JPS60242661A - 半導体装置 - Google Patents
半導体装置Info
- Publication number
- JPS60242661A JPS60242661A JP60076871A JP7687185A JPS60242661A JP S60242661 A JPS60242661 A JP S60242661A JP 60076871 A JP60076871 A JP 60076871A JP 7687185 A JP7687185 A JP 7687185A JP S60242661 A JPS60242661 A JP S60242661A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- circuit
- voltage
- transistor
- transistors
- current
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- 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
- H03K19/02—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
- H03K19/08—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
- H03K19/082—Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using bipolar transistors
-
- 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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Bipolar Integrated Circuits (AREA)
- Logic Circuits (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、少なくとも2つの入力変数のプール機能を実
行する為の特に集積化された半導体回路網に於ける相補
型トランジス多回路に関する。
行する為の特に集積化された半導体回路網に於ける相補
型トランジス多回路に関する。
この様な機能を実行する回路は例えば電子的データ処理
システムに於ける如く広範に用いられ、ここではこれら
はデータ信号の論理と時間の相互関係の成立を実現する
。この分野に於ける発展の経過に於て、数年来より応答
時間の速い、より正確な、より経済的なコストの回路を
提供する為の努力がはられれてきた。
システムに於ける如く広範に用いられ、ここではこれら
はデータ信号の論理と時間の相互関係の成立を実現する
。この分野に於ける発展の経過に於て、数年来より応答
時間の速い、より正確な、より経済的なコストの回路を
提供する為の努力がはられれてきた。
信頼性及び製造コストの見地から、(これは貯蔵装置の
分野でも同じであるが)この様な回路の発展過程はかな
り早い時期に、集積化即ち高度の実装密度を伴うマイク
ロ化された集積回路への傾向を示した。その結果、抵抗
を出来る限り用いない所謂TTL回路と呼ばれる回路で
構成されたトランジスタ回路が用いられた。
分野でも同じであるが)この様な回路の発展過程はかな
り早い時期に、集積化即ち高度の実装密度を伴うマイク
ロ化された集積回路への傾向を示した。その結果、抵抗
を出来る限り用いない所謂TTL回路と呼ばれる回路で
構成されたトランジスタ回路が用いられた。
しかし、実装密度が高くなるに応じて、熱発散の問題が
非常に重要となってくる。実装密度を高く設計された回
路は、ポータプルで且つ電池で動作することが出来、し
かも回路の消費電力が非常に低い装置を実現する。回路
技法を選択する場合このような回路は動作速度は速いが
通常消費電力の高いバイポーラ・トランジスタで、形成
されるべきか、若しくは動作速度は遅くとも熱の問題の
少ない電界効果トランジスタの如きユニポーラ・トラン
ジスタで形成されるべきかを深く考慮しなければならな
い。この様な代替的な回路技法を比較する際の適当なフ
ァクタは、H、C、Josephsにより“Micro
electronics and、Re1iabili
ty”Pergamon Press社の1965年版
第4巻pp、34 ’−5〜350に述べられている様
な電力と遅延の積であるといえる。このファクタを考慮
すると、特に相補的な技法で設計される場合、理論的に
はバイポーラ・トランジスタ回路技法が有利であると考
えられる。しかし現在に至るまでバイポーラ・トランジ
スタの相補型回路は論理システムを構成する唯一の装置
としては用いられないインバータのみであるこのため相
補型論理装置の考えは0M08回路にのみ向けられてい
る。
非常に重要となってくる。実装密度を高く設計された回
路は、ポータプルで且つ電池で動作することが出来、し
かも回路の消費電力が非常に低い装置を実現する。回路
技法を選択する場合このような回路は動作速度は速いが
通常消費電力の高いバイポーラ・トランジスタで、形成
されるべきか、若しくは動作速度は遅くとも熱の問題の
少ない電界効果トランジスタの如きユニポーラ・トラン
ジスタで形成されるべきかを深く考慮しなければならな
い。この様な代替的な回路技法を比較する際の適当なフ
ァクタは、H、C、Josephsにより“Micro
electronics and、Re1iabili
ty”Pergamon Press社の1965年版
第4巻pp、34 ’−5〜350に述べられている様
な電力と遅延の積であるといえる。このファクタを考慮
すると、特に相補的な技法で設計される場合、理論的に
はバイポーラ・トランジスタ回路技法が有利であると考
えられる。しかし現在に至るまでバイポーラ・トランジ
スタの相補型回路は論理システムを構成する唯一の装置
としては用いられないインバータのみであるこのため相
補型論理装置の考えは0M08回路にのみ向けられてい
る。
最近、” I E E E Journal ofSo
lid”5tate Cj、rcuits” S C−
7巻第5号、1972年10月発行Pp、351〜35
7に掲載されたS、C,Su及びJ 、 D 、 Me
indlの5tanford Complementa
ry工程にしたがって製造され得るバイポーラ相補型ト
ランジスタを有する半導体装置が周知になって来た。し
かし、ここに提案され又これに基づく論理回路は、複数
エミッタ若しくはダイオード論理回路が直列接続された
バイポーラ相補型トランジスタを有するインノ(−タの
みである。相補型トランジスタで実現された論理回路と
