DE2546609A1

DE2546609A1 - Mos-halbleiteranordnung

Info

Publication number: DE2546609A1
Application number: DE19752546609
Authority: DE
Inventors: Shiro Horiuchi; Michihiro Inoue; Takeji Kimura; Masaharu Sato
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1974-10-18
Filing date: 1975-10-17
Publication date: 1976-04-22
Also published as: FR2288397A1; IT1056151B; FR2288397B1; GB1527773A; DE2546609B2; US4025940A; DE2546609C3

Description

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Ii.C¹UHIC IJ¹IiU"STIiIiL Gu., LTD. Lsaka, Japan

BLe Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung mit IXjS-Aufoau (Me tall -Oxid schieb t-Halble iter) und insbesondere auf eine 1-.-JOS-Anordnung -nit variabler Impedanz, bei der die gewünschten Eigenschaften c.urch Anlegen einer steuernden Spannung an eine zusätzlich vorgesehene Elektrode der Anordnung ir.it !,!OS-Aufbau hervorgebracht werden.

Inipedanzvariable Anordnungen werden beispielsweise in Unterhaltsfunktionskreisen für indirekte Tastung in elektronischen musikinstrumenten eingesetzt. Genauer gesagt, ein UOS-EEiT (Feldeffekttransistor) wird zum Schalten des Tonsignals durch die Torspannung benutzt, die zur Durchführung der erwünschten indirekten Tastung gesteuert wird. Wird eine Taste in der Tastatur gedrückt, so wird eine Spannung an das Tor des JET angelegt, wodurch der IET in einen voll eingeschalteten Zustand gesteuert wird, so daß folglich die liusiksignale von dem EET durchgelassen werden. Gleichzeitig

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tig wird in einem zwischen das Tor des FiT und Sxde gelegten Kondensator eine Ladung gespeichert. Die iaipedanzvariable Anordnung ist hierbei dein Kondensator als iln tla dungs impedanzgl ie d parallel ge schaltet, ^ird die Taste also freigege"ben, so entlädt sich der Kondensator allmählich über das Sntladungsimpedanzglied, wodurch sich das Torpotential des FBT verringert. Der FET wird daher allmählich aus dem voll eingeschalteten Zustand in den Sperrzustand gesteuert, iuf diese Weise wird in der Musik eine gehaltene Tonwirkung hervorgebracht. Als lintladungsimpedanzglied ist vorzugsweise ein impedanzvariables Glied zu verwenden.

Bekannte Beispiele für ein solches herkömmliches impedanzvariables Glied sind ein Bipolartransistor, dessen Strom-Spannungs-Charakteristik zwischen den Kollektor und dem Emitter der Steuerung durch den Basisstrom unterliegt,und ein Feldeffekttransistor, dessen Strom-Spannungs-Charakteristik zwischen Quelle und Senke der Steuerung durch das Torpotential unterliegt. Abgesehen von den obigen Anordnungen kommen ferner in Betracht: (l) ein EET mit zwei Torelektroden, die an den beiden Snden eines Halblei te r-Torbereichs vorgesehen sind, wobei zwischen diesen beiden Torelektroden eine veränderliche Torspannung angelegt wird, um so den Strom zwischen Quelle und Senke zu verändern und hierdurch die Eigenschaften des FET zu beeinflussen, und (2) ein MOS-FET mit zwei zusätzlichen ohmschen Kontakten an den beiden linden des Kanalbereichs, wobei zwischen diesen Kontakten ein elektrisches Feld angelegt wird, um Grenzflächenladungen in die Doppeli solationsschxcht zu injizieren, so daß sich räumliche Änderungen in der Schwellenspannung ergeben, wodurch sich der Strom zwischen Quelle und Senke ändert und die Eigenschaften des FET beeinflußt werden. Die Strom-Spannungs-Charakteristiken zwischen Quelle und Senke dieser Anordnungen und der Bipolartransistoren sind sämtlich Pentodenkennlinie η ähnlich wie bei den üblichen Feldeffekttransistoren. IvHt anderen Worten, bei einer Erhöhung der Quelle-Senke-Spannung fällt die Stromzunahme kleiner aus als bei einer linearen Änderung, so daß man nach oben konvexe Kennlinien erhält, wenn eine in einem Kondensator gespeicherte Ladung über ein Bauelement entladen wird, in dem der Stromdurchgang der angelegten Spannung* linear proportional ist, d.h. über einen Widerstand, wobei sich die Spannung

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nung über dem Kondensator exponentiell verringert. Wird diese exponentiell abnehmende Spannung einem MOS-MüT zur indirekten Tastung zugeführt, so wird die zeitliche pegeländerung der Einhüllenden ei- nes Tonsignals schlaffer als die exponentiell Änderung, da der MOS-FET zur indirekten Tastung eine pentodenartige Charakteristik hat, d.ho eine Sättigungscharakteristik. Anders gesagt, das Verhältnis der In de rung, in der Anfangsperiode der Dämpfung fällt kleiner aus als das Terhältnis der exponentiellen Änderung.

Als Dämpfungscharakte ristik, d.h. als zeitliche Änderung des Pegels eines Tonsignals bei einem elektronischen Musikinstrument im Haltebetrieb ist eine solche zu bevorzugen, die exponentiell abnimmt oder rascher abnimmt als die exponentiell Verringerung zu Beginn der Dämpfung und allmählicher als die exponentielle Verringerung in der Endperiode.

Bevorzugt wird daher eine Charakteristik für ein Entlade element in einem ünterhaltskreis eines elektronischen iäisikinstruments in dem Sinne , daß die Strom-Spannungs-Kennlinie η nach unten konvex sind, d.h. der Anschluß strom wird bei einer Erhöhung der Anschluß spannung stärker als es der linear-proportionalen Änderung entspricht. Zum Ändern der Halte zeit bei einem elektronischen ilusikinstrument muß ferner die Liöglichkeit bestehen, den Anschluß strom über einen Steueranschluß zu ändern.

