JPS60150116A - 定電圧発生回路装置 - Google Patents

定電圧発生回路装置

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Publication number
JPS60150116A
JPS60150116A JP24952984A JP24952984A JPS60150116A JP S60150116 A JPS60150116 A JP S60150116A JP 24952984 A JP24952984 A JP 24952984A JP 24952984 A JP24952984 A JP 24952984A JP S60150116 A JPS60150116 A JP S60150116A
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JP
Japan
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type
gate
misfet
voltage
substrate
Prior art date
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Pending
Application number
JP24952984A
Other languages
English (en)
Inventor
Kanji Yo
陽 完治
Osamu Yamashiro
山城 治
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS60150116A publication Critical patent/JPS60150116A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05FSYSTEMS FOR REGULATING ELECTRIC OR MAGNETIC VARIABLES
    • G05F3/00Non-retroactive systems for regulating electric variables by using an uncontrolled element, or an uncontrolled combination of elements, such element or such combination having self-regulating properties
    • G05F3/02Regulating voltage or current
    • G05F3/08Regulating voltage or current wherein the variable is DC
    • G05F3/10Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics
    • G05F3/16Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices
    • G05F3/20Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations
    • G05F3/24Regulating voltage or current wherein the variable is DC using uncontrolled devices with non-linear characteristics being semiconductor devices using diode- transistor combinations wherein the transistors are of the field-effect type only

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
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  • Nonlinear Science (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Control Of Electrical Variables (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ・この発明は、定電圧発生回路装置に関する。
例えば、異なる電極材料のゲート電、極を肴するMIS
FET(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)は特′開
昭5に1’ 49780号に開示されている。 ・ □
 ・ 7 この発明の目的は、製造□上めバラツキ及び温度条件の
影響を受けにくい高精度?定電圧が得られ、かつ、MI
 5FETで構成されるモノリシック集積回路に適した
定電圧出力回路を提供す仝ことにある。
ごの発明は、シリコンにおけるエネルギーギャップが製
造条件及び周囲温度条件の依、有性が極めて少ないこと
に着目し、これを利用して定電圧を 2得ようとするも
のである。
まず、本発明者が゛考えたp、・n′型の電極をもつM
ISFETについて説明する。
、第1図は、シリコンのエネルギーギャップを電圧信号
として取り出すための一実施例を示す素子構造断面図で
牟る。ここに示す素子は、n型半導体基板(1)上←形
成したエンハンスメント型pチャンネルMISFET(
Q+ )と(Q、)であって、−それぞれめゲート電極
はポリシリコン層に異なる導電型の半導体不純物な゛含
