DE2431523C3 - Halbleiter-Sprechweg-Schaltanordnung - Google Patents

Description

— das veränderliche Impedanzglied (26; 53) und der Steuergate-Anschluß (G) getrennt voneinander an das Halbleiterbauelement angeschlossen sind und

— der Steuergate-Anschluß (G) mit der dritten Halbleiterschicht (24; 43) verbunden ist

2. Halbleiter-Sprechweg-Sciialtanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das veränderliche Impedanzglied (26) eine Konstantstromdiode (28) aufweist (F i g. 4a).

3. Halbleüer-Sprechweg-Schaltanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das veränderliche Impedanzglied (26) ein Konstantstromglied (29-33) ist (F ig. 4b).

4. Halbleiter-Sprechweg-Schi ".tanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das veränderliche Impedanzglied (26) ein Schaltglied (34, 35) aufweist, das bei leitendem Halbleiterbauelement gesperrt und bei gesperrtem Halbleiterbauelement leitend ist (F i g. 4c).

5. Halbleiter-Sprechweg-Schaltanordnung nach einem der Ansprüche 1—4, gekennzeichnet durch eine Vorspannung (27), die über das veränderliche Impedanzglied (26) am Anschluß der Halbleiter-Schicht (22, 41) liegt, die die geringste Störstellenkonzentration aufweist und die die Durchbruchspannungdes Halbleiterbauelements bestimmt.

6. Halbleiter-Sprechweg-Schaltanordnung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das veränderliche Impedanzglied (26) ein kapazitives Bauelement (61), dessen Kapazität größer als die Übergangskapazität des Halbleiterbauelements ist, und mit diesem in Reihe ein Schaltglied (62) aufweist, das bei leitendem Halbleiterbauelement gesperrt und bei gesperrtem Halbleiterbauelement leitend ist (Fig. 7).

Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Sprechweg-Schaltanordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es wurde bereits versucht, eine Sprechweg-Schaltanordnung für eine Vermittlungsstelle auf Halbleitergrundlage anzugeben. Insbesondere wurde bisher eine pnpn-Diode oder ein pnpn-Schalter verwendet. Die pnpn-Diode oder der pnpn-Schalter können sich selbst so lange eingeschaltet halten, auch wenn sie ausgeschaltet wurden, bis eine zugeordnete äußere Spannungsquelle abgeschaltet wird. Deshalb ist ein derartiges Bauelement in einem Kanalschalter für eine automatische elektrische Vermittlungsstelle usw. einsetzbar, da es während des Gespräches den durchgeschalteten Zustand beibehält Die pnpn-Diode oder der pnpn-Schalter ist unter der Bezeichnung Thyristor odergesteuerter Halbleitergleichrichter bekannt Das Bauelenunt hat grundsätzlich Vierschicht-Aufbau mit drei pn-Obergängen und wird elektrisch als Komplementärschaltung aus einem npn-Transistor und einem pnp-Transistor betrachtet, bei der der Kollektor des npn-Transistors und die Basis des pnp-Transistors sowie die Basis des npn-Transistors und der Kollektor des pnp-Transistors verbundensind.

Bei einem derartigen Bauelement ist jedoch nachteilig, daß bei hohen Frequenzen ein kapazitives Obersprechen durch die Obergangskapazität auftritt, wodurch die Erweiterung des Frequenzbandes eingeschränkt ist

