DE2341899B2

DE2341899B2 - Integrierte Halbleiterschaltung und Verfahren zu ihrem Betrieb

Info

Publication number: DE2341899B2
Application number: DE2341899A
Authority: DE
Inventors: Lieuwe Boonstra; Cornelis Willem Lambrechtse; Roelof Herman Willem Salters; Rene Marie Gerardus Wijnhoven
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1972-09-15
Filing date: 1973-08-18
Publication date: 1979-02-08
Also published as: DE2341899C3; US4255677A; AU465865B2; AU6021473A; FR2200634B1; DE2341899A1; JPS4969273A; JPS5244715B2; GB1450167A; CA993571A; FR2200634A1; IT996680B; NL7212509A

Description

Die Erfindung betrifft eine integrierte Halbleiterschaltung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Sie betrifft weiter ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Halbleiterschaltung.

Eine Halbleiterschaltung der genannten Art ist z. B. aus »IEEE International Solid-State Conference, Digest of Technical Papers«, 1972, S. 16-17 bekannt.

In dieser bekannten Halbleiterschaltung wird durch das Anlegen einer geeigneten Spannung an die Feldelektrode unter dieser Elektrode eine an das genannte zweite Gebiet grenzende Isolierschicht gebildet, wobei aus dem in einem Substrat (dem ersten Gebiet) erzeugten zweiten Gebiet der Inversionsschicht Ladungsträger zugeführt werden. Wenn die Spannung an der Feldelektrode auf einen Wert herabgesetzt wird, bei dem die Inversionsschicht verschwindet, fließt die Ladung aus der Inversionsschicht größtenteils zu dem zweiten Gebiet zurück. Ein kleiner Teil der Ladung

fließt aber Ober das Substrat ab, indem ein Teil der aus dem zweiten Gebiet zugeführten Ladungsträger mit Ladungsträgern des Substrats rekombiniert

Die auf diese Weise in das Substrat injizierte geringe Ladungsmenge fließt über einen auf eiern Substrat gebildeten Anschlußleiter in Form eines zusätzlichen Substratstromes ab. Nach der vorerwähnten Veröffentlichung reicht der kleine zusätzliche Substratstrom bereits bei verhältnismäßig niedriger Frequenz der Spannungsimpulse an der Feldelektrode aus, um die Sperrspannung über dem PN-Übergang zwischen dem zweiten Gebiet und dem Subtrat aufrechtzuerhalten, und wird dann auch in der bekannten Anordnung dazu benutzt, den Potentialverlust des zweiten Gebietes, der durch den Leckstrom über dem genannten PN-Obergang herbeigeführt wird, auszugleichen.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, daß aus IBM TDB 11 (1969) 10,1219 eine integrierte Halbleiterschaltung bekannt ist, bei der das Substratpotential eines Feldeffekttransistors durch das Zusammenwirken einer PN-Kapazitätsdiode und eines Λ/05-Schalters bestimmt wird. Eine Inversionsschicht wird bei dieser Halbleiterschaltung nicht verwendet, so daß auch keine Rekombination der beim Zusammenbruch einer solchen Schicht freiwerdenden Ladungsträger auftritt

Die Erfindung geht u. a. von der Erkenntnis aus, daß die Ober die Inversionsschicht in das erste Gebiet injizierte Ladung dazu benutzt werden kann, das Potential des ersten Gebietes auf einen gewünschten Wert zu bringen; dies im Gegensatz zu der beschriebenen bekannten Halbleiterschaltung, bei der diese Ladung über den Anschlußleiter sofort aus dem Substrat abgeführt wird. Ein derartiges Verfahren zum Aufladen eines Halbleitergebietes weist, wie sich herausgestellt hat, große Vorteile auf, wie nachstehend näher dargelegt werden wird.

