双极型积体电路【双极型积体电路】在半导体内,多数载流子和少数载流子两种极性的载流子(空穴和电子)都参与有源元件的导电,如通常的NPN或PNP双极型电晶体 。以这类电晶体为基础的单片积体电路,称为双极型积体电路 。
基本介绍中文名:双极型积体电路
外文名:Bipolar Integrated Circuit
相关领域:电子
出现时间:1958年
基础器件:NPN或PNP双极型电晶体
学科:电子工程
简介
![双极型积体电路](http://img.gansulong.com/220809/220133E58-0.jpg)
文章插图
以通常的NPN或PNP型双极型电晶体为基础的单片积体电路 。它是1958年世界上最早製成的积体电路 。双极型积体电路主要以硅材料为衬底,在平面工艺基础上採用埋层工艺和隔离技术,以双极型电晶体为基础元件 。按功能可分为数字积体电路和模拟积体电路两类 。在数字积体电路的发展过程中,曾出现了多种不同类型的电路形式,典型的双极型数字积体电路主要有电晶体-电晶体逻辑电路(TTL),发射极耦合逻辑电路(ECL),集成注入逻辑电路(I2L) 。TTL电路形式发展较早,工艺比较成熟 。ECL电路速度快,但功耗大 。I2L电路速度较慢,但集成密度高 。同金属-氧化物-半导体积体电路相比,双极型积体电路速度快,广泛地套用于模拟积体电路和数字积体电路 。双极型积体电路是最早製成集成化的电路,出现于1958年 。双极型积体电路主要以硅材料为衬底,在平面工艺基础上採用埋层工艺和隔离技术,以双极型电晶体为基础元件 。它包括数字积体电路和线性积体电路两类 。分类双极型积体电路是在硅平面电晶体的基础上发展起来的,最早的是双极型数字逻辑积体电路 。在数字逻辑积体电路的发展过程中,曾出现过多种不同类型的电路形式 。常见的双极型积体电路可分类如下 。DCTL电路是第一种双极型数字逻辑积体电路,因存在严重的“抢电流”问题(见电阻-电晶体逻辑电路)而不实用 。RTL电路是第一种有实用价值的双极型积体电路 。早期的数字逻辑系统曾採用过 RTL电路,后因基极输入迴路上有电阻存在,限制了开关速度 。此外,RTL逻辑电路的抗干扰的性能较差,使用时负载又不能多,因而被淘汰 。电阻-电容-电晶体逻辑电路(RCTL)是为了改善RTL电路的开关速度而提出来的,即在RTL电路的电阻上并接电容 。实际上 RCTL电路也未得到发展 。DTL电路是继 RTL电路之后为提高逻辑电路抗干扰能力而提出来的 。DTL电路线上路上採用了电平位移二极体,抗干扰能力可用电平位移二极体的个数来调节 。常用的 DTL电路的电平位移二极体,是用两个硅二极体串接而成,其抗干扰能力可提高到1.4伏左右(见二极体-电晶体逻辑电路) 。HTL电路是在 DTL电路的基础上派生出来的 。HTL电路採用反接的齐纳二极体代替DTL电路的电平位移二极体,使电路的阈值提高到约7.4伏左右(见高阈值逻辑电路) 。可变阈值逻辑电路(VTL)也是DTL电路系列中的另一种变形电路 。阈值逻辑电路(TLC)是 HTL和VTL逻辑电路的总称 。TTL逻辑电路是在DTL逻辑电路基础上演变而来,于1962年研製成功 。为了提高开关速度和降低电路功耗,TTL电路线上路结构上经历了三代电路形式的改进(见电晶体-电晶体逻辑电路) 。以上均属饱和型电路 。在进一步探索提高饱和型电路开关速度的同时,发现电晶体多余载流子的存储效应是一个极重要的障碍 。存储现象实质上是电路在开关转换过程中由多余载流子所引起 。要提高电路开关速度,除了减少电晶体PN结电容,或者设法缩短多余载流子的寿命以外,就得减少和消除电晶体内载流子存储现象 。60年代末和70年代初,人们开始在积体电路中利用熟知的肖特基效应 。在TTL电路上製备肖特基势垒二极体,把它并接在原有电晶体的基极和集电极上,使电晶体开关时间缩短到1纳秒左右;带肖特基势垒二极体箝位的TTL门电路的平均传输延迟时间达2~4纳秒 。肖特基势垒二极体-电晶体-电晶体逻辑电路(STTL)属于第三代 TTL电路 。它线上路上採用了肖特基势垒二极体箝位方法,使电晶体处于临界饱和状态,从而消除和避免了载流子存储效应 。与此同时,在TTL电路与非门输出级倒相器的基极引入电晶体分流器,可以改善与非门特性 。三极体带有肖特基势垒二极体,可避免进入饱和区,具有高速性能;输出管加上分流器,可保持输出级倒相的抗饱和程度 。这类双极型积体电路,已不再属于饱和型积体电路,而属于另一类开关速度快得多的抗饱和型积体电路 。发射极耦合逻辑电路(ECL)是电流型逻辑电路(CML) 。这是一种电流开关电路,电路的电晶体工作在非饱和状态,电路的开关速度比通常TTL电路又快几倍 。ECL逻辑电路把电路开关速度提高到 1纳秒左右,大大超过 TTL和STTL电路 。ECL电路的出现,使双极型积体电路进入超高速电路範围 。集成注入逻辑电路 (I2L)又称合併电晶体逻辑电路(MTL),是70年代研製成的 。在双极型积体电路中,I2L电路的集成密度是最高的 。三层结构逻辑电路(3TL)是1976年中国在I2L电路的基础上改进而成,因有三层结构而得名 。3TL逻辑电路採用NPN管为电流源,输出管採用金属做集电极(PNM),不同于I2L结构 。多元逻辑电路(DYL)和双层逻辑电路(DLL),是1978年中国研製成功的新型逻辑电路 。DYL逻辑电路线性与或门,能同时实现开关逻辑和线性逻辑处理功能 。DLL电路是通过ECL和TTL逻辑电路双信息内部变换来实现电路逻辑功能的 。此外,在双极型积体电路发展过程中,还有许多其他型式的电路 。例如,发射极功能逻辑电路(EFL)、互补电晶体逻辑电路(CTL)、抗辐照互补恆流逻辑电路(C3L)、电流参差逻辑电路(CHL)、三态逻辑电路(TSL)和非阈值逻辑电路(NTL)等 。特点和原理双极型积体电路的製造工艺,是在平面工艺基础上发展起来的 。与製造单个双极型电晶体的平面工艺相比,具有若干工艺上的特点 。
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