pig.2b und 2c. Die Ersatzschaltung enthält einen unipolaren Feldeffekt-Transistor 23 und einen bipolaren Plächentransistor 25, der bei der bevorzugten AuDführungsforia der Erfindung ein npn-Transistör 1st. In Fig.3 ist' die Quelle des Feldeffekttransistors 23 mit dem Bezugszeichen 26 versehen, die Steuerelektrode mit dem Bezugszeichen 28 und der Abfluss mit dem Bezugszeichen 27. Der Abfluss 27 des unipolaren Feldefffekt-Transistors 23 ist direkt mit der Basis des Flächentransistors 25 verbunden. Die Steuerelektrode 28 des Feldeffekttransistors 23 ist direkt an den Kollektor des Flächentransistors 25 angeschlossen. Die Emitterelektrode des bipolaren Transistors 25 ist an eine äussere Klemme geführt.
Fig.4 zeigt als Anwendungsbeispiel für die zuvor beschriebene Schaltanordnung eine bistabile Schaltung. InFig.4 bezeichnet das Bezugszeichen 35 allgemein die Schaltanordnung aus dem unipolaren Feldeffekt-Transistor und dem bipolaren Flächen-
traneletor
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transistor, die zum besseren Verständnis der Arbeitsweise durch die Ersatzschaltung von Fig«3 mit dem unipolaren . Feldeffekt-Transistor 23 und dem Flächentransistor 25 dargestellt ist. In Fig.4 ist die Emitterelektrode- 21 . . der Schaltanordnung 35 an Masse gelegt, und die Kollektorelektrode 19 ist über einen Widerstand.36 von 300 Ohm an die positive Klemme 37 einer Spannungsquelle angeschlossen. Die Quellenelektrode 17 der Schaltanordnung 35 ist mit der positiven Klemme einer eine veränderliche Spannung liefernden Spannungsquelle 38 über einen Widerstand 40 von 2 Kiloohm und einen damit in- Serie liegenden Widerstand von 51 Ohm verbunden. Die negative Klemme der Spannungsquelle liegt an Masse. Eine Klemme 44, die mit dem Verbindungspunkt zwischen den Widerständen 40 und 42 verbunden ist, stellt den Eingang der Schaltung dar.
Wenn sich die Schaltung in dem Zustand befindet, in dem der Feldeffekt-Transistor abgeschaltet und der FJächentransistor stromlos sind, steigt beim Anlegen eines positiven Impulses an dem Eingang 44 die Spannung an der Quellenelektrode 17 mit einer Geschwindigkeit an, die von der RC-Zeitkonstante abhängt, die durch den Eingangswiderstand 40 und die Kapazität zwischen der Quelle 17 und Masse bestimmt ist.Wenn die Spannung an der Quelle 17 anzusteigen beginnt, nimmt die Spannung zwischen dem Tor und der Quelle des Feldeffekt-Transistors 23 ab. Wenn diese Spannung zwischen dem Tor und■der Quelle bis zu
einem
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einem Wert abgefallen ist, der unter der Abschaltspannuhg .des Feldeffekt-Transistors 23 liegt, beginnt derFeldeffekt-Transistor 23 Strom zu führen. Sobald die Stromführung des Feldeffekt-Transistors einsetzt, wird der Baals des Flächentransistors 25 ein Strom zugeführt. Der in dem Flächentransistor 25 fliessende Basisstrom verursacht das Fliessen eines Kollektorstroms in dem Flächentransistor 25, und die Kollektorspannung des Flächentransistors 25 fällt,Dies hat zur Folge, dass die Spannung an der Steuerelektrode des Feldeffekt-Transistors 23 abnimmt und mehr Stom durch den Feldeffekt-Transisior fliesst.Diese Wirkung ist selbstverstärkend, und der Feldeffekt-Transistor und der Flächentransistor werden schnell in den voll stromführenden Zustand umgeschaltet.¥enn der Feldeffekt-Transistor der Basis des Flächentransistors genügend Strom zuführt, wird dieser in die Sättigung gebrächt, die gleichrichtenden Übergänge zwischen der Steuerelektrode und der Quelle des Feldeffekt-Transistors 23 werden in der Durchlassrichtung vorgespannt, und die Spannung an da: Quelle I7 wird auf der Spannung des . Kollektors 19 festgehalten.
