JP2013207700A - Transistor circuit, power supply device, display device, electronic apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、CMOSFET[complementary metal oxide semiconductor field effect transistor]を用いたトランジスタ回路の高耐圧化に関するものである。 The present invention relates to a high breakdown voltage of a transistor circuit using a complementary metal oxide semiconductor field effect transistor (CMOSFET).
多数のMOSFETを集積化した半導体集積回路装置には、その用途(例えば正電圧と負電圧の両方を扱う用途)によって、MOSFETの高耐圧化を要求される場合がある。 A semiconductor integrated circuit device in which a large number of MOSFETs are integrated may be required to have a high breakdown voltage depending on the application (for example, an application that handles both positive and negative voltages).
なお、上記に関連する従来技術の一例としては、特許文献1を挙げることができる。 As an example of the related art related to the above, Patent Document 1 can be cited.
DMOSFET[double-diffused MOSFET]は、一般的なCMOSFETに比べて高耐圧化を実現しやすいので、高耐圧化が必要な部分にはDMOSFETが多く用いられる。しかしながら、図9で示すように、Nチャネル型DMOSFET200は、そのデバイス構造上、n型ドレイン領域202がp型半導体基板201に接しているので、n型ドレイン領域202にp型半導体基板201よりも低電圧を印加することはできなかった。従って、p型半導体基板201に接地電圧GNDが印加されている場合には、Nチャネル型DMOSFET200で負電圧を扱うことができなかった。
Since a DMOSFET [double-diffused MOSFET] is easy to realize a high breakdown voltage as compared with a general CMOSFET, a DMOSFET is often used in a portion where a high breakdown voltage is required. However, as shown in FIG. 9, the N-channel DMOSFET 200 has an n-
一方、図10で示すように、Nチャネル型CMOSFET300であれば、正電圧または接地電圧GNDが印加されるn型ウェル302を用いて、p型ウェル(バックゲート領域)303、n型ドレイン領域304、n型ソース領域305、及び、ゲート電極306をp型半導体基板301から電気的に絶縁された状態(フローティング状態)とすることができるので、負電圧を扱うことが可能である。しかしながら、Nチャネル型CMOSFET300において、p型半導体基板301とn型ウェル302との間は高耐圧化しやすいが、他の部分(n型ウェル302とp型ウェル303との間、n型ドレイン領域304とp型ウェル303、n型ソース領域305、及び、ゲート電極306との間、n型ソース領域305とp型ウェル303及びゲート電極306との間、並びに、p型ウェル303とゲート電極306との間)については高耐圧化が困難であった。なお、高耐圧化に特化した専用プロセスを用いれば、Nチャネル型CMOSFET300を高耐圧化することも可能であるが、工程数の増大やコストアップを招くという問題があった。
On the other hand, as shown in FIG. 10, in the case of the N-
本発明は、本願の発明者らにより見出された上記の問題に鑑み、専用プロセスを用いずに高耐圧化を実現することが可能なトランジスタ回路、並びに、これを用いた電源装置、表示装置、及び、電子機器を提供することを目的とする。 In view of the above problems found by the inventors of the present application, the present invention provides a transistor circuit capable of realizing a high breakdown voltage without using a dedicated process, and a power supply device and a display device using the transistor circuit And it aims at providing an electronic device.
上記の目的を達成するために、本明細書中に開示されたトランジスタ回路は、第1電圧が印加される第1ノードと、前記第1電圧以下の第2電圧が印加される第2ノードと、接地電圧以上の第3電圧が印加される第3ノードと、前記第1ノードと前記第2ノードとの間に直列接続された複数のCMOSFETと、前記第1ノードと前記第3ノードとの間に印加される電圧を分圧して各CMOSFETのゲート電圧を生成するゲート電圧生成部とを有する構成(第1の構成)とされている。 In order to achieve the above object, a transistor circuit disclosed in the present specification includes a first node to which a first voltage is applied, and a second node to which a second voltage lower than the first voltage is applied. A third node to which a third voltage equal to or higher than a ground voltage is applied, a plurality of CMOSFETs connected in series between the first node and the second node, and the first node and the third node A configuration (first configuration) is provided that includes a gate voltage generation unit that divides a voltage applied therebetween to generate a gate voltage of each CMOSFET.
なお、上記第1の構成から成るトランジスタ回路において、前記ゲート電圧生成部は、前記第1ノードと前記第3ノードの間に接続された抵抗ラダーを含む構成(第2の構成)にするとよい。 In the transistor circuit having the first configuration, the gate voltage generation unit may include a resistance ladder (second configuration) connected between the first node and the third node.
また、上記第2の構成から成るトランジスタ回路において、前記ゲート電圧生成部は、ゲートが前記抵抗ラダーに接続されてソースが前記CMOSFETのゲートに接続されたトランジスタを含む構成(第3の構成)にするとよい。 In the transistor circuit having the second configuration, the gate voltage generation unit includes a transistor having a gate connected to the resistor ladder and a source connected to the gate of the CMOSFET (third configuration). Good.
また、上記第3の構成から成るトランジスタ回路において、前記第2電圧は負電圧であり、前記第1電圧は前記負電圧から正電圧まで変化する電圧である構成(第4の構成)にするとよい。 In the transistor circuit having the third configuration, the second voltage is a negative voltage, and the first voltage is a voltage changing from the negative voltage to a positive voltage (fourth configuration). .
