Главная Промышленная автоматика.

Таблица 16.2. Характеристики кольцевого генератора иа ПТ с иепосредствеииыми связями

Источник

L 3,мкм

W, мкм

зяр-"<=

Р, мкВт

пот дин>

информации

[29]

1100

15,4

[26]

[46]

[39]

[40]

« 2200

= 220

5,6, 10

McDonnel

14,2

Douglas* (не опуб

ликован)

Электронно-лучевая литография. Нормально закрытые транзисторы. Квазикомплементарные транзисторы. * Повторитель-инвертор.

но с ростом Таким образом, динамическая мощность рассеяния (2f др)СуЦт увеличивается пропорционально

Значительное преимущество ПТ с р-«-перехоцом перед ПТШ заключается в более высоком пороговом напряжении, которое может быть реализовано в схемах на этих ПТ без сильного ограничения перепада логических уровней. Более высокое пороговое напряжение увеличивает запас помехоустойчивости, который в первом приближении равен пороговому напряжению /зидр. Напряжения Цзипор" 0,2-0,3 В, допустимые для инвертора на ПТ с управляемым переходом и переводящие напряжение эатвора ниже порога, составляющего около IB, будут уменьшать перепад логических уровней до половины этой величины в инверторе на ПТШ. Таким образом, логические схемы на ПТ с непосредственными связями имеют Сздпор ° диапазоне О-0,1 В [26, 29]. Отсутствие управления этим пороговым напряжением может привести к тому, что ПТШ будет работать в режиме обеднения, а не обогащения. Ток, протекающий через ПТШ с малым отрицательным пороговым напряжением, работающим в режиме обеднения при малых положительных напряжениях затвора, мал и приводит к малой мощности рассеяния при зишахЧ! ОДнако уровень C/gx следует существенно уменьшать до тех пор, пока он не приблизится к напряжению U .у в режиме перегрузки при Ц, > С/дд щах- Чувствительность инвертора на ПТ с непосредственными связями к из-



менениям порогового напряжения можно уменьшать, вводя вспомогательные цегш (см. подразд. 16.4.4),

Преимущество ПТ с р-и-переходом над ПТШ, являющееся результатом более высокого значения перепада логических уровней, исчезнет, когда уровень напряжения питания будет уменьшен до величин, меньших 0,7 В. Это потребуется для быстродействующих БИС (см. подразд. 16.5.4), но при этом будет необходимо лучшее, чем достигнутое в настоящее время, управление пороговым напряжением. Между тем на выбор между ПТ с р-п-переходом или ПТШ могут влиять проблемы изготовления. Алюминий, который используют для затворов вместо Ti-Pt-Au или аналогичного сплава, может быть также использован в качестве низкоомного контакта к сильно вырожденным n"*"-слоям стока и истока, так что технология ПТШ исключает технологию ПТ с р-п-переходом. Нагрузки в виде ТД требуют наличия р+-слоя, поэтому изготовление схемы на ПТ с р-п-переходом и нагрузкой в виде ТД не будет сложнее, чем на ПТШ с нагрузкой в виде ТД.

16.4.3. ВЫБОР НАГРУЗКИ

Нагрузка в виде транзистора требует меньшей площади, чем резистор с постоянным сопротивлением. Однако транзисторные нагрузки с затвором, подсоединенным к истоку, не удобны для схем на ПТ с непосредственными связями, так как должны быть управляемыми два различных пороговых напряжения. Кроме того, для достижения постоянного тока нагрузки при напряжениях, превышающих перепад логических уровней, отрицательное пороговое напряжение нагрузочного транзистора должно составить несколько десятых вольта, приведя к значительным изменениям тока и, таким образом, мощности рассеяния, как и при изменении порогового напряжения в диапазоне ±0,1 В.

Нагрузочный транзистор с положительным пороговым напряжением (затвор соединен с истоком) и транзисторная нагрузка с положительным пороговым напряжением и затвором, соединенным со стоком, обеспечивают вогнутую вверх параболическую нагрузочную кривую, которая нежелательна из-за меньшего быстродействия и меньшего запаса помехоустойчивости по низкому уровню, чем при нагрузке в виде резистора с постоянным сопротивлением.

