DE2356301A1 - Monolithisch integrierte, binaere logische schaltung - Google Patents

Monolithisch integrierte, binaere logische schaltung

Info

Publication number
DE2356301A1
DE2356301A1 DE2356301A DE2356301A DE2356301A1 DE 2356301 A1 DE2356301 A1 DE 2356301A1 DE 2356301 A DE2356301 A DE 2356301A DE 2356301 A DE2356301 A DE 2356301A DE 2356301 A1 DE2356301 A1 DE 2356301A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
transistor
circuit
transistors
basic
base
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
DE2356301A
Other languages
English (en)
Other versions
DE2356301B2 (de
DE2356301C3 (de
Inventor
Horst H Dipl Ing Dr Berger
Siegfried K Dipl Ing Wiedmann
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.)
IBM Deutschland GmbH
Original Assignee
IBM Deutschland GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IBM Deutschland GmbH filed Critical IBM Deutschland GmbH
Priority to DE2356301A priority Critical patent/DE2356301C3/de
Priority to US488344A priority patent/US3916218A/en
Priority to FR7432942A priority patent/FR2258059B1/fr
Priority to GB4164574A priority patent/GB1448914A/en
Priority to NL7413098A priority patent/NL7413098A/xx
Priority to JP49119516A priority patent/JPS5241177B2/ja
Priority to IT28565/74A priority patent/IT1022970B/it
Publication of DE2356301A1 publication Critical patent/DE2356301A1/de
Publication of DE2356301B2 publication Critical patent/DE2356301B2/de
Application granted granted Critical
Publication of DE2356301C3 publication Critical patent/DE2356301C3/de
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/082—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including bipolar components only
    • H01L27/0821—Combination of lateral and vertical transistors only
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/0203—Particular design considerations for integrated circuits
    • H01L27/0214—Particular design considerations for integrated circuits for internal polarisation, e.g. I2L
    • H01L27/0229—Particular design considerations for integrated circuits for internal polarisation, e.g. I2L of bipolar structures
    • H01L27/0233—Integrated injection logic structures [I2L]
    • H01L27/0237—Integrated injection logic structures [I2L] using vertical injector structures
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0688—Integrated circuits having a three-dimensional layout
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
    • H01L27/082—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including bipolar components only
    • H01L27/0823—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including bipolar components only including vertical bipolar transistors only
    • H01L27/0826—Combination of vertical complementary transistors
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K17/00—Electronic switching or gating, i.e. not by contact-making and –breaking
    • H03K17/14—Modifications for compensating variations of physical values, e.g. of temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/082—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using bipolar transistors
    • H03K19/091—Integrated injection logic or merged transistor logic

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Bipolar Integrated Circuits (AREA)
  • Logic Circuits (AREA)

