Интегральный инвертор Советский патент 1979 года по МПК H01L27/00 

Настоящее изобретение относится к области интегральных полупроводниковых схем и может найти широкое применение в интегральных схемах высокой степени интеграции элементов на кристалле.

Известны интегральные схемы с инжекЦ1ИОННЫМ питанием, содержащие нагрузочные и переключательные транзисторные структуры II.

Наиболее близким по технической сущности является интегральный инжекпионный инвертор, содержащий горизонтальный нагрузочный транзистор одного типа проводимости и переключательный вертикальный транзистор противоположного типа проводимости. Эмиттерная и базовая области вертикального транзистора являются соответственно базовой и коллекторной областями горизонтального транзистора 2.

Известный интегральный инвертор обладает малым быстродействием, обусловленным глубоким насыщением вертикального переключательного транзистора во время работы.

Целью изобретения является повышение быстродействия интегрального инвертора инжекпионного типа.

Эта цель достигается выполнением переключательного транзистора в виде полевой структуры с затвором в виде р-п-перехода, который совмещен с коллекторным р-я-переходом нагрузочного транзистора, и истокоБОЙ областью, совмещенной с базовой областью того же транзистора. Стоковая область переключательного транзистора выполнена в виде металлического электрода с выпрямительным контактом и затворной области.

На фиг. 1 приведен (схематически) предлагаемый интегральный инвертор инжекционного типа, вид в плане; фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1; фиг. 3 - вариант предлагаемого инвертора, вид в плане; фиг. 4- разрез Б-Б фиг. 3.

Интегральный инвертор инжекционного типа (фиг. 1) содержит горизонтальный транзистор в цепи питания, например, р- п-р-типа с областями 1-3, соответственно эмиттерной, базовой и коллекторной; переключательный транзистор в виде полевой структуры с областью истока 2, затворной 3 и стоковой 4; контактные металлические электроды 5, б и 7, имеющие омические невыпрямляющие контакты с областями /, 3 и 4; проводящий канал 8 ге-типа проводимости полевой структуры с р-/г-переходом. Проводящий канал 8 соединяет истоковую 2 и стоковую 4 области переключательного транзистора. Тип проводимости канала и («-тип) противоположен типу проводимости

затворной области 3 переключательного транзистора.

Интегральный инвертор инжекционного типа (фиг. 2) содержит горизонтальный транзистор в цеп.и питания, нанример, п-р-п-типа с эмиттерной областью 9, базовой 10 и коллекторной //; переключательный вертикальный транзистор с истоковой областью 10, затворной 11 и стоковой областью в виде металлического электрода 12, образзющего выпрямляющий переход типа Шотки с затворной областью // переключательного транзистора; контактные металлические электроды 13 и 14, имеющие омические невыпрямляющие контакты с областями 9 и 11; проводящий канал 15 jO-типа проводимости, соединяющий истоковую 10 и стоковую (выполненную в виде металлического электрода 12) области переключательного транзистора. Проводящий канал 15 расположен в затворной области 11 переключательного транзистора и противопололсен ей по типу проводимости. Стоковая область переключательного транзистора (металлический электрод 12) и канал 15 /7-типа имеют в месте их соприкосновения омический невьшрямляющий контакт (например, при алюминиевом электроде 12 и выполнении полупроводниковой структуры на кремнии).

Предлагаемый интегральный инвертор (фиг. 1) работает следующим образом.

Эмиттерная область / горизонтального р-п-р-транзистора (фиг. 1) подключается к положительному полюсу источника тока питания, базовая область 2 заземляется. Заземляется и отрицательный полюс источника тока питания. Электрод 6 (вход инвертора) подключается к источнику входного сигнала, электрод 7 (выход инвертора) - к цепи нагрузки. Обозначим логическим О состояние замыкания данного электрода на «землю (низКий положительный потенциал О-0,1 В), логической 7 - состояние отсутствия замыкания данного электрода на «землю (высокий положительный потенциал, равный прямому падению напряжения на р-л-переходе, т. е. 0,5-0,7 В для кремниевого прибора).

При подаче сигнала логического О на электрод 6 (вход прибора) на затворной области 3 вертикального переключательного транзистора низкий положительный потенциал О-0,1 В, потенциал заземленной истоковой области 2 равен нулю, ток через р-л-переход затворная область 3 - истоковая область 2 переключательного транзистора отсутствует, переключательный транзистор заперт, проводящий канал 8 между его истокоБОЙ и стоковой областями заперт слоем объемного р-л-перехода затворная область 3 - канал 8, находящегося при нулевом или незначительном (до 0,1 В) прямом смещении. На электроде 7 (выходе прибора) - состояние логической 1 (высокий положительный потенциал, отсутствие «замыкания на землю).

При подаче сигнала логической / на электрод 6 (выход прибора) дырки, поступающие из области / в область 3, не стекают из области 3 через электрод 6, а повышают потенциал области 3. При этом р-л-переход между областью 5 и каналом 8 оказывается при значительном (0,6- 0,7 В) прямом смещении. Слой объемного разряда р-«-перехода, перекрывавщий канал 8, сужается, капал 8 отпирается и замыкает между собой истоковую область переключательного транзистора (потенциал которой равен нулю) и его стоковую область 4. При этом на стоковой области 4 и электроде 7 (выходе прибора) - «изкий потенциал (замыкание на «землю), т. е. состояние логического 0.

Существенным .преимуществом предлагаемого интегрального инвертора является то, что его быстродействие не лимитируется временем рассасывания неосновных носителей в базовой области переключательного п-р-п-транзистора, находящегося в процессе работы инвертора в состоянии глубокого насыщения.

Интегральный инвертор инжекционного типа (фиг. 2) работает аналогично. Электрод 14 - входной электрод прибора, электрод 12 - его выходной электрод.

Преимуществом данного интегрального инвертора является дальнейщее повыщение быстродействия за счет уменьщения размаха логических уровней (логического О около О-0,1 В, логической 1, определяемой прямым падевием напряжения на выпрямляющем переходе типа Шотхки между электродом 12 и базовой областью // переключательного транзистора, около 0,3- 0,4 В).

Очевидно, что предлагаемые конструкции интегральных инверторов могут быть эффективно применены и при известном использовании (вместо эмиттерных областей горизонтальных транзисторов в цепях питания) объемов полупроводника, генерирующих свободные носители заряда под действием света или другого излучения. Эти конструкции легко реализуются по известной планарной технологии изготовления биполярных интегральных схем, сохраняют все достоинства прототипа (высокую степень интеграции и малую потребляемую мощность), существенно превосходят его по быстродействию. Они могут найти щирокое применение при построении интегральных схем с большой плотностью размещения компонентов на кристалле.

Формула изобретения

1. Интегральный инвертор инжекционного типа, содержащий нагрузочный транзистор и переключательный вертикальный

транзистор, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, переключательный транзистор выполнен в виде полевой структуры с затвором в виде р-«-перехода, который совмещен с коллекторным р-«-переходом нагрузочного транзистора, и истоковой областью, совмещенной с базовой областью того же транзистора.

2. Инвертор по п. 1, отличающийс я тем, что стоковая область переключательного траизнстора выполнена в виде металлического электрода с выпрямляющим контактом к затворной области.

Источники информации, принятые во внимание нри экспертизе:

1.Патент Франции № 2.057.004, кл. Н 01 L 7/00, 1971.

2.Патент Франции № 2088,388, кл. Н 01 L 19/00, Н 03 К 19/00, 1971.

tU.Z.i

if 12f,

X , /

3 р

Фаа.2

П

Х. Л

ffff J. i lin i--d J.g ff

/p

10