DE3039638A1 - Gegen stromueberlastung gesicherter darlingtonverstaerker und herstellung desselben in form einer integrierten halbleiterschaltung - Google Patents
Gegen stromueberlastung gesicherter darlingtonverstaerker und herstellung desselben in form einer integrierten halbleiterschaltungInfo
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Description
PHF 79-578 /'J 12.8.1980
Gegen Stromüberlastung gesicherter Darlingtonverstärker
und Herstellung desselben in Form einer integrierten Halbleiterschaltung.
Die Erfindung bezieht sich auf eine elektronische Anordnung, die mindestens einen Verstärker enthalt, der
durch einen ersten Transistor oder Eingangstransistor gebildet wird, der unmittelbar mit einem zweiten Transistor
oder Ausgangstransistor gekoppelt ist, wobei das durch die genannte Transistoren gebildete Ganze einen Verstärker
bildet, der als Darlingtonverstärker bekannt ist, wobei ein erster Widerstand zu der Emitter-Basis-Strecke des
zweiten Transistors parallelgeschaltet ist \vährend ein zweiter Widerstand in dem Emitterkreis des zweiten Transistors
angeordnet und über eines seiner Enden mit der Emitter—Elektrode dieses Transistors verbunden ist, während
die genannte elektronische Anordnung weiter einen dritten Transistor enthält, dessen Kollektor-Elektrode mit der
Basis-Elektrode des ersten Transistors und dessen Emitter-Elektrode
mit dem anderen Ende des genannten zweiten Widerstandes verbunden ist.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere, aber nicht ausschliesslich auf Darlingtonverstärker in Form
integrierter Halbleiterschaltungen.
Im allgemeinen sind Niederfrequenzverstärker mit Mitteln versehen, mit deren Hilfe der (die) Ausgangstransistor
( en) gegen Stromüberlastungen gesichert wird (werden). Wenn nämlich derartige Verstärker bei Strom—
überlastung wirken, wird der genannte Transistor (werden die genannten Transistoren) abnormal erhitzt, was unvermeidlich
zu der Zerstörung des genannten Transistors (der genannten Transistoren) führt.
Ein übliches Mittel zur Sicherung gegen zu grosse Stromstärken in einem Verstärker ist das Mittel,
das in dem Ueberlastungsindikator verwendet wird, der den Gegenstand der US-PS 3.971U2OS bildet. Die Figur zur
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PHF 79.57S /^H. 12.8.1980
Illustrierung der genannten USA-Patentschrift zeigt
einen Transistor (133), dessen Emitter-Kollektor-Strecke zu einem Darlingtonverstärker parallelgeschaltet ist,
der durch zwei Transistoren (121, 101) gebildet wird. Ein Widerstand (122) ist in Reihe in dem Emitterkreis des
Au.sgangstransistors (101 ) angeordnet. Der Potentialunterschied zwischen den Klemmen des Widerstandes (122) wird
über eine Teilerbrücke (131> 132) zum Polarisieren des
Emitter-Basis-Uebergangsdes Transistors (133) benutzt.
Dieser Transistor (133) ist unter üblichen Betriebsbedingungen
des Verstärkers, die zu einer Abnahme des Potentials mit gewähltem Höchstwert im Widerstand (i22)
führen, nicht gesperrt. Bei Ueberlastung ist der Potentialunterschied zwischen den Klemmen des genannten Wider—
Standes dann genügend, um den Transistor (133) leitend zu
machen, wobei über den genannten Transistor (133) ein Teil
mindestens des Eingangsstroms direkt zu dem Ausgang des Verstärkers abgeleitet wird, was zu einer notwendigen
Herabsetzung der im Ausgangstransistor (1O1) entwickelten
2Q Leistung führt.
Es wurde gefunden, das.*- das genannte Sicherungsmittel
das in verschiedenen Ausführungen nach den betreffenden Patentschriften verwendet \v ird, wobei es sich
bei diesen Ausführungen insbesondere um den Teil des Spannungsteilers handelt, dex" zwischen dem in Reihe in dem
Emitter-Elektrodenkreis des Ausgangstransistors liegenden Widerstand und der Basis-Elektrode des Transistors liegt,
die zu den zwei Transistoren des Darlingtonverstarkers
parallelgeschaltet ist, befriedigend wirkt. Ausserdem weist das genannte Mittel den Vorteil einer grossen Einfachheit auf.
Trotz der grossen Einfachheit dieses Mittels erfordert es aber doch das Vorhandensein mehrerer besonderer
Widerstände. Ausserdem sollen die Verhältnisse zwischen den ohmschen Werten der genannten Widerstände
ziemlich genau sein, wenn verlangt wird, dass der genannte Verstärker bei maximaler Leistung arbeiten können müsste.
