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DE2227339A1 - Electrical protection circuit - Google Patents

Electrical protection circuit

Info

Publication number
DE2227339A1
DE2227339A1 DE19722227339 DE2227339A DE2227339A1 DE 2227339 A1 DE2227339 A1 DE 2227339A1 DE 19722227339 DE19722227339 DE 19722227339 DE 2227339 A DE2227339 A DE 2227339A DE 2227339 A1 DE2227339 A1 DE 2227339A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
transistor
drain
electrode region
field effect
semiconductor element
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
DE19722227339
Other languages
German (de)
Inventor
Robert Gaillard Kettering Velthoven Armand Joseph Antoine van Dayton Ohio Baugh (V St A ) HOIl 19 00
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NCR Voyix Corp
Original Assignee
NCR Corp
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 NCR Corp filed Critical NCR Corp
Publication of DE2227339A1 publication Critical patent/DE2227339A1/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D89/00Aspects of integrated devices not covered by groups H10D84/00 - H10D88/00
    • H10D89/60Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD]
    • H10D89/601Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD] for devices having insulated gate electrodes, e.g. for IGFETs or IGBTs
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D99/00Subject matter not provided for in other groups of this subclass

Landscapes

  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

THE NATIONAL CASH REGISTER COMPANY Dayton, Ohio (V.St.A.) THE NATIONAL CASH REGISTER COMPANY Dayton, Ohio (V.St.A.)

Patentanmeldung:Patent application: Unser Az.: 1392/GermanyOur reference number: 1392 / Germany ELEKTRISCHE SCHUTZSCHALTUNGELECTRICAL CIRCUIT

Die Erfindung betrifft eine elektrische Schutzschaltung für einen Feldeffekttransistor mit isolierter Gateelektrode aus einem Feldeffekthalbleiterelement.The invention relates to an electrical protection circuit for a field effect transistor with an insulated gate electrode made from a field effect semiconductor element.

Wie allgemein bekannt ist, treten Überspannungen z.B. durch statische Aufladungen beim Hantieren an den hochohraigen Eingahgsschaltungen von Feldeffekttransistoren auf. Durch statische Aufladungen können die Transistoren zerstört werden. Aus der US-Patentschrift 3 395 290 ist bereits eine elektrische Schutzschaltung bekannt, in der einem zu schützenden Transistor die Source-Drain-Strecke eines Feldeffekttransistors vorgeschaltet ist, über die dem zu schützenden Transistor die Steuerspannung zugeführt wird. Diese Schutzschaltung ist nur funktionsfähig, wenn an dem vorgeschalteten Transistor eine entsprechende Steuerspannung vorhanden ist. Außerdem ist aus dieser Patentschrift auch eine Schutzschaltung mit einem als Diode geschalteten Transistor bekannt, der mit der Steuerelektrode des zu schützenden Transistors verbunden ist. Bei dieser Schaltung ist es möglich, daß der zu schützende Transistor zerstört wird, bevor der als Diode geschaltete Transistor wirksam Wird, um eine auftretende überspannung nach Masse abzuleiten.As is well known, overvoltages occur e.g. through static charges when handling the high-eared ones Input circuits of field effect transistors. Static charges can destroy the transistors will. From US Pat. No. 3,395,290 an electrical protection circuit is already known in which one to be protected transistor, the source-drain path of a field effect transistor is connected upstream, via which to protective transistor the control voltage is supplied. This protective circuit is only functional if on the upstream transistor a corresponding control voltage is available. In addition, from this patent specification is also a protection circuit with a transistor connected as a diode, which is connected to the control electrode of the to be protected Transistor is connected. With this circuit it is possible that the transistor to be protected is destroyed, before the transistor, which is connected as a diode, becomes effective in order to divert an overvoltage to ground.

