KR100401526B1 - Logic circuit for preventing hot carrier effect - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 로직 게이트 회로에 관한 것으로서, 특히, 핫 캐리어 효과(hot carrier effect)에 의해 회로의 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 로직 게이트 회로에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to logic gate circuits, and more particularly, to logic gate circuits that can prevent deterioration of circuit characteristics due to hot carrier effects.
일반적으로, 모스트랜지스터는 크기가 작아짐에 따라 내부의 전계강도가 증가되어 드레인 부근의 공핍층에서 채널의 캐리어에 에너지가 인가되어 캐리어를 가속시킨다. 캐리어에 인가되는 에너지가 실리콘과 게이트산화막의 전위 보다 크면 가속된 캐리어가 게이트산화막에 포획되거나, 또는, 게이트산화막을 터널링하여 게이트전류를 형성한다. 이러한 현상을 핫 캐리어 효과라 하는 데, 이 핫 캐리어 효과는 소자의 구동 능력을 저하시켜 회로의 특성을 저하시킨다. 이러한 핫 캐리어 효과는 P 및 N모스트랜지스터중 전자에 의한 N모스트랜지스터의 특성 저하가 더 심하며, 또한, N모스트랜지스터가 직렬로 연결된 경우에는 드레인이 전원 전압단 또는 출력단에 연결된 것이 특성 저하가 심하다.In general, as the size of the morph transistor becomes smaller, the internal electric field strength increases, and energy is applied to the carrier of the channel in the depletion layer near the drain to accelerate the carrier. If the energy applied to the carrier is greater than the potentials of the silicon and the gate oxide film, the accelerated carrier is trapped in the gate oxide film, or the gate oxide film is tunneled to form a gate current. This phenomenon is called a hot carrier effect, and this hot carrier effect lowers the driving ability of the device, thereby lowering the characteristics of the circuit. This hot carrier effect is more severe degradation of the characteristics of the N MOS transistor by the electrons of the P and N morph transistors, and when the N MOS transistors are connected in series, the drain is connected to the power supply voltage terminal or the output terminal is severe.
제 1 도는 일반적인 2 입력 낸드게이트의 로직 회로도이다.1 is a logic circuit diagram of a typical two-input NAND gate.
상기 낸드게이트의 로직은 전원 전압(Vdd)과 접지 사이에 병렬로 연결된 P모스트랜지스터들(P11)(P12)이 직렬로 연결된 N모스트랜지스터들(N11)(N12)과 직렬로 연결된다. 상기 낸드게이트는 P모스트랜지스터(P11)와 N모스트랜지스터(N11)의 게이트에 제 1 입력(111)이 입력되고, P모스트랜지스터(P12)와 N모스트랜지스터(N12)의 게이트에 제 2 입력(I12)이 입력되어 출력노드(10)에서 출력(O11)이 출력된다.The logic of the NAND gate is connected in series with N MOS transistors N11 and N12 in which P MOS transistors P11 and P12 connected in parallel between the power supply voltage Vdd and ground are connected in series. The NAND gate has a first input 111 at a gate of a P MOS transistor P11 and an N MOS transistor N11, and a second input at a gate of a P MOS transistor P12 and an N MOS transistor N12. I12) is input to output O11 from the output node 10.
상기에서 낸드게이트는 제 1 및 제 2 입력(I11)(I12)이 모두 '하이'이면 직렬로 연결된 N모스트랜지스터들(N11)(N12)이 모두 '턴-온'되므로 출력노드(10)에서 '로우' 상태의 출력(O11)이 출력된다. 또한, 낸드게이트는 제 1 및 제 2 입력(I11)(I12) 중 어느 하나 또는 모두가 '로우'이면 직렬로 연결된 N머스트랜지스터들(N11)(N12) 중 어느 하나 또는 모두가 '턴-온'되므로 출력노드(10)에서 '하이' 상태의 출력(O11)이 출력된다.In the NAND gate, when both the first and second inputs I11 and I12 are 'high', the N-node transistors N11 and N12 connected in series are all turned on, so that the NAND gate is turned on at the output node 10. The output O11 in the 'low' state is output. In addition, the NAND gate is 'turned on' when any one or both of the first and second inputs I11 and I12 are 'low', and either or both of the N must transistors N11 and N12 connected in series are turned on. 'So, the output (O11) of the' high 'state is output from the output node (10).