Die Anordnung bleibt voll stromführend, bis die Spannung an der Quelle 17 wieder auf einen Wert herabgesetzt wird, der unter der Spannung am. Kollektor 19 liegt, worauf das Abschalten des Feldeffektjrransistors 23 beginnt.
.""·.. Dann
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-H-
16.U797
Dann tritt wieder eine selbstverstärkende Wirkung ein, welche die Anordnung in den nicht stromführenden Zustand umschaltet, wenn der Flächentransistor schneller als der Feldeffekt-Transistor 23 arbeitet. Sonst wird der Feldeffekt-Transistor stromlos, während sich der Flächentransistor noch im Speieherzustand befindet.
Es ist zu bemerken, dass bei der Sättigung des Flächentransistors 25 die Spannung zwischen dem Kollektor und der Basis des Flächentransistors 25 etwa O Volt beträgt. Daher ist die Spannung zwischen der Quelle und dem Abfluss des Feldeffekt-Transistors 23 etwa gleich der Spannung zwischen der Quelle und der Steuerelektrode und der Feldeffekt-Transistor 23 befindet sich in seinem Sättigungsbereich. Somit kann der Strom von der Quelle ^ zum Abfluss des Feld— effekt-Transistors kleiner als sein Grenzwert sein. Wenn der Flächentransistor 25 den Grenzwert des Abflusstroms als Basisstrom erfordert, damit er in die Sättigung gelangt, wird er niemals gesättigt, und der Feldeffekt-Transistor 23 wirkt als Basisstrombegrenzerg der den Flächentransistor 25 aus der Sättigung, hält. Natürlich sind es die schwach verstärkenden Flächentransistoren, die nicht in die Sättigung gebracht wurden« Diese schwachverstärkenden Anordnungen sind beim Umschalten in den voll stromführenden Zustand am ι langsamsten, weil eine geringere Rüökkopplungsverstärkung vorhanden ist, aber sie werden wegen der kleineren Speicherzeit schneller abgeschaltet. -
Die
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- ^ - 1814797
Die Rückkopplungsverstärkung und die aus dem Eingangswiderstand 40 und der Kapazität zwischen der Quelle 17 und Masse gebildete RO-Schaltung bestimmen die Anstiegszeit der Schaltung. Die Speicherung und die AbfaHzeit der Schaltung hängen beinahe ausschlieselich von der Speicherung und der Abfallzeit des Flächentransistors 25 ab.
Aus Hg,2a ist erkennbar, dass eine Überbrückung die Steuerelektrode 14 mit der Kollektorelektrode 19 verbindet. Diese Schaltung ist zwar bei den zuvor erwähnten Ausführungsforraen besonders vorteilhaft, doch ergibt eine andere Form der Verbindung eine grössere Vielseitigkeit bei anderen Anwendungen, Wenn nämlich die Überbrückung unterbrochen wird und ein Wider- ;3tand in Serie eingefügt wird, kann das Umschalten von dem einen stabilen Zustand in den anderen mit verhältnismässig energiesöhwachen Impulsen erreicht werden, die der Steuerelektrode 14 zugeführt werden.
