DE2756777B2

DE2756777B2 - Digitalschaltungselement

Info

Publication number: DE2756777B2
Application number: DE2756777A
Authority: DE
Inventors: Pham Ngu Paris Tung
Original assignee: Thomson CSF SA
Current assignee: Thales SA
Priority date: 1976-12-21
Filing date: 1977-12-20
Publication date: 1980-12-18
Also published as: DE2756777C3; JPS53114363A; DE2756777A1; CA1098595A; FR2375722A1; US4155014A; GB1576169A; FR2375722B1

Description

die Spannung V₈₈ deutlich kleiner ist als die Spannung Vcc also beispielsweise Vbb - 1 V und Vcc- 2 V.

Die Pig.3 und 4 zeigen eine Schaltung, in der der Transistor T₂ drei N-Emitter hat. Zwei von ihnen, die Emitter £i und E₂, können an eine Spannung mit zwei Werten gelegt werden, von denen die eine dem Zustand 1 entspricht und größer als 1 V ist, während die andere dem Wert 0 oder Massepotential entspricht

Der Emitter £ί ist mit der P-Basis eines Transistors T₃ verbunden, dessen Emitter an Masse liegt und dessen Kollektor einen der Ausgänge der Schaltung bildet

Die Schaltung arbeitet folgendermaßen: Die beiden Emitter E\ und E₂ sind die Eingänge der Schaltung, während der Kollektor Cihr Ausgang ist

Wenn einer der Eingänge E\ oder E₂ an Masse liegt (Wert 0) schließt sich der Strom /= //»+(Ι-Λρ) Ice, wobei otp die Verstärkung des Transistors 71 in Basisschaltung ist, über den entsperrten Basis-Emitter-Übergang des Transistors T₂ zur Masse und es fließt kein Strom in der Basis des Transistors T₃. Wenn der Emitter des letzteren an Masse liegt, ist er gesperrt und der Ausgang Cführt den Wert 1.

Dasselbe gilt, wenn die beiden Eingänge den Wert 0 führen. Wenn keiner der Eingänge den Wert 0 führt, d. h. wenn alle beide den Wert 1 führen, schließt sich der Strom Ibb zur Masse über den Basis-Emitter-Übergang des Transistors T₃, der leitend sein wird und dessen Ausgang Cden Wert 0 führen wird.

Die vorstehende Schaltung weist eine weitere Besonderheit auf:

Wenn die beiden Eingänge den Wert 0 führen, wird jeder eine Hälfte des von dem Transistor T₂ gelieferten Stroms empfangen, d. h. wenn dieser Ausgangsstrom / ist, gilt/= /ei + I_E2.

Es gilt daher folgende Wahrheitstabelle:

Ib

0
0
1
1

0
1
0

0 0 0

Die Verteilungen der Ströme in den Eingängen E_x und E₂ und der Basis des Transistors T₃, alt ο /ei, Ie₂ und /* sind:

/κι + /e2 + Ib = [Ibb + (1 -λ_ρ) Ice] α»

wobei »ρ und <x_n die Verstärkungen in Basisschaltung der Transistoren 71 bzw. T₂ sind.

Da <%„ sehr nahe bei 1 und u_p sehr nahe bei 0 liegt, wie weiter oben ersichtlich geworden ist, kann daher geschrieben werden:

h + Ie\ + Ie2 = Ibb + Ice

Es ist somit zu erkennen, daß die Summe dieser drei Ströme konstant ist, was erklärt, daß eine Einrichtung zur Verteilung des Emitterstroms zur Verfügung steht, die gestattet, Stromsignale mit dsm Wert 1/2 und dabei' drei Stromwerte für die Ströme der Emitter £Ί und E₂ zu haben.

Es können beliebig viele Emitter vorgesehen werden, wodurch sich von l/n bis 1 abgestufte Werte mit Stufen von l/n ergeben, was die Möglichkeit eröffnet, Analog/Digital-Wandler herzustellen. Hinsichtlich des Ausgangs C und der Eingänge E\ und E₂ arbeitet die

ίο Schaltung wie eine komplementierte UND-Schaltung, d. h. wie eine NAND-Schaltung.

Die F i g. 4 und 5 zeigen im Schnitt bzw. in Draufsicht zwei Ausführungsbeispiele von integrierten Schaltungen, die die Schaltung von F i g. 3 als Ersatzschaltung haben.

