DE3228574A1 - Referenzspannungsgenerator - Google Patents

Description

BESCHREIBUNG

Die Erfindung bezieht sich auf einen Referenzspannungsgenerator, der aus MlSFETs aufgebaut ist (Feldeffekttransistoren mit isoliertem Gate)»

Zwei MISFETs, deren Gateelektrode aus Materialien mit voneinander verschiedener Austrittsarbeit bestehen, zeigen sich unterscheidende Schwellspannungen. Die Differenz der Schwellspannungen der beiden MISFETs wird gleich der Differenz der Austrittsarbeiten der Gateelektroden der jeweiligen MISFETs₀ Die Schwellspannungsdifferenz kann als Referenzspannung verwendet werden. Da der Wert der auf diese Weise erzielten Referenzspannung durch die Differenz der Austrittsarbeiten der beiden Gateelektroden bestimmt ist, ist sie weniger schlechten Einflüssen unterworfen, die Streuungen in den Charakteristika der Schaltungselemente zuzuschreiben sind»

Dementsprechend produziert ein in Form einer integrierten Schaltung hergestellter Referenzspannungsgenerator, der die Differenz der Austrittsarbeiten ausnutzt, eine Referenzspannung von einem vergleichsweise präzisen Wert trotz vergleichsweise großer Streuungen in den Charakteristika verschiedener Schaltungselemente der 'integrierten Schaltung.

Untersuchungen der -Erfinder haben jedoch gezeigt, daß die Referenzspannung nicht vernachlässigbare Abhängigkeiten von der Temperatur und von der Versorgungs spannung zeigt..

Dementsprechend ist es ein Ziel der Erfindung, einen Referenzspannungsgenerator anzugeben, der eine Referenzspannung mit stabilem Pegel erzielt ohne Rücksicht auf Temperaturschwankungen«,

Ein weiteres Ziel der Erfindung liegt darin, einen Referenzspannungsgenerator anzugeben, der eine Referenzspannung mit einem stabilen Pegel erzeugt, ungeachtet der Schwankungen der Versorgungsspannung„

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, einen Referenzspannungsgenerator zu liefern, der eine kleine Zahl von Schaltungselementen aufweist.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung liegt darin, einen Referenzspannungsgenerator zu schaffen, der geeignet ist für eine Herstellung in Form einer CMOS-integrierten Schaltung (komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter-Schaltung).

Weitere Ziele der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Zeichnungen erkennbar.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird mit einem im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Referenzspannungsgenerator gelöst, der erfindungsgemäß nach der im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Weise ausgestaltet ist.

Weitere, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen

Die Erfindung wird nun anhand der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben und näher erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Schaltbild eines Referenzspannungsgenerators, der vor der vorliegenden Erfindung von dem Erfinder vorgeschlagen worden ist; Fig. 2 zeigt in einem Diagramm .'-in Abstand der Energiebänder E von Silizium und dessen

Temperaturabhängigkeit;

Fig. 3 zeigt in einem Diagramm die Temperaturabhängigkeit der Ferminiveaus von η-dotiertem Silizium und p-dotiertem Silizium, wobei die Dotierstoffdichten die Parameter sind;

Fig. 4 zeigt ein Schaltbild eines Referenzspannungsgenerators gemäß einer Ausführungsform dieser Erfindung;

Fign. 5A und 5B zeigen Querschnitte durch einen Teil eines CMOS-IC;

Fign. 6, 7 und 8 zeigen Schaltbilder für einen

Referenzspannungsgenerator gemäß einem anderen

Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 9 zeigt in einem Diagramm die charakteristischen Kurven der Schaltungen der Fign. 1 und 4;

Fign. 1OA, 1OB, und IOC zeigen Schaltbilder, die eine Stromspiegelschaltung darstellen; Fig. 11 zeigt ein Schaltbild für einen Batterieprüfer;

Fig. 12 zeigt ein Diagramm für den Verlauf der Betriebsspannungen der Schaltung der Fig. 11; und

Fig. 13 zeigt ein Schaltbild eines Referenzspannungsgenerators nach einem weiteren Ausführungs

beispiel der Erfindung.,

Vor der in dieser Anmeldung beschriebenen Erfindung hat der Erfinder einen Referenzspannungsgenerator entsprechend der in Fxg„ 1 dargestellten Konstruktion vorgeschlagen.

Dieser Referenzspannungsgenerator besteht aus einem Schaltkreis B, der eine Restspannung V _f2 liefert, und aus einer Schaltung A, die eine Vorspannung V ^₁ liefert, die der Schaltung B zugeführt wird.

Bei der Schaltung B bestehen die Gateelektroden eines Paares von p-Kanal-MXSFETs Q₁ ., und Q₁„, aus polykristallinen Siliziumschichten mit zueinander entgegengesetzten Leitfähigkeitstypen. Das bedeutet, daß die Gateelektroden des MISFET Q₁,, aus einer η-dotierten polykristallinen Siliziumschicht besteht, während Gateelektroden des MISFET Q₁₅I aus einer p-artigen polykristallinen Siliziumschicht besteht.

Aufgrund der in der Figur dargestellten Schaltungsverbindungen hat die Referenzspannung ^v _ref2' ^^{ie von} ^er Schaltung B geliefert wird, einen Wert, der nahe bei der Differenz V , .. - ^v+-h2 (^{zwiscnen der} Schwellspannung V₁ des MISFET Q₁., und der Schwel!spannung V ,_ des MISFET Q₁₅,) liegt. Da die Schwellspannungsdifferenz (V_th1 gleich der Differenz zwischen den Ferminiveaus der η-artigen polykristallinen Siliziumschicht und der p-artigen polykristallinen Siliziuxnschicht ist, hat die

Referenzspannung V _£2 einen Wert, der nahe bei der Differenz der Fermipegel der η-dotierten polykristallinen Siliziumschicht und der p-dotierten polykristallinen Siliziumschicht liegt. Der den Leitfähigkeitstyp bestimmende Dotierstoff sowohl in der η-artigen polykristallinen Siliziumschicht wie auch in der p-artigen polykristallinen Siliziumschicht eine hohe Dichte besitzt, beispielsweise

18 ^
10 Atome/cm oder mehr, so nimmt die Differenz der Ferminiveaus einen Wert an, der nahe bei dem Bandabstand von Silizium liegt. Die Referenzspannung V _„ erhält damit einen Wert, der nahe bei dem Bandabstand von Silizium liegt.

Bei dem dargestellten Referenzspannungsgenerator ist die Aus gangs spannung V ,.„ stabil ohne Rücksicht auf Temperaturschwankungen und Schwankungen der Spannungsversorgung, wie dies anhand der nachfolgenden Beschreibung erläutert wird.

Der Bandabstand von Silizium hat eine Temperaturabhängigkeit. Die Physik von Halbleitern ist in zahlreichen Literaturstellen ins einzelne gehend erläutert worden. Als eine dieser Literaturstellen soll das Werk "Physics of Semiconductor Devices" von S.M. SZE, veröffentlicht by John Wiley & Sons, 19 69, insbesondere das Kapittel 2 "Physics and Properties of Semiconductors", Seiten 11 bis 65, erwähnt werden.

