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DE2812378A1 - Halbleiterschaltung mit mindestens zwei in einem halbleiterkristall vereinigten feldeffekttransistoren - Google Patents

Halbleiterschaltung mit mindestens zwei in einem halbleiterkristall vereinigten feldeffekttransistoren

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DE2812378A1
DE2812378A1 DE19782812378 DE2812378A DE2812378A1 DE 2812378 A1 DE2812378 A1 DE 2812378A1 DE 19782812378 DE19782812378 DE 19782812378 DE 2812378 A DE2812378 A DE 2812378A DE 2812378 A1 DE2812378 A1 DE 2812378A1
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circuit
semiconductor
ground
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DE19782812378
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Roland Dipl Ing Ernst
Kurt Dr Ing Hoffmann
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Siemens Corp
Original Assignee
Siemens Corp
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Description

SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT Unser Zeichen Berlin und München VPA 78 P 1 O 4 3 BRD
Halbleiterschaltung mit mindestens zwei in einem
Halbleiterkristall vereinigten Feldeffekttransistoren
Die Erfindung betrifft eine Halbleiterschaltung mit mindestens zwei in einem Halbleiterkristall vereinigten Feldeffekttransistoren mit isolierten Steuerelektroden und übereinstimmendem Leitungstyp ihrer Quellen- und Senkenzonen, die gemeinsam von einem Halbleiterbereich des entgegengesetzten Leitungstyps umgeben sind, bei der ein einen Oszillator und einen Regelkreis mit einem Schwellenspannungsdetektor aufweisender Generator zur Erzeugung einer zwischen den Halbleiterbereich des entgegengesetzten Leitungstyps und Masse zu legenden Hilfsspannung νβΒ vorgesehen und bei der diese Hilfsspannung Vg3 über eine am Ausgang des Generators vorgesehene Pumpschaltung an die zu beaufschlagenden Teile der HaIbleiterschaltung gelegt wird.
Eine derartige Halbleiterschaltung ist in "Electronics, Sept. 16, 1976, S. 42" und in »1976 IEEE International Solid-state Circuits Conference, S. 56/57" angegeben. Bei diesen Halbleiterschaltungen pumpt der mitintegrier-
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te und ebenfalls in MOS-Technik realisierte Substratvorspannungsgenerator elektrische Ladungen in den die stromführenden Zonen der Feldeffekttransistoren umgebenden und gewöhnlich als Substrat bezeichneten Bereich vom entgegengesetzten Leitungstyp. Aus der Regelung des Pumpvorgangs resultiert von Chip zu Chip ein sehr enger Schwankungsbereich von Zugriffszeit und'Leistungsauf nähme , da die Auswirkungen von Schwankungen der Prozeßparameter, Temperatur und Versorgungsspannung reduziert werden.
Die Pumpschaltung ist bei den bekannten Anordnungen durch eine Kapazität mit einer an das Substrat geschalteten MOS-Diode gegeben, über die während des Betriebs des Generators elektrische Ladung ins Substrat gepumpt wird. Angesteuert wird die Kapazität durch einen Oszillator mit Verstärker. Die durch die Aufladung des Substrats bedingte Vorspannung VßB gegen Masse sinkt jedoch bis zum Auftreten der jeweils nächsten abfallenden Flanke der Oszillatorschwingung infolge des Substrat-Leckstroms wieder ab. Es ist nun Aufgabe der Erfindung, das den bekannten Substratvorspannungsgeneratoren zugrunde liegende Konzept abzuändern, derart, daß eine Beschleunigung der Regelung und damit eine Verminderung des Abfalls der Substratvorspannung gewährleistet und somit eine Verminderung der Welligkeit der Vorspannung V™, gegeben ist.
Hierzu wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, daß eine bistabile Kippstufe mit einem direkten Signaleingang und einem invertierten Signaleingang sowie mit zwei entsprechenden Signalausgängen und einem die Einsatzschwelle der Kippstufe steuernden dritten Eingang "derart geschaltet ist, daß ihre beiden Signaleingänge das Ausgangssignal des Oszillators direkt und invertiert empfangen und der dritte Eingang am Regelkreis liegt, während ihre beiden
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Signalausgänge über je eine Pumpschaltung auf den HaIbleiterbereich des entgegengesetzten Leitungstyp {also das Substrat) und auf Masse geschaltet sind.
Zu bemerken ist dabei, daß zumeist, wenigstens bei einem Teil der in dem Halbleiterkristall vereinigten Feldeffekttransistoren, eine stromführende Elektrode (zumeist die Quellenelektrode) auf Masse geschaltet ist.
