Интегральная схема генератора стабильного тока

 

ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА,_ГЕНЕР4г_ТОРА СТАБИЛЬНОГО-ТОКА, содержащая горизонтальные р-п-р транзисторы и начальный источник смещения на полевом тетроде, отличающаяся тем, что, с целью повышения степени интеграции, выходного сопротивления и температурной стабильности, область коллектора горизонтального р-п-р транзистора является также областью истока полевого тетрода, а. область базы горизонтального р-п-р транзистора является также областью нижнего затвора полевого тетрода, причем упомянутые горизонтальные р-п-р транзистор, полевой тетрод и начальньй ис_трчник_смещения' вьшолнены в одной общей изолированной области п-типа проводимости.<€t 2(ЛО5-vj00ооС5

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„SU„, 673686 (51) 4 Н 01 L 27/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ff (f3 /4 (21) 2516157/18-25 (22) 05.08.77 (46) 15.08.87. Бюл. ¹ 30 (72) Ф.Ф.-P.Ëàóïìàà и Р.В.Тийкмаа (53) 6?1.382 (088.8) (56) "А740 7ET I nput .Орегайаопа1

Amplifier" Pairchaild Linear 1976, р.р ° 12-81 (каталог инофирмы Фаирчайлд) .

"Монолитный интегральный операционный усилитель 8007" Фирмы "Tntersil", "Электроника", пер с англ., 1972, № 23, стр. 40-45. (54)(57) ИНТЕГРАЛЬНАЯ СХЕМА ГЕНЕРАТОРА СТАБИЛЬНОГО ТОКА, содержащая горизонтальные р-и-р транзисторы и начальный источник смещения на полевом тетроде, отличающаяся тем, что, с целью повышения степени интеграции, выходного сопротивления и температурной стабильности, область коллектора горизонтального р-и-р транзистора является также областью истока полевого тетрода, а область базы горизонтального р-и-р транзистора является также областью нижнего затвора полевого тетрода, причем упомянутые горизонтальные р-и-р транзистор, полевой тетрод и начальный источник смещения выполнены в одной общей изолированной области п-типа проводимости.

73086 г изменении напряжения эмиттер-коллектор.

Целью изобретения является повышение степени интеграции, выходного

5 сопротивления и температурной стабильности.

Цель изобретения достигается за счет того, что область коллектора горизонтального р-и-р транзистора является также областью истока полевого тетрода, а область базы горизонтального р-и-р транзистора является также областью нижнего затвоИзобретение относится к области

" йик1 оэлектроники, в частности к монолитным полупроводниковым интегральным схемам.

Известна монолитная интегральная схема операционного усилителя с полевыми транзисторами на входе, содержащая генератор тока, где генератор стабильного тока выполнен на латеральных р-и-р транзисторах с эмиттерными резисторами отрицательной обратной связи для повышения .выходного сопротивления.

Недостатками указанного генератора стабильного тока является то, что начальный источник смещения, выполненный на резисторе с сопротивлением

39 к Ом имеет зависимость от напряжения питания и разный температурный дрейф относительно входных полевых транзисторов, причем компоненты генератора тока выполнены в минимально восьми изолированных областях.

Известна также интегральная схема генератора стабильного тока, используемого в усилителе типа 8007 иноформы Intersil в которой генератор стабильного тока содержит горизонтальные р-и-р транзисторы и начальный источник смещения на полевом тетроде.

Недостатком известной схемы является то, что компоненты генераторов тока и начального источника смещения. выполнены в более десяти изолированных областях и занимают значительную площадь кристалла (примерно 40Х площади) . Это частично объясняется ис=пользованиеМ низковольтйых йолевых тетродов, требующих схемы защиты, а при построении многоканального усилителя данного типа количество необходимых изолированных областей пропорционально увеличивается. Кроме того, отношение тока начального источника и тока входного каскада регулируется отношением ширины канала начального источника смещения и выходных полевых тетродов. Это неэкономно с точки зрения использования площади кристалла, так как для увеличения максимального тока стока полевого тетрода пропорционально увеличивают площадь занимаемую полевым тетродом. В динамическом режиме изменение токов каскадов ь происходит за счет изменения коэффициента передачи усиления латерального р-и-р транзистора при значительном ра полевого тетрода, причем упомянутые горизонтальный р-и-р транзистор, полевой тетрод и начальный источник смещения выполнены в одной общей изолированной области полупроводника п-òèïà прoBодимости.

На чертеже представлена интегральная схема генератора стабильного тока, где изображены: изолирующая п-îáëàñòü 1 (карман); р5 р(р+) — истоковая область 2 полевого тетрада и коллекторная область р-и-р латерального транзистора;

n+ область 3 верхнего затвора полевого тетрода; область 4 р-канала, пассивная часть; р (р+) стоковая область 5 полевого тетрода; и+ область 6 контакта;

35 р (р+) эмиттерная область 7 р-и-р латерального транзистора;

n+ скрытый слой 8 при изоляции компонентов диэлектриком;

n+ кольцо при изоляции компонен40 тбВ переходом полупроводниковый элемент 9, по1 левой тетрод — латеральный одноили многоэмиттерный транзистор; дорожка металлизации 10;

45 дорожки металлизации 11, 12, 13, 14, 1б, 17, 18, 19 полупроводниковых элементов; цорожка металлизации 15 начального источника к отрицательной шине

5О напряжения питания.