しては現在ではCMO8回路技法のみである。
lid”5tate Cj、rcuits” S C−
7巻第5号、1972年10月発行Pp、351〜35
7に掲載されたS、C,Su及びJ 、 D 、 Me
indlの5tanford Complementa
ry工程にしたがって製造され得るバイポーラ相補型ト
ランジスタを有する半導体装置が周知になって来た。し
かし、ここに提案され又これに基づく論理回路は、複数
エミッタ若しくはダイオード論理回路が直列接続された
バイポーラ相補型トランジスタを有するインノ(−タの
みである。相補型トランジスタで実現された論理回路と
しては現在ではCMO8回路技法のみである。
従って、本発明の目的は、プール機能を行い且つ特に電
力・遅延積が改良された回路技法を提供するにある。夫
々の論理ゲートは、要求された夫々の適合に対しどのよ
う力付加重な回路をも用いる事なく、相互に直接接続さ
れる。更に、論理回路は実装密度の高い集積回路として
容易に実現され得る。
力・遅延積が改良された回路技法を提供するにある。夫
々の論理ゲートは、要求された夫々の適合に対しどのよ
う力付加重な回路をも用いる事なく、相互に直接接続さ
れる。更に、論理回路は実装密度の高い集積回路として
容易に実現され得る。
全ての周知のバイポーラ相互型論理回路は、減結合素子
のスイッチング容量を再充電するために受動素子(殆ど
の場合オーミック抵抗である)を必要とするという不利
点を有していたが、第1図は夫々のスイッチング機能を
有する能動的トランジメタのみを含むバイポーラ相補型
論理回路の新規な電気回路を示している。第1図の回路
は、2つの入力変数A及びBの場合に関して、NAND
機能(正論理)若しくはNOR機能(負論理)を実行す
る為の基本的な回路を示す。全ての複合論理機能は、と
のNAND機能若機能上NOR機能(基本装置)のみの
結合により実現されるのは周知の事実である。
のスイッチング容量を再充電するために受動素子(殆ど
の場合オーミック抵抗である)を必要とするという不利
点を有していたが、第1図は夫々のスイッチング機能を
有する能動的トランジメタのみを含むバイポーラ相補型
論理回路の新規な電気回路を示している。第1図の回路
は、2つの入力変数A及びBの場合に関して、NAND
機能(正論理)若しくはNOR機能(負論理)を実行す
る為の基本的な回路を示す。全ての複合論理機能は、と
のNAND機能若機能上NOR機能(基本装置)のみの
結合により実現されるのは周知の事実である。
第1図の論理ゲートは直列に接続されたNPNトランジ
スタT3及びT4とそれに直列に接続されたPNP )
ランジメタT1及びT2の並列回路を含む。pNP )
ランジメタT1及びT2のエミッタは正の供給電圧V。
スタT3及びT4とそれに直列に接続されたPNP )
ランジメタT1及びT2の並列回路を含む。pNP )
ランジメタT1及びT2のエミッタは正の供給電圧V。
に接続される。供給電圧の他方の極はNPN)ランジメ
タT4のエミッタに接続され、図中この他方の極はVR
でしるされる。以下のこの回路の機能を説明する為、こ
の基準電圧VRはアース電位を有し、回路に供給される
全動作電圧はV。であるとする。論理ゲートの出力点C
は直列に接続されたNPNトランジスタT3及びT4と
、並列に接続されたPNP )ランジメタT1、T2と
が互いに接続される点に於て得られる。入力AはNPN
トランジスタT4のべ−ス及びPNP )ランジメタT
2のベースに接続される。また、入力BはNPNトラン
ジスジメ6及びPNP )ランジメタT2のベースに接
続される。
タT4のエミッタに接続され、図中この他方の極はVR
でしるされる。以下のこの回路の機能を説明する為、こ
の基準電圧VRはアース電位を有し、回路に供給される
全動作電圧はV。であるとする。論理ゲートの出力点C
は直列に接続されたNPNトランジスタT3及びT4と
、並列に接続されたPNP )ランジメタT1、T2と
が互いに接続される点に於て得られる。入力AはNPN
トランジスタT4のべ−ス及びPNP )ランジメタT
2のベースに接続される。また、入力BはNPNトラン
ジスジメ6及びPNP )ランジメタT2のベースに接
続される。
トランジスタは以下の特性を示さなければならない。
(1)路数mV単位の低い飽和電圧V。o8(2)順方
向及び逆方向の場合の電流利得は極めて高い。
向及び逆方向の場合の電流利得は極めて高い。
□ 即ち β 〉〉1、 β1〉〉1 。
(3)PNP)ランジメタ及びNPN)ランジス゛りの
電圧、電流特性は略等しい。
電圧、電流特性は略等しい。
これらの仮定のもとで、供給電圧V。は、導通中のP’
NP)ランジスタ若しくはNPN)ランジメタのベース
・エミッタ電圧と略一致する。例えば第4図(関して後
に説明する制御回路を介して供給電圧はオフ状態に於て
予め決定された適当なベース電流■Boが流れる様にセ
ットされる。出力点Cに於けるスイッチング容釦の光物
するースイッチング動作の際に必要な電流はβ(約10
0)だけ高く、従ってスイッチング速度は受動素子を有
する論理回路よりもはるかに速く若しくは同一のスイッ
チング速度の場合、消費電力がはるかに少なくなる。
NP)ランジスタ若しくはNPN)ランジメタのベース
・エミッタ電圧と略一致する。例えば第4図(関して後
に説明する制御回路を介して供給電圧はオフ状態に於て
予め決定された適当なベース電流■Boが流れる様にセ
ットされる。出力点Cに於けるスイッチング容釦の光物
するースイッチング動作の際に必要な電流はβ(約10
0)だけ高く、従ってスイッチング速度は受動素子を有
する論理回路よりもはるかに速く若しくは同一のスイッ
チング速度の場合、消費電力がはるかに少なくなる。
第1図の論理回路の機能を説明する為、供給電圧は+■
。=0.7vXvR=0■と仮定される。
。=0.7vXvR=0■と仮定される。
入力信号即ち入力変数人及びBの夫々は2つの予め決定
された電圧Ov若しくは0.7vのいずれかを呈し得る
。両入力変数(AX B)が上位の電圧レベルV o=
0.7 Vを示す場合のみ、出力点Cに電位VR=0
が生じるのは明らかである。その様な場合、NPNトラ
ンジスジメ3及びT4は両方共オンであシ、そしてNP
N)ランジメタT4に与えられた下位電圧■□は、出力
点Cに現われる。
された電圧Ov若しくは0.7vのいずれかを呈し得る
。両入力変数(AX B)が上位の電圧レベルV o=
0.7 Vを示す場合のみ、出力点Cに電位VR=0
が生じるのは明らかである。その様な場合、NPNトラ
ンジスジメ3及びT4は両方共オンであシ、そしてNP
N)ランジメタT4に与えられた下位電圧■□は、出力
点Cに現われる。
上位電圧V。を2進数“1”に対応させ、下位電圧VR
