NL8003874A - Veldeffektcapaciteit. - Google Patents

Description

i * »χ - * ' Λ PHN 9786 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven "Veldefféktcapaciteit"

De uitvinding heeft betrekking op een veldeffektcapaciteit met in een halfgeleiderlaag een eerste gebied van een eerste geleidings-type (P ·), welk gebied voorzien is van althans één contactelectrode, die met een eerste aansluitpunt is verbonden/ en welk gebied voorzien is 5 van een op dat gebied aangebrachte geïsoleerde electrode, die met een tweede aansluitpunt is verbonden.

Een dergelijke veldeffektcapaciteit wordt meestal gevormd door een veldeffékttransistor met kortgesloten bron- en af voer electrode, waarbij de capaciteit tussen de poortelectrode en de bronelectrode wordt 10 benut. Een dergelijke capaciteit blijkt echter minder geschikt te zijn voor het voeren van relatief grote signaalspanningen.

De uitvinding beoogt een veldeffektcapaciteit van voomoemde soort die relatief grote signaalspanning kan voeren en wordt daartoe gekenmerkt doordat in die halfgeleiderlaag een tweede halfgeleidergebied . 15 van een tweede aan het eerste geleidingstype (p“) tegengesteld geleidings-type (N) aanwezig is, welk tweede gebied voorzien is van althans één contactelectrode, die met het eerste aansluitpunt is verbonden en welk tweede gebied voorzien is van een op dat tweede gebied aangebrachte geïsoleerde electrode, die met het tweede aansluitpunt is verbonden.

20 De capaciteit bij een in de aanhef genoemde veldefféktcapaciteit blijkt te verdwijnen bij een signaalspanning' van bepaald polariteit doordat de geleidende laag (het "kanaal") onder de geïsoleerde electrode verdwijnt. Door de toevoeging volgens de uitvinding wordt bereikt, dat wanneer de geleidende laag onder de ene geïsoleerde electrode verdwijnt, 25 deze onder de andere geïsoleerde electrode juist ontstaat, waardoor er steeds een capaciteit tussen het eerste en tweede punt werkzaam is.

Bij een veldeffektcapaciteit volgens de uitvinding, waarbij de halfgeleidereigenschappen zodanig zijn, dat er bij een spanning van nul volt ’tussen de contactelectrode en de geïsoleerde electrode van elk 30 van de genoemde gebieden, geen zich geheel onder de bijbehorende geïsoleerde electrode uitstrekkende geleidende laag is gevormd (verrijkings-type), kan het voordelig zijn, dat tussen de contactelectrode van het eerste gebied en de contactelectrode van het tweede gebied een voor- 8003874 t b PHN 9786 2 spanningsbron is opgenomen, welke voorspanningsbron een zodanige waarde heeft dat er steeds onder een van beide geïsoleerde electroden een zich geheel onder die electrode uitstrekkende geleidende laag aanwezig is.

Door deze maatregel wordt bereikt, dat de capaciteit onder de 5 ene geïsoleerde electrode vloeiend overgaat in een capaciteit onder de andere geïsoleerde electrode.

Deze uitvoeringsvorm kan nader gekenmerkt worden, doordat genoemde voorspanningsbron gevormd wordt door de serieschakel ing van een eerste (Tg) en een tweede (T^) veldeffekttransistor met geïsoleerde 10 poortelectrode, welke eerste en tweede veldeffekttransistor gevormd zijn in met het eerste respektievelijk tweede gebied corresponderende gebieden, van welke eerste en tweede veldeffekttransistor en de afvoerelectro-den met de bijbehorende stuurelectroden zijn verbonden.

Hierdoor wordt bereikt, dat de spanning over de voorspannings-15 bron procesonafhankelijk in overeenstemming is met de voor een vloeiende overgang van de capaciteit onder de ene geïsoleerde electrode naar de capaciteit onder de andere geïsoleerde electrode benodigde voorspanning.

De uitvoeringsvorm heeft als additioneel kenmerk, dat de voorspanningsbron wordt overbrugd door een veldeffektcapaciteit.

20 Door deze maatregel wordt een eventuele weerstand van de voor spanningsbron voor signalen kortgesloten, waarbij die toegevoegde veldeffektcapaciteit door de voorspanningsbron steeds correct is voorgespannen.

De veldeffektcapaciteit volgens de uitvinding kan ten opzichte 25 van uitvoering met veldeffekttransistoren nader worden gekenmerkt, doordat het eerste en tweede gebied aaneensluiten en dat de op die gebieden aangebrachte geïsoleerde electroden eveneens aaneensluiten.

Deze maatregel levert een oppervlaktebesparing op wat bij toepassing van capaciteiten in geïntegreerde schakeling erg van belang kan 30 zijn.