Bei einer der Erfindung entsprechenden Halbleiterschaltung ist gegenüber den bekannten Anordnungen mit Substratvorspannungsgenerator der entscheidende Vorteil gegeben, daß zwei Pumpschaltungen und damit die in ihnen enthaltenen Ladungskapazitäten im Gegentaktbetrieb (Push-Pull-Betrieb) die gewünschte Korrektur der Vorspannung des - im folgenden allgemein als Substrat zu bezeichnenden - Halbleiterbereiches des entgegengesetzten Leitungstyps erzeugen und camit die Schwankungen von VgT, im Vergleich zu einer lediglich nur eine Pumpschaltung benutzenden Vorrichtung reduzieren, wozu weder eine Erhöhung der Oszillatorfrequenz noch eine merkliche Steigerung des Leistungsverbrauchs der Halbleiterschaltung im Vergleich zu der entsprechenden integrierten . Schaltung mit einem Substratvorspannungsgenerator bekannter Art erforderlich ist.
Die Erfindung wird nun unter Verwendung der Zeichnungen. weiter beschrieben und erklärt. Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild eines der Erfindung entsprechenden Substrat-Vorspannungsgenerators, Fig. 2 ist eine detailliertere Darstellung in MOS-Technik, die deshalb mit der eigentlichen Halbleiterschaltung kompatibel und auf einem einzigen Siliciumchip integrierbar ist. Fig. 3 gibt schließlich in einer Anzahl von Zeit-Spannungs-Diagrammen das zeitliche Verhalten der elektrischen Potentiale in einigen wichtigen Punkten der in Fig. 1 und 2 dargestellten Anordnung wieder.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung werden von einem Oszillator O, z.B„ einem Rß-Oszillator, periodische Schwingungen erzeugt, welche direkt bzw. invertiert an die beiden Signaleingänge einer bistabilen Kippstufe FF der oben definierten Art gelegt sind. Sie lösen damit entsprechende Kippvorgänge aus, aufgrund deren an den beiden Signalausgängen der bistabilen Kippstufe FF Rechteck-Signale erscheinen, die dann über die beiden Pumpschaltungen CP1 und CP2 an das Substrat S bzw. an Masse gelangen und auf diese Weise eine Aufladung des Substrats S bewirken.
Die bistabile Kippstufe kann z.B. nach Art eines RS-Flip-Flops aufgebaut sein. Wichtig ist vor allem, daß neben den beiden Signaleingängen R und S noch ein dritter Eingang, nämlich ein Steuereingang für die Einstellung der Einsatzschwelle der Kippstufe bzw. für die Ein- und Abschaltung derselben vorhanden ist. Der Ausgang des Oszillators 0, die Ausgänge der bistabilen Kippstufe FF und die Ausgänge der beiden Pumpschaltungen CP1, CP2 sind in der aus Fig. 1 bzw. 2 ersichtlichen Weise nummeriert, die der Nummerierung der Diagramme in Fig. 3 entspricht.
Am Steuereingang der bistabilen Kippstufe FF ist über einen elektronischen Schalter Sr der mit einem Sollwertgeber SW' den Regelkreis bildende Schwellenspannungsdetektor SD angeschlossen. Der Sollwert ist durch eine Referenzspannung V„e£ gegeben. Der Schwellenspannungsdetektor SD enthält implizit den Komparator der Regelstufe. 30
Die beiden Pumpschaltungen CP1 und CP2 sind einander gleich und bestehen aus je einer Kapazität C1 bzw. C2 und je einem Feldeffekttransistor M1 bzw. M2 vom Anrei-. cherungstyp, der als elektrischer Widerstand geschaltet ist. Als Kondensatoren sind MOS-Varaktor=Kapazitäten vorgesehen , die durch die Kapazität zwischen einer Metallschicht oder einer Schicht aus dotiertem Polysilicium
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und der Inversionsschicht an der Oberfläche des Halbleiterkörpers mit der dazwischen befindlichen SiOp-Schicht als Dielektrikum gebildet sind. Zweckmäßig werden die erforderlichen Kapazitäten durch Feldeffekttransistoren vom Verarmungstyp geliefert, die eine genügend große Gatefläche aufweisen und deren Quellen- und Senkenelektrode miteinander verbunden sind.
Die Steuerelektrode (Gate) des Feldeffekttransistors M1 bzw. des Feldeffekttransistors M2 ist mit einer stromführenden Elektrode des jeweiligen Transistors, vorzugsweise der Senke (Drain) unmittelbar leitend verbunden. Die Schaltung der Kapazität und des Feldeffekttransistors in der einzelnen Pumpschaltung ist so getroffen, daß der eine "Beleg" der Ladungs- oder Pumpkapazität C1 bzw. C2 am jeweils zugeordneten Signalausgang der bistabilen Kippstufe FF und ihr anderer "Beleg" an der Senkenelektrode des jeweils zugeordneten MOS-Feldeffekttransistors M1 bzw. M2 liegt. Die Senkenelektroden der Feldeffekttransistoren M1 bzw. M2 liegen außerdem über je eine Diode D1 bzw. D2 am Substrat der integrierten Halbleiterschaltung, während die Quellenelektroden (Source) mit Masse verbunden sind.
