JPH03205919A - Compound semiconductor integrated circuit using gallium arsenide - Google Patents

Compound semiconductor integrated circuit using gallium arsenide

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JPH03205919A
JPH03205919A JP2000681A JP68190A JPH03205919A JP H03205919 A JPH03205919 A JP H03205919A JP 2000681 A JP2000681 A JP 2000681A JP 68190 A JP68190 A JP 68190A JP H03205919 A JPH03205919 A JP H03205919A
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Abstract

PURPOSE:To obtain a prescribed value in an output H level, and also, to reduce the variance of an output by providing a resistance element between the source electrode of a load element consisting of an enhancement type field effect transistor(FET) and the prescribed potential. CONSTITUTION:When an input node N10 comes to an L level, an enhancement type driving FET F11 is cut off, and an output node N11 rises to an H level. In connection therewith, the value of a current IH increases gradually, and when currents flowing through an enhancement type load FET F10 and a resistance element become equal, the rise of the node N11 stops. In such a case, the value of the current IH when the potential rise of the node N11 stops is set in advance to a value being equal to the value of a sub-threshold current when the gate-source voltage of the FET F10 comes to a threshold voltage of the FET F10. In such a way, the output level can be set to a value as designed, and also, its variance is reduced.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention] 【産業上の利用分野】[Industrial application field]

本発明は、化合物半導体ガリウムひ素を用いた集積回路
、特にそのレベル設定の高精度化に関するものである。
The present invention relates to an integrated circuit using a compound semiconductor gallium arsenide, and particularly to increasing the accuracy of level setting thereof.

【従来の技術】[Conventional technology]

化合物半導体ガリウムひ素を用いた集積回路における論
理回路は、従来,第2図に示すDCFL( D ire
ct C oupled F E T L ogic)
が一般的に用いられている。この回路は、ゲート電極が
ソース電極に接続されたデプレッション型電界効果トラ
ンジスタ(以下、電界効果トランジスタをFETと略す
)F20を負荷素子とし,論理信号がノード(ゲート電
極)N20に入力されるエンハンスメント型FET  
F21を駒動素子とし、FETF20のドレインは電源
Vccに、FET  F2↓のソースは電源Vssに接
続されている。第2図では,以下に述べる説明のため、
DCFLを2段縦続接続した場合を示している。この回
路においては,ノードN 2 0に入力される信号の反
転出力をノードN21に得るようになっており、入力信
号と出力信号の関係を示したのが、第3図である。 ノードN20の入力信号がII H ighTTレベル
となった時、ノードN21の出力レベルは”LoII+
”レベルとなり、その値はほぼVssとなる。また、ノ
ードN20の入力信号が”Low”レベルとなった時,
ノードN21の出力レベルは”High”レベルとなり
、Vccレベルに近づこうとするが、次段のFET  
F23のゲート・ソース間のショットキ特性のため、V
ss+0.7Vにクランプされる。このように、論理回
路の出力レベルは、vSSならびに、ショットキ特性に
より決定され、回路シミュレーションにより得られる値
と大きな差は発生しない。なお、第2図の回路において
、次段のFETs  F22、F23からなるDCFL
回路が接続されていない場合、ノードN21の+1 }
{ i gh I+レベルは、Vccとなる。 しかしながら、この集積回路における論理回路は全てD
CFLのみで構成できるわけではなく、所定の電位の出
力レベルを得る必要性から、第4図に示す回路を用いる
必要がある。第4図において、F40、F41はエンハ
ンスメント型FETで、論理信号はノードN40に入力