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ohne dass dabei die Grenze überschritten wird, über der der genannte Verstärker leicht zerstört werden kann. Diese
Anforderungen werden wichtig, wenn es sich darum handelt,
einen derartigen Verstärker in Form einer integrierten Struktur herzustellen.
Der von der Anmelderin vorgeschlagene Darlingtonverstärker wurde unter Berücksichtigung des Wunsches entworfen,
die Sicherungsschaltung des Ausgangstransistors dieses Verstärkers in bezug auf die bekannten äquivalenten
Sicherungsschaltungen zu vereinfachen, damit so insbesondere
das durch die Vorrichtung gebildete Ganze auf einfache Weise in integrierter Form verwirklicht werden
kann.
Nach der Erfindung ist eine elektronische Anorclnung der in der Einleitung beschriebenen Art dadurch gekennzeichnet,
dass die Basis-Elektrode des dritten Transistors mit einer Anzapfung des genannten ersten
Widerstandes verbunden ist.
Dieser erste Widerstand muss benutzt werden, sogar wenn es sich um einen Darlingtonverstärker handelt,
der nicht mit einer Vorrichtung zur Sicherung gegen lieber— lastung versehen ist. Der genannte Widerstand ist z.B. im
Schaltbild zur Illustrierung der genannten USA-Patentschrift dargestellt und ist mit (127) bezeichnet. Mit
einem derartigen Widerstand kann insbesondere ein grosser Teil des Leckstroms dem ersten Transistor entnommen werden
- wobei dieser Leckstrom bei hohen Betriebstemperaturen eine grosse Stärke aufweist - , so dass der genannte Teil
des Leckstromes also nicht vom zweiten Transistor verstärkt wird.
Der Erfindung liegt also der Gedanke des doppelten Gebrauches des genannten ersten Widerstandes, und
zwar für den Verstärkungsteil sowie für den Sicherungs— teil der Anordnung, zugrunde.
Dieser Widerstand, der nach der Erfindung einen Anzapfungspunkt aufweist, bildet eine Teilerbrücke, die
die Spannung zwischen die Emitter-Elektrode und die Basis—
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Elektrode des zweiten Transistors aufteilt.
Ein Bruchteil der genannten Spannung trägt dazu bei, den Emitter-Basis-TJebergang des dritten Transistors
in der Durchlassrichtung zu polarisieren, wobei dieser
Spannungsbruchteil praktisch den unveränderlichen Teil der Polarisationsspannung dieses Transistors darstellt.
Der andere Teil der Polarisationsspannung wird durch den Spannungsabfall erhalten, der über dem genannten zweiten
Widerstand auftritt, der in Reihe in dem Emitterkreis des
IQ zweiten Transistors angeordnet ist. Der letztere Spannungsteil
ist veränderlich: Er ist von der Stärke des Ausgangsstroms des zweiten Transistors abhängig. Vie in den
bekannten Vorrichtungen ist also der leitende oder der nicht—leitende Zustand des genannten dritten Transistors
von dem Spannungsabfall über dem Widerstand abhängig, der
in Reihe in dem Emitterkreis des Ausgangstransistors angeordnet ist. Im Verstärker nach der Erfindung ist jedoch
der genannte Widerstand nicht der einzige Widerstand, der die Polarisationsspannung des dritten Transistors liefert.
2ü Der ohmsche Wert des genannten Widerstandes kann also verhältnismässig
niedrig in bezug auf den üblichen Wert gewählt werden, wodurch es möglich ist, die Verlustleistung
des Verstärkers, die auf das Vorhandensein eines derartigen Widerstandes zurückzuführen ist, herabzusetzen. Dies bedeutet
einen Vorteil der Erfindung im Vergleich zu den bekannten Anordnungen.
Ein zweiter Vorteil der Erfindung ist der, dass im Vergleich zu den bekannten Sicherungsmitteln das
Sicherungsmittel nach der Erfindung vereinfacht ist. Xn bezug auf die bekannten Widerstände, die für die Wirkung
des Verstärkers selber unentbehrlich sind, enthält die Vorrichtung nach der Erfindung nur den genannten zweiten
Widerstand. Wegen des niedrigen ohmschen Widerstandes desselben braucht der genannte Widerstand nicht einzeln
hergestellt zu werden; es ist in der Tat möglich, als Ersatz den Widerstand (ohmscher Wert 0,01 ..T. bis 0,02/; )
des Metalldrahtes zu verwenden, der an dem Emitter—Elektro-
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denausgang des zweiten Transistors festgeschweisst ist
und der die ohmsche Verbindung zwischen dieser Emitter-Elektrode
und ihrer Belastung herstellt.
