ЛОГИЧЕСКАЯ ЯЧЕЙКА ДЛЯ СБИС НА ОСНОВЕ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ С P-N-ПЕРЕХОДАМИ
Аннотация
В 80-е годы прошлого столетия в качестве элементной базы широко применялась интегральная инжекционная логика (И2Л) Несколько позднее в развитие возможностей И2Л для построения СБИС появилась инжекционно-полевая логика (ИПЛ). Благодаря при- менению в качестве ключевого элемента инвертора полевого транзистора, в данном эле- ментном базисе удалось существенно сократить важный для СБИС показатель – потреб- ляемую мощность – достигнув пиковаттного диапазона. Еще большее снижение потреб- ляемой мощности может быть достигнуто использованием в элементарной ячейке ин- вертора двух полевых транзисторов, которое предлагается в настоящей работе. Данный элементный базис предложено называть полевой-полевой логикой, или в дальнейшем П2Л. Для снижения габаритов П2Л-ячейки полевые транзисторы, как ключевой, так и нагрузоч- ный, выполнены с вертикальным каналом. Кроме того, для обеспечения положительного напряжения питания в качестве ключевого используется n-канальный транзистор, в каче- стве нагрузочного – p-канальный транзистор. Оба транзистора являются нормально за- крытыми, т.е. закрыты при нулевом напряжении на затворе каждого из них. Рассмотре- ны топологические варианты выполнения П2Л-ячейки от геометрии с кольцевыми затво- рами до геометрии с линейными затворами. Топологическими нормами, принятыми в рас- смотрении, являются нормы 50 нм. Потребляемая мощность в данном элементном базисе снижена по сравнению с ИПЛ примерно в два раза, благодаря тому, что ток через нагру- зочные транзисторы, так же, как и через ключевые, в цепочке инверторов протекает че- рез один инвертор. Рассмотрен технологический процесс изготовления П2Л-ячейки, рас- считаны профили распределения примесей по глубине. Технологический процесс изготовле- ния разработан с учетом того, что нагрузочный p-канальный транзистор должен быть выполнен в изолированном кармане по технологии полной диэлектрической изоляции. При- ведены технологические режимы изготовления П2Л-ячейки. Предлагаемый конструктивно- технологический вариант П2Л-ячейки может быть рекомендован для создания СБИС с низкой потребляемой мощностью
Список литературы
1. Avaev N.A., Dulin V.N., Naumov Yu.E. Bol'shie integral'nye skhemy s inzhektsionnym
pitaniem [Large injection-powered integrated circuits]. Moscow: Sov.radio, 1977, 248 p.
2. Barinov V.V., Kremlev V.Ya., Moshkin V.I., Orlikovskiy A.A. Integral'nye skhemy s
inzhektsionnym pitaniem [Integrated circuits with injection power supply], Zarubezhnaya
elektronnaya tekhnika [Foreign electronic equipment], 1973, No. 19, pp. 3.
3. Kremlev V.Ya., Moshkin V.I. Funktsional'no-integrirovannye elementy BIS [Functionally integrated
elements of LSI], Elektronnaya promyshlennost' [Electronic industry], 1976, No. 5, pp.
50-61.
4. Baranov L.I. O koeffitsiente usileniya polevogo tranzistora so smeshcheniem zatvora v
pryamom napravlenii [On the gain factor of the field transistor with forward shift of the gate],
Radiotekhnika i elektronika [Radio engineering and electronics], 1975, Vol. 20, No. 6,
pp. 1323-1325.
5. Gritsaenko P.G. Konstruktivno-tekhnologicheskiy variant dlya SBIS na osnove inzhektsionnopolevoy
logiki [Constructive and technological variant for VLSI based on injection-field logic],
Izvestiya YuFU. Tekhnicheskie nauki [Izvestiya SFedU. Engineering Sciences], 2019,
No. 5 (207), pp. 175-183.
6. Batalov B.V, Kremlev V.Ya., D'yakonov V.M. Modelirovanie raboty polevogo tranzistora kak
elementa inzhektsionno-polevoy logiki [Simulation of field transistor operation as an element
of injection-field logic], Mikroelektronika [Microelectronics], 1979, Vol. 8, Issue 1, pp. 34-43.
7. D'yakonov V.M., Kremlev V.Ya. Modelirovanie elementov inzhektsionno-polevykh
logicheskikh mikroskhem [Modeling of Elements of Injection Field Logic Chips],
Elektronnaya promyshlennost' [Electronic Industry], 1979, Issue 4 (76), pp. 286-288.
8. Inzhektsionno-polevaya struktura dlya logicheskikh integral'nykh skhem: Avt. svidetel'stvo
№ 764567 (SSSR) [Injection field structure for logic integrated circuits: Author 's certificate
No. 764567 (USSR). Published in Bulletin No. 34, 1980].
