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DE2505573C3 - Halbleiterschaltungsanordnung mit zwei Isolierschicht-Feldeffekttransistoren - Google Patents

Halbleiterschaltungsanordnung mit zwei Isolierschicht-Feldeffekttransistoren

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DE2505573C3
DE2505573C3 DE2505573A DE2505573A DE2505573C3 DE 2505573 C3 DE2505573 C3 DE 2505573C3 DE 2505573 A DE2505573 A DE 2505573A DE 2505573 A DE2505573 A DE 2505573A DE 2505573 C3 DE2505573 C3 DE 2505573C3
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diodes
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Otto Heinrich North Caldwell N.J. Schade (V.St.A.)
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Description

Die Erfindung betrifft eine Halbleiterschaltungsanordnung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Eine solche Schaltungsanordnung wird in der DE-PS 20 15 815 beschrieben.
Insbesondere Isolierschicht-Feldeffekttransistoren erleiden eine bleibende Schädigung, wenn die an der Isolierschicht des Bauelementes anliegende Spannung das Durchbruchspotential der Isolatorschicht übersteigt Man hat beobachtet, daß die Übertragungscharakteristika von Isolierschicht-Feldeffekttransistoren sich häufig sogar dann verändern, wenn die Spannungsbeanspruchtung zwischen Gate- und Sourcezone beträchtlich unter der Durchbruchspannung für die Isolierschicht liegt. Ein solches Verhalten ist jedoch unerwünscht, insbesondere in linearen Schaltungen, wie Differenzverstärkern, wo die den eigentlichen Differenzverstärker bildenden Transistoren einander gut angepaßt sein müssen. Es werden daher Schutzschaltungen benötigt, welche verhindern, daß einen vorbestimmten Wert überschreitende Potentialunterschiede an der Isolatorschicht oder zwischen bestimmten Elektroden von Isolierschicht-Feldeffekttransistoren angelegt werden.
Es ist bekannt (DE-OS 20 15 815), für Isolierschicht-Feldeffekttransistoren, die in einem integrierten HaIbleiterplättcheu ausgebildet sind, einen Überspannungsschutz zwischen Source und Gate der Transistoren mittels jeweils einer über die Source-Gate-Strecke geschalteten Halbleiterdiode vorzusehen. In ähnlicher Weise ist es aus der US-PS 34 34 068 bekannt, statt einer einzigen Diode zwei antiparallel geschaltete Dioden zwischen Gate und Drain eines Transistors zu schalten, bzw. zwei derartige zweigliedrige Diodenketten zwischen Gate und Drain zu schalten, wenn eine höhere maximale Spannung zwischen diesen Elektroden zulässig ist. Nachteilig ist bei dieser Anordnung, daß für jede zu schützende Elektrodenstrecke eigene Schutzdioden vorgesehen werden müssen, so daß entsprechend viel Flüche auf dem integrierten Schaltungsplättchen benötigt wird und kritische Schaltungspunkte zusätzlich kapazitiv belastet werden.
Aufgabe
Der im Anspruch 1 angegebenen Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Zahl der zum Schutz von Isolierschicht-Feldeffekttransistoren einer integrierten Schaltung genötigten Dioden zu verringern, so daß der dadurch bedingte Platzbedarf auf dem Schaltungsplättchen und die kapazitive Belastung verringert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 1.
Vorteile
Der Rrfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß bei Verwendung von gegeneinander geschalteten Dioden zum Schutz von einer. Differenzverstärker bildenden Transistoren einige der Dioden in den Schutzschaltun-
gen zu einer vereinfachten Schutzschaltung mit geringerer Bauelementezahl und niedrigerer Kapazität zusammengefaßt werden können. Während in dem obenerwähnten bekannten Fall der US-PS 34 34 068 zum Schutz lediglich der Gate-Drain-Strecke eines der in der bekannten Schaltung verwendeten Transistoren zwei Dioden verwendet werden, zum Schutz der Gate-Drain-Strecke eines weiteren Transistors dagegen sogar vier Dioden, für die Gate-Drain-Strecke dieser beiden Transistoren also zusammen sechs Dioden, wobei trotz dieses Aufwandes kein Schutz gegen Überspannungen zwischen den beiden Gateelektroden dieser Transistoren gegeben ist benötigt die Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 1 lediglich drei Dioden, um nicht nur die Gate-Drain-Strecken beider Transistoren zu schützen, sondern um auch die zwischen den beiden Gateelektroden der Transistoren auftretende Spannung zu begrenzen.
