DE2523749A1 - Schaltung zur verstaerkungssteuerung - Google Patents

Schaltung zur verstaerkungssteuerung

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DE2523749A1
DE2523749A1 DE19752523749 DE2523749A DE2523749A1 DE 2523749 A1 DE2523749 A1 DE 2523749A1 DE 19752523749 DE19752523749 DE 19752523749 DE 2523749 A DE2523749 A DE 2523749A DE 2523749 A1 DE2523749 A1 DE 2523749A1
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transistor
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semiconductor
circuit
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DE19752523749
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Yoshio Ishigaki
Takashi Okada
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Description

It 3256
SONY CORPORATION
Tokyo, Japan
Schaltung zur 7erstärkungssteuerung
Die Erfindung betrifft eine Schaltung zur Verstärkungssteuerung und bezieht sich insbesondere auf Verstärkungssteuerschaltungen mit einem Differentialverstärker, der ein Paar Eingangsanschlüsse aufweist, an welche ein Eingangssignal differentiell mit entgegengesetzten Polaritäten angelegt wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Schaltung zur "Verstärkungssteuerung zu schaffen.
Die erfindungsgemäße Schaltung zur Verstärkungssteuerung benützt vorteilhafterweise einen neuartigen Bidirektional-Tranoistor als variables Impedanzelement.
509850/0904
Die erfindungsgemäße Verstürkungssteuerschaltung verwendet einen neuartigen Bidirelctional-IIalbleiter in Verbindung mit einem Differentialverstärker zur Änderung der Impedanz zwischen den Signal-Ausgangsanschlüssen des Differentialverstärkers zwecks Steuerung des Pegels des Ausgangssignals.
In der erfindungsgemäßen Steuerschaltung ist eine variable Vorspaimungsquelle an den Basis-Kreis eines Bidirektional-Transistors nach der Erfindung angeschlossen, um eine manuelle Einstellung des Impedanzwerts des Kollektor-Emitter-Wegs des Transistors zu ermöglichen, um dadurch die Verstärkung der Schaltung und die Amplitude des an den Ausgängen der zugeordneten Transistoren des Differentialverstärkers gelieferten Ausgangssignals zu steuern.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung zur Erläuterung weiterer, wesentlicher Merkmale anhand von Zeichnungen näher veranschaulicht. Es zeigen:
Fig. 1 und 2 Detaildarstellungen eines Bidirektional-Transistors mit drei Anschlüssen, gemäß der Erfindung, und
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Schaltung zur Verstärkungssteuerung nach der Erfindung, wobei ein in den Fig. 1 und 2 verwendeter Bidirektional-Transistor und eine Differentialverstärkeranordnung verwendet werden, wobei der Bidirektional-Transistor an die Ausgangsanschlüsse des Differentialverstärkers angeschlossen ist, um dessen Impedanz in Übereinstimmung mit der Vorspannungseinstellungseinrichtung im Basis-Kreis des Steuertransistors zu ändern.
509850/0904
Die Erfindung schafft eine Verstärkungssteuerschaltung mit einer neuartigen Schaltungsanordnung, die unter Verwendung eines bidirektional leitenden Transistors gebildet wird; der Kollektor-Emitter-Weg des Transistors liefert im wesentlichen die gleiche Leitfähigkeit in beiden Richtungen. Der in zwei Richtungen leitende Transistor wird für das Eingangssignal als variables Impedanzelement benützt. Für einen derartigen bidirektional leitenden Transistor, wie er erfindungsgemäß benützt wird, wird ein neuartiger Halbleiter, ein LEC-Transistor, günstig verwendet.
Die Grundanordnung der erfindungsgemäßen Verstärkungssteuerschaltung enthält einen Transistor mit bidirektionaler Leitung, ein erstes und zweites Impedanzelement, welche gleichen Impedanzwert aufweisen, beispielsweise Widerstände mit gleichem V/i der standswert, die an einen Kollektor und an einen Emitter des Transistors angeschlossen sinci; ferner ist eine Signaleingangsschaltung vorgesehen, die ein Eingangssignal an den Kollektor und den Emitter des Transistors differentiell mit entgegengesetzten Polaritäten über das erste und zweite Impedanzelement an-legt. Eine steuerbare Vorspannungsschaltung, die an die Basis des Transistors angeschlossen ist, speist den Transistor mit einer variablen Vorspannung, so daß der Impedanzwert des Kollektor-Emitter-Wegs des Transistors gesteuert werden kann. Ein Ausgangsanschluß ist vom Kollektor oder Emitter des Transistors oder von beiden weg geführt.
