Интегральный инвертор

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(ц)519 Ю 2 Союз Советских Социалистических Республик(23) Приоритет СССР по делам изобретеии и открытий) Дата опубликования описания 11.03.79(54) ИНТЕГРАЛЬНЫЙ ИНВЕРТОР олнением пев виде полеиде р - и-пере- ЗО Настоящее изобретение относится к области интегральных полупроводниковых схем и может найти широкое применение в интегральных схемах высокой степени интеграции элементов на кристалле. 5Известны интегральные схемы с инжекционным питанием, содержащие нагрузочные и пер еключательные транзисторныеструктуры 1 Ц,Наиболее близким по технической сущ ности является интегральный инжекционный инвертор, содержащий горизонтальный нагрузочный транзистор одного типа проводимости и переключательный вертикальный транзистор противоположного типа прово димости. Эмиттерная и базовая области вертикального транзистора являются соответственно базовой и коллекторной областями горизонтального транзистора 2.Известный интегральный инвертор об ладает малым быстродействием, обусловленным глубоким насыщением вертикального переключательного транзистора во время работы.Целью изобретения является повышение 25 быстродействия интегрального инвертора инжекционного типа.Эта цель достигается выпреключательного транзисторавой структуры с затвором в в хода, которыи совмещен с коллекторным р - и-переходом нагрузочного транзистора, и истоковой областью, совмещенной с базовой областью того же транзистора. Стоковая область переключательного транзистора выполнена в виде металлического электрода с выпрямительным контактом и затворной области,На фиг. 1 приведен (схематически) предлагаемый интегральный инвертор инжекционного типа, вид в плане; фиг. 2 - разрез А - А фиг. 1; фиг. 3 - вариант предлагаемого инвертора, вид в плане; фиг. 4 - разрез Б - Б фиг. 3.Интегральный инвертор инжекционного типа (фиг, 1) содержит горизонтальный транзистор в цепи питания, например, р - и - р-типа с областями 1 - 3, соответственно эмиттерной, базовой и коллекторной; переключательный транзистор в виде полевой структуры с областью истока 2, затворной 3 и стоковой 4; контактные металлические электроды б, б и 7, имеющие омические невыпрямляющие контакты с областями 1, 8 и 4; проводящий канал 8 и-типа проводимости полевой структуры с р - и-переходом, Проводящий канал 8 соединяет истоковую 2 и стоковую 4 области переключательного транзистора. Тип проводимости канала 8 (и-тип) противоположен типу проводимости3 переключательного 1 О 15 20 25 зо 35 40 45 50 55 60 65 затворной областитранзистора.Интегральный инвертор инжекционного типа (фиг. 2) содержит горизонтальный транзистор в цепи питания, например, и - р - и-типа с эмиттерной областью 9, базовой 1 О и коллекторной 11; переключательный вертикальный транзистор с истоковой областью 10, затворной 11 и стоковой областью в виде металлического электрода 12, образующего выпрямляющий переход типа Шотки с затворной областью 11 переключательного транзистора; контактные металлические электроды 13 и 14, имеющие омические невыпрямляющие контакты с областями 9 и 11; проводящий канал 15 р-типа проводимости, соединяющий истоковую 10 и стоковую (выполненную в виде металлического электрода 12) области переключательного транзистора. Проводящий канал 15 расположен в затворной области 11 переключательного транзистора и противоположен ей по типу проводимости. Стоковая область переключательного транзистора (металлический электрод 12) и канал 15 р-типа имеют в месте их соприкосновения омический невыпрямляющий контакт (например, при алюминиевом электроде 12 и выполнении полупроводниковой структуры на кремнии).Предлагаемый интегральный инвертор (фиг. 1) работает следующим образом.Эмиттерная область 1 горизонтального р - и - р-транзистора (фиг. 1) подключается к положительному полюсу источника тока питания, базовая область 2 заземляется, Заземляется и отрицательный полюс источника тока питания. Электрод б (вход инвертора) подключается к источнику входного сигнала, электрод 7 (выход инвертора) - ,к цепи нагрузки. Обозначим логическим 0 состояние замыкания данного электрода на землю (низкий положительный потенциал 0 - 0,1 В), логической 1 - состояние отсутствия замыкания данного электрода на землю (высокий положительный потенциал, равный прямому падению напряжения на р - л-переходе, т. е.0,5 - 0,7 В для кремниевого прибора).