DE2614065B2 - Monolithically integrated Darlington pair - Google Patents

Monolithically integrated Darlington pair

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DE2614065B2 DE19762614065 DE2614065A DE2614065B2 DE 2614065 B2 DE2614065 B2 DE 2614065B2 DE 19762614065 DE19762614065 DE 19762614065 DE 2614065 A DE2614065 A DE 2614065A DE 2614065 B2 DE2614065 B2 DE 2614065B2
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Description

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Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte Darlington-Schaltung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches. The invention relates to a monolithically integrated Darlington circuit according to the preamble of the patent claim.

Thyristoren (vgl. z.B. DE-OS 23 36 287) oder monolithisch integrierte Darlington-Schaltungen (vgl. z. B. DE-OS 22 06 354,24 44 589) können zum Schalten eines Stromes über einigen Ampere abhängig von einem kleinen Signal verwendet werden.Thyristors (see e.g. DE-OS 23 36 287) or monolithically integrated Darlington circuits (see. z. B. DE-OS 22 06 354.24 44 589) can switch a current over a few amps depending on a small signal.

Obwohl einerseits Thyristoren ohne Leistungsverbrauch ihren leitenden oder nichtleitenden Zustand beibehalten, müssen Stromimpulse entgegengesetzten Vorzeichens an ihre Steueranschlüsse gelegt werden, um sie jeweils zu zünden bzw. zu löschen. Daher muß eine zusätzliche komplizierte Steuerschaltung verwendet werden, wenn ein solcher Thyristor bei einem System eingesetzt wird, das eine einzige Gleichstromquelle hat, wie z. B. eine Zündschaltung in einem Kraftfahrzeug. Darüber hinaus sind ein kleiner Stromverstärkungsfaktor für das Löschen und der hohe Spannungsabfall in Vorwärtsrichtung aufgrund des Aufbaues mit vier Schichten mit dem sich ergebenden Leistungsverlust bei einem derartigen Thyristor problematisch. Although on the one hand thyristors without power consumption their conductive or non-conductive state maintained, current pulses of opposite signs must be applied to their control connections, to ignite or extinguish them. Therefore, an additional complicated control circuit must be used when such a thyristor is used in a system that uses a single DC power source has, such as B. an ignition circuit in a motor vehicle. In addition, there are a small current gain factor for the erasure and the high voltage drop in the forward direction due to the four-layer construction with the resulting Power loss is problematic in such a thyristor.

Ein bekannter Thyristor (DE-OS 23 36 287) besteht aus einem Vertikal-Teiltransistor hoher Stromverstärkung und einem Lateral-Transistor niedriger Stromverstärkung, die in einem gemeinsamen Halbleiterkörper integriert aufgebaut sind. Dieser Thyristor kann zwar durch eine kleine Steuerspannung gelöscht werden, die aber bei einem System mit nur einer Gleichstromquelle 6S eine zusätzliche Steuerschaltung erfordert (vgl. oben).A known thyristor (DE-OS 23 36 287) consists of a vertical sub-transistor of high current gain and a lateral transistor of low current gain, which are built integrated in a common semiconductor body. Although this thyristor can be extinguished by a small control voltage, this requires an additional control circuit in a system with only one direct current source 6S (see above).

Andererseits benötigt eine Darlington-Schaltung eine Änsieuerieisiung, um ihren leitenden Zustand beizubehalten, und der Gleichstrom-Verstärkungsfaktor muß erhöht werden, um die Ansteuerleistung zu verringern. Bei einem Darlington-Verstärker ist der gesamte Gleichstrom-Verstärkungsfaktor durch das Produkt der jeweiligen Verstärkungsfaktoren der einzelnen Transistoren gegeben, so daß der Verstärkungsfaktor insgesamt groß gemacht werden kann. In diesem PaIJ kann jedoch der gesamte Verstärkungsfaktor im Hinblick auf die Ladungsfreigabezeit nicht beliebig groß gemacht werden. Es treten nämlich beim Aufbau der Schaltung Schwierigkeiten auf, die nicht miteinander zu vereinbaren sind. Wenn z. B. die zwischen der Basis und dem Emitter eines Transistors angesammelte Ladung schnell freigegeben werden muß, sollte ein Widerstand mit einem möglichst kleinen Widerstandswert zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors vorgesehen werden. Wenn jedoch der Stromverstärkungsfaktor des Transistors groß gemacht werden soll, muß der Widerstand einen hohen Widerstandswert haben, da sonst ein Streustrom durch den Kurzschluß mit einem derartigen kleinen Widerstandswert zwischen der Basis und dem Emitter fließt und der Stromverstärkungsfaktor zu f tar* verringert istOn the other hand, a Darlington pair needs to be recharged in order to maintain its conducting state, and the DC gain must be increased to decrease the driving power. For a Darlington amplifier, the total DC gain is multiplied by the product of given respective gain factors of the individual transistors, so that the gain factor can be made great overall. In this PaIJ, however, the entire gain factor im Cannot be made arbitrarily large with regard to the charge release time. It occurs namely when building the Circuit difficulties that are incompatible. If z. B. those between the base and Charge accumulated at the emitter of a transistor needs to be released quickly, a resistor should provided with the smallest possible resistance between the base and the emitter of the transistor will. However, if the current amplification factor of the transistor is to be made large, the Resistor have a high resistance value, otherwise a leakage current through the short circuit with a such small resistance value flows between the base and the emitter and the current amplification factor is reduced to f tar *

