DE2607177C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Unterdrückung der Schwingneigung von integrierten Halbleiteranordnungen, die eine als Emitterfolger geschaltete Transistorstufe und eine diese Stufe über einen zur Basis des Transistors in Reihe geschalteten Basiswiderstand treibende vorangehende Stufe mit in­ duktiver Komponente des Ausgangswiderstandes enthalten.

Derartige Einrichtungen werden bei Halbleiteran­ ordnungen benötigt, die Emitterfolger enthalten. Es ist bekannt, daß die Eingangsimpedanz der bipolaren Transistoren, die in derartigen Schaltungen eingesetzt werden, häufig im Bereich der Betriebsfrequenz einen negativen Realteil aufweist. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Transistoren bzw. Schaltungen in hochintegrierter Technik hergestellt werden. Vor allem ist diese Tatsache festzustellen, wenn dielektrische Isolationstechniken angewendet werden, da dabei die Kollektor-Rückkopplungskapazität der Transistorstrukturen in vielen Fällen beträchtlich reduziert wird. Werden die in dieser Technik hergestellten Transistoren von Schaltungen angesteuert, deren Ausgangsimpedanz vorzugsweise in­ duktiv ist, so treten im Eingangskreis der angesteuerten Transisto­ ren Instabilitäten auf, die unter bestimmten Bedingungen zu einer Schwingneigung führen.

Es sind bereits verschiedene Maßnahmen bekannt, um derartige In­ stabilitäten auf ein Minimum zu reduzieren. Diese Maßnahmen zie­ len darauf hin, den negativen Realteil der Eingangsimpedanz der zu stabilisierenden Transistorstufen zu reduzieren oder auch völ­ lig zu eliminieren. Eine bekannte Maßnahme besteht darin, in Se­ rie zur Basis des betroffenen Transistors einen Basiswiderstand vorzusehen, der den negativen Realteil des Eingangswiderstandes um einen entsprechenden Wert reduziert (FUNK-TECHNIK 1984, Nr. 8, Seiten 249 und 250). Dabei wird für eine ge­ gebene Frequenz die Kennlinie der Eingangsimpedanz vom dritten in den vierten Quadranten des Nyquistdiagramms verschoben. In ge­ wissen Fällen erzielt man mit dieser Maßnahme befriedigende Er­ gebnisse. Es ist jedoch festzustellen, daß der in Serie geschal­ tete Basiswiderstand gleich oder größer als der negative Realteil der Eingangsimpedanz des Transistors sein muß, um die angestreb­ te Stabilität zu gewährleisten. In vielen Fällen muß deshalb ein Basiswiderstand vorgesehen werden, dessen Größe die durch den an diesem Basiswiderstand auftretenden Spannungsabfall bedingte Störanfälligkeit ungünstig beeinflußt. Außerdem wird beim Einsatz von zu großen Basiswiderständen bei Emitterfolgern die erreichbare Schaltzeit beträchtlich erhöht.

Aus diesen Gründen hat man bei Schaltungen nach dem Emitterfolgeprinzip versucht, die Stabilität durch andere zu­ sätzliche Maßnahmen zu erreichen. Neben der Einfügung eines Basis­ widerstandes wird dabei entweder die Kollektor-Basiskapazität des Transistors oder der Kollektorwiderstand erhöht, um eine hö­ here Gegenkopplungswirkung herbeizuführen.

Es sind Anwendungsfälle bekannt, bei denen diese Maßnahmen aus­ reichend sind. Es sind aber viele andere Anwendungsfälle bekannt, bei denen trotzdem zu hohe Basiswiderstände vorzusehen sind, um eine ausreichende Stabilität zu gewährleisten.

Es ist die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, eine Einrich­ tung zur Unterdrückung der Schwingneigung von integrierten Halbleiteranordnungen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 anzugeben, die eine ausreichende Sta­ bilität sicherstellt, ohne die Schaltzeit und die Störanfällig­ keit zu erhöhen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs angegeben. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen niedergelegt.

Demnach besteht die Erfindung darin, daß neben einem nur relativ niedrige Werte aufweisenden Basis-Serienwiderstand zwischen der Basis des betroffenen Transistors und einem Bezugs­ punkt, vorzugsweise Masse, eine Kapazität angeordnet ist, die in die Gesamtanordnung einintegriert ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 das Ersatzschaltbild einer integrierten Transi­ storstruktur in Kollektorschaltung, bei der an der Basis des Transistors eine Kapazität eingefügt ist,

Fig. 2 die Draufsicht der monolithischen Struktur der Schaltung gemäß Fig. 1 mit einem stabilisieren­ den Basiswiderstand, der gleichzeitig die er­ findungsgemäße Kapazität verwirklicht und

Fig. 3 eine Schnittansicht der Anordnung nach Fig. 2.

Den Fig. 1 bis 3 ist also eine Einrichtung zur Stabilisierung einer Schaltung nach Art eines Emitterfolgers zu entnehmen, bei der zusätzlich zu einem stabilisierenden Basiswiderstand zwischen Basis und Masse eine konzentrierte Kapazität angeordnet ist. Das Ersatzschaltbild gem. Fig. 1 zeigt einen bipolaren Transistor 12, der in integrierter Halbleitertechnik in einem Halbleiterplätt­ chen 10, (Fig. 2) verwirklichbar ist. An den Kollektor 14 des Transistors 12 ist ein Kollektorwiderstand 16 und an den Emitter 18 ein Emitterwiderstand 20 angeschlossen. Mit der Basis 22 des Transistors ist ein stabilisierender Basiswiderstand 24 verbun­ den. Das eine Ende 25 des Basiswiderstandes 24 ist elektrisch mit dem Eingangsanschluß 27 der Schaltung verbunden. Das andere Ende 26 des Basiswiderstandes liegt direkt an der Basis 22. In dieser Emitterfolgerschaltung ist eine Kapazität 28 zwischen Basis 22 und Masseanschluß 30 eingefügt.