Das Substrat S, also der die Feldeffekttransistoren der Halbleiterschaltung umgebende Halbleiterbereich mit einem Leitungstyp, der dem der Quellen- und Senkenzonen aller dieser Feldeffekttransistoren entgegengesetzt ist, ist in Fig. 1 durch sein Ersatzschaltbild dargestellt. Gemäß diesem hat man eine Substrat-Ladungskapazität C0 und einen einer dieser parallelliegenden Leckwiderstand R . Die am Substrat S aufgrund der Einwirkung des Sub-
stratvorspannungsgenerators auftretenden Spannungen gegen Masse zeigen das im letzten Diagramm von Fig.3 gezeigte Zeitverhalten. Die zwischen dem Substrat S und den Ausgängen 3 bzw. 3' der beiden Pumpschaltungen CP1 und CP2 vorgesehenen Dioden D1 und D2 sind implizit
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durch die die Senkenzonen der beiden Transistoren M1 und M2 begrenzenden pn-Übergänge gegeben, wenn diese Transistoren und damit der ganze Substratvorspannungsgenerator von dem Substrat S umgeben ist, so daß sie in der Praxis nicht eigens vorgesehen werden müssen.
Die von den Pumpkapazitäten C1 und C2 der beiden Pumpschaltungen CP1 und CP2 an den beiden Signalausgängen 2 und 2! der bistabilen Kippstufe FF abgeleiteten Spannungsimpulse werden auf das Substrat S geführt, wobei die Transistoren M1 und M2 die positiven Signalimpulse bis auf einen Spannungswert der Schwellenspannung Vm abschneiden. Die Vorspannung VßB zwischen Substrat und Masse sinkt infolge des Leckstroms J^ am parasitären Sub-
stratwiderstand R bis zur nächsten abfallenden Flanke der auf die beiden Pumpschaltungen CP1 und CP2 mit Phasenverschiebung gegebenen Spannungsimpulse, d.h. für die halbe Dauer der Oszillatorschwingung, etwas ab.
Der Schalter Sr wirkt als Stellglied der Regelschaltung. Ist durch ihn die Wirkung des Regelkreises auf den Steuereingang der bistabilen Kippstufe FF unterbrochen, dann treten die aus dem letzten Diagramm der Fig. 3 ersichtlichen Regelpausen auf.
Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Substratvorspannungsgenerators ist ausschließlich mit Hilfe von Feldeffekttransistoren vom MOS-Typ (oder allgemeiner vom MIS-Typ) aufgebaut, die teils vom Anreicherungstyp, teils vom Verarmungstyp sind. Die Transistoren des Substratvorspannungsgenerators sind entweder nur n-Kanal-Transistoren oder nur p-Kanal-Transistoren. n-Kanal-Transistoren werden verwendet, wenn die Transistoren der zu versorgenden integrierten Schaltung ebenfalls n-Kanal-Transistoren sind. Analoges gilt, wenn der zu versorgende IC nur p-Kanal-Transistören verwendet. Hat die zu versorgende Schaltung sowohl n-Kanal-
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als auch p-Kanal-Transistoren, wie dies insbesondere bei der Anwendung der C-MOS-Technik der Fall ist, so werden zweckmäßig zwei Substratvorspannungsgeneratoren - der eine mit n-Kanal-Transistoren, der andere mit p-Kanal-Transistoren - vorgesehen, die jeweils für die Versorgung der entsprechenden Transistortype in der eigentlichen Halbleiterschaltung zuständig sind.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist der Oszillator 0 ein Schmitt-Trigger mit RC-Rückkopplung. Als Rückkopplungskapazität dient eine MOS-Varaktor-Kapazität 11, die einerseits an Masse, andererseits am Eingang 10 des Schmitt-Triggers liegt.
Letzterer besteht aus den drei zwischen dem Versorgungspotential Vqq und Masse in Reihe geschalteten Transistoren 12, 13 und 14 sowie dem Transistor 10, dessen Drain-Source-Strecke zwischen V«D und dem gemeinsamen Diffusionsgebiet der Transistoren 12 und 13 liegt. Transistor 14 ist vom Verarmungstyp und erfüllt die Funktion eines Lastelements. Seine Gate- und Source-Elektrode sind miteinander leitend verbunden und bilden gemeinsam mit der Gate-Elektrode von Transistor 19, der Drain-Elektrode von Transistor 13, der Drain- und Gate-Elektrode von Transistor 18 den Knoten 15, der den Ausgang des Oszillators 0 darstellt.