され、ノードN41に反転出力が得られる。FET  
F40のゲート電極Ng40には、出力ノードN41の
”H igh”レベルを規定するための一定電位Vgが
印加されている.この場合、ノードN41の”High
”レベルはVg−VthEで与えられるとするのが一般
的であった.ここで、V thEは,FETF40のし
きい電圧であり,ゲート・ソース間電圧がV thE以
下の場合、FETを流れる電流は、ほぼカットオフと見
なせる値として定義されている.ノードN41の”H 
igh”レベルをVg−V thEとしていたのは以下
の理由による.ノードN41を”H igh”レベルと
するためには、まず、ノードN40が”L Ow11レ
ベル、すなわちVssの電位となり.FET  F41
を流れる電流Idsをカットオフにする。この動作によ
り、ノードN41の電位は、ノードN41に付随する容
量性負荷を充電しなからFET  F40を流れる電流
Idsがカットオフになるまで上昇する。FETF40
の電流Idsがカットオフになるのは,ノードN41の
電位が上昇し、その電位VN4 1がノードNg40の
電位Vgより, VthE低い値,すなわち、Vg −
 VN4 1 = VthEとなった時、ノードN41
の電位変化は止まることになる。このことは、ノードN
41の”H igh”レベルは、先に述べたVg−Vt
hEに設定されることを意味している。しかしながら,
以下の第5図で説明するように,ゲート・ソース間電圧
がV thE以下となっても、FETを流れる電流は完
全にはカットオフせず、ノードN41の”H igh”
レベルに誤差を生じさせることになる。第5図はFET
F40のゲート幅10μm当たりのドレイン・ソース間
電流1dsとゲート・ソース間電圧Vgsの関係を示し
たものである。この図からわかるように,電圧Vgsを
低下させて行くと電流Idsは急激に減少するが、その
減少の程度は序々に小さくなり、電流Idsが流れなく
なる寸前では電圧Vgsの変化に対して電流Idsの減
少率は非常に小さな値となってしまう。FETのしきい
電圧V thEは、ゲート@IOμm 当LJ、5μA
にまで電流Idsが減少した時の電圧Vgsとするのが
一般的であるが,現実的には、第5図からわかるように
電圧VgsがV thE以下となっても電流Idsの値
は急激には減少せずμA程度の電流が残存する領域が存
在する。 このように、電圧Vgsがvth以下となっても流れる
電流Idsを,以下サブスレツシュホールド電流( I
 dsbと略す)と呼ぶことにする。この電流I ds
bにより、第4図に示した回路の出力レベルが影響を受
けることになり,設計当初のノードN41の”High
”レベルの予想値よりもさらに電位が上昇する現象が発
生する。すなわち,ノードN41の電位VN4 1は、
電流Idsが完全にカットオフになるまで上昇するため
,Vg41−V thEの電位で停止せず、電流I d
sbがカットオフになるまでさらに上昇を続ける.この
電位上昇は、0.1−0.2Vも有り,このことから,
ノートN41の信号IiR幅増大、過渡的信号変化時の
遅延時間の増加を招くことになる。なお,Siを基板と
するMOSFETでは,このサブスレッシュホールト電
流I dsbの値はnA程度と3桁も小さく、ガリウム
ひ素を基板とするFETを用いた回路で、I dsbの
影響が顕著に発生する。また、ゲート・ソース間の電圧
VgsがV thE以下の領域では.Idsの値はμA
程度であり,第4図における、FET  F41に微小
なリーク電流が存在する場合、ノードN41の0.1〜
0.2vの電位上昇が大きく影響を受け、ノードN41
の”H igh”レベルのばらつきを発生させる原因と
もなる。以上,FETのサブシュレッシュホールド電流
I dsbの出力レベルへの影響について述べたが、第
4@に示した回路が、集積回路に用いられている具体例
について述べる. 第6図は、スタティックメモリLSIにおいて一般的に
よく用いられているメモリセルとメモリセルが接続され
るデータ線の回路を示したものである。図において、6
0はメモリセル、d60、d61はメモリセルが複数接
続されるデータ線,L60.L61はデータ線に接続さ
れる負荷素子,S60、S61はデータ線ペアを選択す
るためのスイッチ素子、SAはメモリセルからの読み出
し信号を増幅するためのセンスアンプである。第6図に
おいて、負荷素子L60.L61は、第4図におけるF
ET  F40に、メモリセル内のFET  F60.
F61は第4図におけるFETF41に相当する。負荷
素子L60,L61、ならびに、メモリセル内のFET
を全てエンハンスメント型FETとし、同一のしきい電
圧vthとすることで,しきい電圧vthの製造ばらつ
きによる影響を極力受けないようにしている。第6図に
おいて、メモリセル60からの情報読み出しは、以下の
ようにして行なわれる.各メモリセル60はフリップ・
フロップで構成されており、ノードN60がLowレベ
ル、すなわちVssの電位に,ノードN61がH ig
hレベル、すなわちVss+0.7Vの電位となってい
るとする.この状態で、ワード線WL60がH igh
レベルとなると、メモリセル60が選択されたことにな
り,読み出し電流Irが第6図に示すように. Vcc
−+ L 6 0→d60−eF60−+F62→Vs
sの経路で流れ、データ線d60の電位が低下する。一
方、データ線cl61においては、FET  F63.
F61がカットオフとなっているため、読み出し電流I
rは流れず、ノードNg6 1の電位をVg6 1とす
ると、Vg6 1 − VthEに設定される。このよ
うにして、データ線d60とd61の間に電位差が発生
し、この電位差がスイッチ素子S60、S6lを通して
センスアンプSAに入力され,増幅された信号がチップ
外に取り出される.しかしながら,第4図、第5図で説
明したように.FETのサブスレッシュホールド電流I
 dsbにより、データ線d61の電位はVg6 1 
− VthEより、0.1〜0.2V上昇し、ソノ結果
、d60.d6l(1)電位差、すなわち、読み出し信
号電圧が設計値の約0.2Vl:対し、1.5 〜2.
0倍も増加し、データ線での遅延時間増大が発生する.
