DE4031432A1 - Integrierte halbleiterschaltung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine integrierte Halbleiterschaltung,
insbesondere eine solche integrierte Halbleiterschaltung, die
geeignet ist, einen Spannungsstoß von einer Ausgangsschaltung
auszuhalten, die von Feldeffekttransistoren mit hoher
Durchbruchspannung gebildet wird.
In den letzten Jahren hat man Vakuum-Fluoreszenzanzeigen oder
dergleichen in zunehmendem Maße direkt mit einem Ausgangs
signal von einer Mikrosteuereinheit oder einer Steuerung
direkt angetrieben, wobei eine integrierte Halbleiterschal
tung, die einen Hochspannungs-MOS-Transistor enthält, für
solche Zwecke als Ausgangsschaltung zu Treiberzwecken verwen
det worden ist.
Fig. 6 zeigt eine herkömmliche Ausgangsschaltung zum Treiben
einer Vakuum-Fluoreszenzanzeige. Wie in Fig. 6 dargestellt,
weist eine solche Ausgangsschaltung einen p-Kanal MOS Transi
stor 1 mit hoher Durchbruchspannung sowie einen Pulldown-
Widerstand 2 auf, der zum Herunterziehen der Spannung dient
und eine Last bildet. Der p-Kanal MOS Transistor 1 hat einen
Sourcebereich und ein Volumen, die an einen ersten Versor
gungsanschluß 3 angeschlossen sind, einen Gatebereich, der an
eine Eingangsklemme IN angeschlossen ist, und einen Drainbe
reich, der an eine Ausgangsklemme OUT angeschlossen ist. Der
Pulldown-Widerstand 2 ist zwischen den Drainbereich des
p-Kanal MOS Transistors 1 sowie einen zweiten Versorgungsan
schluß 4 geschaltet.
Im allgemeinen wird ein positives Potential VCC von bei
spielsweise 5 Volt von einer Stromquelle mit hohem Potential
an den ersten Versorgungsanschluß 3 angelegt, während ein
negatives Potential VP von beispielsweise -35 Volt von einer
Stromquelle mit niedrigem Potential an den zweiten Versor
gungsanschluß 4 angelegt wird. Eine Spannung von 0 bis 5 Volt
wird als Steuersignal an die Eingangsklemme IN angelegt. Eine
Ziffer oder ein Segment der Fluoreszenzanzeige ist an die
Ausgangsklemme OUT angeschlossen.
Wenn die Eingangsklemme IN ein Steuersignal mit hohem Pegel
von 5 Volt in dieser Ausgangsschaltung erhält, wird der
p-Kanal MOS Transistor 1 abgeschaltet, so daß die Ausgangs
klemme OUT das negative Potential VP von -35 Volt von dem
Versorgungsanschluß 4 erhält und auf niedrigen Pegel geht.
Somit leuchtet die Fluoreszenzanzeige nicht.
Wenn andererseits die Eingangsklemme IN ein Steuersignal mit
niedrigem Pegel von 0 Volt erhält, wird der p-Kanal MOS
Transistor 1 durchgeschaltet, so daß die Ausgangsklemme OUT
das positive Potential VCC von 5 Volt von dem Versorgungsan
schluß 3 erhält und auf hohen Pegel geht. Somit leuchtet die
Fluoreszenzanzeige.
Fig. 7 zeigt eine schematische Schnittansicht zur Erläuterung
einer Halbleiteranordnung, welche die Ausgangsschaltung gemäß
Fig. 6 bildet. Wie in Fig. 7 dargestellt, ist ein n⁻-Typ
Muldenbereich 6, der als Volumen des p-Kanal MOS Transistors
1 dient, auf einer ersten Hauptfläche eine p⁻-Typ Substrats 5
ausgebildet. Ein p⁺-Typ Diffusionsbereich 7, der den Source
bereich des p-Kanal MOS Transistors 1 bildet, und ein
weiterer p⁺-Typ Diffusionsbereich 8, der den Drainbereich des
MOS Transistors 1 bildet, sind auf einer Oberfläche des
n⁻-Typ Muldenbereiches 6 vorgesehen, wobei sie voneinander
beabstandet sind.
