DE3628304C2

DE3628304C2 - Schaltung zur Verringerung der Streukapazitäten der Sperrschicht eines vertikalen pnp-Transistors mit isoliertem Kollektor

Info

Publication number: DE3628304C2
Application number: DE3628304A
Authority: DE
Inventors: Maurizio Zuffada; Fabrizio Sacchi; Paolo Ferrari
Original assignee: SGS Thomson Microelectronics SRL
Current assignee: STMicroelectronics SRL
Priority date: 1985-11-20
Filing date: 1986-08-21
Publication date: 1995-05-04
Anticipated expiration: 2006-08-22
Also published as: FR2590410A1; US4935796A; GB2183415B; DE3628304A1; NL8601908A; IT1186377B; FR2590410B1; IT8522913A0; JPS62126704A; GB2183415A; JPH073933B2; GB8615151D0

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltung zur Verringe rung der Streukapazitäten der Sperrschicht eines vertikalen pnp-Transistors mit isoliertem Kollektor des Typs, der einen mit einer n-Epitaxieschicht des Transistors verbundenen An schluß umfaßt.

Bekanntlich können pnp-Transistoren eine breite Anwendung auf dem Gebiet der Breitbandverstärker finden, wenn sie gute Fre quenzgangeigenschaften aufweisen.

Die moderne Technologie hat derzeit vertikale pnp-Transistoren mit isoliertem Kollektor entwickelt, die einen beträchtlichen Fortschritt in dieser Richtung bedeuten. Allerdings wird der Einsatz der vertikalen, isolierten pnp-Transistoren durch die hohe Gesamtstreukapazität der Sperrschicht, vom Kollektor zur Masse gesehen, stark eingeschränkt; durch die sich noch ver schlechternden Frequenzgangeigenschaften sind die Einsatz möglichkeiten für diese Transistoren, die potentiell in zahl reichen Schaltungskonfigurationen verwendet werden könnten, in der Tat sehr begrenzt.

Die Streukapazitäten der Sperrschicht in vertikalen pnp-Tran sistoren mit isoliertem Kollektor sind, vom Kollektor zur Masse gesehen, im wesentlichen folgende:

- eine erste Streukapazität (SC_1a) zwischen der p⁺-Isolier zone und der n-Epitaxieschicht;
- eine zweite Streukapazität (SC_1b) zwischen der p⁺-dotier ten Schicht des Kollektors, der n-Epitaxieschicht und der abgedeckten n⁺-Schicht.

Aufgrund der starken Dotierungen und des großen Sperrschicht bereichs dieses Transistortyps sind die Werte dieser beiden Kapazitäten ziemlich hoch, nämlich circa 6 pF bei 0 Volt für die Kapazität (SC_1a) und circa 7 pF für die Kapazität (SC_1b), gleichfalls bei 0 Volt.

Um diese Streukapazitäten zu verringern, scheint die einfachste Lösung darin zu bestehen, den mit der n-Epitaxieschicht verbun denen Kollektoranschluß nicht anzuschließen. Unter dieser Vor aussetzung wären die beiden vom Kollektor zur Masse führenden Kapazitäten mit einer äquivalenten Streukapazität von 3,2 pF in Reihe geschaltet.

Diese Lösung ist jedoch im Hinblick auf eine einwandfreie Funk tion des Transistors nicht möglich, da die n-Epitaxieschicht mit einer vorgegebenen, mit den Abbruchpunkten des Transistors kompatiblen Spannung polarisiert werden muß.

Beim Stand der Technik ergeben sich deshalb im allgemeinen zwei andere Lösungsmöglichkeiten:

- Die n-Epitaxieschicht mit niedriger Impedanz zu polari sieren, wodurch sich in der Praxis eine Aufhebung der Wirkung von (SC_1a) ergibt, während (SC_1b) unverändert bei 7 pF bleibt;
- den Anschluß der n-Epitaxieschicht mit dem Transistor kollektor zu verbinden und dadurch die Streukapazität (SC_1b) kurzzuschließen, wobei (SC_1a) jedoch bei 6 pF bleibt.

Beide Lösungsmöglichkeiten bewirken zwar eine Verringerung des Gesamtwertes der Streukapazitäten der Sperrschicht, doch ent spricht das Ausmaß dieser Verringerung absolut nicht den oben genannten Anforderungen.