상술한 낸드게이트는 N모스트랜지스터들(N11)(N12)의 게이트에 '하이' 상태인 제 1 및 제 2 입력(I11)(I12)이 인가되면 접지와 연결된 N모스트랜지스터(N12)는 상기 N모스트랜지스터(N11)가 '턴-온'된 후에 '턴-온'되므로 핫 캐리어 효과에 의한 소자 특성의 저하가 감소된다.When the NAND gate described above is applied with the first and second inputs I11 and I12 having a 'high' state to the gates of the N MOS transistors N11 and N12, the N MOS transistor N12 connected to ground is N. Since the MOS transistor N11 is 'turned on' after being 'turned on', deterioration of device characteristics due to the hot carrier effect is reduced.
그러나, 상술한 낸드게이트는 출력노드에 드레인이 연결된 N모스트랜지스터은 접지와 연결된 N모스트랜지스터 보다 공핍영역이 깊게 형성되므로 핫 캐리어 효과가 크게되어 회로의 특성이 저하되는 문제점이 있었다.However, the NAND gate described above has a problem in that the N-MOS transistor having a drain connected to the output node has a deeper depletion region than the N-MOS transistor connected to ground, so that the hot carrier effect is increased, thereby degrading the characteristics of the circuit.
따라서, 본 발명의 목적은 핫 캐리어 효과에 의해 회로의 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있는 로직 게이트 회로를 제공함에 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a logic gate circuit capable of preventing the characteristics of the circuit from being degraded by the hot carrier effect.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 핫 캐리어 효과를 방지하는 로직 회로는 전원 전압단과 접지 사이에 병렬로 접속된 다수 개의 제 1 도형 모스트랜지스터들과 상기 제 1 도전형 모스트랜지스터들과 동일개수가 직렬로 접속된 제 2 도전형 모스트랜지스터들이 직렬로 접속되며, 상기 다수 개의 입력신호가 각기 쌍을 이루는 상기 제 1 및 제 2 모스트랜지스터의 게이트에 입력되어 출력노드에서 1개의 출력을 출력하는 로직 게이트에 있어서, 상기 출력노드와 상기 제 2 도전형의 모스트랜지스터 중 출력노드와 인접하는 제 2 도전형의 모스트랜지스터 사이에 전송게이트가 직렬로 연결된다.The logic circuit for preventing the hot carrier effect according to the present invention for achieving the above object is the same number of first plurality of transistors and the first conductivity type MOS transistors connected in parallel between the power supply voltage terminal and ground. The second conductive type MOS transistors connected in series are connected in series, and the plurality of input signals are respectively input to the gates of the paired first and second MOS transistors to output one output at an output node. A transmission gate is connected in series between the output node and the second conductive type MOS transistor adjacent to the output node of the second conductive type MOS transistor.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
본 발명을 2입력 낸드게이트를 실시예로서 설명하나, 본 발명은 이 실시예에 한정되지 않고 요지의 변경없이 다른 실시예, 즉, 노아게이트 등의 다른 로직 게이트 회로에 적용할 수 있음을 알아야 한다.Although the present invention will be described with an two-input NAND gate as an embodiment, it should be understood that the present invention is not limited to this embodiment and can be applied to other embodiments, that is, other logic gate circuits such as noah gates without changing the gist. .
제 2 도는 본 발명의 실시예에 따른 핫 캐리어 효과를 방지할 수 있는 2 입력 낸드게이트의 로직 회로도이다.2 is a logic circuit diagram of a two input NAND gate capable of preventing hot carrier effects according to an embodiment of the present invention.
