DE1215815C2

DE1215815C2 - Mikrominiaturisierte elektronische Schaltungsanordnung

Info

Publication number: DE1215815C2
Application number: DE1962T0021566
Authority: DE
Inventors: Charles Robert Cook Jun
Original assignee: Texas Instruments Inc
Current assignee: Texas Instruments Inc
Priority date: 1961-02-10
Filing date: 1962-02-09
Publication date: 1973-07-19
Also published as: US3119028A; MY6900203A; BE613745A; DE1215815B; NL274615A; CH413051A; LU41231A1; GB999689A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine mikrominiaturisierte elektronische Schaltungsanordnung, bei der nichtdiskrete Widerstände als passive Schaltungselemente verwendet werden, die sich allein durch einer zwei- oder dreidimensionalen Potentialverteilung in einem halbleitenden Körper entsprechende Widerstandswege zwischen Anschlußelektroden in einer zwei- oder dreidimensionalen Anordnung in oder auf dem halbleitenden Körper ausbilden, der an einer ersten Anschlußelektrode mit einem Poi einer Spannungsquelle verbunden ist, wobei wenigstens ein Schaltungselement vorgesehen ist, von dem eine erste Elektrode mit dem anderen Pol der Spannungsquelle und eine zweite Elektrode mit dem Körper an einer zweiten Anschlußelektrode derart verbunden sind, daß sich die Potentialverteilung in Abhängigkeit von dem Leitungszustand des Schaltungselementes ändert.

Bei elektronischen Schaltungsanordnungen und verwandten Systemen war es früher üblich, die aktiven Schaltungselemente, wie Vakuumröhren, Transistoren u. dgl., über.konzentrierte Impedanzen, Kondensatoren, Widerstände und Induktivitäten miteinander zu verbinden, um die gewünschte Arbeitsweise herbeizuführen. Im Zusammenhang mit integrierten Halbleiterschaltungsanordnungen ist es auch bekannt (belgische Patentschrift 587 235; Zeitschrift »Electronics«, August 1959, S. 110/111), die Schaltungselemente, wie Widerstände und Kondensatoren, in das Material »einzubauen«, aus welchem der Transistor selbst gebildet wird, um die Schwierigkeiten zu verringern, die bei der Herstellung zuverlässiger Verbindungen zwischen getrennten Schaltungselementen auftreten. Zum Beispiel werden Widerstandszonen in integrierten Halbleiterschaltungsanordnungen dadurch körperlich ausgebildet, daß Stromflußpfade in einem gegebenen Körper durch Ätzen so begrenzt werden, daß sie die Eigenschaften und Merkmale von Einzelwiderständen aufweisen.

Es ist auch bereits bekannt, eine zwei- oder dreidimensionale Potentialverteilung in einem leitenden Feststoffkörper mit endlichem Widerstand in der Weise auszunutzen, daß Widerstandswege in dem Körper zwischen Anschlußpunkten ausgebildet werden, welche in einer zwei- oder dreidimensionalen Anordnung in oder auf dem Körper im Abstand voneinander liegen. Bei einer bekannten Anordnung dieser Art (deutsche Auslegeschrift 1 042 763) sind an einem Germaniumplättchen im Abstand voneinander eine Anzahl von pn-Übergängen gebildet, die also praktisch örtlich begrenzte Dioden darstellen. Jede dieser Dioden ist somit an einem Punkt mit dem Halbleiterplättchen verbunden. Dagegen liegt die andere Elektrode jeweils über einen Widerstand an einer Vorspannungsquelle. Durch eine weitere Spannungsquelle wird in dem Halbleiterplättchen eine Potentialverteilung erzeugt. Die Anordnung ist dabei so getroffen, daß die Dioden im Ruhezustand auf einer Äquipotentiallinie liegen. Bei Zuführung von Steuerimpulsen verändert jede Diode die Potentialverteilung in dem Halbleiterplättchen in der Weise, daß eine Vorspannung für die nächste Diode erzeugt wird, so daß die Dioden bei den nacheinander zugeführten Impulsen der Reihe nach stromführend werden. Man erhält dadurch eine Art Schrittschaltzähler. Zur Zuführung der Steuerpotentiale werden dabei äußere Widerstände benötigt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Aufbau von verschiedenartigen elektronischen Schaltungen mit steuerbaren aktiven Schalungselementen zu ermöglichen, bei denen praktisch alle benötigten Widerstände ohne äußere Formgebung oder Abgrenzung in einem einzigen halbleitenden Körper gebildet sein können.

Ausgehend von einer elektronischen Schaltungsanordnung der eingangs angegebenen Art wird dies nach der Erfindung dadurch erreicht, daß das Schaltungselement ein steuerbares aktives Schaltungselement, wie z. B. ein Transistor ist, von dem eine dritte Elektrode mit dem Körper an einer dritten Anschlußelektrode derart verbunden ist, daß ihr ein Steuerpotential von dem Körper zugeführt wird.

Beim Erfindungsgegenstand wird die in dem halbleitenden Körper vorharidene zwei- oder dreidimensionale Potentialverteilung in vorteilhafter Weise zusätzlich zur Erzeugung der benötigten Steuerpotentiale ausgenutzt, so daß die sonst hierfür benötigten diskreten oder durch Formgebung abgegrenzten Widerstände entfallen, weil sie allein entsprechend der Potentialverteilung in dem halbleitenden¹ Körper gegeben sind. Zur Herstellung einer Schaltungsanordnung ist es daher lediglich erforderlich, die Anschlußklemmen in einer der Funktion der Schaltungsanordnung entsprechenden Weise an dem Körper anzubringen. Auf diese Weise lassen sich elektronische Schaltungsanordnungen mit sehr unterschiedlichen Funktionen, z. B. Multivibratoren oder Verstärker, auf einfache und wirtschaftliche Weise herstellen.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die Potential verteilung in dem hajbleitenden Körper ihrerseits von dem Leitungszustand eines oder mehrerer Schaltungselemente abhängt. Die dritte Anschlußelektrode kann daher so angeordnet sein, daß das Steuerpotential von den Potentialänderungen an der zweiten Anschlußelektrode abhängt, so daß es ein Rückkopplungspotential für das aktive Schaltungselement bildet. Das Steuerpotential an der dritten Anschlußelektrode kann jedoch auch von dem Potential an einer vierten Anschlußelektrode abhängen, an die ein weiteres aktives Schaltungselement angeschlossen ist.

Der halbleitende Körper kann aus Halbleitermaterial bestehen; in diesem Fall kann die ganze Anordnung einschließlich der aktiven Schaltungselemente vorzugsweise als integrierte Halbleiterschaltungsanordnung aufgebaut sein. Es kann jedoch für den halbleitenden Körper auch ein anderes Material verwendet werden, dessen Leitfähigkeit im Bereich derjenigen von Halbleitermaterialien liegt. Hierfür eignet sich beispielsweise Widerstandspapier; das ist ein mit Ruß gefülltes und mit einer elektroempfindlichen Schicht und einer Aluminium-Lackschicht überzogenes Papier mit einem Flächenwiderstand von etwa 1500 bis 4000 Ohm pro Quadrat, das im Handel erhältlich ist.

Die Erfindung wird im folgenden im Zusammenhang mit der Zeichnung an Hand von beispielsweisen Ausführungsformen näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung mit einem leitenden Blatt oder einer leitenden Tafel und getrennten aktiven Schaltungselementen,

F i g. 2 das Schaltbild einer der Anordnung von Fig. 1 entsprechenden Multivibratorschaltung,

Fig. 3 Diagramme des zeitlichen Verlaufs von Spannungen an verschiedenen Punkten der Anordnung von Fig. 1,

Fig. 4 die Oberansichi einer der Anordnung von F i g. 1 entsprechenden integrierten Halbleiterschaltungsanordnung,

F i g. 5 einen Schnitt durch die Anordnung von Fi g. 4 entlang der "Linie 5-5,

F i g. 6 eine Schaltungsanordnung nach der Erfindung, die zwei Differentialverstärkern entspricht,
Fig. 7 das Schaltbild der Anordnung von Fig. 6, F i g. 8 Diagramme des zeitlichen Verlaufs von Spannungen an verschiedenen Punkten der Anordnung von F i g. 6 und

