DE3604173A1

DE3604173A1 - Lateraltransistor

Info

Publication number: DE3604173A1
Application number: DE19863604173
Authority: DE
Inventors: Ikuo Ebina Kanagawa Fushimi; Takamasa Hiratsuka Kanagawa Sakuragi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1985-02-12
Filing date: 1986-02-10
Publication date: 1986-08-14
Also published as: DE3604173C2; JPH0654777B2; JPS61183963A; US4807009A

Description

Canon Kabushiki Kaisha
Tokio, Japan

Lateraltransistor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Lateraltransistor und insbesondere auf einen Lateraltransistor, bei dem ein Stromfluß in ein oder aus einem Substrat verhindert wird.

Fig. 3 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte perspektivische Ansicht eines Beispiels für einen herkömmlichen Lateraltransistor. Nach Fig. 3 ist auf einem P~- Substrat 1 eine N~-Schicht 2 ausgebildet, in der im weiteren eine P-Emitterzone 3, eine erste P-Kollektorzone 4, eine zweite P-Kollektorzone 5 und eine N⁺-Basiszone 6 zum Bilden eines ohmschen Kontakts mit der Basiselektrode ausgebildet sind. Um diese Zonen herum ist eine P-ZeI-lenisolierzone 7 gebildet.

Bei einem solchen Lateraltransistor mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau tritt jedoch die Erscheinung auf, daß dann, wenn die Kollektor-Emitter-Spannung Vce so weit verringert wird, daß ein Sättigungsbetriebszustand erreicht wird, ein von der Emitterzone 3 wegfließender

-4- DE 5577

Strom nicht von der Kollektorzone 4 oder 5 abgefangen wird, sondern in das Substrat 1 oder die Zellenisolierzone 7 fließt. Wenn ein solcher Transistor zum Aufbau p- einer Schaltung verwendet wird, trägt dieser von der Emitterzone 3 in das Substrat 1 fließende Strom in keiner Weise zur Transistorfunktion bei, sondern führt lediglich zu dem Ergebnis, daß ungenutzter Strom aus einer Stromquelle gegen Masse abfließt.

Dieses Problem tritt nicht nur bei einem Lateraltransistor mit mehreren Kollektoren, sondern auch bei einem Lateraltransistor mit einem einzigen Kollektor auf.

Ü Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, zum Lösen der vorstehend beschriebenen, bei den herkömmlichen Lateraltransistoren auftretenden Probleme einen Lateraltransistor zu schaffen, in dem selbst dann, wenn die Kollektor-Emitter-Spannung Vce so weit verringert wird, daß eine Sättigungsbetriebsspannung erreicht wird, kein Strom in das Substrat oder die Zellenisolierzone fließt.

Mit der Erfindung wird ein Lateraltransistor geschaffen, der eine erste Halbleiterzone eines Leitfähigkeitstyps

sowie eine Emitterzone und eine Kollektorzone aufweist, 25

die beide vom zum Leitfähigkeitstyp der ersten Halbleiterzone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sind und in der ersten Halbleiterzone angeordnet sind, wobei zusätzlich der Emitterzone in bezug auf die Kollektorzone eine zweite Halbleiterzone vom dem Leitfähigkeitstyp der s jv

ersten Halbleiterzone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gegenübergesetzt ist.

"ß Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläu-35

tert.

-5- DE 5577

Fig. 1A ist eine schematische Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Lateraltransistor gemäß einem Ausführungsbeispiel .

Fig. 1B ist eine Ansicht eines Schnitts längs einer Linie I-I in Fig. 1A.

Fig. IC ist eine Äquivalenzschaltung des Lateraltransi_n stors gemäß dem Ausführungsbeispiel.

Fig. 2 ist ein Schaltbild eines Schaltglieds, das unter Verwendung des Lateraltransistors gemäß dem Ausführungsbeispiel aufgebaut ist.

Fig. 3 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte perspektivische Ansicht eines herkömmlichen Lateraltransistors .

