DE2159592C3 - Integrierte Halbleiteranordnung - Google Patents

Integrierte Halbleiteranordnung

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Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Ha'bleiteranordnung, bestehend aus zwei Feldeffekttransistoren in einem gemeinsamen Halbleiterkörper, auf dessen einer Oberflächenseite die Anschlußelektroden angeordnet sind.
Es sind beispielsweise aus »Philips Technische Rundschau« 1969/70 Nr. 5, S. 135-142, Feldeffekttran-
Ij sistoren mit zwei von der Halbleiteroberfläche isolierten Steuerelektroden bekannt, die zwischen einer Source- und einer Drainelektrode angeordnet sind. Solche Transistoren, die vielfach auch als MiS-FET-Tetrode bezeichnet werden, weisen eine sehr kleine Rückwirkungskapazität und einen hohen Innenwiderstand auf und werden vor aiiem für VHF- und UHF-Anwendungen benötigt.
Ferner ist es aus der US-PS 34 36 621 bekannt, zwei einer Schaltung zugehörige Feldeffekttransistoren in einem gemeinsamen Halbleiterkörper zu integrieren, wobei die Anschlußkontakte auf einer Oberflächenseite des Halbleiterkörpers angeordnet sind. Für bestimmte Schaltungen wird eine Tetrode und ein weiterer Feldeffekttransistor benötigt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Halbleiteranordnung der eingangs genannten Art anzugeben, die besonders vorteilhaft in Mischstufen und in Verstärkerschaltungen eingesetzt werden kann. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß einer der Feldeffekttransistoren eine Feldeffekttransistortetrode mit zwei Steuerelektroden ist und daß sich eine Elektrode des anderen Feldeffekttransistors zwischen die Sourceelektrode und die Drainelektrode der Tetrode erstreckt und dort eine der beiden Steuerelektroden bildet.
Die erfindungsgemäße integrierte Halbleiteranordnung zeichnet sich durch einen einfachen, Halbleiterfläche sparenden Aufbau aus. Eine Elektrode wird für beide Feldeffekttransistoren doppelt ausgenutzt. In Mischstufen kann mit dieser Anordnung der Oszillatortransistor und der Mischertransistor realisiert werden. Bei den Feldeffekttransistoren 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 Drain- und den Sourceelektroden angeordnet werden, sofern es sich bei diesen Steuerelektroden um gleichrichtende Metall-Halbleiterkontakte (Schottkykontakte) handelt.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der integrierten Halbleiteranordnung ist eine Sourceelektrode dem anderen Feldeffekttransistor und der Tetrode gemeinsam. In diesem Fall ist die Sourceelektrode zwischen den beiden Drainelektroder der beiden Feldeffekttransistoren angeordnet.
Die erfindungsgemäße Halbleiteranordnung kann sowohl mit Feldeffekttransistoren vom Anreicherungstyp, die selbstsperrend sind, als auch mit Transistoren vom Verarmungstyp, die selbstleitend sind, aufgebaut werden. Bei den selbstsperrenden Transistoren vom Anreicherungstyp fließt bei der Steiierspannung Null
kein Strom zwischen der Drain- und der Sourceelektrode. 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 Drain- und der Sourceelektrode ein leitendes Kanalgebiet zustande kommt.
Bei den selbstleitenden Transistoren vom Verarmungstyp beiieht dieser leitende Kanal bereits bei einer Steuerspannung null. Durch das elektrische Feld bei einer zunehmenden Steuerspannung entsprechender Polarität werden Ladungsträger aus dem Kanalgebiet verdrängt und somit der Kanal mehr und mehr abgeschnürt Um seitliche, die Steuerelektroden umgehende Ströme bei den selbstleitenden Feldeffekttransistören zu vermeiden, wird die Transistorstruktur mit einer Isolationszone umgeben, die so angelegt ist, daß zwischen der Source- und der Drainelektrode praktisch nur Strom unter der Steuerelektrode hindurch fließen kann. '
Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung sowie ihr vorteilhafter Einsatz in geeigneten Schaltungen sollen anhand der Figuren noch näher erläutert werden. Die
Fig. 1, 2, 5 und 6 zeigen mögliche Strukturen der Elektroden der integrierten Halbleiteranordnung. Die
Fi g. 3 zeigt die Schnittansicht einer Halbleiteranordnung. Die
Fig.4 zeigt im Schnitt eine Halbleiteranordnung mit Steuerelektroden ails gleichrichtenden Metall-Halbleiterkontakten. Die
Fig. 7 zeigt das Ersatzschaltbild einer Halbleiteranordnung. Die
Fig.8 zeigt eine Mischstufe, während die Fig.9 einen zweistufigen Verstärker darstellt.
