DE2159592A1 - Halbleiteranordnung - Google Patents

Halbleiteranordnung

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Description

Heilbornn, den 29° OkU 1971 PT-Ma/re - HN 70/.38
"Halbleiteranordnungen"
Die Erfindung betrifft eine Halbleiteranordnung mit einer Feldeffektransistortetrode und einem weiteren Feld*= effekt-transistor,
Es sind Feldeffekttransistoren mit zwei von der Halbleiter= oberfläche isolierten Steuerelektroden bekannt, die zwischen einer Quell=· und einer Zugelektrode ( Source und Drain) angeordnet sindo Solche Transistoren, die vielfach auch als MIS" FET- Tetrode bezeichnet werden, weisen eine sehr kleine Ruckwirkungskapazität und einen hohen Innenwider« stand auf und werden vor allem für VHF= und UHF« Anwendungen benötigt,
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Für bestimmte Schaltungen wird eine Tetrode und ein weiterer Feldeffekttransistor benötigt» Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders vorteilhafte Anordnung dieser Bauelemente anzugebeno Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß beide Bauelemente in einem gemeinsamen Halbleiterkörper untergebracht sind und daß sich eine Elektrode des Feldeffekttransistors zwischen die Quell·= und die Zugelektrode der Tetrode erstreckt und dort eine der beiden Steuerelektroden bildet»
Eine derartige Halbleiteranordnung kann besonders vorteil·= haft in Hischstufen und in Verstärkerschaltungen eingesetzt werden und zeichnet sich durch einen einfachen,"Halbleiterfläche sprarenden Aufbau aus„ Eine Elektrode wird für beide Bauelemente doppelt ausgenutzte In Mischstufen kann mit dieser Anordnung der Oszillatortransistor und der Mischertransistor realisiert werden» Bei den Bauelementen der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung können die Steuerelektroden durch Isolierschichten, insbesondere durch Oxydschichten, von der Halbleiteroberfläche getrennt sein,, Andererseits können die Steuerelektroden jedoch auch unmittelbar auf der Halbleiteroberfläche zwischen den Zug=? und den Quellelektroden
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angeordnet werden, sofern es sich bei diesen Steuerelektroden um gleichrichtende Metall- Halbleiterkontakte (Schottky·= kontakte) hmidelto
In einer besondeus vorteilhaften Ausführungsform des Kombinationsbauelementes xst eine Quellelektrode dem Ein~ zeltransistor und der Tetrode gemeinsame In diesem Fall ist die Quellelektrode zwischen den beiden Zugelektroden der beiden Bauelemente angeordnet ο
Die erfindungsgemäße Halbleiteranordnung kann sowohl mit Feldeffekttransistoren vom Anreicherungstyp, die selbst= sperrend sind, als auch mit Transistoren vom Verarmungs= typ, die selbstleitend sind, aufgebaut werden« Bei den selbstsperrenden Transistoren vom Anreicherungstyp fließt bei der Steuerspannung Null kein Strom zwischen der Zug= und der Quellelektrodeo Erst durch ein elektrisches Feld, das bei zunehmender Steuerspannung an der -Steuerelektrode auf die Halbleiteroberfläche einwirkt, werden Ladungsträger an der Halbleiteroberfläche angereichert, so daß zwischen der Zug und der Quellelektrode ein ititendes Kanalgebiet zustand« kommt
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Bei den selbstleitenden Transistoren vom Verarmungstyp besteht dieser leitende Kanal bereits bei einer Steuerspannung Null ο Durch das elektrische Feld bei einer zunehmenden Steuerspannung entsprechender Polarität werden Ladungs«. träger aus dem Kanalgebiet verdrängt und somit der Kanal mehr und mehr abgeschnürte Um seitliche, die Steuerelektroden umgehende Ströme bei den selbstleitenden Feldeffekttransistoren zu vermeiden, wird die Transistorstruktur mit einer Iso= lationszone umgeben, die so angelegt ist, daß zwischen der Quelle und der Zugelektrode praktisch nur Strom unter der Steuerelektrode hindurch fließen kann»
Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung sowie ihr vorteilhafter Einsatz in geeigneten Schaltungen soll anhand der Figuren noch näher erläutert werden.,
Die Figuren 1, 2, 5, und 6 zeigen mögliche Strukturen der Elektroden des Kombinationsbauelementes0 Die Figur 3 zeigt im Schnitt eine der erfindungsgemäßen Strukturen bei MOS= Feldeffekttransistoren«
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Die Figur 4 zeigt im Schnitt ein Kombinationsbauelement mit Steuerelektroden aus gleichrichtenden Metall-Halbleiterkontakten.
