JPH0746506B2 - 半導体メモリ装置 - Google Patents

半導体メモリ装置

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JPH0746506B2
JPH0746506B2 JP60216434A JP21643485A JPH0746506B2 JP H0746506 B2 JPH0746506 B2 JP H0746506B2 JP 60216434 A JP60216434 A JP 60216434A JP 21643485 A JP21643485 A JP 21643485A JP H0746506 B2 JPH0746506 B2 JP H0746506B2
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    • G11C11/418Address circuits

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、GaAsショットキーゲート型電界効果トランジ
スタ(MESFET)を用いて構成される半導体メモリ装置に
関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
GaAs−MESFETを用いた集積回路は、従来のSiを用いたも
のに比べて高速動作が可能であることから注目を集めて
いる。このMESFETを用いた集積回路の一つの応用分野に
高速メモリ装置、特にスタティックRAMがある。スタテ
ィックRAMの構成法はいくつかあるが、最も一般的なも
のは、ノーマリオフ型MESFETをドライバFETとし、ノー
マリオン型MESFETを負荷としてフリップフロップを構成
する6トランジスタ・セルである。その一例を第3図に
示す。Q1,Q2がノーマリオフ型MESFET、Q3,Q4がノーマリ
オン型MESFETであり、これらによりフリップフロップが
構成されている。このフリップフロップのノードはノー
マリオフ型MESFET−Q5,Q6からなるトランスファゲート
を介してビット線BL1,BL2に接続されている。Q5,Q6のゲ
ートはワード線WLに接続されている。この様なメモリセ
ルをマトリクス配列することにより、スタティックRAM
が構成される。
このメモリセルの読出し、書込みの動作は、ワード線WL
によりQ5,Q6をオンにして、ビット線BL1,BL2を介してフ
リップフロップに信号電圧を与えたり、フリップフロッ
プの信号電圧を取出したりすることにより行なう。
このメモリセル構成において、記憶された情報をよみだ
す際の時間(アクセスタイム)は、ビット線BL1,BL2の
容量をMESFET−Q5,Q6を介して充放電する時間に依存す
る。従って、トランスファゲートとしてのMESFET−Q5,Q
6の電流駆動能力が大きい程アクセスタイムは短くな
る。ところが一般に、ノーマリオフ型MESFETは寄生抵抗
が大きく、その電流駆動能力はノーマリオン型に比べて
小さい。
そこで第4図に示すように、トランスファゲートとして
ノーマリオン型MESFET−Q7,Q8を用いるメモリ構成が提
案されている。この構成では、Q7,Q8の電流駆動能力が
大きく、かつそれ自身のもつ容量もノーマリオフ型に比
べて小さいので、アクセスタイムの短縮が期待される。
しかしながらこの構成でも問題が残る。ノーマリオン型
MESFET−Q7,Q8をオフにするためにはゲート電位をソー
スに対して負にする必要があるため、ワード線WLをメモ
リセル内のノード電位に対して負にするようなワード線
駆動回路を必要とするからである。そうしないと、メモ
リセルの情報を保持することができない。
そこで通常考えられるのは、第5図に示すBFL(Buffere
d FET Logic)のような、正負2種類の電源VDD,VSSを用
いた回路をワード線駆動回路として用いることである。
しかし、2種類を用いることはシステム構成の点から好
ましくなく、できれば単一電源が望ましい。
〔発明の目的〕
本発明は上記の点に鑑みなされたもので、単一電源で駆
動することができ、しかも高速動作が可能なGaAs−MESF
ETを用いた半導体メモリ装置を提供することを目的とす
る。
〔発明の概要〕
本発明は、ノーマリオン型GaAs−MESFETをトランスファ
ゲートとして用いてメモリセルを構成し、そのメモリセ
ルのドライバFETの共通ソースをGaAsショットキーダイ
オードとワード線により駆動されるスイッチング用GaAs
−MESFETの並列回路を介して接地したことを特徴とす
る。
〔発明の効果〕
本発明によれば、メモリセルのノード電位が、スイッチ
ング用MESFETがオフしているときはショットキーダイオ
ードによりその電位降下分だけ高くなり、またスイッチ
ング用MESFETがオンしているときは接地電位になる。こ
のため、トランスファゲートとしてノーマリオン型MESF
ETを用いているにも拘らず、ノーマリオフ型MESFETをド
ライバとするE/E型プッシュプル回路あるいはインバー