Auf Seite 24 der genannten Literaturstelle sind für einige Halbleiter die Abhängigkeiten zwischen dem Bandabstand E und der Temperatur dargestellt, die Fig. gibt diese Abhängigkeit für Silizium wieder.

in gleicher Weise zeigen die Ferminiveaus von η-Silizium und von p-Silizium eine Temperaturabhängigkeit. Die Fig. 3 zeigt die Abhängigkeit zwischen dem Ferminiveau und der Temperatur für ein η-dotiertes bzw. p-dotiertes Siliziummaterial bei verschiedenen Dotierstoffdichten.

Wie man unter Bezugnahme auf die Fign. 2 und 3 erkennen kann, zeigt die Schwellspannungsdifferenz ( zwischen den MISFETs Q₁₄₁ und Q₁₅,, die in Fig.

dargestellt sind, eine Temperaturabhängigkeit, und ihr Wertfeld mit ansteigender Temperatur» Bei dem Spannungsgenerator nach Fig. 1 sind daher der Betriebsstrom des MISFET Q₁₄, und."derjenige des MISFET Q₁₅, in geeigneter Weise unsymmetrisch (ungleich), damit von den MISFETs Q₁₄₁ und Q₁₅I eine beträchtliche Temperaturkompensationsspannung erzeugt werden kann. Das Stromverhältnis zwischen dem Betriebsstrom des MISFET Q₁₄₀ und dem Betriebsstrom des MISFET Q₁₅I wird auf einen geeigneten Wert gesetzt, in dem die Größen der MISFETs Q-^-Q₁₃,, die eine Stromspiegelschaltung bilden,, sowie die Größen der MISFETs Q_1fii und Q₁₇,, die eine weitere Stromspiegelschaltung bilden, geeignet eingestellt werfen» Der Referenzspannungsgenerator der Fig., 1 weist weiterhin eine der Schaltung B ähnliche Schaltung auf, d.h. die Schaltung A, die aus den MISFETs Q₁₀-Q₁₇ besteht, um die Spannungsabhängigkeiten der Eingangsströme der aus den MISFETs Q₁₁,, Q₁₂, usw..bestehenden Stromspiegelschaltungen zu reduzieren» Bei der Schaltung Ά sind die Betriebsströme der MISFETs Q₁₄ und Q gleich groß gemacht. Bei der Betriebsstrom des p-Kanal-MISFET Q₁₄? dessen Gateelektrode aus einer η-dotierten polykristallinen Siliziumschicht besteht, und der Betriebsstrom des p-Kanal-MISFET Q₁₅, dessen Gateelektrode aus einer p-dotierten polykristallinen Siliziumschicht besteht, einander gleich sind, erhält die Ausgangsspannung V _f1 der Schaltung A demzufolge einen konstanten Wert, der nicht von Schwankungen der Vorströme beeinflußt wird, selbst wenn die Vorströme, die von den MISFETs Q_{1 ?} und Q₁₃ der..Schaltung A geliefert werden, aufgrund von Schwankungen der Versorgungsspannung V _D selber Schwankungen unterlegen sind. Das bedeutet, daß die Ausgangsspannung V _f1 einen Wert annimmt, •der gleich der Differenz zwischen den Ferminiveaus von η-dotiertem Silizium und p-dotiertem Silizium ist. Da ein n-Kanal-MISFET Q₁₀, der Schaltung B mit einer konstanten Vorspannung V _f1 versorgt wird, die über dessen Gate und Source anliegt, liefert er einen konstanten Drainstfom,

der nicht von Schwankungen der Versorgungsspannung V beeinflußt wird. Man vermutete, daß die Vorströme, die von den Drainelektroden der MISFETs Q₁₀, und Q-,ι nach Maßgabe des erwähnten Drainstromes keine Versorgungs-Spannungsabhängigkeiten haben würden. Man nahm demzufolge an, daß die Spannung V_ref2' die von der Schaltung B geliefert wird, keine Abhängigkeit von der Versorgungsspannung zeigt.

Der dargestellte Referenzspannungsgenerator erfordert jedoch eine große Zahl von Schaltungsbauelementen, weil er aus zwei Schaltungen besteht, deren Aufbau einander ähnlich ist, d.h. aus der Schaltung A, um die Vorströme gegenüber Schwankungen der Versorgungsspannung zu stabilisieren, und der Schaltung B, um die Ausgangsspannung ^v _ref2 festzulegen, und derem Temperaturkompensation auszuführen. Darüberhinaus hat eine Untersuchung des Erfinders gezeigt, daß trotz der Temperaturkompensation die Kennlinieausgangsspannung gegen Temperatur für den Referenzspannungsgenerator etwas nach oben gekrümmt ist, wie dies beispielsweise durch die Kennlinie L₁ der Fig. 9 angedeutet ist. Mit anderen Worten war es schwierig,für die Ausgangsspannung V _f2 über einen weiten Temperaturbereich eine Temperaturkompensation durchzuführen.

Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Referenzspannungsgenerator angegeben, der eine vergleichsweise kleine Anzahl von Schaltungselementen aufweist und dessen Temperaturkompensation über einen weiten Temperaturbereich in zufriedenstellender Weise ausgeführt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist der erste MISFET eines Paares von MISFETs, die mit voneinander abweichenden Schwellspannungen versehen sind, an eine Diode angeschlossen. Der zweite MISFET dieses Paares von MISFETs bildet eine Source-Folge-Schaltung, die die Drainspannung des ersten MISFET erhält. Die Sourceelektrode des zweiten MISFET liefert dementsprechend eine Spannung mit einem Pegel, der der Schwellspannungsdifferenz zwischen dem ersten MISFET und dem zweiten MISFET entspricht. Es wird eine geeignete.Vorstrom-/Spannungsschaltung zum Anlegen von

- 14 - " 322857

Vorströmen an den ersten und den zweiten MISFET gebildet. Diese Vorstrom-/Spannungsschaltung enthält einen MISFET, über dessen Gate und Source eine von der Sourceelektrode des zweiten MISFET gelieferte Spannung anliegt. Die dem ersten und dem zweiten MISFET zuzuführenden Vorströme werden durch den MISFET der Vorstrom~/Spannungsschaltung bestimmt. Da der MISFET in der Vorstrom-/Spannungsschaltung eine geeignete Kennlinie für die Abhängigkeit der Schwellspannung von der Temperatur besitzt, ist die Schwellspannungsdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten

MISFET oder auch die Spannung, die von der Sourceelektrode des zweiten MISFET geliefert wird, temperaturkompensiert. Die Fig. 4 zeigt ein Schaltbild für einen Referenzspannungsgenerator gemäß einem Äusführungsbeispiel dieser Erfindung. Ohne hierauf besonders beschränkt zu sein, bilden bei diesem Ausführungsbeispiel p-Kanal-MISFETs und n-Kanal-MISFETs komplimentäre Schaltungen, und sie sind auf einem einzelnen Siliziumchip mittels der bekannten CMOS-IC-Technik gebildet, wobei die Technik der Selbstausrichtung mit polykristallinem Silizium eingesetzt wird.

Der größere Teil einer polykristallinen Siliziumschicht, die als Gateelektrode eines n-Kanal-MISFET Q₁ dient, besitzt eine ρ -Leitfähigkeit. Eine polykristalline Siliziumschicht, die als Gateelektroden der n-Kanal-MISFETs Q_ und Q₃ dient, besitzt eine n⁺-Leitfähigkeit ähnlich der Gateelektrode eines gewöhnlichen n-Kanal-MISFET, der mit der bekannten Technik der Selbstausrichtung mit polykristallinem Silizium gebildet wird. Die Gateelektroden der p-Kanal-MISFETs Q„ und Q_K bestehen aus einer poly-

kristallinen Siliziumschicht mit einem ρ -Leitfähigkeitstyp.

