历史百科网

集成注入逻辑电路

[拼音]:jicheng zhuru luoji dianlu

[外文]:integrated injection logic

在NPN晶体管的基极接有PNP晶体管作为恒流源,采用公共发射区,集成多个NPN晶体管倒相器的基本门电路,简称I2L电路。将这类基本门电路前后串接起来,经过适当组合,即可实现各种逻辑功能。在前后串接组合时,本级恒流源电流既可作为前级的负载电流,又可作为本级基极注入电流,这取决于前级门的状态是通导还是截止。

I2L电路是70年代初发展起来的一种高集成密度、双极型逻辑电路。它是在常规双极型集成电路工艺的基础上经过改进而成。I2L电路无需隔离,结构紧凑,不用电阻,可以获得很高的集成度和集成密度,并在低功耗下有较高的速度。

I2L电路采用PNP横向晶体管作为恒流源。横向晶体管是指PNP或NPN晶体管的发射区、基区、集电区是沿芯片的平面方向分布,即从发射极到集电极的电流是在芯片内横向流动。硅双极型集成电路主要用 NPN晶体管构成。在以 NPN晶体管为主体的集成电路中,如需要兼用PNP晶体管时,其方法之一是制作横向PNP晶体管。横向PNP晶体管制作简单,能与NPN晶体管工艺兼容,不增加工序。在扩散NPN晶体管基区的同时,即可制作横向PNP晶体管的发射区和集电区(发射区作为注入条也可再扩散,加深掺杂浓度)。横向 PNP晶体管的缺点是截止频率较低,电流放大系数在2~5之间,少数可达10左右。

I2L电路的倒相管采用公共发射区的纵向NPN晶体管。它与通常的纵向NPN晶体管不同,其集电区在上方,公共发射区在下方。

恒流源晶体管的发射极是一个P型注入条,横向晶体管的基区和集电区,分别是纵向晶体管 NPN的发射区和基区。当P型注入条加上正电压后(I2L电路的电源),注入条向 N型基区注入空穴,空穴渡越该基区后被集电区收集。被收集在 PNP晶体管集电区的空穴有两个可能的去向:

(1)作为NPN晶体管的基极注入电流(如果前级NPN晶体管处于截止状态),导致NPN晶体管的导通;

(2)作为前级NPN晶体管的集电极电流,如果前级NPN晶体管处于导通状态,则该空穴电流流向前级 NPN晶体管。因其饱和压降较小,本级NPN晶体管的发射结电压也就很小,即本级NPN晶体管处于截止状态(图2)。因此,I2L电路的工作过程,实质上就是由外部注入条注入的少数载流子在集成器件体内转移,引起基本门导通或截止。

I2L电路实际上是由直接耦合晶体管逻辑电路(DCTL)演变而来的。DCTL电路的结构简单,但存在严重缺点。其中,最突出的是“抢电流”现象(见电阻-晶体管逻辑电路)。I2L电路采用DCTL电路形式,而负载不用电阻器,以一个负载和一个晶体管组成倒相器。I2L电路所采用的 NPN晶体管使用倒相结构,反向工作。将通常双极集成电路中的NPN晶体管的集电区作为 I2L电路内NPN晶体管的发射区,将发射区作为I2L电路内NPN晶体管的集电区。I2L电路的NPN晶体管的发射区,具有公共接地的特点。电路中所有NPN倒相管之间无需隔离,缩小了芯片面积。以共基极接法的横向晶体管PNP恒流源代替 DCTL电路中的扩散电阻,使功耗降低,面积缩小。I2L电路的基本门,可方便地扩展成多个倒相输出门而并不增加太多面积,只要在基本门的基区上扩展多个 NPN晶体管的集电区即可。多个集电区是相互隔离的,在功能上都相当于输入信号的倒相。图1为多集电极输出倒相门的电路形式和结构的剖面。

I2L电路的优点是:

(1)制造工艺简单,管芯面积小,在双极型电路中有较高的集成密度;

(2)低功耗,可在低电压和低电流情况下工作,有较好的功耗与延迟时间乘积。I2L电路最主要的缺点是:

(1)速度较低,其主要原因是PNP横向晶体管PNP的电流增益低,NPN晶体管的结电容较大,基区串联电阻较大,导致横流源对倒相管的充放电时间较长;

(2)反方向运用的NPN晶体管(发射区在下,集电区在上)的基区存在少数载流子减速场,截止频率较低;

(3)I2L电路本身是一种饱和型开关电路,在晶体管内部存在过剩的存储电荷,增加了电路的开关时间。再有,I2L电路的逻辑摆幅小,抗干扰能力差,以及多块I2L逻辑电路 使用时,存在着注入电流在各电路块中能否均匀分配等问题。为克服这些缺点,已研制出若干种改进形式的I2L逻辑电路,如自对准I2L电路、离子注入掺杂工艺I2L电路、等平面隔离I2L电路、肖特基I2L电路、上扩散I2L电路和衬底馈电逻辑电路等。

参考书目

复旦大学微电子教研组编:《集成电路设计原理》,人民教育出版社,北京,1978。

严正声明:本文由历史百科网注册或游客用户牧原自行上传发布关于» 集成注入逻辑电路的内容,本站只提供存储,展示,不对用户发布信息内容的原创度和真实性等负责。请读者自行斟酌。同时如内容侵犯您的版权或其他权益,请留言并加以说明。站长审查之后若情况属实会及时为您删除。同时遵循 CC 4.0 BY-SA 版权协议,尊重和保护作者的劳动成果,转载请标明出处链接和本声明内容:作者:牧原;本文链接:https://www.freedefine.cn/wenzhan/64432.html

赞 ()
我是一个广告位
留言与评论(共有 0 条评论)
   
验证码: