DE2830277A1 - Integrierte injektionslogikschaltungen - Google Patents

Description

PHB.

// 17-5-1978

"Integirierte Injektionslogikschaltungen"

Die Erfindung bezieht sich auf integrierte Injektionslogikschaltungen, die im allge—

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meinen als I L-Schaltungen bezeichnet werden.

Integrierte Injektionslogikschaltungen sind in den britischen Patentschriften 1.398.862/3/ 4/5/6/7/8 beschrieben, und für eine weitere Beschreibung der Funktionsweise solcher integrierten Strominjektionsschaltungen und der den Strukturen inhärenten Vorteile sei auf "Philips Technische Rundschau", Band 33, 1973, Nr. 3, S. 82-91 verwiesen.

Logische Schaltungen, die Schwellenfunktionen benutzen, sind allgemein bekannt. Schwellenfunktionen' umfassen im allgemeinen digitale. Signale,

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die mehr Pegel als die zwei Pegel üblicher binärer Signale enthalten. Insbesondere ist eine Schwellen— logikschaltung ein digitales System, in dem das Ausgangssignal einer Gatterschaltung durch eine algebraische Summe der gewichteten Eingangssignale bestimmt wird, d.h., dass der Ausgangszustand ("0" oder "1") Q durch

>^_ ¥ X
^r- in m
m=1

bestimmt wird, wobei ¥ der numerische ¥ert des m.

Eingangs ist (wobei für die Berechnung ¥ annahmeweise auf positive oder negative ganze ¥erte beschränkt ist),

während X die m. Eingangs verändern ehe ("0" oder "1") und η die Gesamtanzahl von Eingängen ist.

Der wirkliche Punkt, an dem Q sich von "0" zu "1" ändert, xvird bestimmt durch die

Gatterschwelle ¥,, und zwar:
η

Q = und	Q,	wenn	S- m=	¥ m	X m
			η JJ... I"
Q =	1,	wenn	Σ m=	m	Xm
"1
1

Q = 1 , wenn ^I W X_n > ¥

m=1
¥enn für die Berechnung ¥. auf jeweils eine positive oder negative ganze Zahl +-^- beschränlct ist, ergibt sich in diesen Gleichungen keine Mehrdeutigkeit.

So kann eine einzige Schwellengatterlogikschaltung benutzt werden, um zu entscheiden, ob gegebenenfalls wenigstens χ von y Eingängen "EIN¹
dung der Gewichtung von Eingängen möglich, Boolesche

[" J (x ^ y)1 sind. Auch ist es durch die Anwen-

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Funktionen wie A + B . C mit einem einzigen Gatter auszufülxren. Dies muss mit üblichen Booleschen logischen Systemen vergleichen werdenj bei denen ein Gatter mit einer gewissen Anzahl von Eingängen nur eine von zwei Funktionen (und ihre Komplemente), und zwar (a) die UND-Funktion, wobei alle Eingänge "EIN" sind, und (b) die ODER-Funktion, wobei mindestens ein Eingang "EIN" ist, ausführen kann. Als Beispiel der Anwendung einer Schwellenlogikgatterschaltung sei der Fall erwähnt, in dem es drei Eingangsveränderliche A, B bzw. C gibt, die Gewichte W. = 2, W_x. = 1 , ¥„ = 1 aufweisen,

A Jj Kj

während das Gatter eine Schwelle W, = 1-jl· aufweist.

In diesem Falle ist >> W X \ W, . d.h. Q = -1 ,

. m=1 »

. wenn A = 1 oder B=C=I oder A=B=C=I. Ein solcher Gatter detektiert daher den Zustand A +(B.C), wobei + und . die Booleschen ODER- bzw. UND-Beziehungen darstellen. Wenn die Schwelle W_t = 2^- ist, ist der detektierte Zustand A. (B .+ c). Für. eine vollständige Beschreibung einer Schwellenlogik sei auf das Buch von S.L.Hurst mit dem Titel "Threshold Logic" (M und B Monograph BE/1 1971) verwiesen.

In der britischen Patentanmeldung Nr. 26521/76 sind integrierte Injektionslogikschaltungen mit Schwellenfunktionen beschrieben. In diesen Schaltungen werden Mehrkollektoreingangstransistoren dazu benutzt, Zustände unter der Steuerung binärer Eingangssignale zu schalten. Die Kollektoren der

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-jf- PiJP. 3258^

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Eingangstransistoren sind mit den Basen eines oder mehrerer Ausgangstransistoren verbunden, die verschiedene Schwellen aufweisen, die durch verschiedene Injektionsstrompegel bestimmt werden. Der "EIN"- oder "AUS"-Zustand jedes Ausgangstransistors wird vonseiner Schwelle und von dem Zustand eines oder mehreren Eingangstransistoren, mit dem oder denen er verbunden ist, gesteuert. Der In j elct ions strom wird in die Basis des Ausgangstransistors oder in einen Kollektor eines Eingangstransis tors geleitet, abhängig davon, ob der Eingangstransistor "AUS" oder "EIN" ist. Einfach gewichtete Ausgangstransistoren befinden sich im "AUS'^Ztistand, wenn sich mindestens ein einziger angeschlossener Eingangstransistor im "EIN"-Zustand, befindet. Doppelt gewichtete Ausgangstransistoren befinden sich nur in dem "AUS"-Zustand, wenn sich mindestens zwei geschlossene Eingangstransistoren in dem "EIN"-Zustand befinden, usw.

In diesen Schaltungen wird die Schwellenfunktion aus einer Anzahl miteinander verbundener Transistoren aufgebaut, und die Ausführung gewisser Funktionen erfordert lange Reihenanordnungen von Transistoren, was in gewissen Fällen zu langen Fortpflanzungsverzögeruiigszeiten führt. Ausserdem ist in diesem System das Grundgatter, und zwar das

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Grund-I L-Transistorgatter, nicht ein vollständiges Schwellengatter, weil das Schwellengatter aus einer

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Reihe der Grund-I L-Transistorgatter aufgebaut werden muss. Auch ist es in diesem System nicht gut möglich, logische Eingänge mit negativen Gewichtungen auszuführen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine integrierte InjektionsD.ogilcschaltung mit mindestens einem Schwellenlogikgatter mit einer Anzahl ge-Av'ichteter logischer Eingänge und einem gewichteten festen Eingang zur Bestimmung der Schwelle anzugeben, die für verschiedene Kombinationen von Eingangsvariablen mit unterschiedlichen Gewichten einen einfachen und einheitlichen Aufbau, besitzt und auch negative Gewichte von Eingangsvariablen ermöglicht. Diese Aufgabe löst die Erfindung dadurch, dass das Gatter einen ersten und einen zweiten Transistor enthält, die als ein Flipflop angeordnet sind, indem die Ko 11 eic tor's one des ersten Transistors mit der Basiszone des zweiten Transistors und die Kollektorzone des zweiten Transistoren mit der Basiszone des ersten Transistors verbunden ist, wobei mindestens einer dieser Transistoren eine weitere Kollektorzone enthält, die mit einem, leitenden Ausgangsanschluss versehen ist, und dass eine Anzahl von Stromin j elctorstruktiir en zur Bestimmung der dem ersten und dem zweiten Transistor zugeführten Vorströme vorhanden sind, wobei der Zustand des Flipflops gemäss dem Unterschied zwischen dem insgesamt dem ersten Transistor zugeführten Vorstrom und dem ins-

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gesamt dem zweiten Transistor zugeführten Vorstrom bestimmt wird und die genannte Anzahl von Stroninjektorstrukttxren mit den logischen Eingängen zusammenarbeitende Injektorstrukturen und mindestens eine mit einem festen Eingang zusammenarbeitende Injektor struktur umfassen.

In dieser Schaltung ist das Grundelement eines Schwellenlogikgatters ein als ein Flipflop angeordnetes Transistorenpaar,· wodurch wesentliche Vorteile erhalten werden, nicht nur in bezug auf die Einfachheit des Layouts der Schaltung, die verhältnismässig einfache Verbindungsmuster enthält, sondern auch in bezug auf die erhebliche Komplexität der logischen Funktionen, die in einem einzigen Gatter dargestellt werden können. Insbesondere gestattet die Anwendung des von Tn j eic— tionsstrom gesteuerten, als Flipflop angeordneten Transistorenpaares als Grundelernent die Darstellung logischer Funktionen in einfacher Form, die die Verwendung positiv sowie negativ gewichteter Schwellen mit sich bringen. Ausserdem kann das Komplement zu einer Funktion leicht verfügbar sein. Ein weiterer Vorteil ist der, dass verhindert wird, dass die Dateneingangssignale dem logischen Gatter parallel angeboten werden, wodurch lange Verbindungsketten von Transistoren und somit lange Fortpflanzungsverzögerungszeiten vermieden werden.

Die Wirkung- des Schwellenlogikgatters

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mit dem als Flipflop geschalteten Transistorenpaar beruht darauf, dass der erste Transistor "EIN" oder "AUS" und der zweite Transistor. "AUS" oder "EIN" ist, abhängig davon, ob der Pegel des insgesamt der Basis des ersten Transistors zugeführten Vorstroms höher oder niedriger als der des insgesamt der 'Basis .des zweiten Transistors zugeführten Vorstroms ist. Der feste Eingang, der die Schwelle des Gatters darstellt, ist durch einen Vorstrompegel mit einer Grosse entsprechend der Schwelle dargestellt, wobei veränderliche Eingänge, die aus logischen Eingang-ssignalen bestehen, durch Vorstrompegel mit einer der Gewichtung der genannten Eingänge entsprechenden Grosse dargestellt sind und *ein fester Eingangsvorspannungsstrora, wenn er der Basis des ersten Transistors zugeführt wird, als positiv, und wenn er der Basis des zweiten Transistors ziige führt wird, als negativ betrachtet wird,, während ein logischer Eingangsvorstrom, wenn er der Basis des zweiten Transistors zugeführt wird, als positiv, und wenn er der Basis des ersten Transistors zugeführt wird, als.negativ betrachtet wird.

