KR20150048647A - 기준 전압 발생 장치 - Google Patents

Abstract

(과제) 평탄한 온도 특성을 가지는 기준 전압 발생 장치를 제공한다.
(해결 수단) 전류원으로서 기능하도록 접속되며, 정전류를 흐르게 하는 제1 도전형의 공핍형 MOS 트랜지스터(5)와, 다이오드 접속되며, 공핍형 MOS 트랜지스터(5)와 동일한 매입 채널이며 또한 동일한 온도 특성을 가지고, 정전류에 의거하여 기준 전압을 발생시키는 제1 도전형의 공핍형 MOS 트랜지스터(6)를 구비한다. 공핍형 MOS 트랜지스터(5)와 공핍형 MOS 트랜지스터(6)의 온도 특성이 동등하기 때문에, 기준 전압 발생 장치의 출력의 온도 특성도 평탄해진다.

Description

기준 전압 발생 장치{REFERENCE VOLTAGE GENERATOR}

본 발명은, 반도체 집적 회로 내에 있어서, 기준 전압을 발생시키는 기준 전압 발생 장치에 관한 것이다.

종래의 기준 전압 발생 장치에서 이용되는 회로에 대해서 도 4를 이용하여 설명한다. 도 4는 기준 전압 발생 장치의 회로도이다. 전류원으로서 기능하도록 접속된 공핍형 NMOS 트랜지스터(이하 D형 NMOS 트랜지스터)(9)는, 다이오드 접속된 증가형 NMOS 트랜지스터(이하 E형 NMOS 트랜지스터)(10)에 정전류를 흘려 넣는다. 이 정전류에 의해, E형 NMOS 트랜지스터(10)에, 각각의 트랜지스터의 역치 및 사이즈에 따른 기준 전압이 발생한다.

우선 처음으로, 기준 전압 발생 장치의 기본이 되는 구조를 도 5의 모식적 단면도를 참조로 설명한다. 기준 전압 발생 장치는, D형 NMOS 트랜지스터(9) 및 E형 NMOS 트랜지스터(10)를 구비하고 있다.

전류원으로서 기능하도록 접속된 D형 NMOS 트랜지스터(9)는, 역치가 공핍 영역에서 동작하도록, 매입(埋入) 채널(12)을 구비하고 있으며, 드레인(17)을 전원 단자로 하고, 게이트 전극(13)과 소스(16)는 기준 전압 발생 단자에 접속되어 있다. 이러한 접속을 함으로써, 상기의 D형 NMOS 트랜지스터(9)는 정전류원으로서 기능한다. 한편, 상기의 D형 NMOS 트랜지스터(9)와 다이오드 접속된 E형 NMOS 트랜지스터(10)는, 역치가 증가 영역에서 동작하도록 표면 채널(11)을 구비하고 있고, 게이트 전극(13)과 드레인(15)이 기준 전압 발생 단자에 접속되어 있으며, 소스(14)는 접지 단자에 접속되어 있다. 즉, 상기 D형 NMOS 트랜지스터(9)와 상기 E형 NMOS 트랜지스터(10)는 직렬 접속되어 있다. 따라서, 등가 회로로 나타내면, 도 4에 나타내는 회로도가 된다.

다음에, 이 기준 전압 발생 장치의 동작에 대해서 도 3을 참조로 설명한다.

상기 서술한 D형 NMOS 트랜지스터(9)는, 정전류원으로서 동작하기 때문에, 여기에서의 트랜지스터 특성으로서, 예를 들면, 소스-기판 접지의 게이트 전압을 일정 간격으로 인가한 경우의 드레인 전류는, 도 3의 D형 NMOS 트랜지스터 특성 8과 같이 되며 역치는 B이고, 또한, 게이트 전압이 0에서 드레인 전류를 얻는다. 한편, 상기 서술한 E형 NMOS 트랜지스터(10)는, 마찬가지로 트랜지스터 특성으로서, 예를 들면, 소스-기판 접지의 게이트 전압을 일정 간격으로 인가한 경우의 드레인 전류는, 도 3의 역치는 A의 E형 NMOS 트랜지스터 특성 7을 얻는다. 여기서, 상기 서술한 E형 NMOS 트랜지스터(10)는, 상기 서술한 정전류원으로서의 D형 NMOS 트랜지스터(9)와 다이오드 접속되어 있기 때문에, 상기 서술한 D형 NMOS 트랜지스터 특성 8의 게이트 전압이 0인 전류를 흐르게 하기 위한 게이트 전압이 필요하게 되며, 이것이 도 3의 출력 전압 C가 되고, 기준 전압 발생 장치의 출력이 된다.