In U. Tietze, Ch. Schenk "Halbleiterschaltungstechnik", Springer- Verlag, Berlin · Heidelberg · New York, 3. Auflage (1976, S. 407) ist die Verwendung einer sogenannten "Bootstrap"-Schaltung zur dynamischen Vergrößerung der Eingangszeitkonstante eines Breit bandverstärkers beschrieben, indem der Fußpunkt eines Verstär kereingangswiderstandes kapazitiv an einen Punkt in der Schal tung, der dieselbe Wechselspannung führt wie der Eingang, ange koppelt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine weitestgehende Ver ringerung der Streukapazitäten der Sperrschicht eines vertikalen pnp-Transistors mit isoliertem Kollektor mit Hilfe einer Schal tung zu erreichen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Schaltung des zu vor genannten Typs gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sie eine sogenannte "Bootstrap"-Schaltung umfaßt, die an den An schluß der n-Epitaxieschicht und an den Kollektor des vertikalen Transistors angeschlossen ist. Vorzugsweise umfaßt die "Boots trap"-Schaltung einen Emitterfolger-Transistor, dessen Emitter anschluß an den Anschluß der n-Epitaxieschicht und dessen Basisanschluß an den Kollektor des Transistors angeschlossen ist, und einen Polarisierungswiderstand, der zwischen einen Pol einer Speisespannung und den Emitteranschluß des Emitterfolgers geschaltet ist.

In Übereinstimmung mit einem weiteren bevorzugten Merkmal ist der Emitterfolger ein pnp-Transistor.

Weitere Merkmale und die damit verbundenen Vorteile gehen aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Schaltung hervor, die in der beigefügten Zeich nung dargestellt ist.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungs gemäßen Schaltung und

Fig. 2 eine einem Teil aus Fig. 1 äquivalente Schaltung.

In bezug auf die Figuren umfaßt die erfindungsgemäße Schaltung (1) einen im wesentlichen herkömmlich konzipierten, vertikalen pnp-Transistor (T₁) mit isoliertem Kollektor.

Der Transistor (T₁) umfaßt einen Emitteranschluß (E₁), der an eine p-dotierte Zone seiner in der Zeichnung nicht dargestellten Struktur angeschlossen ist, sowie einen an eine n⁺-Zone ange schlossenen Basisanschluß (B₁) und einen Anschluß des Kollektors (C₁), der an eine p⁺-Zone angeschlossen ist.

Außerdem ist der Transistor (T₁) mit einem Anschluß (N) versehen, der an eine n-Epitaxieschicht desselben Transistors (T₁) ange schlossen ist. Der Transistor (T₁) umfaßt folglich eine erste Streukapazität (SC_1a) der Sperrschicht zwischen der p⁺-Isolier zone und der n-Epitaxieschicht, die geerdet ist und am Anschluß (N) anliegt, und eine zweite Streukapazität (SC_1b) der Sperr schicht zwischen der p⁺-Zone des Kollektors (C₁) und der n-Epi taxieschicht, welche auch eine Sperrschichtstreukapazität mit einer dotierten n⁺-Schicht einschließt, die zwischen dem An schluß des Kollektors (C₁) und dem Anschluß (N) anliegt.

Demnach umfaßt die Schaltung (1) einen pnp-Transistor als Emit terfolger (T₂), dessen Emitteranschluß (E₂) an den Anschluß (N) der n-Epitaxieschicht und dessen Basisanschluß (B₂) an den An schluß des Kollektors (C₁) des Transistors (T₁) angeschlossen ist. Der Emitterfolger (T₂) hat ferner einen geerdeten Kollek toranschluß (C₂), während eine Gesamtstreukapazität (SC₂) der Sperrschicht des Emitterfolgers (T₂) geerdet ist und am Basis anschluß (B₂) anliegt.

Außerdem ist ein Polarisationswiderstand (R) zwischen den Emit teranschluß (E₂) und einen Pol (Vcc) einer Speisespannung des Emitterfolgers (T₂) geschaltet.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Schaltung wird im fol genden beschrieben.

