Главная Бухгалтерия в кармане Учет расходов Экономия на кадровиках Налог на прибыль Как увеличить активы Основные средства
Главная ->  Работа транзистора 

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

1.5. СТРУКТУРЫ НА ТРАНЗИСТОРАХ С КАНАЛАМИ ПРОТИВОПОЛОЖНЫХ ТИПОВ ПРОВОДИМОСТИ

Использование МОП-транзисторов с каналами противоположных типов проводимости давно считается идеальным решением многих задач, возникаюнхих при создании сложных ИС. Логический элемент на транзисторах с каналами противоположных типов проводимости в статическом состоянии практически не потребляет мощности, что делает целесообразным применение таких элементов в маломощных схемах, в частности в активных запоминающих устройствах большой емкости. Скорость переключения в этом случае значительно выше, чем при использовании приборов одного типа проводимости. Разность выходных уровней равна напряжению источника питания, что исключает необходимость в использовании двух источников питания. Наконец, выходной импеданс управляющего транзистора значительно ниже, чем в схемах на приборах с каналами одного типа проводимости. Все эти достоинства делают схемы на транзисторах с каналами противоположных типов проводимости весьма привлекательными для разработчика. Однако они не лишены и существенных недостатков.

В настоящее время основная трудность заключается в разработке технологии, необходимой для получения близких по характеристикам приборов с каналами противоположных типов проводимости Приборы с каналами п- и у[?-типа по самой своей природе приобретают различные характеристики в процессе их совместного изготовления). Так транзисторы с каналом п-типа являются приборами со встроенным каналом, тогда как приборы с каналом /?-типа являются приборами с индуцированным каналом. Добавочные технологические операции, например дополнительные операции диффузии п фотолитографической обработки, необходимые для получения монолитных схем на приборах с каналами противоположных типов проводимости, повышают производ-

0 В настоящее время усовершенствоьание полупроводниковой технологии позволило получать в одном кристалле кремния МОП-транзисторы с индуцированным канаюм как п-, так и р-типов.- Прим. ред.

i Канал D-muna

-о Выход

пар

Нанаг та

ственные затраты и снижают выход годных изделии, что весьма нежелательно как с точки зрения изготовителя, так и с точки зрения заказчика. К другим недостаткам можно отнести следующие факторы:

1. Поскольку приборы с каналами противоположных типов проводимости создаются на единой подложке, необходимо использовать тот или иной вид изоляции между приборами (в схемах на приборах с каналами одного типа проводимости такой необходимости нет), а это приводит к заметному увеличению площади, занимаемой логическим элементом.

2. Число приборов, требуемых для выполнения заданной функции, больше, чем в схемах на приборах с вход о каналом одного типа проводимости.

На рис. I.I2 представлен инвертор, выполненный на приборах с индуцированными каналами противоположных типов проводимости. Когда входной сигнал имеет

низкий уровень, затвор прибора с каналом д-типа можно считать соединенным с истоком, при этом прибор закрыт. Затвор прибора с каналом р-типа соединен в это время с точкой, имеющей в схеме наибольший отрицательный потенциал (с землей), и поэтому транзистор открыт. При этих условиях выходной сигнал имеет высокий уровень, т. е. он инвертирован по отношению к входному. Когда на входе возникает высокий уровень, прибор с каналом п-типа открывается, а с каналом р-шпг закрывается, в результате чего выходной сигнал приобретает низкий уровень. Заметим, что в любом случае один прибор включен (и образует цепочку с низким импедансом для разряда паразитной емкости), а второй выключен (при этом он ограничивает ток стока, а следовательно, и мощность на уровне, определяемом утечками прибора).

Рис. 1.12. Принципиальная схема инвертора на МОП-приборах с каналами противоположных типов проводимости.



1.6. БУДУЩЕЕ ТЕХНИКИ МОП-ПРИБОРОВ!)

Интегральные МОП-схемы будут иметь будущее лишь в том случае, если у них окажутся определенные преимущества перед существующими биполярными ИС. Вообще говоря, эти преимущества не обязательно должны заключаться в характеристиках. Биполярные приборы ввиду свойственных им низких пороговых напряжений, высоких значений крутизны и малых напряжений насыщения будут превосходить МОП-схемы, если сравнивать их по такому критерию, как отношение мощности к быстродействию. Реальным преимуществом схем на МОП-транзисторах может стать их низкая стоимость. Последняя в конечном счете может быть достигнута за счет того, что технология МОП-схем позволяет обеспечить получение более сложных функциональных схем на данной площади кристалла и более высокого выхода годных схем по сравнению с аналогичными возможностями современной технологии биполярных ИС.

1. Дискретные приборы и одиночные логические элементы. Спрос на дискретные МОП-приборы будет мал в сравнении со спросом на МОП ИС. Дискретные приборы будут использоваться в таких схемах, как а) аналоговые ключи, поскольку теоретически смещение нулевого уровня напряжения у МОП-транзисторов равно нулю, б) высокочастотные усилительные схемы, когда желательно обеспечить малые шумы и квадратичную характеристику, а также в) в ряде отдельных случаев, в частности для согласования устройств, построенных на полевых и биполярных транзисторах, или в тех случаях, когда удается с успехом использовать специфические свойства прибора, например его чрезвычайно высокое входное сопротивление.

По гем же соображениям нельзя ожидать высокого спроса на МОП ИС, представляющие собой одиночные логические элементы. Причина заключается в том, что их характеристики будут столь плохими, а стоимость -

) Все соображения, высказанные в данном разделе относятся к ИС на приборах с р-каналом, за исключением п. 6, который относится к ИС, выполняемым на приборах с каналами противоположных типов проводимости

СТОЛЬ близка к стоимости существующих биполярных схем, что не будет никаких экономических оснований для использования МОП-структур.