Das Sicherungsmittel, das gemäss der Erfindung ausgeführt ist und dessen Herstellung einfach ist, kann
leicht in eine übliche integrierte Halbleiterstruktur mit mindestens einem Darlingtonverstärker aufgenommen
werden. Dies ist ein weiterer Vorteil der Erfindung. Die Ausführung des dritten den Verstärker
1Q sichernden Transistors in integrierter Form ergibt in der Tat gar keine besonderen Probleme« Was der erste
Widerstand anbelangt: dieser ist schon - jedoch ohne Mitteanzapfung - in den bekannten Darlingtonverstärkern
voiiianden. Das Prinzip der Bildung dieses Widerstandes,
das darin besteht, einen sehr gan.au lokalisierten Kurzschluss zwischen der Emitterzone und der Basiszone des
zweiten Transistors zu bilden, bleibt im vorliegenden Falle anwendbar; es ist genügend, die Topologie des
Widerstandes anzupassen.
Die Erfindung kann sowohl bei don Darlingtonverstärkern
mit zwei Transistoren vom gleichen Leitungstyp als auch bei solchen Verstärkei-n verwendet werden, in
denen der Eingangstransis cor und der Ausgangstransisior
entgegengesetzte Lei Lungstypen aufweisen. Die Erfindung
lässt sich weiter bei elektronischen Anordnungen anwenden, die z.B. zwei Darlingtonverstärker enthalten, die als
komplementäre Gebilde wirken.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in
der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher boschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 das übliche Schaltbild eines Darlingtonverstärkers, der durch zwei Transistoren vom gleichen
Leitungstyp gebildet wird, aber der nicht mit einer Schaltung zur Sicherung des Verstärkers gegen Ueberlastungen
versehen ist,
Fig. 2 das Schaltbild einer Anordnung, die einen Darlingtonverstärker enthält, der mit dem nach Fig. 1
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identisch ist, aber mit einer Schaltung nach der Erfindung
zur Sicherung des Verstärkers gegen Ueberlastungen versehen
ist,
Fig. 3 eine Draufsicht auf einen in Mesastruktür
ausgeführten Darlingtonverstärker, der mit einer Sicherungsschaltung nach der Erfindung versehen ist, und
Figuren h, 5 und 6 Schnitte längs der Linien
IV-IV, V-V bzw. VI-VI in fig. 3.
Der in Fig. 1 dargestellte bekannte Darlingtonverstärker enthält einen ersten Transistor oder Eingangstransistor 10 und einen zweiten Transistor oder Ausgaiigstransistor
11, die beide vom npn-Leitungstyp sind. Auf bekannte Weise ist die Emitter-Elektrode des Transistors
10 mit der Basis-Elektrode des Transistors 11 und sind die Kollektor-Elektroden beider Transistoren 10, 11
direkt mit der Speiseleitung auf der Seite der positiven Klemme verbunden; die Emitter-Elektrode des Transistors
11 ist mit der Masse der Schaltung über eine Belastungsimpedanz verbunden, die durch den Rechteck 18 dargestellt
irit. Uebrigens ist ein Widerstand 12 parallel über dem
JCmitter-Basis-Uebeirgang des Transistors 11 angeordnet; ein
anderer Widerstand I3 ist parallel über dem Emitter—Basis-Uobergang
des Transistors 10 angeordnet, gleich wie eine Diode 14, die in der Sperrichtung in bezug auf den genannten
Uebergang angeordnet ist und dazu dient, die Schaltgeschwindigkeit der Schaltung zu verbessern. Der Eingang
des Verstärkers ist die Klemme E, die mit der Basis-Elektrode des Transistors 10 verbunden ist, während der
Ausgang des genannten Verstärkers durch die Klemme S gebildet wird, die mit der Emitter-Elektrode des Transistors
11 und mit der Belastungsimpedanz 18 verbunden is.
Was das Schaltbild nach Fig. 2 anbelangt, kann an einem Teil dieses Schaltbildes der Darlingtonverstärker
der oben an Hand der Fig. 1 beschriebenen Art (mit Ausnahme der Diode 14) erkannt werden. Die entsprechenden Elemente
der Figuren 1 und 2 sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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In Fig. 2 sind ausserdem Elemente vorhande,die
zusammen die Sicherungsschaltung des Verstärkers bilden.