F i g. 9 eine nach der Erfindung aufgebaute dreidimensionale integrierte Schaltungsanordnung.
In Fig. 1 ist ein Multivibrator dargestellt, dessen aktive Schaltungselemente durch eine elektrische Potentialverteilung gesteuert werden. Unter »aktiven Schaltungselementen« sind Vakuumröhren, Transistoren u. dgl. zu verstehen. Die aktiven Schaltungselemente des in Fig. 1 dargestellten Multivibrators werden dadurch gesteuert, daß in einem Blatt oder in einer Tafel 10 aus einem Material, dessen Leitfähigkeit im Bereich derjenigen von Halbleitermaterialien liegt, Widerstandspfade geformt werden. Die Formung der elektrischen Pfade geschieht durch den Austausch von Elektrizitätsmengen ' zwischen Stromquellen, zu denen eine Primärquelle, beispielsweise eine Batterie, und Sekundärquellen wie die verschiedenen Anschlüsse an den aktiven Schaltungselementen gehören können.

Die Punkte, an denen ein Austausch zwischen den Stromquellen und dem Blatt 10 stattfindet, haben eine Flächenverteilung zum Unterschied von einer linearen Verteilung. Die Verteilung ist also zweidimensional. Wie weiter unten noch ausgeführt werden wird, kann die Verteilung auch räumlichen Charakter haben, in welchem Fall die Anschlußpunkte dreidimensional verteilt sind.

Bei dem Multivibrator ' nach F i g. 1 werden als aktive Schaltungselemente zwei npn-Transistoren 11 und 12 verwendet. Die Energie für den Betrieb der Schaltung liefert eine Batterie 13, deren negative Klemme an eine Anschlußelektrode 14 angeschlossen ist, welche sich an einer Kante des leitenden Blattes 10 befindet. Die positive Klemme der Batterie 13 ist an eine Anschlußelektrode 15 angeschlossen, die sich innerhalb des Umfanges des Blattes 10 befindet. Der Mittelabgriff 13 α der Batterie 13 liegt an Masse, Die Anschlußelektroden 14 und 15 sind im Abstand voneinander auf der durch das Blatt von oben nach unten verlaufenden Mittellinie angeordnet.

Die Basis des Transistors 12 ist über eine Diode 23 und einen Kondensator 24 an die Eingangsklemme 22 angeschlossen. Die Emitter der Transistoren 11 und 12 sind über einen an Masse liegen-

den Lpiter 25 miteinander verbunden. Die Kollektorelektrode des Transistors 11 ist über einen Leiter 30 mit einer Anschlußelektrode 31 auf dem Blatt 10 verbunden und über einen Kondensator 32 an die Basis des Transistors 12 und an eine Anschlußelektrode 33 an der rechten Kante des Blattes 10 angeschlossen. Der Kollektor des Transistors 12 steht über einen Leiter 35 mit der Anschlußelektrode 36 auf dem Blatt lO^und über einen Kondensator 37 mit der Basis des Transistors 11 und mit der Anschlußelektrode 38 an der linken Kante des Blattes 10 in Verbindung. Die in F i g. 1 zu sehenden gestrichelten Linien, die sich über das Blatt 10 erstrecken, geben die den Werten —5, —3,-1, 0, + 1, +2, +3, +4 und + 5 V entsprechenden Äquipotentiallinien des elektrischen Feldes an, das auf Grund des verteilten Stromflusses hauptsächlich zwischen den Anschlußelektroden 14, 15 und 31, in dem Blatt 10 vorhanden ist. Die Äquipotential-

linien stellen das elektrische Feld dar, das vorhanden ist, wenn sich der Transistor 11 im leitenden Zustand befindet und der Transistor 12 gesperrt ist.