Fig.5 zeigt, wie die kombinierten Schaltanordnungen aus je einem Feldeffekt-Transistor und einem bipolaren : Transistor zu 'einem Ringzähler zusamengeschältet werden. In Fig.5 sind diese Schaltanordnungen wieder allgemein mit dem BezugszBichen 35 bezeichnet und zum besseren Vertändnis
durch
BAD
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durch die jiraatzschaltung von Pig.3 dargestellt. In diesem !'all ist wieder der Abfluss des unipolaren Peldexfokt—i'ransistors 23 direkt mit der Basis des iüächentransistors 25 verbunden, und die Fteuerelektrode' des unipolaren leldeffekt-Transis.tors 23 ist direkt mit dem Kollektor des Flächentransistors 25 verbunden. An die Verbindung zwischen der Steuerelektrode des i!v-:ldeffekt~l1ransistors 23 und dem Kollektor des !''lächentransistors 25 ist die Xollektorelektrode 19 der .schaltanordnung angeschlossen; mit der Quelle-des !''eldeffekt-Transistors 23 ist die Quellenelektrode 17 verbunden; und an den Emitter dos !''läcnentransistors 25 i3t die Emitterelektrode 21 angeschlossen.
Lor Ringzähler enthält eine beliebijo Anzahl von gleichen stufen. Bei der dargestellten Ausführungsforra sind üur ''. creinfaehung nur vier Jtufen 41, 42, 43, 44 gezeigt.
uede iJtufe dos ILingiiäalors enthält eine ichaltanorduung 35» ■..ereu Kollokuoreloktroäc 19 über einen r/^derstand 47 von 30ö Oiiui au eine Jr>annungsquelle von +10 Volt angeschlossen iöi, die,allen vier otufen gemeinsam ist und au der ii-loüine 49 liegt. In jeder ί tuXe des ivingzählers ist die kuiitterelülctrode 21 über einen Widerstand 51 von 2LO Ui-;.: mit Lasse verbunden. In jeder Mufe des lilngaählers verbindet ein Kondensator 53 die Quellenelektrode 17 der ^ύna 1 tano-rdηuk;; 35 mit eine:.! Eingang 55, der allen vier L-oufen ge^einsaa ist. Der '· ingang 55 ist über einon
'■/id erstand ·
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BAD 0R5GSNÄL
Widerstand 57 von. 51 Ohm mit Masse verbunden. Die Kollektorelektrode 19 ist in jeder Stufe über einen Widerstand 59 von 1,5 k Ohm an die Quellenelektrode 17 der vorhergehenden ■ Stufe angeschlossen. So verbindet ein Widerstand 59 die QuellenelektrOde 17 dar Stufe 4Imi"t der KollektorelektrOde -19 der f'tufe 42; ein Widerstand 59 verbindet die Quellenelektrode 17 der Stufe 42 mit der Kollektorelektrode 19 der Stufe 43* ein Widerstand 59 verbindet die Quellenelektrode 17 der Stufe 43 mit der Kollektorelektrode 19 der Stufe 44 und ein Widerstand 59 verbindet die Quellenelektrode 17 der stufe 44 mit der ICollektorelektrode 19 der „tufe 41. In gleicher Weise verbindet ein Widerstand 61 von 2,2 kOhm die Quellenelektrode 17 jeder Stufe mit der Emitterelektrode 21 der vorhergehenden Stufe. So Verbindet ein Widerstand 61 die Quellenelektrode 17 der Stufe 44 mit der iimitterelektrode 21 der Stufe 43; ein Widerstand 61 verbindet die Quellenelektrode 17 der Stufe 43 mit der jMi.j.tterelektrode 21 der Ctufe 42> ein Widerstand 61 vcrbindex die Quellenelektrode 17 der Stufe 42 mit der Emitterelektrode der i'tufe 41; und ein Widerstand 61 verbindet die Quellenolektrode 17 der Stufe 41 mit der Emitterelektrode 21 der Stufe 44.
Jede der Stufen 41, 42, 43 und 44 hat awei ataMle Cust-.tude. .!/In stabiler Zustand liegt vor, wenn sowohl der bipolare rrausistor 25 als auch der I1 eldeffekt-irans ist or stromführend aia.'i. In diesem Zustand wird die ,...tufe als eingeschaltet De.'ioichnot. In dem atieloi\:-n otabilon Zustand iat der
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BAD ORIGINAL
- ie- 161Λ797
Feldeffekt-'fransltor 23 abgeschaltet, und daher ist der li'lächentransistor 25 stromlos.In diesem stabilen Zustand wird die Stufe als abgeschaltet beaeich.net.
