RU2046455C1 - Method of switching on of field-effect transistor with controlling p-n junction - Google Patents

Method of switching on of field-effect transistor with controlling p-n junction Download PDF

Info

Publication number
RU2046455C1
RU2046455C1 SU5036924A RU2046455C1 RU 2046455 C1 RU2046455 C1 RU 2046455C1 SU 5036924 A SU5036924 A SU 5036924A RU 2046455 C1 RU2046455 C1 RU 2046455C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gate
source
drain
voltage
current
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Владимирович Дворников
Дмитрий Евгеньевич Просандеев
Александр Антонович Володкевич
Original Assignee
Минский научно-исследовательский приборостроительный институт
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Минский научно-исследовательский приборостроительный институт filed Critical Минский научно-исследовательский приборостроительный институт
Priority to SU5036924 priority Critical patent/RU2046455C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2046455C1 publication Critical patent/RU2046455C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Amplifiers (AREA)

Abstract

FIELD: microelectronics. SUBSTANCE: method of switching on of field-effect transistor with controlling p-n-junction lies in feed on input signal to gate of transistor, of bias voltage to drain and source and in provision of operation of transistor in linear region of volt-ampere characteristics. Values of bias voltage of drain and source are chosen so that junction "gate-source" is biased in forward direction and junction "gate-drain" in reverse one. Realization of certain proportion of voltage values provides for equality by absolute value of currents "gate-source" and "gate-drain" and their mutual compensation. EFFECT: improved reliability of method. 2 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к способам включения полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом (ПТУП) и может использоваться как в аналоговых, так и цифровых интегральных схемах, преимущественно в каскадах с крайне малым входным током. The invention relates to methods for switching on field-effect transistors with a pn junction control (PTN) and can be used both in analog and digital integrated circuits, mainly in cascades with an extremely small input current.

Известен способ включения ПТУП в дифференциальном усилителе, при котором на сток и исток подают соответствующее напряжение смещения, а на затвор подают входной сигнал и токовое смещение, причем величина токового смещения равна току затвора ПТУП, а направление противоположно току затвора [1]
Данное техническое решение позволяет уменьшить входной ток ПТУП путем его компенсации.
There is a method of turning on the anti-theft switch in a differential amplifier, in which the corresponding bias voltage is applied to the drain and the source, and the input signal and the current bias are supplied to the gate, the current bias being equal to the gate current of the anti-theft gate and the direction opposite to the gate current [1]
This technical solution allows to reduce the input current of the PTUP by compensating it.

Недостатком такого способа включения ПТУП является высокий уровень шумов и сложность практической реализации токового смещения затвора, равного по величине и противоположного по направлению току затвора ПТУП, требующая использования сложных технологических процессов. The disadvantage of this method of switching on the anti-theft gate is the high noise level and the complexity of the practical implementation of the current displacement of the gate, which is equal in magnitude and opposite in direction to the gate current of the anti-theft gate, requiring the use of complex technological processes.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ включения ПТУП, использованный в дифференциальном усилителе, при котором на сток и исток подают соответствующее смещение, на затвор подают входной сигнал, причем величины напряжения смещения, подаваемого на сток и исток, выбирают такими, чтобы ПТУП работал в линейной области вольтамперных характеристик (ВАХ) [2] т.е. выполнялось условие
Uис < Uотс, где Uис напряжение между истоком и стоком;
Uотс напряжение отсечки.
The closest in technical essence to the claimed method is the method of turning on the anti-roll bar used in a differential amplifier, in which the corresponding bias is applied to the drain and source, the input signal is fed to the gate, and the bias voltage applied to the drain and source is chosen such that worked in the linear region of current-voltage characteristics (CVC) [2] ie the condition
U uc <U UTS, where U uc voltage between source and drain;
UTS U cut-off voltage.

Данное техническое решение обладает наилучшей совокупностью параметров: малыми шумами и входным током. This technical solution has the best combination of parameters: low noise and input current.

Недостатком технического решения [2] является относительно высокий уровень входных токов при предельно низком уровне шумов. The disadvantage of the technical solution [2] is the relatively high level of input currents with an extremely low noise level.

Целью изобретения является снижение входного тока ПТУП при сохранении низкого уровня шумов. The aim of the invention is to reduce the input current of the anti-tank circuit while maintaining a low noise level.

