DE3636054C1 - Integrated circuit and its use - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine integrierte Schaltung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art und ihre Verwendung. Eine integrierte Schaltung dieser Art ist durch die DE-OS 33 00 132 bekannt.The invention relates to an integrated circuit in the preamble of Claim mentioned type and their use. An integrated Circuit of this type is known from DE-OS 33 00 132.
Die bisher bekannten Schaltungen zur Signalverarbeitung sind so aufge baut, daß die einzelnen Funktionselemente über eine oder mehrere Leitun gen so verbunden sind, daß eine Steuerung des Eingangsstromes oder der Eingangsspannung der nächsten Stufe erfolgt.The previously known circuits for signal processing are so up builds that the individual functional elements over one or more lines gen are connected so that control of the input current or Input voltage of the next stage takes place.
Diese Technik wird bei allen bisher zum Stand der Technik zählenden analogen und digitalen monolithisch integrierten Schaltungen benützt. Über diese Technik gibt es zahlreiche Ausführungsbeispiele, von denen lediglich die sogenannten charge-coupled arrays (CCD), bei denen La dungsträgerwolken durch geeignete statische Felder im Halbleitervolumen bewegt werden, eine Ausnahme bilden.This technology has become the state of the art in all of them analog and digital monolithically integrated circuits are used. There are numerous exemplary embodiments of this technology, of which only the so-called charge-coupled arrays (CCD), in which La Manure carrier clouds through suitable static fields in the semiconductor volume be moved, be an exception.
Nun hat es sich gezeigt, daß für neue Technologien und zahlreiche Konzeptionen diese integrierten Schaltungen zu langsam sind, einen noch zu hohen Störpegel haben und zu wenig strahlungsresistent sind.Now it has been shown that for new technologies and numerous Conceptions these integrated circuits are too slow, one more have too high a noise level and are not sufficiently radiation-resistant.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine integrierte Schaltung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten Art zu schaffen, welche sowohl mit optischen als auch mit elektrischen Signalen betreibbar ist, wobei die Schaltungselemente elektrisch voneinander entkoppelt sind; außerdem soll eine Verwendung der Schaltung angegeben werden.The invention has for its object an integrated circuit in the preamble of claim 1 to create the type can be operated with both optical and electrical signals, wherein the circuit elements are electrically decoupled from one another; use of the circuit is also to be specified.
Diese Aufgabe wird bei der Schaltung gemäß Oberbegriff des Patentan spruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst. Für die Verwen dung der Erfindung gibt der Anspruch 6 Lösungsmerkmale an. In den Unteransprüchen sind weitere Ausgestaltungen angegeben und in der nachfolgenden Beschreibung sind Ausführungsbeispiele beschrieben und in den Figuren der Zeichnung gezeigt. Es zeigen: This object is achieved in the circuit according to the preamble of the patent claim 1 solved by its characteristic features. For the use The invention specifies 6 solution features. In the Further embodiments are specified in the subclaims and in the The following description describes exemplary embodiments and in shown the figures of the drawing. Show it:
Fig. 1 einen Querschnitt durch das beschriebene Ausführungsbeispiel, Fig. 1 shows a cross section through the exemplary embodiment described,
Fig. 2 eine schematische Darstellung des Lichtleiternetzes zur Verbin dung der Schaltungselemente untereinander, wobei ein Element als Flip-Flop ausgebildet ist. Fig. 2 is a schematic representation of the optical fiber network for connec tion of the circuit elements with each other, wherein an element is designed as a flip-flop.
Die Anordnung besteht entsprechend Fig. 1 aus einem Halbleitermaterial, das geeignet ist, durch Ladungsträgerinjektion mittels Stromfluß und zugleich Lichteinwirkung seinerseits spontan Licht zu emittieren und somit im Dauerbetrieb oder gepulst als Halbleiterlaser verwendet werden kann. Der Aufbau ist derart, daß z.B. auf Halbleitermaterial 1 aus einem GaAs-p-Substrat jeweils GaAs-n-Inseln als Schaltungselemente 2 aufge bracht sind, die jeweils z.B. mit einer aus Aluminium gebildeten Sperr schicht 3 kontaktiert sind. Zum Aufbau der Anordnung ergeben sich viele bekannte Techniken. Jede dieser Inseln wird über das Halbleitermaterial 1 und über die Sperrschicht 3 mit einem Strom I derart betrieben, daß die Ladungsträgerinjektion in einer Größenordnung liegt, die den Laser betrieb gerade noch nicht erlaubt. Wird nun an der Eingangsseite des Halbleitereinzelelementes ein Lichtstrom über z.B. ein Lichtleiternetz 4 aus Silizium-Oxyd eingebracht, so wird das Einzelelement zur Emission von Licht veranlaßt, wenn die Gesamtenergie aus Ladungsinjektion und Lichtfluß einen durch die Fläche und Konstruktion vor gegebenen Wert überschreitet. Damit kann durch Dimen sionierung des Stromes und durch mehrere Lichteingänge am Einzelelement, z.B. eine einfache und eine Oder schaltung erzeugt werden.The arrangement is shown in FIG. 1 made of a semiconductor material that is suitable, for its part, spontaneously emit light by carrier injection by means of current flow and at the same time the action of light and thus light in continuous or pulsed mode can be used as a semiconductor laser. The structure is such that GaAs n-islands are brought up as circuit elements 2 , for example on semiconductor material 1 made of a GaAs-p substrate, which are each contacted, for example, with a barrier layer 3 formed from aluminum. There are many known techniques for building the arrangement. Each of these islands is operated via the semiconductor material 1 and the barrier layer 3 with a current I in such a way that the charge carrier injection is of an order of magnitude which just barely permits laser operation. If a luminous flux is now introduced at the input side of the semiconductor individual element via, for example, a light guide network 4 made of silicon oxide, the individual element is caused to emit light when the total energy from charge injection and light flux exceeds a value given by the area and construction. It can be generated by dimensioning the current and by several light inputs on the individual element, for example a simple and an OR circuit.
