DE2313196A1

DE2313196A1 - Transistorppaaranordnung

Info

Publication number: DE2313196A1
Application number: DE19732313196
Authority: DE
Inventors: Mitsuo Aihara; Takao Arakawa; Gijun Idei
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1972-03-16
Filing date: 1973-03-16
Publication date: 1973-10-04
Also published as: JPS53675B2; AU470370B2; JPS4895194A; AU5334173A; FR2176129B3; GB1421924A; FR2176129A1; CA972071A; IT979867B

Description

Patentanwälte Dipl.-kg. W. Scherrmönn Dr.-Ing. R. Riigcr

75 Esslingen (Neckar), Pabrikstraße 24, Postfach 348

16. März 1973

PA ζ n-map Telefon

£-«. J UCUUXe Stuttgart (0711)256539

359619

Telegramme Patentschutz Esslingenneckar

TOKYO SHIBAURA. ELECTRIC CO., LTD», 72 Horikawa-cho, Saivrai-ku

Kavjasaki-shi , Japan

Transistorpaaranordnung

Die Erfindung betrifft eine Transistorpaaranordnung, die als Wirkelemente in solchen Hälften eines Schaltkreises angewendet werden, der beispielsweise aus einem Differentialverstärker besteht, deren Schaltungsaufbau und elektrischen Eigenschaften einander im wesentlichen gleich sein sollen.

Bei zahlreichen mit einem Gleichstromverstärker ausgerüsteten elektrischen Geräten wird ein Differentialverstärker im allgemeinen deshalb als günstig angesehen, da ei soweit wie möglich dafür sorgt, daß das Betriebsverhalten dieser Geräte nicht mit der Versorgungsspannung oder Umgebungstemperatur des Gleichstromverstärkers variiert.

Ein soJ^her Differenzialverstärker enthält bekanntlich diejenigen Wirkelemente.der beiden Schaltungshälften, an die die Forderung gestellt ist, daß sie etwa den gleichen

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mm O ·*»

Schaltungsaufbau und die gleiche Funktion haben. Die Wirkelemente der beiden Schaltungshälften bestehen aus gepaarten Transistoren, deren elektrische Eigenschaften so bemessen oder ausgelegt sind, daß sie einander soweit wie möglich gleichen.

Solche gepaarten Transistoren des Differentialverstärkers bestehen manchmal aus bipolaren Transistoren mit Emitter-, Basis- und Kollektorelektroden, die nur für einen solchen Verstärker anwendbar sind, der eine relativ niedrige Eingangsimpedanz besitzt. Ein Gleichstromverstärker allgemeiner Bauart, der diesen Differentialverstärker enthält, soll jedoch eine möglichst hohe Fxngangsimpedanz besitzen. Aus diesem Grund werden üblicherweise Feldeffekttransistoren mit isoliertem Tor bzv:. Störstellenübergahg verwendet, die eine Emitter-, Tor- und Kollektorelektrode besitzen,

Feldeffekttransistoren haben jedoch den Nachteil, daß sie, selbst wenn man sie unter den gleichen Bedingungen herstellt, weit mehr voneinander abweichende Eigenschaften aufweisen als bipolare Transistoren. Die Ursache scheint darin zu liegen, daß es äußerst schwierig ist, die Gleichmäßigkeit des Abstandes zwischen den Emitter- und Kollektorbereichen der entsprechenden Feldeffekttransistoren aufrechtzuerhalten, die auf einem Halbleitersubstrat gebildet werden. Diese Ungleichmäßigkeiten beziehen sich auch auf die Tiefe der in das Substrat hinein difundierten Verunreinigungen, auf den Gradient der Konzentrationsverteilung der difundierten Verunreinigungen sowie auf die Dicke der Isolationsschicht (bei einem Feldeffekttransistor mit iscliertem Tor), die auf einer vorbestimmten Fläch? des Halbleitersubstrats gebildet wird.

Es war deshalb bisher üblich, die elektrischen Eigenschaften von Feldeffekttransistoren zu messen, die einzeln in bekannten Verfahren für gepaarte oder Doppeltransistoren

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hergestellt worden sind und solche Transistoren gruppenweise auszuwählen/ deren elektrische Eigenschaften soweit wie möglich gleich sind. Solche Klassifizierung nimmt jedoch viel Zeit und Arbeitskraft in Anspruch und schließt eine Massenproduktion gepaarter Transistoren aus.