さらに,データ線には、多数のメモリセルが接続されて
いることから、選択状態となっていないメモリセルへの
微少なリーク電流が存在すると,データ線d61の電位
は、前記,0.1〜0.2Vの範囲でばらつくことにな
る。この現象により,データ線に接続されたメモリセル
の情報保持状態の組合せにより、読み出し信号振幅がば
らつき、読み出し動作時の遅延時間ばらつきを増大させ
ることにもなる。 第6図と同様の回路は,特開昭61− 208697.特開昭63−160087.特開昭63
−311691.特開昭63−34793、ならびに、
電子情報通信学会研究会技術研究報告ED86−135
、P39 〜P46、rGaAs4Kb  スタティッ
クRAMJに開示されている。 なお、特開昭63−311691.電子情報通信学会研
究会技術研究報告に記載されている回路では,データ線
の負荷素子のゲート電極がドレイン電極に接続された構
成となっており,また,特開昭63−160087、6
1−208697では前記負荷素子のゲート電極に電位
を印加するための回路が付加されているが,これまで説
明した現象が発生することについて本質的な差はない。
Conventionally, logic circuits in integrated circuits using compound semiconductor gallium arsenide are DCFL (Dire
ct Coupled FET logic)
is commonly used. This circuit uses a depletion field effect transistor (hereinafter referred to as FET) F20, whose gate electrode is connected to the source electrode, as a load element, and an enhancement type circuit in which a logic signal is input to a node (gate electrode) N20. FET
F21 is a switching element, the drain of FET F20 is connected to the power supply Vcc, and the source of FET F2↓ is connected to the power supply Vss. In Figure 2, for the following explanation,
This shows a case where two stages of DCFLs are connected in cascade. In this circuit, the inverted output of the signal input to the node N20 is obtained at the node N21, and FIG. 3 shows the relationship between the input signal and the output signal. When the input signal of node N20 becomes II High high TT level, the output level of node N21 becomes "LoII+".
" level, and its value is approximately Vss. Also, when the input signal of node N20 becomes "Low" level,
The output level of node N21 becomes "High" level and approaches the Vcc level, but the output level of the next stage FET
Due to the Schottky characteristic between the gate and source of F23, V
Clamped to ss+0.7V. In this way, the output level of the logic circuit is determined by vSS and the Schottky characteristic, and there is no large difference from the value obtained by circuit simulation. In addition, in the circuit of FIG. 2, the DCFL consisting of the next stage FETs F22 and F23
+1 of node N21 if the circuit is not connected }
{ i gh I+ level becomes Vcc. However, all logic circuits in this integrated circuit are D
It is not possible to construct the circuit using only CFLs, but it is necessary to use the circuit shown in FIG. 4 due to the necessity of obtaining an output level of a predetermined potential. In FIG. 4, F40 and F41 are enhancement type FETs, a logic signal is input to a node N40, and an inverted output is obtained at a node N41. FET
A constant potential Vg for defining the "High" level of the output node N41 is applied to the gate electrode Ng40 of F40. In this case, “High” of node N41
"It was common to assume that the level was given by Vg - VthE. Here, VthE is the threshold voltage of FET F40, and when the gate-source voltage is less than VthE, the current flowing through the FET is defined as a value that can almost be considered a cutoff."H" of node N41
The reason why the "High" level is set to Vg-VthE is as follows.In order to set the node N41 to the "High" level, the node N40 first becomes the "Low11" level, that is, the potential of Vss. FET F41
The current Ids flowing through is cut off. This operation causes the potential at node N41 to rise until the current Ids flowing through FET F40 is cut off without charging the capacitive load associated with node N41. FETF40
The current Ids becomes cut-off because the potential of the node N41 rises and the potential VN41 becomes a value VthE lower than the potential Vg of the node Ng40, that is, Vg −
When VN4 1 = VthE, node N41
The change in potential of will stop. This means that node N
The "High" level of 41 is the Vg-Vt mentioned above.
This means that it is set to hE. however,
As explained in FIG. 5 below, even if the gate-source voltage becomes less than V thE, the current flowing through the FET is not completely cut off, and the “High” level of node N41
This will cause an error in the level. Figure 5 shows FET
This figure shows the relationship between the drain-source current 1 ds and the gate-source voltage Vgs per 10 μm gate width of F40. As can be seen from this figure, as the voltage Vgs decreases, the current Ids decreases rapidly, but the degree of decrease gradually becomes smaller, and when the current Ids is about to stop flowing, the current Ids decreases with respect to the change in the voltage Vgs. The rate of decrease becomes a very small value. The threshold voltage V thE of FET is gate @IOμm, LJ, 5μA
Generally, the voltage Vgs is taken as the voltage when the current Ids decreases to There is a region where the current does not decrease and a current of about μA remains. In this way, the current Ids that flows even if the voltage Vgs becomes less than vth is defined as the subthreshold current (I
dsb). This current I ds
b, the output level of the circuit shown in FIG.
