JP4249945B2 - 電界効果トランジスタを用いた基準電圧源回路 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界効果トランジスタを用いた基準電圧源回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電界効果トランジスタ(以下、単にトランジスタという)を用いた電圧発生回路及び基準電圧源回路として、特開2001-284464公報があり、その回路を図１に示す。高い不純物濃度で導電型の極性のみが異なるゲートを有する第１のペアのトランジスタＭ１、Ｍ２と、同じ極性の導電型で不純物濃度のみが異なるゲートを有する第２のペアのトランジスタＭ３、Ｍ４からなり、ゲート材の仕事関数差を利用して基準電圧を得ている。
【０００３】
第１のペアトランジスタは、両トランジスタＭ１、Ｍ２に同一の電流が流れるため、出力電圧Ｖ１は負の温度係数を有する電圧Ｖpnが得られ、第２のペアトランジスタは、両トランジスタＭ３、Ｍ４に同一の電流が流れるため、出力電圧であるゲート・ソース間電圧Ｖgsは、正の温度係数を有する電圧−Ｖptatが得られる。前記電圧Ｖ１(＝Ｖpn)を抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧して得た電圧Ｖ２と、Ｖgs(＝−Ｖptat)とを加算して当該回路より出力電圧Ｖ３を得ている。
【０００４】
前記電圧Ｖpnおよび電圧Ｖptatにおける負および正の温度係数が相殺されるように分圧比を設定すれば、出力電圧Ｖ３には、温度係数を持たない基準電圧Ｖrefが得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の基準電圧源回路では、ペアトランジスタの作製時、ゲート材作製工程以外は同じ工程で作製することにより、同じ絶縁膜厚、チャンネルドープ、チャンネル長、チャンネル幅を持たせ、ペアをなす二つのトランジスタのチャンネルドープの濃度制御などプロセスによる変動要因を極力無くすようにしている。
【０００６】
しかしながら、ペアトランジスタのゲートは、しきい値Ｖtの差を作り出すために、同じように作製することはできず個別にコントロールしなければならない。第１のペアトランジスタのように、高濃度ゲートの場合はプロセスによる特性変動が小さいが、特に第２のペアトランジスタのように、低濃度ゲートのトランジスタＭ４を含む場合は、特性への影響が大きく、所望の温度特性を持ったゲート材を安定に作ることは困難であった。
【０００７】
本発明では、ゲート材の不純物濃度がプロセスにより変動しても温度係数がほとんど変化しない条件を見出すことにより、プロセス変動に強く安定して所望の温度特性を有する基準電圧源を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
基準電圧源回路は、導電型の極性が互いに異なるゲートを有する“第１のペア電界効果トランジスタ回路”と、同一の導電型で不純物の濃度が互いに異なるゲートを有する“第２のペア電界効果トランジスタ回路”と、第１及び第２のペア電界効果トランジスタのゲート電極の仕事関数差を任意の比で合成するための“合成回路”からなる。
本発明では、“第２のペア電界効果トランジスタ”における低不純物濃度トランジスタのゲート不純物濃度が、該低不純物濃度トランジスタの温度係数が最大値となる値を含むと共に他の範囲よりも安定した温度特性をなす、１．１Ｅ１９／ｃｍ３以上で１．６Ｅ１９／ｃｍ３以下であるようにした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の１実施形態になる基準電圧源回路の構成としては図１のものと同じであるため、再度、その図１を用いて説明する。同図において、トランジスタＭ１,Ｍ２,Ｍ３,Ｍ４,Ｍ５はすべてｎチャンネルで、基板やチャンネルドープの不純物濃度は等しく、ｎ型基板の独立したｐウェル内に形成され、各トランジスタの基板電位はソース電位と等しくしてある。チャンネル幅Ｗとチャンネル長Ｌの比(Ｓ/Ｗ)は、トランジスタＭ１とＭ２とで等しく、また、トランジスタＭ３とＭ４とで等しい。
【００１０】