Die Gate-Elektroden der Transistoren 12 und 13 sind miteinander verbunden und liegen am Eingang 10 des Schmitt-Triggers. Der Eingang 10 und der Ausgang 15 des Schmitt-Triggers wird außerdem von der Serienschaltung der Source-Drainstrecken der Verarmungstyp-Transistoren 17 und 18 überbrückt. Diese Serienschaltung bildet den Rückkopplungszweig des Oszillators, zu dem auch noch die bereits erwähnte Kapazität 11 gehört. Die Transistoren 17 und 18 sind deshalb als Widerstände geschaltet, indem der Gate- und der Drain-Anschluß von Transistor 18 am Knoten 15,
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sein Source-Anschluß am Drain-Anschluß des Transistors 17 und das Gate und der Drain des Transistors 17 am Eingang 10 des Schmitt-Triggers liegen. Während die Transistoren 14, 17 und 18 vom Verarmungstyp sind, sind als Transistoren 12, 13 und 19 Anreicherungstyp-Transistören ver-.wendet.
Gegenüber bereits bekannten Schmitt-Trigger-Oszillatoren weist die vorliegende Ausführungsform zwei gegensinnig geschaltete Verarmungstyp-Transistoren im Rückkopplungszweig auf. Das bringt den Vorteil, daß das Oszillatorsignal ein Tastverhältnis von 1:1 aufweist. Als Folge davon resultiert ein symmetrisches Pumpsignal mit gleichlangen Pausen zwischen den Pumpvorgangen, wodurch die Wirksamkeit des Substratvorspannungsgenerators erheblich verbessert wird.
Der Oszillatorausgang 15 führt an den ersten Signaleingang der bistabilen Kippstufe FF sowie an den Signaleingang eines zwischen Masse und dem Versorgungspotential VDD liegenden Inverters IN, der durch einen als Widerstand geschalteten Feldeffekttransistor 20 vom Verarmungstyp und einem zu ihm in Serie geschalteten Feldeffekttransistor 21 vom Anreicherungstyp gebildet ist. Der Ausgang des Inverters IN ist durch einen Schaltungspunkt zwischen den Source-Drainstrecken der beiden Feldeffekttransistoren 20 und 21 gegeben und liegt am zweiten Signaleingang der bistabilen Schaltzelle FF.
Als Sollwertsteller SW für den Regelkreis ist ein zwisehen Masse und dem Versorgungspotential V^ liegender Spannungsteiler mit zwei Festwiderständen R& und R^ verwendet, die z.B. durch - auf der die Halbleiteroberfläche bedeckenden SiO2-Schicht aufgebrachte Leitbahnen aus dotiertem Polysilicium realisiert sein können. Der Teilerpunkt zwischen den beiden Widerständen Ra und R^ des Soll wertgebers SW hat ein Potential, das zusammen mit dem Potential an Masse die Referenzspannung V- ergibt. Es
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liegt am Gate eines Feldeffekttransistors 22, der den Eingang des Schwellenspannungsdetektors SD bildet.
Der Schwellenspannungsdetektor SD ist durch eine Serienschaltung der Source-Drainstrecken zweier Feldeffekttransistoren 22 und 23 vom Anreicherungstyp und durch eine Serienschaltung der Source-Drainstrecken eines Feldeffekttransistors 24 vom Anreicherungstyp und eines Feldeffekttransistors 25 vom Verarmungstyp gegeben. Dabei ist der zuletzt genannte Feldeffekttransistor 25 und der Feldeffekttransistor 23 der zuerst genannten Serienschaltung jeweils als Lastelement in der aus Fig. 2 ersichtlichen Weise geschaltet.
Diese Serienschaltungen erfüllen die Funktion von Inverterstufen und überbrücken die Potentialdifferenz zwischen dem Versorgungspotential V^^ und Masse. Der Ausgang des Inverters mit den beiden Feldeffekttransistoren 22 und 231 also ein Schaltungspunkt zwischen diesen beiden Transistoren, ist an das Gate des Transistors 24 geschaltet. Der Ausgang des Inverters mit den beiden Feldeffekttransistoren 24 und 25, also ein Schaltungspunkt zwischen diesen beiden Transistoren, ist mit dem Gate eines Transistors M7 vom Anreicherungstyp verbunden, welches den Schalter Sr darstellt.
Die nun zu beschreibende bistabile Kippstufe FF besteht aus zwei zueinander parallelen Zweigen, die einerseits durch das Potential V^q beaufschlagt sind und andererseits in einem am Drain des Transistors M7 liegenden Knoten 5 enden. Jeder dieser beiden Zweige enthält drei Feldeffekttransistoren und je eine Anschlußstelle für eine Pumpschaltung CP1 bzw. CP2. Diese beiden Zweige weisen zudem noch eine für das Zustandekommen der Flip-Flopwirkung wesentliche Kreuzkoppelung auf.
