Полупроводниковый прибор со встроенной защитой в цепях управления и нагрузки

Изобретение относится к области электроники, полупроводниковой техники, а именно к полупроводниковым приборам с отрицательной дифференциальной проводимостью и со встроенной защитой от пробоя. Сущность изобретения: в полупроводниковом приборе со встроенной защитой от скачков тока и напряжения в цепях управления и нагрузки, содержащем первый трехэлектродный полупроводниковый прибор с отрицательной дифференциальной проводимостью, имеющий управляющий электрод, и второй полупроводниковый прибор с отрицательной дифференциальной проводимостью, для достижения защиты от скачков тока и напряжения в цепях управления и нагрузки, второй полупроводниковый прибор с отрицательной дифференциальной проводимостью включен последовательно в цепь управляющего электрода первого полупроводникового прибора с отрицательной дифференциальной проводимостью. Техническим результатом изобретения является повышение надежности работы полупроводниковых управляемых током приборов, в том числе с отрицательной дифференциальной проводимостью. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Изобретение относится к области электроники, полупроводниковой техники, а именно к полупроводниковым приборам с отрицательной дифференциальной проводимостью и с встроенной защитой от пробоя.

Уровень техники

Известны приборы с отрицательной проводимостью на базе комбинации различных биполярных и полевых транзисторов [IEEE. Transactions on Circuits and Systems, 1985, №1, p.46-61]. Известны полупроводниковые структуры двуэлектродных и трехэлектродных приборов на базе интегрированных в одном объеме полупроводника биполярных и полевых транзисторов [Зарубежная электронная техника, 10 (244), Москва, 1981]. Применение этих приборов ограничивается переключающей и генераторной техникой.

Известны интегральные полупроводниковые приборы, состоящие из реализованных в одном объеме полупроводникового материала двух комплиментарных полевых транзисторов, истоки которых соединены, затвор первого полевого транзистора соединен со стоком второго полевого транзистора, а затвор второго соединен со стоком первого [пат. США №4064525, 1977 г.], применяемые для создания переключающих приборов ячеек памяти и для создания генераторов.

Известны способы последовательной или параллельной комбинации двух и более устройств с отрицательной дифференциальной проводимостью и отрицательным сопротивлением для создания элементов памяти и логических элементов [Electronics letters, April 2006, Vol.42, №9; IEEE, 2006, p. 1325-1328]. Известны многоустойчивые полупроводниковые приборы, содержащие два комплиментарных полевых транзистора, затвор первого из которых соединен со стоком второго полевого транзистора и с одним из внешних выводов прибора, а затвор второго полевого транзистора соединен со стоком первого полевого транзистора и со вторым внешним выводом прибора, в цепи истоков полевых транзисторов включен один или несколько приборов с отрицательным дифференциальным сопротивлением (например, тиристор) или с отрицательной дифференциальной проводимостью (например, туннельный диод). Целью такой комбинации приборов является увеличение разнообразия получаемых вольтамперных характеристик и увеличение количества участков с отрицательным дифференциальным сопротивлением [А.С. СССР №748811, 1980 г.].

Однако данные комбинации приборов с отрицательным дифференциальным сопротивлением не решают задачи защиты приборов от скачков токов и напряжений в цепях управления и нагрузки, а также повышения надежности полупроводниковых приборов.

Известны интегральные транзисторы со встроенной защитой от перенапряжения [пат. 2175461, Рос. Федерация, Опубл. 1998], в котором последовательно в цепь базы монолитно включается полевой транзистор, затвор которого подключен к коллектору, либо омически, либо через обратно-смещенный стабилитрон, сток этого транзистора монолитно совмещен с активной областью базы. Управление напряжением, при котором начинается падение тока, вследствие перекрытия канала производится стабилитроном, выполненным в виде отдельного элемента или в виде обособленной области кристалла. В данном случае защита осуществляется только в цепи коллектора (нагрузки) биполярного транзистора. Недостатком такого прибора является отсутствие защиты прибора от скачков тока и напряжения во входной (базовой) цепи и наличие отдельного элемента - стабилитрона в периферийной области кристалла.