Im folgenden wird ein einen herkömmlichen pnpn-Schalter verwendender Sprechweg und der Aufbau des pnpn-Schalters erläutert
Die F i g. 1 zeigt ein Beispiel einer Sprechweg-Schaltanordnung mit einem herkömmlichen pnpn-Schalter, bei der ein Sprechweg-Schalter 1 eine Matrix aus mehreren pnpn-Schaltern ist Zur einfacheren Darstellung sind hier lediglich vier pnpn-Schalter 101,102,103 und 104 gezeigt Der pnpn-Schalter 101 ist mit einem Widerstand 4 versehen, der zwischen einem Gate 2 und einer Kathode 3 liegt um einen fehlerhaften Betrieb auf Grund des Geschwindigkeits- bzw. Rate-Effektes zu verhindern, und ein Gate-Steueranschluß 6 wird über eine Diode 5 mit dem Gate 2 verbunden, um einen Sperrstromfluß zu unterbrechen. Eine Anode 7 ist mit einer positiven Spannungsquelle 9 verbunden, während die Kathode 3 über einen Transformator 10, einen Widerstand 11 und einen Schalter IJ geerdet ist Der Transformator 10, der Widerstand 11 und der Schalter 12 können in einer Folge in einer e!ektronischen Schaltungsanordnung hergestellt sein. Wenn ein impulsförmiges Steuersignal in den Gate-Steueranschluß 6 der so aufgebauten Schaltung eingespeist wird, wird der pnpn-Schalter 101 gezündet, so daß ein Gleichstrom durch ihn fließen kann, bis der Schalter 12 ausgeschaltet ist Ein in den Transformator 8 eingespeistes Signal 13 wird dem durch den pnpn-Schalter 101 fließenden Gleichstrom überlagert und fließ; in der Richtung eines Pfeils l\ (durch eine Vollinie dargestellt), um eine Last 14 zu erreichen. Hier entspricht das Signal 13 dem Mikrofonstrom eines Fernsprechers, während die Last 14 einen Fernsprecherhörer darstellt. Das gleiche gilt auch für die pnpn-Schalter 102,103 und 104.

Es soll nun angenommen werden, daß ein anderer pnpn-Schalter 104 eingeschaltet ist, um einen anderen Sprechweg zu bilden, wenn der pnpn-Schalter 101 eingeschaltet ist, so daß ein Signal durch ihn übertragen wird. In diesem Fall streut die im Signal 13 enthaltene Information über die Übergangskapazitäten der pnpn-

6ö Schalter 102 und 103 im ausgeschalteten Zustand auf einen unerwünschten Kanal, wie dies durch einen Pfeil h in Strichlinien gezeigt ist. Diese Erscheinung wird als Übersprechen bezeichnet und stellt in einem niedrigen Frequenzbereich ein kleines Problem und in einem ho-

ö5 hen Frequenzbereich ein großes Problem dar.

Im folgenden wird Bezug auf die Fi g. 2 genommen, die Schnitte durch den Hauptteil eines herkömmlichen pnpn-Schalters und ein Ersatzschaltbild für das Über-

sprechen zeigt, wenn der Schalter ausgeschaltet ist

Die F i g. 2a zeigt einen Schnitt durch einen Hauptteil des pnpn-Schalters und dessen zugeordnete Schaltung, wenn der pnpn-Schaker integriert aufgebaut ist. Der pnpn-Schalter besteht aus einem Halbleiterkörper 21, einer η-leitenden Einkristall-Halbleiterschicht 22, die im Halbleitersubstrat isoliert angebracht ist, zwei p-leitenden Halbleiterschichten 23 und 24, die in der n-leitenden Einkristall-Halbisiterschicht eindiffundiert sind, and einer η-leitenden Halbleiterschicht 25, die in die p-leitende Halbleiterschicht 24 eindiffundiert ist Die Halbleiterschichten 22,23 und 24 biiden einen lateralen pnp-Transistor, während die Halbleiterschichten 22, 24 und 25 einen npn-Transistor bilden. Diese Transistoren sind komplementär geschaltet, um den pnpn-Schaker zu bilden. Die Halbleiterschicht 23 dient als Anode A, die Halbleiterschicht 25 als Kathode K und die Halbleiterschicht 24 als Gate, dessen Anschluß G über eine Diode 5 mit der Halbleiterschicht 24 verbunden ist Die HaIbleiterschichten 24 und 25 sind durch einen Widerstand 4 überbrückt, um einen fehlerhaften Betrieb auf Grund des Rate- oder Geschwindigkeitseffektes zu vermeiden. Der Widerstand 4 und die Diode 5 können integriert im übrigen Teil des Halbleiterkörpers 21 vorgesehen sein. Die Transformatoren 8 und 10 und andere in der F i g. 1 gezeigte Bauelemente sind so angeschlossen, wie dies dargestellt ist Die F i g. 2b zeigt einen Schnitt durch ein Beispiel eines pnpn-Schalters mit vertikalem Aufbau, der gewöhnlich als einzelnes Bauelement hergestellt wird und bei dem die pnpn-Schichten in vertikaler Richtung geschichtet sind. In der F i g. 2b sind sich entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in der F i g. 2a.

