Многоустойчивый полупроводниковый прибор (его варианты) Советский патент 1984 года по МПК H03K3/29 H01L27/06 

2. Многоустойчивый полупроводниковый прибор по авт. св. № 762138, отличаю-щийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения числа участков с отрицательным дифферен циальным сопротивлением, между стоком и истоком каждого из полевых транзисторов, кроме двух, входящих в состав последней внутренней комплементарной пары полевых транзисторов, включены стабилитроны, а между истоком и стоком каждого из полевых транзисторов последней внутренней комплементарной пары включена цепочка.

состоящая из последовательно соединенных стабилитрона и резистора.

3.Прибор по пп. 1 и 2, о т л и чающийся тем, что в качестве элементов связи включены приборы, вольт-амперные характеристики которых содержат не менее чем один участок с орицательным дифференциальным сопротивлением.

4.Прибор попп. 1и2, отличающийся тем, что элементы связи вьтолнены в виде перемычки.

5.Прибор попп. 1 и2, отличающийся тем, что элементы связи выполнены-в виде резистора.

1. Многоустойчивый полупроводниковый прибор по авт-. св. № 762138, отличающийся тем, что,. 9 W 11 8 -MrWrW-D с целью расширения функциональных возможностей за счет увеличения числа участков с отрицательным дифференциальным сопротивлением, между стоком и истоком каждого из полевых транзисторов, кроме двух, входящих в состав последней внутренней комплементар} ой пары полевых транзисторов, включены стабилитроны, а между стоками транзисторов, ву-одящ1-1х в состав последней внутренней комплементарной пары полевых транзисторов, включена цепочка, состоящая из последовйтельно соединенных элемента связи и стабилитрона. (Л 72 73 IМI Мл

Изобретение относится к полупроводниковой и к вычислительной технике, в особенности к приборам, вольт амперные характеристики которых имеют несколько участков с отрицательным дифференциальным сопротивлением.

Из1вестен многоустойчивый полупроводниковый прибор по авт.св. W 76213 содержащий п каскадно в.ключенных цепочек, каждая из которых состоит из двух комплементарных полевых транзисторов, причем каждая последующая цепочка включена в разрыв цепи истоков каждой предьщущей цепочки,, истоки полевых транзисторов последней внутренней цепочки соединены между собой через элемент связи, например проводящую пер мычку, при этом затвор первого полевого транзистора в каждой цепочке соединен со стоком второго полевого транзистора в той же цепочке, а затвор второго полет вого транзистора в каждой цепочке соединен со стоком первого полевого транзистора в той же цепочке Cl 1«

Недостатком этого многоустойчивого полупроводникового прибора следует считать ограниченные функциональные возможности, обусловленные сравнительно небольшим числом участков с отрицательным дифференциальным сопротивлением на его вольт-амперной характеристике.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей прибора

путем увеличения числа участков с отрицательным дифференциальньм сопротивлением на его вольтамперной характеристике.

Для достижения поставленной цели в многоустойчивом полупроводниковом приборе по авт. св. N 762138, состоящем из ГУ каскадно включенных комплементарных пар полевых транзисторов, между стоком и истоком каждого из полевых транзисторов, кроме двух, входящих в состав последней внутренней комплементарной пары полевых транзисторов, включены стабилитроны а между стоками транзисторов, входящих в состав последней внутренней комплементарной пары полевых транзисторов, включена цепочка, состоящая из последовательно соединенных

элемента связи и стабилитрона о t

Во втором варианте многоустойчивого полупроводникового прибора между стоком и истоком каждого из полевых транзисторов, кроме двух, входяирсс в состав последней внутренней комплементарной пары полевых транзисторов, включены стабилитроны, а между истоком и стоком каждого из двух полевых транзисторов последней внутренней комплементарной пары полевых транзисторов включена цепочка, состоящая 43 последовательно соединенных стабилитрона и резистора.

