JPH0548431A - 論理回路 - Google Patents

論理回路

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JPH0548431A
JPH0548431A JP3208291A JP20829191A JPH0548431A JP H0548431 A JPH0548431 A JP H0548431A JP 3208291 A JP3208291 A JP 3208291A JP 20829191 A JP20829191 A JP 20829191A JP H0548431 A JPH0548431 A JP H0548431A
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JP
Japan
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voltage
gate
tunneling diode
current
fet
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JP3208291A
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Takashi Mimura
高志 三村
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Fujitsu Ltd
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Fujitsu Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、論理回路に関し、消費電力の低
減、高速性能の向上かつ、論理電圧振幅及びノイズマー
ジンの拡大を実現することができる論理回路を提供する
ことを目的とする。 【構成】 エンハンスメント型ショットキ・ゲートFE
T(Field Effect Tran-sistor)のゲートに信号が印加
される論理回路において、該エンハンスメント型ショッ
トキ・ゲートFETのゲートと信号入力端子との間に直
列に電圧制御型負性微分抵抗ダイオードを接続するよう
に構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はショットキ・ゲートFE
T論理回路の動作の改善に関する。近年、ショットキ・
ゲートFET論理回路においては、消費電力の低減、高
速性能の向上かつ、論理電圧振幅及びノイズマージンの
拡大を実現することができるものが要求されている。
【0002】
【従来の技術】従来、エンハンスメント型ショットキ・
ゲートFETを用いた論理回路においては、図8に示す
インバータが最も基本的なものとして知られている。こ
こでのドライバーFETとしてはエンハンスメント型シ
ョットキ・ゲートFET(E−FET1)を用いてお
り、負荷素子としてはディプレッション型ショットキ・
ゲートFET(D−FET1)を用いている。そして、
電源電圧VDDは1乃至2V程度であり、インバータ2は
インバータ1の次段のインバータである。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】次に、図9を用いて上
記した従来の論理回路の問題について説明する。図9は
従来のE−FET1の静特性、、D−FET1の負
荷曲線及びE−FET2のショットキ・ゲート特性
を示す図である。まず、E−FET1のゲートにハイレ
ベルの入力電圧が印加されると、ローレベルの出力電圧
OLが次段インバータ2のE−FET2のゲートに伝え
られる。次いで、VOLがE−FET2のしきい値電圧V
THより低くなるようにD−FET1の電流値IL1が設定
される。
【0004】次に、E−FET1のゲートにローレベル
の入力電圧が印加されると、ハイレベルの出力電圧が次
段インバータ2のE−FET2のゲートに伝えられる。
この出力電圧はE−FET2のゲートのショットキ・ダ
イオードの順方向電流立ち上がり電圧VF より高くなる
ため、ショットキ・ダイオードによってクランプされ、
出力電圧は略VF に確定される。
【0005】このため、出力電圧がVF に待機している
時に消費される電力はVDD ・IL1となり、VOLに待機
している時に消費される電力VDD・IL1と同程度になっ
てしまっていた。特に、大規模集積回路を実現するため
にはこの待機時に消費する電力を低減しなければならな
かった。
【0006】また、VF はデバイスによって異なり、S
iMESFETでは約 0.4V、GaAsMESFETで
約 0.6V、HEMTでは約 0.8Vである。そして、論理