Ein n⁺-Typ Diffusionsbereich 9 ist an den p⁺-Typ Diffusions
bereich 7 angrenzend vorgesehen, während ein p⁺-Typ Diffu
sionsbereich 11 so vorgesehen ist, daß er über eine Feldoxid
schicht 10 an den anderen p⁺-Typ Diffusionsbereich 8 angrenzt
und als Pulldown-Widerstand 2 dient. Ferner ist eine Gate
elektrode 13 auf einem Bereich des n⁻-Typ Muldenbereiches 6
vorgesehen, und zwar unter Zwischenschaltung einer Isolier
schicht 12 zwischen den beiden p⁺-Typ Diffusionsbereichen 7
und 8.
Somit wird der p-Kanal MOS Transistor 1 gebildet von dem
n⁻-Typ Muldenbereich 6, den p⁺-Typ Diffusionbereichen 7 und
8, der Isolierschicht 12 und der Gateelektrode 13. Der n⁺-Typ
Diffusionsbereich 9 und der p⁺-Typ Diffusionsbereich 7 sind
mit dem ersten Versorgungsanschluß 3 verbunden, an den das
positive Potential VCC angelegt wird, während die Gateelek
trode 13 mit der Eingangsklemme IN verbunden ist.
Ferner sind der p⁺-Typ Diffusionsbereich 8 und das eine Ende
des p⁺-Typ Diffusionsbereiches 11 mit der Ausgangsklemme OUT
verbunden, während das andere Ende des p⁺-Typ Diffusionsbe
reiches 11 mit dem zweiten Versorgungsanschluß 4 verbunden
ist, an den das negative Potential VP angelegt wird. Diese
Halbleiteranordnung arbeitet in gleicher Weise wie vorstehend
unter Bezugnahme auf Fig. 6 erläutert, so daß auf die obige
Beschreibung Bezug genommen wird.
Während Fig. 7 den p-Kanal MOS Transistor 1 mit hoher
Durchbruchspannung in dem Aufbau eines üblichen Transistors
mit hoher Durchbruchspannung, die mit einer herkömmlichen
Technik, wie z. B. einer Doppeldiffusion realisiert wird, in
geeigneter Weise gewählt und für einen entsprechenden prakti
cher Struktur unterscheidet sich jedoch nicht wesentlich im
Betrieb von dem eines MOS-Transistors mit hoher
Durchbruchspannung, abgesehen von dem Aspekt der Eigenschaft
der hohen Durchbruchspannung, so daß die nachstehende
Erläuterung sich auf eine Anordnung mit üblichem Aufbau
bezieht, der in Fig. 7 dargestellt ist.
Bei einer herkömmlichen integrierten Halbleiterschaltung mit
dem oben beschriebenen Aufbau wird gemäß Fig. 6 eine parasi
täre Diode 14 zwischen der Ausgangssklemme OUT und dem
Versorgungsanschluß 3 gebildet, und zwar von dem p-n-Übergang
zwischen dem p⁺-Typ Diffusionsbereich 8 und dem n⁻-Typ
Muldenbereich 6, wie sich aus Fig. 7 ergibt. Daher ist es
erforderlich, die folgenden Gegenmaßnahmen gegen Spannungs
stöße zu berücksichtigen:
Es wird angenommen, daß die Ausgangsklemme OUT einen positi
ven Spannungsstoß (+) erhält. In diesem Falle fließt ein
Stromstoß längs eines Strompfades in der nachstehend angege
benen Weise: Ausgangsklemme OUT → parasitäre Diode 14 →
(p⁺-Typ Diffusionsbereich 8 → n⁻-Typ Muldenbereich 6 →
n⁺-Typ Difffusionbereich 9) → Versorgungsanschluß 3, und
somit wird eine hohe Stehspannung bei Spannungsstößen gewähr
leistet.
Es wird nun angenommen, daß die Ausgangsklemme OUT einen
negativen Spannungsstoß (-) erhält. Wenn der p-Kanal MOS
Transistor 1 zu diesem Zeitpunkt im EIN-Zustand oder durchge
schalteten Zustand ist, so fließt der Stromstoß längs eines
Strompfades in der nachstehenden Weise: Versorgungsanschluß 3 →
MOS Transistor 1 → Ausgangsklemme OUT, so daß kein Problem
auftritt. Wenn jedoch der p-Kanal MOS Transistor 1 im AUS-
Zustand oder gesperrten Zustand ist, wird kein elektrischer
Strompfad für den Stromstoß gebildet, da die Impedanz des
Pulldown-Widerstandes 2 im allgemeinen auf einen hohen Wert
von einigen zehn Kiloohm gesetzt ist, um die Leistungsauf
nahme zu verringern.