Wenn die Batterie 13 die einzige Quelle für den Strom in dem Blatt 10 wäre, darin wären die Äquipotentiallinien bezüglich der Anschlußelektroden 14 und 15 symmetrisch verteilt. Die Verbindungen von den aktiven Schaltungselementen 11 und 12 zu den Anschlußelektroden an den Kanten und im Innern des Blattes 10 bilden jedoch zusätzliche Stromquellen, die das elektrische Feldbild verändern.

Die wirksame Form der Widerstandspfade innerhalb des Blattes wird durch passendes Anordnen der Anschlußelektroden in den beiden Dimensionen des Blattes 10 bestimmt. Die dadurch erhaltenen Widerstandspfade ersetzen viele diskrete Schaltungselemente, die in üblichen Schaltungen verwendet werden.

Bei der in F i g. 1 dargestellten Schaltungsanordnung sind die aktiven Schaltungselemente 11 und 12 diskrete Elemente, die so an die Anschlußelektroden auf dem Blatt 10 angeschlossen sind, daß die Änderung der Widerstandspfade bei sich ändernden Betriebszuständen der Schaltungselemente 11 und 12 vp'n selbst die erforderlichen Änderungen der Steuer-Potentiale für die Schaltungselemente ergibt.

Die F i g. 2 stellt einen mit konzentrierten Impedanzen aufgebauten üblichen bistabilen Multivibrator dar, welcher der Schaltungsanordnung von F i g. 1 äquivalent ist und deren Verständnis erleichtert. Dabei entsprechen die konzentrierten Widerstände der Schaltung von F i g. 2 näherungsweise Zonen oder Flächenabschnitten des Blattes 10 von Fig. 1. Zum' Beispiel kann der Basisvorspannwiderstand RBV von F i g. 2 als Gegenstück des Flächenabschnitts RB1 von F i g. 1 angesehen werden, welcher zwischen der Anschlußelektrode 14 und der Anschlußelektrode 38 liegt. In gleicher Weise kann der Basisvorspannwiderstand RB 2' von F i g. 2 mit dem Flächenabschnitt RB 2 verglichen werden, der sich ^₀ in F i g. 1 zwischen der Anschlußelektrode 14 und der Anschlüßelektrode 33 befindet. Die verbleibenden Elemente RSl', RS2', RKV, RK2', RLl' und RL2' der Fig. 2 wurden die gleichen Bezugszeichen, jedoch ohne Indexstrich, mit den entsprechenden Flächenabschnitten auf dem Blatt 10 von F i g. 1 identifiziert.

Bei einer praktischen Ausführung der beschriebenen Anordnung war das Blatt 10 ein Blatt von 15 -20 cm aus Widerstandspapier. Der spezifische Flächenwiderstand des Blattes 10 betrug etwa 2000 Ohm pro Quadrat. Die Transistoren 11 und 12 waren Transistoren des Typs 2 N 697. Die Anschlüßelektroden 14, IS, 31, 33, 36, 38 waren im wesentlichen wie in der Zeichnung angeordnet. Es wurde gefunden, daß diese Schaltungsanordnung in zufriedenstellender Weise als bistabiler Multivibrator funktionierte. An die Eingangsklemme 22 wurden die in Fig. 3 zu sehenden Eingangsimpulse4öa als Anstoßimpulse angelegt. Die Ausgangsimpulse 4© b wurden von dem Kollektor eines der Traasistoren abgenommen, beispielsweise an der Ausgahgsklemme 36. Die auf die Eingangsimpulse 40 α hin erzeugte Ausgangsspanrtung war eine Rechteckwelle.

Ein Unterschied, der in Verbindung mit dem Betrieb der Schaltungsanordnung nach F i g. 1 im Vergleich zu demjenigen der Schaltungsanordnung nach F i g. 2 zu erwähnen ist, besteht darin, daß das Schaltverhältnis bei der Schaltungsanordnung von Fig. 2 fast 100% beträgt, während das Schaltverhältnis bei der Schaltungsanordnung von F i g. 1 weniger gut ist, jedoch vollständig dafür ausreicht, einen zuverlässigen Multivibratorbetrieb für Steuerzwecke herbeizuführen.

