Технические дисциплины - Микроэлектроника

Многоколлекторный транзистор.(МКТ)

 

 

Для построения интегральных микросхем с высокой степенью инте­грации и низкой  потребляемой мощностью применяется интегральная инжекционная логика (И2Л), основным элементом которой является многоколлекторный транзистор. Базовый элемент И2Л содержит вертикальный n-р-n многоколлекторный транзистор и горизонтальный р-n-р транзистор. Структура и эквивалентная схема полупроводникового И2 Л прибора пред­ставлены на рис.  и . В структуре совмещены область коллектора гори­зонтального р-п-р транзистора с областью базы вертикального n-p-n много­коллекторного транзистора. Поскольку р-n-р и n-p-n транзисторы совмеще­ны, то для выполнения функций нагрузки и источников тока резисторы не требуются.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Заземлённые участки проводимости n+ используются для изоляции транзисторных n-р-n структур. Один инжекторный желоб р-типа, который служит эмиттером горизонтальных р-п-р транзисторов, используется для инжектирования тока в группу "островков" р-типа, являющихся коллекторами р-n-р и базами n-р-n транзисторов. Эпитаксиальный слой n-типа служит заземлённой базой  горизонтальных р-n-р транзисторов и за­землёнными эмиттерами вертикальных

n-р-n транзисторов. Так как в качест­ве коллекторов используется n+ область, напряжение пробоя коллектор-база мало, а ёмкость этого перехода относительно велика. Поперечный дырочный ток, который инжектируется в область базы n-р-n транзисторов, обеспечивает переход последних от закрытого состояния к открытому. Отсюда название интегральная инжекционная логика.

Горизонтальный р-n-р транзистор включён между базой и заземлён­ным эмиттером вертикального n-р-n многоколлекторного транзистора. Если сопротивление горизонтального р-n-р транзистора велико, то n-р-n транзистор попадает в режим насыщения, и напряжение на коллекторах будет иметь низкий уровень (логический ноль). Если горизонтальный р-n-р транзистор открыт, то он шунтирует вход n-р-n вертикального транзистора (на его базе низкий уровень напряжения), n-р-n транзистор закроется и на выходе будет высокий уровень сигнала (логическая единила).

Структуру И2Л можно представить как вертикальный n-р-n многокол­лекторный транзистор с источником тока в базовой цепи (6.). Тогда логические операции превращаются в операции управления током. Если для протекания тока имеются цепи помимо входов n-р-n транзистора, то послед­ние будут закрыты и на выходе будет сигнал высокого уровня. В противном случае n-р-n транзистор откроется и на его коллекторах будет зафиксирован низкий уровень напряжения.

 

 

 

Транзисторы Т1 и Т2 выполняют роль инвертора входных сигналов А и В(выходы А  В), а транзистор Т3 инжектора тока. Вторые коллекторы транзисторов T1 и Т2 объединены и являются выходом У элемента ИЛИ-НЕ. На выходе У поддерживается низкий потенциал, если высокий потенциал подан хотя бы на один из входов А и В, и высокий потенциал, если на входы А и В подан низкий уровень сигнала и транзисторыТ1 и Т2 закрыты.

 

 

 

 

 

 

Каждый  выход соединяется с базой последующего каскада. Cколько угодно коллекторов может быть соединено с одной базой, но один коллектор никогда не подсоединяется больше, чем к одной базе.

 

 

А

В

У

 

 

 

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

1

0

1

0

1

1

0

0

0

Это схема логического элемента И2Л  ИЛИ-НЕ. На выходах ,,У нет напряжения и эти выходы подключены с последующим каскадом  аналогичных схем. Поэтому Т1и Т2 не шунтируют вход последующего каскада , то такое состояние соответствует логической “1” на выходе. Все эмиттеры заземлены и заземлена база горизонтального р-n-p транзистора , который инжектирует ток, потому что база и эмиттерный слой n-p-n транзистора  это один и тот же слой (n-слой).

 

Предположим, что на входы А и В подается логический 0, т.е. малое напряжение. В этом случае на базу Т1 не подано напряжение. При нуле на базе транзисторы закрыты и не шунтируют цепь, а значит, на выходе будет 1 Если на А подать логическую 1, то инвертированное А станет 0, следовательно на выходе будет 0. Если на оба входа подать 1, то от оба транзистора открыты и шунтируют цепь, следовательно на выходе будет 0.

 

Особенности И2Л:

  1. Поскольку в структуре И2Л транзисторы n-p-n и p-n-p совмещены, то для выполнения функции нагрузки резисторы не требуются и нагрузкой является последующий вентиль, с базой которого соединяется несколько коллекторов.
  2. В схеме И2Л нет необходимости изолировать транзисторы друг от друга, поскольку есть общий эмиттерный слой, необходимый для работы.

Отсутствие сопротивлений и изоляции позволяет обеспечить значительно более высокий уровень интеграции схемы.

 

 

Лекции полностью!

 

Добавить комментарий


Защитный код
Обновить