JPH0624319B2 - 入力回路 - Google Patents
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- JPH0624319B2 JPH0624319B2 JP58045474A JP4547483A JPH0624319B2 JP H0624319 B2 JPH0624319 B2 JP H0624319B2 JP 58045474 A JP58045474 A JP 58045474A JP 4547483 A JP4547483 A JP 4547483A JP H0624319 B2 JPH0624319 B2 JP H0624319B2
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- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 4
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- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
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- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/02—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
- H01L27/04—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
- H01L27/08—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind
- H01L27/085—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only
- H01L27/088—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including only semiconductor components of a single kind including field-effect components only the components being field-effect transistors with insulated gate
-
- H—ELECTRICITY
- H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
- H03K—PULSE TECHNIQUE
- H03K19/00—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
- H03K19/003—Modifications for increasing the reliability for protection
- H03K19/00369—Modifications for compensating variations of temperature, supply voltage or other physical parameters
- H03K19/00384—Modifications for compensating variations of temperature, supply voltage or other physical parameters in field effect transistor circuits
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- H03K19/01—Modifications for accelerating switching
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Description
【発明の詳細な説明】 本発明は、MISFETより構成される半導体回路の特に入力
回路部に関するものである。
回路部に関するものである。
従来、メモリ等の半導体回路の入力部は、例えば第1図
に示すような回路で構成されている。
に示すような回路で構成されている。
第1図においてQ1は、ディプレッションタイプのMISF
ETでドレインは回路の電源VDDに、ゲート及びソース
は接点N1に接続されている。Q2はエンハンスメント
タイプのMISFETであり、ドレインは接点N1に、ゲート
は外部入力端子INに、ソースは回路のGNDに接続さ
れている。すなわちMISFETQ1,Q2は第1のインバー
タを形成し、接点N1は該インバータの出力となってい
る。Q3はデプレッションタイプのMISFETでドレインは
回路の電源に、ゲート及びソースは共通に接点N2に接
続されている。Q4はエンハンスメントタイプのMISFET
で、ドレインは接点N2に、ゲートは第1のインバータ
の出力接点N1に、ソースは回路のGNDに接続されて
いる。すなわちMISFETQ3,Q4は、第2のインバータ
を形成し、接点N2は該インバータの出力となってい
る。尚ことわらないかぎり、説明を容易にするためにMI
SFETはNチャンネルタイプとする。
ETでドレインは回路の電源VDDに、ゲート及びソース
は接点N1に接続されている。Q2はエンハンスメント
タイプのMISFETであり、ドレインは接点N1に、ゲート
は外部入力端子INに、ソースは回路のGNDに接続さ
れている。すなわちMISFETQ1,Q2は第1のインバー
タを形成し、接点N1は該インバータの出力となってい
る。Q3はデプレッションタイプのMISFETでドレインは
回路の電源に、ゲート及びソースは共通に接点N2に接
続されている。Q4はエンハンスメントタイプのMISFET
で、ドレインは接点N2に、ゲートは第1のインバータ
の出力接点N1に、ソースは回路のGNDに接続されて
いる。すなわちMISFETQ3,Q4は、第2のインバータ
を形成し、接点N2は該インバータの出力となってい
る。尚ことわらないかぎり、説明を容易にするためにMI
SFETはNチャンネルタイプとする。
第1図に示される回路において入力INにハイレベルが
印加されると、MISFETQ2はONし接点N1はローレベ
ルとなる。またそれにより、MISFETQ4はOFFとなり
接点N2はハイレベルとなる。また逆に入力INにロー
レベルが印加されると接点N1はハイレベルとなり、接
点N2はローレベルとなる。
印加されると、MISFETQ2はONし接点N1はローレベ
ルとなる。またそれにより、MISFETQ4はOFFとなり
接点N2はハイレベルとなる。また逆に入力INにロー
レベルが印加されると接点N1はハイレベルとなり、接
点N2はローレベルとなる。
ここで通常のTTLインターフェイス半導体メモリなど
においては、入力ハイレベルの最低値は2V程度、入力
ローレベルの最高値は、0.8V程度を保証するようにな
っているものが多く、この場合第1図における第1のイ
ンバータは、入力端子INに2Vが印加された場合、接
点N1をローベレル(GNDレベル)にし、また入力
端子INに0.8Vが印加された場合は、接点N1をハイ
レベル(電流レベル)になるように、MISFETQ1及び
MISFETQ2のコンダクタンス比、すなわちゲート長L,
ゲート幅W,閾値VTなどのパラメータを適正値に決定
する必要がある。
においては、入力ハイレベルの最低値は2V程度、入力
ローレベルの最高値は、0.8V程度を保証するようにな
っているものが多く、この場合第1図における第1のイ
ンバータは、入力端子INに2Vが印加された場合、接
点N1をローベレル(GNDレベル)にし、また入力
端子INに0.8Vが印加された場合は、接点N1をハイ
レベル(電流レベル)になるように、MISFETQ1及び
MISFETQ2のコンダクタンス比、すなわちゲート長L,
ゲート幅W,閾値VTなどのパラメータを適正値に決定
する必要がある。
ところで近年、半導体回路の微細化,高速化に伴ないチ
ャネルコンダクタンスβ で定義される。Leff=ゲート実効長,W=ゲート幅,C
ox=ゲート絶縁膜の単位面積あたりの容量,μc=チ
ャネル部の移動度)を上げるため、あるいはゲート部の
浮遊容量を減らすために、MISFETのゲート長L(従って