また、上記第4の構成から成るトランジスタ回路において、前記複数のCMOSFETは、いずれもフローティングNMOSFETである構成(第5の構成)にするとよい。 In the transistor circuit having the fourth configuration, the plurality of CMOSFETs may be floating NMOSFETs (fifth configuration).
また、上記第5の構成から成るトランジスタ回路において、前記フローティングNMOSFETは、p型半導体基板と、前記p型半導体基板上に形成されたn型ウェルと、前記n型ウェル内に形成されたp型ウェルと、前記p型ウェル内に形成されたn型ソース領域及びn型ドレイン領域と、前記n型ソース領域と前記n型ドレイン領域との間に挟まれたチャネル領域上に形成されたゲート電極と、を有する構成(第6の構成)にするとよい。 In the transistor circuit having the fifth configuration, the floating NMOSFET includes a p-type semiconductor substrate, an n-type well formed on the p-type semiconductor substrate, and a p-type formed in the n-type well. A well, an n-type source region and an n-type drain region formed in the p-type well, and a gate electrode formed on a channel region sandwiched between the n-type source region and the n-type drain region And (6th configuration).
また、上記第6の構成から成るトランジスタ回路において、前記p型ウェルは、前記n型ウェルによって前記p型半導体基板から電気的に絶縁されている構成(第7の構成)にするとよい。 In the transistor circuit having the sixth structure, the p-type well may be electrically insulated from the p-type semiconductor substrate by the n-type well (seventh structure).
また、上記第7の構成から成るトランジスタ回路において、前記p型半導体基板は、接地端に接続されている構成(第8の構成)にするとよい。 In the transistor circuit having the seventh configuration, the p-type semiconductor substrate may be connected to a ground terminal (eighth configuration).
また、上記第8の構成から成るトランジスタ回路において、前記n型ウェルは、前記p型半導体基板内に埋込形成されたn型埋込絶縁層と、前記n型埋込絶縁層を取り囲むように前記p型半導体基板の表層まで積層形成されたn型エピタキシャル絶縁層と、を含む構成(第9の構成)にするとよい。 In the transistor circuit having the eighth configuration, the n-type well surrounds the n-type buried insulating layer buried in the p-type semiconductor substrate and the n-type buried insulating layer. It is preferable to adopt a configuration (ninth configuration) including an n-type epitaxial insulating layer stacked up to the surface layer of the p-type semiconductor substrate.
また、上記第9の構成から成るトランジスタ回路において、前記フローティングNMOSFETは、前記p型ウェルと前記n型埋込絶縁層との間に形成されたp型低絶縁層を有する構成(第10の構成)にするとよい。 Further, in the transistor circuit having the ninth configuration, the floating NMOSFET has a p-type low insulating layer formed between the p-type well and the n-type buried insulating layer (tenth configuration). ).
また、本明細書中に開示された電源装置は、正電圧を生成する正電圧生成回路と、負電圧を生成する負電圧生成回路と、前記正電圧が印加される第1外部端子と、前記負電圧が印加される第2外部端子と、前記負電圧または前記正電圧が印加される第3外部端子と、通常動作時には前記第3外部端子に前記負電圧を印加してオフシーケンス時には前記第3外部端子に前記正電圧を印加する放電制御回路と、を有し、前記放電制御回路は、前記第2外部端子と前記第3外部端子との間に接続された上記第10の構成から成るトランジスタ回路を含む構成(第11の構成)とされている。 Further, a power supply device disclosed in the present specification includes a positive voltage generation circuit that generates a positive voltage, a negative voltage generation circuit that generates a negative voltage, a first external terminal to which the positive voltage is applied, A second external terminal to which a negative voltage is applied; a third external terminal to which the negative voltage or the positive voltage is applied; and the negative voltage is applied to the third external terminal during normal operation, and the A discharge control circuit for applying the positive voltage to three external terminals, and the discharge control circuit comprises the tenth configuration connected between the second external terminal and the third external terminal. The transistor circuit includes a transistor circuit (an eleventh structure).
なお、上記第11の構成から成る電源装置において、前記放電制御回路は、前記第1外部端子と前記第3外部端子との間に接続されたPMOSFETと、前記PMOSFETのゲートと接地端との間に接続されたNMOSFETと、前記第1外部端子と前記PMOSFETのゲートとの間に接続された抵抗と、をさらに含む構成(第12の構成)にするとよい。 In the power supply device having the eleventh configuration, the discharge control circuit includes a PMOSFET connected between the first external terminal and the third external terminal, and a gate and a ground terminal of the PMOSFET. And an NMOSFET connected to the first MOSFET and a resistor connected between the first external terminal and the gate of the PMOSFET (a twelfth configuration).
また、本明細書中に開示された表示装置は、液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルを駆動するドライバと、前記ドライバに正電圧及び負電圧を供給する上記第12の構成から成る電源装置と、を有する構成(第13の構成)とされている。 A display device disclosed in the present specification includes a liquid crystal display panel, a driver for driving the liquid crystal display panel, and a power supply device having the twelfth configuration for supplying a positive voltage and a negative voltage to the driver. , (A thirteenth configuration).
