DE3880175T2 - Komparatorschaltung. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Komparatorschaltkreis.
• Allgemein enthält ein Komparatorschaltkreis einen Differentialverstärker und eine Mehrzahl von Transistoren. Der Differentialverstärker wird mit einem Eingangssignal und einem Referenzsignal gespeist und vergleicht das Eingangssignal mit dem Referenzsignal, und die Transistoren des Komparatorschaltkreises werden mit einem Taktsignal für das Ausgeben eines digitalen Signales von einem Ausgangssignaldes Differentialverstärkers gespeist. Wenn das Eingangssignal niedriger als das Referenzsignal ist, wird ein Taktsignal mit niedrigem Pegel von dem Komparatorschaltkreis ausgegeben, und wenn das Eingangssignal höher ist als das Referenzsignal, wird ein Taktsignal mit hohem Pegel von dem Komparatorschaltkreis ausgegeben. Das heißt, die Änderung des Ausgangsimpulses eines solchen Komparatorschaltkreises kann durch eine kleine Pegeldifferenz zwischen dem Eingangssignal und dem Referenzsignal erzeugt werden.
• Jedoch hat der vorhandene Komparatorschaltkreis verschiedene Probleme, z.B. braucht der vorhandene Komparatorschaltkreis eine Mehrzahl von Transistoren, wie traditionelle bipolare Transistoren oder Feldeffekttransistoren, und somit tendiert die Konfiguration des vorhandenen Komparatorschaltkreises dazu kompliziert zu werden, und die Operationsgeschwindigkeit davon ist zu langsam. Weiterhin benötigt der vorhandene Komparatorschaltkreis auch ein Taktsignal für das Ausgeben des Ausgangsimpulses von einer kleinen Pegeldifferenz zwischen dem Eingangssignal und dem Referenzsignal, und deshalb wird das Ausgangssignal des vorhandenen Komparatorschaltkreises nicht ausgegeben, bis das Taktsignal geändert ist. Die Probleme des vorhandenen Komparatorschaltkreises werden unten im einzelnen erläutert.
• Vor kurzem wurde ein Resonanz-Tunneleffekt-Transistor mit einer Resonanz-Tunneleffekt-Sperre für injizierte Elektronen entwickelt. Dieser Transistortyp enthält den sogenannten Resonanz- Tunneleffekt-Heißelektronen-Transistor und Resonanz-Tunneleffekt-Bipolar-Transistor und hat negative Differential-Widerstands-Kennlinien und eine Hochgeschwindigkeits-Operation.
• Die US-Schrift US-A-3 176 152 enthält einen Stromschaltungs- Schaltkreis mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
• Das EP-A-0 177 374 enthält ein Hochgeschwindigkeits-Halbleiter-Bauelement mit einem Heißelektronentransistor (HET), der einen Hetero-Übergangs-Emitter, Basis, Kollektor und ein Supergittermittel zwischen dem Emitter und der Basis enthält.
• Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein Komparatorschaltkreis vorgesehen, enthaltend:
• ein erstes Energieversorgungsmittel;
• ein zweites Energieversorgungsmittel;
• einen mit dem besagten ersten Energieversorgungsmittel verbundenen Widerstand;
• einen Differentialverstärker, angeordnet, um mit einem ersten Eingangssignal und einem zweiten Eingangssignal gespeist zu werden;
• einen Transistor mit einer Basis, die operativ mit dem besagten Differentialverstärker zum Empfangen eines Ausgangssignals des besagten Differentialverstärkers verbunden ist, einem Kollektor, der operativ mit dem besagten ersten Energieversorgungsmittel über den besagten Widerstand verbunden ist und einem Emitter, der operativ mit dem besagten zweiten Energieversorgungsmittel verbunden ist; und
• einen Ausgangsanschluß, der operativ mit einem Verbindungsteil zwischen dem besagten Kollektor des besagten Transistors und dem besagten Widerstand verbunden ist, zum Ausgeben eines Ausgangssignals des besagten Komparatorschaltkreises; dadurch gekennzeichnet, daß