"A phenomenon occurs in which the potential increases further than the expected level value. In other words, the potential VN41 of the node N41 is
Since the current Ids increases until it is completely cut off, it does not stop at the potential of Vg41-VthE, and the current Ids
sb continues to rise until it reaches the cutoff. This potential increase is as much as 0.1-0.2V, and from this,
This results in an increase in the width of the signal IiR of note N41 and an increase in delay time at the time of a transient signal change. In addition, in MOSFETs using Si as a substrate, the value of this subthreshold current I dsb is about nA, which is three orders of magnitude smaller, and in circuits using FETs using gallium arsenide as a substrate, the influence of I dsb occurs significantly. do. In addition, in the region where the gate-source voltage Vgs is less than V thE. The value of Ids is μA
If there is a small leakage current in FET F41 in FIG.
The potential rise of 0.2v is greatly affected, and node N41
This also causes variations in the "High" level. The influence of the subthreshold current I dsb of the FET on the output level has been described above, but we will now discuss a specific example where the circuit shown in #4 is used in an integrated circuit. FIG. 6 shows a circuit of memory cells and data lines to which the memory cells are connected, which is commonly used in static memory LSIs. In the figure, 6
0 is a memory cell, d60 and d61 are data lines to which a plurality of memory cells are connected, L60. L61 is a load element connected to a data line, S60 and S61 are switch elements for selecting a data line pair, and SA is a sense amplifier for amplifying a read signal from a memory cell. In FIG. 6, load element L60. L61 is F in FIG.
The FET F40 is connected to the FET F60 in the memory cell.
F61 corresponds to FETF41 in FIG. Load elements L60, L61 and FET in the memory cell
By making all of them enhancement type FETs and setting them to the same threshold voltage vth, the influence of manufacturing variations in threshold voltage vth is minimized. In FIG. 6, information is read from the memory cell 60 in the following manner. Each memory cell 60 is a flip
It is composed of a flop, and the node N60 is at a low level, that is, the potential of Vss, and the node N61 is at a high potential.
Assume that the potential is h level, that is, Vss+0.7V. In this state, the word line WL60 goes high.
When the level is reached, it means that the memory cell 60 has been selected, and the read current Ir changes as shown in FIG. Vcc
-+ L 6 0→d60-eF60-+F62→Vs
s, and the potential of the data line d60 decreases. On the other hand, in the data line cl61, FET F63.
Since F61 is cutoff, the read current I
If r does not flow and the potential of node Ng61 is Vg61, it is set to Vg61 - VthE. In this way, a potential difference is generated between the data lines d60 and d61, this potential difference is input to the sense amplifier SA through the switch elements S60 and S6l, and the amplified signal is taken out of the chip. However, as explained in Figures 4 and 5. FET subthreshold current I
dsb, the potential of data line d61 is Vg6 1
- Increased by 0.1 to 0.2V from VthE, sono result, d60. d6l(1) Potential difference, that is, the read signal voltage is about 0.2Vl of the design value: 1.5 to 2.
This increases by a factor of 0, resulting in an increase in the delay time on the data line.
Furthermore, since a large number of memory cells are connected to the data line, if there is a slight leakage current to the memory cells that are not in the selected state, the potential of the data line d61 will be 0.1 to It will vary within a range of 0.2V. Due to this phenomenon, the read signal amplitude varies depending on the combination of information retention states of the memory cells connected to the data line, which also increases the delay time variation during the read operation. A circuit similar to that shown in FIG. 6 is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-208697. JP-A-63-160087. Unexamined Japanese Patent Publication 1986
-311691. Japanese Patent Publication No. 63-34793, and
Institute of Electronics, Information and Communication Engineers Study Group Technical Research Report ED86-135
, P39-P46, rGaAs4Kb static RAMJ. In addition, Japanese Patent Application Laid-Open No. 63-311691. In the circuit described in the technical research report of the Institute of Electronics, Information and Communication Engineers, the gate electrode of the load element of the data line is connected to the drain electrode.
1-208697, a circuit for applying a potential to the gate electrode of the load element is added, but there is no essential difference in that the phenomenon described above occurs.

【発明が解決しようとする課題】[Problem to be solved by the invention]

上記従来技術は,ゲート電極が一定電位に固定されたエ
ンハンスメント型FETを負荷素子とする論理回路にお
いて、この論理回路の出力レベルの”High”レベル
の設定について配慮がされておらず,負荷素子のサブス
レッシュホールド電流による出力レベルの上昇、ならび
に駆動素子のリーク電流による出力”High”レベル
のばらつきが発生するという問題があった。 本発明の目的は、前記論理回路の出力+l High+
″レベルにおいて、所定の値を得ると共に、ばらつきを
低減することにある。
In the above conventional technology, in a logic circuit whose load element is an enhancement type FET whose gate electrode is fixed at a constant potential, no consideration is given to the setting of the "High" level of the output level of this logic circuit. There has been a problem in that an increase in the output level due to the subthreshold current and variations in the output "High" level due to leakage current of the drive element occur. The object of the present invention is that the output +l High+ of the logic circuit
The objective is to obtain a predetermined value at the ``level'' and to reduce variations.

