3.5.Деякі особливості застосування мікросхем серій езл

Розглянемо особливості застосування мікросхем ЕЗЛ на прикладі серії 100. Як вже зазначалося, схеми ЕЗЛ мають негативну напругу джерела живлення-5.2В±5% і, як наслідок, негативні напруги логічних рівнів. Крім того, логічні рівні схем ЕЗЛ малі за абсолютним значенням U₁=-0,96В U₀=-1,65В. Все це не дозволяє безпосередньо з'єднувати

Таблиця 2.

Параметр	Значення параметру		Темпера тура
	Мінімальне	Максимальне
Вхідний струм «0» I0вх, мкА	0.5		25
Вхідний струм «I» І1вх, мкА	—	265	25
Вихідна порогова напруга «I»	-0.92	—	75
Вихідна порогова напруга «0»	-1.83	-1,605	75
Вихідна напруга «0», В	-1.83	-1.625	75
Вихідна напруга «1», В	-0,9	-0.72	75
Струм споживання І, мА	—	25	75
Час затримки розповсюд- ження при включенні tзр,нс	—	2.9	25
Час затримки розповсюд- ження при включенні tзр,нс	—	2.9	25
Коефіціент* розгалуження по* виходу	—	15	75
Потужність споживання Рс, мВт (на елемент АБО-НЕ/АБО)	—	35	25

входи і виходи мікросхем ЕЗЛ з мікросхемами ТТЛ або з мікросхемами, виконаними на МОН-СТРУКТУРАХ. Для взаємної стиковки схем з різноманітними за величиною логічними рівнями на виході слід застосовувати спеціальні схеми перетворювачів 100ПУ124, 100ПУ125. При монтажі апаратури на мікросхемах серії 100 (окрім мікросхем 100ЛП115, 100ЛП116, 100ПУ124) всі невикористані входи і виходи залишають вільними.

Мікросхеми ЕЗЛ припускають об'єднання їх прямих і інверсних виходів в МОНТАЖНЕ АБО або МОНТАЖНЕ І з коефіціентом об'єднання К_обвих<4, а також об'єднання прямого виходу з інверсним. Останній засіб об'єднання дозволяє приймати і передавати сигнали від декількох елементів по одній загальній лінії зв'язку. Слід мати на увазі, що при збільшенні числа об'єднань по виходу змінюються рівні вихідної напруги, що призводить до зниження завадостійкості мікросхем. Крім того, в схемах, об'єднаних в МОНТАЖНЕ АБО, при перемиканні хоча б однієї мікросхеми з стану «I» в стан «0» на виході об'єднаних схем з'являється негативна завада, що може викликати хибне спрацьовування наступного елементу. Амплітуда і тривалість завади залежать від довжини лінії зв'язку, що з'єднує елементи в МОНТАЖНЕ АБО. З врахуванням викладеного, рекомендується об'єднання схем за виходами робити в межах однієї плати і по можливості для мікросхем, розташованих поруч.

Вихід з плати з встановленими на ній мікросхемами рекомендується брати від схеми, необ'єднаної по виходу в межах плати.

3.6.Цифрові мікросхеми на мон-транзисторах

За останнє десятиріччя широке розповсюдження отримали мікросхеми, основані на польових структурах. Ці структури названі так тому, що їх робота базується на регулюванні рівня струму в приповерхневому шарі напівпровідникового матеріалу за рахунок впливу поперечного електричного поля на провідність каналу. В цифрових мікросхемах практичне застосування отримали польові транзистори з оксидною ізоляцією, що утворюють структуру метал-окисел-напівпровідник (МОН), і транзистори з нитридно-оксидною ізоляцією (МНОН).

Транзистори МОН поділяються на два види: з вбудованими (легованими) та індукованими каналами (рис.3.12.). В транзисторах останнього типу канал створюється(індукується) під дією керуючої напруги, що подається на керуючий електрод З. Із зростанням цієї напруги канал збагачується носіями. В транзисторах з вбудованим каналом він створюється технологічним шляхом. За типом провідності польові транзистори поділяються на транзистори з каналами р - і n-типу. На відміну від біполярних, в МОН-транзисторах струм в каналі переноситься основними носіями.