電圧振幅はVF −VOLであり、VOLは 0.1V乃至 0.2V
に設定されるため、SiMESFET、GaAsMES
FET、HEMTの論理電圧振幅は、各々 0.2− 0.3
V、 0.4− 0.5V、 0.6− 0.7Vとなり、SiCMOS
FET回路の3−5Vに較べ約1桁小さくなってしま
い、ノイズマージンもそれに応じて小さくなってしまっ
ていた。
【0007】そこで本発明は、消費電力の低減、高速性
能の向上かつ、論理電圧振幅及びノイズマージンの拡大
を実現することができる論理回路を提供することを目的
とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明による論理回路は
上記目的達成のため、エンハンスメント型ショットキ・
ゲートFET(Field Eff-ect Transistor)のゲートに
信号が印加される論理回路において、該エンハンスメン
ト型ショットキ・ゲートFETのゲートと信号入力端子
との間に直列に電圧制御型負性微分抵抗ダイオードを接
続するものである。
【0009】本発明においては、前記エンハンスメント
型ショットキ・ゲートFETをドライバートランジスタ
とし、該ドライバートランジスタに直列に接続するよう
にディプレッション型またはエンハンスメント型FET
若しくは抵抗からなる負荷素子を設けるように構成して
もよく、また、前記電圧制御型負性微分抵抗ダイオード
をエンハンスメント型ドライバーFETのドレインと接
続させ、該接続点を出力端子とするように構成してもよ
い。
【0010】本発明に係る電圧制御型負性微分抵抗ダイ
オードには共鳴トンネリングダイオードが挙げられ、こ
の場合、共鳴トンネリングダイオードにスピードアップ
コンデンサーの機能を持たせることができるため、論理
回路を高速化することができる。本発明に係るショット
キ・ゲートFETにはSiMESFET(Metal Semicon
ductor FET) 、GaAsMESFET、HEMT(High
Electron Mo- bilitiyTransistor:高電子移動度トラ
ンジスタ)等が挙げられる。
【0011】
【作用】本発明では、エンハンスメント型ショットキ・
ゲートFETのゲートに電圧制御型負性微分抵抗特性を
有する共鳴トンネリングダイオードを接続し、このダイ
オードの他端から信号電力を入力するように回路を構成
したため、実施例で後述するように、論理回路のハイレ
ベル待機時電力を1桁以上低減させることができる。
【0012】
【実施例】以下に本発明による論理回路の実施態様を列
挙する。図1は本発明の一実施例に則した典型的な共鳴
トンネリングダイオードの構造を示す断面図である。図
1において、1は下面にAu金属電極7aが形成された
+ −Inp基板であり、このn+ −Inp基板1上に
膜厚1000Å程度のn+ −InGaAs層2、膜厚47Å程
度のAlInAsバリア層3、膜厚32Å程度のInGa
As谷層4、膜厚47Å程度のAlInAsバリア層5及
び膜厚1000Å程度のn+ −InGaAs層6が形成さ
れ、更にn+ −InGaAs層6上面にはAu金属電極
7bが形成されている。
【0013】次に、図2は図1に示す共鳴トンネリング
ダイオードの電流−電圧特性を示す図である。共鳴トン
ネリングダイオードの動作時での静電容量は、3〜4×
10-7F/cm2 であり、HEMTのゲート容量1〜2×10
-7F/cm2 に較べて大きい。
【0014】次に、図3は図1に示すインバータのドラ
イバーE−HEMTのゲートに共鳴トンネリングダイオ
ードを接続した基本回路図であり、図4(a)、(b)
は共鳴トンネリングダイオードRTD2の電流−電圧特
性、、、ドライバーE−HEMT2のソース−ゲ
ート間の電流−電圧特性及びそれらを合成した電流−
電圧特性を示す図であり、図5は図3に示すドライバ
ーHEMT1のソース−ドレイン電流−電圧特性、共
鳴トンネリングダイオードRTD2の電流−電圧特性
、ドライバーE−HEMT2のソース−ゲート間の電
流−電圧特性を合成した電流−電圧特性及び負荷D−
HEMT1の負荷曲線を合わせて示す図である。
【0015】図5において、負荷D−HEMT1の負荷
曲線と共鳴トンネリングダイオード2の谷電流が一致す
る点が動作点となるため、出力電圧VOHはVF と共鳴ト
ンネリングダイオードRTD2の谷電圧VV の和とな
り、論理電圧振幅は従来の回路に比べて谷電圧VV だけ
拡大し、略電源電圧VDDになる。この時の電流は共鳴ト
ンネリングダイオードRTD2の谷電流IV (I L1
1/10から1/20程度)であるため、インバータ1のハ
イレベルの待機時電力も1/10から1/20に減少させる
ことができる。また、共鳴トンネリングダイオードは比
較的大きな静電容量を有しているため、ドライバーE−
