JPS6010813A - 駆動回路 - Google Patents

駆動回路

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JPS6010813A
JPS6010813A JP59026221A JP2622184A JPS6010813A JP S6010813 A JPS6010813 A JP S6010813A JP 59026221 A JP59026221 A JP 59026221A JP 2622184 A JP2622184 A JP 2622184A JP S6010813 A JPS6010813 A JP S6010813A
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JP
Japan
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voltage
transistor
control gate
drive circuit
sustaining
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JP59026221A
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JPH0320164B2 (ja
Inventor
ドナルド・マツカルピン・ケニ−
ジヤツク・アラン・マンデルマン
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International Business Machines Corp
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International Business Machines Corp
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Publication date
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Publication of JPS6010813A publication Critical patent/JPS6010813A/ja
Publication of JPH0320164B2 publication Critical patent/JPH0320164B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/04Modifications for accelerating switching
    • H03K17/041Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit
    • H03K17/04106Modifications for accelerating switching without feedback from the output circuit to the control circuit in field-effect transistor switches
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/01Modifications for accelerating switching
    • H03K19/017Modifications for accelerating switching in field-effect transistor circuits
    • H03K19/01728Modifications for accelerating switching in field-effect transistor circuits in synchronous circuits, i.e. by using clock signals
    • H03K19/01735Modifications for accelerating switching in field-effect transistor circuits in synchronous circuits, i.e. by using clock signals by bootstrapping, i.e. by positive feed-back