Description

Monolithisch integrierte, binäre logische Schaltung
Die Erfindung betrifft eine monolithisch integrierte, binäre logische Schaltung mit mindestens einer aus zwei komplementären Transistoren bestehenden Grundschaltung,bei der die Basis des ersten, invers betriebenen mit dem Kollektor des zweiten und der Emitter des ersten mit der Basis des zweiten Transistors ver-\ bunden ist, und bei der von einer Stromversorgungseinrichtung über den Emitter des zweiten Transistors ein Ström eingespeist ist, der in Abhängigkeit von dem an die Basis des ersten Transistors angelegten Eingangssignal den als Ausgangssignal dienenden Strom durch den ersten Transistor steuert.
In der bipolaren,monolithischen Technik ist man aus Kosten- und Zuverlässigkeitsgründen bestrebt, eine möglichst größe Anzahl von Schaltungskomponenten auf einem einzigen Halbleiterplättchen unterzubringen. Ein weiteres dauerndes Ziel bei der Auslegung monolithischer Halbleiterschaltungen besteht darin, die Verfahrensschritte zu vereinfachen oder, noch besser, zu verringern. Um eine größere Anzahl von Schaltungskomponenten auf einem einzigen Halbleiterplättchen unterzubringen, muß in der Regel dessen Oberfläche vergrößert werden» Dadurch nimmt jedoch ζunächt die von einer kreisförmigen Halbleiterscheibe (Wafer) erhältliche Anzahl von Plättchen (Chips) ab ο Außerdem sinkt die Ausbeute an brauchbaren Halbleiterplättchen aus einer Halbleiterscheibe rapide ab.
; 509821/08:44 -.■ 'VX-/'" -
Um den geschilderten Forderungen gerecht zu werden, bzw. um die aufgezeigten Probleme zu mindern, ist es im Zusammenhang mit der monolithischen Auslegung von bipolaren Schaltungen bereits bekannt, in Verbesserung der "üblichen Layout-Technik", wonach für jedes Schaltungselement eine besondere Isolationswanne vorgesehen ist, mehrere Schaltungskomponenten innerhalb einer einzigen Isolationswanne zusammenzufassen. Es werden dabei vorzugsweise auch gleichartige, auf demselben Potential liegende Halbleiterzonen gemeinsam ausgebildet. Es ist weiter bekannt, NPN- und PNP-Transistoren in einer Vierschichtstruktur miteinander zu integrieren. Bei einer derartigen bekantgewordenen Schaltung wirkt dabei der zusammen mit dem NPN-Transistor integrierte PNP-Transistor als sättigungsverhinderndes Schaltungselement (Microelectronic-Circuits and Application, J.M. Carrol, MacGraw Hill 1965, Seite 76, Fig. 4). Auch bei dieser bekannten Schaltung kann nicht auf die beschriebene flächenaufwendige Isolationsdiffusion verzichtet werden. Schließlich bringen sie auch bezüglich der innerhalb der Isolationswannen realisierten Schaltungskomponenten keine Prozeßvereinfachung oder gar eine Einsparung von Prozeßschritten.
Aus diesem Grunde ist in der deutschen Offenlegungsschrift Nr. 2 021 824 ein verbesserter monolithischer Aufbau der genannten, bekannten Schaltung mit komplementären Transistoren angegeben worden. Außerdem ist dort bereits die Anwendung dieser Schaltung als Grundbaustein für ein logisches Halbleiterschaltungskonzept vorgeschlagen worden. Dieses logische Schaltungskonzept ist zum Zwecke der Erreichung einer hohen Packungsdichte derart aufgebaut, daß in ein Halbleitergrundmaterial eines ersten Leitfähigkeitstyps mindestens zwei dazu entgegengesetzt leitfähige Gebiete in einem Abstand als Emitter- und Kollektorzonen einer lateralen Transistorstruktur angeordnet sind. In der Kollektorzone der lateralen Transistorstruktur befindet sich mindestens eine weitere dazu entgegengesetzt leitfähige Zone als Kollektorzone einer invers betriebenen vertikalen Transistorstruktur. Zum Betrieb dieser Halbleiterstruktur als logische Grundschaltung wird in die
ge 973 oio 509821/0844
Emitterzone der lateralen Transistorstruktur ein Strom eingeprägt, der in Abhängigkeit von dem an seiner zugehörigen Kollektorzone angelegten Eingangssignal den als Ausgangssignal dienenden Stromfluß durch die vertikale Transistorstruktur steuert.
Diese bekannte Struktur bzw. logische Grundschaltung läßt sich universell für verschiedenste: Verknüpfungsnetzwerke einsetzen, indem mehrere derartige Grundschaltungen, die beispielsweise als NOR-Schaltüngen betreibbar sind, in bestimmter Weise kombiniert werden. Es ist festzustellen, daß infolge des Fehlens von Isolationsdiffusionsgebieten, da die einzelnen Grundschaltungen ohne Trennung aneinandergereiht integrierbar sind, sowie durch Verwendung von diffundierten Widerständen eine erhebliche Flächeneinsparung gegenüber bekannten logischen Schaltungsfamilien möglich ist. Außerdem ist der Herstellungsprozeß vereinfacht und entspricht dem bei der Herstellung eines einzelnen Planartransistors. Es ist aber auch festzustellen, daß der flächenmäßige Aufwand durch die laterale Struktur des einen Transistors bestimmt ist, wobei die einzelnen, an die Oberfläche tretenden Diffusionszonen die erforderliche Fläche aufweisen müssen. Außerdem sind für zwei Transistorzonen selektive Diffusionsprozesse erforderlich. Schließlich ist festzustellen, daß für die logische Verknüpfung und für die Stromversorgung getrennte Verdrahtung vorzusehen sind.
Aus diesem Grunde ist in der deutschen Patentanmeldung P 22 12 168.2 bereits eine Abwandlung der bekannten Teilstruktur eines logischen Halbleiterschaltungskonzepts vorgeschlagen worden, das, verglichen mit dem bekannten Schaltungskonzept, mit erhöhter Packungsdichte in einem weiter vereinfachten Herstellungs-'prozeß hergestellt werden kann, ohne daß dabei die Vorteile hinsichtlich der Flexibilität bei der Anwendung für die verschiedensten Verknüpfungsnetzwerke eingeschränkt werden würden. Dabei wird die die zwei Transistoren umfassende Teilstruktur derart aufgebaut, daß sie aus einer auf ein Substrat eines ersten Leitfähigkeitstyps aufgebrachten Schicht des entgegengesetzten zweiten