Wenn auf deranderen Seite zahlreiche Feldeffekttransistoren auf einem einzigen Halbleitersubstrat mit dem gleichen Verfahren hergestellt werden, ist es üblich, zwei Transistoren Ql und Q2 gemäß Fig. IA und IB als Paar auszuwählen, die auf der vorbestimmten Oberfläche·. 12 eines n-Schichtsubstrates 11 so dicht wie möglich zueinander gebildet sind.

Die Feldeffekttransistoren Ql und Q2 nach Fig. IA und IB besitzen eine Bauart nit isoliertem Tor. Die Bezugszeichen 131, 141, 132 und 142 zeigen einen ersten Emitterbereich, einen ersten Kollektorbereich, einan zweiten Emitterbereich und einen zweiten Kollektorbereich, die durch Difusion von p-leitenden Verunreinigungen gebildet werden, komplementär zu dein n-Schichtsubstrat 11 auf einem darauf vorgesehenen Oberflächenbereich 12. Die Bezugszeichen Sl, Dl, S2 und D2 bezeichnen z.B. aus Aluminium bestehende Metallelektroden, die im ersten Emitterbereich 131, im ersten Kollektorbereich 141, im zweiten Emitterbereich 132 und im zweiten Kollektorbereich 142 vorgesehen sind. Die Bezugszeichen Gl und G2 bezeichnen eine erste Torelektrode, die durch eine Isolierschicht 15, z.B. SiO₂ auf dem Teil der SubstratflÜcne 12 gebildet ist, die zwischen den ersten Emitterbereich 131 und dem ersten Kollektorbereich 141 hergestellt worden ist bzw. eine zweite Torelektrode, die in der gleichen Weise auf dem Teil der Substratfläche 12 besteht, die zwischen dem zweiten Emitterbereich 132 und dem zweiten Kollektorbereich 142 besteht..

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Flg. 2 ist ein schematlscher Schaltkreis eines bekannten pifferentialverstärkers mit zwei Feldeffekttransistoren Ql und Q2, die nach oben angegebenem Verfahren hergestellt worden sind. Die Emitter der Transistoren Ql und Q2 sind beide an die positive oder negative Klemme einer nicht gezeigten Gleichstromquelle angeschlossen. Die Kollektoren der Transistoren Ql und Q2 sind über die Belastungswider— stände 21 bzw. 22 mit der anderen Klemme der Gleichstromquelle verbunden, während die Torklemmen der Transistoren an die nicht gezeigten Signaleingänge angeschlossen sind. -

Die Feldeffekttransistoren, die die Wirkelemente der beiden Halbabschnitte eines Differeritialverstärkers nach Fig. 2 bilden und nach dem Verfahren gemäß Fig. lAund IE mit im wesentlichen gleichen /mfbau und Funktion hergestellt worden sind, zeigen jedoch wegen der oben genannten Gründe wesentlich niedrigere oder schlechtere elektrische Paareigenschaften als bipolare Doppeltransistoren mit Emitter, Basis und Kollektor.

Wird eine Differenz zwischen den Toreingangsspannungen gepaarter Transistoren vorgesehen, die einen gleich großen Kollektorstrom erzeugen sollen, d«h. eine versetzte oder abweichende Eingangsspannung als Richtwert zur Schätzung Oder Bewertung der elektrischen Paareigenschaften der Transistoren, so zeigen gepaarte bipolare Transistoren, die Emitter, Basis und Kollektor aufweisen, eine Änderung von nur - 15 mV bei dem maximalen Versatz der Eingangsspannung, während, wie weiter unten im Zusammenhang mit den Figuren 7 und 9 gezeigt werden wird, gepaarte Flächen-Feldeffekttransistoren (J-FiT) eine beträchtlich größere Änderung von - 70 mV maximal zeigen und gepaarte Feldeffekttransistoren mit isolier Lern Tor oder Metalloxydhalbleiter (MOSFET) eine besonders große Änderung von

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- 200 mV bei dem maximalen Eingangsspannungsversatz besitzen. Der Grund, weshalb J-FET's geringere Veränderungen in den elektrischen Paareigenschaften als die gepaarten MOSFET¹ s zeigen, liegt wahrscheinlich darin, daß ein J-FET keine Torisolierschicht wie ein MOSFET besitzt.

