Инжекционный элемент и - не

Инжекционный элемент и - не

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Использование: при создании конструкций логических функционально-интегрированных элементов минимального объема для комбинационных сверхбольших интегральных схем. Сущность изобретения: в логический элемент И-НЕ введены первый и второй инжектирующие р - п - р-транзисторы, выполняющие нагрузочные и токозадающие функции, конструктивно совмещенные со структурами многоэмиттерного и переключательного п - р - п-трэнзисторов. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s1)s Н 01 (27/04

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4833645/25 (22) 31,05.90 (46) 30,06.92. Бюл, ¹ 24 (71) Московский институт электронного машиностроения (72) Н.К.Трубочкина и К,О.Петросянц (53) 621,382 (088.8) (56) Заявка ФРГ N 2657530, кл, Н 03 К 19/08, 1978, Авторское свидетельство СССР

М 1128387, кл. Н 03 К 19/088, 1984, Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при создании конструкций логических функционально-интегрированных элементов минимального объема для комбинационных сверхбольших интегральных схем (СБИС).

Известна схема транзисторно-транзисторной логики с инжекционным питанием, содержащая многоэмиттерный Il - р- п-транзистор, переключательную схему и инжектирующий р - п - р-транзистор, эмиттер которого соединен с источником питания, а коллектор и база — соответственно с базой и коллектором многоэмиттерного транзистора.

Недостатком данной схемы является малая плотность компонов:;и из-за большого количества резисторов и соединяющих проводников переключательной схемы.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемого является элемент ИНЕ, содержа.ций многоэм ITTBpHblA п - pil-TðàHçèñToð, переключательный и - р - Il транзистор, база которого соединена с кол- лектором многоэмиттер ного транзистора, Ы 1744738 А1 (54) ИНЖЕКЦИОННЫЙ ЭЛЕМЕНТ И-НЕ (57) Использование: при создании конструкций логических функционально-интегрированных элементов минимального объема для комбинационных сверхбольших интегральных схем, Сущность изобретения: в логический элемент И-НЕ введены первый и второй инжектирующие р — и — р-транзисторы, выполняющие нагрузочные и токозадающие функции, конструктивно совмещенные со структурами многоэмиттерного и переключательного п - р - и-транзисторов. 2 ил. эмигтер- с общей шиной, а коллектор яв;— ется выходом элемента, входами которого являются эмиттеры многоэмиттерного транзистора.

Недостатками данного элемента являются большая потребляемая мощность и малая плотность компоновки.

Цель изобретения — уменьшение потребляемой мощности и повышение плотности компоновки, Поставленная цель достигается тем, что инжекционный элемент И-НЕ, содержащий многоэмиттерный п - р- п-транзистор, переключательный и -р - n-транзистор, база которо о соединена с коллектором многоэмиттерного транзистора, эмиттер — с общей шиной, а коллектор является выходом элемента, входами которого являются эмиттеры многоэмиттерного транзистора, первый инжектирующий р - п - р-транзистор, эмиттер которого соединен с источником питания, а коллектор и база — соответственно с базой и коллектором многоэмиттерного транзис; ора, содержит дополнительный инжектирующий р - и - р-транзистор, эмиттер

1744738 которого соединен с шиной питания, база— с общей шиной, а коллектор — с базой переключательного транзистора, эмиттеры инжектирующих р - n - р-транзисторов совмещены с подложкой, база первого р - и

- р-транзистора совмещена с коллектором многоэмиттерного транзистора в первой эпитаксиальной области, расположенной в подложке, база дополнительного р - n — ртранзистора и эмиттер переключательного и - р - n-транзистора совмещены во второй эпитаксиальной области, расположенной в подложке, в первой эпитаксиальной области содержится третья эпитаксиальная область, в которой совмещены коллектор первого инжектирующего р — n — р-транзистора и база многоэмиттерного транзистора, вторая эпитаксиальная область содержит четвертую эпитаксиальную область, в которо совмещены коллектор дополнительного р - n — р- и база переключательного n - р - n-транзистора, а также расположена область и -р - n-транзистора.

Элемент И-НЕ обладает более высокой степенью интеграции и меньшей потребляемой мощностью, что обеспечивается введением первого и второго инжектирующих тра зисторов, выполняющих нагрузочные и токозадающие функции, функционально интегрированных с многоэмиттерным и переключательным n — р - п-транзисторами.

На фиг, 1 представлена конструкция инжекционного элемента И-НЕ; на фиг. 2— принципиальная схема устройства.