ge 973 οίο 503-82 1/08Λ A
Leitfähigkeitstyps, einer auf die erste Schicht aufgebrachten zweiten Schicht des ersten Leitfähigkeitstyps und einer auf die zweite Schicht aufgebrachten dritten Schicht des zweiten Leitfähigkeitstyps besteht, und daß zur Kontaktierung der einzelnen Schichten jede Teilstruktur von die jeweils darüberliegenden Schichten durchdringenden Zonen des der zu kontaktierenden Schicht entsprechenden Leitfähigkeitstyps umgeben ist. Dabei bildet die erste Schicht den Emitter, die zweite Schicht die Basis und die dritte Schicht den Kollektor eines ersten Transistors, in dessen Basis über einen zweiten, hier ebenfalls vertikal aufgebauten Transistors ein Strom eingeprägt wird. Dabei bildet das Substrat den Emitter, die erste Schicht die Basis und die zweite Schicht den Kollektor dieses zweiten Transistors.
Die bekannte und die bereits vorgeschlagene abgewandelte Grundstruktur weisen das gleiche Ersatzschaltbild auf, sind also in ihrer logischen Funktion identisch. Setzt man nun mehrere derartige logische Grundschaltungen zu Verknüpfungsnetzwerken zusammen, die beispielsweise als NOR-Schaltungen betreibbar sind, so erfolgt die Stromversorgung vorzugsweise über eine Konstantstromquelle, die an die parallel geschalteten Emitter der jeweils zweiten Transistoren der Grundschaltungen angeschlossen wird. Selbstverständlich könnte die Stromquelle durch eine feste Spannung mit entsprechendem Vorwiderstand nachgebildet werden. Dann muß man aber mit größeren Toleranzen für den Strom rechnen, bedingt durch Temperatur- und Versorgungsspannungsschwankungen. Insbesondere die SpannungsSchwankungen sind aber beispielsweise bei einem hier wegen der kleinen erzielbaren Verlustleistung attraktiven Batteriebetrieb erheblich. Durch Einsatz einer geeigneten Regelschaltung ist das Problem der Spannungstoleranzen lösbar. Es ist jedoch bisher keine Regelschaltung bekannt geworden, die sich optimal mit den beschriebenen logischen Grundschaltungen integrieren ließe.
Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine monolithisch integrierte, binäre Schaltung unter Verwendung der be-
GE 973 oio ' SO9821 /Q8U
C -_
schriebenen logischen Grundschaltung 'einzugeben., bei der eine ; Stromversorgungseinrichtung vorgesehen ist, die sich in ihrer monolithischen Ausführung optimal, ohne Isolatiönswannen, also in dem gleichen Halbleitersubstrat wie die Logikschaltung selbst, integrieren läßt.
Gemäß der Erfindung wird, diese Aufgabe für eine monolithisch integrierte, binäre logische Schaltung mit mindestens einer aus zwei komplementären Transistoren bestehenden Grundschaltung, bei der die Basis des ersten, invers betriebenen mit dem Kollektor des zweiten und der Emitter des ersten mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist, und bei der von einer Stromversorgungseinrichtung über den Emitter des zweiten Transistors ein Strom eingespeist wird, der in Abhängigkeit von dem an die Basis des ersten Transistors angelegten Eingangssignal den als Ausgängssignal dienenden Strom durch den ersten Transistor steuert, da-, durch gelöstr daß die Stromversorgungseinrichtung zwei zusätzliche , mitintegrierte derartige Grundschaltungen enthält, wobei der erste Transistor der ersten zusätzlichen Grundschaltung normal betrieben und der Kollektor mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist, daß die Emitter der zweiten Transistoren der zusätzlichen Grundschaltungen zusammen mit den Emittern der zweiten Transistoren der die logische Schaltung bildenden Grundschaltung an eine gemeinsame Spannungsquelle angeschlossen sind, daß die Basen der zweiten Transistoren der zusätzlichen und der die logische Schaltung bildenden Grundschaltungen miteinander verbunden sind und daß der Kollektor des ersten Transistors der zweiten mit der Basis des ersten Transistors der ersten zusätzlichen Grundschaltung verbunden ist.
Auf diese Weise erhält man eine geregelte Stromversorgungseinrichtung für die logische Schaltung, die aus den gleichen, in denselben Verfahrensschritten herstellbaren Grundstrukturen besteht, aus der sich die logische Schältung selbst zusammensetzt. Durch diese gleichartige Struktur weist auch die Stromversorgungseinrichtung die eingangs beschriebenen Vorteile der logischen Grund-
GE 973 010 §ÖS821/Ö8&£ /:.
- 6 schaltung selbst auf.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen niedergelegt.
Die Erfindung wird anhand zweier, in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 das Ersatzschaltbild einer erfindungsgemäßen,
beispielsweise aus einer zweistufigen NOR-Schaltung zusammengesetzten logischen Schaltung mit der zugehörigen Stromversorgungseinrichtung,
Fign. 2A, und 2B ein Ausführungsbeispiel einer monolithischen Auslegung der Schaltung gemäß Fig. 1, und
Fign. 3A und 3B ein weiteres Ausführungsbeispiel einer monolithischen Auslegung der logischen Schaltung gemäß Pig. I.
Zunächst sei die an sich bekannte logische Grundschaltung näher betrachtet, aus der sich die zu bildenden logischen Netzwerke und erfindungsgemäß auch die dafür erforderliche Stromversorgungseinrichtung zusammensetzen. Das elektrische Ersatzschaltbild der Grundschaltung ist innerhalb des gestrichelten Teiles in Fig. 1 dargestellt. Die Schaltung besteht aus zwei komplementären Transistoren Tl und T2. Der Kollektor P2 des Transistors T2 ist mit der Basis T2 des Transistors Tl verbunden. Außerdem ist die Basis Nl des Transistors T2 mit dem Emitter Nl des Transistors Tl verbunden, über den Emitter Pl des Transistors T2 wird ein Strom in die Basis P2 des Transistors Tl eingespeist. Der Kollektor N2 des Transistors Tl bildet den Ausgang der Schaltung. Wie aus dem Ersatzschaltbild zu ersehen ist, weisen die beiden Transistoren gleichartige Halbleiterzonen auf, die außerdem auf gleichem Potential liegen. Diese Halbleiterzonen sind dementsprechend identisch bezeichnet und können bei der Realisierung der Halb™