ゲート実効長Leff)を次第に短かくする傾向にある。
ャネルコンダクタンスβ で定義される。Leff=ゲート実効長,W=ゲート幅,C
ox=ゲート絶縁膜の単位面積あたりの容量,μc=チ
ャネル部の移動度)を上げるため、あるいはゲート部の
浮遊容量を減らすために、MISFETのゲート長L(従って
ゲート実効長Leff)を次第に短かくする傾向にある。
尚第2図に示すようにゲート長Lとはゲート電極Gを形
成する物質、例えば多結晶シリコンやアルミニウムなど
のソース,ドレイン方向の長さのことであり、ゲート実
効長Leffとは、ゲート長Lからソースドレイン拡亜層部
S,Dのゲート方向への食込み部分を引いたチャネル長
のことである。
成する物質、例えば多結晶シリコンやアルミニウムなど
のソース,ドレイン方向の長さのことであり、ゲート実
効長Leffとは、ゲート長Lからソースドレイン拡亜層部
S,Dのゲート方向への食込み部分を引いたチャネル長
のことである。
従って従来のように、第1図において第1のインバータ
のドライバMISFETQ2と第2のインバータのドライバMI
SFETQ4のゲート長Lを同じ寸法に設定した場合には、
Lを短かくしていくと製造工程におけるバラツキの為、
MISFETQ2のチャネルコンダクタンスβや、閾値VTが
所定値より変動し、入力電圧ハイレベル2.0V,ローレ
ベル0.8Vでは、接点N1を充分ローレベル,あるいは
ハイレベルに出力できないという不都合を生じるため、
ゲート長Lを一定値以上短かくできなく、従って高速化
できないという欠点があった。
のドライバMISFETQ2と第2のインバータのドライバMI
SFETQ4のゲート長Lを同じ寸法に設定した場合には、
Lを短かくしていくと製造工程におけるバラツキの為、
MISFETQ2のチャネルコンダクタンスβや、閾値VTが
所定値より変動し、入力電圧ハイレベル2.0V,ローレ
ベル0.8Vでは、接点N1を充分ローレベル,あるいは
ハイレベルに出力できないという不都合を生じるため、
ゲート長Lを一定値以上短かくできなく、従って高速化
できないという欠点があった。
尚チャネルコンダクタンスβや、閾値VTは第3図(a),
(b)にそれぞれ示すようにゲート長Lが短かくなるほど
Lの変化量ΔLに対する依存性(変化量)が大きくなっ
てくる。特にゲート長Lが2μm以下の場合、閾値VT
およびチャンネルコンダクタンスβ、特に閾値VTの変
化の割合が大きくなってくる。また第2のインバータ
は、その入力レベル、すなわち第1のインバータの出力
レベルの振幅が大きいため(第1のインバータが適正に
動作した場合)、チャネルコンダクタンスβや、閾値V
Tのバラツキの影響は、比較的小さい。従って第1図に
おける第1のインバータの特にMISFETQ2のβやVTの
バラツキをできるだけ小さくし、かつ第2のインバータ
は多少のバラツキがあっても回路を高速に動作させるこ
とが理想的である。
(b)にそれぞれ示すようにゲート長Lが短かくなるほど
Lの変化量ΔLに対する依存性(変化量)が大きくなっ
てくる。特にゲート長Lが2μm以下の場合、閾値VT
およびチャンネルコンダクタンスβ、特に閾値VTの変
化の割合が大きくなってくる。また第2のインバータ
は、その入力レベル、すなわち第1のインバータの出力
レベルの振幅が大きいため(第1のインバータが適正に
動作した場合)、チャネルコンダクタンスβや、閾値V
Tのバラツキの影響は、比較的小さい。従って第1図に
おける第1のインバータの特にMISFETQ2のβやVTの
バラツキをできるだけ小さくし、かつ第2のインバータ
は多少のバラツキがあっても回路を高速に動作させるこ
とが理想的である。
本発明の目的はこれらのバラツキの影響を比較的受けに
くく、かつ高速の入力回路を提供することにある。
くく、かつ高速の入力回路を提供することにある。
本発明による入力回路は、外部から供給される外部入力
信号が入力され第1の内部信号を発生する第1の直列回
路と、上記第1の内部信号が入力され第2の内部信号を
発生する第2の直列回路とを有し、上記第1の直列回路
は上記外部入力信号がゲートに印加された第1のドライ
バMISFETと、上記第1のMISFETに直列に接続された第1
の負荷手段とを有し、上記第1のドライバMISFETと上記
