31 Элементы интегральной инжекционной логики.
Интегральная
инжекционная логика (И²Л) явилась
результатом работ по совершенствованию
БИС на биполярных транзисторах. Для
построения микросхем И²Л используется
базовая структура, показанная на рис.
33.
Области p1-n1-p2 образуют горизонтальный транзистор p-n-p типа , а области n2-p2-n1 - вертикальный n-p-n типа . Горизонтальный транзистор VT1 выполняет функции инжекции дырок из эмитторной области p1 в область n1 , которая одновременно служит базой транзистора VT1 и эмиттором VT2 . Вертикальные транзисторы имеют по несколько коллекторов , образуемых областями n2. Подложка n1+ , являясь конструктивной основой ИМС, объединяет эмиттеры всех вертикальных транзисторов. При этом отпадает необходимость в изоляции отдельных элементов друг от друга , что приводит к существенному уменьшению площади , занимаемой элементом , и повышению коэффициента интеграции .
Схема замещения описанной структуры приведена на рис. 33.1.б.
Питание инжектора осуществляется источником тока I . Если ключевой транзистор предыдущего элемента (VT0) насыщен, то напряжение на эмитторном переходе транзистора VT2 (Uбэ2) снижается примерно до 50мВ и коллекторный ток Iк транзистора VT1 течёт через насыщенный транзистор VT0. При этом транзистор VT2 оказывается закрытым и на его коллекторах устанавливается напряжение высокого уровня.
Если же транзистор VT0 заперт, то напряжение на его коллекторе возрастает до уровня, ограниченного напряжением отпирания эмитторного перехода ключевого транзистора VT2. Этот уровень у транзисторов И²Л составляет 0.6...0.7В . Тогда ток Iк транзистора VT1 потечёт в базу транзистора VT2 , вводя его в режим насыщения. На коллекторах транзистора VT2, подключенных ко входам аналогичного элемента, образуются напряжения низкого уровня порядка 50мВ . Таким образом рассмотренный элемент И²Л реализует операцию НЕ с уровнем напряжений в ПЛ U¹=0.6...0.75В Uº=0.05В и логическим перепадом Uп=0.55...0.65В.
Элементы И²Л могут работать с очень малыми токами, причём быстродействие элементов растёт с увеличением силы потребляемого тока. Эта особенность позволяет получать требуемое быстродействие без разработки каких- либо модификаций элементов И²Л.
32 Получение логических функций на элементах и²л.
При анализе схем на элементах И²Л транзистор VT1 обычно заменяют генератором тока в базовых цепях ключевых транзисторов VT2 . Для получения необходимых логических функций применяют объединение коллекторов ключевых транзисторов. Например, элемент ИЛИ - НЕ на двух базовых элементах реализуется следующим образом (рис.34.1).
Рисунок 34.1
Штриховыми линиями показаны ключевые транзисторы предыдущих каскадов. Если хотя бы один из сигналов (например x1) равен 1 , т.е. заперт транзистор VT ` , то ключевой транзистор VT1 насыщен и y=0 независимо от состояния VT2 . И только в случае когда x1=x2=0 , токи генераторов будут протекать через VT ` и VT ``, а ключевые транзисторы VT1 и VT2 будут заперты и на выходе образуется сигнал y=1 .Для реализации схемы сумматора по модулю два получим это выражение в базисе И - НЕ.
33 МДП - транзисторы.
Униполярные транзисторы со структурой металл - диэлектрик - полупроводник в настоящее время являются лучшими активными элементами для БИС . Они содержат четыре электрода : сток , исток , затвор и подложку . Сток и исток формируются в виде сильно легированных областей полупроводника в подложке с противоположным типом проводимости . Канал между областями стока и истока может быть встроенным (т.е. создаваться при изготовлении ) или индуцированным , наводящимся под влиянием напряжения затвора .
Структура МДП - транзистора со встроенным каналом n - типа приведён на рис. 35.1.а , а его условное обозначение на рис.35.1.б (для p - типа рис.35.1.в
и з с
а) 
При включении между областями стока и истока МДП - транзистора со встроенным каналом n - типа напряжения Ес ток в этой цепи Iс будет протекать даже при нулевом напряжении Uзи=0 , что видно из его стоко-затворной и стоковой характеристики
Рисунок 35.2
Этот ток называется начальным током сока Iснач .
При подаче на затвор положительного напряжения относительно стока и подложки (подложка обычно соединяется с истоком ) под действием возникшего электрического поля канал обогащается поступившими в него из подложки электронами , что приводит к увеличению электропроводности канала и тока Iс . Если на затвор подать отрицательное напряжение , то произойдёт обеднение канала электронами в следствии их ухода в подложку .
33.1
При этом электропроводность канала и ток уменьшаются . Напряжение на затворе , при котором ток стока уменьшается до нуля называется напряжением отсечки Uзи отс .
Структура МДП - транзистора с индуцированным каналом отличается от приведённой тем , что при Uзи=0 сток и исток оказываются разделёнными друг от друга областью подложки тип электропроводности которой противоположен типу электропроводности областей стока и истока .
Условное обозначение и характеристики МДП - транзистора с индуцированным каналом n- типа на рис. 35.2.
Рисунок 35.3
Напряжение на затворе , при котором начинает появляться ток стока называется пороговым (Uзи пор) . У МДП - транзисторов с каналом n -типа Uзи пор не превышает 1В , а у МДП - транзисторов с каналом p - типа оно значительно больше .
Элементы на униполярных транзисторах подразделяются на потенциальные (статические) , квазистатические и динамические . По способу представления сигналов и особенностям функционирования потенциальные элементы на униполярных транзисторах подобны потенциальным элементам на биполярных транзисторах .
Работа элементов динамического типа основана на возможности представления информации в виде заряда на ёмкости . Из-за наличия токов утечек эти заряды изменяются во времени и требуется их периодическое восстановление .
Квазистатические элементы сочетают в себе отдельные признаки как потенциальных , так и динамических элементов .
Преимущество схем на униполярных транзисторах обусловлено их лучшей технологичностью (площадь МДП на кристалле в несколько раз меньше биполярного) и малой потребляемой мощностью .