DE2413142A1 - Elektrischer schaltstromkreis - Google Patents
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Description
Priorität: 12. Oktober 1973, Japan, Nr. 113929
Die Erfindung bezieht sich auf einen elektrischen Schaltstromkreis
und betrifft in erster Linie einen integrierten MIS-Inverterschaltkreis.
Inverterschaltungen des integrierten MIS-Typs verwenden gewöhnlich
auch als Lastwiderstand einen MISFET; derartige Schaltungen v/erden je nach der Verbindungsweise des Gate-Anschlusses
in zwei Typen klassifiziert, die in Fig. 1A und 1B dargestellt sind. In der Schaltung nach Fig. 1A wird der Last-MISFET
TL im Sättigungsbereich betrieben, in dem der Drain-Strom nicht von der Drain-Spannung abhängt, während in der
Schaltung nach Fig. 1B der Last-MISFET in einem nicht gesättigten
Bereich betrieben wird, in dem der Drain-Strom von der Drain-Spannung abhängt.
Der Hub der Ausgangsspannung eines Inverters soll vorzugsweise
groß sein, und in dieser Hinsicht ist von den beiden Schaltungen die nach Fig. 1B vorteilhafter. Ih der Schaltung
nach Fig. 1A ist insbesondere VDD = VGG, und der Ausgangspegel der inverterschaltung wird zu VOL = VDD - VTHL, wenn der steuernde
MISFET TD nicht-leitend, ist, während bei der Inverterschaltung nach Fig. 1B der Ausgangspegel zu VOL = VDD wird, indem die
Gate-Spannung des Last-TYIISFETs TL größer gemacht wird als die
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Drain-Spannung (VGG > VDD + VTHL).
Die Inverterschaltung nach Fig. 1B hat jedoch den Nachteil,
daß sie zwei Spannungsquellen benötigt, da die Gate-Spannung VGG des Last-MISFETs TL größer sein muß als seine Drain-Spannung.
Der Erfindung liegt die generelle Aufgabe zugrunde, Nachteile, wie sie bei Schaltungen dieser Art nach dem Stand der Technik
auftreten, zu beseitigen oder mindestens abzumildern. In Anbetracht des oben geschilderten Standes der Technik kann die
Aufgabe der Erfindung darin gesehen werden, einen Schaltstromkreis zu schaffen, der den Hub der Ausgangs spannung
eines Inverters ohne die Verwendung zweier Spannungsquellen verbessert.
Der erfindungsgemäße Schaltungsstromkreis umfaßt dazu einen
steuernden MIS-Feldeffekttransistor und einen Last-MIS-Feldeffekttransistor,
dessen Gate-Elektrode an kein elektrisches Potential angeschlossen und so aufgeladen ist, daß sie eine
Gate-Spannung erzeugt, die größer ist als die Versorgungsspannung des Last-MISFETs,
Die Erfindung wird in der nachstehenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung näher erläutert.
In der Zeichnung zeigen
Fig. 1A und 1B, auf die oben Bezug genommen wurde, Inver-■
schaltungen nach dem Stand der Technik;
Fig. 2A ein schematisches Schaltbild zur Erläuterung des grundsätzlichen Aufbaus eines erfindungsgemäßen
Schaltstromkreises;
Fig. 2B einen Vertikalschnitt durch ein Halbleitersubstrat, in dem die' grundsätzliche Schaltung ausgebildet ist;
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Fig. 3 ein Schaltbild eines konkreten Ausführungsbeispiels für einen erfindungsgemäßen Schaltstromkreis.
Gemäß Fig. 2A und 2B ist die Gate-Elektrode 1 eines Last-MISFETs TL1 elektrisch "gefloatet", d.h. an kein elektrisches
Potential angeschlossen; die Gate-Elektrode 1. ist mit einer vorbestimmten Ladungsmenge aufgeladen, die eine Gate-Spannung
VGG erzeugt, die größer ist als eine Versorgungsspannung VDD
gemäß der Ungleichung: VGG > VDD + VTHL. Wie in Fig. 2B gezeigt, ist die Gate-Elektrode 1 an der Oberfläche eines Si-Substrats
mit einem SiOp-Isolationsfilm 1a bedeckt, so daß die Ladungen, mit denen die aus polykristallinem Silicium bestehende Gate-Elektrode
1 aufgeladen worden ist, semipermanent mit einer Halbwertszeit von etwa 100 Jahren festgehalten werden.