1 η den F i g. 2a und 2b, die einen pnpn-Schalter zeigen, bilden von der Anode A aus die erste Halbleiterschicht 23 und die zweite Halbleiterschicht 22 einen erster, pnübergang /ι, die zweite Halbleiterschicht 22 und die dritte Halbleiterschicht 24 einen zweiten pn-übergang h und die dritte Halbleiterschicht 24 und die vierte Halbleiterschicht 25 einen dritten pn-übergang /3. Ausgeschalteter Zustand des pnpn-Schalters bedeutet, daß kein Gleichstrom durch diesen fließt. Ein Ersatzschaltbild zwischen der Anode und der Kathode in einem derartigen Zustand ist in der F i g. 2c gezeigt. Wie aus der Figur hervorgeht wirken die drei in Reihe geschalteten Übergänge als elektrostatische Kondensatoren, um einen Leckfluß des Signals 13 zur Last 14 zu erlauben. Die dritte Übergangskapazität Ch ist jedoch durch den Widerstand 4 überbrückt und hat niedrige Impedanz. Folglich bestimmen die erste und die zweite Übergangskapazität CJ\ und Ch die Größe des Übersprechens. Die Üoergangskapazitäten CJ\ und Ch sind im wesentlichen festgelegt, wenn die Stromkapazität des pnpn-Schalters bestimmt ist, und deshalb stellen sie ein Hindernis bei der Verwendung des pnpn-Schalters bei hoher Frequenz dar. Aus diesem Grund wurde bereits versucht, den Gate-Steueranschluß des pnpn-Schalters über eine niedrige Impedanz zu erden, wenn er ausgeschaltet ist. Wenn jedoch ein Gate mit der Diode 5 vorgesehen ist, ist ein derartiger Versuch zur Verhinderung des Übersprechens nutzlos, da die Diode 5 ausgeschaltet ist. Selbst wenn keine Diode vorgesehen ist und der Widerstand 4 zwischen dem Gate und der Kathode zur Verhinderung eines fehlerhaften Betriebs auf Grund des Rate- oder Geschwindigkeitseffektes angeordnet ist, kann der Widerstand 4 doch als Nebenschluß zur Last 14 betrachtet werden, demgemäß ist in der Fig.) das Signal zur Kathoden-Gate-Strecke abgezweigt, was einen Signalverlust bedeutet

Eine Halbleiter-Sprechweg-Schaltanordnung, die aus pnpn-Transistoren, Widerständen, einem Transistor und einer Koppelpunkt-Schaltanordnung besteht, wobei der eine pnpn-Transistor zum Durchschalten des Sprechsignals verwendet wird, ist bekannt (vgl. DE-OS 17 62 886). Im Betrieb wird der andere pnpn-Transistor aus- bzw. eingeschaltet d.h. gesperrt bzw. durchgeschaltet, wenn der eine pnpn-Transistor ein- oder ausgeschaltet wird.

Diese Schaltanordnung wird zum Steuern der Schaltzustände des einen pnpn-Transistors verwendet wobei das Potential der zweiten Halbleiter-Schicht dieses pnpn-Transistors bei Schaltzustandsänderungen so invertiert oder umgekehrt wird, daß diese zweite Halbleiter-Schicht ein Potential einer solchen Polarität erhält daß während des Sperrzustands Stron/ in und während des Leitzustands aus dieser Halbleiter-Schicht fließen kann. Außerdem fließt stets Strom in die Widerstände, so daß großer Leistungsverbrauch ersteht und daher die Betriebssicherheit verschlechtert ist