• besagter Transistor ein Resonanz-Tunneleffekt-Transistor ist, enthaltend eine Emitterschicht, eine Basisschicht, eine Kollektorschicht, eine Muldenschicht, die ein Teilband enthält, das zwischen besagter Emitterschicht und besagter Basisschicht gebildet ist, eine erste Sperrschicht mit einer spezifischen Dicke, um den Tunneleffekt der Ladungsträger zu ermöglichen und die zwischen besagter Muldenschicht und besagter Emitterschicht gebildet ist, und eine zweite Sperrschicht mit einer spezifischen Dicke, um den Tunneleffekt der Ladungsträger zu ermöglichen und die zwischen besagter Muldenschicht und besagter Basisschicht gebildet ist; welcher Resonanz-Tunneleffekt-Transistor negative Differential-Widerstands-Kennlinien hat, und einen Spitzenstromwert und einen Talstromwert in der Kennlinie des Kollektorstromes zur Basis-Emitter-Spannung enthält, und daß
• besagter Differentialverstärker eingestellt ist, um eine Ausgangsspannung als eine erste Basis-Emitter-Spannung zu liefern, die niedriger als ein Spannungswert ist, der dem genannten Spitzenstromwert entspricht, so daß der Kollektorstrom des genannten Transistors fließt, wenn besagter Differentialverstärker ein Signal mit niedrigem Pegel ausgibt, und um eine Ausgangspannung als zweite Basis-Emitterspannung zu liefern, die höher als ein Spannungswert ist, der besagtem Talstromwert entspricht, so daß der Kollektorstrom des besagten Transistors nicht fließt, wenn besagter Differentialverstärker ein Signal mit hohem Pegel ausgibt.
• Ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann einen Komparatorschaltkreis vorsehen, der einen Differentialverstärker enthält, der mit einem Referenzsignal und einem Eingangssignal gespeist wird, einen Resonanz-Tunneleffekt-Transistor mit einer Basis, die mit einem Ausgangssignal des Differentialverstärkers gespeist wird, einem Kollektor, der mit dem ersten Energieversorgungsmittel über einen Widerstand verbunden ist, und einem Emitter, der mit dem zweiten Energieversorgungsmittel verbunden ist, wodurch es möglich ist, die Schaltkreiskonfiguration zu vereinfachen und die Operationsgeschwindigkeit des Komparatorschaltkreises durch Ausgeben eines Ausgangssignals von einem Verbindungsteil zwischen dem Widerstand und dem Kollektor des Transistors zu verbessern.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispieles näher erläutert, wobei die Zeichnungen enthalten:
• Fig. 1 ein Schaltkreis-Diagramm, das einen vorhandenen Komparatorschaltkreis veranschaulicht;
• Fig. 2 ein Diagramm zum Erläutern einer Operation des Komparatorschaltkreises in Fig. 1;
• Fig. 3a und 3b Ansichten, die eine Struktur und und einen Energiezustand eines Resonanz- Tunneleffekt-Heißelektronen-Transistors, hergestellt aus GaAs/AlGaAs, darstellen;
• Fig. 3c eine Ansicht, die einen Energiezustand eines Resonanz-Tunneleffekt-Bipolar-Transistors, hergestellt aus GaAs/AlGaAs, darstellt;
• Fig. 4a, 4b und 4c grafische Darstellungen, die die Energiezustände des in Fig. 3a gezeigten Resonanz-Tunneleffekt-Heißelektronen- Transistors veranschaulichen;
• Fig. 5 eine grafische Darstellung der Kennlinien des in Fig. 3a gezeigten Resonanz-Tunneleffekt- Heißelektronen-Transistors;
• Fig. 6a und 6b Ansichten, die eine Struktur und einen Energiezustand eines Resonanz-Tunneleffekt- Heißelektronen-Transistors, hergestellt aus GaInAs/(AlGa)InAs, darstellen;
• Fig. 7 ein Grundschaltkreis-Blockschema, das einen Komparatorschaltkreis entsprechend der vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
• Fig. 8 ein Schaltkreis-Diagramm eines Ausführungsbeispieles des Komparatorschaltkreises entsprechend der vorliegenden Erfindung;
• Fig. 9 eine grafische Darstellung, die eine Kennlinie eines Resonanz-Tunneleffekt-Transistors veranschaulicht, der in einem Komparatorschaltkreis der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
• Fig. 10 ein Diagramm zur Erläuterung einer Operation des Komparatorschaltkreises in Fig. 8