【課題を解決するための手段1 上記目的を達戊するために、本発明は、エンハンスメン
ト型FETのソース電極と一定電位の間に抵抗素子を挿
入し、リークパスを形或したものである。 【作用] 前記論理回路の出力端と一定電位の間に挿入された抵抗
素子は、論理回路が”High”レベルを出力した時に
,エンハンスメント型負荷素子におけるゲート・ソース
間電圧VgsがV thEとなった時のサブスレッシュ
ホールド電流に相当する電流を流すように設計されてい
るため、出力IT HighllレベルがVgs−Vt
hEと設計時に予想可能な値に設定できることになる。 また、暉動FETのリーク電流に対しても、エンハンス
メント型負荷素子のインピーダンスが低い領域で動作す
ることになるので、レベルのばらつきを低減できること
になる。 [実施例】 以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。第1
図において、Vcc. Vssは一定電位に保たれた電
源、FIOはエンハンスメント型負荷FET.F11は
エンハンスメントIJig動F E T、RIOは出力
ノードNilと電源Vssの間に挿入された抵抗素子、
NglOは負荷FET  FIOのゲート電極に接続さ
れたレベル設定用電位入力端子、ノード10は入力端子
、IIは第1図の回路が”H igh”レベルを出力し
た時に負荷FETFIO、抵抗素子RIOを流れる電流
である。 第1図に示した回路において,ノードNIOが”LOw
”レベル、すなわちVssとなった時、駆動FET  
Filはカットオフとなり、ノードN.1 1は”H 
igh”レベルへと上昇する。ノードNilのII H
 igh ++レベルへの上昇に伴って、電流IHの値
も序々に増加し、負荷FET  FIOと抵抗素子R1
0を流れる電流が等しくなった時点でノードN 1 1
の上昇は停止する。本発明では、ノードNilの電位上
昇が停止した時点での電流[1の値が、抵抗素子RIO
によ・り、負荷FETFIOのゲート・ソース間電圧が
V thEとなった時のサブスレッシュホールド電流I
 dsbの値と等しい値に設定されていることが重要な
点である。 このように,上記条件を満たすように抵抗素子RIOの
値を設定しておくことで、Nilの”H igh”レベ
ルが、負荷FET  FIOのゲート・ソース間電圧一
V thEで与えられることになる。この様子を第7図
を用いてさらに詳しく説明する。 第7図において、縦軸は第1図における電流IHを示し
ており、横軸は第l図における負荷FET  FIOの
ゲート・ソース間電圧である。 ノードNglO(7)電位をVglO.N11の電位を
VNIIとすると,負荷FET  FIOのゲート・ソ
ース間電圧は、VglO−VNI 1となる。曲線70
は負荷FET  FIOを流れるドレイン・ソース間電
流とゲートソース間電圧VglO−V’NIIの関係を
示したものであり、VglO−VNIIの値がV th
E以下となると、サブスレツシュホールド電流I ds
bの領域が現われ、ゲート・ソース間電圧に対する電流
減少率は急激に低下する。第1図において、抵抗素子R
IOが設けられていない場合、ノードNilの電位は負
荷FETFIOがカットオフになるまで上昇するので、
第7図において、曲線70で示した電流がカットオフに
なる点、すなわち,vgiO−Nl 1がV thE’
 となるまで上昇する。従来は、負荷FETを流れる電
流がゲート幅10μm当り5μAにまで減少した点をV
 thEとし、VglO−VNIIがV thEとなっ
た時点でノードNilの電位上昇が停止するとしていた
ので、ノードNilは、VthE −VthE’ ニ相
当する電圧分高い値に設定されることになる。VthE
 −VthE’の値は、負荷FETの素子寸法にも依存
するが、概略0.1〜0.2Vである。第7図には、第
l図に示す抵抗を用いた場合、この抵抗素子RIOに流
れる電流71も示してあるが、VglO−VN11がV
 thEとなった時点での負荷FETに流れる電流70
と抵抗に流れる電流が等しくなるように抵抗値を設計し
ておけば、VglO−VN11=V thEとなった時
点、すなわち、VN11=Vg10−VthEとなる点
でノードNilの電位上昇は停止し、ノードNilの”
H igh”レベルは、負荷FETのゲート電圧と一般
的な定義でのV thEの差で設定されるようになる。 また、第7図からわかるように,曲線70の電圧・電流
特性はV thEの点を超えると電流の電圧に対する変
化率が急激に大きくなっており、この領域では、負荷F
ETのインピーダンスがサブスレッシュホールド領域と
比較して格段に小さくなっていることを意味している.