Infolgedessen erleidet der p-Kanal MOS Transistor 1 einen
Durchbruch, und der Stromstoß läuft längs eines Strompfades
in folgender Weise: Versorgungsanschluß 3 → MOS Transistor 1 →
Ausgangsklemme OUT. Somit hat eine derartige Halbleiteranord
nung eine extrem niedrige Durchbruchspannung gegenüber nega
tiven Spannungsstößen.
Es kann in Betracht gezogen werden, eine zusätzliche p-n-
Diode in dem n⁻-Typ Muldenbereich 6 auszubilden, um den
Stromstoß von der Ausgangsklemme OUT durch diese p-n-Diode
zum Versorgungsanschluß 4 abzuziehen. Es ist jedoch unmög
lich, eine solche p-n-Diode auszubilden, da das p⁻-Typ
Substrat 5 mit einem Massepotential verbunden ist, um den
Betrieb des Transistors zu stabilisieren, und der n⁻-Typ
Muldenbereich 6 kann nicht auf ein Potential gesetzt werden,
das niedriger ist als das Massepotential.
Im allgemeinen wird daher die Gatebreite des p-Kanal MOS
Transistors 1 verbreitert, um die Wärme abzugeben, die durch
den Transistorbetrieb erzeugt wird, um dadurch die Stehspan
nung gegenüber Spannungsstößen zu vergrößern.
Fig. 8 zeigt eine generelle Form einer Meßschaltung für die
Stehspannung gegenüber Spannungsstößen unter Verwendung eines
Kondensatorladeverfahrens. Bei dieser Meßschaltung wird ein
Schalter 15 zu einem ersten Übergangskontakt 15a umgeschal
tet, um eine Spannung von einer Stromversorgung 16 an einen
Kondensator 17 anzulegen und dadurch den Kondensator 17 zu
laden, wie es Fig. 8 zeigt. Danach wird der Schalter 15 zu
einem zweiten Übergangskontakt 15b umgeschaltet, um die
Ladungen aus dem Kondensator 17 über einen Widerstand 18 zu
einer Einrichtung 19 zu entladen, um den Durchbruchzustand
der Einrichtung 19 zu untersuchen. Dabei wird die an den
Kondensator 17 angelegte Spannung sequentiell geändert, um
den Durchbruchzustand der Einrichtung 19 zu untersuchen und
auf diese Weise die Durchbruchspannung der Einrichtung 19
festzustellen.
Fig. 9 zeigt ein erhaltenes Ergebnis, in dem man die Kapazi
tät des Kondensators 17 auf einen Wert von C = 200 pF und den
Widerstandswert des Widerstandes 18 auf einen Wert von R = 0
in der Meßschaltung gemäß Fig. 8 setzt und die
Durchbruchspannung der Ausgangsschaltung gemäß Fig. 6 in der
Praxis mißt. In der Fig. 9 bezeichnet die Ordinate die
Durchbruchspannung, während die Abszisse die Gatebreite des
p-Kanal MOS Transistors 1 bezeichnet. Wie aus Fig. 9
ersichtlich, nimmt die Stehspannung gegenüber Spannungsstößen
mit zunehmender Gatebreite zu. Da die Transistorgröße im
Verhältnis zu der Gatebreite zunimmt, sind große
Transistorabmessungen erforderlich, um eine hohe Stehspannung
gegenüber Spannungsstößen zu erzielen.
Beispielsweise sind extrem große Transistorabmessungen mit
einer Gatebreite von 2000 µm erforderlich, um eine Stehspan
nung von -300 Volt bei Spannungsstößen zu gewährleisten. Wenn
die Gatebreite so breit wird, nimmt der durch den Transistor
fließende Strom zu. Für einen Segmentantrieb einer Fluores
zenzanzeige oder dergleichen ist jedoch im allgemeinen nur
ein Strom von einigen Milliampere erforderlich, und somit
stellt eine vorstehend geschilderte Struktur eine erhebliche
Verschwendung dar.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine integrierte Halblei
terschaltung anzugeben, die in der Lage ist, hohe Spannungs
stöße auszuhalten, ohne die Abmessungen des entsprechenden
Halbleiterchips zu vergrößern und ohne den üblichen Betrieb
in irgendeiner Weise zu behindern.