На фиг.2 представлен полупроводниковый элемент генератора стабильного тока, где изображены. изолирующий окисел 20, n+ подконтактная область 21 к базе латерального транзистора (нижний затвор полевого тетрода); изолирующий окисел "карман" 22; и+ скрытый слой 8;

673086 4

15

25

55 монокристалл полупроводника и-типа, база латерального транзистора 23 ;

n+ верхний затвор полевого тетрода 3; р — канал полевого тетрода 24; р+(р) сток полевого тетрода 5; р+(р) исток полевого тетрода и коллектор латерального транзистора 2, р+(р) эмиттер 7 р-и-р латерального транзистора; подложка 25.

Пример. Конструктивно интегральная схема генератора стабильного тока выполняется в виде, монолитной полупроводниковой схемы на кремнии, например, в операционном усилителе с изоляцией компонентов р-и перехо-, дом или окислов. Генератор стабильного тока для многоканального или одноканального усилителя выполняется в одной изолированной области. На фиг.1 приведено решение генератора стабильного тока для четырехканального усилителя. Генератор состоит из девяти полупроводниковых элементов (см. фиг.2), каждый из которых выполняет функции полевых тетродов и одно- или многоэмиттерных р-и-р латеральных транзисторов. Полевые структуры ИС выбраны для температурной согласованности усилителей, имеющих полевые тетроды на входе, Полевые тетродные структуры во входном каскаде операционных усилителей обеспечивают умень шение входного тока до пяти раз по сравнению с полевыми триодными структурами из-за отсутствия составляющей части обратного тока нижнего затвора, так как площадь нижнего затвора больше площади верхнего затвора. Кольцевые структуры полевых тетродов имеют меньшую площадь, чем гребенчатые структуры на единицу Idss — максимального тока стока. Верхний затвор полевого тетрода начального источника смещения (см. фиг.1) шире (канал длиннее), чем у полевых тетродов полупроводниковых элементов. При малых размерах полупроводникового элемента (200х350 мкм) реализуются отношения максимальных токов стоков полевыхтетродов 1:10,хотя практическибольше,чем

1:3 не требуется. Для повышения функциональности и плотности коллекторная область р-и-р латерального транзистора и р+ область контакта истока полевого тетрода одного полупроводникового элемента совмещаются, а области базы латерального транзистора и нижнего затвора полевого транзистора выполнены как одно целое. В генераторе стабильного тока все р-п-р латеральные транзисторы работают при малом напряжении коллектор — эмиттер, равном 0,7-1 В. Близкое значение напряжений коллектор — эмиттер р-и-р латеральных транзисторов и его низкое значение допускает формирование транзисторов с большим коэффициентом усиления и низким пробивным напряжением коллектор — эмиттер, при этом повышается точность повторения требуемых токов, сохраняя их в динамическом режиме усилителя.

При большом входном сигнале усилителя напряжение стока полупроводниковых элементов меняется в больших пределах, но ток стока сохраняет стабильность благодаря глубокой последовательной отрицательной обратной связи по току, создаваемой р-и-р латеральными транзисторами.

Интегральная схема генератора стабильного тока усилителя с полевыми транзисторами на входе создает несколько преимуществ для усилителя: создание полупроводниковых элементов, выполняющих функции полевых тетродов и латеральных транзисторов, повышает надежность ИС за счет уменьшения количества контактов металл-полупроводник и упрощения конфигурации слоев, экономит площадь кристалла на 20-307, повышает выходное сопротивление указанных полупроводниковых элемеитов генератора стабильного тока за счет каскадного включения р-.п-р латеральных транзисторов и полевых тетродов, улучшает коэффициент подавления источника питания и синфазного сигнала усилителя; в многоканальных усилителях уменьшается влияние между каналами. Кроме того, повышается температурная стабильность интегральной схемы, а использование одно- или многоэмиттерных латеральных транзисторов повышает гибкость интегральной схемы, т.е. многовариантность ее токов. В то же время универсальные полупроводниковые элементы, на которых построена интегральная схема, дают возможность упростить изготовление, в частности, шаблонов. На основе интегральной схемы создаются одно- или многоканальные усилители. Интегральную

5 673086 6 схему генератора стабй2Жйого тока входе реализуют в операционном усиусйли«тейя с полевыми транзисторами на лителе или в компараторе.

Z4ZZ y Zr Zy иг. Г

Составитель В.Персиц

Техред И.Попович

Редактор П.Горькова

Корректор Л.Патай

«Й й

Заказ 3612/2 Тираж 698 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4