トランジスタＭ１は高濃度ｎ型のゲートを持ち、トランジスタＭ２は、高濃度ｐ型のゲートを持ち、トランジスタＭ１とＭ２はペアをなす。また、トランジスタＭ３は、高濃度ｎ型のゲートを持ち、トランジスタＭ４は、低濃度ｎ型のゲートを持ち、トランジスタＭ３とＭ４はペアをなす。
【００１１】
トランジスタＭ１はゲートをソースに結線して定電流源としている。トランジスタＭ１と直列的に接続されたトランジスタＭ２のゲートには、トランジスタＭ５と抵抗Ｒ１、Ｒ２からなるソースフォロア回路の出力が供給される。
【００１２】
トランジスタＭ３と直列的に接続したトランジスタＭ４は、ゲートをソースに結線して定電流源としている。
【００１３】
第１のペアトランジスタＭ１とＭ２には同一電流が流れるため、トランジスタＭ１、Ｍ２のゲート・ソース間電圧の差は、両トランジスタのしきい値電圧Ｖthの差に等しく、これが負の温度係数を有する電圧Ｖpnとなる。図１では、トランジスタＭ１のゲート・ソース間電圧が０で、また、トランジスタＭ２のソース電圧が０のため、前記ゲート・ソース間電圧の差は、トランジスタＭ２のゲート電圧Ｖ１に等しく、これがＶpnとなる。
【００１４】
また、第２のペアトランジスタＭ３とＭ４も、同一電流が流れるため、トランジスタＭ３、Ｍ４のゲート・ソース間電圧の差は、トランジスタＭ４のゲート・ソース間電圧が０のため、トランジスタＭ３のゲート・ソース間電圧Ｖgsに等しくなり、これが正の温度係数を有する電圧(−Ｖptat)となる。
【００１５】
トランジスタＭ３のソース電位をＶ３とすれば、
Ｖ２＝Ｖ３＋Ｖgs、Ｖ２＝Ｖ１＊Ｒ２/(Ｒ１＋Ｒ２)の関係から
Ｖ３＝Ｖ２＋Ｖptat＝Ｖ１＊Ｒ２/(Ｒ１＋Ｒ２)＋Ｖptat
＝Ｖpn＊Ｒ２/(Ｒ１＋Ｒ２)＋Ｖptat
となり、既述したように、分圧比を適宜設定することにより、もしくはゲートの不純物濃度を変える(ＶpnおよびＶgsが変化)ことにより、Ｖ３には、温度特性を持たない基準電圧Ｖrefが得られる。
【００１６】
さて、Ｖptatを発生させるトランジスタは、ゲートが高濃度ｎ型のＭ３と低濃度ｎ型のトランジスタＭ４である。図２は、トランジスタＭ４のゲートの不純物濃度(横軸)に対するＶptatの温度係数(縦軸)を示すグラフである。
【００１７】
ペアトランジスタのゲートサイズ(ゲート幅/ゲート長＝50μm/100μm)やゲート酸化膜厚(３００Å)は等しい。図２からわかるように、温度特性(温度係数)の変化の度合から、ゲート不純物濃度を三つの区間に分けることができる。ゲート不純物濃度が 1.1E19/cm3までの区間では温度特性は急激に増加するが、1.1E19/cm3〜1.6E19/cm3の間ではほとんど変化せず、1.6E19/cm3より大きくなると、今度は緩やかに減少している。
【００１８】
これは、ゲート不純物濃度が1.1E19/cm3〜1.6E19/cm3の間以外ではゲート不純物濃度による温度特性の変化が非常に激しいため、プロセスによる変動の影響を受けやすく所望の温度特性を有するゲート材を作製することが難しいことを示している。
【００１９】
一方、ゲート不純物濃度が1.1E19/cm3〜1.6E19/cm3の間ではゲート不純物濃度による温度特性の変化はほとんどないため、若干のプロセスの変動があっても安定して所望の温度特性を有する基準電圧源回路を実現することができる。また、この区間で温度係数が最大値をとることもＶpnの負の温度特性をキャンセルする上で重要となる。
【００２０】
例えば、ゲート不純物濃度を、1.6E19/cm3とした場合、Ｖptatの温度係数は1.95E−4Ｖ/℃、Ｖpnの温度係数は−4.92E−4Ｖ/℃となり、Ｒ２/(Ｒ１＋Ｒ２)＝１/２.４７の比で加算することで、極めて温度係数の小さい(約５０ppm/℃)の良好な基準電圧Ｖrefが得られた。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、所望の温度特性を有する電界効果トランジスタを用いた基準電圧発生回路を実現することが可能となる。詳しくは、請求項１に記載の発明で、ゲート不純物濃度が1.1E19/cm3〜1.6E19/cm3の範囲内ではゲート不純物濃度による温度特性の変化がほとんどないため、プロセス変動に強い安定した所望の温度特性を有する基準電圧発生回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の１実施形態を示した基準電圧源回路の図