Durch die Erfindung wird eine impedanzvariable Anordnung mit MOS-Aufbau geschaffen, die zur Verwendung im Unterhaltskreis eines elektronischen Musikinstruments geeignet ist, deren Strom-Spannungs-Kennlinien nach unten konvex sind und die eine veränderliche Zeitkonstante im Haltebetrieb hat.

Die Erfindung hat zur Aufgabe, eine Anordnung mit WS-Aufbau zu schaffen, bei der die Steuerung des Kanalstroms über einen Anschluß erfolgt, bei dem es sich nicht um die Torelektrode handelt.

Die Erfindung hat des weiteren zur Aufgabe, eine Anordnung mit MO S-Aufbau zu schaffen, bei welcher der Kanal strom durch Änderung der Potentialverteilung im Quellenbereich gesteuert wird.

Die Erfindung hat weiterhin zur Aufgabe, eine Anordnung

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mit HOS-Aufbau zu schaffen, die zur Verwendung in einem elektronischen Musikinstrument geeignet ist und eine Charakteristik dahingehend hat, daß die Strom-Spannungs-Kennlinien nach unten konvex sind, d.h. daß der Strom zwischen den Anschlüssen bei einer Erhöhung der Spannung zwischen den Anschlüssen den Wert einer linearen Proportionalität überschreitet, und daß der Strom durch die an einem Steueranschluß oder an Steueranschlüssen angelegte Spannung gesteuert wird.

Die Erfindung hat weiterhin zur Aufgabe , eine Anordnung mit MOS-Aufbau zu schaffen, bei der die Steuerbarkeit durch eine an einen Steueranschluß oder an Steueranschlüsse angelegte Spannung verbessert ist.

BLe Erfindung hat weiterhin zur Aufgabe, ein Hauptschaltelement mit zweckdienlichem Aufbau zu schaffen, bei dem die Steuerbarkeit durch eine an einen Steueranschluß oder an Steueranschlüsse angelegte Spannung so verbessert ist, wie dies jeweils erwünscht ist.

Die Erfindung hat weiterhin zur Aufgabe, eine impedanzvariable Anordnung zu schaffen, bei welcher der beim Anlegen einer steuernden Spannung an einen Steueranschluß oder an Steueranschlüsse auftretende Verluststrom verringert ist.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine MO S-Halble i te ranordnung geschaffen, umfassend einen Feldeffekttransistor mit einem Quellenbereich, der zumindest teilweise aus einem widerstandsbehafteten Material gebildet ist, und mit mindestens zwei auf dem Quellenbereich vo rge sehe ne η Elektroden, wobei zumindest die eine dieser Elektroden zum Anlegen einer steuernden Spannung an den Quellenbereich zur Herbeiführung einer Potential verteilung im Quellenbereich, und zur Steuerung des Kanalstroms im QueHenbereich zwischen der Quelle und dem Senkebereich dient, um so eine veränderliche Impedanz verfügbar zu machen.

Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich, aus dem Zusammenhang der nachfolgenden Beschreibung anhand der beigegebenen Zeichnungen. Darin zeigen:

Fig. 1 eine schema ti sehe Oberansicht, in der beispielhaft ein herkömmlicher lIOS-Transistor dargestellt ist;

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Fig. 2 eine schema ti sehe Oberansicht einer die Erfindung verkörpernden impedanzvariablen Anordnung*

Fig. 3 eine schematische Oberansicht einer anderen Ausführungsform einer die Erfindung -verkörpernden impedanz variable η Anordnungi

Fig. 4 Kennlinien der Anordnung der Fig. 5i

Fig. 5 eine schematische Oberansicht einer impedanzvariablen Anordnung gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 6 eine schematische Oberansicht einer impedanzvariablen Anordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7 eine schematische Oberansicht einer impedanzvariablen Anordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung»

Fig. 8 ein Diagramm zur Veranschauliehung der Poteηtialverteilung im QtieHenbereich der Anordnung der Fig. 7»

Fig. 9 eine schematisehe Oberansicht einer impedanz variablen Anordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung»

Fig. 10a, 10b und 10c eine schematische Oberansicht und Querschnittsansichten, in denen der Aufbau einer impedanzvariablen Anordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beispielhaft konkretisiert ist* und

Fig. lla und lib eine schematisehe Oberansicht und eine Querschnittsansicht, in denen der Aufbau einer impedanzvariablen Anordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung beispielhaft konkretisiert ist.

Durch die Erfindung wird eine impedanzvariable Anordnung geschaffen, deren Strom-Spannungs-Charakteristik solcherart ist, daß sich der Strom zwischen den Anschlüssen, bezogen auf eine Spannungserhöhung zwischen den Anschlüssen, mit einer nach unten konvexen Kennlinie ändert, d.h. der Stromanstieg erfolgt rascher als es den Werten einer linearen Proportionalität zur Spannung entspräche, wobei der Strom durch die an einen Steueranschluß oder an Steueranschlüsse angelegte Spannung gesteuert wird.

^n folgenden sollen verschiedene Ausführungsformen der Erfindung

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findung unter Bezugnahme auf die beigegebenen Zeichnungen beschrieben werden.