Ka soll beis'pielshalber angenommen v/erden, dass die ^tufe 41 eingeschaltet ist,- und dass die Stufen 42, 43 und 44 abgeschaltet sind.In denabgeschalteten Stufen liegen die Kollektorelektrodcn 19 im wesentlichen auf +10 YoIt, und die xiuitter liegen im wesentlichen auf 0 Volt. Die rpannung an den Quellenelektroden 17 in jeder der abgeschalteten Stufen 42, 43 und 44 wird durch die Spannungsteilerwirkung der T/; id eist linde 61 und 59 bestimmt. Somit beträgt die Sxuinung an jeder Quellenelektrode 17 in den abgeschalteten ' tufen 6/10 des S .annungsunterschieds zwischen dem Kollektor der vorhergehenden Stufe und dem Emitter der folgenden Stufe.Beispielsweise liegt der Lmitter 21 der Stufe 42 an der ί pannutlg 0 Volt, und die Spannung am Kollektor 19 der Stufe 44 beträgt +10 Volt.Somit beträgt die der öuollenelektrode 17 der Stufe 43 zugeführte Spannung .6/10 von 10 Volt oder +6 Volt.Da die der Kollektorelektrode 19 der Stufe 43 zugeiührte Spannung +10 Volt beträgt, liegt zwischen der.i 2or und der Quelle des JPeldeffekt-Tranaistora :in.c ."pannun^ vein +4 Volt, was ausreicht, um diesen ü'elci^ öffokt-Transistor gesperrt zu halten, wodurch die i'tufe in deμ abgeschalteten stabilen Zustand gehalten wird.. La die .jtufe 41 angeschaltet ist, ist die Spannung an der
KollektorelektiO^o
. BAD ORICIMÄL
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', I9- 1fU797
19 der Stufe 41 infolge des. Spannungsabfalls am· Widerstand 47 beträchtlich kleiner als; +10 Volt. Dies hat zur Folge, dass die der Quellenelektrode 17 der Stufe 44 zugeführte Spannung noch kleiner als- -f6 Volt ist, und die iSpannung zwischen der Tt euer elektrode und der Quelle des Jeldeffekt-IEränsistors 25 in der Stufe 44 ist noch grässer als +4 Volt „Daher wird auch die Stufe in dein abgeschalteten stabilen Zustand gehal-ten«Ua die. otufe 41 eingeschaltet ist, ist die ίpannung an der Emitterelektrode 21 dieser Stufe beträchtlich grosser als- 0 Volt, und somit ist die der Quellenelektrode 17 ■ der Stufe 42 zugeführte Spannung grosser als, +6 Volt.Uie werte der Widerstände 59 und 61 sind so gewählt, dass die der Quellenelektrode 17 zugeführte Spannung die; Spannung 7,wischen der rteuerelektrode und der Quelle des JFeldeffekt— Transistors 23 in der Stufe 42 nicht kleiner als die Abschaltspannung macht.3aher wird der 3?eldeffekt-2ransistor 23 gesperrt, und die Stufe 42 wird in dea abgeschalteten stabilen Zustand gehalten»2äs ist Jedocii 2a ueraerken, dass di© Spannung zwischen der Steuerelektrode und der Quellte des I'eldeffekt-iransistDrs 23 in der Stufe 42 kteiner als die spannung aMisehen der üteuei:— elektrode und der Quelle des J'eldeffekt'-iransistors 25 in den stufen 43 und 44 ist »Die T,vrerte der ^vidsrstäiiuv 59 und o1 sJud so ^cv.oiilt, dass die Spannung zwischen dem + o~ α*:1 de:% Quelle dös 7- Bldeffekt—Transistors 23 der /fcufe joral-c- (;rü3Bcr ala die ilbschaltspaanunc ist,DJ.e 3-riinäe
16U797
hierfür werden später erläutert.Da der Feldeffekt-Transistor 23 der Stufe 41 stromführend ist, ist die der Quellenelektrode 17 dieser Stufe zugeführte Spannung beträcli lieh kleiner als +6 Volt, denn ein grosser Teil des. durch ÜGi'i Widerstand 59 fliesaenden Stroms tritt in die Quelle • dec l'eldeffekt-Transistors 23 ein.Wie zuvor erwähnt wurde, besteht ein grosser ' pannungsabfall am Widerstand 47, ü.i die Stufe 41 stromführend i3t.Dieser Spannungsabfall reicht aus, ui;i die !.patmung zwischen der K.olloktorelektrqde 19 und der Quellenelektrode 17 -in dieser Stufe beträchtlich kleiner als die ' bschalt3pannung des Feldeffekt-Transistors 23 zu machen. Der Feldeffekt-Transistor 23 wird daher xuj süromfuhrciideH Zustand gehalten, und die Stufe 41 wird in dem eingeschalteten stabilen Zustand gehalten·.