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Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine elektrische Schutzschaltung aufzuzeigen, die einen besseren Schutz vor Zerstörung infolge von auftretenden Oberspannungen bietet, als die bekannten vorgenannten elektrischen Schutzschaltungen.It is the object of the invention to show an electrical protection circuit which is a better one Provides protection against destruction as a result of high voltages occurring, than the known aforementioned electrical Protection circuits.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Feldeffekthalbleiterelement aus einem Halbleiterträger mit einer ersten Leitfähigkeit besteht, in dem ein Sourceelektrodenbereich und ein Drainelektrodenbereich mit einer zweiten Leitfähigkeit vorgesehen sind, wobei ein Elektrodenbereich einen Pfad bildet, dessen Anfang über eine Drainanschlußklemme mit einer Eingangsklemme und dessen Ende über eine Drainverbindungsstelle mit der Gateelektcode des zu schützenden Transistors verbunden sind, wobei der andere Elektroderibereich mit einem Bezugspotential verbunden ist, und daß die zwischen der Gateelektrode, die mit der Drainanschlußklemme verbunden ist, und dem Halbleiterträger liegende Isolierschicht dicker als eine zwischen der Gateelektrode und dem Source-Drainelektrodenbereich liegende Isolierschicht des Transistors ist.The invention is characterized in that the field effect semiconductor element consists of a semiconductor carrier with a first conductivity, in which a source electrode region and a drain electrode region with a second conductivity are provided, wherein a Electrode area forms a path, the beginning of which via a drain connection terminal with an input terminal and which End via a drain junction with the gate electrcode of the transistor to be protected are connected, the other electrode area being connected to a reference potential and that between the gate electrode, which is connected to the drain connection terminal, and the semiconductor substrate insulating layer lying thicker than one lying between the gate electrode and the source-drain electrode region Is the insulating layer of the transistor.

Wenn bei der erfindungsgemäßen Schutzschaltung eine Spannung auftritt, die einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird über einen großen Bereich die am Eingang der Schaltung auftretende überspannung von dem Drain-Elektrodenbereich an den Source-Elektrodenbereich überführt. Durch die Anordnung eines Drainelektrodenbereiches zwischen der Eingangsklemme und der Gateelektrode des zu schützenden Transistors gemäß der Erfindung wird ein wirksamer Schutz erzielt.If in the protective circuit according to the invention a Voltage occurs that exceeds a predetermined value is over a large range that at the input of the circuit overvoltage that occurs is transferred from the drain electrode region to the source electrode region. By the arrangement a drain electrode region between the input terminal and the gate electrode of the transistor to be protected according to FIG effective protection is achieved according to the invention.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Hilfe von Zeichnungen im einzelnen beschrieben. In diesen zeigt:The invention is illustrated below using an exemplary embodiment described in detail with the help of drawings. In this shows:

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Fig. 1 eine Draufsicht auf eine elektrische Schutzschaltung gemäß Erfindung,Fig. 1 is a plan view of an electrical protective circuit according to the invention,

Fig. Z eine Schnittdarstellung entlang der Linien 2-2 in: Fig. 1,Fig. Z is a sectional view along the lines 2-2 in: Fig. 1,

Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Arbeitsweise der Schutzschaltung nach Fig. 1 undFig. 3 is a graph to explain the operation of the protection circuit according to FIGS. 1 and

Fig. 4 ein mit der in Fig. 1 dargestellten Schutzschaltung äquivalentes Schaltungsdiagraram.FIG. 4 shows a protective circuit shown in FIG. 1 equivalent circuit diagram.