Die oben erläuterte Schwierigkeit der Darlington-Schaltung beruht auf der Anordnung von Widerständen in den Stromwegen zur Freigabe der Basis-Ladungsträger, und daher könnte dieses Problem gelöst werden, wenn Halbleiter-Schaltungselemente, wie z.B. Schalttransistoren, verwendet werden, um die Basis-Ladungsträger freizugeben.The Darlington pair problem discussed above is based on the arrangement of resistors in the current paths to release the basic charge carriers, and therefore this problem could be solved if semiconductor circuit elements such as switching transistors used to release the base charge carriers.

Eine monolithisch integrierte Darlington-Schaltung ist bekannt (DE-OS 22 06 354), bei der die beiden Tansistoren durch einen bis zum Substrat reichenden Graben voneinander getrennt sind. Damit wird eine ausreichende Isolation der beiden Basisanschlüsse voneinander erzielt Auf die mit der Freigabe der Ladungsträger verknüpften Probleme wird aber nicht eingegangen.A monolithically integrated Darlington circuit is known (DE-OS 22 06 354), in which the two The transistors are separated from one another by a trench reaching to the substrate. This becomes a Sufficient isolation of the two base connections from each other is achieved with the release of the However, problems associated with charge carriers are not addressed.

Eine andere bekannte Darlington-Schaltung (DE-OS 24 44 589) hat zusätzlich zu den beiden Transistoren noch zwei Widerstände und eine Diode, die alle in einem Halbleiterkörper integriert sind. Der Widerstandswert eines dieser Widerstände wird durch einen Graben bestimmt und durch diesen ohne zusätzlichen Schaltungsaufwand wesentlich erhöht. Dadurch werden aber die Ladungsträger nur langsam freigegeben, wodurch die Ausschaltzeitdauer verzögert wird.Another known Darlington circuit (DE-OS 24 44 589) has in addition to the two transistors two resistors and a diode, all of which are integrated in a semiconductor body. The resistance value one of these resistors is determined by a trench and by this without additional circuitry significantly increased. As a result, however, the charge carriers are only released slowly, which means the switch-off time is delayed.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine monolithisch integrierte Darlington-Schaltung mit hohem Stromverstärkungsfaktor und kurzer Ausschaltzeitdauer anzugeben. It is therefore the object of the invention to provide a monolithically integrated Darlington circuit with a high current gain factor and a short switch-off time.

Die Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegebenen Merkmale gegeben.The solution to this problem is according to the invention by the characterizing part of the claim given characteristics.

Die Erfindung sieht also eine Darlington-Schaltung aus einem ersten, einem zweiten, einem dritten und einem vierten Transistor vor, wobei der erste und der zweite Transistor als Darlingtonpaar geschaltet sind, während der dritte und der vierte Transistor jeweils zwischen der Basis und dem Emitter des ersten Transistors und zwischen der Basis und dem Emitter des zweiten Transistors liegen, um die Restladungen im ersten und im zweiten Transistor durch diese freizugeben, indem sie abhängig von den Eingangssignalen leitend gemacht werden. Dadurch wird eine Darlington-Schaltung mit hohem Stromverstärkungsfaktor und kurzer Ausschaltzeit erzieltThe invention thus sees a Darlington pair consisting of a first, a second, a third and a fourth transistor, the first and the second transistor being connected as a Darlington pair, while the third and fourth transistors each between the base and emitter of the first Transistor and lie between the base and the emitter of the second transistor in order to reduce the residual charges in the first and second transistor through this release by depending on the input signals to be made conductive. This creates a Darlington pair with high current gain and short switch-off time achieved

Bei der erfindungsgsmäßen monolithisch integriertenIn the monolithically integrated one according to the invention

Darlington-Schaltung verschwinden die Restladungsträger in den Basisbereichen schnell, da die Basis-Emitter-Vorspannungen der Transistoren in Darlington-Schaltung schnell positiv geschaltet werden können, und es kann ein hoher Stromverstärkuagsfaktor erzielt werden, da die Basis-Emitter-Nebenwege während der leitenden Periode unterbrochen sind.Darlington pair, the residual charge carriers in the base areas disappear quickly because the base-emitter biases of the transistors in Darlington pair can quickly be switched positive, and a high current gain factor can be achieved since the base-emitter by-paths during the conductive period are interrupted.