Durch Rückkopplung 5 des Lichteinflusses am Ausgang des Elementes, wie in Fig. 2 gezeigt, kann ein Schaltungs element erzeugt werden, das einem Flip-Flop entspricht. Diese Beispiele sollen zeigen, daß sämtliche in der Di gital- und Analogtechnik angewandten Schaltungseinhei ten mit der, entsprechend der Erfindung ausgeführten Anordnung, hergestellt werden können. Selbstverständ lich können als logische Ein- und Ausgänge einerseits die Ströme in den einzelnen Inseln benützt werden, ge nau so wie der Strom über alle Inseln, z.B. gleich ver teilt sein kann und sämtliche Ein- und Ausgänge rein durch Licht gesteuert und betrieben werden können. Als Technologie sind die in der GaAs-Technik und in der Halbleitertechnik verbreiteten Epitaxi-Informations- Atz- und Fototechniken zu verwenden.By feedback 5 of the influence of light at the output of the element, as shown in Fig. 2, a circuit element can be generated which corresponds to a flip-flop. These examples are intended to show that all circuit units used in digital and analog technology can be manufactured with the arrangement according to the invention. Of course, the currents in the individual islands can be used as logical inputs and outputs on the one hand, exactly as the current across all the islands can be distributed equally, for example, and all inputs and outputs can be controlled and operated purely by light. The technology used is the epitaxial information, etching and photo techniques that are widespread in GaAs technology and in semiconductor technology.
Der gewünschte Strom - zum Beispiel der halbe Schwell strom oder ein Strom der z.B. 10% unter dem Laser schwellstrom liegt - wird pro Schaltungselement 2 über Referenzelemente 6, die über die gesamte Fläche der Schalteinrichtung verteilt sind, und die Lichtausgangs leistung automatisch über alle Betriebszustände wie Temperatur, Spannung, Abfall und Alterung eingestellt.The desired current - for example half the threshold current or a current which is, for example, 10% below the laser threshold current - is per circuit element 2 via reference elements 6 , which are distributed over the entire area of the switching device, and the light output power automatically over all operating states such as Temperature, voltage, drop and aging set.
Das jeweilige Referenzelement 6 ist so gestaltet, daß es die halbe Fläche bei 50% Schwellstrom des Logikein zelelements aufweist und damit z.B. die doppelte Strom dichte erreicht. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß der Schwellstrom überschritten wird. Durch Messung der Lichtausgangsleistung am Referenzelement wird der Strom an allen anderen Logikelementen um ein definier tes Maß unter dem Schwellstrom eingestellt.The respective reference element 6 is designed so that it has half the area at 50% threshold current of the logic individual elements and thus, for example, reaches twice the current density. This measure ensures that the threshold current is exceeded. By measuring the light output power at the reference element, the current at all other logic elements is set a defined amount below the threshold current.
Der technische Vorteil der Erfindung ist, daß sehr schnelle digitale Schaltungen bei gleichzeitiger Ent kopplung der Einzelelemente hergestellt werden können und daß die Ein- und Ausgangssignale durch Licht dar stellbar sind und somit alle Logikschaltungen erreich bar sind. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß bei militärischem Einsatz durch Signalart und aktive elektrische Fläche automatisch die EMV- und EMP-Sicher heit gegeben ist.The technical advantage of the invention is that very fast digital circuits with simultaneous Ent coupling of the individual elements can be produced and that the input and output signals are represented by light are adjustable and thus reach all logic circuits are cash. Another advantage is that in military use due to signal type and active electrical surface automatically EMC and EMP safe is given.
Claims (6)
Priority Applications (1)
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Family Applications (1)
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Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3300132A1 (en) * | 1982-01-04 | 1983-07-21 | Western Electric Co., Inc., 10038 New York, N.Y. | METHOD FOR PRODUCING OPTICAL WAVE GUIDES IN SEMICONDUCTORS |
DE3545896A1 (en) * | 1984-12-26 | 1986-07-03 | Canon K.K., Tokio/Tokyo | SEMICONDUCTOR LASER DEVICE |
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1986
- 1986-10-23 DE DE19863636054 patent/DE3636054C1/en not_active Expired
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3300132A1 (en) * | 1982-01-04 | 1983-07-21 | Western Electric Co., Inc., 10038 New York, N.Y. | METHOD FOR PRODUCING OPTICAL WAVE GUIDES IN SEMICONDUCTORS |
DE3545896A1 (en) * | 1984-12-26 | 1986-07-03 | Canon K.K., Tokio/Tokyo | SEMICONDUCTOR LASER DEVICE |
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