Diese bekannte DE-OS 17 62 886 betrifft eine Koppelpunkt-Schaltanordnung für Vermittlungsstellen, bei der fehlerhaftes Ein- oder Durchschalten einer Vierschichtcder pnpn-Diode infolge von Parasitäreffekten vermieden wird, die Durchbruchspannung genau definiert ist und Temperatureinflüsse vernachlässigbar sind. Die Koppelpunkt-Schaltanordnung ist durch einen dritten Vierschicht- oder pnpn-Transistor, eine Diode und einen hochohmigen Widerstand gebildet, der mit der zweiten Halbleiter-Schicht des dritten pnpn-Transistors verbunden ist Die Z-Diode ist zwischen der ersten und der dritten Halbleiter-Schicht des dritten pnpn-Transistors angeschlossen. Der dritte pnpn-Transistor wird im Ausschaltzustand über den- hochohmigen Widerstand rückwärts vorgespannt und das Zünden (Durchschalten) des dritten pnpn-Transistors wird durch den Durchbruch der Diode erreicht Das heißt, der hochohinige Widerstand entspricht dem Widerstand 4 gemäß den Fig. 2a bis 2c und wirkt so, daß ein fehlerhafter Betrieb infolge des Rate-Effekts vermieden wird.

jedoch ist keine Maßnahme zum Vermeiden von Übersprechen vorgesehen.
Aus der DE-AS 12 93 214 ist ein elektronischer Koppelkontakt mit bistabilem Verhalten für das Durchschalten von Leitungen in Fernmelde-, insbesondere Fernsprechvermittlungsanlagen bekannt bei dem eine veränderliche Impedanzschaltung zur Unterdrückung des Übersprechens verwendet wird. Diese veränderliche Impedanzschaltung ist mit einem Steuergate-Anschluß verbunden. Beim Umsteuern des Koppelkontaktes tritt über einen Widerstand in der Steuerschaltung ein erhöhter ^ncrgieverlust auf. Der dadurch auftretende erhöhte Energieverbrauch vermindert dabei die Steuerempfindlichkeit des Koppelkontakts.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei HaIbleiter-Sprechweg-Schaltanordnungen, die zur Verringerung des Übersprechens veränderliche Impedanzglieder aufweisen, den Energieverbrauch für die Steuerung über den Steuergate-Anschluß gering zu halten und die Steuerempfindlichkeit zu erhöhen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichens des Anspruchs 1 gelöst.
Der Verbindungspunkt zwischen der ersten und der

zweiten Übergangskapazität, die das Übersprechen in der pnpn-Schaltanordnung bewirken, wird durch das erfindungsgemäße veränderliche Impedanzglied geerdet, wodurch im Sperrzustand der pnpn-Schaltanordnung

ein Durchtritt eines Signals durch die Schaltanordnung dadurch vermieden wird, daß über das veränderliche Impedanzglied, das dann niedrige Impedanz aufweist, der größte Teil des von den Übergangskapazitäten kommenden Signals im Bypass geführt wird, während dagegen im Leitzustand der pnpn-Schaltancrdnung eine Führung des Signals im Bypass zum veränderlichen Impedanzglied, d. h. ein Signalverlust, verhindert ist, da das veränderliche Impedanzglied dann hohe Impedanz aufweist.

Bei der erfindungsgemäßen Halbleiter-Sprechweg-Schaltanordnung wird dadurch das Übersprechen durch die Übergangskapazitäten wesentlich verringert, weshalb das verfügbare Frequenzband breit ist.

Da außerdem das veränderliche Impedanzglied mit derjenigen Halbleiter-Schicht verbunden ist, die die geringst:: Störstellenkonzentration aufweist und die die Durchbruchspannung des Halbleiterbauelements, d. h. der pnpn-Schaltanordnung, bestimmt, wirkt das veränderliche Impedanzglied nicht zur Steuerung des Schaltbetriebs der pnpn-Schaltanordnung. Das Potential des veränderlichen Impedanzgliedes hat nämlich sowohl bei leitender als auch bei sperrender pnpn-Schaltanordnung die gleiche Polarität Dadurch können die Steuereinrichtung und das veränderliche Impedanzglied getrennt oder unabhängig voneinander ausgebildet werden, wodurch die Gesamtschaltung einfach wird.