Die erfindungsgemäße Darlington-Schaltung mit den gewünschten Eigenschaften kann ohne jeden neuen Herstellungsschritt und ohne zusätzlichen Aufwand gefertigt werden, da ihr Herstellungsverfahren gegenüber der herkömmlichen Schaltung keine zusätzlichen Schritte erfordertThe Darlington circuit according to the invention with the desired properties can be used without any new Manufacturing step and can be manufactured without additional effort, as compared to their manufacturing process the conventional circuit does not require any additional steps

NPN-Transistoren werden als Schalter zur Entfernung der in der Darlington-Schaltung angesammelten Ladungen verwendet Es wird z. B. ein Schalter hoher Geschwindigkeit mit einer Darlington-Schaltung versehen, um den Primärstrom zur Zündanlage eines Kraftfahrzeuges zu steuern. Die Stromquelle eines Kraftfahrzeugs ist gewöhnlich eine Batterie mit geerdeter negativer Klemme. Diese Schaltung, bei der die Basisanschlüsse und die Emitter des ersten und des zweiten Transistors in Darlington-Schaltung durch NPN-Transistoren kurzgeschlossen sind, ist sehr einfach steuerbar, da die NPN-Transistoren angesteuert sind, wenn eine positive Spannung an den Basisanschlüssen HegtNPN transistors are used as switches to remove the accumulated in the Darlington pair Charges used. B. Provide a high speed switch with a Darlington pair, to control the primary current to the ignition system of a motor vehicle. The power source of a Motor vehicle is usually a negative terminal grounded battery. This circuit in which the base terminals and the emitters of the first and the second transistor in Darlington connection through NPN transistors are short-circuited, is very easy to control, because the NPN transistors are controlled, when there is a positive voltage on the base terminals

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert Es zeigtThe invention is explained in more detail below with reference to the drawing

F i g. 1 ein elektrisches Schaltbild zur Erläuterung der Arbeitsweise der Darlington-Schaltung,F i g. 1 is an electrical circuit diagram to explain the How the Darlington pair works,

Fig.2 ein elektrisches Schaltbild der Darlingtonschaltung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2 is an electrical circuit diagram of the Darlington pair according to an embodiment of the invention,

Fig.3 Verfahrensschritte zur Herstellung einer herkömmlichen Darlington-Schaltung,Fig.3 process steps for producing a conventional Darlington pair,

F i g. 4 Verfahrensschritte zur Herstellung der erfindungsgemäßen Darlington-Schaltung undF i g. 4 process steps for producing the Darlington pair according to the invention and

F i g. 5A und B Kennlinien der .herkömmlichen und der erfindungsgemäßen Darlington-Schaltung zum Vergleich.F i g. 5A and B Characteristic curves of the .conventional and the Darlington circuit according to the invention for Comparison.

In Fig. 1 (vgl. auch DE-OS 24 44 589) liegt ein Lastwiderstand 8 zwischen dem Kollektor 2C eines Transistors 2 und der positiven Elektrode einer Gleichstromquelle 7, während ein Widerstand 9 zur Einspeisung eines Vorstromes zwischen der Basis Iß eines Transistors 1 und der positiven Klemme der Gleichstromquelle 7 vorgesehen und der Emitter 2Edes Transistors 2 mit der negativen Klemme der Gleichstromquelle 7 verbunden ist. Die jeweiligen Kollektoren IC und 2Cder Transistoren 1 und 2 sind miteinander verbunden, und der Emitter 1E des Transistors 1 ist an die Basis 2ßdes Transistors 2 angeschlossen. Schaher 5 und 6 liegen jeweils zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 1 und zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors 2.In Fig. 1 (see. Also DE-OS 24 44 589) is a load resistor 8 between the collector 2C of a transistor 2 and the positive electrode of a direct current source 7, while a resistor 9 for feeding a bias current between the base Iß of a transistor 1 and the positive terminal of the DC power source 7 is provided and the emitter 2E of the transistor 2 is connected to the negative terminal of the DC power source 7. The respective collectors and IC 2Cder transistors 1 and 2 are connected together, and the emitter E of the transistor 1 1 is connected to the base of transistor 2ßdes. 2 Schaher 5 and 6 each lie between the base and the emitter of the transistor 1 and between the base and the emitter of the transistor 2.

Wenn bei diesem Aufbau die Schalter 5 und 6 geöffnet sind, wird ein Leitungsweg zwischen dem Emitter IE und dem Kollektor 2C des Transistors 2 durch den Basis-Ansteuer-Vorstrom aufgebaut, der durch die so geschlossene Schleife von der Stromquelle 7 über den Widerstand 9, die Basis Iß des Transistors 1, den Emitter IE des Transistors 1, die Basis 2ß des Transistors 2, den Emitter 2Edes Transistors 2 und die Stromquelle 7 fließt, so daß ein Laststrom durch die geschlossene Schleife von der Stromquelle 7 über den Widerstand 8, den Kollektor IC des Transistors 2, den Emitter 2c des Transistors 2 und dann zur Stromquelle 7 fließt Bei diesem Betrieb kann der Basis-Ansteuer-Vorstrom auf einen Wert gleich dem Wert des gewünschten Laststromes geteilt durch das Produkt aus den Gleichstrom-Verstärkungsfaktoren der Transistoren 1 und 2 verringert werden.If the switches 5 and 6 are opened in this structure, a conduction path is established between the emitter IE and the collector 2C of the transistor 2 by the base drive bias current, which is passed through the closed loop from the current source 7 via the resistor 9, the base Iß of the transistor 1, the emitter IE of the transistor 1, the base 2ß of the transistor 2, the emitter 2E of the transistor 2 and the current source 7 flows, so that a load current flows through the closed loop from the current source 7 via the resistor 8, the The collector IC of the transistor 2, the emitter 2c of the transistor 2 and then to the current source 7 flows 2 can be reduced.