Die integrierte Halbleiterschaltung gemäß der Erfindung weist
folgendes auf: eine Eingangsklemme zum Anlegen eines Steuer
signals; einen ersten Feldeffekttransistor mit einer ersten
Elektrode und einem Volumen, die mit einem ersten Potential
punkt verbunden sind, mit einer Steuerelektrode, die mit der
Eingangsklemme verbunden ist, und mit einer zweiten Elek
trode; eine Last, die zwischen die zweite Elektrode des
ersten Feldeffekttransistors und einen zweiten Potentialpunkt
geschaltet ist; eine Ausgangsklemme, die an die zweite
Elektrode des ersten Feldeffekttransistors angeschlossen ist;
und einen zweiten Feldeffekttransistor mit einer ersten
Elektrode und einer Steuerelektrode, die mit der Ausgangs
klemme verbunden sind, mit einer zweiten Elektrode, die mit
dem zweiten Potentialpunkt verbunden ist, und mit einem Volu
men, das mit dem ersten Potentialpunkt verbunden ist.
Wenn bei der erfindungsgemäßen integrierten Halbleiterschal
tung ein Spannungsstoß an die Ausgangsklemme angelegt wird,
der einen Durchbruch des ersten Feldeffekttranistors bewirken
könnte so leitet der zweite Feldeffekttransistor und läßt
einen Stromstoß hindurch, so daß verhindert wird, daß der
erste Feldeffekttransistor einen Durchbruch erleidet. Im
anderen Falle bleibt der zweite Feldeffekttransistor regulär
in einem Sperrzustand oder AUS-Zustand und garantiert einen
Normalbetrieb der Schaltung.
Die Erfindung wird nachstehend, auch hinsichtlich weiterer
Merkmale und Vorteile, anhand der Beschreibung von Ausfüh
rungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert. Die Zeichnungen zeigen in
Fig. 1 eine integrierte Halbleiterschaltung gemäß
einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine schematische Schnittansicht zur Erläute
rung des Aufbaus einer Halbleiteranordnung zur
Realisierung der Schaltung gemäß Fig. 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht zur Erläuterung eines we
sentlichen Teiles der Halbleiteranordnung mit
einem Aufbau mit besonders hoher Durchbruch
spannung;
Fig. 4 eine integrierte Halbleiterschaltung gemäß
einer anderen Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 5 eine Schnittansicht zur schematischen Erläute
rung einer Halbleiteranordnung zur Realisierung
der Schaltung gemäß Fig. 4;
Fig. 6 eine herkömmliche Ausgangsschaltung zum Treiben
einer Fluoreszenzanzeige;
Fig. 7 eine Schnittansicht zur schematischen Erläute
rung einer Halbleiteranordnung zur Realisierung
der Schaltung gemäß Fig. 6;
Fig. 8 eine schematische Darstellung zur Erläuterung
einer Meßschaltung für eine Stehspannung gegen
über Spannungsstößen; und in
Fig. 9 ein Diagramm zur Erläuterung des Zusammenhanges
zwischen der Gatebreite eines MOS Transistors
und seiner Durchbruchspannung.
Fig. 1 zeigt eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemä
ßen integrierten Halbleiterschaltung, die als Ausgangsschal
tung dient, beispielsweise für den Treiber einer Vakuum-
Fluoreszenzanzeige. Wie in Fig. 1 dargestellt, ist ein
zusätzlicher p-Kanal MOS Transistor 20 mit hoher
Durchbruchspannung zwischen eine Ausgangsklemme OUT und einen
zweiten Versorgungsanschluß 4 geschaltet, an den ein
negatives Potential VP angelegt wird.
Dieser p-Kanal MOS Transistor 20 hat einen Drainbereich und
einen Gatebereich, die mit der Ausgangsklemme OUT verbunden
sind, einen Sourcebereich, der mit dem Versorgungsanschluß 4
verbunden ist, und ein Volumen, das mit einem ersten Versor
gungsanschluß 3 verbunden ist, an den ein positives Potential
VCC angelegt wird. Im übrigen ist die Schaltung in gleicher
Weise aufgebaut wie die Ausgangsschaltung gemäß Fig. 6, so
daß identische Teile auch mit denselben Bezugszeichen verse
hen sind, wobei eine erneute Beschreibung an dieser Stelle
entbehrlich erscheint.
Fig. 2 zeigt eine schematische Schnittansicht zur Erläuterung
einer Halbleiteranordnung zur Realisierung der Ausgangsschal
tung gemäß Fig. 1. Wie in Fig. 2 dargestellt, ist ein zusätz
licher n⁻-Typ Muldenbereich 21, der als Volumen des p-Kanal
MOS Transistors 20 dient, auf einer ersten Hauptfläche eines
p⁻-Typ Substrats 5 ausgebildet, und zwar in der Nähe eines
n⁻-Typ Muldenbereiches 6. Ein p⁺-Typ Diffusionbereich 22, der
als Drainbereich des p-Kanal MOS Transistors 20 dient, und
ein weiterer p⁺-Typ Diffusionsbereich 23, der als Sourcebe
reich des p-Kanal MOS Transistors 20 dient, sind auf einer
Oberfläche des n⁻-Typ Muldenbereiches 21 vorgesehen, und zwar
im Abstand voneinander.
