CS199407B1 - Injection integrated circuit - Google Patents

Description

Vynález se týká injekčního integrovaného obvodu, zahrnujícího proudový generátor a n-kanálový tranz^tor, ^řízený elelctrickým polem. jehož hradlo je · spojeno s proudovým generátorem a vstupní elektrodou obvodu, elektroda S je iizemněna a elektroda D spojena s výstupů ele^ktro^dou o^bvodu.

V^ynález má vztah. ^k oblasU m^ikroele^ktron^iky a tý^ká se^{, př}esněji řečeno·^, · injekčních. ⁱntegrovanýc^h obvo^dů s vyso^kým s^tu^pnem integrace^,. je-ž jsou určen^y předevéím k ^použⁱt^í v WslZových zařízeních.

Jsou známy injekční integrované obvody zahrnující proudový generátor a n-kanálový tranzistor ^řízený eleVrZkým ^polem. je^ho^{ž h}radlo je spojeno s proudovým ^gener^átorem a vstu^pn^í ele^ktro^dou obvodu. ele^ktrodaS je uzemněna a elektroda D je spojena s výstupní elektrodou obvodu.

Známé ⁱnjekčn^{í i}nťe^grovan^é o^bvod^y jsoupoměrně pomalé. což je ^dáno nahromaděním nadb^yte^čn^ého náboje noettelů. injeVovaných p-n p^řec^ho<3em hra^dlo-elektro^da ^S. v oblasti elelctro^{dy S}. ^{* V d}an^ém obvo^du se při ^ke z^kr^ácen^í <3ob^y nabZ jen^í kapacit struktur^{y p}otřebném zvýšení naMjecZo ^proudu zvyšuje nátoj. nahroma^děný v oblasti elelrtroty Ό. a ^tím narůstá ^doba. Verá je potrébnd ^pro jeho v^ymizení. t.j. narůst^á celková ^do^ba z^pož^dění v sepnut^í obvo^du. Ve^dle toho se takový obvocl v^yzna^čuje t^{éž p}om^ěrn^ě vel^kou ^ploc^hou. vymezenou bočnZ zab^ěhnut^ím ^pod m^askuj^íc^í tyattčník ^přím^ěsí ^při ^formov^án^í hradla tranurietoru ^řízeného elektriclcým ^polem. a též nutností, rezervy potřetaé ^ke s^pojen^í o^kéne^k fotošablony pro kontakty s hradlovou oblastí i oblastí elektrody D a okének fotošablorxy.pro difúzi příměsí do hradlové oblasti při formování oblasti elektrody D. .

Základním cílem tohoto vynálezu je zvýšení rychlosti činnosti injekčního integrovaného - obvodu.

Druhým cílem tohoto vynálezu je zvýšení hustoty stavby injekčního integrovaného obvodu.

Podstata vynálezu spočívá v-tom, že v injekčním integrovaném obvodu, • zahrnuj^ícím ^prou^dový generátor a n-Vnátavý . taanztatar ^řízený eZVrZkým polem, jehož hradlo je spojeno s proudovým generátorem a vstupní ' elektrodou obvodu, elektro^da S uzemn^ěna a elektrod 'D . s^pojena s výs^tu^pn^í eleHrofou obvodu, je podle 'v^yn^álezu ^hrac!la taanz.Ztoru ^řízené^ho eleVrZkým polem provedeno v p^obě nejm^én^ě je^dno^ho neZjeVujtaZo usmeróujtáho . kontaktu. *>

K rozší^řen^{í f}un^kcioná^ln^ích možností ^vodu je účelné^, ab^y tranzZtar řízení elektrⁱc^kým ^po^lem ^byl prove^den s dv^ěma neinjeVujícími ' ^kontak^ty a byla , zavedena doplňková vstupní elektroda, přičemž druhý kontakt je třeba spojit s touto doplňkovou vstupní elektrodou.

Ke zvýšení hustoty stavby injekčního integrovaného obvodu je účelné použít na místě proudového generátoru bipolární tranzistor s kovovým kolektorem, společným' s ^hra^dlem ' tranzZtaru ^řízen^ého elektoiclcýin polem.