このことは、第1図に示した酩動素子Filに微少なリ
ーク電流が発生しても出カノードNilの”High”
レベルは、その影響を受けにくいことを意味している。 なお、第1図においては、抵抗素子RIOをノードNi
lと電源VSsとの間に挿入シたが,VNIIがVgl
O−V thEの電位になった時に,負荷FET  F
IOを流れる電流と同じ電流が抵抗素子RlOに流れる
ように設定してあれば、ノードNILとVss以外の他
の電源との間に挿入してあってもかまわない。さらに、
第1図においては、負荷FETF10.駈動FET F
ilとともにエンハンスメント型FETとしたが、これ
ら両者、あるいはどちらか一方がデプレッション型FE
Tであっても良い。 第8図は、第1図に示した回路の他の実施例の一つとし
て、スタティックメモリ集積回路に用いた場合を示した
ものである.第8図は、第6図で示した回路に抵抗素子
R80.R81が追加されたものである。抵抗素子R8
0、R81は、第工図における抵抗素子RIOに相当し
、データ線負荷L80,L81はF10.FETs  
F80及びF81はFilに相当する.第8図において
、抵抗素子R80.R81の効果を以下に説明する。 第8図におけるメモリセル80からの読み出し動作は、
第6図で説明したのと同様の方法で行なわれる。しかし
ながら,高電位側のデータ線d81についてみると、抵
抗素子R81が接続され、デ一夕線負荷L81のゲート
・ソース間電圧VgsがV thEの時のサブスレッシ
ュホールド電流I dsbに相当する電流が抵抗素子R
81を通して流れるようになっているため、データl!
d81の電位は、Vg8 1 − VthEに設定され
、設計当初の値が得られることになる。その結果、デー
タ線d81、d80の電位差、すなわち、読み出し信号
電圧も所定の値となり、データ線での遅延時間の増大も
発生しない。なお,データ線d80の電位については,
抵抗素子R80を設けたことにより、データ線負荷L8
0を流れる電流Irの値が増加し、データ!d80の電
位が従来より低下することが懸念されるが、電流Irの
値と比較し,抵抗素子R80を流れる電流はμA程度と
無視できるほど小さいため,電位変化を与えるほどの影
響は発生しない。さらに、データ線d80.d81に接
統された多数の非選択メモリセルへ微小なリーク電流工
11,・・・、Iln等が発生しても、データ線負荷L
81が低インピーダンス領域で動作しているため,非選
択メモリセルの情報保持状態により,高電位側のデータ
線d81の電位がばらつき,このために、読み出し時間
もばらつく等の不良が大幅に低減される。 また、第9図は、第8図の実施例の変形例を示し、デー
タ線負荷L90、L91がデータ線ペアスイッチS90
、591により、各データ線d90,d9lがそれぞれ
共通に接続された共通バス線B90、B91に接続され
た場合であり、データ線d90.d91での信号振幅を
共通バス線B90.B91のそれより小さくし、高速化
を図ろうとするものである。この場合、リークパス抵抗
R91は,第8図で説明した抵抗素子R81と同様の働
きをする. さらに、第10図は、第9図におけるデータ線負荷L9
0とL91が,LIOOA,LIOOBとLIOIA.
LIOIBによりそれぞれ構成された場合で、データ線
dloo.dlo1と共通バス線BIOO.BIOI両
者の信号振幅を低減し、高速化を図ろうとするものであ
る。この場合もリークバス抵抗RIOO.RIOIは、
共通パス線BIOO.BIOIに接続され、第9図で説
明したのと同様の働きをする。 【発明の効果1 以上述べたように,本発明によれば、負荷FETのゲー
ト・ソース間電圧VgsがV thEとなった時の負荷
FETのサブスレッシュホールド電流工sdbに相当す
る電流をリークパス抵抗に流すことで,論理回路の出力
レベルならびにスタティックメモリのデータ線電位を設
計どおりの値に設定できると共に、そのばらつきも低減
でき,従来よりも高速な論理回路およびメモリLSIの
実現が可能となる。
Means for Solving the Problems 1 In order to achieve the above object, the present invention forms a leak path by inserting a resistance element between the source electrode of an enhancement type FET and a constant potential. [Function] The resistance element inserted between the output terminal of the logic circuit and a constant potential causes the gate-source voltage Vgs of the enhancement type load element to become V thE when the logic circuit outputs a "High" level. Since it is designed to flow a current equivalent to the subthreshold current when
This means that hE can be set to a value that can be predicted at the time of design. Furthermore, since the enhancement type load element operates in a region where the impedance is low with respect to the leakage current of the perturbation FET, it is possible to reduce level variations. [Embodiment] An embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. 1st
In the figure, Vcc. Vss is a power supply kept at a constant potential, FIO is an enhancement type load FET. F11 is an enhancement IJig movement FET, RIO is a resistance element inserted between the output node Nil and the power supply Vss,
NglO is a level setting potential input terminal connected to the gate electrode of the load FET FIO, node 10 is the input terminal, and II is the potential that flows through the load FET FIO and the resistive element RIO when the circuit in Figure 1 outputs a "High" level. It is an electric current. In the circuit shown in Figure 1, the node NIO is “LOW
” level, that is, Vss, the drive FET
Fil becomes the cutoff and node N. 1 1 is “H”
II H of node Nil.