Außerdem wurden hochohmige Widerstände (wie gemäß der DE-OS 17 62 886) eine vergleichsweise große Fläche auf einem Halbleiter-Chip benötigen, wodurch der Ausnutzungsgrad verringert und eine Integrationsgrenze für Halbleiterschaltungen erreicht wird. Bei der Erfindung werden dagegen keine hochohmigen Widerstände benötigt und es werden hohe und niedrige Impedanzen wechselstrommäßig umgeschaltet, wodurch die Gesamtschaltung einfach wird, was wiederum eine Integration der Schaltung sehr vereinfacht.

Die Erfindung verbessert auch die Gate-Empfindlichkeit bei einem pnpn-Schalter mit einem Steuergate. Das Halbleiterbauelement mit Vierschicht-Aufbau mit einem Steuergate wird im folgenden als pnpn-Schalter bezeichnet, während ohne Steuergate das Halbleiterbauelement pnpn-Diode genannt wird.

Die Erfindung wird an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

F i g. 3a und 3b ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Halbleiter-Sprechweg-Schaltanordnung und das zugehörige Ersatzschaltbild für das Übersprechverhalten,

F i g. 4a, 4b und 4c Schaltbilder verschiedener Ausführungsbeispiele eines veränderlichen Impedanzgliedes, das bei der Erfindung verwendet wird,

Fig.5 eine Schaltanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig.6 eine Schaltanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel und

F i g. 7 ein Schaltbild eines weiteren Beispiels des bei der Erfindung verwendeten veränderlichen Impedanzgliedes.

Die F i g. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Halbleiter-Sprechweg-Schaltanordnung, in ähnlicher Weise dargestellt wie die F i g. 2. Wie aus der F i g. 3a hervorgeht ist die erfindungsgemäöe Halbleiter-Sprechweg-Schaitanordnung so aufgebaut, daß ein Anschluß an der zweiten Halbleiterschicht 22 vorgesehen ist und eine Vorspannung 27 am Anschluß über ein veränderliches Impedanzgiied 26 anliegt das hochohmig ist, wenn der pnpn-Schalter eingeschaltet ist, und das niederohmig ist, wenn der pnpn-Schalter ausgeschaltet ist Das veränderliche Impedanzglied 26 muß ausreichend niederohmig sein, um das Übersprechen zu verhindern, wenn der pnpn-Schalter ausgeschaltet ist. Wenn andererseits der pnpn-Schalter eingeschaltet ist, muß das veränderliche Impedanzglied ausreichend hochohmig sein, um einen kleinen Stromfluß zu erlauben, damit das Signal nicht zum veränderlichen Impedanzglied 26 abzweigt, weshalb die selbsthaltende Eigenschaft des pnpn-Schalters durch den Gleichstrom nicht zerstört wird, der aus der Vorspannungsquelle 27 fließt. Einige Schaltungen sind als Beispiele, die eine derartige Anforderung erfüllen, in der Fig.4 gezeigt. Die Fig.4a ist ein Beispiel, das eine Konstantstromdiode 28 verwendet, die den Junction-Feldeffekt benutzt. Die F i g. 4b ist ein Beispiel, bei dem ein Konstantstromglied aus einem pnp-Transistor 29, einer Z-Diode 30 und Widerständen 31 und 32, und gegebenenfalls aus einem Überbrückungskondensator 33 besteht, um eine niedrige Impedanz zu erhalten. Wie aus der Fig.3a hervorgeht, fließt während des ausgeschalteten Zustandes des pnpn-Schalters kein Gleichstrom durch das veränderliche Impedanzglied 26, da die zweite Halbleiterschicht 22 η-leitend ist. In diesem Zustand ist das Konstantstromglied noch niederohmig, so daß der Konstantstrom durch das veränderliche Impedanzglied 26 fließt, wenn der pnpn-Schalter eingeschaltet ist, mit dem Ergebnis, daß das veränderliche Impedanzglied 26 automatisch hochohmig ist Demgemäß kann die gewünschte Eigenschaft erhalten werden, indem lediglich der pnpn-Schalter gesteuert wird. In der Fig.4c ist ein Schaltglied dargestellt, das noch weitere Vorteile im Betrieb aufweist Das heißt, das Schaltglied schaltet aus dem hochohmigen Zustand in einen niederohmigen Zustand und umgekehrt Das in der Fig.4c gezeigte Schaitgiied, das einen Transistor 34 aufweist, ist an dessen Basisanschluß 35 gesteuert Das Schaltglied wird gesperrt wenn der pnpn-Schalter eingeschaltet ist, und leitfähig, wenn der pnpn-Schalter ausgeschaltet ist Es ist möglich, andere veränderliche Impedanzglieder 26 anzugeben, die für die Erfindung geeignet sind, indem ein Feldeffekttransistor od. dgl. verwendet wird.

