JPS5925423A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置

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JPS5925423A
JPS5925423A JP57135142A JP13514282A JPS5925423A JP S5925423 A JPS5925423 A JP S5925423A JP 57135142 A JP57135142 A JP 57135142A JP 13514282 A JP13514282 A JP 13514282A JP S5925423 A JPS5925423 A JP S5925423A
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JP
Japan
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transistor
npn bipolar
bipolar transistor
base
npn
Prior art date
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Pending
Application number
JP57135142A
Other languages
English (en)
Inventor
Hisayuki Higuchi
樋口 久幸
Noriyuki Honma
本間 紀之
Michio Ishikawa
石川 通夫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Publication of JPS5925423A publication Critical patent/JPS5925423A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/094Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
    • H03K19/0944Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET
    • H03K19/09448Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET in combination with bipolar transistors [BIMOS]

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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は半導体装置、とくに計算機用の高速・高集積論
理LSIに関するものである。
従来高速性能が要求されるバイポーラ論理LSIでは、
論理回路としてCML回路、もしくはこれの出力にエミ
ッタ・フォロアをつけた回路が用いられている。この回
路は常に一定の電流を流しておくため消費電力も常に一
定となり、LSIの消費電力は集積度に比例して増加す
ることになる。現在数百ゲートの論理LSIでもすでに
放熱の制限を受けているので、今後集積度を上げる場合
にこの消費電力の増加は大きな障害となってくる。
一方低消費電力の点てはC−Mo8論理LSIがすぐれ
ており、このLSIでは信号処理を行っている回路だけ
が電力を消費し、定常状態の回路は電力を消費しないの
で、消費電力は飛躍的に低減される。
しかしMo8 +−ランジスタの負荷駆動能力はバイポ
ーラトランジスタの駆動能力に較べて劣るため、」二記
CML回路を用いたLSIに較べ高速性能の点で劣る欠
点がある。
われわれは消費電力が極めて小さく、かつ高速性能を有
する論理LSIとしてC−MOSトランジスタとnpn
およびpnpバイポーラトランジスタで構成した半導体
装置を考案した(実願昭56−148777号)・。
この半導体装置はIV程度の低い電源電圧においても5
00 mV以」二の信号振幅が得られ、しかも高速性能
が達成される点に特徴がある。しかし」−記半導体装置
ではp、−Mo8 I−ランジスタおよびn−Mo8 
)ランジスタとnpnバイポーラトランジスタおよびp
npバイポーラトランジスタの4種のトランジスタを用
いており、この半導体装置をLSIとして同一ウェーハ
」二に形成するには製造工程が複雑になる欠点がある。
本発明は高速性能を有し消費電力が少ない半導体装置を
簡略化された工程で製造するために、p−Mo8 )ラ
ンジスタとn−Mo8 )ランジスタおよびnpnバイ
ポーラトランジスタの3種のトランジスタを用いて構成
した半導体装置で、定常的に流れる電流がなく、しかも
バイポーラトランジスタの大きな駆動能力を発揮させた
ことを特徴とする。
次に本発明の実施例を図面とともに説明する。
第1図は本発明による半導体装置の基本回路図、第2図
は上記回路の入力−出力特性を示す図、第3図は」1記
基本回路をモノリシックLSIに適用した論理回路の一