Die Fig. 1A ist eine schematische Draufsicht auf den erfindungsgemäßen Lateraltransistor gemäß einem Ausführungsbeispiel, die Fig. 1B ist eine Ansicht eines Schnitts längs einer Linie I-I in Fig. 1A und die Fig. IC ist eine Äquivalenzschaltung des Lateraltransistors gemäß

dem Ausführungsbeispiel.
25

Gemäß diesen Figuren wird auf einem P~-Substrat 11 eine versenkte N⁺-Schicht 12 und darauffolgend durch epitaxiales Wachsen eine N~-Schicht 13 gebildet. Danach wird beispielsweise durch Diffusion eine P⁺-Zone 14 als ZeI-■ ₊

lenisolierzone gebildet. Darauffolgend werden eine P Emitterzone 15, eine erste P⁺-Kollektorzone 16, eine zweite P⁺-Kollektorzone 17 und eine die Kollektorzonen 16 und 17 umgebende P⁺-Zone 18 gebildet, wonach schließlich eine N⁺-Zone 19 so ausgebildet wird, daß sie die P⁺-Zone +

18 umgibt. Es ist zwar nicht immer notwendig, daß die N -

-6- DE 5577

Zone 19 die P⁺-Zone 18 umgibt, jedoch bietet der umrahmende Aufbau einen Vorteil insofern, als Störeffekte unterdrückt werden. Ferner kann die N⁺-Zone 19 auch ver-

g tieft ausgebildet werden, wie es in Fig. 1B durch gestrichelte Linien dargestellt ist.

In den Fig. 1A und 1B sind Einzelheiten der Gestaltung jeweiliger Elektroden und Isolierfilme weggelassen und _Ω nur schematisch die jeweiligen Elektroden gezeigt. Demnach sind eine Emitterelektrode E von der Emitterzone 1-5, Kollektorelektroden C1 und C2 von den Kollektorzonen 16 bzw. 17, eine Basiselektrode B von der N⁺-Zone 19 und eine Elektrode T von der P⁺-Zone 18 herausgeführt.

Wenn bei dieser Gestaltung beispielsweise die Spannung zwischen der Kollektorelektrode C2 und der Emitterelektrode E so abgesenkt ist, daß der Sättigungsbetriebszustand des Transistors erreicht ist, und an die Elektrode T eine Spannung angelegt wird, die niedriger als die an der Kollektorelektrode CI oder C2 angelegte ist, fließt der Strom aus der Emitterzone 15 zu der P⁺-Zone 18 mit dem niedrigeren Potential als die Kollektorzone 17 und nicht zu dem Substrat 11.

Nachstehend wird eine Schaltung beschrieben, in der ein erfindungsgemäßer Lateraltransistor verwendet wird.

Die Fig. 2 ist ein Schaltbild einer Schaltvorrichtung

bzw. eines Schaltglieds, die bzw. das den Lateraltran-30

sistor gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel enthält.

Die Fig. 2 zeigt einen Lateraltransistor Q6 gemäß dem

Ausführungsbeispiel. Die Kollektorelektrode CI und die 35

Basiselektrode B sind miteinander verbunden, so daß sich

-7- DE 5577

im wesentlichen funktionell zwei PNP-Transistoren ergeben, die eine Stromspiegel-Konstantstromschaltung bilden. Die Kollektoren C1 und C2 des Transistors Q6 sind jeweils mit dem Kollektor von NPN-Transistoren Q3 bzw. Q4 verbunden. Die Transistoren Q3 und Q4 haben Emitterflächen in einem Verhältnis von n:1 (n > 1). Die Basiselektroden der Transistoren Q3 und Q4 sind gemeinsam über einen Widerstand R1 mit dem positiven Anschluß einer Stromquelle 20 verbunden, so daß die Transistoren Q3 und Q4 auf einen konstanten Pegel vorgespannt sind. Es ist ausreichend, wenn der Widerstand R1 einen hohen Widerstandswert hat, jedoch kann stattdessen auch eine Konstantstromquelle wie ein Feldeffekttransistor eingesetzt werden. Der Emitter

des Transistors Q3 ist über einen Widerstand R2 mit einem 15

Eingangsanschluß 21 verbunden, mit dem der Emitter des Transistors Q4 direkt verbunden ist. Ferner ist an den Eingangsanschluß 21 auch die Elektrode T des Lateraltransistors Q6 angeschlossen.