を2進数”0”に対応させると(正論理)、第1図の回
路は入力変数A及びBのNAND機能を実行する。この
2進数の値に対して電圧め値を逆の対応関係にすると、
NOR機能が達成される。
を2進数”0”に対応させると(正論理)、第1図の回
路は入力変数A及びBのNAND機能を実行する。この
2進数の値に対して電圧め値を逆の対応関係にすると、
NOR機能が達成される。
又説明された回路は2つよシも多い入力を有するように
拡張され得る。当然、2.2C図のPNP )ランジメ
タ及びNPN):Eyンジジメも電圧の極性を逆にする
事によ)互いに代えられる。従って、正論理の場合NO
Rゲートが達成される。
拡張され得る。当然、2.2C図のPNP )ランジメ
タ及びNPN):Eyンジジメも電圧の極性を逆にする
事によ)互いに代えられる。従って、正論理の場合NO
Rゲートが達成される。
新規なバイポーラ相補型回路技法の機能達成の為の上述
の如く説明された条件は第2A図の表面図と・第2B図
の断面図によシ示された半導体構造を有する良好な実施
例によシ達成される。第1図の回路を再び示す第2C図
の回路では、集積化された実施例第2a図及び第2b図
に於ける夫々の半導体領域との対応関係を容易にする為
に各〈・1・域に記号が記入されている。第2a図及び
第2b図に示された集積化された半導体構造は主に電界
効果トランジスタに関して開発された処理段階に基づい
て形成される。本実施例に於てはサファイ゛アは担持基
板(carrier −material )1として
用いられ、その上に例えばシリコンの半導体層が付着さ
れそして、半導体層は酸化絶縁物2によシ分離されてい
る。全てのトランジスタは所謂横方向トランジスタとし
て設計されている。即ち、所謂縦方向トランジスタと対
照的にトランジスタのエミッタ、ベース、及びコレクタ
領域は横方向に間隔をもって配列されている。サファイ
アは絶縁物であるので、キャリアの注入は横方向にのみ
行なわれる。本実施例によシ示される如く夫々の領域の
適当な間隔及びドーピングにょシ所望の高い電流利得が
達成され得る。コレクタ領域及びエミッタ領域は左右対
称であるので電流利得βNはβ1と等しい。PNP )
ランジメタ及びNPN)ランジメタの領域間隔は同じマ
スクによシ限定さ・れるのが望ましく、そして二重層を
用いるこれ自体周知の選択的食刻工輻にょ多形成されそ
の結果両方の型のトランジスタに関して略等しいvBF
。
の如く説明された条件は第2A図の表面図と・第2B図
の断面図によシ示された半導体構造を有する良好な実施
例によシ達成される。第1図の回路を再び示す第2C図
の回路では、集積化された実施例第2a図及び第2b図
に於ける夫々の半導体領域との対応関係を容易にする為
に各〈・1・域に記号が記入されている。第2a図及び
第2b図に示された集積化された半導体構造は主に電界
効果トランジスタに関して開発された処理段階に基づい
て形成される。本実施例に於てはサファイ゛アは担持基
板(carrier −material )1として
用いられ、その上に例えばシリコンの半導体層が付着さ
れそして、半導体層は酸化絶縁物2によシ分離されてい
る。全てのトランジスタは所謂横方向トランジスタとし
て設計されている。即ち、所謂縦方向トランジスタと対
照的にトランジスタのエミッタ、ベース、及びコレクタ
領域は横方向に間隔をもって配列されている。サファイ
アは絶縁物であるので、キャリアの注入は横方向にのみ
行なわれる。本実施例によシ示される如く夫々の領域の
適当な間隔及びドーピングにょシ所望の高い電流利得が
達成され得る。コレクタ領域及びエミッタ領域は左右対
称であるので電流利得βNはβ1と等しい。PNP )
ランジメタ及びNPN)ランジメタの領域間隔は同じマ
スクによシ限定さ・れるのが望ましく、そして二重層を
用いるこれ自体周知の選択的食刻工輻にょ多形成されそ
の結果両方の型のトランジスタに関して略等しいvBF
。
特性が得られる。
第2a図はPNP)ランジメタT1及びT2だけが4つ
の半導体領域によ多形成されるのを詳細に示す。第2a
図に於てトランジスタT1及びT2に関して夫々P1は
共通エミッタ領域でβ2は共通コレクタ領域である。分
割されているベース領域はpNP )ランジメタT1に
関しては、N1で、そしてPNP )ランジメタT2に
関してはN2であシ、それらは酸化物絶縁領域2′によ
シ互いに分離される。従って、NPNトランジスジメ6
及びT4に関しても夫々半導体領域N3/P3/N34
及びN4/P4/N34が与えられる。
の半導体領域によ多形成されるのを詳細に示す。第2a
図に於てトランジスタT1及びT2に関して夫々P1は
共通エミッタ領域でβ2は共通コレクタ領域である。分
割されているベース領域はpNP )ランジメタT1に
関しては、N1で、そしてPNP )ランジメタT2に
関してはN2であシ、それらは酸化物絶縁領域2′によ
シ互いに分離される。従って、NPNトランジスジメ6
及びT4に関しても夫々半導体領域N3/P3/N34
及びN4/P4/N34が与えられる。
信号及び電圧供給の為の接続線は、夫々の接続点によシ
図式的にのみ示される。例えば、P1領域は接続点3に
よシミ圧供給線と接続している。このトランジスタは最
小面積で設計されるので、バッキング密度の極めて高い
論理回路が得られ、こQ密度はCMO8回路に比較して
非常に高いことは明らかである。このことは、この回路
技法の静的な電力消費は以下に詳細に説明される如°<
1、動的な霜′力消費と比較して無視し得る程であると
いうことに基づき可能となる。
図式的にのみ示される。例えば、P1領域は接続点3に
よシミ圧供給線と接続している。このトランジスタは最
小面積で設計されるので、バッキング密度の極めて高い
論理回路が得られ、こQ密度はCMO8回路に比較して
非常に高いことは明らかである。このことは、この回路
技法の静的な電力消費は以下に詳細に説明される如°<
1、動的な霜′力消費と比較して無視し得る程であると
いうことに基づき可能となる。
製造工程に関しては、埋め込み型コレクタの如き、バイ
ポーラ標準方法を参照されたい。又、絶縁は基板を絶縁
する代わシにMcGraw−Hil1社1965年版”
Integrated C1reuit″pp、−1
68に述べられているEPIC工程の如き分離ピットに
よって達成されてもよい。更に、分−離″ハ分離領域の
選択的な発生の為、半導体と共に電気化学的に分離層を
形成するイオン・プランテーションによシ達成されても
よい。
ポーラ標準方法を参照されたい。又、絶縁は基板を絶縁
する代わシにMcGraw−Hil1社1965年版”
Integrated C1reuit″pp、−1
68に述べられているEPIC工程の如き分離ピットに
よって達成されてもよい。更に、分−離″ハ分離領域の