In Fig. 1 ist ein Feldeffekthalbleiterelement zum Schutz eines Feldeffekttransistors 24 zwischen einer negativen Spannungsquelle 50 und der Gateelektrode des Transistors 24 vorgesehen. Der Transistor 24 ist ein Feldeffekttransistor vom Anreicherungstyp. Das Feldeffekthalbleiterelement 16 enthält einen großen Source-Elektrodenbereich und einen großen Drain-Elektrodenbereich 18. Diese Bereiche 14 und 18 sind als p-Bereiche in einem Siliziumträger 17 gebildet. Der Siliziumträger 17 ist η-dotiert. Das Feldeffekthalbleiterelement 16 besitzt außerdem eine Gateelektrode 10, die durch eine 12000 Angstrom dicke Isolationsschicht von einem zwischen den Bereichen 14 und 18 liegenden ndotierten Kanal 13 getrennt ist. Ein U-förmig ausgebildeter Bereich 20 des Drain-Elketrodenbereichs 18 besitzt eine Länge von über 400 ,um. Die Bereiche 14 und 18 können entweder gerade oder z.B. in der in Fig. 1 gezeigten Form ausgebildet sein. Das Feldeffekthalbleiterelement 16 ist ebenfalls vom Anreicherungstyp und besitzt eine Schwellwertspannung von ungefähr 40 Volt. Ein Spannungsimpuls Vg von 5000 Volt mit einer Dauer von einigen Nanosekunden kann Über einen Widerstand 52 an die Gateelektrode 10 angeregt werden, ohne daß das dicke Oxydfeldeffekthalbleiterelement 16 zerstört wird. Die Gateelektrode 10 ist mit einer amIn Fig. 1, a field effect semiconductor element for protecting a field effect transistor 24 between a negative voltage source 50 and the gate electrode of the transistor 24 is provided. The transistor 24 is an enhancement type field effect transistor. The field effect semiconductor element 16 contains a large source electrode region and a large drain electrode region 18. These regions 14 and 18 are formed as p-regions in a silicon substrate 17. The silicon carrier 17 is η-doped. The field effect semiconductor element 16 also has a gate electrode 10 which is separated from a n-doped channel 13 located between the regions 14 and 18 by an insulation layer 12,000 Angstroms thick. A U-shaped region 20 of the drain electrode region 18 has a length of more than 400 μm. The areas 14 and 18 can either be straight or, for example, in the shape shown in FIG. 1. The field effect semiconductor element 16 is also of the enhancement type and has a threshold voltage of approximately 40 volts. A voltage pulse V g of 5000 volts with a duration of a few nanoseconds can be excited via a resistor 52 to the gate electrode 10 without the thick oxide field effect semiconductor element 16 being destroyed. The gate electrode 10 is with an am

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linken Teil des Drain-Elektrodenbereichs 18 angeordneten Klemme 21 verbunden (Fig.2). Der Source-Elektrodenbereich 14 ist mit Masse verbunden,the left part of the drain electrode region 18 connected terminal 21 (FIG. 2). The source electrode area 14 is connected to ground,

Eine negative Spannung Vg kann über die Klemme 21 an die Gateelektrode 10 und über die Klemme 19 an den Drain-Elektrodenbereich 18 des Feldeffekthalbleiterelements 16 angelegt werden. Wenn die Spannung V nicht negativer als der Schwellwertpegel von etwa -40 Volt ist, können Elektronen vom Drain-Elektrodenbereich 18 zur Gateelektrode 30 des Transistors 24 gelangen, so daß dieser gesteuert wird. Durch die Spannung Vg wird somit der Transistor 24 im Normalbetrieb angesteuert.A negative voltage V g can be applied to the gate electrode 10 via the terminal 21 and to the drain electrode region 18 of the field effect semiconductor element 16 via the terminal 19. If the voltage V is not more negative than the threshold level of about -40 volts, electrons can pass from the drain electrode region 18 to the gate electrode 30 of the transistor 24 so that it is controlled. The transistor 24 is thus activated in normal operation by the voltage V g.