Zum schnellen Zuführen einer verhältnismäßig großen Ladungsmenge zu dem ersten Gebiet eignet sich jedoch die beschriebene bekannte Halbleiterschaltung, bei der nur geringe Ladungsmengen in das erste Gebiet injiziert zu werden brauchen, nicht. Sowohl die Menge der zugeführten Ladung als auch die Geschwindigkeit, mit der die Ladungsträger zugeführt werden, sind bei der bekannten Halbleiterschaltung verhältnismäßig gering, weil die ganze Ladungsmenge aus dem zweiten -'5 Gebiet, dessen Kapazität naturgemäß beschränkt ist, zugeführt werden muß und weil beim Wegfallen der Feldelektrodenspannung die meisten Ladungsträger aus der Inversionsschicht wieder zu dem zweiten Gebiet zurückfließen können, ohne daß sie im ersten Gebiet rekombinieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die integrierte Halbleiterschaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszugestalten, daß der Ladungstransport beim Zusammenbruch der Inversionsschicht schneller und mit größerem Wirkungsgrad stattfindet

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Unter einem elektronischen Schalter ist hier in allgemeinem Sinne ein Schaltelement zu verstehen, das, wenn es in einem Stromweg angeordnet ist, den Strom in einer Richtung oder in beiden Richtungen unter der Einwirkung einer oder eines an den Schalter angelegten Spannung oder Stromes durchläßt (im geschlossenen Zustand) oder unterbricht (im geöffneten Zustand).

Die erwähnte Inversionsschicht grenzt vorzugsweise an das zweite Gebiet obwohl die Verbindung zwischen dem zweiten Gebiet und der Inversionsschicht auch realisiert werden kann mittels einer weiteren Gate-Elektrode, oder dadurch, daß der Abstand zwischen dem zweiten Gebiet und der Inversionsschicht gering, z. B. kleiner als eine Diffusionslänge für Minoritätsträger des ersten Gebietes, gewählt wird.

Der elektronische Schalter kann sich z. B. zwischen dem zweiten Gebiet und der Inversionsschicht befinden und durch eine auf der Isolierschicht liegende Gate-Elektrode gebildet werden, unter der bei einer geeignet gewählten Spannung an der Gate-Elektrode eine zweite Inversionsschicht erzeugt wird, wodurch Ladungsträger aus dem zweiten Gebiet zu der ersten Inversionsschicht fließen können. Der Zuführungsleiter ist in diesem Falle (vorzugsweise) auf dem zweiten Gebiet angeordnet

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei der Halbleiterschaltung nach der Erfindung kann, wenn der elektronische Schalter geschlossen ist, eine praktisch unbeschränkte Ladungsmenge schnell über den Zuführungsleiter dem zweiten Gebiet und aus diesem Gebiet der Inversionsschicht zugeführt werden; dies im Gegensatz zu den bekannten Anordnungen, bei denen nur eine beschränkte Ladungsmenge aus dem zweiten Gebiet zugeführt werden kann. Wenn anschließend der elektronische Schalter geöffnet wird, ist der Rückweg der Ladungsträger zu dem Zuführungsleiter gesperrt, und wenn danach die Spannung an der Feldelektrode derart herabgesetzt wird, daß die Inversionsschicht verschwindet, wird ein großer Teil der in der Inversionsschicht vorhandenen Ladungsträger direkt oder indirekt mit Majoritätsträgern im ersten Gebiet rekombinieren. Dadurch wird das erste Gebiet, z. B. auf ein negatives Potential, aufgeladen, wenn das zweite Gebiet N-leitend und das erste Gebiet P-leitend ist

Die Anwendung der Erfindung ist besonders günstig in denjenigen Fällen, in denen es aus irgendeinem Grunde unerwünscht ist, das erste Gebiet mit einem Anschlußleiter zu versehen, während dieses Gebiet dennoch auf ein bestimmtes gewünschtes Potential gebracht werden muß. Das erste Gebiet des ersten Leitungstyps kann z. B. das Substrat einer monolithischen integrierten Schaltung sein, und die Erfindung ermöglicht es u. a, dieses Substrat auf ein gewünschtes Potential zu bringen, ohne daß dazu das Substrat mit einem Anschlußleiter versehen ist. Dies kann für das Entwerfen einer solchen integrierten Schaltung von großer Bedeutung sein, weil dadurch in gewissen Fällen ein kleineres Gehäuse als ohne Anwendung der Erfindung benutzt werden kann.