Wenn die Schalter 5 und 6 beide geschlossen werden, nachdem gerade der Basisstrom in dem Transistor 1 unterbrochen wurde, werden die Rest-Ladungsträger in den Basisschichten d«_r Transistoren 1 und 2 über die Schalter 5 und 6 freigegeben und verschwinden. Die Transistoren 1 und 2, deren Emitteranschlüsse mit den Basisanschlüssen kurzgeschlossen sind, sind sogar in ihrem stationären Zustand ausgeschaltetIf the switches 5 and 6 are both closed after the base current in the transistor 1 was interrupted, the residual charge carriers in the base layers of the transistors 1 and 2 via the Switches 5 and 6 are released and disappear. The transistors 1 and 2, whose emitter connections with the Base connections are short-circuited, are even switched off in their steady state

Damit kann eine beträchtliche Verringerung des Gleichstrom-Verstärkungsfaktors aufgrund des umgelenkten Stromes durch die anstelle der Schalter 5 und 6 in der herkömmlichen Darlington-Schaltung verwendeten Widerstände während des Ansteuerbetriebes verhindert werden, und die zum Entfernen der Restladungen durch die Kurzschlüsse erforderliche Zeitdauer kann bis zur transienten Zeitdauer des ausgeschalteten Zustandes verkürzt werden.This can result in a significant reduction in DC gain due to the deflected Current through the used instead of the switches 5 and 6 in the conventional Darlington pair Resistances are prevented during the control operation, and the removal of the Residual charges caused by the short circuits can be up to the transient period of time required switched off state can be shortened.

Die Fig.2 zeigt ein elektrisches Schaltbild einer Darlington-Schaltung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. Einander entsprechende Bauelemente sind in den Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Wesentlich an dieser Schaltung sind zwei Transistoren 10 und U anstelle der Schalter 5 und 6 der Schaltung der F i g. 1. Der Kollektor lOCdes TransistorsFIG. 2 shows an electrical circuit diagram of a Darlington circuit according to an exemplary embodiment the invention. Components that correspond to one another are given the same reference symbols in the figures Mistake. Two transistors 10 and U instead of switches 5 and 6 are essential to this circuit Circuit of the F i g. 1. The collector IOC of the transistor

10 ist mit der Basis Iß des Transistors 1 verbunden. Der Emitter 1OE des Transistors 10 ist an die Basis IE des Transistors 1 angeschlossen. Der Kollektor HC des Transistors 11 ist mit der Basis 2ß des Transistors 2 verbunden. Der Emitter HE des Transistors 11 ist an den Emitter 2E des Transistors 2 angeschlossen. Widerstände 12 und 13 sind mit ihren einen Klemmen jeweils mit den Basisanschlüssen 10ß und WB der Transistoren 10 und 11 und mit ihren anderen Klemmen miteinander verbunden.10 is connected to the base Iß of the transistor 1. The emitter 10E of the transistor 10 is connected to the base IE of the transistor 1. The collector HC of the transistor 11 is connected to the base 2β of the transistor 2. The emitter HE of the transistor 11 is connected to the emitter 2E of the transistor 2. Resistors 12 and 13 are connected with their one terminals to the base terminals 10β and WB of the transistors 10 and 11 and to their other terminals to one another.

Wenn bei dieser Anordnung eine vorbestimmte Spannung an die Verbindungsstelle der Widerstände 12 und 13 gelegt wird, fließt ein Strom zur Basis 1 Iß des Transistors 11 über den Widerstand 13, um den Transistor 11 leitend zu machen. Dann wird der Transistor 10 aufgrund des durch den Widerstand 12, die Basis lOßund den Emitter 1OE des Transistors 10 sowie den Kollektor llCund den Emitter 11Fdes TransistorsWith this arrangement, when a predetermined voltage is applied to the junction of the resistors 12 and 13 is applied, a current flows to the base 1 Iß of the transistor 11 via the resistor 13 to the Make transistor 11 conductive. Then the transistor 10 is due to the resistance 12 that Base lOßund the emitter 1OE of transistor 10 as well the collector 11C and the emitter 11F of the transistor

11 fließenden Stromes leitend. Auf diese Weise sind die Basis und der Emitter des Transistors 1 durch den Transistor 10 und die Basis und der Emitter des Transistors 2 durch den Transistor 11 kurzgeschlossen. Wenn die an der Verbindungsstelle der Widerstände 12 und 13 liegende Spannung abgeschaltet wird, ist der Ansteuerstrom durch die Transistoren 10 und 11 unterbrochen, und daher sind die Kurzschlußwege aufgehoben. Damit ist die Schaltung der F i g. 2 mit der Schaltung der F i g. 1 bei geöffneten Schaltern 5 und 6 identisch. In der Schaltung der Fig.2 können die Schalter, d.h. die Transistoren 10 und 11, gleichzeitig geöffnet und geschlossen werden, so daß das anhand der F i g. 1 erläuterte Prinzip auch mit der Schaltung der F: g. 2 erzielt wird.11 flowing current conductive. In this way they are Base and emitter of transistor 1 through transistor 10 and the base and emitter of the Transistor 2 short-circuited by transistor 11. When the voltage present at the junction of resistors 12 and 13 is switched off, that is The drive current through the transistors 10 and 11 is interrupted, and therefore the short-circuit paths are canceled. The circuit of FIG. 2 with the circuit of FIG. 1 with switches 5 and 6 open identical. In the circuit of Figure 2, the switches, i.e. transistors 10 and 11, can operate simultaneously are opened and closed, so that the basis of the F i g. 1 explained principle also with the circuit of the Q: g. 2 is achieved.