Je rovn^ěž ' ^účeZé provit Ztagrovaný . o^bvo^d ja^ko polovod^^ou staukturu s proudovým ^generátorem v ^podo^bě bipolářtího planárntoo ^tranzistoru a s ^planárnZ trenzZZrem ^řízeným elelctrickým ^po^lem s ^hra^dlovou ' obílast^ umtatanou na ^povrc^hu podložky a s ^kovovýmⁱ spojí, uvnito 'o^bvodu, rozZženými na mas^kuj^ícⁱm ^diele^ktr^iku; hra^dlov^é oblast taanzZtoru ^řízen^ého elektrickým ^po^lem je třeba ^prov^ést v po^do^{bě ú}se^kú vni^rách o^odových spojů, umZtený^ na nemaskovanýc^h ilse^ch ^povrc^hu ^podlo^žky a ctoánených s^hora ^dia^le^ktri^kem, na^d nZž je umírána oblast elektrod D tatovým z^půso^bam^, a^by vytvářela o^hmic^ký konta^kt s p^lo^ou . v ^úse^ku pOkrývaném . o^astml prostarov^o n^áboje neZjeVuj^ cZh . usm^ěr^ňuj^íc^íc^h kontaVů hradlovýZ oblastí.

Pro zjednodušení technologie je účelné umístit v podložce integrovaného otoodu, ve vz^lenosti od svrchu^{, k}terá nepřesahuje ^tlou^šťku vrstvy ^prostarové^ho n^áboje neZjeVujZZo usm^ěr^ňujⁱc^ího kontaktu hradZvé oblast, držkovou oblast opačného typu vodivosti, než je typ vodivosti podložky, a to takovým . způsobem, ab^y tato do^pl^ňkov^á o^blast zcela překryta ohmZ^ kontakt elektrody D s podložkou.

V dal^ším textu . je tanto vynález vysv^ětleh ' popZem konkrátnZh varZnt jeho provedeš a ' ^přⁱloženýmⁱ výkresy ' ' na nZh^ž podle v^ynálezu pOdstavuje obr. 1 základní elektrické schéma injekčního integrovaného obvodu, - logického ventilu NEBO-NE”, obr. 2 schematicky polovodičovou . strukturu téhož ventilu, jako je na obr. ¹, a to pO poUedu shora, o^br. 3 . sdíematacky potavo^fovou struVuru ^téhož vent^ilu jako na obr. ¹, a to v p&čnán řezu, obr. 4 scliematZky rlovo^čovou struVuru ventílu s ' dvěma vstupy, s prou^dovým ^generátcram^, provedeným jako bípolárni tranzistor smetalickým kolektorem, společným s hrad3 lem tranzistoru řízeného elektrickým polem, a to v pohledu shora, obr. 5 schematicky planární polovodičovou strukturu tranzistoru řízeného elektrickým polem 3 hradlovými oblastmi provedenými v podobě úseků vnitřních obvodových spojů, a to v příčném řezu, obr. 6 schematicky polovodičovou strukturu tranzistoru řízeného elektrickým polem-s doplňkovou oblastí opačného typu vodivosti, než je typ vodivosti substrátu, a to v příčném řezu.

Na obr. 1 je uvedeno základní elektrické schéma jedné'z variant vynálezu navrhovaného-logického integrovaného obvodu - logického ventilu..

Logický ventil zahrnuje proudový generátor, provedený jako bipolární tranzistor 1J jehož emitor 2 je spojen s elektrodou Д napájecího obvodu (na obr. 1 není uveden), báze Д je spojena se zemnící elektrodou g a kolektory 6 а в' jsou odpovídajícím způsobem spojeny se vstupními elektrodami 1 a logického ventilu. Logický ventil zahrnuje kromě toho n-kanálový tranzistor, řízený elektrickým polem S s oblastí £ elektrody S, spojenou se zemnící elektrodou g, s oblastí 10 elektrody D, spojenou s výstupní elektrodou 11 a hradlovými oblastmi 12 a 12/, provedenými jako něinjektovací usměrňující kontakty a spojenými odpovídajícím způsobem se vstupními elektrodami 7 a 7^z logického ventilu.

Ve variantě obvodu podle obr. 1 je hradlo oblasti 12 a 12 ^z tranzistoru 8, řízeného elektrickým polem, provedeno jako dva neinjektující usměrňující kontakty, přičemž druhý kontakt je spojen s doplňkovou vstupní elektrodou 2^Z· . Na obr. 2 je schematicky bez měřítka znázorněna polovodičová struktura téhož logického ventilu jako na obr. 1.

Označení základních prvků na obr. 2 je shodné s označením na obr. 1. Proudový generátor,, provedený jako bipolární tranzistor 1 a tranzistor 8 řízený elektrickým polem, je zaformován ve společném polovodičovém substrátu

13. majícím n-typ vodivosti, přičemž bázová oblast £ tranzistoru 1 a oblast 2 elektrody S n-kanálového tranzistoru 8 řízeného elektrickým polem jsou společné.

