DE1924207C3 - Monolithisch integrierte Zener-Dioden-Stabilisierungsschaltung - Google Patents
Monolithisch integrierte Zener-Dioden-StabilisierungsschaltungInfo
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Description
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25
JO
Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte Zener-Dioden-Stabilisierungsschaltung aus mehreren,
in Serie geschalteten Parallelschaltungen aus je einer Zenerdiode und einem Widerstand, bei der die
Widerstände von einem schwach dotierten Halbleitergrundkörper eines ersten Leitungstyps gebildet werden,
in den zur Bildung der einzelnen Zenerdioden von einer Oberflächenseite aus in einer Reihe mit definiertem
Abstand voneinander stark dotierte Zonen des gleichen ■»>
Leitungstyps eingelassen sind.
In jüngster Zeit werden anstelle der früher verwendeten
Glimmstabilisatoren vorzugsweise Zenerdioden als Sollwertspannungsgeber verwendet. Die Zenerdioden
zeichnen sich besonders durch ihre geringe Größe, den ">»
kleinen Temperaturkoeffizienten, ein schnelles Ansprechen und durch ihre Unempfindlichkeit gegenüber
Erschütterungen und Stößen aus. Besonders aus diesen Gründen gewinnt die Zenerdiode immer größere
Bedeutung als Spannungsvcrgleichsnormal. '>'·
Mit Hilfe von Zenerdioden können Spannungen über lange Zeiten hinweg konstant gehalten werden. Zur
Stabilisierung hoher Betriebsspannungen werden mehrere Parallelschaltungen aus je einer Zenerdiode und
einem Widerstand in Serie geschaltet. Durch die den ' Zenerdioden parallel geschalteten Widerstände, die alle
vorzugsweise einen gleich großen, hohen ohmschen Widerstandswert besitzen, wird eine gleichmütige
Aufteilung der Spannung auf die ein/einen Stabilisierungselemente
gewährleistet.
Aus der I K-PS I "> 44 J24 ist eine derartige Schaltung
ockannt. bei eier die Reihenschaltung aus je einer
/enerdiode und einer in 1 Ιιιΰπι burnt: betriebenen
Diode von einem Widerstand überbrückt ist, der vom Halbleitergrundmaterial gebildet wird, in das die
einzelnen Dioden eingelassen sind. Bei dieser bekannten Anordnung werden die die Zenerdioden bildenden
Zonen in einer Reihe liegend so im Halbleiterkörper angeordnet, daß sie zumindest bei einem Ausführungsbeispiel nicht an die Halbleiteroberfläche treten,
sondern sich im Inneren des Halbleiterkörpers berühren. Die Doppeldioden gehen dabei abstandslos
ineinander über.
Ferner sind aus der CH-PS 4 69 360 Zenerdioden bekannt, die aus ineinander geschachtelten 'nochdotierten
Zonen entgegengesetzten Leitungstyps bestehen.
Dei Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Zener-Dioden-Stabirisierungsschaltung der
eingangs beschriebenen Art anzugeben, die leicht hergestellt werden kann, bei der auf unnötige
Schaltungselemente verzichtet wird und bei der die Widerstände, die je einer Zenerdiode parallel geschaltet
sind, durch das Herstellungsverfahren definiert sind.
Diese Aufgabe wird bei einer Schaltung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst,
daß in jede stark dotierte Zone des ersten Leitungstyps eine stark dotierte Zone eines zweiten, zum ersten
entgegengesetzten Leitungstyps eingelassen kt, die mit der Zone vom ersten Leitungstyp jeweils eine
Zenerdiode bildet, daß durch die Wahl des Abstandes der stark dotierten Zonen vom ersten Leitungstyp die
definierte Größe des je einer Zenerdiode parallel geschalteten Widerstandes bestimmt ist und daß jeweils
die Zone vom zweiten Leitungstyp einer Zenerdiode mit der stark dotierten Zone vom ersten Leitungstyp einer
benachbarten Zenerdiode elektrisch leitend verbunden ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Widerstände zusammen mit den Zenerdioden in einem
allen Schaltungselementen gemeinsamen Halbleiterkörper untergebracht, ohne daß der a!;;in für die
Herstellung der Zenerdioden erforderliche technische Aufwand erweitert werden muß. Die im Halbleiterkörper
Zenerdioden bildenden Halbleiterbereiche weisen erfindungsgemäß einen derartigen Abstand voneinander
auf, daß das zwischen den Zenerdioden liegende Halbleitergrundmaterial bei vorgegebener Dotierung
des Halbleitergrundkörpers einen Widerstand definierter Größe bildet.
Um die Zenerdioden in Reihe und den Zenerdioden jeweils einen vom Halbieitergrundmaterial zwischen
zwei Zenerdioden gebildeten Widerstand parallel zu schalten, wird jeweils die Zone vom zweiten Leitungstyp einer Zenerdiode mit der stark dotierten Zone vom
ersten Leitungstyp einer benachbarten Zenerdiode elektrisch leitend verbunden.
Die Erfindung soll im weiteren noch anhand der
F i g. 1 und 2 näher erläutert werden.
Die F i g. 1 zeigt das Ersatzschaltbild der erfindiingsgcmäücn
monolithisch integrierten Zener-Dioden-Stabilisieriingsschaltung.
Zur Stabilisierung einer Spannung von 500 Volt werden beispielsweise 10 /enerdioden
Zi ... ZiO mit einer Zencrabbruchspannung von 1JO Volt
in Reihe geschaltet, leder einzelnen Diode ist ein Widerstand R1... W11, mit beispielsweise K)(XK) Ohm
parallel geschallet.