Ziel der Erfindung ist eine gepaarte Transistoranordnung, die die elektrischen Paareigenschaften solcher Halbabschnitte eines zugeordneten Schaltkreises deutlich verbessert, der z.B. einem Differentialverstärker zugeordnet ist, die im wesentlichen den gleichen Schaltungsaufbau und die gleiche Funktion haben sollten, wenn die Transistoranordnung die Wirkelemente der beiden Halbabschnitte bilden.

Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung durchgeführte Untersuchungen haben ergeben, daß, wenn die Wirkelemente derjenigen beiden Halbabschnitte einer gepaarten Transistorschaltung, z.B. eines Differentialverstärkers, die im wesentlichen den gleichen Aufbau und die gleiche Funktion haben sollen, jeweils aus zwei oder mehreren Transistoren,insbesondere der Feldeffektbauart bestehen, dann die beiden Halbabschn:'.tte beträchtlich kleinere Änderungen der elektrischen Paareigenschaften zeilen, als wenn die Wirkelemente der beiden Halbabschnitte entsprechend dem Stand der Technik jeweils aus einem einzelnen Transistor hergestellt sind. Insbesondere wurde gefunden, daß, wenn die Wirkelemenxe der beiden Halbabschnitte jeweils aus einer Gruppe aus zwei oder mehr diagonal einander gegenüberliegenden parallel geschalteter Feldeffekttransistoren bestehen, die aus einer Vielzahl solcher Transistoren stammen, die in einer Matrixanordnung auf einem einzigen Halbleitersubstrat mit dem

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gleichen Verfahren hergestellt worden sind, dann die beiden Halbabschnitte dazu neigen, deutlich verringerte Änderungen in den elektrischen Paareigenschaften zu zeigen.

Die Transistorpaaranordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Wirkelemente der beiden Halbabschnitte einer Transistorpaarschaltung; beispielsweise eines Differentialverstärkers, zwei Gruppen enthalten, die jeweils zwei einander diagonal gegenüberliegende, parallel verbundene Felaeffekttransistoren enthalten, die aus einer Mehrzahl von Transistoren stammen, die nach Art einer Matrix auf einem Halbleitersubstrat durch das gleiche Verfahren hergestellt und mit ihren Emitter-, Tor- und Roilektorelektroden miteinander parallel verbunden sind.

Die Erfindung ist nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. IA eine schematische Draufsicht eines MOSFET-Paares auf einem Halbleitersubstrat nach dem Stand der Technik,

Fig. IB einen Schnitt nach der Linie 1-1 in Fig. IA, Fig. 2 ein schematisches Schaltbild eines bekannten Differentialverstärkers mit einem MOSFET-Paar gemäß Fig. IA und IB,

Fig. 3A eine schematische Draufsicht auf ein Feldeffekttransistor-Paar auf einem Halbleitersubstrat nach der Erfindung,

Fig. 3B einen Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 3A, sofern das Transistorpaar nach Fig. 3A eine Bauart mit isoliertem Tor aufweist,

Fig. 3C einen Schnitt nach der Linie 3-3 in Fig. 3A, für den Fall, wo die Transistoren nach Fig. 3A eine Bauart mit Flächenkontakt aufweisen»

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Fig, 4 ein Schaltbild eines Differentialverstärkers mit Feldeffekttransistorpaaren entsprechend Fig. 3Ä und 3B oder 3C₀

FIg» 5 und 6 zwei verschiedene Muster für die kollektiv von vier Feldeffekttransistoren gezeigten Eigenschaften auf einem Halbleitersubstrat, wobei zwei Transistoren in seitlicher Richtung und zwei Transistoren in Längsrichtung angeordnet sind,

Fig« 7 ein Diagramm für die Beziehung zwischen der Paarzahl geprüfter bekannter MOSFET's und der jeweils tatsächlich gemessenen Tor-Abweichspannung in jedem Paar,

Fig. 8 ein Diagramm über die Beziehung der Paarzahl von geprüften MOSFET¹S nach der Erfindung und der für jedes Paar tatsächlich gemessenen Tor-Abweiehspannung,

Fig. 9 ein Diagramm über die Beziehung der Paarzahl bekannter geprüfter J-FET¹S und der jeweils gemessenen Tor-Abweiehspannung,

Fig. 10 ein Diagramm über die Beziehung der Paarzahl gemes·* sener J-FET¹S nach der Erfindung und der tatsächlich gemessenen jeweiligen Tor-Abweichspannur.g, und

Fig«11 - 13 verschiedene Gruppierungsarten für die Diagonalanordnungen der Feldeffekttransistoren nach der Erfundung mit jeweils einer dadurch gebildeten Matrix-Anordnung.

