Инжекционный элемент И - НЕ Советский патент 1992 года по МПК H01L27/04 

Изобретение относится к микроэлектронике и может быть использовано при создании конструкций логических функционально-интегрированных элементов минимального объема для комбинационных сверхбольших интегральных схем (СБИС).

Известна схема транзисторно-транзисторной логики с инжекционным питанием, содержащая многоэмиттерный п - р - п-тран- зистор, переключательную схему и инжектирующий р - п - р-транзистор, эмиттер которого соединен с источником питания, а коллектор и база - соответственно с базой и коллектором многоэмиттерного транзистора.

Недостатком данной схемы является малая плотность компоновки из-за большого количества резисторов и соединяющих проводников переключательной схемы.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемого является элемент И- НЕ, содержащий многоэмиттерный п - р - n-транзистор, переключательный п - р - п- транзистор, база которого соединена с коллектором многоэмкперного транзистора,

эми чер - с общей шиной, а коллектор явтг.- ется выходом элемента, входами которого являются эмиттеры многоэмиттерного транзистора.

Недостатками данного элемента являются большая потребляемая мощность и малая плотность комло.-ювки.

Цель изобретения - уменьшение потребляемой мощности и повышение плотности компоновки.

Поставленная цель достигается тем, что инжекционный элемент И-НЕ, содержащий многоэмиттерный п- р- n-транзистор, переключательный п -р - n-транзистор, база которого соединена с коллектором многоэмиттерного транзистора, эмиттер - с общей шиной, а коллектор является выходом элемента, входами которого являются эмиттеры многоэмиттерного транзистора, первый инжектирующий р - п - р-транзистор, эмиттер которого соединен с источником питания, а коллектор и база - соответственно с базой и коллектором многоэмиттерного транзис.ора, содержит дополнительный инжектирующий р - п - р-транзистор, эмиттер

сл

с

XI

Јь N X Ы 00

которого соединен с шиной питания, база - с общей шиной, а коллектор - с базой переключательного транзистора, эмиттеры инжектирующих р - п - р-транзисторов совмещены с подложкой, база первого р - п - р-транзистора совмещена с коллектором многоэмиттерного транзистора в первой эпитаксиальной области, расположенной в подложке, база дополнительного р - п - р- транзистора и эмиттер переключательного п - р - n-транзистора совмещены во второй эпитаксиальной области, расположенной в подложке, в первой эпитаксиальной области содержится третья эпитаксиальная область, в которой совмещены коллектор первого инжектирующего р - п - р-транзистора v база многоэмиттерного транзистора, вторая эпитаксиальная область содержит четвертую эпитаксиальную область, в которой совмещены коллектор дополнительного р - п - р- и база переключательного п - р - n-транзистора, а также расположена область п -р - п-транзи- стора.

Элемент И-НЕ обладает более высокой степенью интеграции и меньшей потребляемой мощностью, что обеспечивается введением первого и второго инжектирующих тра зисторов, выполняющих нагрузочные и токозадающие функции, функционально интегрированных с многоэмиттерным и переключательным п - р - л-транзисторами.

На фиг. 1 представлена конструкция ин- жекционного элемента И-НЕ; на фиг. 2 - принципиальная схема устройства.