Nach der Erfindung ist die in Fig. 2 dargestellte elektronische Anordnung, die mindestens einen Verstärker
enthält, der durch einen ersten Transistor oder Eingangstransistor 10 gebildet wird, der unmittelbar mit
einem zweiten Transistor oder Ausgangstransistor 11 gekoppelt
ist (wobei diese Transistoren den gleichen Leitungstyp aufweisen), wobei das durch die genannten
Transistoren gebildete Ganze einen Verstärker bildet, der unter der Bezeichnung "Darlingtonverstärker" bekannt ist,
wobei ein erster Widerstand 12 zu der Emitter-Basis-Strecke des zweiten Transistors 11 parallelgeschaltet ist,
während ein zweiter Widerstand 15 in Reihe in dem Emitterkreis des zweiten Transistors 11 angeordnet und über eine
Ende 15A mit der Emitter-Elektrode dieses zweiten Transistors
11 verbunden ist, wobei die genannte elektronische Anordnung weiter einen dritten Transistor 16 enthält,
dessen Kollektor-Elektrode mit der Basis-Elektrode des ersten Transistors 10 und dessen Emitter-Elektrode mit dem
anderen Ende 1 5B des zweiten Widerstandes 15 verbunden
ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis-Elektrode des genannten dritten Transistors 16 mit einem Anzapfungspunkt 17 des genannten ersten Widerstandes 12 verbunden
ist.
Der genannte Widerstand 12 ist somit in zwei
Teile 12A und 12B aufgeteilt. Dieser Widerstand 12 erfüllt eine doppelte Funktion in der Anordnung nach Fig. 2:
- Erstens bildet infolge der Tatsache, dass der genannte Widerstand über der Emitter-Basis-Strecke des Transistors
11 parallelgeschaltet ist, der genannte Widerstand 12 einen Ableitweg für die Leckströme des Transistors
10, wodurch der genannte Widerstand verhindert, dass die genannten Leckströme vom Transistor 11 verstärkt
werden würden,
- Zweitens trägt infolge der Tatsache, dass der in Reihe mit dem Widerstand 15 angeordnete Teil 12A über der
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Emitter-Basis-Strecke dos Transistors 16 parallelgeschaltet
ist, der genannte Widerstand 12 dazu bei, den Emitter-Basis-Uebergang dieses Transistors 16 in der
Durchlassrichtung zu polarisieren. Wenn von diesen Tatsachen ausgegangen wird,
wirkt die Sieherungsschaltung des Verstärkers wie folgt:
Die Emitter-Basis-Polarisationsspannung V1 + V
des Transistors 16 ist gleich der Summe des Potentialunterschiedes
V1 zwischen den Klemmen des Teiles 12A des Wider—
Standes 12 (wobei dieser Unterschied selber ein Bruchteil R1^. der Emitter-Basis spannung des Transistors 11 ist,
R12A+R12B
wobei R„„. und R-„„ die ohmschen Widerstände der Teile 12A
12A 1 <cb
bzw. 12B des genannten Widerstandes 12 darstellen) und des 15
Potentialunterschiedes V0, der zwischen den Klemmen des
Widerstandes 15 durch den Durchgang des Stromes I am Ausgang
des Verstärkers herbeigeführt wird. Der Potentialunterschied V1 ist praktisch konstant, während der Potentialunterschied
V0 sich mit dem Strom I ändert. z
Unter üblichen Betriebsbedingungen des Verstärkers ist sichergestellt, dass die Summe V +V0 kleiner
als die Emitter-Basis-Schwellwertspannung· des Transistors
16 ist, wobei dieser Transistor gesperrt ist.
Wenn der Strom I einen bestimmten Pegel tiber-25
schreitet, der als der Ilöchstpegel betrachtet wird, über
dem der Transistor 11 unvermeidlich zerstört werden wird,
wird über dem Widerstand 15 der Spannungsabfall V derart,
dass die Summe V +V die genannte Schwellwertspannung überschreitet,
während der Transistor 16 leitend wird. Der ge-30
nannte Transistor leitet dann einen Teil des EingangsStroms
direkt zu dem Ausgang des Verstärkers ab, was eine Herabsetzung des Stromes I und danach eine Herabsetzung der
Spannung V0 bedeutet, wobei durch diese Herabsetzung der
Transistor 16 wieder gesperrt wird.
Der Verstärker wird nie unwirksam; nur die Leistung des Verstärkers wird beschränkt.
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PHF 79.578 /' it 12.8.1980
Es ist; einleuchtend, dass, wenn die Wirkung der Sicherungsschaltung nach der Erfindung praktisch gleich
der Wirkung anderer bekannter Sicherungsschaltungen - insbesondere
der Wirkung der in der vorgenannten US-PS 3.97^.^38 beschriebenen Sicherungsschaltung - ist, das besondere
Merkmal dieser Schaltung nach der Erfindung darin besteht, dass der Spannungsteiler, der zu der Einstellung
der Polarisationsspannung des Emitter-Basis-Uebergangs des Transistors 16 beiträgt, in dem Widerstand 12 gebildet
ist, der parallel über der Emitter-Basis-Strecke des Ausgangstransistors
11 angeordnet ist, wodurch es möglich ist, eine Schaltung zu erhalten, deren Struktur im Vergleich
zu der Struktur der bereits bekannten Schaltungen vereinfacht ist.
