DE3326957C2

DE3326957C2 - Integrierte Schaltung

Info

Publication number: DE3326957C2
Application number: DE3326957A
Authority: DE
Inventors: Walter Beckenbach; Heinz 7100 Heilbronn Rinderle
Original assignee: Telefunken Electronic 7100 Heilbronn GmbH; Telefunken Electronic GmbH
Current assignee: Atmel Germany GmbH
Priority date: 1983-07-27
Filing date: 1983-07-27
Publication date: 1986-07-31
Also published as: DE3326957A1; JPS6043907A; US4639686A; KR930003521B1; KR850001642A

Abstract

Eine Verstärkerschaltung mit einem Verstärkertransistor ist integriert, wobei die Basiszone des Verstärkertransistors für die Betriebsfrequenz durch eine integrierte Kapazität mit dem Halbleitersubstrat der integrierten Schaltung verbunden ist.

Description

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Es ist bekannt, daß bei Verstärkerschaltungen, die Transistoren mit hoher Grenzfrequenz (Transist-Grenzfrequenz) aufweisen, häufig die Gefahr der Selbsterregung von unerwünschten Schwingungen besteht. Dabei treten in einem Frequenzbereich, der im allgemeinen erheblich außerhalb der Betriebsfrequenz liegt, unerwünschte Schwingungen auf, die durch den Einfluß von unvermeidbaren parasitären Induktivitäten und Kapazitäten in Zusammenwirkung mit dem Verstärkertransistor verursacht werden. Die parasitären Induktivitäten sind auf die Elektrodenzuleitungen und die parasitären Kapazitäten auf im Halbleiterkörper befindliche Kapazitäten (z. B. Sperrschichtkapazität.en) sowie auf äußere Verdrahtungskapazitäten zurückzuführen. Beide parasitäre Komponentenarten werden auch als parasitäre Reaktanzen bezeichnet. Während die Betriebsfrequenz bei einem UKW-Verstärker beispielsweise 100 MHz beträgt, entstehen die unerwünschten parasitären Schwingungen im oberen VHF- oder UHF-Bereich. Die unerwünschten Schwingungen haben Empfangsstörungen sowie Störstrahlungen zur Folge.

Die unerwünschten Schwingungen treten vor allem bei Verwendung des Verstärkertransistors in Basis-Grundschaltung auf, bei der bekanntlich die Basiselektrode für die Betriebsfrequenz nach Bezugspotential kurzgeschlossen ist

Bei Emitter-Grundschaltung sind die unerwünschten Schwingungen dagegen seltener bzw. leichter zu vermeiden. Das Problem der Selbsterregung von Schwingungen ist bei integrierten Schaltungen besonders groß, da die parasitären Induktivitäten im allgemeinen größer sind als bei diskreten Bauformen. Es ist bekannt, die unerwünschten parasitären Schwingungen dadurch zu verhindern, daß die Zuleitungen mit Überzügen aus Ferritperlen versehen oder Ferritperlen bzw. Widerstände in Zuleitungswege zum Verstärkertransistor gelegt werden. Die bekannten Lösungen haben jedoch den Nachteil, daß die Eigenschaften der Verstärkerschaltung im Betriebsfrequenzbereich negativ beeinflußt werden, und zwar insbesondere durch Erhöhung des Eigenrauschens der Verstärkerschaltung. Ein weiterer Nachteil sind die relativ hohen Kosten bekannter Lösumgen.

Da die aufgezeigten Probleme bisher nicht befriedigend gelöst werden konnten, werden Vorverstärker heute im allgemeinen immer noch in konventioneller Technik ausgeführt Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Lösung anzugeben, die die Herstellung von Vorverstärkern im VHF-Bereich in integrierter Technik unter Verwendung von Bipolartransistoren mit Grenzfrequenzen von mehreren GHz ermöglicht und das Auftreten von unerwünschten Schwingungen bei solchen integrierten Vorverstärkern vermeidet Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch eine Verstärkerschaltung mit einem Verstärkertransistor gelöst, die integriert ist und bei der die Basiszone des Verstärkertransistors für die Betriebsfrequenz durch eine integrierte Kapazität mit dem Halbleitersubstrat der integrierten Schaltung verbunden ist. Auf diese Weise wird die schädliche Wirkung der parasitären Basiszuleitungsinduktivität vermieden.

Die Kapazität ist so bemessen, daß sie mindestens 20mal so groß ist wie die Basis-Kollektorkapazität des Verstärkertransistors. Die Erfindung findet mit Vorteil bei Verstärkerschaltungen Anwendung, die im VHF-Bereich (50-300 MHz) arbeiten.

Die mitintegrierte Kapazität wird vorzugsweise durch einen pn-Übergang gebildet. Zur Herstellung des pn-Überganges wird in den Halbleiterkörper vorzugsweise eine Halbleiterzone eingebracht, deren Leitungstyp dem des sie umgebenden Halbleiterbereichs entgegengesetzt ist. Die Halbleiterzone zur Bildung des pn-Überganges wird beispielsweise durch Diffusion oder durch Ionenimplantation in den Halbleiterkörper eingebracht.

Die Erfindung wird im folgenden an einem Ausführungsbeispiel erläutert.