Entsprechend Fig. 3A und 3B ist eine Integrierte Halbleiterschaltungsplatte teilweise durch eine Transistorpaaranordnung nach der Erfindung gebildet. Auf der Trägerplatte sind in einer Matriscanordnung durch das gleiche Verfahren mehrere MOSFET⁴S gebildet, im vorliegenden Fall vier Transistoren QIl, Q12, Q 13 und 014 und bilden eine Transistorpaararordnung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. Die vier MOSFET's sind in Längs- und Querrichtung aneinander angrenzend auf der vorgeschriebenen Oberfläche 32

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eines Halbleiterträgers oder Substrats 31 mit beispielsweise η-Leitfähigkeit«

Zunächst werden Verunreinigungen der p-Leitfähigkeit komplementär zu der n-Substratschicht 31 von zwei in Längs- bzw« Querrichtungen dicht zueinander benachbarten Punkten der vorbestimmten Substratoberfläche 32 eindix'undiert, so daß die ersten Emitter- und Kollektorbereiche 331 bzw. 341 sowie zweite Emitter- und Kollektorbereiche 232 bzw. 242, dritte Emitter- und Kollektorbereiche 333 bzw. 343 sowie vierte Emitter- und Kollektorbereiche bzw. 344 entstehen. Auf die ersten bis vierten Emitterbereiche 331, 332, 333 uid 334 werden Metallelektroden SIl, S12, S 21 und S 22 aufgesetzt, die z.B. aus Aluminium bestehen, während auf die ersten bis vierten Kollektorbereiche 341, 34 2, 343 und 344 ähnliche Metallelektroden DIl, D12, D21 und D22 aufgesetzt werden. Die Teile der Substratfläche 32 zwischen den ersten bis vierten Emitterelektroden und ersten bis vierten Kollektorelektroden werden jeweils mit Tor- oder Gitterelektroden GIl, G12, G21 bzw. G 22 auf einer gemeinsamen Isolierschicht 35 versehen. Zwei Gruppen der diagonal gegenüberliegenden MOSFET^xs QIl - Q22 und Q12 - Q 21 haben ihre Emitter-, Tor- und Kollektorelektroden jeweils miteinander verbunden. J-FET's werden gemäß Fig. 3C in der gleichen Weise wie MOSFET's hergestellt, mit der Ausnahme, daß die Isolierschicht 35 fehlt.

Fig. 4 ist ein schematisches Schaltbild eines Differentialverstärkers, in dem die Wirkelernente der beiden Halbabschnitte aus zwei Gruppen miteinander parallel verbundener MOSFET's oder J-FET's QlI - Q22 und Q 12-Q21 bestehen. GemäL Fig. 3A sind die Transistoren,die diese beiden Gruppen bilden, zueinander diagonal in einer Matrix-Anordnung auf der Trägerschicht vorgesehen.

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Die parallel geschlossenen Emitterklemmen der beiden Feldeffekttransistorgruppen QIl - Q22 und Q12 - Q21 sind gemeinsam an die positive oder negative Klemme einer nicht gezeigten Gleichstromquelle angeschlossen. Die parallel geschalteten Kollektorklerranen sind gemeinsam an die gegenüberliegende Klemme der Gleichstromquelle über Belastungswiderstände 41 und 42 angeschlossen, während die zueinander parallel liegenden Tor- oder Gitterklemmen an die entsprechenden Eingangssignalquellen geführt sind«

Wenn die Wirkelemente der beiden Halbabschnitte eines Differentialverstärkers gemäß Fig. 4 aus zwei Gruppen von MOSFET¹S oder J-FET's bestehen, die der in Fig. 3A und 3B oder 3C gezeigten Bauweise entsprechen, so zeigen diese Wirkelemente wie weiter unten noch beschrieben wird, weit geringere Änderungen in den elektrischen Paareigenschaften als der in Fig» 2 gezeigte bekannte Differentiälverstärker.