Die Vorteile der erfindungsgemäßen Verstärkungssteuerschaltung beruhen auf der Einfachheit, des Schaltungsaufbaus;
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außerdem wird'ein großer dynamischer Bereich "und eine ausgezeichnete Linearität in der Verstärkungssteuerung erhalten. Bei der Verwendung eines LEC-Transistors werden diese Vorteile besonders bemerkenswert.
Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung enthält ein Differentialverstärker 20 ein Transistorenpaar Q1 und Q2, eine Stromsenke 18, die gemeinsam an die Emitter der Transistoren Q1 und Q2 über Widerstände 13 und 14 angeschlossen sind, sowie Lastwiderständen 11 und 12, die den gleichen Widerstandswert aufweisen und an die Kollektoren der Transistoren Q1 und Q2 angeschlossen sind. Die Basen der Transistoren Q1 und Q2 sind mit einer Eingangssignalquelle 19 verbunden, öo daß sie differentiell mit einem Eingangssignal gespeist werden. Ein bidirektional leitender Transistor Q3, beispielsweise der in den Pig. 1 oder 2 dargestellte neuartige Halbleiter, ist derart angeordnet, daß dessen Kollektor-Emitter-Weg zwischen die Kollektoren der Transistoren Q1 und Q2 geschaltet ist. Eine steuerbare Vorspannungsschaltung 15f die eine variable Spannungsquelle 17 und einen Widerstand 16 enthält, steht mit der Basis des bidirektional leitenden Transistors Q3 in Verbindung.
Die Ausgänge des DifferentialVerstärkers 20, die an den Widerständen 1 und 12 mit entgegengesetzter Polarität erhalten werden, werden an den Kollektor und an den Emitter des in zwei Richtungen leitenden Transistors Q3 angelegt. Die Eingangssignale mit entgegengesetzter Polarität werden dem Kollektor und dem Emitter des Transistors Q3 über Widerstände 11 bzw. 12 eingespeist und hinsichtlich ihrer Größe in Übereinstimmung mit dem Impedanzwert des Kollektor-Emitter-
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_ 5 —
V/egs des Transistors Q5 gesteuert,- wobei dieser Impedanzwert durch die variable Spannungsquelle 17 verändert wird; die gesteuerten Ausgangssignale werden an den Ausgangsklemmen t. und tp abgegeben.
Bei einem Ausführungsbeispiel, bei welchem der in Verbindung mit den Pig. 1 und 2 beschriebene Halbleiter als in zwei Richtungen leitfähiger Transistor Q3 verwendet wird, werden dessen erste, zweite und dritte Elektrode E, B und C jeweils als Emitter bzw. Basis bzw. Kollektor benützt.
Ein Ausführungsbeispiel eines Transistors Q3 mit Leitfähigkeit in zwei Richtungen entsprechend Fig. 3 ist in der Fig. 1 oder 2 dargestellt. Im folgenden wird sich auf diese Figuren zur Erläuterung der Arbeitsweise der Einrichtungen bezogen, woraus die Arbeitsweise dieser Einrichtungen hervorgeht.
Der Stromverstärkungsfaktor Iw, eines Transistors bei geerdetem Emitter, welcher einen der Parameter zur Abschätzung der Eigenschaften bzw. Kennlinien des Bipolartransistors darstellt, läßt sich durch folgende Gleichung (1) ausdrucken, wenn man den Stromverstärkungsfaktor des Transistors mit geerdeter Basis mit O( bezeichnet:
hFE ~
Der Faktor <*. läßt sich ausdrucken mit
(2)
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hierbei den Kollektor-Stromverst-'irkungsfaktor, O den Basis-Übertragungswirkungsgrad und V den Emitter-Injektionswirkungsgrad an.