Для преодоления указанных недостатков и решения задачи создания полупроводникового прибора со встроенной защитой в цепях управления и нагрузки предлагается данное изобретение.

Технический результат: повышение надежности работы полупроводниковых управляемых током приборов, в том числе с отрицательной дифференциальной проводимостью.

Технический результат достигается за счет комбинации двух приборов с отрицательной дифференциальной проводимостью, при этом для достижения защиты от скачков тока и напряжения в цепь управляющего электрода первого трехэлектродного полупроводникового прибора с отрицательной дифференциальной проводимостью включен последовательно второй полупроводниковый прибор с отрицательной дифференциальной проводимостью. При этом второй полупроводниковый прибор с отрицательной дифференциальной проводимостью может выполняться неуправляемым двухэлектродным или управляемым трехэлектродным. Такой комбинированный прибор имеет передаточные и выходные N-образные вольт-амперные характеристики.

Раскрытие изобретения:

Особенностью приборов с отрицательной дифференциальной проводимостью является наличие на выходной вольт-амперной характеристике падающего участка тока при возрастающем напряжении питания. Это обстоятельство предполагает использование приборов с отрицательной дифференциальной проводимостью в качестве элементов защиты компонентов и узлов электронной техники от скачков тока и напряжения. При изменении выходного тока выше максимального прибор с отрицательной дифференциальной проводимостью переходит в выключенное состояние, в котором при малом токе на приборе падает практически все напряжение источника питания, тем самым отключая нагрузку.

Однако скачки напряжения и тока могут происходить и в цепях управления.

Предлагаемый полупроводниковый прибор со встроенной защитой в цепях управления и нагрузки реализован на базе комбинации приборов с отрицательной проводимостью. В цепь управляющего электрода первого трехэлектродного полупроводникового прибора с отрицательной дифференциальной проводимостью (фиг.1) включен последовательно второй полупроводниковый прибор с отрицательной дифференциальной проводимостью. При этом второй полупроводниковый прибор с отрицательной дифференциальной проводимостью может выполняться неуправляемым двухэлектродным (фиг.1а) или управляемым трехэлектродным (фиг.1б).

Управление первым трехэлектродным полупроводниковым прибором с отрицательной дифференциальной проводимостью происходит посредством модуляции тока вторым двухэлектродным или управляемым трехэлектродным прибором с вольт-амперной характеристикой, содержащей участок отрицательной дифференциальной проводимости. При этом реализуются передаточные и выходные вольт-амперные характеристики, содержащие участки отрицательной дифференциальной проводимости.

Прибор работает следующим образом:

При увеличении напряжения на входе такого комбинированного прибора его управляющий ток будет возрастать до момента, когда ток второго двухэлектродного или трехэлектродного полупроводникового прибора с отрицательной дифференциальной проводимостью достигнет максимального значения. Далее с ростом напряжения второго полупроводникового прибора с отрицательной дифференциальной проводимостью происходит снижение тока, протекающего через него, а следовательно, и тока управления первого трехэлектродного полупроводникового прибора. Тем самым происходит ограничение тока управления и возникновение участка отрицательной проводимости на передаточной вольт-амперной характеристике комбинированного прибора. При этом выходная вольт-амперная характеристика первого трехэлектродного прибора также имеет участок отрицательной дифференциальной проводимости.

Вариант полупроводникового прибора со встроенной защитой в цепях управления и нагрузки может быть реализован на базе комбинации двухэлектродного λ-диода и схемы трехэлектродного прибора с отрицательной дифференциальной проводимостью с шунтированием база-эмиттерного перехода основного транзистора вторым биполярным транзистором того же типа (фиг.2).