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] 本発明は容量性負荷を高電圧に迅速に充電する単一電界
効果トランジスタ駆動回路に関する。
[発明の概要] 本発明の目的は、従来の電流駆動回路に比較して非常に
小さなスペースしか必要とせずに高い駆動電流を発生で
きる高性能駆動回路を提供することにある。
本発明による駆動回路は電界効果トランジスタを含み、
このトランジスタは、互いに離隔した第1の形の第1及
び第2半導体領域と、これらの領域の間に介挿された第
2の形とは反対の第2の形の第3半導体領域とを有し、
サステイニング電圧がキャパシタに直列に与えられる。
駆動回路は、さらに、サステイニング電圧より大きな電
圧を上記第1及び第2半導体領域の間に印加する手段と
、第1及び第2半導体領域の間に電流を生じさせるため
にトランジスタのゲート電極に小さな制御電圧を印加す
る手段とを含む。
[実施例の説明] 第1図及び第2図には、本発明による駆動回路の実施例
が示されている。この駆動回路は電界効果トランジスタ
T1を含む。トランジスタT1は、制御ゲート電極VG
に接続される制御ゲート10と、P形半導体基体16に
形成され連結点Aに接続されるN+ソース領域12と、
半導体基体16に形成され供給電圧端子vHに接続され
るN+ドレイン領域18とを含む。トランジスタT1は
、典型例においては20対1という小さな幅対長さの比
を有する。例えば酸化シリコンからなる薄い絶縁層18
が制御ゲート10と基体16との間に堆積される。例え
ば1000ピコフアラツドのキャパシタCが連結点Aと
例えば接地点のような基準電位点との間に直列に接続さ
れる。例えば第2の電界効果トランジスタから構成され
るスイッチT2が制御ゲート端子VRに適当なパルスを
受けることによりキャパシタCを放電するために設けら
れている。
次に、第1図及び第2図に示された駆動回路の動作を説
明する。ドレイン領域14と基体16との間に形成され
るPN接合の真性ブレークダウン電圧より小さくトラン
ジスタT1のサステイニング電圧より大きい比較的高い
電圧が端子VHに印加され、制御ゲート端子VGに印加
される電圧が零であり、連結点Aの電圧が零であり、ト
ランジスタT2がオフとする。この状態では、第1トラ
ンジスタT1は高インピーダンス状態にあり、ソース領
域12とドレイン領域14との間には無視できる電流し
か流れないか又は全く電流が流れない。キャパシタCを
充電するために、制御ゲート10の電圧が第1トランジ
スタT1の閾値電圧VTに等しくなるか又はこれより大
きくなるまで制御ゲート端子VGの電圧が高められる。
ここにおいて制御ゲート10の下の基体16の表面に反
転層が形成され、ソース領域12からドレイン領域14
へ基体16の表面に沿って電子が流れ始める。
端子VHの電圧がサステイニング電圧より高く電子すな
わち電流IDがドレイン領域14へ流れると、アバラン
シュすなわち衝突イオン化メカニズムによりドレイン領
域14に隣接したアバランシュ領域AVすなわち高電界
領域中に表面電子IDによって電子−正孔対が形成され
る。すべての電子がドレイン領域14に引き付けられド
レイン電流IDに寄与する。しかし、同時に、正孔は漂
流しソース領域12付近へ向けて拡散し、ソース領■ 域12とP形半導体基体16との間の電位障壁を低める
方向に抵抗記号20によって示される電圧降下を基体1
6内に作り出す。その結果、さらに別の電子が弱められ
た電位障壁に打ち勝ってドレイン領域14に引き付けら
れる。これにより電子流すなわち電流IDが増大し、そ
の結果アバランシュすなわち衝突イオン化メカニズムに
よりさらに大きな正孔電流が流れ、正帰環還メカニズム
によりソース障壁をさらに低下させる。
アバランシュ増倍によりドレイン電流IDが増大すると
、キャパシタCはより迅速に充電され、これにより連結
点Aの電圧が高くなり、その結果ソース領域12とドレ
イン領域14との間の電圧降下が低下する。キャパシタ
Cが第1トランジスタT1に直列に接続されていなけれ
ば、ドレイン領域14からソース領域12への電圧降下
は、第1トランジスタT1の“サステイニング電圧を決
定する第1トランジスタT1の構造及び材料に依存する
非常に高いドレイン電流IDレベルで平衡状態に達する
制御ゲート10に印加される電圧は、シード電流が基体
16の表面上をドレイン領域14へ流れている状態にお
いてスナップ・バックとして知られているアバランシュ
すなわち正帰還を開始させるトリガとして作用する。正
帰還メカニズムが確立した衡、ソース領域12の全断面
は基体16の表面下の基体16の大部分を通って流れる
電子を放出する。従って、制御ゲート10はドレイン電
流IDの流れ及び帰還メカニズムに対する製御機能を失
う。従って、トランジスタT1のサスティング電圧は制
御ゲート10の電圧に依存しなくなる。
第3図に示されているように、スナップ・バックが生じ
るドレイン−ソース電圧VDSは制御ゲート電圧の大き
さに応じて異なるにもかかわらず、サステイニング電圧
vSは制御グー1〜電圧に依存しない。曲線C1に示さ
れているように、VHが約18ポル1〜、VTが1.8
ボルト、サステイニング電圧V sが10ボルト、制御
ゲート10に印加される電圧が2ボルトのとき、ドレイ
ン電流IDが非常に迅速に増大する点であるスナップ・
バック電圧は16ボルトである。キャパシタCの端子電
圧が(VH−VS)に達すると、第1トランジスタTI
はサステイニング・モードでなくなり、第1トランジス
タT1で消散される電力を自己制限し、その破壊を防止
する。曲線C2は、制御ゲート10の電圧が3ボルトの
とき第1トランジスタT1のスナップ・バックが約14
ボルトで生じることを示す。曲線C3は、サステイニン
グ電圧が10ボルトに維持された状態で制御ゲート10
の電圧が4ボルトのとき第1トランジスタT1のスナッ
プ・バックが約12ボルトで生じることを示す。
第4図に示されているように、(制御ゲート10の電圧
−閾値電圧VT)が(電圧VH−サステイニング電圧■
S)より小さいときには、連結点Aの電圧すなわちキャ
パシタCの端子電圧は時間tsで迅速に(VH−VS)
すなわち8ボルトになる。時間tsは約120ナノ秒の
範囲内にすることができる。そして、連結点Aの電圧は
時間に制限なく一定に維持される。(制御ゲート10の
電圧−閾値電圧VT)が(VH−VS)より大きいとき
にも、連結点Aの電圧は時間tsで(VH−VS)に上
昇するが、その後も曲線C5で示すように増加し続け、
この増加は連結点Aの電圧が(VH−VT)になるまで
続く。供給電圧端子■Hの電圧かサステイニング電圧■