Weiter schafft die Erfindung die Möglichkeit, das erste Gebiet auf ein Potential aufzuladen, das mit Hilfe der zum Betreiben der weiteren Schaltung benötigten Spannungsquellen nicht erhalten werden kann, wodurch unter üblichen Bedingungen also eine gesonderte Spannungs- oder Stromquelle erforderlich wäre. Ein derartiges Potential kann manchmal vorteilhaft an einen außerhalb des ersten Gebietes liegenden Punkt der Schaltung angelegt werden.

Einige Ausführungsformen der integrierten Halbleiterschaltung nach der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 schematisch eine Draufsicht auf einen Teil einer Halbleiterschaltung nach der Erfindung,

F i g. 2 schematisch einen Querschnitt durch die

Halbleiterschaltung nach F i g. 1 längs der Linie H-II,

F i g. 3 und 4 die in diesem Beispiel verwendeten Taktspannungen Φι und Φ2 als Funktion der Zeit, und

F i g. 5,6 und 7 schematische Querschnitte durch drei weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Halbleiterschaltung.

Die Figuren sind schematisch und nicht maßstäblich gezeichnet. Ent sprechende Teile sind in den verschiedenen Ausführungsformen in der Regel mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet Die Abmessungen sind der Deutlichkeit halber insbesondere in der Dickenrichtung übertrieben groß dargestellt. Auf der Oberfläche liegende Isolier- und Metallschichten sind in den Querschnitten der Einfachheit halber überall gleich dick gezeichnet, was in der Praxis nicht der Fall zu sein braucht.

F i g. 1 zeigt schematisch eine Draufsicht auf und Fig.2 schematisch einen Querschnitt längs der Linie H-Il der F i g. 1 durch eine integrierte Halbleiterschaltung nach der Erfindung. Die Halbleiterschaltung enthält einen Halbleiterkörper mit einem ersten Gebiet, in diesem Beispiel einem P-leitenden Substrat 1, z. B. aus Silicium. In dem Substrat 1 ist die integrierte Schaltung, z. B. eine Schaltung mit Feldeffekttransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, angebracht von welchen Transistoren rechts in der Figur schematisch einer dargestellt ist, der eine N-leitende Source-Zone 2, eine N-leitende Drain-Zone 3 und eine Gate-Elektrode 4 enthält welche Gate-Elektrode durch eine Isolierschicht 5 aus Siliciumoxid von dem Substrat 1 getrennt ist Das erste Gebiet 1 (das Substrat) grenzt an eine praktisch ebene Oberfläche 6 des Halbleiterkörper. An diese Oberfläche 6 grenzt ebenfalls ein zweites. Ableitendes Gebiet 7. Auf der Oxydschicht 5 wird eine elektrisch leitende Feldelektrode 8 in Form einer Aluminiumschicht erzeugt

Das Substrat 1 soll nun auf ein bestimmtes, z. B. negatives Potential gebracht werden. Dies erfolgt im allgemeinen dadurch, daß das Substrat mit einem Anschlußleiter versehen wird, der dann an das gewünschte Potential angelegt wird.