ge 973 oio 50982 1/084 4
leiterstruktur in gemeinsamen Halbleiterzohen untergebracht werden. .
Es ergibt sich folgende Wirkungsweise der Grundschaltung. Wird an die gemeinsame Kollektor-Basiszone P2 kein definiertes Potential angelegt, so fließt der in den Transistor 12 eingeprägte Strom in die Basis des Transistors Tl. Der Transistor Tl wird dadurch sättigungsleitend. Liegt dagegen an der gemeinsamen Zone P2, also an Anschluß X, Massepotential, so wird der in den Transistor T2 eingeprägte Strom über diesen Anschluß abgezogen und kann nicht in die Basis von Transistor Tl fließen. Der Transistor Tl wird in diesem Fall gesperrt sein. Unter Berücksichtigung der sich jeweils am Kollektor N2 des Transistors Tl einstellenden Potentiale wird demnach durch die Kombination der beiden Transistoren Tl und T2 prinzipiell ein Inverterglied gebildet. Eine derartige logische Grundschaltung läßt sich universell zum Aufbau der verschiedensten Verknüpfungsnetzwerke verwenden.
Im folgenden wird der Aufbau eines mit der Grundschaltung verwirklichten NOR-Gliedes beschrieben. Bekanntlich lassen sich alle logischen Grundverknüpfungen sowie komplexe logische Verknüpfungsnetzwerke lediglich unter Verwendung von NOR-Gliedern realisieren. Insoweit kann die NÖR-Verknüpfung als Fundamentalverknüpfung angesehen werden. Als einfachstes Beispiel einer NÖR-Verknüpfung ist in Fig. 1 eine NOR-Schaltung, bestehend aus zwei logischen Grundschaltungen mit den Transistoren Tl, T2 bzw. Tl1,. T2' dargestellt. Dabei sind die Emitter Pl der beiden Transistoren T2 und T2' an eine gemeinsame Spannungsquelle V angeschlossen. An die Kollektoren bzw. Basen P2 und P21 der Transistoren der Grundschaltungen sind die zu verknüpfenden Signale X und Y angelegt. Die Ausgänge der Kollektoren der beiden ersten Transistoren Tl und Tl1 der beiden Grundschaltungen sind miteinander verbunden, so daß man am Ausgang die NOR-Verknüpfung X+ Y erhält.
Wie bereits eingangs erläutert, läßt sich also mittels der bekannten Grundsehaltung eine in mehrerer Hinsicht vorteilhafte
GE 973 010
50-58 2 ϊ /G8AÄ
bipolare Logikfamilie verwirklichen. Ein wesentlicher, die anhand der Figuren 2 und 3 noch zu beschreibende Struktur betreffender Vorteil ist darin zu sehen, daß alle notwendigen Bauelemente ohne die übliche Isolation in einem gemeinsamen Substrat, beim betrachteten Ausführungsbeispiel nämlich in der gemeinsamen Zone Nl untergebracht werden kann.
Das Ersatzschaltbild der Fig. 1 zeigt nun, wie erfindungsgemäß lediglich durch Hinzufügen zweier weiterer der bekannten Grundschaltungen zu der beispielsweise betrachteten NOR-Schaltung die Stromversorgung für diese Schaltung optimal verwirklicht werden kann. Diese für die Stromversorgung zuständigen beiden zusätzlichen Grundschaltungen umfassen wieder jeweils zwei Transistoren Tl", T2" bzw. Tl111, T2" '. Diese beiden Grundschaltungen zeigen im wesentlichen den gleichen Aufbau, wie die die logische Schaltung bildenden Grundschaltungen. Die Emitter Pl der beiden zweiten Transistoren T2" und T2" ' sind wiederum an die gemeinsame Spannungsquelle V gelegt. Der erste Transistor Tl" ist im Gegensatz zu den entsprechenden Transistoren der anderen Gründschaltungen normal betrieben, sein Emitter ist beispielsweise an Massepotential gelegt, was aber strukturell ohne Bedeutung ist. Zur Erzielung der erforderlichen Stromregelung ist der Kollektor N2111 des ersten Transistors Tl111 der zweiten zusätzlichen Grundschaltung mit der Basis P2" des ersten Transistors Tl" der ersten zusätzlichen Grundschaltung verbunden. Zusätzlich ist der zweite Transistor T2" der ersten zusätzlichen Grundschaltung durch einen Widerstand Rl überbrückt. Außerdem liegt zwischen der Basis P2111 und dem Emitter Nl des ersten Transistors Tl1" der zweiten zusätzlichen Grundschaltung ein Widerstand R2.
Es ergibt sich folgende Wirkungsweise der Reglerschaltung für die Stromversorgung der NOR-Schaltung nach Fig. 1. Die Schaltung funktioniert im Versorgungsspannungsbereich VBE (Basis-Emitterspannung) < V <2VBE, also zwischen ca. 0,7 und 1,4 Volt, über den Widerstand Rl wird die Regelung nach dem Einschalten eingeleitet, indem er dem ersten Transistor Tl" der ersten zusätzlichen Grund-
GE 973 oio 5095217 0844
Schaltung einen Anfangsbasisstrom liefert. Dadurch zieht dieser Transistor Kollektorstrom aus dem gemeinsamen Gebiet ,Nl. Da das Gebiet Nl gleichzeitig die Basis sämtlicher zweiten Transistoren T2, T21, T2", T2iri bildet, fließt gleichzeitig ein Basisstrom in diese Transistoren, Dieser Basisstrom bewirkt,daß die zweiten Transistoren T2 und T21 der NOR-Schaltung ebenso wie die zweiten Transistoren T2" und T2' ' ' der zusätzlichen,· die Regelschaltung bildenden Grundschaltungen Kollektorstrom ziehen. Der Kollektorstrom des zweiten Transistors T2"der ersten zusätzlichen Grundschaltung erhöht den Basisstrom für den ersten Transistor Tl" dieser Grundschaltung, so daß eine Rückkopplung einsetzt. Diese Rückkopplung ist so lange wirksam, bis der Kollektorstrom des zweiten Transistors T2"' der zweiten zusätzlichen Grundschaltung an Widerstand R2 einen Spannungsabfall erzeugt, der wiederum den ersten Transistor Tl''· der zweiten zusätzlichen Grundsehaltung einschaltet. Da der Kollektor N2''' des ersten^Transistors Tl''' der zweiten zusätzlichen