При подаче сигнала логического 0 на электрод б (вход прибора) на затворной области 3 вертикального переключательного транзистора низкий положительный потенциал 0 - 0,1 В, потенциал заземленной истоковой области 2 равен нулю, ток через р - и-переход затворная область 3 - истоковая область 2 переключательного транзистора отсутствует, переключательный транзистор заперт, проводящий канал 8 между его истоковой и стоковой областями заперт слоем объемного р - и-перехода затворная область 3 - канал 8, находящегося при нулевом или незначительном (до 0,1 В) прямом смещении. На электроде 7 (выходе прибора) - состояние логической 1 (высокий положительный потенциал, отсутствие замыкания на землю),При подаче сигнала логической 1 на электрод б (выход прибора) дырки, поступающие из области 1 в область 3, не стекают из области 3 через электрод б, а повышают потенциал области 3. При этом р - и-переход между областью 3 и каналом 8 оказывается при значительном (0,6 - 0,7 В) прямом смещении, Слой объемного разряда р - п-перехода, перекрывавший канал 8, сужается, канал 8 отпирается и замыкает между собой истоковую область переключательного транзистора (потенциал которой равен нулю) и его стоковую область 4. При этом на стоковой области 4 и электроде 7 (выходе прибора) низкий потенциал (замыкание на землю), т. е. состояние логического О.Существенным преимуществом предлагаемого интегрального инвертора является то, что его быстродействие не лимитируется временем рассасывания неосновных носителей в базовой области переключатель- ного и - р - а-транзистора, находящегося в процессе работы инвертора в состоянии глубокого насыщения,Интегральный инвертор инжекционного типа (фиг. 2) работает аналогично. Электрод 14 - входной электрод прибора, электрод 12 - его выходной электрод.Преимуществом данного интегрального инвертора является дальнейшее повышение быстродействия за счет уменьшения размаха логических уровней (логического 0 около 0 - 0,1 В, логической,1, определяемой прямым падевием напряжения на выпрямляющем переходе типа Шоттки между электродом 12 и базовой областью 11 переключательного транзистора, около 0,3 - 0,4 В).Очевидно, что предлагаемые конструкции интегральных инверторов могут быть эффективно применены и при известном использовании (вместо эмиттерных областей горизонтальных транзисторов в цепях питания) объемов полупроводника, генерирующих свободные носители заряда под действием света или другого излучения. Эти конструкции легко реализуются по известной планарной технологии изготовления биполярных интегральных схем, сохраняют все достоинства прототипа (высокую степень интеграции и малую потребляемую мощность), существенно превосходят его по быстродействию. Они могут найти широкое применение при построении интегральных схем с большой плотностью размещения компонентов на кристалле.Формула изобретения1. Интегральный инвертор инжекционного типа, содержащий нагрузочный транзистор и переключательный вертикальныйКорректор С, фаж 922 Подписиизобретений и открытийб., д. 4/5 н аз 1 145/65 Изд.118 Тир НПО Государственного комитета СССР по делам 113035, Москва, Ж, Раушская н Ти к. фил. пред. Патент транзистор, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, переключательный транзистор выполнен в виде полевой структуры с затвором в виде о - п-перехода, который совмещен с коллекторным р - и-переходом нагрузочного транзистора, и истоковой областью, совмещенной с базовой областью того же транзистора,2, Инвертор по п. 1, отл ич а ю щийс я тем, что стоковая область переключательного транзистора выполнена в виде металлического электрода с выпрямляющимконтактом к затворной области. 5 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе: 1. Патент Франции2 057.004, кл,Н 01 1. 7/00, 1971.10 2. Патент Франции2 088,388, кл.Н 01 1. 19/ОО, Н ОЗ К 19/00, 1971.