Wenn ein negatives Potential von einigen 1000 Volt, das z.B. infolge der durch eine Person hervorgerufenen statischen Aufladungen erzeugt wurde, an die Klemme 21 des Feldeffekthalbleiterelements 16 angelegt wird, wird das Feldeffekthalbleiterelement 16 leitend, dJi. die Elektronen fließen nun von dem Drain-Elektrodenbereich 18 zu dem Source-Elektrodenbereich 17 und somit nach Masse. Der Elektronenfluß findet über den gesamten Bereich des Kanals 13 zwischen dem Drain-Elektrodenbereich 18 und dem Source-Elektrodenbereich 14 statt.If there is a negative potential of a few 1000 volts, e.g. as a result of the static Charges was generated at the terminal 21 of the field effect semiconductor element 16 is applied, the field effect semiconductor element 16 becomes conductive, dJi. the electrons now flow from the drain electrode region 18 to the source electrode region 17 and thus to ground. The flow of electrons takes place over the entire region of the channel 13 between the drain electrode region 18 and the source electrode region 14 instead.

Die Gateelektrode 30 des Transistors 24 ist mit dem rechten Ende an der Drain-Elektrodenverbindungsstelle 22 mit der Drain-Elektrode 18 des Feldeffekthalbleiterelements verbunden. Der Transistor 24 ist ein Metalloxydhalbleitertransistor vom Anreicherungstyp und besitzt einen p- Kanal. Der Transistor 24 besitzt einen p- dotierten Source-Elektrodenbereich 32 und einen gleichartigen Drain-Elektrodenbereich 34. Diese Bereiche sind in dem n- dotierten Siliziumträger 17 angeordnet. Der Drain-Elektrodenbereich 34 ist mit einer negativen Spannungsquelle 64 verbunden. Der Source-The right end of the gate electrode 30 of the transistor 24 is connected to the drain electrode connection point 22 connected to the drain electrode 18 of the field effect semiconductor element. The transistor 24 is a metal oxide semiconductor transistor of the enhancement type and has a p-channel. The transistor 24 has a p-doped source electrode region 32 and a drain electrode region of the same type. These regions are arranged in the n-doped silicon carrier 17. The drain electrode region 34 is connected to a negative voltage source 64. The source

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Elektrodenbereich 32 liegt an Masse, über den Source- und Drain-Elektrodenbereich 33 und 34 ist eine Qxydisolationsschicht 38 vorgesehen. Die Isolationsschicht 38 des Transistors 24 ist 1200 Ängström dick. Der Schwellwertpegel dieses Transistors liegt bei nur -4 Volt. Die Spannung, bei der dieser Transistor zerstört wird, liegt bei etwa 100 Volt. Der rechte Teil des Drain-Elektrodenbereiches 18 an der Drainverbindungsstelle 22 besitzt einen Widerstand von etwa 2000 0hm und dient zusätzlich als Schutzwiderstand zwischen der Klemme 21 und der Gateelektrode 30 des Transistors 24. Der U-förmig ausgebildete Teil 20 des DrainrElektrodenbereiches 18 besitzt einen Widerstand von etwa 6000 0hm. Der Widerstand 52 dient als Strombegrenzungswiderstand und ist etwa 20000 0hm groß.Electrode area 32 is connected to ground, via the source and drain electrode regions 33 and 34 are an oxide insulating layer 38 provided. The insulation layer 38 of the transistor 24 is 1200 angstroms thick. Of the The threshold level of this transistor is only -4 volts. The voltage at which this transistor is destroyed is around 100 volts. The right part of the drain electrode area 18 at the drain connection point 22 has a resistance of approximately 2000 ohms and is also used as a protective resistor between the terminal 21 and the gate electrode 30 of the transistor 24. The U-shaped Part 20 of the drain electrode area 18 has a resistance of about 6000 ohms. The resistor 52 is used as a current limiting resistor and is about 20,000 ohms.

Da die Isolationsschicht 38 des Transistors 24 nur 1200 Ängström dick ist, würde beim Auftreten einer Spannung von über -100 Volt zwischen der Gateelektrode 30 und dem Drain-Elektrodenbereich32 für die Zeit von einigen Nanosekunden bereits eine Zerstörung des Transistors erfolgen. Die Isolationsschicht 38 muß deshalb vor einer Spannung V von über -100 Volt geschützt werden. Die in Fig. 1 gezeigte Anordnung bietet diesen Schutz.Since the insulation layer 38 of the transistor 24 is only 1200 angstroms thick, a Voltage of over -100 volts between the gate electrode 30 and the drain electrode region 32 for the time of a few Destruction of the transistor can take place within a few nanoseconds. The insulation layer 38 must therefore before a Voltage V of over -100 volts must be protected. In the The arrangement shown in FIG. 1 provides this protection.