In der 1-i g. 2 ist im Schnitt em Halbleiterkörper I.
beispielsweise aus Silizium, dargestellt, der bei der
Herstellung der Stabilisieningssehaliuiiir .ils allen
Zcncidiodcn und Widerstanden gemeinsamer (iiundkörncr
dient.
Das Halbleitergrundmaterial ist beispielsweise n-leitend
und weist einen spezifischen Widerstand von 1000 Ohm · cm auf. Die Zenerdioden werden beispielsweise
mit Hilfe der bekannten Planartechnik hergestellt, die Maskierungs-, Ätz- und Diffusionsprozesse umfaßt
Hierzu wird die Halbleiteroberfläche beispielsweise durch thermische Oxydation mit einer Oxydschicht 4
versehen, in die Öffnungen zur Eindiffusion der /»+-leitenden Halbleiterzonen 2 eingebracht werden.
Die Halbleiterzonen 2 weisen beispielsweise eine Dotierung von ca. 1017bis 1019 Atomen je cm3 bzw. einen
spezifischen Widerstand von 0,1 bis 0,005 Ohm · cm auf. In jede der ^+-leitenden Halbleiterzonen 2 wird
gleichfalls durch Diffusion eine /^+-leitende Halbleiterzone 3 eindiffundiert, die vorzugsweise höher dotiert ist
als die Halbleiterzonen 2. Für die p+-leitenden Halbleiterzonen 3 wird beispielsweise eine Dotierung
von 1019 Atomen je cm1 bzw. ein spezifischer Widerstand
von 0,01 Ohm - cm gewählt. Die n+ -dotierten
Haibieiterzonen 2 sind durch Gebiete des Haibieitergrundmaterials
voneinander getrennt und weisen einen Abstand 8 voneinander auf. Wählt man den Abstand 8
zwischen zwei Zenerdioden beispielsweise zu 0,1 cm, ergibt sich bei einem Querschnitt des Halbleiterkörpers
von 0,01 cm2 ein ohmscher Widerstand von ungefähr 10 000 Ohm, der jeweils einer Zenerdiode parallel
geschaltet ist. Ein ähnlicher Wert würde sich beispielsweise bei einem Abstand 8 von 0,1 mm und einem
Querschnitt des Halbleiterkörpers von 0,1 mm2 ergeben.
Die Zonen 2 und 3 der Zenerdioden werden mit
metallischen Kontaktetektroden 6a, 6b bzw. 5a, 5b
versehen. Zur elektrischen Verknüpfung der Schaltungselemente
gemäß F i g. 1 wird der Kontakt 5a der p+-leitenden Zone 3 einer Zenerdiode über eine auf der
Oxydschicht 4 verlaufende Leitbahn 7 mit dem Kontakt 6b der «+-leitenden Zone 2 einer benachbarten
Zenerdiode elektrisch leitend verbunden. Alle weiteren
lü im Halbleitergrundkörper enthaltenen Zenerdioden
werden in entsprechender Weise miteinander verschaltet. Die Kontakte und Leitbahnen werden beispielsweise
durch Aufdampfen einer Metallschicht, die mit Hilfe der Maskierungs- und Ätztechnik strukturiert wird,
hergestellt.
Es ist selbstverständlich, daß die erfindungsgemäße integrierte Halbleiterschaltung auch unter Verwendung
anderer Halbleitermaterialien mit variierter Störstellenkonzentration
der verschiedenen Halbier/Zonen realisiert
werden kann. Auch der Abstand zwLchen den Zenerdioden kann variiert und der Dotierung des
Halbleitergrundmaterials so angepaßt werden, daß sich die gewünschten Widerstandswerte ergeben. Bei einem
Halbleitergr'^ndmaterial mit einem spezifischen Widerstand von 1000 Ohm · cm haben sich jedoch Abstände
von 0,1 bis 0,2 mm zwischen den einzelnen, die Zenerdioden bildenden Halbleiterbereichen als vorteilhaft
erwiesen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Monolithisch integrierte Zener-Dioden-Stabilisierungsschaltung
aus mehreren, in Serie geschalteten Parallelschaltungen aus je einer Zenerdiode und
einem Widerstand, bei der die Widerstände von einem schwach dotierten Halbleitergrundkörper
eines ersten Leitungstyps gebildet werden, in. den zur Bildung der einzelnen Zenerdioden von einer
Oberflächenseite aus in einer Reihe mit definiertem Abstand voneinander stark do'ierte Zonen des
gleichen Leitungstyps eingelassen sind, dadurch
gekennzeichnet, daß in jede stark dotierte Zone (2) des ersten Leitungstyps eine stark dotierte
Zone (3) eines zweiten, zum ersten entgegengesetzten Leitungstyps eingelassen ist, die mit der Zone
vom ersten Leitungstyp jeweils eine Zenerdiode bildet, daß durch die Wahl des Abstandes (8) der
stark dotierten Zonen (2) vom ersten Leitungstyp die definierte Größe des je einer Zenerdiode parallel
geschalteten Widerstandes bestimmt ist und daß jeweils die Zone (3) vom zweiten Leitungstyps einer
Zenerdiode mit der stark dotierten Zone (2) vom ersten Leitungstyp einer benachbarten Zenerdiode
elektrisch leitend verbunden ist.
2. Monolithisch integrierte Zener-Dioden-Stabilisierungsschaltung
nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der spezifische Widerstand des Halbleitergrundkörpers (1) ca. 1000 ftcm beträgt
und die einzelnen stark dotierten Zonen (2) vom ersten Leitungstyp einen Abstand (8) von ca. 0,1 bis
0,2 mm voneinander haben.
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|---|---|---|---|---|
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1969
- 1969-05-12 DE DE19691924207 patent/DE1924207C3/de not_active Expired
Also Published As
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