Bei der beschriebenen Halbleiterschaltung ist ein derartiger Substratanschluß jedoch nicht erforderlich. Auf der Oberfläche des Körpers außerhalb des Substrats 1 ist nämlich ein Zuführungsleiter 9 gebildet, der auf einem Bezugspotential, in diesem Beispiel Erdpotential, gehalten wird und dazu dient, Ladungsträger, in diesem Falle Elektronen, aus dem zweiten Gebiet 7 einer unterhalb der Feldelektrode 8 an der Oberfläche 6 des ersten Gebietes 1 zu bildenden Inversionsschicht 10 zuzuführen, die an das zweite Gebiet 7 grenzt Weiter ist im Stromweg zwischen dem Zuführungsleiter 9 und dem zweiten Gebiet 7 ein elektronischer Schalter angeordnet, mit dessen Hilfe verhindert werden kann, daß die Ladung aus der Inversionsschicht 10 zu dem Zuführungsleiter 9 zurückfließt Dieser elektronische Schalter besteht in diesem Beispiel aus einem Feldeffekttransistor mit isolierter Gate-Elektrode, der durch die Zone 7, eine weitere N-leitende Oberflächenzone 1!, die mit dem Zufuhrungsleiter 9 verbunden ist, . und eine auf der Oxydschicht 5 liegende Gate-Elektrode 12 gebildet wird. Die Oberfläche der Feldelektrode 8, die in der Zeichnung nicht maßstäblich dargestellt ist, ist etwa elfmal größer als die Oberfläche des zwischen den Zonen 7 und 11 liegenden Teiles der Gate-Elektrode IZ Vorzugsweise wird dieses Verhältnis noch größer, z. B. mindestens 50 bis 100 und größer gewählt, um schnell eine große Ladungsmenge in das erste Gebiet einzuführen.

Die Wirkungsweise dieser Halbleiterschaltung ist folgende. An die Gate-Elektrode 12 wird in bezug auf Erde eine erste Taktspannung Φι angelegt (siehe Fig.3). An die Feldelektrode 8 wird in bezug auf Erde eine zweite Taktspannung Φ2 angelegt (siehe F i g. 4). In der F i g. 3 und 4 sind diese Taktspannungen, die beide in bezug auf Erde positiv sind, als Funktion der Zeit t dargestellt Die Amplituden der Taktspannungen Φι und Φ₂ brauchen einander nicht gleich zu sein, aber müssen beide genügend groß sein, um an der unten liegenden Siliciumoberfläche Inversionsschichten 10 und 13 (siehe Fig.2) bilden zu können. Wie aus den Fig.3 und 4 ersichtlich ist, werden in diesem Beispiel zunächst die beiden Spannungen Φ\ und Φ2, z. B. zu dem Zeitpunkt fc>, angelegt. Aus dem Zuführungsleiter 9 können nun Elektronen zu der Zone 11 und auch von der Zone 11 zu der Zone 7 über die Inversionsschicht 13 und von der Zone 7 zu der Inversionsschicht 10 fließen. Es ist nicht notwendig, die Spannungen Φ, und Φ2 zu demselben Zeitpunkt einzuschalten.

Dann wird zunächst die Gate-Elektrodenspannung Φι zur dem Zeitpunkt t\ ausgeschaltet, so daß die Inversionsschicht 13 verschwindet Der elektronische

2) Schalter 7,11,12 ist nun geöffnet, und aus dem Gebiet 7 können keine Elektronen mehr zu dem Leiter 9 fließen. Wenn anschließend zu dem Zeitpunkt ti die Feldelektrodenspannung Φ2 ausgeschaltet wird, wird die aus dem Zuführungsleiter 9 zugeführte Ladung in der Inversionsschicht 10 beim Verschwinden dieser Inversionsschicht größtenteils in das Substrat 1 gelangen, wodurch dieses Substrat 1 ein bestimmtes (negatives) Potential aufweist ohne daß das Substrat mit einem Anschlußleiter versehen ist

