JPS6074559A - 基準電圧発生装置 - Google Patents

基準電圧発生装置

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JPS6074559A
JPS6074559A JP58180378A JP18037883A JPS6074559A JP S6074559 A JPS6074559 A JP S6074559A JP 58180378 A JP58180378 A JP 58180378A JP 18037883 A JP18037883 A JP 18037883A JP S6074559 A JPS6074559 A JP S6074559A
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JP
Japan
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gate
region
transistor
reference voltage
threshold voltage
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Application number
JP58180378A
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English (en)
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Shoichi Ozeki
正一 大関
Toshio Uruno
宇留野 利夫
Nobuaki Miyagawa
宣明 宮川
Takahide Ikeda
池田 隆英
Tatsuya Kamei
亀井 達弥
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Hitachi Ltd
Hitachi Power Semiconductor Device Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Hitachi Haramachi Electronics Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/085Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
    • H01L27/088Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate

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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】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体装置に係り、特に、基準電圧発生装置に
関する。
〔発明の背景〕
従来基準電源として、PN接合ダイオードの逆方向電圧
(ツェナ電圧)Vl並びに絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタのしきい電圧VTR等が利用されている。さらに
、絶縁ゲート型電界効果トランジスタの構造で、しきい
電圧が構成上バンドギャップに等しくなる方式のものが
提案、製造されている。しかし、これらの方式の出力電
圧は各々きまった値であり、任意の出方電圧を得ること
はできない。
〔発明の目的〕
本発明の第1の目的は、任意の出方電圧を設定できる基
準電圧発生装置を提供するにある。
本発明の第2の目的は、汎用プロセスヲ用いて、回路部
分の性能を損なうことなく、MOSトランジスタのしき
い電圧を利用した高性能基準電圧発生装置を提供するに
ある。
〔発明の概要〕
本発明の要点は、MOSトランジスタにおいて、N+ゲ
ート、あるいは、P+ゲー)MOS )ランジスタと、
低不純物濃度ゲートMOSトランジスタのしきい電圧差
を利用し、そのドレイン電流とケート長全任意に設定す
ることにある。
〔発明の実施例〕
本発明の一実施例を以下に説明する。
第1図は、PチャネルMO8)ランジスタにおいて、ゲ
ート層に高濃度に燐をドーグしたN+ダグ−MO8)ラ
ンジスタとゲート層に基板と同じN型不純物燐が低濃度
(<10”cm″”)にドープされたN″′′領域びN
−領域を囲むようにゲート層にソース・ドVインド同型
不純物ボロン全ドープしたゲート電極を持つMOS )
ランジスタ(以下N−ゲートMO8)ランジスタと略記
する。)の構造を示す。
第2図(a)U 、第1図のチャネルMO8)ランジス
タ構成における二つのMOS)ランジスタのしきい電圧
を利用し、その差電圧を取り出す回路である。第2図(
b)はVns −Ins特性を示す図である。
TN+、 TN−はドレインとゲートが共通に接続され
た、いわゆる、MOSダイオードを構成している。。
工0は定電流源、TN+、 TN−は異なるしきい電圧
VTI(N+、 VTi*−とほぼ等しい相互コンダク
タンスβを持つMG)ISFETであり、各々のドレイ
ン電圧をVN” 、 VN−とすると、 であるから VW+:VTHN++ ルr医j「否シイ、#−・−・
・−(3)VN−= YtHN−+ 4/’旧τZ「 
・・・・・・(4)となり、ドレイン電圧の差をとれば
、しきい電圧の差を取り出すことができる。
定電流源としては、十分大きな抵抗を使っても良く、特
性のそろったものであれば、拡散抵抗、多結晶Si抵抗
、イオン打込みによって作られた抵抗、MOSトランジ
スタによる抵抗を使用することができる。
第3図は、第2図(a)の回路構成におけるPチャネル
N+ゲートMO8)ランジスタとPチャネルN−ゲート
MO8)ランジスタのしきい電圧差のゲート長(Lg 
)およびドレイン電流(ID8 )の測定例全示す。
ゲート長が40μm程度以上の場合、ドレイン電流を大
きくすると、しきい電圧差は小さくなる傾向がある。し
きい電圧差はドレイン電流依存性がめる。ゲート長が4
0μIn程度以下の場合、ゲート長を大きくすると、し
きい電圧差は小さくなる傾向にあり、そのしきい電圧差
の減少幅はドレイン電流が大きくなるほど大きくなって
いる。この範囲では、しきい電圧差は、ゲート長および
ドレイン電流依存性がめる。このような傾向を示す原因
は、低濃度のN−ゲートでは、P中領域を経てN−領域
に電圧が印加されるためP中領域からN′″領域に空乏
層が広がる。この空乏層の広がりによね、N−ゲート中
に電位勾配が生じるため、しきい電圧が変動すると考え
られる。ゲート長が大きくなるとこの空乏層の広がりが
ゲート長に比べて小さく、N−ゲートのP中領域とN−
領域の電位差が一定になるため、しきい電圧差が一定の
値となる。また、ドレイン電流を大きくする方向にゲー
ト電圧を印加すると、ゲート電圧はN−ゲートのP中領
