DE1935862B2

DE1935862B2 - Kettenverstaerker mit feld effekt transistoren

Info

Publication number: DE1935862B2
Application number: DE19691935862
Authority: DE
Inventors: Reimar Dip) Ing Dr techn Graz Germann (Osterreich)
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1968-07-30
Filing date: 1969-07-15
Publication date: 1971-07-01
Also published as: DE1935862A1; GB1271836A; US3564442A; AT280348B

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kettenverstärker mit Feld-Effekt-Transistoren.

Bekannte Kettenverstärker dieser Art haben eine Eingangslaufzeitkette, die an einem Ende den Signaleingang aufweist und am anderen Ende durch ihren Wellenwiderstand abgeschlossen ist, und eine Ausgangslaufzeitkette, die beidseitig durch ihren Wellenwiderstand abgeschlossen ist, wobei zwischen die beiden Laufzeitketten eine Anzahl von Verstärkerelementen geschaltet ist. Sowohl die beiden Laufzeitketten als auch die Verstärkerelemente bestehen bei diesen Kettenverstärkern aus diskreten Bauelementen. In diesem Zusammenhang ist es auch bekannt, als Verstärkerelemente Feld-Effekt-Transistoren zu benutzen.

Sodann kennt man Feld-Effekt-Transistoren mit einer zweiten Steuerelektrode, die auf einem konstanten Gleichspannungspotential liegt, um die Rückwirkung zu verringern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Kettenverstärker anzugeben, der einen sehr einfachen, für eine rationelle Serienfertigung geeigneten Aufbau besitzt und insbesondere in integrierter Technik hergestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Kettenverstärker dadurch aus einem einzigen Feld-Effekt-Transistor gebildet ist, daß dessen Elektroden derart streifenförmig gestaltet sind, daß durch die Steuerelektrode die Eingangsleitung und durch die Ausgangselektrode die Ausgangsleitung des Kettenverstärkers gebildet ist.

Bei diesem Kettenverstärker haben die Elektroden jeweils eine doppelte Funktion. Sie bilden einerseits die Eingangs- bzw. Ausgangslaufkette des Kettenverstärkers und dienen andererseits der Verstärkung. Die die Eingangsleitung bildende Steuerelektrode und die als Ausgangsleitung dienende Ausgangselektrode kann jeweils als Kettenleiter mit homogen verteilten Widerstands-, Ableitungs- und Kapazitätsbelägen aufgefaßt werden. Bezüglich der Verstärkung können die streifenförmigen Elektroden als homogen verteilte Verstärkerelemente aufgefaßt werden.

Besonders günstig ist es, wenn zur bekannten Verringerung der Rückwirkung durch Verwendung einer zweiten auf einem konstanten Gleichspannungspotential liegenden Steuerelektrode auch diese zweite Steuerelektrode streifenförmig ausgebildet ist.

Zur Kompensation der Leitungsdämpfung ist es empfehlenswert, die die Eingangsleitung und die Ausgangsleitung bildenden Elektrodenflächen entsprechend keilförmig zu gestalten.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die streifenförmigen Elektroden mäanderförmig angeordnet. Auf diese Weise erzielt man unter guter Flächenausnutzung einen langen Kettenleiter und eine große Gesamtverstärkung.

Solche Kettenverstärker lassen sich leicht in integrierter Technik herstellen. Durch den besonders einfachen Aufbau ergeben sich gegenüber den bekannten Ausführungen beträchtliche Kosten- und Platzersparnisse.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigt

Fig. la einen Querschnitt durch einen erfindungsgemäßen Kettenverstärker,

Fig. Ib einen Aufriß dieses Kettenverstärkers mit schematisch angedeuteten Anschlüssen,

F i g. 2 in schematischer Darstellung einen Aufriß einer abgewandelten Form des erfindungsgemäßen Kettenverstärkers und

F i g. 3 den topologischen Entwurf einer weiteren Ausführungsform eines Kettenverstärkers nach der Erfindung.