• Zum besseren Verstehen der bevorzugten Ausführungsbeispiele werden zuerst die Probleme des einschlägigen Standes der Technik erläutert.
• Fig. 1 ist ein Scnaltkreis-Diagramm, das ein Beispiel eines vorhandenen Komparatorschaltkreises veranschaulicht. Wie z.B. in Fig.1 gezeigt, enthält ein vorhandener Komparatorschaltkreis einen Differentialverstärker 102 und eine Mehrzahl von Transistoren 131 - 134. Der Differentialverstärker 102 enthält zwei Widerstände 121, 122 und zwei Transistoren 123, 124. Die Kollektoren der Transistoren 123 und 124 werden mit einem Energieversorgungspotential Vcc mit hohem Pegel über die Widerstände 121 bzw. 122 gespeist, die Emitter der Transistoren 123 und 124 sind gemeinsam mit einem Kollektor des Transistors 133 verbunden; die Basis des Transistors 123 wird mit einem Eingangssignal Vin gspeist, und die Basis des Transistors 124 wird mit einem Referenzsignal Vref gespeist.
• Ein Ausgangssignal VOUT wird von dem Verbindungsteil zwischen dem Kollektor des Transistors 124 und dem Widerstand 122 erzeugt, und ein invertiertes Ausgangssignal wird von dem Verbindungsteil zwischen dem Kollektor des Transistors 123 und dem Widerstand 121 erzeugt. Das Ausgangssignal VOUT ist an die Basis des Transistors 131 und den Kollektor des Transistors 132 angelegt, und das invertierte Ausgangssignal ist an den Kollektor des Transistors 131 und die Basis des Transistors 132 angelegt. Weiterhin sind die Emitter der Transistoren 131 und 132 gemeinsam mit dem Kollektor des Transistors 134 verbunden.
• Die Basis des Transistors 133 wird mit einem Taktsignal CLK gespeist, und die Basis des Transistors 134 wird mit einem invertiertem Taktsignal gespeist. Die Emitter der Transistoren 133 und 134 sind mit einer Energieversorgung mit niedrigem Pegel (z.B. Erde GND) über den Widerstand 104 verbunden.
• Fig. 2 ist ein Diagramm zum Erläutern einer Operation des Komparatorschaltkreises in Fig 1.
• Wenn das Eingangssignal Vin, das an den Differentialverstärker 102 angelegt ist, höher ist als das Referenzsignal Vref, wie deutlich in Fig. 2 gezeigt wird, wird eine Verriegelungsoperation begonnen und das Ausgangssignal VOUT wird von einem niedrigen Ausgangsimpuls in einen höheren Ausgangsimpuls in dem vorhandenen Komparatorschaltkreis in Fig. 1 gändert. Deshalb kann die Änderung des Ausgangsimpulses durch eine kleine Pegeldifferenz zwischen dem Eingangssignal Vin und dem Referenzsignal Vref erzeugt werden.
• In dem vorhandenen Komparatorschaltkreis ergibt sich, wie oben beschrieben, ein Problem,weil die Schaltkreiskonfiguration eine Tendenz hat kompliziert zu werden, z.B. ist der Differentialverstärker 102 aus einer Mehrzahl von Transistoren 131 - 134 usw. zusammengesetzt. Außerdem ist das Taktsignal CLK in dem vorhandenen Komparatorschaltkreis notwendig, um eine Änderung des Ausgangsimpulses von einer kleinen Pegeldifferenz zwischen dem Eingangssignal Vin und dem Referenzsignal Vref zu erzeugen. Zusätzlich, wenn in dem vorhandenen Komparatorschaltkreis das Verhältnis des Signalpegels zwischen dem Eingangssignal Vin und dem Bezugssignal Vref umgekehrt ist, wird der Ausgangsimpuls des Ausgangssignals VOUT nicht geändert, bis das nächste Impulssignal des Taktsignals CLK ausgegeben ist, und daher ergibt sich ein Problem, daß die Operationsgeschwindigkeit des vorhandenen Komparatorschaltkreises zu langsam ist.
• Nächstfolgend wird eine Beschreibung des Prinzips eines Resonanz- Tunneleffekt-Transistor (RTT) mit einer Resonanz-Tunneleffektsperre für injizierte Elektronen gegeben. Dieser Resonanz-Tunnel- Effekt-Transistor enthält einen Resonanz-Tunneleffekt-Heißelektronen-Transistor (RHET) und einen Resonanz-Bipolar- Transistor (RBT) und hat negative Differential-Widerstands- Kennlinien und eine hohe Operationsgeschwindigkeit.