Цель достигается тем, что в способе включения ПТУП, включающем подачу на затвор управляющего сигнала, приложение к стоку и истоку напряжений смещения, обеспечивающих работу полевого транзистора в линейной области вольт-амперной характеристики при смещении перехода за- твор-сток в обратном направлении, величину напряжения смещения, прилагаемую к истоку, выбирают из условия обеспечения смещения перехода затвор-исток в прямом направлении при удовлетворении соотношения абсолютных значении падений напряжения на переходах затвор-сток и затвор-исток условию
ΔUзи= mφтln

Figure 00000001
+
Figure 00000002
Figure 00000003

(1) где ΔUзи, Δ Uзс падение напряжения на переходе затвор-исток, затвор-сток по абсолютной величине, В;
Uотс напряжение отсечки, В;
m безразмерный фактор, характеризующий отклонение ВАХ от идеальной, 0,5 ≅ m ≅2,5;
φт- температурный потенциал, В;
φт=
Figure 00000004
где К постоянная Больцмана, Дж/K;
T температура в градусах, К;
q заряд электрона, Кулон;
K 1,38×10-23
Figure 00000005

q 1,6 x 10-19 K.The goal is achieved by the fact that in the method of turning on the anti-theft gate, including supplying a control signal to the gate, applying bias voltage to the drain and the source, ensuring the operation of the field-effect transistor in the linear region of the current-voltage characteristic when the gate-drain transition is biased in the opposite direction, the voltage value the bias applied to the source is selected from the condition of providing the bias of the gate-source transition in the forward direction while satisfying the ratio of the absolute values of the voltage drops at the gate-drain transitions and beyond thief-source condition
ΔU zi = mφ t ln
Figure 00000001
+
Figure 00000002
Figure 00000003

(1) where ΔU zi , Δ U zs voltage drop at the gate-source transition, gate-drain in absolute value, V;
U ots cutoff voltage, V;
m dimensionless factor characterizing the deviation of the I – V characteristic from the ideal, 0.5 ≅ m ≅ 2.5;
φ t - temperature potential, V;
φ t =
Figure 00000004
where K is the Boltzmann constant, J / K;
T is the temperature in degrees K;
q electron charge, Coulomb;
K 1.38 × 10 -23
Figure 00000005

q 1.6 x 10 -19 K.

Сущность изобретения состоит в том, что при данной схеме включения ПТУП выполнением соотношения формулы изобретения обеспечивается равенство по абсолютной величине токов затвор-исток и затвор-сток, а встречным направлением их взаимная компенсация и суммарный ток затвора ПТУП равен нулю. The essence of the invention lies in the fact that with this circuit, the inclusion of anti-theft protection by fulfilling the ratio of the claims ensures equality in absolute value of the gate-source and gate-drain currents, and their mutual compensation and the total gate current of the anti-theft gate are equal in the opposite direction.

На фиг.1 представлена схема включения ПТУП в соответствии с данным способом; на фиг.2 типовая структура n-канального транзистора ПТУП. Figure 1 presents a diagram of the inclusion of vocational schools in accordance with this method; figure 2 a typical structure of the n-channel transistor PTAP.

Способ включения предусматривает задание в ПТУП 1 истокового и стокового смещения через соответствующие источники 2 и 3 питания и соединение затвора ПТУП с источником 4 управляющего напряжения Uз.The switching method involves setting the source and drain bias in the PTUP 1 through the corresponding power sources 2 and 3 and connecting the PTUP shutter to the source 4 of the control voltage U s .

Рассмотрим работу ПТУП, если используется n-канальный транзистор, сформированный на полупроводниковой подложке р-типа 5, с эпитаксиальным слоем n-типа 6, в котором при помощи разделительных областей р+-типа 7 сформирован электрически изолированный карман, а также сформированы области истока 8 и стока 9 n+-типа проводимости, затвора 10 р-типа проводимости. В диэлектрическом окисле 11, покрывающем поверхность прибора, вскрыты окна и сформированы выводы 12 ко всем указанным областям.Let us consider the operation of a DTEC if an n-channel transistor formed on a p-type semiconductor substrate 5 is used with an n-type epitaxial layer 6 in which an electrically insulated pocket is formed using the dividing regions of the p + type 7 and the source regions are formed 8 and drain 9 n + -type conductivity, gate 10 p-type conductivity. In the dielectric oxide 11 covering the surface of the device, windows are opened and leads 12 are formed to all these areas.