第1の負荷手段との中間接続点から上記第1の内部信号
が取り出されるように構成され、上記第2の直列回路は
上記第1の内部信号がゲートに印加された第2のドライ
バMISFETと、上記第2のドライバMISFETに直列に接続さ
れた第2の負荷手段とを有し、上記第2のドライバMISF
ETと上記第2の負荷手段との中間接続点から上記第2の
内部信号が取り出されるように構成され、上記第1のド
ライバMISFETのゲート長を前記第2のドライバMISFETよ
りも長くしたことを特徴とする。特に好ましくは上記第
2のドライバMISFETのゲート長は2μm以下とされる。
信号が入力され第1の内部信号を発生する第1の直列回
路と、上記第1の内部信号が入力され第2の内部信号を
発生する第2の直列回路とを有し、上記第1の直列回路
は上記外部入力信号がゲートに印加された第1のドライ
バMISFETと、上記第1のMISFETに直列に接続された第1
の負荷手段とを有し、上記第1のドライバMISFETと上記
第1の負荷手段との中間接続点から上記第1の内部信号
が取り出されるように構成され、上記第2の直列回路は
上記第1の内部信号がゲートに印加された第2のドライ
バMISFETと、上記第2のドライバMISFETに直列に接続さ
れた第2の負荷手段とを有し、上記第2のドライバMISF
ETと上記第2の負荷手段との中間接続点から上記第2の
内部信号が取り出されるように構成され、上記第1のド
ライバMISFETのゲート長を前記第2のドライバMISFETよ
りも長くしたことを特徴とする。特に好ましくは上記第
2のドライバMISFETのゲート長は2μm以下とされる。
また、本発明においては、第1および第2の直列回路は
それぞれ共通の電源によって動作するものであり、同一
の電源端子と同一の基準電圧端子との間にそれぞれ接続
される。本発明を第4図に示す入力回路を用いて説明す
る。第4図は第1図と同じ回路構成を取っているが、第
1のインバータのドライバMISFETQ2′のゲート長Lは
第1のゲート長L1として第2のインバータのドライバ
MISFETQ4′のゲート長L2よりも長く、かつL1≧2
μmおよびL2≦2μmとなっている。本発明により第
1のインバータの入力マージンを広げ、VTやβの変動
の影響を比較的小さくでき、かつ第2のインバータある
いはそれ以降の回路はゲート長Lを短かくすることによ
り高速化を達成できる。
それぞれ共通の電源によって動作するものであり、同一
の電源端子と同一の基準電圧端子との間にそれぞれ接続
される。本発明を第4図に示す入力回路を用いて説明す
る。第4図は第1図と同じ回路構成を取っているが、第
1のインバータのドライバMISFETQ2′のゲート長Lは
第1のゲート長L1として第2のインバータのドライバ
MISFETQ4′のゲート長L2よりも長く、かつL1≧2
μmおよびL2≦2μmとなっている。本発明により第
1のインバータの入力マージンを広げ、VTやβの変動
の影響を比較的小さくでき、かつ第2のインバータある
いはそれ以降の回路はゲート長Lを短かくすることによ
り高速化を達成できる。
例えば第1図に示されるインバータにおいてMISFET
Q2′のゲート長は第1のゲート長L1として3μm、
MISFETQ4′のそれは第2のゲート長L2として2μm
を所定値とし、製造工程のバラツキによりゲート長が0.
4μm変動し、それぞれL1が3μmから2.6μmにL2
が2μmから1.6μmになったとすると第3図よりΔβ
(βの変化量)はそれぞれ12μv,30μv,ΔVT(V
Tの変化量)はそれぞれ0.01V,0.05V変動することに
なる。従ってMISFETQ2′のバラツキはMISFETQ4′に
比べ比較的小さくなり入力余裕度が広がる。またβ,V
T等のバラツキに比較的強い第2のインバータ以降の回
路はβそのものを大きくでき高速化できる。尚第3図に
示すチャネルコンダクタンスβ及び閾値VTのL依存性
は一例を示したものであり、製造条件により絶対値は異
なるが、傾向は一致する。
Q2′のゲート長は第1のゲート長L1として3μm、
MISFETQ4′のそれは第2のゲート長L2として2μm
を所定値とし、製造工程のバラツキによりゲート長が0.
4μm変動し、それぞれL1が3μmから2.6μmにL2
が2μmから1.6μmになったとすると第3図よりΔβ
(βの変化量)はそれぞれ12μv,30μv,ΔVT(V
Tの変化量)はそれぞれ0.01V,0.05V変動することに
なる。従ってMISFETQ2′のバラツキはMISFETQ4′に
比べ比較的小さくなり入力余裕度が広がる。またβ,V
T等のバラツキに比較的強い第2のインバータ以降の回
路はβそのものを大きくでき高速化できる。尚第3図に
示すチャネルコンダクタンスβ及び閾値VTのL依存性
は一例を示したものであり、製造条件により絶対値は異
なるが、傾向は一致する。
第5図に本発明の一実施例を示す、第5図はデプレッシ
ョンタイプMISFETQ51,Q53,Q55及びエンハン
スメントタイプMISFETQ52,Q54,Q56より構成
される入力回路の一部である。Q51,Q52は第1の
インバータ、Q53,Q54は第2のインバータ,Q
55,Q56は第3のインバータを形成し、第1と第2
のインバータは同相の出力をそれぞれ出力接点N51,
N52に出力し、第3のインバータは接点N52の信号
をうけ、それと逆相の信号を接点N53に出力する。ま
た第1,第2のインバータには入力信号IN5がMISFET
Q52,Q54にそれぞれ印加されている。ここで本発
明に基きMISFETQ52,Q54のゲート長第1のゲート
長L1としては例えば2.0μm,MISFETQ56のゲート
長は第2のゲート長L2として1.5μmで形成される。
尚デプレッションタイプのMISFETはゲート長4μm程度
に形成される。
ョンタイプMISFETQ51,Q53,Q55及びエンハン
スメントタイプMISFETQ52,Q54,Q56より構成
される入力回路の一部である。Q51,Q52は第1の
インバータ、Q53,Q54は第2のインバータ,Q
55,Q56は第3のインバータを形成し、第1と第2
のインバータは同相の出力をそれぞれ出力接点N51,
N52に出力し、第3のインバータは接点N52の信号
をうけ、それと逆相の信号を接点N53に出力する。ま
た第1,第2のインバータには入力信号IN5がMISFET
Q52,Q54にそれぞれ印加されている。ここで本発
明に基きMISFETQ52,Q54のゲート長第1のゲート
長L1としては例えば2.0μm,MISFETQ56のゲート
長は第2のゲート長L2として1.5μmで形成される。
尚デプレッションタイプのMISFETはゲート長4μm程度
に形成される。
第6図に本発明による他の一実施例を示す。第6図はCM
OSインバータによる入力回路部の例である。Q61,Q
63はPチャネル型MISFET,Q62,Q64はNチャネ
ル型MISFETであり、MISFETQ61,Q62で第1のイン
バータを形成しゲート端子は共通に接続され、入力信号
IN6が印加される。
OSインバータによる入力回路部の例である。Q61,Q
63はPチャネル型MISFET,Q62,Q64はNチャネ
ル型MISFETであり、MISFETQ61,Q62で第1のイン
バータを形成しゲート端子は共通に接続され、入力信号
IN6が印加される。
MISFETQ63,Q64は第2のインバータを形成しゲー
ト端子は共通に接続され、第1のインバータの出力接点
N61に接続される。第2のインバータの出力は接点N
62に出力される。CMOS構成のインバータの場合は、P
型,N型のどちらのMISFETもトライバ用となるので本発
明により例えばMISFETQ61,Q63(P型)のゲート
長はそれぞれ第1,第2のゲート長L1,L2として2.
4μm,1.9μmで形成し、MISFETQ62,Q64(N
型)のゲート長はそれぞれ第1,第2のゲート長L1,
L2として2.1μm,1.6μmで形成される。この場合、
Lのバラツキに対する余裕度等によりP型あるいはN型
MISFETの一方のみのゲート長を変えても良いのは明白で
ある。
ト端子は共通に接続され、第1のインバータの出力接点
N61に接続される。第2のインバータの出力は接点N
62に出力される。CMOS構成のインバータの場合は、P
型,N型のどちらのMISFETもトライバ用となるので本発
明により例えばMISFETQ61,Q63(P型)のゲート
長はそれぞれ第1,第2のゲート長L1,L2として2.