종래 기술에서는, 특허 문헌 1에 나타내는 바와 같이, 정전류원의 D형 NMOS 트랜지스터는 매입 채널에 의해 공핍 영역에서의 동작을 시키고, 다이오드 접속되는 E형 NMOS 트랜지스터는 표면 채널에 의해 증가 영역에서의 동작을 시키도록 기준 전압 발생 장치를 구성하고 있다. 여기서, 트랜지스터 특성에 있어서는, 특히 도 3에 나타나는 소스-기판 접지의 게이트 전압에 대한 드레인 전류 특성이 중요해진다. 이것은 트랜지스터의 온도 변화에 따라서도 변동하는 전기 특성이다. 기준 전압 발생 장치를 구성하고 있는 트랜지스터의 개개의 온도 특성이 상이함으로써, 기준 전압 발생 장치의 온도 특성을 넓은 온도 범위에 있어서 평탄하게 하는 것은 어렵다.

일본국 특허공개 소56-108258호 공보

최근, 전자기기의 고정밀화가 진행되며, 이 전자기기를 제어하는 IC의 고정밀화가 요구되고 있다. 예로서, IC의 특히 전압 디텍터 혹은 전압 레귤레이터로 대표되는 파워 매니지먼트 IC에 있어서는, IC가 탑재되는 휴대 기기의 소형화 및 범용성에 수반하여, 주위 온도 환경의 변화, 특히 IC 내부에 있어서, 온도가 변화해도 기준 전압 발생 장치가 기준 전압을 고정밀도로 발생시킬 수 있는 것, 즉, 기준 전압의 온도 특성이 보다 평탄하게 되는 것이 요구되고 있다.

본 발명은, 상기 요구를 감안하여 이루어지며, 보다 평탄한 온도 특성을 가지는 기준 전압 발생 장치를 제공하는 것을 과제로 하고 있다.

본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해, 기준 전압 발생 장치에 있어서, 전류원으로서 기능하기 위해 존재하는 D형 NMOS 트랜지스터와, 그 정전류를 흘려 넣도록 다이오드 접속되는 트랜지스터를 동일한 온도 계수를 가지는 D형 NMOS 트랜지스터로 회로 구성함으로써, 보다 평탄한 온도 특성을 가지는 기준 전압 발생 장치로 했다.

본 발명은, 기준 전압 발생 장치에 있어서, D형 NMOS 트랜지스터와 동일한 온도 계수의 D형 NMOS 트랜지스터를 구비함으로써, 기준 전압 발생 장치의 온도 특성이 개선된다.

도 1은 본 발명의 실시예의 기준 전압 발생 장치를 구성하는 트랜지스터의 모식적 특성도이다.
도 2는 본 발명의 실시예의 기준 전압 발생 장치의 모식적 회로도이다.
도 3은 종래 기술을 설명하는 기준 전압 발생 장치를 구성하는 트랜지스터의 모식적 특성도이다.
도 4는 종래 기술을 설명하는 기준 전압 발생 장치의 모식적 회로도이다.
도 5는 종래 기술을 설명하는 기준 전압 발생 장치의 모식적 단면도이다.

이하, 본 발명의 실시예에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.

최초로, 도 1(a)를 참조하여 본 발명의 특징을 설명한다. 도 1(a)는 모두 제1 도전형인 D형의 NMOS 트랜지스터의 온도 계수의 역치에 대한 의존성을, 온도 특성 3을 가지는 제1의 NMOS 트랜지스터와 온도 특성 4를 가지는 제2의 NMOS 트랜지스터에 관해서 그린 모식적 특성도이다. 온도 계수란 주목하고 있는 물리량의 규정된 온도 범위에 있어서의 평균의 변화율이며, 여기에서는, 역치 전압의 온도 계수가 된다. 여기서 NMOS 트랜지스터를 D형으로 하기 위해 채널 영역에 확산되는 불순물의 도전형은 N형이며, 매입 채널이 된다. 제1의 NMOS 트랜지스터와 제2의 NMOS 트랜지스터는, 역치를 정하기 위한 불순물의 종류 및 깊이 방향의 분포인 프로파일, 또한 기하학적인 치수가 상이하므로 상이한 온도 계수를 가지고 있다.