Цепь положительной обратной связи в первом трехэлектродном приборе с отрицательной дифференциальной проводимостью образована шунтирующим транзистором Т3, коллектор-эмиттерная цепь которого управляет величиной тока база - эмиттер основного транзистора Т4. При малых значениях коллекторного напряжения основного транзистора Т4 его эмиттерный переход закрыт и ток утечки базы минимален. При дальнейшем увеличении напряжения коллектор - эмиттер эмиттерный переход шунтирующего транзистора Т3 открывается, и прибор из режима отсечки переходит в активный режим работы, уменьшая, таким образом, ток базы основного транзистора Т4 и, следовательно, ток коллектора, что приводит к возникновению падающего участка тока при возрастающем напряжении на выходной характеристике.

При увеличении напряжения на входе такого комбинированного прибора его управляющий ток будет возрастать до момента, когда ток второго двухэлектродного прибора с отрицательной дифференциальной проводимостью - λ-диода достигнет максимального значения. Далее с ростом напряжения на λ-диоде происходит снижение тока, протекающего через него, а в данном случае и тока управления первого трехэлектродного прибора с отрицательной дифференциальной проводимостью (фиг.2). Тем самым происходит ограничение тока управления и возникновение участка отрицательной проводимости на передаточной вольт-амперной характеристике комбинированного прибора. При этом схема имеет передаточные и выходные N-образные вольт-амперные характеристики.

Для подтверждения работоспособности схемы прибора (фиг.2) проведены экспериментальные исследования, результаты которых представлены в виде поверхности на фиг.3. Сечение этой поверхности плоскостью (IK, UКЭ) при фиксированном напряжении UБЭ дает выходную вольт-амперную характеристику, а сечение плоскостью (IK,UБЭ) - передаточную. В ходе эксперимента в качестве полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом использовались транзисторы КП103 и КП302, в качестве биполярных - КТ3102.

Также возможна реализация предлагаемого полупроводникового прибора со встроенной защитой в цепях управления и нагрузки и дополнительным электродом. В качестве первого прибора с отрицательной дифференциальной проводимостью можно использовать схему с шунтированием база-эмитерного перехода основного транзистора вторым биполярным транзистором того же типа (фиг.4), а в качестве второго - схему λ-диода с дополнительным полевым транзистором с управляющим p-n-переходом. Тогда при использовании дополнительного электрода можно управлять значением тока максимума второго прибора, т.е. величиной ограничения скачков тока в цепи управляющего электрода первого полупроводникового прибора с отрицательной дифференциальной проводимостью, и тем самым расширить функциональные возможности предлагаемого полупроводникового прибора со встроенной защитой в цепях управления и нагрузки. На фиг.5 приведены зависимости выходного тока при фиксированном напряжении на коллекторе прибора (UКЭ=0,4 В) и при изменении напряжения на первой и второй базе. При увеличении напряжения на второй (дополнительной) базе ток коллектора также возрастает.

Предлагаемый полупроводниковый прибор со встроенной защитой в цепях управления и нагрузки может найти применение в устройствах электроники, полупроводниковой преобразовательной техники, мехатроники, микросистемной техники, бортовой электроники, микропроцессорных системах, а также системах телекоммуникаций.

Источники информации

1. Chua L.O., Yu J., Yu Y. Bipolar-JFET-MOSFET Negative Resistance Devices // IEEE. Transactions on Circuits and Systems, 1985, №1, P.46-61.

2. Галузо В.Е., Матсон Э.А., Мельничук В.В. Зарубежная электронная техника, 10 (244), Москва, 1981.

3. Пат. США №4064525, 1977 г.

4. K.-J.Gan, Y.-H.Chen, C.-S.Tsai and L.-X.Su, Four-valued memory circuit using three-peak MOS-NDR devices and circuits // ELECTRONICS LETTERS, April 2006, Vol.42, №9.