In Fig. 2 ist ein Teil der in Fig. 1 dargestellten Anordnung entlang der Linie 2-2 im Schnitt dargestellt. Der Source-Elektrodenbereich 14 und der Drain-Elektrodenbereich 18 sind innerhalb des Siliziumträgers 17 angeordnet, wie aus Fig. 2 ersichtlich. Die Drainanschlußklemme 19 und die Drainverbindungsstelle 22 an den beiden Enden des Drainbereiches 18 sind in Fig. 2 ebenfalls dargestellte Die Bezugszahlen der in Fig. 2 dargestellten Teile sind identisch mit den in Fig. 1 verwendeten Bezugszahlen. Die Oxydisolationsschicht 23 bedeckt den größten Teil der Source-Drain-Bereiche 14 und 18 und besitzt, wie bereits gesagt, eine Stärke von 12000 Ängström. Die Gateelektrode 10 ist auf der Oxydisolationsschicht 23 aufgedampft und ist mit der Drainanschlußklemme 19 des Drain-Elektrodenbereiches 18 verbunden. Die Drainverbindungsstelle 22 des Drain-Elek-FIG. 2 shows part of that shown in FIG Arrangement shown in section along line 2-2. The source electrode region 14 and the drain electrode region 18 are arranged within the silicon carrier 17, as can be seen from FIG. The drain terminal 19 and the drain connection point 22 at the two ends of the drain region 18 are also shown in FIG of the parts shown in FIG. 2 are identical to the reference numerals used in FIG. The oxide insulation layer 23 covers most of the source-drain regions 14 and 18 and, as already stated, has one Strength of 12,000 angstroms. The gate electrode 10 is vapor deposited on the oxide insulation layer 23 and is with the Drain connection terminal 19 of the drain electrode region 18 connected. The drain junction 22 of the drain elec-

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trodenbereiches 18 ist mit der Gateelektrode 30 des Transistors 24 verbunden, wie aus dem rechten Teil der Fig. 2 zu entnehmen ist. Der Transistor 24 ist in den n- dotierten Siliziumträger 17 integriert. Es könnte doch ebenso ein Transistor verwendet werden, der nicht mit dem Siliziumträger 17 verbunden ist.electrode area 18 is connected to the gate electrode 30 of the Transistor 24 connected, as can be seen from the right part of FIG. The transistor 24 is in the n-doped silicon carrier 17 is integrated. It could however, a transistor which is not connected to the silicon substrate 17 can also be used.

Die maximale Spannung, die an die Gateelektrode 30 gelangen kann, ist -60 Volt, wie aus Fig. 3 zu entnehmen ist, da ein großer Teil der am Eingang anliegenden Spannung V$ über die Gesamtlänge des Kanals 13 des Feldeffekthalbleiterelements 16 neben_geschlossen wird. Dadurch wird der Transistor 24 wirksam geschützt.The maximum voltage which can reach the gate electrode 30, is -60 volts, as can be seen from Fig. 3, since a large part of the applied to the input voltage V $ over the entire length of the channel 13 of the field effect type semiconductor element is neben_geschlossen sixteenth This effectively protects the transistor 24.