그리고, 기준 전압 발생 장치는, 예를 들면, 도 1(a)에 있어서의 온도 계수 D를 나타내는, 역치 전압 B를 가지는 제1의 NMOS 트랜지스터와, 역치 전압 A를 가지는 제2의 NMOS 트랜지스터의 두 개의 NMOS 트랜지스터로 구성된다. 즉, 동일한 온도 계수를 가지는 두 개의 트랜지스터로 기준 전압 발생 장치를 구성하는 것이다. 이것은, 상기 구성으로 이루어지는 기준 전압 발생 장치의 발생하는 기준 전압은, 기본적으로 두 개의 NMOS 트랜지스터의 역치의 차에 의해 정해지기 때문이다.

또한, 두 개의 NMOS 트랜지스터의 기하학적 치수를 조절함으로써, 두 개의 NMOS 트랜지스터의 역치의 차로 할 수도 있기 때문이다. 그 때문에, 온도 계수가 동일한 NMOS 트랜지스터로 기준 전압 발생 장치를 구성하면, 역치 전압의 차로서의 기준 전압은, 온도가 변화해도 거의 일정하게 하는 것이 가능하다. 각각의 NMOS 트랜지스터가 가지는 역치 전압 A 및 역치 전압 B는 조정이 가능하다. 예를 들면, 이온 주입법을 이용하여 채널 영역의 프로파일을 조정하는 것이 가능하며, 이 때에 이용하는 불순물은, 예를 들면, 상기 서술한 제1의 NMOS 트랜지스터에 있어서는 비소, 제2의 NMOS 트랜지스터에 있어서는 인으로 하는 것이 가능하다.

이에 더하여, 여기서의 트랜지스터의 전기 특성은 도 1(b)에 나타내는 바와 같이, 역치 전압 A를 가지는 제2의 NMOS 트랜지스터는 특성 1이 되고, 역치 전압 B를 가지는 제1의 NMOS 트랜지스터는 특성 2가 된다. 이들 NMOS 트랜지스터의 출력 전압의 차를 이용하여, 상기 서술한 도 3에서 설명한 동작 원리에 의해, 기준 전압 발생 장치의 출력 C를 얻을 수 있다.

상기의 경우, 기준 전압 발생 장치의 모식적 회로도는 도 2와 같이 되며, 역치 전압 B를 가지는 제1의 D형 NMOS 트랜지스터(5)가 정전류원이 되고, 역치 전압 A를 가지는 제2의 D형 NMOS 트랜지스터(6)가 다이오드 접속됨으로써 기준 전압 발생 장치를 구성하고 있다.

이 결과, 본 발명의 특징인, 동일한 온도 계수를 가지는 D형 NMOS 트랜지스터로 구성된 기준 전압 발생 장치는, 평탄한 온도 특성을 가지는 것 가능해진다.

1 역치 A를 가지는 제2의 NMOS 트랜지스터의 특성
2 역치 B를 가지는 제1의 NMOS 트랜지스터의 특성
3 제1의 NMOS 트랜지스터의 온도 계수의 역치 전압 의존성
4 제2의 NMOS 트랜지스터의 온도 계수의 역치 전압 의존성
5 역치 A를 가지는 D형 NMOS 트랜지스터
6 역치 B를 가지는 D형 NMOS 트랜지스터
7 역치 A의 E형 NMOS 트랜지스터 특성
8 역치 B의 D형 NMOS 트랜지스터 특성
9 D형 NMOS 트랜지스터 10 E형 NMOS 트랜지스터
11 표면 채널 12 매입 채널
13 게이트 전극 14, 16 소스
15, 17 드레인

Claims (3)

1. 정전류를 흐르게 하는 제1의 N형 공핍형 MOS 트랜지스터와,
   상기 제1의 N형 공핍형 MOS 트랜지스터에 다이오드 접속되며, 역치 전압의 온도 계수가 상기 제1의 N형 공핍형 MOS 트랜지스터의 역치 전압의 온도 계수와 동일하고, 상기 정전류에 의거하여 기준 전압을 발생시키는 제2의 N형 공핍형 MOS 트랜지스터를 구비한 기준 전압 발생 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   다이오드 접속되는 상기 제2의 N형 공핍형 MOS 트랜지스터의 매입(埋入) 채널에는, 정전류를 흐르게 하는 상기 제1의 N형 공핍형 MOS 트랜지스터의 매입 채널과 상이한 불순물이 확산되어 있는 것을 특징으로 하는 기준 전압 발생 장치.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 기준 전압이, 상기 제1의 N형 공핍형 MOS 트랜지스터의 역치 전압과 상기 제2의 N형 공핍형 MOS 트랜지스터의 역치 전압의 차인 것을 특징으로 하는 기준 전압 발생 장치.

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