Sよりも小さいときには、曲線C6で示されるように一
般的な充電動作が行われ、連結点Aの電圧は約800ナ
ノ秒の間に約1ボルトしか増加せず、最後に(VH−V
T)になる。
従って、トランジスタT1をサステイニング・モードで
動作させることにより、該モードで動作させることなく
キャパシタCを充電するよりもかなり短い時間でトラン
ジスタT1を破壊することなくキャパシタCを電圧(V
H−V、T)に充電することができる。
サステイニング・モードで動作させることなく1000
ピコフアラツドのキャパシタCを時間tSすなわち12
0ナノ秒の間で充電するには一般に幅対長さの比が50
0対1の電界効果トランジ ]スタを必要とする。これ
は、上記実施例の20対1という比と比較して非常に大
きな値である。このように大きなトランジスタではその
ゲート容量のためにゲート電極の駆動回路は非現実的な
きわめて大きなものになってしまう。
制御ゲート10の電圧はソース領域12からドレイン領
域14へ電子を流れ始めさせるためにのみ設けられるも
のだから、第5図に示されているように非常に小さなゲ
ート電極しか必要でない。
電子ははじめ制御ゲート10の下の基体16の表面に沿
って流れ、次いでアバランシュ増倍によって電子はゲー
ト10の設けられていない領域を含む全ソース領域12
からドレイン領域14へ自由に流れる。従って、上記構
成によれば、幅WGの狭いゲートを有するデバイスをド
レイン領域14の幅WDに等しい幅広のデバイスのよう
に機能させることができる。
第6図は第5図の構成の変形例を示す。制御ゲートの下
により長いチャネルを設けることにより、サステイニン
グ・モードのオン・セットを変更でき、ソース領域とド
レイン領域の主要部全体にわたってソース領域とドレイ
ン領域との間隔をより短くすることにより、サステイニ
ング電圧を低下させることができ、これにより制御ゲー
トの下のチャネル長にわたって全ソース拡散領域とドレ
イン拡散領域との間隔が一定のときよりも高い電圧にキ
ャパシタCを充電することができる。第6図に示されて
いるように、制御ゲー1−10 ’の下のソース領域1
2′とドレイン領域14′との間の間隔L1は制御ゲー
ト10′の設けられていない領域12′と14′の間の
間隔L2よりかなり長い。従って、スナップ・バック電
圧を制御するのに間隔L1を使用することができる。す
なわち、間隔L1が長ければ長いほどスナップ・バック
電圧は大きくなる。間隔L2はサステイニング電圧を制
御するのに使用できる。すなわち、間隔L2が長ければ
長いほどサステイニング電圧は小さくなる。従って、サ
ステイニング・モードの間キャパシタCをより高い電圧
に充電する事ができる。
以上の説明から明らかなように、本発明による駆動回路
は、非常に簡単な構成で性能が高く、半導体基体上にお
いて非常に小さな表面領域しか必要としない。本発明に
よる駆動回路は、半導体チップに配置されていると否と
にかかわらず、大容量のキャパシタを迅速に充電するの
に特に適している。
【図面の簡単な説明】
第1図は電界効果トランジスタを使用した本発明による
駆動回路の実施例を示す回路図、第2図は第1図の回路
を一部半導体構造の断面で示す説明図、第3図は制御電
圧を異ならせたときのドレイン−ソース電圧に対するド
レイン電流の変化並びにスナップ・バック電圧の変化を
示す特性図、第4図は制御電圧及びドレイン−ソース電
圧を異ならせたときの第1図のキャパシタに生じる電圧
変化を示す特性図、第5図は第2図に断面図の形で示さ
れた電界効果トランジスタを示す平面図、第6図は第5
図のトランジスタの変形例を示す平面図である。 10・・・・制御ゲート、12・・・・ソース領域、1
4・・・・ドレイン領域、T1、T2・・・・トランジ
スタ、C・・・・キャパシタ。 vs vtt FIG、5 FIG、6 手続補正書動式)6゜ 昭和59年6月方日 、。 特許庁長官 若 杉 和 夫 殿 1、事件の表示 昭和59年 特許願 第26221号 2、発明の名称 駆動回路 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 昭和59年5月29日 補正の対象 明細書全文 補正の内容 別紙のとおり(内容に変更なし) ]

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 電界効果トランジスタと、このトランジスタに直列に接
    続さ九たキャパシタと、前記トランジスタをサステイニ
    ング・モードで動作させる手段とを具備する駆動回路。
JP59026221A 1983-06-24 1984-02-16 駆動回路 Granted JPS6010813A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US507375 1983-06-24
US06/507,375 US4642491A (en) 1983-06-24 1983-06-24 Single transistor driver circuit

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6010813A true JPS6010813A (ja) 1985-01-21
JPH0320164B2 JPH0320164B2 (ja) 1991-03-18

Family

ID=24018397

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP59026221A Granted JPS6010813A (ja) 1983-06-24 1984-02-16 駆動回路

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4642491A (ja)
EP (1) EP0132536B1 (ja)
JP (1) JPS6010813A (ja)
DE (1) DE3463332D1 (ja)

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Also Published As

Publication number Publication date
US4642491A (en) 1987-02-10
EP0132536B1 (en) 1987-04-22
EP0132536A1 (en) 1985-02-13
JPH0320164B2 (ja) 1991-03-18
DE3463332D1 (en) 1987-05-27

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