Przedmiotem wynalazku jest injekcyjny uklad logiczny z generatorem pradu w postaci planarne¬ go tranzystora n-p-n i elementem przelaczaljacym w postaci tranzystora polowego normalnie odcie¬ tego ze zlaczem sterujacymi p-n z kanalem piono¬ wym i bramka polaczona z obszarem kolektoro¬ wym tranzystora n-p-n. Zgodnie z wynalazkiem tranzystor polowy jest wykonany w postaci struk¬ tury z drenem metalicznym czesciowo zachodza¬ cym na obszar bramki i tworzacym z tym obsza- 119 404119 404 3 rem zlacze prostujace, a obszarem kanalu piono¬ wego zlacze reaktancyjne.Istota wynalazku jest blizej wyjasniona w przy¬ kladach realizacji wynalazku w oparciu o zalaczo¬ ny rysunek, na którym fig. 1 przedstawia sche¬ mat elektryczny injetacyjnego ukladu logicznego wytworzonego w technologii ukladów scalonych, wedlug wynalazku; figi 2 — strukture pólprze¬ wodnikowa scalonego injekcyjnego ukladu logicz¬ nego z generatorem pradu w postaci tranzystora planarnego p-n-p w widoku izometrycznym; fig. 3 — atni&ture. pólprzewodnikowa scalonego injek¬ cyjnego ukladu logicznego z generatorem pradu w"postaci napromieniowywanego tranzystora pla- narnego nnp-n w Wido-ku izometrycznym, a fig. 4 przedstawia pólprzewodnikowa strukture scalone¬ go? infekcyjnego ukladu logicznego z generatorem pradu w postaci napromieniowywanego zlacza pla¬ narnego p-n w przekroju wzdluznym.Jako priyklady realizacji wynalazku ponizej sa opisane rózne uklady scalone, zawierajace tranzy¬ story polowe z drenami, wykonanymi w postaci pólprzewodnikowych obszarów dyfuzyjnych. Jed¬ nakze zamiaat obszarów dyfuzyjnych moga byc stosowane lokalne obszary epitaksjalne lub poli¬ krystaliczne o tym samym typie przewodnictwa, co zmniejsza zmiany rozdzialu domieszek i pozwa¬ la tworzyc uklady scalone z wykorzystaniem tyl¬ ko jednej operacji dyfuzji.Przedstawiony na fig. 1 scalony injekcyjny uklad 'logiczny przedstawia soba inwerter logiczny o dwóch niezaleznych wyjsciach. Elementem klu¬ czujacym ukladu Jest para ^tranzystorów 1, 2, z których pierwszy 1 jest (tranzystorem przelacza¬ jacym n^p-n a drugim 2— tranzytor polowy z ka¬ nalem typu n, majacy bramke w postaci zlacza p-n, dwoma kanalami normalnie odcietymi, które¬ go to tranzystora naipiecie odciecia wynosi 0-*-+©£ V. Elektroda weljsciowa 3 ukladu jest polaczona z baza tranzystora '1, bramka tranzy¬ stora 2 i dodatnim Biegunem generatora 4 pradu tasilajacego. Elekjtrody wyjsciowe 5 sa polaczone z kolektorami tranzystora X i drenami tranzystora polowego 2. Emiter tranzystora 1, zródlo tranzysto¬ ra 2 i /biegun ujemny generatora 4 pradu zasila¬ jacego sa uziemione.Uklad przedstawiony na fig. 1 /pracuje w spo¬ sób nastepujacy. Oznaczmy zerem logicznym stan zamkniecia elektrod 3 i 5 na „ziemie" (potencjal zerowy lub slabo dodatni, rzedu 0 -5- +0,2 V), „je¬ dynka" logiczna staw (taki, gdy nie ma zamkniecia elektrod 3 lub 5 na „ziemie" {duzy dodatni poten¬ cjal, równy spadkowi napiecia na zlaczu p-n, spo¬ laryzowanym w kierunku przewodzenia, to znaczy rzedu +0,3 +0,8 V) dla krzemowych ukladów sca¬ lonych. Gdy sygnal odpowiadajacy zeru logiczne¬ mu doprowadza sie do elektrody wejsciowej 3 ukladu, tranzystor przelaczajacy 1 znajduje sie w stanie odciecia. W stanie odciecia znajduije sie równiez tranzystor polowy 2, poniewaz warstwy ladunku objetosciowego zlacz p-n bramka^kanaly zachodza na przekroje jego kanalów. Na wyjscio¬ wych elektrodach 5 ukladu wytwarza sie wówczas jednakowy sygnal logiczny.Przy doprowadzeniu do elektrody wejsciowej 3 4 sygnalu, odpowiadajacego jedynce logicznej, prad zasilania z generatora 4 wplywa do bazy tranzy¬ stora przelaczajacego 1 i do bramki tranzystora polowego 2, polaryzujac ich zlacza baza—emiter 5 i bramka—zródlo w kierunku przewodzenia. Przy tym potencjal bramki tranzystora 2 odpowiada^ po¬ ziomowi jedynki logicznej (+0,3-t-+0^,7 A), warst¬ wy ladunku objetosciowego zlacza p-n bram- ka^kanaly sa zwezone i nie zachodza na caly 10 przekrój kanalów. Tranzystor polowy 2 przewodzi.Przewodzi równiez tranzystor przelaczajacy 1. Na elektrodach wyjsciowych 5 ukladu wytwarza sie wówczas sygnal, odpowiadajacy zeru logicznemu.Zaleta takiego ukladu jest jego zdolnosc do pra- 15 cy przy malym pradzie generatora 4 (pradzie za¬ silajacym) i malej mocy pobieranej, jak równiez zwiekszona obciazalnosc, wynikajaca z wykorzy¬ stania w elemencie przelaczajacym ukladu tran¬ zystora polowego 2, odznaczajacego sie tym wla- 20 snie, ze jest ten tranzystor zdolny do pracy przy malych pradach zasilajacych, przy których wlas¬ ciwosci wzmacniajace tranzystora bipolarnego sa male lub nie ma ich wcale, oraz tym, ze zapew¬ niona jest równolegla praca tranzystorów przela- 25 czajacego 1 i polowego 2, przy duzych pradach zasilajacych i przy duzej pobieranej mocy.Druga zaleta takiego ukladu scalonego jest jego duza szybkosc dzialania i mala wartosc pracy przelaczania, co jest spowodowane wykorzystaniem 30 w elemencie kluczujacym ukladu tranzystora po¬ lowego pracujacego z wykorzystaniem nosników wiekszosciowych ladunku i zmniejszeniem na sku¬ tek tego wlasciwosci bezwladnosciowych elemen¬ tu kluczujacego, uwarunkowanych efektami gro- 35 madzeruia i znikania nadmiernego ladunku nosni¬ ków mniejszosciowych.Jeszcze jedna zaleta tego ukladu scalonego jest mozliwosc wykorzystania w tym ukladzie tranzy¬ stora przelaczajacego 1, odznaczajacego sie ma- 40 ly-m, w tym równiez mniejszym od jednosci, wspólczynnikiem wzmocnienia pradowego.Przedstawiony na fig. 1 schemat elektryczny moze byc laitwo zrealizowany w technologii pla¬ narnej ukladów scalonych. Przy tym celowym jest 45 wytwarzac strukture pólprzewodnikowa zgodnie z jej przedstawieniem na fig. 2, 3, 4.Na figurze 2 przedstawiona jest. struktura pól¬ przewodnikowa scalonego injekcyjnego logicznego — inwertora logicznego — o jednym wyjsciu w i z generatorem pradu w postaci planarnego tran¬ zystora p-n^p.Struktura pólprzewodnikowa ukladu scalonego