Инжекционный элемент И-НЕ содержит многоэмиттерный и переключательный транзисторы n — р — n-типа, структуры котоt рых сформированы на р -подложке 1 с концентрацией более 5 10 см, к подложке

1 подключен через сквозную диффузионную область 7 р» металлизированный электрод 2 питания, В подложке 1 совмещены эмиттеры инжектирующих первого и дополнительного р-и-р-транзисторов 21 и 22. В

ПЕрВОй Пэп1 ЭПИтаКСИаЛЬНОй ОбЛаСтИ 3 тОЛщиной 3 мкм с концентрацией 10 см совмещены коллектор многоэмиттерного

n - р — n-транзистора 20 и база первого инжектирующего р — и - р-транзистора 21, Во

ВтОРОй Пэп2 ЭПИтаКСИаЛЬНОй ОбЛаСтИ 4 С такими же параметрами, что и у области 3, совмещены база инжектирующего р - и— р-транзистора 22 и эмиттер переключательного n - р - n-транзистора 23; к этой же области через глубокую диффузионную подконтактную область п14 16 подключен электРод 5 общей шины. Над областью п,п1 3

РаСПОЛОжЕНа тРЕтЬЯ Рэп1 ЭПИтаКСИаЛЬНаЯ область 6 первого типа проводимости тол50

5

25 .п

Д1

45 щиной 2-4 мкм с концентрацией (3 — 5) х х10 см, в которой совмещены база мно15 -3 гоэмиттерного и — р - n-транзистора 20 и коллектор первого инжектирующего р - nр-транзистора 21, Область р эп1 6 содержит диффузионные области 018 и п2 9, являющиеся эмиттерами многоэмиттерного транзистора 20, к которым подключены входные электроды 10, 11. Над областью пэп2 4 расПОЛОжЕНа ЧЕтВЕРтаЯ Р эпг ЭПИтаКСИаЛЬНаЯ область 12 первого типа проводимости с такими же паРаметРами как У области Рэп1

6. В области р эп2 12 совмещены база переключательного n - р — и-транзистора 23 и коллектор дополнительного второго инжектирующего р — n - р-транзистора 22. Область

Р эп2 СОДЕРжИт, ВО-ПЕРВЫХ, ДИффУЗИОННУЮ область пз 13, к которой подключен выходной электрод 14, во вгорых, диффузионную подконтактную область р2 17. К области р2

+ +

17 подключен металлизированный проводник 15, соединяющий базу переключательного n — р - n-транзистора 23 и коллектор многоэмиттерного п-р-п-транзистора 20, ДЛЯ ОТДЕЛЕНИЯ ОбЛаСтЕй Р эп1 6 И Р эп2 12 От разделяющей диффузионной области р»

+(-.

7 сквозь эпитаксиальную пленку р эп прово+ дится диффузия и с концентрацией 5 10 см, формирующая боковые коллекторные

-з области и» 18 в структуре многоэмиттерного n — р - n-транзистора 20 и боковую

+ эмиттерную область А12 19 переключательного и -р - и-транзистора 23, Области п12 19 и п14 16 имеют такую же концентрацию, что и области и» 18.

На принципиальной электрической с,,еме инжекционного элемента И-НŠ— многоэмиттерный n - р - n-транзистор 20, первый инжектирующий р- и - р-транзистор 21, второй дополнительный инжектирующий р - nр-транзистор 22,переключательный fl - ри-транзистор 23.

Инжекционный элемент И-НЕ работает следующим образом.

Для обеспечения работы на подложку 1 подается напряжение питания Е (1,5 — 1,7 В), Е U6a23 + U6<20 + Uxev21i

ГДЕ 06э2З вЂ” НаПРЯжЕНИЕ На ОтКРЫтОМ ПЕРЕХОде база — эмиттер аереключательного и - ри-транзистора 23;

06к2О НаПРЯжЕНИЕ На ОтКРЫтОМ ПЕРЕходе база — коллектор многоэмиттерного flp -n-транзистора;

Окэ 21 НаПРЯжЕНИЕ КОЛЛЕКТОР— ЭМИттер насыщения первого инжектирующего р

- n -р-транзистора 21, Режим 1, При подаче хотя бь; на один входной электрод 10 напряжения логиче1744738

10

20

40

50

55 ского нуля — низкого уровня напряжения, открыты переходы база — эмиттер многоэмиттерного n - р - и-транзистора 20, первого и второго дополнительного р - nр-транзисторов 21, 22. Переходы база— эмиттер переключател ьного п-р-и-транзистора 23, база — коллектор многоэмиттерного и - р- и-транзистора 20, первого и второго дополнительного инжектирующих р - n - ртранзисторов 21 и 22 смещены в прямом направлении, находятся на границеотпиран ия, переход база — коллекто р перекл ючательного и - р - n-транзистора 23 закрыт. . Многоэмиттерный n - р - n-транзистор 20, первый и второй дополнительный инжектирующие р - n - р-транзисторы 21, 22 работают на границе насыщения, переключательный n - р — n-транзистор 23 закрыт. На выходе схемы напряжение "1" определяемое подобной нагрузочной схемой.