また、本明細書中に開示された電子機器は、上記第13の構成から成る表示装置を有する構成(第14の構成)とされている。 In addition, the electronic device disclosed in this specification has a display device (fourteenth configuration) including the display device having the thirteenth configuration.
本明細書中に開示された技術によれば、専用プロセスを用いずに高耐圧化を実現することが可能なトランジスタ回路、並びに、これを用いた電源装置、表示装置、及び、電子機器を提供することができる。 According to the technology disclosed in this specification, a transistor circuit capable of realizing a high breakdown voltage without using a dedicated process, and a power supply device, a display device, and an electronic device using the transistor circuit are provided. can do.
<表示装置>
図1は、表示装置の一構成例を示すブロック図である。本構成例の表示装置100は、液晶表示パネル1と、液晶表示パネル1を駆動するドライバ2と、ドライバ2にオン電圧VON及びオフ電圧VOFFを供給する電源装置3と、を有する。
<Display device>
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of a display device. The
電源装置3は、正電圧生成回路10と、負電圧生成回路20と、放電制御回路30と、を有する半導体集積回路装置である。また、電源装置3は、装置外部との電気的な接続を確立する手段として外部端子T1〜T3を有する。
The
外部端子T1は、オン電圧VON(正電圧)が印加される第1外部端子である。外部端子T2は、オフ電圧VOFF(通常動作時は負電圧VSS、オフシーケンス時はオン電圧VON)が印加される第2外部端子である。外部端子T3は、負電圧VSSが印加される第3外部端子である。なお、外部端子T1及びT3には、それぞれ出力平滑用のキャパシタC1及びC2が接続されている。 The external terminal T1 is a first external terminal to which an on voltage VON (positive voltage) is applied. The external terminal T2 is a second external terminal to which an off voltage VOFF (a negative voltage VSS in a normal operation and an on voltage VON in an off sequence) is applied. The external terminal T3 is a third external terminal to which the negative voltage VSS is applied. The external terminals T1 and T3 are connected to output smoothing capacitors C1 and C2, respectively.
正電圧生成回路10は、オン電圧VONを生成して外部端子T1に出力する。正電圧生成回路10は、制御信号CTLがローレベル(出力イネーブル時の論理レベル)であるときにオン電圧VONを生成し、制御信号CTLがハイレベル(出力ディセーブル時の論理レベル)であるときにオン電圧VONの生成を停止する。なお、正電圧生成回路10及び正電圧生成回路10としては、スイッチングレギュレータなどを用いることができる。
The positive
負電圧生成回路20は、負電圧VSSを生成して外部端子T3に出力する。負電圧生成回路20は、制御信号CTLがローレベルであるときに負電圧VSSを生成し、制御信号CTLがハイレベルであるときに負電圧VSSの生成を停止する。負電圧生成回路20としては、負出力チャージポンプなどを用いることができる。
The negative
放電制御回路30は、NMOSFET31及び32と、PMOSFET33と、抵抗34とを含む。NMOSFET31のドレインは、外部端子T2に接続されている。NMOSFET31のソースは、外部端子T3に接続されている。NMOSFET31のゲートは、接地電圧GNDの印加端に接続されている。NMOSFET32のドレインは、PMOSFET33のゲートに接続されている。NMOSFET32のソースは、接地電圧GNDの印加端に接続されている。NMOSFET32のゲートは、制御信号CTLの印加端に接続されている。PMOSFET33のソースは、外部端子T1に接続されている。PMOSFET33のドレインは、外部端子T2に接続されている。抵抗34の第1端は外部端子T1に接続されている。抵抗34の第2端は、PMOSFET33のゲートに接続されている。
上記構成から成る放電制御回路30は、電源装置3の通常動作時(制御信号CTLがローレベルであるとき)には、外部端子T3に負電圧VSSを印加する一方、電源装置3のオフシーケンス時(制御信号CTLがハイレベルであるとき)には、外部端子T3にオン電圧VONを印加するように、外部端子T2への電圧印加経路を切り替える。
The
図2は電源装置3のオフシーケンス時における出力挙動を示すタイムチャートであり、上から順に、オン電圧VON、接地電圧GND、オフ電圧VOFF、及び、負電圧VSSが描写されている。
FIG. 2 is a time chart showing the output behavior of the
通常動作時(時刻t1以前)には、制御信号CTLがローレベルとされるので、NMOSFET32がオフとなり、PMOSFET33がオフとなる。このとき、NMOSFET31のゲート・ソース間には、NMOSFET31のオンスレッショルド電圧Vthを上回る電圧(GND−VSS)が印加されるので、NMOSFET31がオンとなる。従って、外部端子T2に印加されるオフ電圧VOFFは、負電圧VSSとほぼ等しくなる。
During normal operation (before time t1), since the control signal CTL is at a low level, the