Schaltung mit der Basis des normal betriebenen ersten Transistors Tl" der ersten zusätzlichen Schaltung verbunden ist, wird dem .Transistor Tl" Basisstrom entzogen. Damit setzt der eigentliche Regelvorgang ein, indem dem gemeinsamen Gebiet Nl und damit der Basis sämtlicher parallel geschalteter zweiter Transistoren T2, T21, T2" und T2l"über den Kollektor Nl weniger Basisstrom zugeführt wird. Der die Stromversorgung bildende Strom über die parallel geschalteten zweiten Transistoren der Grundschaltungen ist damit durch deren Flächenverhältnisse und das Verhältnis Basis-Emitterspannung VBE von Transistor T2!I1 zu Widerstand R2 gegeben. Das Temperaturverhalten des sich aus diesem Verhältnis ergebenden Stromes ist außerordentlich günstig. In demselben Maße, wie VBE bei Temperaturanstieg abnimmt, darf nämlich tatsächlich der Strom der parallel geschalteten zweiten Transistoren abnehmen, weil der logische Pegelhub entsprechend kleiner wird. Die Geschwindigkeit der logischen Schaltung bleibt also konstant.
Im folgenden seien zwei Ausführungsbeispiele des topologischen Entwurfs der logischen Schaltung mit dem Ersatzschaltbild gemäß Fig. 1 betrachtet. Da die Transistorzonen im Ersatzschaltbild und
ge 973 οίο 509821/0844 \ -.V1:'.; V"."." r :
in der monolithischen Verwirklichung nach den Figuren 2 und 3 identisch bezeichnet sind und gleichzeitig jeweils den Leitfähigkeitstyp angeben, ist ein direkter Vergleich und ein leichtes Verständnis ermöglicht.
Die in Fig. 2A gezeigte Draufsicht umfaßt die gesamte Schaltung der Fig. 1 mit der NOR-Schaltung einschließlich der geregelten Stromversorgungseinrichtung. In das gemeinsame Halbleitergebiet Nl, das die Emitter der Transistoren Tl, Tl1 und Tl111 bzw. den Kollektor des Transistors Tl" und die Basen der Transistoren T2, T21, T2" und T2''' bildet, ist das Halbleitergebiet Pl eingebracht. Dieses Halbleitergebiet bildet den Emitter sämtlicher zweiter Transistoren der vier gezeigten Grundschaltungen. Lateral zu dem Halbleitergebiet Pl sind die vier die Kollektoren der jeweils zweiten Transistoren bildenden Halbleitergebiete P2, P21, P2" und P2111 angeordnet. Die zweiten Transistoren T2, T2· , T2" und T2111 der vier, die NOR-Schaltung und die Regeleinrichtung bildenden Grundstufen bestehen demnach aus einer lateralen Transistorstruktur. Mit diesen vier lateralen Transistorstrukturen sind nun die vier ersten Transistoren der Grundschaltungen derart verschmolzen, daß sie vertikale Transistorstrukturen bilden. Dazu ist in jedes Halbleitergebiet P2 bis P2111 ein den Kollektor bzw. den Emitter des jeweils ersten Transistors der Grundschaltungen bildendes Halbleitergebiet N2 bis N2"1 eingebracht. Die Vorteile der an sich bekannten Struktur sind bereits eingehend erläutert worden. In Flg. 2B ist eine die beiden Grunds chaltungen der NOR-Schaltung umfassende Schnittansicht dargestellt. Aus den Figuren 2 ist zu ersehen, daß sich die Stromversorgungseinrichtung optimal in die eigentliche logische Schaltung integrieren läßt, daß sie völlig gleichartig aufgebaut ist und keiner zusätzlichen Verfahrensschritte zu ihrer Herstellung bedarf.
Fig. 3A zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel des monolithischen Aufbaus der Gesamtschaltung nach Fig. 1 in Draufsicht. Es handelt sich hierbei um eine Schichtstruktur, bei der die einzelnen Grundschaltungen durch Verschmelzung jeweils zweier vertikaler Tran-
GE 973 οίο 509821/0044
sistorstrukturen gebildet sind. Fig, 3B stellt die Schnittansicht einer der Grundschaltungen mit den Transistoren Tl und T2 dar. Auf einem gemeinsamen Halbleitersubstrat sind eine Vielzahl derartiger Grundschaltungen angeordnet/ im betrachteten Beispiel also zwei Grundschaltungen für die NOR-Schaltung und zwei Grundschaltungen als Stromversorgungseinrichtung, Auf dem als Halbleitersubstrat dienenden Halbleitergebiet Pl befindet sich eine erste Halbleiterzone Nl, darüber eine zweite Halbleiterzone P2 und wiederum darüber eine Halbleiterzone N2, Die Halbleiterζone Pl dient wiederum als gemeinsamer Emitter der jeweils zweiten Transistoren T2 bis T2111 der Grundschaltungen, Die darüberliegende Halbleiterzone Nl bildet die Basis für alle zweite Transistoren und gleichzeitig den Emitter aller ersten Tran^ sistoren der Grundschaltungen. Die Kollektoren der zweiten Transistoren sind wiederum identisch mit den Basen der ersten Transistoren und werden von der Halbleiterzone P2 gebildet. Die abschließende Halbleiterschicht N.2 bildet die Kollektoren bzw. den Emitter sämtlicher ersten Transistoren Tl, Jede dieser Grundschaltungen wird durch rahmenförmige Zonen P und N begrenzt, über die Zone P erfolgt die Kontaktierung der Halbleiterschicht P2f während über die Zone N die Kontaktierung der gemeinsamen Zone Nl herstellbar ist. Aus diesem Grunde muß sich die Zone P mindestens bis in die Halbleiterschicht P2 und die Zone N bis mindestens die Zone Nl erstrecken. Die Zone N isoliert die Kollektoren und die Basen der einzelnen Grundschaltungen voneinander.
Das Herstellungsverfahren für eine derartige Struktur ist sehr einfach. Wegen der gleichmäßigen Schichtung über der gesamten Halbleiterscheibe bedarf die Herstellung der einzelnen Schichten keiner Maske, sondern kann durch epitaxiales Wachstum auf das Substrat Pl geschehen. Lediglich die Herstellung der Zonen P und N bedarf einer Maskierung. ■
Die Widerstände Rl und R2 können als externe Widerstände ausgeführt werden, wodurch die Widerstandstoleranzen klein gehalten
509 82 1 /ÖßU ^
GE 973 O1O
werden. Die Widerstände können aber auch in bekannter Weise als Schichtwiderstände in die Halbleiterstruktur integriert werden.
GE 973 010 SO 98 21 /0844