Die Anordnung der Schaltung der F i g. 2 mit Einzelbauelementen macht die Herstellung aufwendig und die sich ergebende Schaltung zu kompliziert.The arrangement of the circuit of FIG. 2 with individual components makes production complex and the resulting circuit too complicated.

Die Fig.3 und 4 zeigen die Verfahrensschritte zur Herstellung monolithisch integrierter Schaltungen, die frei von den oben erläuterten Nachteilen sind. DieFIGS. 3 and 4 show the process steps for Manufacture of monolithically integrated circuits that are free from the disadvantages discussed above. the

Fig.3 zeigt die Verfahrensschritte zur Herstellung einer herkömmlichen Darlington-Schaltung, und die Fig.4 zeigt die Verfahrensschritte zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Darlington-Schaltung. Die Verfahrensschritte (a), (b), (c) und (d) in den jeweiligen F i g. 3 und 4 sind gleich und werden daher gemeinsam erläutertFIG. 3 shows the method steps for producing a conventional Darlington circuit, and FIG. 4 shows the method steps for producing a Darlington circuit according to the invention. The process steps (a), (b), (c) and (d) in the respective FIGS. 3 and 4 are the same and are therefore explained together

Im Verfahrensschritt (a) in den F i g. 3 und 4 wird von einem N-Ieitenden Substrat 14 aus z. B. Silizium als Träger der herzustellenden Darlington-Schaltung ausgegangen.In process step (a) in FIGS. 3 and 4 is supported by an N-conductive substrate 14 made of e.g. B. assumed silicon as the carrier of the Darlington pair to be produced.

Im Verfahrensschritt (b) in den F i g. 3 und 4 wird eine N+-leitende Schicht 15 im Substrat 14 durch Dotierung mit einem N-Ieitenden Fremdstoff mittels z. B. Diffusion gebildetIn method step (b) in FIGS. 3 and 4, an N + -conductive layer 15 in the substrate 14 by doping with an N-conductive foreign substance by means of z. B. Diffusion formed

Im Verfahrensschritt (c) in den F i g. 3 und 4 wird eine P-leitende Schicht 16 im Substrat 14 durch Dotierung mit einem P-leitenden Fremdstoff mittels z. B. Diffusion gebildetIn process step (c) in FIGS. 3 and 4 is a P-conductive layer 16 in the substrate 14 by doping with a P-conductive foreign substance by means of z. B. Diffusion formed

Im Verfahrensschritt (d) der F i g. 3 und 4 wird ein Graben 17, dessen Boden die N-Ieitende Schicht 14 erreicht auf der Seite der P-leitenden Schicht 16 eingebracht um diese in Teile 16>4 und 16ß zu trennen. Danach wird ein SiO2-Film 18 mittels Oberflächenoxydation erzeugt. Der SiCb-FiIm 18 dient nicht nur als elektrische Isolierschicht sondern auch als Schutzfilm.In method step (d) of FIG. 3 and 4, a trench 17, the bottom of which reaches the N-conductive layer 14, is made on the side of the P-conductive layer 16 in order to separate it into parts 16> 4 and 16 [beta]. A SiO2 film 18 is then produced by means of surface oxidation. The SiCb film 18 serves not only as an electrical insulating layer but also as a protective film.

Die Verfahrensschritte (e), (f) und (g)'vn F i g. 3 und die Verfahrensschritte (e), (f) und (g) in F i g. 4 sind in der chemischen Behandlung gleich, jedoch in ihrem (geometrischen) Muster voneinander verschieden. Zunächst werden die Herstellung und der Betrieb der herkömmlichen Darlington-Schaltung anhand der F i g. 3 näher erläutertThe process steps (e), (f) and (g) 'vn F i g. 3 and the method steps (e), (f) and (g) in FIG. 4 have the same chemical treatment, but differ from one another in their (geometric) pattern. The manufacture and operation of the conventional Darlington pair will first be described with reference to FIGS. 3 explained in more detail

Im Verfahrensschritt (e) der F i g. 3 wird ein Teil des SiO2-FiImS 18 mittels z.B. des Photolackverfahrens (Photoresistverfahren) oder chemischen Ätzens entfernt und es werden gleichzeitig N-leitende Bereiche 19 und 20 durch Diffusion eines N-leitenden Fremdstoffes gebildet.In process step (e) of FIG. 3, part of the SiO 2 film 18 is removed by means of, for example, the photoresist process (photoresist process) or chemical etching, and N-conductive areas 19 and 20 are formed at the same time by diffusion of an N-conductive foreign substance.