As the current IH rises to the igh ++ level, the value of the current IH also gradually increases, and the load FET FIO and resistance element R1
When the currents flowing through 0 become equal, the node N 1 1
stops rising. In the present invention, the value of the current [1 at the time when the potential rise of the node Nil stops is the value of the resistance element RIO
Therefore, the subthreshold current I when the gate-source voltage of the load FET FIO becomes V thE
It is important that the value is set equal to the value of dsb. In this way, by setting the value of the resistive element RIO to satisfy the above conditions, the "High" level of Nil is given by the gate-source voltage of the load FET FIO - V thE. . This situation will be explained in more detail using FIG. 7. In FIG. 7, the vertical axis represents the current IH in FIG. 1, and the horizontal axis represents the gate-source voltage of the load FET FIO in FIG. The node NglO(7) potential is set to VglO. When the potential of N11 is VNII, the gate-source voltage of the load FET FIO is VglO-VNI1. curve 70
shows the relationship between the drain-source current flowing through the load FET FIO and the gate-source voltage VglO-V'NII, and the value of VglO-VNII is V th
When it becomes less than E, the subthreshold current I ds
Region b appears, and the current reduction rate with respect to the gate-source voltage rapidly decreases. In FIG. 1, the resistance element R
If IO is not provided, the potential of node Nil will rise until the load FET FIO is cut off, so
In FIG. 7, the point where the current shown by curve 70 is cut off, that is, vgiO-Nl 1 is V thE'
It rises until . Conventionally, the point at which the current flowing through the load FET has decreased to 5 μA per 10 μm of gate width is defined as V.
thE, and the potential rise of the node Nil stops when VglO-VNII reaches VthE, so the node Nil is set to a value higher by a voltage corresponding to VthE-VthE'. VthE
The value of -VthE' is approximately 0.1 to 0.2V, although it also depends on the element dimensions of the load FET. FIG. 7 also shows a current 71 flowing through this resistance element RIO when the resistor shown in FIG.
The current flowing through the load FET at the time of thE is 70
If the resistance value is designed so that the current flowing through the resistor and the current flowing through the resistor are equal, the rise in the potential of the node Nil will stop when VglO-VN11=VthE, that is, at the point where VN11=Vg10-VthE, Node Nil”
The "High" level is set by the difference between the gate voltage of the load FET and V thE in the general definition. Also, as can be seen from FIG. 7, the voltage-current characteristics of the curve 70 are Beyond the point, the rate of change of current with respect to voltage increases rapidly, and in this region, the load F
This means that the impedance of ET is much smaller compared to the subthreshold region.
This means that even if a small leakage current occurs in the inductive element Fil shown in FIG.
The level means that it is less susceptible to that influence. Note that in FIG. 1, the resistance element RIO is connected to the node Ni
Although VNII is inserted between Vgl and power supply VSs, VNII is
When the potential reaches O-V thE, the load FET F
As long as it is set so that the same current as the current flowing through IO flows through the resistive element RlO, it may be inserted between the node NIL and a power source other than Vss. moreover,
In FIG. 1, load FET F10. Canter FET F
il and enhancement type FET, but both or one of them can be depletion type FE.
It may be T. FIG. 8 shows another embodiment of the circuit shown in FIG. 1, in which it is used in a static memory integrated circuit. FIG. 8 shows the circuit shown in FIG. 6 with a resistive element R80. R81 was added. Resistance element R8
0, R81 correspond to the resistance element RIO in the drawing, and data line loads L80, L81 correspond to F10. FETs
F80 and F81 correspond to Fil. In FIG. 8, resistance element R80. The effects of R81 will be explained below. The read operation from the memory cell 80 in FIG.
This is done in a manner similar to that described in FIG. However, when looking at the data line d81 on the high potential side, the resistance element R81 is connected, and a current corresponding to the subthreshold current Idsb when the gate-source voltage Vgs of the voltage line load L81 is VthE is generated. Resistance element R
81, so the data l!
The potential of d81 is set to Vg8 1 - VthE, and the original value of the design is obtained. As a result, the potential difference between the data lines d81 and d80, that is, the read signal voltage, also becomes a predetermined value, and no increase in delay time occurs in the data lines. Regarding the potential of the data line d80,
By providing resistance element R80, data line load L8
The value of the current Ir flowing through 0 increases, and the data! There is a concern that the potential of d80 will be lower than before, but compared to the value of current Ir, the current flowing through resistive element R80 is negligibly small at about μA, so there is no effect that would cause a potential change. Furthermore, data line d80. Even if a small leakage current 11,..., Iln, etc. occurs to a large number of unselected memory cells connected to d81, the data line load L
81 operates in a low impedance region, the potential of the data line d81 on the high potential side varies depending on the information retention state of unselected memory cells, and this greatly reduces defects such as variation in read time. Ru. Further, FIG. 9 shows a modification of the embodiment of FIG. 8, in which data line loads L90 and L91 are connected to data line pair switch S90.
