DE3875431T2 - Schaltung fuer lichtdetektion. - Google Patents

Schaltung fuer lichtdetektion.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung hat eine Schaltung zur Lichtdetektion zum Gegenstand, die zur Erfassung des Auftretens einer Lichteinwirkung verwendbar ist. Diese Schaltung kann vorzugsweise im Bereich der integrierten elektronischen Schaltkreise verwendet werden, wo sie, wenn sie auf einem selben Substrat wie eine zu schützende integrierte Schaltung integriert ist, über eine Lichteinwirkung informieren kann, der dieser Schaltkreis ausgesetzt wird.
  • Bestimmte elektronische integrierte Schaltkreise weisen vertrauliche Merkmale auf, entweder weil die Informationen geheim bleiben sollen, die in ihnen gespeichert sind, oder weil ihre Funktion verborgen bleiben soll. Der letztere Fall tritt im allgemeinen auf, wenn versucht wird, Patentverletzungen zu vermeiden, oder zur Vermeidung der Wiederherstellungen geheimer Algorithmen insbesondere im Bereich der Speicherkarten. Es ist nämlich berichtet worden, daß es möglich ist, die Funktion eines integrierten Schaltkreises zu kennen und durch Deduktion zu verstehen, wenn die Passivierungsschicht fortgenommen worden ist, die diesen Schaltkreis nach Abschluß seiner Herstellung überdeckt. Zu diesem Zweck werden nach Entpassivierung Funktionen des Schaltkreises ausgewählt, indem der Durchgang des Stroms in den Verbindungen dieses Schaltkreises mit einem Elektronenmikroskop beobachtet wird. Das Durchtreten des Stroms ruft in den halbleitenden Teilen lokalisierte mechanische Beanspruchungen hervor. Es ist möglich, hieraus Funktionsinformationen betreffend den integrierten Schaltkreis abzuleiten.
  • Im Bereich der Speicherkarten sind die verwendeten integrierten Schaltkreise im allgemeinen vom nichtflüchtigen Typ und davon umfaßt ein Speicherplatz einen Transistor mit schwebendem Gate. Bestimmte sind programmierbar und löschbar, indem der Chip einer Ultraviolettstrahlung ausgesetzt wird. Diese Strahlung liegt spektral außerhalb des sichtbaren Bereichs. Am Ende der Herstellung dieser Schaltkreise werden die Chips durch eine transparente Passivierungsschicht wieder bedeckt, die es gestattet, nach einem vorläufigen Betrieb zum Testen der Funktionsfähigkeit des integrierten Schaltkreises registrierte Testinformationen zu löschen und den Speicher für eine Verwendung auf Initiative des Käufers erneut unbelegt zu machen. Sobald dieser Testbetrieb beendet ist, werden die so passivierten integrierten Schaltkreise in lichtundurchlässigen Halteträgern eingebettet. Im Bereich der Speicherkarten, insbesondere vom Bank- Typ, kann dieser lichtundurchlässige Träger durch das Kunststoffmaterial der Karte selbst gebildet sein. Das zu lösende Problem besteht darin zu vermeiden, daß ein Fälscher eine Herauslösung des Halbleiterchips vornehmen kann, nachdem dieses durch den Anwender programmiert worden ist, um es mit einem Elektronenmikroskop zu untersuchen und zu versuchen, daraus die Funktion abzuleiten oder wenigstens die Zugriffcodes davon zu neutralisieren.
  • Bestimmte integrierte Schaltkreise, insbesondere diejenigen, die elektrisch löschbare Speicher oder Speicher umfassen, die nur zum einmaligen Programmieren bestimmt sind, umfassen lichtundurchlässige passivierungsschichten. Für diese Schaltkreise wird letzten Endes der zu kontrollierende Entpassivierungsvorgang über die Messung der Beleuchtung gesucht.
  • Ziel der Erfindung ist es, die Belichtung derartiger Schaltkreise zu erfassen und gegebenfalls zu neutralisieren. Es ist zu diesem Zweck berichtet worden, daß entgegengesetzt polarisierte Übergänge, von Dioden oder von Transistor- Drain-Kanalbereichen, unterschiedlich auf das Licht reagieren. Das Licht erhöht nämlich den Reststrom der entgegengesetzt polarisierten Übergänge um einen Faktor in der Größe von etwa 1.000. Die Erfindung basiert auf diesem Prinzip, wobei dieses auf ein Maximum gebracht wird. Auf diese Weise wird ein Detektor ausgeführt, der auf direktes oder Umgebungslicht empfindlich ist.
