Интегральная схема генератора стабильного тока Советский патент 1987 года по МПК H01L27/04 

1 Изобретение относится к области ййкрбЭлектроникй, в частности к монолитным полупроводниковым интеграл ьнь1М схемам. Известна монолитная интегральная схема операционного усилителя с полевьми транзисторами на входе, содержащая генератор тока, где генератор стабильного тдка выполнен на латеральных р-п-р транзисторах с эмиттерными резисторами отрицательной обратной связи для повьшения .выходного сопротивления. Недостатками указанного генератоpa стабильного тока является то, что начальньй источник смещения, вьшолненньй на резисторе с сопротивлением 39 к Ом имеет зависимость от напряжения питания и разньй 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-п-р транзисторы и начальньй источник смещения на полевом тетроде Недостатком известной схемы является то, что компоненты генераторов тока и начального источника смещения вьшолнены в более десяти изолированных областях и занимают значительную площадь кристалла (примерно 40% площади) . Это частично объясняется )ШйиШ низковольтныхполевых тетродов, требующих схемы защиты, а при построении Многоканального усили теля 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 полевы тетродов. Это неэкономно с точки зре ния использования площади кристалла, так как для увеличения максимального тока стока полевого тetpода пропорционально увеличивают площадь занимаемую полевым тетродом. В динамичес ком режиме изменение токов каскадов происходит за счет изменения коэффициента передачи усиления латерального р-п-р транзистора при значительно 6 изменении напряжения эмиттер-коллектор. . Целью изобретения являетсд повышение степени интеграции, выходного сопротивления и температурной стабильности. Цель изобретения достигается за счет того, что 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 горизонтальньй р-п-р транзистор, полевой тетрод и начальньй источник смещения выполнены в одной общей изолированной области полупроводника п-типа проводимости. На чертеже представлена интегральная схема г енератора стабильного тока, где изображены: изолирующая п-область 1 (карман); р() - истоковая область 2 полевого тетрода и коллекторная область р-п-р латерального транзистора; п область 3 верхнего затвора полевого тетрода; область 4 р-канала, пассивная часть; р (р) стоковая область 5 полевого тетрода; п область 6 контакта; р () эмиттерная область 7 р-п-р латерального транзистора; п скрытьй слой 8 при изоляции компонентов диэлектриком; п кольцо при изоляции компонентйв переходом; полупроводниковьй элемент 9, полевой тетрод - латеральньй одноили многоэмиттерньй транзистор; дорожка металлизации 10; дорожки металлизации 11, 12, 13, 14, 16, 17, 18, 19 полупроводниковых элементов; дорожка металлизации 15 начального источника к отрицательной шине напряжения питания. На фиг.2 представлен полупроводниковый элемент генератора стабильного тока, где изображены: изолирующий О1 :исел 20, п+ подконтактная область 21 к базе латерального транзистора (нижний затвор полевого тетрода); изолирующий окисел карман 22; п+ скрытьй слой 8; монокристалл полупроводника п-типа, база латерального транзистора 23 п верхний затвор полевого тетрода 3; р - канал полевого тетрода 24; ) сток полевого тетрода 5; р+(р) исток полевого тетрода и коллектор латерального транзистора 2 р(р) эмиттер 7 р-п-р латеральног 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-п перехо-, дом или окислов. Генератор стабильно го тока для многоканального или одноканального усилителя выполняется в одной изолированной области. На фиг. приведено решение генератора стабильного тока для четьфехканального усилителя. Генератор состоит из девяти полупроводниковых элементов (см. фиг.2), каждый из которых вьшолняет функции полевых тетродов и одно- или многоэмиттерных р-п-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 ( мкм) реализуются отношения максимальных токов стоков полевых тетродов 1:10, хотя практически больше, чем 1:3 не требуется. ,Цля повьш1ения функциональности и плотности коллекторная область р-п-р латерального транзисто- ра 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-п-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-п-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, повьшхает надежность ИС за счет уменьшения количества контактов металл-полупроводник и упрощения конфигурации слоев, экономит площадь кристалла на 20-30%, повьшхает выходное сопротивление указанных полупроводниковых элементов генератора стабильного тока за счет каскадного включения р-п-р латеральных транзисторов и полевых тетродов, улучшает коэффициент подавления источника питания fe 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 cxei генератора стабЙЙ№да тШ а гсйлйТёЛя с полёвьми транзисторами 6730866 входе реализуют в. операционном усина лит еле или в компараторе.

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

8

3 5

27 25

Раг.2