Na obr.. 3 je schematicky znázorněna tatéž polovodičová struktura jako na obr. 2, rovněž označení základních prvků je shodné s označením na obr. 2. Oblast 10 elektrody D tranzistoru 8 řízeného elektrickým polem je umístěna mezi neinjektujícími usměrňujícími kontakty hradlových oblastí 12 a 12^z, čárkovaně jsou znázorněny hranice vrstev prostorového náboje usměrňujících kontaktů hradlových oblastí 12 a 12' v substrátu 13»

Na obr. 4 je schematicky znázorněna polovodičová struktura logického ventilu s dvěma vstupy, 8 proudovým generátorem v podobě bipolárního tranzistoru a metalickými kolektory, jež jsou společné s hradly tranzistoru řízeného elektrickým polem. V dané struktuře jsou metalické kolektory баб* bipolárního tranzistoru společné s hradlovými oblastmi 12 a 12^z, provedenými v podobě přechodů kov-polovodič typu diod Schottkyho.

’ 199407

- 4 Zvýšení ’ hustoty stavby integrovaného obvodu se v dané konstrukci dosahuje tím, že jsou výše uvedené oblasti kolektorů' 6, в' a hradel ' 12, 12' společné a jsou tím tedy odstraněny spoje mezi kolektory 6 a 6' s hradlovými oblastmi 12 a 12 . Je třeba poznamenat, že takové.provedení společných oblastí je možné díky realizaci proudového generátoru v podobě bipolárního tranzistoru s metalickým kolektorem. '

Na obr. 5 je schemaHcky znázorn^ěna planární po^vod^ové stru^ura ' n-kanálov^ého tranzⁱstoru 8 ^řízen^ého elektric^kým ^polem^{, p}atř^ící do sestavy integrovaného obvodu logického ventilu, jehož základní elektrické schéma je uvedeno na obr. 1. Zbývající část obvodu může být provedena tak, jak to ukazuje obr. 4.

V^ynálezem navr^hovan^{á k}onstruk:ce int.egrovan^o o^bvo^du s tranzistorem ^řízeným elektrickým polem s hradlovými oblastmi v podobě neinjektujících kontaktů umožnila provést hradlové oblasti ' 12 a 12/ v podobě úseků s vnitřními kovovými spoji obvodu 14, spočívajícími na úsecích substrátu 13« jež nejsou zakryty maskujícím*dielektrikem 15. Takové .provedení konstrukce zajišťuje možnost zhotovení hradlových oblastí 12 a 12 ' současně se zhotovením první vrstvy spojů uvnitř obvodu daného.integrovaného obvodu.

Umíst^ění o^blastⁱ 10 e^le^ktrod^y D na^{d d}iele^ktr^ikem 16. chrtoZZ spoje 14· uvnitř obvodu, umožňuje zhotovovat oblast . 10 elektrody . D současně se zhotovením druhé vrstvy spojů uvnitř obvodu (na obr. 6 nejsou uvedeny) · daného integrovaného obvodu.

Na obr. 6 je schematicky zn^ázorn^ěna ^polovo^di^čov^á stouUura je^ště jedn^é varianty provedení tranzistoru řízeného'elektrickým polem, který je součástí struktury navrhovaného integrovaného obvodu podle vynálezu. Struktura se liší od struktury výše popsané a znázorněné . na obr. 5 tím, . že má doplňkovou oblast

17. umístěnou na substrátu 13 - ve vzdálenosti a od · povrchu,·přičemž tato vz^dálenos^t ne^presahuje. ^tlou^šťku vrs^tv^{y p}rostorov^ého n^áboje nezjevujícího usmerňujZZo ^kontaktu ^hradlov^é o^blastⁱ 12. O^blas^t 17. je t^ypu vodivosti, který je o^pačný ty^pu. vodivosti. su^bstr^átu 13. v daném ^přípa^de p-^typu vo^divosti. . ^Oblast 17 je. umístěna Ztovým . způsobem, a^by zceZ . pokrývala ohmZký kontakt 18 oblasti D se substrátem 13· Zavedení doplňkové oblasti 21 umož^ňuje.zv^ět^šit vzd^álenoat mezⁱ hra^dlovýmⁱ ' oblastmi 12 a 12' a zje^dno^du^šit tec^hno^lo^gii z^ho^toven^í Ztegrovan^o obvo^du v ^důsle^dku zmírn^ěn^{í p}oža^davk^ů na ^fotoSablonu, kter^á se . pou^žív^á p^ři formoval hrabových oblastí.