Der Kollektor C2 des Transistors Q6 ist mit der Basis eines PNP-Transistors Q5 verbunden. Der Emitter des Transistors Q5 ist an den positiven Anschluß der Stromquelle 20 angeschlossen, während der Kollektor des Transistors QS über einen Lastkreis 22 mit einer Masseleitung GND verbunden ist. Da der negative Anschluß der Stromquelle 20 mit der Masseleitung GND verbunden ist, wird der Lastkreis 22 durch das Ein- und Ausschalten des Transistors Q5 angesteuert. Ferner ist der Emitter des Transistors Q6 mit dem positiven Anschluß der Stromquelle 20 verbunden und erhält aus dieser einen Strom.

Bei der vorstehend beschriebenen Schaltungsanordnung wird der Transistor Q5 in Abhängigkeit davon ein- oder ausgeschaltet, ob ein über den Eingangsanschluß fließender 35

Strom einen bestimmten Schwellenwert I , übersteigt. Der

-8- DE 5577

Schwellenwert I . ist durch das Verhältnis η der Emitterfläche des Transistors Q3 zu der Emitterfläche des Transistors Q4 sowie durch zum Emitter des Transistors Q3 führenden Widerstand R2 bestimmt, was nachfolgend erläutert wird.

Als nächstes wird die Schaltfunktion des vorstehend beschriebenen Schaltglieds·" erläutert.

Wenn zuerst ein Eingangsstrom I geringer als der Schwellenwert I^ ist, ist der Spannungsabfall an dem Widerstand R2 gering, wobei der Transistor Q5 in den Ausschaltzustand geschaltet bzw. gesperrt wird und keine Strombegrenzung des Stroms I erfolgt. Da ferner die Emitterfläche des Transistors Q3 größer als diejenige des Transistors Q4 ist, wird der Kollektorstrom Ic, des Transistors Q3 größer als der Kollektorstrom Ic, des Transistors Q4 (Ic₃ > Ic₄). Da jedoch der Lateraltransistor Q6 eine Stromspiegel-Konstantstromschaltung bildet, fließt über die Strecke zwischen dem Emitter E und dem Kollektor C2 des Transistors Q6 ein Strom, der zum Kollektorstrom Ic₃ des Transistors Q3 äquivalent ist, wobei das Potential an dem Kollektor C2 bis nahe an die

Spannung der Stromquelle 20 ansteigt. Infolgedessen 25

bleibt der Sperrzustand des Transistors Q5 erhalten, so daß dem Lastkreis 22 kein Strom zugeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird die Potentialdifferenz zwischen dem Emitter E und dem Kollektor C2 des Transistors Q6 klein.

Infolgedessen würde bei der Verwendung eines anhand der oU

Fig. 3 beschriebenen herkömmlichen Lateraltransistors ungenutzter Strom von der Emitterzone 3 zu dem Substrat 1 fließen. Bei diesem Ausführungsbeispiel des Schaltglieds, bei dem der Lateraltransistor gemäß den Fig. 1A bis 1C

verwendet wird, wird jedoch der Strom durch die P⁺-Zone 35

18 abgefangen, so daß er über die Elektrode T zu dem

-9- DE 5577

Eingangsanschluß 21 fließt,

Sobald der Strom I allmählich ansteigt, steigt auch der ρ- Kollektorstrom Ic, an, was einen gesteigerten Spannungsabfall an dem Widerstand R2 ergibt. Infolgedessen steigt die Basis-Emitter-Spannung des Transistors Q4 bevorzugt gegenüber derjenigen des Transistors Q3 an. Solange aber der Strom I nicht den Schwellenwert I , erreicht, der durch das Emitterflächenverhältnis η zwischen den Transistoren Q3 und Q4 sowie den Widerstand R2 bestimmt ist, wird trotzdem die Bedingung Ic, > Ic. aufrecht erhalten, so daß der Transistor Q5 gesperrt bleibt.