Der Emitter-Injektionswirkungsgrad Y eines KPN-Transistors ist durch folgende Gleichung (3) gegeben:
J gibt hierbei die Stromdichte der vom Emitter in die Basis des Transistors injizierten Elektronen und J die Stromdichte der von der Basis in den Emitter des Transistors injizierten Löcher an.
J und J sind durch folgende Gleichungen (4) und (5) bestimmt:
ί -P C S-) - 1 \ U)
v.
' -η ι . / JT * tr· ι' * ι \ *s /
Das Verhältnis ό zwischen Jn und J läßt sich folgendermaßen ausdrücken:
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L gibt hierbei die Diffusionslänge der Minoritätsträger in der Basis des Transistors, L die Diffusionslänge der Minoritätsträger im Emitter des Transistors, D die Diffusionskonstante der Minoritätsträger in der Basis, D die Diffusionskonstante der Minoritätsträger in dem Emitter, η die Minoritätsträgerkonzentration in der Basis während des Gleichgewichtszustands, pn die Minoritätsträgerkonzentration im Emitter während des Gleichgewichtszustands, V eine an den Emitter-Übergang des Transistors angelegte Spannung, k die Boltzmann-Konstante, T die Temperatur und q den Absolutwert der Elektronenladung an.
Wird die Störstellenkonzentration im Emitter des Transistors mit HL· und die Störstellenkonzentration in der Basis des Transistors mit Ii. "bezeichnet, läßt sich der Ausdruck Pn/n durch den Ausdruck N./Nj, ersetzen. Da ferner L durch die Basisweite W begrenzt ist und Ln = W, kann das Verhältnis ο folgendermaßen ausgedrückt werden:
Die Diffusionskonstanten D und D sind Punktionen der
η ρ ι
Trägerübertragung und der Temperatur und werdenin diesem Fall als im wesentlichen konstant angenommen.
Aus obigen Gleichungen geht hervor, daß zur Erhöhung des Stromverstärkungsfaktors h-p,™ eines Transistors es aus-
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- 8 reicht, das Verhältnis O klein zu gestalten.
Bei einem gewöhnlichen Transistor ist die Störstellenkonzentration EL· dessen Emitter ausreichend hoch gewählt, so daß das VerhältnisO klein wird.
Wenn jedoch die Störstellenkonzentration des Emitters ausreichend hoch gewählt wird, und beispielsweise mehr als 10 Atome/cm^ beträgt, treten Gitterfehler und Versetzungen im Kristall des Halbleiterkörpers des Transistors auf und verschlechtern den Kristall. Da ferner die Störstellenkonzentration im Emitter selbst groß ist, ist die LebensdauerT der von der Basis in den Emitter injizierten Minoritätsträger klein.
Die Diffusionslänge L läßt sich durch folgende Gleichung (8) wiedergeben:
1P =
Die Diffusionslänge L der Minoritätsträger oder Löcher wird demzufolge klein. Aus der Gleichung (7) ist ersichtlich, daß das Verhältnis 0 nicht so sehr klein gestaltet werden kann und demzufolge der Injektionswirkungsgrad Ύ nicht über einen bestimmten Wert erhöht werden kann. Der Stromverstärkungsfaktor hjyg kann demzufolge nicht so groß wie bei einem gewöhnlichen Transistor eingestellt werden.
Wie bereits erwähnt wurde, weist das in der Erfindung ver-
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wendbare Halbleiterbauelement die' oben erwähnten,
dem bekannten Transistor anhaftenden Nachteile bzw. Fehler nicht auf. Als in der Erfindung verwendbare Halbleiter können ein NPN- und ein PNP-Halbleiterelement wie im Falle des bekannten Transistors verwendet werden; im folgenden wird ein NPN-Halbleiterbaue lement, welches in der Erfindung verwendbar ist, unter Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 als Beispiel erläutert.