При подаче на ПТУП напряжения исток-сток таким образом, что потенциал стока более высокий, чем истока, по каналу ПТУП будет протекать ток по направлению от стока к истоку, который вызовет падение напряжения на канале. Считаем, что потенциал канала в точке с координатой Х 0 равен потенциалу затвора, тогда часть канала между 0≅ Х≅ l2 (II) смещена напряжением затвор-сток в обратном направлении, а часть канала между -l1 ≅X < 0 (I) в прямом направлении напряжением затвор-исток.When a source-drain voltage is applied to the anti-theft control system in such a way that the drain potential is higher than the source, a current will flow through the anti-theft channel through the channel from the drain to the source, which will cause a voltage drop on the channel. We assume that the channel potential at the point with the coordinate X 0 is equal to the gate potential, then the part of the channel between 0≅ X≅ l 2 (II) is biased by the gate-drain voltage in the opposite direction, and the part of the channel between -l 1 ≅X <0 (I ) in the forward direction by the gate-source voltage.

Прикладывая к переходу затвор-сток обратное напряжение ΔUзс, а к переходу затвор-исток прямое напряжение Δ Uзи, абсолютные значения которых соответствуют соотношению (1), можно добиться того, чтобы обратный ток через переход затвор-сток был одинаков по величине с прямым током через переход затвор-исток. Но так как оба тока имеют противоположное направление, то ток затвора равен нулю.Applying the reverse voltage ΔU ss to the gate-drain transition , and the forward voltage ΔU zi , the absolute values of which correspond to relation (1), to the gate-source transition, it is possible to ensure that the reverse current through the gate-drain transition is the same as the direct current through the gate-source transition. But since both currents have the opposite direction, the gate current is zero.

Входящий в соотношение (1) m-фактор характеризует отклонение ВАХ от идеальной, связан с наличием центров захвата, примесей, дислокаций и других нарушений, а также зависит от чистоты поверхности и степени ее защищенности от внешних дестабилизирующих факторов. Обычно 1 < m < 2,4. The m-factor included in relation (1) characterizes the deviation of the I – V characteristic from the ideal one, is associated with the presence of trapping centers, impurities, dislocations, and other disturbances, and also depends on the surface cleanliness and its degree of protection from external destabilizing factors. Usually 1 <m <2.4.

В данном решении осуществляется смещение части p-n-перехода канал-затвор в прямом, а другой части в обратном направлении; выбор смещения затвор-исток, затвор-сток в соответствии с конкретным соотношением. In this solution, the part of the channel-gate p-n junction is shifted in the forward direction and the other part is in the opposite direction; selection of gate-source, gate-drain bias in accordance with a specific ratio.

Выполнение первого условия является необходимым для работы прибора, но недостаточным, так как оно гарантирует только протекание противоположных по направлению токов затвор-исток, затвор-сток через вывод затвора ПТУП. The fulfillment of the first condition is necessary for the operation of the device, but insufficient, since it guarantees only the flow of gate-source, gate-source and gate-drain currents opposite in direction, through the gate output of the anti-theft gate.

Выполнение второго условия обеспечивает определенное соотношение между токами затвор-исток и затвор-сток, но не обуславливает их разное направление. The fulfillment of the second condition provides a certain ratio between the gate-source and gate-drain currents, but does not determine their different direction.

Только совместное выполнение обоих условий обуславливает протекание через вывод затвора равных по величине и противоположных по направлению токов, вызывающих полную компенсацию входного тока. Only the joint fulfillment of both conditions determines the flow through the gate output of equal in magnitude and opposite in direction of currents, causing full compensation of the input current.

Пример реализации предлагаемого способа. An example implementation of the proposed method.

Предлагаемый способ включения полевого транзистора с управляющим p-n-переходом использован во входном дифференциальном каскаде (ДК) электротермического усилителя. В качестве ПТУП использовались специально изготовленные для этих целей опытные образцы, в конструкции которых были приняты меры по снижению токов утечки, обусловленных вторичными эффектами: были сведены до минимума токи утечки за счет несовершенства пассирующего покрытия поверхности кристалла, по корпусу транзистора и т.д. Были использованы в качестве ПТУП также серийно выпускаемые транзисторы типа 2ПС10ЧА. The proposed method of turning on a field effect transistor with a pn junction control is used in the input differential stage (DC) of an electrothermal amplifier. Experimental samples specially made for these purposes were used as the anti-theft system, in the design of which measures were taken to reduce leakage currents due to secondary effects: leakage currents were minimized due to imperfections in the passive coating of the crystal surface, along the transistor case, etc. Serially produced transistors of the type 2PS10CHA were also used as PTUP.

