DE3124237A1 - "feldeffektkapazitaet" - Google Patents

"feldeffektkapazitaet"

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DE3124237A1 DE19813124237 DE3124237A DE3124237A1 DE 3124237 A1 DE3124237 A1 DE 3124237A1 DE 19813124237 DE19813124237 DE 19813124237 DE 3124237 A DE3124237 A DE 3124237A DE 3124237 A1 DE3124237 A1 DE 3124237A1
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Description

LV. Philips' eioeilampenfab'ieken, Bnrffitwen . : ": :λ\ # χ ":; 3 1 2 A 2 3
PHN.9786 "" -*-* *' "° " *" 23.2.81
* 3-
"Feldeffektkapazität".
Die Erfindung bezieht sich auf eine Feldeffektkapazität mit in einer Halbleiterschicht einem ersten Gebiet von einem ersten (p ) Leitungstyp, das mit mindestens einer Kontaktelektrode versehen ist, die mit einem ersten An-Schlusspunkt verbunden ist, während dieses Gebiet noch mit einer auf diesem Gebiet angebrachten isolierten Elektrode versehen ist, die mit einem zweiten Anschlusspunkt verbunden is.t.
Eine derartige Feldeffektkapazität wird meistens durch einen Feldeffekttransistor mit kurzgeschlossenen Source- und Drain-Elektroden gebildet, wobei die Kapazität zwischen der Gate-Elektrode und der Source-Elektrode benutzt wird. Eine derartige Kapazität ist, wie gefunden wurde, aber zum Führen verhältnismässig grosser Signalspannungen weniger geeignet.
Die Erfindung hat die Aufgabe, eine Feldeffektkapazität vorgenannter Art zu schaffen, die verhältnismässig grosse Signalspannungen führen kann, und sie ist dazu dadurch.gekennzeichnet, dass in dieser Halbleiter— schicht ein zweites Halbleitergebiet von einem zweiten dem ersten Leitungstyp (p ) entgegengesetzten Leitungstyp (n) vorhanden ist, das mit mindestens einer Kontaktelektrode versehen ist, die mit dem ersten Anschlusspunkt verbunden ist, während das zweite Gebiet noch mit einer auf diesem zweiten Gebiet angebrachten isolierten Elektrode versehen ist, die mit dem zweiten Anschlusspunkt verbunden ist. Die Kapazität bei einer in der Einleitung genannten Feldeffektkapazität verschwindet, wie gefunden wurde, bei einer Signalspannung mit einer bestimmten Polarität, infolge der Tatsache, dass die leitende Schicht (der "Kanal") unter der isolierten Elektrode verschwindet. Durch den Zusatz nach der ICri'xndung. wird erreicht, dass, wenn die leitende Schicht unter der einen isolierten Elektrode verschwindet, sie unter
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PHN.9786 "& "* 23.2.81
der anderen isolierten Elektrode gerade gebildet wird, wodurch stets eine Kapazität zwischen dem ersten und dem zweiten Punkt wirksam ist.
Bei einer Feldeffektkapazität nach der Erfindung, bei der die.Halbleitereigenschaften derart sind, dass bei einer Spannung von 0 V zwischen der Kontaktelektrode und der isolierten Elektrode jedes der genannten Gebiete sich keine sich völlig unter der zugehörigen isolierten Elektrode erstreckende leitende Schicht gebildet hat (Anreicherungstyp), kann es vorteilhaft sein, dass zwischen der Kontaktelektrode des ersten Gebietes und der Kontaktelektrode des zweiten Gebietes eine Vorspannungsquelle angeordnet ist, die einen derartigen ¥ert aufweist, dass stets unter einer der beiden isolierten Elektroden eine sich völlig unter dieser Elektrode erstreckende leitende Schicht vorhanden ist.
Durch diese Massnahme wird erreicht, dass die
Kapazität unter der einen isolierten Elektrode fliessend in eine Kapazität unter der anderen isolierten Elektrode übergeht · ·
Diese Ausführungsform kann weiter dadurch gekennzeichnet werden, dass die genannte Vorspannungsquelle durch die Reihenschaltung eines ersten (T„) und eines zweiten (iv) Feldeffektransistors mit isolierter Gate-Elektrode gebildet wird, wobei dieser erste und dieser zweite Felder f Cokütrans iss bor l.n dem erdten bzw. dem zweiten Gebiet entsprechenden Gebieten gebildet sind, und wobei die Drain-Elektroden des ersten und des zweiten Feldeffektransistors mit den zugehörigen Steuerelektroden verbunden sind.
