集成注入邏輯電路

集成注入邏輯電路是在NPN電晶體的基極接有PNP電晶體作為恆流源，採用公共發射區,集成多個NPN電晶體倒相器的基本門電路，簡稱I2L電路。I2L電路的倒相管採用公共發射區的縱向NPN電晶體。

集成注入邏輯電路

正文

在NPN電晶體的基極接有PNP電晶體作為恆流源，採用公共發射區,集成多個NPN電晶體倒相器的基本門電路，簡稱I2L電路。將這類基本門電路前後串接起來,經過適當組合,即可實現各種邏輯功能。在前後串接組合時,本級恆流源電流既可作為前級的負載電流，又可作為本級基極注入電流，這取決於前級門的狀態是通導還是截止。
I2L電路是70年代初發展起來的一種高集成密度、雙極型邏輯電路。它是在常規雙極型積體電路工藝的基礎上經過改進而成。I2L電路無需隔離,結構緊湊，不用電阻，可以獲得很高的集成度和集成密度，並在低功耗下有較高的速度。
I2L電路採用PNP橫向電晶體作為恆流源。橫向電晶體是指PNP或NPN電晶體的發射區、基區、集電區是沿晶片的平面方向分布，即從發射極到集電極的電流是在晶片內橫向流動。矽雙極型積體電路主要用 NPN電晶體構成。在以 NPN電晶體為主體的積體電路中，如需要兼用PNP電晶體時，其方法之一是製作橫向PNP電晶體。橫向PNP電晶體製作簡單，能與NPN電晶體工藝兼容，不增加工序。在擴散NPN電晶體基區的同時，即可製作橫向PNP電晶體的發射區和集電區（發射區作為注入條也可再擴散，加深摻雜濃度）。橫向 PNP電晶體的缺點是截止頻率較低，電流放大係數在2～5之間，少數可達10左右。
I2L電路的倒相管採用公共發射區的縱向NPN電晶體。它與通常的縱向NPN電晶體不同，其集電區在上方,公共發射區在下方。
恆流源電晶體的發射極是一個P型注入條,橫向電晶體的基區和集電區，分別是縱向電晶體 NPN的發射區和基區。當P型注入條加上正電壓後(I2L電路的電源)，注入條向 N型基區注入空穴，空穴渡越該基區後被集電區收集。被收集在 PNP電晶體集電區的空穴有兩個可能的去向：①作為NPN電晶體的基極注入電流（如果前級NPN電晶體處於截止狀態），導致NPN電晶體的導通;②作為前級NPN電晶體的集電極電流，如果前級NPN電晶體處於導通狀態，則該空穴電流流向前級 NPN電晶體。因其飽和壓降較小，本級NPN電晶體的發射結電壓也就很小,即本級NPN電晶體處於截止狀態（圖2）。因此，I2L電路的工作過程，實質上就是由外部注入條注入的少數載流子在集成器件體內轉移，引起基本門導通或截止。

集成注入邏輯電路

I2L電路實際上是由直接耦合電晶體邏輯電路(DCTL)演變而來的。DCTL電路的結構簡單，但存在嚴重缺點。其中，最突出的是“搶電流”現象（見電阻-電晶體邏輯電路）。I2L電路採用DCTL電路形式,而負載不用電阻器,以一個負載和一個電晶體組成倒相器。I2L電路所採用的 NPN電晶體使用倒相結構，反向工作。將通常雙極積體電路中的NPN電晶體的集電區作為 I2L電路內NPN電晶體的發射區，將發射區作為I2L電路內NPN電晶體的集電區。I2L電路的NPN電晶體的發射區，具有公共接地的特點。電路中所有NPN倒相管之間無需隔離,縮小了晶片面積。以共基極接法的橫向電晶體PNP恆流源代替 DCTL電路中的擴散電阻，使功耗降低,面積縮小。I2L電路的基本門，可方便地擴展成多個倒相輸出門而並不增加太多面積，只要在基本門的基區上擴展多個 NPN電晶體的集電區即可。多個集電區是相互隔離的，在功能上都相當於輸入信號的倒相。圖1為多集電極輸出倒相門的電路形式和結構的剖面。

集成注入邏輯電路

I2L電路的優點是:①製造工藝簡單,管芯面積小,在雙極型電路中有較高的集成密度；②低功耗，可在低電壓和低電流情況下工作，有較好的功耗與延遲時間乘積。I2L電路最主要的缺點是:①速度較低,其主要原因是PNP橫向電晶體PNP的電流增益低，NPN電晶體的結電容較大，基區串聯電阻較大，導致橫流源對倒相管的充放電時間較長；②反方向運用的NPN電晶體（發射區在下,集電區在上）的基區存在少數載流子減速場,截止頻率較低;③I2L電路本身是一種飽和型開關電路,在電晶體內部存在過剩的存儲電荷，增加了電路的開關時間。再有,I2L電路的邏輯擺幅小，抗干擾能力差,以及多塊I2L邏輯電路集合使用時，存在著注入電流在各電路塊中能否均勻分配等問題。為克服這些缺點，已研製出若干種改進形式的I2L邏輯電路，如自對準I2L電路、離子注入摻雜工藝I2L電路、等平面隔離I2L電路、肖特基I2L電路、上擴散I2L電路和襯底饋電邏輯電路等。
參考書目
　復旦大學微電子教研組編:《積體電路設計原理》,人民教育出版社，北京，1978。

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