Die Elektrodenstrukturen der Fig. 1, 2, 5 und 6 können sowohl bei MOS-Transistoren als auch bei Transistoren mit Schottky-Kontakt-Steuerelektroden verwirklicht werden.
Die Fig. 1 zeigt eine Elektrodenstruktur, bei der die Steuerelektrode Gj des Transistors zugleich auch die Steuerelektrode Gi der Tetrode bildet. Im Abstand voneinander sind zwei Drainelektroden D\ und D2 angeordnet, zwischen denen die Sourceelektrode S liegt, die beiden Bauelementen gemeinsam ist. Die Elektrode Gj verläuft beispielsweise in Form einer Streifenleitung zwischen der Elektrode Di und der Elektrode Sund erstreckt sich dann noch als Fortsatz Gi zwischen die Drainelektrode D\ und die weitere Steuerelektrode Ou die wiederum zwischen der Elektrode Gi und der Sourceelektrode S liegt. Die beiden Sieuerelektroden G\ und Gi haben die Form von parallel zueinander verlaufenden Streifenleitungen, die beispielsweise der Kreisform der Sourceelektrode S angepaßt sein können. Die zusammenhängenden Elektroden Gi und Gj haben bei einer kreisförmigen Sourceelektrode beispielsweise die Form eines offenen Kreisringes.
Bei der in der Fig. 1 dargestellten Anordnung sind die Elektroden Du Gi, Gu S die Elektroden der Tetrode, während die Elektroden S, Gs, Di dem anderen Feldeffekttransistor zugeordnet sind.
In der Fig.2 ist eine weitere Elektrodenstruktur dargestellt, bei der die Steuerelektroden der Tetrode örtlich miteinander vertauscht wurden. Die der Sourceelektrode benachbarte Steuerelektrode Gi der Tetrode ist zugleich Steuerelektrode G] des Einzeltransistors. Daher kann die Sourceelektrode 5, die beiden Bauelementen gemeinsam ist, mit einem Ringstreifen umgeben werden, der zwischen den Elektroden D> und S die Steuerelektrode G3 des Einzelbauelementes und zwischen den Elektroden 5 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 aneinander anpassen.
In der Fig.3 ist eine Halbleiteranordnung mit einer Elekirodenstruktur gemäß F i g. 2 im Schnitt dargestellt. Man geht von einem Halbleiterkörper 1 des ersten Leitungstyps aus, in den an der Oberfläche nebeneinander angeordnet eine Drainzone 2, eine Sourcezone 4 und eine Drainzone 3 vom zweiten Leitungstyp eingebracht werden. Diese Zonen sind an der Halbleiteroberfläche durch entgegengesetzt dotierte Bereiche des Halbleitergrundkörpers voneinander getrennt. Durch Inversion dieser zwischen den Zonen 2 und 4 bzw. 3 und 4 liegenden Oberrichenbereiche unter dem Einfluß eines elektrischen Feldes, das durch die Steuerspannungen an den Steuerelektroden verursacht wird, werden leitende und steuerbare Widerstandskanäle erzeugt Diese Oberflächenbereiche sind bei MOS-Strukturen mit einer Oxydschicht 5 bedeckt, auf der die Steuerelektroden angeordnet sind. Die Drainzone 2 der Tetrode ist mit der Drainelektrode D\, die Drainzone 3 des Einzeltransistors mit der Drainelektrode Di und die Sourcezone 4 beider Bauelemente mit der Sourceelektrode S versehen. Auf der Oxydschicht verlaufen zwischen den Elektroden D\ und 5 die Steuerelektroden G\ und Gi, wobei sich die Elektrode Gi als Steuerelektrode Gj auch zwischen die Sourceelektrode 5 und die Drainelektrode Di erstreckt.