• Fig. 3a ist eine Schnittdarstellung eines halbfertigen RHET- Bauelementes, hergestellt aus GaAs/AlGaAs, und Fig. 3b ist eine grafische Darstellung eines Energiebandes des RHET-Bauelementes in Fig. 3a. In Fig. 3a besteht das Resonanz-Tunneleffekt-Transistor-Bauelement aus einer Kollektorelektrode 38, einer n&spplus;-Typ-GaAs-Kollektorschicht 31, gebildet auf der Kollektorelektrode 38, einer nicht-verunreinigungsdotierten AlyGa1-yAs (z.8. y = 0,3)-kollektorseitigen Potentialsperrschicht 32 auf der Kollektorschicht 31, einer n&spplus;-Typ-GaAs- Basisschicht 33 auf der Potentialsperrschicht 32, einer Supergitterschicht 34, einer n&spplus;-Typ-GaAs-Emitterschicht 35, einer Emitterelektrode 36 und einer Basiselektrode 37. Die Supergitterschicht 34 besteht aus einer AlxGa1-xAs-Sperrschicht 34A&sub1;, einer nicht-verunreinigungsdotierten GaAs-Quanten- Muldenschicht 348 und einer AlxGa1-xAs-Sperrschicht 34A&sub2;. Die Supergitterschicht 34 arbeitet als eine emitterseitige Potentialsperrschicht. In dieser Patentbeschreibung ist das Supergitter so definiert, daß mindestens eine Quantenmulde darin vorgesehen ist. In Fig. 3a werden eine Mehrzahl von Quantenmulden gebildet.
• In Fig. 3b stellt das Bezugszeichen Ec eine Unterkante eines Leitungsenergiebandes dar und Ex einen Energiepegel eines Teilbandes an der Quantenmulde.
• Bezugnehmend auf die Fig. 4a, 4b und 4c wird das Operationsprinzip des Resonanz-Tunneleffekt-Transistor-Bauelementes beschrieben.
• Fig. 4a ist eine grafische Darstellung eines Energiebandes des RHET-Bauelementes in Fig. 3a, wenn eine Spannung VBE zwischen der Basisschicht 33 und der Emitterschicht 35 niedriger als 2 Ex/q ist, wobei q eine Ladung von Trägern darstellt, oder zu niedrig ist, z.B. annähernd 0 Volt. In Fig. 4a können, obwohl eine Spannung VCE zwischen der Kollektorschicht 31 und der Emitterschicht 35 besteht, Elektronen an der Emitterschicht 35 nicht die Basisschicht 33 mittels des Tunneleffektes durch das Supergitter 34 erreichen, da die Basis-Emitter- Spannung VBE beinahe Null ist. Deshalb ist ein Pegel einer Energie EFE, nämlich ein quasi-Fermi-Pegel Ex an dem Teilband. Entsprechend fließt kein Strom zwischen der Emitterschicht 35 und der Kollektorschicht 31. Das Bezugszeichen ΦC stellt eine Leitungsband- Diskontinuität dar.
• Fig. 4b ist eine grafische Darstellung eines Energiebandes des RHET-Bauelementes, wenn die Basis-Emitter-Spannung VBE annähernd gleich 2 Ex/q ist. In Fig. 4b ist der Energiepegel EFE an der Emitterschicht 35 im wesentlichen gleich dem Energiepegel Ex des Teilbandes an der Quanten-Muldenschicht 34B. Folglich werden aufgrund des Resonanz-Tunneleffektes die Elektronen an der Emitterschicht 35 durch die Supergitterschicht 34 durchgelassen und in die Basisschicht 33 injiziert. Das Potential der injizierten Elektronen, z.B. 0,3 eV, wird in kinetische Energie umgewandelt, die die Elektronen in einen "heißen" Zustand bringt. Die heißen Elektronen werden ballistisch durch die Basisschicht 33 durchgelassen und erreichen die Kollektorschicht 31, und als ein Ergebnis fließt ein Strom zwischen der Emitterschicht 35 und der Kollektorschicht 31.
• Fig. 4c ist eine grafische Darstellung eines Energiebandes des RHET-Bauelementes in Fig. 3a, wenn die Basis-Emitter- Spannung VBE höher als 2 Ex/q ist. In Fig. 4c ist der Energiepegel EFE an der Emitterschicht 35 höher als der Energiepegel Ex des Teilbandes an der Quanten-Muldenschicht 34B. Der Resonanz-Tunneleffekt findet nicht statt, und die Elektronen werden nicht von der Emitterschicht 35 in die Basisschicht 33 eingebracht. Folglich wird der in dem RHET-Bauelement fließende Strom reduziert. Andererseits können durch Senken der Sperrhöhe der an die Basisschicht 33 angrenzenden Sperrschicht 34A, auf einen geeigneten Wert, die Elektronen direkt durch die Sperrschicht 34A&sub2;, die an die Emitterschicht 35 angrenzt, tunneln und als ein Ergebnis kann ein bestimmter Wert von Kollektorstrom fließen.