Anhand der Fig. 4 wird im folgenden die Arbeitsweise der in Fig. 1 dargestellten elektrischen Schutzschaltung beschrieben. Ein Widerstand 20* und ein Transistor 16' stellen einen ersten Teil des in Fig. 1 dargestellten Feldeffekthalbleiterelements dar. Ein Widerstand 20" und ein Transistor 16" stellen einen 2. Abschnitt des Feldeffekthalbleiterelements 16 dar. Widerstände 20n und Transistoren 16n stellen den restlichen Teil des Feldeffekthalbleiterelements dar, wobei η eine große Anzahl von gleichgroßen Abschnitten ist, in die das Feldeffekthalbleiterelement 16 aufgeteilt werden kann. Die Summe der Widerstände 20* bis 20n stellt den Gesamtwiderstand des u-förmigen Teils 20 in dem Elektrodenbereich 18 dar. Der Widerstand 221 stellt den Widerstand der Drainverbindungsstelle 22 in Fig. 1 dar.The mode of operation of the electrical protective circuit shown in FIG. 1 is described below with reference to FIG. A resistor 20 * and a transistor 16 'represent a first part of the field effect semiconductor element shown in FIG. 1. A resistor 20 ″ and a transistor 16 ″ represent a second section of the field effect semiconductor element 16. Resistors 20 n and transistors 16 n represent the the remaining part of the field effect semiconductor element, where η is a large number of equally sized sections into which the field effect semiconductor element 16 can be divided. The sum of the resistances 20 * to 20 n represents the total resistance of the U-shaped part 20 in the electrode region 18. The resistor 22 1 represents the resistance of the drain junction 22 in FIG.

Wie aus Fig. 4 in Verbindung mit Fig. 1 ersichtlich, wird durch die Parallelschaltung eine am Eingang anliegende Spannung Vs in dem Feldeffekthalbleiterelement 16 über die Widerstände 20* bis 20n und die Transistoren 16* bis 16n aufgeteilt. Dadurch wird der Transistor 24 wirksam vor einer zu hohen am Eingang auftretenden SpannungAs can be seen from FIG. 4 in conjunction with FIG. 1, the parallel connection divides a voltage V s present at the input in the field effect semiconductor element 16 via the resistors 20 * to 20 n and the transistors 16 * to 16 n . As a result, the transistor 24 becomes effective against an excessively high voltage occurring at the input

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geschützt. Der Widerstand 52 dient als Strombegrenzungswiderstand. Mit Hilfe eines Voltmeters 62 kann die an der Gateelektrode 30 des Transistors 24 auftretende Spannung in Bezug auf Masse gemessen werden. In Fig. 4 sind Dioden 13* bis 13n dargestellt. Diese Dioden werden innerhalb des Feldeffekthalbleiterelements 16 gebildet. Sie werden leitend, wenn zwischen dem Drain-Elektrodenbereich 18 und dem Source-Elektrodenbereich 14, und somit nach Masse, eine gute Verbindung besteht. Dies ist der Fall, wenn entlang des Kanals 13 eine Spannung von -80 Volt zwischen dem Drain-Elektrodenbereich 18 und dem Source-Elektrodenbereich 14 auftritt und der Abstand 400 ,um groß ist.protected. Resistor 52 serves as a current limiting resistor. With the aid of a voltmeter 62, the voltage occurring at the gate electrode 30 of the transistor 24 can be measured in relation to ground. In Fig. 4 diodes 13 * to 13 n are shown. These diodes are formed within the field effect semiconductor element 16. They become conductive when there is a good connection between the drain electrode region 18 and the source electrode region 14, and thus to ground. This is the case when a voltage of −80 volts occurs along the channel 13 between the drain electrode region 18 and the source electrode region 14 and the distance is 400 μm.

In Fig. 3 ist die Spannung V auf einer vertikalen Achse und die Spannung V auf einer horizontalen Achse aufgetragen. Wenn die am Eingang auftretende Spannung Vc etwa -40 Volt groß wird, wird das Feldeffekthalbleiterelement 16 wirksam und erzeugt einen Nebenschlußpfad nach Masse. Wenn die Eingangsspannung V -150 Volt groß wird, liegen an der Gateelektrode 30 des Transistors 24 maximal -60 Volt. Die restlichen -90 Volt werden über die in Fig.4 dargestellten Widerstände 20* bis 20n und die Transistoren 16' bis 16n nach Masse abgeleitet.In Fig. 3, voltage V is plotted on a vertical axis and voltage V is plotted on a horizontal axis. When the voltage V c occurring at the input becomes about -40 volts, the field effect semiconductor element 16 becomes effective and generates a shunt path to ground. When the input voltage V -150 volts is large, the gate electrode 30 of the transistor 24 is a maximum of -60 volts. The remaining -90 volts are diverted to ground via the resistors 20 * to 20 n and the transistors 16 'to 16 n shown in FIG.