.Venn der Klemme 55 ein eingangs impuls zugeführt wird, gelangt er über die kondensatox^en 53 zu den Quellenelektroden 17 ouratlicher Stuf en.-Di es hat zur Folge, dass die L-paanung an der Quellenelektrode 17 in jeder Stufe angehoben und die Spannung zwischen der Steuerelektrode uud der quelle in jeder ί tufe vermindert wird. Da die Stufe 41 bereits eingesciialiil; ist, hat dies keine Auswirkung auf iiese .tufe. Die r<"-;annun?;en an den Quellenelektroden 17 in den f tufe η 43 und AA- sind so niedrig, dass der Eingangrji^puls das Potential an den Quellenelektrodeu 17 in diesen .tufeη 43 und 44 nicht genügend anhebt, ura die Spannung zwi-.;caen derSteuDrelektX^ouG und der Quelle der i'elöeffekt—
Transiotoren
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•Sransistoren 23 in diesen Stufen, unter die /ib schalt spannung zu bringen.Daher beeinflussen, die Mngangsimputse die " Stufen 43 und 44 nicht.Wie zuvor erläutert wurde, liegt das Potential an der Quellenelektrode 17 in der Stufe 42 jedoch gerade unter der Abschaltspaimung, und wenn der Eirgmgsimpuls über den Kondensator 53 zu der Quellen-^ elektrode 17 dieser Stufe gelangt, hebt er die Spannung an der Quellenelektrode 17 dieser Stufe ausreichend an, dass die Spannung zwischen der Steuerelektrode und der Quelle . des Felaeffekt-l'ransistors 23 in der Stufe 42 unter die Abschaltspannung gebracht wird, so dass der Feldeffekt— Transistor. 23 in dieser Stufe Strom zu führen beginn» Ür lässt dann einen Strom in die Basis des Flächentransistora 25 der Stufe 42 eintreten, so dass dieser Strom, zu fuhren beginnt.Ds beginnt nun ein Strom durch den Widerstand 47 in der Stufe 42 zu fliessen, und'dies verursacht einen Abfall der Spannung an der Kollektorelektrode 19 in der .jtufe 42. .Dieser Spannungsabfall an der KollektorelektrOde 19 va?tiiindert die Spannung zwischen der Steuerelektrode und der Quelle des i'eldeffekt-'fransistors 23 in dieser Stuf ο aocii mehr, so dass mehr Strom durch den Feldeffekt—!transistor 23 fliegst,, der wiederum einen grässeren Stromfluss zu der Basis des ißransistors 23 zur Folge hat. Die ¥irkung ist solbstverstärkend, und der Feldeffekt-Transistor 23 und der IZcheutränsistor 25 werden voll strorafülirend.Auf diese .TCei wird die Stufe A-?: eingeschaltet. "
009838AQ494 bad
-Jer Spannungsabfall an der Kollektorelektrode 19 wird über den Widerstand. 59 zn der Quellenelektrode 17 in der Stufe übertragen. Wenn die Spannung an der Quellenelektrode in der Stufe- 42 fällt, steigt die Spannung zwischen der Steuerelektrode und der Quelle des Eeldeffekt—Transistors 23 in der Stufe 41 an.Dieser Spannunganstieg /rarringert aen Strom* der durch diesen ffeldeffekt-iDransistor fliesst, v.odurch der durch den Flächentransistor 25 der Stufe xTiessende Strom liortnindert wird. Dies hat einen Anstieg des Potentials an der ICollektorelektrode 19 der Stufe aur 3?olger und dadurch wird das Potential zwischen der steuerelektrode und der Quelle des 'iOldeffekt-Iransistors 23 in dor Stufe 41 weiter vergrösaert.Dadurch nimmt der durch den li'eldoffekt-iiiranaiator fliessende Strom weiter ab.Diese Wirkung in der Stufe 41 ist selbstveratarkend* und die S-tufe wird abgeschaltet.