• Fig. 3c ist eine Grafik, die ein Energieband eines Resonanz- Tunneleffekt-Bipolar Transistors (RBT), hergestellt aus GaAs/AlGaAs, darstellt. Der RBT besteht aus einer Emitterschicht von n&spplus;-Typ GaAs, einer Basisschicht von p&spplus;-Typ GaAs und einer Kollektorschicht von n&spplus;-Typ GaAs. Die Emitterschicht enthält ein Supergitter mit mindestens einer Quantenmulde mit einer Teilband-Energie Ex. Die Basisschicht und die Kollektorschicht sind PN-verbunden.
• Der RBT verwendet auch einen Resonanz-Tunneleffekt und das Operationsprinzip ist ähnlich dem des RHET, und deshalb wird eine Erläuterung ausgelassen.
• Fig. 5 ist eine grafische Darstellung der Kennlinien des oben bekanntgemachten RHET-Bauelementes. In Fig. 5 kennzeichnet die Abszisse die Basis-Emitter-Spannung VBE und die Ordinate den Kollektorstrom Ic. Die Kurven C&sub1;, C&sub2;, C&sub3; und C&sub4; stellen die Kennlinien dar, wenn die Kollektor-Emitter-Spannung VCE 2,5 V, 2,0 V, 1,5 V und 1,0 V ist.
• Die Kurven zeigen N-förmige Differential-Negativ-Widerstands- Kennlinien. Die vorliegende Erfindung verwendet diese Merkmale, um einen Komparator-Schaltkreis zu realisieren.
• Die Figuren 6a und 6b sind Ansichten, die einen Aufbau und einen Energiezustand eines Resonanz-Tunneleffekt-Heißelektronen-Transistors, hergestellt aus GaInAs/(AlGa)InAs, darstellen. Der GaInAs/(AlGa)InAs- RHET hat eine vorzuziehende Kennlinie zu der des oben beschriebenen GaAs/AlGaAs - RHET. In Fig. 6a besteht das Resonanz-Tunneleffekt-Transistor-Bauelement aus einem InP- Substrat 60, einer n-Typ GaInAs - Kollektorschicht 61, gebildet auf dem Substrat 60, einer (Al0,5Ga0,5)0,48In0,52As - Kollektor- Sperrschicht 62, gebildet auf der Kollektorschicht 61, einer n- Typ GaInAS - Basisschicht 63, gebildet auf der Kollektorsperrschicht62, einer Supergitterschicht 64, einer n-Typ GaInAs - Emitterschicht 65, einer Emitter-Elektrode 66, einer Basis-Elektrode 67 und einer Kollektor-Elektrode 68. Die Supergitterschicht 64 besteht aus einer Quanten-Muldenschicht 648 und zwei Sperrschichten 64A&sub1; und 64A&sub2;; die 0uanten- Muldenschicht 648 ist zwischen die zwei Sperrschichten 64A&sub1; und 64A&sub2; eingeschoben. Z.B. ist die Quanten-Muldenschicht,arbeitend als der Injektor heißer Elektronen, als eine Ga0,47In0,53As - Schicht von 3,81 nm gebildet und die zwei Sperrschichten 64A&sub1; und 64A&sub2; sind Al0,47In0,53As-Schichten von 4,4 nm. Ferner ist die Basisschicht 63 25 nm und 100 nm dick und hat eine Träger- Konzentration von 1 x 10¹&sup8; cm&supmin;³ , und die Kollektorsperrschicht 62 ist 200 nm dick mit einer gestuften, schrittweise zusammengesetzten 6 nm - Schicht, um die quantenmechanischen Reflektionen zu reduzieren. Es ist zu beachten, daß, die Γ - L Mulden-Trenn- Energie des GaInAs/(AlGa)InAs - RHET höher ist als die des GaAs/AlGaAs - RHET (0,30 eV). Das bedeutet, daß in diesem GaInAs/(AICa)InAs - RHET-BAuelement die Γ- L Mulden-Trenn- Energie von Ga0,47In0,53As ungefähr 0,55 eV beträgt und hoch genug ist für die praktische Verwendung.
• Nun werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beschrieben.
• Fig. 7 ist ein Grundschaltkreis-Blockschema eines Komparatorschaltkreises, der die vorliegende Erfindung verkörpert.