【図２】 ゲートの不純物濃度の変化に対するＶptatの温度特性図
【符号の説明】
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５ 電界効果トランジスタ、Ｒ 抵抗
【発明の属する技術分野】
本発明は、電界効果トランジスタを用いた基準電圧源回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電界効果トランジスタ(以下、単にトランジスタという)を用いた電圧発生回路及び基準電圧源回路として、特開2001-284464公報があり、その回路を図１に示す。高い不純物濃度で導電型の極性のみが異なるゲートを有する第１のペアのトランジスタＭ１、Ｍ２と、同じ極性の導電型で不純物濃度のみが異なるゲートを有する第２のペアのトランジスタＭ３、Ｍ４からなり、ゲート材の仕事関数差を利用して基準電圧を得ている。
【０００３】
第１のペアトランジスタは、両トランジスタＭ１、Ｍ２に同一の電流が流れるため、出力電圧Ｖ１は負の温度係数を有する電圧Ｖpnが得られ、第２のペアトランジスタは、両トランジスタＭ３、Ｍ４に同一の電流が流れるため、出力電圧であるゲート・ソース間電圧Ｖgsは、正の温度係数を有する電圧−Ｖptatが得られる。前記電圧Ｖ１(＝Ｖpn)を抵抗Ｒ１、Ｒ２で分圧して得た電圧Ｖ２と、Ｖgs(＝−Ｖptat)とを加算して当該回路より出力電圧Ｖ３を得ている。
【０００４】
前記電圧Ｖpnおよび電圧Ｖptatにおける負および正の温度係数が相殺されるように分圧比を設定すれば、出力電圧Ｖ３には、温度係数を持たない基準電圧Ｖrefが得られる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の基準電圧源回路では、ペアトランジスタの作製時、ゲート材作製工程以外は同じ工程で作製することにより、同じ絶縁膜厚、チャンネルドープ、チャンネル長、チャンネル幅を持たせ、ペアをなす二つのトランジスタのチャンネルドープの濃度制御などプロセスによる変動要因を極力無くすようにしている。
【０００６】
しかしながら、ペアトランジスタのゲートは、しきい値Ｖtの差を作り出すために、同じように作製することはできず個別にコントロールしなければならない。第１のペアトランジスタのように、高濃度ゲートの場合はプロセスによる特性変動が小さいが、特に第２のペアトランジスタのように、低濃度ゲートのトランジスタＭ４を含む場合は、特性への影響が大きく、所望の温度特性を持ったゲート材を安定に作ることは困難であった。
【０００７】
本発明では、ゲート材の不純物濃度がプロセスにより変動しても温度係数がほとんど変化しない条件を見出すことにより、プロセス変動に強く安定して所望の温度特性を有する基準電圧源を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
基準電圧源回路は、導電型の極性が互いに異なるゲートを有する“第１のペア電界効果トランジスタ回路”と、同一の導電型で不純物の濃度が互いに異なるゲートを有する“第２のペア電界効果トランジスタ回路”と、第１及び第２のペア電界効果トランジスタのゲート電極の仕事関数差を任意の比で合成するための“合成回路”からなる。
本発明では、“第２のペア電界効果トランジスタ”における低不純物濃度トランジスタのゲート不純物濃度が、該低不純物濃度トランジスタの温度係数が最大値となる値を含むと共に他の範囲よりも安定した温度特性をなす、１．１Ｅ１９／ｃｍ３以上で１．６Ｅ１９／ｃｍ３以下であるようにした。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の１実施形態になる基準電圧源回路の構成としては図１のものと同じであるため、再度、その図１を用いて説明する。同図において、トランジスタＭ１,Ｍ２,Ｍ３,Ｍ４,Ｍ５はすべてｎチャンネルで、基板やチャンネルドープの不純物濃度は等しく、ｎ型基板の独立したｐウェル内に形成され、各トランジスタの基板電位はソース電位と等しくしてある。チャンネル幅Ｗとチャンネル長Ｌの比(Ｓ/Ｗ)は、トランジスタＭ１とＭ２とで等しく、また、トランジスタＭ３とＭ４とで等しい。
