DE1764241A1 - Monolithische elektrische Schaltung - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft eine monolithische elektrische Schaltung enthaltend ein Paar von emittereeitig verbundenen Transistoren,
vorzugsweise Speicherzelle mit einem inneren bistabilen direkt kreuzgekoppelten Transistormultivibrator und einem äusseren
Differentialverstärker, der durch die unterschiedlichen Kollektorpotentiale des Multivibrators gesteuert wird.
Derartige Schaltungen werden häufig in der Elektrotechnik verwandt,
z. B. als Differentialverstärker, als Stromübernahmeschalter (current switch) oder als Transistor-Flip-Flop. Die Ausführung in
monolithischer Technik geht bisher beim Aufbau eines Transistors
von der Planartechnik aus. Unabhängig von ihrer Zusammenschaltung werden Transistoren im allgemeinen so dargestellt, dass der Kollektor
-2-
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in der epitaxialenSchicht auf dem Substrat, die Basis in einer
darauf folgenden Diffusion und der Emitter in einer weiteren Diffus ionsschicht oberhalb der Basis zu liegen kommt. Zwei Transistoren
müssen im allgemeinen voneinander isoliert werden durch eine p+ Diffusion, die die η-Epitaxie (Kollektoren) unterbricht. Nur im Falle
von gemeinsamem Kollektorpotential oder bei "Verbindung der beiden
nicht notwendig.
Solche p+Isolationen, durch die getrennte Isolationsinseln gebildet
werden, benötigen relativ viel Platz, da beim Diffusionsvorgang ein seitliches Auswandern erfolgt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, solche Platzverluste
durch Isolationsschichten bei zwei emitterseitig verbundenen Transistoren zu vermeiden und die Metallisierungen tür die galvanischen
Verbindungen einzusparen. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das in Planartechnik ausgeführte Paar von
Transistoren mit gleichem Emitterpotential invers betrieben wird, d.h. in einer gemeinsamen Isolationsinsel die Emitter in der n-Epitaxieschicht und die Kollektoren als getrennte Diffusionen innerhalb der Basisdiffusionen dargestellt sind.
Ein weiteres Merkmal dir Erfindung sieht vor, dass zwei in Serie
geschaltete Transistoren, die mit ihrem Emitter bzw. ihrem Kollektor auf gleichem Potential liegen, in Planartechnik so ausgeführt werden,
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dass ein Traneistor normal, der andere emitterseitig verbundene aber
invers betrieben wird.
Schwierigkeiten bei der erfindungsgemäseen Ausführung können
in Bezug auf die Stromverstärkung H der einzelnen Transistoren
entstehen. Bis jetzt lässt sich bei invers betriebenen Transistoren
ein Η f^s* 10 erreichen. Benutzt man allerdings eine Golddotierung,
so sinkt dieser Wert auf /J < 1. Für viele Anwendungen genügt
jedoch eine Stromverstärkung dieser Grössenordnung und dieser Nachteil lässt sich in Kauf nehmen.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, in dem zwei Paare von emitterseitig verbundenen Transistoren auftreten, ist in der Zeichnung
dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 die elektrische Schaltung einer vorgeschlagenen Speicherzelle,
Fig. 2 eine monolithische Matrix von Speicherzellen entsprechend einer elektrischen Schaltung nach Fig. 1,
Fig. 3 einen Querschnitt durch einen Teil der in Fig. 2 gezeigten monolithischen Speicherzelle.
Vor der Beschreibung des erfindungsgemässen topologischen Entwurfs
soll kurz auf die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Speicherzelle eingegangen werden.
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Diese an anderer Stelle vorgeschlagene Speicherzelle besteht einerseits
aus einem speichernden Element, nämlich einem direkt kreuzgekoppelten Transißtor-Flip-Flop 10. Dieser enthält zwei Transistoren
T, und T. mit gemeinsamem Emitterpotential V . über zwei
Kollektorwiderstände R und R, (etwa 1 k Ohm) sind die Kollektoren
1 w
der beiden Traneistoren mit dem Betriebspotential V verbunden.
Es ist jeweils einer der beiden Zweige stromführend, wodurch zwei verschiedene gespeicherte Informationen dargestellt werden können.