Инжекционкый элемент И-НЕ содержит многоэмиттерный и переключательный транзисторы п р - n-типа, структуры которых сформированы на р -подложке 1 с концентрацией более 5 10 см , к подложке 1 подключен через сквозную диффузионную область 7 металлизированный электрод 2 питания. В подложке 1 совмещены эмиттеры инжектирующих первого и дополнительного р-п-р-транзисторов 21 и 22. В первой пэл1 эпитаксиальной области 3 толщиной 3 мкм с концентрацией 1017 совмещены коллектор многоэмиттерного п - р - п-транзистора 20 и база первого инжектирующего р - п - р-транзистора 211. Во второй пЭП2 эпитаксиальной области 4 с такими же параметрами, что и у области 3, совмещены база инжектирующего р - п - р-транзистора 22 и эмиттер переключательного п - р - п-транзистора 23; к этой же области через глубокую диффузионную под- контактную область ni4+ 16 подключен электрод 5 общей шины. Над областью пэп1 3 расположена третья рЭпГ эпитаксиальная область 6 первого типа проводимости толщиной 2-4 мкм с концентрацией (3 - 5) х хЮ15 , в которой совмещены база многоэмиттерного п - р - п-транзистора 20 и коллектор первого инжектирующего р - п р-транзистора 21. Область 6 содержит диффузионные области щ 8 и П2 9, являющиеся эмиттерами многоэмиттерного транзистора 20, к которым подключены входные электроды 10, 11. Над областью пэп2 4 расположена четвертая р эп2 эпитаксиальная область 12 первого типа проводимости с такими же параметрами как у области рэпГ 6. В области 12 совмещены база переключательного п - р - п-транзистора 23 и

коллектор дополнительного второго инжектирующего р - п - р-транзистора 22. Область р эп2 содержит, во-первых, диффузионную область пз 13, к которой подключен выходной электрод 14, во-вгорых, диффузионную

подконтактную область р2+ 17. К области Р2+ 17 подключен металлизированный проводник 15, гоединяющий базу переключательного п - р - п-транзистора 23 и коллектор многоэмиттерного п-р-п-транзистора 20.

Для отделения областей 6 и 12 от разделяющей диффузионной области 7 сквозь эпитаксиальную пленку р эп проводится диффузия п+с концентрацией 5 1018 см , формирующая боковые коллекторные

области пи 18 в структуре многоэмиттерного п - р - п-транзистора 20 и боковую эмиттерную область ni2+ 19 переключательного п -р- п-транзистора 23. Области Ш2+ 19 и Ш4+ 16 имеют такую же концентрацию, что

и области пц+ 18.

На принципиальной электрической схеме инжекционного элемента И-НЕ - многоэмиттерный п - р - п-транзистор 20, первый инжектирующий р - п - р-транзистор 21, второй дополнительный инжектирующий р - п - р-транзистор 22,переключательный п - р - п-транзистор 23.

Инжекционный элемент И-НЕ работает следующим образом.

Для обеспечения работы на подложку 1 подается напряжение питания Е (1,5- 1,7 В).

Е 11бэ23 + U6K20 + UK3H21,

где Убэ23 - напряжение на открытом перехо- де база - эмиттер переключательного п-р- п-транзистора 23;

11бк20 - напряжение на открытом переходе база - коллектор многоэмиттерного п - р -п-транзистора;

11кэн21 - напряжение коллектор - эмиттер насыщения первого инжектирующего р - п -р-транзистора 21.

Режим 1. При подаче хотя бь, на один входной электрод 10 напряжения логичес ко го нуля - низкого уровня напряжения, открыты переходы база - эмиттер много- эмиттерного п - р - п-транзистора 20, первого и второго дополнительного р - п - р-транзисторов 21, 22. Переходы база - эмиттер переключательного п-р-п-транзи- стора 23, база - коллектор многоэмиттерно- ro n - р- п-транзистора 20, первого и второго дополнительного инжектирующих р - п - р- транзисторов 21 и 22 смещены в прямом направлении, находятся на границе отпирания, переход база - коллектор переключательного п - р - п-транзистора 23 закрыт. Многоэмиттерный п - р - п-транзистор 20, первый и второй дополнительный инжекти- рующие р - п - р-транзибторы 21, 22 работают на границе насыщения, переключательный п - р - п-транзистор 23 закрыт. На выходе схемы напряжение 1 определяемое подобной нагрузочной схемой.

Режим 2. Если на все входные электроды подать напряжение 1 - высокий уровень напряжения, то открыты все переходы, кроме перехода база - эмиттер многоэмит- терного п - р - п-транзистора 20. Многоэмит- терный п - р - п-транзистор 20 работает в инверсном режиме, первый и второй дополнительный инжектирующие р - п - р-транзи- сторы 21, 22, а также переключательный п - р - п-транзисторы 23 насыщены, на выхо- де - низкий уровень напряжения (напряжение О).

