В схемотехнике современных цифровых интегральных схем на биполярных транзисторах широко используются многоэмиттерные и многоколлекторные транзисторы. Применение таких транзисторов упрощает реализацию логических функций в этих ИС. Например, с помощью МЭТ в микросхемах транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ) реализуется функция «И-НЕ» (рис.7.28). Действительно, низкий уровень напряжения на выходе логического элемента (логический 0)получается только тогда, когда на все эмиттеры МЭТ VT1 (входы логического элемента) подан высокий уровень напряжения (логическая 1) и соответствующие эмиттерные p-n переходы закрыты. При подаче на любой из входов элемента напряжения низкого уровня транзистор VT1 входит в режим насыщения, выходной транзистор закрывается и на выходе логического элемента устанавливается высокий уровень напряжения. Использование МЭТ для реализации логической функции одновременно решает и проблему электрической развязки входов логического элемента, поскольку в электронной схеме эти входы обычно подключены к выходам разных логических элементов, состояние которых должно оставаться независимым.
В микросхемах интегральной инжекционной логики (И2Л) основу составляют МКТ. Рассмотрим логический элемент И2Л более подробно. В конструкцию его базовой ячейки заложены две принципиально новые идеи: новый способ подачи смещения на базу усилительного транзистора, позволяющий вообще отказаться от использования резисторов, которые обычно занимают значительную площадь на поверхности кристалла; и функциональная интеграция рабочих областей транзисторов разного типа проводимости, при которой отпадает необходимость изолировать транзисторы друг от друга и создавать отдельные контакты к каждому их выводу (контакты также требуют дополнительного места на поверхности кристалла).
Рис.7.28.
Рассмотрим логический элемент И2Л более подробно. В конструкцию его базовой ячейки заложены две принципиально новые идеи: новый способ подачи смещения на базу усилительного транзистора, позволяющий вообще отказаться от использования резисторов, которые обычно занимают значительную площадь на поверхности кристалла; и функциональная интеграция рабочих областей транзисторов разного типа проводимости, при которой отпадает необходимость изолировать транзисторы друг от друга и создавать отдельные контакты к каждому их выводу (контакты также требуют дополнительного места на поверхности кристалла). Все это позволило увеличить плотность упаковки в микросхемах И2Л (число элементов, размещаемых на единице площади кристалла) в 10-30 раз по сравнению с другими типами биполярных ИС.
Базовый элемент И2Л (рис.7.29) представляет собой комбинацию горизонтального p-n-p –транзистора (так называемого инжектора) VT1 и вертикального усилительного n-p-n-транзистора VT2, который обычно делается многоколлекторным для реализации необходимых логических функций с помощью «проводного ИЛИ». Усилительный транзистор имеет «скрытый» эмиттер, сильно легированный коллектор и базу. При подаче на эмиттерный переход p-n-p –транзистора прямого смещения, инжектируемые из p+-области дырки попадают в p-область, которая одновременно является коллектором транзистора VT1 и базой транзистора VT2. Эти дырки создают в базе n-p-n-транзистора заряд, вызывающий открывание этого транзистора, если только вывод базы транзистора не соединен с общим проводом какого-либо другого логического элемента.
Логические элементы И2Л нашли широкое применение при создании цифровых ИС на биполярных транзисторах. В качестве примера можно привести выпускаемые отечественной промышленностью микромощные статические запоминающие устройства серии К541 и микропроцессорные комплекты серий К583, К584. Элементы И2Л обладают достаточно высоким быстродействием; в современных элементах задержка распространения составляет 320 пс/вентиль, а произведение времени задержки на среднюю мощность потребления (которое иногда называют энергией переключения) – 0,02пДж.
Рис.7.29.
Интегральные диоды. Интегральный диод представляет собой диодное включение интегрального транзистора. Пять возможных вариантов диодного включения показаны на рис.7.30.
В таблице 7.3 приведены типичные параметры этих вариантов. Для них приняты следующие обозначения: до черточки стоит обозначение анода, после черточки-катода; если два слоя соединены, их обозначения пишутся слитно.
Рис.7.30.
Таблица 7.3.
Параметры.
Тип диода
БК-Э
Б-Э
БЭ-К
Б-К
Б-ЭК
Uпр (В).
7-8
7-8
40-50
40-50
7-8
Iобр (нА)
0,5-1
0,5-1
15-30
15-30
20-40
Сдиф (пФ)
0,5
0,5
0,7
0,7
1,2
С0 (пФ)
1,2
Tв (нс)
Из таблицы видно, что варианты различаются как по статическим так и по динамическим параметрам.
Пробивные напряжения Uпр зависит от используемого перехода; они меньше у тех вариантов, в которых используется эмиттерный переход.
Обратные токи Iобр – это токи термогенерации в переходах. Они зависят от объема перехода и, следовательно, меньше у тех вариантов, у которых используется только эмиттерный переход, имеющий наименьшую площадь.
Емкость диода Сд (т.е. емкость между анодом и катодом) зависит от площади используемых переходов; поэтому она максимальна при их параллельном соединении (вариант Б-ЭК). Паразитная емкость на подложку С0 шунтирует на «землю» анод или катод.
Время восстановления обратного тока tв (т.е. время переключения диода из открытого в закрытое состояние) минимально у варианта БК-Э; у этого варианта заряд накапливается только в базовом слое (так как коллекторный переход закорочен). У других вариантов заряд накапливается не только в базе, но и в коллекторе, так что для рассасывания заряда требуется большее время.