Unter Berücksichtigung der zuvor beschriebenen Schaltmodalitäten der pnp-Transistoren (T₁) und (T₂) kann festgestellt werden, daß die Sperrschicht Basis (B₂) zu Emitter (E₂) umgekehrt zur Sperr schicht Kollektor (C₁) zu Epitaxieschicht n des Transistors (T₁) polarisiert ist.

Betrachtet man ferner das in Fig. 1 mit (2) bezeichnete Teil, das im wesentlichen den Emitterfolger (T₂) und die Streukapazi tät (SC_1b) umfaßt, so zeigt es sich (siehe Fig. 2), daß dieses Teil von der Funktion her einer als "Bootstrap" bezeichneten Schaltung (2) entspricht, die aus einem dem Emitterfolger (T₂) äquivalenten Operationsverstärker (A) besteht, dessen Ausgang (3) sowohl an einen Pluspol (4), als auch an einen Minuspol (5) am Eingang des Verstärkers (A) angeschlossen ist, wobei die Streukapazität (SC_1b) zwischen Ausgang (3) und Pluspol (4) am Eingang des Verstärkers (A) auftritt.

Da sich der Spannungsgewinn A der Kollektorschaltung an einen Einheitswert annähert, wird die Wirkung der Streukapazität (SC_1b) dadurch aufgehoben.

Was dagegen die Streukapazität (SC_1a) betrifft, so liegt sie bei der erfindungsgemäßen Schaltung (1) am Emitteranschluß (E₂) des Emitterfolgers (T₂) an und wird folglich vom Basisanschluß (B₂) in Richtung Masse als eine Kapazität mit einem Wert gesehen, der dem Wert der Kapazität (SC_1a) geteilt durch den Faktor 2 der Stromverstärkung von Transistoren entspricht, die im Falle eines vertikalen pnp-Transistors 60 ist.

Daher hat der an den Basisanschluß (B₂) des Emitterfolgers (T₂) angeschlossene Anschluß des Kollektors (C₁) des Transistors (T₁) gegen Masse eine Streukapazität (SC_1a) geteilt durch den Faktor 2, wobei jedoch die Gesamtstreukapazität (SC₂) der Sperr schicht des Emitterfolgers (T₂) hinzugerechnet werden muß.

Der Wert der Streukapazität (SC₂) ist jedoch dank der Tatsache sehr klein, daß ein vertikaler pnp-Transistor wie der Emitter folger (T₂) einen sehr kleinen Sperrschichtbereich und keine dotierte n⁺-Schicht besitzt.

Durch die erfindungsgemäße Schaltung wird die Leistungsfähigkeit der vertikalen pnp-Transistoren beträchtlich verbessert; tatsäch lich werden die Streukapazitäten vom Kollektor zur Masse gegen über der nach dem Stand der Technik realisierbaren Optimallösung um mindestens 80% verringert.

Außerdem entspricht die erfindungsgemäße Schaltung durch die Ein fachkeit ihrer Ausführung den Anforderungen nach hoher Einsatz flexibilität und hohen Leistungen in vertikalen pnp-Transistoren mit isoliertem Kollektor.

Claims

1. Schaltung zur Verringerung der Streukapazitäten der Sperr schicht eines vertikalen pnp-Transistors (T₁) mit isolier tem Kollektor (C₁) und einem mit einer n-Epitaxieschicht des Transistors (T₁) verbundenen Anschluß (N), dadurch gekennzeichnet, daß sie eine sogenannte "Bootstrap"-Schal tung (2) umfaßt, die an den Anschluß (N) der n-Epitaxie schicht und an den Kollektor (C₁) des Transistors (T₁) angeschlossen ist.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die "Bootstrap"-Schaltung (2) einen Emitterfolger-Transistor (T₂), dessen Emitteranschluß (E₂) an den Anschluß (N) der n-Epitaxieschicht und dessen Basisanschluß (B₂) an den Kollektor (C₁) des Transistors (T₁) angeschlossen ist, und einen Polarisierungswiderstand (R) umfaßt, der zwischen einem Pol (Vcc) einer Speisespannung und dem Emitter anschluß (E₂) des Emitterfolgers (T₂) geschaltet ist.

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterfolger (T₂) ein pnp-Transistor ist.