  • Gegenstand der Erfindung ist somit ein integrierter elektronischer Schaltkreis, der gegen Belichtung geschützt werden soll, wie er im Anspruch 1 bestimmt ist.
  • Die Erfindung wird besser beim Lesen der nachfolgenden Beischreibung und beim Studium der sie begleitenden Figuren verstanden. Diese werden lediglich als Beispiel und keinesfalls einschränkend für die Erfindung gegeben. Die Figuren zeigen:
  • Fig. 1 einen Schaltkreis zur Lichtdetektion gemäß der Erfindung;
  • Fig. 2 ein Spannungs-Strom-Diagramm, das die Änderung der Charakteristik eines Übergangs zeigt, der einer Lichteinwirkung ausgesetzt ist;
  • Fig. 3 eine schematische Darstellung eines einfachen Beispiels eines Detektors gemäß der Erfindung, der auf einem Substrat eines zu schützenden integrierten elektronischen Schaltkreises integriert ist.
  • Fig. 1 stellt einen Schaltkreis zur Lichtdetektion gemäß der Erfindung dar. Dieser Schaltkreis umfaßt im wesentlichen einen Übergang, der in einer durch einen Stromgenerator 2 entgegengesetzt polarisierten Diode 1 enthalten ist. In einem bevorzugten Beispiel besteht der Stromgenerator aus einem Transistor 2, der durch eine Steuerspannung, die durch einen Steuerkreis 17 auf die Steuerelektrode 3 gegeben wird, auf dem Leitungsgrenzwert gehalten ist. Um die korrekte Polarisation des Transistors 2 sicherzustellen, ist dieser in Reihe zwischen einer Versorgung Vcc und einem gesperrten Transistor 4 geschaltet. Im dargestellten Beispiel ist der Transistor 2 ein P-Kanal-Transistor, der Transistor 4 ist ein N-Kanal-Transistor. Der Transistor 4 ist durch die Verbindung seiner Gate-Elektrode 5 mit demselben Massepotential wie seine Drain-Elektrode gesperrt. Die Funktion dieses Detektors ist folgende. Wenn der Übergang 1 keiner Beleuchtung ausgesetzt ist, ist seine Spannungs-Strom-Kennlinie V-I die Kurve 7 von Fig. 2. Der dritte Quadrant der Kennlinie dieses Übergangs wird verwendet, da der Übergang entgegengesetzt polarisiert ist. Der auf den Leitungsgrenzwert geführte Transistor 2 ist lediglich in der Lage, einen Strom Im abzugeben. Dieser Strom Im ist indessen größer als ein Sättigungsrückwärtsstrom Is im Übergang 1. Unter diesen Bedingungen ist dieser Übergang 1 einer Potentialdifferenz DV ausgesetzt, die im wesentlichen gleich der Versorgungsspannung Vcc abzüglich des Drain-Source-Spannungsabfalls im Transistor 2 ist.
  • Wenn der Übergang 1 einer Beleuchtung ausgesetzt wird, Pfeile L, verschiebt sich die Kennlinie 7 zu 8, Pfeile D. Dies bedeutet, daß der Sättigungsrückwärtsstrom viel größer wird. In der Praxis nimmt er sogar die Größe von 1.000 mal größer an, obwohl die Zeichnung dies nicht zeigt. Unter diesen Bedingungen prägt der Transistor 2, der aufgrund der Tatsache, daß er sich am Leistungsgrenzwert befindet, lediglich einen Strom mit begrenzter Stärke Im abgeben kann, einen neuen Spannungsabfall CV an den Anschlüssen des Übergangs 1 auf. In der Praxis ist der Strom Im von einem Belichtungszustand zum anderen nicht völlig konstant. Indessen rechtfertigt sich diese Approximation im Hinblick auf die sehr große Änderung des Sättigungsstroms des Übergangs. Hieraus ergibt sich, daß das Potential an einem Mittelpunkt 9 zwischen den Transistoren 2 und 4 und mit dem der Übergang 1 verbunden ist, infolge der Lichteinwirkung einen Abfall gleich (DV-CV) erfährt. Dieser potentialabfall wird in einem Wiederformungs- und Auswertungskreis 10 als Detektionssignal für eine Lichteinwirkung verwendet.