【００１０】
トランジスタＭ１は高濃度ｎ型のゲートを持ち、トランジスタＭ２は、高濃度ｐ型のゲートを持ち、トランジスタＭ１とＭ２はペアをなす。また、トランジスタＭ３は、高濃度ｎ型のゲートを持ち、トランジスタＭ４は、低濃度ｎ型のゲートを持ち、トランジスタＭ３とＭ４はペアをなす。
【００１１】
トランジスタＭ１はゲートをソースに結線して定電流源としている。トランジスタＭ１と直列的に接続されたトランジスタＭ２のゲートには、トランジスタＭ５と抵抗Ｒ１、Ｒ２からなるソースフォロア回路の出力が供給される。
【００１２】
トランジスタＭ３と直列的に接続したトランジスタＭ４は、ゲートをソースに結線して定電流源としている。
【００１３】
第１のペアトランジスタＭ１とＭ２には同一電流が流れるため、トランジスタＭ１、Ｍ２のゲート・ソース間電圧の差は、両トランジスタのしきい値電圧Ｖthの差に等しく、これが負の温度係数を有する電圧Ｖpnとなる。図１では、トランジスタＭ１のゲート・ソース間電圧が０で、また、トランジスタＭ２のソース電圧が０のため、前記ゲート・ソース間電圧の差は、トランジスタＭ２のゲート電圧Ｖ１に等しく、これがＶpnとなる。
【００１４】
また、第２のペアトランジスタＭ３とＭ４も、同一電流が流れるため、トランジスタＭ３、Ｍ４のゲート・ソース間電圧の差は、トランジスタＭ４のゲート・ソース間電圧が０のため、トランジスタＭ３のゲート・ソース間電圧Ｖgsに等しくなり、これが正の温度係数を有する電圧(−Ｖptat)となる。
【００１５】
トランジスタＭ３のソース電位をＶ３とすれば、
Ｖ２＝Ｖ３＋Ｖgs、Ｖ２＝Ｖ１＊Ｒ２/(Ｒ１＋Ｒ２)の関係から
Ｖ３＝Ｖ２＋Ｖptat＝Ｖ１＊Ｒ２/(Ｒ１＋Ｒ２)＋Ｖptat
＝Ｖpn＊Ｒ２/(Ｒ１＋Ｒ２)＋Ｖptat
となり、既述したように、分圧比を適宜設定することにより、もしくはゲートの不純物濃度を変える(ＶpnおよびＶgsが変化)ことにより、Ｖ３には、温度特性を持たない基準電圧Ｖrefが得られる。
【００１６】
さて、Ｖptatを発生させるトランジスタは、ゲートが高濃度ｎ型のＭ３と低濃度ｎ型のトランジスタＭ４である。図２は、トランジスタＭ４のゲートの不純物濃度(横軸)に対するＶptatの温度係数(縦軸)を示すグラフである。
【００１７】
ペアトランジスタのゲートサイズ(ゲート幅/ゲート長＝50μm/100μm)やゲート酸化膜厚(３００Å)は等しい。図２からわかるように、温度特性(温度係数)の変化の度合から、ゲート不純物濃度を三つの区間に分けることができる。ゲート不純物濃度が 1.1E19/cm3までの区間では温度特性は急激に増加するが、1.1E19/cm3〜1.6E19/cm3の間ではほとんど変化せず、1.6E19/cm3より大きくなると、今度は緩やかに減少している。
【００１８】
これは、ゲート不純物濃度が1.1E19/cm3〜1.6E19/cm3の間以外ではゲート不純物濃度による温度特性の変化が非常に激しいため、プロセスによる変動の影響を受けやすく所望の温度特性を有するゲート材を作製することが難しいことを示している。
【００１９】
一方、ゲート不純物濃度が1.1E19/cm3〜1.6E19/cm3の間ではゲート不純物濃度による温度特性の変化はほとんどないため、若干のプロセスの変動があっても安定して所望の温度特性を有する基準電圧源回路を実現することができる。また、この区間で温度係数が最大値をとることもＶpnの負の温度特性をキャンセルする上で重要となる。
【００２０】
例えば、ゲート不純物濃度を、1.6E19/cm3とした場合、Ｖptatの温度係数は1.95E−4Ｖ/℃、Ｖpnの温度係数は−4.92E−4Ｖ/℃となり、Ｒ２/(Ｒ１＋Ｒ２)＝１/２.４７の比で加算することで、極めて温度係数の小さい(約５０ppm/℃)の良好な基準電圧Ｖrefが得られた。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、所望の温度特性を有する電界効果トランジスタを用いた基準電圧発生回路を実現することが可能となる。詳しくは、請求項１に記載の発明で、ゲート不純物濃度が1.1E19/cm3〜1.6E19/cm3の範囲内ではゲート不純物濃度による温度特性の変化がほとんどないため、プロセス変動に強い安定した所望の温度特性を有する基準電圧発生回路を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の１実施形態を示した基準電圧源回路の図