Femer wurden zwei der Anordnung von F i g. 1 entsprechende Schaltungen mit Hilfe eines einzigen leitenden Blattes Ende an Ende aufgebaut, indem die ganze Anordnung spiegelbildlich zur Kante 10 a verdoppelt wurde. In diesem Fall ergaben an die Eingangsklemme 22 des ersten Multivibrators angelegte Impulse 40 α eine Ausgangsspannung an der der Klemme 36 entsprechenden Klemme des zweiten Multivibrators, die die in F i g. 3 mit 40 c bezeichnete Wellenform hatte. Die kleine Stufe in der Mitte eines jeden positiven Impulses bei der Welle 40 c zeigt an, daß nur eine kleine Querkopplung zwischen den beiden Multivibratoren vorhanden ist. Die so ermittelte Größe der Querkopplung beweist, daß die Isolierung zwischen den Stufen so groß ist, daß eine größere Anzahl von Multivibratoren mit Hilfe eines einzigen Blattes aufgebaut werden kann. Dadurch kann ein Zähler geschaffen werden, bei welchem alle Widerstandselemente, die sonst in einer mit konzentrierten Schaltungselementen aufgebauten Schaltungsanordnung erforderlich wären, durch einen einzigen leitenden Körper mit gleichförmiger Leitfähigkeit gebildet sind. In jedem Bereich des Blattes, der einem gegebenen Multivibrator zugeordnet ist, werden die Strompfade durch das in dem Blatt wirksame elektrische Feld geformt. Das Widerstandsblatt dient in einem solchen Fall nicht nur als Koppelelement, sondern auch als Isoliereinrichtung. Seine Funktion kann durch die geometrische Gestaltung und die Anordnung der Quellen leicht beeinflußt werden.

Die vorhergehende Beschreibung befaßt sich in der Hauptsache mit einer verhältnismäßig einfachen Schaltung, die eine Schaltoperation ergibt, wobei Strompfade in verschiedenen Bereichen eines dünnen leitenden Blattes geformt werden. Es können jedoch, wie im folgenden noch gezeigt werden wird, auch integrierte Halbleiterschaltungsanordnungen verwendet werden, in denen Feststoffelemente die Strompfade bilden. In diesen Feststoffen, die in der Form von verhältnismäßig dünnen Blättern oder Tafeln entsprechend dem Blatt oder der Tafel 10 in F i g. 1 oder in einer Form vorliegen können, die eine merkliche dritte Dimension aufweist, werden Äquipotentialflächen ausgebildet, deren Lagen auf sich ändernde Zustände in zugehörigen aktiven Schaltungselementen hin verändert werden. In solchen Fällen können die aktiven Schaltungselemente selbst in dem Halbleiterkörper gebildet werden. Dadurch wird eine Miniaturisierung ermöglicht. Dies soll durch die folgenden zwei Beispiele erläutert werden.

Beispiell

Es wurde eine Schaltungsanordnung aufgebaut, die im allgemeinen derjenigen von F i g. 1 gleich war, deren Größe jedoch um den Faktor 10 kleiner war; das Blatt 10 hatte also Abmessungen von 1,5-2 cm. Zwei Transistoren mit hoher Schallgeschwindigkeit wurden durch leitenden Klebstoff mit ihren Kollektoren an den den Anschlußeleküoden 31 und 36 der F i g. 1 entsprechenden Punkten befestigt. Ferner wurden den Dioden 20 und 23 entsprechende Dioden

an dem leitenden Blatt befestigt. Die verbleibenden Verbindungen wurden zu Punkten innerhalb des Umfanges und an den Kanten des Blattes in der in Fig.l dargestellten Weise geführt. Die bei dieser Ausführungsform verwendeten Transistoren waren epitaktische Mesa-Transistoren des Typs 2 N 743. Diese Transistoren können extrem schnell schalten ' und haben eine Grenzfrequenz von etwa 500 MHz. Für die Dioden 20 und 23 wurden Dioden des Typs IN914 verwendet. Ein Schaltvorgang tier,in Fig. 3 dargestellten Art wurde bis zu 2MHz leicht erzielt. Diese Technik könnte Schaltgeschwindigkeiten ergeben, welche näher als bisher an den Grenzen der aktiven Schaltungselemente selbst liegen.