In Fig. 1 ist ein nach dem Stand der Technik bekannter MOS-Transistor dargestellt, dessen Torelektrode mit der Senke elektrode verbunden ist, wobei mit der Bezugszahl 1 der Senkebereich bezeichnet ist, mit der Bezugszahl 2 die Torelektrode, mit der Bezugszahl 3 der Quellenbereich, mit der Bezugszahl 4 ei*¹ Torschnittbereich, wobei die schraffierte Hache den Kanalbereich darstellt, wobei ferner mit der Bezugszahl 5 ei*¹ äußerer Anschluß bezeichnet ist, mit der Bezugszahl 9 eine Elektrode für den Senkebereich 1, mit der Bezugszahl 10 eine Elektrode für den Quellenbereich 3» mit der Bezugszahl 6 eine Verbindungsleitung zwischen der Senke elektrode 9 und <3-^em äußeren Anschluß 5, mit der Bezugszahl 7 eine weitere Yerbindungsleitung zwischen der Torelektrode 2 und dem äußeren Anschluß 5 und mit der Bezugszahl 8 eine Yerbindungsleitung zwischen der Quellenelektrode 10 und dem Substrat. Bekanntlich kann der Strom I in einem aus einem η-Halbleiter gebildeten ρ-Kanal-Transistor als Funktion der Spannung Y über dem Kanal ausgedrückt werden:

χ =-I (v-v² . C-)

worin V_ eine Schwelle η spannung bezeichnet und ß eine Konstante, die sich aus dem verwendeten Material, dem Aufbau usw. bestimmt und die nach Fertigstellung der Vorrichtung durch Anlegen einer äußeren Spannung usw. nicht beeinflußbar ist. Durch die Erfindung wird es ermöglicht, die parameter ß und V_ in einer Ersatzschaltung von außen elektrisch zu beeinflussen. Eine Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 2 gezeigt. Diese Figur zeigt eine aus einem η-Substrat ausgebildete ρ-Kanal anordnung ähnlich der Anordnung der Fig. 1. Die Bezugszahlen, die denen der Fig. 1 gleichen, bezeichnen entsprechende Teile. Der Quellenbereich 3 ist an den beiden Enden mit zwei Elektroden 101 und 102 versehen. Die Elektrode 101 ist durch eine Verbindungsleitung 81 mit dem Substrat verbunden und die andere Elektrode 102 ist durch Verbindungsleitungen 82 und 83 mit dem Substrat bzw. mit einer Regelspannungsquelle 11 verbunden. Der Quellenbereich 3 ist aus einem p-Halbleiter gebildet, der bei dieser Ausführungsform einen spezifischen Schichtwiderstand von 5 Kiloohm pro Flächeneinheit hat. Geht man

davon

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— j —

davon aus, daß die Spannungsquelle 11 eine Spannung Y liefert, daß der Quellenbereich 3 aus einem widerstandsbehafteten Material mit einheitlicher Breite gebildet ist und daß an dem Anschluß 5 keine Spannung erscheint, so ändert sich das Potential Y im Quellenbereich 3 in seitlicher Sichtung linear von Y bis Null.

Es ist allgemein bekannt, daß die Charakteristiken eines LIOS-Transistors mit einem Quellenpotential über dem des Substrats annähernd durch die Gleichung (l) wiedergegeben werden können, wenn man Y + *&5T_ für T-, einsetzt. Die Größe *Y ist hier auf den "Körpereffekt" zurückzuführen. Da weiterhin die Quelle-Senke-Spannung um das Quellenpotential Y erniedrigt wird, ergibt sich für die Strom-

Spannungs-Charakteristiken der Anordnung der S"ig. 2

_τ = _! (ν. Y_s -Y_T-AY_Tf (2)

Bei dieser Ausführungsform der MOS-Anordnung sind die Spannungen Y,

Y , Y_, ΛΥ und Y sämtlich negativ,
CxX s

Y = O bis -15 YoIt,
Y - 0 bis -15 YoIt,

y_t * -ι Yo.it,

■ΔΥ hat einen negativen Wert, der sich aus dem Quellenpotential Y J. s

bestimmt, und der Absolutwert von Y , fAY„f , erhöht sich mit steigenden Werten von JY J.

Nun ändert sich bei der Anordnung der Fig. 2 das Quellenpotential im Portschreiten von rechts nach links von lull bis Y .

Der Körpereffekt ΙδΎ~\ ist mithin ebenfalls am äußersten linken Ende der Quelle am größten und ist am äußersten rechten Ende annähernd Null. Wie nämlich gleichfalls aus Gleichung (2) hervorgeht, ist der Körpereffekt I^V I um so größer und ist folglich die Stromabnahme um so stärker, je mehr man sich dem linken Ende nähert. Mit anderen Worten, bei der Anordnung der Fig. 2 ist der Stromfluß von der Senke zur Quelle nicht einheitlich, sondern verringert sich in seitlicher Richtung gegen das linke Ende. Bei einer Erhöhung des Wertes für jY₀/ nimmt das Yerhältnis des Stromabfalls zu. Genauer, der Gesamt-' strom zwischen der Senke und der Quelle wird durch den Wert von lY I

beeinflußt

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beeinflußt.

In Fig. 5 ist eine andere Ausführungsform der Lrfindung dargestellt, wobei diejenigen Teile, die den in Fig. 1 und 2 gezeigten entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen versehen sind wie dort. In Fig. 3 bezeichnet die Bezugszahl 41 einen Torschnittbere ich, der in Unterschied zu der Eechteckform der Fig. 2 streifenförmig ausgebildet ist. Wird bei der Anordnung der Fig. 2 die Spannung /V / an dem Anschluß 102 erhöht, so wird der Kanalstrom in der in der Betrachtungsrichtung rechten Seite konzentriert. Da das Tor bei der Anordnung der Fig. 3 streifenförmig ausgebildet ist, fließt der Strom entlang dieser Streifen und die Stromkonzentration in der Hähe einer Quellenelektrode wie im Fall der Anordnung der Fig. 2 tritt nicht ein. Die Steuerbarkeit des Kanalstroms durch die Spannung Y ist

daher bei der Anordnung- der Fig. 3 im Vergleich zur Anordnung der Fig. 2 verbessert.

