JPS60254921A - 論理回路 - Google Patents

論理回路

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JPS60254921A
JPS60254921A JP59111793A JP11179384A JPS60254921A JP S60254921 A JPS60254921 A JP S60254921A JP 59111793 A JP59111793 A JP 59111793A JP 11179384 A JP11179384 A JP 11179384A JP S60254921 A JPS60254921 A JP S60254921A
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JP
Japan
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output
inverter
input
driver
channel
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JP59111793A
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English (en)
Inventor
Katsuhiko Suyama
須山 勝彦
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/094Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
    • H03K19/0944Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET
    • H03K19/0948Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET using CMOS or complementary insulated gate field-effect transistors
    • H03K19/09487Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET using CMOS or complementary insulated gate field-effect transistors using only depletion transistors
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/003Modifications for increasing the reliability for protection
    • H03K19/00369Modifications for compensating variations of temperature, supply voltage or other physical parameters
    • H03K19/00384Modifications for compensating variations of temperature, supply voltage or other physical parameters in field effect transistor circuits

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ゲートがダイオード構造の電界効果トランジ
スタを用いた論理回路に関する。
〔従来の技術〕
シリコンSiを用いた電界効果トランジスタ(FET)
はMOS型をとるのが普通であるが、ガリウム・ヒ素G
aAsを用いるF E’TはMOS型が作りにく\ (
gmがとれない)、ゲートを5BD(ショットキ バリ
ヤ ダイオード)にしたMES(メタル セミコンダク
タ)型が開発中である。
しかしゲートがSBDではゲート電圧が高くなると導通
してしまうので、導通する迄の低電圧で動作させる必要
がある。GaAsに形成したショットキ バリヤ ゲー
トのターンオン電圧は0.6v程度であり、従ってゲー
ト電圧の上限は0.6■になる。下限はOvとすると論
理閾値vTは0.3■であるが、実際にはこれより低い
0.1vをFETの閾値とする。つまり0.1vより低
い入力電圧はL(ロー)レベルでMES GaAs F
ETはオフ、0.1vより高い入力電圧はH(ハイ)レ
ベルで該FETはオンとする。このFETの閾値0゜1
vは±0.02 Vの範囲に収める必要があり、このよ
うな点がMES GaAs FETからなる論理回路の
製作を難しいものにしている。
論理回路のスイッチ素子としては通常、ノーマリオフ形
FETが用いられる。第6図はDCFL(ダイレクト 
カップルド FET ロジック)と呼ばれるこの種回路
の一例を示す。Qlはノーマリオフ型のトランジスタ(
前述のGaAs MES FETをこ\では単にトラン
ジスタという)でvthは+0.1vである。Q2はノ
ーマリオン形のトランジスタで、v th−−0,5V
である。VDDは+1.5V(7)電源、GNDはグラ
ンドでOv、INは入力、OUTは出力に\では入出力