In diesem Fall ist das Substrat ein P-leitendes Substrat Auf dieses Substrat ist durch Epitaxie eine N-Zone aufgebracht worden und für jedes Bauelement sind eine vergrabene N+-Schicht sowie P+-Isolierwände vorgesehen. Die anderen Element? werden durch Diffusion oder Implantation in der Schicht N über SiOi-Masken erhalten, wenn das Substrat aus Silicium besteht

Die Schaltung von Fig. 6 unterscheidet sich von der von F i g. 3 durch die Tatsache, daß sie zwei symmetrische Schaltungselemente enthält, die den gleichen Aufbau wie das von F i g. 3 haben, wobei das eine aus einem PNP-Transistor 711 und einem NPN-Transistor T₂i mit mehreren Emittern besteht, während das andere aus Transistoren Tn und T₂₂ besteht, bei welchen es sich um die gleichen Typen wie bei den Transistoren 711 bzw. T₂₁ handelt

Zwei Emitter, die zu den Transistoren 7Ji bzw. T₂₂ gehören, sind mit dem Punkt B, d. h. mit der Basis des Transistors T₃ verbunden, der wie in F i g. 3 geschaltet ist Die Spannungen Vss und Vcc werden an die Basen und an die Emitter der Transistoren T_n bzw. Ti₂ angelegt

Die Wahrheitstabelle dieser Schaltung sieht offenbar folgendermaßen aus:.

0 0

1 1

1
0
1
0

Es gilt nämlich im wesentlichen folgende Gleichung:
Ib + /ei + ki = 2/tt

Die logische Beziehung ist eine NOR-Verknüpfung. Die Schaltung von F i g. 5 kann verallgemeinert werden, indem an jedem Transistor T₂\ oder Tu mehrere Eingänge A₁, A₂, Bu B₂ benutzt werden. Es ergibt sich dann eine integrierte Schaltung wie sie in F i g. 7 in Draufsicht dargestellt ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

1 hergestellt werden, die aus vier Schichten aufgebeut Patentansprüche; sind, welche drei halbleitende Übergänge bilden. Die Mehrzahl von ihnen enthält einen lateralen Transistor,

1. Digitalschaltungselement, das auf einem ge- d, h. einen Transistor, in welchem der Strom parallel zu meinsamen Substrat als integrierte Schaltung 5 der Oberfläche des Substrats fließt, und einen aufgebaut ist, mit einem ersten, lateralen Transistor transversalen oder vertikalen Transistor, <L h. einen gegebenen Leitungstyps (pnp bzw. npn), dessen Transistor, in welchem der Strom senkrecht zu dieser Basis und Emitter auf konstante Potentiale gelegt Oberfläche fließt Ein solcher Schaltungsaufbitü in z. B. sind, und einem zweiten, vertikalen Transistor in Electronics, Feb. 6,1975, S. 84,85, beschrieben, komplementären Leitungstyps (npn bzw. pnp), 10 Diese Digitalschaltungselemente haben einen großen dessen Basis mit dem Kollektor des ersten Nachteil; die Verstärkung des lateralen Transistors ist Transistors und dessen Kollektor mit der Basis des immer klein und, um dem abzuhelfen, ist man ersten Transistors verbunden sind, wobei der zweite gezwungen, auf gewisse Hilfsmittel zurückzugreifen, Transistor mehrere Emitter aufweist, gekenn- nämlich beispielsweise vergrabene N+-Schichien zu zeichnet durch folgende Merkmale: 15 ve.-wenden, da der laterale Transistor im allgemeinen

a) mindestens einer der Emitter (E₁, E₂) des ^ⁱⁿ PNP-Transistor ist, um den vertikalen Strom zu zweiten Transistors (T₂) bildet mit Masse den begrenzen, der in diesen Transistoren eine der Eingang einer digitalen Verknüpfungsschal- Hauptursachen für seine geringe Verstärkung ist _tur)g. Ziel der Erfindung ist es, ein Digitalschaltungselement

b) ein andfer?r Emitter des zweiten Transistors (T₂) ²⁰ dieser Art zu schaffen, bei dem die geringe Verstärkung ist mit der Basis eines dritten Transistors (T₃) ^des teterden Transistors durch weitere Verstärkung gleichen Leitungstyps wie der erste Transistor kompensiert werden kann, ohne den Stromverbrauch (Ti) verbunden- wesentlich zu steigern. Ferner soll mit diesem

c) der Emitter des dritten Transistors (T₃) liegt an Digitalschaltangselement eine vorteilhafte digitale VerMasse-und ^M knflp'uigsscnaltung geschaffen werden.

d) der Kollektor (C) des dritten Transistors (T₃) ^Das erfindungsgemäße Digitalschaltungselement ist bildet mit Masse den Ausgang der digitalen im Anspruch 1 gekeniEeichnet Verknüpfungsschaltung. . Υ^οηα^ Weiterbildungen der Erfindung ergeben

sich aus den Unteransprüchen.