In dem konkreten Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 sind zwei grundsätzliche Inverterschaltungen gemäß Fig. 2 in Kaskade
geschaltet, wobei die Drain-Elektroden der jeweiligen Last-MISFETs TL1 und TL2 gemeinsam an eine Versorgungsspannung
VDD angeschlossen sind, während die an kein Potential geklemmten Gate-Elektroden der Last-MISFETs TL1 und TL2 gemeinsam
mit der Gate-Elektrode eines einprägenden MISFET TR verbunden sind.
Die Gate-Elektrode des einprägenden MISFETs TR ist ebenso wie die Gate-Elektroden der Last-MISFETs TL1 und TL2 potentialfrei
angeordnet; daher lassen sich die Ladungen, die die Gate-Spannung VGG erzeugen, die größer ist als die Versorgungsspannung VDD, derart injizieren und in die Gate-Elektroden
laden, daß an die Drain-Elektrode des Feldeffekts-Transistors
TR eine Spannung V1 angelegt wird, die größer ist als die Versorgungsspannung VDD, um an dem Gate-Isolatlonsfilm des
Transistors TR einen Lawinendurchbruch herbeizuführen. Somit
kann durch Laden der Gate-Elektrode des MISFETs TR die Gate-
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Spannung der potentialfreien Gate-Elektroden der mit dem
Transistor TR verbundenen LaSt-MISBi)Ts TL1 und TL2 größer
gemacht werden als die Spannung VDD.
Um die vorbestimmten Ladungen auf die potentialfreie Gate-Elektrode
des Last-MISFETs zu laden, kann beispielsweise auch ein Verfahren angewandt werden, bei dem die Gate-Elektrode
selektiv einer Ionenbestrahlung unterworfen wird. In diesem Fall ist jedoch eine Abdeckmaske für die selektive
lonenbestrahlung erforderlich; in dieser Hinsicht ist das Ausführungsbeispiel nach Fig. 3f das bei den Last-MISFETs
und bei den steuernden MISFETs mit Elementen gleich MIS-Aufbaus arbeitet, leicht herzustellen und ergibt einen
hohen Ausstoß bei Massenfertigung.
Außer der oben beschriebenen Inverterschaltung läßt sich die vorliegende Erfindung bei NAND-Gattern, NOR-Gattern und
ähnlichen logischen Schaltungen in umfangreichem Maße anwenden.
Wie oben dargelegt, wird bei dem erfindungsgemäßen Schaltstromkreis
mit mindestens einem steuernden MIS-Transistor und einem Last-MIS-Transistor die Gate-Elektrode des Last-Transistors
potentialfrei gehalten und mit einer vorbestimmten Ladungsmenge aufgeladen, die eine Spannung erzeugt, die größer ist
als die Drain-Versorgungsspannung des Lasttransistors, so
daß sich eine Spannungsquelle zur Versorgung der Gate-Elektrode
des Last-Transistors erübrigt und die Schwingung der Ausgangsspannung des Schaltstromkreises trotz der einzigen
Spannungsquelle groß gemacht werden kann. Da es bei dem erfindungsgemäßen Schaltstromkreis im Vergleich zum Stand der
Technik lediglich erforderlich ist, die Gate-Elektrode des Last-MIS-Transistors potentialfrei anzuordnen, läßt sich
der erfindungsgemäße Stromkreis ferner mit einfachem Aufbau
als integrierte Halbleiterschaltung ausführen.
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Claims (2)
1. Schaltstromkreis mit mindestens einem steuernden MIS-Transistor und einem Last-MIS-Transistor, dadurch
gekennzeichnet f daß die Gate-Elektrode (1)
des Last-MIS-Transistors (TL) potentialfrei und mit einer vorbestimmten Ladungsmenge derart aufgeladen ist, daß sie
eine Spannung aufweist, die größer ist als die Versorgungsspannung (VDD) des Last-MIS-Transistors.
2. Schaltstromkreis nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Gate-Elektrode (1) des
Last-MIS-Transistors (TL) an die Gate-Elektrode eines einprägenden MIS-Transistors (TR) angeschlossen ist und daß die
vorbestimmte Ladungsmenge durch Lawinen-Injizierung über
einen Gate-Isolationsfilm (1a) des einprägenden MIS-Transistors geladen wird.
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Leerseite
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