rozmieszczona jest na podlozu krzemowym 6 o przewodnictwie 55 narne 7, 8 o [przewodnictwie typu p, obszary pla¬ narne 9, 10 o przewodnictwie typu n+, kanal pio¬ nowy 11 o przewodnictwie typu n, znajdujacy sie wewnatrz obszaru 8, i laczacy obszar 9 i podloze 6, oraz elektrody metalowe 3, 5, 12, 13 tworzace w styki rezystancyjne z obszarami 8, 9, 7, 10 odpo^ wiedniio. Funkcje obszarów emiterowego, bazy i kolektorowego poziomo usytuowanego tranzysto¬ ra planarnego p-n-p (generatora pradu) spelnia¬ ja odpowiednio obszar 7, podloze 6 i obszar 8. 55 Kanal 11 o przewodnictwie typu n stanowi kanal5 119 404 6 tranzystora polowego z ibramka w postaci zlacza p-n miedzy obszarem 8 i kanalem 11. Funkcje ob¬ szarów bramki, drenu tranzystora polowego spel¬ niaja podloze 6 i obszar 9 odpowiednio. Funkcje obszarów emiterowego, bazy i kolektorowego prze¬ laczajacego tranzystora bipolarnego n-p-n spel¬ niaja odpowiednio podloze 6 i obszary 8, S. Elek¬ troda 3 jest elektroda wejsciowa ukladu, elektro¬ da 5 — jego elektroda wyjsciowa. Podloze 6 jest uziemione poprzez obszar 10 i elektrode 13. Elek¬ troda 12 jest dolaczona do bieguna dodatniego zródla zasilajacego, nie pokazanego na rysunku.Dzialanie uklaclu scalonego, zrealizowanego we¬ dlug opisanego wyzej przykladu wykonania jest analogiczne dzialaniu ukladu, zrealizowanemu zgodnie ze schematem, przedstawionym na fig. 1.Zaleta ukladu scalonego, przedstawionego na fig. 2, jest jego duza szybkosc dzialania i obcia¬ zalnosc spowodowana mala opornoscia krótkiego Tcanalu pionowego 11 tranzystora polowego, znaj¬ dujacego sie w stanie przewodzenia, jak równiez opisana konstrukcja kanalu tranzystora polowego, jego praca w warunkach opisywanych wyjsciowy¬ mi charakterystykami pradowo-napieciowymi, od¬ znaczajacymi sie brakiem odcinków, swiadczacych o ograniczeniu pradu drenu.Przy wytwarzaniu ukladu scalonego zgodnego z fig. 2 zostala osiagnieta maksymalna szybkosc dzialania rzedu 6—25 nanosekund przy wspólczyn¬ niku rozgalezienia na wyjsciach równym 1—3 i po¬ bieranej] przez kazdy inwertor logiczny mocy rów¬ nej 3—1 nkfW i wartosci pracy przelaczania in¬ westorów rzedu 0,02 pJ.Druga zaleta ukladu scalonego, zrealizowanego zgodnie z fig. 2 jest wysoki stopien scalania, pro¬ stota budowy i technologii wytwarzania jego struktury pólprzewodnikowej, uwarunkowane wy¬ korzystaniem tranzystora polowego z kanalem pionowym, polaczeniem jego obszarów pólprze¬ wodnikowych z obszarami bipolarnych tranzysto¬ rów n-p-n i p-n-p oraz wytworzeniem ukladu na podlozu bez warstw epitaksjalnych, z wykorzy¬ staniem dwóch operacji dyfuzji.Na figurze 3 przedstawiona jest struktura pól¬ przewodnikowa scalonego injekcyjnego ukladu lo¬ gicznego z generatorem pradu w postaci planar¬ nego poziomego tranzystora, n-p-n.Podloze 61, obszary pólprzewodnikowe 7^, 81 i kanal II1 danej struktury sa podobne do podlo¬ za 6, obszarów 7, 8 i do kanalu lii odjpowiednio struktury, zrealizowanej