H Wenn dieser Vorgang während aufeinanderfolgender Taktimpulse wiederholt wird, wird das Substrat 1 infolge der zugeführten Ladung ein immer höheres negatives Potential erreichen. Dadurch nehmen die Schwellwertspannungen des MOS-Transistors 7,11,12 und die Schwellwertspannung der Feldelektrode 8 zu, bis das Substratpotential derart hoch ist daß beim Potential Φι keine Ladung mehr über die Inversionsschicht 13 zugeführt und/oder beim Potential Φ2 keine Inversionsschicht 10 mehr gebildet werden kann. Zu diesem Zeitpunkt ist die Schwellwertspannung des Transistors 7, 11, 12 gleich der Amplitude der Taktspannung Φι oder die Schwellwertspannung der Elektrode 8 gleich Φ2. Durch die Wahl der Amplituden entweder von Φι oder von Φ₂ (abhängig davon, welcher

vi dieser beiden Taktimpulse zuerst gleich der entsprechenden Schwellwertspannung wird) kann also das negative Potential des Substrats 1, und somit der übrigen in diesem Substrat gebildeten Feldeffekttransistoren mit isolierter Gate-Elektrode, wie z. B.Transistoi

ϊ5 2,3,4, festgelegt werden.

Das Zurückfließen von Ladung aus der Inversionsschicht 10 zu dem Gebiet 7 könnte statt mittels eines elektronischen Schalters auch dadurch erheblich beschränkt werden, daß die Feldelektrode 8 in der Näh<

bo des Gebietes 7 sehr schmal ausgeführt wird, so daß die Ladung nur sehr schwer aus der Inversionsschicht K Ober den unter dem schmalen Teil der Elektrode 1 liegenden, gleichfalls sehr schmalen Teil der Inversions schicht abfließen kann. Dies hat aber den Nachteil, dal

fr"> auch das Aufladen der Inversionsschicht sehr langsan vor sich geht, was meistens unerwünscht ist

Die Tatsache, daß die obenbeschriebene Halbleiter schaltung keinen Substratanschluß besitzt, kann ii

vielen Fällen besonders vorteilhaft sein. Unter Umständen genügt dadurch ein kleineres und einfacheres Gehäuse. Dies ist darauf zurückzuführen, daß aufeinanderfolgende genormte Gehäusetypen meistens eine stark verschiedene Anzahl von Anschlußleiter aufweisen und daß also durch die Tatsache, ob ein Gehäusetyp einen Anschlußleiter mehr oder weniger enthält, die Wahl eines dieser beiden aufeinanderfolgenden Gehäusetypen bestimmt werden kann.

Die Taktspannungen Φι und Φ2 können z. B. von einer oder mehreren Taktspannungsquellen abgeleitet werden, die zum Betreiben der integrierten Schaltung, zu der der Transistor 2, 3, 4 gehört, verwendet werden. Dabei können Φι und Φ2 direkt von diesen Taktspannungsquellen oder z. B. über eine Teilerschaltung von diesen Quellen abgeleitet v/erden. Auch ist es möglich, daß von einer einzigen zum Betreiben der integrierten Schaltung verwendeten Taktspannungsquelle die beiden Spannungen Φι und Φ2 abgeleitet werden.

F i g. 5 zeigt schematisch im Querschnitt eine andere Ausführungsform einer Halbleiterschaltung nach der Erfindung. Das erste Gebiet 1 wird in diesem Falle nicht durch das Substrat, sondern durch eine Insel 1 gebildet, z. B. eine N-Ieitende Insel, die in einem P-leitenden Substrat 20 erzeugt ist und mit diesem einen PN-Übergang 21 bildet. Der Feldeffekttransistor 7, ti, 12 und die Feldelektrode 8 weisen eine gleiche Konfiguration wie im vorangehenden Beispiel auf, aber die Leitungstypen der verschiedenen Zonen sind in diesem Beispiel denen der entsprechenden Zonen im vorangehenden Beispiel entgegengesetzt, was auch mit der Polarität der Taktspannungen Φι und Φ2 der Fall ist, die nun in bezug auf Erde negativ sind. Über die P-leitenden Inversionsschichten 10 und 13 werden nun von dem im vorangehenden Beispiel beschriebenen Mechanismus als Ladungsträger Löcher aus der P-leitenden Zone 7 in die N-leitende Insel 1 eingeführt, wodurch die Insel 1 ein positives Potential in bezug auf Erde erhält. Dieses positives Potential wird nun dazu verwendet, z. B. einen weiteren zu der integrierten Schaltung gehörigen N-Kanal-Feldeffekttransistor mit /V'-leitenden Source- und Drain-Zonen 23 bzw. 24 und einer isolierten Gate-Elektrode 25 in den leitenden Zustand zu bringen, indem die Insel 1 leitend mit der Gate-Elektrode 25 über einen Anschlußkontakt 26 und einen z. B. aus einer auf der Oxydschicht 5 liegenden Metallschicht bestehenden Leiter 27 verbunden ist.