Darstellung der Erfindung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der F i g. 1 bis 3 erläutert. Es zeigt
F i g. 1 eine Schaltung zur Veranschaulichung der durch die Erfindung gelösten Probleme,
F i g. 2 einen Teilquerschnitt durch eine in integrierter Form ausgebildete Ausführungsform der Erfindung und F i g. 3 das zur F i g, 2 gehörige Schaltbild.
In F i g. 1 ist ein Differenzverstärker mit den MIS-FETs Ti und T2 dargestellt, der durch drei gleiche Schutzschaltungen gegenüber Überspannungen geschützt ist. Jede Schaltung enthält zwei gegeneinander geschaltete Dioden DlO und D 20 mit einem gemeinsamen Bereich, dem eine parasitäre Leckstrecke zugeführt ist. Die Leckstrecke umfaßt eine in Durchlaßrichtung gespannte Diode Dp 20, eine in Sperrichtung gespannte Leckdiode Dp 10 mit einer niedrigen Sperrimpedanz. Die parasitäre Leckstrecke bildet sich gleichzeitig mit der Ausbildung einer einzigen Schutzdiode im Material der meisten integrierten Schaltungen aus, welche sich für die Herstellung von Isolierschicht-Feldeffekttransistoreii für lineare Schaltungsanwendungen eignen. Zwei gegeneinander geschaltete Dioden werden in jeder Schutzschaltung benutzt, um die Leckstrecke von den zu schützenden Elektroden oder Schaltungspunkten zu isolieren.
Die Differenzverstärkerschaltung angeordnete Transistoren Tl und 72 sind gemeinsam mit ihren Source-Elektoden an ein Ende eines Widerstandes Rs angeschlossen, dessen anderen Ende an einer Spannung + V liegt. Zwischen Gate- und Source-Elektrode des Transistors Ti liegt eine Schaltung 1, zwischen Gate- und Source-Elektrode T2 liegt eine Schaltung 2, und zwischen den Gates der beiden Transistoren Ti und 7"2 liegt eine Schaltung 3..
Es sei angenommen, daß die Dioden DlO und D 20 identisch sind und eine Sperrdurchbruchsspannung von Vb sowie einen Durchlaßspannungsabfall von Vbe Volt haben. Die Schaltungen 1 und 2 verhindern, daß die Spannung zwischen den Gates und den Sourve-Elektroden der Transistoren 71 bzw. 72 größer als | Vb+ Vbe\ ι Volt werden. Die Spannung 3 begrenzt die maximale Spannung zwischen den Gates der Transistoren Π und 72 auf \Vb + Vbe\ Volt. Bei Fehlen der Schaltung 3 könnte die Spannung zwischen den Gates auf 2 mal I Vit+ Vßt\ Volt ansteigen. ,
Problematisch bei der Einführung dieser Schutzschaltungen ist es, daß zwei Dioden an die Gates der Transistoren 71 und 72 angeschlossen werden.
Dadurch wird an den Gates zusätzliche Kapazität wirksam. Auch ist mit den Dioden eine bestimmte Leckwirkung verbunden, selbst wenn die Diodenschaltungen speziell daraufhin entworfen sind, den Leckstrom zu begrenzen. Weiterhin vergrößern die Diodenschaltungen die Anzahl der Bauelemente und benötigen Platz und Oberfläche des Schaltungsplättchens.