zgodnie z fig. 2 i spel¬ niaja takie same funkcje. Róznica polega tylko na tym, ze wymienione obszary sa obszarami o od¬ miennym ty|pie przewodnictwa, niz analogiczne obszary struktury z fig. 2, to znaczy podloze 61 i kanal li1 sa obszarami o przewodnictwie typu p-, obszary 71 i 81 — obszarami o przewodnictwie typu n+ i n odpowiednio. Tranzystor polowy wy¬ konany jest w postaci struktury z pionowym ka¬ nalem li1, bramka w postaci zlacza p-n miedzy obszarem 81 i kanalem ii1 oraz drenem metalo¬ wym, którego funkcje spelnia elektroda wyjscio¬ wa 5 ukladu. Dren metalowy (elektroda 5) tworzy styk rezystancyjny z kanalem li1 i zlacze prostu¬ jace (zlacze Schottky'ego) z. obszarami bramki tranzystora polowego,, na która czesciowo zacho¬ dzi, przy czym funkcje obszaru bramki spelnia obszar 81.Bipolarny tranzystor przelaczajacy p-n metal jest wykonany z obszarami emiterowymi i bazy w postaci podloza 61 i obszaru ft1 odpowiednio i kolektorem metalowym w postaci elektrody wyj¬ sciowej 5 ukladu. Obszar 14* o przewodnictwie typu n+ zapewnia styk rezystancyjny elektrody wejsciowej 3 ukladu z obszarem 81 o przewód-, nictwie typu n. Podloze 61 jest uziemione poprzez elektrode 13. Elektroda 12 jest dolaczona do bie¬ guna ujemnego zródla zasilania nie pokazanego na rysunku.Dzialanie ukladu scalonego, przedstawionego na fig. 3 jest analogiczne dzialaniu ukladów, przed¬ stawionych na fig. 1 i fig. 2 (potencjaly poziomów logicznych — ujemne). Róznica polega Jednakze na tym, ze w stanie wejsciowym, odpowiadaja¬ cym jedynce logicznej na elektrodzie wejsciowej 3, nie wystepuja nadmierne potencjaly obszarów 81 i 14 oraz nie ma intensywnego wstrzykiwania (injekcji) nosników mniejszosciowych ladunku przez zlacze p-n miedzy obszarami 81 i 14 oraz podlozem 61 na skutek bocznikowania tego zlacza p-n zlaczem prostujacym (zlaczem Schottky'ego) miedzy obszarem 81 i elektroda 5 przez przewo¬ dzacy kanal 11 tranzystora polowego.Zaleta tego przykladu realizacji ukladu scalone¬ go jest jego bardzo duza szybkosc dzialania, wy¬ nikajaca ze zmniejszenia — spowodowanego wy¬ mienionymi szczególami konstrukcyjnymi i zasada dzialania — pojemnosci wejsciowej (skladowej tej pojemnosci), spowodowanej dyfuzja, i rozpietosc poziomów logicznych ukladu.Druga zasada ukladu scalonego, zrealizowanego zgodnie z przykladem wykonania, przedstawionym na fig. 3 jest prostota budowy i technologii jego wytwarzania — bez warstw epitaksjalnych z za¬ stosowaniem jednej tylko operacji dyfuzji.Na figurze 4 przedstawiony jest jeszcze jeden przyklad realizacji struktury pólprzewodnikowej scalonego injekcyjnego ukladu logicznego.Struktura pólprzewodnikowa w tym przykladzie realizacji wynalazku jest podobna do struktury ukladu, przedstawionego na fig. 2 z ta tylko róz¬ nica, ze do zasilania ukladu, przedstawionego na fig. 4, wykorzystywana jest energia promieniowa¬ nia 15 (swietlnego, radioaktywnego lub jakiego¬ kolwiek innego) przeksztalcana w energie