Injekční integrovaný obvod (logický ventil) pracuje následujícím způsobem. Emitorová oblast 2 bipolárního.tranzistoru 1 injektuje díry do bázové oblastí 4, jež se pro bázovou oblast £ . jeví jako minoritní nositelé n^áboje. ^Tito nositelé n^áboje se ^komuZjí oWastmi ^kole^ktor^ů 6 a ' 6' . Podle napětí na . vstu^pn^ích elektro^dác^h 2 a , 1' m№e ^být Z^cký ventil v je^dnom z následujících stavů.

Buůe-^li na o^bě vstu^pn^í elektrody 2 ^a 2* povedeno nhke nap^ětí, ^blZké poZncZlu zem^^ ^pak nosheW n^áboje^, VmuZjící se ^přec^ho^dy o^b!as^tí

- 5 199407 kolektorů 6 a 6' ,·. ' stékají na . zem*. Výstupní elektroda 11 při tom nemá galvanickou vazbu se zemí - elektrodou 2> a je-li_ ventil napojen na analogový ventil ·(na obr. 1 není uveden), pak na elektrodě 11 bude přítomno vysoké nappěí, rovnnjící se uvolňovacímu napětí přechodu mezi hradlovými oblastmi 12 a 12' a oblastí £ elektrody S.

Přerušení uvede^ galvanické vazby· nastane · v důsledku překytí úseku substrátu 13., umístěného mezi elektrodami 11 a 2> a to vrstvami prostorových, nábojů · uzavřených přechodů mezi hradlovými oblastmi 12, 12' a oblastí *' elektrody S (vrstvy prostorových nábojů jsou uvedeny na obr. · 3 čárkovaně) . .

Budeeli ke vstupním elektoodám 2 a i' přivedeno vysoké nappěí, přesahující uvolňovací napětí přechodů mezi hradlovými oblastmi 12, 12' a oblastí 2 elektrody S,· pak existuje mezi elektrodami 11 a 2· galvanická vazba a napětí na výstupu logického členu bude blízké napětí ·na elektrodě 2 země. Uvedená galvanická vazba je zabezpečena zmenšením rozměrů oblasti prostorového náboje přechodů · mezi hradlovými oblastmi 12, 12 ' ΘΜ.β^ί % elektrody S při zvětšení napětí na vstupních elektrodách . i a

Buud-li k jedné ze vstupních elektrod ' 2 nebo z' přivedeno nízké napětí, pak existují dvě možn^si. První - jestliže měrný odpor obb-asli· 10 a vzdálenost L· mezi hradlovými oblastmi · 12 a 12' (obr. 2) jsou voleny tak, aby šířka vrstvy prostorového náboje přechodu·mezi hradlovými oblastmi 12 a 2 byla vetší nebo rovna vzdálenosti L. Druhá - jestliže šířka vrstvy prostorového· náboje uvedeného přechodu · je · menší než vzdálenost L. V prvém případě existuje elektrická galvanická vazba mezi elektrodami 11 a 2, v druhém · případě galvanická vazba · mezi · elektrodami 11 a zemí (elektrodou 5) neexistuje.

Takovýmto způsobem můženavrhovaný · logický · člen v závislosti na strukturně-topologických parametrech (hodnotě L a měrném odporu 10 ) plnit logickou funkci NEBO-NE nebo A-NE. ·

Zvýšení rychlosti v činnooti daného · logického členu se dosáhne díky použžtí neinjektujících usmetrudících kontaktů - přechodů kov-polovodič jako hradlových sblastí 12 a 12' ·a kolektorových omastí 6 a б'. Tím, že nenastává injektování minoritních n^^^ítelů náboje z hradlových objatí 12 a 12 nedochází k nahromadění přebytečného náboje v oM-asti .12, čímž se výrazně zkracuje doba přechodových dějů v logickém ven^lu při přechodu ze · stavu otevřeného do stavu uzavřeného.

Zvláštnost činnooti integrovaného obvodu s tranzisooeem řízeným elektrckkým polem, uvedeného na obr. 6, spočívá v následujícím. Doplňková oblast ' brání průchodu proudu od ·výstupní elektrody 11 k oblasti 2 ' elektrody

S· · ve kolmo k povrchu integrovaného obvodu a zabezpečuje, aby dráha , proudu procházela rovnoběžně s povrchem. Jestliže je na hradlových oblastech a 12' · příoomen nízký potenniál, vrstva prostorového náboje překrývá cestu · průchodu proudu, neboť doplňková 17 · zcela překrývá ohmický kon199407

- 6 takt oblasti 10 . elektrody D. Oblast 17 může být spojena se zemí nebo na ní. může, -být pří.vedeno ^posunutí napětí - predpetí od doplňkového zdro• ^v , ^je napetí.