ませて構成された導体層を用いるものである・すなセラ
・同図に案ずように、n型半導体基板(’l”1上に選
択的にMI 5FETのソース、ドレインを構成するp
十型半導体領域(4,5)を形成し、この対向するソー
ス、ドレイン領域(4,5)パ間の半導体基板表面にゲ
ート絶縁膜(5)及びこのゲート絶縁膜(5)上にポリ
シリコン(多結晶シリコン)層を形成するとともに、一
方のMISFET(Qr )のゲート(6′)を構成す
るためのポリシリコン層には基板と同一導電型の半導体
不純物(n型)を含ませて、他方のMISFET(Qt
 )のゲート(6)を構成するためのポリシリコン層に
は基板と逆導電型の半導体不純物(p型)を含ませてM
I 5FET (QI 、Qt )を構成するものであ
る。
上記構成のMISFET(QI −Qt )のそれぞれ
17)L、きい値電圧(VthQ、、 VthQ、 )
ハ、次式(1) 、 (2+よりめられる。
ここで、φMH+φ町は、それぞれのMISFET(Q
l 、Qt )のゲートと基板との間の仕事関数であり
、Coxは、単位面積当りのゲート容量、Qssは表面
電荷、QDは基板空乏層の電荷で蔦る。
上記両MI’SF’ET(QI 、Qt )のしきい値
電圧の差をめると、式(1) 、 (2+の右辺の第1
項である仕事関数の差(φMp−φJ1 )となり、シ
リコンのエネルギーギャップに相当する電圧として取り
出すことができる。この電圧は、シリコンのエネルギー
ギャップで規定される電圧となるので、製造上のバラツ
キもなく、かつ、温度依存性が極めて少ない。なお、M
ISFETのしきい値電圧にバラツキが大きい理由は、
式(1) 、 (2)の右辺第2項(Q88/COX 
) 、第3項(Qo/Cox)が製造条件により変動す
るためである。この実施例において、上記M I S 
F E T (Qs −Qt )を同一条件の下に製造
することにより、式(11、(2)の右辺第2項、第3
項を略同−とし、その差をめることにより、これらを相
殺させ、上記エネルギーギャップ相当分を出力電圧とし
て用いようとするものである。
次に本発明の実施例である第2図は不純物を含まないゲ
ート電極によってしきい値電圧が決まるMISFETを
用いて、n型およびi型のゲート電極とそれぞれの基板
との間の仕事関数の差であるシリコンエネルギーギャッ
プに相当する電圧を取り出すものである。p型およびn
型の不純物を含むゲー)[極を有するMISFETのし
きい値電圧は、式(11、(21から となる。同様にゲート電極に不純物を含まないMISF
ETのしきい値電圧Vth(i)番上となり、φMiは
ゲート電極に不純物を含まないMISFETのゲートと
基板との間の仕事関数である。ここで、各しきい値電圧
の間には、Vth(p) <Vth(i) <Vth(
n)・・・・・・・・・・・・・・・・・・(6)の関
係がある。さらに第2図のMISFET(Ql。
Q、)のしきい値電圧に関して考えれば、MISFET
(QI )はp、i、n*i+p型のゲート電極を有す
るMISFETを、またMISFET(Q、)は、pw
l*p+1wp型のゲート電極を有するMISFETを
それぞれ直列に接続したものと言える。この場合MIS
FET(QI )とMISFET(Qz )のしきい値
電圧は、直列接続されたMISFETの最もしきい値電
圧の太きいものによって決定される。式(6)の関係よ
りMISFET(Ql )およびMISFET(Qt 
)のしきい値電圧は、それぞれn型のゲート電極を有す
るMISFETおよびi型のゲート電極を有するMIS
FETのしきい値電圧によって決定される0よりて第2
図において■thQ、、V th Q、は、となる。
さらに上記構成のMISFET(Ql −Ql )のし
きい値電圧の差を取ることにより、式(7) 、 (8
)の右辺の第2項、第3項は相殺され、差1圧として残
るのはMISFETQ、のn+のゲート電極と、MIS
FETQtのiのゲート電極とそれぞれの基板との仕事
関数の差であるシリコンエネルギーギャップに相当する
電圧、略0.55Vが得られる。
次に、上記構成のMISFET(Qt 、Qt )を用
いた定電圧発生回路を具体的に説明する。
第3図は、この発明を適用する回路図である。
基板とゲートを構成する導電層とが同一導電型半導体不
純物により構成されることにより仕事関数が小さい方の
MISFET(Qt )のドレインとゲートとを接続し
て、負荷抵抗(R1)を介して電源電圧に供給する。一
方、基板とゲートを構成する導電層とが反対導電型半導
体不純物により構成されることKより仕事−数が大体い
方のMISFET(Ql)のゲートを上記MISFEf
f(Q、)のゲートと共通にし、上記MISF、ET(
Q、)のソースと、このMISFET(Ql )のドレ
インとを接続し、また、ドレインには負荷抵抗(R2)
を設ける。そして、ソースは接地して基準電圧を与える
。この回路において、上記MISFET(Ql)のゲー
ト(MISFETQ、のゲート)には、MISFET(
Qx )(7)L、きい値電圧、(VthQt)で固定
されるため、MISFET(Ql )のソース忙は、上
記MISFET(Ql )のしきい値電圧(vthQ、
)からM I S F ET (Qt )のしきい値電
圧(VthQt )ヲ差り引イタW圧(VthQ、−V
thQt)が得られる。なお、上記条件とするために、
負荷抵抗(u、、nt)は、MISFET(Qt 、Q
t )のオン抵抗に比べ十分大きくする。
この実施例回路において、MISFET(Qy)のドレ
イン電流は、MISFET(Qt >から供給されるた
め、第4図に示すように、負荷抵抗(R3)を省略する
