集成注入逻辑电路

概述

　　集成注入逻辑电路自1972年诞生以来，发展很快，对双极型大规模集成电路的发展起了巨大的推动作用。它具有集成度高，功耗—延迟时间乘积，低制造工艺比较简单，可与模拟集成电路和其它数字电路共作于同一芯片等优点。它的出现，标志着双极型集成电路在集成度和功耗方面的一次巨大突破，为双极型大规模集成电路的发展开辟了新的途径，越来越受到人们的重视。

历史

　　双极型大规模集成电路的研制过程中，遇到了很多困难。归纳起来，大致有三点：

　　（1）单门电路的结构比较复杂，元件较多，虽然常采用一些简化门结构，但仍不够简单；

　　（2）需要采用隔离技术。隔离在普通双极型电路中占芯片面积的40～60％，而它又是工艺复杂的主要原因；

　　（3）需要电阻，这就难以降低功耗和缩小芯片面积。

　　人们在研制双极型大规模集成电路的实践中，逐渐地认识到：

　　（1）饱和型开关电路是以共发射极晶体管作为基本开关元件的，如果用基片作为发射区就可以省略掉晶体管之间的隔离；

　　（2）电路中的电阻是无源元件它既消耗功率，又占用较大的面视如用有源元件代替，既可降低功耗又可增加集成度；

　　（3）集成电路中的晶体管存在着寄生晶体管效应，—般应尽量减小乃至消除它，但是，如果能在电路设计上有效地利用寄生晶体管作为电路中的元件，既可增加集成度，又可以简化工艺。

　　人们正是沿着这些思路，选择了结构最简单的直接耦合晶体管逻辑电路作为改进的对象，研制成功了I²L电路。

特点

　　1、集成注入逻辑电路优点:

　　①制造工艺简单,管芯面积小,在双极型电路中有较高的集成密度；

　　②低功耗，可在低电压和低电流情况下工作，有较好的功耗与延迟时间乘积。

　　2、集成注入逻辑电路缺点:

　　①速度较低,其主要原因是PNP横向晶体管PNP的电流增益低，NPN晶体管的结电容较大，基区串联电阻较大，导致横流源对倒相管的充放电时间较长；

　　②反方向运用的NPN晶体管（发射区在下,集电区在上）的基区存在少数载流子减速场,截止频率较低;

　　③I^２L电路本身是一种饱和型开关电路,在晶体管内部存在过剩的存储电荷，增加了电路的开关时间。再有,IL电路的逻辑摆幅小，抗干扰能力差,以及多块I^２L逻辑电路集合使用时，存在着注入电流在各电路块中能否均匀分配等问题。

器件分析

　　1、倒置NPN管的共发射极电流增益β

　　①提高发射区(N型衬底或N外延层)与基区的杂质浓度比；

　　②提高发射区和基区中少数载流子的寿命；

　　③减小基区宽度；

　　④使集电结与发射结面积比接近1

　　⑤改善表面状态以减小表面复合速率。

　　2、基极串联电阻rB对反向运用NPN管

　　1）对电流增益β的影响

　　2）对输出低电平VOL的影响

　　3）对传输时间tpd的影响

　　3、横向PNP管的共基极电流增益α

　　①基区宽度要小，即注入条到NPN管基区的间距要小；

　　②少数裁流子寿命尽量地长(所以需无金操作)；

　　③发射结底面积与侧面积之比尽可能地小，所以注入条应取窄长条形状；

　　④发射结两例杂质浓度比尽可能大。对于侧面，要求PB >> PC，对于底面，要求Pc>>PB；

　　⑤改善表面状态，降低表面复合速率。