Die Beziehungen, die bei der Anordnung der Fig. 3 hei gleicher Torbreite W und Torlänge L im Fall einer änderung des Parameters Y zwischen der zwischen dem Anschluß 5 und dem Substrat angelegten

Spannung und dem Kanalstrom bestehen, sind in Fig. 4 wiedergegeben.

wie aus Fig. 4 hervorgeht, kann der Kanal strom I annähernd ausgedrückt werden durch

ι * κ (ν - y_t)²

worin K dem Einfluß der steuernden Spannung Y unterliegt und durch

Änderung von Y zwischen 0 und -15 YoIt etwa um den Faktor vier zu

verändern ist.

Fig. 5 zeigt eine weitere Au sfüh rungs form, bei der die Steuerbarkeit des Kanalstroms durch die Spannung V verbessert ist.

In Fig. 5 sind Teile, die den in Fig. 1 bis 3 gezeigten ähnlich sind, jeweils auch, mit den entsprechenden Bezugszahlen versehen. Bei der Anordnung der Fig. 5 nimmt der Abstand von der Quelle zur Senke zu, je mehr man sich von der Seite des Anschlusses 102 der Seite des Anschlusses 101 nähert. Ist die spannung Y der Spannungsquelle 11 gleich Null, so ist die Stromdichte in der Nähe des Anschlusses 102 wegen des kürzeren Quelle -Senke-AbStandes höher. Im Fortschreiten

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zu· Anschluß 101 nimmt die Stromdichte ab. V/ird die Spannung γ mit negativem Vorzeichen erhöht, so wird der Strom in der lli-he des Anschlusses 102 schwächer, wogegen die Stromdichte in der Fähe des Abschlusses l^ül nicht nennenswert abfällt, doch ist die Stromdichte nahe dem Anschluß 101 von vornherein gering. Las Ab fall verhältnis im Oe samtkanal strom ist somit hoch und die Steuerbarkeit des Kanal stroms durch die steuernde Spannung V ist daher bei dieser Ausführungsform im Vergleich zur Ausführungsform der Fig. 2, bei der sich der Quellenbereich parallel zum Senke bereich erstreckt, verbessert.

natürlich kann der Torbereich bei der Anordnung der Pig. 5 aber auch streifenförmig ausgebildet sein, wie es bei der Anordnung der Ig. 3 der Pail ist.

Sine weitere Ausführungsform der impe danzvariablen Anordnung ist in Fig. 6 dargestellt, in der zur Bezeichnung entsprechender Teile die Bezug-szahlen der voraufgegangenen Figuren übernommen wurden. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Teilbereiche mit unterschiedlichen Quelle-Senke-Ab ständen einander parallel ge schaltet. In dem Bereich mit dem größeren Quelle-Senke-Ab stand ist eine an dem einen Ende des Quellenbereichs vorgesehene Quellenelektrode 101 geerdet, während an eine an dem anderen Ende dieses Bereichs vorgesehene weitere Quellenelektrode 102 aus einer zwischen diese Elektrode 102 und Erde gelegten Spannungsquelle 11 eine Spannung Y angelegt v/ird. In dem Bereich mit dem kürzeren Quelle-Senke-Ab stand wird das Potential Y an dem einen Ende des Quellenbereichs angelegt und am anderen Ende wird aus einer anderen Spannungsquelle 12 über eine Elektrode 105 sowie Leitungsdrähte 84 und 85 ein anderes Potential Y angelegt.

Ss soll nun die Betriebsweise dieser Ausfiihrungsform beschrieben werden. Ist die Vorspannung Y auf Bull gestellt und wird

die andere Vorspannung V „ von Hull bis zu einem bestimmten negativen Wert wie beispielsweise -15 Volt verändert, wobei an die Senkeelektrode 5 eine Spannung von -15 Volt angelegt wird, so verringert sich die Stromdichte in dem linken Halbbereich mit dem kürzeren Quelle-Senke-Ab stand wegen der herabgesetzten Feldstärke. Wird nun das Potential V allmählich bis auf einen höheren negativen Wert wie

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ate -15 Volt verändert, .ilhrend ä&s andere Potential T „ unverändert bleibt; so nii/iiit der Strom in dem linken Halbbereich nit de a kürzeren Quelle-Senice-Abstand weiter ab und hört schließlich ganz auf, während sich der Ütroci in dem rechten Halbbereich mit dem größeren Quelle-Senke-Abstand in ähnlicher Weise wie bsi der Ausführunggform der Fig. 2 verringert.

Obenstehend wurde davon ausgegangen, daß zuerst das Potential V _ verändert wird und dann das andere Potential V . !Tan kann c2 c

auch an die beiden elektroden 102 und 103 die gleiche Spannung anlegen, also 7 ₉ = T , und die Spannung dann gleichzeitig verändern, ofer man kann die Potentiale Y _o und V unter Einhaltung eines bestimmten wechselseitigen Verhältnisses verändern. Man kann also beim Anlegen der Vorspannung in unterschiedlicher Weise zu Werke gehen, um die gewünschte Steuerbarkeit zu erzielen.

?fi.e aus dem Gesagten hervorgeht, läßt sich die Steuerbarkeit der anordnung bei der Ausführungsform der Fig. 6 willkürlich festlegen, indem man die Quelle-Senke-Ab stände und die Kanalbreiten im rechten und im linken Teil sowie die Art und Weise der Veränderung der steuernden Spannungen Y-_ und V beliebig wählt. Es liegt ferner auf der Hand, daß auch bei dieser Ausf ührungsf ο rm die Torbereiche streifenförmig ausgebildet sein können, wie es bei der Ausführungsform der Fig. 3 der Fall ist, oder aber trapezförmig, so daß sich der Quelle-Senke-Abstand wie bei der Ausführungsform der Fig. kontinuierlich ändert, oder es läßt sich auch beides miteinander kombinieren.