ものとしてもよい。・また、MISFET(Qr )の
ソース電位は、上記出力電圧(vout )となるため
、ソースと基板とが同電位でなくなり、いわゆる基板効
果が生ずる。そこで、この基板効果による出力電圧への
影響を除くため、上記MISFET((L −Ql )
を、半導体基板上に形成したウェル領域内に構成するこ
とKより、第4図に示すように各々のMISFET(Q
l −Qt )のソースとチャンネル領域とを同電位に
するようKすることが好ましい。
この構成のMISFET(Ql =Qt )を第3図の
回路に適用してもよいことはいうまでもないであろう。
なお、例えば、半導体基板がn型半導体により構成され
たものであるときは、ウェルをp型半導体領域とするも
のであるから、この領域内に形成するのは、前記第2図
に示す実施例とは逆のnチャンネル型MI 5FET 
(Qr 、Qt )により、回路を構成するものとなる
この実施例は、より精度の高い定電圧出力を得る場合に
有段であり、前述したように出力定電圧が略0.55V
程度であるのでMISFET(Qt)における基板効果
は小さく、したがって、第3図の回路によっても実用上
問題にはならない高い精度の定電圧出力が得られる。
第4図は、ダイナミック型の定電、圧出力回路の一実施
例を示す回路図でする。
この回路は、それぞれゲートとドレインとを接続し、負
荷抵抗(R,、R,)を介してバイアスされるMIシF
ET(Ql 、Ql )の上記ゲート。
ドレイン端子間にコンデンサ(C)を設け、上記MIS
FET(Ql −Ql )のしきい値電圧の差分をコン
デンサに蓄積して出方を得ようとずぶものである。すな
わち、しきい値電圧の小さい方のMISFET(Qs 
)のゲート、ソース間にクロックパルス(φ)で駆動さ
れるMISFET(Q、)を設け、上記MISFET(
Ql −Qt )のオン抵抗に対して、それぞれの負荷
抵抗(R,、R,)を十分大きくし、かつ、上記MIS
FET(Q、。
Q、)のオン抵抗に対して、MI 5FET (QCm
 )のオン抵抗を十分小さくすることにより、第6図に
示す動作波形図のように、クロックパルスがローレベル
となってMISFET(Qs )がオンしたとき、両M
ISFET(Ql =Qt )のドレイyll圧(しき
い値電圧vthQ1 、VthQ、)の差−(vthQ
!、vthQI )がコンデンサ(C)の他端であるM
I S FET (Qv )のドレインより得られる。
このタイミング(φ)でサンプリングするようにするこ
とより、前述の回路と同様な定電圧出力が得られる。
以上のような定電圧発生回路は、MISFETで構成で
きるため、MISFETで構成された電子式単針算機あ
るいは、電子式時計等のモノリシック集積回路における
各種の定電圧源として広く利用でき、例えば、第7図に
示すように、定電圧発生回路(Ql 、Qt =R)の
出力を基進電圧として、電圧比較回路(7)の一方に入
力し、電源電圧(VDD)を分割抵抗(Rro 、R1
1)で分圧して他方の入力に印加することKより、電池
の寿命検出回路を得ることができる、 この場合、電池電圧は、急激に低下するものではないの
で、定電圧発生回路9分圧回路、電圧比較回路は、クロ
ックパルスにより駆動して、消費電流の削減を図ること
が望ましい。また、同様に、常時定電圧出力を必要とし
ない場合には、上述のように定電圧発生回路をクロック
駆動するものとしてもよい。
この発明は、前記実施例に限定されず、前記構成のMI
SFET (Ql =Qt )のしきい値電圧の差をめ
る回路は、種々変形でき、具体的回路は何んであっても
よい。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明者が考えたp、n型のゲート電極をも
つMISFET、第2図は、それぞれこの発明の一実施
例を示すMISFETの構造断面図、第3図〜第5図は
、それぞれこの発明を適用する定電圧発生回路の回路図
、第6図は、第5図の回路の動作波形図、第7図は、こ
の発明を電池寿命検出回路に適用した場合の一例を示す
回路図である。 (1)・・・半導体基板、(2)・・・ゲート絶縁膜、
(3)・・・フィールド絶縁膜、(4,5)・・・ソー
ス、ドレイン、(6、6’)・・・ゲート電極、(7)
・・・電圧比較回路。 第 1 図 第 2 図 第 3 図 第 4 。 第 5 図 第 6 図 第 7 図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、P、型又はN型の多結晶シリコンで結成されたゲ、
    −上電極と真性の多結晶シリコンで形成されたゲート電
    極とを有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタのそれ
    ぞれのしきい値電圧の差を基準電圧とする定電圧発生回
    路装置。 □
JP24952984A 1984-11-28 1984-11-28 定電圧発生回路装置 Pending JPS60150116A (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4952980A (ja) * 1972-09-22 1974-05-23
JPS5150446A (ja) * 1974-10-30 1976-05-04 Hitachi Ltd Teidenatsukairo

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4952980A (ja) * 1972-09-22 1974-05-23
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