Материал: Tverdotila_elektronika

Ці схеми – насамперед логічні елементи, побудовані відповідно до принципу інжекційного живлення. Вони називаються інтегральною інжекційною логікою (ІІЛ або І²Л). застосовуються в ВІС, зокрема у мікропроцесорах (серії К 582, К584).

І²Л - елементи не мають аналогів у дискретних транзисторних схемах. За щільністю упакування вони перевищують навіть МОН-структури, а за рівнем розсіюваної потужності наближається до КМОН - структур. При цьому зберігається висока швидкодія, властива біполярним ІС.

Основою І²Л елемента є схема рис.7. 22.

Рисунок 7.22 - Елемент І²Л

Елемент являє собою структуру, що складається з двох фізично об'єднаних транзисторів: горизонтального p­n­p і вертикального n­p­n. Емітерна область p­n­p  транзистора називається інжектором і підкладається до позитивного полюса джерела живлення (+Е). Від одного інжектора можуть живитися декілька схем. Вертикальний n­p­n  транзистор має кілька колекторів, які служать вихідними виводами логічного елемента. Особливості конструкції: спільна область n – типу є водночас базою p­n­p транзистора та емітером n­p­n  транзистора і підключається до корпуса; спільна область p – типу служить колектором p­n­p  транзистора і базою n­p­n  транзистора. За такої фізичної структури не потрібна ізоляція між окремими елементами І²Л, оскільки вони мають спільну n – область. Через це досягається висока щільність упакування (10000 елементів на кристалі). Весь елемент займає площу, що дорівнює площі одного багатоемітерного транзистора. Зображений на рис. 7.22 типовий елемент І²Л – це логічний елемент НІ (ключ – інвертор).

Його електричну схему можна подати у вигляді пари комплементарних біполярних транзисторів: V2 – багато­колекторний транзистор n­p­n, основа ключа; V1 - p­n­p – транзистор, постійно відкритий, який служить у схемах І²Л джерелом струму . Цей струм створюється інжекцією дірок через ЕП p­n­p – транзистора V1. Тому емітер, який виконує функцію джерела струму, вважається інжектором, а самі елементи – логічними елементами з інжекційним живленням.

Величина Е = 1,0 - 1,5 В. Через це логічні рівні схеми малі і становлять:  В;  В. І²Л-елемент працює у позитивній логіці. Якщо  В, то багатоколекторний транзистор V2 відкритий, струм тече в його базу, насичуючи прилад. При цьому на всіх колекторах V2 буде низький потенціал:  В. Якщо ж  В, то транзистор V2 закривається, і струм потече у вхідне коло. На виході І²Л-інвертора буде  В – високий потенціал.

Описаний І²Л-елемент є будівельною «цеглиною» більш складних логічних елементів.

Позначення основних величин

W – ширина забороненої зони

ρ – питомий опір

Т – абсолютна температура

W_ф – енергетичний рівень Фермі

W_Д, W_А – енергія активації донорів, акцепторів

N_Д , N_А – концентрація донорів, акцепторів

– власна концентрація електронів дірок

– концентрація електронів у n - області

– концентрація електронів у p - області

– концентрація донорів у n - області

– концентрація донорів у p - області

, – середня тривалість життя електрона, дірки

, – коефіцієнти дифузії дірок, електронів

q – заряд електрона

– час

Т – абсолютна температура

k – стала Больцмана

– середня швидкість дрейфу

– рухомість електронів, дірок

j – густина струму

j_др, j_диф – густина струму дрейфова, дифузійна

– контактна різниця потенціалів

– пряма напруга

– зворотна напруга

E_диф – дифузійне електричне поле у p-n –переході

– прямий струм

– зворотний струм

– струм насичення

– струм генерації

– струм поверхневого витоку

– бар’єрна ємність

– дифузійна ємність

– електрична стала

– відносна діелектрична проникність

– розподілений опір областей бази

– диференціальний опір переходу

,, – робота виходу електрона з металу, з напівпровідників n- та p- типу

P – потужність

– диференціальний опір стабілітрона

– прямий диференціальний опір

– зворотний диференціальний опір

– ємність варикапа

– температурний коефіцієнт напруги стабілізації

– ширина активної області бази

, – дифузійна довжина електронів, дірок

– площа емітерного переходу, колекторного переходу

– напруга між емітером і колектором

– напруга між емітером і базою

– напруга між базою і емітером

– напруга між колектором і емітером

– струм емітера

– струм бази

– струм колектора

– зворотний(тепловий) струм емітера

– зворотний(тепловий) струм колектора

, –діркова, електронна складова емітерного струму

– температурний потенціал

– коефіцієнт інжекції

– рівноважна концентрація дірок як неосновних носіїв (у базі)

– концентрація дірок у базі біля емітерного переходу

– концентрація дірок у базі біля колекторного переходу

– координата активної області бази