Ein n⁺-Typ Diffusionsbereich 24 ist so vorgesehen, daß er
über eine Feldoxidschicht 10 an den p⁺-Typ Diffusionsbereich
23 angrenzt. Weiterhin ist eine Gateelektrode 26 auf einem
Bereich des n⁻-Typ Muldenbereiches 21 ausgebildet, und zwar
auf einer Isolierschicht 25 zwischen den beiden p⁺-Typ Diffu
sionsbereichen 22 und 23. Somit wird der p-Kanal MOS Transi
stor 20 gebildet von dem n⁻-Typ Muldenbereich 21, den p⁺-Typ
Diffusionbereichen 22 und 23, der Isolierschicht 25 und der
Gateelektrode 26.
Der p⁺-Typ Diffusionsbereich 22 und die Gateelektrode 26 sind
an die Ausgangsklemme OUT angeschlossen, während der andere
p⁺-Typ Diffusionsbereich 23 mit dem Versorgungsanschluß 4
verbunden ist. Der n⁺-Typ Diffusionsbereich 24 ist mit dem
Versorgungsanschluß 3 verbunden.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, wird eine parasitäre Diode 14
gemäß Fig. 1 zwischen der Ausgangsklemme OUT und dem Versor
gungsanschluß 3 gebildet, und zwar durch den p-n-Übergang
zwischen dem p⁺-Typ Diffusionsbereich 22 und dem n⁻-Typ
Muldenbereich 21, während eine andere parasitäre Diode 27
gemäß Fig. 1 zwischen den Versorgungsanschlüssen 4 und 3 von
dem p-n-Übergang zwischen dem p⁺-Typ Diffusionsbereich 23 und
dem n⁻-Muldenbereich 21 gebildet wird.
Während Fig. 2 p-Kanal MOS Transistoren 1 sowie 20 mit hoher
Durchbruchspannung jeweils mit üblichem Transistoraufbau
zeigt, um die Darstellung zu erleichtern, kann ein Aufbau mit
hoher Durchbruchspannung mit herkömmlicher Technik,
beispielsweise durch Doppeldiffusion, realisiert werden, die
in geeigneter Weise gewählt und im jeweiligen Anwendungsfall
verwendet wird. Um einen Aufbau mit hoher Durchbruchspannung
durch Doppeldiffusion zu realisieren, wird beispielsweise der
Sourcebereich des p-Kanal MOS Transistors 1 fertiggestellt
durch eine Doppeldiffusionsstruktur aus einem p⁻-Typ Diffusi
onsbereich 7a und einem p⁺-Typ Diffusionsbereich 7b, während
der dazugehörige Drainbereich ebenfalls durch eine Doppeldif
fusionsstruktur realisiert wird, und zwar aus einem p⁻-Typ
Diffusionsbereich 8a und einem p⁺-Typ Diffusionsbereich 8b,
wie es in Fig. 3 dargestellt ist.
Weiterhin ist der n⁺-Typ Diffusionsbereich 9 von dem genann
ten Sourcebereich durch die Feldoxidschicht 10 getrennt. Die
Source- und Drainbereiche des weiteren p-Kanal MOS Transi
stors 20 werden auch durch entsprechende Doppeldiffusion re
alisiert. Die p-Kanal MOS Transistoren 1 und 20 mit dem Auf
bau für eine hohe Durchbruchspannung unterscheiden sich
jedoch nicht wesentlich in ihrem Betrieb von MOS Transistoren
mit üblichem Aufbau, abgesehen von dem Aspekt der hohen
Durchbruchspannung, so daß die nachstehende Beschreibung
unter Bezugnahme auf den herkömmlichen Aufbau gemäß Fig. 2
erfolgt.
Die Wirkungsweise der oben beschriebenen Ausgangsschaltung
ist folgende:
Wenn die Eingangsklemme IN ein Steuersignal mit niedrigem
Pegel im Normalbetrieb erhält, wird der p-Kanal MOS Transi
stor 1 durchgeschaltet, so daß die Ausgangsklemme OUT auf ein
Potential mit hohem Pegel von VCC = 5 Volt gebracht wird.