タなどを用いた単一電源のワード線駆動回路を用いるこ
とができる。
また本発明では、トランスファゲートとしてノーマリオ
ン型MESFETを用いているため、高速動作が可能である。
〔発明の実施例〕
以下本発明の実施例を説明する。
第1図は一実施例のメモリセル部分とワード線駆動回路
WDの出力部を示している。メモリセルの構成は基本的に
第3図と同じであり、対応する部分には第3図と同一符
号を付してある。第3図と異なる点は、メモリセルのド
ライバMESFET−Q1,Q2の共通ソースがGaAsショットキー
ダイオードSD1とスイッチング用GaAs−MESFET−Q13の並
列回路を介して接地されていることである。この並列回
路は複数のメモリセルに共通に設けられている。スイッ
チング用MESFET−Q13のゲートはワード線WLに接続さ
れ、ワード線駆動回路WDの出力により選択的に駆動され
るようになっている。また、Q1,Q2の共通ソースとワー
ド線WLの間にはクランプ用のショットキーダイオードSD
2が設けられている。
ワード線駆動回路WDの出力段は、ノーマリオフ型GaAs−
MESFET−Q11と、ノーマリオフ型GaAs−MESFET−Q9をド
ライバとし、ノーマリオン型GaAs−MESFET−Q10を負荷
とするインバータの出力により駆動されるノーマリオフ
型GaAs−MESFET−Q12とからなる、単一電源VDDのE/E型
プッシュプル回路により構成されている。
この実施例においては、メモリセルのMESFET−Q1,Q2の
共通ソース電位は、ワード線WL“L"レベルの時はダイオ
ードSD1の一個分(約0.7V)だけ接地電位から上昇して
おり、また“H"レベルの時はスイッチング用MESFET−Q1
3がオンとなりほぼ接地電位となる。このため、Q1,Q2の
ドレイン即ちフリップフロップのノード電位は、ワード
線WLが“L"レベルの時1.4〜0.7V、また“H"レベルの時
0.7〜0Vの範囲となる。
一方、ワード線駆動回路WDの出力段の電位即ちワード線
WLの電位はクランプ用ダイオードSD2のクランプ効果に
より、0〜0.7Vの範囲で変化する。従ってワード線駆動
回路WDの出力段MESFET−Q11がオンとなってワード線WL
の電位が0Vとなった場合を考えると、この電位はメモリ
セルのノード電位0.7〜1.4Vに対して負になるから、ト
ランスファゲートのMESFET−Q7,Q8はオフとなる。これ
により、メモリセルの情報は保持状態に保たれる。また
出力段MESFET−Q12がオンになりワード線WLの電位が0.7
Vになると、これはメモリセルのノード電位0.7〜0Vに対
して正になるから、トランスファゲートMESFET−Q7,Q8
はオンになり、メモリセルは読み出し,書込みが可能な
状態になる。
こうしてこの実施例によれば、メモリセルと同じ単一電
源VDDを用いたワード線駆動回路WDにより不都合なくメ
モリ動作が可能となる。またトランスファゲートにはノ
ーマリオン型MESFETを用いているため、高速動作が可能
である。
更に、本実施例によれば、スイッチング用MESFET−Q13
を設けたことにより、スイッチング用MESFET−Q13がな
い場合に比べて、トラスファーゲートとしてのノーマリ
オン型MESFET−Q7の電流駆動能力がより高くなり、これ
によって単にトラスファーゲートとしてノーマリオン型
ノーマリオン型MESFETを用いた以上の高速動作が可能と
なる。
スイッチング用MESFET−Q13の付加により、ノーマリオ
ン型MESFET−Q7の電流駆動能力が高くなるのは以下の理
由による。
一般に、ノーマリオン型MESFETの電流駆動能力は、ゲー
ト・ソース間の電圧VGSが大きいほど高くなる。より正
確には電流駆動能力は|VGS−VTH|2に比例して高くな
る。ここで、VTHはしきいち電圧を示している。本実施
例のノーマリオン型MESFET−Q7の電流駆動能力が高くな
るのは、この電圧VGSがより大きくなるからである。
スイッチング用MESFET−Q13がない場合における、ワー
ド線WLが“L"レベルから“H"レベルに変わるときの電圧
VGSをVGS1とする。一方、本実施例の場合、ワード線WL
が“L"レベルから“H"レベルに変わると、ノーマリオン
型MESFETがオンになるので、ノーマリオン型MESFET−Q7
のソース電圧(フリップフロップのノード電位)が低下
する。このソース電圧の低下をΔVSとすると、本実施例
の場合の電圧VGSは、VGS1+ΔVSとなる。したがって、
ΔVSの分だけ電流駆動能力がより高くなり、それに対応
して動作もより速くなる。
具体的な数値例を説明する。第1図において、MESFET−
Q7,Q8のゲート幅(W)とゲート長(L)の比(W/L)を
5/1、同じくMESFET−Q1,Q2のそれを10/1、MESFET−Q3,Q
4のそれを4/8、MESFET−Q13のそれを500/1とし、ショッ
トキーダイオードSD1の面積を20μm×20μmとして、1
kビットのスタティックRAMを作った。電源電圧をVDD=2