Рис.3.12. Поперечний зріз МОН-структури з індукованим (а) і вбудованим (б) каналами,

Рис.3.13. Схеми інверторів на МОН-транзисторах з каналом р-типу (а), п- типу(б) і на КМОН-транзисторах (в)

Транзистори типу МОН являють собою чотирьохелектродний напівпровідниковий прилад. Витоком (1) називається електрод, від якого починають рух основні носії в каналі, стоком (С) - електрод, до якого рухаються основні носії, засліном (З) - керуючий електрод. Четвертий електрод приєднаний до підкладки - напівпровідникової області, на якій виробляється транзистор.

Прикладаючи напругу до заслону, можна змінювати струм в каналі (при постійній напрузі на стоку), а, отже, змінювати опір каналу. Транзистори МОН-типу, на відміну від біполярних, керуються напругою і в цьому сенсі є аналогом електронних ламп. На рис.3.13. показані три варіанти виконання схеми НЕ на МОН-транзисторах з індукованими каналами. Мікросхеми на МОН-транзисторах мають ряд переваг у порівнянні з біполярними схемами. Вони конструктивно прості, технологічні, мають високу завадостійкість і малу потужність розсіювання, МОН-вентиль займає значно меншу площу на поверхні підкладки у порівнянні з біполярним ключем. Це дозволяє отримати мікросхеми з числом еквівалентних ключів до 100000 на одному кристалі.

В нинішній час більшість цифрових мікросхем ,що випускаються на МОН-транзисторах, базується на МОН-транзисторах з індукованими каналами р-типу, або, як їх ще називають, на р-канальних транзисторах. В останні роки отримали розповсюдження мікросхеми на комплементарних МОН-транзисторах (КМОН), а також на n- канальних транзисторах. Розглянемо докладніше мікросхеми на МОН-транзисторах.

3.7. Принцип роботи мікросхем на р-канальних МОН-транзисторах

Розглянемо принцип роботи МОН-транзистора з індукованим р-каналом (рис.15). Якщо до структури не прикладені напруги, p-n переходи в межах областей стоку, витоку і підкладки, закриті. На межі розділу між напівпровідником і діелектриком утвориться негативний заряд рухомих електронів, позитивний заряд поверхневих станів Q_пов (рис.3.14, в). Електричне поле зосереджене на межі розділу напівпровідника і окислу SiO₂. При подачі негативної напруги на заслін виникає електричне поле, під дією якого зменшується внутрішнє електричне поле на межі розділу. Зі збільшенням негативної напруги на заслоні вільні електрони витісняються з прилеглої до заслону області і в ній утворюється збіднений шар. При подальшому збільшенні напруги на заслоні біля поверхні розділу збільшується концентрація позитивно заряжених дірок (рис.3.14, 6).При певній напрузі на заслоні, коли в області каналу накопичиться достатня кількість дірок, тип провідності поверхні розділу стане дірковим і області р-типу виявляться з'єднаними між собою шляхом інверсного шару з провідністю р-типу Цей шар і служить каналом (рис.3.14, в). Змінюючи негативну напругу на заслоні, можна модулювати кількість носіїв (дірок) в області каналу, тобто регулювати в каналі струм ,що протікає.

Рис.3.14. МОН-транзистори з індукованим р-каналом:А-в-різноманітні міри збагачування каналу; г — режим насичення (довжина каналу зменшується)

Канал транзистора ізольований від основного обсягу підкладки високоомним шаром заряду. Якщо на підкладці виробляється декілька транзисторів, можна знехтувати їх взаємним впливом. Для керування провідністю каналу може використовуватися підкладка. Негативна напруга, подана на підкладку призводить до відмикання р-п переходів між підкладкою і областями стоку і витоку. Позитивна напруга збільшує товщину об”ємного заряду, зменшує провідність каналу, а при подальшому збільшенні може призвести до повного зникнення каналу.

Напруга на заслоні, при якому між стоком і витоком з'являється індукований канал, називається напругою відмикання U_oin. Під дією різниці потенціалів між стоком і витоком в каналі транзистора протікає певний струм стоку І_с Коли напруга на стоці Up мала, струм І_с прямо пропорційний поданій напрузі і змінюється за лінійним законом.

Розглянемо приклади побудови цифрових мікросхем на основі р-канальних МОН-транзисторів. Існують і достатньо широко застосовуються три типу схем на МОН-транзисторах: статичні, квазістатичні і динамічні. В схемах квазістатичного і динамічного типів використовується високий вхідний опір МОН-транзисторів і спроможність паразитної ємності заслону тривалий час зберігати заряд і рівень напруги на заслоні. Схеми цього типу застосовуються для побудови тригерних пристроїв, регістрів і лічильників, але основна область їх застосування — створення схем пам'яті.