, 591, the respective data lines d90, d9l are connected to the commonly connected common bus lines B90, B91, respectively, and the data lines d90. d91 to the common bus line B90. It is intended to be smaller than that of B91 and to increase speed. In this case, the leak path resistor R91 functions similarly to the resistive element R81 described in FIG. Furthermore, FIG. 10 shows the data line load L9 in FIG.
0 and L91 are LIOOA, LIOOB and LIOIA.
LIOIB respectively, and the data lines dloo. dlo1 and common bus line BIOO. This is intended to reduce the signal amplitude of both BIOI and increase the speed. In this case as well, the leak bus resistance RIOO. RIOI is
Common path line BIOO. It is connected to the BIOI and functions similarly to that described in FIG. Effect of the Invention 1 As described above, according to the present invention, the current corresponding to the subthreshold current sdb of the load FET when the gate-source voltage Vgs of the load FET becomes V thE is transferred to the leak path resistance. By flowing the output level of the logic circuit and the data line potential of the static memory to the designed values, it is possible to reduce the variation thereof, and it is possible to realize faster logic circuits and memory LSIs than before.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第l図は本発明の一実施例を示す図、第2図乃至第7図
は従来例を説明するための図,第8図乃至第10図はそ
れぞれ本発明の他の実施例を示す図である。 図中、FIOはエンハンスメント型負荷素子、Filは
、エンハンスメント型駆動素子、RIOは,リークパス
用抵抗素子,N10は、入力端子,Nilは、出力端子
.NglOは,レベル設定用電位入力端子、Vcc. 
Vssは電源、IHはリークバス電流である。 ll図 第2円 第 3 図 第夕図 →1冫r冫s(Yノ 第7躬 Vyyρ一N/!(77) 第8図 %b Vt t 第γB
FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of the present invention, FIGS. 2 to 7 are diagrams for explaining a conventional example, and FIGS. 8 to 10 are diagrams showing other embodiments of the present invention, respectively. It is. In the figure, FIO is an enhancement type load element, Fil is an enhancement type drive element, RIO is a leak path resistance element, N10 is an input terminal, and Nil is an output terminal. NglO is a level setting potential input terminal, Vcc.
Vss is a power supply, and IH is a leak bus current. ll Figure 2nd Circle 3rd Figure Evening Figure → 1 冫r冫s (Yノ 7th 躬Vyyρ1N/! (77) Figure 8 %b Vt t th γB

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、ゲート電圧とドレイン電圧が一定電位に固定された
エンハンスメント型電界効果トランジスタを負荷素子と
し、論理レベルに応じた入力信号がゲート電極に供給さ
れ、ドレイン電極が前記エンハンスメント型電界効果ト
ランジスタのソース電極に接続され、ソース電位が一定
電位に接続された少なくとも1個以上の電界効果トラン
ジスタからなる駆動素子から構成され、前記エンハンス
メント型電界効果トランジスタからなる負荷素子のソー
ス電極と一定電位の間に抵抗素子を設けたことを特徴と
する論理回路からなる化合物半導体ガリウムひ素集積回
路。 2、前記抵抗素子を流れる電流が前記エンハンスメント
型トランジスタからなる負荷素子のゲート幅10μm当
り、5μA前後の値に設定されていることを特徴とする
請求項1記載の化合物半導体ガリウムひ素集積回路。 3、前記エンハンスメント型電界効果トランジスタから
なる負荷素子をデータ線の負荷素子として使用し、前記
駆動素子を各メモリセル内の電界効果トランジスタとし
て使用してスタティックメモリ集積回路を構成したこと
を特徴とする請求項1又は2に記載の化合物半導体ガリ
ウムひ素集積回路。
[Claims] 1. An enhancement type field effect transistor whose gate voltage and drain voltage are fixed at constant potential is used as a load element, an input signal according to a logic level is supplied to the gate electrode, and the drain electrode is connected to the enhancement type field effect transistor. The driver element is connected to the source electrode of the field effect transistor, and is composed of at least one field effect transistor whose source potential is connected to a constant potential, and whose source potential is constant with the source electrode of the load element consisting of the enhancement type field effect transistor. A compound semiconductor gallium arsenide integrated circuit comprising a logic circuit characterized in that a resistance element is provided between potentials. 2. The compound semiconductor gallium arsenide integrated circuit according to claim 1, wherein the current flowing through the resistance element is set to a value of about 5 μA per 10 μm gate width of the load element consisting of the enhancement type transistor. 3. A static memory integrated circuit is constructed by using the load element made of the enhancement type field effect transistor as a load element of a data line and using the drive element as a field effect transistor in each memory cell. The compound semiconductor gallium arsenide integrated circuit according to claim 1 or 2.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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