Eine weitere Ausführungsform ist in Fig. 7 dargestellt, wobei auch hier die den Teilen der voraufgegangenen Ausführungsforiaen entsprechenden Teile jeweils mit den betreffenden Bezugszahlen versehen sind. Bei der Ausführungsform der Fig. 7 ist vorgesehen, daß ein aus einer widerstandsbehafteten Schicht bestehender Quellenbereich 31 in der Nähe de s Anschlusses 101 eine geringere Breite aufweist und daß sich seine Breite gegen den anderen Anschluß 102 fortschreitend erhöht.

Bei der Anordnung der Fig. 2 änderte sich die Potential verteilung im Quellenbereich fast linear von V bis Kuli, wogegen sich

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— Xl —

"cei der iUisf ührungsfom der Fig. 7 der "ddorstand pro Längeneinheit im Fortschreiten von der linken zur rechten Seite des Quellenbereichs 31 -.regen des verringerten querschnitts erhöht, so da!? die Potentialverteilung nicht mehr linear ist und der Po te η ti al abfall pro Längeneinheit in der Amäherung an den Anschluß 101 größer wird. Im Vergleich zum Fall der Anordnung der Fig. 2 ninait also die Quellenvorbpannung im Zwischenbereich beim Arbeiten mit der gleichen steuernden Spannung T tiefere (negativere) Werte an. In Fig. 8 ist die

Potential verteilung im Quellenbereich für die Fälle der Anordnungen der Fig. 2 und 7 dargestellt. Die Ordinate stellt das Potentialniveau dar und die Abszisse die jeweilige Lage im Quellenbereich. In der Figur gibt die Gerade I die Potentialvertellung im Quellenbereich bei der Anordnung der Fig. 2 wieder, während sich die Kurve II auf die Anordnung der Fig. 7 bezieht. Da das Quellenvorspannungspotential im Vergleich zum Fall der Fig. 2 tiefer ausfällt, tritt die Abnahme des Kanalstroms bei gleicher steuernder Spannung V stärker hervor, τ/ie dies auch aus Gleichung (2) hervorgeht. Dies ist gleichbedeutend mit einer verbesserten Steuerbarkeit des Kanalstroms durch die gleiche steuernde Spannung V . Obwohl sich die 3reite der wider-

standsbehafteten Quellenschicht bei der Ausführungsform der Fig. 7 linear ändert, läuft das Grundkonzept dieser Ausführungsform darauf hinaus, die Breite des Quellenbereichs oder den ',Yiderstand pro Längeneinheit so zu ändern, daß eine Änderung der Potential verteilung im ,Jie 1 Ie nbe reich gemäß einer bevorzugten Form eintritt. Die Breitenänierung der widerstandsbehafteten Quellenschicht muß mithin nicht notwendigerweise linear erfolgen, sondern es ist auch eine quadratische, stufenförmige und ähnliche Ausbildung möglich, so daß die Steuerbarkeit des Kanal stroms durch die steuernde Spannung V einem ge-

wünschten Typ entsprechen kann.

Fig. 9 zeigt eine weitere Ausführungsform des impedanzvariablen Gliedes, bei der ein Que 11 enbereich mit ähnlichem Aufbau wie in Fig. 7 und ein Basisbereich mit ähnlichem Aufbau wie in Fig. 5 vorgesehen sind. Von der in der Betrachtungsrichtung linken Seite (Anschluß 102) zur rechten Seite (Anschluß 101) vergrößert sich der Quelle-Senke-Abstand, während die Breite des Quellenbereichs all nimmt. Anders gesagt, v/o der Quelle-Senke-Ab stand klein (groß) ist, dort

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ist die Breite des Quellenbereichs groß (klein). Die Anordnung der Fig. 9 i st daher in der Steuerbarkeit durch die steuernde Spannung V jener der Fig. 5 in ähnlicher Weise überlegen:, wie die Anordnung

der Fig. 7 hinsichtlich der Steuerbarkeit jener der Fig. 1 überlegen ist. Ferner hat das Halbleiterbauelement bei einem Aufbau gemäß Fig. eine annähernd rechteckige Form. Dies bringt den Torteil mit sich, daß der Verlustraum in einem Halbleiterblock kleiner ausfällt, beispielsweise wenn die Schaltung auf einem Block oder Chip integriert wird.

Haeh. dem Gesagten ist klar, daß auch bei der Anordnung der Fig. 3} die ein streifenförmiges Tor aufweist, bei der Anordnung der Fig. 6, bei der mehrere steuernde Elektroden vorgesehen sind, und bei Kombinationen der Anordnungen der Fig. 2, J₁ 5 und 6 die Breite der wi de rs tandsbehafteten Quellenschicht räumlich so verändert werden kann, daß die Steuerbarkeit durch die steuernde Spannung V ver-

bessert wird und mithin eine gewünschte Steuerbarkeit zu erzielen

Bei einer Anordnung mit dem Aufbau der Fig. 5 j die jedoch mit dem in Fig. 3 gezeigten streifenförmigen Tor versehen war, konnte der Kanalstrom (bei einer Senke spannung von -15 ToIt) durch Verändern der steuernden Spannung T von Mull bis -15 ToIt um einen Faktor von etwa 30 geändert werden. Durch Abänderung des Quellenaufbaus dieser Anordnung zu der in Fig. 9 gezeigten Ausbildung, wobei sich die größte Breite dann annähernd auf das Fünffache der kleinsten Breitenabmessung belief, ließ sich erreichen, daß der Kanalstrom bei einer ähnlichen Änderung der steuernden Spannung einer Änderung um · einen Faktor von etwa 100 unterlag.