Для обеспечения возможности регулирования величины напряжения на истоке и стоке ПТУП в цепь истока включали регулируемый источник тока, а в цепь стока регулируемый стабилизатор напряжения. Дискретность регулировки составляла 1 мВ. To provide the possibility of regulating the voltage at the source and drain of the anti-theft system, an adjustable current source was included in the source circuit, and an adjustable voltage regulator was included in the drain circuit. The resolution resolution was 1 mV.

При использовании предлагаемого способа включения ПТУП в схеме ДК электрического усилителя ток затвора составляет менее 1 ˙10-14 А, а при традиционном включении ПТУП 1 ˙10-11-1˙10-12 А.When using the proposed method for turning on the anti-theft system in the DC circuit of the electric amplifier, the gate current is less than 1 ˙ 10 -14 A, and with the traditional inclusion of the anti - theft system 1 ˙ 10 -11 -1˙10 -12 A.

Диапазон величин напряжений ΔUзи, для которых ток затвора составляет менее 1 ˙10-14 А, находится в пределах 30 мВ, при фиксированном значении напряжения затвор-сток, что обеспечивает его значение (менее 1 ˙10-14 А) во всем рабочем диапазоне температур эксплуатации ПТУП (+5)-(+40)оС.The voltage range ΔU Зi , for which the gate current is less than 1 ˙ 10 -14 A, is within 30 mV, with a fixed value of the gate-drain voltage, which ensures its value (less than 1 ˙ 10 -14 A) in the entire operating range operating temperatures PTUP (+5) - (+ 40) о С.

Диапазон напряжений затвор-исток, при которых ток затвора составляет менее 1˙10-15, находится в пределах 2-3 мВ. За счет согласованности полевых транзисторов ДК по стабильности напряжений затвор-исток можно обеспечить стабильность тока затвора на уровне 1˙10-15 в нормальных условиях эксплуатации (Т 20 ±5оС).The gate-source voltage range at which the gate current is less than 1˙10 -15 is in the range of 2-3 mV. Due to the consistency of DC field-effect transistors in terms of gate-to-source voltage stability, gate current stability can be ensured at a level of 1˙10 -15 under normal operating conditions (T 20 ± 5 о С).

В таблице приведены экспериментальные и расчетные данные, определенные из соотношения (1) при m 1. Данные приведены для тока затвора ПТУП 1 ˙10-15 А.The table shows the experimental and calculated data determined from relation (1) at m 1. The data are given for the gate current of the PTUP 1 ˙ 10 -15 A.

Для серийно выпускаемых ПТУП типа 2ПС104А отклонение расчетных и теоретических данных более заметны с уменьшением тока затвора. Это объясняется влиянием дополнительных утечек по корпусу транзистора, "маскирующих" истинное значение тока затвора. For commercially available 2UP104A type anti-theft arrester, the deviation of the calculated and theoretical data is more noticeable with a decrease in the gate current. This is due to the influence of additional leaks in the transistor case, "masking" the true value of the gate current.

Таким образом данный способ включения ПТУП по сравнению с традиционным позволяет уменьшить ток затвора в реальных устройствах в 102-103 раз.Thus, this method of turning on the anti-theft system in comparison with the traditional one allows reducing the gate current in real devices by 10 2 -10 3 times.

