Полупроводниковая твердая схема «не—или»

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Cîþ3 Советский

Социалистический

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Кл. 21g, 11/02

Заявлено 22.I V.1968 (№ 1234531/26-9) с присоединением заявкп №

Приоритет

Опубликовано 18.VI I.1969. Бюллетень № 24

Дата опубликования описания 19.XI I.1969

МПК Н 01t

УДК 621.382.233 (088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Авторы изобретения

Ю. В. Осокин, Д. Л. Михалович, )К. А. Кайдалов и Я. П

Заявитель

ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ ТВЕРДАЯ СХЕМА «НŠ— ИЛИ»

Твердые схемы «HE — ИЛИ» являются универсальными логическими элементами и широко используются для построения микроэлектронных дискретных устройств с непосредственными связями (вычислительные машины, устройства, ввода-;вывода информации, цифровые.вольтметры и т. д,).

Известна логическая схема «HE — ИЛИ» на монокристалле полупроводника, выполненная в виде системы р — и — р — n-переходов, содержащая один общий рп-переход и несколько управляющих переходов.

Предлагаемая твердая схема «НŠ— ИЛИ» отличается от известной тем, что содержит две четырехслойные p+npn-структуры в одном монокристалле германия; р+и-части структур разделены, рп-часть общая. Входы схемы расположены в п-областях, примыкающих к р-областям, общий выход и сопротивление нагрузки объемного типа расположено в общей р-области.

Выбор структуры схемы p+npn является одним из факторов, определяющим быстродейсгвие схемы. По каждой из входящих в состав схемы прп-структур при наличии открывающего сигнала проходит большая часть входHOPED тока, что повышает быстродействие схемы. При этом общая р-область смещена отрицательно по отношению к обо ей -области, и ее толщина значительно меньше диффузионной длины электронов.

Вторым фактором, обеспечивающим высокое быстродействие предлагаемой схемы, является расположение электрода общей п-области, ко1орый обращен в противоположную сторону по отношению к другим электродам и размещен, напротив p+-областей. Это обеспечивает небольшую величину сопротивления растекания от электрода п-области до общего п — р-перехода схемы, и, таким образом, небольшое падение напряжения на этом сопротивлении при протекании большей части входного тока через электроды вход — общая п-oáëàñòü, что, в свою очередь, устраняет возможность инжекции дырок из общей р-области в общую п-область при большом уровне открывающего схему сигнала.

Сопротивление нагрузки схемы располагает20 ся в общей р-области между электродами питания и выхода схемы. Отсутствие внешнего соединения активных элементов с сопротивлением нагрузки дает возможность не только увеличить надежность твердых схем, но и упрощает технологшо их изготовления.

Максимальное приближение электрода выхода к p+-областям снижает значение остаточного напряжения. В свою очередь, снижение остаточного напряжения является дополни30 тельным фактором, повышающим быстродей248847

55 ствие схемы, так как для схем с,непосредственными связями с уменьшением остаточного напряжения уменьшается время задержки сигнала в расчете на один каскад.

Выбр аны следующие соотношения р азмеров отдельных областей: толщина той части п-области, которая расположена между p+- и р-областями, в 10 — 30 раз, а толщина p+-области в 2 — 5 раз меньше толщины общей р-области.

Это дает возможность повысить максимальную рабочую температуру твердой схемы. Соотношения толщин областей определяют соотношение величин, входных и выходных токов, т. е. определяют нагрузочную способность схемы.

Кроме того, это соотношение в режиме открывания схемы дает возможность получить оптимальную связь между остаточным напряжением схемы и ее сопротивлением нагрузки.

На чертеже схематически изображен кристалл полупроводниковой твердой схемы

«НŠ— ИЛИ» с обозначением типов проводимости каждой области.

Кружками обозначены места присоединений электродных выводов. Электродные выводы от p+-областей 1 и 2 —. выводы (электроды)

«земли». Выводы (электроды) от гг-областей

3 и 4 — входы твердой схемы. Схема имеет общий выход 5, минимально отдаленный от р+-областей. В общей р-области расположено сопротивление нагрузки между выходом 5 и электродом б, присоединенным к минусу источника питания.

К общей части и-типа к выводу (электроду)

7 прикладывается такой потенциал, при котором осуществляется положительное смещение р — и-перехода общая р-область — общая .чобласть, например, вывод 7 может быть электродом «земля».

Когда сигнал (при годключенном источнике питания минус — на электрод 6 и плюс — на электроды 1, 2 и 7) прикладывается ко входу

8, ток от электрода 6 течет к электроду 1. Напряжение выхода схемы уменьшается на выходе 5 от «1» до «О» (практически до величины остаточного напряжения). Подобным ооразом, когда отрицательный сигнал прикладывается к входу 4, напряжение на выходе 5 также уменьшается от «1» до «О». То же происходит и при подаче отрицательного напряжения на оба входа одновременно. Если сигналов на входах нет, то,напряжения,на выходе 5 довольно высокое (близкое к напряжению источника питания). Это напряжение показывает наличие выходного сигнала и означает, что никакого входного сигнала, представленного отрицательным напряжением, не

35 прикладывается ни к одному из входов. Таким образом, предложенная схема является логической ячейкой «НŠ— ИЛИ» на два входа.

В открытом состоянии схемы происходит прямое смещение ггр-перехода между и-областью, примыкающей к р+-области, и общей р-областью. При прямом смещении указанного пр-перехода инжектируются, главным образом, электроны из и-области в общую р-область, что может привести к,накапливанию заряда электронов в р-области и задержке выключепия схемы. Высокое быстродействие схемы ооеспечивается следующим образом.

Электроны из р-области удаляются через обpamo смещенный общий рп-переход схемы и далее через электрод общей п-области.

Так как указанный электронный ток, как правило, составляет большую часть входного тока схемы, то при достаточно высоком уровне открывающего входного сигнала при достижении определенной величины падения напряжения сопротивления растекания от элекгрода общей и-области до общего рп-перехода схемы может произойти прямое смещение общего рн-перехода схемы, препятствующее удалению электронного заряда из р-области, а следовательно, может значительно ухудшиться быстродействие схемы, если не принять специальных мер. В данной схеме малая величина сопротивления растекания от общей и-области до общего рп-перехода схемы достигается расположением указанного электрода таким образом, что он обращен в противоположную сторону по отношению к другим электродам и размещен против p+-областей.

Предмет изобретения

1. Полупроводниковая твердая схема «НЕ—

ИЛИ», содержащая две четырехслойные р+ггр г-структуры с р азделенным и между собой р+гг-частями и общей ргг-частью структур со входами íà п-областях, примыкающих к

p+-областям, отличающаяся тем, что, с целью повышения быстродействия и уменьшения остаточного напряжения, сопротивление нагрузки схемы расположено в общей р-области между электродами питания и выхода, а электрод общей п-области размещен напротив p+областей и обращен в противоположную сторону по отношению к остальным электродам.

2. Схема «НŠ— ИЛИ» по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью повышения предельной рабочей температуры схемы, толщина общей р-области в 10 — 30 раз больше толщины и-областей, примыкающих к р+-областям, и в 2—

5 раз больше толщины p+-областей.

248847

Составитель М. Помфирова

Техред 3. Н. Таракенко

Редактор В. Кузнецов

Корректор Л. В. Юшина

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 3437)9 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва )К-35, Раушская наб., д. 4 5