Brevet FR2613133A1 — publié le 19880930

TRANSISTOR I2L A COURANT DE SORTIE ELEVE ET ETAGE I2L COMPRE- NANT DE TELS TRANSISTORS.' La présente invention a pour objet un transistor pour logique intégrée à injection (I2L) comprenant une seule région de sortie de collecteur et comportant au moins un con- tact de base disposé entre la région de sortie de collecteur et un injecteur, la surface de la région de sortie de collec- teur étant plusieurs fois supérieure à celle d'un collecteur d'une porte logique I2L multi-collecteurs. De tels transistors, présentant un courant de sor- tie relativement élevé, sont couramment utilisés pour être montés en cascade en sortie d'une porte logique I2L, de maniè- re à interfacer celle-ci avec d'autres composants. Dans de tels transistors, et à fort courant, la chute de tension dans la base est plus importante que dans une porte logique I2L, ce qui fait que le courant de sortie est nettement moins important que ne le laisse espérer le rapport de surface entre la sortie unique de collecteur du transistor et un collecteur de la porte logique. L'invention a pour objet un transistor I2L à cou- rant de sortie élevé susceptible d'être monté en cascade pour former un étage dans lequel la chute de tension dans la base est diminuée. Le transistor I2L selon l'invention est dans ce but caractérisé en ce que la base présente au moins deux rangées de contacts interconnectés, une première rangée constituant ledit contact de base disposé entre la région de sortie de collecteur et l'injecteur, et au moins une deuxième rangée si- tuée dans le périmètre de la région de sortie de collecteur. Selon un premier mode de réalisation correspondant à une technologie selon laquelle une interconnexion peut être disposée au dessus de la région de sortie de collecteur et - 2 - séparée de celle-ci par un isolant, la région de sortie de collecteur est en une seule partie et présente au moins une rangée d'inclusions à travers lesquelles la base affleure à la surface, et les contacts de la deuxième rangée de contacts sont disposés sur ladite rangée d'inclusions. Selon un deuxième mode de réalisation, la région de sortie de collecteur est divisée en au moins deux parties in- terconnectées, et avantageusement en deux parties, et au moins une dite deuxième rangée de contacts de base est disposée en- tre lesdites parties. Selon une variante préférée de ce mode de réalisa- tion, la région de sortie de collecteur est en deux parties et la surface de la partie la plus proche de l'injecteur est le double de celle de l'autre partie. Selon un mode de réalisation préféré, l'injecteur présente une rangée de contacts d'injecteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limi- tatif, en liaison avec les dessins ci-annexés dans lesquels: - la figure 1 représente un étage I2L de l'art antérieur des- tiné à une fonction d'interface d'une porte I2L - la figure 2 représente un transistor I2L selon le premier mode de réalisation de l'invention les figures 3a, 3b et 4 représentent des transistors selon le deuxième mode de réalisation de l'invention - la figure 5 représente les lignes de courant dans la base au voisinage de deux contacts de base et entre ceuxci - et la figure 6 représente un détail d'un injecteur d'un transistor selon l'invention. Selon la figure 1, un étage I2L selon l'art anté- rieur comporte deux transistors I2L T1 et T2 montés en cascade en sortie d'un des collecteurs C1 d'une porte I2L P à interfa- cer avec un ou plusieurs autres composants. Une porte ou un transistor I2L comportent un transistor d'injection, en géné- ral PNP, et un transistor de commande du type opposé. La porte I2L P comporte quatre collecteurs C1.... C4 sur lesquels sont réalisés des contacts de collecteur non représentés, une 3- base B et un injecteur I de grande longueur qui est commun avec les transistors I2L T1 et T2, et un contact de base CB entre le collecteur C1 et l'injecteur I. Le transistor T1 présente une base B10 de contour extérieur similaire à la base de la porte P. Un collecteur C10 de forme rectangulaire allon- gée occupant une grande partie de la longueur de la base, et un contact de base CB10 disposé entre le collecteur C10 et l'injecteur. Le collecteur C1 et la base B10 sont connectés par une liaison 1 figurée