DE2520826A1

DE2520826A1 - Signal-abtast-schaltung

Info

Publication number: DE2520826A1
Application number: DE19752520826
Authority: DE
Inventors: Toshiro Fujimoto; Hideki Miura
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1974-05-09
Filing date: 1975-05-09
Publication date: 1975-11-20
Also published as: DE2520826C3; AT353846B; FR2270724B1; ATA337075A; NL7505429A; AU8065075A; CA1032229A; FR2270724A1; ES437557A1; US3955148A; GB1505377A; DE2520826B2; JPS50141531U

Description

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Signal-Abtast-Schaltung

Die Erfindung betrifft eine Signal-Abtast-Schaltung.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abtast-Schaltung, die einen Halbleiter mit Viereranschluß und niedriger Emitterdotierung aufweist. Das abzutastende Signal wird kontinuierlich über den. Halbleiter an einen Ausgang geführt. Ein Auftastimpuls oder Koinzidenzimpuls wird an die Gate und den Emitter des Halbleiters angelegt und erhöht die Stromverstärkung h__F in dem Zeitabschnitt, in welchem der Auftastimpuls vorliegt bzw. andauert, von einem sehr niedrigen Wert auf einen hohen Wert. Dadurch tritt an dem Ausgang ein stark verstärktes Signal auf. Wenn der Auftastimpuls entfernt wird, kehrt die Stromverstärkung h__F auf den niedrigen Wert zurUck und die Signalamplitude am Ausgang wird sehr klein.

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Der in der erfindungsgemäßen Schaltung verwendete Halbleiter entspricht in etwa dem in- der US-Anmeldung 427 647 beschriebenen Halbleiterbauelement, jedoch ist erfindungsgemäß der leerlaufende vierte Beidch mit einer Elektrode versehen, so daß der vierte Bereich als Gate arbeitet. Der Halbleiter ist genau genommen ein Vierschicht-Bauelement, bei welchem ein erster Bereich eines ersten Störstellentyps, ein zweiter Bereich eines entgegengesetzten Störstellentyps, ein dritter Bereich des ersten Störstellentyps und ein vierter Bereich des zweiten Störstellentyps vorliegen. Der erste, zweite, dritte und vierte Bereich bilden den Emitter, die Basis, den Kollektor und die Gate des Halbleiterbauelements. Der Abstand zwischen dem Gate-Emitter-Übergang und dem Emitter-Basis-Übergang ist kleiner als die Diffusionslänge der Minoritätsträger im Emitterbereich.

Die Störstellendotierung im ersten und dritten Bereich ist

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niedrig und beträgt beispielsweise 10 Atome/cm . Die Störstellendotierung des zweiten und vierten Bereichs liegt etwa in der

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Größenordnung von 10 Atome/cm .

Im folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung zur Erläuterung weiterer Merkmale anhand von Zeichnungen veranschaulicht* Es zeigen:

Figur 1 eine bekannte Signal-Abtast-Schaltung,

Figur 2 eine schematische Darstellung des neuen Halbleiterbauelements mit vier Anschlüssen gemäß der Erfindung,

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Figur 3 Kurven zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Stromverstärkung h_C{- und dem Kollektorstrom, wenn ein Abtastimpuls an die Gate des Halbleiters angelegt bzw. wenn kein Abtastimpuls an die Gate angelegt wird,

Figur 4 Kurven zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Stromverstärkung Iw und dem Kollektorstrom bei einer Änderung des Parameters R,

Figur 5 Kurven zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Stromverstärkung Ιγ_ und dem Basisstrom, wenn der Widerstand der Impulsquelle unterschiedliche Werte besitzt,

Figur 6 Kurven zur Veranschaulichung der Beziehung zwischen der Stromverstärkung h_pF und dem Innenwiderstand der Impulsquelle für verschiedene repräsentative Werte des Basisstroms, und

Figur 7 eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Signal-Abtast-Schaltung.

Vor einer Erläuterung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf Fig. 1 eine schematisch dargestellte, bereits bekannte Signal-Abtast-Schaltung erläutert. In dieser Schaltung wird das abzutastende Signal über einen übertrager 21 und einen Kondensator 31 an die Basis eines konventionellen NPN-Transistors 10 angelegt. Der Emitter

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des Transistors 10 steht über einen Widerstand mit Masse sowie über einen Kondensator mit Masse in Verbindung, um die übliche Emitter-Vorspannung zu liefern. Eine Potentialquelle V_rr steht über einen Schwingkreis 22 mit dem Kollektor des Transistors 10 in Verbindung. Der Schwingkreis ist ein üblicher LC-Schwingkreis. Ein Ausgang 42 steht mit der Induktivität des Schwingkreises 22 in induktiver Kopplung. Ein Auftastimpuls oder Koinzidenzimpuls wird vom Anschluß 41 über einen Widerstand 51 an den Basis-Eingangskreis angelegt. Der Auftastimpuls oder Koinzidenzimpuls wird somit einem Signal überlagert.