Wenn die Eingangsklemme IN ein Steuersignal mit hohem Pegel
erhält, wird hingegen der p-Kanal MOS-Transistor 1 abgeschal
tet oder gesperrt, so daß die Ausgangsklemme OUT auf ein
Potential mit niedrigem Pegel von VP = -35 Volt gebracht
wird.
Somit nimmt die Ausgangsklemme OUT ein Potential in dem
Bereich zwischen VCC von +5 Volt und VP von -35 Volt an, und
der p-Kanal MOS Transistor 20 bleibt in einem gesperrten
Zustand, da das Potential an seinem Gateanschluß höher als
das oder identisch mit dem an seinem Sourceanschluß bei Nor
malbetrieb ist. In diesem Falle hat der p-Kanal MOS Transi
stor 20 eine ausreichende Durchbruchspannung, um keinen
schädlichen Einfluß auf den Normalbetrieb auszuüben, da der
p-Kanal MOS Transistor 20 in ähnlicher Weise wie der p-Kanal
MOS Transistor 1 einen Aufbau mit hoher Durchbruchsspannung
besitzt, beispielsweise durch Doppeldiffusion oder
dergleichen.
Der p-Kanal MOS Transistor 20 bleibt auch in einem gesperrten
Zustand, wenn ein positiver Spannungsstoß an die Ausgangs
klemme OUT angelegt wird, wobei eine hohe Stehspannung gegen
über Spannungsstößen gewährleistet ist, da der Stromstoß
längs eines Strompfades fließt, der folgenden Verlauf hat:
Ausgangsklemme OUT → parasitare Diode 14 (p⁺-Typ Diffusions
bereich 8 → n⁻-Typ Muldenbereich 6 → n⁺-Typ Diffusions
bereich 9 und p⁺-Typ Diffusionsbereich 22 → n⁻-Typ Mulden
bereich 21 → n⁺-Typ Diffusionsbereich 24) → Versorgungs
anschluß 3.
Wenn ein negativer Spannungsstoß an die Ausgangsklemme OUT
angelegt wird, ist andererseits der Spannungsstoß ausreichend
niedriger als das negative Potential VP. Somit geht der
p-Kanal MOS Transistor 20 in einen durchgeschalteten Zustand,
da die Spannung an seinem Gateanschluß niedriger wird als die
an seinem Sourceanschluß, so daß der Stromstoß längs eines
Strompfades fließt, der folgenden Verlauf hat: Versorgungsan
schluß 4 → p-Kanal MOS Transistor 20 → Ausgangsklemme OUT.
Infolgedessen erfolgt kein Durchbruch beim p-Kanal MOS
Transistor 1, sondern es liegt auch bei negativen Spannungs
stößen eine hohe Stehspannung gegenüber solchen Spannungsstö
ßen vor.
Somit kann die Stehspannung gegenüber Spannungsstößen vergrö
ßert werden, ohne einen nachteiligen Einfluß auf den
Normalbetrieb auszuüben, indem man den zusätzlichen p-Kanal
MOS Transistor 20 verwendet, und die Chipgröße kann reduziert
werden, da es nicht erforderlich ist, die Gatebreite des
p-Kanal MOS Transistors 1 breiter zu machen, was herkömm
licherweise die Gegenmaßnahme für Spannungsstöße darstellt.
Fig. 4 zeigt eine integrierte Halbleiterschaltung gemäß einer
anderen Ausführungsform der Erfindung, die beispielsweise
eine Ausgangsschaltung für einen Treiber für Vakuum-Fluores
zenzanzeigen darstellt.
Wie in Fig. 4 dargestellt, wird eine hohe Spannung VH an
einen ersten Versorgungsanschluß 3 von einer Stromversorgung
mit hohem Potential angelegt, während ein zweiter Versor
gungsanschluß 4 mit Masse GND oder einer Stromversorgung mit
niedrigem Potential verbunden ist. Weiterhin wird ein n-Kanal
MOS Transistor 28 mit hoher Durchbruchspannung als Ausgangs
transistor verwendet, während ein weiterer n-Kanal MOS
Transistor 29 mit hoher Durchbruchspannung als Transistor
verwendet wird, um einen Stromstoß hindurchzulassen.