Die Anmelderin hat nun festgestellt daß die von der Schaltung 3 ausgeübten Funktion auch von einer Kombination der Schaltungen 1 und 2 übernommen werden kann, wenn man eine Verbindung zwischen den gemeinsamen Bereichen (Anoden) der Dioden D10 und D 20 in den Schaltungen 1 und 2 herstellt Die Anmelderin hat ferner festgestellt daß die Dioden D 20 in den Schaltungen 1 und 2 dann parallel liegen würden und daß dann eine dieser beiden Dioden entfallen kann.
Bei einer solchen Schaltung wird ein Schutz für einen Differenzverstärker mit weniger Komponenten erreicht, wobei ferner die Schaltung mit geringerer Kapazität und niedrigerem Leckstrom belastet wird.
Die in Fig.2 dargstellte Schaltung ist in einen p-leitenden Substrat ausgebildet, auf dem eine n-leitende epitaktische Schicht 11 gebildet ist. In die epitaktische Schicht sind stark dotierte p-leitende Zonen 15 hineindiffundiert, welche die Teile 11a und 116 der η-leitenden Schicht gegeneinander isolieren.
Durch Diffusion von p-leitenden Zonen 14s und 14c/ mit gegenseitigem Abstand in den Teil 11a der η-leitenden Schicht wird ein Isolierschicht-Feldeffekttransistor 14 gebildet. Über den Zwischenraum zwischen den Zonen 14s und 14c/ befindet sich eine (kreuzschraffierte) Oxidschicht, auf der eine Gate-Elektrode i4g ausgebildet ist. Durch Diffusion p-leitender Zonen 16s und 16d mit gegenseitigem Abstand in den Teil 11a wird ein Isolierschicht-Feldeffekttransistor 16 gebildet. Über dem Zwischenraum zwischen den Zonen 16s und 16c/ befindet sich eine (kreuzschraffierte) Oxidschicht, auf der eine Gate-Elektrode 16# ausgebildet ist. Die Zonen 14s und 16a sollen die Source-Zonen der Transistoren 14 bzw. 16 sein, die am Schaltungspunkt 17 miteinander verbunden sind. Natürlich können die Source-Zonen der Transistoren 14 und 16 auch durch eine einzige p-Zone gebildet werden. Benachbart der Zone 16s ist eine stark dotierte η-leitende Zone 16N diffundiert, und ein elektrischer Kontakt 18, welcher den beiden Zonen 16s und 16Λ/ gemeinsam ist, schließt die Verbindung des Substrates 11a mit den Source-Zonen 14sund 16s.
Die Schutzschaltung für die Transistoren 14 und 16 enthält eine in die Zone 116 eindiffunierte p-leitende Zone 20. Zu den Zonen 116 und 20 brauchen keine metallischen Verbindungen hergestellt zu werden. Die p-leitende Zone 20 kann gleichzeitig mit der die Source- und Drain-Zonen der Transistoren 14 und 16 bildenden p-Zonen ausgebildet werden und sich in die gleiche Tiefe erstrecken.
Drei stark dotierte η-leitende Bereiche 22, 24 und 26 sind in den Bereich 20 zur Bildung der Dioden D1, D 2 und D 3 eindiffundiert. Zwischen den Bereichen 22 und dem Gate 16g· des Transistors 16 sowie zwischen dem Bereich 24 und den Source Elektroden der Transistoren 14 und 16 sowie zwischen dem Bereich 26 und dem Gate 14^des Transistors 14 werden Metallverbindungen oder andere niederohmige Verbindungen hergestellt. Die Bereiche 22, 24 und 26 dienen als Kathoden der Dioden Dl, D2 bzw. D3, und der Bereich 20 dient als Anode für diese drei Dioden.
Zwischen dem Bereich 20 und dem Träger 10 sind
parasitäre Dioden vorhanden. Die Bereiche 10 und Wb bilden einen pn-Übergang Dpi, bei dem der Bereich 10 als Anode und der Bereich üb als Kathode der Diode wirkt. Die Bereiche 116 und 20 bilden einen pn-übergang Dp2. wobei der Bereich 11 i> als Kathode und der Bereich 20 als Anode dieser Diode wirkt.