상기 낸드게이트의 로직은 전원 전압(Vdd)과 접지 사이에 병렬로 연결된 P모스트랜지스터들(P21)(P22)과 직렬로 연결된 전송게이트(T21) 및 N모스트랜지스터들(N21)(N22)이 직렬로 연결된다. 상기 낸드게이트는 P모스트랜지스터(P21)와 N모스트랜지스터(N21)의 게이트에 제 1 입력(I21)이 입력되고, P모스트랜지스터(P22)와 N모스트랜지스터(N22)의 게이트에 제 2 입력(I22)이 입력되어 출력노드(20)에서 출력(O21)이 출력된다. 또한, 상기 출력노드(20)와 N모스트랜지스터(N21)의 사이에 제 1 입력(I21)이 N 게이트에 직접 입력되고 P 게이트에 인버터(I21)를 통해 입력되는 전송게이트(T21)가 연결된다.The logic of the NAND gate includes a transmission gate T21 and N MOS transistors N21 and N22 connected in series with P-MOS transistors P21 and P22 connected in parallel between a power supply voltage Vdd and ground. Leads to. The NAND gate has a first input I21 input to the gates of the P MOS transistor P21 and the N MOS transistor N21, and a second input to the gates of the P MOS transistor P22 and the N MOS transistor N22. I22) is input and the output O21 is output from the output node 20. In addition, between the output node 20 and the N MOS transistor N21, a first input I21 is directly input to the N gate and a transfer gate T21 connected to the P gate through the inverter I21 is connected. .
상기에서 낸드게이트는 제 1 및 제 2 입력(I21)(I22)이 모두 '하이'이면 직렬로 연결된 N모스트랜지스터들(N21)(N22) 뿐만 아니라 전송게이트(T21)도 모두 '턴-온'되므로 출력노드(20)에서 '로우' 상태의 출력(O21)이 출력된다. 이 때, 상기 전송게이트(T21)와 N모스트랜지스터들(N21)(N22)이 동시에 '턴-온'된다. 그러므로, 상기 전송게이트(T21)의 N 게이트의 공핍영역이 깊게 형성되어 핫 캐리어 효과가 크게되는 데, 상기 전송게이트(T21)는 단지 전자를 통과만 시키는 것으로 소자 특성의 저하가 로직 회로의 동작 특성과 무관하다. 그러나, 상기 전송게이트(T21)는 핫 전자의 영향을 감소시키기 위해 W/C, 즉, 채널 폭/정전 용량의 비를 크게하는 것이 바람직하므로 채널의 폭을 정전 용량에 비해 크게 형성하여야 한다.The NAND gate is " turned on " in addition to the N MOS transistors N21 and N22 connected in series when both the first and second inputs I21 and I22 are 'high'. Therefore, the output (O21) of the 'low' state is output from the output node 20. At this time, the transfer gate T21 and the N MOS transistors N21 and N22 are 'turned on' at the same time. Therefore, the depletion region of the N gate of the transfer gate T21 is deeply formed to increase the hot carrier effect. The transfer gate T21 passes only electrons, so that deterioration of device characteristics results in operating characteristics of a logic circuit. Has nothing to do with However, in order to reduce the influence of hot electrons, the transfer gate T21 preferably has a large W / C, that is, a ratio of channel width / capacitance, so that the width of the channel should be larger than the capacitance.
따라서, 본 발명은 핫 캐리어 효과가 전송게이트에만 발생되도록하여 모스트랜지스터들의 열화를 방지하여 회로 특성의 저하를 방지할 수 있는 잇점이 있다.Therefore, the present invention has the advantage that the hot carrier effect is generated only in the transmission gate to prevent deterioration of the MOS transistors to prevent degradation of circuit characteristics.
제 1 도는 일반적인 2 입력 낸드게이트의 로직 회로도1 is a logic circuit diagram of a typical two-input NAND gate
제 2 도는 본 발명의 실시예에 따른 핫 캐리어 효과를 방지할 수 있는 2 입력 낸드게이트의 로직 회로도2 is a logic circuit diagram of a two input NAND gate capable of preventing hot carrier effects according to an embodiment of the present invention.
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