実施例を示す図である。第1図において第1のnpnバ
イポーラトランジスタ7のコレクタとp−Mo8 )ラ
ンジスタ4のソースを正電源3に接続し、p−Mo8 
+−ランジスタ4のトレインと第1のn−MOSトラン
ジスタ5のドレインとを上記第1のnpnバイポーラト
ランジスタ7のベースに、また第1のn−MOSトラン
ジスタ5のソースを上記第1のnpnバイポーラトラン
ジスタ7のエミッタにそれぞれ接続し、p−Mo8 l
−ランジスタ4および第1のn−MOSトランジスタ5
のゲートを接続して入力端子とした回路と、第2のnp
nバイポーラトランジスタ8のコレクタと第2のn−M
o5トランジスタ6のゲートを接続し、該第2のn−M
o3I・ランジスタロのソースと第2のnpnバイポー
ラトランジスタ8のベースヲ接続し、該バイポーラトラ
ンジスタ8のエミッタを負電源9に接続して第2のn−
Mo8)ランジスタロのドレインを人力端子とする回路
を用い、それぞれの回路の人力端子を接続して共通の入
力端子1とし、第1のnpnバイポーラトランジスタ7
のエミッタと第2のnpnバイポーラトランジスタ8の
コレクタを接続して出力端子2としている。
このような構成の半導体装置において、入力端子1の電
位がOVのときp−Mo8 )ランソスタ4が導通し、
第1のnpnバイポーラトランジスタ7のベースに電流
が流れるので該第1のnpnバイポーラトランジスタ7
は導通する。一方策2のnpnバイポーラトランジスタ
8はベースの電位がOVであるため導通しない。この結
果出力端子2の電位(イ上昇し、正電源3の電圧Vcか
ら第1のnpnバイポーラトランジスタ7のベース・エ
ミッタ順方向電圧Vlを差引いた値になる。入力端子1
の電圧を正電源電圧■cに切換えると、出力端子2の電
圧は最初vc−VBEであるから第2のn−Mo8 )
ランジスタロが導通しており、第2のnpnバイポーラ
トランジスタ8のベースに電流が流れ出力端子2の電位
を引下げようとする。一方p−MO8+−ランジスタ4
は非導通となるので第1のnpnバイポーラトランジス
タ7のベース電流は流れなくなり、第1のn−Mo8 
l・ランジスタ5が導通するため、第1のnpnバイポ
ーラトランジスタ7のベースに蓄積された電荷が上記第
1のn−Mo3 トランジスタ5て抜取られ、該npn
バイポーラトランジスタ7は速やかに非導通となる。こ
の結果出力端子2の電位は急速に引下げられる。このと
きの出力端子2の電位は第2のn−Mo8 )ランシス
タロのしきい電圧■111と第2のnpnバイポーラト
ランジスタ8のベース・エミッタ順方向電圧V13ID
とにより定まりVlll’、+VIl+て与えられる。
この値はOVであることが望ましい。しかし半導体装置
の製造条件等が変動しこの値が負の値になると第2のn
pnバイポーラトランジスタ8は飽和して高速性が損わ
れるので、多少正の値となるように設定することがより
望ましい。
試作の結果では1■≧VBIう+■Lh≧0.2Vに設
定した場合に最もすぐれた特性を示した。また」−記の
動作をOhせるためにはp−Mo8 )ランジスタ4の
しきい電圧VIhにも制限がある。すなわち入力端子1
の電位がOVのときには導通しvcVliEのとき非導
通となることが必要で、このためp−Mo8 トランジ
スタ4ノVt11ハVC−VBE≧vt11≧VBIシ
テナケレハナラない。しかしながら高速性能を引出すた
めにはVlはできるだけ小さいことが望ましく、1十〇
、2Vに設定した場合に最もすぐれた高速性能が得られ
た。
一方策1のn−Mo8 トランジスタ5のしきい電圧V
+Mは入力端子1の電圧がOVのとき該第1のn−MO
Sトランジスタ5が非導通となり、Vc−VBEのとき
導通する範囲にあゝることか要求され +I:(Va−V13B)  (V11+  Vo+a
))>Vt++>−(Vc−V+31q)でなければな
らない。試作の結果最も高速性能が得られた条件は−0
,2V>V+b> IVのときであった。この条件は第
2のn−Mo8 )ランジスタロのしきい電圧とよく一
致しており、第1および第2のn−MOSトランジスタ
5.6は同一のしきい電圧のトランジスタで形成でき、
このため製造工程が簡略化される。第2図は」−肥土導
体装置における入力端子1の電圧と出力端子2の電圧の
関係を測定した結果の一例を示す図である。図から明ら
かなように」−肥土導体装置は比較的低い電源電圧で動
作し、しかも大きな出力振幅の論理回路を得ることがで
きる。
第3図はモノリシックLSIに適用した論理回路の一実
施例を示す図で、実際に論理回路を構成する場合に要求
される多入力論理回路の例である。
3個のp−Mo8 )ランジスタ41.42.43を直
列に接続し、同数個の第1のn−Mo8 トランジスタ
51.52.53および第2のn−Mo8 トランジス
タ61.62.63をそれぞれ並列に接続し、p−Mo
8 )ランジスタ41.42.43の各ゲートと第1の
n−Mo8 トランジスタ51.52.53の各ゲート
と第2のn−Mo8 トランジスタ61.62.63の
各ドレインとを接続してそれぞれの入力端子11.12
.13ヲ構成し、p−Mo8 h ラン’) スタ41