Wie Fig. 1 zu entnehmen ist, besteht der NPN-Halbleiter aus einem ersten Halbleiterbereich 1 mit N~-Leitung, der in einem Halbleitersubstrat S mit N -Leitung ausgebildet ist, einem zweiten Halbleiterbereich 2 mit P-Leitung, der sich in dem Halbleitersubstrat S neben dem ersten Bereich 1 befindet, und einem dritten Halbleiterbereich 3 mit N~-Leitung, welcher sich in dem Substrat S neben dem zweiten Bereich 2 befindet, so daß ein erster PN -Übergang Jj, zwischen dem ersten und zweiten Bereich bzw. 2 sowie ein zweiter PN-Übergang J^, zwischen dem zweiten und dritten Bereich 2 bzw. 3 erzeugt werden.
Bei dem in der Erfindung verwendbaren Halbleiterbauelement, welches in Fig. 1 dargestellt ist, wird eine Potentialbarriere dem ersten Übergang J^ unter Einhaltung eines Abstands gegenüberliegend gebildet, welcher kleiner als die Diffusionslänge L der vom zweiten Bereich 2 in den ersten Bereich 1 injizierten Minoritätsträger oder Löcher ist; diese Potentialbarriere weist eine höhere Energie als
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- ίο -
die Minoritätsträger oder Löcher oder zumindest als die Wärmeenergie auf und wird im ersten Bereich 1 erzeugt. Bei dem Beispiel nach Fig. 1 ist die Störstellenkonzentration im ersten Bereich 1 ausreichend niedrig gewählt und liegt beispielsweise in der Größen-
15/3 +
Ordnung von 10 Atome/cm ; der Bereich 1a mit N -Leitung bzw. einer StorStellenkonzentration von etwa 10 Atome/cm wird im ersten Bereich 1 erzeugt, um einen LH-Übergang und somit die Barriere zu bilden.
Die Störstellenkonzentration im zweiten Bereich 2 liegt
15 17 / "5 in der Größenordnung von 10 bis 10 ' Atome/cm und die Störstellenkonzentration im dritten Bereich 3 ist ausreichend niedrig gewählt, beispielsweise in der
15 / "5 Größenordnung von 10 J Atome/cm .
In dem Halbleitersubstrat S wird neben dem dritten Bereich 3, jedoch in Abstand zum zweiten Übergang Jq ein Bereich 3a mit Ή -Leitung und einer Störstellen-
"IQ X
konzentration von etwa 10 Atome/cnr vorgesehen.
Eine erste Elektrode 4E/die a.uf dem Bereich 1a hoher Störstellenkonzentration hergestellt wird, wobei der Bereich 1a im Bereich 1 liegt, befindet sich in Ohmschem Kontakt zu diesem Bereich 1a; eine zweite Elektrode 4-B wird auf dem zweiten Bereich 2 in Ohmschem Kontakt dazu erzeugt; eine dritte Elektrode 4C ist auf dem Bereich 3a hoher Störstellenkonzentration neben dem dritten Bereich 3 in Ohmschem Kontakt zum Bereich 3a angeordnet. Von diesen Elektroden 4E, 4B und 4C sind erste, zweite und dritte
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Anschlüsse E, B und C weggeführt. In Fig. 1 bezeichnet 5 eine Isolierschicht a.us Beispiels weise SiOp, die auf der Oberfläche des Substrats S ausgebildet ist.
Das Halbleiterbauelement nach Pig. 1 kann als Transistor verwendet werden. Der erste Bereich 1 dient in diesem Fall als Emitter-Bereich, der zweite Bereich 2 als Basis-Bereich und der dritte Bereich 3 als Kollektor-Bereich; an dem Emitterübergang JV wird eine Vorspannung in Durchlaßrichtung und am Kollektorübergang JVj eine Sperrspannung angelegt.