B eispiel 2

In Fig. 4 und 5 ist eine der Anordnung von Fig. 2 entsprechende integriert Halbleiterschaltungsanordnung dargestellt, bei der die aktiven Schaltungselemente und die Widerstandselemente in und auf einem einstückigen Halbleiterkörper gebildet sind. Der Halbleiterkörper SO kann ein Siliciumplättchen sein, dessen Abmessungen gerade groß genug ' sind, um die darauf angeordnete Schaltungskonfiguration aufzunehmen, er kann aber auch ein Abschnitt einer viel größeren Platte aus Halbleitermaterial sein, auf der weitere integrierte Schaltungen gebildet sind. Die Anordnung von Fig. 4 enthält alle Schaltungselemente der Anordnung von Fig. 1, wobei diese durch die gleichen Bezugszeichen wie in Fig. 1 mit einem Indexstrich bezeichnet sind. Die aktiven Schaltungselemente, nämlich die Transistoren 11',; 12' und die Dioden 20', 23', sind in dem Halbleiterkörper 50 in einer ebenen Anordnung gebildet. Wie in Fig. 5 zu sehen, sind an den Anschlußelektroden und an den Basis- und Emitterzonen Materialien zur Erleichterung der Herstellung von Anschlüssen und zur Bildung der aktiven Schaltungselemente in den Körper 50 eindiffundiert worden.

Es kann also in und auf einem Halbleiterplättchen die gesamte in F i g. 2 dargestellte Schaltung gebildet werden, an welche eine passende Spannungsquelle angeschlossen werden kann. Die Abmessung Z (Fig. 4) auf solch einem Plättchen kann beispielsweise in der Größenordnung von 2,5 bis 3,8 mm liegen. Die Anordnung kann beliebig verkleinert werden, wenn die relativen Abstände zwischen den Schaltungselementen und den Anschlußelektroden unverändert bleiben. Außerdem kann die Größe jedes beliebigen Schaltungselementes, beispielsweise eines Transistors, verändert werden, solange dieses Schaltungselement im Vergleich zu dem Abstand zwischen ihm und den benachbarten Schalungselementen und Anschlußelektroden verhältnismäßig klein bleibt. Bei Verwendung von Schaltungselementen, deren Abmessungen mit den betreffenden Abstanden vergleichbar sind, muß sonst die Einwirkung dieser Schaltungselemente auf das resultierende Feldbild berücksichtigt werden.

In Fig. 5 sind die vertikalen Abmessungen gegenüber den horizontalen Abmessungen stark übertrieben dargestellt. Die angewendeten Diffusionsverfahren, und die Technologie der Herstellung von ak-. tiven Schaltungselementen und von Verbindungen zu diesen Schaltungselemente!! in integrierten Schaltungsanordnungen sine} an sich bekannt.

In F i g. 6 ist eine Differentialverstärkeranordnung dargestellt, die nach dem zuvor beschriebenen Prinzip aufgebaut ist. Sie enthält erste Stufen mit Transistoren 101 und 104 und zweite Stufen mit Transistoren 102 und 103. Beide Stufen werden durch die in einer leitenden Tafel oder in einem leitenden Blatt 105 entstehende elektrische Feldverteilung gesteuert. Wie bei der Anordnung nach F i g. 1 war bei einer praktischen Ausführungsform dieser Anordnung das Blatt 105 ein Blatt aus Widerstandspapier von 15 · 20 cm mit einem spezifischen Widerstand von etwa 2000 Ohm/Quadrat, und für die Transistoren 101 bis 104 wurden Transistoren des gleichen Typs verwendet wie bei der Anordnung nach Fig. 1. .

Der Bequemlichkeit halber wurde die Schaltung zylindersymmetrisch hergestellt; dies wird durch die Verbindungen 106, 107, 108, 109 und 110 zwischen den Anschlußelektroden an den beiden Seitenkanten des Blattes nachgebildet.