Claims (5)

  1. ; : - 13 - -■-■■;.-■ ■.; ■"■.■.-■ -■ ■;■ :' :
    P Ä.T EMTA N- S P RU C H E
    Monolithisch integrierte, binäre logische Schaltung mit mindestens einer aus zwei komplementären Transistoren bestehenden Grundschaltung, bei der die Basis des ersten, invers betriebenen mit dem Kollektor des zweiten und der Emitter.des ersten mit der Basis des zweiten Transistors verbunden ist, und bei der von einer Stromversorgungseinrichtung über den Emitter des zweiten Transistors ein Strom eingespeist ist, der in Abhängigkeit von dem an die Basis des ersten Transistors angelegten Eingangssignal den als Ausgangssignal dienenden Strom durch den ersten Transistor steuert, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromversorgungseinrichtung zwei zusätzliche, mitintegrierte derartige Grundschaltungen enthält, wobei der erste Transistor (Tl") der ersten zusätzlichen Grundschaltung normal betrieben und der Kollektor mit der Basis des zweiten Transistors (T2") verbunden ist, daß die Emitter (Pl) der zweiten Transistoren der zusätzlichen Schaltungen zusammen mit den Emittern der zweiten Transistoren der die logische Schaltung bildenden Grundschaltungen an eine gemeinsame Spannungsquelle (V) angeschlossen ist, daß die Basen der zweiten Transistoren der zusätzlichen und der die logische Schaltung bildenden Grundschaltungen miteinander verbunden sind und daß der Kollektor des ersten Transistors (Tl''') der zweiten mit der Basis des ersten Transistors (Tl") der ersten zusätzlichen Gründschaltung verbunden ist.
  2. 2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basis-Emitterstrecke des ersten Transistors (Tl'")der zweiten zusätzlichen Grundschaltung ein Widerstand (R2) parallel geschaltet ist.
  3. 3. Schaltung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daßdie Basis des ersten Transistors (Tl") der ersten zusätzlichen Grundsehaltung über einen Widerstand (Rl) mit der
    ge 973 οίο 503821/08 4 4 ' , - ;;
    - 14 gemeinsamen Spannungsquelle (V) verbunden ist.
  4. 4. Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Stromversorgungseinrichtung und die logische Schaltung bildenden jeweils aus zwei getrennten, in ein gemeinsames Substrat eines'ersten Leitfähigkeitstyps (Nl) eingebrachten und als Emitter- und Kollektorzonen des lateralen, zweiten Transistors dienenden Zonen des zweiten Leitfähigkeitstyps und aus mindestens einer in die Kollektorzone des zweiten Transistors eingebrachten und als Kollektorzone bzw. bei der zweiten zusätzlichen Grundschaltung als Emitterzone des ersten, vertikalen Transistors dienenden Zone des ersten Leitfähigkeitstyps bestehen.
  5. 5. Schaltung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die die Stromquelle und die logische Schaltung bildenden Grundscnaltungen aus einer Schichtstruktur bestehen, wobei auf einer ersten, die Emitter der zweiten Transistoren bildenden Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps eine zweite, die Basen der zweiten und die Emitter bzw. bei der zweiten zusätzlichen Grundschaltung den Kollektor der ersten Transistoren bildenden Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps, darüber eine dritte, die Kollektoren der zweiten und die Basen der ersten Transistoren bildenden Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps und darüber eine vierte, die Kollektoren bzw. bei der zweiten zusätzlichen Grundschaltung den Emitter der ersten Transistoren bildende Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps aufgebracht ist.
    509821/0844
    GE 973 O1O
DE2356301A 1973-11-10 1973-11-10 Monolithisch integrierte, logische Schaltung Expired DE2356301C3 (de)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2356301A DE2356301C3 (de) 1973-11-10 1973-11-10 Monolithisch integrierte, logische Schaltung
US488344A US3916218A (en) 1973-11-10 1974-07-15 Integrated power supply for merged transistor logic circuit
FR7432942A FR2258059B1 (de) 1973-11-10 1974-09-16
GB4164574A GB1448914A (en) 1973-11-10 1974-09-25 Power supplies
NL7413098A NL7413098A (nl) 1973-11-10 1974-10-04 Monolitisch geintegreerde, bipolaire logische schakeling.
JP49119516A JPS5241177B2 (de) 1973-11-10 1974-10-18
IT28565/74A IT1022970B (it) 1973-11-10 1974-10-18 Circuito logico finario integrato monoliticamente