In F i g. 1 a ist in schematischer und stark vergrößerter Darstellung der Querschnitt eines Feld-Effekt-Transistors mit zwei isolierten Gate-Elektroden

ίο gezeigt. Vom halbleitenden Substrat ausgehend sind drei p- oder η-leitende Zonen (Source — Mittelzone — Drain) mit den Querschnitten b_D und h_D eindiffundiert. Die Mittelzone bildet für den linken Teil die Drain- und für den rechten Teil die Source-Elektrode und benötigt keine Zuleitung. DieSource- und Drain-Zonen sind mit den metallischen Zuleitungselektroden S und D verbunden und durch die in F i g. 1 a gekreuzt schraffiert dargestellte Schicht voneinander isoliert. Zwischen den Zonen befinden

ao sich die beiden Kanäle 1 und 2, denen durch die isolierende Schicht getrennt gegenüberliegend die metallischen Gate-Elektroden G1 und G 2 angeordnet sind. Fig. Ib zeigt eine Aufsicht des Kettenverstärkers mit schematisch angedeuteten Anschlüssen. Für die Verstärkung ist die Gesamtlänge L sowie die räumlichen Abmessungen maßgebend. Es ist zu beachten, daß die Zuführung der zu verstärkenden Eingangsspannung U_E zwischen Source- und Gate-1-Elektrode erfolgt und diese Eingangsleitung am Ende mit dem dem Wellenwiderstand entsprechenden Wert mit dem Widerstand 7 abgeschlossen ist. Die Eingangslaufzeitkette wird durch die Drain-Elektrode gebildet und diese ist, wie in F i g. 1 b schematisch angedeutet, mit dem der Ausgangslaufzeitkette entsprechenden Wellenwiderstand 11 und 12 beidseitig abgeschlossen. Aus F i g. 1 b ist noch zu erkennen, daß die Gate-2-Elektrode mit einer konstanten Gleichspannung zur Entkopplung der Ausgangs- und Eingangslaufzeitkette gespeist ist.

Die Erfindung geht von der Tatsache aus, daß in konsequenter Weiterverfolgung der an sich bekannten Schaltungsanordnung eines Kettenverstärkers mit einem /?C-Kettenleiter bei homogen verteiltem RC-Belag ein Kabel erhalten wird. Die kontinuierliche Aneinanderreihung von kleinsten Teilstücken eines Feld-Effekt-Transistors mit isolierten Gittern, so wie in Fig. la und 1 b dargestellt, mit den differenziellen Kapazitäten und differenziellen Serien-Widerständen sowie Ableit-Widerständen ergibt über die Gesamtlänge L gesehen, einen homogenen Kettenleiter. Jedes Teilstück wirkt auf Grund des Aufbaues entsprechend F i g. 1 a als Verstärkerelement mit einem differenziellen Übertragungsleitwert. Unter dem Begriff Ubertragungsleitwert (auch Übertragungskonduktanz) ist ein Wert zur Kennzeichnung der Übertragungseigenschaften eines aktiven Verstärkerelementes zu verstehen (vgl. auch beispielsweise G. Wunsch: Theorie und Anwendung linearer Netzwerke, Teil a, Akademische Verlagsgesellschaft Leipzig, 1961).

Auf der Ausgangsleitung, die sich ebenfalls aus den differenziellen Widerständen und Kapazitäten zusammensetzt, addieren sich am Abschlußwiderstand 11 die verstärkten Signale entsprechend der Summe des differenziellen Übertragungsleitwertes über die Gesamtlänge L.