Beim ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die zweite Halbleiterschicht 22 über das veränderliche Impedanzglied 26 geerdet, so daß der Verbindungspunkt der oben erwähnten Übergangskapazitäten CJ\ und CJ₂ geerdet ist Wenn der pnpn-Schalter gesperrt ist, ist das veränderliche Impedanzglied aus diesem Grund niederohmig, so daß der größte Teil des Signals 13, das au' ier ersten Übergangskapazität CJ\ streut, zum veränderlichen Impedanzgiied 26 abzweigt Als Ergebnis ist das zur Last 14 gelangende Signal 13 wesentlich verringert Dies ist ein erster Vorteil der Erfindung.

Im folgenden wird der Grund dafür erläutert, warum die positive Vorspannung 27 an der zweiten Halbleiterschicht 22 über das Impedanzgiied 26 fließt Wenn die Halbleiterschicht 22 lediglich über das Impedanzglied 26 geerdet ist, spannt die Spannung der Quelle 9, die an der Anode A liegt, den ersten Übergang in Durchlaßrichtung vor, mit dem Ergebnis, daß der Strom in umgekehrter Richtung in das Impedanzglied 26 fließt Wenn das Impedanzglied 26 auch eine Konstantstromkennlinie für die Sperrflußrichtung des Stromes besitzt, wird das impedanzgiied 26 durch den Strom in ein hochohmiges Impedanzglisd geändert, wodurch der gewünschte Effekt nicht mehr erzielt wird. Da weiterhin selbst bei einem pnpn-Schalter, der ausgeschaltet werden soll, der

Strom durch den ersten Übergang fließt, ist es leicht möglich, daß der Strom den pnpn-Schalter so ansteuert, daß dieser fehlerhaft eingeschaltet ist. Wenn die Diode zur Veränderung des Stromflusses in Sperrichtung vorgesehen ist, wird die Verwendung des Impedanzgliedes 26 bedeutungslos, wodurch das Übersprechen nicht mehr verhindert wird. Als Folge hiervon wird der Sperrstrom Η,! it eis der Vorspannung 27 unterbrochen. Der Wert der Vorspannung 27 ist so gewählt, daß er mindestens gleich der Spannung der Quelle 9 ist. Es sei darauf hingewiesen, daß ein zweiter Vorteil vorliegt, wenn die Vorspannung 27 auf einen Wert eingestellt ist, der größer als die Spannung der Quelle 9 ist. Das bedeutet in diesem Fall, daß der erste Übergang des pnpn-Schalters einer Sperrvorspannung und gleichzeitig der zweite Übergang ebenfalls einer größeren Sperrvorspannung unterworfen ist. Wenn eine Sperrvorspannung Van einem Übergang liegt, dann nimmt dessen Übergangskapazität umgekehrt proportional zu V'^u oder V^ui ab. Auf diese Weise bewirkt die Anlegung der Vorspannung 27 eine Verringerung des Übersprechens und reduziert zusammen mit dem Impedanzglied 26 das Übersprechen weiter.