Bei einer Spannung Vg von etwa -150 Volt wird die Diodendurchbruchsspannung erreicht. Der Diodendurchbruch tritt infolge der umgekehrten Vorspannung des p-n Übergangs der Dioden 13' zwischen der Drainanschlußklemme. 19 des pdotierten Drain-Elektrodenbereich 18 in Fig. 2 und des ndotierten Siliziumträgers 17 auf. Der p-n übergang der Diode 19* besitzt die Wirkungsweise einer Avalanchediode. Durch den Diodendurchbruch folgt eine verbesserte Leitung für negative Ladungen über den Siliziumträger 17 nach Masse. Wenn dieser Diodendurchbruch auftritt, wird die Spannung V an der Elektrode 30 auf den Wert von minus 40 Volt begrenzt, obwohl die Eingangspannung Vs an der Klemme 21 mehrere tausend Volt betragen kann.The diode breakdown voltage is reached at a voltage V g of approximately -150 volts. The diode breakdown occurs as a result of the reverse biasing of the pn junction of the diodes 13 'between the drain connection terminal. 19 of the p-doped drain electrode region 18 in FIG. 2 and of the n-doped silicon carrier 17. The pn junction of the diode 19 * works like an avalanche diode. The diode breakdown results in improved conduction for negative charges via the silicon substrate 17 to ground. When this diode breakdown occurs, the voltage V on the electrode 30 is limited to the value of minus 40 volts, although the input voltage V s on the terminal 21 can be several thousand volts.

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Die in Fig. 1 dargestellte SchutzschaltungThe protection circuit shown in FIG

bietet auch einen Schutz gegen Überhöhte positive Spannungen, da der p- dotierte Drain-Elektrodenbereich 18 in diesem Fall in Bezug auf den n- dotierten Siliziumträger 17 in Vorwärtsrichtung vorgespannt würde.also offers protection against excessive positive voltages, since the p-doped drain electrode region 18 in this case in relation to the n-doped silicon carrier 17 in Forward direction would be biased.

. Das Feldeffekthalbieiterelement 16 in Fig. 1 und der Transistor 24kann abwechselnd auch mit einem n-Kanal aufgebaut werden. Wenn die Schaltung nach Fig. 1 mit einem η-Kanal aufgebaut wird» kann ein Feldeffekttransistor mit einem η-Kanal vor hohen positiven Überspannungen geschützt werden. Die von der Spannungsquelle 64 erzeugte Spannung ist dann eher positiv. Die an der Klemme 21 auftretende Steuerspannung muß positiv sein, um den η-Kanal eines Transistors 24 vom Anreicherungstyp ansteuern zu können.. The field effect semiconductor element 16 in FIG. 1 and the transistor 24 can also alternate with an n-channel being constructed. If the circuit according to FIG. 1 is constructed with an η-channel, a field effect transistor can be used with protected against high positive overvoltages via an η-channel. The voltage generated by the voltage source 64 is then rather positive. The control voltage appearing at terminal 21 must be positive in order to use the η-channel of a transistor 24 of the enrichment type to be able to control.