Die von der Basis bzw. dem zweiten Bereich 2 in den Emitter bzw. ersten Bereich 1 injizierten Löcher weisen eine lange Lebensdauer auf, da der Emitter-Bereich 1 niedrige Störstellenkonzentration und gute Kristalleigenschaft besitzt; die Diffusionslänge L der Löcher im Emitterbereich 1 wird demzufolge groß. Infolgedessen kann der Emitter-Injektionswirkungsgrad Y groß sein, wie dies aus den Gleichungen (6) und (3) ersichtlich ist. Wenn jedoch die Diffusionslänge L groß gestaltet ist, könnte dieoe Diffusionslänge L in Wirklichkeit nicht groß sein, wenn die in den Emitterbereich 1 injizierten Löcher die Oberfläche des Substrats S erreichen und mit den Elektronen an der Oberfläche rekombinieren. Bei dem Halbleiterbauelement nach Fig. 1 wird dagegen der Betrag der Oberflächenrekombination reduziert und die Diffusionslänge L kann als ausreichend groß angesehen werden, da die Potentialbarriere im Emitterbereich 1 erzeugt wird und dem Emitterübergang J„ an einer Stelle gegenüberliegt, deren Abstand zum Übergang J-g kleiner als die Diffusionslänge L der Minoritätsträger
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Da die Potentialbarriere in der unter Bezugnahme auf das Baispiel nach Pig. 1 beschriebenen Weise gebildet wird, ergibt sich die Wirkung, daß die Stromdichte oder -komponente J der vom Basisbereich 2 in den Emitterbereich 1 injizierten Löcher reduziert wird. Dies bedeutet, daß am LH-Üb er gang J-rr im Emitterbereich 1 eine falsche bzw. negative Ferminiveaudifferenz bzw. ein eingeprägtes elektrisches Feld erzeugt wird, welches die Diffusion der Löcher oder Minoritätsträger unterdrückt. Wenn demzufolge der Wert des Ferminiveaus ausreichend hoch ist, heben sich der Diffueionsstrom aufgrund des Konzentrationsgradienten der Löcher und der Driftstrom aufgrund des eingeprägten elektrischen Feldes am LH-Übergang gegenseitig auf, um den von der Basis 2 durch den Emitterbereich 1 niedriger Störstellenkonzentration injizierten Löcherstrom J zu reduzieren. Das Verhältnis des den Kollektorbereich 3 erreichenden Elektronenstroms gegenüber der durch den Emitterübergang J^ durchfließenden Stromkomponente wird aufgrund dieser Wirkung erhöht und somit wird der Emitter-Injektionswirkungsgrad ^f erhöht, wie dies aus der Gleichung (3) hervorgeht, so daß der ■ Stromverstärkungsfaktor h™ groß wird.
Die obige Niveaudifferenz (die Höhe der Potentialbarriere) muß größer als die Löcherenergie oder wenigstens die Wärmeenergie sein. Die Wärmeenergie kann näherungsweise mit kT angegeben werden, jedoch soll obige Niveaudifferenz größer als 0,1 eV sein. Innerhalb des Übergangsbereiches des Potentials soll die Diffusionslänge L der Löcher nicht
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im Transistorbereich enden "bzw. "begrenzt sein, d.h., es ist erforderlich, daß die Diffusionslänge L der Löcher größer als die Breite des Übergangsbereichs sein muß.
Wenn in diesem Fall der LH-Übergang Jtt so ausgebildet ist, wie dies aus Pig. 1 hervorgeht, kann die Potentialbarriere mit 0,2 eV durch geeignete Wahl des Störstellenwertes und des Gradienten des Bereichs 1a hoher Störstellenkonzentration erzeugt werden.
Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel eines Halbleiterbauelements, welches "bei der Erfindung verwendbar ist; die gegenüber Fig. 1 gleichen Elemente sind in Fig. 2 mit gleichen Bezugsziffern versehen und nicht nochmals erläutert.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wird zur Bildung eines PN-Übergangs Jg/der dem ersten oder Emitter-Übergang Jj; gegenüberliegt, ein zusätzlicher Bereich 6 mit P-Leitung im ersten Bereich 1 ausgebildet. Der Abstand zwischen den Übergängen Jg und J-g wird bei dem Beispiel nach Fig. kleiner als die Diffusionslänge L der Minoritätsträger im ersten Bereich 1 gewählt. Der übrige Aufbau dieses Beispiels nach Fig. 2 entspricht im wesentlichen dem Beispiel nach Fig. 1.