Der dritte Vorteil der Erfindung liegt in einer Verbesserung der Stabilität gegenüber einem fehlerhaften Betrieb aufgrund des Rate- oder Geschwindigkeitseffektes. Der Rate- oder Geschwindigkeitseffekt ist als eine Erscheinung bekannt, bei der bei Anlegung einer Stufenspannung, d. h. einer Spannung mit kurzer Anstiegszeit, an die Anode des pnpn-Schalters, der ausgeschaltet ist, der Schalter oft fehlerhaft arbeitet und einschaltet. Bei dem erfindungsgemäßen pnpn-Schalter tritt der fehlerhafte Betrieb kaum auf, da die Spannung des zweiten Bereiches höher gehalten wird als die Spannung der Anode. Folglich kann der Widerstandswert des Widerstandes 4 hoch eingestellt werden, wodurch die Steuererripfindlichkeii des pnpn-Schaiicrs verbessert wird. Da sich diese Erscheinung nicht direkt auf die Erweiterung des Frequenzbandes bezieht, wird hierauf nicht näher eingegangen, jedoch sei darauf hingewiesen, daß diese Erscheinung zu einer Verbesserung der Steuerempfindlichkeit beiträgt Dies ist der dritte Vorteil der Erfindung.

Bei dem in der F i g. 3 gezeigten Ausführungsbeispiel hat die zweite Halbleiterschicht 22, die als Substratbereich für die Herstellung des pnpn-Schalters dient, die niedrigste Störstellenkonzentration unter den Halbleiterschichten des pnpn-Schalters, und bestimmt im wesentlichen die Durchbruchspannung des pnpn-Schalters. Der erste und der zweite Übergang können eine ausreichend hohe Durchbruchspannung mit nahezu dem gleichen Pegel besitzen, wodurch die Verwirklichung der Erfindung ermöglicht wird. Es sei angenommen, daß bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 der Widerstand 4 nicht verwendet wird, in diesem Fall kann eine ähnliche Wirkung bei Wechselstrombetrieb erzielt werden, wenn das veränderliche Impedanzglied 26 mit der dritten Halbleiterschicht 24 mit einer Vorspannung 27 verbunden ist, deren Polarität umgekehrt ist wobei jedoch eine Gleichstromschaltung einer Schwierigkeit begegnet da bei dem Ausführungsbeispiel der Fig.3 die Durchbruchspannung der dritten Halbleiterschicht niedrig ist, d. h. wenige Volt besitzt Wenn auch die Anwendung der Erfindung auf einen pnpn-Schalter mit vertikalem Aufbau, wie dieser in der F i g. 2a gezeigt ist, nicht näher beschrieben wird, so ist doch aus der obigen Beschreibung offensichtlich, daß die Erfindung auch bei einem DnDn-Schalter mit einem derartigen Aufbau in ähnlicher Weise anwendbar ist.

Ein zweites Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Fig.5 gezeigt. Beim ersten Ausführungsbeispiel (F i g. 3) ist der pnpn-Schalter im η-leitenden Halbleiterbereich als einem Substratbereich hergestellt. Bei diesem zweiten Ausfuhrungsbeispiel ist jedoch der pnpn-Schalter in einem p-leitenden Halbleiterbereich 41 als Substrat hergestellt, wobei zwei η-leitende Diffusionsbereiche 42 und 43 und weiterhin ein p-leitender Diffu- sionsbereich 44 vorgesehen sind. Das heißt, beim Ausführungsbeispiel der F i g. 5 sind die Leitfähigkeitstypen der Halbleiter in den jeweiligen Bereichen gegenüber der F i g. 3 ausgetauscht. Der Unterschied zwischen der F i g. 5 und der F i g. 3 liegt darin, daß die Polarität der Spannung und die Richtung des Stromflusses umgekehrt sind. Bei Numerierung der Halbleiterschichten in Richtung des Stromflusses, wie dies auch bei dem in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel erfolgt ist, ist das veränderliche impedanzgiied 26 wiederum mit der zweiten Halbleiterschicht verbunden. Die Arbeitsweise des in der F i g. 5 gezeigten Schalters ergibt sich einfach aus der Beschreibung der F i g. 3.