時刻t1において制御信号CTLがハイレベルに立ち上げられると、正電圧生成回路10の出力動作が停止されるので、キャパシタC1の自然放電によりオン電圧VON(=オフ電圧VOFF)が徐々に低下し始める。また、時刻t1において制御信号CTLがハイレベルに立ち上げられると、NMOSFET32がオンとなる。このとき、PMOSFET33のゲート・ソース間には、PMOSFET33のオンスレッショルド電圧Vthを上回る電圧(VON−GND)が印加されるので、PMOSFET33がオンとなる。その結果、外部端子T2に印加されるオフ電圧VOFFは、ほぼオン電圧VONまで急速に引き上げられる。また、時刻t1以降もNMOSFET31のゲート・ソース間にオンスレッショルド電圧Vthを上回る電圧が印加されている限り、NMOSFET31はオンし続けるので、負電圧VSSはオフ電圧VOFFに追従して急速に上昇する。その後、NMOSFET31のゲート・ソース間に印加される電圧がNMOSFET31のオンスレッショルド電圧Vthを下回ると、NMOSFET31がオフとなる。これ以降、負電圧VSSは、キャパシタC2の自然放電に伴って徐々に接地電圧GNDに近付いていく。
When the control signal CTL rises to a high level at time t1, the output operation of the positive
ところで、放電制御回路30を形成する素子のうち、NMOSFET31とPMOSFET33には、最大でオン電圧VONと負電圧VSSとの差電圧(=VON−VSS)が印加されるので、この差電圧に耐え得るだけの高耐圧化が必要となる。その際、PMOSFET33については、Pチャネル型DMOSFETを用いることにより、比較的容易に高耐圧化を実現することが可能である。しかしながら、NMOSFET31については、先述の理由により、高耐圧化の容易なNチャネル型DMOSFETを用いることができない。そのため、NMOSFET31を単一の素子で形成しようとすると、高耐圧化に特化した専用プロセスを用いてフローティング構造のNチャネル型CMOSFETを形成しなければならず、工程数の増大やコストアップが招かれてしまう。
By the way, since the differential voltage (= VON−VSS) between the ON voltage VON and the negative voltage VSS is applied to the
上記の課題に鑑み、以下では、複数のCMOSFETを直列接続することにより、回路全体としての高耐圧化を実現することが可能なトランジスタ回路を提案する。 In view of the above problems, a transistor circuit is proposed below that can realize a high breakdown voltage as a whole circuit by connecting a plurality of CMOSFETs in series.
<トランジスタ回路>
[第1構成例]
図3は、トランジスタ回路の第1構成例を示す回路図である。第1構成例のトランジスタ回路31Xは、先出のNMOSFET31の代替として機能する回路ブロックであり、ノードnd1〜nd3と、フローティングNMOSFET311〜313と、ゲート電圧生成部314と、を含む。
<Transistor circuit>
[First configuration example]
FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a first configuration example of the transistor circuit. The
ノードnd1は、NMOSFET31のドレインに相当する第1ノードであり、オフ電圧VOFFが印加される外部端子T2に接続されている。なお、オフ電圧VOFFは、負電圧から正電圧まで変化する第1電圧に相当する。
The node nd1 is a first node corresponding to the drain of the
ノードnd2は、NMOSFET31のソースに相当する第2ノードであり、負電圧VSSが印加される外部端子T3に接続されている。なお、負電圧VSSは、第1電圧以下の第2電圧に相当する。
The node nd2 is a second node corresponding to the source of the
ノードnd3は、NMOSFET31のゲートに相当する第3ノードであり、接地電圧GNDが印加される接地端子に接続されている。なお、接地電圧GNDは、接地電圧以上の第3電圧に相当する。
The node nd3 is a third node corresponding to the gate of the
フローティングNMOSFET311〜313は、ノードnd1とノードnd2との間に直列接続されたフローティング構造のNチャネル型CMOSFETである。なお、図3では、フローティングNMOSFETの直列段数を3段とした構成例が示されているが、この直列段数については、トランジスタ回路31Xに要求される耐圧性能を考慮して、2段に減らしてもよいし、逆に、4段以上に増やしてもよい。
The floating
ゲート電圧生成部314は、ノードnd1とノードnd3との間に印加される電圧を分圧してフローティングNMOSFET311〜313のゲート電圧Vg1〜Vg3を生成する。ゲート電圧生成部314は、ノードnd1とノードnd3との間に直列接続された抵抗R1〜R3(抵抗ラダーRL)を含む。
The gate
次に、上記回路要素の接続関係について具体的に説明する。フローティングNMOSFET311のソース及びバックゲートは、いずれもノードnd2に接続されている。フローティングNMOSFET311のドレインは、フローティングNMOSFET312のソース及びバックゲートに接続されている。フローティングNMOSFET311のゲート及びn型エピタキシャル絶縁層(後出の図4を参照)は、ノードnd3に接続されている。フローティングNMOSFET312のドレインは、フローティングNMOSFET313のソース及びバックゲートに接続されている。フローティングNMOSFET312のゲート及びn型エピタキシャル絶縁層は、抵抗R1と抵抗R2との接続ノード(分圧電圧V1の印加端)に接続されている。フローティングNMOSFET313のドレインは、ノードnd1に接続されている。フローティングNMOSFET313のゲート及びn型エピタキシャル絶縁層は、抵抗R2と抵抗R3との接続ノード(分圧電圧V2の印加端)に接続されている。
Next, the connection relationship of the circuit elements will be specifically described. The source and back gate of the floating
上記構成から成るトランジスタ回路31Xにおいて、フローティングNMOSFET311のゲートには、ゲート電圧Vg1として接地電圧GNDが印加される。また、抵抗R1〜R3の抵抗値がいずれも同一値である場合、フローティングNMOSFET312のゲートには、ゲート電圧Vg2として分圧電圧V1(=(1/3)×VOFF)が印加され、フローティングNMOSFET313のゲートには、ゲート電圧Vg3として分圧電圧V2(=(2/3)×VOFF)が印加される。