Die Figur 7 zeigt das Ersatzschaltbild einer der erfindungsgemäßen Strukturen.
■Die Figur 8 zeigt eine Mischstufe, während die Figur 9 einen zweistufigen Verstärker darstellt.
Die Strukturen der Figuren 1," 2, ·. 5 und 6 können sowohl bei MOS-Transistoren als auch bei Transistoren mit Schottky-Kontakt-Steuerelektroden verwirklicht werden»
Die Figur 1 zeigt eine Struktur, bei der die Steuerelektrode G^ des Transistors zugleich auch die Steuerelektrode Gp der Tetrode bildet. Im Abstand voneinander sind zwei Zugelektroden D. und Dp angeordnet, zwischen denen die Quellelektrode S liegt, die beiden Bauelementen gemeinsam ist. Die Elektrode G3 verläuft beispielsweise in Form einer Streifenleitung zwischen der Elektrode Dp und der Elektrode S und erstreckt sich dann noch als Fortsatz Gp zwischen die Zugelektrode D^ und die weitere Steuerelektrode G , die wiederum zwischen der Elektrode G2 und der Quellelektrode S liegt. Die beiden Steuerelektroden G und Gp haben die Form von parallel zueinander
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verlaufenden Streifenleitungen, die beispielsweise der Kreisform der Quellelektrode S angepaßt sein können. Die zusammenhängenden Elektroden G„ und G^ haben bei einer kreisförmigen Quellelektrode beispielsweise die Form eines offenen Kreisringes»
Bei der in der Figur 1 dargestellten Anordnung sind die Elektroden D.,Gp,G ,S die Elektroden der Tetrode, während die Elektroden S,G_,D2 dem Einzeltransistor zugeordnet sind.
In der Figur 2 ist eine weitere Struktur dargestellt, bei der die Steuerelektroden der Tetrode örtlich miteinander vertauscht wurden. Die der Quellelektrode benachbarte Steuerelektrode G„ der Tetrode ist zugleich Steuerelektrode G3 des Einzeltransistors« Daher kann die Quellelektrode S, die beiden Bauelementen gemeinsam ist, mit einem · Ringstreifen umgeben werden, der zwischen den Elektroden D„ und S die Steuerelektrode G- des Einzelbauelementes und zwischen den Elektroden S und G eine Steuerelektrode der Tetrode ist. Anstelle einer Ringstruktur kann die beiden Bauelementen gemeinsame Elektrode selbstverständlich auch rahmenförmig ausgebildet werden. Man wird die Struktur der Elektroden jeweils vorteilhafterweise an-
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einander anpassen.
Bei der Anordnung nach Figur 3 ist ein Kombinationsbauelement mit einer Struktur der Figur 2 im Schnitt dargestellt. Man geht von einem Halbleiterkörper 1 des ersten Leitungstyps aus, in den an der Oberfläche nebeneinander angeordnet eine Zugzone 2, eine Quelliione 4 und eine .Zugzone 3 vom zweiten Leitungstyp eingebracht werden. Diese Zonen sind an der Halbleiteroberfläche durch entgegengesetzt jdptierte Bereiche des Halbleitergrundkörpers voneinander getrennt. Durch Inversion dieser zwischen den Zonen 2 und 4 bzw. 3 und 4 liegenden Oberflächenbereiche unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes, das durch die Steuerspännungen an den Steuerelektroden verursacht wird, werden leitende und steuerbare Wiener Standskanäle erzeugt. Diese Oberflächenbereiche sind bei MOS-Strukturen mit einer Oxydschicht 5 bedeckt, auf der die Steuerelektroden -angeordnet sind. Die Zugzone 2 der Tetrode ist mit der Zugelektrode D., die Zugzone 3, des Einzeltransistors mit der Zugelektrode D- und die Quellzone 4 beider Bauelemente mit der Quellelektrode S versehen. Auf der Oxydschicht verlaufen zwischen den Elektroden D. und S die Steuerelektroden G. und G, wobei sich die Elektrode Gp als Steuerelektrode ^- auch zwischen die Quell-
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elektrode S und die Zugelektrode D„ erstreckt.