Dadurch wird erreicht, dass die Spannung über der Vorspannungsquelle prozessunabhängig mit der für einen . fliessenden Übergang yori der Kapazität unter der einen isolierten Elektrode zu der Kapazität unter der anderen isolierten Elektr.ode benötigten Vorspannung in Übereinstimmung ist.
Die Ausführungsform ist weiter dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspaiinungsquelle von einer Feldeffektkapazität tlbei-brückt wird.
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PHN.9786 "'"y 23.2.81
S-
Durch diese Massnalime wird ein etwaiger Widerstand der Vorspannungsquelle für Signale kurzgeschlossen, wobei (I.Lo. zurcso taste Folde LTok l.kup.-izl tii L von der Vorspannungsquelle stets richtig vorgespannt ist.
Die Feldeffektkapazität nach der ErfindTing kann in in bezu,'; auf die Ausführung mil Feldeffekttransistoren weiter dadurch gekennzeichnet werden, dass das erste und das zweite Gebiet sich aneinander anschliessen und dass die auf diesen Gebieten angebrachten isolierten Elektroden sich ebenfalls aneinander anschliessen.
Diese Massnahme ergibt eine Oberflächeneinsparung, was bei Anwendung von-Kapazitäten in integrierter Schaltung von grosser Bedeutung- sein kann.
Ε1η1,",(ί Aus rttlu'imf»·« ΓοπιιΐΜΐ der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Feldeffektkapazität nach der Erfindung,
Fig. 2 eine etwas abgeänderte Form der Feldeffektkapazität nach Fig. 1, und
Fig. 3 das elektrische Schaltbild der Feldeffektkapazität nach der Erfindung in einer bevorzugten Aus — führungsform
Die Feldeffektkapazität nach Fig. 1 enthält einen Halbleiterkörper k aus im vorliegenden Beispiel n-leitendem Halbleitermaterial mit darineinem ρ -leitenden Gebiet 5> in dem mit Hilfe von η -Diffusionen Kontakte 7 und 7' angebracht sind. Auf dem Gebiet 5 ist eine Isolierschicht 8, z.B. aus Siliciumoxid, angebracht, durch die ein metallisch-3^ er Kontakt mit den Kontaktdiffusionen 7 und 7' hergestellt wird, wobei im vorliegenden Beispiel gleichfalls ein metallischer Kontakt zwischen der Diffusion 7 und der Diffusion 5 hergestellt \i/ird, damit die Diffusion 5 in. bezug auf ihr Potential nicht schwebend ist, während auf dieser Isolierschicht die Elektrode 9 angebracht ist. Eine derartige Konfiguration ist die eines η-Kanal-Feldeffekttrans is tors (T1). Um diese Konfiguration als Kapazität
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PHN.9786 —-]pr - ":-" "-" -- 23.2.81
.6.
benutzen zu können, ist die Elektrode 9 mit einem Anschluss 2 und sind die Kontaktdiffusionen 7 und 71 (Source- und Drain-Elektrode bei einem Feldeffekttransistor) mit einem Anschluss 1 verbunden. Statt dessen kann auch nur eine der beiden Kontaktdiffusionen 7 und 7' benutzt oder können beide als ein Ganzes - z.B. eine die Elektrode 9 umgebende ringförmige Diffusion - ausgeführt werden. Bei einer genügend hohen Spannung zwischen der Elektrode 9 und den Diffusionen 7 und 7' wird unter der Elektrode 9 ein leitender η-Typ Kanal gebildet (bei Transistoren vom Verarmungstyp ist dies bereits bei O V der Fall) und bildet die Elektrode 9 mit diesem leitenden Kanal eine Kapazität.
Nach der Erfindung ist ein Gebiet 10 von dem des Gebietes 5 entgegengesetzten Leitungstyp angebracht, das durch den neben dem Gebiet 5 liegenden nichfcdiffundierten Teil der Schicht K gebildet wird. Darin sind zwei ρ -leitende Kontaktdiffusionen 6 und 61 angebracht. Auf dem Gebiet 5 ist auch die Isolierschicht 8 vorhanden, die mit Lochern versehen ist, durch die ein Kontakt mit den Diffusionen 6 und 61 hergestellt werden kann, wobei auf dieser Isolierschicht eine Elektrode 9' angebracht ist. Das Gebiet 10 mit Diffusionen 6' und 6' und mit der Elektrode 9' bilden einen p-Kanal-Feldeffekttransistor.