Vynálezem navrhovaný integrovaný obvod se vyznačuje technologičností a může ^být z^hotoven ^plenárn^í tec^hno^lo^g^^ií, jak s pou^žitím ' ephaxn^ foló-í,. tak i bez nich. , .

^širo^{ké f}unkcⁱon^ální možnosti a v^yso^ká r^yc^hlost ^činnosti . umořuje širok^é vvuž^í ⁱn^te^grovan^ého o^bvodu po^dle v^yná^lezu ^při sestavován velkých ^tegrovaných obvodů s vysokou.hustotou prvků na . krystalu.

Předmět ’ vynálezu

Claims (5)

1. Předmět ’ vynálezu

   1. Inje^kčn^í wtegrovaný o^bvod,· o^bsa^huj^íc^í prosový ^generótor a n-^kanálový tranzistor ^{- ří}zený élekto^lcým pólemj jehož ^hra^dlo je spojeno s proudovým generátorem a vstupn^í ele^ktro^dou o^bvo^du, ele^ktro^da ^- S uzemněna^-a e^lektroda B spojená s výstupní ’ elektrodou obvodu, vyznačující se tím, žě hradlo (12) tranzⁱstoru (8) ^řízen^ého elektn^ým polem je prove^den.o ve ^form^ě nejmén^ě je^dno^ho ne^jektujícíto usm^rtovac^o^ontak^u.
2. 2. Injekční integrovaný obvod ' podle bodu 1, vyznačující se tím, žé tranz^tor. ⁽8) ^řízený e^le^ktrickým po^lem o^bsa^huje ^dva neinjek^tuj^íc^í konakty a ^do^plň^kovou vs^tu^pn^í ele^ktro^du (7') ^{, p}ř^ičem^{ž d}ruhý ^kontakt je s^pojen ^- s ^do^plňkovou vs^tu^pn^í ele^ktro^dou ⁽ 1') .
3. 3. Injekční integrovaný obvod podle bodu 1, ..vyznačující se tím, že jako proudový generátor je použit bipolární tranzistor (1) s metalickým kolektorem (б^, ' 6') ^, s^po^lečným s hra^dlem (1^ ¹²') tranzistoru Í8^{) ř}ízen^ého · e^ktrickým polem. ‘
4. 4· Injekční integrovaný obvod.podle Bodu 1, vyznačující . se'tím, že na ^povrchu substr^átu (¹3) umístěn^é hra.dlov^é otoasti (1^ ^{12 z}) tranzistoru (^{8) ř}ízen^ého ele^nckým polem, prove^den^ého jako planárn^. jsou ^prove^deny v po^dov v v be úseků kovových, na maskujícím dielektriku (15) umístěných, vnitrních spojů obvo^du (14^ a . to ^úse^{ků př}esa^huj^ících na nemas^kovan^é . ^úse^{ky p}ovrc^hu su^bstr^átu (¹3). a . chr^án^ěn^é ’ shora ^dielek^trikem (¹⁶^ nad núrá je urás^na ^-oWast (10} elektrody. D vytvářející ohmický kontakt (18) se substrátem (13) na ^úseku ^pře^krývan^ém oblastmi prostorov^ého n^áboje n^nje^ujíc^h uam^ěr^ňuj^íc^ích konta^ktů ^hra^dlových oblasU (1^ l²'^ ^přičem^ž prou^dový gener^or . je prove^den v ^po^dob^{ě p}lan^árn^ího ^bipol^árn^ího tranzistoru (¹).
5. 5. Injekční integrovaný obvod podle bodu 4, vyznačující se tím, že v substr^átu ⁽¹3) je ve vz^lenos^ ⁽ a ^{) p}o .povrchu^,. ne^převyšuj^íc^í ^oušťku vrstvy ^pros^torov^ého n^ábojejneinjektujíctao usm^ěr^ňuj^íc^ího ko^aktu hradlov^é oblasti elektrody S, umístěna doplňková oblast. (17) typu vodivosti, který je opa^čný typu vo^divostⁱ substráty ^přičem^{ž d}o^pl^ňkov^á oblast zce^la .^pře^krýv^á ohmický kontakt (18) oblasti (10) elektrody ·D ’ se substrátem (13)·'

   OPRAVA ' ''' popíšu vynálezu к autorskému osvědčení č. 199 407 ~ (51) Hlt. СР — H 911 27/00

   V popisu vynálezu к autorskému osvědčení č. 199 407 má být₄ v záhlaví:

   Správně: „(32) (31) (33) Právo přednosti Od 08 01 77 (2441385).

   . · od 01 11 77 (2537101)

   Od 11 11 77 (2537006)

   Svaz sovětských, socialistických republik“

   CKAD PROVYNAI.EZYA OBJEVY