  • In einem Beispiel umfaßt der Polarisationskreis 17 des durch den Transistor 2 gebildeten Stromgenerators zwei Transistoren in Reihe und im leitenden Zustand. Der erste Transistor 11 ist beispielsweise ein P-Kanal-Transistor, dessen Source- Elektrode mit der Versorgung Vcc verbunden ist und dessen Drain-Elektrode mit der Gate-Elektrode 3 des Transistors 2 verbunden ist. Die Gate-Elektrode 12 des P-Kanal-Transistors 11 ist ebenfalls mit der Gate-Elektrode 3 verbunden. Der zweite Transistor 13 ist ein N-Kanal-Transistor, dessen Drain-Elektrode mit der Gate-Elektrode 3 und dessen Source- Elektrode mit Masse verbunden ist. Die Gate-Elektrode 14 des Transistors 13 ist mit der Versorgung Vcc verbunden. Unter Berücksichtigung der Polaritäten dieser Transistoren macht diese Anschlußweise sie beide leitend. Sie bilden durch ihre in Reihe angeordneten Leitungswiderstände eine Teilerbrücke.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist ein zur Ausführung eines integrierten Schaltkreises verwendetes Halbleitersubstrat ein Halbleitersubstrat vom P-Typ. Der P-Kanal- Transistor 11 muß dann in einer (N-)-dotierten Zone 15 ausgeführt sein. Um einen besagten Substrateffekt auszuschalten, wird die Zone 15 des Transistors 11 durch einen Zonenabgriff 16 zur Source-Elektrode dieses Transistors 11 verbunden. Die auf der Gate-Elektrode 3 des Transistors 2 verfügbare Spannung hängt von den entsprechenden Abmessungen der Transistoren 11 und 13 ab. In der Praxis ist der Transistor 11 viel größer als der Transistor 13 derart, daß sein Leitungswiderstand weitaus geringer als der Leitungswiderstand des Transistors 13 ist. Auf diese Weise ist die Spannung an der Gate-Elektrode 3 im wesentlichen gleich Vcc-Vds. Der Wert Vds stellt den Spannungsabfall im Transistor 2 dar, wenn er leitend ist. Der Transistor 2 ist immer leitend. Er verhält sich indessen als im wesentlichen konstanter Stromgenerator. Wenn der Übergang 1 einer Lichteinwirkung ausgesetzt ist, ist er auch nicht in der Lage, ausreichend Strom zu liefern, um diesen Übergang in entgegengesetzter Richtung zu sättigen. Dies führt lediglich einen geringen potentialabfall CV herbei.
  • Wenn der Übergang 1 einer Beleuchtung ausgesetzt wird, weist der Transistor 4, der ein N-Kanal-Transistor ist, eine Diode vom (N+P-)-Typ zwischen seinem Drainbereich 18 und dem Substrat 19 des halbleitenden integrierten Schaltkreises auf (Fig. 3). Diese Diode 18-19 ist ebenfalls entgegengesetzt polarisiert. Sie weist daher einen selben Modifikationstyp ihrer umgekehrten Spannungs-Strom-Charakteristik auf, wenn sie der Lichteinwirkung ausgesetzt ist. In der Praxis wird ein einziger dieser Übergänge die Diode 1 oder der Übergang 18-19 des Transistors 4, verwendet. Tatsächlich prägt der Übergang, dessen umgekehrte Spannungs-Strom-Charakteristik sich am stärksten abhängig von der Lichteinwirkung verschiebt, die entsprechende Verschiebung der verfügbaren Spannung am Mittelpunkt der Beschaltung auf. Mit anderen Worten, einer der beiden Übergänge ist von diesem Gesichtspunkt her unnötig. Diese Ausführungsdualität hat es nichtsdestoweniger gestattet zu zeigen, und dies kann durch Berechnung nachgeprüft werden, daß unter den Übergängen, die eine größere Lichtempfindlichkeit aufweisen, diejenigen zugleich die wirksamsten sind, von denen einerseits die Verunreinigungskonzentrationen und andererseits der Übergang die geringsten sind. Somit ist ein Übergang vom (N+P-)- oder (N-P+)-Typ weniger wirksam als ein Übergang vom (N-P-)-Typ.
  • Fig. 3 stellt einen schematischen Schnitt des Schaltungseinbaus des Detektors der Erfindung dar. Auf einem (P-)- Halbleitersubstrat 19 ist eine Zone 20 mit einer Verunreinigungskonzentration N- ausgeführt, die den Transistor 2 des Stromgenerators enthält. Die Source-Elektrode 21 des Transistors 2 ist mit der Versorgung Vcc verbunden. Die Gate-Elektrode 3 des Transistors 2 ist mit dem Steuerkreis 17 verbunden und die Drain-Elektrode 22 dieses Transistors 2 ist einerseits mit der Drain-Elektrode 18 des Transistors 4 und andererseits mit der Kathode 23 der Diode 1 verbunden. Diese Diode 1 kann in der Praxis auf dieselbe Weise und zur gleichen Zeit wie die Zone 20 ausgeführt werden. Sie umfaßt eine Verunreinigungskonzentration N- in deren Kathodenbereich, wobei ihre Anode durch das (P-)-dotierte Substrat selbst gebildet ist. Zur Verbesserung des Anschlusses kann sogar ein Abgriff von Zone 24, (N+)-dotiert, selbst ausgeführt sein, wenn eine spätere Verfahrensphase dies gestattet. Auf dieselbe Weise kann der Anschluß des Substats zur Masse und der Source-Elektrode 6 des Transistors 4 erhalten werden, indem ein Abgriff vom Substrat 25 ausgeführt wird. Je nachdem, ob der Übergang 1 oder der Übergang 18-19 eine dominierende Wirksamkeit hat, kann der andere Übergang fortgelassen werden.