Bei einer Ausführungsform dei· Schaltung sind Mittel zur periodischen Entladung des als Flipflop geschalteten Transistorenpaares vorgesehen, so dass nach der Entladung der Zustand des Flipflops durch den Unterschied zwischen den Pegeln dex° den Basen des ersten und des zweiten Transistors züge-

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Bei anderen Ausflihrungsfornien der

Schaltung nach der Erfindung erfolgt die Aenderung des Zustandes in der Schaltung auf kontinuierliche Weise und braucht das Flipflop nicht periodisch entladen zu werden. Bei einer derartigen Ausführungsform •befindet sich in dein ersten sowie in dem zweiten Transistor des Flipflops eine zusätzliche Kollektorzone, die intern mit der Basiszone vei-bunden ist, um einen genormten Kollektorstrom in jedem der Kollektoren des Transistors zu erzeugen. Diese Anordnungsweise in lir.earen Schaltungen wird als ein Stromspiegel bezeichnet. Durch die Anbringung solcher Kollektorstromnormierungsanschltisse in dem ersten und dem zweiten Transistor des Flipflops wird der Zustand des Flipflops durch den Unterschied zwischen·den den Transistorbasiszonen zugeführten Vorströrnen bestimmt, wobei Zustandsänderungen auf kontinuierliche ¥eise erfolgen, wodurch es nicht notwendig ist, dass das Flipflop, wie in der zuerst

beschriebenen Ausführungsform nach der Erfindung, •periodisch entladen wird.

In praktisch bevorzugten Ausführungs— formen der Schaltung sind der erste und der zweite . Transistor als sogenannte invertierte vertikale Transistoren ausgeführt, d.h. derart, dass der Flächeninhalt der Kollektorzonen kleiner als der der Emitterzonen ist und der Kollektor/Basis-Uebergang

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und der Emitter/Basis-Uebergang im wesentlichen parallel zu der Hauptoberflache des Halbleiterkörpers liegen. In einer derartigen Schaltung, in der der erste und der zweite Transistor den genormten Kollektorstromaiischluss aufweisen, sind dex° erste tind der zweite Transistor in einer HaIb-"leiterschicht vom ersten Leitungstyp angebracht, die die Emitterzonen bildet, wobei die Basiszonen durch Oberflächengebiete vom entgegengesetzten Leitungstyp innerhalb der Schicht vom ersten Leitungstyp gebildet werden und die Kollelctorzonen in den respektiven Gebieten vom entgegengesetzten ' Leitungstyp durch Oberflächengebiete vom ersten Leitungstyp gebildet werden und in dem ersten sowie in dem zweiten Transistor der /Flächeninhalt der zusätzlichen Kollektorzone, die mit dex" Basiszone verbunden ist, kleiner als der Flächeninhalt der oder jeder verbleibenden Kollektorzone ist. Auf diese Weise kann der Verstärkungsfaktor des Stromspiegeis (b , d.h. die Verstärkung, die über eine freie Kollektoroberflächeneinheit gemessen wird, die in der Praxis dem mit der Basis des anderen Transistors im Flipflop verbundenen Kollektor entspricht, gleich 1 gemacht werden, wobei bemerkt wird, . dass bei Anwendung von Kollektorzonen gleichen Flächeninhalts der Verstärkungsfaktor β kleiner als 1 ist, weil der Verstärkungsfaktor β durch die Formel

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--K5- PUB.

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»η
gegeben wird, wobei fb die Verstärkung ist, die über

. eine einzige freie Kollektorobex"f lächeneinheit gemessen wird, wenn der Stromnormierungsanschluss nicht vorhanden ist, weil sich Λ nicht"unendlich" nähert sonder einen Wert aufweist, dei- im allgemeinen für die betreffende besondere Art von Anordnungen zwischen 1 und 15 liegt.

In der genannten Schaltung, in der in dem ersten sowie dem zweiten Transistor eine derartige Kollektorzone vorbanden ist, die intern mit der Basis verbunden ist und einen kleineren Flächeninhalt als die oder jede verbleibende Kollektorzone aufweist, kann in einem oder in beiden Transistoren eine Kollektorzone mit einem leitenden Ausgangsanschluss einen grösseren Flächeninhalt als diejenige Kollektorzone in demselben Transistor aufweisen, die mit der Basiszone des anderen Transistors verbunden ist. Da die Verstärkung- von dem Kollektorflächeninhalt abhängt, ist das Ausgangslastvermögen des Gatters grosser, je nachdem der Ausgangskollektor grosser ist.

Bei einer Ausführungsform der integrierten Injektj.onslogikschaltuilg nach der Erfindung

2.5 ' in der die logischen Eingänge je eine positive Gewi chtung aufweisen und der feste Eingang eine positive Gewichtung aufweist, führen die mit den logischen Eingängen zusammenarbeitenden Strominjektorstrukturen

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dem zweiten Transistor des Flipflops Vorstrom zu, während die oder jede mit dem festen Eingang zusammenarbeitende Strominjektorstruktur dem ersten Transistor des Flipflops einen festen Gesamt-Vorstrom zuführen.

In komplexeren Aus'führungsformen der

Schaltung umfassen die logischen Eingänge mindestens einen Eingang mit positiver Gewichtung und mindestens einen Eingang mit negativer Ge\irichtung, wobei die oder jede der mit einem positiv gewichteten logischen Eingang zusammenarbeitenden Strominjektorstrukturen dem ersten Transistor des Flipflops Vorstrom zuführen und die oder jede mit einem negativ gewichteten logischen Eingang zusammenarbeitende Strominjektorstruktur dem zweiten Transistor des Flipflops Vorstrom zuführt.

In den zuletzt genannten Ausführungsform führt abhängig davon, ob der feste Eingang positiv oder negativ ge\ilchtet ist, die oder jede . mit dem festen Eingang zusammenarbeitende Strominjektorstruktur einen festen Gesamtvorstrom dem ersten Transistor bzw. dem zweiten Transistor zu. Wenn es erforderlich ist, eine Veränderliche in ihrer Komplementform anzuwenden, . wird eine Form negativer Gewichtung verwendet. So wird das Komplement A eines erforderlichen logischen Eingangs A mit einer Gewichtung W. vorgegebenen Vorzeichens durch die Anbringung eines Strominjektors

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erhalten, der einen gewichteteii Vorstrom der geeigneten Grosse W , aber vom entgegengesetzten Vorzeichen liefert, und die oder jede mit dem festen Eingang zusammenarbeitende Strominjektorstruktur einen festen Gesamt-Vorstrom liefert, dessen Grosse dem festen Schwellenvorstrom des Gatters abzüglich eines Betrags gleich der Gewichtuiig 1v^r. des dem genannten logischen • Eingang A entsprechenden. Vorstroms entspricht.

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, dafür zu sorgen, dass die Strorainjekt or strukturen in bezug aμf die Basiszonen des ersten und des zweiten Transistors vorgespannt werden. So ist es z.B. möglich, sogenannte vertikale Injektorstrukturen zu verwenden, vie sie in der britischen Patentschrift 1.398.864 beschrieben sind. In in der Praxis bevorzugten Ausführungsfornien weisen jedoch die Strominjektorstrukturen eine sogenannte laterale Form auf, während die den Vorstrom erhaltenden Basiszonen der Transistoren und die Strominjektorstrukturen derart angeordnet sind, dass die den ersten Leitungstyp kennzeichnende Basiszone eines Transistors des Flipflops Vorstrom von den ersten Leitungstyp kennzeichnenden Trägern empfängt ,-· die von einer Halbleiterzone vom ersten Leitungstyp des Strominjektors · in eine Zone vom entgegengesetzten Leitungstyp, die die Basiszone von der Strominjektorzone vom ersten Leitungstyp trennt, injiziert werden, wobei die Gewichtung eines Eingangs durch die Länge der Strom-

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injektorzone vorn ersten Leitungstyp, über die die Injektion von Trägern stattfindet, bestimmt wird.

Die lateralen Strorninjektoi-strukturen können leicht für die Lieferung eines Vorstroms vielerlei verschiedener Gewichtungen ausgebildet werden, weil die Injektion von Ladungsträgern von der Strominjektorzone vom ersten Leitungstyp pro Längeneinheit der genannten Zone nahezu gleichmässig ist, so dass entsprechende Xnjektorzonen verschiedener Längen zur Erzielung der Grössengewichtung verwendet werden. Es ist selbstverständlich möglich, andere Mittel zu verwenden, um verschiedene Pegel injizierten Vorstroms für die Bestimmung der Grosse der Gewichtung zu erhalten, und in diesem Zusammenhang sei auf die britische Paterftschi-if t 1. 398.867 verwiesen.

In gewissen Ausführungsformen dex'

Schaltung, in denen die genannten lateralen Strominjektoren verwendet werden, werden die Strominjektor strukturen durch je di"ei aufeinanderfolgende Halbleitergebiete abwechselnden Leitungstyps gebildet, von denen die dx"itten Gebiete den Basiszonen des ersten und des zweiten Transistors des Flipflops entsprechen.

. . In anderen Ausführungsformen der Schaltung, in denen die genannten lateralen Strominjektoren verwendet werden, werden die Strominjektorstrukturen durch je fünf aufeinanderfolgende HaIb-

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leitergebietc abwechselnden Leituiigstyps gebildet, von denen die fünften Gebiete den Basiszonen des ersten und des zweiten Transistors des Flipflops entsprechen.

In den zuletzt genannten Ausführuiigsformen werden sogenannte FünfSchichteninjektoren verweaidet. In einer praktischen bevorzugten Aus — führungsform enthält nur jede der mit den logischen Eingängen zusammenarbeitenden Strominjektorstruktüren einen leitenden Eingangsanschluss an das dritte Gebiet und sind die ersten Gebiete sämtlicher Stx"ominjektorstrukturen und alle zweiten Gebiete der Strominjektorstx"ukturen zusainniengeschaltet. Auf diese Weise wird eine vollständige Kompatibilität mit den üblichen, integrierten Injektionslogikschaltungeii erhalten, wie nachstellend beschrieben werden wird. AussGi-dem werden bei Anwendung solcher Fünfschichtenstrominjektorstrukturen weiter Mittel vorgesehen, mit deren Hilfe komplexere logische Funlctionen unter Verwendung sogenannter wechselseitiger l'nhibj tion -dargestellt werden können, indem in einem dritten Gebiet mindestens einer der mit den logischen Eingängen zusammenarbeitenden Strominjektorstrukturen die Kollektorzone einer vertikalen Transistorstruktür angebracht wird, deren Emitterzone durch das Gebiet gebildet wird, das die zweite Schicht des Strominjektors bildet, wobei eine Verbindung zwischen dieser Kollektorzone und dem dritten Gebiet einer

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anderen mit einem logischen Eingang zusammenarbeitenden Strominjektorstraktur vorhanden ist. Diese Verbindung kann mit einer mit einem positiv gewichteten logischen Eingang oder mit einem negativ gedichteten logischen Eingang zusammenarbeitenden Strominjektorstruktur hei'gesteilt sein.