Bei den obigen Ausführungsformen ist der Anschluß 101 durch einen Leitungsdraht 81 an ein llormalpotential gelegt. Dieses Normalpotential fällt möglicherweise nicht mit dem Potential des Rücktors (Substrats) des MOS-Transistors zusammen. Wenn sich das Hormalpotential von dem Potential des Substrats unterscheidet, so braucht zu T nur der Körpereffekt addiert zu werden, worauf kein wesentlicher Unterschied zu den obigen Ausführungsformen mehr besteht.

Weiterhin können die Torelektroden bei den obigen Ausführungsformen

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rungsformen aus Materialien bestehen, wie sie allgemein auf diesem Gebiet in Anwendung komnen, etwa aus Metallen wie beispielsweise Aluminium oder aus polykristallinem Silicium.

Bei den obigen Ausführungsformen war die !!torelektrode stets mit der Senkeelektrode verbunden, doch ist diese Art der Verbindung nicht in einem die Erfindung einschränkenden Sinn aufzufassen. Das Torpotential kann in einer bestimmten Relation zum Senkepotential verändert oder unabhängig vorgegeben werden. Abänderungen wie diese fallen natürlich in den Eahmen der Erfindung.

Bei der impedanzvariablen üiOS-Anordnung wird der Senkebereich vorzugsweise in Form einer Schicht mit hinlänglich geringem Widerstand ausgebildet. Wird an eine Elektrode auf dem Quellenbereich eine steuernde Spannung angelegt, so kann anderseits der Quellenbereich von einem dem Kehrwert des Widerstandes über dem Quellenbereich entsprechenden Strom durchflossen werden. Ist also der liderstand des Quellenbereichs zu gering, so ergeben sich Probleme etwa hinsichtlich der Wärmeerzeugung, bedingt durch den Verluststrom, der den Quellenbereich durchfließt. Ber im folgenden beschriebene Aufbau und die vorgesehenen Fertigungsschritte sind geeignet, solche Verlustströme auf hinlänglich niedere Werte zuverringern. Eine geeignete Ausführungsform ist in Fig. 10a und 10b dargestellt, wobei es sich bei Hg. 10b um eine Querschnittsansicht in einem entlang der Linie XB-XB¹ gelegten Schnitt handelt. In den Figuren bezeichnet die Bezugszahl 21 eine Schicht aus polykristallinem Silicium. In dem mit einem Torschnittbereich 41 überlagerten Bereich stellt die schraffierte Fläche den Kanalbereich dar. Ein Senkebereich 301 und Quellenkontakte 32 und 33 sind aus einer p-üffusionsschicht mit einem spezifischen Schichtwiderstand von etwa 100 0hm pro Flächeneinheit ausgeformt, die in dem Bereich vorgesehen ist, der nicht durch den Torschnitt mit polykristallinem Silicium versehen wurde, wozu man sich der Selbstausrichtungsmethode bedient. Eine p-leitende Schicht 31 wird vor der Bildung des Torschnitts ausgeformt und hat einen spezifischen Schichtwiderstand von etwa 5 Kiloohm pro Flächeneinheit. Ein n-Substrat 200 hat einen spezifischen "Widerstand von 2 bis 4 Ohmzentimeter, line Toroxidschicht 210 weist eine Stärke von etwa 1200 i auf, eine Feldoxidschicht 220 hat eine Stärke von etwa 6000 i und

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eine durch chemische Dampfphasenabscheidung aufgebrachte SiOp-Schicht 230 hat eine Stärke von etwa 4OOO A.

Da der Quellenbereich 31 unabhängig von der ρ -Schicht des Senkebereichs 301 und den Quellenkontaktbereichen 32 und 33 gebildet wird, kann für den Quellenbereich 31 ^ein Widers tandswert "beliebig gewählt werden, um den Ye rlu st strom auf einen Tiefstwert herabzusetzen. Für den Fall, daß das erfindungsgemäße Bauelement zusammen mit anderen Schaltelementen in einen Halbleiterblock integriert werden soll, können weiterhin die Hochfrequenzeigenschaften der übrigen Schaltelemente hochgradig erhalten bleiben, indem man so vorgeht, daß die anderen Elemente mit Silicium-Tor-MOS-Transistoren nach der Selbstausrichtungsmethode ausgebildet werden, daß Quelle und Senke dieser Transistoren mit einer Diffusionsschicht mit einem spezifischen Schichtwiderstand von beispielsweise etwa 200 Ohm pro Flächeneinheit ausgebildet werden und daß nur der Quellenbereich des impedanzvariablen Gliedes mit einer weiteren Diffusionsschicht mit hohem spezifischen Schichtwiderstand ausgebildet wird.

Fig. 10c ist eine Querschnittsansicht, in der beispielhaft eine Anordnung gezeigt ist, bei der das erfindungsgemäße Schaltelement zusammen mit einer komplementären MOS-Schaltung (im folgenden kurz als C-M)S bezeichnet) in dem gleichen Halbleiterblock ausgeformt ist. Bei dieser Anordnung bezeichnen die Bezugszahlen 401 und 402 die Torelektroden eines η-Kanal -MOS-Transistors bzw. eines p-Kanal-MOS-Transistors, während die Bezugszahlen 403 und 404 jeweils Toroxidschichten bezeichnen. Die Bereiche 405 und 406 stellen die Quelle bzw. die Senke des η-Kanal-MOS-Transistors dar, ausgeformt in einem p-Schacht 4OO. Die Bereiche 407 und 408 stellen die Quelle und die Senke des ρ-Kanal-MO S-Transistors dar. Der Quellenbereich 31 kann gleichzeitig mit dem iertigungsschritt zur Erzeugung des p-Schachts des η-Kanal-MOS-Transistors ausgeformt werden und das erfindungsgemäße Schaltelement kann daher im Herstellungsgang des C-MOS-IC integriert Herden.