Обычно используемой нагрузкой в схемах на ПТ с непосредственными связями является резистор [l, 8, 26, 29, 37, 40, 44, 46]. При уровне легирования 10" см~= и подвижности носителей 4000 см/(В • с) поверхностное сопротивление приблизительно равно 6 10"*Ом/п. Квадратный участок поверхности обеспечивает сопротивление 1,6 кОм и Гдзр =2,2RCgjjx~100nc для Cgyx~3 Ю"" фФ. Резистор с постоянным сопротивлением легче получить, и он имеет меньшую емкость.

Нагрузка в виде двухвходового ограничителя тока [32] реализуется так же легко, как и резистор с постоянным сопротивлением, но обеспечивает меньшее время нар Ограничитель тока имеет большое напряжение смещения нуля (приблизительно 0,5 В при длине 1мкм), так что преимущество нагрузки постоянного тока не может быть реализовано в большинстве логических схем на ПТШ, если они не используются в Режиме перегрузки, т.е. при C/„ > f/ х- Ограничитель тока очень удобен для логических схем на ПТ с р-п-переходом до тех пор, пока приложенное напряжение остается выше 1 В. Из-за его меньшей емкости нагрузку в виде ограничителя тока следует предпочесть нагрузочному транзистору в схемах на ПТШ с диодами Шотки [Ю] и на буферных ПТШ [4, 24], в которых перепад логических уровней больше, чем в схемах на ПТ с непосредственными связями.

Отмеченные преимущества нагрузки в виде туннельного диода [32] обсуждены в подразд. 16.3.5. Однако эти преимущества смогут быть реализованы только тогда,



Рис. 16.22. Схема инвертора на нормально закрытых транзисторах [44]

когда будет достигнут существенный прогресс в управлении уровнем порогового напряжения и будут разра-бота)1Ы методы создания в микросхемах туннельных диодов. Можно утверждать, что управление максимальным током ТД является более трудной задачей, чем управление пороговым напряжением, так что туннельные диоды в логических элементах на ПТ появились совсем недавно.

16.4.4. ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ НА НОРМАЛЬНО ЗАКРЫТЬОС ПТ

Эти логические схемы были разработаны для достижения более широкого допуска на пороговое напряжение без ухудшения характеристик инвертора. Микросхема (рис. 16.22) будет работать даже в более широком диапазоне порогового напряжения, чем -0,4 . . . +0,1 В. Типичное среднее квадратическое -отклонение выходного напряжения выхвх "Р" котором осуществляется переключение, составляет 68 мВ при пороговом напряжении 224 мВ. Этот замечательный результат достигнут путем использования цепи сдвига уровня на диоде. Однако микросхема работает в режиме сильной перегрузки 1/д = 2,5В и потому рассеивает значительную мощность (см. табл. 16.2). Ее характеристики немного хуже, чем у микросхем на ПТШ и ДШ [l О]. В отличие от цепей сдвига уровня в логических элементах на буферных ПТ и на ПТШ и ДШ логические элементы на нормально закрытых ПТ не требуют второго источника питания с отрицательным напряжением.

16.5. СРАВНЕНИЕ ЛОГИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ НА ПТ С НЕПОСРЕДСТВЕННЫМИ СВЯЗЯМИ С ЛОГИЧЕСКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ НА ПТШ С ДШ И НА БУФЕРНЫХ ПТШ

16.5.1. ОБЩИЕ СООБРАЖЕНИЯ З.цесь обсудим достоинства и недостатки логических элементов на ПТ с непосредственными связями, сравнив их с логическими элементами на ПТШ с ДШ и на буферных ПТ, и сделаем предположения об их развитии в будущем. Сравнение схем будет проведено по их электрическим характеристикам (быстродействию, мощности рассеяния), возможности применения при создании БИС (площадь на ЛЭ) и выходу годных структур (технологичности) .

В табл. 16.3 приведены значения площади ЛЭ и максимальной мощности, рассеиваемой ЛЭ, для различных степеней интеграции при площади кристалла 0,25 см и мощности рассеяния в одном кристалле 5 Вт. При современном уровне интеграции, находящемся между малой и средней степенями, ни рассеиваемая мощность, ни площадь ЛЭ не являются ограничивающими факторами. Таким образом, при этом уровне интеграции внимание акцентируется на вопросах изготовления, выхода годных структур и быстродействия.





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 [123] 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165

0.0059