Einige Ausfülirungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zoigenj ' Fig. 1 ein Schaltbild eines Teiles einer

2
ersten Ausführungsform einer I L-Schaltung nach der Erfindung,.

Fig. 2 ein Schaltbild eines Teiles einer

zweiten Ausführungsform einer I~L-Sclialtung nach der Erfindung, in der sogenannte "StxOraspiegel"-Techniken angewandt werden,

Fig. 3 blockschematisch ein logisches

2
Gatter, das in einer I L-Schaltung nach der Erfindung vorhanden ist,

Fig. h schematisch eine Draufsicht

2 auf einen Teil des Halbleiterkörpers einer I L--Schaltung nach der Erfindung unter Verwendung von Dreischichtenstrominjektoren,

Fig. 5 schematisch einen Querschnitt längs der Linie V-V in Fig. k,

Fig. 6 das Schaltbild eines Teiles

einer I L-Schaltung nach der Erfindung, in der Fünfschichtenstrominjektoren verwendet werden,

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Fig. 7 schematisch eine Draufsicht auf

2 einen Teil des Halbleiterkörpers einer I L-Schaltung der in Fig. 6 dargestellten Form, Fig. 8 schematisch einen Querschnitt längs der Linie VIII-VITI in Fig. 7,

Fig. 9 blockscheniatisch das logische Gatter nach Fig. 8,

Fig 10 blockschematisch das logische Schaltbild einer Volladdiererschaltung, die in Schwellenlogik ausgeführt ist,

Fig. 1 1 eine Di'auf sieht auf den HaIb-

2
leiterkörper einer I L-Schaltung nach der Erfindung, in der die Volladdiererschaltung nach der Erfindung vorhanden ist,
Fig. 12 die Wahrheitstabelle einer komplexen logischen Funktion,

Fig. 13 blockscheinatisch ein logisches

Schaltbild der durch die Wahrheitstabelle nach Fig.

12 dargestellten logischen Funktion, ausgeführt in Schwellenlogik ±n einer Form mit drei Gattern,

Fig. 14 eine Draufsicht auf den HaIb-

leiterkörper einer I L-Schaltung nach der Erfindung, in der die logische Funktion nach den Figuren 12 und 13 vorhanden ist,

Fig. 15 eine Draufsicht auf den HaIb-

2 leiterkörper einer Schwellengatter-I L-Schaltung nach der Erfindung, in der das beschriebene Prinzip sogenannter wechselseitiger Inhibition in den logischen

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Eingängen angewandt v/ird,

Fig. 16 bloclcschematisch das Schwellenlogikgatter, das in der Schaltung nach Fig. 15 vorhanden ist,

Fig. 17 eine Draufsicht auf den HaIb-

2 leiterkörper einer anderen Schwellengatter-I L-

Schaltung nach der Erfindung, in der auch die ge-. nannte wechselseitige Inhibition angewandt wird, und

. Fig. 18 blockschematisch das Schwellenlogikgatter, das in der Schaltung nach Fig. 16 vorhanden ist.

Fig. 1 zeigt ein logisches Gatter, das

einen Teil einer I L-Schaltung nach der Erfindung bildet und drei veränderliche logische Eingänge und einen festen Eingang aufweist. Das Gatter enthält ein Flipflop mit zwei npn-Transistoren t. und tp, wobei die Basiszone von t₁ mit einer ersten Kollektorzone von tp und eine erste Kollokto3rzone von t ^ mit·der Basiszone von t„ verbunden ist, während die Emitterzonen zusammengeschaltet sind. Der Transistor t.. enthält eine zweite Kollektorzone, die einen leitenden Ausgangsanschluss aufweist, der als ein Ausgang Q dargestellt ist. Der Transistor t_p ent-' hält eine zweite Kollektorzone, die einen leitenden Ausgangsanschluss aufweist, der als■das Komplement Q dargestellt ist. Drei pnp-Transistoren, von denen veränderliche logische Eingänge A, B vind C an die

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Emitterzonen, angelegt werden, sind mit ihrenT3asis — zonen und Kollektorzonen ziisammengeschaltet, wobei diese Transistoren Dreiscliichtenstrominjektorstrukturen bilden, die der Basis des Transistors t einen Vorstrom zuführen. Ein weiterer pirp-Transistor mit einem festen Eingang T bildet eine Dreischichten— strominjektorstruktur, die der Basis des Transistors t₁ ,Vorstrom zuführt. Die mit dem festen Eingang T zusammenarbeitende Strominjektorstruktur führt kon— stant der Basis des Transistors t.. einen Vorstrom I zu, der eine vorbestimmte Grosse entsprechend der gewünschten Gewichtung T_Tr des logischen Gatters

rV JL

aufweist. Die mit den veränderlichen Eingängen A, B und C ztis ammenarbeitenden Stromin j ekt or struktur en können, je nachdem die Eingänge erregt sind oder nicht, Vorströnie liefern, die je eine vorbestimmte Grosse T , I und I entsprechend den gewünschten Gewichtungen V. , ¥ und ¥ dex- logischen Eingänge des Gatters aufweisen. Die vorbestimmte Grosse eines von einer Dreischichtenstrominjektorstruktur gelieferten Vorstroms ist eine Funktion der an das erste Gebiet des Strominjektors angelegten Spannung und dex" Länge dieses Gebietes, wie nachstehend im Detail beschrieben wird.

Die Schaltung nach Fig. 1 wirkt wie folgt. Ein Schalter S stellt hier Taktniittel zur periodischen Entladung des Flipflops dar. Beim Oeffnen des Schalters wird der Endzustand des

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Flipflops durch. Eingangs ströme bestimmt, die von den Strominjektoren geliefert -werden. Wenn I_n, "> I. + I_D + I„ ist, ist t, "EIN" und t_o "AUS". ¥enn I„ < I. + I_x, + I^ ist, ist t. "AUS" und t„

1 A Jj O I <i

"EIN". So kann der Vorstrom I_ des mit dem festen Eingang T zusammenarbeitenden Injektors als ein Schwellenstrom betrachtet werden,, den die Summe der von den mit den logischen Eingängen A, B und C zusammenarbeitenden Injektoren gelieferten Vorströme überschreiten muss, damit das Flipflop den Zustand erreicht, in dem t_£ "EIN" und t^ "AUS" ist. Die besondere Schaltfunktion der veränderlichen Eingänge A, B und C, die mittels des logischen Gatters nach Fig. 1 erhalten ist, wird durch die Eingangsgewiclitungen W. , ¥_π , ¥„ und die Schwelle W_n, bestimmt. So

A ±i O 1

ist, wenn ¥ = 2, ¥= ¥ = 1 und die Schwelle ¥ = 1^- ist, die erhaltene Funktion A + (B . C), wobei + bzw. . die Booleschen Beziehungen ODER bzw. UND darstellen. ¥enn dieselben Werte für W., W und ¥_, zutreffen und die Schwelle ¥_m = 2-g- ist, ist die. ο i

erhaltene Funktion A. (B + C-) .

Auf diese ¥eise werden in einem einzigen Gatter Funktionen detektiert, die in einem Booleschen System eine Anzahl von Gattern erfordern, . während weiter die Möglichkeit zur Verbesserung der Zeitverzögerung sowie der Packungsdichte erhalten wird.

Im Schaltbild nach Fig. 2 ist ein ein

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Flipflop bildendes Transistorenpaar t.. , t„ dargestellt, das dem nach. Fig. 1 ähnlich ist, aber bei dem in jedem der beiden Transistoren t- und t„ eine zusätzliche Kollektorzone vorhanden ist, die intern mit der Basiszone verbunden ist, um einen genormton Kollektorstrom in jedem der Kollektoren des Transistors zu erzeugen. Diese Schaltungskoiifiguration in einem in analogen Schaltungen verwendeten Meh.rkollektortx'arisistor wird als ein Strornspiegel bezeichnet. Die Mittel, durch die die Stromverstärkung (h , wie oben beschrieben, gleich 1 gemacht wird, werden nachstellend beschri iben. Die Wirkung der Schaltung nach Fig. 2, die nicht die periodische Entladung des Flipflops erfordert} ist derart, dass der Zustand von der relativen Grosse der Ges£imtvorsti"öme J₁ tmd Xp abhängt, die über Strominjektoren geliefert werden, die an Punkten 1 und 2 angeordnet sind. Wenn Ip/^ I₁ ist, kann I I₁ über den Transistor t_ ableiten, so dass t_z "EIN" und t^ "AUS" ist. Wenn I₂ derart abgeleitet wird, dass I kleiner als I wird, kann I„ I₁ nicht mehr über t„ ableiten, weil fi> =1, aber I₁ kann I_ über t_ ableiten. Daher ändert sich der Zustand des Flipflops derart, dass "t.. "EIN" und t₂ "AUS" ist. Die Eingangsvorströme für das Flipflop ' über die Punkte 1 und 2 werden von Strominjektorstx'ukturen geliefert, von denen einige gesondert mit den veränderlichen logischen Eingängen des Gatters zusammenarbeiten, während die oder jede ver-

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bleibende Strorninjektorstruktur mit einem festen Eingang zusammenarbeitet, um die Schwelle zxi bestimmen. Eine positive Schwelle ist mit T+ bezeichnet, und die Strominjektorstruktur, die mit einem festen Eingang zusammenarbeitet, um den die genannte Gewichtung darstellenden Vorspannungsstrom zu liefern, ist an den Punkt 1 angeschlossen. Ein positiv gewichteter logischer Eingang ist mit 1+ bezeichnet, und ein Strominjektor, der mit einem veränderlichen Eingang zusammenarbeitet, um den die genannte Gewichtung darstellenden Vorstrom zu liefern, ist an de η Punk t 2 ange s chiο s s e η. Auf ähnliehe ¥ e i s e werden negative, mit T- bezeichnete Schwellen an den Punkt 2 angelegt-, während negativ gewichtete logische Eingänge, die mit !-bezeichnet sind, an den Punkt 1 angelegt werden.