In der Figur 4 ist eine entsprechende Halbleiteranordnung mit Schottky-Kontakt-Steuerelektroden dargestellt» In einen schwachdotierten Halbleitergrundkörper 1 vom ersten Leitungstyp wurde eine Zone 6 vom zweiten Leitungstyp eingebracht. In diese Zone 6 wurden im Abstand voneinander die Zugzone 8, die QuelUsohen 9 und die Zugißone Io vom zweiten Leitungstyp eingelassen. Die Halbleiteroberfläche zwischen den Zonen 8 und 9» bzw. 9 und Io wurde freigelegt und mit den gleichrichtenden Metall-Halbleiterkontakten G.,G„ und G_ bedeckt. Da die dargestellte Halbleiteranordnung mit selbstleitenden Transistoren aufgebaut ist, mußte der akiive Bereich des Kombinationsbauelementes mit einer SeparatitonsYpne 7 vom ersten Leitungstyp umgeben werden, die ungesteuerte Randströme zwischen det Qtiell- und den Zugelektroden verhindert.
In der Figur 5 ist eine.Elektrodenstruktur dargestellt, bei der sich die Zugelektrode D„ des Einzeltransistors zugleich als Steuerelektrode G„ zwischen die Zugelektrode D der Tetrode und die Quellelektrode S erstreckt. Die Steuerelektrode G„ ist direkt auf der einen Seite der Quellelektrode S und auf der anderen Seite der zweiten
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Tetroden-Steuerelektrode G1 benachbart, die ihrerseits an die Zugelektrode D angrenzt. Die Steuerelektroden haben in dem Ausführungsbeispiel die Form gebogener, der kreisförmigen Quellelektrode S angepasster Metallstreifen.
Bei der Struktur der Figur 6 wurde die örtliche Lage der Steuerelektroden G. und G„ bei der Anordnung nach der Figur 5 vertauscht.
Die Ersatzschaltung der Halbleiteranordnungen mit Struk-. türen nach den Figuren 5 und 6 ist der Figur 7 zu ent- · nehmen. Die Tetrode T hat die Steuerelektroden G und Gp1 wobei G2 mit der Zugelektrode D2 des Einzeltransistors Tr verbunden ist. Die Quellelektrode S ist beiden Bauelementen gemeinsam.
In der Figur 8 ist eine Mischstufe dargestellt, bei der eine Halbleiteranordnung mit dem Ersatzschaltbild der Figur 7 Verwendung findet. Die Hochfrequenz wird an die Klemmen EE angelegt und gelangt über den Parallelschwingkreis 1^jC1 auf die Steuerelektrode G1 der Tetrode. Die Widerstände R1 und Rp bilden einen an die Steuerelektrode G1 angeschlossenen Spannungsteiler und bestimmen deren
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- Io -
Arbeitspunkt. Genauso wird der Arbeitspunkt der Steuerelektrode G3 des Transistors Tr über den Spannungsteiler aus den Widerständen R,,, R. eingestellt. Die Spule L bestimmt in Verbindung mit dem parallelgeschalteten Kondensator C die Oszillatorfrequenz z. Der Parallelschwingkreis aus L , C ist daher direkt mit der Zugelektrode D„ des Transistors Tr verbunden, die ihrerseits an die Steuerelektrode G„ der Tetrode Te angeschlossen ist. Der Ausgang D. der Tetrode ist mit dem Parallelschwingkreis C^L_ verbunden, aus dem die Zwischenfrequenz induktiv ausgekoppelt wird. Die Kondensatoren C„, C. dienen zur gleichstrommäßigen Entkoppelung; die erforderlichen Betriebsspannungen werden den beiden Batterien mit den Spannungen U- und U_ entnommen.