選択的な発生の為、半導体と共に電気化学的に分離層を
形成するイオン・プランテーションによシ達成されても
よい。
本実施例によシ説明された上述の回路技法の主要件は論
理機能を実行する為、動的状態の間スイッチング電流I
が供給電圧V。及び次Q関係W によシ決定されることを含む。
理機能を実行する為、動的状態の間スイッチング電流I
が供給電圧V。及び次Q関係W によシ決定されることを含む。
VBozv。及び”5W=f(vBE”)一方、静的状
態に於て得られる静的電力は、スイッチング・トランジ
スタの深い飽和状態及び順方向及び逆方向の高い電流利
得により可能となる再注入による電流I8Wの”再利得
”の原則に基づく。
態に於て得られる静的電力は、スイッチング・トランジ
スタの深い飽和状態及び順方向及び逆方向の高い電流利
得により可能となる再注入による電流I8Wの”再利得
”の原則に基づく。
これらの原則は第3図に示された様な簡単なインバータ
回路チェーンによシ以下に詳しく述べられる。説明を簡
単にする為、最初に両型式のトランジスタの特性は極性
を離れて同一でああとげる。
回路チェーンによシ以下に詳しく述べられる。説明を簡
単にする為、最初に両型式のトランジスタの特性は極性
を離れて同一でああとげる。
第6図に示された様々インバータ回路の静的状態の間、
入力Eは上レベルの信号子V□であるとすると、互いに
相補的なトランジスタである第1インバータ段のNPN
)ランジスタTIN、第2インバータ段のPNP )
ランジスタT2P、第3インバータ段のNPN)ランジ
メタT3Nは、飽和導通する。これは第6図に於て該当
する夫々のトランジスタに斜線を引く事によシ示される
。電圧■1から制御装!4によシ引き出されるインバー
タ・チェインの動作電圧はV。である。
入力Eは上レベルの信号子V□であるとすると、互いに
相補的なトランジスタである第1インバータ段のNPN
)ランジスタTIN、第2インバータ段のPNP )
ランジスタT2P、第3インバータ段のNPN)ランジ
メタT3Nは、飽和導通する。これは第6図に於て該当
する夫々のトランジスタに斜線を引く事によシ示される
。電圧■1から制御装!4によシ引き出されるインバー
タ・チェインの動作電圧はV。である。
第3図に関するインバータ・チェインの静的オン状態は
(1)式によシ示される。
(1)式によシ示される。
vBE=vO−VCBS (1)
即ち、例えばPNP )ランジメタT2Pのベース−エ
ミッタ電圧は動作電圧V。と導通しているNPN)ラン
ジメタTINの飽和電圧の差である。
ミッタ電圧は動作電圧V。と導通しているNPN)ラン
ジメタTINの飽和電圧の差である。
段HXHqごとの静止電流■。は飽和状態中に流れるベ
ース電流によシ生じる。順方向及び逆方向での電流利得
が高い場合上記ベース電流は低い。
ース電流によシ生じる。順方向及び逆方向での電流利得
が高い場合上記ベース電流は低い。
I□=xB=I1.(1−αN)+(1−αI)〕・T
E(VBE)z〔(β、十βI)/β、・β1〕・■E
(”BE)向の電流利得因数を夫々示し、βN及びβ1
はエミッタ接地に於ける電流利得を示す。α及びβの関
係は以下の如くである〇 β=α/(1−α) ■ はベース−エミッタ電圧VB□に依存する内部エミ
ッタ注入電流である。
E(VBE)z〔(β、十βI)/β、・β1〕・■E
(”BE)向の電流利得因数を夫々示し、βN及びβ1
はエミッタ接地に於ける電流利得を示す。α及びβの関
係は以下の如くである〇 β=α/(1−α) ■ はベース−エミッタ電圧VB□に依存する内部エミ
ッタ注入電流である。
対称的なトランジスタに関してはβN=β1=βである
のでこの場合1+β2βと仮定すると、(2)式の様に
なる。
のでこの場合1+β2βと仮定すると、(2)式の様に
なる。
ro::(2/β)・IF:、(vBF、)(2)これ
は最大値としては次式である再利得スイツtング電流I
SWの前述の原則を表わす。
は最大値としては次式である再利得スイツtング電流I
SWの前述の原則を表わす。
IsW”E(vBE) (3)
このスイッチング電流の再利得かくして低い静的電流は
以下の如く説明される。夫々の入力接経・点若しくは出
力接続点に接続された回路容柘のスイッチングの後、飽
和導通トランジスタに於て注入電流は通常の方向、即ち
エミッタによシ注入された方向ばかシではなく、コレク
ターベース接合(次いでこれは順方向に極性付けられる
)を経ても流れ、外見上静的な状態では左右対称のトラ
ンジスタの場合、極めて小さい差電流のみが生じる。
以下の如く説明される。夫々の入力接経・点若しくは出
力接続点に接続された回路容柘のスイッチングの後、飽
和導通トランジスタに於て注入電流は通常の方向、即ち
エミッタによシ注入された方向ばかシではなく、コレク
ターベース接合(次いでこれは順方向に極性付けられる
)を経ても流れ、外見上静的な状態では左右対称のトラ
ンジスタの場合、極めて小さい差電流のみが生じる。
(3)式に従って、VB、l’!V。(動作電圧)及び
飽和電圧V。8s に千シ予め決定され((1)式参照
)よって上に述べられた電流利得ファクタが等しいとい
う仮定の基では、スイッチング電流対静的電流の比は(
4)式の如くである。
飽和電圧V。8s に千シ予め決定され((1)式参照
)よって上に述べられた電流利得ファクタが等しいとい
う仮定の基では、スイッチング電流対静的電流の比は(
4)式の如くである。
Tsw/Io=β/2. (4)
従って両方向に於ける電流利得が100の場合50とい
う値のスイッチング対静的パワー比が得られる。
う値のスイッチング対静的パワー比が得られる。
実際の論理機能の場合、入力の数(ファン・イン=FI
)若しくは出力の数(ファン・アウト=FO)を考慮す
ると(5)式の様になる。
)若しくは出力の数(ファン・アウト=FO)を考慮す
ると(5)式の様になる。
Tsw=To”β/(pt十ro)、 (5)前述の仮
定とは異なシ、トランジスタは特性的に対称ではない場
合、よシ低い電流利得はかなシ効果的である。その様な
場合β/2に代わシ、平均電流利得βの値が適用されね
ばならない。
定とは異なシ、トランジスタは特性的に対称ではない場
合、よシ低い電流利得はかなシ効果的である。その様な
場合β/2に代わシ、平均電流利得βの値が適用されね
ばならない。
βの値は以下の如くである。
β−β、・β1/(β、+βI)
両方の型のトランジスタの対応性が不完全であると、夫
々のスイッチング状態に従い静的電流及び対応するスイ
ッチング電流は異なるという効果が生じる。しかしこれ
は、信号パルスの先縁と後縁を不揃いにするだけである
。例えば負の電荷と正の電荷の場合のスイッチング電流
の比かく6であると(略eに対応)、2つの型のトラン