Der spezifische Schichtwiderstand des p-Quellenbexeichs Jl liegt vorzugsweise in einem Bereich von der Größenordnung des effektiven spezifischen Schichtwider standee des Kanalbereichs bis etwa zu

einem

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einem Zehntel dieses 'Wsrts. Allgemein liegt der effektive spezifische Schichtwiderstand des Kanals bei einem p-Kanal-Silicium-HCS-BauelenBnt, "bei dem an das Tor eine Vorspannung von -10 Volt ange- legt wird, in der Größenordnung von 25 Kiloohra pro Flächeneinheit. Für den ρ—Quellenbereich 31 ist daher ein spezifischer Schichtwiderstand von 2,5 Ms 25 Kiloohni pro Flächeneinheit zu bevorzugen. Eine p-Schacht-Schieht hat einen spezifischen Schichtwiderstand von etwa 5 Kiloohm pro Flächeneinheit und man kann daher den Quellenbereich 31 und den p-Schacht zweckdienlich gleichzeitig ausformen. Zur Herstellung der Schächte kommen Niederdotierungs-Diffusionsverfahren in Anwendung, wie etwa das Ionenimplantationsverfahren oder ein Dotierungso xi dve rfahre η.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist in Fig. 11a und 11b dargestellt, wobei es sich bei Fig. 11b um. eine Schnittansicht entlang der Linie XIE-XIB' der Fig. 11a handelt. In diesen Figuren sind diejenigen Teile, die denen der voraufgegangenen Figuren entsprechen, mit den gleichen Bezugszahlen versehen wie dort. Bei dieser Ausführungsform ist die Anordnung der Fig. 10a und 10b noch zusätzlich mit einer p-Schicht 302 versehen, Die p-Schicht 302 wird durch den gleichen Verfahre ns schritt ausgeformt wie der p-Quelleribereich 31· Bei der Anordnung der Fig. 10a und 10b ist der Quelle-Senke-Abstand der Abstand zwischen den Bereichen 301 und 315 die mit unterschiedlichen Photomasken gestaltet werden. Deckungsfehler dieser Photomasken führen daher unmittelbar zu einer Streuung im Quelle-Senke-Abstand. Bei der Anordnung der Fig. 11a und 11b ist der Quelle-Senke-Abstand hingegen der Abstand zwischen den Bereichen 302 und 31 j <üe mit der gleichen Photomaske ausgebildet werden. Es kann mithin niemals zu einer solchen Streuung im Quelle-Senke-Abstand, bedingt durch einen Deckungsfehler der Photo masken, kommen. Da die Quelle- und Senkeelektroden zudem sämtlich mit ρ-Diffusionsbereiche η verbunden sind, kann weiterhin durch Aufbringung von Aluminium usw. jeweils ein hinreichend guter ohmscher Kontakt hergestellt werden.

Wie aus der obigen Beschreibung hervorgeht, kann der auf das Anlegen einer steuernden Spannung zurückzuführende Verluststrom weit genug herabgesetzt werden, indem man nur den widerstandsbehafte-

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ten Quellenbereich in Form eines Bereichs mit hohem spezifischen Schichtwiderstand ausbildet, !ferner ist auch die Hethode der Ausbildung eines Quellen- oder eines Senkebereichs mit einer Schicht von hohem spezifischen Schichtwiderstand in dieser Art weithin für Bauelemente vom MOS-Typ anwendbar, bei denen man sich den Potentialabfall oder die Potential-verteilung im Quellen- oder Se nice be reich zunutze macht.

Wie vorstehend beschrieben wurde, wird durch die Erfindung ein iinpedanzvariables Glied geschaffen, das nach unten konvexe Strom-Spannungs-Kennlinien aufweist, die auch von einer steuernden Spannung beeinflußt werden, .die an einen Steueranschluß oder an Steueranschlüsse angelegt wird.

Die obigen Ausführungsformes haben die Po te η ti al verteilung im Qne1Ie nbereich eines MOS-SlT₅ doch läßt sich ohne weiteres auch ein IiDS-IST mit PotentialTreirbeilTLng im Senkebexeieh. herstellen, indem man den Senkebereich aue einem widerstandsbehafteten Material ausformt und auf dem Senke be reich, mindestens zwei Elektroden v-or- siBhi-f um zumindest- an die eins diesei Elektroden eine steuernde Spannung anzulegen. Wird dieses Bauelement als impedanzraxiables Glied zum Entladen eines Kondensators in der Halteschaltung eines elektronischen Musiki ns trujse nt s verwendet, so vermittelt dies die folgenden Torteilei (l) Die Einhüllende eines Bämpfungstoiisignals dämpft in der Be iriebs»eise des Hai te be triebe s sehr rasch in der ersten Halbperiode der Dämpfung, um hierauf in der z-weiten Halbperiode der- Dämpfung langsam zu dämpfen, so daß eine äußerst natürliche ]}ämpfungscharakteristik entsteht* (2) die Uämpfungszeitkonstante kann leicht verändert -wexden, indem man die an die Stauexelektrode des eyfindungsgemäßen. Bauelements angelegte Bteuemäs Spannung än~ äexi UBV, J3as erfindmigsgemäße Bauelement ist ein GrundschalteleEient, das in -to rechte Φιβγ !feise ireTwenöet -weTüen iann. Bei spiel sisei se kann das erfindung-sgsaäSe Bauelement sit eiitasa üondensator usw. kombiniert -serden, um die DämpfungshüllSteuerung von 2eitsignal tönen in einer elektronischen Uhr vorzunehmen und einige ??enige Arten von. langen und kuxzen Seit signal tönen zu erzeugen. He Erfindung· ist sorait vielseitig verwendbar.