のソースと第1のnpnバイポーラトランジスタ17の
コレクタを正電源31に接続し、p−Mo5トランジス
タ43のトレインと第1のn−Mo8 トランジスタ5
1.52.53の各ドレインとを上記第1のnpnバイ
ポーラトランジスタ17のベースに接続し、第1のn−
MOSトランジスタ51.52.53のソースを」二記
第1のnpnバイポーラトランジスタ17のエミッタに
接続している。また第2のn−Mo8 トランジスタ6
1.62.63のソースを第2のnpnバイポーラトラ
ンジスタ18ノヘースニ、該バイポーラトランジスタ1
8ノエミツタを負電源にそれぞれ接続し、上記第2のn
−MOSトランジスタ61.62.63のゲートを第2
のnpnバイボーラトランンスタ18のコレクタに接続
し、きらに第1のnpnバイポーラトランジスタ17の
エミッタとともに出力端子21に接続している。このよ
うに構成された半導体装置の各入力端子に接続されたそ
れぞれのトランジスタ回路の動作は」1記の実施例と同
様であり、定常的に流れる電流がな(低い電源電圧で動
作し大きな出力振幅の論理回路が得られる。なお本実施
例では代表的な3人力NOR回路を示しているが、入力
数の増減は自由であり、また入力端子の電位を特定の電
位に固定するだけで入力数を1または2とすることもで
きる。
本発明の半導体装置は上記のように定常的に流れる電流
がなく、過渡時にはnpnバイポーラトランジスタが有
する大きな駆動能力が十分に発揮されるため、低消費電
力でかつ高速性能がすぐれたLSIを得ることができ、
論理LSIの高集積化に寄与することができる。また本
半導体装置はp−MOSトランジスタとn−Mo8 )
ランジスタおよびnpnハイボーラトランンスタの3種
のトランジスタて構成されているから、LSIとして同
一ウェーハ上に形成する製造工程か、4種のトランジス
タて構成される従来のものに較べ10〜20%短縮され
、さらに第1および第2のn−MOS ’pランジスタ
は同じしきい電圧のトランジスタで形成できるため工程
が簡略化され極めて実用性が高い半導体装置を得ること
ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による半導体装置の基本回路図第2図は
上記回路の人力−出力特性を示す図、第3図は上記基本
回路をモノリシックLSIに適用した論理回路の一実施
例を示す図である。 1・・・入力端子    2・・・出力端子3・・・正
電源     4・・・p−MOSトランジスタ5・・
・第1のn−MOS )ランジスタロ・・・第2のn−
MOS トランジスタ7・・・第1のnpnバイポーラ
トランンスタ8・・・第2のnpnバイポーラトランジ
スタ9・・負電源     11.12.13・・・入
力端子41.42.43・・・p−MOS l−ランジ
スタ51.52.53−・・第1のn−MOSトランジ
スタ61.62.63・・第2のn−MOS)ランジス
タ11図 才2図 へ力電瓜V’n (V)

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 +11  第1のnpn バイポーラトランジスタのコ
    レクタとp−Mo8 )ランジスタのソースとを正電源
    に、」1記p−MO8トランジスタのドレインと第1の
    n−MOSトランジスタのドレインとを第1のnpnバ
    イポーラトランジスタのベースに、また第1のn−Mo
    5トランジスタのソースを第1のnpnバイポーラトラ
    ンジスタのエミッタにそれぞれ接続し、さらに」1記p
    −MO8トランジスタおよび第1のn−Mo8 )ラン
    ジスタのゲートを接続してこれを入力端子とする回路と
    、第2のnpnバイポーラトランジスタのコレクタを第
    2のn−MOSトランジスタのゲートに、第2のnpn
    バイポーラトランジスタのベースを第2のn−MOSト
    ランジスタのソースに接続し、第2のnpnバイポーラ
    トランジスタのエミッタを負電源にそれぞれ接続し、第
    2の叶MOSトランンスタのドレインを入力端子とする
    回路を備え、上記各回路の入力端子を相互に接続して共
    通の入力端子とし、第1のnpnバイポーラトランジス
    タのエミッタと第2のnpnバイポーラトランジスタの
    コレクタとを接続して出力端子とした半導体装置。 (2)複数のp−Mo8 )ランジスタを直列接続し、
    同数の第1および第2のn−Mo8 トランジスタをそ
    れぞれ並列接続し、上記MOSトランジスタ中のp−M
    o8 トランジスタのゲートと第1のn−Mo8 トラ
    ンジスタのゲートと第2のn−MOSトランジスタのド
    レインを、1個ずつ相互に接続してそれぞれ共通の入力
    端子とした特許請求の範囲第1項記載の半導体装置。
JP57135142A 1982-08-04 1982-08-04 半導体装置 Pending JPS5925423A (ja)

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