• Wie in Fig.7 gezeigt, enthält ein Komparatorschaltkreis ein erstes Energieversorgungsmittel Vcc, ein zweites Energieversorgungsmittel Vee, einen Widerstand 1, einen Differentialverstärker 2, einen Resonanz-Tunneleffekt-Transistor 3, und einen Ausgangsanschluß VOUT. Der Widerstand 1 ist mit dem ersten Energieversorgungsmittel Vcc verbunden. Der Differentialverstärker 2 wird mit einem Bezugssignal Vref gespeist und einem Eingangssignal Vin. Der Resonanz-Tunneleffekt-Transistor 3 hat eine Basis, einen Kollektor und einen Emitter. Die Basis des Transistors 3 ist operativ mit dem Differentialverstärker 2 zum Empfang eines Ausgangssignals des Differentialverstärkers 2 verbunden. Der Kollektor des Transistors 3 ist operativ mit dem ersten Energieversorgungsmittel Vcc über den Widerstand 1 verbunden, und der Emitter des Transistors 3 ist operativ mit dem zweiten Energieversorgungsmittel Vee verbunden. Der Ausgangsanschluß VOUT ist operativ mit einem Verbindungsteil zwischen dem Kollektor des Transistors 3 und dem Widerstand 1 zur Ausgabe eines Ausgangssignals des Komparatorschaltkreises verbunden.
• Fig. 8 ist ein Schaltkreis-Diagramm eines Ausführungsbeispieles eines Komparatorschaltkreises entsprechend der vorliegenden Erfindung. Wie in Fig. 8 gezeigt, enthält ein Komparatorschaltkreis der vorliegenden Erfindung einen Differentialverstärker 2 und einen Resonanz-Tunneleffekt-Transistor 3. Dieser Resonanz- Tunneleffekt-Transistor (RTT) ist z.B. ein RHET oder ein RBT, wie oben beschrieben. Die Kennlinie des Resonanz-Tunneleffekt- Transistors, z.8. GaInAs/(AlGa)InAs -RHET, ist in Fig. 9 gezeigt. Der Resonanz-Tunneleffekt-Transistor hat eine Kennlinie, derart, daß der Kollektorstrom gegenüber einer Basis-Emitter- Spannung ansteigt, abfällt und wieder ansteigt. Der Kollektorstrom zeigt eine ausgeprägte Spitze, die auf den Resonanz-Tunnel- Effekt zurückzuführen ist. Z.B. ist in dem GaInAs/(AlGa)InAs- RHET in Fig. 9 der Spitzenkollektorstrom 2,8 x 10&sup4; A/cm² und das Verhältnis von Spitze zu Tal erreicht 15,0.
• Der Differentialverstärker 2 enthält zwei Widerstände 21,22 und zwei Transistoren 23, 24; die Kollektoren der Transistoren 23 und 24 werden mit einem Energieversorgungspotential mit hohem Pegel Vcc über die Widerstände 21 bzw. 22 gespeist, und die Emitter der Transistoren 23 und 24 sind gemeinsam mit einem Ende des Widerstandes 4 verbunden. Ferner wird die Basis des Transistors 23 mit einem Referenzsignal Vref gespeist, und die Basis des Transistors 24 wird mit dem Eingangssignal Vin gespeist. In der obigen Beschreibung ist das andere Ende des Widerstandes 2 an einer Energieversorgung mit niedrigem Pegel (z.B. Erde GND) angeschlossen. Es ist zu bemerken, daß die Widerstände 1, 21, 22 und 24 aus Metallsilizid oder Metallnitrid durch ein Zerstäubungsverfahren hergestellt sind, um eine Heterostruktur des Resonanz-Tunneleffekt-Transistors 3 zu schützen. Wenn diese Widerstände 1, 21, 22 und 24 durch ein Ionen-Implantations- Verfahren hergestellt sind, wird die Heterostruktur des Transistors 3 zerstört.
• Das Ausgangssignal, das durch den Verbindungsteil zwischen dem Kollektor des Transistors 23 und dem Widerstand 21 erzeugt wird, wird an die Basis des Resonanz-Tunneleffekt-Transistors 3 angelegt. Es ist zu bemerken, daß der Ausgangssignalpegel des Differentialverstärkers 2 in einen hohen Pegel und einen niedrigen Pegel geändert wird. Bezogen auf Fig. 9 ist der hohe Ausgangssignalpegel des Differentialverstärkers 2 höher als die Spannung des Tales 12 und der niedrige Ausgangssignalpegel des Differentialverstärkers 2 ist niedriger als die Spannung der Spitze 11. Es ist zu bemerken, daß die Spannung des Tales 12 immer gleich der Spannung der Spitze 11 ist, was als das Bezugszeichen VBEO der Kennlinie des Transistors 3 in Fig.9 angezeigt ist.
• Bezogen auf Fig. 8 wird der Kollektor des Resonanz-Tunneleffekt- Transistors 3 mit der Energieversorgung mit hohem Pegel Vcc über den Widerstand 1 gespeist und der Emitter des Transistors 3 wird mit einem Potential gespeist, das um einen Potentialpegel V&sub1; höher ist als das Erdpotential GND. Ein Ausgangssignal VOUT wird von dem Verbindungsteil zwischen dem Widerstand 1 und dem Kollektor des Transistors 3 erzeugt.