Fig. 5 und 6 zeigen verschiedene typische Muster von qualitativ gemessenen elektrischen Eigenschaften von vier p-Kanal MOSFET's QIl, Q12, Q 21 und Q 22, die auf einer Halbleiterträgerschicht im gleichen Verfahren zu einer Matrix angeordnet worden sind, wobei zwei der MOSFET's in Längsrichtung und zwei in Querrichtung der Matrix liegen, um die elektrischen Eigenschaften der MOSFET's nach Fig. 5 und 6 zu bestimmen oder abzuschätzen, sei angenommen, daß ein Bezugs-MOSFET eine Gitterspannung von 5 Volt besitzt für einen Kollektorstrom von 10 Mikro-Ampere und diese elektrische Eigenschaft durch den numerischen Wert 10 dargestellt wird. Unter dieser Voraussetzung wurden die in Fig. 5 und 6 angegebenen numerischen Werte durch Erhöhung des Bezugswertes von 10 um jeweils eins, also 11, 12, .... erzielt, wobei jedesmal die Tor- oder Gitterspannung der MOSFET's CH, Q12, Q21 und Q22 um einen vorbeschriebenen Betrag, beispielsweise 10 Millivolt in positiver Richtung verschoben wurde, um den gleichen Kollektorstrom zu er-

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reichen (im vorliegenden Fall 10 Mikroampere) und wobei der Bezugswert von 10 jeweils um eins, also 9, 8, .... jedesmal dann verringert wurde, wenn die Gitterspannung der MOSFET's um 10 Millivolt in negativer Richtung verschoben wurde. Gemäß Fig. 5 hat die elektrische Eigenschaft des MOSFET Q12 im Vergleich zu der des in der. gleichen Reihe bezüglich der Richtung der X-Achse benachbarten MOSFET QlI um 2 abgenommen, und in ähnlicher Weise besitzt der MOSFET Q22 eine um 2 geringere elektrische Eigenschaft als der horizontal benachbarte MOSFET Q21. Im Gegensatz dazu zeigen in Richtung der Y-Achse die MOSFET's Q21 und Q22 um einen Wert 4 höhere elektrische Eigenschaften als die in der gleichen Y-Richtung benachbarten MOSFET's QIl, bzw. Q12. üntersuchungsergebnisse haben bestätigt, daß, wie auch Fig. 5 zeigt, in der gleichen Reihe und auch in der gleichen Spalte angeordnete MOSFET-'s elektrische Eigenschaften aufweisen, die der Reihenfolge nach um einen im wesentlichen gleichbleibenden Betrag variieren, wobei dieses Ergebnis für die meisten (mehr als 90 % bei.MOSFET's) einer Vielzahl Transistoren gilt, die entsprechend einer Matrix auf einer Halbleiterträgerschicht für das gleiche Verfahren dicht beinander angeordnet und integriert sind. Gemäß Fig. 6 zeigen die in einer Reihe nebeneinander liegenden MOSFET's (z.B. Q21 und Q22) elektrische Eigenschaften, deren Bemessungswert im wesentlichen um den gleichen Betrag in entgegengesetzter Beziehung zu den MOSFET's variiert, die nebeneinander in einer anderen Reihe (z.B. QIl und Q12) angeordnet sind, in dem Sinne, daß die elektrischen Eigenschaften einer MOSFET-Giuppe, z.B. Q21 und Q22, in Richtung der X-Achse zunehmende Werte zeigen, während die. elektrischen Eigenschaften einer anderen MOSFET-Gruppe, beispielsweise QIl und Q12, in Richtung der X-Achse

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allmählich abnehmende Werte zeigen« Die auf der Grundlage der Erfindung durchgeführten Versuche haben außerdem ergeben, daß ein solch ungewöhnliches Verteilungsmuster der elektrischen Eigenschaften höchst unwahrscheinlich bei einer integrierten Transistoranordnung auf einer Trägerschicht vorkommt. Dementsprechend kann erwartet werden, daß die beiden Halbabschnitte einer Differentialverstärkerschaltung, deren Wirkelemente aus zwei Gruppen von mehr als zwei wechselseitig benachbart parallel angeschlossenen Transistoren bestehen, in ihren elektrischen Eigenschaften durch die beiden miteinander parallel verbundenen Transistorgruppen im wesentlichen aneinander angeglichen werden, so daß die elektrischen Paareigenschaften der beiden Halbabschnitte, kollektiv gesehen, in der Abweichung oder Änderung beträchtlich verringert werden·