Patsaatanspxiiciie

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Claims

patentansOrüche

ί l.\äDS-Halbleiteranordnung (Anordnung vom Ketalloxid-Halblei tertyp) , gekennzeichnet durch einen Feldeffekttransistor aiit einem zumindest teilweise aus einem widerstandsbehaf te te η Material ausgeformten Quellenbereich (3) und mindestens zwei an dem Quellenbereich (3) vorgesehenen Elektroden (lOl, 102), wobei zumindest an die eine die ser Elektroden (lOl, 102) zur Herbeiführung einer Potentialverteilung im Quelle nbe reich (3) und zur Steuerung des Kanal Stroms im Kanal be reich zwischen dem Quelle nbe reich (3) und dem Senkebereich (l) und mithin zur Yerfügbarmachung einer variablen Impedanz eine steuerbar veränderliche Spannung anlegbar ist.
2. MOS-EaIbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Feldeffekttransistor einen zumindest teilweise streifenförmig ausgebildeten Kanalbereich umfaßt, wobei der Kanal strom entlang der Streifen leitbar ist.
3- IJOS-Ealbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Quelle-Senke-Abstand nahe der zumindest einen, für die Zuführung einer steuernden Spannung vorgesehenen Elektrode (102) kürzer ist als nahe der anderen Elektrode (lOl).
4· IIOS-Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des Quelle nbe reiche (31) nahe der zumindest einen, für die Zuführung einer steuernden Spannung vorgesehenen Elektrode (102) größer ist als nahe der anderen Elektrode (lOl).
5- HOS-HaIbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil des Quellenbereichs (31) durch einen Bereich mit höherem spezifischen Schichtwiderstand als der Bereich (301) für die Abzweigung einer Ssnkeelektrode gebildet ist.
6. MOS-Halbleiteranordnung nach Anspruch 5j dadurch gekennzeichnet, daß der Bereich (3l) mit hohem spezifischen Schichtwiderstand im gleichen Ye rf ahrens schritt wie dem zur Ausbildung eines Schachts (400) in einem in den gleichen Halbleiterblock integrierten Komplementär-MOS-IC ausgeformt ist.
7· MOS-Halbleiteranordnung, gekennzeichnet durch einen Feldeffekttransistor-Aufbau mit einem Senke bereich (l), einem Kanalbereich,

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einem zumindest teilweise t.u a einen widerstandsbehafteten liaterial ausgeforinten ^ue] lenbereich (3), siner an dem _;,.uellenbereich (3) vorgesehene ε ersten Elektrode (lOl) zuia Anlegen eines ^τ:Όηαα1ροΐβη-tials an den Wellenbereich (3) und einer an dem Quellenbereich (3) vorgesehenen zweiten elektrode (102) zum Anlegen einer steuernden Spannung an den Quellenbereich (3)? wobei durch Steuerung des Kanalstroms ί'Λ Xanalbereich zwischen dem Q,ue 11 enbe reich (3) und dem Senkebereich (l) durch die steuernde Spannung eine variable Impedanz erhältlich ist.
8. IJDS-Halbleiteranordnung nach Anspruch 7? dadurch gekennzeichnet, daß der Kanalbereich, zumindest teilweise streifenförmig ausgebildet ist, wobei der Kanal strom entlang der Streifen leitbar ist.
9. iiOS-Halbleiteranordnung nach Anspruch 7? dadurch gekennzeichnet, daß der Quelle-Senke-Abstand, im Fortschreiten von der ersten Elektrode (lOl) zui' zweiten Elektrode (l02) kurzer wird.
10- lilGS-Halbleiteranordnung nach Anspruch 7 > dadurch gekennzeichnet, daß die Breite des ^uellenbereichs (31) im Portschreiten von der ersten Elektrode (lOl) zur zweiten Elektrode (102) größer wird.
11. MO S-Halble i teranordnung nach Anspruch f , dadurch gekennzeichnet, daß der Quellenbereich (31) zumindest teilweise aus einer Schicht mit höherem spezifischen Schichtwiderstand als dem des Senkebereichs (301), an dem eine Senkeelektrode abzweigt, ausgeformt ist.
12. MOS-Halbleiteranordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die¹ Schicht mit hohem spezifischen Schichtwiderstand im Zuge der gleichen Verfahre ns schritte ausgeformt ist, die zur Ausbildungeines Schachts (4OO.) eines in dem gleichen Halbleiterblock vorhandenen Eomplementär-KOS-IC vorgesehen sind.

13· MQS-Halbleiteranordnung, gekennzeichnet durch einen Feldeffekttransistor-Aufbau mit einem Senkebereich (lj 301). einem Kanalbereich, einem Quellenbereich (3; 31) und Elektroden (lOl, 102; 103), die im Sinne der Herbeiführung einer Potential verteilung zumindest entweder in dem Quellenbereich.-(3; 31) oder in dem Senkebereich (I5 3d) beim Anlegen einer Spannung an die Elektroden (lOl, 102| IO3) angeordnet sind.

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4· -lOS-Ilalblei türanordnung ns.ch Anspruch Iy, dadurch gekennzeichnet, ^A?il αεχ zur "Ie rbeif Uhrung einer Potential verteilung vorgesehene • 32reich zumindest teilweise aus einer Schicht ;uit höherem spezifischen Scliichtirdderstaiid als cle:i; des anderen Bereichs, nämlich des .uellenberoichs (3 ■. 31) oder des Se nice te reich β (it 3Ol), ausgeformt ist.

5· . GS-ZaI"blei-türanordnung nach Anspruch 13. dadurch gekennzeichnet, öaß die Schicht mit hohem spezifischen Schichtwiderstand ia Zuge öer gleichen Te rf&hre ns schritte ausgeformt ist, die zur Äusbilduns eines Schachts (400) eines in den gleichen Ealbleiterblock vorhandenen Koüapleinentär-ijOS-IC vorgesehen sind.

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