Интегральный логический элемент
Иллюстрации
Реферат
Союз Советских
Социали стим еоех
Республик 602055 (61) Дополнительное к авт, сыид-ву (22) Заявлено 06.01.77 (21) 2441385/18-25 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет— (51) М. Кл.
Н 01 1 27/00
Н 03 К 19/02
Государственный номнтет
СССР но делам нэеоретеннй н открытей (53) УДК 621.382
{ 088.8) Опубликовано 15.01.79Бюллетень № 2
Дата опубликования описания 18.01.79 (72) Авторы изобретения
А. P. Назарьян, В. Я. Кремлев и В. H. Кокни. (71) Заявитель (54) ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЗЛЕМЕ НТ
Наиболее близким по технической cym- >0 ности к изобретению является интегральный логический элемент с входным и выходным электродами, содержащий биполярный транзистор в цепи питания и полевой переключательный элемент.
Однако такой логический эле: тент характеризуется сравнительно низким быстрэ» действием, что обусловлено зарядом и разрядом диффузионной и барьерной емкостей
p — - и-переходов затворных областей, и сравнительно низкой плотностью компоновки, что обьясняется боковой диффузией примесей под маскирующий окисел и допусИзобретение относится к микроэлектронике, в частности к производству интегральных микросхем высокой степени интеграциии.
Известны интегральные логические элементы инжекционного типа, содержащие биполярный транзистор -в цепи питания и переключательный элемент транзисторной структуры. камы на совмещение при фотолитографических операциях.
Бель изобретения - повышение быстродействия и плотности компоновки интегральных логических элементов инжекцноыного типа.
Поставленная цель достигается тем, I что затворы переключательного полевого элемента выполнены в виде неинжектируюших выпрямляюших контактов, а выходной электрод расположен в области перекрытия объемных "-.àðÿäîâ затворов.
Затворы переключательного элемента и коллекторы биполярного транзистора предпочтительно выполнять совмещенными.
На фиг. 1 приведена принципиальная тоцологическая схема одного из вариантов интегрального логического элемента; на фиг. 2 - то же в разрезе; на фиг. 3— электрическая эквивалентная схема логического элемента.
Интегральный логический элемент (фиг. 1) содержит подложку 1 из моно602055 кристаллического кремния, например, p— типа IpoBojlHмости, гори зонтлльный двух коллекторный биполярный транзистор цепи питания, сформированный в подложке и имеющий эмиттер 2 и коллекторы 3, 4; иоле- 5 вой переключательный элемент, имеющий стоковую область 5 (показана точкой) и затворные области 6, 7.
Интегральный логический элемент имеет невыпрямляющие контакты к областям
1-7 (на фиг. 1 и 2 показаны точками).
Истоковая область переключательного элемента подключена к полюсу "земля" источника питания, а эмиттерная область нагрузочного транзистора - к положительному полюсу +E>. Стоковая область подключена к выходу логического элемента, а затворные области 6 и 7 соответственно — к первому и второму входам логического элемента.
В конструкциях логического элемента, приведенных на фиг. 1, 2, 3, затворные области полевого переключательного элемента выполнены в виде неинжектирующих выпрямляющих контактов, способных толь- "- ко коллектировать неосновные носители заряда, инжектированные эмиттерами гэризонтальиого нагрузочиого транзистора.
Интегральный логический элемент работает следующим образом.
При подключении источника напряжения к подложке 1 и эмиттеру 2,, как это показано на фиг. 1-3, эмиттер 2 р — t1 — ртранзистора цепи питания инжектирует дырки в подложку, которые для нее являются неосновными носителями заряда. Эти носители заряда коллектируются затворными областями 6 и 7.
В зависимости от напряжения на входах
7 и П логический элемент может находит - 4о ся в одном из следующих состояний.
Если на обоих входах приложено низкое напряжение, близкое к потенциалу земли, то коллектированные переходами областей
6 и 7 носители заряда стекают иа землю .
При этом электрод "выход не имеет гальванической связи с электродом земля", и если гальванический элемент нагружен на аналогичный, то на выходе области 5 будает высокое напряжение, равное напряжеиию5О оптирования перехода между областями b
7 и п одл ож к ой.
Нарушение упомянутой гальванической связи происходит вследствие перекрытия участка подложки, расположенного между электродами выход" и земля, слоями обьемных зарядов закрытых переходов между областями 6, i и подложкой (слои обьемнt tх ..,:)рядов показаны на фиг. 2 пунктиром).
Если и» входах 1 и ? приложено высокое напряжение, превышающее напряжение отпирания переходов между областями 6,7 и подложкой, то между электродами "выход" и "земля" имеется гал ьваническая связь и напряжение на выходе логического элемента близко к напряжению на электроде "земля". Упомянутая гальваническая связь обеспечивается уменьшением размеров в области объемного заряда переходов между областями 6, 7 и подложкой при увеличении напряжения на входах 1 и II
Если к одному из входов приложено низкое напряжение, то представляются две возможности. Первая — когда удельное сопротивление подложки и расстояние между областями 6 и 7 выбраны таким образом, что ширина слоя объемного заряда перехода между областью 6 и подложкой больше или равна расстоянию между областями 6 и 7. Вторая возможность — ширина слоя объемного заряда упомянутого перехода меньше расстояния1 между областями 6 и
7. B первом случае гальваническая связь между электродами выход" и земля" отсутствует, во втором — гальваническая связь между выходом логического элемента и "землей имеется.
Таким образом, предложенный логический элемент в зависимости от структурно-топологических параметров (расстояние между затворами и удельное сопротивление подложки) может выполнять логические функции ИЛИ HE и И-HE.
Повышение быстродействия логического элемента достигается благодаря использованию в качестве затворных и коллекторных областей неинжектирующих выпрямляющих контактов, например переходов металл - полупроводник. Отсутствие инжекцци неосновных носителей заряда из затворных областей резко уменьшает величину избыточного заряда в подложке и, следовательно, уменьшает время переходных процессов в логическом элементе IIpv переходе из открытого состояния в закрытое.
Повышение плотности компоновки достигается тем, что являются плоскими и могут формироваться в маске затворы с мини« маль ными размерами.
Предлагаемый логический элемент технологичен и может быть изготовлен по планарной технологии как с применением эпитаксиальных и."енок, так и без них.
5 602055
Широкие функдиональные возможности, ни высокое быстродействие и технологичность о делают возможным широкое использование ц предлагаемого элемента при построении н больших интегральных схем с высокой 5 кл плотностью элементов на кристалле. не дяИХ
ЬхоИ иг.
Составитель О. Федюкина e
Заказ 782 3/5 9 Тираж 922 Подлисное
LlHHHHH Государственного комитета СССР ло делам изобретений н открыти й
113035, Москва, -35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, l
Формула изобретения
1. Интегральный логический элемент с входными и выходным электрбдами, содержащий биполярный транзистор в пепи питаЮыМод б я и полевой переключательный элемент, тличающийся тем,что,с елью повышения быстродействия и плотости компоновки, затворы полевого переючательного элемента выполнены в виде инжектируюших выпрямлякацих контактов, а выходной электрод расположен и области перекрытия обьемных зарядов затворов.
2. Элемент по п. 1, о т л и ч а юш и и с я тем, что затворы пере .ч.зчательного элемента и коллекторы б-полярного транзистора совмещены.