9. Kremlev V.Ya. Staticheskie kharakteristiki elementov SBIS inzhektsionno-polevoy logiki
[Static characteristics of VLSI elements of injection-field logic], V sb. «Tekhnologiya,
proektirovanie i nadezhnost' integral'nykh poluprovodnikovykh skhem» [In coll. "Technology,
design and reliability of integrated semiconductor circuits"]. Moscow: MIET, 1988, 122 p.
10. Kremlev V.Ya., Gritsaenko P.G. Issledovanie struktury na vzaimodopolnyayushchikh bipolyarnykh
tranzistorakh [Study of the structure of complementary bipolar transistors], Izvestiya VUZov.
Radioelektronika [Proceedings of the Universities. Radioelectronics], 1988, No. 3.
11. Garitsyn A.G., Gritsaenko P.G., Levin A.Yu., Tarasov A.O. Polevoy tranzistor s
samosovmeshchennym vertikal'nym kanalom [Field-effect transistor with self-displaced vertical
channel], Elektronnaya tekhnika. Seriya 2 «Poluprovodnikovye pribory» [Electron Technics.
Series 2 “Semiconductor devices”], 1981, Issue 6 (148).
12. Konstruktivno-tekhnologicheskie varianty ispolneniya bipolyarnogo i polevogo tranzistorov v
odnom kristalle. Inzhektsionno-polevaya logika. Belorusskiy gosudarstvennyy universitet
informatiki i radioelektroniki. Kafedra RES. Referat na temu: «Konstruktivno-tekhnologicheskie
varianty ispolneniya bipolyarnogo i polevogo tranzistorov v odnom kristalle. Inzhektsionnopolevaya
logika» [Design and technological variants of bipolar and field-effect transistors in one
crystal. Injection-field logic. Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics.
Department of RES. Abstract on the topic: «Design and technological variants of bipolar and
field-effect transistors in one crystal. Injection-field logic»]. Minsk, 2009.
13. Gritsaenko P.G., Kremlev V.Ya., Gadkov S.M. Issledovanie staticheskikh parametrov
IPL-invertora [Study of static parameters of IPL inverter]. Dep. v mezhvedomstv. refer. sb.
«Tekhnika, tekhnologiya i ekonomika». Seriya ER [Deposited in the interagency abstract collection
Technique, «Technology and Economics». Series ER]. Taganrog, 1981, No. 27, 5 p.
14. Kremlev V.Ya. Gritsaenko P.G. Dostizhenie pikovattnoy moshchnosti v inzhektsionno-polevoy
logike [Achievement of peak power in injection-field logic], Izvestiya vuzov. Radioelektronika
[News of Higher Educational USSR. Radioelectronics], 1981, Vol. XXIV, No. 8, pp. 96-97.
15. Makoviychuk M.I., Parshin E.O., Rekshinskiy V.A. Fizicheskie osnovy tekhnologii KNIstruktur,
formiruemykh metodom ionno-luchevogo sinteza [The physical basis of the technology
of COI structures formed by the method of ion-beam synthesis], Izvestiya vuzov.
Elektronika [News of Higher Educational USSR. Electronics], 1998, No. 5, pp. 10-16.
16. Pirs K., Adams A., Kats L., Tsay Dzh., Seydel T., Makgillis D. Tekhnologiya SBIS
[Tekhnologiya SBIS]: In 2-nd book, ed. by S. Zi: transl. from engl. Moscow: Mir: Redaktsiya
literatury po novoy tekhnike, 1986.
17. Rudakov V.I., Denisenko Yu.I., Mochalov B.V. Nizkotemperaturnyy otzhig SIMOX-struktur v
neodnorodnom temperaturnom pole [Low-temperature annealing of SIMOX structures in an
inhomogeneous temperature field], Mikroelektronika [Microelectronics], 2000, Vol. 29, No. 5,
pp. 367-373.
18. Krivilevich S.A., Makoviychuk M.I., Parshin E.O. Ionnyy sintez struktur kremniy-naizolyatore.
Sovremennoe sostoyanie, novye podkhody i perspektivy [Ion synthesis of siliconon-
insulator structures. Current state, new approaches and prospects], Mikroelektronika [Microelectronics],
1999, Vol. 28, No. 5, pp. 363-369.
19. Korolev M.A., Krupkina T.Yu., Reveleva M.A. Tekhnologiya, konstruktsii i metody
modelirovaniya kremnievykh integral'nykh skhem [Technology, designs and methods of modeling
silicon integrated circuits], under the general ed. chl.-corr. RAS prof. Yu.A. Chaplygina.
Moscow: Binom. Laboratoriya znaniy, 2015, 400 p.
20. Svetlichnyy A.M., Naumchenko A.S., Svetlichnaya L.A., Zhityaev I.L. Metody izolyatsii
elementov mikro- i nanostruktur: ucheb. posobie [Methods of isolation of elements of microand
nanostructures: textbook]. Rostov-on-Don: Izd-vo YuFU, 2014, 56 p.