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Der Transistor M7 hat die Aufgabe, die Source-Gebiete der Schalttransistoren M3, M4 bzw. M5» M6 an Masse zu schalten, um auf diese Weise die bistabile Kippstufe FF zu aktivieren und die Lieferung der Versorgungsspannung für das Substrat S einzuleiten.
Der erste der genannten Zweige enthält die Parallelschaltung der Source-Drain-Strecken der beiden Feldeffekttransistoren M3 und M4, die beide vom Anreicherungstyp sind und deren Source am Knoten 5 und deren Drain an der Source eines Transistors 26 vom Verarmungstyp liegen. Der Drain des Transistors 26 liegt an VDD , sein Gate am Ausgang des Inverters IN. Zwischen dem Transistor 26 und den beiden Transistoren M3 und M4 liegt die Anschlußstelle 31 für die Pumpschaltung CP1.
Der zweite dieser Zweige enthält die Parallelschaltung der Source-Drain-Strecken der beiden Feldeffekttransistoren M5 und M6, die wiederum vom Anreicherungstyp sind und deren Source am Knoten 5 liegt, während die Drain-Zonen dieser beiden Transistoren mit der Source eines Verarmungstyp-Transistors 27 verbunden sind. Der Drain des Feldeffekttransistors 27 liegt an VDD, sein Gate am Ausgang des Oszillators 0. Zwischen dem Transistor 27 und den beiden Transistoren M5, M6 liegt die Anschlußstelle 3 für die Pumpschaltung CP1.
Um die Flip-Flopwirkung zu erzielen, sind die Gates der Transistoren M4 bzw. M5 in den beiden Zweigen der bistabilen Kippstufe an je einen Schaltungspunkt des anderen Zweiges angeschlossen, der zwischen der Parallelschaltung der beiden Anreicherungs-Transistoren und dem Verarmungstyp-Transistor des anderen Zweiges liegt. Diese Schaltungspunkte bilden zugleich die Ausgänge 3 bzw. 3' der bistabilen Kippstufe FF, an die die Pumpschaltungen CP1 und CP2 angeschlossen sind.
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Unterschreitet die Schwellenspannung V-p den Sollwert V ~ infolge des Substrat-Leckstroms Jj. , so wird der Transistor M7 eingeschaltet und hierdurch eine Aktivierung der Transistoren M3, M4, M5 und M6 erreicht. Steigt die Schwellenspannung V™ dagegen über die Referenzspannung V ψ, so schaltet der Transistor M7 ab und die zwischen Masse und dem Substrat liegende Spannung VgB verändert sich infolge des Substrat-Leckstroms wieder solange, bis sich der Schalter M7 erneut einschaltet.
Durch die Verwendung der bistabilen Kippstufe FF als Stellglied für den Regelvorgang des Substratvorspannungsgenerators wird eine raschere Regelung erreicht, als wenn der Oszillator 0 selbst als Stellglied verwendet werden würde. Bei den bekannten Anordnungen wird hingegen der Substratvorspannungsgenerator über den Oszillator geregelt, so daß dort die Regelung langsamer funktioniert. Die vorliegende Ausbildung eines Substratgenerators gestattet außerdem dessen Darstellung in MOS-IC-Technik und dessen Zusammenfassung mit der eigentlichen integrierten Halbleiterschaltung auf einem gemeinsamen Siliciumchip.
Das Impuls verhalt en der in Fig. 1 und 2 dargestellten '" Anordnung ist in Fig. 3 wiedergegeben. Diese enthält sechs Impuls-Zeit-Diagramme mit der Zeit t als Abszisse und der Impulsspannung gegen Masse als Ordinate.
Im ersten Diagramm ist das Verhalten der am Ausgang 15 des Oszillators 0 auftretenden Spannung dargestellt. Das zweite Diagramm und das dritte Diagramm geben die an den Ausgängen 2 und 2' der bistabilen Kippstufe FF auftretenden Spannungen wieder. Die Zeit T ist die Periode der vom Oszillator 0 gelieferten Impulse. Das vierte und fünfte Diagramm geben die Zustände an den Ausgängen der beiden Pumpschaltungen CP1 und CP2 und das letzte Diagramm
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den Verlauf der Substratvorspannung V53 unter Berücksichtigung der Wirkung des Schalters Sr. Man erkennt, wie sich VB„ während des ausgeschalteten Zustandes des Substratvorspannungsgenerators verkleinert und nach dem Wiederanschalten wieder auf den vollen Wert gebracht wird.