Claims (1)

СПОСОБ ВКЛЮЧЕНИЯ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С УПРАВЛЯЮЩИМ P-N-ПЕРЕХОДОМ, включающий подачу на затвор управляющего сигнала, приложение к стоку и истоку напряжений смещения, обеспечивающих работу полевого транзистора в линейной области вольтамперной характеристики при смещении перехода затвор-сток в обратном направлении, отличающийся тем, что величину напряжения смещения, прилагаемую к истоку, выбирают из условия обеспечения смещения перехода затвор-исток в прямом направлении при удовлетворении соотношения абсолютных значений падений напряжения на переходах затвор-сток и затвор-исток условию
Figure 00000006

где ΔUзи, ΔUзс падение напряжения на переходах затвор-исток, затвор-сток по абсолютной величине, В;
Uо т с напряжение отсечки, В;
m безразмерный фактор, характеризующий отклонение вольтамперных характеристик от идеальной, 0,5 ≅ m ≅ 2,5;
φт температурный потенциал, В.
METHOD FOR SWITCHING A FIELD TRANSISTOR WITH A PN CONTROL TRANSITION, including applying a control signal to the gate, applying bias voltages to the drain and source, providing the field-effect transistor in the linear region of the voltage-current characteristic when the gate-drain transition is biased in the opposite direction, characterized in that the voltage value the bias applied to the source is selected from the condition of providing the bias of the gate-source transition in the forward direction while satisfying the ratio of the absolute values of the voltage drops eniya transitions gate-drain and gate-source condition
Figure 00000006

where ΔU communication, the voltage drop ΔU sc transitions gate-source, gate-drain in absolute value, V;
U about t with a cutoff voltage, V;
m dimensionless factor characterizing the deviation of the current-voltage characteristics from the ideal, 0.5 ≅ m ≅ 2.5;
φ t temperature potential, V.
SU5036924 1992-04-13 1992-04-13 Method of switching on of field-effect transistor with controlling p-n junction RU2046455C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5036924 RU2046455C1 (en) 1992-04-13 1992-04-13 Method of switching on of field-effect transistor with controlling p-n junction

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5036924 RU2046455C1 (en) 1992-04-13 1992-04-13 Method of switching on of field-effect transistor with controlling p-n junction

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2046455C1 true RU2046455C1 (en) 1995-10-20

Family

ID=21601661

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5036924 RU2046455C1 (en) 1992-04-13 1992-04-13 Method of switching on of field-effect transistor with controlling p-n junction

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2046455C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2740124C1 (en) * 2017-07-24 2021-01-11 Чайна Электроникс Текнолоджи Груп Корпорейшн N 55 Резерч Институт Silicon carbide switching device and production method thereof

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
1. Каталог фирмы Precision Monolithics inc Lincar Ic, 1982, с.5-90. *
2. Патент США N 4598253, кл. H 03F 3/45, 1986. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2740124C1 (en) * 2017-07-24 2021-01-11 Чайна Электроникс Текнолоджи Груп Корпорейшн N 55 Резерч Институт Silicon carbide switching device and production method thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5604467A (en) Temperature compensated current source operable to drive a current controlled oscillator
US4037140A (en) Protection circuit for insulated-gate field-effect transistors (IGFETS)
US5434534A (en) CMOS voltage reference circuit
KR0123882B1 (en) Ic having an output signal amplitude kept constant against temperature
US4461991A (en) Current source circuit having reduced error
US20180181151A1 (en) Methods and apparatus for negative output voltage active clamping using a floating bandgap reference and temperature compensation
JPS6232522A (en) Npn band gap voltage generator
US5936433A (en) Comparator including a transconducting inverter biased to operate in subthreshold
US5652540A (en) Current sensing circuit having at least one sense cell
US3577019A (en) Insulated gate field effect transistor used as a voltage-controlled linear resistor
KR930005500B1 (en) Semiconductor integrated circuit
US4825018A (en) Voltage detection circuit
EP0234628B1 (en) Circuit arrangement for supplying a drive voltage to a current source circuit
EP0746905B1 (en) A power semiconductor switch
US4044313A (en) Protective network for an insulated-gate field-effect (IGFET) differential amplifier
US6060871A (en) Stable voltage regulator having first-order and second-order output voltage compensation
US4042836A (en) Field effect transistor switch
RU2046455C1 (en) Method of switching on of field-effect transistor with controlling p-n junction
US4661726A (en) Utilizing a depletion mode FET operating in the triode region and a depletion mode FET operating in the saturation region
US6831503B2 (en) Current or voltage generator with a temperature stable operating point
US5488247A (en) MOS-type semiconductor clamping circuit
US3932884A (en) MIS type integrated circuit device
WO1998007194A1 (en) Ultra-low power-delay product nnn/ppp logic devices
US4404477A (en) Detection circuit and structure therefor
JPH0244151B2 (en)