Da bei dem Beispiel nach Fig. 2 die Diffusionslänge L der in den ersten Bereich 1 injizierten Löcher groß ist, wie dies oben erläutert wurde, erreichen die Löcher bzw. das Loch den zusätzlichen Bereich 6 effektiv und werden dann von diesem absorbiert. Wenn der zusätzliche Bereich
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elektrisch, leerläuft, wird das Potential erhöht, da die Zahl der am zusätzlichen Bereich 6 ankommenden Löcher erhöht ist. Der zwischen dem Bereich. 6 und dem Bereich, 1 gebildete PIT-Übergang wird demzufolge auf im wesentlichen dessen Anstiegsspannung in Durchlaßrichtung vorgespannt und es werden vorn zusätzlichen Bereich 6 Löcher in den ersten Bereich -1 zurückinjiziert. Die Löcherkonzentration im ersten Bereich 1 in der Hähe des zusätzlichen Bereichs 6 wird erhöht und demzufolge wird die Konzentrationsverteilung der Löcher zwischen den Übergängen J-g und Jg im ersten Bereich gleichmäßig und dessen Gradient wird flach, so daß der Diffusionsstrom J vom zweiten Bereich 2 in den ersten Bereich 1 reduziert wird.
Bei dem Beispiel nach Pig. 2 wird der zusätzliche Bereich 6, der den gleichen Leitungstyp wie der aweite Bereich 2 a.ufweist, im ersten Bereich 1 unter Einhaltung eines Abstands gegenüber dem zweiten Bereich 2, d.h. in Trennung gegenüber dem zweiten Bereich 2 erzeugt; es ist jedoch möglich, daß der zweite Bereich 6 derart ausgebildet ist, daß er sich kontinuierlich vom zweiten Bereich 2 weg erstreckt.
Vorstehende Erläuterung bezieht sich auf den Pail, daß der erste, zweite und dritte Bereich 1, 2 und 3 des Halbleiterbauelements als Emitter bzw. Basis bzw. Kollektor betrieben wird. Bei den vorerwähnten Halbleiterbauelementen sind jedoch die Störstellenkonzentrationen des ersten und dritten Bereichs 1 und 3, die den zweiten Bereich 2 umgeben, niedrig und mit etwa gleicher Größenordnung gewählt; diese Bereiche
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sind gegenüber dem zweiten Bereich 2 symmetrisch angeordnet, so daß "bei einem Betrieb des ersten, zweiten ■und dritten Bereichs 1, 2 und 3 als Kollektor bzw. Basis bzw. Emitter diese Halbleiterbauelemente als Transistor arbeiten können, die gegenüber den zuvor erwähnten Transistoren in entgegengesetzter Richtung betrieben werden.
\Ieim diese Symmetrie der Halbleiterbauelemente benützt wird, läßt sich diese Symmetrie durch Bildung einer Potentialbarriere im dritten Bereich 3 verstärken, wobei
die Potentialbarriere dem zweiten Übergang Jq gegenüberliegt, diesen Übergang umgibt und eine größere Energie als die Minoritätsträger oder Löcher im dritten Bereich 3 aufweist, wie dies in den Pig. 1 und 2 durch gestrichelte Linien außerhalb des Übergangs Jq dargesteLIt ist. Der Bereich 3a hoher Störstellenkonzentration, der im dritten Bereich 3 liegt, ist so ausgebildet, daß er den Übergang Jq umgibt und daß der Abstand zwischen dem Übergang Jß und dem Bereich 3a kleiner als die Diffusionslänge der Minoritätsträger oder Löcher ist, die an den zugeordneten Teilen bzw. Bereichen in den dritten Bereich 3 injiziert werden.
Die Torteile der oben erläuterten, neuartigen Halbleiterbauelemente' können folgendermaßen zusammengefasst werden und ergeben sich aus vorstehender Beschreibung:
(1) Der Stromverstärkungsfaktor h-^-n ist hoch und kann auf einen Wert von mehr als 3000 erhöht werden.
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(2) Der Stromverstärkungsfaktor li-p-g ist gleichmäßig.