In F i g. 2 ist in schematischer Darstellung ein Aufriß einer abgewandelten Form des erfindungsgemäßen Kettenverstärkers zur Aufhebung der Dämp-

fung gezeigt. Durch kontinuierliche Veränderung der Kanalabmessungen des Feld-Effekt-Halbleiters, d. h. also durch Veränderung der in Fig. 2 im Abstand Ll bzw. Ll gezeigten Abmessungen b_Gll, b_Dv b_Gv2 und b_ni ist es möglich, den Übertragungsleitwert so zu verändern, daß die Dämpfung, bedingt durch den Längswiderstand, aufgehoben wird. Dieser Effekt kann, wie in F i g. 2 gezeigt, z. B. bei konstantem Kanalquerschnitt durch kontinuierliche Veränderung des Querschnittes und damit des Widerstandes der Gate-1-EIektrode und der Drain-Elektrode erfolgen. Selbstverständlich ist es jedoch in weiterer Ausgestaltung der Erfindung auch möglich, bei konstanter Breite der Elektroden die Dicke und damit ebenfalls den Querschnitt zu verändern. Dies geht auch aus dem in F i g. 1 a gezeigten Querschnitt hervor. Bei konstanter Breite b_G bzw. b_D kann die Dicke h₀ bzw. h_D kontinuierlich verändert werden. Darüber hinaus ist es jedoch auch möglich, bei konstanten Abmessungen den Leitwert der Elektroden entspre- ao chend kontinuierlich zu verändern. Dies kann z. B. bei der Drain-Elektrode durch verschiedene Diffusionen erreicht werden.

Eine Verwirklichung eines erfindungsgemäßen Kettenverstärkers in integrierter Technik ist als MOSFET oder aber auch in Dünnfilmtechnik sehr leicht möglich. F i g. 3 zeigt den topologischen Entwurf eines solchen erfindungsgemäßen integrierten Feld-Effekt-Kettenverstärkers in Differenzschaltung und läßt den besonders einfachen Aufbau erkennen.

Zur Erzielung eines möglichst langen Kettenleiters und großer Gesamtverstärkung ist eine mäanderförmige Anordnung gewählt. Die Abschlußwiderstände 7, 11 und 12 sind im gezeichneten Beispiel durch Diffusion mit Sperrschichtisolation direkt an den Enden der Leitung am selben Substrat aufgebracht, ebenso der zur Erzeugung der konstanten Spannung für die Gate-2-Elektrode notwendige Widerstand 22 und die Z-Diode 24. Zur Erzielung einer guten Gleichtaktunterdrückung ist im gezeigten Beispiel in F i g. 3 in bekannter Weise ein als gemeinsamer Quellenwiderstand wirkender MOSFET 26 in Konstantstromschaltung vorgesehen. Dieser ist ebenfalls am gleichen Substrat aufgebracht. Die Konstantstromwirkung wird durch Festhaltung der Gate-Elektrode G des MOSFET auf konstantem Potential erhalten.

Dies wird durch den Widerstand 27 und die Z-Diode, die ebenfalls durch Diffusion am gleichen Substrat erzeugt wird, erreicht. Der MOSFET 26 wird dabei zweckmäßigerweise als Anreicherungstype mit Dioden-Charakteristik, dessen Schwellspannung gleich der Z-Spannung der Z-Diode 25 ist, ausgeführt. Selbstverständlich kann jedes bekannte Verfahren zur Herstellung von MOSFET's und Dünnfilmtransistoren in gleicher Weise angewendet werden.

Claims

Patentansprüche:

1. Kettenverstärker mit Feld-Effekt-Transistoren, dadurch gekennzeichnet, daß der Kettenverstärker dadurch aus einem einzigen Feld-Effekt-Transistor gebildet ist, daß dessen Elektroden derart streifenförmig gestaltet sind, daß durch die Steuerelektrode die Eingangsleitung und durch die Ausgangselektrode die Ausgangsleitung des Kettenverstärkers gebildet ist.

2. Kettenverstärker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur bekannten Verringerung der Rückwirkung durch Verwendung einer zweiten, auf einem konstanten Gleichspannungspotential liegenden Steuerelektrode auch diese zweite Steuerelektrode streifenförmig ausgebildet ist.

3. Kettenverstärker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kompensation der Leitungsdämpfung die die Eingangsleitung und die Ausgangsleitung bildenden Elektrodenflächen entsprechend keilförmig gestaltet sind.

4. Kettenverstärker nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die streifenförmigen Elektroden mäanderartig angeordnet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen