DE2841755A1

DE2841755A1 - Integrierte logische schaltung

Info

Publication number: DE2841755A1
Application number: DE19782841755
Authority: DE
Inventors: Robert Michel Hornung; Gerard Maxime Lebesnerais
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1977-09-28
Filing date: 1978-09-26
Publication date: 1979-04-05
Also published as: GB1600779A; FR2404962A1; JPS5551347B2; JPS5454585A; FR2404962B1; US4277701A

Description

Anmelderin: International Business Machines

Corporation, Armonk N.Y., 10504

gg/zi
'Integrierte logische Schaltung

Die Erfindung betrifft eine integrierte logische Schaltung

mit mehreren I L-Strukturen, bestehend aus einem als In-[jektor dienenden Emitter eines lateralen Transistors, dessen jBasis gleichzeitig den Kollektor und dessen Kollektor gleichi zeitig die Basis eines mitintegrierten, komplementären, vertikalen und als Inverter dienenden Transistors bilden.

ι 2

Unter dem Begriff "integrated injection logic" (I L) oder "merged transistor logic" (MTL) ist in den letzten Jahren ieine neue Art hochintegrierter bipolarer logischer Schal-'tungen bekannt geworden. Das wesentliche Merkmal dieser ^Schaltungen besteht darin, daß ein vertikaler, meist mit Mehrfachkollektoren ausgestatteter NPN-Transistor, der als Inverter wirkt, mit einem lateralen PNP-Transistor, der als Stromquelle wirkt, strukturell verschmolzen ist. Die Vorjteile dieser Schaltung liegen vor allem in der erreichbaren 'hohen Integrationsdichte in Verbindung mit einem extrem jeinfachen strukturellen Aufbau, ferner in der sehr niedrigen Versorgungsspannung und in der Tatsache, daß ihre Herstellbarkeit mit den bekannten Bipolarprozessen gewährleistet j ist.

j
Erste Veröffentlichungen über dieses neue Schaltungskonzept finden sich in den "IEEE Reports" (ISSC SC 7, Oktober 1972) in Vorträgen von H. H. Berger und S. K. Wiedmann unter dem Titel "Merged Transistor Logic, a Low Cost Bipolar Concept" und in einem Vortrag von K. Hart und A. Slob unter dem Titel "Integrated Injection Logic, a New Approach to LSI".

^{FR 977 301}

Seit dieser Zeit ist diese neue Technologie in verschiedensten Anwendungen vielfach beschrieben worden.

Bei diesem Logikkonzept, dessen Grundschaltung ein Inverter ohne Lastwiderstände ist, ist ein lateraler PNP-Transistor vorgesehen, der die Basis eines vertikalen NPN-Transistors treibt. Der vertikale NPN-Transistor ist invers betrieben und kann mit Mehrfachkollektoren als logischen Ausgängen ausgestattet werden.

Die zu dieser elementaren Schaltung gehörende Struktur ist beispielsweise in einem Artikel von N. de Troye in "ISSCC Digest of Technical Papers 1974, Seiten 12, 13 und 14, Februar 1974, beschrieben. In diesem Artikel weist der Autor auf den Einfluß der strukturellen Anordnung hin, insbesondere auf die Anordnung des Multikollektor-NPN-Transistors in •bezug auf den Injektor. Diese Zusammenhänge haben Einfluß auf die auftretenden Verzogerungszexten. Ist die Basiszone des vertikalen Transistors senkrecht zum Injektor angeordnet (Fig. 4A), so nimmt die Stromdichte in der Basis ^aufgrund des auftretenden Spannungsabfalls vom linken Kollektor zum rechten Kollektor hin ab. Das bedeutet, daß der dem Injektor am nächsten liegende linke Kollektor als erster schaltet. Liegt andererseits die Basis parallel zum :Injektor, so erhalten sämtliche Kollektoren des vertikalen Transistors den gleichen Strom und schalten mit der gleichen J Geschwindigkeit.

Es ist die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, unter

Verwendung der bekannten I L-Struktur logische Schaltungen anzugeben, die gegenüber den bekannten, systematisch mit

2
diesen I L-Strukturen aufgebauten logischen Schaltungen vorgegebene logische Funktionen mit verringertem Struktur- und Schaltungsaufwand auszuführen gestatten.

8098U7ÖÖÄI"

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I - 5 -

I Die Lösung dieser Aufgabe ist in den Ansprüchen niedergelegt

ι 2

I und besteht für eine aus mehreren I L-Strukturen aufgebaute

\integrierte logische Schaltung im wesentlichen darin, daß

ι 2

jbei mindestens zwei der I L-Strukturen das Verhältnis von ILänge der dem Injektor gegenüberstehenden Kante der Basis des vertikalen Transistors zur Basisweite des lateralen Transistors unterschiedlich gewählt ist, und daß der oder die Injektoren als logische Steuereingänge mitbenutzt werden.

I Zusammengefaßt kann die Erfindung folgendermaßen dargestellt werden. Man verwendet zum Aufbau von logischen Schaltungen

2
I L-Strukturen, die unterschiedliche Schaltzeiten aufweisen.

2
ι Zu diesem Zweck kann man I L-Strukturen unterschiedlicher iTopologie vorsehen. Es zeigt sich, daß bei einem gegebenen IInjektorpotential (das Potential, das dem gleichzeitig den |Emitter des lateralen PNP-Transistors bildenden Injektor Iüber einen Widerstand zugeführt wird) die Dichte der in die Basis des vertikalen NPN-Transistors injizierten Löcher umgekehrt proportional ist der Basisweite W_n des lateralen PNP-Transistors. Diese Dichte der Löcher ist dagegen proportional der Injektionskantenlänge L₀, die der Länge der dem Injektor gegenüberstehenden Kante der Basis des vertikalen NPN-Transistors entspricht. Man erhält also für den Injektionsstrom I die Beziehung:

^{C W}B !

Es ist also möglich, den Injektionsstrom in Abhängigkeit ι von der horizontalen Geometrie des lateralen PNP-Transistors J zu verändern und diese Eigenschaft bei der Steuerung logischer Schaltungen auszunutzen. j

Legt man an den Injektor einen positiven Spannungsimpuls und setzt voraus, daß die Basen der von diesem Injektor gesteuerten mehreren NPN-Transistoren nicht verbunden sind, 9 Q 9 S. U.

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- 6 so folgt der Spannungsverlauf an diesen Basen der Beziehung:

dV # fc

dt C_B '

wobei C_n der Kapazität des Basis-Emitter-Überganges des

Jd

vertikalen NPN-Transistors entspricht. Es ist aber

η ν'
^ α λ .

^CB w\

Mit anderen Worten, je geringer die Entfernung zwischen Injektor und Basis des vertikalen NPN-Transistors ist, desto steller ist der Spannungsanstieg. Es ist also möglich,

2
mehrere elementare invertierende I L-Grundschaltungen über einen und denselben Injektor nacheinander in gewünschter Folge anzusteuern, indem die Basisweiten der einzelnen lateralen PNP-Transistoren entsprechend eingestellt werden.

Der Injektor wirkt immer als Stromquelle, er liefert aber nicht jedem invertierenden NPN-Transistor denselben Strom. Die Steuerzeiten sind unterschiedlich. Es eröffnet sich die 'Möglichkeit, zwei derartige I L-Strukturen, die in ihrer

,Funktion Inverter darstellen, zu einem Flip-Flop zu vereiniigen, indem an die Kollektoren der beiden Schaltungen die Kreuzkupplungen angeschlossen werden. Die beiden Schaltungen I enthalten laterale Transistoren mit unterschiedlicher Basisiweite und werden über einen gemeinsamen Injektor gesteuert. !Legt man eine Spannung an den Injektor, so wird das Flip-Flop in einen vorbestimmten Schaltzustand gesetzt. Man kann also den Injektor als Lösch- oder Einstelleingang verwenden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der in Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert.

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I !
Es zeigen:

ί 2

Fig. 1A die Draufsicht einer konventionellen I L-Struktur, : die eine logische Grundschaltung in Form eines ¹ Inverters mit zwei Kollektoren umfaßt,

!Fig. 1B eine Schnittansicht der in Fig. 1A gezeigten Struk-¹ tür entlang der Linie BB,

Fig. 1C das Ersatzschaltbild der Struktur gemäß Fig. 1A und 1B,

Fig. 2 die Draufsicht einer Halbleiterstruktur in Form eines Flip-Flops mit zwei Grundschaltungen, die über ein und denselben Inverter gesteuert werden

j und erfindungsgemäß unterschiedliche Basisweiten } W_n aufweisen,

I JtS

ι Fig. 3 das elektrische Schaltbild einer entsprechenden J bistabilen Anordnung des Eccles-Jordan-Typs,

Fig. 4A das elektrische Schaltbild eines bekannten bista-' bilen Schalters in I L-Technik,

jFign. 4B das elektrische Schaltbild eines erfindungsgemäß j

und 4C verbesserten bistabilen Schalter, !