1^ Eine befriedigende Wirkung des durch den Verstärker
gebildeten Ganzen ist insbesondere von. der passenden Wahl der ohmschen Werte der Widerstände 12A, 12B und
15 abhängig. Je nach den Umständen und abhängig von der Stärke des Stromes I und dem ohmschen Wert des Wider—
Standes 15 weist das Verhältnis 12A einen Wert zwischen
12B
und 10 auf. Es ist einleuchtend, dass jür die richtige Einstellung
des Verstärkers pi-aktische Versuche erforderlich
sind. Beispielsweise werden nachstehend einige Zahlcnwerte in bezug auf eine Sicherungsschaltung nach der Erfindung
im Falle eines Verstärkers gegeben, dessen Stromstärke I unter üblichen Betriebsbedingungen auf etwa öA beschränkt
ist:
- Der gesamte ohmsche Wert des Widerstandes 12 beträgt etwa 100 Λ , während die ohmschen Werte der Teile 12A
und 12B des genannten Widerstandes 85 ~- bzw. 15 -- betragen;
— Der ohmsche Wert des Widerstandes I5 beträgt etwa
0,01 -; dieser ohmsche Wert ist der der Golddrahtver-
■" bindung, durch die die Emitter-Elektrode des Transistors
11 mit der Impedanz 18 im Falle einer integrierten Halbleiteranordnung verbunden ist; der genannte Wort
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von 0,01 ·. entspricht dem von Verbindungen, die eine
genaue Länge aufweisen, mechanisch abgeschnitten sind und von einer Vorrichtung zu der anderen einander
praktisch gleich sind;
- Die Emitter-Basisspannung des Transistors 11 beträgt
etwa 8OO mV, was zwischen den Klemmen des Teiles 12A des Widerstandes 12 einen Potentialunterschied V1 von
669 mV bis 690 mV ergibt.
Bei einem Strom I, dessen Stärke etwa 6A beträgt, würde der über dem Widerstand 15 erzeugte Spannungsabfall
V0 etwa 60 mV betragen.
Die Schwellwertspannung des Transistors 16 betrügt
7OO mV bis 750 mV. Es stellt sich heraus, dass die
Summe V..+Vp etwa diesem Spannungsbereich entspricht und
dass die für die Widerstände 12 und I5 vorgeschlagenen
ohmschen Werte richtige Ausgangswerte sind, mit denen es möglich ist, die Widerstände integrierter Schaltungen auf
richtige Weise einzustellen, wobei grosse, jedoch unvermeidliche Toleranzen berücksichtigt werden.
Von einem anderen Gesichtspunkt her und der Vollständigkeit
halber sei bemerkt, dass im Schaltbild nach Fig. 2, das die Anordnung nach der Erfindung zeigt, die
LSasis-Kollektor-Diode des Transistors Ιό, die in Reihe mit
dom Teil 1213 des Widerstandes 12 (dem Teil mit niedrigem
olimschen Wert) angeordnet ist, gegensinnig parallel über der Emitter-Basiö-Strecke des Eingangstransistors 10 angeordnet
ist. Diese Diode beeinflusst also in günstigem Sinne die Wirkung des Verstärkers in bezug auf sein Schaltgeschwindigkeit;
diese Verbesserung der Schaltgeschwindigkeit wird gewöhnlich durch eine besondere Diode erhalten
(siehe die Diode Ik in Fig. 1). Es ist hier also nicht
erforderlich, eine Diode 14 anzubringen; dies ist ein
praiktischer Vorteil der Anordnung nach der Erfindung und
erleichtert die Integration derselben.
Die nachstehende Beschreibung bezieht sich auf Fig. 3 und auch auf die Schnitte nach den Figuren 4, 5
und 6.
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PHF 79.578 y'yin _ 12.8.198O
Der in den genannten Figuren dargestellte Darlingtonverstärker ist auf einem noch dotierten nleitenden
Siliziumsubstrat 40 angebracht, das mit drei aufeinanderfolgende epitaktischen Schichten versehen ist,
und zwar einer ersten η-leitenden Schicht 41 , die schwach dotiert ist, einer zweiten p-leitenden Schicht 42, die
ebenfalls schwach dotiert ist, und einer dritten n-leitenden Schicht 43, die auch schwach dotiert ist.
Die Schicht 41 bildet die den Transistoren 10 und 11 gemeinsame Kollektor-Elektrode, wobei die Verbindung
zwischen diesen Kollektoren durch das gemeinsame Substrat ^O hergestellt wird, das mit einer metallenen
Kontaktzone 44 versehen ist.