Fig. 3 zeigt blockschematisch ein logisches Gatter der in Fig. 2 dargestellten Form mit einer Schwelle W , wobei die logischen Eingänge A, B ... N Gewichtungen V. , V_n . . . V₁- atxfweisen. Diese

A Jj Pt

Notation wird in der Beschreibung einiger weiteren AusfUhrungsformen verwendet.

Die schematische Ausführungsform einer

2
I L-Schaltung nach der Erfindung·, die nun an Hand der Figuren h und 5 beschrieben wird, ist ein einfaches logisches Gatter der in Fig. 2 dargestellten Form, in dem die Strominjektoren je eine Dreischichten-· struktur aufweisen. Der Einfachheit halber sind die

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weiteren Verbindungen von den Ausgängen und zu den Eingängen der Schaltung nicht dargestellt, wobei bemerkt wird, dass in der Praxis die besondere Konfiguration komplexer sein wird. Der Halbleiter— ' körper der integrierten Schaltung enthält ein p— leitendes Siliziurnsubstr-at 11 mit einer darauf liegenden epitaktischen η-leitenden Siliziumschicht

12. In dem im Querschnitt nach Fig. 5 dargestellten Teil des Körpers liegt eine η —leitende vergrabene Schicht 10 in der Nähe der Grenzfläche zwischen dem Substrat 11 und der Schicht 12. Auf der Oberfläche der Schicht 12 befindet sich eine Siliziumoxidschicht

13. Der Deutlichkeit halber ist die Oxidschicht mit einer gleichmässigen Dicke dargestellt, aber in der Praxis wird sich die Dicke über verschiedene Teile der Oberfläche ändern. In der epitaktischen Schicht 12 befinden sich p-diffundierte Inseln lh - 19» die sich bis zu der oberen Fläche des Körpers erstrecken. Die p-leitenden Inseln werden·teil-' weise von einem n⁺-d:Lffundierten Gebiet 20 begrenzt, das sich bis in die η-leitende Schicht 12 bis zu der η -leitenden vergrabenen Schicht 10 erstreckt. Der Deutlichkeit halber ist das η -Oberflächengebiet in Fig. h schraffiert dargestellt. Es sei bemerkt,» dass, dort wo der Seitenrand des p-leitenden Gebietes 16 dein Seitenrand des p-leitenden Gebietes 14 zugewandt ist, die n⁺-Schicht 20 fehlt. Auf ähnliche Weise sind die lateralen, einander züge-

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pirn. 3 17-5-1978

wandten Ränder der ρ-le it enden. Gebiete 17 und 15 > der p-leitenden Gebiete 18 und 15 und der p~leitenden Gebiete 19 und 15 nur durch das η-leitende Material dev epitaktischen Schicht voneinander getrennt, wobei die η -Schicht 20 in diesen Gebieten fehlt.

In dem p-leitenden Gebiet Ik liegen η -Oberflächengebiete 21, 22 und 23 und in dem pleitenden Gebiet 15 n⁺-Obex*f lächeng-ebiete 2k, 25 und 26. Ohmsehe Verbindungen 27 und 28 mit den p-leiten_T den Gebieten 1*f bzw. I5 sind über Fenster in der Oxidschicht I3 hergestellt. Zwischenverbindungen sind auf der Oberfläche vorhanden und sind der Deutlichkeit halber mit vollen Linien angedeutet, während sie in der Praxis aber durch Leiterbahnen, z.B.

aus Aluminium, gebildet werden. So sind die η -Gebiete 23 und 26 miteinander und über die ohmsehe Verbindung 27 mit dem p-leitenden Gebiet lk verbunden. Auf ähnliche Weise sind die 11 -Gebiete 22 und 25 miteinander und über die ohmsehe Verbindung 28 mit dem pleitenden Gebiet I5 verbunden. Das p-leitende Gebiet 16 weist einen leitenden Anschluss auf, der beim Betrieb mit dem positiven Anschluss der Speisequelle verbunden ist, deren negative Anschluss mit der nleitenden epitaktischen Schicht 12 verbunden ist.

Die p-leitenden Gebiete 17_} 18, 19 weisen leitende Anschlüsse für die logischen Eingänge A, B und C auf. Die η -Gebiete 21 und 2k weisen leitende Ausgangsanschlüsse auf5 die in der Praxis zu weiteren

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- ΓΗΕ. 3

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Gebieten in der Schaltung führen.

Die Schaltung nach Figuren h und 5

ist nur eine illustrative einfache Darstellung eiiiex-Schaltung· der in Fig. 2 gezeigten Fox-m mit drei ' positiv gewichtetcn Eingängen A₅ B xind C und einem einzigen positiven Schwelleneingang. Die Transistoren t und t„ enthalten Basiszonen, die durch die pleitenden Inseln Ik bzw. 15 gebildet werden, während die Emitterzonen durch die n—leitende Schicht 12 gebildet werden. In dem Transistor t.. bilden die η — Gebiete 21, 22 und 23 Kollektorzonen, von denen die KollektöX'zone 23 mit der Basiszone über die Verbindung 27 verbunden, ist. Auf ähnliche Weise bilden in dem Transistor t„ die η -Gebiete 2h, 25 und 26 KollektorZonen, von denen die Kollektorzone 25 mit der Basiszone über die Vex'blndung 28 verbunden ist« In dem Transistor t.. ist die Ausgangskollektorzoiie 21 vorhanden, deren Flächeninhalt grosser als der der Kollektorzonen 22 und 2-3 ist, damit die Stromverstärkung und somit der Ausgangslastfaktor des Gatters vergx'össert werden. Auf ähnliche Weise ist in dem Transistoi' t„ die Kollektorzone 24 vorhanden, die einen entsprechend, grösseren Flächeninhalt als die Kollektorzonen 25 und 26 aufweist.

Die p-leitenden Gebiete 17, 18 und 19 bilden je. die erste Schicht von DreischiclitenstiOniinjektorstrukturen, von denen die zweite Schicht durch die η-leitende Schicht 12 und die dritte Schicht durch.

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-»5- PUB. 3258*1

die η-leitende Schicht 12 und die dritte Schicht durch die p-leitende Basiszone I5 gebildet wird. So bilden die Gebiete I7, 12, I5 einen lateralen pnp-Transistor, dessen Emitterzone durch das Gebiet 17 gebildet " wird und dessen Kollektorzone der Basiszone I5 des Transistors t„ entspricht. Auf ähnliche Weise bilden die Gebiete 18, 12, I5 und 19, 12, 15 laterale pnp-Transistoren, deren Ko.1 lektorzone der Basiszone des invertierten vertikalen Transistors t entspricht.

Die Längen der p~leitenden Injektorgebiete 17, 18,19 die der p-leitenden Basiszone I5 von t„ zugewandt sind, weisen ein Verhältnis von 2 : 1 ί 1 auf. Bei einer den Punkten A, B und C gemeinsamen Spannung im erregten Zustand ist der in das 11-Iei tende Gebiet 12 injizierte Locherst.roin den Längen der Gebiete 17, 18 und 19, die dom Gebiet I5 zugewandt sind, proportional, so dass diese Injektionsströme Gewichtungon W , ¥„ und Y der· logischen Eingänge A, B bzw. C von 2, 1 bzw. 1 Einheiten darstellen.. Auf ähnliche Weise bildet das p-leitende Gebiet 16 die erste Schicht einer lateralen pnp-Dreiscl'iichtenstrominjekto3?struktur 16, 12, 21 und die Länge des p-leitenden • Gebietes 16, das dem Gebiet lh zugewandt ist, das die Basiszone von t^ bildet, ist 1\ Einheiten in ' bezug auf die Längen der injizierenden Ränder der Gebiete 17» 18 und I9. So weist, wenn das Gebiet 16 an einer festen Spannung liegt, die der genannten gemeinsamen Spannung entspracht, der feste Vorspan-

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τ-HB. 32584 17-5-1978

nuiig-seingang von t.. eine Gewichtimg von 1 ■? Einheiten auf. Daher detektiert, wie oben beschrieben, dieses logische Gatter die Funktion (a + B . C) am Ausgangs— anschluss der Kollektorzone 21 und ihr Komplement am ' Ausgangsanschluss der Kollektorzone Zh.

An Hand der Fig. 6 wird nun eine weitere

Ausführungsform einer I L-Schaltung nach der Erfindung beschrieben, in der Fünfschichtenstrominjektoren

verwendet werden und die mit bekannten I L-Techniken vollständig kompatibel ist. Das Flipflop.entspricht dem nach Fig. 2. Der Hauptunterschied liegt in der Anwendung von Fünfschiclitenatrominjektoren auf jeder Seite des Flipflops statt der Anwendung von Dreischichtenstrominjektoren. Diese Strukturen werden durch je in Reihe angeordnete Paare lateraler pnp— Ti'ansi stören gebildet, bei denen der Kollektor des ersten Transistors dem Emitter des zweiten Transistors entspricht. Die p~leitenden Emitter der ersten lateralen Transistoren jedes Paares sind beim Betrieb mit dem positiven Anschluss der Speisequelle verbunden und bilden Injektoren eines primären Vorstroms, wobei die Basiszonen der genannten Transistoren, die die zweiten Schichten der Strominjektoren bilden, zusammen mit dem anderen Anschluss der Speisequelle oder Erde verbunden sind. Die p-leitenden Emitterzonen der zweiten Transistoren jedes Paares bilden Quellen wiederinjizierten Vorstroms, der von den genannten primären Vorströmen abgeleitet

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wird. Für eine detaillierte Beschreibung des Mechanismus des Fünf schichteninjelctors sei auf die britische Patentschrift 1.398.868 verwiesen.

Das logische Gatter nach Fig. 6 enthält · N positiv gewichtete logische Eingänge A, B ... N und einen einzigen positiven Schwelleneingang. Die logischen Eingangssignale werden, wie dargestellt, an die dritte Schicht der Strominjektorstrukturen angelegt, die der Basis von t_? Vorstrom zuführen.

Auf diese ¥eise dient das einer Strominjektorstruktur zugeführte logische Eingangssignal dazu, entweder den primären Vorstrom in dieser Injektorstruktur abzuleiten oder die Erzeugung wiederinjizierten Vorstroms zur Lieferung an die Basis von t zu ermögliehen. Zur Lieferung des Schwellenstroms wird ein fester wiederinjizierter Vorstrom zugeführt, wobei keine Verbindung mit der dritten Schicht des Strominjektors vorhanden ist, weil der primäre Vorstrom in diesem Strominjektor immer der Basis des Transistors t₁ zugeführt werden muss. Auf diese ¥eise sind alle in das Flipflop gelangenden Vorströme um

2
einen Faktor &- niedriger als der der Energiequelle entnommene Strom, wobei OL die gemeinsame BasisstromverStärkung jeder lateralen pnp-Transistor- · struktur ist.