Der MISFET, z„B„ der MISFET Q₁, dessen Gateelektrode einen zu dem Leitfähigkeitstyp seines Kanals entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp besitzt, ist mit einem Kreis umgeben. Da die anderen gewöhnlichen MISFETs nicht mit Kreisen umgeben sind, werden sie von dem oben festgelegten MISFET, z.B. dem MISFET Q₁, unterschieden. Die. gleiche

Bezeichnungsweise wird in den Schaltdiagrammen der später zu beschreibenden, weiteren Ausführungsbeispielen verwendet.

Die Fign. 5A, 5B zeigen Querschnitte der MISFETs.

Die Hauptfläche eines η-artigen einkristallinen Siliziumsubstrats 1, die parallel zu der (100)-Kristallebene liegt/ ist mit der bekannten Technik der lokalen Oxidation mit einem dicken Feldoxidfilm 2 mit einer Dicke von etwa 1 pm überzogen. Diejenigen Teile des Substrates 1, die nicht mit dem Feldoxidfilm 2 bedeckt sind, werden als aktive Gebiete zum Bilden der Schaltungselemente verwendet.

Der p-Kanal-MISFET Q. besteht aus einem ρ -artigen Sourcegebiet 4a und einem ρ -artigen Draingebiet 4b, die in der Oberfläche des Substrates 1 ausgebildet sind, und aus einer ρ -artigen polykristallinen Siliziumschicht 7a, die auf einem Gateisolationsfilm 6a über der Oberfläche des Substrates 1 gebildet ist. Die ρ -artige polykristalline Siliziumschicht 7a bildet die Gateelektrode des MISFET Q₄. In der Oberfläche des Substrates 1 sind p-artige Wannengebiete 3a und 3b zur Bildung der n-Kanal-MISFETs Q^ und Q₂ vorhanden.

Der MISFET Q₁ besteht aus einem η -artigen Sourcegebiet 5a und einem η -artigen Draingebiet 5b, die in der Oberfläche des p-artigen Wannengebietes 3a gebildet sind, und aus einer polykristallinen Siliziumschicht 7b, die auf der Oberfläche des p-artigen Wannengebietes 3a über einem Gateisolationsfilm 6b gebildet ist. Der zentrale teil G_ der polykristallinen Siliziumschicht 7b ist vom ρ -Typ. Ohne hierauf beschränkt zu sein die beiden Endteile G₁ und G₃ der polykristallinen Siliziumschicht 7b vom n⁺-Typ.

Der MISFET Q„ besteht aus dem n⁺-Sourcegebiet 5c und dem η -artigen Dräingebiet 5d, die in der Oberfläche des p-artigen Wannengebietes 3b gebildet sind, und aus einer n⁺-artigen polykristallinen Siliziumschicht 7c, die an der Oberfläche des p-artigen Wannengebietes 3b über einem Gateisolationsfilm 6c gebildet ist.

Die Oberfläche des p-artigen Wannengebietes 3a besitzt

ein ρ -artiges Kontaktgebiet 4c, wie dies die Fig. 5B zeigt. Ein beispielsweise aus Phosphorsilikatglas bestehender Isolationsfilm 8 ist auf dem Feläoxidfilm 2 und auf den Oberflächen derjenigen Teilen des Substrates 1 gebildet, in denen die MISFETs aufgebaut sind.

Auf der Oberfläche des IsolationsfilisB 8 sind Leiterbahnschichten 9a bis 9g gebildet,, die beispielsweise aus aufgedampften Aluminium bestehen. Die Leiterbahnschichten 9a bis 9g stehen in ohmischen Kontakt mit verschiedenen Gebieten der MISFETs. Um die Gate-Drain-Durchbruchsspannungen der jeweiligen MISFETs zu verbessern und um zu verhindern, daß unerwünschte Verunreinigungen in die polykristallinen Siliziumschichten 7a bis 7c eingeführt werden, werden die Oberflächen der polykristallinen Siliziumschichten 7a bis 7c mittels thermischer Oxidation mit dünnen Oxidfilmen überzogen, bevor der Isolationsfilm 8 gebildet wird. In der Darstellung der Fig. 5A sind jedoch die dünnen Oxidfilme weggelassen, um die Zeichnungseinfache zu gestalten.

Ein den Fign. 5A und 5B entsprechender IC kann unter Einsatz der CMOS-IC-Produktionstechnik und ohne Zufügen irgend eines besonderen Verfahrensschrittes hergestellt werden.

Beispielsweise wird, nachdem:., die p-artigen Wannenge-· .

biete 3a und 3b, der Feldoxidfilm 2 und die Gateisolationsfilme 6a bis 6c gebildet worden sind, eine polykristalline Siliziumschicht auf den gesamten Gebiet der Oberfläche des Substrates 1 mittels des bekannten CVD-Verfahrens (chemisches Abscheiden aus der Gasphase) abgeschieden.

Durch selektives Ätzen dieser polykristallinen Siliziumschicht werden die polykristallinen Siliziumschichten 7a bis 7c gebildet. Sodann wird ein erster Siliziumoxidfilm, der als Maske zum Einbringen von Dotierstoff verwendet wird, auf der Oberfläche des Substrates 1 mittels eines CVD-Prozesses gebildet» Es wird ein selektives Ätzen ausgeführt, um jene Teile des ersten Siliziumoxidfilmes zu entfernen, die auf denjenigen Teilen aufliegen, in denen

die p-Kanal-MISFETs, der Teil G der polykristallinen Siliziumschicht 7b und der das Kontaktgebiet 4c bildende Teil gebildet werden sollen. Sodann wird ein p-Dotierstoff wie z.B. Bohr mit einem Dotierstoff-Diffusionsprozeß in die polykristallinen Siliziumschichten und in die Oberflächenteile des Substrates 1, die nicht mit dem ersten Siliziumoxidfilm bedeckt sind, eingebracht. Sodann werden die ρ -artigen Halbleitergebiete 4a bis 4c gebildet. Weiterhin erhalten die gesamte polykristalline Siliziumschicht 7a.

und der zentrale Teil G- der polykristallinen Siliziumschicht 7b eine p⁺-Leitfähigkeit.

Sodann wird der erste Siliziumoxidfilm entfernt, woraufhin der als Dotierstoffmaske dienende zweite Silizijoxidfilm auf dem Substrat 1 gebildet wird. Der zweite Siliziumoxidfilm wird an denjenigen Stellen entfernt, die auf jenen Teilen aufliegen, in denen die Source- und Draingebiete des MISFET Q₁, die Endteile G₁ und G₃ der polykristallinen Siliziumschicht 7b und die den MISFET Q_ bildenden Gebiete gebildet werden sollen.