Die epitaktische Schicht 4-3 ist durch Wände aus
p-leitendem Material in Abteile unterteilt; diese Wände werden durch Diffusion über die genannte Zone 43 erhalten
und bilden zugleich die Basiskontakte auf der darunterliegenden Schicht 42.
Für ein besseres Verständnis der Fig. 3 sei bemerkt,
dass der Eingangstransistor 10 sich im Viertel links unten in der genannten Figur befindet, was auch mit
dem Transistor 16 der Fall ist, während der Ausgangstransistor
11 die Viertel rechts unten und rechts oben und einen Teil des Viertels links oben in derselben Figur
in Anspruch nimmt. Der Widerstand 12 befindet sich im Viertel links oben und ist zu der linken Seite der Fig. 3
parallel. Dies ist eine günstige Anordnung, die jedoch nicht unbedingt notwendig ist.
Die Basis-Elektrode des Eingangstransistors 10 wird durch einen Teil 102 der Schicht 42 gebildet. Diese
Basis-Elektrode ist an der Oberfläche durch den Basiskontakt 102a kontaktiert. Die Emitter-Elektrode dieses
Transistors 10 erstreckt sich in einem Teil 101 der Schicht 43, während der Kontakt durch eine Kontaktzone 101a
sichergestellt ist, die an der Oberfläche des Halbleiterkristalls gebildet ist. Die Kontaktpunkte auf der Basis-Elektrode
102 und auf der Emitter-Elektrode 101 werden
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durch die metallenen Zonen 1C20 bzw. 1010 g-ebildet.
Die Basis-Elektrode des Transistors 11 wird durch einen Teil 112 der Schicht k-2 g-ebildet mid ist an
der Oberfläche durch den Basis-Elektrodenicontakt 112a
kontaktiert. Die Emitter-Elektrode des Transistors 11 beansprucht
einen Teil 111 der Schicht K1}, während der Kontakt
durch eine Kontaktzone 111a sichergestellt ist. Metallene Kontaktzonen 1120 und 1110 stellen den Kontakt
mit der Basis-Elektrode 112 bzw. der Emitter-Elektrode 111 sicher.
Der Transistor 16, der die Schaltung sichert, ist innex-halb der Grenzen des Transistors 10 gebildet. Die
Kollektor-Elektrode des genannten Transistors 16 ist in einem Teil der Schicht 43 gebildet; der Kollektor-Elektrodenkontakt
wird durch eine ümfangsoberflächenzone 163 a
sichergestellt, die an die Basis-Elektrodenkontaktzone 102a
des Transistors 10 grenzt. Die Basis-Elektrode 162 des genannten Transistors 16 befindet sich innerhalb der Grenzen
der Kollektor-Elektrode I63 und umschliesst die Emitter-Elektrode
Ιοί des genannten Transistors 16. Metallene Kontaktzonen
1620 und 1610 stellen die erforderlichen Kontakte mit der Basis-Elektrode 162 bzw. der Emitter-Elektrode I61
her. Die Kontaktierung auf der Kollektor-Elektrode I63
wird durch die metallene Zone 1020 sichergestellt, die bereics
die Basis-Elektrode 102 des Transistors 10 kontaktiert. Auf diese Weise ist die Verbindung zwischen der
Basis-Elektrode des Transistors 10 und der Kollektor-Elektrode des Transistors 16 entsprechend der Zeichnung der
Schaltung nach Fig. 2 hergestellt,
Es sei bemerkt, dass die metallene Zone 1010 sowohl auf der Emitter-Elektrodenkontaktzone 101a des
Transistors 10 als auch auf dem Basis-Elektrodenkontakt 112a dos Transistors 11 ruht, wodurch also eine Verbindung
hergestellt ist, die in Fig. 2 dargestellt ist.
Der Widerstand 13 in Fig. 2 wird durch einen
Teil der Schicht 42 zwischen den Basis-Elektrodenkontakten
102a und 112a gebildet und ist schematisch in Fig. 4 dar-
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gestellt.
Der Widerstand 12 wird durch einen schmalen Streifen 121 aus p-leitendem Material gebildet, das in
der Emitter-Elektrode 111 des Transistors 11 zwischen der Hauptzone auf dieser Emitter-Elektrode, in der die Emitter-Elektrodenkontaktzone
111a vorgesehen ist, und einer seitlichen
schmalen Zone k-5 angebracht ist.
An einem Ende (Seite 121B) berührt der Streifen 121 den Rand 1120a (siehe Fig. 3) des Basis-Elektrodenkontakts
des Transistors 11. An seinem anderen Ende (Seite 121A) ist der genannte Streifen 121 mit der Emitter-Elektrode
111 des Transistors 11 über die metallene Zone
1110 verbunden, die derart dargestellt ist, dass sie sehr lokal auf beiden Elementen, d.h. auf der Emitter-Elektrode
und auf dem Streifen, ruht.