F i g. 6 zeigt schematisch im Querschnitt eine andere Ausführungsform der Halbleiterschaltung nach der Erfindung, bei der der elektronische Schalter nicht, wie in den vorangehenden Beispielen, durch einen Feldeffekttransistor mit isolierter Gate-Elektrode, sondern durch eine PN-Diode mit PN-Übergang 32 gebildet wird, von der eine Seite, die P-Ieitende Zone 30, über eine Kurzschlußmetallschicht 36 mit der N-leitenden Zone 7 verbunden ist, während die andere Seite der Diode, die N-leitende Zone 31, mit dem Zuführungsleiter 9 verbunden ist Der PN-Übergang 32 kann auch durch einen Schottky-Übergang zwischen dem Zuführungsleiter 9 und dem Gebiet 30 ersetzt werden, z. B. um parasitäre Transistorwirkung zu vermeiden. Wie in Fig.5 sind auch hier entsprechende Teile des ersten Beispiels mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet Die Gebiete 1 und 30 sind P-Ieitend und die Zonen 7,31,33 und 34 sind N-leitend.

An die Feldelektrode 8 wird, wie im ersten Beispiel, eine positive Taktspannung Φ2 in bezug auf Erde angelegt während der Zuführungsleiter 9 an Erde liegt Die Taktspannung Φι ist die Spannung über dem Übergang 32, die von dem Taktimpuls Φ2 hervorgerufen wird. Dabei ist die Spannung Φ2 derart groß gewählt, daß dadurch unter der Feldelektrode 8 eine Inversionsschicht 10 gebildet wird und außerdem über dem PN-Übergang eine Spannung in der Durchlaßrichtung steht, die die Schwellwertspannung überschreitet und die also im Falle von Silicium größer als etwa 0,7 V ist. Dann können Ladungsträger von Erde über dem Übergang 32 durch die P-Ieitende Zone 30 und die Metallschicht 36 zu dem (zweiten) Gebiet 7 fließen und können Elektronen aus dem Gebiet 7 zu der Inversionsschicht 10 fließen.

Die Taktspannung Φ2 wird danach ausgeschaltet. Die Ladungsträger, in diesem Falle die Elektronen, können nicht mehr aus dem Gebiet 7 über die Diode nach Erde abfließen, und die Ladung in der Inversionsschicht 10 wird größtenteils in das Substrat 1 gelangen und letzteres auf gleiche Weise wie in den vorangehenden Beispielen auf ein bestimmtes Potential aufladen, um einem zu der integrierten Schaltung gehörigen MOS-Transistor 33, 34, 35 eine vorher bestimmte Schwellwertspannung zu erteilen.

Erwünschtenfalls kann zwischen dem Anschlußleiter und Erde eine geeignete Spannung, z. B. eine in bezug auf Erde negative Taktspannung, angelegt werden, die vor dem Ausschalten von Φ2 auf einen derartigen Wert herabgesetzt wird, daß sich beim Ausschalten von Φ2 der Übergang 32 praktisch im nichtleitenden Zustand befindet.

Im letzteren Beispiel bestand der elektronische Schalter bei der Halbleiterschaltung nach der Erfindung aus einer Diode.