Sodann wird ein- η-Dotierstoff wie z.B. Phosphor in die polykristallinen Siliziumschichten und in die freigelegten Oberflächenteile der p-artigen Wannengebiete 3a und 3b eingebracht. Damit werden die η -artigen Halbleitergebiete 5a bis 5d gebildet. Weiterhin werden die Endteile G₁ und G₃ der polykristallinen Siliziumschicht 7b und die

gesamte polykristalline Siliziumschicht 7c n⁺-artig gemacht. In die Endteile G₁ und G_ der polykristallinen Siliziumschicht 7b ist jeweils n-artiger Dotierstoff eingeführt, damit die Lagen der Endteile der η -artigen Source- und Drain-Gebiete 5a und 5b des MISFET Q₁ durch die polykristalline Siliziumschicht 7b festgelegt sind, oder mit anderen Worten - damit die Gebiete 5a und 5b mittels der Selbstausrichtungstechnik gebildet werden. Die Breiten der Endteile G₁ und G₃ werden durch die Genauigkeit der Maskenausrichtung bestimmt.

Der η-Kanal-MISFET Q₁ besitzt eine verhältnismäßig große Schwellspannung V₄. _1# weil der Teil G₀ seiner Gate-

• "Cxi I - ^ .

elektrode aus der ρ -artigen polykristallinen Siliziumschicht besteht. Der n-Kanal-MISFET Q₂ besitzt eine vergleichsweise kleine Schwellspannung V,, ₂, bei dessen Gateelektrode aus der η -artigen polykristallinen Siliziumschicht besteht.

Die p-artigen Wannengebiete 3a und 3b, in denen die Kanalgebiete der jeweiligen MISFETs Q₁ und Q₂ gebildet werden, werden simultan mit der IC-Herstellungstechnik gebildet, so daß sie den den Leitfähigkeit bestimmenden Dotierstoff mit einander gleichen Dichten enthalten. Da die Gateisolationsfilme 6b und 6c gleichzeitig gebildet werden, bestehen sie aus dem gleichen Material und haben eine gleiche Dicke. Da die Kanalgebiete der MISFETs Q₁ und Q₂ gleiche Kenngröße haben und die Gateisolationsfilme 6b und 6c aus dem gleichen Material bestehen und eine gleiche Dicke haben, wird die Differenz zwischen den Schwellspannung V., ₁ und V., ₂ gleich der Differenz zwischen dem Ferminiveau des ρ -artigen polykristallinen Siliziums und dem Ferminiveau des η -artigen polykristallinen Siliziums.

Das η -dotierte polykristalline Silizium, das den den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Dotierstoff mit einem hohen

18 3 Dichte von beispielsweise 10 Atome/cm enthält, besitzt ein Ferminiveau, das nahe den Boden von dessen Leitfähigrkeitsband liegt. In entsprechender Weise besitzt das ρ -dotierte polykristalline Silizium ein Ferminiveau,das nahe der oberen Bandkante seines Valencebandes liegt. Daher hat die Schwellspannungsdifferenz (V., ., - V.. ₂) einen Wert, der nahe bei dem Bandabstand von Silizium liegt. In der Fig. 4 besitzt der MISFET Q₁ eine Diodenan-Ordnung. Das bedeutet, daß Drain und Gate des MISFET Q₁ miteinander verbunden sind. Die Drainelektrode des MISFET Q₁ ist mit der Gateelektrode des MISFET Q₂ verbunden, welch letzterer mit dem ersteren gepaart ist. Der MISFET Q₂ bildet zusammen mit dem MISFET Q eine Source-Folgerschaltung. Ein zwischen Source und Drain des MISFET Q₂ fließender Vorstrom wird durch den MISFET Q- bestimmt. Bei diesem MlSFET Q_ sind Drain und Gate miteinander

verbunden, damit der erwähnte Vorstrom durch eine Ausgangsspannung V _f bestimmt wird, die von die der Sourceelektrode des MISFET Q₂ geliefert wird. Das bedeutet, daß der MISFET Q₃ eine Diodeanordnung hat. Zum Anlegen eines Vorstromes an den MISFET CL ist eine aus p-Kanal-MISFETs Q₄ und Ο- bestehende Stromspiegelschaltung CM' vorgesehen. Die Stromspiegelschaltung CM, bildet eine Konstantstromquelle. Entsprechend zu den in der Figur dargestellten Schaltungsverbindungen wird der Eingangs-Vorstrom der Konstantstromquelle vom Stromspiegeltyp von der Drainelekr trode des MISFET Q₂ produziert. Dementsprechend steht der durch den MISFET Q₁ fließende Vorstrom in genauem Verhältnis zu dem,durch den MISFET Q₂ fließenden Vorstrom.

Bei der Fig. 4 sind die jeweiligen Substratgates (d.h. das η-artige Siliziumsubstrat 1 der Fig. 5A) der p-Kanal-MISFETs Q₄ und Q zusammen mit den jeweiligen Gates mit einem Spannungsversorgungsanschluß V_Dß verbunden, ebensowie ihre jeweiligen Sourceelektroden.In der Figur sind jedoch die Verdrahtungsleitungen zwischen den Substratgates der MISFETs Q₄ und Q₁. und dem Spannungsversorgungsanschluß weggelassen, um die Zeichnung nicht zu komplizieren. In ähnlicher Weise sind die Verdrahtungsleitungen der p-Kanal-MISFETs zu den Substratgates in den Schaltbildern der nachfolgend zu beschreibenden anderen Ausführungsformen weggelassen.

Bei den n-Kanal-MISFETS Q₁ und Q₃ sind jeweils die Substratgates ebenso wie die jeweiligen Sourceelektroden mit einem Referenzpotentialanschluß GND verbunden, der auf einem Potential wie z.B. dem Massepotential der Schaltung gehalten wird.

Bei dieser Ausfuhrungsform ist es wünschenswert, daß die Schwellspannungsdifferenz (^v _th-i " ^v+-h2^ zwischen den MISFETs Q₁ und Q_ nicht durch irgendwelche anderen Faktoren außer der Differenz zwischen den Ferminiveaus des p⁺-artigen polykristallinen Siliziums und des η artigen polykristallinen Siliziums beeinflußt wifd. Wenn das Substratgate des MISFET Q₇ mit dem Referenzpotential-

anschluß GND verbunden XSt₄, so liegt über die Sourceelektrode und das Substratgate des MISFET Q_ eine Spannung an, die gleich der Ausgangsspannung V _f ist. Dementsprechend wird die Schwel!spannung V., - durch den Substratvorspannungseffekt vergrößert» Die Größe des Zuwachsens der Schwel!spannung, die durch den Substratvorspannungseffekt verursacht wird, wird von dem Ferminiveau eines Halbleiters beeinflußt» Im Gegensatz dazu wird die Schwell spannung V ... nicht durch den Substratvorspannungseffekt beeinflußt, weil die Sourceelektrode und das Substratgate des MISFET CL auf gleichem Potential gehalten werden. Daher wird die Schwellspannungsdifferenz

(V.

th1

größer als die Differenz der Ferminiveaus.

Ohne hierauf beschränkt zu sein, ist bei diesem . Ausführungsbeispiel das Substratgate des MISFET Q₂ mit dessen Sourceelektrode verbunden _B ähnlich zu dem gepaarten MISFET Q₁, um ein unerwünschtes Abfallen der Schwellspannungsdifferenz (V ,_Λ - V₄. «) zu verhüten.

Im folgenden werden nun die elektrischen Kenngrößen der dargestellten Schaltung beschrieben.