3 Figuren
14 Patentansprüche
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Claims (14)

  1. - 1 - VPA 78? 1 043 9RD
    Patentansprüche
    \jj Halbleiterschaltung mit mindestens zwei in einem HaIbleiterkristall vereinigten Feldeffekttransistoren mit isolierten Steuerelektroden und übereinstimmendem Leitungstyp ihrer Quellen- und Senkenzonen, die gemeinsam von einem Halbleiterbereich des entgegengesetzten Leitungstyps umgeben sind, bei der ein einen Oszillator und einen Regelkreis mit einem Schwellenspannungsdetektor aufweisender Generator zur Erzeugung einer zwischen den Halbleiterbereich des entgegengesetzten Leitungstyps und Masse zu legenden Hilfspannung VBß vorgesehen und bei der diese Hilfsspannung V„B über eine am Ausgang des Generators vorgesehene Pumpschaltung an die zu beaufschlagenden Teile der Halbleiterschaltung gelegt wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine bistabile Kippstufe (FF) mit einem direkten Signaleingang und einem invertierten Signaleingang sowie mit zwei entsprechenden Signalausgängen und einem die Einsatzschwelle der Kippstufe steuernden dritten Eingang derart geschaltet ist , daß ihre beiden Signaleingänge das Ausgangssignal des Oszillators (O) direkt und invertiert empfangen und der dritte Eingang am Regelkreis (SW, SD, Sr) liegt, während ihre beiden Signalausgänge (3, 31) über je eine Pumpschaltung (CP1, CP2) auf den Halbleiterbereich (S) des entgegengesetzten Leitungstyp und auf Masse geschaltet sind.
  2. 2. Halbleiterschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei den einander gleichen Pumpschaltungen (CP1, CP2) eine Pumpkapazität (C1, C2) und ein Feldeffekttransistor (M1, M2), insbesondere vom Anreieherungstyp, vorgesehen ist, daß dabei der eine "Anschluß" der Pumpkapazität (CI, C2) an den betreffenden Signalausgang (3, 3') der bistabilen Kippstufe (FF), der andere Anschluß an die Senke des zugeordneten Feldeffekttransistors (M1, M2) gelegt ist, daß ferner die Steuerelektrode der beiden Feldeffekttransistoren (M1, M2) mit der
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    Senkenzone des betreffenden Transistors leitend verbunden ist und daß schließlich die Senkenzone der beiden Transistoren (M1, M2) über je eine Diode (D1, D2) an den Halbleiterbereich (S) vom entgegengesetzten Leitungstyp gelegt ist, während die Quelle der beiden Transistoren an Masse liegt.
  3. 3. Halbleiterschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (0) als RC-Oszillator ausgebildet ist.
  4. 4. Halbleiterschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Oszillator (0) als Schmitt-Trigger mit RC-Rückkopplung ausgebildet ist.
  5. 5. Halbleiterschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einem Versorgungspotential (VDD) und Masse die Serienschaltung dreier Feldeffekttransistoren (12, 13» 14) vorgesehen ist, daß dabei die näher an Masse liegenden beiden Feldeffekttransistoren (12, 13) mit ihren Steuerelektroden gemeinsam an den einen Pol einer durch eine Varaktordiode (11) gegebenen Kapazität angeschlossen und insbesondere vom Anreicherungstyp sind, daß der andere Pol der Kapazität(11) an Masse liegt, daß außerdem die Serienschaltung zweier weiterer und gegensinnig als Widerstände geschalteter Feldeffekttransistoren (17t 18) - insbesondere vom Verarmungstyp - zwischen den massefernen Pol der Kapazität (11) und einem - den Ausgang des Oszillators bildenden - Knotenpunkt (15) zwischen dem massefernen - insbesondere vom Verarmungstyp ausgebildeten - Feldeffekttransistor (14) und den beiden massenäheren Feldeffekttransistoren (12, 13) der Serienschaltung (12, 13, 14) gelegt ist und daß) ■ schließlich ein zwischen den beiden massenäheren Feldeffekttransistoren (12, 13) der Serienschaltung (12, 13, 14) liegender Schaltungspunkt und ein Punkt mit dem
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    Versorgungspotential (VDD) durch einen weiteren Feldeffekttransistor 19 (insbesondere vom Anreicherungstyp) überbrückt ist, dessen Steuerelektrode am Knoten (15) der Serienschaltung (12, 13» 14) und damit am Ausgang (1) des Oszillators (O) liegt.
  6. 6. Halbleiterschaltung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Varaktor-Kapazität (11) durch die Kapazität der Steuerelektrode eines Feldeffekttransistors gegen dessen Halbleiterkörper gegeben ist.
  7. 7. Halbleiterschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein aus zwei in Serie liegenden Widerständen (R^R^) gebildeter Spannungsteiler als Sollwertgeber (SW) zwischen Versorgungspotential (VDD) und Masse gelegt ist, daß der Spannungsteilerpunkt zwischen den beiden Widerständen £Ra»iO des Spannungsteilers an die Steuerelektrode eines den Eingang des Schwellenspannungsdetektors (SD) bildenden Feldeffekttransistors (22) gelegt ist.