Die Bereiche 22, 24 und 26 sind stärker dotiert als der Bereich 20. welcher aber im Verhältnis zu den Bereichen 11 b und 10 ebenfalls stark dotiert ist. Der Bereich 10 ist am schwächsten dotiert. Als Folge davon ist die Diode Dp\ eine leckbehaftete Diode mit niedriger .Sperrimpedanz und hoher Durchbruchspannung. Die Dioden Dl, D 2 und D 3 sind weniger leckbehaflet, haben eine hohe Sperrimpedanz und realtiv niedrige Durchbruchspannung. Bei einer typischen Schaltungsanwendung kann die Durchbruchspannung Vs der Dioden Di. D2 und D 3 etwa 9 Volt betragen, wie im folgenden noch genauer erläutert werden wird, sorgen die Dioden D 1. D2 und D3 nicht nur für einen Überspannungsschutz für die mit ihnen verbundene Differenzverstärkerschaltung, sondern isolieren auch die Leckstrecke aus den Dioden Dp ι und Dpi von der geschützten Differenzverstärkerschaltung.
Das dem Aufbau gemäß Fig. 2 entsprechende Schaltbild ist zusammen mit einigen zusätzlichen Komponenten in F i g. 3 dargestellt. Die Transistoren 14 und 16 sind mit ihren Gate-Elektroden 14^ bzw. 16^ an die Eingänge 1 bzw. 2 angeschaltet. Ihre Source-Elektroden 14s und 16s sind über Symmetriewiderstände Rb ι und Rb: an einen gemeinsamen Schaltungspunkt 17 zusammengeführt, der mit einem Ende eines Widerstandes Rs verbunden ist. Bei den folgenden Erläuterungen sei angenommen, daß die Symmetriewiderstände vernachlässigbar kleine Impedanzen haben. Das andere Ende des Widerstandes Rs ist mit dem positiven Punkt, der Betriebsspannung + V2. verbunden. Die Drain-Elektroden 14c/ und 16c/ der Transistoren 14 bzw. 16 sind über Widerstände Rr >. bzw. Ri 2 an den die Spannung - Vo Volt führenden negativsten Punkt der Schaltung angeschlossen.
Die Dioden D 1. D2 und D3 sind mit ihren Kathoden an das Gate 16ir des Transistors 16 bzw. die mit dem Substrat \erbundenen Source-Bereiche der Transistoren 14 und 16 bzw. dem Gate 14^ des Transistors 14 verbunden. Die Anoden der Dioden DX. D2 und D 3 sind zusammen an die Anode der parasitären Diode Dpi angeschlossen. Die Kathode der Diode Dp2 ist mn der Kathode der Diode Dp\ verbunden. Die Spannung — VD wird dem Substrat 10 zugeführt.
Das negativste Schaltungspotential - Vn wird der Anode der Diode Dp\ zugeführt. Demzufolge ist die Diode Dp; normalerweise in Sperrichtung und die Diode Dp: in Durchlaßrichtung gespannt. Das Potential oder der Signalpegel, welcher den Kathoden der Dioden DX, DI oder Di zugeführt wird, ist normalerweise größer als — Vp und kleiner als + Vs. Daher sind die Schutzdioden im gesamten linearen und ausnutzbaren Betriebsbereich in Durchlaßrichtung gespannt und isolieren die Leckstrecke der Diode Dp\. so daß sie keinen Einfluß auf die Signale an den Gateoder Source-Elektroden der Transistoren 14 und 16 hat
Die Diodenschutzschaltung verhindert, daß das Potential zwischen den Gates der Transistoren einerseits und den Gates und gemeinsamen Source-Zonen andererseits größer wird als |Ve+VB£| Volt wobei angenommen ist daß die Dioden gleiche Sperrdurchbruchsspannungen Vb und gleiche Durchlaßspannungs abfälle Vbe haben. Wenn beispielsweise das Signal an der Eingangsschaltung 1 stark positiv wird, so daß an der Diode D 3 ein Spannungsdurchbruch erreicht wird, dann wird das Potential an der Eingangsschaltung 1 auf den Wert Va oberhalb des Potentials am Bereich 20 gespannt, und das Potential am Bereich 20 ist dann um einen Spannungsabfall Vfl/ größer als das niedrigste Potential, welches entweder am Schaltungspunkt 17 oder an der Eingangsschaltung 2 auftritt. Wenn das am gemeinsamen Source-Schaltungspunkt 17 auftretende Potential größer als Vb der Diode D 2 wird, dann wird das Potential am Schaltungspunkt 17 auf den Wert I Ve+ Vflij Voll oberhalb des niedrigsten der an einer der beiden Gate-Elektroden herrschenden Spannungspegel geklemmt.