Mit m wird ein Stromverstärkungsfaktor der aus den MISFETs Q. und Q₅ bestehenden Stromspiegelschaltung CM₁ bezeichnet, mit I der Vorstrom des MISFET Q₃, und der Vorstrom, der der Drainelektrode des MISFET Q₁ zugeführt wird, wird zu (m χ I). Es werden mit β (W₁/L₁), β_Λ

ο ■— ι ι ο

(W»/L„) und β (W-/L-) die Gegenwirkleitwerte (Steilheiten) der jeweiligen MISFETs Qj, Q₂ und Q₃ bezeichnet (wobei

β eine Konstante bezeichnet

W die Kanalbreite und L die

Kanallänge); V., ₁ und V. _h2 bezeichnen die Schwellspannungen der jeweiligen, oben beschriebenen MISFETs Q₁ und Q-; V _h3 bezeichnet die Schwel!spannung des MISFET Q₃. Die Ausgangsspannung V ,. erhält einen Wert, der die folgende Gleichung (1) erfüllt:

ref

- ^(Vthl - ^Vth2>

f—	I	C-	-)
m -
(-	-)
A.
L2

Hierbei erhält der Vorstrom I einen Wert, der durch den MISFET Q₃ bestimmt wird und der die folgende Gleichung (2) erfüllt:

¹O ⁼ 1 ^ΰο ^ ^^vref - ^vth3

2 ο ~Ζ "ο "L₃' ^%"rei cnj> ... (2)

Aus den Gleichungen (T) und (2) ergibt sich dementsprechend die Ausgangsspannung V aus der folgenden Gleichung (3):

ref = {<^Vth1

wobei der Ausdruck A eine Konstante ist, die durch die folgende Gleichung (4) gegeben wird:

l7> W= - Jtf

Wie man anhand der Gleichungen (3) und (4) ersehen kann, nimmt die Referenzspannung V _f einen Wert an, der nur durch die Größe und durch die Schwellspannung der jeweiligen MISFETs bestimmt wird, sie hängt nicht von der Versorgungsspannung V ab.

Wie man anhand der Gleichung (4) ersehen kann, wird der Wert der Konstante A zu Null gemacht in dem der Stromverstärkungsfaktor, m und das Größenverhältnis der MISFETs Q₁ und Q₉ auf geeignete Werte gebracht werden. Ist beispielsweise der Stromverstärkungsfaktor m gleich 1 und sind die Größen der MISFETs Q₁ und Q₂ einander gleich, so wird die Konstante A zu Null. In diesem Fall wird die Ausgangsspannung V _£ gleich der Schwellspannungs differenz (V.. ^ - V_th2)/ d.h. gleich der Differenz des Ferminiveaus des ρ -artigen polykristallinen Siliziums und dem Ferminiveau des η -artigen polykristallinen Siliziums, wie man dies anhand der Gleichung (3) ersehen kann.

Man muß jedoch den Umstand beachten, daß der Bandäbstand von Silizium die in Fig. 2 dargestellte Tempera-

turabhängigkeit zeigt, sowie die Tatsache, daß die Ferminiveaus von p-artigem und η-artigem Siliziummaterial die in Fig. 3 dargestellten Temperaturabhängigkeiten haben.

Wenn, wie oben beschrieben, die Gateelektroden der MISFETs Q₁ und Q_ aus polykristallinem Silizium bestehen, so hat die Übereinstimmung mit der Temperaturabhängigkeit der Ferminiveaus von polykristallinen Siliziummaterialien die Schwellspannungsdifferenz (V..- - V _h_) eine gewisse Temperaturabhängigkeit. Wenn beispielsweise die polykristallinen Siliziumschichten für die Bildung der Gateelektroden der MISFETs Q₁ und Q. mit Bohr und Phosphor bei hohen, den Sättigungsdichten im wesentlichen gleichen Dichten diffundiert wurden um eine Schwellspannungsdifferenz

(V.,₄ - V,, ») von etwa 1,2 Volt zu erzielen, so war der tni tnz

gemessene Temperaturkoeffizient der Schwellspannung (V..- V) etwa minus 0,3^ minus 0,5 mV/°C_o

Bei diesem Ausführungsbeispiel stellt man eine Temperaturabhängigkeit der Schwellspannungsdifferenz (V., - V., ₂) und der Schwellspannung V . ₃ fest.

Wenn die rechte Seite der Gleichung (3) nach der Temperatur T differenziert wird, erhält man die folgende Gleichung (5), die die Temperaturabhängigkeit der Ausgangsspannung V _£ anzeigt:

Um die Temperaturabhängigkeit der Ausgangsspannung Vf zu Null zu machen, kann unter Berücksichtigung der Temperaturabhängigkeit der Schwellspannungsdifferenz (V V,j~) und jener der Schwel!spannung V.._ die Konstante A so eingestellt werden, daß die im Zähler stehenden Terme der rechten Seite der Gleichung (4) zu Null werden. Wie man anhand der Gleichung (4) sieht, wird die Konstante A durch die Größenverhältnisse der jeweiligen MISFETs und durch den Stromsverstärkungsfaktor bestimmt. Entsprechend den Figuren 2 und 3 ist die Temperatürkennlinie der

der; Schwellspannungsdifferenz (V,, ₁ - V ,_) etwas konvex. Obgleich dies nicht dargestellt ist, ist die Temperaturkennlinie der Schwellspannung V , ₃ des MISFET Q_ ähnlich zu der Schwellspannungsdifferenz (v;, .. - V , ) etwas konvex. Wie im vorangehenden Fall der Schaltung der Fig. 1 kann die Temperaturkompensationsspannung, die .im wesentlichen durch die MISFETs Q.. ., und Q₁₅1 mit ihren unsymmetrischen Betriebsströmen gebildet wird, die Schwellspannungsdifferenz nur in einem vergleichsweise schmalen Temperaturbereich korrigieren. Dementsprechend ist die Ausgangsspannung V „ der Schaltung der Fig. 1 wie die Kurve L₁ der Fig. 9 gekrümmt, auf die zuvor Bezug genommen wurde.

Im Gegensatz dazu hat im Fall der Schaltung nach dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4 die Schwellspannung V,- ₃ eine Temperaturabhängigkeit, die derjenigen der Schwellspannungsdifferenz (V., .j - V,, ₂) ähnlich ist, so daß die Temperaturabhängigkeit der Schwellspannungsdifferenz (V , ₁ - V,_h2) über einen weiten Temperaturbereich zufriedenstellend kompensiert werden kann.

Die Kurve L₂ in Fig. 9 bezeichnet das gemessene Ergebnis der Ausgangsspannung V _f in dem Fall, in dem die Größen der MISFETs Q₁ bis Q„ einander gleich sind und der Stromverstärkungsfaktor m der aus den MISFETs Q. und Q bestehenden Stromspiegelschaltung CM₁ gleich 1,5 ist, d.h. wenn die Konstante A gleich 0,22 ist.

Wie man anhand der Figur ersehen kann, ist der Temperaturkoeffizient der Ausgangsspannung V- konstant und unabhängig von den Temperaturen. Der Temperaturkoeffizient kann im wesentlichen zu Null gemacht werden, indem die Konstante A geeignet eingestellt wird.

Die Fig. 6 zeigt eine Schaltung gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel. In dieser Schaltung besteht eine Stromspiegelschaltung CM₁ aus MISFETs Q₃ und Qg, eine andere Stromspiegelschaltung CM₃ besteht aus MISFETs Q_ und Q.. Der Drainstrom des MISFET Q₄ wird einem n-Kanal-MISFET Q₁ zugeführt, der eine ρ -artige poly-

kristalline Siliziumelektrode besitzt.