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2356301A DE2356301C3 (de) 1973-11-10 1973-11-10 Monolithisch integrierte, logische Schaltung

Publications (3)

Publication Number Publication Date
DE2356301A1 true DE2356301A1 (de) 1975-05-22
DE2356301B2 DE2356301B2 (de) 1981-07-02
DE2356301C3 DE2356301C3 (de) 1982-03-11

Family

ID=5897791

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE2356301A Expired DE2356301C3 (de) 1973-11-10 1973-11-10 Monolithisch integrierte, logische Schaltung

Country Status (7)

Country Link
US (1) US3916218A (de)
JP (1) JPS5241177B2 (de)
DE (1) DE2356301C3 (de)
FR (1) FR2258059B1 (de)
GB (1) GB1448914A (de)
IT (1) IT1022970B (de)
NL (1) NL7413098A (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2612666A1 (de) * 1976-03-25 1977-09-29 Ibm Deutschland Hochintegrierte, invertierende logische schaltung

Families Citing this family (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2538910C3 (de) * 1975-09-02 1980-01-10 Philips Patentverwaltung Gmbh, 2000 Hamburg Schaltungsanordnung zur Erhöhung der Schaltgeschwindigkeit einer integrierten Schaltung
US4057894A (en) * 1976-02-09 1977-11-15 Rca Corporation Controllably valued resistor
US4140920A (en) * 1976-08-27 1979-02-20 Signetics Corporation Multivalued integrated injection logic circuitry and method
US4053923A (en) * 1976-09-23 1977-10-11 Motorola, Inc. Integrated logic elements with improved speed-power characteristics
FR2375722A1 (fr) * 1976-12-21 1978-07-21 Thomson Csf Element logique a faible consommation
SU619066A1 (ru) * 1977-01-06 1979-03-15 Предприятие П/Я В-2892 Интегральный логический элемент
US4400689A (en) * 1977-04-07 1983-08-23 Analog Devices, Incorporated A-to-D Converter of the successive-approximation type
US4547766A (en) * 1977-04-07 1985-10-15 Analog Device, Incorporated A-To-D converter of the successive-approximation type
US4178584A (en) * 1978-01-23 1979-12-11 Motorola, Inc. Integrated injection logic digital-to-analog converter employing feedback regulation and method
US4240846A (en) * 1978-06-27 1980-12-23 Harris Corporation Method of fabricating up diffused substrate FED logic utilizing a two-step epitaxial deposition
US4400690A (en) * 1978-08-08 1983-08-23 Analog Devices, Incorporated A-to-D Converter of the successive-approximation type
US4306159A (en) * 1979-06-14 1981-12-15 International Business Machines Corporation Bipolar inverter and NAND logic circuit with extremely low DC standby power
JPS5632762A (en) * 1979-08-27 1981-04-02 Fujitsu Ltd Semiconductor device
US4598383A (en) * 1981-12-28 1986-07-01 Texas Instruments Incorporated Combination of a data processor with a switch means
US4629912A (en) * 1982-02-02 1986-12-16 Fairchild Camera And Instrument Corp. Schottky shunt integrated injection
SE433787B (sv) * 1983-07-15 1984-06-12 Ericsson Telefon Ab L M Multipel transistor med gemensam emitter och sparata kollektorer
US4641047A (en) * 1984-07-02 1987-02-03 Motorola, Inc. Complex direct coupled transistor logic
US5021856A (en) * 1989-03-15 1991-06-04 Plessey Overseas Limited Universal cell for bipolar NPN and PNP transistors and resistive elements
KR19990072936A (ko) * 1998-02-27 1999-09-27 가나이 쓰도무 아이솔레이터및그것을사용하는모뎀장치