Von der Basis-Elektrode des Transistors 16 her erstreckt sich die metallene Zone 1ö2O bis oberhalb des
Streifens 121, auf dem die genannte Zone 1620 den Kontakt
über ein Fenster I7I herstellt, um auf diese Weise die in
Fig. 2 dargestellte Anzapfung I7 zu bilden, die den genannten
Streifen 121 in zwei Teile 121A und 121B unterteilt,
die den Widerständen 12A bzw. 12B der Fig. 2 entsprechen.
Der Widerstand 15 des Schaltbildes nach Fig. 2
ist in diesen Figuren nicht dargestellt. Der genannte Widerstand wird durch die Verbindung gebildet, die nachher
durch Schweissen auf der metallenen Zone 1110 hergestellt wird und die bis zu der entsprechenden Ausgangsklomme der
Umhüllung der integrierten Schaltung reicht. Zu gleicher Zeit wird ?uf der Zone I6IO der Emitter-Elektrode des
Transistors 16 eine andere Verbindung festgeschweisst,die
ebenfalls bis zu der genannten Ausgangsklemme reicht. Die letztere Verbindung führt einen kleinen ohmschen Widerstand
herbei, der bei der Wirkung der Sicherungsschaltung gar keine Rolle spielt und der ausserdem diese Wirkung
durchaus nicht beeinträchtigt.
Für die Herstellung einer Anordnung nach den
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PHF 79.578 W Jl^ 12.8.1-980
Figuren 3» ^5 5 und 6 werden die auf dem Halbleitergebiet
üblichen Techniken angewendet.
Ausgehend von einer η -leitenden Siliziumscheibe,
die mit Antimon dotiert ist, um einen spezifischen Widerstand von etwa 15 m...cm zu erhalten, wird eine n-leitende
erste epitaktische Zone kl erzeugt, die mit Arsen dotiert
ist, um einen spezifischen ¥iderstand von etwa 4--. cm bis S .cm zu erhalten, wobei die Dicke der genannten Schicht
15/um bis 20/um beträgt. Dann wird eine p-leitende zweite
epitaktische Zone 42 erzeugt, die mit Bor dotiert ist,
um einen spezifischen Widerstand von etwa 5 .cm bis 9,;. cm
über eine Dicke von 14/um bis 18 /um zu erhalten, während
schliesslich eine η-leitende dritte epitaktische Zone 43
erzeugt wird, die mit Arsen dotiert ist, um einen spezifischen Widerstand von 3 .cm bis 6..:.. cm über eine Dicke von
3/um bis 7/um zu erhalten.
Durch Photoätzung wird anschliessend eine Maske gebildet, deren Fenster den ρ -leitenden Wänden, den Basis-Klektrodenkontaktzonen
der Transistoren 10 und 11 und dem Widerstand 12 (Streifen 121) entsprechen, während danach
eine Bordiffusion zum Erhalten einer Diffusionstiefe von
7/um, einer Oberflächenkonzentration von 5.10 Atomen/cm3
und eines spezifischen Widerstandes von 20..cm durchgeführt wird. Unter diesen Bedingungen würde die Länge des
Widerstandes 12 etwa das Fünffache seiner Breite betragen (R10 — 100-). Dann wird eine zweite Maske gebildet, deren
Fenster der Basis-Elektrode des Transistors i6 entspricht,
wonach wieder eine Bordiffusion zum Erhalten einer Diffusionstiefe von 3/um bis 4 ;um durchgeführt wird, wobei
die Oberflächenkonzentration und der spezifische Widerstand etwa gleich denen bei der vorgenannten Bordiffusion
sind. Durch eine danach über eine dritte Maske durchgeführte Phosphordiffusion werden zu gleicher Zeit die Kontaktzonen
der Emitter-Elektroden der Transistoren 10 und und die Emitter- und die Kollektor-Elektrodenkontaktzone
des Transistors 16 erhalten; dies erfolgt in der Weise, dass eine Diffusionstiefe von 2 /um bis 2,5 /um, eine Ober-
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PHF 79.578 λΥ /\~\ 12.8.1980
°Ο / τ
flächenkonzentration von etwa 5·10~ Atomen/cnr und ein
Quadratwiderstand von 2 - erhalten werden.
Für alle genannten Diffusionstiefen werden naturgemäss
die aufeinanderfolgenden Ausheizvorgänge berücksichtigt,
denen die Siliziumscheibe unterworfen wird.
Die Herstellung der Anordnung wird dadurch beendet, dass die Kontaktfenster in der die Anordnung bedeckenden
Oxidschicht 46 angebracht werden, im Vakuum durch Verdampfung eine Aluminiumschicht angebracht und
schliesslich diese Aluminiumschicht geätzt wird, um die unterschiedlichen Leiter und Oberflächenkontaktzonen zu
erhalten.