Da die MISFETs Q₃ und Q_g geeignete Größen haben,

ist das Stromverhältnis zwischen den MISFETs Q- und Q₁.

j b

genau eingestellt. Dementsprechend ist das Stromverhäitnis zwischen den MISFETs Q₁ und Q₃ genau eingestellt.

Da das Stromverhältnis der Vorströme, die durch die MISFETs Q und Q₂ fließen, und die Größen der MISFETs Q., Q₂ und Q₃ genau festgesetzt sind, erhält man wie bei der Schaltung der Fig. 4 eine gewünschte Ausgangsspannung V _£, die gegenüber TemperaturSchwankungen und Schwankungen der Versorgungsspannung stabil ist.

Bei der Schaltung der Fig. 6 kann das Stromverhältnis der durch die MISFETs Q₁ und Q„ fließenden Vorströme ebenfalls genau eingestellt werden, indem anstatt eine Änderung des Größenverhältnisses zwischen den MISFETs Q₃ und Q, das Größenverhältnis zwischen den MISFETs Q_c und Q. , welche die Stromspiegelschaltung CM_ bilden, geeignet festgelegt werden.

Gemäß der Schaltung der Fig. 6 wird die Drainelektrode des MISFET Q₂ auf einer hohen Spannung gehalten, weil sie mit einem Versorgungsspannungsanschluß V_DD verbunden ist. Dementsprechend arbeitet die Schaltung der Fig. 6 zufriedenstellend auch bei einer Versorgungsspannung, deren Wert kleiner als die untere Grenze, der Betriebsspannung der Schaltung der Fig. 4 ist.

Die Fig. 7 zeigt eine Schaltung nach einem weiteren Ausführungsbeispiel. Bei der Schaltung der Fig. 7 wird der Drainstrom eines MISFET Q_ einer Stromspiegelschaltung CM. zugeführt, die aus MISFETs Q₇, Q_fi und Q. besteht. Ein Ausgangsstrom der Stromspiegelschaltung CM₄ wird einem als Diode geschalteten MISFET Q₁ zugeführt, während der andere Ausgangsstrom einer Stromspiegelschaltung -CM^ zugeführt wird, die aus MISFETs Q„ und Q₅ besteht.

Durch die Stromspiegelschaltung CM₅ wird ein durch den MISFET Q₂ fließender Vorstrom verursacht.

Die MISFETs Q₁, Q₂ und Q₃ sind MISFETs, deren Struktur ähnlich zu der der MISFETs Q₁, Q₃ und Q₃ der Fign. 4 und '6

ist.

Da die MISFETs Q₁, Q₃ und Q₃ entsprechend der Fig.

geschaltet sind, kann von dem Gate des MISFET Q- eine Konstantspannung V_ref abgeleitet werden.

' Die durch die MISFETs Q. und Q fließenden Vorströme können in ein geeignetes Verhältnis gesetzt werden, indem... der Stromverstarkungsfaktor von wenigstens einer der Stromspiegelschaltungen CM. und CMj. geändert wird.

Die Schaltung des Ausführungsbeispieles der Fig. 7 hat den Vorzug, daß seine Ausgangsspannung V _f kaum von einer Schwankung der Versorgungsspannung beeinflußt wird, wie dies nachfolgend beschrieben wird.

■ Die Squrce-Drain-Spannung des MISFET Q₄ wird aufgrund einer Änderung der Versorgungsspannung verändert. Wenn sich die Source-Drainspannung in dieser Weise geändert hat, so wird die Größe des Drainströmes des MISFET Q₄ aufgrund des bekannten Kanallängen-Isolationseffektes verändert. Demzufolge wird die Größe des Vorstromes des MISFET Q. verändert.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird jedoch der Drainstrom des MISFET Q^ simultan mit dem Drainstrom des MISFET

Q. aufgrund des Kanallängen-Isolationseffektes geeignet verändert. Im Ergebnis nimmt das Verhältnis zwischen dem Drainstrom des MISFET Q₄ und dem Drainstrom des MISFET Q_g entsprechend dem Größenverhältnis zwischen den MISFETs Q₄ und Q₆ einen im wesentlichen konstanten Wert an, ungeachtet der Schwankungen der Versorgungsspannung. Die Drain-Sourcespannung des MISFET Q₅, der die Stromspiegelschaltung CM- bildet, wird durch den MISFET Q₂ konstant gehalten. Daher wird der Stromverstarkungsfaktor der Stromspiegelschaltung CM_ auf einem konstanten Wert und unabhängig von Schwankungen der Versorgungsspannung gehalten.

Demzufolge wird das Verhältnis der durch die MISFETs Q und Q₀ fließenden Verströme auf einen im wesentlichen konstanten Wert gehalten, unabhängig von der Schwankung in der Versorgungsspannung. Da auf diese Weise das Ver—

hältnis der Vorströme der MISFETs Q₁ und Q- auf einem guten Wert aufrecht erhalten bleibt, wird die Änderung, die der Ausgangsspannung V _f bei einer Schwankung der Versorgungsspannung auferlegt wird, ausreichend klein. Die Fig. 8 zeigt die Schaltung eines weiteren Ausführungsbeispiel dieser Erfindung . Entsprechend der Schaltung des Ausführungsbeispiels nach Fig. 8 wird die Versorgungsspannungsabhängigkeit einer Ausgangsspannung V _c in einer noch weiter zufriedenstellenden Weise ver-

rer . .

bessert.

Bei einem MISFET, der in seinem Sättigungsgebiet betrieben wird, wird selbst dann, wenn eine konstante Vorspannung über dessen Gate und Source angelegt wird, der Source-Drain-Strom durch den oben angegebenen bekannten Kanallängeneffekt aufgrund einer Änderung in dessen Source-Drain-Spannung verändert.

Bei der in der Fig. 4 dargestellten Schaltung sind Gate und Drain des die Stromspiegelschaltung CM₁ bildenden MISFET Q_ miteinander verbunden, und daher bleibt seine Source-Drain-Spannung auf einem seiner Schwellspannung im wesentlichen gleichen Wert. Dementsprechend bleibt die Source-Drain-Spannung des MISFET Q₅ auf einem im wesentlichen konstanten Wert, ungeachtet der Schwankungen der Versorgungsspannung V_n-.. Im Gegensatz Üazu erhält die Source-Drain-Spannung des als Diode geschalteten MISFET Q₁ einen im wesentlichen konstanten Wert, so daß die Source-. Drain-Spannung des die andere Stromspiegelschaltung CM₁ bildenden anderen MISFET Q. sich in Übereinstimmung mit der Schwankung der Versorgungsspannung V ändert. Der Drainstrom des MISFET Q. ändert sich dementsprechend verhältnismäßig stark mit der Schwankung der' Versorgungsspannung V . Da der Drainstrom des MISFET Q. verändert wird, wird der Stromverstärkungsfaktor m der Stromspiegelschaltung CM₁ mit der Schwankung der Versorgungsspannung V_DD verändert. Aus diesem Grund hat die von der in Fig. dargestellten Schaltung gelieferte Spannung V ψ eine ■gewisse Abhängigkeit" von der Versorgungsspannung.