Durch Untersuchungen hat sich jedoch auch herausgestellt, 4aß, wenn die Wirkelemente der beiden Halbabschnitte einer Differentialverstärkerschaltung aus parallel geschalteten Transistoren bestehen, die zunächst in der gleichen Reihe oder Spalte einer auf einem Halbleiterträger integrierten Matrix angeordnet sind, dann die elektrischen Eigenschaften der entsprechenden Halbabschnitte beträchtlich verringerte Änderungen aufweisen, während die elektrischen Pa~reigenschaften der beiden Halbabschnitte weniger gegenüber den Änderungen verbessert sind. Die Ursache wird darauf zurückzuführen sein, daß die beiden Gruppen parallel geschalteter Transistoren, die zunächst in der gleichen Reihe oder Spalte angeordnet waren, im wesentlichen die gleiche physikalische Zwischenbeziehung wie beim herkömmlichen Aufbau besitzen, wo diese Wirkelemente der beiden Halbabschnitte einer Diffexentialverstärkerschaltung jeweils aus einem einzelnen Transistor bestehen.

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Wenn demgegenüber die Wirkelemente der beiden Halbab- _: schnitte einer Differentialverstärkerschaltung·aus zwei Gruppen diagonal angeordneter Transistoren bestehen, die auf einem Halbleiterträger mit dem gleichen Verfahren zu einer Matrix- angeordnet sind, wobei jeweils wenigstens zwei Transistoren nebeneinander* in Längs- und Querrichtung der Matrix nebeneinanderliegen, und die später miteinander parallel verbunden worden sind, so bestehen dann die Wirkelemente der beiden Halbabschnitte aus zwei Gruppen diagonal angeordneter Transistoren, in denen ein Transistor einer Reihe (oder Spalte) mit einem Maximalwert, oder einer Maximalbewertung der elektrischen Eigenschaft mit Transistoren anderer benachbarter Reihen (oder Spalten) gekoppelt wird, deren elektrische Eigenschaften stetig abnehmende Werte zeigen (wobei Fig. 6 einen Ausnahmefall zeigt), so daß nicht nur die elektrischen Eigenschaften der Kalbabschnitte selbst, sondern auch die elektrischen Paareigenschaften der Halbabschnitte gemeinsam sehr wirksam in ihrem Änderungsverhalten begrenzt bzw. auf einen Minimalx^ert gebracht werden.

Nachfolgend sind die Differenzen Lf zwischen zwei beliebigen MOSFET¹S angegeben, die aus vier MOSFET's ausgewählt worden sind, deren elektrische Eigenschaften durch die numerischen Werte gemäß Fig. 5 ausgedrückt worden sind.

(QIl, 012)= jIO - 8 j = 2

(021, 022) =|14 -12 j = 2

(QIl, Q21) =jl0 - 141 = 4

(Q12, Q22) =| 8 - 12 j = 4

(QIl, 022) =|10 - 12| -2

(012, Q21) =i 8 - 14I = 6

Eine aus zwei MOSFET¹S bestehende Gruppe, die in feiner Reihe oder in einer angrenzenden REihe angeordnet ist, und eine andere MOSFET-Gruppe, die in einer Spalte und in einer

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benachbarten anderen Spalte angeordnet ist,zeigen Änderungen Af in den elektrischen PAareigenschaften wie nach-.folgend numerisch angegeben, wenn jeweils zwei MOSFET¹s später miteinander parallelgeschaltet werden.

Ixt (QIl /Q112, Q21 // Q22) = -1°-+£ - Ü±i2 = 4 (Reihen)

Äf (QIl /Q21, Q12 // Q22) = I2+M_ £+12 _{= 2} _{Spalten)

Im Gegensatz dazu zeigen zwei Gruppen diagonal angeordneter MOSFET's, die erfindungsgemäß aus einer Mehrzahl von MOSFET's einer Matrix-Anordnung ausgewählt worden sind, kollektiv eine numerisch nachfolgend angegebene Änderung f in den elektrisehen Paareigenschaften, wenn alle diagonal zueinander angeordneten MOSFET's später parallel geschaltet werden.

(QIl/ Q22, Q12^ Q21) - ^ψ^ 5+ii = ο ... (3a)

Die vier MOSFET's mit dem TAilungsmuster der elektrischen Eigenschaften gemäß Fig. 4 zeigen gemeinsam anschließend numerisch angegebene Änderungen A f in den elektrischen Paareigenschaften.