Eine Batterie 119 lag mit ihrer negativen Klemme an Masse und war über einen Leiter 106 mit den Anschlußelektroden 120, 121 und 122 an der unteren Kante des Blattes 105 angeschlossen. Die positive Klemme der Batterie war mit den Anschlußelektroden 123, 124 und 125 verbunden. Der Transistor 101 stand mit seiner Basis mit einer Anschlußelektrode 126 und mit seinem Kollektor mit einer Anschlußelektrode 127 in Verbindung, während er an seinem Emitter an einen Leiter 128 und über die-■ sen an den Emitter des Transistors 104 und an Anschlußelektroden 130 und 131 angeschlossen war. In ähnlicher Weise war der Transistor 104 an seiner Basis mit einer Anschlußelektrode 132 und an seinem Kollektor mit einer Anschlußelektrode 133 verbunden.

Die soweit beschriebene Schaltung bildete den ersten Differentialverstärker, wobei Vorkehrungen für. das Anlegen eines Eingangssignals an die Eingangsklemme 134 und über den Leiter 135 an die Basis des Transistors 101 getroffen waren. Man kann annehmen, daß die Basis des Transistors 104, die an die Anschlußelektrode 132 auf dem Blatt 105 angeschlossen ist, auf einem festen Potential liegt, abgesehen von Feldänderungen, die durch einen

das Potential an der Anschlußelektrode 132 beeinflussenden Betrieb des Systems hervorgerufen werden. ,

Das an die Klemme 134 angelegte Eingangssignal hat den in Fig. 8 bei 140 dargestellten Verlauf. Das an dem Kollektor des Transistors 101 auftretende Signal entspricht dem Verlauf 141, und es zeigt sich, daß eine Spannungsverstärkung etwa vom Faktor 2 in der ersten Stufe vorhanden ist.

Für die richtige Bewertung der Leistungsfähigkeit eines solchen Verstärkersystems ist die Signalverstärkung von der Basis zum Kollektor nicht so bedeutsam wie die Verstärkung von dem Kollektor der ersten Stufe bezüglich des Signals am Kollektor einer nachfolgenden Stufe. Um ate Gesamtverstärkung, die

mit in der hier beschriebenen Weise gesteuerten Anordnungen leicht erhalten werden kann, zu demonstrieren, wurde der die Transistoren 102 und 103 ', aufweisende zweite Differentialverstärker vorgesehen. Der Transistor 102 ist an seiner Basis an einer Anschlußelektrode 151 und an seinem Kollektor an einer Anschlußelektrode 152 angeschlossen, während sein Emitter mit dem Emitter des Transistors 103 und mit einer Anschlußelektrode 154 verbunden

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ist. In ähnlicher Weise ist der Transistor 103 an seiner Basis an einer Anschlußelektrode 155 und an seinem Kollektor an eine Anschlußelektrode 156 angeschlossen. Die tatsächlichen Abstände zwischen den Anschlußelektroden hatten im wesentlichen das in F i g. 6 angegebene Verhältnis und waren entsprechend der Darstellung von F i g. 6 verteilt. Sie wurden so angeordnet, daß die leicht zu erkennende Symmetrie erhalten wurde, und dann wurde die Größe der von der Batterie 119 gelieferten Spannung auf eine maximale Verstärkung zwischen den Kollektoren der Transistoren 101 und 102 eingestellt. Es wurde gefunden, daß für die oben beschriebene Schaltungsanordnung die zweckmäßige Batteriespannung etwa 9 V beträgt. Die Verstärkung von Kollektor zu Kollektor, die sich aus einem Vergleich der Kurven 141 und 142 in F i g. 8 ergibt, lag in der Größenordnung von 2. An dem Kollektor des Transistors 102 lag das in Fig. 8 dargestellte Signal 142 an. ao

Die in' F i g. 6 dargestellte Schaltungsanordnung kann viele verschiedene Äquivalente in Form von Schaltungen mit konzentrierten Impedanzen haben. Eine solche angenähert äquivalente Schaltung ist in F i g. 7 dargestellt. In F i g. 7 ist jede der konzentrierten Impedanzen mit dem gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie der ihr entsprechende Funktionsbereich auf dem Blatt 105, wobei die Bezugszeichen in Fig. 7 mit einem Indexstrich versehen sind. Die Belastungswiderstände RLV bis RL4' sind in Fi g. 7 mit den Kollektoren der Transistoren 101' bis 104' verbunden. Die Vorspannwiderstände und Koppelwiderstände RBV bis RBMy wurden als Bereiche RBl bis AB 10 auf dem Blatt 105 angedeutet, und in ähnlicher Weise wurden die Emitterwiderstände REl' bis RE4' als Bereiche REl bis RE4 auf dem Blatt 105 angegeben.