Entsprechend gilt, daß eine der an den anderen Eingang oder die Source-Elektrode angeschlossenen Dioden durchbricht, wenn das einem der Eingänge zugeführte Potential stark negativ wird. Das Potential an dem betreffenden Eingang wird dann auf den Wert IVg + Vflfl Volt unterhalb des positivsten Potentials geklemmt, welches an der Source-Elektrode oder dem anderen Gate liegt. Wenn das Potential stark negativ wird, erfolgt ein Durchbruch an einer der Dioden D 1 oder D3,sodaßcas Source-Potential auf|Vfi + Vg^VoIt unter das positivste Potential geklemmt wird, welches an einem der beiden Gates herrscht.
Die interessierenden linearen Betriebsbereiche sind die Schutzdioden Di. D2 und D3 normalerweise in Sperrichtung vorgespannt. Auch ist das Potential an den Source-Elektroden der Transistoren 14 und 16 normalerweise positiver als das Potential an ihren Gate-Elektroden.
Es sei daran erinnert, daß die Dioden Di, D 2 und D 3 eine hohe Sperrimpedanz haben, während die Diode Dp\ eine relativ niedrige Sperrimpedanz hat und die Diode Dp2 in Durchlaßrichtung gespannt ist. Wenn der Anode der Diode Dpi die Spannung — VD zugeführt wird, liegt dementsprechend das sich im Bereich 20 ausbildende Potential dicht bei — VpVoIt. Im normalen Betrieb ist das Potential am Punkt 17, der Source-Elektrode des Transistors, positiver als das Potential an den Gate-Elektroden 14^ oder i(jg. Infolgedessen herrscht am pn-Übergang der Diode D 2 eine höhere Spannungsbeanspruchung als bei den Dioden Dl oder D 3. Als führt die Diode D 2 nomalerweise in Sperrichtung den durch die parasitäre Leckstrecke fließenden Strom Dieser Diodenstrom läßt das Potential am Bereich 20 auf einen Pegel ansteigen, der positiver als — Vp Volt ist. Die vorstehenden Erläuterungen lassen sich anhand
1 des nachfolgenden Beispiels verdeutlichen. Es sei angenommen, daß — V0 gleich —10 Volt und + V< gleich +1OVoIt sei. die Durchbruchspannung Vg der Dioden DX. D2 und D3 gleich 9 Volt und ihr Durchschlagspannungsabfal! VBE gleich 0,8 Volt sei
> Ferner sei angenommen, daß anfangs die Gate-Elektro den der Transistoren auf einem Potential von —2 Voll liegen und das Potential am Schaltungspunkt Xl +1 Volt betrage. Die Diode Dp \ niedriger Sperrimpedanz und die in Durchlaßrichtung gesperrte Diode Dp;
1 lassen die Spannung — V0 zum Bereich 20 gelangen. Die Dioden DX und D2 an deren pn-Obergängen eine Sperrvorspannung von weniger als 9 Volt liegt wirken als hochohmige Bauelemente, welche nur einer geringen Leckstrom führen. Jedoch ist die Diode D 2
'> mit +1 Volt an der Kathode und —10 Volt an dei Anode im Durchbruchspunkt beansprucht, und der sie ir Sperrichtung durchfließende Leckstrom steigt an Dieser anwachsende Leckstrom fließt durch di«
Leckstrecke mit den Dioden Dpi und Dr2- Wenn auch die Diode Dpi im Verhältnis zu den Dioden D 1 und D 2 eine niedrige Sperrimpedanz hat. so liegt diese Impedanz immerhin im Megohm-Bereich und ist noch relativ hoch. Daher führt jedes Anwachsen des Sperrstromes durch die Diode D 2 zu einem Potentialanstieg des Bereiches 20. Wenn die den Eingängen 1 und 2 zugeführten Signale anwachsen, dann wächst auch das Potential am Schaltungspunkt 17 entsprechend. Dieses Potential ist normalerweise etwas positiver als das Potential an den Eingängen. Die Diode £>2 führt weiterhin einen Sperrstrom, welcher das Potential des Bereiches 20 weiterhin ansteigen läßt.
