Понятие логического элемента. Многоэмиттерные и многоколлекторные транзисторы цифровых ИМС. Принцип действия и особенности структуры.
Никогда не стоит останавливаться на достигнутом. Я всегда придерживаюсь этого принципа. Моя оздоровительная система не представляет собой некую застывшую константу, раз и навсегда высеченную на камнях и неизменную во веки веков. Отслеживая новые направления в медицине и нетрадиционных формах лечения, проверяя их на себе, я постоянно обновляю, дополняю эту систему новыми фактами и методиками. "Исцеление перекисью водорода" Г. П. Малахов
Понятие логического элемента. Многоэмиттерные и многоколлекторные транзисторы цифровых ИМС. Принцип действия и особенности структуры. Логическим элементом называется электрическая схема, выполняющая какую-либо логическую операцию (операции) над входными данными, заданными в виде уровней напряжения, и возвращающая результат операции в виде выходного уровня напряжения. Так как операнды логических операций задаются в двоичной системе счисления, то логический элемент воспринимает входные данные в виде высокого и низкого уровней напряжения на своих входах. Соответственно, высокий уровень напряжения (напряжение логической 1) символизирует истинное значение операнда, а низкий (напряжение логического 0) - ложное. Значения высокого и низкого уровней напряжения определяются электрическими параметрами схемы логического элемента и одинаковы как для входных, так и для выходных сигналов. Обычно, логические элементы собираются как отдельная интегральная микросхема. Основные элементы: И (логическое умножение), ИЛИ ( логическое сложение (дизъюнкция)), НЕ (логическое отрицание (инвертор)), И-НЕ (логический элемент И-НЕ выполняет операцию логического умножения над своими входными данными, а затем инвертирует (отрицает) полученный результат и выдаёт его на выход), ИЛИ-НЕ (логический элемент ИЛИ-НЕ выполняет операцию логического сложения над своими входными данными, а затем инвертирует (отрицает) полученный результат и выдаёт его на выход). В многоэмиттерных n-p-n транзисторах (МЭТ) в их базовой области создают несколько (обычно 4...8) эмиттерных областей. Основная область применения МЭТ – цифровые микросхемы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ). В этих микросхемах они включаются на входе и выполняют функцию диодной логической ячейки, состоящей из m+1 диодов, где m – число эмиттеров, являющихся входами схемы ТТЛ. Многоэмиттерный транзистор можно представить в виде совокупности отдельных n-p-n транзисторов (рис. 19.8), число которых равно числу эмиттеров. Все базовые выводы этих транзисторов, как и коллекторные, соединены между собой. Главная особенность использования МЭТ в схемах ТТЛ состоит в том, что в любом состоянии схемы, коллекторный переход МЭТ, включенного на ее входе, смещен в прямом направлении. Следовательно, отдельные транзисторы находятся в инверсном режиме, либо в режиме насыщения в зависимости от напряжения на соответствующем эмиттере.
Четыре эмиттера n+-типа расположены внутри общего базового слоя р-типа, ограниченного с боковых сторон коллекторным n-р переходом. Для подавления работы паразитных горизонтальных n+-p-n+ транзисторов расстояние между краями соседних эмиттерных областей должно превышать диффузионную длину носителей в базовом слое (обычно эта длина составляет 10…15 мкм). Расстояние между эмиттерными областями и базовым контактом увеличено, так что участок пассивной базы, имеющий малую ширину, представляет собой резистор сопротивлением 200...300 Ом. Ток базы создает на этом участке такое падение напряжения, что потенциал области 2 пассивной базы, в которой расположен базовый контакт, оказывается на 0,1...0,2 В выше потенциала активной базы, расположенной под эмиттерными переходами. При этом прямое напряжение на коллекторном переходе в области 2 будет на то же значение больше, чем в областях, граничащих с активной базой. Структура многоколлекторного транзистора (МКТ) является основной структурной единицей ИМС с инжекционной логикой (И2Л), получивших название «сверхинтегрированных», поскольку в них структуры p-n-p и n-p-n транзисторов совмещены друг с другом. Коллектор одного транзистора одновременно выполняет функцию базы другого транзистора. Благодаря такой конструкции обеспечивается значительная экономия площади поверхности, так как отсутствует необходимость дополнительных изолирующих областей и межэлементных соединений. Структура МКТ в И2Л-схеме представлена на (рис. 19.10) и представляет собой МЭТ, включенный в инверсном режиме, т.е. общим эмиттером является эпитаксиальный слой, а коллекторы – n+ области малых размеров. Важным элементом структуры в данном случае является горизонтальный p-n-p транзистор. Следует отметить, что его эмиттер в этой схеме находится рядом с базовой областью р-типа структуры. При подаче напряжения смещения на инжектор (И) дырки, инжектируемые горизонтальным p-n-p транзистором в базу МКТ, приводят его в состояние насыщения, если этот базовый ток не отводится через электрод (Б). Таким образом, данный элемент имеет два устойчивых состояния: когда МКТ транзистор находится в режиме отсечки или в режиме насыщения – в зависимости от того, есть или нет тока через электрод (Б).
1 – оксид кремния, 2 – металлические проводники, 3 – плёнка поликремния
Главной проблемой при конструировании данного транзистора является обеспечение достаточно высокого коэффициента передачи тока от общего n-эмиттера к каждому из n+-коллекторов. Это достигается расположением скрытого n+-слоя как можно ближе к базовому и расположением n+-слоев как можно ближе друг к другу.
|