Dies "bedeutet, daß "bei einem 'bekannten Transistor
die Störstellenkonzentration des Emitterbereichs
ausreichend hoch gewählt ist, so daß der Emitterinjektionswirkungsgrad erhöht wird oder der Stromverstärkungsfaktor des "bekannten Transistors von der Differenz der Störstellenkonzentrationen in der Nähe des Übergangs zwischen dem Emitter- und Basisbereich a"bhängt, weshalb es erforderlich ist, die Störstellenkonzentrationen in "beiden Bereichen in einer Relation zueinander zu wählen. Demgegenüber werden "bei den Halbleiterbauelementen zur Verwendung bei der Erfindung durch die Bildung der Potentialbarriere im Emitterbereich 1, die dem Emitterübergang J-™ gegenüberliegt, die in dem Emitterbereich 1 injizierte Stromkomponente der Minoritätsträger unterdrückt, um den Emitterinjektionswirkungsgrad zu erhöhen, so daß der gegenseitige Einfluß zwischen dem Emitter- und Basisbereich 1 und 2 aufgrund der Tatsache klein ist, daß der Emitterbereich 1 mit relativ niedriger Störstellenkonzentration gewählt wird; die Breite des Basisbereichs 2 und die Störstellenkonzentration in diesem Bereich können in der vorgesehenen Weise gewählt werden, infolgedessen der Stromverstärkungsfaktor hpE in der oben erläuterten Weise gleichmäßig gestaltet bzw. einheitlich gemacht werden kann.
(3) Da die Beeinträchtigung aufgrund der Oberflächenrekombination vermieden wird, kann der Stromverstärkungsfaktor h-p-jj, auch dann groß sein, wenn der Strom klein ist,
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(4) Das Rauschen kann reduziert v/erden. Da die Hauptteile des ersten und zweiten Übergangs J·™ und Jq zwischen den Bereichen niedriger Ströstellenkonzentration mit P- und IT-Leitung, gebildet sind, sind die Kristalldefekte klein. Wenn außerdem die Störstellenkonzentration in der Halle der Elektrode 4B, die beispielsweise auf den zweiten Bereich 2 aufgebracht ist, hoch gewählt wird, kann eine Komponente des Emitter-Basis-Stroms im Falle eines Transistors entlang der Oberfläche des Halbleitersubstrat s S reduziert werden. Somit kann das 1/f-Rauschen reduziert werden. Das Burst-Rauschen und das 1/f-Rauschen können auch dann reduziert werden, wenn der Faktor h^-g groß ist. Wenn außerdem der Basis-Ausbreitungswiderstand Y'-^ klein gestaltet ist, kann das Rauschen auch dann reduziert werden, wenn die Impedanz der Signalquelle klein ist.
(5) Der Stromverstärkungsfaktor hj,™ weist gute Temperatureigenschaften auf.
(6) Die Halbleiterbauelemente können als in zwei Richtungen
leitende Transistoren verwendet werden und besitzen ausgezeichnete Symmetrieeigenschaften.
(7) Da die Störstellen- bzw. Verunreinigungskonzentration in der Umgebung des ersten und zweiten Übergangs J·™ und Jq klein ist, ist die Spannung BV-g-^Q (Basis-Emitter-Spannung bei geöffnetem Kollektor) sowohl in der Durchlaß- als auch Sperr-Riohtung der Transistoren groß.
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(8) Wenn diese Halbleiterbauelemente als Leistungstransistoren verwendet werden, ist deren Widerstandsfähigkeit groß, da deren Emission durch den verteilten Innenwiderstand in ihrem Emitterbereich gleich bzw. einheitlich ist.
(9) Die Sättigungseigenschaften sind ausgezeichnet.
(iO)Wenn der Bereich 6 ausgebildet wird, der die Injektion oder Zurück-Injektion ausführt, ist der Äquivalentwiderstand bzw. Ersatzwiderstand der Basis klein.
Die Erfindung beruht auf der Tatsache, daß der obige, neuartige Halbleiter eine gegenüber dem zweiten Bereich P symmetrische Aufbaustruktur besitzt und daß eine neuartige Schaltung geliefert wird, die eine gute "Balance bzw. eine gute Kompensation und eine kleine Zahl von Bauelementen mit sich bringt, die zur Verwendung des erläuterten neuartigen Halbleiterbauelements benützt werden.