Die Diffusionen 6 und 6' sind mit dem Anschluss— punkt 1 verbunden und dio Elektrode 9' ist mit dem Anschlusspunkt 2 verbunden. Bei einer genügend negativen Spannung der Elektrode 9' in bezug auf die Diffusionen und 61 - bei Anwendung; eines Transistors vorn Verarmungstyp bereits bei OV- bildet sich unter der Elektrode 9' ein leitender p-Typ Kanal, der eine Kapazität mit der Elektrode 91 bildet. Auf diese Weise ist Für positive Signale am Punkt 2 in bezug auf den Punkt 1 die Kapazität unter der Elektrode 9 für negative Signale die Kapazität unter der Elektrode 9' wirksam.
Um bei Anwendung von Transistoren vom Anreicher— ungstyp'einen fliessenden Übergang von der Kapazität unter der einen isolierten Elektrode (9) zu der Kapazität unter
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PHN.9786 sr 23.2.81
« ΐ·
der anderen isolierten Elektrode (91) zu erhalten, kann zwischen den Diffusionen 6 und 61 und den Diffusionen 7 und 71 eine Vorspannungsquelle 11 angeordnet werden.
Fig. 2 zeigt eine Abwandlung der Ausführungsform nach Fig. 1, bei der die Diffusionen 61 und 7' weggelassen sind und die Elektroden 9 und 91 ein Ganzes bilden. Dadurch wird eine grössere ivirksame Oberfläche und somit ein grösserer Kapazitätswert erhalten.
Fig. 3 zeigt das elektrische Schaltbild der Feld
™ Feldeffektkapazität nach der Erfindung, wobei die unter der Ii I c.'k Li'udej 9 Ijv.w. l)' i'jol) i..1.d << l.c KupaV.i LiI L durcli doa n-Kaiiul-Feldeffekttransistor T1 bzw. den p-Kanal-Feldeffekttransistor Tp mit je miteinander verbundenen Source- and Drain-Elektroden dargestellt ist. Zwischen den Source-Elektroden der Transistoren T0 und T1 ist die Vorspannungsquelle 11 durch die Reihenschaltung eines p-Kanal-Feldeff ekttransistors Tr und eines n-Kanal-Feldeffekttransistors T„ mit je miteinander verbundenen Gate- und Drain-Elektroden gebildet, wobei diese Reihenschaltung von der Stromquelle in den leitenden Zustand gesteuert wird. (Die Transistoren T^ und Tn dürfen untereinander verwechseld werden). Dadurch, dass diese Transistoren T„ und T. gerade in den leitenden Zustand gesteuert werden, führt die Quelle 11 eine Spannung, die der Summe der Spannungen entspricht, die zur Bildung
eines leitenden Kanals unter den Elektroden 9 und 9' erforderlich sind. In ei no in Gleichgewichtszustand sind also die Kanäle der Transistoren T1 und T noch gerade vorhanden. Bei einer Signalspannung der einen Polarität verschwindet
der Kanal im Transistor T1 und ist der Transistor T0 als
·
Kapazität wirksam, während bei einer Signalspannung zwischen den Punkten 1 und 2 der anderen Polarität der Kanal im Transistor T verschwindet und der Transistor T als Kapazität wirksam ist.
Wenn die Transistoren T1 und T9 vorn Verarmungs-
*"
typ sind, kann die Quelle 11 durch einen Kurzschluss ersetzt werden. Dies kcinn manchmal uuch ßrfolfren, worin d:i <> Transits boron T. und T,, voin Anrii i.clio.s'UUfi'ss hy ρ .sind, n. 15. wenn
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PHN.9786 -""V "-."■.-* "..·'-.:. 23.2.81
■ 2-
die Spannungsform zwischen den Punkten 1 und 2 keine Rolle spielt,wie bei Stromsteuerung. Das Gebiet, bei dem dann keiner der beiden Transistoren T und T eine Kapazität
I Ä
bildet, wird dann sehr schnell durchlaufen, weil ein Strom·) der in eine Kapazität gleich Null (oder in der Praxis sehr klein) geschickt wird, einen Spannungssprung herbeiführt, der, je; nach der Polarität des Steuerstroms, einen der beiden Trans is tore η T und T iij.-s Kapazität wirksam macht.