.."achdem also der Impuls dem Eingang 55 zugeführt ist, iat die f'tufe 42 eingeschaltet, während die Stufen 41 f und 44 abgeschaltet sind. I)a alle ftufen gleich und mit den benachbarten itufen in genau der gleichen Weise verbunden sind, werden die stufen 41, 43 und 44 nun in genau :ter gleichen Yf ei se abgeschaltet gehalten, wie zuvor die ' kufen 42, 43 und 44 abgeschaltet gehalten wurden, als die ütufe 41 stromführend war.Ebenso wird nun die Stufe 42 in der gleichen V/eise eingeschaltet gehalten, wie suvor die Stufe 41«
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Der
BAD ORIGINAL
Dur nächste dem Eingang 55zügeführte Impuls bewirkt, dass die Stufe 43 eingeschaltet wird, die ihrerseits das Abschalten der Stufe 42 heirvorruft, in der gleichen ¥eise, wie zuvor die Stufe 42 eingeschaltet und die Ftufe 41 abgeschaltet wurden. Jeder folgende Impuls bewirkt, das Kinschalten der jeweils folgenden ftufe und das Abschalten der vorher eingeschalteten Stufe.Wenn die Stufe 44 eingeschaltet ist,' bewirkt der nächste Impuls, dass die Stufe 41 wieder eingeschaltet wird, während die Stufe 44 abgeschaltet wird. Die Anordnung arbeitet auf diese Vfeise ständig* solange dein Eingang 55 Impulse zugeführt werden.
Pig.6 und 7 zeigen die Ausführung des Ringzählers al3 integrier-.
to Halbleiteranordnung,Fürjjede Stufe des iiingsählers wird eine integrierte Halbleiteranordnung vorgesehen* i/a alle Stufen des Ringzählers gleich sind, sind auch alle Integrierten Ilalblelteranordnungen für die einzelnen Stufen gleicii.ausgeführt.