In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist, wird die Kapazität 28 als kon­ zentrierte Kapazität verwirklicht, die sich an dem der Basis zu­ geordneten, verbreiterten Teil einer den Widerstand 24 bildenden diffundierten Widerstandszone ausbildet. Das monolithische Halb­ leiterplättchen 10 setzt sich aus einem P-dotierten Substrat 40 mit einer darauf aufgebrachten, N-dotierten Epitaxieschicht 42 zusammen. Die Struktur des Transistors 12 befindet sich auf der linken Seite und enthält einen N⁺-dotierten Subkollektor 43, auf dem sich ein Teil der N^--dotierten Epitaxieschicht 42 befindet. In die Epitaxieschicht 42 ist eine P-dotierte Schicht 44 einge­ bracht, die die Basis des Transistors bildet. Der Subkollektor 43 ist durch dielektrische Isolationskanäle 47 und 48 begrenzt, die über P⁺ -dotierten Isolationszonen 51 und 52 angeordnet sind. Der Subkollektor 43 setzt sich über das ebenfalls N⁺-dotierte Kollektoranschlußgebiet 53 bis an die Oberfläche der Anordnung fort wo der Kollektorkontakt 14 angeordnet ist. In der Basis 44 befindet sich eine N⁺-dotierte Emitterzone 55, die mit einem Emitterkontakt 18 versehen ist. Die Basis 44 weist einen Basis­ kontakt 22 auf. Außerdem enthält die Struktur eine dielektrische Isolationszone 58, die die Basis des Transistors vom Kollektor isoliert.

Auf der rechten Seite der Fig. 3 befindet sich der Widerstand 24, der aus einer P-dotierten Widerstandszone 60 innerhalb der Epita­ xieschicht 42 besteht. Vom P^--dotierten Substrat 40 ist die Wi­ derstandszone 60 durch den Subkollektor 43 getrennt. Die Wider­ standszone ist von dielektrischen Isolationszonen 48 und 65 umge­ ben und mit Anschlußkontakten 25 und 26 versehen. Der Kontakt 25 ist elektrisch mit dem Eingangsanschluß 27 und der Kontakt 26 ist mit der Basis des Transistors verbunden. Siliciumdioxidschich­ ten 70, 71 und 72 befinden sich auf der Oberfläche der Struktur und vervollständigen diese.

Der Fig. 2 ist zu entnehmen, daß der zwischen den Kontakten 25 und 26 befindliche Teil 29 der Widerstandszone 60 den eigentli­ chen Widerstand 24 bildet. Die PN-Übergangskapazität der Wider­ standszone zwischen den Kontakten 25 und 26 bildet eine verteil­ te Kapazität längs des Widerstandes. Der sich an den Anschluß­ kontakt 26 anschließende verbreiterte Bereich 80 der Widerstands­ zone 60 bildet mit seiner PN-Übergangskapazität die konzentrierte Kapazität, die elektrisch zwischen der Basis des Transistors 12 und dem mit einem Masseanschluß versehenen Substrat 40 angeord­ net ist. Der verbreiterte Bereich 80 der Widerstandszone 60 bil­ det als Teil des Widerstandes 24 die im Ersatzschaltbild gem. Fig. 1 dargestellte Kapazität 28. Diese Kapazität bewirkt den angestrebten Stabilisierungseffekt.

Als grober Anhaltspunkt für die zu wählenden Außenverhältnisse sei angegeben, daß der die Kapazität bildende Bereich 80 bei­ spielsweise eine um 20% größere Breite als die eigentliche Wi­ derstandszone 29 aufweisen kann. Diese Angaben geben eine Stabilisierung ohne Verschlechterung der sonstigen Parameter. Selbstverständlich ist die Kapazität dem jeweiligen Anwendungs­ fall anzupassen.

Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß mit Hilfe der erfindungsgemäßen Einrichtung eine Unterdrückung der Schwingneigung bei Transistoren erzielt wird, wenn diese in Emit­ terfolger-Schaltungen eingesetzt werden. Die zwischen Basis und Masse eingefügte Kapazität bewirkt, daß bereits mit kleinen Basiswiderständen eine ausrei­ chende Stabilität erzielt wird. Die niedrigen Basiswiderstände gewährleisten, daß durch die Stabilisierungsmaßnahmen die Schaltgeschwindigkeit und die Störempfindlichkeit nicht negativ beeinflußt werden.

Claims (3)

1. Einrichtung zur Unterdrückung der Schwingneigung von integrierten Halbleiteranordnungen, die eine als Emitterfolger geschaltete Transistorstufe und eine diese Stufe über einen zur Basis des Transistors in Reihe ge­ schalteten Basiswiderstand treibende vorangehende Stufe mit in­ duktiver Komponente des Ausgangswiderstandes enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß als Basiswiderstand eine Halbleiterzone vorgesehen ist, die an ihrem der Basis zugewandten Ende einen verbreiterten Bereich aufweist, der eine zwischen der Basis und einem Bezugspunkt angeordnete Kapazität bildet.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Bezugspunkt das mit dem Substrat der Halbleiter­ anordnung verbundene Massepotential dient.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die Basis-Kollektorkapazität des Transistors durch die Kapazität eines zusätzlich integrierten Halb­ leiterelements erhöht wird.