Im Verfahrensschritt (f) der F i g. 3 werden Aluminiumelektroden 21 bis 25 auf vorbestimmten Stellen mittels Vakuumabscheidung und einer Maske hergestelltIn process step (f) of FIG. 3, aluminum electrodes 21 to 25 are formed on predetermined positions by means of vacuum deposition and a mask

Im Verfahrensschritt (g) der Fig.3 werden die Elektroden 22 und 23 durch eine Leitung verbunden, und die Elektroden 21, 24 und 25 werden jeweils mit einem Emitteranschluß 28, einem Basisanschluß 29 und einem Kollektoranschluß 30 ausgestattet. Mittels Vakuumabscheidung und einer Maske werden auch eine Widerstandsschicht 26 zwischen den Elektroden 21 und 22 und eine Widerstandsschicht 27 zwischen den Elektroden 23 und 24 gebildetIn method step (g) of FIG. 3, the electrodes 22 and 23 are connected by a line, and the electrodes 21, 24 and 25 are each equipped with an emitter connection 28, a base connection 29 and a collector connection 30. A resistive layer 26 between electrodes 21 and 22 and a resistive layer 27 between electrodes 23 and 24 are also formed by vacuum deposition and a mask

Damit sind zwei NPNN+-Transistoren in vertikaler Anordnung, durch den Graben 17 getrennt, in Darlington-Schaltung verbunden. Die Transistoren haben die N+-leitende Schicht 15 als ihre Kollektorzone gemeinsam. Der Teil rechts vom Graben 17 in der Zeichnung entspricht dem Transistor 1 in F i g. 1 und der Teil links vom Graben 17 in der Zeichnung dem Transistor 2 in F i g. 1. Der N-Ieitende Bereich 20 und die P-Ieitende Schicht 16/4. dienen jeweils als Emitter IE und als Basis Ifi Der N-Ieitende Bereich 19 und die P-Ieitende Schicht 16ßdienen jeweils als Emitter 2Eund als Basis 2ß. Wie oben erläutert wurde, sind der Emitter If und die Basis 2ß miteinander durch eine Leitung verbunden. Auf diese Weise bilden die Transistoren eine Darlington-Schaltung. Die Widerstandsschichten 26 und 27 sind jeweils zwischen den Basisanschlüssen und denTwo NPNN + transistors are thus connected in a vertical arrangement, separated by the trench 17, in a Darlington circuit. The transistors share the N + layer 15 as their collector region. The part to the right of the trench 17 in the drawing corresponds to the transistor 1 in FIG. 1 and the part to the left of the trench 17 in the drawing, the transistor 2 in FIG. 1. The N-conductive region 20 and the P-conductive layer 16/4. each serve as an emitter IE and a base Ifi. The N-conductive region 19 and the P-conductive layer 16ß each serve as an emitter 2E and as a base 2ß. As explained above, the emitter If and the base 2ß are connected to each other by a line. In this way the transistors form a Darlington pair. The resistance layers 26 and 27 are respectively between the base terminals and the Emittern der Transistoren vorgesehen und dienen anstelle der Schalter 5 und 6 der F i g. 1 zur Freigabe der Restladungen. Wenn eine Spannung richtig zwischen dem Basisan-Emitters of the transistors are provided and are used instead of switches 5 and 6 of FIG. 1 to release the Residual charges. If a voltage is correct between the base

s schluß 29 des einen Transistors und dem Emitteranschluß 28 des anderen Transistors angelegt wird, werden Minoritätsladungsträger (d. h. in diesem Fall Elektronen) in die Basisschichten 16/4 und 16ß der Transistoren injiziert so daß die verstärkten Ströme zus circuit 29 of one transistor and the emitter connection 28 of the other transistor is applied, minority carriers (i.e. electrons in this case) become in the base layers 16/4 and 16 [beta] Transistors are injected so that the amplified currents too

ίο den Emitter-Bereichen 19 und 20 über die in Sperrichtung vorgespannten Basis-Kollektor-PNN+- Übergänge (16Λ-14-15, 160-14-15) fließen. Auf diese Weise kann eine zu einem gewöhnlichen Transistor ähnliche Arbeitsweise erzielt werden.ίο the emitter areas 19 and 20 flow via the reverse-biased base-collector PNN + junctions (16Λ-14-15, 160-14-15). In this way, an operation similar to that of an ordinary transistor can be achieved.

Im folgenden werden Herstellung und Betrieb der erfindungsgemäßen Darlington-Schaltung näher beschrieben.The production and operation of the Darlington pair according to the invention are described in more detail below.