Die F i g. 6 zeigt ein drittes Ausführungsbeispiel der Erfindung. Die Ausführungsbeispiele der Fig. 3 und 5 sind Fälle von pnpn-Schaltern, die an eine unabgeglichene Übertragungsschaltung angeschlossen sind. Die F i g. 6 zeigt jedoch ein Beispiel einer Schaltung, bei der die Erfindung auf eine Schalteinrichtung angewendet wird, die in einer abgeglichenen Übertragungsschaltung vorgesehen ist. Bei den vorherigen beiden Ausführungsbeispielen ist der Weg der Übersprechschaltung mittels des veränderlichen Impedanzgliedes geerdet, während bei diesem dritten Ausführungsbeispiel zwei Leitungen kurzgeschlossen sind. In der Fig.6 sind zwei pnpn-Schalter 51 und 52 mit einem veränderlichen Impedanzglied 53 versehen, um die pnpn-Schalter miteinander an ihren Substratbersichsn zu verbinden, während eine Vorspannung 55 über eine Spule oder Induktivität 54 an den pnpn-Schaltern liegt. Transformatoren 56 und 57

sind für die abgeglichene Übertragungsschaltung vorgesehen. Die Spannungsquelie 9 und übrige sich entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen. Die Funktion und Arbeitsweise dieses Ausführungsbeispiels ergeben sich einfach aus denen der Fig.3. Ein anderes veränderliches Impedanzglied (in der F i g. 7 dargestellt) kann an Stelle der Kombinationen aus den veränderlichen Impedanzgliedern 26 oder 53 und der Vorspannungen 27 oder 55 verwendet werden. Das veränderliche Impedanzglied der F i g. 7 besteh! aus einem Kondensator 61, dessen Kapazität größer ist als die Übergangskapazität, und aus einem Schahglied 62, das mit dem Kondensator 61 in Reihe geschaltet ist, das im eingeschalteten Zustand des pnpn-Schalters gesperrt und in dessen ausgeschaltetem Zustand leitfähig ist

Aus der obigen Beschreibung geht hervor, daß die Erfindung eine Schaltanordnung vorsieht, die über einen weiten Frequenzbereich betrieben werden kann, mit dem Ziel einer beträchtlichen Verbesserung des Übersprechproblems bei der ausgeschalteten Schaltanordnung durch Anordnen des veränderlichen Impedanzgliedes in der Sprechweg-Schaltanordnung, in der pnpn-Schalter verwendet werden, wobei jeder pnpn-Schalter einen Vierschicht-Aufbau besitzt. Obwohl sich die obige Beschreibung auf den Fall eines pnpn-Schalters bezieht, so ist die Erfindung auch auf eine pnpn-Diode ohne Gate-Steueranschluß anwendbar, und daß in

ΰ 9 10

'^ einem derartigen Fall ähnliche Wirkungen erhalten

ΐ werden können. Demgemäß soll darauf hingewiesen

h werden, daß die Erfindung auf jedes Halbleiterbauele-

$ ment anwendbar ist, wenn dieses unabhängig vom Vor-

^ liegen des Steueranschlusses einen Vierschicht-Aufbau 5

■·,' mit drei pn-Übergängen besitzt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

15

20

25

%: 30

35

40

45

50

55

60

65

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Halbleiter-Sprechweg-Schaltcnordnung mit einem Halbleiterbauelement mit drei pn-Übergänge aufweisendem pnpn-Vierschichtaufbau mit

einer ersten, zweiten, dritten und vierten Halbleiterschicht (23; 42, 22; 41, 24; 43, 25; 44). wobei die zweite Halbleiterschicht (22; 4ί) die geringste Störstellenkonzentration besitzt,
Anschlüssen an jeder Halbleiterschicht und
einem veränderlichen Impedanzglied (26; 53), das bei durchgeschaltetem Halbleiterbauelement hohe Impedanz und bei gesperrtem Halbleiterbauelement niedrige Impedanz besitzt und mit der zweiten Halbleiterschicht (22; 41) verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, daß