双极型积体电路 _生活百科

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

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。