Die betrachteten Leckströme sind klein. Sie liegen für die Dioden Dpi und Dp 2 höchstens im Mikroamperebereich. Die äquivalente Impedanz der Leckstrecke liegt daher im Mcgohrn-Bereich, und es is*, nur ein sehr geringer Stromfluß durch die Diode D 2 notwendig, um das Potential des Bereichs 20 anzuheben.
Wenn ein Leckstrom fließt, ist es sehr von Vorteil, wenn der durch die parasitäre Schaltung fließende Leckstrom durch die Diode D 2 anstatt durch die Dioden DI oder D 3 fließt. Der in die zusammengeschalteten Source-Zonen fließende Strom kann um mehrere Größenordnungen größer als der Leckstrom in der parasitären Strecke sein. Wenn daher etwas Leckstrom von der Source-Zone abfließt, hat dies keine bemerkenswerte Wirkung auf den Betrieb der Schaltung. Wenn dagegen andererseits etwas Leckstrom von den Gate-Elektroden abgezogen wird oder diesen zugeführt wird, dann würde der Betrieb der Schaltung erheblich und nachteilig beeinträchtigt. Um die außerordentlich hochohmigen Eingänge der Isolierschicht-Feldeffekttransistoren einander anzupassen, bemißt man die Schutzdioden Dl, Dl und D3 so, daß ihre maximalen Leckströme unter normalen Betriebsbedingungen im Nanoamperebereich liegen.
Durch die Einschaltung einer in Sperrichtung gespannter. Diode D 2 zwischen die zusainmengescha!- teten Source-Zonen 14s und 16s einerseits und den gemeinsamen Anoden-Bereich 20 andererseits wird zusätzlich zum Durchbruchsschutz erreicht, daß die mit den Gate-Elektroden verbundenen Dioden in einem Bereich niedriger Leckströme betrieben werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:
1. Halbleiterschaltungsanordnung mit zwei Isolierschicht-Feldeffekttransistoren, die jeweils mit einer ihrer Hauptelektroden an einen gemeinsamen ersten Schaltungspunkt angeschlossen sind, und mit zur Begrenzung von Überspannungen zwischen die Gate- und eine Hauptelektrode der Transistoren geschalteten Dioden, dadurch gekennzeichnet, daß von dem mit den Source-Elektroden der Transistoren (14, i6) verbundenen ersten Schaltungspunkt (17) eine Diode (D 2) zu einem zweiten Schaltungspunkt (20) geführt ist, von dem aus zwei weitere Diode (Di, D3) jeweils an die Gate-Elektroden der Transistoren (14,16) geschaltet sind, und daß die Dioden (Di, D2, D3) vom zweiten Schaltungspunkt (20) aus gesehen in gleicher Leitungsrichtung gepolt sind.
2. Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 1 in integrierter Bauweise mit einem Halbleitersubstrat aus einem Material eines ersten Leitungstyps, auf dem unter Bildung eines pn-Übergangs eine Halbleiterschicht eines zweiten Leitungstyps aufgebracht ist, an deren Oberfläche Bereiche vom ersten Leitungstyp als Source- und Drainzonen der beiden Transistoren im Abstand ausgebildet sind und je eine Gateelektrode die Oberfläche zwischen Source- und Drainzone jedes Transistors überdeckt, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Bereich (20) des ersten Leitungstyps (p-leitcnd) in der Schicht (11) unter Bildung eines pn-Übergangs (Dp2) ausgebildet ist und drei beabstandete Bereiche (22, 24, 26) vom zweiten Leitungstyp (n-leitend) enthält, die mit dem zusätzlichen Bereich (20) die pn-Übergänge der Dioden (D 1, D 2, D 3) bilden, und von denen zwei (22, 26) mit den Gateelektroden (14#, 16g^der beiden Transistoren (14,16) verbunden sind, während der dritte Bereich (24) mit den zusammengeschalteten Source-Zonen (14s, i6s) der beiden Transistoren verbunden ist.
3. Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zusätzliche Bereich (20) in einem Teil (linder Schicht (11) isoliert von einem anderen die Source- und Drainzonen (14s, 14d, 16s, 16o^ der Transistoren (14, 16) enthaltenden Teil (Haider Schicht angeordnet ist und daß die Sourcezonen (14s, \%s) der beiden Transistoren mit dem sie enthaltenden Teil (linder Schicht in ohmischer Verbindung [i%N)stehen.
4. Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch zum Substrat (10) und den Sourcezonen (14s, i6s) der beiden Transistoren führende Anschlüsse zur Zuführung einer Sperrvorspannung für die pn-Übergänge (Dp\, Dpi) zwischen der Schicht (11) und dem Substrat (10) sowie zwischen dem zusätzlichen Bereich (20) und den drei darin enthaltenen beabstandeten Bereichen (22,24,26).
5. Halbleiterschaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, bei welcher die Transistoren als Differenzverstärker geschaltet sind, wobei ihre zusammengeschalteten Source-Elektroden über ein Impedanzelement an eine erste Betriebsspannungsklemme angeschlossen sind und die Drain-Elektrode mindestens eines der Transistoren über ein weiteres Impedanzelement an eine zweite Betriebsspannungsklcmme angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (IC) und der zweite
Anschluß (— Vd) zur Sperrvorspannung der von den pn-Übergängen zwischen dem zusätzlichen Bereich (20) und den drei in ihm ausgebildeten beabstandeten Bereichen (22,24,26)gebildeten Dioden auf dem gleichen Potential liegen, wenn die Betriebspannung (+Vs, — Vd) an dem ersten und zweiten Anschluß liest
DE2505573A 1974-02-11 1975-02-10 Halbleiterschaltungsanordnung mit zwei Isolierschicht-Feldeffekttransistoren Expired DE2505573C3 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US441050A US3879640A (en) 1974-02-11 1974-02-11 Protective diode network for MOS devices

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2505573A1 DE2505573A1 (de) 1975-08-14
DE2505573B2 DE2505573B2 (de) 1978-01-19
DE2505573C3 true DE2505573C3 (de) 1978-09-28

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ID=23751301

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Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2505573A Expired DE2505573C3 (de) 1974-02-11 1975-02-10 Halbleiterschaltungsanordnung mit zwei Isolierschicht-Feldeffekttransistoren

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Country Link
US (1) US3879640A (de)
JP (1) JPS5436032B2 (de)
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DE (1) DE2505573C3 (de)