ジスタに対して1△vBEI≦26mV (温度電圧)
が必要である。
々のスイッチング状態に従い静的電流及び対応するスイ
ッチング電流は異なるという効果が生じる。しかしこれ
は、信号パルスの先縁と後縁を不揃いにするだけである
。例えば負の電荷と正の電荷の場合のスイッチング電流
の比かく6であると(略eに対応)、2つの型のトラン
ジスタに対して1△vBEI≦26mV (温度電圧)
が必要である。
飽和電圧vCEs ((1)式参照)が異なってもこれ
ら自体が低いために、殆ど影響はない。静的な低い電力
の為には高度に反転された電流利得が要求される。しか
し、飽和、を圧の本質的な成分はオフセット電圧V。f
f5et と呼ばれる。このオフセット電圧はコレクタ
電流I =Oに於けるコレフターエミッタ電圧を表わす
。高度に反転された市、流利得に於てオフセット電圧は
極めて低い。
ら自体が低いために、殆ど影響はない。静的な低い電力
の為には高度に反転された電流利得が要求される。しか
し、飽和、を圧の本質的な成分はオフセット電圧V。f
f5et と呼ばれる。このオフセット電圧はコレクタ
電流I =Oに於けるコレフターエミッタ電圧を表わす
。高度に反転された市、流利得に於てオフセット電圧は
極めて低い。
従って、
1■offBet1=vT″tnαI
α1=β■/(1+β1)
vT=温度電圧
諮1えば、
α1≧0.9(β1≧9)
” of f se t ’ z2−5mV本発明の回
路技法が実現され得るかどうかの問題について、述べる
とこれは全く可能である。これは一般的なパイボーラ工
程例えば埋め込み型コレクタを有する標準工程により、
特に受動的な絶縁(passive 1solatio
n )が相応られる場合、所望の特性を有する補相型ト
ランジスタを得る。
路技法が実現され得るかどうかの問題について、述べる
とこれは全く可能である。これは一般的なパイボーラ工
程例えば埋め込み型コレクタを有する標準工程により、
特に受動的な絶縁(passive 1solatio
n )が相応られる場合、所望の特性を有する補相型ト
ランジスタを得る。
以下は、サファイアの如き絶縁基板上のシリコンに於て
全体的側面構造の例である。
全体的側面構造の例である。
PNP及びNPN )ランジメタのエミッタ注入電流v
BE(TF、)に基づくベース−エミッタ電圧が等しい
という仮定は式に従って飽和電流ISが等しいことを示
す。
BE(TF、)に基づくベース−エミッタ電圧が等しい
という仮定は式に従って飽和電流ISが等しいことを示
す。
” S (PNP) =’w13・μ、・1)n・k・
Tここで q=単位電荷 A=エミッターベース接続の表面状態。
Tここで q=単位電荷 A=エミッターベース接続の表面状態。
WB=ベース幅
μ、=ベース中に於ける少数キャリア
(ここではホール:p)移動度。
pn=ベース中に於ける少数キャリア
(ここではn領域に於けるホール:p)の濃度8
n1=真性濃度
ND=ベース中に於ける多数キャリア
(ここではドナー)の濃度
NPN)ランジメタの飽和電流に関して(8)式に相当
する式が確立される場合、要求されるのは両方の型のト
ランジスタの飽和電流が等しい事である。即ち、 1S(PNP) 5(NPN) (9)更に両方の型の
トランジスタの寸法が同じであるとすると、 μp/ND=μn/NA 60 61式において、 μm=NPN)ランジメタのベースに於ける少数キャリ
ア(ここでは電子:n)の移動度NA=NPN)ランジ
メタのベースに於ける多数キャリア(ここではアクセプ
タ)の濃度例えば前述のaQ式に関して次の様なドーピ
ングが与えられる。
する式が確立される場合、要求されるのは両方の型のト
ランジスタの飽和電流が等しい事である。即ち、 1S(PNP) 5(NPN) (9)更に両方の型の
トランジスタの寸法が同じであるとすると、 μp/ND=μn/NA 60 61式において、 μm=NPN)ランジメタのベースに於ける少数キャリ
ア(ここでは電子:n)の移動度NA=NPN)ランジ
メタのベースに於ける多数キャリア(ここではアクセプ
タ)の濃度例えば前述のaQ式に関して次の様なドーピ
ングが与えられる。
6−3
PNP ND=10 crrL
P =4DDc++t” /VS
NPN NA=2・10 α
μ =800億 /VS
与えられた例に於て、相補型トランジスタのベース幅が
等しいことは夫々の例に於て必ずしも必要ない。上述の
ドーピングは、例えばイオン・インプランテーションに
より達成され、そしてこの目的の為に本分野に於て周知
の技法が用いられ得る。エミッタ若しくはコレクタは、
所望の高い電流利得を達成する為十分K(> 10”c
m−3)ドープされる。今までのインプランテーション
技法は、製造上の制御の点で非常にすぐれた可能性を与
え、不純物の量及び深さの如き全てのプロセス・パラメ
ータ製造工程の際の電気的量によシ決定され得る。イン
プランテーションされた領域に熱的な付加的処理を行う
ことによシ他の電気的動作データの等しい分布状態が、
達成される。更に、ドーピングと幾何学的形状の組合わ
せは同様に可能である。
等しいことは夫々の例に於て必ずしも必要ない。上述の
ドーピングは、例えばイオン・インプランテーションに
より達成され、そしてこの目的の為に本分野に於て周知
の技法が用いられ得る。エミッタ若しくはコレクタは、
所望の高い電流利得を達成する為十分K(> 10”c
m−3)ドープされる。今までのインプランテーション
技法は、製造上の制御の点で非常にすぐれた可能性を与
え、不純物の量及び深さの如き全てのプロセス・パラメ
ータ製造工程の際の電気的量によシ決定され得る。イン
プランテーションされた領域に熱的な付加的処理を行う
ことによシ他の電気的動作データの等しい分布状態が、
達成される。更に、ドーピングと幾何学的形状の組合わ
せは同様に可能である。
既に説明された様に、揚字された回路技法は、スイッチ
ング電流が動作電流V。を越えて決定される事実に基づ
く。voはベース・エミッタ電圧の高さに略一致する。
ング電流が動作電流V。を越えて決定される事実に基づ
く。voはベース・エミッタ電圧の高さに略一致する。
動作電圧V。の正確な調節及び一定性を達成する為の要
求事項は本発明の実施例によれば、第4図に示された制
御回路によって達成される。第4図の回路の左側部分に
於て、論理回路は動作電圧■。を与えられる部分的に切
断された線によシ図示される。例えばトランジスタT2
’、T3’及びT4’は第1図の論理ゲートのトランジ
スタT2、T3及びT4に相当する。動゛作電圧voは
出力端子F及びGに於て取シ出される。動作電圧V。は
無制御型操作電圧中■1からシ1き出される。制御回路
に股、けられたトランジスタTX1若しくはTX2はそ