In the
次に、フローティングNMOSFET311〜313のデバイス構造について具体的に説明する。図4は、フローティングNMOSFET311〜313の縦断面図及び上面図である。なお、フローティングNMOSFET311〜313は、いずれも同一のデバイス構造を有するので、上面図についてはフローティングNMOSFET311のみを代表して描写しており、以下では基本的にフローティングNMOSFET311のみに着目して説明を行うが、符号311を符号312または符号313と読み替えれば、フローティングNMOSFET312または313の説明として理解することが可能である。
Next, the device structure of the floating
フローティングNMOSFET311は、p型半導体基板A1と、n型埋込絶縁層A2と、n型エピタキシャル絶縁層A3と、p型低絶縁層A4と、p型ウェルA5と、n型ソース領域A6と、n型ドレイン領域A7と、ゲート電極A8と、コンタクト領域A9及びA10と、を含む。
The floating
p型半導体基板A1は、フローティングNMOSFET311を集積化するための母材である。なお、p型半導体基板A1には、接地電圧GNDが印加されている。
The p-type semiconductor substrate A1 is a base material for integrating the floating
n型埋込絶縁層A2は、p型半導体基板A1内に埋込形成されたn型不純物層(いわゆるB/L[buried layer]層)である。 The n-type buried insulating layer A2 is an n-type impurity layer (so-called B / L [buried layer] layer) buried in the p-type semiconductor substrate A1.
n型エピタキシャル絶縁層A3は、n型埋込絶縁層A2を取り囲むようにp型半導体基板A1の表層まで積層形成されたn型不純物層である。 The n-type epitaxial insulating layer A3 is an n-type impurity layer that is stacked up to the surface layer of the p-type semiconductor substrate A1 so as to surround the n-type buried insulating layer A2.
すなわち、フローティングNMOSFET311では、n型埋込絶縁層A2とn型エピタキシャル絶縁層A3によって、p型半導体基板A1上にn型ウェル(A2+A3)が形成されている。
That is, in the floating
p型低絶縁層A4は、p型ウェルA5とn型埋込絶縁層A2との間に形成されたp型不純物層(いわゆるL/I[low isolation]層)である。 The p-type low insulating layer A4 is a p-type impurity layer (so-called L / I [low isolation] layer) formed between the p-type well A5 and the n-type buried insulating layer A2.
p型ウェルA5は、n型ウェル(A2+A3)内に形成されたp型不純物層である。すなわち、p型ウェルA5は、n型ウェル(A2+A3)によってp型半導体基板A1から電気的に絶縁されている。なお、p型ウェルA5は、フローティングNMOSFET311のバックゲート領域(BG)に相当する。
The p-type well A5 is a p-type impurity layer formed in the n-type well (A2 + A3). That is, the p-type well A5 is electrically insulated from the p-type semiconductor substrate A1 by the n-type well (A2 + A3). The p-type well A5 corresponds to the back gate region (BG) of the floating
n型ソース領域A6は、フローティングNMOSFET311のソース(S)として、p型ウェルA5内に形成されたn型不純物領域である。
The n-type source region A6 is an n-type impurity region formed in the p-type well A5 as the source (S) of the floating
n型ドレイン領域A7は、フローティングNMOSFET311のドレイン(D)として、p型ウェルA5内に形成されたn型不純物領域である。
The n-type drain region A7 is an n-type impurity region formed in the p-type well A5 as the drain (D) of the floating
ゲート電極A8は、フローティングNMOSFET311のゲート(G)として、n型ソース領域A6とn型ドレイン領域A7との間に挟まれたチャネル領域上に形成されたメタル電極である。
The gate electrode A8 is a metal electrode formed on the channel region sandwiched between the n-type source region A6 and the n-type drain region A7 as the gate (G) of the floating
コンタクト領域A9は、フローティングNMOSFET311のバックゲート(BG)と電気的接続を確立するために、p型ウェルA5内に形成されたp型不純物領域である。
The contact region A9 is a p-type impurity region formed in the p-type well A5 in order to establish electrical connection with the back gate (BG) of the floating
コンタクト領域A10は、n型ウェル(A2+A3)との電気的な接続を確立するために、n型エピタキシャル絶縁層A3内に形成されたn型不純物領域である。 The contact region A10 is an n-type impurity region formed in the n-type epitaxial insulating layer A3 in order to establish electrical connection with the n-type well (A2 + A3).
