2.19.6 Элементы и2л с диодами Шоттки

Использование диодов Шоттки в логических ячейках с инжекционным питанием позволяет уменьшить логический перепад и работу переключения, расширить логические возможности элементов. За счет этого сокращается число объединяемых элементов при построении более сложных устройств и повышается их степень интеграции. С уменьшением числа элементарных ячеек в сложном устройстве снижается полное время задержки сигнала.

Три схемных разновидности логических ячеек с диодами Шоттки изображены на рисунке 2.84.

В двух первых схемах диоды создаются к области коллектора вертикального n-р-n-транзистора. Для этого используется специальный технологический процесс, позволяющий уменьшить концентрацию примесей в коллекторе. В третьей схеме диоды создаются к области р-базы. При этом для изготовления вертикального n-р-n-транзистора применяется специальная технология, обеспечивающая уменьшение концентрации примесей в базе. Таким образом, все известные логические ячейки с диодами Шоттки не могут быть созданы по стандартной биполярной технологии и требуют специальных технологических процессов.

Перспективность применения МКТ с диодами Шоттки в базе (см. рис. 2.84,в) для построения функциональных устройств, в сравнении с МКТ без диодов Шоттки, демонстрируется топологическими вариантами исполнений, изображенными на рисунке 2.85. На рисунке 2.85, а изображена функциональная группа в базисе логических элементов И с инверсией и без инверсии. На рисунках 2.85, б и 2.85, в изображены топологические конфигурации этой функциональной группы на МКТ без диодов Шоттки и с диодами Шоттки в базах соответственно. Монтажное объединение коллекторов разных МКТ реализует операцию И сигналов с объединяемых коллекторов. Благодаря этому и допустимости параллельного соединения катодных входов диодов разных транзисторов упрощаются топологические конфигурации исполнения функциональных схем. Входные логические элементы И-НЕ функциональной схемы заменяются на МКТ с числом диодов на базе, равным числу входов логического элемента. Выходные логические элементы И реализуются монтажными соединениями коллекторов соответствующих МКТ. Сопоставление изображенных на рисунках топологий показывает, что для рассматриваемой функциональной группы число транзисторов и занимаемая площадь с применением МКТ с диодами Шоттки в базе сокращается в два раза.

Для примера в экспериментальных логических элементах диоды Шоттки характеризовались напряжением спрямления 0,18 В при прямом токе 1 мкА и допустимым обратным напряжением 2,2 В при том же токе. При токе базы 10 мкА ток базы одноколлекторного n-p-n-транзистора достигал 15 единиц при напряжении пробоя перехода эмиттер-база, равном 4 В, с обратным током 1 мкА. Коэффициент передачи от инжектора к базе αin при токе инжектора, равном 10 мкА, составил 0,91. Применение диодов Шоттки, снижая логический перепад, удельную емкость эмиттерного перехода, в сочетании с применением инжектора вертикальной структуры обеспечивало снижение работы переключения элемента до (0,02–0,05) пДж при времени переключения (2–5) нС, что, в свою очередь, не является пределом.

Применение элементов И2Л с приборами Шоттки (и без них), как и элементов МЭСЛ, оправдано лишь при повышенных степенях интеграции, с тем чтобы основной массив логических элементов на кристалле был задействован на функциональных устройствах цифровых преобразований. В этом случае снижение быстродействия и увеличение энергопотребления вследствие применения согласующих усилителей мощности в обрамлении функциональных устройств может быть не столь заметным в целом для функционального устройства, размещенного на кристалле.

Элементы И2Л на рисунках 2.81 — 2.85 показаны без инжекторов и размерных цепей. При назначении размеров областей МКТ, инжекторов и их взаимного расположения при проектировании топологии отдельных элементов и их массивов следует пользоваться техническими решениями и расчетными оценками, приведенными в параграфах 2.15.3, 2.15.5.