Der n-Kanal MOS Transistor 28 ist zwischen den Versorgungsan
schluß 4 und eine Ausgangsklemme OUT geschaltet, während der
n-Kanal MOS Transistor 29 und ein Pulldown-Widerstand 2
zwischen den Versorgungsanschluß 3 und die Ausgangsklemme OUT
geschaltet sind. Im übrigen ist der Aufbau dieser Schaltung
der gleiche wie bei der Ausgangsschaltung gemäß Fig. 1, wobei
gleiche oder entsprechende Teile mit entsprechenden Bezugs
zeichen versehen sind, so daß auf die obige Beschreibung
insofern Bezug genommen wird.
Fig. 5 zeigt eine schematische Schnittansicht zur Erläuterung
einer Halbleiteranordnung zur Realisierung der Ausgangsschal
tung gemäß Fig. 4. Diese Halbleiteranordnung ist hinsichtlich
der p-Dotierung und n-Dotierung im Vergleich mit der Anord
nung gemäß Fig. 2 invertiert, wobei die Versorgungsanschlüsse
3 und 4 miteinander vertauscht sind. Im übrigen ist der Auf
bau der gleiche wie bei der Anordnung gemäß Fig. 2, so daß
gleiche oder entsprechende Teile auch mit den entsprechenden
Bezugszeichen versehen sind, so daß eine erneute Beschreibung
an dieser Stelle entbehrlich erscheint.
Eine parasitäre Diode 30 gemäß Fig. 4 wird von einem p-n-
Übergang zwischen einem p⁻-Typ Muldenbereich 6 und einem
n⁺-Typ Diffusionsbereich 8 sowie einem weiteren p-n-Übergang
zwischen einem weiteren p⁻-Typ Muldenbereich 21 und einem
weiteren n⁺-Typ Diffusionsbereich 22 gebildet, während eine
weitere parasitäre Diode 31 gemäß Fig. 4 von einem p-n-Über
gang zwischen dem p⁻-Typ Muldenbereich 21 und einem weiteren
n⁺-Typ Diffusionsbereich 23 gebildet wird.
Der Betrieb der oben beschriebenen Schaltung ist wie folgt:
Wenn eine Eingangsklemme IN ein Steuersignal mit hohem Pegel
im Normalbetrieb erhält, wird der n-Kanal MOS Transistor 28
durchgeschaltet, so daß die Ausgangsklemme OUT auf niedrigen
Pegel, also auf Massepotential oder GND-Potential geht. Wenn
andererseits die Eingangsklemme IN ein Steuersignal mit nied
rigem Pegel erhält, wird der n-Kanal MOS Transistor 28 abge
schaltet bzw. gesperrt, so daß die Ausgangsklemme OUT auf
hohen Pegel VH geht.
Somit nimmt die Ausgangsklemme OUT ein Potential in einem
Bereich zwischen GND und VH an, während der andere n-Kanal
MOS Transistor 29 in einem gesperrten Zustand bleibt, da das
Potential an seinem Gateanschluß niedriger als das oder iden
tisch mit dem seines Sourceanschlusses im Normalbetrieb ist.
Somit übt der n-Kanal MOS Transistor 29 keinen schädlichen
Einfluß auf den Normalbetrieb aus.
Der n-Kanal MOS Transistor 29 bleibt auch in einem gesperrten
Zustand, wenn ein negativer Spannungsstoß an die Ausgangs
klemme OUT angelegt wird, wobei eine hohe Stehspannung gegen
über Spannungsstößen gewährleistet ist, da der Stromstoß
durch einen Strompfad fließt, der folgendermaßen gebildet
wird: Versorgungsanschluß 4 → parasitäre Diode 30 →
Ausgangsklemme OUT.
Wenn andererseits ein positiver Spannungsstoß an die
Ausgangsklemme OUT angelegt wird, wird die Stehspannung
gegenüber Spannungsstößen reduziert, wenn kein n-Kanal MOS
Transistor 29 vorgesehen ist, da der Stromstoß durch den
Durchbrucheffekt des n-Kanal MOS Transistors 28 hindurchgeht.
Bei dieser Ausführungsform ist jedoch der n-Kanal MOS Transi
stor 29 vorgesehen, der beim Anlegen des positiven Spannungs
stoßes in einen durchgeschalteten Zustand geht, da das Poten
tial an seinem Gateanschluß höher wird als das an seinem
Sourceanschluß.
Somit geht der Stromstoß längs eines Strompfades hindurch,
der folgendermaßen aussieht: Ausgangsklemme OUT → n-Kanal
MOS Transistor 29 → Versorgungsanschluß 3, wobei der n-Kanal
MOS Transistor 28 keinen Durchbruch erleidet, vielmehr eine
hohe Stehspannung gegenüber positiven Spannungsstößen zeigt.