В многоустойчивом полупроводниковом приборе в качестве элементов связи могут быть включены приборы, вольтамперные характеристики которых содержат не менее чем один участок с отрицательным дифференциальным сопротивлением. Элементы связи могут быть вьтолне ны в виде перемычки. Элементы свя-зи могут быть вьшолнены в виде резистора. На фиг. 1 и 2 приведены схемы пер вого и второго вариантов соответственно многоустойчивого полупроводникового прибора; на фиг. 3 - вольтамперная характеристика этих приборо при использовании в качестве элемен- тов связи или проводящих перемычек. Многоустойчивый полупроводниковый прибор (фиг. 1) состоит из внешней комплементарной пары полевых транзис торов (транзисторы 1 и 2), первой внутренней комплементарной пары поле вых транзисторов (транзисторы 3 и 4), второй внутренней (в данном варианте - последней) комплементарной пары полевых транзисторов (транзисторы 5 и 6), элементов связи 7 и 8, стабилитронов 9-13. Элемент связи 7 включен в разрыв цепи истоков транзисторов 5 и 6. Каждый из стабилитро нов 9, 10, 12, 13 подключен между стоком и истоком соответствующего полевого транзистора (транзисторы 1 3, 4 и 2). Цепочка, состоящая из элемента связи 8 и стабилитрона 11, подключена к стокам транзисторов 5 и 6. Сток каждого из транзисторов комплементарной пары соединен с затвором другого транзистора в той же комплементарной паре. Каждая последу щая комплементарная пара включена в -разрыв цепи истоков предьщущей комплементарной пары полевых транзис торов. Соединенные между собой сток транзистора 1, затвор транзистора 2 и катод стабилитрона 9 подключены к анодному выводу 14 прибора. Сое- диненные между собой сток транзистора 2, затвор транзистора 1 и анод стабилитрона 13 подключены к катодному выводу 15 прибора. I Напряжение стабилизации каждого и стабилитронов 9, 10, 12 и 13 должно быть не менее половины напряжения отсечки транзисторов 1, 3, 4 и 2 соответственно. Напряжение стабилизации стабилитрона 11 должно быть не менее половины напряжения запира ния внутренней комплементарной пары (транзисторы 5 и 6). Второй вариант многоустойчивого полупроводникового прибора (фиг. 2) содержит внешнюю комплементарную пару полевых транзисторов (транзисторы 16 и 17), первую внутреннюю комплементарную пару (транзисторы 18 и 19), вторую (в данном варианте - последнюю) внутреннюю комплементарную пару, образованную транзисторами 20 и 21 (в разрьш цепи истоков которых включен элемент связи 22), стабилитроны 23-28, резисторы 29 и 30, Стоки и затворы транзисторов 16-21 соединены между собой также, как и в первом варианте многоустойчивого полупроводникового прибора. Стабилитроны 23-28 подключены между стоками и истоками транзисторов 16, 18, 20, 21, 19 и 17 соответственно, причем стабилитроны 25 и 26 соединены с истоками транзисторов 20 и 21 соответственно через резисторы 29 и 30. Соединенные между собой сток транзистора 16, затвор транзистора 17 и катод стабилитрона 23 подключены к анодному 31 выводу прибора. Соединенные между собой.сток транзистора 17, затвор транзистора 16 и анод стабилитрона 28 подключены к катодному 32 вьшоду прибора. Напряжение стабилизации стабилитронов 23-28 должно быть не менее половины напряжения отсечки транзисторов 16, 18, 20, 21, 19 и 17 соответственно,. В общем случае каждый из вариантов многоустойчивого полупроводникового прибора может состоять из п каскадно включенных комплементарных пар полевьк транзисторов и 2 . (первый вариант) или 2„ (второй ваиант) стабилитронов. В качестве элементов связи 7 и 8 (фиг, 1) и 22 (фиго 2) могут быть ключены, приборы, элементы или схеы, вольт-амперные характеристики оторых содержат не менее чем один часток с отрицательным дифференциальым сопротивлением. Причем элементы вязи 7 и 8 в этом случае могут быть ыбраны различными, например один з них может иметь N-образную ольт-амперную характеристику, а ругой - 5 -образную. Каждый из элементов связи 7, 8, 2 может быть вьшолнен также в виде роводящей перемычки или резистора. Резисторы 29 и 30 (фиг. 2) в частном случае могут быть исключены и замененьь проводящими перемьпшами. Ток максимума, обеспечиваемый каждой последующей комплементарной парой (включенной в цепь истоков предыдущей комплементарной пары), должен быть не менее чем в 1,5-2 раза меньше, чем ток максимума, обеспечиваемый предьщзго1вй комплементарной парой полевых транзисторов. Для получения максимально возможного числа участков с отрицательным дифференциальным сопротивлением необходимо, чтобы напряжение запира ния каждой последующей комплементарной пары полевых транзисторов было в три раза меньше, чем напряжение запирания предыдущей комплементарной пары, а напряжение стабилизации каждого стабилитрона, включенного межДу стоком и истоком соответствующего полевого транзистора, было равно напряжению отсечки тока этого транзистора. Напряжение отсечки в крмпл ментарных парах транзисторов целесообразно выбирать примерно одинаковыми. I Рассмотрим работу первого вариан та многоустойчивого полупроводникового прибора (фиг. 1) при использовании в качестве элементов связи 7 и 8 резисторов или. проводящих перемычек. При возрастании от нуля внеш него напряжения, приложенного к выводам 14 и 15, первой запирается последняя внутренняя компементарная пара полевых транзисторов (транзисторы 5 и 6), и на вольт-амперной характеристике прибора (фиг. 3) формируется первый всплеск. Затем открывается стабилитрон 11 и через неге и элемент связи 8 протекает ток, который (после того как компле ментарная пара, образованная транзисторами 3 и 4, начинает запиратьс что приводит к уменьшению