  8. 8. Halbleiterschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Schwellenspannungsdetektor (SD) zwei aus Je einer Serienschaltung zweier Feldeffekttransistoren (22, 23} 24, 25) bestehende Zweige jeweils mit dem einen Endpunkt an Masse und mit dem anderen Endpunkt an das Versorgungspotential (VDD) gelegt sind, daß bei der ersten Serienschaltung der näher an Masse liegende Transistor (22) über seine Steuerelektrode durch die vom Sollwertgeber (SW) gelieferte Referenzsspannung (Rref) beaufschlagt und der massenfernere Transistor (23) als Widerstand geschaltet ist, daß in der zweiten Serienschaltung die Steuerelektrode des massenähere Transistors (24) durch einen Schaltungspunkt zwischen den beiden (vorzugsweise als Anreicherungstyp-Transistoren ausgebildeten) beiden Transistoren (22, 23) der ersten Serienschaltung unmittelbar gesteuert ist, daß außerdem in
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    der zweiten Serienschaltung der (insbesondere als Verarmungstyp-Transistor ausgebildete) massenfernere Feldeffekttransistor (25) als Widerstand geschaltet ist und daß ein zwischen dem (insbesondere als Anreicherungstyp-Transistor ausgebildeten) durch die erste Serienschaltung beaufschlagten Transistor (24) und dem als Widerstand geschalteten Transistor (25) liegender Schaltungspunkt als Ausgang des Regelkreises zur Betätigung des Schalters (Sr) vorgesehen ist.
  9. 9. Halbleiterschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang (15) des Oszillators (O) einerseits unmittelbar, andererseits über einen durch die Serienschaltung zweier Feldeffekttransistoren (20, 21) gebildeten Inverter (IN) an die bistabile Kippstufe (FF) gelegt ist.
  10. 10. Halbleiterschaltung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Inverter (IN) aus der Serienschaltung zweier Feldeffekttransistoren (20, 21) besteht, daß die Serienschaltung zwischen Masse und dem Versorgungspotential liegt, daß die Steuerelektrode des (insbesondere als Anreicherungstyp-Transistor ausgebildeten) massenär heren Transistors (21) der Serienschaltung durch den Ausgang (15) des Oszillators (0) gesteuert ist, daß der massefernere (insbesondere als Verarmungstyp-Transistor ausgebildete) Transistor (20) als Widerstand geschaltet ist und daß ein zwischen den beiden Transistoren liegender Schaltungspunkt den Ausgang des Inverters (IN) bildet.
  11. 11. Halbleiterschaltung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß durch die zweite Serienschaltung (24, 25) des Regelkreises die Steuerelektrode eines als Schalter (Sr) dienenden (insbesondere als Anreicherungstyp-Transistor ausgebildeten) Feldeffekttransistors {M7) beaufschlagt ist, dessen Quelle an Masse und dessen Senke an einem Knoten (5) der bistabilen Kippstufe (FF) liegt.
    90983 9/03 55
    - 5 - vpa78 P ι Ο 4 3 BRD
  12. 12. Halbleiterschaltung nach den Ansprüchen 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Senkenelektrode des als Schalter (Sr) dienenden Feldeffekttransistors (M7) an den den dritten Eingang der bistabilen Kippstufe (FF) bildenden Verzweigungspunkt (5) gelegt ist, daß von diesem Verzweigungspunkt (5) zwei einander gleiche und durch je eine Kombination von Feldeffekttransistoren gebildete, kreuzgekoppelte Äste an das Versorgungspotential (Vtjq) gehen.
  13. 13. Halbleiterschaltung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden die bistabile Kippstufe (FF) bildenden Äste aus einer näher dem Verzweigungspunkt (5) liegenden Unterkombination zweier gleicher Feldeffekttransistoren (M3, M4; M5, M6) (insbesondere vom Anreicherungstyp) mit einander parallelgeschalteten Stromkanälen und einem hierzu in Serie liegenden und näher am Versorgungspotential (VnD) liegenden Feldeffekttransistor (26; 27) (insbesondere vom Verarmungstyp) besteht, daß ferner die Steuerelektrode des einen Transistors in jeder Unterkombination (M4 bzw. M5) an je einen Schaltungspunkt (3 bzw. 31) des anderen Astes der bistabilen Kippstufe (FF) gelegt und dieser Schaltungspunkt so gewählt ist, daß er zwischen der Unterkombination (M3,M4 bzw. M5, M6) und dem näher am Versorgungspotential (V™,) liegenden Feldeffekttransistor des betreffenden Astes liegt und zugleich die Anschlußstelle für je eine Pumpschaltung (CP1, CP2) bildet, und daß die Steuerelektrode des einen der beiden näher am Versorgungspotential (V™0 liegenden Transistoren (26 bzw. 27) am Ausgang (15) des Oszillators (0) und die Steuerelektrode des anderen Transistors (27) am Ausgang des Inverters (IN) liegt.