• Wie oben beschrieben, kann ein Komparatorschaltkreis der vorliegenden Erfindung einfach durch nur wenige Elemente gebildet werden und ein Taktsignal CLK wird nicht gebraucht. Außerdem kann die Ansprechzeit des Komparatorschaltkreises weiter durch die Verwendung von REHT's, RBT's oder HEMT's gekürzt werden, die eine Hochgeschwindigkeits-Operationsfähigkeit wie die Transistoren 23 und 24 des Differentialverstärkers 2 haben. Zu bemerken ist, daß natürlich als vereinbart gilt, daß die Transistoren des Komparatorschaltkreises durch denselben Typ von Transistoren, z.B. RBT's, gebildet werden können. In dem Fall, in dem die Transistoren 23 und 24 RHET's oder RBT's sind, sollte beachtet werden, das die Basis-Emitter-Spannung davon auf den Spannungsbereich, niedriger als die Spannung des negativen Widerstandes, begrenzt werden sollte.
• Fig. 10 ist ein Diagramm zur Erläuterung einer Operation des in Fig. 8 gezeigten Komparatorschaltkreises.
• In dem Komparatorschaltkreis in Fig. 8 wird, wenn das Eingangs- Signal Vin, daß an dem Differentialverstärker 2 anliegt, niedriger ist als das Referenzsignal Vref, der Transistor 23 des Differentialverstärkers 2 eingeschaltet und der Kollektor des Transistors ist auf dem niedrigen Pegel.
• Danach wird die Basis des Resonanz-Tunneleffekt-Transistors 3 im Pegel niedrig (d.h., die Basis-Emitter-Spannung ist niedriger als das Potential VBEO) und der Kollektorstrom fließt, so daß das Ausgangssignal VOUT auf einem niedrigen Pegel ist.
• Umgekehrt wird, wenn das Eingangssignal Vin, das an dem Differentialverstärker 2 anliegt, höher ist als das Referenzsignal Vref, der Transistor 23 des Differentialverstärkers 2 ausgeschaltet und der Kollektorstrom des Transistors fließt nicht und deshalb hat der Kollektor des Transistors 23 einen hohen Pegel, z.B. Energieversorgungspotential mit hohem Pegel Vcc. Danach ist die Basis des Resonanz-Tunneleffekt-Transistors 3 auf hohem Pegel (d.h. die Basis-Emitter-Spannung ist höher als das Potential VBEO) und der Kollektorstrom fließt nicht. Folglich ist das Ausgangssignal VOUT auf hohem Pegel (das Energieversorgungspotential mit hohem Pegel Vcc) Es ist zu beachten, daß, wenn das Eingangssignal Vin höher ist als das Referenzsignal Vref, das Ausgangssignal (die Basis-Emitter-Spannung des Transistors 3) des Differentialverstärkers 2 fast auf dem Pegel des Tales 12 der Kennlinienkurve des Transistors 3 ist, wie in Fig. 9 gezeigt.
• Auf diese Weise kann in dem Komparatorschaltkreis der vorliegenden Erfindung, wenn der Pegel zwischen dem Eingangssignal Vin und dem Referenzsignal Vref geändert wird, das Ausganqssignal VOUT sofort geändert werden. Ferner ist die Operationsgeschwindigkeit des Resonanz-Tunneleffekt-Transistors 3 sehr schnell und die Elemente des Schaltkreises sind sehr wenige und deshalb ist die Ansprechzeit sehr kurz.
• Entsprechend der vorliegenden wie oben beschriebenen Erfindung enthält der Komparatorschaltkreis einen Differentialverstärker, der so angeordnet ist, daß er mit einem Referenzsignal und einem Eingangssignal gespeist wird, einen Resonanz-Tunneleffekt-Transistor mit einer Basis, die so angeordnet ist, daß sie mit einem Ausgangssignal des Differentialverstärkers gespeist wird, einem Kollektor, der mit dem ersten Energieversorgungsmittel über den Widerstand verbunden ist, und einem Emitter, der mit dem zweiten Energieversorgungsmittel verbunden ist. Deshalb ist es möglich, die Schaltkreiskonfiguration des Komparatorschaltkreises zu vereinfachen und die Operationsgeschwindigkeit des Komparatorschaltkreises durch die Ausgabe eines Ausgangssignales von dem Verbindungsteil zwischen dem Widerstand und dem Kollektor des Transistors zu verbessern.
• Ein Komparatorschaltkreis - Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung kann verwendet werden als oder enthalten sein in einem Analog-Digital-Konverter.