Wenn dann der Strom I weiter ansteigt und den Schwellen-15

wert I , übersteigt, ergibt sich hinsichtlich der Kollektorströme der Transistoren Q3 und Q4 der Zustand Ic, < Ic₄. Da jedoch der Strom über den Kollektor C2 des Transistors Q6 zu dem Strom Ic, äquivalent ist, wird das Kollektorpotential des Transistors Q4 abgesenkt, so daß

der Transistor Q5 durchgeschaltet wird und dem Lastkreis 22 Strom aus der Stromquelle 20 zugeführt wird.

Auf diese Weise fließt bei dem Ausschaltzustand, bei dem dem Lastkreis kein Strom zugeführt wird, kein Strom von der Stromquelle 20 zur Masse. Ferner kann der über den Eingangsanschluß fließende Strom I im wesentlichen gleich dem über den Transistor Q6 fließende Strom gemacht werden, wodurch die Stromverschwendung herabgesetzt wird.

P Gemäß der vorstehenden ausführlichen Beschreibung wird

der Lateraltransistor erfindungsgemäß zum Verhindern eines nutzlosen Stromflusses zum Substrat selbst im Sättigungsbetriebszustand gestaltet, so daß der Stromverbrauch auf ein Mindestmaß herabgesetzt werden kann. 35

-10- DE 5577

In einem Lateraltransistor mit einer ersten Halbleiterzone eines Leitfähigkeitstyps und mit einer Emitterzone und einer Kollektorzone, die beide vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sind und in der ersten Halbleiterzone ausgebildet sind, wird der Emitterzone in bezug auf die Kollektorzone eine zweite Halbleiterzone vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gegenübergesetzt. Der auf diese Weise erhaltene Lateraltransistor hat die Eigenschaft, daß ein Stromfluß zum Substrat im Sättigungsbetriebszustand verhindert ist, und wird zweckdienlich beispielsweise dazu eingesetzt, eine Stromspiegel-Konstantstromschaltung eines Schaltglieds mit verbesserter Schwellenwertcharakteristik zu bilden.

Claims

Patentansprüche

•Ί.. Lateraltransistor mit einer ersten Halbleiterzone eines Leitfähigkeitstyps und mit einer Emitterzone und einer Kollektorzone, die beide vom zum Leitfähigkeitstyp der ersten Halbleiterzone entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp sind und in der ersten Halbleiterzone angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Emitterzone (15) in bezug auf die Kollektorzone (16, 17) eine zweite Halbleiterzone (18) vom dem Leitfähigkeitstyp der ersten Halbleiterzone (13) entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gegenübergesetzt ist.
2. Lateraltransistor-Schaltglied, gekennzeichnet durch einen ersten Transistor (Q6) mit einer Basiszone (19), einer Emitterzone (15), einer ersten und einer zweiten Kollektorzone (16, 17), die vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Emitterzone sind, und einer Halbleiterzone (18, T), die in bezug auf die Emitterzone außerhalb der ersten und der zweiten Kollektorzone angeordnet ist und vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Kollektorzonen ist, einen zweiten Transistor (Q3) mit NPN-Struktur, dessen Kollektor mit der Basis (B) und dem ersten Kollektor (C1) des ersten Transistors verbunden ist, einen

-2- DE 5577

dritten Transistor (Q4J mit NPN-Struktur, dessen Emitterfläche 1/n-mal so groß ist wie diejenige des zweiten Transistors und dessen Kollektor mit dem zweiten Kollektor (C2) des ersten Transistors verbunden ist, und einen vierten Transistor (Q5), dessen Basis mit dem zweiten Kollektor des ersten Transistors und dem Kollektor des dritten Transistors verbunden ist, wobei ein Lastkreis (22) an den Emitter des vierten Transistors angeschlossen _n ist, ein Stromversorgungsanschluß jeweils mit dem Emitter (E) des ersten Transistors, über einen ersten Widerstand (R1) hohen Widerstandswerts mit den Basen des zweiten und des dritten Transistors und mit dem Emitter des vierten Transistors verbunden ist, und ein Eingangsstromanschluß (21 ) oder jeweils mit der ^Halbleiterzone (18, T) des ersten Transistors," über einen zweiten Widerstand (R2) mit dem Emitter des zweiten Transistors und mit dem Emitter des dritten Transistors verbunden ist.