  14. 14. Halbleiterschaltung nach den Ansprüchen 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens bei einem Teil der im Halbleiterkristall vorgesehenen Feldeffekttransistoren eine der stromführenden Elektroden an Masse gelegt ist.
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FR7906979A FR2420877A1 (fr) 1978-03-21 1979-03-20 Circuit a semi-conducteurs comportant deux transistors a effet de champ reunis dans un cristal semi-conducteur
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0022870A4 (de) * 1978-10-30 1981-02-12 Fujitsu Ltd Halbleiter-schaltung.
US4336466A (en) * 1980-06-30 1982-06-22 Inmos Corporation Substrate bias generator
DE3220721A1 (de) * 1981-06-02 1983-05-26 Tokyo Shibaura Denki K.K., Kawasaki, Kanagawa Schaltung zur erzeugung einer substratvorspannung
US4454431A (en) * 1980-03-11 1984-06-12 Siemens Aktiengesellschaft Semiconductor circuit with a circuit part controlled by a substrate bias
DE3621533A1 (de) * 1985-06-29 1987-01-08 Toshiba Kawasaki Kk Integrierte halbleiterschaltungsanordnung
DE19622972A1 (de) * 1995-12-08 1997-06-12 Mitsubishi Electric Corp Generator für negative Spannungen
DE19827454C2 (de) * 1997-06-19 2002-10-17 Nec Corp Logische CMOS-Schaltung und Treiberverfahren dafür

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6033314B2 (ja) * 1979-11-22 1985-08-02 富士通株式会社 基板バイアス電圧発生回路
JPS56117390A (en) 1980-02-16 1981-09-14 Fujitsu Ltd Semiconductor memory device
US4553047A (en) * 1983-01-06 1985-11-12 International Business Machines Corporation Regulator for substrate voltage generator
JPS6132457A (ja) * 1984-07-24 1986-02-15 Seiko Epson Corp 基板電圧発生回路
JPS6266656A (ja) * 1985-09-19 1987-03-26 Toshiba Corp 基板電位生成回路

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2359647A1 (de) * 1972-12-29 1974-07-04 Ibm Schaltungsanordnung zur erzeugung einer kompensierten steuerspannung

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4004164A (en) * 1975-12-18 1977-01-18 International Business Machines Corporation Compensating current source
US4115710A (en) * 1976-12-27 1978-09-19 Texas Instruments Incorporated Substrate bias for MOS integrated circuit
JPS53130990A (en) * 1977-04-20 1978-11-15 Toshiba Corp Integrated circuit device
JPS5482056A (en) * 1977-12-13 1979-06-29 Nec Corp Substrate bias voltage generator circuit

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2359647A1 (de) * 1972-12-29 1974-07-04 Ibm Schaltungsanordnung zur erzeugung einer kompensierten steuerspannung

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"1976 IEEE International Solid- State Circuits Conference", S. 56 u. 57 *
"Electronics" Vol. 49, No. 19 v. 16. Sept. 1976, S. 42 u. 44 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0022870A4 (de) * 1978-10-30 1981-02-12 Fujitsu Ltd Halbleiter-schaltung.
US4454431A (en) * 1980-03-11 1984-06-12 Siemens Aktiengesellschaft Semiconductor circuit with a circuit part controlled by a substrate bias
US4336466A (en) * 1980-06-30 1982-06-22 Inmos Corporation Substrate bias generator
DE3220721A1 (de) * 1981-06-02 1983-05-26 Tokyo Shibaura Denki K.K., Kawasaki, Kanagawa Schaltung zur erzeugung einer substratvorspannung
US4471290A (en) * 1981-06-02 1984-09-11 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Substrate bias generating circuit
DE3621533A1 (de) * 1985-06-29 1987-01-08 Toshiba Kawasaki Kk Integrierte halbleiterschaltungsanordnung
US4780854A (en) * 1985-06-29 1988-10-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor integrated circuit device
DE19622972A1 (de) * 1995-12-08 1997-06-12 Mitsubishi Electric Corp Generator für negative Spannungen
DE19827454C2 (de) * 1997-06-19 2002-10-17 Nec Corp Logische CMOS-Schaltung und Treiberverfahren dafür

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Publication number Publication date
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FR2420877A1 (fr) 1979-10-19
JPS54133083A (en) 1979-10-16
US4266151A (en) 1981-05-05
DE2812378C2 (de) 1982-04-29
FR2420877B1 (de) 1984-11-23
GB2020502B (en) 1982-04-28
JPS6250984B2 (de) 1987-10-28

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