Bei der Schaltung nach Fig. 8 besteht die Stromspiegelschaltung CM₁ aus p-Kanal-MISFETs Q₅ und Q₄. Weiterhin besteht ein Differenzverstärker D-AMP aus p-Kanal-MISFETs Q₇ und Q₈ zur Verstärkung und aus n-Kanal-MISFETs Q_g und Q_1Q in Stromspiegelschaltung. Zwischen die Drainelektrode des Ausgangs-MISFET Q₄ in der Stromspiegelschaltung CM₁ und Gate und Drain eines diodengeschalteten MISFET Q₁ ist ein p-Kanal-MISFET Q,

I D

zwischengeschaltet. Das Gate des MISFET Q_c wird mit

dem Ausgang des Differenzverstärkers Dr-AMP versorgt.

Entsprechend den dargestellten Schaltungsverbindungen werden die Drainspannungen der MISFETs Q₄ und Q₅ dem Differenzverstärker D-AMP zugeführt. Der Ausgang des Differenzverstärkers D-AMP ist negativ an das Gate des MISFET Q₆ rückgekoppelt. Als Ergebnis der negativen Rückkopplung nimmt die Drainspannung des MISFET Q₄ einen Wert an, der der des MISFET Q₅ gleich ist.

Als Folge davon, daß die Source-Drain-Spannungen der MISFETs Q₄ und Q₅ einander gleich gemacht sind, werden die relativen Änderungen der Source-Drain-Ströme der MISFETs Q₄ und Q₅ aufgrund der jeweiligen Kanallängenmodulationseffekte einander gleich. Demzufolge wird der Stromverstärkungsfaktor' m der Stromspiegelschaltung CM₁ konstant gehalten ohne Rücksicht auf Schwankungen der Versorgungsspanung V_DD·

Da der Stromverstärkungsfaktor m konstant gehalten wird, zeigt die Spannung V _f, die von der in Fig. 8 dargestellten Schaltung abgegeben wird, im wesentlichen keine VersorgungsSpannungsabhängigkeit.

Jede der Fign. 1OA bis 1OC zeigt den Aufbau einer Stromspiegelschaltung CM₁, deren Stromverstärkungsfaktor m"aufgrund des Kanallängenmodulationseffektes ein wenig schwankt.

Jede der Schaltungen in den Fign. 1OA bis 1OC kann durch eine in Fig. 4 dargestellte Stromspiegelschaltung CM₁ oder durch die Stromspiegelschaltung CM₁ oder durch die in Fig..8 dargestellten Differenzverstärker D-AMP

und den MISFET Q_g ersetzt werden. Die in Fig. 1OA dargestellte Schaltung besteht aus der kleinsten Anzahl von MISFETs. Wenn bei der Schaltung der Fig. 1OB oder der Fig. 10C wenigstens die MISFETs Q₃₃ und Q-. mit gleichen Schwellspannungen ausgestattet sind, so können die Source-Drain-Spannungen der MISFETs Q. und Q₅ einander nahezu gleich gemacht werden. Um die Drainspannungen der MISFETs Q₄ und Q₅ ohne Rücksicht auf den Stromverstärkungsfaktor m gleich groß zu machen, kann das Verhältnis zwischen den Größen der MISFETs Q₂₃ und Q₃₄ dem Verhältnis zwischen den Größen der MISFETs Q₄ und Q_ gleich gemacht werden.

Die vorliegende Erfidnung kann extensiv als Referenzspannungsgenerator eingesetzt werden.

Beispielsweise ist sie geeignet für die Bildung der Referenzspannung eines in Fig. 11 dargestellten Batterieprüfers, der bei einem Abfall der Batteriespannung Alarm gibt und der in einem elektronischen Tischrechner usw. eingesetzt wird. Der Grund ist, daß er eine kleine Zahl von verwendeten Bauelementen umfaßt und leicht in die Form eines ein-Chip-MIS IC gebracht werden kann. Diese Schaltung arbeitet wie folgt:

Zunächst ist ein nicht dargestellter Rücksetzsignalgenerator vorgesehen, der zu dem Zeitpunkt des Anschließens einer Versorgungsspannung ein Rücksetzsignal erzeugt. Beim Anschließen der Versorgungsspannung wird durch ein seinem Rücksetzanschluß zugeführtes Rücksetzsignal ein Flip-Flop FF dementsprechend rückgesetzt. Eine Teilspannung (R₉ E )/(R₁+R₀), die von einem aus Widerstandselementen R und R„ gebildeten Spannungsteile geliefert wird, ändert sich mit der Batteriespannung E . Diese Teilspannung und die von dem Referenzspannungsgenerator gelieferte Referenzspannung werden durch einen Komparator CMP verglichen.

Falls die Batteriespannung E größer.als ein vorgegebener Wert ist, hat der Komparator CMP am Ausgang einen tiefen Pegel, der im wesentlichen gleich der Massepotential ist.

Wenn die Batteriespannung-'E kleiner als ein vorgegebener Wert geworden ist, so erhält der Ausgang des Komparators CMP dementsprechend einen hohen Pegel, der im wesentlichen gleich dem Pegel der Batteriespannung E ist.

Demzufolge wird das Flip-Flop FF in seinen Setzzustand gebracht. Eine nicht dargestellte Anzeigevorrichtung wird von dem Setzausgang des Flip-Flop FF angesteuert. Das bedeutet, daß die Anzeige oder ähnliches für eine Warnung, daß die Batterie verbraucht:'.ist, ausgelöst. Die Betriebsspannungen sind in Fig. 12 dargestellt.

Diese Erfindung ist nicht auf die voran beschriebenen' Ausführungsbeispiele beschränkt. An Stelle einer Konstruktion, bei der wie oben beschrieben, die Leitfähigkeitstypen der polykristallinen Siliziumschichten wie der Gateelektroden unterschiedlich gemacht werden,um die Schwellspannungen der'jeweiligen MISFETs ungleich zu machen, kann eine Konstruktion gewählt werden, bei der verschiedene, die Schwellspannungen beeinflussenden Faktoren verschieden groß gemacht werden.· Wenn beispielsweise die Differenz, zwischen den Austrittsär-beiten der Gateelektroden ausgenutzt wird, so kann die Gateelektrode eines MISFET eines Paares von MISFETs aus polykristallinen Silizium gemacht werden und die Gateelektrode des anderen MISFET dieses Paares kann aus Aluminium gemacht werden, aus Molybdän oder ähnlichen. Es ist ebenfalls möglich, die Dichte des den Leitfähigkeitstyp bestimmenden Dotierstoffes in dem als Kanalgebiet des einen MISFET verwendeten Teiles mittels der Ionenimplantationstechnik oder einer anderen Technik zu verändern. Die MISFETs wie z.B. die in den Fign. 4, und 8 dargestellten MISFETs Q-, die als Diode geschaltet sind um die Vorstrom-Pegel festzulegen, können, falls notwendig, statt im " nr-kanaltyp im p-Kanaltyp aufgebaut sein. Wenn eine vergleichsweise hohe:.Referenzspannung gefordert wird, so kann beispielsweise die in Fig. 4 dargestellte Schaltung mit einem Linearverstärker kombir niert sein, der einen geeigneten Verstärkungsfaktor hat.

Ebenfalls kann eine in Fig. 13 dargestellte Schaltung verwendet werden.