Die Signal-Abtast-Schaltung gemäß der Erfindung enthält einen neuen Halbleiter, der in Fig. 2 schematisch wiedergegeben ist. Das als Ausführungsbeispiel dargestellte Bauelement umfaßt einen Siliziumkörper S mit einem N~-Emitterbereich 1, einem P-Basisbereich 2 und einem N -Kollektorbereich 3. Zwischen dem Emitterbereich 1 und dem Basisbereich 2 wird ein Basis-Emitter-Übergang J_p gebildet. Ein vierter Bereich 6 ist ein P-Bereich, der im oberen Teil des Emitters 1 liegt und zu diesem einen Übergang J- aufweist. Der Abstand zwischen dem Übergang J₅ und dem J,.-Übergang ist kleiner als die Diffusionslänge der Minoritätsträger im Emitterbereich 1. Der Bereich 6 wirkt als Gate und ist mit einer Gate-Elektrode 4G versehen, die ihrerseits mit einem Anschluß G in Verbindung steht. Der Emiiterbereich 1 weist einen N -Bereich la hoher Störstellen konzentration auf, der an seiner oberen Oberfläche angeordnet ist und Abstand zum P-Bereich 6 besitzt. Dieser N -Bereich la bildet einen J,,-Übergang zum N -Bereich niedriger Störstellenkonzentration des ersten Bereichs 1. Dies trägt ebenfalls dazu

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bei, daß das Bauelement gute Betriebseigenschaften hat. Der N -Bereich la ist mit einer Elektrode 4E versehen, die ihrerseits an den Anschluß £ angeschlossen ist. Der Basisbereich 2 ist mit einer Elektrode 43 versehen, die mit einem Anschluß B in Verbindung steht. Die obere Fläche des Halbleiters ist in Abstand zu den Elektroden mit einer Isolierschicht 5 bedeckt.

Ein ausätzlicher N -Bereich 3a umgibt den Kollektorbereich 3, wobei der Bereich 3a seinerseits mit einem Ohmschen Kontakt 4C versehen ist, der mit einem Anschluß C in Verbindung steht.

Da bei dem dargestellten Bauelement die Diffusionslänge L_p der Löcher (Minoritätsträger), die in den ersten Bereich 1 injiziert werden, groß ist, erreichen demnach die Löcher effektiv den zusätzlichen Bereich 6 und werden dann dort absorbiert. Wenn der zusätzliche Bereich 6 leerläuft^ wird das Potential erhöht, weil die Zahl der den zusätzlichen Bereich erreichenden Löcher erhöht wird. Der PN-Übergang J-,der zwischen den Bereichen 6 und 1 gebildet wird, wird demzufolge auf im wesentlichen seine Anstiegsspannung in Durchlaßrichtung vorgespannt, so daß Löcher vom zusätzlichen Bereich 6 in den ersten Bereich 1 zurückinjiziert werden. Die Löcherkonzentration im ersten Bereich 1 nahe dem zusätzlichen Bereich 6 wird erhöht und demzufolge wird die Konzentrationsverteilung der Löcher zwischen den Übergängen J_ und J„ im ersten Bereich 1 gleichmäßig und dessen Gradient wird graduell bzw. flach ansteigend,so daß der Diffusionsstrom J vomteweiten Bereich in den ersten Bereich 1 reduziert wird.

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Wenn der zusätzliche Bereich 6 mit einer Elektrode versehen ist, kann der zusätzliche Bereich ό als Gate verwendet werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung ist durch das Schaltbild nach Fig. 7 schematisch veranschaulicht. Das abzutastende Signal wird hierbei über einen Übertrager 21 und einen Kondensator 31 an die Basis eines Halbleiters 11 angelegt, dessen Aufbau in Fig. 2 dargestellt ist. Eine Potentialquelle Vpp liegt über einen Anschluß 43 und über ein Paar in Reihe geschalteter Widerstände 53 und 54 an Masse. Der Mittelpunkt zwischen diesen beiden Widerständen ist mit der Basis verbunden, um die notwendige Vorspannung zu liefern. Der Kollektor des Halbleiters 11 ist über einen Schwingkreis 22 an die Potentialquelle Vp~ angeschlossen, wobei der Schwingkreis aus einem Kondensator 56 und einer Induktivität 57 besteht. Der Schwingkreis ist auf die Frequenz des eingehenden Signals abgestimmt. Der Ausgang 42 steht mit der Induktivität 57 des Schwingkreises 22 in induktiver Kopplung. Der Emitter des Halbleiters Π liegt über einen Widerstand 52 und einen Parallelkondensator 32 an Masse. Der Auftastimpuls wird an die Gate und den Emitter des Halbleiters 11 angelegt. Der Auftastimpuls ist mit P bezeichnet; die Auftastimpulsquelle weist einen

Innenwiderstand 55 auf, der unterschiedliche Widerstandswerte umfassen kann.