Die jeweiligen MOS Transistoren 20 und 29 gemäß Fig. 1 und
Fig. 4 lassen den Stromstoß in einem durchgeschalteten
Zustand hindurch, so daß der EIN-Widerstandswert niedrig ist
und ein ausreichend hoher Stromstoß hindurchfließen kann,
ohne daß der Transistor in seinen Abmessungen erheblich
größer sein müßte.
Auch wenn die Last bei den oben beschriebenen Ausführungsfor
men von dem Widerstand 2 gebildet wird, kann eine derartige
Last auch von einer anderen Komponente als dem Widerstand
gebildet werden, beispielsweise von einem Relais oder der
gleichen.
Auch wenn die oben beschriebenen Ausführungsformen im
Zusammenhang mit einer Ausgangsschaltung für einen Treiber
für eine Vakuum-Fluoreszenzanzeige erläutert worden sind, ist
die Erfindung keinesfalls hierauf beschränkt, sondern auch
anwendbar auf eine andere Ausgangsschaltung, beispielsweise
als Treiberschaltung für eine Plasmaanzeige oder dergleichen,
wobei hohe Stehspannungen gegenüber Spannungsstößen erforder
lich sind, die 100 Volt überschreiten.
Selbstverständlich ist die vorliegende Erfindung auch anwend
bar auf andere Halbleiteranordnungen, die Feldeffekttransi
storen enthalten, beispielsweise Transistoren in den folgen
den Techniken: CMOS, p-MOS, n-MOS sowie Bi-CMOS.
Claims (4)
1. Integrierte Halbleiterschaltung,
gekennzeichnet durch
- - eine Eingangsklemme (IN), zum Anlegen eines Steuersignals;
- - einen ersten Feldeffekttransistor (1; 28) mit einer ersten Elektrode (7) und einem Volumen (6), die an einen ersten Potentialpunkt (VCC; GND) angeschlossen sind, mit einer Steuerelektrode (13), die an die Eingangsklemme (IN) ange schlossen ist, und mit einer zweiten Elektrode (8);
- - eine Last (2; 11), die zwischen die zweite Elektrode (8) des ersten Feldeffekttransistors (1; 28) und einen zweiten Potentialpunkt (VP; VH) geschaltet ist;
- - eine Ausgangsklemme (OUT), die an die zweite Elektrode (8) des ersten Feldeffekttransistors (1; 28) angeschlossen ist; und
- - einen zweiten Feldeffekttransistor (20; 29) mit einer er sten Elektrode (22) und einer Steuerelektrode (26), die an die Ausgangsklemme (OUT) angeschlossen sind, mit einer zweiten Elektrode (23), die an den zweiten Potentialpunkt (VP; VH) angeschlossen ist, und mit einem Volumen (21), das an den ersten Potentialpunkt (VCC; GND) angeschlossen ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Feldeffekttransistor (1) und der zweite Feldef fekttransistor (20) p-Kanal MOS Transistoren sind,
daß der erste Potentialpunkt (VCC) ein Punkt mit hohem Poten tial ist, und
daß der zweite Potentialpunkt (VP) ein Punkt mit niedri gem Potential ist.
daß der erste Feldeffekttransistor (1) und der zweite Feldef fekttransistor (20) p-Kanal MOS Transistoren sind,
daß der erste Potentialpunkt (VCC) ein Punkt mit hohem Poten tial ist, und
daß der zweite Potentialpunkt (VP) ein Punkt mit niedri gem Potential ist.
3. Schaltung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der erste Feldeffekttransistor (28) und der zweite Feld effekttransistor (29) n-Kanal MOS Transistoren sind,
daß der erste Potentialpunkt (GND) ein Punkt mit niedrigem Potential ist, und
daß der zweite Potentialpunkt (VP) ein Punkt mit hohem Potential ist.
daß der erste Feldeffekttransistor (28) und der zweite Feld effekttransistor (29) n-Kanal MOS Transistoren sind,
daß der erste Potentialpunkt (GND) ein Punkt mit niedrigem Potential ist, und
daß der zweite Potentialpunkt (VP) ein Punkt mit hohem Potential ist.
4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß die ersten (1, 20) und zweiten Feldeffekttransistoren
(28, 29) Transistoren mit hoher Durchbruchspannung sind, die
jeweils einen Sourcebereich (7a, 7b) und einen Drainbereich
(8a, 8b) mit Doppeldiffusion aufweisen.
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