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第六章 集成注入逻辑（I2L）电路 四、 I2L电路的逻辑组合 一、I2L的基本单元 I2L电路的基本逻辑单元是单端输入、多集电极开路输出的反相器。由于I2L电路中各npn管的发射极都是接地的，每个单元也都有pnp管恒流源注入，而注入条又是公共的，所以其单元线路可简化 由于它的各集电极输出端在逻辑上是相互独立的，又是OC输出，所以它的各输出端可直接“线与”。 两种基本功能：“或非”和“与非” (2)混合I2L型电路的工艺结构 混合I2L型电路——一个芯片上除了I2L电路以外，还有其他类型的电路。 选用高阻P型硅作衬底——进行N＋埋层扩散——N型外延——P＋隔离扩散——深N＋墙扩散——P型基区扩散——浅N＋集电区扩散——接触孔光刻和铝互连光刻。（共7次光刻，5次扩散热处理） 特点：电路设计上灵活性大，但各类电路在工艺条件的兼容上存在一定的难度。 2、工艺控制 (1)采用无金工艺 (2)低温退火 (3)磷吸收 (4)基区硼扩散 (5)集电区磷扩散 (6)接触孔光刻的针孔控制 (7)横向PNP管基区宽度及均匀性的控制 I2L电路的版图设计 1、总体布局 2、注入条的设计 为了保证注入电流的均匀，可采取以下的一些措施： ①整个注入条开出接触孔．并且全部用铝条覆盖上，作成等位线； ②使用多注入条时，要确保备注入条对总电源等电位； ③不允许铝线跨越注入条，因为这样会增加注入条本身电阻，影响注入的均匀性； ④注入条的长度也要适当考虑，虽然采用长注入条对集成度是有利的，但它对制版和光刻的要求较高；而且此时铝线的电阻己不可忽略，特别在较大的工作电流时更是这样。 3、NPN管基极条的设计 (1)对集成度的影响 (2)对驱动能力的影响 (3)对电流范围的影响 (4)对门延迟时间的影响 (5)门间的互连线 4、NPN管基极引线孔位置的选择 5、N＋隔离环的使用 N＋隔离环的三个作用 ①减小各相邻基区条之间的寄生PNP管的影响，使相邻基区条之间的间距缩小，从而提高了集成度 ②改善地线的均匀性； ③提高反向运用的NPN管的电流增益β 但是N＋隔离环的使用，降低了击穿电压，并会由于引线孔光刻时的针孔，使成品率下降。 6、地线的设计 在设计地线时应注意以下几点； ①接地点必须进行N＋磷扩散； ②接地点和各单元大致对称，使地线引出端对各单元的影响大致相同； ③尽量减小地线的电阻，可采用N＋环形地线或者地线从N＋衬底引出。 * TTL和ECL虽然工作速度较高，但是功耗较大，电路复杂，不宜于制造高密度的大规模集成电路。I2L的出现是双极型器件在集成度和功耗方面的一次重大突破。而I2L基本单元电路是构成I2L门电路的基础。 一、I2 L电路基本单元的结构 基本单元为一个单端输入、多端输出的反相器。由于电极共用，所以也叫并合晶体管逻辑电路。 电路符号 单元电路图 基本结构图 e b c c b e 单元电路 典型NPN管 电路特点： 1、NPN管倒置，且发射区接地，所以无需隔离； 2、单元中只有一对互补管且两对电极共用，所以电路简单元件少，单元内部无连线； 3、电路中无电阻。 二、I2 L基本单元电路的工作原理 两I2L门 1、注入端EP加上大于PNP管EB结阈值电压的正向电压VP时，PNP管导通，正向注入电流IP到达B点，然后流向取决于前级输出状态。 2、前级输出为1时，注入到B点的电流全部流向QN2基极，QN2深度饱和导通，其各输出端的饱和压降近似为QN2的本征饱和压降VCES0（约为50mv）。 ≈ 0.7v ≈ 0.7v VCEP≈0V,QP深度饱和 电源电压VP可以近似的看做全跨导在QN2的发射结上。 3、前级输出为0时，QN1管饱和，饱和压降同QN2管（约为50mv)，此时电源电压横跨在QP上,IP全部流入QN1管,QN2管截止,输出端为1态,VOH=VBE ≈ 0.7V。 逻辑摆幅=VOH-VOL ≈ 0.65V ≈0.05V ≈0.7V ≈0.65V,临界饱和 QP处于共基极组态,其集电极电流IP轮流在QN1的集电极和QN2的基极间流动,起到了一个电流源的作用。 三、I2 L电路分析 1、 I2L电路中的器件分析 a、倒置NPN管的共发射极电流增益β： 反向NPN管发射区电阻率比正向使用时的发射区电阻率高很多，因此其发射效率低 -- β降低 反向NPN管的集电结面积比发射结面积要小，所以发射结注入的少数载流子只有一小部分被集电结收集-- β降低； 表面复合对反向NPN管电流增益影响-- β降低。 提高倒置NPN管的共发射极电流增益β的措施： 提高发射区（N型衬底或N外延层）与基区的杂质浓度比； 提高发射区和基区中少数载流子的寿命； 减小基区宽度； 使集电结与发射结面积比