FR (1) FR2260888B1 (de)
GB (1) GB1488177A (de)
IN (1) IN142143B (de)
IT (1) IT1028387B (de)
MY (1) MY8000141A (de)
NL (1) NL7501241A (de)
SE (1) SE396508B (de)

Families Citing this family (22)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4050031A (en) * 1976-03-01 1977-09-20 Signetics Corporation Circuit and structure having high input impedance and DC return
JPS6041463B2 (ja) * 1976-11-19 1985-09-17 株式会社日立製作所 ダイナミツク記憶装置
US4044313A (en) * 1976-12-01 1977-08-23 Rca Corporation Protective network for an insulated-gate field-effect (IGFET) differential amplifier
DE2751289A1 (de) * 1977-11-16 1979-05-17 Siemens Ag Mos-fet-differenzverstaerker
US4158178A (en) * 1978-05-15 1979-06-12 Rca Corporation Anti-latch circuit for amplifier stage including bipolar and field-effect transistors
US4206418A (en) * 1978-07-03 1980-06-03 Rca Corporation Circuit for limiting voltage differential in differential amplifiers
US4211941A (en) * 1978-08-03 1980-07-08 Rca Corporation Integrated circuitry including low-leakage capacitance
JPS5531354U (de) * 1978-08-18 1980-02-29
US4532443A (en) * 1983-06-27 1985-07-30 Sundstrand Corporation Parallel MOSFET power switch circuit
US4864454A (en) * 1988-04-21 1989-09-05 Analog Devices, Incorporated Means for reducing damage to JFETs from electrostatic discharge events
US4922371A (en) * 1988-11-01 1990-05-01 Teledyne Semiconductor ESD protection circuit for MOS integrated circuits
FR2685817B1 (fr) * 1991-12-31 1994-03-11 Sgs Thomson Microelectronics Sa Protection generale d'un circuit integre contre les surcharges permanentes et decharges electrostatiques.
KR950006352B1 (ko) * 1992-12-31 1995-06-14 삼성전자주식회사 정류성 전송 게이트와 그 응용회로
JPH1174742A (ja) * 1997-08-27 1999-03-16 Denso Corp オペアンプ
US6400541B1 (en) * 1999-10-27 2002-06-04 Analog Devices, Inc. Circuit for protection of differential inputs against electrostatic discharge
US6507471B2 (en) * 2000-12-07 2003-01-14 Koninklijke Philips Electronics N.V. ESD protection devices
US6784729B1 (en) * 2002-08-14 2004-08-31 Advanced Micro Devices, Inc. Differential amplifier with input gate oxide breakdown avoidance
US7969697B2 (en) * 2008-04-22 2011-06-28 Exar Corporation Low-voltage CMOS space-efficient 15 KV ESD protection for common-mode high-voltage receivers
JP6065554B2 (ja) * 2012-12-03 2017-01-25 富士電機株式会社 比較器
JP7112233B2 (ja) * 2018-04-09 2022-08-03 株式会社豊田中央研究所 差動増幅回路
CN112825477A (zh) * 2019-11-20 2021-05-21 圣邦微电子（北京）股份有限公司 一种高压运算放大器及其输入级电路
CN116931631A (zh) * 2022-04-12 2023-10-24 圣邦微电子（北京）股份有限公司 一种无偏置电流的高压输入级电路

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3434068A (en) * 1967-06-19 1969-03-18 Texas Instruments Inc Integrated circuit amplifier utilizing field-effect transistors having parallel reverse connected diodes as bias circuits therefor
JPS5122794B1 (de) * 1970-06-24 1976-07-12
US3806773A (en) * 1971-07-17 1974-04-23 Sony Corp Field effect transistor having back-to-back diodes connected to the gate electrode and having a protective layer between the source and the diodes to prevent thyristor action

Also Published As

Publication number Publication date
SE7500109L (de) 1975-08-12
FR2260888A1 (de) 1975-09-05
SE396508B (sv) 1977-09-19
US3879640A (en) 1975-04-22
AU7758475A (en) 1976-07-29
IT1028387B (it) 1979-01-30
NL7501241A (nl) 1975-08-13
JPS50115984A (de) 1975-09-10
MY8000141A (en) 1980-12-31
FR2260888B1 (de) 1981-09-18
GB1488177A (en) 1977-10-05
CA1016613A (en) 1977-08-30
DE2505573B2 (de) 1978-01-19
JPS5436032B2 (de) 1979-11-07
DE2505573A1 (de) 1975-08-14
IN142143B (de) 1977-06-04

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