Vとした時、アクセスタイムは1.5n secであった。
ちなみに、第3図のメモリセル構成で同様に1kビットRA
Mを作ったところ、アクセスタイムは3.0n secであり、
本実施例はこれより約2倍高速化されたことになる。
上記実施例では、ワード線駆動回路WDの出力段をE/Eプ
ッシュプル・インバータにより構成したが、第2図に示
すようにE/Eプッシュプル・バッファ回路を用いてもよ
い。この場合には、第1図に示したクランプ用ショット
キーダイオードSD2は不必要となる。
クランプ用ショットキーダイオードSD2が不必要になる
理由は、第2図のE/Eプッシュプル・バッファ回路から
なるワード駆動回路の場合には、電源VDD(2V)から所
望レベルの出力電圧(0〜0.7V程度)が得られるからで
ある。
一方、第1図のE/Eプッシュプル・インバータ回路から
なるワード駆動回路の場合には、出力電圧が0〜2V程度
となり、所望の出力電圧(0〜0.7V程度)が得られな
い。そこで、クランプ用ショットキーダイオードSD2に
よりレベル変換して、所望の出力電圧を得るようにして
いる。
第1図のE/Eプッシュプル・インバータ回路、第2図のE
/Eプッシュプル・バッファ回路の動作を簡単に説明する
と、以下の通りである。
第1図のE/Eプッシュプル・インバータ回路の場合、MES
FETQ9のゲートにオフレベルの電圧が与えられると、MES
FETQ9がオフとなるので、MESFETQ9とMESFET10との接続
ノードの電圧が上昇し、最終的にはほぼVDDとなる。こ
の結果、MESFETQ12のゲーと電圧はほぼVDDまで高くなる
ので、MESFETQ12の出力電圧は最大限に大きくなる。し
たがって、所望の出力電圧は得られず、上述したよう
に、クランプ用ショットキーダイオードSD2が必要とな
る。
一方、第2図のE/Eプッシュプル・バッファ回路の場
合、MESFETのゲートを介したクランプ効果のため、第1
図の場合のようにゲート電圧が上昇する機能がないの
で、MESFETQ17の出力電圧が大きくなり過ぎるという問
題はない。したがって、上述したように、クランプ用シ
ョットキーダイオードSD2は不必要である。
その他、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で種々変形
して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のスタティックRAMの要部構
成を示す図、第2図は他の実施例のスタティックRAMの
要部構成を示す図、第3図及び第4図は従来のスタティ
ックRAMのメモリセル構成を示す図、第5図は第4図の
メモリセルを駆動するための2電源回路の例を示す図で
ある。 Q1,Q2……ノーマリオフ型GaAsMESFET(ドライバFET)、
Q3,Q4……ノーマリオン型GaAsMESFET(負荷FET)、Q7,Q
8……ノーマリオン型GaAsMESFET(トランスファゲー
ト)、BL1,BL2……ビット線、WL……ワード線、SD1,SD2
……GaAsショットキーダイオード、Q13……スイッチン
グ用MESFET、WD……ワード線駆動回路。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ノーマリオフ型GaAs−MESFETをドライバFE
    Tとしたフリップフロップと、このフリップフロップの
    ノードをビット線に接続するノーマリオン型GaAs−MESF
    ETからなるトランスファゲートとからなるメモリセルを
    マトリクス配列して構成される半導体メモリ装置におい
    て、前記フリップフロップの共通ソースをGaAsショット
    キーダイオードとワード線により駆動されるスイッチン
    グ用GaAs−MESFETの並列回路を介して接地したことを特
    徴とする半導体メモリ装置。
  2. 【請求項2】前記GaAsショットキーダイオード及びスイ
    ッチング用GaAs−MESFETは複数のメモリセルに共通に設
    けられている特許請求の範囲第1項記載の半導体メモリ
    装置。
  3. 【請求項3】前記トランスファゲートを制御するワード
    線駆動回路は単一電源で動作するE/E型プッシュプル回
    路である特許請求の範囲第1項記載の半導体メモリ装
    置。
JP60216434A 1985-09-30 1985-09-30 半導体メモリ装置 Expired - Lifetime JPH0746506B2 (ja)

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JPS6276097A JPS6276097A (ja) 1987-04-08
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US4764897A (en) 1988-08-16
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