5. Dong-Shong Liang, Cheng-Chi Tai, Design of AND and NAND Logic Gate Using NDR-BASED Circuit Suitable for CMOS Process // IEEE, 2006, p. 1325-1328.

6. A.C. №748811, 1980 г.

7. Пат. РФ №2175461, опубл. 1998.

1. Полупроводниковый прибор со встроенной защитой от скачков тока и напряжения в цепях управления и нагрузки, содержащий первый трехэлектродный полупроводниковый прибор с отрицательной дифференциальной проводимостью, имеющий управляющий электрод, и второй полупроводниковый прибор с отрицательной дифференциальной проводимостью, отличающийся тем, что для достижения защиты от скачков тока и напряжения в цепях управления и нагрузки второй полупроводниковый прибор с отрицательной дифференциальной проводимостью включен последовательно в цепь управляющего электрода первого полупроводникового прибора с отрицательной дифференциальной проводимостью.

2. Полупроводниковый прибор со встроенной защитой от скачков тока и напряжения в цепях управления и нагрузки по п.1, отличающийся тем, что второй полупроводниковый прибор с отрицательной дифференциальной проводимостью выполнен неуправляемым двухэлектродным.

3. Полупроводниковый прибор со встроенной защитой от скачков тока и напряжения в цепях управления и нагрузки по п.1, отличающийся тем, что второй полупроводниковый прибор с отрицательной дифференциальной проводимостью выполнен управляемым трехэлектродным.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области микро- и наноэлектроники и может быть использовано в качестве резистора, конденсатора, диода, транзистора и др., которые могут быть объединены в матричную систему (аналог интегральной схемы).

Изобретение относится к электротехнике, в частности предназначено для защиты электронных компонентов, в которых значительная часть не закрыта корпусом. .

Изобретение относится к электрически адресуемой энергонезависимой постоянной памяти. .

Изобретение относится к электрически адресуемой энергонезависимой постоянной памяти. .

Изобретение относится к электронной технике, а более точно касается мощной гибридной интегральной схемы, и может быть использовано при конструировании мощных гибридных интегральных схем и корпусов мощных полупроводниковых приборов.

Свч-модуль // 2158044

Изобретение относится к электронной технике, а именно к монолитным интегральным схемам СВЧ, и может быть использовано в твердотельных модулях СВЧ различного функционального назначения

Изобретение относится к области микроэлектроники, а именно к изделиям электронной техники, например микросхемам, содержащим конфиденциальные сведения, записанные в области памяти, которые необходимо защитить от незаконного считывания

Изобретение относится к СВЧ интегральным схемам с pin-диодами и предназначено для использования в качестве защитных схем в устройствах, содержащих малошумящие усилители

Изобретение относится к электронному устройству, включающему в себя компоненты, которые изготавливаются интегрально на одной и той же подложке. Электронное устройство данного изобретения содержит электронную схему, сформированную как единое целое с подложкой, первую токопроводящую дорожку, соединенную с соединительной клеммой, которая может электрически подключаться к внешнему устройству, предоставляемому независимо от электронной схемы, вторую токопроводящую дорожку, через которую осуществляется вывод выходного сигнала, и коммутационную секцию, с помощью которой первая токопроводящая дорожка и вторая токопроводящая дорожка переключаются между электрически замкнутым состоянием и электрически разомкнутым состоянием. Изобретение обеспечивает возможность даже в том случае, когда жидкокристаллический дисплей имеет монолитную структуру, исследовать форму выходных сигналов схем управления. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к полупроводниковым устройствам. Полупроводниковое устройство содержит схему, включающую в себя множество тонкопленочных транзисторов и по меньшей мере один диод, при этом множество тонкопленочных транзисторов имеют одинаковый тип проводимости. Когда тип проводимости множества тонкопленочных транзисторов является N-типом, электрод катодной стороны диода присоединяется к линии, присоединенной к затвору выбранного одного из множества тонкопленочных транзисторов, а когда тип проводимости множества тонкопленочных транзисторов является P-типом, электрод анодной стороны диода присоединяется к линии, присоединенной к затвору выбранного одного из множества тонкопленочных транзисторов. Устройство содержит и другой диод, не сформированный на линии, скомпонованный так, что направление протекания тока через него было противоположно по меньшей мере одному диоду. Схема включает сдвиговый регистр, включающий множество каскадов. Каждый из множества каскадов включает в себя первый транзистор для выдачи выходного сигнала и множество вторых транзисторов, чья область истока или область стока электрически присоединена к электроду затвора первого транзистора. Изобретение позволяет исключить повреждение тонкопленочных транзисторов от электростатического разряда в схеме с уменьшенным размером. 7 з.п. ф-лы, 36 ил., 1 табл.