Im Verfahrensschritt (e) der F i g. 4 werden N-leitende Bereiche 19, 20, 31 und 32 gleichzeitig mittelsIn process step (e) of FIG. 4 are N-conductive areas 19, 20, 31 and 32 simultaneously by means of

Diffusion von N-leitendem Fremdstoff gebildetDiffusion formed by N-type foreign matter

Im Verfahrensschritt (f) der F i g. 4 werden vier Teile des SiOrFilmes entfernt, um Elektroden 22,24,34 und 36 auf den P-leitenden Schichten 16Λ und 162? zu bilden. Darüber hinaus werden Elektroden 21,23,33,35 und 25In process step (f) of FIG. 4, four parts of the SiOr film are removed to form electrodes 22, 24, 34 and 36 on the P-conductive layers 16Λ and 162? to build. In addition, electrodes 21, 23, 33, 35 and 25 jeweils auf den N-leitenden Bereichen 19,20,31 und 32 der N+-leitenden Schicht 15 hergestellton the N-conductive areas 19, 20, 31 and 32, respectively the N + -conductive layer 15 is made

Im Verfahrensschritt (g) der Fig.4 werden die Elektroden 33, 22 und 23 miteinander durch eine Leitung verbunden, und die Elektroden 35 und 24In method step (g) of FIG. 4, electrodes 33, 22 and 23 are connected to one another by a line, and electrodes 35 and 24 werden miteinander durch eine andere Leitung verbunden. Die Elektroden 21,24,34,36 und 25 werden jeweils mit einem Emitteranschluß 28, einem Basisanschluß 29, einem zweiten Basisanschluß 37, einem dritten Basisanschluß 38 und einem Kollektoranschlußare connected to each other by another line. The electrodes 21,24,34,36 and 25 become each with an emitter terminal 28, a base terminal 29, a second base terminal 37, a third base terminal 38 and a collector terminal 30 versehen.30 provided.

Bei dieser Anordnung bilden zusätzlich zu den beiden Vierschicht-NPNN+-Transistoren (20-16/1-14-15, 19—165—14—15) entsprechend den Transistoren 1 und 2 in F i g. 1 der N-leitende Bereich 32 in der P-leitendenIn this arrangement, in addition to the two four-layer NPNN + transistors (20-16 / 1-14-15, 19-165-14-15) corresponding to transistors 1 and 2 in FIG. 1 the N-conductive area 32 in the P-conductive Schicht 16/4 und die Elektrode 36 auf der P-leitenden Schicht 16Λ zwischen den N-leitenden Bereichen 20 und 32 laterale Transistoren zusammen mit dem N-leitenden Bereich 20, und der N-leitende Bereich 31 und die Elektrode 34 bilden einen anderen lateralen TransistorLayer 16/4 and the electrode 36 on top of the P-type Layer 16Λ between the N-conductive areas 20 and 32 lateral transistors together with the N-conductive Region 20, and the N-conductive region 31 and the electrode 34 form another lateral transistor

■»5 zusammen mit dem N-leitenden Bereich 19.■ »5 together with the N-conductive area 19.

Insbesondere teilen der laterale Transistor aus der Schichten 32—16/4—20 und der dem Transistor 1 entsprechende Transistor den Emitter-Bereich 20 wobei dieser laterale Transistor der Transistor 10 irIn particular, the lateral transistor from the layers 32-16 / 4-20 and that of the transistor 1 share corresponding transistor, the emitter region 20, this lateral transistor, the transistor 10 ir

so Fig.2 ist. Der laterale Transistor aus den Schichter 31 —16ß—19 und der dem Transistor 2 entsprechende Transistor teilen den Emitter-Bereich 19, wobei diesel laterale Transistor der Transistor 11 in F i g. 2 ist. Die N-leitenden Bereiche 32 und 31 sind jeweils dieso Fig.2 is. The lateral transistor from the layer 31-16ß-19 and the transistor 2 corresponding Transistor share the emitter region 19, the transistor 11 in FIG. 2 is. the N-type regions 32 and 31 are each the Kollektoren der Transistoren 10 und 11. Der N-leitend« Bereich 32 ist mit der Basis des Transistors 1 verbunden während der N-leitende Bereich 31 und die Basis de; Transistors 2 miteinander verbunden sind. Die se gebildete Anordnung ist durch die Schaltung in Fig.2Collectors of transistors 10 and 11. The N-conductive « Area 32 is connected to the base of the transistor 1 while the N-conductive area 31 and the base de; Transistor 2 are interconnected. The arrangement formed se is by the circuit in Fig.2 dargestellt. Die Elektroden 36 und 34 entsprecher jeweils den Anschlüssen 100 und 11B in F i g. 2 und sine mit dem zweiten und dritten Basisanschluß 37 und 3i versehen. Im Verfahrensschritt (g) der F i g. 4 sind di< Anschlüsse 37 und 38 als Außenanschlüsse dargestelltshown. The electrodes 36 and 34 respectively entsprecher the terminals 100 and 11 B in F i g. 2 and sine are provided with the second and third base terminals 37 and 3i. In method step (g) of FIG. 4 di <connections 37 and 38 are shown as external connections es sind jedoch auch andere Ausführungsformen möglich Ein Widerstandsfilm kann z. B. mittels Vakuumauf dampfung auf einem Teil des SiO2-FiImS 18 vorgeseher werden, wobei dieser Film den Anschluß 37 mit denhowever, other embodiments are also possible. B. by means of vacuum evaporation on part of the SiO 2 -FiImS 18 are provided, this film connecting the 37 with the

Anschluß 38 verbindet und ein Außenanschluß in der Mitte des Widerstandsfilmes vorgesehen ist. In diesem Fall kann die gesamte Schaltung der F i g. 2 entsprechend dem Verfahren zur Fertigung einer herkömmlichen Darlington-Schaltung integriert hergestellt werden.Terminal 38 connects and an external terminal is provided in the center of the resistor film. In this Case, the entire circuit of FIG. 2 can be manufactured in an integrated manner according to the method for manufacturing a conventional Darlington pair.