HEMTに対して所謂スピードアップコンデンサーとし
て作用させることができ、回路の高速化に寄与させるこ
とができる。
【0016】次に、図6は図3に示す負荷に共鳴トンネ
リングダイオードを用いた回路図であり、図7は図6に
示すドライバーHEMT1のソース−ドレイン電流−電
圧特性と負荷共鳴トンネリングダイオード1の負荷曲
線、及び次段共鳴トンネリングダイオードRTD2の電
流−電圧特性とドライバーE−HEMT2のソース−ゲ
ート間の電流−電圧特性を合成した電流−電圧特性を示
す図である。
【0017】ここでは出力電圧はVOLであり、その時の
待機電流は、略負荷共鳴トンネリングダイオード1の谷
電流となる。このように図6の回路では、インバータ1
のローレベルの待機電力を1/5から1/10程度にまで
減少させることができる。なお、上記実施例以外にも、
本発明から得られる様々な態様が考えられるが、要は電
圧制御型負性微分抵抗特性を有するダイオードをエンハ
ンスメント型ショットキFETのゲートに接続した論理
回路でありさえすればよいことは明らかである。
【0018】
【発明の効果】本発明によれば、エンハンスメント型シ
ョットキ・ゲートFETのゲートに共鳴トンネリングダ
イオードを接続し、このダイオードの他端から信号電力
を入力する回路を構成することにより、論理回路のハイ
レベル待機時電力を1桁以上低減させることができる効
果が得られる。更に、エンハンスメント型ショットキ・
ゲートFETのゲートに共鳴トンネリングダイオードを
接続し、かつ負荷にも共鳴トンネリングダイオードを接
続することにより、論理回路のハイレベルとローレベル
待機時電力を著しく低減させることができる効果が得ら
れる。
【0019】また、共鳴トンネリングダイオードにスピ
ード・アップコンデンサーの機能を持たせることができ
るため、論理回路を高速化させることができる効果が得
られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例に則した共鳴トンネリングダ
イオードの構造を示す断面図である。
【図2】図1に示す共鳴トンネリングダイオードの電流
−電圧特性を示す図である。
【図3】図1に示すインバータのドライバーE−HEM
Tのゲートに共鳴トンネリングダイオードを接続した基
本回路図である。
【図4】図3に示す共鳴トンネリングダイオード2の電
流−電圧特性とドライバーE−HEMT2のソース−ゲ
ート間の電流−電圧特性、及びそれらを合成した電流−
電圧特性を示す図である。
【図5】図3に示すドライバーHEMT1のソース−ド
レイン電流−電圧特性と共鳴トンネリングダイオード2
の電流−電圧特性とドライバーE−HEMT2のソース
−ゲート間の電流−電圧特性を合成した電流−電圧特
性、及び負荷D−HEMT1の負荷曲線を示す図であ
る。
【図6】図3に示す負荷に共鳴トンネリングダイオード
を用いた回路図である。
【図7】図6に示すドライバーHEMT1のソース−ド
レイン電流−電圧特性と共鳴トンネリングダイオードの
負荷曲線、及び次段共鳴トンネリングダイオードの電流
−電圧特性とドライバーE−HEMTのソース−ゲート
間の電流−電圧特性を合成した電流−電圧特性を示す図
である。
【図8】従来例の論理回路の構成を示す図である。
【図9】従来例のE−FET1の静特性とD−FET1
の負荷曲線、及びE−FET2のショットキ・ゲート特
性を示す図である。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 エンハンスメント型ショットキ・ゲート
    FET(Field Eff-ect Transistor)のゲートに信号が
    印加される論理回路において、該エンハンスメント型シ
    ョットキ・ゲートFETのゲートと信号入力端子との間
    に直列に電圧制御型負性微分抵抗ダイオードを接続する
    ことを特徴とする論理回路。
  2. 【請求項2】 前記エンハンスメント型ショットキ・ゲ
    ートFETをドライバートランジスタとし、該ドライバ
    ートランジスタに直列に接続するようにディプレッショ
    ン型またはエンハンスメント型FET若しくは抵抗から
    なる負荷素子を設けることを特徴とする請求項1記載の
    論理回路。
  3. 【請求項3】 前記電圧制御型負性微分抵抗ダイオード
    をエンハンスメント型ドライバーFETのドレインと接
    続させ、該接続点を出力端子とすることを特徴とする請
    求項2記載の論理回路。
JP3208291A 1991-08-20 1991-08-20 論理回路 Withdrawn JPH0548431A (ja)

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