端と入出力信号又は電圧を同じ符号で示す)である。Q
lはドライバ、Q2は負荷を構成し、Lレベルが0■、
Hレベルが0.6 Vの入力INがドライバQ1に加わ
ると、それを反転した出力0UT0.6V、Ovを生じ
る(OUTには次段インバータのINが接続されるとし
て)。即ちこの回路はインバータである。MOS FE
Tを用いたインバータにもD/E形即ち負荷はデプリー
ション形(ノーマリオン形)、ドライバはエンハンスメ
ント形(ノーマリオフ形)があり、第6図はこの形のイ
ンバータに対応するものであるが、MOS FETなら
ゲートはコンデンサ構造で直流電流が流れることはない
から入力電圧の振幅及び闇値が自由に選定できるのに対
し、第6図ではこれが上述のように制限されてしまう。
闇値電圧Vthの許容範囲が広いノーマリオン形トラン
ジスタを用いた回路も開発されており、第7図がその例
である。Q3〜Q6はvthが−0,5Vのノーマリオ
ン形、VDDは+2■の正電源、Vssは−1,5■の
負電源である。Q3.Q4は論理部(インバータ)を構
成しており、Q5.Q6及びダイオードDは論理部の出
力レベル0.5〜2■を次段駆動のためのレベル−0,
5〜+0.6Vにhは論理部の入力レベルに等しい)に
変換するためのレベルシフト部を構成する。ドライバQ
3のvthが一〇、5vであれば入力は−0,5(これ
以下でもよい)〜+0.6vの範囲をとれるから第1図
に比べて拡大する。しかしこの回路では次段駆動のため
にレベルシフト回路を設けて出力を正、負範囲で振るよ
うにしなければならない。レベルシフト回路は常時電流
を流す(レベルシフト用ダイオードDをオン状態に保つ
ため)ので消費電力が大きく、またレベルシフト回路の
電圧利得は1以下であり負電源Vssの電圧を低くして
も出力振幅は増えない。
〔発明が解決しようとする問題点〕
上述のように第6図のDCFLインバータでは回路構成
は簡単であるが闇値電圧の許容範囲が狭く製作が難しい
という問題があり、第7図のBFL(バッフデーFFE
Tロジック)では閾値電圧の許容範囲は広いがレベルシ
フト回路が必要、消費電力が大きい、電圧利得が低いな
どの問題がある。本発明はか−る点を改善しようとする
ものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の論理回路はゲートがダイオード構造の一導電形
チャネルの電界効果トランジスタをドライバとする第1
のインバータ回路と、該インバータ回路の出力を入力さ
れ、ゲートがダイオード構造の反対導電形チャネルの電
界i果トランジスタをドライバとする第2のインバータ
回路を備えることを特徴とするが、次に実施例を参照し
ながら構成及び作用を詳細に説明する。
〔実施例〕
第1図は本発明の実施例を示し、Qll 、Ql2はn
チャネル、ノーマリオン形のトランジスタで闇値電圧は
両者共−1■である。ゲート幅はQllが10 pm、
 Q 】2が5μmであり、従ってgmはQll の方
が大である。VDDは電源で+、−共に1.5■である
。Qll はドライバとし、これに−1,5V〜Ovの
間で変化する入力電圧INを加える。HレベルのOvは
0.6v以下であればよい(ゲートの導通はない)。Q
l2はゲート、ソース朋を短絡して該ドライバの負荷と
する。入力電圧INがHレベル0■のときトランジスタ
Q目はオン、従ってノードMの出力はovのグランドG
NDレベルに等しいLレベルであり、入力電圧INが−
1,5vのLレベルのときトランジスタQ11はオフ、
ノードMの出力は1.5VのHレベルである。つまりこ
のトランジスタQ目、QI2はnチャネルのインバータ
を構成する。Ql3 、Ql4はpチャネル ノーマリ
オン型トランジスタで、闇値電圧は共に+IV、ゲート
幅はQl3が4゜77m、Ql4が20μmである。ゲ
ート長はQll〜QI4共に1μmである。トランジス
タQ13はドライバで、ノードMの出力を受け、トラン
ジスタQ+4はQ13の負荷である。ノードMの出力が
Hレベル、1.5VのときトランジスタQI3はオフで
あり、出力OUTは−vDDつまり−1,5■のLレベ
ルになり、また該ノードMの出力がLレベル、Ovのと
き、トランジスタQI3はオン、出力OUTはHレベル
、OVである。つまりトランジスタQI3 、Q10は
pチャネルインバータを構成する。
この回路では入出力の振幅は1.5vあり、充分ある。
闇値は1■であるから、第1図などより許容範囲が広い
。電源電圧の変動を考えるに、+VDDが高くなっても
これはnチャネルインバータの出力のHレベルを高める
だけであり、これが高くなっても次段のpチャネルイン
バータには支障ない。
電源−VDDが負方向に増大する場合も同様で、これは
pチャネルインバータの出力のLレベルを下げるだけで
あり、このpチャネルインバータの次段にはnチャネル
インバータがくるから該nチャネルインバータの動作に
支障ない。つまり本回路は±VDDの増大に対し動作が
安定である。またインバータ2個からなるので、入出力
は同相である。
出力段のpチャネルインバータは入力段のnチャネルイ
ンバータの出力のレベルシフトを行なうものであるが、
インバータであるから高い電圧利得があり、論理もとれ
、常時オン状態ではなく入力に従ってオンオフするので