Из режимов работы следует, что данная схема и соответствующая ей конструкция выполняют логическую функцию И-НЕ.

Изменение конструкции связано с введением инжекционного питания базы многоэмиттерного п - р - п-транзистора 23 в совокупности с использованием инжекционного питания базы многоэмиттерного п - р - п-транзистора 20. функциональной интеграцией - объединением в одной области эмиттеров первого и второго инжектирующих р- п - р-транзисторов 21, 22, базы первого инжектирующего р - п - р-транзистора 21 и коллектора многоэмиттерного п - р - п-транзистора 20, коллектора первого инжектирующего р - п - р-транзистора 21 и базы многоэмиттерного п - р - п-транзистора 20, базы дополнительного инжектирую- щего р - п - р-транзистора 22 и эмиттера переключательного п - р - п-транзистора 23, коллектора дополнительного инжектирующего р - п - р-транзистора 22 и базы переключательного п - р - п-транзистора 23. Таким образом, по отношению к прототипу предложенный инжекционный элемент И- НЕ не содержит резисторов, имеет не 10

областей и 3 электрических проводника, а 8 областей и 1 электрический проводник 15, что приводит к увеличению плотности компоновки. Использование инжекционного питания как многоэмиттерного, так и переключательного п - р - п-транзисторов 20 и 23 с помощью первого и второго дополнительного инжекционных р - п - р-транзисторов 21, 22 снижает потребляемую мощность.

Инжекционные элементы И-НЕ с меньшей площадью и потребляемой мощностью позволяют создавать на одном кристалле большее количество вентилей, что приводит к созданию более дешевых микроэлектронных устройств.

Формула изобретения

1.Инжекционный элемент И-НЕ, содержащий многоэмиттерный п - р - п- транзистор, переключательный п - р - п- транзистор, база которого соединена с коллектором многоэмиттерного транзистора, эмиттер - с общей шиной, а коллектор является выходом элемента, входами которого являются эмиттеры многоэмиттерного транзистора, первый инжектирующий р - п - р-транзистор, эмиттер которого соединен с источником питания, а коллектор и база - соответственно с базой и коллектором многоэмиттерного транзистора, отличающийся тем, что, с целью уменьшения потребляемой мощности, он содержит дополнительный инжектирующий р - п р-транзистор, эмиттер которого соединен с шиной питания, база - с общей шиной, а коллектор - с базой переключательного транзистора.

2.Элемент по п. 1, отличающий с я тем, что, с целью повышения плотности компановки, эмиттеры инжектирующих р - п

-р-транзисторов совмещены с подложкой, база первого р - п - р-транзистора совмеще на с коллектором многоэмиттерного транзистора в первой эпитаксиальной области, расположенной в подложке, база дополнительного р - п - р-транзистора и эмиттер переключательного п - р - п-транзистора совмещены во второй эпитаксиальной области, расположенной в подложке, в первой эпитаксиальной области содержится третья эпитаксиальная область, в которой совмещены коллектор первого инжектирующего р

-п - р-транзистора и база многоэмиттерного транзистора, вторая эпитаксиальная область содержит четвертую эпитаксиальную область, в которой совмещены коллектор дополнительного п - р - Пттранзистора, а также расположена область п - р - п-транзистора.

4Emir fi Sxjвхг

2 Ч 7 6 f ff .// V

gg4-Mg4a2

/tf

Использование: при создании конструкций логических функционально-интегрированных элементов минимального объема для комбинационных сверхбольших интегральных схем. Сущность изобретения: в логический элемент И-НЕ введены первый и второй инжектирующие р - п - р-транзисто- ры, выполняющие нагрузочные и то- козадающие функции, конструктивно совмещенные со структурами многоэмит- терного и переключательного п - р - п-трэн- зисторов. 2 ил.