Um den Signalstromwiderstand der Vorspannungs— quelle 11 kurzzuschliessen, kann dazu eine Paldeffektkapazität, die durch einen n-Kanal-Transistor T_ gebildet wird, parallel zu der Quelle 11 angeordnet werden. Von der Quelle 11 ist dieser Transistor T stets richtig vorgespannt. Auch oin p—Kanal—Trans is tor Tr kann als Kurzschlusskapazität ™ Anwendung finden. Er muss dann über seine Gate-Elektrode mit dem Punkt 1 und über seine Drain-Elektrode mit der Source-Elektrode des Transistors T„ verbunden sein.
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Claims (1)

  1. PHN. 9786 ZT.Z.W
    "PATENTANSPRÜCHE":
    1 J Feldeffektkapazität mit in einer Halbleiterschiclit (4) einem ersten Gebiet (5) von einem ersten (p ) Leitungstyp, das mib mindestens einer Kontaktelektrode (7) versehen Lst, die mit einem ersten Anschlusspunkt (i) verbunden ist, während dieses Gebiet noch mit einer auf diesem Gebiet angebrachten isolierten Elektrode (9) versehen ist, die mit einem zweiten Anschlusspunkt (2) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, data η in dieser Ilälbleitersehicht (4) ein zweites Halbleitergebiet (ίο) von einem zweiten dem ersten Leitungstyp (p~) entgegengesetzten Leitungstyp (n) vorhanden ist, das mit mindestens einer Kontaktelektrode (6) versehen ist, die mit dem ersten Anschlusspunkt (i) verbunden ist, während dieses zweite Gebiet noch mit einer auf diesem zweiten Gebiet angebrachten isolierten Elektrode (91) / \
    versehen ist, die mit dem zweiten Anschlusspunkt (2) verbunden ist.
    2. Feldeffektkapazität nach Anspruch 1, bei der die
    Halbleitereigenschaften- derart sind, dass bei einer Spannung von 0 V zwischen der Kontaktelekbrode und der isolierten
    Elektrode jedes der genannten Gebiete sich keine sich völlig unter der zugehörigen isolierten Elektrode erstreckende leitende Schicht gebildet hat (Anreicherungstyp), dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Kontaktelektrode (7) des ersten Gebietes (5) und der Kontaktelektrode (6) des zweiten Gebietes (10) eine Vorspannungsquelle (11) angeordnet ist, die einen derartigen ¥ert aufweist, dass stets unter einer der beiden isolierten Elektroden (9»9') eine sich völlig unter dieser Elektrode erstreckende leitende Schicht vorhanden ist.
    3· Feldeffektkapazität nach Anspruch 2, dadurch
    gekennzeichnet, dass die; genannte Vorspannungsquelle ( 1 1 ) durch die Reihenschaltung eines ersten (T„) und eines zweiten (Tk) Feldeffekttransistors mit isolierter Gate-Elektrode
    BAD ORIGINAL
    ν · *■ -
    PHN.9786 ^ » 23.2.81
    gebildet wird, wobei der erste und der zweite Feldeffekt-^ transistor in dem ersten bzw. dem zweiten Gebiet entsprechenden Gebieten gebildet sind, und wobei die Drain-Elektroden dieses ersten und dieses zweiten Feldeffekttransistors mit den zugehörigen Steuerelektroden verbunden sind.
    h. Feldeffektkapazität nach Anspruch 3j dadurch gekennzeichnet, dass eine Stromquelle (3) vorhanden ist, mit deren Hilfe dem ersten und dem zweiten Transistor Ruhestrom zugeführt wird.
    5. Feldeffektkapazität nach Anspruch 2, 3 oder 4, (ladurcli fjokoimzeiclniet, dass die Vorspamiunfesquelle (1 1 ) von einer Feldeffektkapazität überbrückt wird.
    6. Feldeffektkapazität nach einem oder mehreren
    der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Gebiet (5»10) sich aneinander anscliliessen, und dass die auf diesen Gebieten angebrachten isolierten Elektroden (9>9f.) sich gleichfalls aneinander anschliessen (Fig.2).
    BAD ORIGINAL
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