De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin

Figuur 1 een veldeffektcapaciteit volgens de uitvinding toont,

Figuur 2 een enigszins gewijzigde vorm van de veldeffektcapa-35 citeit volgens figuur 1 toont, en

Figuur 3 het electrische schema van de veldeffektcapaciteit volgens de uitvinding in voorkeursuitvoeringsvorm toont.

De veldeffektcapaciteit volgens figuur 1 omvat een halfgeleider- 8003874 W * EHN 9786 3 lichaam 4, in dit voorbeeld N-type halfgeleidermateriaal met daarin een ' — -j- P -type gebied 5 waarin door middel van n -diffusies contacten 7 en 7' zijn aangebracht. Op het gebied 5 is een isolatielaag 8, bijvoorbeeld siliciumoxide aangebracht, waardoorheen metallisch contact met de con-5 tactdiffusies 7 en 7’ gemaakt wordt, waarbij in dit voorbeeld eveneens metallisch contact tussen diffusie 7 en diffusie 5 tot stand gebracht wordt opdat diffusie 5 qua potentiaal niet-zwevend is, en waarop electrode 9 is aangebracht. Een dergelijke configuratie is die van een n-ka-naalsveldeffekttransistor (T^}. Om deze configuratie als capaciteit te 10 gebruiken is de electrode 9 met een aansluiting 2 verbonden en de con-tactdiffusies 7 en 7' (bron- en afvoerelectrede bij een veldeffekttransistor) met een aansluiting 1. In plaats daarvan kan ook slechts één van beide contactdiffusies 7 en 7’ benut worden of kunnen beide als een geheel - bijvoorbeeld een de electrode 9 omgevende ringvormige diffusie -15 uitgevoerd zijn. Bij een voldoende hoge spanning tussen electrode 9 en diffusies 7 en 7' wordt er onder electrode 9 een geleidend n-type kanaal gevormd (bij transistoren van het verwarmingstype is dit reeds bij öV het geval) en vormt de electrode 9 met dat geleidend kanaal een capaciteit.

20 Volgens de uitvinding is een gebied 10 van het aan het gelei- dingstype van gebied 5 tegengestelde geleidingstype aangebracht, welk gebied 10 door het naast het gebied 5 gelegen niet gediffundeerde deel van de laag 4 gevormd wordt. Hierin zijn twee p+-type contactdiffusies 6 en 6' aangebracht. Cp het gebied 5 is eveneens de isolerende laag 8 25 aanwezig met daarin gaten waardoorheen contact net de diffusies 6 en 6' gemaakt kan worden en waarop een electrode 9' is aangebracht. Het gebied 10 met diffusies 6 en 6' en met electrode 9' vormt een p-kanaals veld-effekttransistor.

De diffusies 6 en 6' zijn met aansluitpunt 1 verbonden en 30 electrode 9' is met aansluitpunt 2 verbonden. Bij een voldoend negatieve spanning van electrode 9' ten opzichte van diffusies 6 en 6' - bij gebruik van een transistor van het verarmingstype reeds bij OV - vormt zich onder electrode 9' een geleidend p-type kanaal dat een capaciteit met electrode 9' vormt. Cp deze wijze is voor positieve signalen op 35 punt 2 ten opzichte van punt 1 de capaciteit onder electrode 9 werkzaam en voor negatieve signalen de capaciteit onder electrode 9'.

Om bij het gebruik van transistoren van het verrijkingstype --------- een vloeiende overgang van de capaciteit onder de ene geïsoleerde elee- 8003874 PHN 9786 4 trode (9) naar de capaciteit onder de andere geïsoleerde electrode (9') te verkrijgen, kan tussen de diffusies 6 en 6' en de diffusies 7 en 7' een voorspanningstaron 11 opgenamen worden.

Figuur 2 toont een variant van de uitvoering volgens figuur 1 5 waarbij de diffusies 6' en 7' zijn weggelaten en de electrode 9 en 9* één geheel vormen. Hierdoor wordt een groter werkzaam oppervlak en daardoor een grotere capaciteitswaarde verkregen.

Figuur 3 toont het electrische schema van de veldeffektcapaci-teit volgens de uitvinding, waarbij de onder de electroden 9 respectie-10 velijk 9' gevormde capaciteit door n-kanaalsveldeffekttransistor , respectievelijk p-kanaalsveldeffekttransistor T2, elk met doorverbonden bron- en afvoerelectroden, zijn voorgesteld. Tussen de bronelectroden van de transistoren T2 en is voorspanningsbron 11 gevormd door de serieschakeling van een p-kanaalsveldeffekttransistor en een n-ka-15 naalsveldeffekttransistor T^, elk met doorverbonden poort- en afvoerelec-troden, welke serieschakeling in geleiding gestuurd wordt door stroombron 3. (transistoren en mogen onderling verwisseld worden). Door deze transistoren en net in geleiding te sturen, voert bron 11 een spanning die overeenkomt met de som van de spanningen die nodig zijn 20 on onder de electroden 9 en 9' een geleidend kanaal te vormen. In een evenwichtssituatie zijn dus de kanalen van transistoren en T2 nog net aanwezig. Bij een signaalspanning van de ene polariteit verdwijnt het kanaal in transistor en is transistor als capaciteit werkzaam en bij een signaalspanning tussen punten 1 en 2 van de andere polariteit ver-25 dwijnt het kanaal in transistor T2 en is transistor als capaciteit werkzaam.