iig^G und 7 zeigen die integrierte Halbleiteranordnung für eine der Stufen des llingzählers. Diese Halblelteränoi'dtiun>j enthült einen läglichen Block 71 aus n-Käterisl, auf des ■durch. Diffusion eine Löicht aus p-I-.aterial gebildet 1st* Aai einea iiude des längllGiien Blocks ist ein Schlitz 73 ^arch die p-«chicht geschnitten, wodurch diese IIi zwei Solle 75 und 77 unterteilt wird, von denen der Seil 75 on.slang dein lilnglichen Block 71 selir viel länger als der ΐeil -77 Ist., Lin Absohuitt 79 aus n—!■läterial ist darcii
009839/B494 bad
Diffusion in der p-Sdicht nahe dem ß bselinitt 79 gebildet, wobei ein kurzes Stück aua p-Material übrig gelassen ist, das die beiden Abschnitte 79 und 81 verbindet,Die Abschnitte 79 und 81 sind auf eine Tiefe diffundiert, üie nicht ganz bis zu dem pn—Übergang zwischen dem n-Laterial des Blocks 71 und dem p-Materlal des Teils 75 reicht.Aufgedarapfte Aluminiurakontakte'83, 85 sind auf dem Teil 77 der p-Cchicht an dessen beiden Seiten gebildet, iin aufgedampfter Aluminiumkontakt 87 ist auf dem Abschnitt aus η-Material gebildet, .ώ'ίη aufgedampfter Aluminiumkontakt; 39 ist auf dem Abschnitt 81 aus η-Material gebildet. Ein aufgedampfter Aluminiumkontakt 91 ist auf dem Teil 75 der p-.r. chicht nahe dem Abschnitt 81 auf der dem Abschnitt abgewandten Ceite gebildet. Ein zweiter aufgedampfter Aluminiumkontakt 101 ist auf dem Teil 75 der p-Schicht an dem den Abschnitten 79 und 81 entfernten Ende gebildet. "JJie Alur.iaiumkontakte 83, 85, 91 und 101 stehen in ohmschein iuO-ivoatit mit der p-!Jchicht,. und die Kontakte 87 und 8[) stehen in ohrunchen Kontakt mit den Abschnitten 79 bzw. 81. Ohmoche jlonta.cte" in l'orm von Zungen 103, 105 und 1G7 sind an den J.ock aus n-Hateial auf der ^eite gebildet, die der aus den Teilen 75 und 77 bestehenden p-Schicht gegenüberliegt. Der ohmache Kontakt 103 ist direkt unter dem Teil 77 der p-iJchicht angebracht. Der ohrasche Kontakt 105 liegt direkt unter dem Abschnitt 79 aus n-Katerial, und der oha-Gche Kontakt 107 ist an dem anderen Lnde des Blocka
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BAD OR!G!MAL
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aus η—i-iaterial unter dem Aluminiumkontakt 101 angebracht, , D±e Ln-Ji'Lg. β und 7 dargestellte integrierte Halbleiter*- · anordnung kann nach äen gleichen Verfahren hergestellt v.<erden, die zuvor für die Herstellung der Anordnung von rig.2b und 2c beschrieben worden sind. - ._ " ■
Die in lp!.g.6 und 7 gezeigte Anordnung stellt beinahe die josasiibe Schaltung für eine Stufe des Ringzählers dar.Zur Verwendung dieser Anordnung für eine liingzählerstufe muss ■lex- Kontakt 85 direkt mit dem Kontakt 87 verbunden weirden, und der Kontakt 89 muss direkb mit dem Kontakt 105 verbunden «..'orden. Dor Kondensator 53 jeder Stufe ist in der integrierten ..-ialiilelteranordnung nicht vorgesehen und muss aussen angebracht .-.erden. Dieser Kondensator wird mit dem Kontakt 91 verbunden, i'orner wird der Kontakt 83 an Kasse gelegt, und die Spannung von +10 Volt wird der Klemme 1Oj zugeführt.iiachdein der iji.oclc in dieser V.eise angeschlossen worden ist, ist die joD'i.rbo Schaltung für eile Lrfcufe des Ringzählers vorhanden. -uor ..'id_erstand des Gtrorapfads zwischen den Kontakten 03 und 05 stellt den V/iderstand 51 der f-tufe dar.Der '.iderstaiid ieo .vtroapfads durch den Seil 75 der p-Schicht zwischen .'.Oi1 Kontakten 91 und 101 stellt den Viiderstand 61 dar, ljöv ,/ideruband des Ütroropfads durch das n-Halbleiteriaateri/il des Üloclcs 71 zwischen den Konbakten 105 und 107 stellt do.. ./idcvsbaud 5'J da^r. Der V iderstand des Gtrorapfads zwischerx .0:. Kontrtkben 103 und 105- durch das n-Maberial des ji^ocktf .;b.'llb cltni V/'idorstind 47 dar.Die Abscnnitte 79' und 81, der nn-.voorgrui;; :;v/iacriou der Schicht aus p-Katerial und dea
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Block 71 aus π—Eta-ferial zwischen diesen. Abschnitten und die kontakte 87, 89, 91 und 105 mit den. zusanimengeschalteten Kontexten 89 und 105 stellen zusammen die totubinierte Schalt— Zuordnung aus dem einpoligen Feldeffekt-Transistor und '.,urj" cloii: zweipoligen. Flächentransistor dar, wobei der /ontakt 91 die ^uellenelektrode der Schaltanordnung ist, die .jemeinsarne Verbindung zwischen den Kontakten 89 und 105 die Xollektorelektrode der Schaltanordnung darstellt, und der xContakt 87 die Emitterelektrode der Schaltanordnung ist.