2. Digitalschaltungselement nach Anspruch t, 30 Mehrere Ausfühnuigsbeispiele der Erfindung werden dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat (1) ein im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen P-Halbleiter ist, auf dem zwei N-Zonen gebildet sind, näher beschrieben. Es zeigt

die jeweils von dem Substrat durch eine vergrabene F i g. 1 das Schaltbild einer Einrichtung, die das

N+-Schicht getrennt sind, und daß die N-Zonen und Verständnis der Erfindung erleichtert, die N⁺-Schichten voneinander uirch Wände aus 35 F ig. 2 im Vertikalschnitt die Einrichtung von F ig.l, P+-Zonen getrennt sind. F i g. 3 das Prinzipschaltbild des Digitalschaltungsele-

3. Digitalschaltungselement nach Anspruch 1 oder ments nach der Erfindung,

2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Transi- Fig.4 im Vertikalschnitt das Digitalschaltungsele-

stor (T₂) drei Emitter aufweist, von denen zwei die ment nach der Erfindung,

Eingänge einer NAND-Schaltung bilden. "o F i g. 5 eine Draufsicht auf eine weitere Ausführungs-

4. Digitalschaltungselement nach einem der form des Digitalschaltungselements nach der Erfindung, vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, F i g. 6 ein Beispiel einer Digitalschaltung, in welcher daß ein vierter und ein fünfter Transistor (Ti2, Tn) das Digitalschaltungselement nach der Erfindung vorgesehen sind, die analog dem Aufbau des ersten benutzt wird, und

und zweiten Transistors (Ti, T₂) aufgebaut und 43 Fig. 7 dia Digitalschaltung von F ig. 6 in Draufsicht

geschaltet sind, und daß ein Emitter des fünften Die F i g. 1 und 2 zeigen eine Anordnung aus einem

Transistors (Ta) ebenfalls mit der Basis des dritten PNP-Transistor T_t und einem NPN-Transistor T₂, die in

Transistors (T₃) verbunden ist . der abgegebenen Weise miteinander verbunden sind,

5. Digitalschaltungselement nach einem der wobei die N-Basis des Transistors Ti mit dem Kolirktor vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ihre 50 gleichen Leitungstyps des Transistors T₂ verbunden ist Verwendung als Analog/Digital-Wandler, wobei der und wobei der P-Kollektor des Transistors Ti mit der zweite Transistor (T₂) eine Mehrzahl von Emittern Basis des Transistors T₂ verbunden ist Die Anordnung aufweist ist auf einem P-Substrat 1 integriert. Der Emitter des

Transistors Ti ist eine P⁺-leitende Zone, die gleichzeitig

33 mit einer Schicht 3 gleichen Leitungstyps und gleicher

Dotierung diffundiert worden ist

Diese beiden Diffusionen sind in einer N-Zone 4

Die Erfindung betrifft ein Digitalschaltungselement gebildet, von welcher ein Teil als Basis des Transistors nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. T₁ und der andere Teil als Kollektor des Transistors T₂

Digitalschaltungselemente dieser Art sind bekannt 60 dient

(vgl. Complementary Transistor Micrologic Integrated Schließlich sind in die Zone 3 eine N+ -leitende Zone

Circuits, Fairchild, Datenblatt, September 1967, Seite 1 5, die als Emitter des Transistors T₂ dient, und eine Zone bis 2, und CTpL 9952 Dual 2-lnput NOR Gate, Fairchild, 6 gleichen Leitungstyps, die als Kontakt an der Zone 4 Datenblatt, Dezember 1967, Seite 1 bis 2) und werden dient, implantiert worden. Die aus dem Transistor T, als Konstantstromquellen zur Speisung von digitalen t>> und den Spannungsquellen Vbb und Vcc gebildete Verknüpfungsschaltungen verwendet. Anordnung arbeitet in bekannter Weise als Stromquel-

Bekanntlich können gewisse Digitalschaltungsele- Ie. mente mit Hilfe von komplemen'iiren Transistoren Die Spannungen Vbb und Vcc werden so gewählt, daß