Полупроводниковая твердая схема «не—или»

О П И С А Н И Е 248847ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советский Социалистический РеспубликЗависимое от авт. свидетельстваКл, 21 д, 11/02 аявлено 22.7.1968 ( 1234531/26-9) присоединением заявкиПриоритет публиковано 18.И.1969, Бюллетеньата опубликования описания 19,Х 11.196 МПК Н митет пс делам забретений и открытипри Совете МинистровСССР 621.382.233. Осокин,халович,аяьите ПОЛУПРОВОДНИКОВАЯ ТВЕРДАЯ СХЕМА НЕ - И меньше диффузиои ры схемы р+арп является одопределяющим быстродейс гаждой из входящих в состав 2 тур при наличии открываюоходит большая часть входовышает быстродействие схещая р-область смещена отришению к обоей и-области, и 3 Выбор структу ним из факторов вие схемы. По к схемы прп-струк щего сигнала пр ного тока, что п мы. При этом об цательно по отно Твердые схемы НЕ - ИЛИ являются уни. версальными логическими элементами и широко используются для построения микроэлектронных дискретных устройств с непосредственными связями (вычислительные машины, 5 устройства, ввода-,вывода информации, цифровые вольтметры и т. д,).Известна логическая схема НЕ - ИЛИ на монокристалле полупроводника, выполненная в виде системы р - и - р - п-переходов, содер жащая один общий рп-переход и несколько управляющих переходов.Предлагаемая твердая схема НЕ - ИЛИ отличается от известной тем, что содержит две четырехслойные р+прп-структуры в одном 15 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-об ласти,ее толщина значительноной длины электронов.Вторым фактором, обеспечивающим высокое быстродействие предлагаемой схемы, является расположение электрода общей п-области, ко 1 орый обращен в противоположную сторону по отношению к другим электродам и размещен, напротив р -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-область, что, в свою очередь, устраняет возможность инжекции дырок из общей р-области в общую и-область при большом уровне открывающего схему сигнала.Сопротивление нагрузки схемы располагается 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 р+-областям снижает значение остаточного напряжения. В свою очередь, снижение остаточного напряжения является дополнительным фактором, повышающим быстродей 24884740 45 50 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 и-области, которая расположена между р+- и р-областями, в 10 - 30 раз, а толщина р+-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 полу.проводниковой твердой схемы НЕ - ИЛИ с обозначением типов проводимости каждой области,Кружками обозначены места присоединений электродных выводов, Электродные выводы от р+-областей 1 и 2 - выводы (электроды) земли. Выводы (электроды) от и-областей 3 и 4 - входы твердой схемы, Схема имеет общий выход 6, 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 а- область, 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 3, ток от электрода 6 течет к электроду 1. Напряжение выхода схемы уменьшается на выходе б от 1 до О (практически до величины остаточного напряжения). Подобным образом, когда отрицательный сигнал прикладывается к входу 4, напряжение на выходе 6 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 6 довольно высокое (близкое к напряжению источника питания). Это напряжение показывает наличие выходного сигнала и означает, что никакого входного сигнала, представленного отрицательным напряжением, не 5 10 15 20 25 Зо 35 прикладывается ни к одному из входов, Таким образом, предложенная схема является логической ячейкой НЕ - ИЛИ на два входа.В открытом состоянии схемы происходит прямое смещение ар-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 выключения схемы. Высокое быстродействие схемы ооеспечивается следующим образом. Электроны из р-области удаляются через обратно смещенный общий рп-переход схемы и далее через электрод общей а-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 ра-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 об. разом, что он обращен в противоположную сторону по отношению к другим электродам н размещен против р+-областей.Предмет изобретения1. Полупроводниковая твердая схема НЕ - ИЛИ, содержащая две четырехслойные р+пра-структуры с разделенными между собой р+а-частями и общей рп-частью структур со входами на п-областях, примыкающих к р+-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 оощей а-области размещен напротив р+- областей и обращен в противоположную сторону по отношению к остальным электродам.2. Схема НЕ - ИЛИ по п. 1, отличающаяся тем, что, с целью повышения предельной рабочей температуры схемы, толщина общей р-области в 10 - 30 раз больше толщины п-областей, примыкающих к р+-областям, и в 2 - 5 раз больше толщины р+-областей.Редактор В. Кузнецов Корректор Л. В. Юшина Заказ 3437/9 Тираж 480 ПодписноеЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРМосква Ж, Раушская наб., д. 415 Типография, пр. Сапунова, 2