Zürn Z UG am meηα ehalt en einer Anzahl dieser als integrierte •Lialbleiteranordnungen nach Fig. ο und 7 ausgebildeten w fcuf on v/ird der Kontakt 101 ;jcdör oiiufe mit dem Kontakt der vorhergehenden Lltufe verbunden, und der Kontakt 91 .'jdor >'tu£e wird mit deci Kontakt 107 der folgenden ütufe vorbanden. Die freien Kleinmen der an die Kontakt 91 angeschlossenen Kondensatoren 53 v^erden natürlich gemeinsam ::, Lt -\er .<ingangsklemrae 55 und über den Widerstand 57 mit .•.aoGG verbunden, wie in Fig.5 gezeigt ist.Auf diese ..eise lässt sich der Ringzähler aus integrierten Halbleiter-
anordnungen.aufbauen. ■
Bat e nt an s ρ r üc h ο
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Claims (1)

  1. Paten tans ρ ν ü c be *
    1. Schaltanordnung rait einem unipolaren und einem bipolaren
    . Traiiaistor, "bei welcher die eine ohtnsche iJlektrode des uni-. , j)olaipen Transistors elektrisch, mit der Basiselektrode ..· *' des ^!polaren Transistors verbunden Ist, dadurch geketinseichnet., dass der unipolare und der bipolare Transistor in oder auf einem Halbleiterplättclien so gebildet Bind, dass die Steuerelektrode des unipolaren Transistors und der Basis-Eniitter-Übergang des bipolar eil !Transistors in der Kälie der einen Hauptfläche des Plättchens liegen, dass alle Übersän;xe des* bipolaren ülranalstora in der einen Hai^fcflache des Plättchens so angeordnet sind, das α der eine Übergang wenigstens über-einem Teil des anderen UberGangs liegt, und dass der von der nlchtohinaclxeo Hlektr.ode gesteuerte Strorapfad des unipolaren Trans Ist or s itt der Mhe der gleichen Hauptfläche·* des Plättehens undMm Abstatiä von der entgegengesetzten Hauptfläche- des Plattenens liegt« "-■·;.■ -__-:
    \t Sölialtungsanordnung nach Anspruch 1, öadurch gekennzeichnGt, dass der Strompfad wenigstens ixber einem Teil des Kollektor-Baß is-üb er gangs liegt,und dass die Basiszone /und der Strompi'ad sich aneinanderschliessen.
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    .-. ■ : BAD
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    3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Plättchen einen oder .mehrere längliche Abschnitte enthält, welche einen oder mehrere Widerstände bilden, die elektrisch in die Schaltungsanordnung eingefügt sind»
    4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, dass der Strompfad durch Eindiffundieren eines Störstoffs in das Plättchen als begrenzter Flächenabschnitt an der Hauptfläche des Plättchens gebildet wird.
    5. Schaltungsanordnung' nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Basiszone und die Emitterzone durch Eindiffundieren von Störstoffen in das Plättchen als begrenzte Oberfläclienabschnitte an der einen Hauptfläche des Plättchens gebildet werden.
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