【図２】 ゲートの不純物濃度の変化に対するＶptatの温度特性図
【符号の説明】
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍ４、Ｍ５ 電界効果トランジスタ、Ｒ 抵抗
Claims (1)
- 導電型の極性が互いに異なるゲートを有する第１のペア電界効果トランジスタ回路と、同一の導電型で不純物の濃度が互いに異なるゲートを有する第２のペア電界効果トランジスタ回路と、第１及び第２のペア電界効果トランジスタのゲート電極の仕事関数差を任意の比で合成するための合成回路から構成される基準電圧源回路において、
第２のペア電界効果トランジスタにおける低不純物濃度トランジスタのゲート不純物濃度が、該低不純物濃度トランジスタの温度係数が最大値となる値を含むと共に他の範囲よりも安定した温度特性をなす、１．１Ｅ１９／ｃｍ３以上で１．６Ｅ１９／ｃｍ３以下であることを特徴とする基準電圧源回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002163258A JP4249945B2 (ja) | 2002-06-04 | 2002-06-04 | 電界効果トランジスタを用いた基準電圧源回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002163258A JP4249945B2 (ja) | 2002-06-04 | 2002-06-04 | 電界効果トランジスタを用いた基準電圧源回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004013330A JP2004013330A (ja) | 2004-01-15 |
| JP4249945B2 true JP4249945B2 (ja) | 2009-04-08 |
Family
ID=30431791
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002163258A Expired - Fee Related JP4249945B2 (ja) | 2002-06-04 | 2002-06-04 | 電界効果トランジスタを用いた基準電圧源回路 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4249945B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7911224B2 (en) | 1993-12-28 | 2011-03-22 | Hitachi, Ltd. | Signal transmitting device suited to fast signal transmission |
-
2002
- 2002-06-04 JP JP2002163258A patent/JP4249945B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7911224B2 (en) | 1993-12-28 | 2011-03-22 | Hitachi, Ltd. | Signal transmitting device suited to fast signal transmission |
| US8106677B2 (en) | 1993-12-28 | 2012-01-31 | Lg Electronics Inc. | Signal transmitting device suited to fast signal transmission |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2004013330A (ja) | 2004-01-15 |
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