In der Draufsicht nach Fig. 7 und dem Querschnitt nach Fig. 8 ist ein Beispiel der Schaltung nach Fig. 6 dargestellt. Es handelt sich um

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ein einziges logisches Gatter mit logischen Eingängen A, B und C mit Gewichtungen von 2, 1 bzw. 1 Einheiten und mit einer Schwelle von 1— Einheiten. Dieses Gatter ist schematisch durch das Blockschaltbild der Fig. dargestellt, und die dargestellte logische Funktion ist diese3.be wie in Figuren k und 5> vaxä. zwar A + (B . c). In der Draufsicht nach Fig. 7 und dem Querschnitt nach Fig. 8 sind unterschiedlichen Schichten und Gebiete des Halbleiters, die denen in der Ausführungsform nach Figuren h und 5 entsprechen, mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Der Hauptunterschied liegt darin, dass die p-leitenden Injektorgebiete 16 und 17 bis 19 einen wiederinjizierten Vorstrom liefern, der -von einem primären Vorstrom abgeleitet ist, der von weiteren p-leitenden Injektorgebieten 31 und 32 geliefert wird. So injiziert; das p—leitende primäre Injektorgebiet 31» das mit dem positiven Anschluss der Speisequelle verbunden ist, Leicher über einen Teil des n-leitenden Gebietes 12 in den zugekehrten Rand des p-leitenden Gebietes 16. Dadurch wird ein fester wiederinjizierter Eingangsvorstrom für die Basis Ik von t₁ erhalten. Auf ähnliche Weise injiziert das p-leitende primäre Injektionsgebiet J2, das auch mit dem posi- ' tiven Anschluss der Speisequelle verbunden ist, Löcher übex- Teile des η-leitenden Gebietes 12 in die zugewandten Ränder der p-leitenden Gebiete 17, 18 und 19. Die logischen Eingangssignale werden über

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I¹HB. 3 17-5-1978

Leiter*bahnen an die genannten Gebiete 17, 18 und angelegt. Auf diese Weise können wiederinjizierte Vorströme, deren Grossen durch die Längen der Ränder der Gebiete 17, 18 und 19 bestimmt werden, der Basiszone 15 von t., zugeführt werden, in Abhängigkeit davon, ob die Eingänge A, B und C "hoch" oder "niedi"ig" sind. In dieser Struktur weisen die Längen der Gebiete 16 und 17 t>is 19» die den Transistorbasiszonen 14 bzw. 15 zugewandt sind, ein Verhältnis von 1-^:2:1:

Einheiten auf.

Es sei bemerkt, dass, um das gezeigte Gatter in eine komplexere Schaltung umzubauen, der Eingang A einen Eingangslastfaktor von 2 Einheiten aufweist, während die Eingänge B und C je einen Eingangslastfaktor von 1 Einheit aufweisen. Der Ausgangslastfaktor, eines solchen logischen Gatters wird durch drei Faktoren bestimmt, und zwar: (a) die Flächeninhalte der Ausgangskollektoren 21 und 24, (b) der minimal zugeführte Basisstrora, wenn ein Ausgang Q erforderlich ist (dieser minimale Basisstrom kann notwendigen^alls dadurch erhöht wex-den, dass zusätzliche Strominjektoren zu beiden Seiten des Flipflops in. gleichen Zahlen angeordnet werden) und (c) der h (O^) des lateralen pnp-Transistors, ' der dem Flipflop einen wiederinjizierten Vorstrom liefert. Z.B. weist in der Schaltung nach Figuren 7 und 8 der Ausgang Q einen Ausgangslastfaktor von ^»5 &" 5 d.h. einen Basisstrom von Ip- Einheiten und einen dreimal grösseren Kollektor auf.

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Fig. 10 zeigt blockschematisch eine

in Schwellenlogik ausgeführte Volladdiererschaltung. Diese enthält zwei Schwellenlogikgatter, von denen eines eine positive Schwelle von \ Einheit aufweist und die Summe S liefert und das andere eine positive Schwelle von 1-g· Einheiten aufweist und den üebertrag C liefert. Jedes Gatter besitzt Eingänge Q₁, Q_ und Q„, die als Ausgänge von anderen Gattern in de3? integrierten Schaltung, in der der Volladdierer vorhanden ist, abgeleitet sind, wobei jeder Eingang eine positive Gewichtung von 1 Einheit aufweist. Eine Rückkopplung von dem Uebex-trag auf die Summe weist einen negativen gewichteten Eingang von 2 Einheiten auf.

Fig. 11 zeigt das Layout einer praktischen Schaltung·, in der der Volladdierer nach Fig. 10 vorhanden ist, Av'obei diese Schaltung unter Verwendung von Fünfschichteninjektorstrukturen auf gleiche Weise wie an Hand der Figuren 7 und 8 beschrieben aufgebaut ist. Der Halbleiterkörper weist eine entsprechende Form auf und enthält ein pleitendes Substrat mit einer darauf liegenden nleitenden epitaktischen Schicht, in der die Schaltungselemente gebildet werden. Zwei p-leitende In-. sein 51 und 52 bilden primäre Injektorstreifen, die je die erste Schicht von Fünfschiclitenstrominjektorstrukturen bilden. In der Mitte der Figur bilden p-leitende Gebiete 53 und $h die Basisgebiete eines

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PHD. 1/2. 584

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ein Flipflop bildenden Transistorenpaares eines logischen Gatters. Auf ähnliche Weise bilden die p-leitenden Gebiete 53' und $h' die Basisgebiete eines ein Flipflop bildenden Transistorenpaares . eines zweiten logischen Gatters. Diejenigen Teile der Oberfläche, bis zu denen sich ein η -leitendes isolierendes Oberflächengebiet erstreckt, sind, wie in den vorhergehenden Figure, schraffiert dargestellt. Auf diese Weise wird gezeigt, welche Teile der unterschiedlichen p-leitenden inseiförmigen Oberflächengebiete von der η -Oberflächenschicht begrenzt werden. Die je ein Flipflop bildenden Transistorenpaare des ersten und des zweiten logischen Gatters weisen eine Konfiguration auf, die der an Hand dex" Fig. 7 beschriebenen Konfiguration ähnlich ist. So werden in dem ersten logischen. Gatter die Transistoren mit Basisgebieten 53 und 5'I- kreuzweise über- eine Verbindung zwi sehen einer Kollektor zone 57 und- der Basiszone 5'+ und eine Verbindung zwischen einer Kollektorzone 58 und der Basiszone 53 miteinander gekoppelt. Diese Zwischenverbindungen sind in denselben Leiterbahnen mit den normierten Kollektox"-stromanschlüssen zwischen einer zusätzlichen Kollektorzone 60 und dex* Basiszone 53 und zwischen einexzusätzlichen Kollektorzone 59 und dex" Basiszone 5'+ zusammengeballt. Ausgangskollektorzonen 6l und 62 sind vorhanden, aber in der beschriebeneu Schaltung gibt es keine äussere Verbindung mit dex* Zone 62,

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PHD. ^ri2. 485 17-5-1978

wobei die Verbindung mit der Zone 61 über eine Leiter*- bahn 63 hergestellt ist, die die Aus gangs summe S bildet.

Die Eingangsströme des ein Flipflop bildenden Transistorenpaares des ersten logischen Gatters werden von Fünfschichteninjektorstmikturen geliefert, die auf den gegenüberliegenden Seiten des Flipflops angeordnet sind. Auf der dargestellten Unterseite liegen vier Injektorstrukturen, denen das p-leitende Gebiet 52 als die erste Schicht des primären Injektors gemeinsam ist. Die zweite und die vierte Schicht jeder dieser Injektorstrukturen werden durch Teile der n~leitenden epi taktischen Schicht gebildet. Die dritten Schichten werden durch pleitende Gebiete Gh bis 67 gebildet. Die fünfte Schicht jeder Injektorstruktur wird durch die pleitendo Basiszone ^h eines der vertikalen invertierten npn-Traiisistoren des Flipflops gebildet. Am unteren Teil der Figur sind drei sich parallel erstreckende Leiterbahnenvorhanden, die mit logischen Eingängen Q , Q und Q„ verbunden sind. Das p-leitende Gebiet Gh wird über eine Oeffnung in der Oberflächenisο1ierschicht in dem Halbleiterkörper durch die mit dem Eingang Q verbundene · Bahn kontaktiert. Auf ähnliche Weise wix'd das pleitende Gebiet 65 durch die mit dem Eingang Q_p verbundene Bahn und das p-leitende Gebiet GG durch die mit dem Eingang Q~ verbundene Bahn kontaktiert.

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riiB. 3258*1

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2&30277

Das p-leitende Gebiet 67 wird nicht über· eine Leiterbalm kontaktiert.

Die Stromiiijektorstrukturen auf der Unterseite des Flipflops, deren dritte Schichten durch die p-leitenden Gebiete 6h, 65 und 66 gebildet werden, können der Basiszone 5-^ in Abhängigkeit von den Pegeln der Eingänge Q₁, Q„ und Q, einen wiederinjizierten Vorstrom liefern. Ein derartiger Vorstrom weist eine Gewichtung auf, die durch die Längen der Gebiete 6k bis 66, die dem Gebiet $h zugewandt sind, bestimmt wird und im vorliegenden Falle für jede der genannten Strukturen 1 Einheit ist. Die Fünfschichteninjektorstruktur, deren dritte Schicht durch das p-leitende Gebiet 67 gebildet wird, bildet einen festen Eingang wiederinjizierten Vorstroms mit einer Gewichtung von 1 Einheit.

Auf der Oberseite des Flipflops des ersten logischen Gatters sind z\«;ei Fünf schichten-strominjektorstrukturen vorhanden, und bei diesen beiden Strukturen bildet das p-leitende Geibet 5I die erste Schicht des primären Injektors. Die zweite und die vierte Schicht jeder dieser Strominjektorstrukturen werden durch Teile der η-leitenden epitaktischen Schicht gebildet. Die.dritten Schichten · werden durch p-leitende Gebiete 69 und 70 gebildet.