In den graphischen Darstellungen gemäß den Figuren 3 bis 6 wird im Hinblick darauf, daß die Verstärkung h_~ während desjenigen Zeitabschnitts stark erhöht wird, in welchem der Auftastimpuls angelegt wird, das Verhältnis zwischen der Ver-

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stärkung hp_p gegenüber anderen Parametern dargestellt. Figur 3 veranschaulicht das Verhältnis der Verstärkung h_p zum Kollektorstrom, wenn der Spannungsimpuls angelegt wird (Kurve 12) und wenn kein Spannungsimpuls an der Basis auftritt (Kurve 13).

In Figur 4 ist das Verhältnis zwischen dem Verstärkungsfaktor h_,- gegenüber dem Kollektorstrom dargestellt, wenn rt

der Parameter R (innenwiderstand der Impulsquelle ) variiert wird.

Figur 5 zeigt das Verhältnis zwischen der Verstärkung h_pF zum Basisstrom, wenn der Parameter R (innenwiderstand der Impulsquelle) variiert wird.

In Figur 6 ist schließlich de Beziehung zwischen der Verstärkung h_p zum Widerstand R (innenwiderstand der Impulsquelle) dargestellt, wenn der Basisstrom unterschiedliche Parameter aufweist.

V/ährend des Betriebs vorstehend erläuterter Signal-Abtast-Schaltung ist zu beachten, daß sich der Halbleiter über die gesamte Zeit im EIN-Zustand befindet und somit das abzutastende Signal jederzeit zum Ausgang gelangt, auch wenn ein sehr niedriger Pegel vorliegt. Der Impuls erhöht die Verstärkungseigenschaften h_p von dem unteren Punkt auf einen höheren Pegel in dem Zeitabschnitt, in welchem der Impuls vorliegt bzw. andauert. Während des Abtastzeitabschnitts erscheint das Signal am Ausgang mit einem hohen Pegel.

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Claims

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Patentansprüche

ί ]]Signal-Abtast-Schaltung mit einer Schaltung zur Lieferung eines abzutastenden Signals und eines Auftastimpulsss an einen Halbleiter und mit einer cn den Ausgang des Halbleiters angeschlossenen Ausgangsschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiter 'Ji) eine Basis mit einer an einem Kollektor angronsanden Haupt-Grenzfläche, einen Emitter mit einer an die Haupt-Grenzfläche der Basis angrenzenden Haupt-Grenzfläche und einen Eüiitter-Basis-Ubergang zwischen diesen Grenzflächen^ sowie eine 3ώϊθ auf« weist, die eine on die Haupt-^rsnzfl^a'ie des Süiittsrs angrssn= zende Grenzfläche umfaßt, «cei «wischen dsr ^eit-s υη<ά UBm Emitter ein Gate-Emitter-übergang hervor-gery-Fen ist.. 3eS der Emitter und der Kollektor niedrige StSustsIlenkcngentsration eines ersten Typs, die Sasis und die öate Störstslien des

Typs

um einen Abstand vo:: i;eni ia

ist, welcher xisiner als die Dif-rjsisnslär^e J-- ^:'id;joritätsträger im Emitter ist und ds2 dis S^hsltuing zur Liersrung sines abzutastenden Signals dieses Signcl jn χϊ B^sis yj"d dsn £aitter des Halbleiters und den Auftasti^ro;ils an ais 3sie ynd dsm Emitter anlegt^ wodurch die Vera'^rxyng ₃·;_τε, ^Sh^a^si -jss Ayν= "iastzeitabschnitts erhöht wird»

2, Signal-Äbtast-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kollektor über einen Schwingkreis (22) vorgespannt ist und daß der Schwingkreis auf die Frequenz des abzutastenden Signals abgestimmt ist,

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3. Signal-Abtast-Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis durch eine Verbindung mit dem Mittelpunkt eines Widerstandspaares (53,54) vorgespannt wird, daß die Widerstände (53,54) in Serie zwischen die Potentialquelle und Masse geschaltet sind und daß der Kollektor über einen Schwingkreis auf das Niveau der Potentialquelle vorgespannt wird.

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