напряжени действующего на полевых транзисторах 5 и 6 и на цепочке из стабилитр на 1 1 и элемента связи 8), достигну некоторого максимального значения, начинает уменьшаться (формирование второго всплеска). При дальнейшем возрастании внешнего напряжения уменьшается напряжение, действующее между стоками транзисторов 3 и 4, при этом вновь открывается, а затем закрывается комплементарная пара, о 20 разованная транзисторами 5 и 6 (при , этом формируется третий всплеск , на вольт-амперной характеристике прибора). При достижении внешним напряжением величины, равной напряжению запирания первой внутренн|ей комплементарной пары (транзистфы 3 и 4), ток через прибор прекращфтся, При дальнейшем возрастании напр:яжения на приборе открываются стабилитроны 10 и 12, что приводит снач;ала к протеканию тока через последн|ою внутреннюю комплементарную napys (транзисторы 5 и 6) и ее дальнейшему запиранию (формирование четвйртого всплеска на вольт-амперной характеристике прибора). Отпирание стабилитрона 11 обуславливает протекание тока через этот стабилитрон и элемент связи, при этом формируется восходящий участок пятого врплеска на вольт-амперной характеристике прибора. При дальнейшем росле рнешнего напряжения начинает запираться первая (внешняя) комплементарная пара (транзисторы 1 и 2), что приводит к уменьшению разности потенциалов между истоками транзисторов;1 и 2. При этом описанные процессы происходят в обратном порядке, в результате чего завершается формирование пятого всплеска и формируются шестой, седьмой, восьмой и девятый всплески на вольт-амперной характеристике прибора. При превышении внешним напряжением величины, равной напряжению запирания комплементйрной пары, образованной транзист рами 1 и 2, опираются стабилитроны 9 и 13 и на внутренние комплементсфные пары полевых транзисторов и на соответствующие стабилитроны вновь подается напряжение о При этом происходит дополиительная коммутация внутренних комплементарных пар полевых транзисторов и формируются :де1, одиннадцатый, двенадцатый и сятый. тринадцатый всплески и четырнадцатый восходящий участок на вольт-амперной характеристике прибора. Работа второго варианта многг- устойчивого полупроводниковото прибора (фиг„ 2) не отличается от работы описанного первого варианта прибора. Замена стабилитрона 11 (Лиг. 1) лнумя стабилитронами 25 и 26 и полкпк чение их вторых выводов чс-чи-ч iic-nu-торы 29 и 30 к. истоклм Tri;if4ic-i-i.i(in 71 20 и 21 соответственно позволяет во втором варианте прибора обеспечи одинаковые по форме всплески на вольт-амперной характеристике прибо ра (так как элемент связи 22 включе в цепь истоков транзисторов 20 и 21 и в стабилитронную цепочку), в то время как в первом варианте может быть обеспечено разнообразие вольтамперных характеристик (например за счет использования в качестве элементов связи 7 и 8 приборов с ра ными вольт-амперными характеристиками) . В общем случае (если прибор содержит п каскадно включенных компле мёнтарных пар-полевых транзисторов со включенными параллельно им стабилитронами, а элементы связи представляют собой резисторы или проводящие перемычки) максимально розмож нов число N участков с отрицательны дифференциальным сопротивлением на вольт-амперной характеристике прибора может быть определено по формулефункционирование многоустойчивого полупроводникового прибора, в котором в качестве элементов связи используются приборы, рольт-амперны характеристики которых имеют не менее чем один участок с отрицатель ным дифференциальным сопротивлением аналогично изложенному и определяет ся особенностями перераспределения напряжения между отдельными комплементарными парами полевых транзисто ров и особенностями вольт-амперш 1х характеристик используеьак элементо связи. Число участков с отрицательным дифференциальным сопротивлением на результирующей - зольт-амперной характеристике прибор т. возрастает при этом в несколько раз. 0 По сравнению с прототипом многоустойчивый полупроводиковый прибор позволяет, не увеличивая числа полевых транзисторов (а следователь но и числа каскадов), существенно увеличить число участков с отрицательным дифференциальным сопротивлением, т.е. расширить функциональные возможности устройства за. счет увеличения числа устойчивых состояний. Это достигается тем, что внутренние комплементарные пары полевых .транзисторов коммутируются многократно, обеспечивая получение коэффициента умножения числа участков с отрицательньтм дифференциальным сопротивлением большего, чем прототипе. При возрастании от каскада с каскаду числа элементов в приборе в арифметической прогрессии число участков.с отрицательным дифференциальным сопротивлением (и, следовательно, число устойчивых состояний) возрастает в геометрической прогрессии. Многоустойчивый полупроводниковый прибор позволяет упростить некоторые из существующих устройств и разработать ряд новых. Он может быть использован в качестве негатрона в- устройствах и схемах автоматики, телемеханики, в импульсной и вычис-, Лительной технике. Применение таких приборов в ячейках памяти ЭВМ позволит увеличить объем информации, хранимой в одной ячейке, и, следовате ььно, либо сократить площадь.кристаллов полупроводниковых запоминающих устройств, либо увеличить количество хранимой в этих запоминаюп1их устройствах информации, а также уменьшить их себестоимость. Технико-экономический эффект использования данного изобретении состоит в расширении функциональных возможностей многоустойчивого полупроводникового прибора, повышении надежности устройств, реализуемых на его основе..

7J 24 ZS

26 27 29 tfe.J

Pui.2 Напряжение