Die fünfte Schicht jeder Injektorstruktur wird durch die p-leitende Basiszone 53 eines der vertikalen invertierten npn-Transistoren des Flipflops gebildet.

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Das p-leitende Gebiet 69 wird nicht kontaktiert, und die Fünf schichtenstromin j ekt or struktur in der dieses Gebiet vorhanden ist, bildet einen festen Eingang wiederinjizierten Vorstroms, dessen Gewichtung Λ\ Einheiten ist, weil die Länge des Gebietes 69, das dem Gebiet 53 zugewandt ist, gleich, dem 1,5-fachen der Länge der Gebiete 6k bis 6f ist, die dem Gebiet ^h zugewandt sind, wobei zu bemerken ist, dass die Pegel des injizierten Vorstroms pro Längeneinheit auf beiden Seiten des Flipflops dieselben sind, weil die Injektoren 5I und 52 mit demselben positiven Speiseanschluss verbunden sind, wobei die Abstände zwischen den ersten und den dritten Schichten sovv'ie die Abstände zwischen den dritten und den fünften Schichten und auch die Breiten der dritten Schichten auf beiden Seiten des Flipflops konstant gehalten werden. Das p-leitende Gebiet 70 wird durch eine Leiterbahn 71 kontaktiert, die mit dem Ausgangskollektor eines der Transistoren im

zweiten Flipflop verbunden ist. Die Fünfschichteninjektorstruktur, in der das Gebiet 70 als die dritte Schicht vorhanden ist, kann der Basiszone 53 in Abhängigkeit von dem Eingangspegel am Leiter 7I einen wiederinjizierten Vorstrom liefern, der seinerseits durch den Ausgang des zweiten logischen Gatters gebildet wird. Der Vorstrom weist eine Gewichtung von 2 Einheiten auf, die gemäss der Länge des Teiles des Gebietes 70, der dem Gebiet 53 zugewandt ist, bestimmt

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wird. So sind in dem ersten logischen Gat'teir auf der Oberseite ein fester Eingang injizierten Vorstroms, mit einer Gewichtung von 1-g- Einheiten und ein veränderlicher Eingang mit einer Gewichtung von 2 Einheiten vorhanden. Auf der¹ Unterseite sind ein fester Eingang mit einer Gewichtung von 1 Einheit und di-ei veränderliche Eingänge Q₁ , Q„ und Q„ mit je einer Gewichtung von 1 Einheit vorhanden. Wenn von einem festen Eingang wiederinjizierten Vorsti"oms auf der Oberseite als Schwelleneingang mit positiver Gewichtung und von einem festen Eingang wiederinjizierten Vorstroms auf der Unterseite ausgegangen wird, der somit einen Schvelleneringang mit negative]:· Gewichtutig bildet, ist die Netto-SclrwelleneingangS" gewichtung Λ\ Einheiten - 1* Einheit = -g- Einheit. Wenn von einem veränderlichen logischen Eingang wiederinjizierten Vorstroms auf der Unterseite mit einer positiven Gewichtung und einem solchen Eingang auf der Oberseite mit einer negativen Gewichtung ausgegangen wird, ist ersichtlich, dass das erste logische Gatter logische Eingänge Q , Q_? und Q mit je einer positiven Gewichtung von 1 Einheit und einen weiteren vom Ausgang des zweiten logischen Gatters abgeleiteten Eingang mit einer· Gewichtung von -2 Einheiten enthält.

Das Flipflop des zweiten logischen

Gatters weist eine gleiche Konfiguration wie das im ersten logischen Gatt ex¹ vorhandene Flipflop auf, so

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dass entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet werden, jedoch unter Hinzufügung eines Akzents. Auf der Oberseite ist eine Fünfschichteninjektorstruktur mit festem Eingang vorhanden, deren dritte Schicht das p-leitende Gebiet 73 ist und die einen festen Schwelleneiiigang wiederinjizierteri Vorstroms an die p-leitende Basiszone 53' mit einer positiven Gewichtung von 2-g- Einheiten liefert. Auf der Unterseite liegt eine einen festen Eingang auf— weisende Fünf schichteiiinjektorstruktur, deren dritte Schicht das p-leitende Gebiet 7^ ist und die einen festen Schwelleneingang wiederinjizierten Vorstroms an-', die p-leitende Basiszone ^h* mit einer negativen Gewichtung von 1 Einheit liefert. So ist die Netto-Schwelle 1-g Einheiten.

Auf der Unterseite des zweiten logischen Gatters liegen drei Fünfschichteiistrominjektorstrukturen mit veränderlichen Eingangen,deren dritte Schichten durch p-leitende Gebiete 75» 76 und 77 S^e~ bildet werden. Die p--leitenden Gebiete 75» 76 und 77 werden durch die Balinen kontaktiert, die mit den Eingängen Q₁, Q bzw. Q, verbunden sind. Die Längen der Gebiete 75 bis 77, die dem Gebiet 54' zugewandt sind, sind derart, dass die positive Gewichtung jedes Eingangs 1 Einheit ist.

Die Schaltung nach Fig. 11 enthält

weiter Verbindungsieiterbahnen 81 und 82 für die pleitenden primären Injektionsgebiete 5I bzw. 52 über

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PHB.32584 17-5-!978

Oeffnungen in der Oberflächenisolierschicht und eine Leix-ert>aim 83, die Verbindungen mit der η-leitenden epitaktischen Schicht über das η -Oberflächengebiet durch Oeffnungen in der Oberflächenisolierschicht bildet.

Es leuchtet ein, dass infolge der Anbringung logischer Gatter, die aus Flipflops aufgebaut sind, das Layout der Schaltung verliältnismässig einfach und das Muster von Leiterbahnen auf der Oberfläche nicht komplex ist. Es wird geschätzt dass, wenn eine solche Volladdiererschaltung unter Verwen-

2 dung der erfindungsgemässen Schwellen I L-Schaltung gebildet wird, im Vergleich zu der Bildung einer solchen Schaltimg in logischen NANI)-I^L die Oberf läclieneinsparung etwa 2$ji> beträgt. Ausserdem erf or-

ρ dert das Layout eines üblichen 1~L-Volladdierers die Anwendung grösserer Längen von. Leiterbalmen, und die Anzahl kontaktiert er· Gebiete beträgt hl , während diese Anzahl bei Anwendung der in Fig. 11 dargestellten

Schwellen-I²L Zh beträgt.

Fig. 12 zeigt die logische Wahrheitstabelle einer komplexen Funktion mit vier Veränderlichen, A, B, C und D. Diese Funktion ist als FsACD+ABÜ+ABD+BCD dargestellt. Die Funktion kann in drei veränderliche Schaltfunktionen zerlegt werden, so dass

F = A F₁ (BCD) + Ä F₂ (BCD), wobei F₁ =CD + BC+BCD und F₂ = BD + BCD--=BD.

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pjib . 32 17-5-1978

Fig. 13 zeigt das endgültige logische Schaltbild einer besonderen Lösung des Problems mit drei Gattern. Die drei Schwellengatter weisen Gewichtungen von 1-g·, -jr und -γ Einheiten auf. Das erste Gatter weist Eingänge D, C, B mit Gewichtungen von 1, 2 bzw. 1 Einheiten auf. Das zweite Gatter weist einen von dem Ausgang des ersten Gatters abgeleiteten Eingang mit einer Gewichtung von -3 Einheiten, Eingänge D, C, B mit je einer Gewichtung von 1 Einheit und einen Eingang A mit einer Gewichtung von -2 Einheiten auf. Das dritte Gatter, von dem der Ausgang F abgeleitet ist, weist einen von dem Koinplemonta.usgang des zweiten Gatters abgeleiteten Eingang mit einer Gewichtung von -3 Einheiten, Ein- &ä.nge D und B mit je einer Gewichttmg von 1 Einheit und einen Eingang A mit einer Gewichtung von 1 Einhe i t auf.

Fig. 1'| zeigt die Ausführung des logischen Schaltbildes nach Fig. I3 in einer integrierten Schaltiing. Der Halbleiterkörper und die unterschiedlichen Gebiete für die Flipflops entsprechen denen in der Ausführungsform nach Fig. 11. Der Einfachheit halber sind entsprechende Gebiete und Schichten mit denselben Bezugsziffern bezeichnet.

Der Hauptunterschied liegt darin, dass drei logische Gatter vorgesehen sind, von denen das dritte Gatter die Bezugsziffern unter Hinzufügung eines Doppeltakzentes trägt, und dass die relativen Bemessungen

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der durch p-leitende Gebiete gebildeten dritten Schichten der Stronxinjektox-strukturen verschieden gewählt sind. Zur Vereinfachung der Beschreibung sind diese p-leitenden Gebiete nicht mit gesonderten Bezugsziffern versehen, sondern ist die in den respektiven logischen Gattern erhaltene relative Gewichtung in einem Kreis angegeben, dex· auf dem Gebiet vorhanden ist.

¥enn also von der Annahme ausgegangen wird, dass feste Schwelleneingänge auf der Oberseite der Flipflops eine positive Gewichtung und auf der Unterseite derselben eine negative Gewichtung aufweisen, und dass veränderliche logische Eingänge auf der Unterseite der Flipflops* eine positive Gewichtung und auf der Oberseite derselben eine negative Gewichtung aufweisen, trifft folgendes zu: Im ersten logischen Gatter, das rechts in der Figur dargestellt ist und bistabile Transistoren mit Basiszonen 53 und 5^- enthält, sind ein fester Schwelleingang mit einer positiven Gewichtung von 1-£ Einheiten und veränderliche logische Eingänge C, B und D mit positiven Gewichtungen von 2, 1 bzw, 1 Einheiten vorhanden. Auch ist ein Ausgangsanschluss 91 an die dritte Schicht eines mit dem zweiten logischen Gatter zusammenarbeitenden Injektors vorhanden.