れらの特性に於て論理回路の相当する相補型トランジス
タに可能な限。
求事項は本発明の実施例によれば、第4図に示された制
御回路によって達成される。第4図の回路の左側部分に
於て、論理回路は動作電圧■。を与えられる部分的に切
断された線によシ図示される。例えばトランジスタT2
’、T3’及びT4’は第1図の論理ゲートのトランジ
スタT2、T3及びT4に相当する。動゛作電圧voは
出力端子F及びGに於て取シ出される。動作電圧V。は
無制御型操作電圧中■1からシ1き出される。制御回路
に股、けられたトランジスタTX1若しくはTX2はそ
れらの特性に於て論理回路の相当する相補型トランジス
タに可能な限。
り同一である。PNP比較トランジスジメX1のコレク
タ電流は電圧比較手段により通常の公称値と比較される
。この目的の為、最大スイッチング電流ISwを示すコ
レクタ電流はトランジスタT。
タ電流は電圧比較手段により通常の公称値と比較される
。この目的の為、最大スイッチング電流ISwを示すコ
レクタ電流はトランジスタT。
Xlからコレクタの枝路の抵抗R1を経て電圧に変換さ
れる。比較電圧としてNPN トランジスタTX2のベ
ース−エミッタ電圧が用いられる。従って温度が上昇す
ると、スイッチング電流は減少する。これは論理電圧の
振れがvBEに伴って減少するので、スイッチング時間
が一定に停まるという為に必要である。抵抗R2はトラ
ンジスタTX2に対する動作抵抗を示す。スイッチング
電流■8wが公称値よシも低い場合、トランジスタTX
2の導通状態は低くよシ多くの電流がトランジスタTH
に流れ、それによってV。が増大する。
れる。比較電圧としてNPN トランジスタTX2のベ
ース−エミッタ電圧が用いられる。従って温度が上昇す
ると、スイッチング電流は減少する。これは論理電圧の
振れがvBEに伴って減少するので、スイッチング時間
が一定に停まるという為に必要である。抵抗R2はトラ
ンジスタTX2に対する動作抵抗を示す。スイッチング
電流■8wが公称値よシも低い場合、トランジスタTX
2の導通状態は低くよシ多くの電流がトランジスタTH
に流れ、それによってV。が増大する。
スイッチング電流I8wが低過ぎる場合、この効果は逆
である。トランジスタTX2のエミッタに ′はトラン
ジスタTHのエミッタのアース電位、若しくは別の補助
電圧−v2を印加される。
である。トランジスタTX2のエミッタに ′はトラン
ジスタTHのエミッタのアース電位、若しくは別の補助
電圧−v2を印加される。
第5図は第1図若しくは第2C図の夫々の回路に対する
本発明の論理回路の他の実施例を示す。
本発明の論理回路の他の実施例を示す。
両入力変数(A%B)が下位の電圧レベルVRを示す場
合のみ、出力点Cに於て電位十V。が発生し、そして少
なくとも1つの入力変数が上位の電圧レベルを選ぶ場合
、電位vRが出力点Cに現われるのは明らかである。そ
の結果、正論理きれている場合、この回路はNORゲー
トである。しかし、これは本発明が夫々の実際の論理回
路に制限されないのを示している。
合のみ、出力点Cに於て電位十V。が発生し、そして少
なくとも1つの入力変数が上位の電圧レベルを選ぶ場合
、電位vRが出力点Cに現われるのは明らかである。そ
の結果、正論理きれている場合、この回路はNORゲー
トである。しかし、これは本発明が夫々の実際の論理回
路に制限されないのを示している。
提案された回路技法によυ得られる利点は、動的な電力
に比べて、静的な電力が無視できる点である。バイポー
ラ回路の大変小さい電圧の振れの為に今日の先行技術で
は、電力消費に関して最も優れた回路技法であると考え
られている相補型電界効果トランジスタを含む論理回路
よシもよシ良゛い電力と遅延積が得られる。0MO8と
比較して、提案された本発明のバイポーラ相補型回路技
法は、よシ低い動的表゛動力消費はもとよシ、よシ低い
供給電圧、特によシ低い論理信号振れの利点を生じる。
に比べて、静的な電力が無視できる点である。バイポー
ラ回路の大変小さい電圧の振れの為に今日の先行技術で
は、電力消費に関して最も優れた回路技法であると考え
られている相補型電界効果トランジスタを含む論理回路
よシもよシ良゛い電力と遅延積が得られる。0MO8と
比較して、提案された本発明のバイポーラ相補型回路技
法は、よシ低い動的表゛動力消費はもとよシ、よシ低い
供給電圧、特によシ低い論理信号振れの利点を生じる。
電力消費Pは次の様に示される。
PNC−、U2
ここでCは回路の静電容量を示す。
かくて、提案されたバイポーラ回路技法とCMO8回路
技法の動的電力消費の比較は次の様に示される。
技法の動的電力消費の比較は次の様に示される。
更に些較はされていないが、速度が速くなる。
また、0MO8で可能なよシも高い実装密度が最少の面
積しか必要としないバイポーラ・トランジスタとして達
成される。
積しか必要としないバイポーラ・トランジスタとして達
成される。
第1図は本発明の実施例に従うNAND若しくはNOR
ゲートの電気回路図で第2a−2c図は、第1図の回路
を都合よく集積化した実施例の平面図、断面図、及び第
1図の回路に於ける特定な半導体領域のトランジスタの
具体的な型を表示した回路図で、第3図は本発明の原理
を示す為簡単なインバータ回路の回路図で、第4図は提
案された回路の電圧を供給する為に都合良い制御回路で
、第5図は本発明に基づく他の実施例である。 出願人 インターナショナル・ビジネス・々ジーンズ・
コーポレーション 復代理人 弁理士 岡 1) 次 生 第3図
ゲートの電気回路図で第2a−2c図は、第1図の回路
を都合よく集積化した実施例の平面図、断面図、及び第
1図の回路に於ける特定な半導体領域のトランジスタの
具体的な型を表示した回路図で、第3図は本発明の原理
を示す為簡単なインバータ回路の回路図で、第4図は提
案された回路の電圧を供給する為に都合良い制御回路で
、第5図は本発明に基づく他の実施例である。 出願人 インターナショナル・ビジネス・々ジーンズ・
コーポレーション 復代理人 弁理士 岡 1) 次 生 第3図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 半導体基体の表面付近の部分に異なる第1及び第2導電
型のトランジスタを有する半導体装置において、 前記表面付近の部分に互いに離して形成された前記第1
導電型の第1及び第2領域(PL及びP2)と、 前記表面付近の部分に互いに離して形成され、前記第1
及び第2領域に隣接して当該面領域間に伸びる部分を有
する前記第2導電型の第3及び第4領域(Nl及びN2
)と、 前記表面付近の部分に互いに離しで形成された前記第2
の導電型の第5、第6及び第7領域(N34、N3及び
N4)と、 する前記第1導電型の第8領域(P3)と、前記表面付