Wanneer transistoren en T2 van h et verarmingstype zijn, kan bron 11 vervangen worden door een kortsluiting. Dit kan soms ook wanneer transistoren en T2 van het verrijkingstype zijn, bijvoorbeeld 30 wanneer de spanningsvorm tussen de punten 1 en 2 geen rol speelt, zoals bij stroomsturing. Het gebied, waarbij dan geen van beide transistoren T.j en T2 een capaciteit vormt wordt dan zeer snel doorlopen omdat een stroom die in een capaciteit gelijk aan nul (of zeer klein in de praktijk) gestuurd wordt, een spanningssprong veroorzaakt die afhankelijk van de 35 polariteit van de stuurstroom één van beide transistoren en T2 als capaciteit aktiveert.

Om de signaalstroomweerstand van voorspanningsbron 11 kort te sluiten, kan daartoe een veldeffektcapaciteit, gevormd door een n-kanaals 8003874 t c e PHN 9786 5 transistor T^, parallel aan bron' 11 opgenomen worden. Door bron 11 is deze -transistor steeds correct voorgepsannen. Ook een p-kanaals transistor kan toegepast worden als kortsluitcapaciteit. Deze moet dan met zijn poortelectrode met punt 1 verbonden zijn en met zijn af-5 voerelectrode met de bronelectrode van transistor T£.

10 15 20 25 30 35 8003874

Claims (7)

1. Veldeffektcapaciteit met in een halfgeleiderlaag (4) een eerste gebied (5) van een eerste geleidingstype (P ), welk gebied voorzien is van althans één contactelectrode (7), die met een eerste aan-sluitpunt (1) is verbonden, en welk gebied voorzien is van een op dat 5 gebied aangebrachte geïsoleerde electrode (9), die met een tweede aan-sluitpunt (2) is verbonden, gekenmerkt doordat in die half geleiderlaag (4) een tweede halfgeleidergebied (10) van een tweede aan het eerste geleidingstype (p ) tegengesteld geleidingstype (N) aanwezig is, welk tweede gebied (10) voorzien is van althans één contactelectrode (6) die met 10 het eerste aansluitpunt (1) is verbonden en welk tweede gebied voorzien is van een pp dat tweede gebied aangebrachte geïsoleerde electrode (9') die met het tweede aansluitpunt (2) is verbonden.

2. Veldeffektcapaciteit volgens conclusie 1, waarbij de halfgelei-dereigenschappen zodanig zijn, dat er bij een spanning van nul volt 15 tussen de contactelectrode en de geïsoleerde electrode van elk van de genoemde gebieden geen zich geheel onder de bijbehorende geïsoleerde electrode uitstrekkende geleidende laag is gevormd (verrijkingstype), met het kenmerk, dat tussen de contactelectrode (7) van het eerste gebied (5) en de contactelectrode (6) van het tweede gebied (10) een voorspan-20 ningsbron (11) is opgenomen welke voorspanningsbron een zodanige waarde heeft dat er steeds onder een van beide geïsoleerde electroden (9, 9') een zich geheel onder die electrode uitstrékkende geleidende laag aanwezig is.

3. Veldeffektcapaciteit volgens conclusie 2, met het kenmerk, dat 25 genoemde voorspanningsbron (11) gevormd wordt door de serieschakeling van een eerste (T^) en een tweede (T^) veldeffekttransistor met geïsoleerde poortelectrode welke eerste en tweede veldeffekttransistor gevormd zijn in met het eerste respektievelijk tweede gebied corresponderende gebieden, van welke eerste en tweede veldef fekttr ans is tor en de afvoer-30 electroden met de bijbehorende stuurelectroden zijn verbonden.

4. Veldeffektcapaciteit volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat een stroombron (3) aanwezig is voor het toevoeren van ruststrocm aan de eerste en tweede transistor.

5. Veldeffektcapaciteit volgens conclusie 2, 3 of 4, met het ken-35 merk, dat de voorspanningsbron (11) wordt overbrugd door een veldeffektcapaciteit.

6. Veldeffektcapaciteit volgens één of meer der voorgaande conclusies, met het kenmerk, dat het eerste en tweede gebied (5, 10) aan- 8003874 PHN 9786

7 Ö I " eensluiten en dat de op die gebieden aangebrachte geïsoleerde electroden (9/ 9') eveneens aaneensluiten (Figuur 2). 5 10 15 20 25 30 35 80 0 3 8 7 4 ...............................