なお、フローティングNMOSFET311〜313の相互間には、素子分離層A11が形成されている。また、フローティングNMOSFET311〜313の最表層には、パッシベーション層A12が形成されている。
An element isolation layer A11 is formed between the floating
図5は、トランジスタ回路31Xを用いたオフシーケンス時の出力挙動を示すタイムチャートである。図5で示したように、トランジスタ回路31Xでは、電源装置3のオフシーケンス時(時刻t1以降)において、オフ電圧VOFF(=オン電圧VON)と負電圧VSSとの間を等分割するように、フローティングNMOSFET311〜313のドレイン・ソース間電圧Vds1〜Vds3が発生する。すなわち、フローティングNMOSFET311〜313に各々印加される電圧は、トランジスタ回路31Xに印加される電圧(=VOFF−VSS)の約1/3にまで抑制される。従って、フローティングNMOSFET311〜313の形成に際しては、高耐圧化に特化した専用プロセスを用いることなく、より工程数の少ない安価な通常のCMOSプロセスを用いることができるので、負電圧領域で使用されるトランジスタ回路31Xの高耐圧化を安価にかつ小規模に実現することが可能となる。
FIG. 5 is a time chart showing the output behavior during the off sequence using the
[第2構成例]
図6は、トランジスタ回路の第2構成例を示す回路図である。第2構成例のトランジスタ回路31Yは、第1構成例と基本的に同様の構成から成り、ゲート電圧生成部314の追加構成要素として、NMOSFETN1及びN2と、抵抗R4及びR5と、電流源CS1及びCS2と、を含む点に特徴を有する。そこで、第1構成例と同様の部分については図3と同一の符号を付すことで重複した説明を割愛し、以下では、第2構成例の特徴部分について重点的な説明を行う。
[Second configuration example]
FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a second configuration example of the transistor circuit. The
NMOSFETN1のドレインは、抵抗R4を介してオン電圧VONの印加端に接続されている。NMOSFETN1のソースは、フローティングNMOSFET312のゲートに接続される一方、電流源CS1を介してノードnd3にも接続されている。NMOSFETN1のゲートは、抵抗R1と抵抗R2との接続ノード(分圧電圧V1の印加端)に接続されている。
The drain of the NMOSFET N1 is connected to the application terminal of the ON voltage VON via the resistor R4. The source of the NMOSFET N1 is connected to the gate of the floating
NMOSFETN2のドレインは、抵抗R5を介してオン電圧VONの印加端に接続されている。NMOSFETN2のソースは、フローティングNMOSFET313のゲートに接続される一方、電流源CS2を介してノードnd3にも接続されている。NMOSFETN2のゲートは、抵抗R2と抵抗R3との接続ノード(分圧電圧V2の印加端)に接続されている。
The drain of the NMOSFET N2 is connected to the application terminal of the ON voltage VON via the resistor R5. The source of the NMOSFET N2 is connected to the gate of the floating
上記構成から成るトランジスタ回路31Yにおいて、フローティングNMOSFET311のゲートには、ゲート電圧Vg1として接地電圧GNDが印加される。また、フローティングNMOSFET312のゲートには、ゲート電圧Vg2としてNMOSFETN1のソース電圧V3が印加され、フローティングNMOSFET313のゲートには、ゲート電圧Vg3としてNMOSFETN2のソース電圧V4が印加される。
In the
図7は、トランジスタ回路31Yを用いたオフシーケンス時の出力挙動(第2例)を示すタイムチャートである。図7で示したように、トランジスタ回路31Yでは、オフ電圧VOFFが負電圧である期間(時刻t2以前)において、ゲート電圧Vg1〜Vg3がいずれも接地電圧GNDに維持される。これは、オフ電圧VOFFが負電圧である期間にはNMOSFETN1及びN2のゲート・ソース間電圧が各々のオンスレッショルド電圧Vthを下回り、NMOSFETN1及びN2がオフすることによる。なお、ゲート電圧Vg1〜Vg3が接地電圧GNDに維持されている間、フローティングNMOSFET311〜313はいずれもオンとなり、オフ電圧VOFFとして負電圧VSSが出力される。
FIG. 7 is a time chart showing an output behavior (second example) during an off sequence using the
このように、第2構成例のトランジスタ回路31Yであれば、フローティングNMOSFETの直列段数が多くなっても、フローティングNMOSFETをオンさせるために必要なゲート・ソース間電圧を確保することができるので、電源装置3の通常動作に支障を来たす心配がなくなる。
As described above, the
その後、電源装置3のオフシーケンス時(時刻t1以降)にオフ電圧VOFFが正電圧まで引き上げられ、時刻t2でNMOSFETN1及びN2のゲート・ソース間電圧が各々のオンスレッショルド電圧Vthを上回ると、NMOSFETN1及びN2がオンとなる。従って、NMOSFETN1及びN2のソース電圧V3及びV4(=フローティングNMOSFET312及び313のゲート電圧Vg2及びVg3)は、分圧電圧V1及びV2よりも各々のオンスレッショルド電圧Vthだけ低い電圧値まで上昇する。
Thereafter, the off-voltage VOFF is raised to a positive voltage during the off-sequence of the power supply device 3 (after time t1). When the gate-source voltages of the NMOSFETs N1 and N2 exceed the respective on-threshold voltages Vth at time t2, the NMOSFET N1 and N2 is turned on. Accordingly, the source voltages V3 and V4 of the NMOSFETs N1 and N2 (= the gate voltages Vg2 and Vg3 of the floating