34 Leerseite

Claims (13)

1. . .REFERENZSPANNUNGSGENERATOR

   PATENTANSPRÜCHE

   Referenzspannungsgenerator, gekennzeichnet durch

   einen Ausgangsanschluß _f

   eine Vorstrom-VSpannungsschaltung mit einem ersten MISFET, der über seine Gate- und Sourceelektrode mit einer Spannung zwischen dem Ausgangsanschluß und einem Referenzpunkt versorgt wird und der einen Drain-Source-Strom mit einem Pegel erzeugt, der der über die Gate- und die Sourceelektrode zugeführten Spannung entspricht, wobei die Vorstrom-/Spannungsschaltung erste und zweite Vorströme erzeugt, deren Pegel proportional zu dem Drain-Source-Strom des ersten MISFET sind,

   einen zweiten MISFET,, dessen Drain-Source-Strecke zwischen einem ersten Knotenpunkt und dem Referenzpunkt geschaltet ist und dessen Gate mit seiner Drainelektrode verbunden ist,, wobei die Drain-Source-Strecke mit dem ersten Vorstrom versorgt wird, und durch

   einen dritten MISFET„ der eine an dem dritten Knotenpunkt angeschlossene Gateelektrode, eine an den Ausgangsanschluß angekoppelte Sourceelektrode und eine Drainelektrode aufweist/ und dessen Schwellspannung einen kleineren Wert als die des zweiten MISFET besitzt und dessen Drain-Source-Strecke mit den zweiten Vorstrom versorgt wird,

   wobei dem Ausgangsanschluß von dem dritten MISFET eine Spannung zugeführt wird, die der Differenz zwischen einer Schwellspannung des. ersten MISFET und der Schwellspannung des dritten MISFET entsprichtο
2. 2. Referenzspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß die Potentialdifferenz, die über das Substrat und die Sourceelektrode des dritten MISFET angelegt ist, gleich der Potentialdifferenz ist, die über das Substrat . und die Sourceelektrode des zweiten MISFET angelegt ist»
3. 3. Referenzspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite MISFET und der dritte MISFET Kanallängen und Kanalbreiten haben, die einander gleich sind, und daß der erste Vorstrom einen Wert bestitzt, der größer ist als der des zweiten Vorstroms.
4. 4. Referenzspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drain-Source-Strecke ' des ersten MISFET zwischen dem Ausgangsanschluß und dem j Referenzpunkt geschaltet ist und daß seine Gateelektrode ;

   mit seiner Drainelektrode verbunden ist.
5. 5. Referenzspannungsgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorstromschaltung

   einen Stromspiegel enthält, der mit dem Drainstrom des !

   dritten MISFET versorgt wird um den ersten Vorstrom zu !

   erzeugen. ....
6. 6. Referenzspannungsgenerator nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromspiegel einen vierten MISFET aufweist, dessen Gate und Drain miteinander verbunden ist und dessen Leitfähigkeitstyp zu dem des dritten MISFET gegengesetzt ist, und einen fünften MISFET aufweist, dessen Gateelektrode an die Gateelektrode des vierten MISFET angeschlossen ist, dessen Sourceelektrode an die Sourceelektrode des vierten MISFET angeschlossen ist und dessen Leitfähigkeitstyp der gleiche wie der des vierten MISFET ist.
7. 7. Referenzspannungsgenerator nach Anspruch.6, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere Schaltung vorhanden ist, die eine Source-Drairi-Spannung des fünften MISFET im wesentlichen gleich jener des vierten MISFET macht. ·
8. 8. Referenzspannungsgenerator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die weitere Schaltung aus einem sechsten MISFET besteht, dessen Source-Drain-Strecke zwischen der Drainelektrode des fünften MISFET und der Drainelektrode des zweiten MISFET liegt und der den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der fünfte . MISFET besitzt, und daß ein Differenzverstärker vorhanden ist, dessen nicht invertierender Eingangsanschluß mit der Drainspannung des vierten MISFET versorgt wird und dessen invertierender Eingangsanschluß mit der Drainspannung des fünften MISFET versorgt-wird, und.dessen Ausgangsanschluß die der Gateelektrode des sechsten MISFET zuzuführende Spannung liefert«
9. 9. Referenzspannungsgenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorstromschaltung einen vierten MISFET aufweist, dessen Gate und Source jeweils mit Gate bzw. Source des ersten MISFET zusammengeschaltet sind, und daß eine Stromspiegelschaltung vorgesehen ist, die mit dem Drainstrom des vierten MISFET versorgt wird um den ersten Vorstrom zu erzeugen.
10. 10. Referenzspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennz e ichnet, daß die Vorstromschaltung einen Stromspiegel aufweist, der mit dem Drainstrom des ersten MISFET versorgt wird um den ersten Vorstrom und den zweiten Vorstrom zu erzeugen.
11. 11. Referenzspannungsgenerator nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromspiegelschaltung einen vierten MISFET, dessen Gate und Drain gemeinsam mit der Drainelektrode des ersten MISFET verbunden sind und der einen dem ersten MISFET entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp besitzt, sowie einen fünften und einen sechsten MISFET aufweist, deren Gate- und Sourceelektroden jeweils mit der Gate- und der Sourceelektrode des vierten MISFET verbunden sind und die den gleichen Leitfähigkeitstyp.'wie der vierte MISFET besitzen, wobei der erste Vorstrom von der Drainelektrode des sechsten MISFET geliefert wird und der zweite Vorstrom von der Drainelektrode des fünften MISFET geliefert wird.
12. 12. Referenzspannungsgenerator nach Anspruch 11, dadurch

    15. gekennzeichnet, daß die Stromspiegelschaltung weiter einen siebten MISFET aufweist, dessen Gate- und Drainelektrode gemeinsam mit der Drainelektrode des fünften MISFET verbunden sind und der den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der erste MISFET besitzt, und daß sie einen achten MISFET aufweist, dessen Gateelektrode und Sourceelektrode jeweils mit der Gateelektrode bzw. der Sourceelektrode des siebten MISFET verbunden sind und der den gleichen Leitfähigkeitstyp wie der erste MISFET aufweist, wobei der zweite Vorstrom an der Drainelektrode des achten MISFET erzeugt wird.

    '
13. 13. Referenzspannungsgenerator nach Anspruch 1, dadurch

    gekennzeichnet, daß die ersten bis dritten MISFETs auf einem Halbleitersubstrat gebildet 'sind, das einen CMOS IC bildete

    14. Referenzspannungsgenerator nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet? daß die Gateelektrode des zweiten MISFET und die Gateelektrode des dritten MISFET aus Materialien bestehen, deren Austrittsarbeiten sich voneinander unterscheiden=

    15. Referenzspannungsgenerator nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Gateelektrode des zweiten MISFET und die Gateelektrode des dritten MISFET aus Silizium bestehen»

    16. Referenzspannungsgenerator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite und der dritte MISFET vom n-Kanal-Typ sind=

    17. Referenzspannungsgenerator nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Gateelektrode des zweiten MISFET vom p-Typ ist und die Gateelektrode des dritten MISFET vom η-Typ ist-

    18. Referenzspannungsgenerator nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet,, daß die zweiten und dritten MISFETs in p-artigen Wannengebieten gebildet sind, die ' in der Oberfläche des Halbleitersubstrates elektrisch

    unabhängig voneinander ausgebildet sind.