近の部分に前記第8領域とは離して形成され、前記第5
及び第7領域に隣接して当該面領域間に伸びる部分を有
する前記第1導電型の第9領域(P4)と、 を設け、前記第1、第2及び第3領域で前記第1導電型
の第1トランジスタ(T1)を、前記第1、第2及び第
4領域で前記第1導電型の第2トランジスタ(T2)を
、前記第5、第6及び第8領域で前記第2導電型の第1
トランジスタ(T3)を、そして前記第5、第7及び第
9領域で前記第2導電型の第2トランジスタ(T4)を
夫々形成するようにしたことを特徴とする半導体装置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2426447.9 | 1974-05-31 | ||
DE2426447A DE2426447C2 (de) | 1974-05-31 | 1974-05-31 | Komplementäre Transistorschaltung zur Durchführung boole'scher Verknüpfungen |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS60242661A true JPS60242661A (ja) | 1985-12-02 |
JPH0231505B2 JPH0231505B2 (ja) | 1990-07-13 |
Family
ID=5917007
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP50053325A Pending JPS50159957A (ja) | 1974-05-31 | 1975-05-06 | |
JP60076871A Granted JPS60242661A (ja) | 1974-05-31 | 1985-04-12 | 半導体装置 |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP50053325A Pending JPS50159957A (ja) | 1974-05-31 | 1975-05-06 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US3956641A (ja) |
JP (2) | JPS50159957A (ja) |
DE (1) | DE2426447C2 (ja) |
FR (1) | FR2273417B1 (ja) |
GB (1) | GB1478935A (ja) |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2530288C3 (de) * | 1975-07-07 | 1982-02-18 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | Inverter in integrierter Injektionslogik |
US4518874A (en) * | 1979-03-21 | 1985-05-21 | International Business Machines Corporation | Cascoded PLA array |
US4306159A (en) * | 1979-06-14 | 1981-12-15 | International Business Machines Corporation | Bipolar inverter and NAND logic circuit with extremely low DC standby power |
EP0163756B1 (en) * | 1984-06-08 | 1989-02-01 | Ibm Deutschland Gmbh | Bipolar logic circuit with storage charge control |
US4641047A (en) * | 1984-07-02 | 1987-02-03 | Motorola, Inc. | Complex direct coupled transistor logic |
US5068702A (en) * | 1986-03-31 | 1991-11-26 | Exar Corporation | Programmable transistor |
DE3676816D1 (de) * | 1986-05-22 | 1991-02-14 | Ibm | Ausgangsschaltung fuer integrierte injektionslogik. |
US5150309A (en) * | 1987-08-04 | 1992-09-22 | Texas Instruments Incorporated | Comprehensive logic circuit layout system |
US5091659A (en) * | 1991-04-16 | 1992-02-25 | International Business Machines Corporation | Composite logic gate circuit with means to reduce voltage required by logic transistors from external source |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
BE549063A (ja) * | 1955-06-28 | |||
DE1081049B (de) * | 1957-11-14 | 1960-05-05 | Westinghouse Electric Corp | Sperrgatter bzw. logisches íÀUnd-NichtíÂ-Element unter Verwendung von Transistoren |
DE1164480B (de) * | 1962-11-26 | 1964-03-05 | Siemens Ag | Aus einer npn- oder pnp-Mehrfachhalbleiter-anordnung aufgebautes logisches Schaltelement |
DE1165660B (de) * | 1963-03-14 | 1964-03-19 | Telefunken Patent | Und-Schaltung mit zwei getrennt von aussen ansteuerbaren Transistoren |
US3401359A (en) * | 1966-03-04 | 1968-09-10 | Bell Telephone Labor Inc | Transistor switching modulators and demodulators |