Um die Aufmerksamkeit auf die vielen Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung zu lenken, ist in Fig.7 schematisch eine Ausführungsform dargestellt bei der der elektronische Schalter durch einen Bipolartransistor mit einer N-leitenden Emitterzone 41, einer P-leitenden Basiszone 40 und einer N-leitenden Kollektorzone (der »zweiten« Zone) 7 gebildet wird. Der Transistor 41,40, 7 kann z. B. von einem Taktimpuls Φ\ an der Basis bei einem an einem Bezugspotential, z. B. Erde, liegenden Emitter in einen leitenden Zustand geschaltet werden, in dem Elektroden von Erde über den Emitter zu dem Kollektor 7 fließen. Wenn nun an die Feldelektrode 8 ein genügend hoher Taktimpuls Φ2 angelegt wird, bildet sich unter der Elektrode 8 eine Inversionsschicht 10. Beim Wegfallen der Spannung Φι gelangt der Transistor 41, 40, 7 in den nichtleitenden Zustand und wird der Rückweg für Elektronen von dem Gebiet 7 zu Erde gesperrt, und wenn anschließend die Spannung Φ2 ausgeschaltet wird, wird die Ladung der Inversionsschicht 10 wieder größtenteils zum Aufladen des Substrats 1 verwendet. In dem Substrat 1 sind ferner andere Schaltungselemente untergebracht von denen rechts in F i g. 7 z. B. schematisch ein Teil eines in einer N-leitenden Insel 43 befindlichen Transistors 43,44,45 mit einer P-leitenden Basis 44 und einem N-leitenden Emitter 45 dargestellt ist Das nach der Erfindung erhaltene negative Substratpotential kann z.B. dazu dienen, den Insel-Isolierung-PN-Übergang 46 stark in der Sperrichtung vorzuspannen, wodurch u.a. die Streukapazität dieses Übergangs stark abnimmt

Es können auch Halbleiterkörper verwendet werden, die statt aus Silicium aus einem anderen Material, gegebenenfalls aus verschiedenen Halbleitermaterialien, die miteinander Hetero-Übergänge bilden, bestehen. Statt Siliciumoxyd können für die Isolierschichten

andere Materialien, wie z. B. Siliciumnitrid oder Aluminiumoxyd, verwendet werden. Die angelegten. Spannungen können vom Fachmann an die gegebenen Bedingungen angepaßt werden und brauchen insbesondere keine Rechteckimpulse zu sein. Statt Erde kann ein anderes Bezugspotential verwendet werden, das unter Umständen in bezug auf Erde variieren kann. Die Leitungstypen der verschiedenen Zonen können alle zusammen durch die entgegengesetzten Leitungstypen er setzt werden. Die Abmessungen und die Geometrie der Halbleiterschaltung können innerhalb weiter Grenzen geändert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprache:

1. Integrierte Halbleiterschaltung, die einen Halbleiterkörper mit einem an eine Oberfläche grenzenden Gebiet von einem ersten Leitungstyp, einem ebenfalls an die genannte Oberfläche grenzenden Gebiet vom zweiten Leitungstyp, einer auf der Oberfläche des ersten Gebiets liegenden elektrisch isolierenden Schicht und einer auf dieser Isolierschicht befindlichen elektrisch leitenden Feldelektrodenschicht enthält, wobei Mittel zum Anlegen eines Potentials an die Feldelektrodenschicht vorgesehen sind, um an der Oberfläche des ersten Gebiets unter der Feldelektrodenschicht eine Inversionsschicht zu bilden, aus der beim Zusammenbruch freiwerdende Minoritätsladungsträger im Gebiet des ersten Leitungstyps rekombsnieren, dadurch gekennzeichnet, daß ein Zuführungsleiter (9) zu einem vom Gebiet (1) des ersten Leitungstyps durch mindestens einen PN-Obergang getrennten Oberflächenbereich (11, 31, 41) des Halbleiterkörpers vorgesehen ist, der der Inversionsschicht (10) Ladungsträger über das Gebiet (7) des zweiten Leitungstyps zuführt, und daß im Stromweg zwischen dem Zuführungsleiter (9) und dem Gebiet, in dem die Inversionsschicht (10) gebildet wird, ein elektronischer Schalter (7,11, 12;

7, 30,31; 7,40,41) angeordnet ist, mit dessen Hilfe verhindert werden kann, daß Ladungsträger aus der Inversionsschicht (10) zum Zuführungsleiter (9) μ zurückfließen.

2. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Inversionsschicht (10) an das Gebiet (7) des zweiten Leitungstyps grenzt

3. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter im Stromweg zwischen dem Zuführungsleiter (9) und dem Gebiet (7) des zweiten Leitungstyps angeordnet ist.

4. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der elektrische Schalter sich zwischen dem Gebiet (7) des zweiten Leitungstyps und der Inversionsschicht (10) befindet und durch eine auf der Isolierschicht (5) liegende ⁴> Gate-Elektrode gebildet wird.

5. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Zuführungsleiter auf dem Gebiet (7) des zweiten Leitungstyps angeordnet ist.

6. Integrierte Halbleiterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebiet (1) des ersten Leitungstyps keinen Anschlußleiter aufweist

7. Integrierte Halbleiterschaltung nach einem der " Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebiet (1) des ersten Leitungstyps leitend mit einem Punkt (25) der integrierten Schaltung verbunden ist, um diesen Punkt auf das Potential des Gebietes (1) des ersten Leitungstyps zu bringen. ^b0

8. Integrierte Halbleiterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebiet (1) des ersten Leitungstyps durch das Substrat der integrierten Schaltung gebildet wird.

9. Integrierte Halbleiterschaltung nach einem der ^b5 Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebiet (1) des ersten Leitungstyps durch ein gegen das Substrat (20) elektrisch isoliertes, inselförmiges

Gebiet gebildet wird.

10. Integrierte Halbleiterschaltung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter durch eine gleichrichtende Diode (30,31) gebildet wird, von der eine Seite (30) mit dem Gebiet (7) des zweiten Leitungstyps und die andere Seite (31) mit dem Zuführungsleiter (9) verbunden ist

11. Integrierte Halbleiterschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter durch einen Transistor (7,40, 41) gebildet wird.

12. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch

11, dadurch gekennzeichnet, daß der elektronische Schalter durch einen Feldeffekttransistor mit isolierter Gate-Elektrode (7, 11,12) gebildet wird, dessen Source- und Drain-Zonen durch das Gebiet (7) vom zweiten Leitungstyp und durch eine von diesem Gebiet getrennte Oberflächenzone (U) vom zweiten Leitungstyp, zu der der Zuführungsleiter (9) führt, gebildet werden.

13. Integrierte Halbleiterschaltung nach Anspruch

12, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldelektrodenschicht (8) eine Oberfläche aufweist, die mindestens zennmal, vorzugsweise mindestens fünfzigmal, größer ist als die Oberfläche der Gate-Elektrode (12) des Feldeffekttransistors zwischen dein Gebiet (7) vom zweiten Leitungstyp und der genannten Oberflächenzone (11) vom zweiten Leitungstyp.

14. Verfahren zum Betrieb einer integrierten Halbleiterschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß an die Gate-Elektrode (12) und an die Feldelektrodenschicht (8) Spannungen (Φι, Φ2) gleicher Polarität angelegt werden, wodurch unter diesen Elektroden Inversionsschichten (13,10) gebildet werden, wonach zunächst die Gate-Elektrodenspannung (Φι) und dann die Feldelektrodenspannung (Φ2) auf einen Wert herabgesetzt werden, bei dem die unter jeder dieser Elektroden vorhandene Inversionsschicht verschwindet.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß zum Anlegen der genannten Spannungen Taktspannungen verwendet werden, die ein anderes in der integrierten Schaltung enthaltendes Halbleiterschaltungselement betreiben.