このとき、フローティングNMOSFET311のソース電圧Vs1(負電圧VSS)は、ゲート電圧Vg1(接地電圧GND)よりもオンスレッショルド電圧Vthだけ低い電圧にクランプされる。また、フローティングNMOSFET312のソース電圧Vs2(フローティングNMOSFET311のドレイン電圧Vd1)は、ゲート電圧Vg2よりもオンスレッショルド電圧Vthだけ低い電圧にクランプされる。また、フローティングNMOSFET313のソース電圧Vs3(フローティングNMOSFET312のドレイン電圧Vd2)は、ゲート電圧Vg3よりもオンスレッショルド電圧Vthだけ低い電圧にクランプされる。
At this time, the source voltage Vs1 (negative voltage VSS) of the floating
その結果、時刻t2以降、トランジスタ回路31Yでは、先述の第1構成例と同様、オフ電圧VOFF(=オン電圧VON)と負電圧VSSとの間を等分割するように、フローティングNMOSFET311〜313のドレイン・ソース間電圧Vds1〜Vds3が発生し、適切な耐圧分散が実現される。
As a result, after time t2, in the
<電子機器への適用>
図8は、表示装置100を搭載した電子機器(タブレットPC)の外観図である。本構成例の電子機器Xは、本体の前面や背面に搭載される撮像部X1と、ユーザ操作を受け付ける操作部X2(各種ボタンなど)と、文字や映像(撮影画像を含む)を表示する表示部X3と、を有する。なお、表示部X3には、ユーザのタッチ操作を受け付けるためのタッチパネル機能が搭載されている。
<Application to electronic devices>
FIG. 8 is an external view of an electronic device (tablet PC) on which the
特に、表示部X3として先述の表示装置100を搭載すれば、放電制御回路30(延いては電源装置3)の大型化を招くことなく、図2で示したオフシーケンス動作を実現するができるので、電子機器Xの小型化やコストダウンに貢献することが可能となる。
In particular, if the
<その他の変形例>
なお、上記の実施形態では、本発明の適用対象としてタブレットPCを例に挙げたが、本発明の適用対象はこれに限定されるものではなく、本発明は高耐圧化が必要なトランジスタ回路全般に広く適用することが可能である。
<Other variations>
In the above embodiment, the tablet PC is taken as an example of an application target of the present invention. However, the application target of the present invention is not limited to this, and the present invention is a general transistor circuit that requires high breakdown voltage. It can be widely applied to.
また、本明細書中に開示されている種々の技術的特徴は、上記実施形態のほか、その技術的創作の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。 Various technical features disclosed in the present specification can be variously modified within the scope of the technical creation in addition to the above-described embodiment.
例えば、上記実施形態では、負電圧領域で用いられるトランジスタ回路を例に挙げて説明を行ったが、本明細書中に開示されたトランジスタ回路を正電圧領域で使用することも可能である。このような適用は、MOSFETの高耐圧化を実現するためにDMOSプロセスを使用することができない場合に有効である。 For example, in the above embodiment, the transistor circuit used in the negative voltage region has been described as an example. However, the transistor circuit disclosed in the present specification can also be used in the positive voltage region. Such an application is effective when the DMOS process cannot be used in order to realize a high breakdown voltage of the MOSFET.
このように、上記実施形態は、全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきであり、本発明の技術的範囲は、上記実施形態の説明ではなく、特許請求の範囲によって示されるものであって、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内に属する全ての変更が含まれると理解されるべきである。 As described above, the above-described embodiment is to be considered as illustrative in all points and not restrictive, and the technical scope of the present invention is not the description of the above-described embodiment, but the claims. It should be understood that all modifications that fall within the meaning and range equivalent to the scope of the claims are included.
本明細書中に開示された技術は、タブレットPC、スマートフォン、LCD−TV、PDP−TV、DVDレコーダ、BDレコーダなど、様々なアプリケーションに含まれるCMOSFETの高耐圧化を実現するための技術として利用することが可能である。 The technology disclosed in this specification is used as a technology for realizing high breakdown voltage of CMOSFETs included in various applications such as tablet PCs, smartphones, LCD-TVs, PDP-TVs, DVD recorders, and BD recorders. Is possible.