Das in den Figuren 3 bis 6 dargestellte Beispiel" eines Darlingtonverstärkers mit npn-Transistoren
bedeutet keine Beschränkung der Erfindung. Ebenso gut könnte im Rahmen der Erfindung ein solcher Verstärker mit
pnp-Transistoren beschrieben sein.
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Claims (6)
1. Elektronische Anordnung, die mindestens einen
Verstärker enthält, der durch einen ersten Transistor oder Eingangstransistor (1O) gebildet wird, der unmittelbar
mit einem zweiten Transistor oder Ausgan^stransistor
(11) gekoppelt ist, wobei daa durch die genannten
Transistoren gebildete Ganze einen Verstärker bildet, der
unter der Bezeichnung "Darlington-verstärker" bekannt ist,
wobei ein erster Widerstand (12) zu der Emitter-Basis-Strecke des zweiten Transistors (11) parallelgeschaltet
ist, während ein zweiter Widerstand (15) in Reihe in dem
Emitterkreis des zweiten Transistors angeordnet und über eines seiner Enden (15A) mit der Emitter-Elektrode des genannten
Transistors verbunden ist, wobei die genannte elektronische Anordnung ausserdem einen dritten Transistor
(16) enthält, dessen Kollektor-Elektrode mit der Basis-Elektrode
des ersten Transistors (1O) und dessen Emitter-Elektrode mit dem anderen Ende (15B) des genannten zweiten
Widerstandes (15) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet,
dass die Basis-Elektrode des genannten dritten Transistors
(16) mit einem Anzapfungspunkt (17) des genannten ersten
Widerstandes (12) verbunden ist.
2. Elektronische Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhältnis zwischen dem ohmschen
Wert des Teiles (12A) des ersten Widerstandes (12), der zwischen dem genannten Anzapfungspunkt (17) und der Emitter-Elektrode
des zweiten Transistors (11) liegt, und dem ohmschen Wert des anderen Teiles (12B) des genannten ersten
Widerstandes einen Wert zwischen 3 und 10 aufweist.
3. Elektronische Anordnung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der ohmsche Wert des
Teiles (12A) des genannten ersten Widerstandes (12), derzwischen dem genannten Anzapfungspunkt (17) und der
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PHF 79-578 \7~ λ 12.8.1980
Emitter-Elektrode des zweiten Transistors(11 liegt, und
der ohmsehe ¥ert des genannten zweiten Widerstandes (15) derart gewählt sind, dass unter üblichen Betriebsbedingungen
des Verstärkers die Summe der Potentialunterschiede zwischen den Enden jedes der genannten Elemente
(12A und 15) kleiner als die Emitter-Basis-Schwellwertspannung
des dritten Transistors (16) ist.
4. Elektronische Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der ohmsche Wert des ersten Wider—
Standes (12) etwa 100.-. beträgt, und dass die ohmschen
Werte der zwei Teile dieses ersten Widerstandes, die zu beiden Seiten des genannten Anzapfungspunktes liegen,
etwa 85 bzw. 15 -.. betragen, während der ohmsche Wert des
zweiten Widerstandes (15) etwa 0,01— beträgt.
5· Monolithisches Halbleitergebilde, das mindestens
eine elektronische Anordnung nach Anspruch 1 enthält und das in einer Halbleiterscheibe gebildet ist, wobei in der
Dickenrichtung von der oberen Fläche oder wirksamen Oberfläche dieser Scheibe zu der unteren Fläche derselben
^5 mindestens die folgenden Teile unterschieden werden können:
erstens eine epi taktische Schicht (43) vom ersten Leitungstyp, in der sich die Zonen (101,111) der Emitter-Elektroden
des ersten und des zweiten Transistors (1O,11) befinden,
und dann eine epitaktische Schicht ('-±2.) vom zweiten Leitungstyp,
in der sich die Zonen (102,112) der Basis-Elektroden der beiden genannten Transistoren befinden, dadurch
gekennzeichnet, dass der genannte erste Widerstand (12) durch einen Streifen (121) aus einem Material vom zweiten
Leitungstyp gebildet wird, wobei dieser Streifen in der
^5 epitaktischen Schicht (43) vom ersten Leitungstyp erzeugt
ist und sich in der Tiefenrichtung bis zu der zweiten
epitaktischen Schicht (42) erstreckt.
6. Elektronische Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Transistor (16) völlig
:in der genannten epitaktischen Zone (43) vom ersten Leitungstyp
liegt.
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| DE3039638A1 true DE3039638A1 (de) | 1981-04-30 |
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Country Status (7)
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| GB (1) | GB2061655B (de) |
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Legal Events
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