4f (QIl, Q12) =7-4=3

(Q21, Q22) = 1-3 =2

(QIl, Q21) = 7 —1 =6

(Q12, Q22) = 4-3 =1 ·***' ^(lb)

(QIl, Q22) =7-3 =4

(Q12, Q21) =4-1=3

(QIl /Q21, Q12 /Q22) = 1ψ - ±ψ- =

Af (QIl /Q21, Q12//Q22) = 7+1 4-3 _ , _ς (2b)

££ (011^022, Q12/O21) = 2ψ. i±i =2.5 (3b)

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wonach.die Wirkelemente der beiden Halbabschnitte, wie aus den Gleichungen la) - 3a) hervorgeht, wesentlich bessere elektrische Paareigenschaften als die Transistorpaaranordnung nach dem Stand der Technik zeigen, in der die Wirkeleir.ente der beiden Halbabschnitte jeweils aus einem einzelnen Feldeffekttransistor bestehen» Die Gleichungen (Ib) - (3b) zeigen einen Ausnahmefall und geben nicht die Verteilungsmuster der elektrischen Eigenschaften wieder, die hier näher zu betrachten sind; Wenn jedoch zwei Gruppen diagonal angeordneter Transistoren, z.B. QIl, 022 und CÜ2-Q21 erfindungsgemäß aus den vier Transistoren gemäß Fig. 6 ausgewählt werden und als Wirkelemente für die beiden Halbabschnitte einer Differentialverstärkerschaltung angewendet werden, so werden die elektrischen Paareigenschaften der beiden Halbabschnitte merklich verbessert.

Fig. 7 zeigt ein Diagramm für die Beziehung des tatsächlich gemessenen Absolutwertes der Gitter- oder Torabweichspannung und der Anzahl der benachbarten MOSFET-Paare, die gemäß dem Stand der Technik, aus MOSFET's ausgewählt worden sind, sich in der gleichen Reihe oder Spalte ihrer auf der Halbleiterträgerschicht integrierten Matrix befinden. Fig. zeigt ein Diagramm für die Beziehung der tatsächlich gemessenen Absolutwerte der Gitter'- oder Torabweichspannung und der Anzahl der parallel geschlossenen Paare benachharter diagonal angeordneter MOSFET¹s, die erfindungsgemäß aus MOSFET¹S ausgewählt worden sind und sich in vorbestimmten Reihen oder Spalten einer auf einer Halbleiterträgerschicht integrierten Matrix befinden.

Fig. 9 und 10 sind ähnliche Diagramme wie in Fig. 7 und 8 mit der Ausnahme, daß die MOSFET's durch J-FET¹S ersetzt sind. Fig. 9 zeigt den Stand der Technik und Fig. 10 hat Bezug zur vorliegenden Erfindung. Aus Fig. 7 bis 10 geht deutlich hervor, daß sich erfindungsgemäß merkliche Verbesserungen erreichen lassen. Die mit Kreisen angegebenen

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Hinweise in diesen Figuren beziehen sich auf Durchschnittswerte der Gitter-Abweichspannung.

Das vorbeschriebene Ausführungsbeispiel betrifft den Fall, · in dem die beiden Halbabschnitte einer Transistorpaaranordnung aus zwei miteinander parallel geschalteten Paaren benachbarter diagonal angeordneter MOSFET's bestehen, die aus einer Mehrzahl von MOSFET's ausgewählt werden, welche in vorbestimmten Reihen oder Spalten einer MATRIX-Anordnung einer integrierten Halbleiterschaltung enthalten sind. Die Erfindung ist jedoch selbstverständlich nicht auf eine Transistorpaaranordnung der vorbeschriebenen Bauart beschränkt, sondern bezieht sich auch auf alle ähnlichen Anordnungen, bei denen das gleiche grundlegende Konzept vorhanden ist« Die vorteilhaften Wirkungen nach der Erfindung lassen sich beispielsweise bei der Ausführungsform nach Fig. 11 erzielen, die FET-Paare zeigt, welche als die beiden Halbabschnitte einer Transistorpaaranordnung verwendet werden können, nämlich die Diagonalgruppen, die aus 12 FET's ausgewählt worden sind, nämlich QIl - Q14, Q21 - Q24, Q31 - Q34, wobei eine Reihe oder Spalte übersprungen wird, wobei jeweils drei zu Spalten und jeweils vier zu Reihen in der Matrix der integrierten Halbleiterschaltung angeordnet sind und jede FET-Diagonalgruppe durch CH - Q23 und Q13- Q24 oder Q22 - Q34 und Q24 - Q32 gebildet wird. Im Fall von Fig. 12 sind acht FET's Ql - Q4, Q21 - Q24 auf einer Halbleiterträgerschicht zu einer Matrix angeordnet, wobei deren beiden Reihen jeweils vier FET's und die vier Spalten jeweils zwei FET's enthalten, so daß zwei Gruppen von vier aufeinanderfolgend diagonal angeordneten FET's als Halbabschnitte einer Transistorpaaranordnung verwendet werden können, wenn man die einzelnen FET*s jeder Gruppe miteinander parallelschaltet. Im Fall von Fig. 13 sind sechszehn FET's QlI - Q14, 021 - Q24, Q31 - Q34 , Q41 - 0.44, auf einer Halbleiterträgerschicht