In der F i g. 4 ist eine entsprechende Halbleiteranordnung mit Schottky-Kontakt-Steuerelektroden dargestellt In einen schwachdotiert.en Halbleitergrundkörper 1 vom ersten Leitungstyp wurde eine Zone 6 vom zweiten Leitungstyp eingebracht. In diese Zone 6 wurden im Abstand voneinander die Drainzone 8, die Svurcezone 9 und die Drainzone 10 vom zweiten Leitungstyp eingelassen. Die Halbleiteroberfläche zwischen den Zonen 8 und 9 bzw. 9 und 10 wurde freigelegt und mit den gleichrichtenden Metall-Halbieiterkontakten G\, Gi und Gj bedeckt. Da die dargestellte Halbleiteranordnung mit selbstleitenden Transistoren aufgebaut ist, mußte der aktive Bereich der Halbleiteranordnung mit einer Separationszone 7 vom ersten Leitungstyp umgeben werden, die ungesteuerte Randströme zwischen der Source- und den Drainelektroden verhindert.
In der Fig.5 ist eine Elektrodenstruktur dargestellt, bei der sich die Drainelektrode Di des Einzeltransistors zugleich als Steuerelektrode Gi zwischen die Drainelektrode D] der Tetrode und die Souneelektrode S erstreckt. Die Steuerelektrode Gi ift direkt auf der einen Seite der Sourceelektrode Sund auf der anderen Seite der zweiten Tetroden-Steuerelektrode G\ benachbart, die ihrerseits an die Drainelektrode D\ angrenzt. Die Steuerelektroden haben in dem Ausführungsbeispiel die Form gebogener, der kreisförmigen Sourceelektrode S angepaßter Metallstreifen.
Bei der Struktur der Fig.6 wurde die örtliche Lage der Steuerelektroden Ct und Gi bei der Anordnung nach der F i g. 5 vertauscht.
Die Ersatzschaltung der Halbleiteranordnungen mit Elektrodenstrukturen nach den Fig. 5 und 6 ist der Fig. 7 zu entnehmen. Die Tetrode Tc hat die
Steuerelektroden Gi und Gj. wobei Gi mit der Drainelektrode Di des anderen Feldeffekttransistors Tr verbunden ist. Die Sourceelektrode S ist beiden Bauelementen gemeinsam.
In der Fig.8 ist eine Mischstufe dargestellt, bei der eine Halbleiteranordnung mit dem Ersatzschaltbild der Fig. 7 Verwendung findet. Die Hochfrequenz wird an die Klemmen EE angelegt und gelangt über den Parallelschwingkreis Lu G auf die Steuerelektrode C, der Tetrode. Die Widerstände Rt und /?2 bilden einen an die Steuerelektrode G\ angeschlossenen Spannungsteiler und bestimmen deren Arbeitspunkt. Genauso wird der Arbeitspunkt der Steuerelektrode G> des Transistors Tr über den Spannungsteiler aus den Widerständen Ri, Ra eingestellt. Die Spule Ln bestimmt in Verbindung mit dem parallelgeschalteten Kondensator G die Oszillatorfrequenz 7.. Der Parallelschwingkreis aus Ln. Co ist daher direkt mit der Drainelektrode D2 des Transistors Tr ν*Γ^*Μπ^ρπ Aip !hr**r5isits *ϊπ d'c Steuerelektrode Gt der Tetrode Te angeschlossen ist. Der Ausgang D\ der Tetrode ist mit dem Parallelschwingkreis C)Lj verbunden, aus dem die Zwischenfrequenz induktiv ausgekoppelt wird. Die Kondensatoren G, G dienen zur gleichstrommäßigcn Entkopplung; die erforderlichen Betriebsspannungen werden den beiden Batterien mit den Spannungen U\ und Ui entnommen.
Eine Halbleiteranordnung mit dem Ersatzschaltbild nach der F i g. 7 läßt sich auch für eine verstärkungsgeregelte Stufe gemäß F i g. 9 verwenden. Die Widerstände Rs. Rt. /?5, Rk dienen zur Einstellung der Arbeitspunkr. te an den Stcuerclcktroden Gi(Tr) und G\(Te). Der zwischen die Spannungsquelle und die Drainelektrode des Transistors Tr geschaltete Widerstand Rj ist der Lastwiderstand der nunmehr als erste Verstärkerslufe fungierenden Teilstruktur mit dem Einzeltransistor Tr.