2. Интегральные схемы. Обширной сферой применения МОП-структур будут большие сложные интегральные схемы, обладающие низким и средним быстродействием. Эти ИС будут представлять собой небольшие законченные системы или подсистемы. Объединение всех логических устройств такой системы или подсистемы в одном кристалле позволяет выполнить на этом кристалле все межсоединения. Таким образом, корпус ИС будет содержать лишь выводы, служащие для передачи сигналов и подключения к источнику питания. Уменьшение числа выводов приводит к снижению стоимости корпуса ИС. Стоимость испытаний сложных ИС, которая может составлять существенную часть полной стоимости ИС, в значительной степени зависит от числа выводов схемы, служащих для подвода и передачи сигналов С ростом числа выводов возрастает и время, необходимое для испытания схемы, если учесть перебор всех сочетаний и комбинаций входных сигналов. Идеальным является случай, когда большая сложная ИС имеет один вход и один выход. Сигнал подается в схему, надлежащим образом преобразовывается, а затем появляется на выходе. Классическим и наиболее показательным примером такой схемы является сдвиговой регистр (CP). В этом случае импульс поступает в регистр, хранится в течение заданного времени (измеряемого миллисекундами, минутами или даже сутками), а затем по команде подается на выход в форме, пригодной для его непосредственного использования. Каждый разряд в цепочке триггеров, образующих CP, возбуждает точно такой же разряд, так что трудности выполнения внутренних соединений, а также паразитные емкости, размер выходных буферных каскадов и объем оперативных испытаний сведены к минимуму.

Сдвиговой регистр хотя и выполняет весьма полезные функции, по существу иллюстрирует предельный случай минимального числа выводов. В более общем случае ИС имеет несколько входных и выходных выводов. Примером может служить двоично-десятичный дешифратор,



изображенный на рис. 5.25 В этой схеме, помимо выводов питания, имеется еще 8 входных и 15 выходных выводов.

3. Специальные разработки. По мере того как интегральные устройства, выполненные на одном кристалле, становятся более крупными и более сложными, они превращаются также и в более специализированные устройства, и, следовательно, во все большей степени ограничивается область их возможных применений. По этой причине на рынке ИС со структурой МОП будут преобладать схемы, изготовляемые по специальным заказам. Автор считает вполне возможным разработку крупными и мелкими фирмами, специализирующимися на выпуске электронных систем, собственных МОП ИС. Однако этого нельзя сказать относительно схем на биполярных приборах. Тем самым выявляется основное различие между технологией больших ИС (БИС) на биполярных транзисгорах и технологией БИС на МОП-транзисторах- сравнительная легкость, с которой можно практически реализовать схемы на МОП-приборах. При этом большая часть работы по проектированию схемы будет выполняться самим заказчиком. Заслуживающим внимания исключением можно считать сдвиговые регистры, которые продаются на метры .

На вопрос о том, кто в будущем станет создавать конструкцию ИС на МОП-приборах, весьма яркий ответ дает следующая выдержка из работы Сили и Уон-лесса [1]:

Приведенные выше соображения побудили одного конструктора-технолога заметить, что он мог бы разработать схему на МОП-приборах с гораздо большей легкостью, чем обычную транзисторную схему Это справедливо и в том случае, когда сравниваются ИС на биполярных и МОП-транзисторах. Квалифицированный разработчик цифровых схем, которого ознакомят с основными принципами конструирования МОП-схем, сможет всего за несколько часов научиться самостоятельно разрабатывать такие схемы. Уже одно это гарантирует развитие МОП ИС, поскольку в этом случае задача разработки новых устройств вновь ложится на плечи инженера-практика, который, собственно говоря, и должен ее

решать. По существу, инженерам-конструкторам будут предоставлены новые возможности для раскрытия их творческих способностей .

4. Сложные интегральные схемы и интегральные матрицы^). Вообще говоря, для того чтобы наиболее полно использовать преимущества МОП-технологии, необходимо рассмотреть принципы построения больших интегральных схем (БИС), обеспечивающие создание конструкции, а также выбор топологии схемных элементов и технологии изготовления законченного логического элемента на минимальной возможной площади. Логический элемент разрабатывается специально для выполнения только одной функции. Такой элемент собирается, испытывается и заключается в корпус как законченный функциональный узел Для того чтобы логический элемент выполнял свою функцию, должны быть работоспособны все 100% его компонентов. Если элемент не выполняет свою функцию, его забраковывают.

Другим решением проблемы является создание интегральных матриц. В данном случае идея заключается в изготовлении большого числа основных конструктивных ячеек (например, простых логических вентилей), испытании каждой из них, выявлении работоспособных ячеек и соединении их между собою (при выполнении таких соединений неработоспособные ячейки пропускаются) так, чтобы получить законченную функциональную систему или субсистему. До сих пор основные работы в области интегральных матриц велись на основе биполярных схем (за некоторыми примечательными исключениями). Это, конечно, не означает, что для создания интегральных матриц нельзя использовать МОП-приборы. Но в этом случае элементарная ячейка матрицы будет гораздо сложнее в функциональном отношении, чем при использовании биполярных приборов. (В последнем случае элементарная ячейка может представлять собой простой четырехвходовой логический вентиль.) Допустим, например, что заказчику требуется 500-разрядный сдвиговый регистр При этом основным конструктивным элементом можно считать 50-разрядную ячейку, т. е. сложный

Более подробно об этом см. в работе [2]



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

© 2024 Constanta-Kazan.ru
Тел: 8(843)265-47-53, 8(843)265-47-52, Факс: 8(843)211-02-95