Режим 2. Если на все входные электроды подать напряжение "1" — высокий уровень напряжения, то открыты все переходы, кроме перехода база — эмиттер многоэмиттерного и - р — и-транзистора 20. Многоэмиттерный n - р - n-транзистор 20 работает в инверсном режиме, первый и второй дополнительный инжектирующие р - n - р-транзисторы 21, 22, а также переключательный пр - n-транзисторы 23 насыщены, на выходе — низкий уровень напряжения (напряжение "0").

Из режимов работы следует, что данная схема и соответствующая ей конструкция выполняют логическую функцию И-НЕ.

Изменение конструкции связано с введением инжекционного питания базы многоэмиттерного n - р - n-транзистора 23 в совокупности с использованием инжекционного питания базы многоэмиттерного пр — n-транзистора 20. функциональной интеграцией — объединением в одной области эмиттеров первого и второго инжектирующих р — п - р-транзисторов 21, 22, базы первого инжектирующего р — и — р-транзистора

21 и коллектора многоэмиттерного n - рп-транзистора 20, коллектора первого инжектирующего р — n - р-транзистора 21 и базы многоэмиттерного n — р - и-транзистора 20, базы дополнительного инжектирующего р — и - р-транзистора 22 и эмиттера переключательного п - р- п-транзистора 23, коллектора дополнительного инжектирующего р - п - р-транзистора 22 и базы переключательного п - р — п-транзистора 23.

Таким образом, по отношению к прототипу предложенный инжекционный элемент ИН Е не содержит резисторов, имеет не 10 областей и 3 электрических проводника, а 8 областей и 1 электрический проводник 15, что приводит к увеличению плотности компоновки. Использование инжекционного питания как многоэмиттерного, так и переключательного n - р - п-транзисторов 20 и 23 с помощью первого и второго дополнительного инжекционных р - n - р-транзисторов

21, 22 снижает потребляемую мощность, Инжекционные элементы И-НЕ с меньшей площадью и потребляемой мощностью позволяют создавать на одном кристалле большее количество вентилей, что приводит к созданию более дешевых микроэлектронных устройств.

Формула изобретения

1. Инжекционный элемент И-НЕ, содержащий многоэмиттерный n - р — птранзистор, переключательный п - р - птранзистор, база которого соединена с коллектором многоэмиттерного транзистора, эмиттер — с общей шиной, а коллектор является выходом элемента, входами которого являются эмиттеры многоэмиттерного транзистора, первый инжектирующий р - nр-транзистор, эмиттер которого соединен с источником питания, а коллектор и база— соответственно с базой и коллектором многоэмиттерного транзистора, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности, он содержит дополнительный инжектирующий р - n р-транзистор, эмиттер которого соединен с шиной питания, база — с общей шиной, а коллектор — с базой переключательного транзистора.

2. Элементпоп.1, отлича ющийс я тем, что, с целью повышения плотности компановки, эмиттеры инжектирующих р - n

- р-транзисторов совмещены с подложкой база первого р - n - р-транзистора совмеще на с коллектором многоэмиттерного транзистора в первой эflèòàêñèàëьной области. расположенной в подложке, база дополнительного р — n — р-транзистора и эмиттер переключательного п — р — n-.транзистора совмещены во второй эпитаксиальной области, расположенной в подложке, в первой эпитаксиальной области содержится третья эпитаксиальная область, в которой совмещены коллектор первого инжектирующего р

- n — р-транзистора и база многоэмиттерног0 транзистора, вторая эпитаксиальная область содержит четвертую эпитаксиальную область, в которой совмещены коллектор дополнительного п - р - n-,òðàíçèñòîðà, а также расположена область n - р - и-транзистора.

1744738

Составитель И.Петрова

Редактор M.Öèòêèíà Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Н.Король

Заказ 2200 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета flo изобретениям и открытиям при ГК,:," СССР

113035, Москва, Ж-35, Рау:нская наб„4/5

Производственно-издательский комби -;ат .Па":нт", г, YMiopop, ул .гарина, .01