Im zweiten logischen Gatter, das in der Mitte der Figur dargestellt ist und das bistabile Transistoren mit Basiszonen 53' und ^k ^x enthält, sind

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Pira.32.5ai+ 17-5-1978

ein. fester Schwelleneingang mit einer positiven Gewichtimg von f-jr Einheiten, ein veränderlicher logischer Eingang mit einer negativen Gewichtung von 3 Einheiten, der von dem Ausgang des ersten logischen Gatters abgeleitet ist, und veränderliche logische Eingänge A, B, D und C mit positiven Gewichtungen von 2 Einheiten, 1 Einheit, 1 Einheit bzw. 1 Einheit vorhanden. Dies entspricht nicht genau dem logischen Schaltbild der Fig. 10, das im zweiten logischen Gatter eine negative Schwelle von -g- Einheit und das Komplement von A, und zwar Ä, mit einer Gewichtung von -2 Einheiten.= enbliält. In-diesem Teil der· Schaltung wird das Komplement A mit einer Gewichtung von -2 Einheiten dadurch erhalten, dass A mit einer Gewichtung von +2 Einheiten verwendet und 2 zu der Schwelle des Gatters addiert wird, und zwar dadurch, dass die Schwelle --g + 2 = +1g- gemacht wird.

Im dritten logischen Gatter, das links in der Figur dargestellt ist und das bistabile Transistoren mit Basiszonen 53" und 5'+" enthält, sind ein fester Schwelleneingang mit einer negativen Gewichtung von Ίγ Einheiten, veränderliche logische Eingänge B und D mit je einen positiven Gewichtung von 1 Einheit, ein veränderlicher logischer Eingang A mit einer negativen Gewichtung von 1 Einheit und ein veränderlicher logischer Eingang, der von dem Koniplernentausgang des zweiten logischen Gatters abgeleitet ist und eine negative Gewichtung von 3

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Einheiten aufweist, vorhanden. Dies entspricht wieder nicht genau dem lagischen Blockschaltbild der Fig. 10, das im dritten logischen Gatter eine negative Schwelle von γ Einheit und das Komplement von A , und zwar A₁J mit einer Gewichtung von 1 Einheit enthält. In diesem Teil der Schaltung wird das Komplement A mit einer Gewichtung von 1 Einheit dadurch erhalten, dass A mit einer Gewichtung von. -1 Einheit verwendet und dass 1 von der Schwelle des Gatters subtrahiert wird, und zwar dadurch, dass die Schwelle -γ - 1 = -1-g· Einheiten gemacht wird.

Eine Weiterbildung v.ird nun an Hand der Fig. 15 beschrieben, die einen Teil eines logischen

Gatters zeigt, der die kreuzweise gekoppelten. Tran— sistoren des Flipflops enthält, die auf die in den vorhergehenden Ausführungsformen beschriebene Weise als invertierte vertikale npn-Transistoren ausgebildet sind. Die Emitterzonen der Transistoren des Flipflops werden durch eine gemeinsame n-lsitende epitaktische Schicht gebildet, in der die durch p-leitende Gebiete 101 und 102 gebildeten Basiszonen angebracht werden. Die Ausgangskollektorzonen der genannten Transistoren werden durch n⁺-Gebiete 103 und 1θ4 gebildet, wobei ein Transistor weitere Kollektorzonen 105 und 106 enthält, von denen die Kollektorzone 106 mit der Basiszone verbunden ist, während der andere Transistor weitere Kollektorzonen 107 und 108 enthält, von denen die-Kollektorzone 108 mit der Basiszone ver-

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buiiden. 1st.

Auf der Eingangsseite des Transistors

mit der Basiszone 101 liegen drei ,Fünf schichtenstrominjektorstrukturen, Ein p-leitendes Gebiet 111 bildet ' einen primären Injektor eines Löcherstroms, der von drei gesonderten p-leitenden Gebieten 112, 113 und
114 empfangen wird, die die dritten Schichten der
Strominjektorstx-ukturen bilden. Die Gebiete 112, und 114 können wiederinjizierte Vorströme der p-

leitenden Basiszone 101 zuführen und das Verhältnis zwischen den Längen ihrer Ränder, die der Zone 101
zugekehrt sind, beträgt 1t 1:2, was dem Verhältnis zwischen den gelieferten wiederijijizierten Vorströmen entspri cht.

Jn dem p-leitenden Gebiet 112 befindet sich ein η -Gebiet 115» das den Kollektor eines
invertierten vertikalen npn-Transistors bildet,
dessen Basisj'ono durch das p-leitende Gebiet 112
land dessen Emitterzone durch die η-leitende epitaktische Schicht gebildet wird. Auf ähnliche Weise

befindet sich in dem p-leitenden Gebiet II3 ein η Gebiet II6, das den Kollektor eines invertierten
vertikalen npn-Transistors bildet, dessen Basiszone durch das p-leitende Gebiet 113 und dessen Eraitterzone durch die n-leitende epita.kti.sche Schicht gebildet wird. Eine Leiterbahn 117 auf der Oberflächenisolierschicht verbindet die Ifollektorzonen 115 und 116 miteinander und bildet auch eine Verbindung mit

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der p-leitenden Zone 114. Leiterbahnen 118 und 119 die ohraisch mit den p~leitenden Zonen 112 und 113 verbunden sind, bilden Vex*bindungen mit logischen Eingängen anderer Gatter und diese Eingänge wex-den durch die Buchstaben A und B dargestellt.

Auf diese Weise %tfird, indem Kollektorzonen vertikaler npn-Transistoren in den dritten Schichten einiger· der Strominjektoren angebi"acht werden, ein logisches Gatter gebildet, in dem der günstige Effekt der sogenannten wechselseitigen Inhibition erhalten ist, wodurch ein veränderliches Eingangssignal ein oder mehr.Eingangssignale sperren kann, die zu einem oder mehreren anderen veränderliehen Eingängen des Flipflops gehören.

Im vorliegenden Beispiel ist auf der Eingangsseite des die Basiszone 10 1 enthaltenden Transistors des Flipflops ein Gatter angebracht, das die "Exklusiv-Oder"»Funktioiien für zwei Variable A und B ausführt, und zwar F = AB-I-AB und ihr Komplement F = A B + A B. Der Eingang A B wird intern über die Kopplung der Kollektorzonen II5 und 116 der* zusätzlichen vertikalen npn-Transistoren mit dem Gebiet '\lk erhalten. Infolge der besonderen Abmessungen der p-leitenden Gebiete 112, 1 "13 und 114 ist, wenn A=O und 13 = 0, A B = 1 , wobei zwei Einheiten wiederinjizierten Vorstroms die p-leitende Basiszone 101 von dem p-leitenden Gebiet 11^ her erreichen, während keine Einheiten von den p-leitenden

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?ΐΐΒ. 3218^

Gebieten 112 und II3 empfangen worden, weil der von diesen Gebieten empfangene primäre Vorstrom über die Bahnen 118 und II9 abgeleitet wird.

Venn A = 1 und B=O ist, ist AB=O

5. und es erreicht nur eine Einheit wiederinjizierten Vorstroms von dem p-leitenden Gebiet 112 her die p-leitende Basis 101, wobei keine Einheiten von den p-leitenden Gebieten 113 und 114 empfangen werden, weil die von diesen Gebieten empfangenen primären Vorströme über die Bahn II9 bz\i. zu Erde über den Kollektor II6 abgeleitet werden, wobei bemerkt wird, dass der Gebiet 114 zugefühi'te Vorstrom anfänglich über den Kollektor 11.6 abgeleitet wird. Auf ähnliche Veise ist, wenn A =0 und B = 1 ist, AB=O und es erreicht nur eine Eifniieit wiedei-injiziex-ten Vorstroms von dom p-lei t ende Ji Gebiet 113 hex" die Basiszone 101.

Wenn A=B - 1 ist, ist A B =0 und es erx"eiclien zwei Einheiten wiederinjizierteii Vorstroms von den p·-leitenden Gebieten 112 und II3 her die Basiszone 101, wobei keine Einheiten von der p-leitenden Zone 114 empfangen werden, weil die zusätzlichen vertikalen npn-Transistοren, deren Kollektorzonen in den p-leitenden Gebieten 112 und 113 liegen, leitend sind iind z^tsanlmen den von dem Gebiet 11h empfangenen primären Vorspannungsstrom ableiten.

Auf der rechten Seite des Flipflops

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~k5~ VHB»32^84

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befindet sich ein einziger fester Eingang wiederinjizierten Vorstroms für die Basiszone 102. Dieser Strom wird von einer Fünfschichtenstrominjektorstruktur geliefert, deren erste Schicht durch ein pleitendes Gebiet 121 und deren dritte Schicht durch ein p-leitendes Gebiet 122 gebildet wird. Die Breite des p-leitenden Gebietes 122 is gleich der der pleitendon Gebiete 112 bis 114, und dieses Gebiet wird von der ersten und der fünften Schicht des Injektox"s, und zwar den Gebieten 121 und 102, durch Abstände getrennt, die den Abständen zwischen den dritten Schichten und den ersten und.fünften Schichten der Injektoren auf der anderen. Seite; des Flipflops entsprechen. Die Länge der Zone 122, die der Zone 101 zugewandt ist, ist derart, dass ein wioderinjizierter Vorstrom von 1 ■/ Einheiten erhalten wird. So weist das Gatter eine positive Schwelle von 1~ Einheiten, extern erzeugte; logische Eingänge A, B mit je einer positiven Gewichtung von 1 Einheit und einen intern erzeugten logischen Eingang A B mit einer positiven Gewichtung von 2 Einheiten auf·.

Es sei bemerkt, dass in der p-leitenden Zone 1i4 zwei weitere n⁺-Gebiete 124, 125 vorhanden sind, die die gleiche Dotierung wie die η -Kollek-. torzonen II5 und 1 16 aufweisen. Die Zonen 12.4, 125 dienen zum Ausgleichen der Injektorströme in den unterschiedlichen p-leitenden Gebieten 112, 113, 1i4. Auf ähnliche Weise wird eine zusätzliche η -Zone

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in· dor p-leitenden Zone 122 gebildet, die aber (in der Richtung quer ku der Stroritf lussrichtxmg) zweimal breiter als die Kollektorzoneii II5 und II6 ist.

Fig. 16 zeigt blockschematisch eine symbolische Darstellung des in Pig. I5 gezeigten Gatters. Die eingeklammerten Symbole A und B bezeichnen einen intern erzeugten Eingang.