4μm,1.9μmで形成し、MISFETQ62,Q64(N
型)のゲート長はそれぞれ第1,第2のゲート長L1,
L2として2.1μm,1.6μmで形成される。この場合、
Lのバラツキに対する余裕度等によりP型あるいはN型
MISFETの一方のみのゲート長を変えても良いのは明白で
ある。
以上詳述したように本発明によれば、プロセスのバラツ
キに強くかつ、速度の速い入力回路を提供できる。
キに強くかつ、速度の速い入力回路を提供できる。
第1図は従来の入力回路部の一例、第2図はMISFETのゲ
ート長,ゲート実効長を示す図、第3図はチャネルコン
ダクタンスβ及び閾値VTとゲート長Lとの関係図、第
4図は本発明するのに用いる図、第5図は本発明の一実
施例、第6図は本発明の他の一実施例でCMOS構成を用い
た図を示す。 Q1,Q3,Q1′,Q3′,Q52,Q54,Q56
……デプレッション型Nチャネル(型)MISFET、Q2,
Q4,Q2′,Q4′,Q51,Q54,Q56,Q
62,Q64……エンハンスメント型Nチャネル(型)
MISFET、Q61,Q63……エンハンスメント型Pチャ
ネル(型)MISFET、IN,IN′,IN5,IN6……
入力接点、N1,N2,N1′,N2′N51,
N52,N53,N61,N62……接点、β……チャ
ネルコンダクタンス、VT……閾値、L……ゲート長、
Leff……ゲート実効長、Cox……ゲート絶縁膜の単位
面積当りの容量、μc……チャネル部のキャリア移動
度。
ート長,ゲート実効長を示す図、第3図はチャネルコン
ダクタンスβ及び閾値VTとゲート長Lとの関係図、第
4図は本発明するのに用いる図、第5図は本発明の一実
施例、第6図は本発明の他の一実施例でCMOS構成を用い
た図を示す。 Q1,Q3,Q1′,Q3′,Q52,Q54,Q56
……デプレッション型Nチャネル(型)MISFET、Q2,
Q4,Q2′,Q4′,Q51,Q54,Q56,Q
62,Q64……エンハンスメント型Nチャネル(型)
MISFET、Q61,Q63……エンハンスメント型Pチャ
ネル(型)MISFET、IN,IN′,IN5,IN6……
入力接点、N1,N2,N1′,N2′N51,
N52,N53,N61,N62……接点、β……チャ
ネルコンダクタンス、VT……閾値、L……ゲート長、
Leff……ゲート実効長、Cox……ゲート絶縁膜の単位
面積当りの容量、μc……チャネル部のキャリア移動
度。
Claims (3)
- 【請求項1】外部から供給されるTTLレベルの外部入
力信号が直接入力され第1の内部信号を発生する第1の
直列回路と、前記第1の内部信号が直接入力され第2の
内部信号を発生する第2の直列回路とを有し、前記第1
および第2の直列回路は第1および第2の電圧端子間に
それぞれ接続され、 前記第1の直列回路は前記TTLレベルの外部入力信号
がゲートに印加された第1のドライバMISFETと、前記第
1のMISFETに直列に接続された第1の負荷手段とを有
し、前記第1のドライバMISFETと前記第1の負荷手段と
の中間接続点から前記第1の内部信号が直接取り出され
るように構成され、 前記第2の直列回路は前記第1の内部信号がゲートに印
加された第2のドライバMISFETと、前記第2のドライバ
MISFETに直列に接続された第2の負荷手段とを有し、前
記第2のドライバMISFETと前記第2の負荷手段との中間
接続点から前記第2の内部信号が取り出されるように構
成され、 前記第1のドライバMISFETの第1のゲート長L1を前記
第2のドライバMISFETの第2のゲート長L2よりも長く
し、かつ前記第1のゲート長L1は2μm以上であり
(L1≧2μm)、前記第2のゲート長L2は、2μm
以下(L2≦2μm)であることを特徴とする入力回
路。 - 【請求項2】前記第1および第2の負荷手段は前記第1
および第2のドライバMISFETとはチャンネル導電型の異
なるMISFETで構成されていることを特徴とする特許請求
の範囲第(1)項記載の入力回路。 - 【請求項3】前記第1および第2の負荷手段は前記第1
および第2のドライバMISFETと導電型が同じなディプレ
ッションタイプのMISFETで構成されていることを特徴と
する特許請求の範囲第(1)項記載の入力回路。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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JP58045474A JPH0624319B2 (ja) | 1983-03-18 | 1983-03-18 | 入力回路 |
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Family
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Family Applications (1)
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