消費電力が少ない。更に各インバータのトランジスタQ
ll とQ12゜Q13とQ10は同じ導電形であるか
ら同じ製造工程で製作でき、製造バラつきに対し回路特
性が安定している。
第2図および第3図は第1図の回路を用いて論理回路を
構成した例を示し、第2図ではD=A・B+Cをまた第
3図でもE=A−B+Cを出力する。第2図ではpチャ
ネルインバータQI3.Q14に変化はなく (第1図
と同じ)、nチャネルインバータQ21〜Q 23に論
理A −B + Cをとらせている。第3図ではA−B
はnチャネルインバータQ31””Q33でとり、A−
BとCとの論理和をpチャネルインバータでとるように
している。
Q41 、Q42は第1図のQ13相当のトランジスタ
で、これらで論理和をとる。入力Cは第1図のQll 
、QI2相当のnチャネルインバータQ3.。
Q36を介してpチャネルトランジスタQ42に入力す
る。
GaASFETはnチャネル型は高速動作が可能である
がpチャネル型はシリコン程度の動作速度になってしま
う。この点を考えるとpチャネルインバータの負荷トラ
ンジスタはnチャネル形でもよいからこれを用いること
が考えられる。この場合はゲートの短絡光を切換え、n
チャネルインバータのそれにすればよい。
第り図はnチャネルトランジスタを、また第5図はpチ
ャネルトランジスタの断面構造を示す。
SUBはG a A S基板であり、これは絶縁物に近
いのでシリコンSiなどのn形不純物またはマグネシウ
ムMgなどのp形不純物を導入してチャネル部分CHを
作り、中央部の表面にタングステンシリ号イドWSiの
ゲート電極Gをショットキバリヤを形成するように被着
し、その両側にnまたはp形不純物を高濃度に導入して
ソース領域S及びドレイン領域りを作り、これらの領域
の表面にnチャネル形なら金ゲルマニウムAuGe、p
チャネル形なら金亜鉛AuZnからなるソース電極BS
及びドレイン電極Edをオーム接触させる。
本発明で用いるトランジスタはゲートがダイオード形で
あってゲート電圧が高くなるとオンしてゲート電流が流
れるタイプのものであるが、ゲートダイオードはSBD
でなく接合形でもよい。ただ基板がGaAsの場合はp
型領域を作ると動作速度が遅くなるという問題はある。
この意味で負荷トランジスタはn形にしてもよく、そし
てノーマリオンであるから負荷は抵抗でもよい。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明ではゲートがダイオード構造
のFETを用いて電源電圧の変動に対し出力が安定、同
相アンプである、電圧利得が高い、製造バラつきに対し
回路特性が安定などの利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の基本形を示す回路図、第2及び第3図
は第1図で論理回路を構成した実施を示す回路図、第4
図及び第5図はn、pチャルMES FETの構造を示
す断面図、第6図よび第7図は従来例を示す回路図であ
る。 図面で、Qll 、Q12は第1のドライバ、はそのド
ライバ、Q10 、Q10は第2のドラバ、Q10はそ
のドライバである。 出願人 富士通株式会 代理人弁理士 青 柳 第1図 図 −Vo 。 ND

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. ゲートがダイオード構造の一導電形チャネルの電界効果
    トランジスタをドライバとする第1のインバータ回路と
    、該インバータ回路の出力を入力され、ゲートがダイオ
    ード構造の反対導電形チャネルの電界効果トランジスタ
    をドライバとする第2のインバータ回路を備えることを
    特徴とする論理回路。
JP59111793A 1984-05-31 1984-05-31 論理回路 Pending JPS60254921A (ja)

Priority Applications (1)

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JP59111793A JPS60254921A (ja) 1984-05-31 1984-05-31 論理回路

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JP59111793A JPS60254921A (ja) 1984-05-31 1984-05-31 論理回路

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JPS60254921A true JPS60254921A (ja) 1985-12-16

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015019386A (ja) * 2009-10-09 2015-01-29 株式会社半導体エネルギー研究所 半導体装置
US9948304B2 (en) 2015-01-14 2018-04-17 Hyperion Semiconductors Oy Semiconductor logic element and a logic circuitry

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