In F i g. 9 ist eine integrierte Halbleiterschaltungsanordnung dargestellt, welche der Schnittansicht der F i g. 5 entspricht. In diesem Fall ist jedoch die Anschlußelektrode 15' auf der den aktiven Schaltungselementen 11' und 12' gegenüberliegenden Seite des Körpers 50 gebildet. Außerdem sind die Ausgangselektroden 203 und 204 von F i g. 4 auf der gleichen Fläche angeordnet wie die Anschlußelektrode 15'. Die Elektroden 15', 203' und 204' sind somit bezüglich der in dem. Körper 50 durch den Austausch von Elektrizitätsmengen zwischen einer passenden Quelle und den aktiven Schaltungselementen 11' und 12' erzeugten Äquipotentialflächen dreidimensional angeordnet. Es versteht sich, daß die weiteren Anschlußelektroden 14', 33' und 38' statt auf der Fläche 51 (Fig. 5) auf der Fläche 55 angebracht sein können. In diesem Fall würden bestimmte Raumbereiche des Körpers 50 die Widerstandszonen bilden, welche die Potentiale zwischen zwei Anschlußelektroden oder den daran angeschlossenen Schaltungselementen beeinflussen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Mikrominiaturisierte elektronische Schaltungsanordnung, bei der nichtdiskrete Widerstände als passive Schaltungselemente verwendet werden, die sich allein durch einer zwei- oder dreidimensionalen Potentialverteilung in einem halbleitenden Körper entsprechende Widerstandswege zwischen Anschlußelektroden in einer zwei- oder dreidimensionalen Anordnung in oder auf dem halbleitenden Körper ausbilden, der an einer ersten Anschlußelektrode mit einem Pol einer Spannungsquelle verbunden ist, wobei wenigstens ein Schaltungselement vorgesehen ist, von dem eine erste Elektrode mit dem anderen Pol der Spannungsquelle und eine zweite Elektrode mit dem Körper an einer zweiten Anschlußelektrode derart verbunden sind, daß sich die Potentialverteilung in Abhängigkeit von dem Leitungszustand des Schaltungselements ändert, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltungselement ein steuerbares aktives Schaltungselement, wie

z. B. ein Transistor (11, 12) ist, von dem eine dritte Elektrode mit dem Körper (10) an einer dritten Anschlußelektrode (3S₅ 201 bzw. 33, 200) derart verbunden ist, daß ihr ein Steuerpotential von dem Körper (1©) zugeführt wird.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Anschlußelektrode (38 bzw. 33) an dem Körper (10) so angeordnet ist, daß das Steuerpotential von den Potentialänderungen an der zweiten Anschlußelektrode (31 bzw. 36) im Sinne einer Rückkopplung abhängt.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres Steuerbares aktives Schaltungselement (101) mit dem Körper über eine vierte Anschlußelektrode (127) derart verbunden ist, daß sich die Potentialverteilung und damit das Potential an der dritten Anschlußelektrode (155) in Abhängigkeit von dem Leitungszustand des weiteren aktiven Schaltungselements (101) ändert (F i g. 6).

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) aus dotierbarem Halbleitermaterial besteht und daß jedes steuerbare aktive Schaltungselement ein in' dem Körper gebildetes Halbleiterschaltungselement ist.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einige der Anschlußelektroden auf dem Körper (10) durch stark dotierte Halbleiterzonen gebildet sind, welche den gleichen Leitungstyp wie das sich anschließende Halbleitermaterial haben, und an denen jeweils ein ohmscher Kontakt angebracht ist.

6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Körper (10) aus Widerstandspapier besteht.