Die Fig.5A und 5B zeigen in einem Vergleich Kennlinien der Darlington-Schaltungen, die in den jeweiligen letzten Verfahrensschritten (g) der F i g. 3 und 4 dargestellt sind, wobei die F i g. 5A den sich mit dem Kollektorstrom ändernden Gleichstrom-Verstärkungsfaktor zeigt und die Fig.5B die sich mit dem Basisstrom ändernde Ladungs-Freigabezeit bei einem Schaltbetrieb mit hohem Kollektorstrom (6A) darstellt.FIGS. 5A and 5B show a comparison of the characteristics of the Darlington circuits which are used in the respective last method steps (g) of FIG. 3 and 4 are shown, FIG. FIG. 5A shows the direct current gain factor that changes with the collector current, and FIG. 5B shows the charge release time that changes with the base current during switching operation with a high collector current (6A) .

Wie aus den Fig.5A und 5B folgt, ist derAs follows from Figures 5A and 5B, the

Gleichstrom-Verstärkungsfaktor der erfimdungsgemä-Ben Darlington-Schaltung im Vergleich zum Verstärkungsfaktor der herkömmlichen Darlington-Schaltung stark verbessert, wobei die Ladungs-Freigabezeit, die die Schaltgeschwindigkeit stark beeinflußt, bei der Erfindung wesentlich kürzerer als bei der herkömmlichen Schaltung ist. Da darüber hinaus die erfindunKSgemäße Schaltung einen großenDC gain factor of the Darlington circuit according to the invention compared to the gain factor of the conventional Darlington circuit greatly improved, the charge release time, which greatly affects the switching speed, in the Invention is much shorter than the conventional circuit. In addition, since the circuit according to the invention has a large

Gleichstrom-Verstärkungsfaktor hat, kann ein gewisser Kollektorstrom durch einen kleineren ßasisstrom ein- und ausgeschaltet werden, als dieser bei der herkömmlichen Schaltung erforderlich ist, um den gleichen Kollektorstrom zu steuern. Dies bedeutet, daß die Ladungs-Freigabezeit weiter verringert werden kann.DC gain factor, a certain collector current can be increased by a smaller base current and turned off as required in the conventional circuit to the same To control collector current. This means that the charge release time can be further reduced.

Hierzu 4 Blatt ZeichnungenFor this purpose 4 sheets of drawings

Claims (1)

Patentanspruch:Claim: Monolithisch integrierte Darlington-Schaltung mit mindestens zwei vertikalen Vierschicht-Transistoren in einem Halbleiterkörper, deren gemeinsame Kollektorzone durch ein N-Ieitendes Substrat und einer in einer Hauptfläche dieses Substrats eingebrachten N+-leitenden Schicht, deren Basiszonen durch auf der anderen Hauptfläche des Substrats angeordnete, durch einen Graben voneinander getrennte erste und zweite P-leitende Schichten und deren Emitterzonen durch in der ersten bzw. zweiten P-leitenden Schicht eingebrachte erste und zweite N-leitende Bereiche gebildet sind, wobei die zweite P-leitende Schicht mit dem in |5 der ersten P-leitenden Schicht eingebrachten ersten N-leitenden Bereich elektrisch verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten und zweiten P-leitenden Schicht (16/4 bzw. 165; jeweils ein dritter bzw. vierter N-Ieitender Bereich (32 bzw. 31) ausgebildet ist, die zusammen mit der ersten bzw. zweiten P-leitenden Schicht (16Λ bzw. i6B) und dem ersten bzw. zweiten N-leitenden Bereich (20 bzw. 19) jeweils einen ersten und zweiten lateralen NPN-Transistor bilden, deren durch den dritten bzw. vierten N-leitenden Bereich (32 bzw. 31) gebildete Kollektorzonen jeweils durch einen äußeren Leiter mit auf der ersten und zweiten P-leitenden Schicht (16Λ bzw. t6B) befindlichen Basiselektroden (24 bzw. 22) der vertikalen Vierschicht-Transistoren verbunden sind.Monolithically integrated Darlington circuit with at least two vertical four-layer transistors in a semiconductor body, their common collector zone through an N-conductive substrate and an N + -conductive layer introduced in one main surface of this substrate, the base zones through which are arranged on the other main surface of the substrate, first and second P-conductive layers separated from one another by a trench and their emitter zones are formed by first and second N-conductive regions introduced into the first and second P-conductive layers, respectively, the second P-conductive layer with the one shown in FIG The first N-conductive area introduced into the first P-conductive layer is electrically connected, characterized in that in the first and second P-conductive layers (16/4 and 165; respectively a third and fourth N-conductive area (32 and 31) is formed, which together with the first or second P-conductive layer (16Λ or i6B) and the first or second N-conducting regions (20 and 19) each form a first and second lateral NPN transistor, the collector zones of which, formed by the third and fourth N-conducting regions (32 and 31), respectively, have an outer conductor on the first and second second P-conductive layer (16Λ or t6B) located base electrodes (24 or 22) of the vertical four-layer transistors are connected.
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