US3541353A (en) * | 1967-09-13 | 1970-11-17 | Motorola Inc | Mosfet digital gate |
-
1974
- 1974-05-31 DE DE2426447A patent/DE2426447C2/de not_active Expired
-
1975
- 1975-02-11 US US05/549,116 patent/US3956641A/en not_active Expired - Lifetime
- 1975-03-27 GB GB12820/75A patent/GB1478935A/en not_active Expired
- 1975-04-24 FR FR7513750A patent/FR2273417B1/fr not_active Expired
- 1975-05-06 JP JP50053325A patent/JPS50159957A/ja active Pending
-
1985
- 1985-04-12 JP JP60076871A patent/JPS60242661A/ja active Granted
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2273417B1 (ja) | 1977-04-15 |
FR2273417A1 (ja) | 1975-12-26 |
DE2426447A1 (de) | 1975-12-11 |
JPS50159957A (ja) | 1975-12-24 |
US3956641A (en) | 1976-05-11 |
GB1478935A (en) | 1977-07-06 |
DE2426447C2 (de) | 1982-05-27 |
JPH0231505B2 (ja) | 1990-07-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US3736477A (en) | Monolithic semiconductor circuit for a logic circuit concept of high packing density | |
US4156246A (en) | Combined ohmic and Schottky output transistors for logic circuit | |
US4700213A (en) | Multi-drain enhancement JFET logic (SITL) with complementary MOSFET load | |
US4243999A (en) | Gate turn-off thyristor | |
US3978515A (en) | Integrated injection logic using oxide isolation | |
JPS60242661A (ja) | 半導体装置 | |
US3656028A (en) | Construction of monolithic chip and method of distributing power therein for individual electronic devices constructed thereon | |
US4260906A (en) | Semiconductor device and logic circuit constituted by the semiconductor device | |
US4520277A (en) | High gain thyristor switching circuit | |
JP2746771B2 (ja) | 半導体装置 | |
US3638081A (en) | Integrated circuit having lightly doped expitaxial collector layer surrounding base and emitter elements and heavily doped buried collector larger in contact with the base element | |
US3947865A (en) | Collector-up semiconductor circuit structure for binary logic | |
US4071774A (en) | Integrated injection logic with both fan in and fan out Schottky diodes, serially connected between stages | |
US4204130A (en) | Multicollector transistor logic circuit | |
US4277701A (en) | Semiconductor integrated injection logic structure controlled by the injector | |
US3591840A (en) | Controllable space-charge-limited impedance device for integrated circuits | |
GB1488958A (en) | Fast switching darlington circuit | |
CA1083232A (en) | Logic circuit comprising two complementary transistors, exhibiting a high speed and a low power consumption | |
US4158783A (en) | Current hogging injection logic with self-aligned output transistors | |
CA1060587A (en) | Electrical circuit logic elements | |
EP0056191A2 (en) | Integrated injection logic | |
US4048517A (en) | Logic element | |
JPH0575028A (ja) | 半導体集積回路及び製造方法 | |
KR800001342B1 (ko) | 논리(論理)회로용 반도체 배열 | |
US3621345A (en) | Semiconductor device having a bistable circuit element |