Fig. 4D ein Diagramm der Steuerimpulse und des Ansprechverhaltens des erfindungsgemäßen bistabilen Schalters gemäß Fig. 4C und

Fig. 5 die topologische Ausführung des erfindungsgemäßen bistabilen Schalters gemäß Fig. 4C.

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Zunächst sei ein konventioneller, in I L-Technik aufgebauter j

Inverter 10 näher betrachtet, wie er in Fig. 1A und 1B dar- [

gestellt ist. Wie bekannt, setzt sich dieser Inverter aus i

einem vertikalen NPN-Transistor, der mit mehreren Kollektoren j

ausgestattet sein kann und invers betrieben wird, und einem !

lateralen PNP-Transistor zusammen, der als Stromquelle wirkt. ^;

Das Verfahren zur Herstellung dieser Struktur ist konven- '

tionell und umfaßt die üblichen bipolaren Porzeßschritte. !

Zusammengefaßt umfaßt das Herstellungsverfahren folgende I

Schritte: i

1. Bereitstellung eines P-dotierten Halbleitersubstrats (11) i

2. Einbringen einer vergrabenen N-dotierten Zone (12),

3. Aufwachsen einer N-dotierten Epitaxieschicht (13),

4. Eindiffusion von P -dotierten Isolationszonen (in den

Figuren nicht dargestellt),

■5. Eindiffusion von hochdotierten N -Verbindungszonen (14),

um parasitäre Ströme der Basis des vertikalen NPN-

Transistors zu vermindern, der invers betrieben wird,

'6. Eindiffusion von P-Zonen, die den im betrachteten Fall

schienenförmig ausgebildeten Injektor (15) und die
i Basis (16) des NPN-Transistors ergeben,

ι 7. Eindiffusion von stark dotierten, flachen N -Zonen, die

j die Kollektoren bzw. Kollektoranschlußzonen (17) bilden,

j und

8. Aufbringen der Kontakte und Leiterzüge entsprechend der
gewünschten Konfiguration.

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Der laterale PNP-Transistor setzt sich aus den Zonen P1(15), !n1(13), P2(16) und der vertikalen NPN-Transistor aus den :Zonen N1(13), P2(16), N2(17) zusammen. Der vertikalen Transistor wird invers betrieben. Der Emitter des PNP-Transistors dient also gleichzeitig als Injektor P1. Die Basis

jdes PNP-Transistors ist mit dem Emitter des NPN-Transistors verschmolzen. Die Epitaxieschicht ist über die vergrabene Zone 12 und die Verbindungzone 14, die beide stark dotiert und damit niederohmig sind, mit Massepotential verbunden. Der Kollektor des PNP-Transistors bildet gleichzeitig die Basis des NPN-Transistors (P2). Der vertikalen NPN-Transistor ist mit zwei Kollektorzonen (17) ausgestattet. Das elektrische Ersatzschaltbild dieser Anordnung ist in Fig. 1C auf zwei Arten dargestellt, einmal mit dem lateralen PNP-.Transistor und dann mit einem Stromgenerator, der die Wirkungsweise des lateralen PNP-Transistors andeutet.

Die gezeigte I L-Struktur arbeitet folgendermaßen: Der PNP-Transistor, bestehend aus den Zonen P1 N1 P2, wirkt als Stromquelle. Der übergang P1 N1 ist in Durchlaßrichtung vorgespannt. Von der Zone P1 wird ein Löcherstrom in die Zone N1 injiziert. Ist die Basis P2 nicht angeschlossen, so sorgt der Löcherstrom für eine Vorspannung des Überganges P2 N1 in Durchlaßrichtung. Dadurch wird der vertikalen PNP-Transistor in den leitenden Zustand gebracht. Der Emitter dieses Transistors liegt auf Massepotential. Ist dagegen das Basispotential auf dem niedrigen Pegel, so werden die in die Zone P2 injizierten Löcher über den Basisanschluß B abgeleitet. Der NPN-Transistor ist gesperrt. In Fig 1B sind die verschiedenen dabei auftretenden Ströme in Form von Stromdichten eingetragen. Der Strom J_pI ist der laterale Löcherinjektionsstrom zwischen Injektor P1 und Basis P2 des NPN-Transistors. Der Strom J_._. ist der Löcherstrom, der von

JrK

der Basis P2 in den Injektor rückinjiziert wird. Die Ströme J_NC und J_NO sind die Elektronenströme, die von Emitter N1

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des NPN-Transistors zum Basiskontakt. B und zu den oxidbedeckten Teilen der Basis P 2 emittiert werden. Der Strom Jp_V ist der vertikale Löcherinjektionsstrom und der Strom J ist der Elektroneninjektionsstrom in die intrinsische Basis des NPN-Transistors.

Der wichtigste Strom jedoch ist der, der durch den Injektor fließt, also der Strom I_,_T c
Dieser Strom ergibt sich zu

fließt, also der Strom I_,_T des lateralen PNP-Transistors.

¹CI ~ ¹^E ^JCI'

wobei A_, die Injektionsfläche darstellt. Der Wert des Stromes J^_T, der von den Strömen J_._n und J„_T abhängt, ergibt sich aus der bekannten Beziehung für den Kollektorstrom eines Transistors, dessen Basis gleichmäßig dotiert ist, nämlich:

U a

,und damit:

; ¹CI ⁼ *E q n² =—gr- £exp ( qV/kT ) -i] (1)

I ^{x W}D ^WB

Dabei ist q die Elektronenladung, k die Boltzmann Konstante, 'D_n die Löcherdiffusionskonstante, N_. die Konzentration in der Basis des PNP-Transistors (d.h. der Epitaxieschicht), W_n die elektrische Basisweite und V die Spannung über den j Übergangsanschlüssen. Die Beziehung (1) ist anwendbar, wenn

w_n < L (Löcherdiffusionslänge in der Epitaxieschicht). ^B P

In einer praktischen Ausführung mit W_n = 5 pm, L = 50 -

B ρ

6o ym und einem spezifischen Widerstand der Epitaxieschicht von etwa 1 ftcm gilt diese Beziehung. Zusätzliche Informationen können einem Artikel " The Injection Model, a Structure Oriented Model for MTL" von H. H. Berger in "IEEE ISSC,

Vol. SC9, Oktober 1974_t entnommen werden. j

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i Da A_, = L₀«r. ist, wobei r. die Tiefe des von den Zonen P1 und P 2 gebildeten Überganges in der Epitaxieschicht angibt, kann die Beziehung (1) auch geschrieben werden als: ; ^- l^Sii to φ -1,.^=_kl. I

; Es ist also möglich, den injizierten Strom dadurch zu modi- :fizieren, daß die horizontale Geometrie der Anordnung modi- !fiziert wird. Eine weitere wesentliche Charakteristik des

I lateralen PNP-Transistors ist die Kapazität des Emitter- :Basis-Überganges. Die Überschuß-Löcherkonzentration dicht ! an der vom Emitter-Basis-Übergang des PNP-Transistors ge- ;bildeten Verarmungsschicht bei niedrigem Potentialen kann durch folgende Beziehung angegeben werden:

jexp (qV/kT) -i] (3)

I ₀ ^

j Diese Beziehung ergibt Aufschluß über das Verhalten des j PNP-Transistors bei einer Schaltoperation. Es gilt

^Q = Ί ^ ^WB *Β ^q

Dabei ist Q die in der intrinsischen Basis des lateralen PNP-Transistors gespeicherte Ladung. Die Löcherkonzentration ist in dieser Basis linear und am Kollektor-Basis-Übergang Null, was hinreichend bekannt ist. Die unterhalb des Injektors, also im Gebiet der Expitaxieschicht (13) zwischen der Zone PI (15) und der vergrabenen Zone (12) gespeicherte Ladung ist in dieser vereinfachten Darstellung nicht berücksichtigt. Es wird angenommen, daß die Injektorbreite kon-

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stant gehalten wird. Daher ist auch die mit diesen Ladungen zusammenhängende Kapazität konstant und braucht nicht berücksichtigt zu werden. Die Kapazität C ergibt sich aus:

mit (1) ergibt sich:

₁ ql_p W

r Jt — ^UJ- 2.

^{ü ff} 2 kT D_p

Der in den lateralen PNP-Transistor injizierte Strom steht in Abhängigkeit vom Wert der Kapazität C, die eine Funktion des Quadrats der Basisweite des PNP-Transistors ist, früher oder später dem vertikalen NPN-Transistor zur Verfügung. Der NPN-Transistor kann nur leitend sein, wenn die Emitter-Basiskapazität C_n aufgeladen ist.

In Fig. 2 ist nun die Draufsicht einer Struktur dargestellt, die aus zwei grundsätzlichen Invertern besteht, die dem in Fig. 1 dargestellten Inverter ähnlich sind und bei denen die erfindungsgemäßen Maßnahmen verwirklicht sind. Die beiden Inverter sind also mit unterschiedlichen Basisweiten W-.

ausgestattet, d.h., die Basisweite W_ß1 des Inverters D1 ist kleiner als die Basisweite W_ß2 des Inverters D2. Die Basiskontakte B1 und B2 und die Kollektorkontakte Q, Q₁', Q₂ und Q₂ ¹ vervollständigen die Anordnung. Für beide Inverter ist 'ein gemeinsamen Injektor vorgesehen. Die Einstellung der [gewünschten Basisweite für den Inverter D2 wird durch einen !vorsprung am schienenartig verlaufenden Injektor erzielt. !Eine andere Maßnahme könnte darin bestehen, daß die Basis im Falle des Inverters D2 gegen den Injektor hin ausgedehnt wird.

IWird an den Injektor ein positiver Spannungsimpuls angelegt lund sind beiden Basen B1 und B2 nicht verbunden, so folgt

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■ der Anstieg des Potentials an einem Kontakt B. (i = 1 oder '■■ 2) folgende Beziehung:

dT ^V C_n

wobei C die Emitter-Basis-Kapazität des NPN-Transistors bei niedrigen Spannungen bildet. In diesem Fall kann diese ; Kapazität als konstant angenommen werden, so daß gilt:

mit (1)

C ?

B W

erhält man

s * Ξς ⁽⁸⁾

Folglich ist der Anprechverlauf im Knoten B1 schneller als im Knoten B2. Es ist also möglich, unterschiedliche Ansprechverzögerungen zu erzielen, in denen die Basisweite der verschiedenen PNP-Transistoren variiert wird.

Die elektrische Basisweite W₁-, erhält man leicht durch Auf-

1
tragen der Kurve ■=— in Abhängigkeit von V, wobei die

¹CI
1

Abszisse X_n für ■=— = 0 von der Weite des metallischen Basisu x_CI

kontaktes W„ abgezogen wird, also W_ß = W_M - x_Q.

Die Basisweite W₀ steht in direktem Zusammenhang mit der Stärkung des PNP-Transistors. Die Basisweite wird so gewählt, daß die Verstärkung >^ 2 ist. Aufgrund des strukturellen Unterschiedes erreicht man also bei gleicher Vorspannung Ep am Injektor, daß die Basis des NPN-Transistors des Inverters D1 einen höheren Strom empfängt als die Basis des NPN-Transistors des Inverters D2. Damit ist gleichzeitig eine kleinere Verzögerung und eine höhere SchaItgeschwin-

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digkeit verbunden. Diese Eigenschaft wird ausgenutzt, um bistabile Anordnungen des Verriegelungstyps zu verwirklichen, die eine vereinfachte Topologie in Verbindung mit einer verringerten Anzahl von notwendigen Komponenten aufweisen. Ähnliche Ergebnisse könnten über die Injektionskantenlänge L₀ erzielt werden.

Es sei nunmehr die Fig. 3 näher betrachtet. Dort ist ein Flip-Flop dargestellt, das beispielsweise als Speicherzelle verwendbar ist. Es setzt sich aus zwei Invertern D1 und D2 zusammen, die dadurch kreuzgekoppelt sind, daß der Ausgang Q₁' mit der Basis B2 des Inverters D2 und der Ausgang Q₂' mit der Basis B1 des Inverters D1 verbunden ist. Beide Inverter werden über einen gemeinsamen Injektor betrieben, der an das Potential Ep angeschlossen ist. Die Basen B1 und B2 bilden die Eingänge S~ und R der Speicherzelle. Die Ausgänge Q und Q liegen an den Anschlüssen Q₁ und Q₂.

Es ergibt sich folgende Wirkungsweise. Vor Zufuhr des Injektionsstromes (Ep = OV) sind beide Inverter gesperrt, d.h., die Ausgänge Q und Q sind in einer logischen "Eins" entsprechendem Schaltzustand. Sobald Injektionsstrom zugeführt wird (Ep = 0,7 V) wird Inverter D1 leitend (R = 0) und zwar vor Inverter D2, und man erhält somit Q = 1. Mit anderen Worten, sobald das Potential Ep zugeführt wird, wird die Speicherzelle in einen vorgegebenen Schaltzustand gebracht.

Der Injektor kann also als logischer Steuereingang mitverwendet werden, über den die einzelnen Zellen innerhalb eines logischen Blockes voreingestellt werden. Diese Flip-Flops oder Zellen können beliebiger Art sein (Master-Slave, T, RS, D, JK). Der Injektor kann dabei entweder'als Voreinstelleingang (Anlegen von Ep und Q=D oder als Löscheingang (Anlegen von Ep, R = Q = 0). Diese Wahlmöglichkeit

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bietet dem Fachmann die Möglichkeit, relativ komplexe Anordnungen aufzubauen.

■ In Fig. 4A ist ein konventioneller bistabiler Schalter des Typs D dargestellt, der über das Taktsignal gesetzt wird. Eine entsprechende Anordnung ist in "Electronics", Februar 6, 1975, auf Seite 87 beschrieben. Vorgesehen sind ein Löscheingang (C), ein Voreinstelleingang (PS) sowie Takteingänge (H) und Dateneingänge (D). Die Injektionsmittel sind in vereinfachter Weise dargestellt. Das Flip-Flop des Typs D umfaßt drei konventionelle MTL-Flip-Flops des

Typs RS. Zwei dieser Flip-Flops, nämlich C1 und C3, werden i
über den Steuereingang G1 zum Zwecke der Voreinstellung des Flip-Flops des Typs D (Q = 1) angesteuert. Die drei _: Flip-Flops werden über den Steuereingang G2 zum Zwecke : des Löschens (Q = 0) angesteuert. Sämtliche lateralen PNP-Transistoren weisen dieselben Basisweite auf. Diese bekannte Schaltung macht den Einsatz von 19 NPN-Transistoren in Form von 10 Grundschaltungen erforderlich. Ein entsprechenden Schalter ist in den Figuren 4B und 4C dargestellt, ; bei dem der Injektor erfindungsgemäß als Steuereingang verwendet wird, und zwar zur Voreinstellung (Eingang PS) und zur Löschung (Eingang C). Bei der Verwirklichung der Voreinstellfunktion (Fig. 4B) wird gegenüber der konventionellen Schaltung (Fig. 4A) die Steuerschaltung G1 weggelassen und eine Steuerschaltung in den Fällen C1 und C3 ist vom Typ D1. Bei der Verwirklichung der Löschfunktion (Fig. 4C) wird sowohl die Steuerschaltung G2 als auch eine Steuerschaltung in den Fällen B1 und C2 weggelassen. Die Zelle C3 ist vom Typ D1. Die genannten beiden Funktionen, die über den Injektor gesteuert werden, werden direkt innerhalb der Zellen durchgeführt, die den Schalten D bilden, ohne daß irgendein Steuersignal über die Steuerschaltungen G1 und G2 geführt wird. Die erfindungsgemäße Anordnung gemäß der Figuren 4B und 4C erfordert den Einsatz von lediglich acht Grundschaltungen .

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Ganz allgemein ausgedrückt lassen sich die Voreinstell- oder Löschfunktionen über den Injektor verwirklichen. Dazu ist es lediglich nötig, eine geringfügige Veränderung in der Topologie bestimmter lateraler PNP-Transistoren vorzusehen. Diese Veränderung wird vorzugsweise in Form von Änderungen der Basisweite vorgenommen. Einer der wesentlichen Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung liegt darin, daß eine Erhöhung der Integrationsdichte erzielt wird.

Im praktischen Beispiel werden im Fall eines Flip-Flops des Typs D (Fign. 4B und 4C) durch Ausführung der Lösch- oder Vorexnstellfunktion über den Injektor zwei Steuerschaltungen eingespart, d.h., es wird ein Platzgewinn von 10 Prozent erzielt. Dieser Platzgewinn geht einher mit einer Vereinfachung des für die Verdrahtung der Elemente erforderlichen Leitungsmusters.

In Fig. 4D ist ein Diagramm der Steuer- und Ansprechimpulse eines erfindungsgemäßen Flip-Flops des Typs D (Fig. 4C) dargestellt. Es ist gezeigt, wie das Flip-Flop mittels eines positiven, dem Voreinstelleingang PS zugeführten Impulses nacheinander in den logischen Schaltzustand (Q = 1) und durch einen dem Injektor INJ + C zueführten negativen Impuls in den logischen Schaltzustand Null (Q = 0) gelöscht ,werden kann. Wie bereits erläutert, wird die Löschfunktion mit dem Anstieg des negativen Impulses am Injektor ausgelöst. Dies geschieht mit einer Verzögerung τ, deren Größe von der Höhe des Potentials am Injektor abhängt. Je höher dieses Potential ist, desto größer ist der injizierte Strom und desto kleiner die Verzögerung τ. Es war möglich, Verzögerungen τ in der Größe zwischen 170 ns und 400 ns zu messen.

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; ■ - 17 -

,Die strukturelle Ausbildung der Anordnung gemäß Fig. 4C ist in Fig. 5 dargestellt. Die Grundstrukturen sind mit dem Bezugszeichen 1 bis 8 versehen. Die Inverter 2, 6 und ,8 sind vom Typ D1 .

Eine praktische Anordnung der erfindungsgemäßen logischen j Schaltung ist ein Analog/Digital-Umsetzer.

\Die Analog/Digital-Umsetzung kann durch Anwendung der suc-, cessiven Approximation durchgeführt werden. Dabei sind j sequentiell arbeitende Schaltungen, also Schieberegister, I erforderlich. Vor Umsetzung muß die Schaltung in den Aus- '. gangszustand gebracht werden. Nach Zuführung des Starti signals sollte die Schaltung den 10000000-Zustand einnehmen, ;wenn ein Umsetzer für 8 Bits verwendet wird. In diesem Fall steuert der Injektor die gesamte Logik des Schiebe- :registers. Durch Absenkung der Spannung Ep auf 0 Volt und ] anschließendes Anheben dieser Spannung auf 0,7 V bewirkt der Injektor die Löcherung (Q = 0) der einzelnen Zellen, ,wie sie in Fig. 4C dargestellt sind und die Voreinstellung [(Q = D bei Zellen, wie sie in Fig. 4B dargestellt sind.

! Eine vorteilhafte Anwendung der erfindungsgemäßen logischen 'Schaltungen liegt bei allen bistabilen Anordnungen, bei I denen ein vorbestimmter Zustand bei Zufuhr einer bestimmten j Spannung eingestellt werden soll. Diese Spannung kann die Betriebsspannung der Anordnung sein. Insbesondere eignet sich die erfindungsgemäße Schaltung als Baustein für Speicher, Schieberegister, Zähler usw.

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Leerseite

Claims

' PATENTANSPRÜCHE

2 1. Integrierte logische Schaltung mit mehreren I L-

Strukturen, bestehend jeweils aus einem als Injektor ι dienenden Emitter eines lateralen Transistors, dessen Basis gleichzeitig den Kollektor und dessen Kollektor gleichzeitig die Basis eines mitintegrierten, komplementären, vertikalen und als Inverter dienenden Transistors bilden, dadurch gekennzeichnet, daß bei min-

2
: destens zwei der I L-Strukturen das Verhältnis von ι Länge (L_ß) der dem Injektor gegenüberstehenden Kante der Basis des vertikalen Transistors zu Basisweite (W_ß)

j des lateralen Transistors unterschiedlich gewählt ist und daß der oder die Injektoren als logische Steuereingänge mitbenutzt werden.

;2. Integrierte logische Schaltung nach Anspruch 1, dadurch 2
gekennzeichnet, daß mehrere I L-Strukturen einen ge-

I meinsamen Injektor aufweisen.

ι 3. Integrierte logische Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gemeinsame Injektor in einzelne, ι elektrisch verbundene Injektoren unterteilt ist.

Verwendung der integrierten logischen Schaltung nach Anspruch 1 bis 3 zum Aufbau eines mindestens aus zwei kreuzgekoppelten Invertern bestehenden Flip-Flops, dadurch gekennzeichnet, daß für beide die Inverter bildenden vertikalen Transistoren ein gemeinsamer Injektor bei unterschiedlicher Basisweite (W_ß) vorgesehen ist.

Flip-Flop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor als Voreinstelleingang bei angelegter Betriebsspannung dient.

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9098U/0948

ORIQiNAL IWSPEGTPD

6. Flip-Flop nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Injektor als Setz- oder Löscheingang dient.

^{FR 977 301} §098U/094fi