8.3. Схемы с инжекционным питанием

По сравнению с питанием обычных микросхем принцип инжекционного питания имеет ряд преимуществ. Логические ИС с инжекционным питанием (И²Л) позволяют получить высокую степень интеграции. Для этих схем достаточно напряжение питания 0,5 — 0,9 В. Для осуществления процесса переключения требуется ничтожно малая энергия — 10^-12 Дж и даже менее.

На рис. 8.10,а изображена структура планарного транзистора типа п₁ — р₂ — п₂ с инжекционным питанием, представляющего собой одну ячейку ИС. Подложка (П) типа n₁ выполняет роль коллектора в этом транзисторе. В отличие от обычных планарных транзисторов в данном случае применяется инверсное включение. Кроме этого транзистора имеется еще область типа р₁ называемая инжектором (И). Вместе с коллектором (п₁) и базой (р₂) транзистора п₁ — р₂ — п₂ (VT2) инжектор входит в состав транзистора p₁ — n₁— p₂ (VT1). В этом транзисторе инжектор является эмиттером.

Рис. 8.10. Транзистор с инжекционным питанием

Пусть на инжекторный переход подано прямое напряжение от источника питания Е_И (рис. 8.10,б). Резистор R_И включен для ограничения тока в инжекторном переходе. Под действием прямого напряжения происходит инжекция дырок из инжектора в коллекторную область п₁, а для нейтрализации избыточного заряда инжектирован­ных дырок в эту область под действием напряжения Е_И приходят электроны. Избыточные электроны и дырки диффундируют через область п₁ к эмиттерному переходу р₂ — п₂. Он обогащается носителями, потенциальный барьер в нем понижается и его сопротивление уменьшается. Дырки и электроны диффундируют далее через базу р₂ к эмиттерному переходу p₂ — n₂ и также понижают его потенциальный барьер и сопротивление.

Таким образом, в транзисторе п₁ — р₂ — п₂ в обоих переходах сопротивление становится малым и транзистор VT2 работает в режиме насыщения, т. е. выполняет роль замкнутого ключа. Если теперь замкнуть выклю­чателем S накоротко базу р₂ с коллектором п₁ , то напряжение на коллектороном переходе станет равно нулю. Тогда к эмиттерному переходу р₂ — п₂ перестанут поступать носители и сопротивление этого перехода резко возрастет. Транзистор VT2 перейдет в режим отсечки, что соответствует разомкнутому ключу. Роль ключа S может выполнить другой транзистор с инжекционным питанием, находящийся в режиме насыщения.

8.4. Схемы на приборах с зарядовой связью

Приборы с зарядовой связью (ПЗС) относятся к при­борам с переносом заряда через коммутируемые конденсаторы. В по­следние годы стали применяться в микроэлектронике — в приемниках изображений, заменяющих передающие телевизионные трубки, запоминающих устройствах, линиях задержки, фильт­рах, устройствах для обработки сигналов и логических элементах.

Устройство ПЗС показывает рис. 8.11, на котором изображен так называемый трехтактный симметричный ПЗС, представляющий собой цепочку МОП-конден­саторов на общей подложке р-типа. На входе и выходе такой цепочки могут быть диоды или МОП-транзисторы. Размер каждого электрода вдоль цепочки составляет 1—10 мкм, промежуток между электродами — 0,5 — 2 мкм. Достоинством ПЗС является простота устройства.

Рис. 8.11. Устройство приборов с зарядовой связью

Для ПЗС характерны два основных режима работы: хранение инфор­мации в виде заряда в одном или нескольких конденсаторах и перенос заряда от одного конденсатора к следующему вдоль цепочки. В цифровых устройствах информация хранится или передается по двоичной системе, в которой наличие заряда означает 1, а отсутствие заряда — 0. В аналоговых устройствах количество заряда может изменяться по определенному закону, соответствующему тому или иному сигналу.

Электроды 1, 2, 3 составляют один элемент ПЗС. От входного электрода через переход п⁺ — р происходит инжекция электронов. Напряжением на затворе можно регулировать ток инжекции. Перенос заряда от электрода 1 к электроду 2 и далее происходит при условии, что напряжения на электродах положительны и напряжение следующего электрода больше напряжения предыдущего электрода или равно ему, т. е. если , затем и т. д. Тактовые импульсы, подаваемые на электроды для переноса составляют 10 —20 В. Трехтактная система ПЗС нужна для переноса заряда в одном направлении.