elek¬ tryczna przez generator pradu, zrealizowany W po- . staci planarnego napromieniowywanego zlacza p-n 16. Zlacze 16 p-n jest polaczone ze zlaczem p-n bramka—zródlo tranzystora polowego z kanalem pionowym (ze zlaczem p-n miedzy obszarem 8 o przewodnictwie typu p i podlozem i o prze¬ wodnictwie typu n).Promieniowanie 15 generuje w przylegajacej do zlacza p-n 16 objetosci pólprzewodnika swobodne nosniki ladunku. Pole elektryczne zlacza p-n 16 zapewnia rozdzial generowanych przez promienio¬ wanie swobodnych nosników ladunku, przy czym dziury przenikaja do obszaru 8 o przewodnictwie typu p i w ten sposób zapewniaja wplywanie do tego obszaru pradu zasilajacego uklad. u 15 20 29 M 35 40 45 50 55 607 119 404 8 Zaleta ukladu scalonego, przedstawionego na fig. 4 jest to, ze jako zródlo zasilajace ten uklad moze byc wykorzystywany zródlo o bardzo malej energii oraz to, ze ilstnieje mozliwosc zwiekszenia obciazalnosci ukladu w warunkach 'slabego pro¬ mieniowania, co jest uwarunkowane zdolnoscia do pracy i dobrymi wlasciwosciami wzmacniajacymi tranzystora polowego w warunkach malych pra¬ dów zasilajacych. m Poprzez dobór wymiarów konstrukcyjnych ele¬ mentów skladowych struktur pólprzewodnikowych, zrealizowanych zgodnie z przykladami wykonania, przedstawionymi na fig. 2, 3, 4 oraz dobranie tech¬ nologii ich wytwarzania mozna zmieniac w sze¬ rokich granicach rozdzial pradu obciazenia ukladu scalonego w stanie zera logicznego na wyjsciach miedzy przelaczajacym (bijpolarnym 1 i polowym 2 tranzystorami (miare ich udzialu w pracy ukla¬ du) od przeplywania wiejkszej czesci pradu obciaze¬ nia przez tranzystor polowy 2 i znacznie mniej¬ szej czesci tego pradu przez tranzystor 1, na przy¬ klad, ha skutek zwiekszenia grubosci obszaru 8 w ukladzie zrealizowanym zgodnie z przykladem wykonania, przedstawionym na fiig. 2 i fig. 4 (ob- 10 15 szaru 81 w przykladzie realizacji zgodnie z fig. 3 i zmniejszenia wymiarów obszaru 9 w ukladzier zrealizowanym zgodnie z przykladem wykonania, przedstawionym na fig. 2 i fig. 4 (elektrody 5 w przykladzie zealizacji zgodnie z fig. 3), do prze¬ plywania wiekszej czesci pradu obciazenia przez7. tranzystor 1 i znacznie mniejszej czesci tego pra¬ du przez tranzystor polowy 2 przy odwrotnej" zmianie wymiarów obszarów 8, 81, 9 i elek¬ trody 5.Zastrzezenie patentowe Injekcyjny uklad logiczny z generatorem pradu w lpostaci planarnego tranzystora nnp-n i elemen¬ tem przelaczajacym w postaci tranzystora polowe¬ go normalnie odcietego ze zlaczem sterujacym p-m z kanalem pionowym i bramka polaczona z ob¬ szarem kolektorowym tranzystora n-p-n, znamien¬ ny tym, ze tranzystor polowy (2) jest wykonany- w postaci struktury z drenem metalicznym (5) cze¬ sciowo zachodzacym na obszar bramki (81) i two¬ rzacym z tym obszarem zlacze prostujace, a z ob¬ szarem kanalu pionowego Ul1) zlacze rezystan- cyjne.FIE.1 FIG. 2 F/S. 3 F/G. 4 Wi/ \z 13 r^^SjCJ^-p PZGraf. Koszalin A-1467 90 A-4 Cena 100 zl PL