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integriert zu einer Matrix angeordnet, wobei die vier Reihen jeweils vier FET's und öLe vier Spalten ebenfalls jeweils vier FET's enthalten, so daß die beiden Halbabschnitte einer Transistorpaaranordnung aus den vorgeschriebenen zwei Gruppen der sich ergebenden vier Gruppen diagonal angeordneter FET's ergeben, nämlich der Döppelgruppen QIl - Q22 - Q33 - Q44 und Q 14 -Q23 - Q32 - .Q41 oder Doppelgruppen Q12-Q21 -Q34 - Q 43 und Q13 - Q24 - Q31 - Q 42.

Es ist ferner ohne weiteres einzusehen, daß die beiden Gruppen diagonal angeordneter FET's oder bipolarer Transistoren, die Emitter-* Basis- und l·ollektorelektroden besitzen und gemäß der Erfindung aus den zu einer Matrix auf einem Halbleitersubstrat angeordneten Transistoren ausgewählt worden sind, mit der gleichen Wirkung in einer Transistorpaarschaltung angewendet werden·können, falls es sich nicht nur um einen Differentialverstärker, sondern auch um eine Gegentaktschaltung handelt»

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Claims

Patentansprüche

fl.JTransistorpaaranordnung, deren Transistoren als Wirkelemente in den beiden Halbabschnitten einer Schaltung dienen, die im wesentliehen den gleichen Schaltungsaufbau und die gleiche Funktion haben sollen, gekennzeichnet durch eine Mehrzahl von auf einem Halbleiterträger nach Art einer Matrix angeordneten Transistoren und durch eine Anschlußeinrichtung zur Verbindung von zwei Gruppen von diagonal angeordneten und aus der Matrix ausgewählten Transistoren.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Transistoren Feldeffekttransistoren sind, die Emitter-, Tor- und Kollektorelektroden enthalten, und daß die Anschlußeinrichtung so ausgelegt ist, daß die entsprechenden Elektroden der beiden Diagonalgruppen miteinander parallelgeschaltet sind.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gruppen diagonal angeordneter Feldeffekttransistoren als Wirkelemente der beiden Halbabschnitte einer Differentialverstärkerschaltung angewendet sind.
4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl der Feldeffekttransistoren einen Aufbau mit isoliertem Tor oder Gitter besitzen.

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5. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gruppen parallel geschalteter Transistoren als Halbabschnitte der Transistorpaaranordnung ausgeführt sind und diejenigen Transistoren umfassen, die auf dem Halbleitersubstrat in Diagonalri'chtung unmittelbar einander benachbart angeordnet sind.
6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gruppen diagonal angeordneter unmittelbar benachbarter Transistoren aus vier Transistoren bestehen, die auf dem Halbleitersubstrat in zwei Reihen bzw. zwei Spalten angeordnet sind.
7. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Gruppen parallel geschalteter Transistoren zur Anwendung als Halbabschnitte der Transistorpaaranordnung solche Transistoren enthalten, die diagonal und benachbart zueinander liegen, wobei wenigstens ein dazwischen liegender Transistor auf dem Halbleitersubstrat übersprungen ist (Fig. 11).

8« Anordnung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Transistoren gleichzeitig und durch das gleiche Verfahren auf der Halbleiterträgerschicht hergestellt sind.

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