5.6.1972 209857/Π9775.6.1972 209857 / Π977

Claims (1)

Patentansprüche:Patent claims: Elektrische Schutzschaltung für einen Feldeffekttransistor mit isolierter Gateelektrode aus einem Feldeffekthalbleiterelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Feldeffekthalbleiterelement (16) aus einem Halbleiterträger (17) mit einer ersten Leitfähigkeit besteht, in dem ein Sourceelektrodenbereich (14) und ein Drainelektrodenbereich (18) mit einer zweiten Leitfähigkeit vorgesehen sind, wobei ein Elektrodenbereich (z. B. 18) einen Pfad (20) bildet, dessen Anfang über eine Drainanschlußklemme (19) mit einer Eingangsklemme (21) und dessen Ende über eine Drainverbindungsstelle (22) mit der Gateelektrode (30) des zu schützenden Transistors (24) verbunden sind, wobei der andere Elektrodenbereich (z. B. 14) mit einem Bezugspotential (z. B. Masse) verbunden ist, und daß die zwischen der Gateelektrode, die mit der Drainanschlußklemme (19) verbunden ist, und dem Halbleiterträger (17) liegende Isolierschicht (23) dicker als eine zwischen der Gateelektrdde (30) und dem Source-Drainelektrodenbereich liegenden Isolierschicht (38) des Transistors (24) ist.Electrical protective circuit for a field effect transistor with an insulated gate electrode made of a field effect semiconductor element, characterized in that the field effect semiconductor element (16) consists of a semiconductor carrier (17) with a first conductivity, in which a source electrode region (14) and a drain electrode region (18) with a second conductivity are provided, wherein an electrode region (z. B. 18) forms a path (20), the beginning of which via a drain connection terminal (19) with an input terminal (21) and the end of which via a drain connection point (22) to the gate electrode (30) of the to be protected transistor (24) are connected, wherein the other electrode area (z. B. 14) is connected to a reference potential (z. B. ground), and that between the gate electrode, which is connected to the drain connection terminal (19), and the insulating layer (23) lying on the semiconductor substrate (17) is thicker than one between the gate electrode (30) and the source-drain electrode region ch lying insulating layer (38) of the transistor (24). 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Source-Elektrodenbereich (14) und der Drainelektrodenbereich (18) fingerförmig ausgebildet sind und kammartig ineinandergreifen.2. Circuit according to claim 1, characterized in that the source electrode region (14) and the drain electrode region (18) are finger-shaped and intermesh in a comb-like manner. 3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke der Isolierschicht (23) des Halbleiterelementes (16), die mindestens den Kanal (13) überdeckt, mehreremal größer als die Dicke der Isolierschicht (38) des Transistors (24) ist.3. Circuit according to claim 1 or 2, characterized in that the thickness of the insulating layer (23) of the semiconductor element (16), which covers at least the channel (13), several times greater than the thickness of the insulating layer (38) of transistor (24) is. 5.6.725.6.72 209857/Π977209857 / Π977 4. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Obergang zwischen dem Drain-Elektrodenbereich (18) und dem Halbleiterträger (17) so ausgebildet ist, daß ein Avalanche-Durchbruchseffekt in der Nähe der Drain-Anschlußklemme (19) entstehen kann.4. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the transition between the Drain electrode region (18) and the semiconductor carrier (17) is designed so that an avalanche breakdown effect in the vicinity of the drain terminal (19). 5. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Source· Elektrodenbereich (14) und dem Drain-Elektrodenbereich (18) so groß ist, daß ein vergrößerter Kontaktbereich entsteht, wenn an die Klemme (21) eine im Vergleich zum Schwellwertpegel des Transistors (24) hohe Spannung angelegt wird.5. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the distance between the source Electrode area (14) and the drain electrode area (18) is so large that an enlarged contact area is produced when a compared to the threshold level is applied to the terminal (21) of the transistor (24) high voltage is applied. 6. Schaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Feldeffekthalbleiterelement (16) und der Transistor (24) auf einem Halbleiterträger (17) als integrierte Schaltung enthalten sind.6. Circuit according to one of the preceding claims, characterized in that the field effect semiconductor element (16) and the transistor (24) are contained on a semiconductor carrier (17) as an integrated circuit. 5.6.725.6.72 209852/0977209852/0977 LeerseiteBlank page
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