Fig, 17 zeigt eine weitere Abwandlung der Schaltung nach Fig. I5, bei der jedoch die wechselseitige Inhibit!onsverbindung komplexer ist in der Weise, dass sowohl intern erzeugte Eingänge als auch extern gelieferte Eingänge der dritten Schicht einer Strominjektorstruktur zugeführt werden. Die Halbleitergebiete in dieser Schaltung sind mit denen in Fig. 16 identisch. Der Unterschied liegt nur in dem Verbindungsmuster in einer der¹ Leiterbahnen, und zimr der Bahn 137» die mit dein p-leitendeii Gebiet 11^1, wie in Fig. 15> mit der η -Kollektorzone 1i6j wie in Fig. I5, aber nicht mit der" Zone II5 verbunden ist, die schwebend gelassen wird, wobei diese Bahn mit einem logischen Eingang C ver-Imnden ist. Auf diese Weise wird der Eingang C extern der p-le.i tenden Insel 114 zugeführt und wird auch B intern erzeugt und mit dem Eingang- C verbunden, d.h., dass B für den zweifach gewichteten Injektor mit der p-leitenden Insel 114 "AUS" sein muss,um auf den C-Eingang zu reagieren. So wird die Funktion F=A. (B+C)+BC erzeugt, und Fig. 18 zeigt ein

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-Mj - PITU.132-58J.

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Blockschaltbild, dass das Gatter darste3.lt, wobei das eingeklammerte Symbol B die interne Erzeugung dieser Veränderlichen bezeichnet.

Es dürfte oinleuchten, dass im Rahmen der Erfindung viele Abwandlungen möglich sind. In der Praxis brauchen· die besondei'en Gewich.tuu.gen, d.h. diejenigen der logischen Eingänge und/oder diejenigen des (der) festen Eingangs (Eingänge), nicht notwendigerweise alle feste Vielfache einer cinzige3i Einheit oder Vielfache plus eine Halbe Einheit zu sein; es ist möglich, notwendigenfalls Aendorungen vorzunehmen, um unterschiedliche Effekte in dor Schaltung auszugleichen, die zu Ungleichmässigkeit. z.B. in der Stromverstärkung oder Stromverteilung, führen. Auch können einige der beschriebenen Schaltungen gedrängter ausgeführt werden. Die Schaltung nach den Figuren 13 und 14 kann auch mit nur zwei Schwellengattern versehen werden, indem D.B als eine Veränderliche und A.C als die andere Veränderliehe verwendet wird, oder wenn wechselseitige Inhibition benutzt wird, braucht- nur ein einzige Schwellengatter unter Verwendung derselben Eingangsveränderlichen angewandt zu werden. Es ist selbstverständlich möglieh, die Gleichmässigkeit zwischen den Fünfschichteninjektorstx-ukturen auf den beiden gegenüberliegenden Seiten des Flipflops aussei- Betracht zu lassen; z.B. brauchen die Pegel der primären Vorströme auf den gegenüberliegenden Selten nicht einander gleich

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zu sein, vorausgesetzt, dass in den respektiven Strukturen e.iri gewisser- nreiterer Ausgleich, vorgeliommen id

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Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE;

   1.) Integrierte In jektionslogikschaltxmg·

   mit mindestens einem Schwe3.lenlogikg-a.tter mit einer Anzahl gedichteter logischer· Eingänge und einem gedichteten festen Eingang zur Bestimmung der· Schwelle, dadurch gekennzeichnet, dass deis Gatter einen ersten und einen zweiten Transistor enthält, die als ein Flipf'lop angeordnet sind, indem die Kollektorzone des ersten Transistors mit der Basiszone des zweiten Transistors und die Kollektox^zone des zweiten Transistors mit der Basiszone des ersten Transistors verbunden ist, wobei mindestens einer dieser Transistoren eine weitere Kollektorzone enthält, die mit einem leitenden Ausgangsanschluss versehen ist, und dass eine Anzahl von Strominjektorstrukturen zur Bestimmung der* dem ersten Lind dem zweiten Transistor zugeführten Vorströrae vorhanden sind, wobei der Zustand des Flipflops gemäss dem Unterschied zwischen dem insgesamt dem ersten Transistor zugeführten Vorstrom und dem insgesamt dem zweiten Transistor zugeführten Vorstrom bestimmt wird und die genannte Anzahl von Strominjektorstrukturen und mindestens eine mit einem festen Eingang zusammenarbeitende Injektorstruktur umfassen.

   2. Integrierte Injektionslogikschaltung

   nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich in dem ersten sowie in dem zweiten Transistor des Flipflops eine zusätzliche Kollektorzone befindet,

   ORIGINAL INSPECTED

   die intern mit der Basiszone verbunden ist, um einen genormten Kollektorstrom in jedem der Kollektoren des Transistors zu erzeugen.

   3. Integrierte Injektionslogikschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste und der zweite Transistor in einer Halbleiterschicht vom ersten Leitungstyp angebracht sind, die die Emitterzonen bildet, wobei die Basiszonen durch Oberflächengebiete vom entgegengesetzten Leitungstyp innerhalb der Schicht vom ersten Leitungstyp gebildet werden und die Kollektorzoaen in den respektiven Gebieten vom entgegengesetzten' Leitungstyp dur-ch Ober·- flächengebiete vom ersten Leitungstyp gebildet werden und in dem ersten sowie in dem zweiten Transistor der Flächeninhalt der zusätzlichen Kollektorzone, die mit der Basiszone vei-bunden ist, kleiner als der Flächeninhalt der oder jeder verbleibenden Kollektorzone ist.

   4. Integrierte Injektionslogikschaltung nach Anspruch 3»dadurch gekennzeichnet, dass in einem oder in beiden Transistoren eine Kollektorzone mit einem leitenden Ausgangsanschluss einen grösseren Flächeninhalt als diejenige Kollektorzone in demselben Transistor aufweist, die mit der Basiszone des anderen Transistors verbunden ist. J5· Integrierte Injektionslogikschaltung

   nach einem der Ansprüche 1 bis k, dadurch gekennzeichnet, dass die logischen Eingänge je eine positive

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   PH3.3258*;-17-5-197Ö

   Gewichtung aufweist, wobei die oder jede der mit den logischen Eingängen zusammenarbeitenden Strominjektorstrukturen dem zweiten Transistor des Flipflops Vorstrom zuführen und die oder jede mit dem festen Eingang zusammenarbeitende Strominjektorstruktur dem ersten Transistor des Flipflops einen festen Gesamtvorstrom zuführt.

   6. Integrierte Injektionslo'gikschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis k, da.durch gekennzeichnet, dass die logischen Eingänge mindestens einen Eingang mit positiver Gewichtung und mindestens einen Eingang mit negativer Gewichtung umfassen, wobei die oder jede mit einem positiv gewichteten logischen Eingang zusammenarbeitende Strominjektorstruktxir dem ersten Transistor des Flipflops Vor strom zuführt, während die oder jede mit einem negativ gewichteten logischen Eingang zusammenarbeitende Strominjektorstruktur dem zweiten Transistor des Flipflops Vorspannungsstrom zuführt.

   7. Integrierte Injektionslogikschaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass abhängig davon, ob der feste Eingang positiv oder negativ gewichtet ist, die oder jede mit dem festen Eingang zusammenarbeitende S trominje.kt or struktur einen festen Gesamt-Vorstrom dem ersten Transistor bzw. dem zweiten Transistor zuführt.

   8. ' Integrierte Injektionslogikschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gelcenn

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   PHB.32584 17-5-1978

   zeichnet, dass das Komplement eines erforderlichen logischen Eingangs mit einer Gewichtung vorgegebenen Vorzeichens durch die Anbringung eines Strominjektors erhalten wird, der einen gedichteten Vorstrom der geeigneten Grosse, aber vom entgegengesetzten Vorzeichen liefert und die oder jede mit dem festen Eingang zusammenarbeitende Stromxnjektorstruktu einen festen Gesamt-Vorstrom liefert, dessen Grosse dem festen Schwellenvorstrom des Gatters abzüglich eines Betrags gleich der Gewichtung des dem genannten logischen Eingang entsprechenden Vorstromsentspricht.

   9. Integrierte InjektionsIogikschaltung

   nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die dem Vorstrom erhaltenden Basiszonen der Transistoren und die Strominjektorstrukturen derart angeordnet sind, dass die den ersten Leitungstyp kennzeichnende Basiszone eines Transistors des Flipflops Vorstrom von den ersten Leitungstyp kennzeichnenden Trägern empfängt, die von einer Halbleiterzone vom ersten Leitungstyp des Strominjektors in eine Zone vom entgegengesetzten Leitungstyp, die die Basiszone von der Strominjektorzone vom ersten Leitungstyp trennt, injiziert werden,' wobei die Gewichtung eines Eingangs durch die Länge der Strominjektorzone vom ersten Leitungstyp, über die die Injektion von Trägern stattfindet, bestimmt wird.

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   PUB.32584 17-5-1978

   10. Integrierte Injektionslogikschalbung nach. Anspruch. 91 dadurch gekennzeichnet, dass die Strominjektorstrukturen durch je drei atifeinanderfolgende Halbleitergebiete abwechselnden Leitungstyps gebildet werden, von denen die dritten Gebiete den Basiszonen des ersten und des zweiten Transistors des Flipflops entsprechen.

   11. Integrierte Injektionslogikschaltung nach Anspruch 9» dadurch gekennzeichnet, dass die Strominjektorstrukturen durcli je fünf aufeinanderfolgende Halbleitergebiete abwechselnden Leitungstyps gebildet werden, von denen die fünften Gebiete den Basiszonen des ersten und des zweiten Transistors des Flipflops entsprechen.

   12. Integrierte Injektionslogikschaltung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass nur jede der mit den logischen Eingängen zusammenarbeitenden Strominjektorstrukturen einen leitenden Eingangsanschluss an das dritte Gebiet enthält und dass die ersten Gebiete sämtlicher Strominjektorstrukturen und alle zweiten Gebiete der Strominjektoren jeweils zusammengeschaltet sind.

   13· Integrierte Injektionslogikschaltung

   nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet j dass in einem dritten Gebiet mindestens einer der mit den logischen Eingängen zusammenarbeitenden Strominjektorstrukturen die Kollektorzone einer vertikalen Transistors truktui· angebracht wird, deren Emitterzone

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   17-5-1978

   durch das Gebiet gebildet wird, das die zweite Schicht des" Strominjektors bildet, wobei eine Verbindung zwischen dieser Kollektorzone und dem dritten Gebiet einer anderen mit einem logischen Eingang zusammenarbeitenden Stromiiijektorstx-uktur vorhanden ist.

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