Изобретение относится к монолитным интегральным схемам, работающим в миллиметровом диапазоне длин волн, и предназначено для использования в телекоммуникационных и радиолокационных системах. Изобретение позволяет исключить изменение параметров монолитной схемы, содержащей копланарные линии передач на входе и выходе, при монтаже и упростить сам процесс монтажа кристалла. Отличительной особенностью монолитной интегральной схемы миллиметрового диапазона длин волн, выполненной на полуизолирующей подложке и содержащей копланарные линии передачи для ввода и вывода энергии, является то, что металлизация копланарных линий выведена за пределы кристалла. При монтаже монолитной интегральной схемы выступающую за пределы кристалла металлизацию накладывают на металлизацию копланарных линий передач и производят их соединение. При этом на входе и выходе схемы реализуются максимально согласованные переходы с одной линии на другую. Данная конструкция позволяет производить измерение СВЧ-параметров созданных монолитных схем, на пластине еще до разделения на кристаллы, причем результаты измерений будут соответствовать данным для смонтированного в устройство кристалла. 2 ил.

Изобретение относится к полупроводниковой промышленности, в частности к интегральным микросхемам, и может быть использовано преимущественно для защиты от воздействия разрядов статического электричества выводов и шин питания кристаллов комплементарных МОП микросхем, изготовленных на кремниевых пластинах n-типа проводимости, в частности на пластинах КЭФ-4,5. Устройство защиты от разрядов статического электричества выводов питания комплементарных МОП (металл-окисел-полупроводник) интегральных схем на кремниевых пластинах с проводимостью n-типа содержит вывод контактной площадки (1) отрицательного питания (-Еп), подключенный к электродам внутренней схемы (10), катоду первого диода (7) и аноду второго диода (9), катод которого подключен к выводу контактной площадки (2) земли (▼) или положительного питания, который соединен с электродами внутренней схемы (10), при этом согласно изобретению устройство содержит МОП-транзистор (5), электрод подложки которого, сформированный «Р-карманом», подключен к аноду первого диода (7), затвор МОП-транзистора (5), являющийся верхней обкладкой емкости конденсатора (3) к шине земли и выводу контактной площадки (2), подключен через высокоомный резистор (8) к аноду первого диода (7), первый сток-истоковый электрод МОП-транзистора (5) через низкоомный резистор (4) подключен к выводу контактной площадки (2), второй исток-стоковый электрод МОП-транзистора (5) через низкоомный резистор (6) подключен к выводу контактной площадки (1) и электродам внутренней схемы (10). Технический результат изобретения заключается в том, чтобы исключить возникновение большой разности потенциалов (более 15 вольт) между шинами источников питания и земли и обеспечить быстрое пропускание тока (более 2 ампер) без повреждения подзатворного диэлектрика охранного шунтирующего транзистора при воздействии разряда статического электричества до 3500 вольт, при этом цепи протекания тока должны обладать минимально возможным сопротивлением. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области электроники, полупроводниковой техники, а именно к полупроводниковым приборам с отрицательной дифференциальной проводимостью и со встроенной защитой от пробоя

Наверх