域とN″′′領域乏層をさらに広げる方向になるため、
この空乏層による電位差が大きくなる。これに対し、N
+ゲートでは空乏層の広がりがないため、N′″ゲー)
MOB )ランジスタとN+ゲートMO8のトランジス
タのしきい電圧差としてみると小さくなる方向になる。
以上より、PチャネルMOSトランジスタのN+ゲート
MO8)ランジスタとN′″ゲートMOSトランジスタ
のしきい電圧差を利用し、そのしきい電圧差をゲート長
およびドレイン電流を任意の値にすることで目的の電圧
を得ることができる。
本発明の第1の実施例は、第4図に示す回路構成で、P
チャネルN+ゲートMOSトランジスタとPチャネルN
″′ゲートMO8)ランジスタのしきい電圧差を利用し
、定電流源Ioの電流を任意の値に設定することで任意
の出力電圧を得ることにある。
第4図に示す回路構成で、PチャネルN+グー)MOB
 )ランジスタとPチャネルN−ゲートMO8)ランジ
スタのしきい電圧差?利用し、そのゲート長を任意の値
に設足し、定電流源Inの電流を任意の値に設定するこ
とで任意の出力電圧を得ることにある。
以上PチャネルのIゲートMOSトランジスタとN+ゲ
ートMO8)ランジスタのしきい電圧差を利用した基準
電圧発生装置は、ゲート長およびドレイン電流を任意に
設定することで所望の出力電圧を得ることができる。し
かし、出力電圧が小さいので、lゲートMO8)ランジ
スタとN+ゲ−)MOB)ランジスタの一段当りのしき
い電圧差以上を利用する場合は、出力電圧上n倍する。
第4図は本発明の第2の実施例であり、n倍化の基本的
な考え方を2倍の場合を例に示している。
1は基準電圧発生回路の電源陽極端、10はソース端を
電源陽極端1に接続するPチャネルMOSトランジスタ
、11はソースをPMO810のドレイン端と接続し、
ゲートとドレイン端を接続し基板をソース端に接続する
PチャネルN+ゲー)MOB )ランジスタ、12はソ
ースをPMOS11のドレイン端と接続し、ゲートとド
レイン端を電源陽極端に接続し、基板をソース端に接続
するPチャネルN+ゲートMO8)ランジスタ、20は
ソース端を電源陽極端1に接続し、ゲート端t−PMO
810のゲートに接続するPチャネルMOSトランジス
タ、21はソースf:PMO810のドレイン端と接続
し、ゲートとドレイン端□を接続し、基板をソース端に
接続するPチャネルN−ゲー)MOB )ランジスタ、
22はソースをPMOS 21のドレイン端と接続し、
ゲートとドレイン端を電源陰極端に接続し、基板をソー
ス端(9) に接続するPチャネルN″′ゲートMOSトランジスタ
である。
10.11.12の構成でPMO810のドレイン端と
PチャネルN十ゲート11のドレイン端の交点と電源陰
極端間の電圧ヲv、とするとPチャネルN+ゲートMO
8)ランジスタ12を流れる電流Ilは、 ここで、β。、:PチャネルMO8)ランジスタのチャ
ネルコンダクタンス定数 βに!:PチャネルN+ゲー)MOB)ランジスタの寸
法比(チャネル 幅/チャネル長) ■τ11N+ : PチャネルN+ゲー)MOB)ラン
ジスタのしきい電圧 となる。一方、PチャネルN−ゲー)MOB )ランジ
スタ22を流れる電流■2は、 (10) ここで、 β!l :PチャネルN−ゲートMO8)ランジスタの
寸法比 VTHN−: PチャネルN−グー)MOS )ランジ
スタのしきい電圧 vl :PチャネルN−ゲートMOSトランジスタ22
のドレイン1ソー2間電 圧 となる。PチャネルMO8)ランジスタ11゜12のゲ
ート電圧は同じ値であるため、II と1、は等しい電
流となる。
(13) 、(14)からVt 、 Vlをめると、そ
れぞれ (11) β1.とβ22を同一寸法比にすると、Vl V+=2
(VTnn−−Vl・uN+) −”(9)となり、N
+ゲグーMO8)ランジスタ11゜12と、N−ゲート
MO8)ランジスタ21゜22のドレイン電圧の差Vt
 −V、をとれば、2倍のしきい電圧差を取り出すこと
ができる。
第5図は本発明の第3の実施例であり、第4図と同様の
方法、すなわち、PチャネルN+グートMO8)ランジ
スタ11と12の間にダイオード接続されたPチャネル
N+グー)MOS)ランジスタをnヶ接続し、Pチャネ
ルN″′グー)MOSトランジスタ21と22の間にダ
イオード接続されたPチャネルN−ゲートMOSトラン
ジスタをnヶ接続させるとPチャネルN+グートMO8
)ランジスタとPチャネルN−ゲートMOSトランジス
タ22のドレイン・ソース間電圧看’ 、 v、’は V!’−■、’=n(v7HH−−VTHN”) =(
10)と表わされ、N+ゲグーMOS)ランジスタとN
−グー)MOS )ランジスタのしきい電圧差を(12
) fn倍にすることができる。
従って、基準電圧をN+ゲグーMO8)ランジスタとN
−ゲートMO8)ランジスタのしきい電圧差の整数倍の
ときには、第5図の方法を用いることができる。
これらの実施例は、PチャネルMO8)ランジスタのN
+ゲグーMOS )ランジスタとN−グー)MOS)ラ
ンジスタに関するものであるが、この方法はP十グー)
MOS)ランジスタとN−ゲ−)MOS )ランジスタ
に適用できる。また、この方法はPチャネルばかりでな
くnチャネルMOSトランジスタのP−グー)MOS)
ランジスタとN+ゲグーMOS)ランジスタおよび、P
−グー)MOS)ランジスタとP+ゲートMOS)ラン
ジスタにも適用できるのは勿論でるる。
本発明の実施例によれば、MOSトランジスタのゲート
長およびドレイン電流を任意に設定することで任意の出
力電圧およびしきい電圧差の整数倍出力が得られ、設計
自由度が高<IC内の基準電圧応用を拡大できる。
(13) 〔発明の効果〕 本発明によれば、通常のプロセスで任意の基準電圧を設
定できる。
【図面の簡単な説明】
第1図はPチャネルMO8)ランジスタでゲート層に燐
をドープしたN+ゲグーMOS)ランジスタと低燐濃度
のN−グー)MOS)ランジスタの断面図、第2図(a
)および(b)は本発明の第1の実施例である異なるし
きい電圧VTRを持つ二つのMOSトランジスタのVT
R差を取り出すだめの回路図およびその特性図、第3図
は本発明の第2の実施例であるPチャネルMO8)ラン
ジスタにおけるN+ゲグーMOS )ランジスタとN″
′′ゲートMO8ンジスタのしきい電圧差とゲート長お
よびドレイン電流の関係図、第4図は本発明の第三の実
施例であるn倍化の基本的な考え方の2倍の場合の例を
示す図、第5図は本発明の第四の実施例のn倍化する回
路図である。 1・・・電源陽極端、10.20・・・PチャネルMO
Sトランジスタ、11.12・・・PチャネルN+グー
(14) )MOS)ランジスタ、21.22・・・PチャネルN
−ゲートMOSトランジスタ。 代理人 弁理士 高橋明夫 第1m (15) 第2図 $3[21 グ′−ト長 Lネ(、+7x) −々 5 第1頁の続き ○発明者 池1)隆英 日立市等 所内 @発明者 亀井 連弾 日立市倖 所内