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2021824A1 (de) * 1970-05-05 1971-11-25 Ibm Deutschland Monolithische Halbleiterschaltung fuer ein logisches Schaltungskonzept hoher Packungsdichte

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2212168C2 (de) * 1972-03-14 1982-10-21 Ibm Deutschland Gmbh, 7000 Stuttgart Monolithisch integrierte Halbleiteranordnung

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2021824A1 (de) * 1970-05-05 1971-11-25 Ibm Deutschland Monolithische Halbleiterschaltung fuer ein logisches Schaltungskonzept hoher Packungsdichte

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Carrol, J.M.: Microelectronic Circuits and Applications, McGraw-Hill, 1965, S. 76 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2612666A1 (de) * 1976-03-25 1977-09-29 Ibm Deutschland Hochintegrierte, invertierende logische schaltung

Also Published As

Publication number Publication date
JPS5241177B2 (de) 1977-10-17
JPS5081257A (de) 1975-07-01
DE2356301B2 (de) 1981-07-02
DE2356301C3 (de) 1982-03-11
FR2258059A1 (de) 1975-08-08
NL7413098A (nl) 1975-05-13
IT1022970B (it) 1978-04-20
US3916218A (en) 1975-10-28
FR2258059B1 (de) 1976-10-22
GB1448914A (en) 1976-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE2212168C2 (de) Monolithisch integrierte Halbleiteranordnung
DE2021824C3 (de) Monolithische Halbleiterschaltung
DE2356301C3 (de) Monolithisch integrierte, logische Schaltung
DE2262297C2 (de) Monolithisch integrierbare, logisch verknüpfbare Halbleiterschaltungsanordnung mit I&amp;uarr;2&amp;uarr;L-Aufbau
DE2751881A1 (de) Monolithische digitale halbleiterschaltung mit mehreren bipolartransistoren
DE2556274A1 (de) Logische schaltung hoher schaltungsdichte
DE1766488A1 (de) Schaltungsbaustein und Schaltungsgruppe fuer LSI-Schaltungen
DE3486077T2 (de) Integrierte halbleiterschaltungsanordnung.
DE1564218A1 (de) Verfahren zur Herstellung von Transistoren
EP0000169B1 (de) Halbleitersperrschichtkapazität in integrierter Bauweise und Bootstrap-Schaltung mit einer derartigen Halbleitersperrschichtkapazität
DE2852200C2 (de)
DE2657293A1 (de) Transistorschaltung
DE2426447C2 (de) Komplementäre Transistorschaltung zur Durchführung boole&#39;scher Verknüpfungen
DE2753882C2 (de) Digitale integrierte Schaltung
DE2816949C3 (de) Monolithisch integrierte Halbleiteranordnung und deren Verwendung zum Aufbau einer Speicheranordnung
DE2539967C2 (de) Logikgrundschaltung
EP0004274B1 (de) Grundschaltung einer integrierten Transistor-Logik sowie logische Schaltung unter Verwendung einer derartigen Grundschaltung
DE2614580C2 (de) &#34;I&amp;uarr;2&amp;uarr;L-Schaltung&#34;
DE2433300A1 (de) Integrierte schaltungen
DE3137010C2 (de) Grenzflächenanordnungen zwischen aufeinander gelegten und mit verschiedenen Spannungen polarisierten Schichten logischer Injektionsschaltungen
DE2750432C2 (de) I&amp;uarr;2&amp;uarr;L-Logik-Schaltungsanordnung
DE2946192C2 (de) Frequenzteiler
DE4126289C2 (de) Integrierte Halbleiterschaltungseinrichtung mit BICMOS-Basiszellen
DE3852692T2 (de) Integriertes Schaltkreis-Bauelement vom Typ &#34;Master Slice&#34; und dessen Verwendung.
DE2624584A1 (de) Anordnung zur versorgung von i hoch 2 l-schaltungen mit verschiedenen stroemen

Legal Events

Date Code Title Description
E77 Valid patent as to the heymanns-index 1977
OD Request for examination
C3 Grant after two publication steps (3rd publication)
8339 Ceased/non-payment of the annual fee