ίο Die Drainelektrode Di und damit der Ausgang der ersten Verstärkerstufe ist direkt mit der Steuerelektrode Gi der Tetrode verbunden. So wird das zweifach verstärkte Ausgangssignal an dem mit der Drainelektrode Di der Tetrode verbundenen Arbeitswiderstand
π /fm abfallen und über den Anschlußkontakt A entnommen. Die beiden Kondensatoren C, und C* dienen auch hier zur gleichstrommäßigen Entkopplung der Verstärkerschaltung.
Finp Halhlpilprannrdming mit in den F i g. 1 und 2 dargestellten Elektrodenstrukturen läßt sich gleichfalls in einer Mischstufe verwenden. Nur wird bei einer solchen Struktur das an Gj anliegende Oszillatorsignal im Tetrodenteil zur Veränderung der Verstärkung benutzt und nicht mehr die Wechselspannung der Drainelektrode Di.
Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (12)

1 Patentansprüche:
1. Integrierte Halbleiteranordnung, bestehend aus zwei Feldeffekttransistoren in einem gemeinsamen Halbleiterkörper, auf dessen einer Oberflächenseite die Anschlußelektroden angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß einer der Feldeffekttransistoren (Te, Tr) eine Feldeffekttransistortetrode (Te) mit zwei Steuerelektroden (G], G2) ist und daß sich eine Elektrode (&, D2) des anderen Feldeffekttransistors (Tr) zwischen die Sourceelek-. trade (S) und die Drainelektrode (O1) der Tetrode (Tr) erstreckt und dort eine der beiden Steuerelektroden (Gu G2) bildet.
2. Integrierte Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sourceelektrode (S) dem Feldeffekttransistor (Tr) und der Tetrode (Te) gemeinsam ist und zwischen den Drainelektroden (Di, .O2) der beiden Bauelemente angeordnet ist.
3. Integrierte Halbleiteranordnung nach Anspruch
1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Steuerelektrode (Gs) des Transistors (Tr) zwischen die Drainelektrode (D]) der Tetrode (Te) und die Sourceelektrode (S) erstreckt und eine Steuerelektrode (G2) der Tetrode (Te)bWdei.
4. Integrierte Halbleiteranordnung nach Anspruch
2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die beiden Bauelementen gemeinsame Steuerelektrode (G2) ring- oder rahmenförmig um die gemeinsame Sourceelektrode (S) erstreckt und im Bereich der Tetrode (Ij) zwischen der Sourceelektrode (S) und einer weiteren Steuerelektrode (G\) angeordnet ist.
5. Integrierte Halbleiteranordnung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Steuerelektrode (G3) des Transistors (Tr) zwischen die Drainelektrode (D]) der Tetrode (Te) und eine weitere der Sourceelektrode (S) benachbarte Steuerelektrode (Gi) erstreckt (F i g. 1).
6. Integrierte Halbleiteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Drainelektrode (D2) des Transistors (Tr) a\s eine der beiden Steuerelektroden (G2) zwischen die Drehelektrode (D]) der Tetrode (Te) und die gemeinsame Sourceelektrode (^erstreckt.
7. Integrierte Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden (G], G2, Gj) der beiden Bauelemente durch eine Isolierschicht (5) von der Halbleiteroberfläche getrennt sind.
8. Integrierte Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerelektroden (G], G2, Gj) aus unmittelbar auf der Halbleiteroberfläche angeordneten gleichrichtenden Metall-Halbleiterkontakten bestehen.
9. Integrierte Halbleiteranordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbaren Kanäle zwischen den Drainelektroden und der Sourceelektrode durch Anreicherung von Ladungsträgern entstehen,
10. Integrierte Halbleiteranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung des Kanalquerschnitts durch Verarmung an Ladungsträgern erfolgt.
11. Integrierte Halbleiteranordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Anwendung in einer Mischstule.
12. Integrierte Halbleiteranordnung nach einem
der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre Anwendung in einem zweistufigen Verstärker.
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