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、二つのMOS)ランジスタのしきい電圧差を利用す
    る基準電圧発生装置において、 一つの導電型の半導体基板と、この半導体基板の主表面
    に埋設された導電型の第2の領域と、この第2の領域と
    離れて前記主表面に埋設された導電型の第3の領域と、
    前記主表面上にあり、前記第2の領域と前記第3の領域
    に設して設けられた第1の絶縁膜と、この第1の絶縁膜
    上に設けられた半導体電極から成る第1のMOS )ラ
    ンジスタと、前記半導体基板の前記主表面に埋設された
    導電型の第4の領域と、この第4の領域と離れて前記主
    表面に埋設された導電型の第5の領域と、前記主表面上
    にあり前記第4の領域と前記第5の領域に接して設けら
    れた第2の絶縁膜と、この第2の絶縁膜上に設して設け
    られた低不純物濃度の導電型の半導体電極と、前記第2
    の絶縁膜および前記導電型の半導体電極に接し、前記半
    導体電極の周囲を囲むように設けられた導電型の電極と
    からなる第2のMOS)ランジスタとからなることを特
    徴とする基準電圧発生装置。 λ 特許請求範囲第1項記載の基準電圧発生装置におい
    て、 前記第1および第2のMOS)ランジスタのドVイン電
    流を任意の値に設定して任意の出力電圧を得る手段を付
    加したことを特徴とする基準電圧発生装置。 3、特許請求範囲第1項記載の基準電圧発生装置におい
    て、 前記第1および第2M08)ランジスタのゲート長およ
    びドVイン電流を任意の値に設定して、任意の出力電圧
    を得る手段を付加したことを特徴とす□る基準電圧発生
    装置。 4、特許請求範囲第2項または第3項記載の基準電圧発
    生装置において、 前記出力電圧を増幅する手段を付加したことを特徴とす
    る基準電圧発生装置。 5、特許請求範囲第4項記載の基準電圧発生装置におい
    て、 前記出力電圧全増幅する手段は前記出方電圧を整数倍す
    る手段であることを特徴とする基準電圧発生装置。
JP58180378A 1983-09-30 1983-09-30 基準電圧発生装置 Pending JPS6074559A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2361357A (en) * 1999-10-06 2001-10-17 Nec Corp Dynamic random access memory

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2361357A (en) * 1999-10-06 2001-10-17 Nec Corp Dynamic random access memory

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