Die F i g. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Verstärkerschaltung mit einem bipolaren Transistor 1 in Basis-Grundschaltung, wie sie beispielsweise für UKW-Empfänger verwendet wird. In der Schaltung der F i g. 1 wird das Antennensignal einem abgestimmten Eingangskreis 2 zugeführt und dort vorselektiert. Das selektierte Eingangssignal gelangt über die Koppelinduktivität 3 zum Emitter des Verstärkertransistors 1. Das verstärkte Ausgangssignal wird einem weiteren Selektionskreis 4 zugeführt und dort weiter selektiert. Um unerwünschte Schwingungen zu vermeiden, sind bei der bekannten Schaltung der F i g. 1 Ferritperlen 5 und 6 in

der Basis- bzw. Emitterzuleitung vorgesehen. Diese bekannten Maßnahmen haben jedoch den bereits genannten Nachteil, daß sie ein zusätzliches Rauschen verursachen. Die Schwingungsgefahr ist bei integrierten Schaltungen noch größer als bei konventionellen Schaltungen.

Um den Verstärker in integrierter Technik ausführen zu können, ohne daß dabei parasitäre Schwingungen und zusätzliches Rauschen durch äußere Dämpfungsmaßnahmen wie Ferritperlen auftreten, ist gemäß der Erfindung nach der F i g. 2 eine integrierte Verstärkerschaltung vorgesehen, bei der die Basiszone des Verstärkertransistors 1 für die Betriebsfrequenz durch eine mitintegrierte Kapazität C mit dem Halbleitersubstrat 7 der integrierten Schaltung verbunden ist Die Kapazität Q die bei der Betriebsfrequenz somit möglichst einen Kurzschluß darstellen soll, soll mindestens 20mal größer als die Basis-Kollektorkapazität des Verstärkertransistors 1 sein.

Das Betriebspotential wird der Basiszone Vorzugsweise intern zugeführt, und zwar im Ausführungsbeispiel beispielsweise über den mitintegrierten Widerstand 8. Das Basispotential kann aber auch extern über den Anschluß 9 zugeführt bzw. verändert werden. Der Anschluß 10 ist ein allgemeiner Substratanschluß für andere Schaltungsteile der integrierten Schaltung, während der Substratanschluß 11 mit einem Substratbereich verbunden ist, welches sich in unmittelbarer Nähe der Kapazität C befindet Dadurch, daß der Anschluß 11 unmittelbar mit dem Kapazitätsbereich des Halbleiter-Substrats verbunden ist, vermindert er den Störeinfluß von auf dem übrigen Substrat befindlichen Störspannungen.

Die F i g. 3 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in integrierter Technik. Sowohl der Transistor als auch die Kapazität sind in einem gemeinsamen Halbleitersubstrat 7 integriert Der Transistor besteht aus der Emitterzone 12, der Basiszone 13 und der Kollektorzone 14. Die Halbleite^rzone 15 stellt eine niederohmige Kollektoranschlußzone dar. Neben dem Transistor ist in das Halbleitersubstrat eine Halbleiterzone 16 eingebracht, die mit dem Substrat T einen pn-übergang 18 bildet, der als Sperrschichtkapazität wirksam ist und die mitintegrierte Kapazität C ergibt. Sowohl die Halbleiterzone 16 als auch die Emitterzone 12, die Kollektorzone 14 und die Halbleiterzone 15 haben einen Leitungstyp, der dem des Halbleitersubstrats 7 entgegengesetzt ist. In der integrierten Schaltung der F i g. 3 können natürlich auch noch andere Schaltungselemente integriert sein.

Die Anordnung der F i g. 4 unterscheidet sich von der Anordnung der F i g. 3 dadurch, daß für die Kapazität C mehrere streifenförmige Halbleiterzonen (16', 16", 16'") vorgesehen sind, die mit den sie umgebenden Halbleiterbereichen pn-Übergänge für die Kapazität bilden. Im Ausführungsbeispiel der Fig.4 sind die Halbleiterzonen (16', 16", 16'") durch eine kammförmige Elektrode 17 kontaktiert. Außer der kammförmigen Elektrode 17 ist noch eine weitere kammförmige Elektrode 13 vorgesehen, die die Halbleiterzonen (16', 16", 16'") umgebenden Halbleiterbereiche kontaktiert. Die streifenförmigen Halbleiterzonen können auch durch einen Halbleiterstreifen miteinander verbunden sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Integrierte Schaltung zum Verstärken mit einem Verstärkertransistor, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszone des Verstärkertransistors für die Betriebsfrequenz durch eine integrierte Kapazität mit dem Halbleitersubstrat der integrierten Schaltung verbunden ist

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität mindestens 20mal so groß wie die Basis-Kollektorkapazität des Verstärkertransistors ist

3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität derart ausgebildet ist, daß sie eine möglichst hohe Güte aufweist

4. Schaltung nach einem der Ansprüche. 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapazität durch einen pn-Übergang realisiert ist, der zwischen einer in den Halbleiterkörper eingebrachten Halbleiterzone und dem sie umgebenden Halbleiterbereich besteht

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Realisierung der Kapazität mehrere streifenförmige Halbleiterzonen vorhanden sind, die mit den sie umgebenden Halbleiterbereichen pn-Obergänge bilden.

6. Schaltung nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß eine kammförmige Elektrode zur Kontaktierung der streifenförmigen Halbleiterzonen vorgesehen ist

7. Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine kammförmige Elektrode zur Kontaktierung der die streifenförmigen Halbleiterzonen umgebenden Halbleiterbereiche vorgesehen ist.

8. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß außer dem Substratanschluß, der sich in unmittelbarer Nähe der mitintegrierten Kapazität befindet, noch ein weiterer allgemeiner Substratanschluß vorhanden ist, der für andere Schaltungsteile der integrierten Schaltung vorgesehen ist.