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Claims (6)

  1. SONY CORPORATION It 3256
    Patentansprüche
    M. I Schaltung zur Verstärkungssteuerung mit einem Bi- ■y direktional-Transistor, der erste, zweite und dritte Anschlüsse aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß erste und zweite Impedanzelemente (11 bzw. 12) zum Anlegen eines zeitabhängigen Signals an den ersten Anschluß des Bidirektional-Transistors (Q3) über das erste Impedanzelement (11 ), wobei dieses zeitabhängige Signal eine erste Polarität aufweist, und zum Anlegen eines zweiten zeitabhängigen Signals mit entgegengesetzter Polarität an den dritten Anschluß des Bidirektional-Transistors (Q3) über das zweite Impedanzelement (12) vorgesehen sind, daß eine Vorspannungsschaltung (15) zum Anlegen einer steuerbaren Spannung an den zv/eiten Anschluß des Transistors (Q3) vorgesehen ist, um diesen Transistor in einen steuerbaren Leitzustand zu schalten, und daß eine Ausgangsschaltung (t-, t2) an einen der ersten und. dritten Anschlüsse zur Abgabe eines durch die Verstärkung gesteuerten Signals angeschlossen ist.
  2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsschaltung sowohl an den ersten als auch an den zweiten Anschluß angeschlossen ist, wodurch der Bidirektional-Transistor als Nebenschluß zur Ausgangsschaltung arbeitet.
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    25237Λ9
  3. 3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Differentialverstärker (20) vorgesehen ist, um zeitabhängige Signale entgegengesetzter Polarität an den ersten und dritten Anschluß des Bidirektional-Transistors anzulegen.
  4. 4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß die Torspannungsschaltung eine manuell variierbare Spannungsquelle aufweist.
  5. 5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
    daß der Bidirektional-Iransistor einen ersten Halbleiterbereich eines ersten Leitungstyps, einen zweiten Halbleiterbereich entgegengesetzten Leitungstyps neben dem ersten Bereich zur Bildung eines ersten HalbleiteiUbergangs zwischen dem ersten und zweiten Halbleiterbereich, einen dritten Halbleiterbereich des gleichen Leitungstyps wie der erste Bereich neben dem zweiten Bereich zur Bildung eines zweiten Halbleiter-Übergangs zwischen dem zweiten und dritten Bereich aufweist, daß im ersten Bereich eine Potentialbarriere zugeordnet ist, die höhere Energie als die vom zweiten Bereich in den ersten Bereich injizierten Minoritätsträger aufweist, daß diese Potentialbarriere an einer dem ersten Übergang unter Einhaltung eines Abstands gegenüberliegenden Lage angeordnet ist, welcher kleiner als die Diffusionslänge der Minoritätsträger ist und daß die ersten, zweiten und dritten Anschlüsse an den ersten bzw. zweiten bzw. dritten Bereich angeschlossen sind.
  6. 6. Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und dritte Bereich, des Halbleiters jeweils
    509850/0904
    einen ersten Abschnitt mit einer Störstellenkonzentration aufweisen, die im wesentlichen gleiche Größenordnung "besitzen und daß der erste Bereich mit einem zweiten Abschnitt versehen ist, dessen Störstellenkonzentration größer als die des ersten Abschnitts des ersten Bereichs ist, wobei der zweite Abschnitt unter Einhaltung eines Abstands zum ersten Übergang angeordnet ist, der kleiner als die Diffusionslänge der Minoritätsträger ist, um die Potentiarbarriere zu "bilden.
    Schaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste und dritte Bereich jeweils einen ersten Abschnitt mit einer Störstellenkonzentration aufweisen, wobei die Störstellenkonzentrationen im wesentlichen in der gleichen Größenordnung liegen, daß ein zusätzlicher Halbleiterbereich mit gleichem Leitungstyp wie der zweite Bereich in Kontakt mit dem ersten Bereich an einer Stelle vorgesehen ist, die einen Abstand gegenüber dem ersten Übergang einhält, welcher kleiner als die Diffusionslänge der Minoritätsträger ist, um die Potentialbarriere zu bilden.
    509850/090A
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