Eine Halbleiteranordnung mit dem Ersatzschaltbild nach der Figur 7 läßt sich auch für eine verstärkungsgeregelte Stufe gemäß Figur 9 verwenden. Die Widerstände Rg, Rg, R1-, Rr- dienen zur Einstellung der Arbeitspunkte an den Steuerelektroden G3(Tr) und G (Te). Der zwischen die Spannungsquelle und die Zugelektrode des Transistors Tr geschaltete Widerstand R7 ist der Lastwiderstand der nunmehr als erste Verstärkerstufe fungierenden Teilstruktur mit dem Einzeltransistor Tr. Die Zugelektrode D„ und damit
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der Ausgang der ersten Verstärkerstufe ist direkt mit der Steuerelektrode G_ der Tetrode verbunden. So wird das zweifach verstärkte Ausgangssignal an dem mit der Zugelektrode D der Tetrode verbundenen Arbeitswiderähand R. abfallen und über den Anschlußkontakt A entnommen. Die beiden Kondensatoren Cn- und C_ dienen auch hier zur gleichstrommäßigen Entkopplung der Verstärkerschaltung.
Die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Halbleiteranordnung läßt sich gleichfalls in einer Mischstufe verwenden. Nur wird bei einer solchen Struktur das an G^ anliegende Oszillatorsignal im Tetrodenteil zur Veränderung der Verstärkung benutzt und nicht mehr die Wechselspannung der Zugelektrode D».
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Claims (12)

  1. Patentansprüche
    ( Iy Halbleiteranordnung mit einer Feldeffekttransistortetrode und einem weiteren Feldeffekttransistor, dadurch gekennzeichnet, daß beide Bauelemente in einem gemeinsamen Halbleiterkörper untergebracht sind und daß sich eine Elektrode des Feldeffekttransistors zwischen die Quell- und die Zugelektrode der Tetrode erstreckt und dort eine der beiden Steuerelektroden bildet.
  2. 2) Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Quellelektrode dem Feldeffekttransistor und der Tetrode gemeinsam ist und zwischen den Zugelektrodfen der beiden Bauelemente angeordnet ist.
  3. 3) Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Steuerelektrode des. Transistors zwischen die Zugelektrode der Tetrode und die Quellelektrode erstreckt und eine Steuerelektrode der Tetrode bildet.
  4. 4) Halbleiteranordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Bauelementen gemeinsame
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    Steuerelektrode ring- oder rahmenförmig-um die gemeinsame Quellelektrode erstreckt und im Bereich der Tetrode zwischen der Quellelektrode und einer weiteren Steuerelektrode angeordnet ist.
  5. 5) Halbleiteranordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Steuerelektrode des Transistors zwischen die Zugelektrode der Tetrode und eine weitere der Quellelektrode benachbarte Steuerelektrode erstreckt.
  6. 6) Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Zugelektrode des Transistors als eine der beiden Steuerelektroden zwischen die Zugelektrode der Tetrode und die gemeinsame Quellelektrode erstreckt.
  7. 7) Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden der beiden Bauelemente durch eine Isolierschicht von der Halbleiteroberfläche getrennt sind.
  8. 8) Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzdchnet, daß die Steuerelektroden aus unmittelbar auf der Halbleiteroberfläche angeordneten
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    gleichrichtenden Metall—Halbleiterkontakten bestehen.
  9. 9) Halbleiteranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Kanäle zwischen den Zugelektroden und der Quellelektrode durch Anreicherung von Ladungsträgern entstehen.
  10. 10) Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß es sich um Bauelemente handelt, bei denen die Steuerung des Kanalquerschnitts durch Verarmung an Ladungsträgern erfolgt.
  11. 11) Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Anwendung in einer Mischstufe.
  12. 12) Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Anwendung in einem zweistufigen Verstärker.
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