Zum Lesen und Schreiben dieser Informationen dienen die drei weiteren Transistoren T , T- und T-. Zum Lesen und Schreiben muss die
Zelle adressiert werden durch einen positiven Impuls auf der X-Leitung und einem negativen Impuls auf der Y-Leitung, wodurch
der Transistor T_ leitend wird. Ausgelesen wird folgendermassen:
Das Potential der beiden Emitter der Transistoren T. und T_ wird abgesenkt bei Adressierung des Transistors T_; damit wird ein in Fig.
nicht dargestellter, einer Vielzahl von Speicherzellen gemeinsamer Emitterwiderstand mit den Emittern der bevden Transistoren T und T_
verbunden, über diesen Emitterwiderstand werden sie mit einer
Spannungsquelle negativen Potentials verbunden, und die ganze Anordnung
ausserhalb des Flip-Flop 10 arbeitet als Differentialverstärker, d.h.
es flieset ein Lesestrom beim B- oder B in Abhängigkeit von den
Potentialen an den Kollektoren des Flip-Flop-
Das Einschreiben von Informationen in diese Zelle erfolgt dadurch,
dass da« Potential an einer der Klemmen B. (oder B.) so weit abgo-
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senkt wird, dass über die Basis zum Kollektor des Transietore T
(T2) ein Basisstrom flieset, der eino Absenkung des Basiepotentials
am Transistor T4 (T-) und damit.dessen Sperrung zur Folge hat.
Ein topologischer Entwurf einer solchen Speicherzelle wie sie oben
beschrieben ist, in der erfindungsgemäss der inverse Betrieb einiger
Transistoren ausgenützt wird, wird in einer Matrix in Fig. 2 ' innerhalb der punktierten Linie 11 und Fig. 3 dargestellt Die
Transistoren T« und T., die den Multivibrator bilden, sind invers
3 4
dargestellt, d.h. es sind die beiden Kollektoren C. und C ^ in den
Basis diffusionen B- und B. innerhalb einer gemeinsamen Emitter-n-Epitaxieschicht
gezeigt. Die beiden Kollektorwiderstände finden sich als Bahnwiderstände R1 und R_ in einer getrennten Isolationsinsel.
In einer dritten Isolationsinsel befinden sich die restlichen drei Transistoren T , T-, Tn, von denen T und T_ ebenfalls invers dar-
ί & 0
lc.
gestellt sind, so dass sie eine gemeinsame Emitterdiffusion (n-Epitaxie)
und getrennte Basis- (B., B_) bzw, Kollektordiffusionen (C., C)
aufweisen. Die gemeinsame Emitterdiffusion wird ausserdem noch gleichzeitig
als Kollektordiffusion des normal betriebenen Transistors T-ausgenutzt, von dem die Basis B und der Emitter E zu sehen sind.
In Fig. 3 ist ein Schnitt durch die monolithische Schaltung der Fig.
gezeigt. Hier sind die Diffusionen unterschiedlicher Leitfähigkeit
klar zu erkennen. Auf einem p-Substrat befinden sich in durch p+
Diffusionen isolierten n-Epitaxieinseln zum ersten die Bahnwiderstände
R1, R_, zum zweiten der invers betriebene Transistor T., dessen
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• ο -
Kollektor C . ein Fenster zur Kontaktierung aufweist, der invere
betriebene Transistor T2 mit seiner Basis B- und dem Kollektor C_,
die beide durch ein Oxydfenster kontaktiert werden können, und der
normal betriebene Transistor T- mit der Basis Be und dem Emitter E-
5 5 5
und den zugehörigen Oxydfenstern.
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Claims (5)
1. Monolithische elektrische Schaltung enthaltend ein Paar von
emitterseitig verbundenen Transistoren (T , T und/oder T3, T4),
vorzugsweise Speicherzelle mit einem inneren bistabilen direkt kreuzgekoppelten Transistormultivibrator (10) und einem äusseren
Differentialverstärker, der durch die unterschiedlichen Kollektorpotentiale des Multivibrators gesteuert wird, dadurch gekennzeichnet,
dass das in Planartechnik ausgeführte Paar von Transistoren mit gleichem Emitterpotential invers betrieben wird, d. h. in
einer gemeinsamen Isolationsinsel die Emitter in der n-Epitaxieschicht
und die Kollektoren als getrennte Diffusionen innerhalb der Basisdiffusionen dargestellt sind.
2. Monolithische elektrische Schaltung, vorzugsweise Speicherzelle,
enthaltend zwei in Serie geschaltete Transistoren (T , T_ und/oder
T2, Tj.), so dass der eine Emitter mit dem anderen Kollektor
gleiches Potential besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass in Planartechnik ein Transistor (T_) normal der andere emitterseitig
verbundene (T1 und/oder T_) aber invers betrieben wird.
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3. Speicherzelle nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet
dass die Transistoren (T3, T4) des Multivibrators in einer und
die beiden Transistoren (T., T5) des Differentialverstärkers
zusammen mit einem adressierbaren Tortransistor (T.) in einer zweiten Isolationewanne ausgeführt sind.
4. Speicherzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Isolationewanne in Form eine "L" ausgebildet ist.
5. Matrix aus Speicherzelle^nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die "L'^förmige^Ieolationswannen so ineinandergreifen,
dass je zwei ein Rechteck bilden.
Docket GE 968 032
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