Claims (8)

1. Komparatorschaltkreis, enthaltend

ein erstes Energieversorgungsmittel (Vcc),

ein zweites Energieversorgungsmittel (Vee),

einen mit dem ersten Energieversorgungsmittel verbundenen Widerstand (1);

einen Differentialverstärker (2), angeordnet, um mit einem ersten Eingangssignal (Vref) und einem zweiten Eingangssignal (Vin) gespeist zu werden;

einen Transistor (3) mit einer Basis, die operativ mit dem besagten Differentialverstärker zum Empfang eines Ausgangssignals des besagten Differentialverstärkers verbunden ist, einem Kollektor der operativ mit dem besagten ersten Energieversorgungsmittel über den besagten Widerstand verbunden ist und einem Emitter, der operativ mit dem besagten zweiten Energieversorgungsmittel verbunden ist; und

einen Ausgangsanschluß (VOUT), der operativ mit einem Verbindungsteil zwischen dem besagten Kollektor des besagten Transistors und dem Widerstand verbunden ist, zum Ausgeben eines Ausgangssignals des besagten Komparatorschaltkreises; dadurch gekennzeichnet, daß

besagter Transistor (3) ein Resonanz-Tunneleffekt- Transistor ist, enthaltend eine Emitterschicht (35, 65), eine Basisschicht (33, 63), eine Kollektorschicht (31, 61), eine Muldenschicht (34B, 64B), die ein Teilband enthält, das zwischen besagter Emitterschicht (35, 65) und besagter Basisschicht (33, 63) gebildet ist, eine erste Sperrschicht (34A2, 64A2) mit einer spezifischen Dicke, um den Tunneleffekt der Ladungsträger zu ermöglichen und die zwischen besagter Muldenschicht (34B, 64B) und besagter Emitterschicht (35, 65) gebildet ist, und eine zweite Sperrschicht (34A1, 64A1) mit einer spezifischen Dicke, um den Tunneleffekt der Ladungsträger zu ermöglichen und die zwischen besagter Muldenschicht (34B, 64B) und besagter Basisschicht (33, 63) gebildet ist, welcher Resonanz-Tunneleffekt-Transistor negative Differential-Widerstandskennlinien hat, und einen Spitzenstromwert und einen Talstromwert in der Kennlinie des Kollektorstromes zur Basis-Emitter-Spannung enthält; und daß

besagter Differentialverstärker (2) eingestellt ist, um eine Ausgangsspannung als eine erste Basis-Emitter- Spannung zu liefern, die niedriger als ein Spannungswert ist, der dem genannten Spitzenstromwert entspricht, so daß der Kollektorstrom des genannten Transistors (3) fließt, denn besagter Differentialverstärker (2) ein Signal mit niedrigem Pegel ausgibt, und um eine Ausgangsspannung als eine zweite Basis-Emitter-Spannung zu liefern, die höher als ein Spannungswert ist, der besagtefn Talstromwert entspricht, so daß der Kollektorstrom des besagten Transistors (3) nicht fließt, wenn besagter Differentialverstärker (2) ein Signal mit hohem Pegel ausgibt.

2. Komparatorschaltkreis nach Anspruch 1, bei dem der genannte Resonanz-Tunneleffekt-Transistor (3) einen Resonanz-Tunnel effekt-Heißelektronen-Transistor umfaßt.

3. Komparatorschaltkreis nach Anspruch 1, bei dem der genannte Resonanz-Tunneleffekt-Transistor (3) einen Resonanz-Tunneleffekt-Bipolar-Transistor umfaßt.

4. Komparatorschaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der der genannte Resonanz-Tunneleffekt-Transistor (3) eine GaAs/AlGaAs - Heterostruktur umfaßt.

5. Komparatorschaltkreis nach Anspruch 1 oder 2, bei dem besagter Resonanz-Tunneleffekt-Transistor (3) eine GaInAs/(AlGa)InAs - Heterostruktur umfaßt.

6. Komparatorschaltkreis nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem besagter Differentialverstärker (2) Transistoren (23, 24) enthält, die vom selben Typ sind wie der besagte Resonanz-Tunneleffekt-Transistor (3).

7. Komparatorschaltkreis nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem besagter Widerstand aus Metallsilizid oder Metallnitrid durch ein Zerstäubungsverfahren hergestellt ist.

8. Komparatorschaltkreis nach einem der vorherigen Ansprüche, der als ein Analog-Digital-Konverter verwendet wird.