  • Der Wiederformungskreis 10, Fig. 1, umfaßt in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wenigstens zwei Inverter. Vorzugsweise besitzt er sogar drei derart, daß ein Signal mit einer gegebenen Polarität und ein komplementäres Signal 2 bei Erfassung einer Lichteinwirkung abgegeben werden. Der erste Inverter, der einen p-Kanal-Transistor 26 in Reihe mit einem N-Kanal-Transistor 27 zwischen der Versorgung und Masse umfaßt, ist vorzugsweise asymmetrisch gemacht, um an seinem Ausgang 28 leicht einen hohen Pegel abzugeben, wenn er einen niedrigen Pegel an seinem Eingang 29 empfängt: d. h. wenn es eine Beleuchtung (CV) gibt. Diese Asymmetrie hat den Zweck, den Stromverbrauch im stationären Inverter herabzusetzen. Diese Asymmetrie hat ebenfalls den Zweck, die Empfindlichkeit beim Kippen des Inverters zu erhöhen, wenn die Beleuchtung aufgebracht wird. In der Tat ist die an den Anschlüssen des Übergangs 1 verfügbare Spannung CV nicht genau Null. Um zu vermeiden, daß diese Nicht-Null-Spannung das Kippen des Inverters 26-27 nicht herbeiführt, wird auch dieser Inverter asymmetrisch gemacht, damit er empfindlicher ist. Der zweite nach dem selben Prinzip aufgebaute Inverter umfaßt zwei Transistoren 30-31. Er ist in Kaskade mit dem Inverter 26-27 geschaltet. Er ist ein herkömmlicher Inverter: Er dient letztlich als Signalverstärker. Dieser Inverter gibt ein die Beleuchtung darstellendes Signal S ab. Vorzugsweise ist der Inverter 30-31 selbst mit einem dritten Inverter 32-33 in Kaskade geschaltet, um ein zum Signal S komplementäres Signal S abzugeben. Es ist möglich, eines dieser beiden Signale auszuwerten, um die Verwendung eines halbleitenden integrierten Schaltkreises zu neutralisieren, wenn dieser gegen Beschädigungen geschützt werden soll, die von einem Herauslösen oder einer Entpassivierung herrühren.

Claims (6)

1. Integrierter elektronischer Schaltkreis zum Schutz gegen Belichtung, die zu einer Entpassivierung führt, umfassend einen aus einem Zonenübergang (1) bestehenden Lichtdetektor, der das festzustellende Licht (L) empfängt, wobei der Übergang durch einen Konstantstromgenerator umgekehrt polarisiert ist, wobei der Konstantstromgenerator einen Transistor (2) umfaßt, der auf den Leitungsgrenzwert polarisiert ist derart, daß an den Übergang ein Strom mit begrenzter Stärke (Im) etwas höher als der Sättigungsrückwärtsstrom des Übergangs geliefert wird, wenn er kein Licht empfängt, um die Spannung an den Anschlüssen des Übergangs abhängig von der Intensität des empfangenen Lichts zu verändern und ein Neutralisationssignal des integrierten Schaltkreises zu liefern.
2. Integrierter Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang in einer Diode (1) enthalten ist.
3. Integrierter Schaltkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang in einem Transistor (4) enthalten ist.
4. Integrierter Schaltkreis nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis (3), dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang vom N-P-Typ ist.
5. Integrierter Schaltkreis nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der N-p-Übergang durch ein N-Feld (20) in einem p-Halbleitersubstrat gebildet ist.
6. Integrierter Schaltkreis nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Formrückstellkreis (10) umfaßt, umfassend wenigstens zwei bistabile Inverter in Reihe, einen ersten asymmetrischen bistabilen Inverter (26-29), um durch Kippen eine Belichtung des Detektionskreises zu erfassen, und einen zweiten Inverter (30-31), um das durch den ersten Inverter gelieferte Kippsignal zu verstärken.
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