1 液晶表示パネル
2 ドライバ
3 電源装置
10 正電圧生成回路
20 負電圧生成回路
30 放電制御回路
31 NMOSFET(CMOS)
31X、31Y トランジスタ回路
311、312、313 フローティングNMOSFET(CMOS)
314 ゲート電圧生成部
32 NMOSFET(DMOS)
33 PMOSFET(DMOS)
34 抵抗
100 表示装置
T1〜T3 外部端子
C1、C2 キャパシタ
nd1〜nd3 ノード
RL 抵抗ラダー
R1〜R5 抵抗
N1、N2 NMOSFET(DMOS)
CS1、CS2 電流源
A1 p型半導体基板
A2 n型埋込絶縁層
A3 n型エピタキシャル絶縁層
A4 p型低絶縁層
A5 p型ウェル(バックゲート領域)
A6 n型ソース領域
A7 n型ドレイン領域
A8 ゲート電極
A9 コンタクト領域
A10 コンタクト領域
A11 素子分離層
A12 パッシベーション層
X 電子機器(タブレットPC)
X1 撮像部
X2 操作部
X3 表示部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Liquid
31X,
314 Gate
33 PMOSFET (DMOS)
34
CS1, CS2 Current source A1 p-type semiconductor substrate A2 n-type buried insulating layer A3 n-type epitaxial insulating layer A4 p-type low insulating layer A5 p-type well (back gate region)
A6 n-type source region A7 n-type drain region A8 gate electrode A9 contact region A10 contact region A11 element isolation layer A12 passivation layer X electronic device (tablet PC)
X1 imaging unit X2 operation unit X3 display unit
Claims (14)
前記第1電圧以下の第2電圧が印加される第2ノードと、
接地電圧以上の第3電圧が印加される第3ノードと、
前記第1ノードと前記第2ノードとの間に直列接続された複数のCMOSFETと、
前記第1ノードと前記第3ノードとの間に印加される電圧を分圧して各CMOSFETのゲート電圧を生成するゲート電圧生成部と、
を有することを特徴とするトランジスタ回路。 A first node to which a first voltage is applied;
A second node to which a second voltage lower than the first voltage is applied;
A third node to which a third voltage equal to or higher than the ground voltage is applied;
A plurality of CMOSFETs connected in series between the first node and the second node;
A gate voltage generator that divides a voltage applied between the first node and the third node to generate a gate voltage of each CMOSFET;
A transistor circuit comprising:
p型半導体基板と、
前記p型半導体基板上に形成されたn型ウェルと、
前記n型ウェル内に形成されたp型ウェルと、
前記p型ウェル内に形成されたn型ソース領域及びn型ドレイン領域と、
前記n型ソース領域と前記n型ドレイン領域との間に挟まれたチャネル領域上に形成されたゲート電極と、
を有することを特徴とする請求項5に記載のトランジスタ回路。 The floating NMOSFET is
a p-type semiconductor substrate;
An n-type well formed on the p-type semiconductor substrate;
A p-type well formed in the n-type well;
An n-type source region and an n-type drain region formed in the p-type well;
A gate electrode formed on a channel region sandwiched between the n-type source region and the n-type drain region;
6. The transistor circuit according to claim 5, further comprising:
前記p型半導体基板内に埋込形成されたn型埋込絶縁層と、
前記n型埋込絶縁層を取り囲むように前記p型半導体基板の表層まで積層形成されたn型エピタキシャル絶縁層と、
を含むことを特徴とする請求項8に記載のトランジスタ回路。 The n-type well is
An n-type buried insulating layer buried in the p-type semiconductor substrate;
An n-type epitaxial insulating layer laminated up to a surface layer of the p-type semiconductor substrate so as to surround the n-type buried insulating layer;
The transistor circuit according to claim 8, comprising:
負電圧を生成する負電圧生成回路と、
前記正電圧が印加される第1外部端子と、
前記負電圧が印加される第2外部端子と、
前記負電圧または前記正電圧が印加される第3外部端子と、
通常動作時には前記第3外部端子に前記負電圧を印加してオフシーケンス時には前記第3外部端子に前記正電圧を印加する放電制御回路と、
を有し、
前記放電制御回路は、前記第2外部端子と前記第3外部端子との間に接続された請求項10に記載のトランジスタ回路を含むことを特徴とする電源装置。 A positive voltage generation circuit for generating a positive voltage;
A negative voltage generation circuit for generating a negative voltage;
A first external terminal to which the positive voltage is applied;
A second external terminal to which the negative voltage is applied;
A third external terminal to which the negative voltage or the positive voltage is applied;
A discharge control circuit that applies the negative voltage to the third external terminal during normal operation and applies the positive voltage to the third external terminal during an off-sequence;
Have
The power supply apparatus according to claim 10, wherein the discharge control circuit includes the transistor circuit according to claim 10 connected between the second external terminal and the third external terminal.
前記第1外部端子と前記第3外部端子との間に接続されたPMOSFETと、
前記PMOSFETのゲートと接地端との間に接続されたNMOSFETと、
前記第1外部端子と前記PMOSFETのゲートとの間に接続された抵抗と、
をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載の電源装置。 The discharge control circuit includes:
A PMOSFET connected between the first external terminal and the third external terminal;
An NMOSFET connected between the gate and the ground end of the PMOSFET;
A resistor connected between the first external terminal and the gate of the PMOSFET;
The power supply device according to claim 11, further comprising:
前記液晶表示パネルを駆動するドライバと、
前記ドライバに正電圧及び負電圧を供給する請求項12に記載の電源装置と、
を有することを特徴とする表示装置。 A liquid crystal display panel;
A driver for driving the liquid crystal display panel;
The power supply device according to claim 12, which supplies a positive voltage and a negative voltage to the driver.
A display device comprising:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012077131A JP2013207700A (en) | 2012-03-29 | 2012-03-29 | Transistor circuit, power supply device, display device, electronic apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2012077131A JP2013207700A (en) | 2012-03-29 | 2012-03-29 | Transistor circuit, power supply device, display device, electronic apparatus |
Publications (1)
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ID=49526352
Family Applications (1)
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JP (1) | JP2013207700A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11239840B2 (en) | 2019-10-31 | 2022-02-01 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Switching circuit and imaging device |
-
2012
- 2012-03-29 JP JP2012077131A patent/JP2013207700A/en active Pending
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US11239840B2 (en) | 2019-10-31 | 2022-02-01 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Switching circuit and imaging device |
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