en pointillés et s'étendant depuis le contact du collecteur C1 jusqu'au contact de base CB10. Le transistor T2 présente une base B20 de contour extérieur sen- siblement carré dont un côté borde la base B10 et dont un au- tre côté borde l'injecteur IN. Le collecteur C20 du transistor T2 peut avoir une forme sensiblement carrée et son contour oc- cupe la majeure partie de celui de la base B20. Un contact de base CB20 de forme rectangulaire allongée borde un côté du collecteur C20 et est disposé entre celui-ci et l'injecteur IN. Soit I le courant de sortie de chacun des collec- teurs de surface S de la porte P. Le transistor T1 dont le collecteur C10 a une sur- face Sl, délivre un courant de sortie I1, présentant, dans le cas o on le considérerait comme un transistor idéal ayant une résistance de base nulle et ne possédant pas de recombinaison dans la partie de base non recouverte par le collecteur une valeur: S1 I1= -- I S De la même façon, le transistor T2 dont le collecteur C20 a une surface S2 présenterait un courant de sortie 12 de va- leur: S2 S2 12 = - I1 = - I S1 S La longueur L de la portion d'injecteur IN qui borde le transistor T2 doit d'autre part être telle que le -4- courant de base de T3 puisse être absorbé par la porte P soit: L I1 S1 1 I S 1 désignant la portion d'injecteur I qui borde l'injecteur IN. En pratique, la résistance de base dans les tran- sistors T1 et T2 est plus importante que dans la porte P et il en résulte que le courant de sortie 12 est notablement infé- rieur à la valeur donnée ci-dessus. Selon un premier mode de réalisation de l'inven- tion, représenté à la figure 2, un transistor T3 présente deux rangées de contacts de base. La région de sortie de collecteur consiste en un collecteur C30. Une première rangée est consti- tuée par les contacts CB30 et CB31 disposés entre le collec- teur C30 et l'injecteur IN3 et parallèlement à ce dernier et partiellement inclus dans le collecteur C30 dans les inclu- sions ouvertes 10 et 11 de la base B30. Une deuxième rangée est constituée par les contacts CB32 et CB33 disposés dans des inclusions fermées 12 et 13 de la base B30. La dimension des contacts de base CB30...CB33 est avantageusement la plus faible permise par la technologie. En effet, les recombinaisons sont nettement plus importantes sous la région de prise de contact, ce qui fait qu'en réduisant la dimension des contacts de base, on améliore le gain du tran- sistor T3. Les figures 3a, 3b et 4 représentent le deuxième mode de réalisation de l'invention dans lequel la région de sortie de collecteur du transistor est divisée en deux parties entre lesquelles est intercalée une rangée de contact de base. Selon la figure 3a, un transistor T4 correspondant à la configuration du transistor T1 de la figure 1, comporte un injecteur IN4 et une région de sortie de collecteur en deux parties interconnectées, l'une du côté de l'injecteur référen- cée C40, et l'autre à l'opposé, référencée C'40 et s'incrivant toutes deux dans le contour de la base B40. Les régions C40 et -5- C'40 ont un contour rectangulaire allongé et, de préférence, la région C30 a une surface double de celle de la région C'30. La figure 3b représente un transistor T4 correspon- dant à la configuration du transistor T2 de la figure 1. Ses éléments constitutifs, à savoir l'injecteur INS, la région de sortie de collecteur en deux parties interconnectées C50 et C'50, la base B50, la première rangée de contacts de base CB50 et CB51, et la deuxième rangée de contact de base CB52 et CB53 sont disposés de la même façon que les éléments référencés respectivement IN4, C40, C'40, B40, CB40, CB41, CB42, CB43. Par contre il se distingue du transistor T3 par la forme de ses éléments, correspondant à la longueur plus importante de l'injecteur et à la surface plus importante des deux parties de la région de sortie de collecteur (C50, C'50). Selon la figure 4, l'injecteur IN6 présente égale- ment une rangée de contacts interconnectés CIN1, CIN2 et CIN3. La base B60 présente deux rangées de contacts intercon- nectés, la première rangée comportant les contacts de base CB60, CB61 et CB62, et la deuxième rangée comportant les con- tacts de base CB63, CB64 et CB65. La région de sortie de col- lecteur est divisée en deux parties C60 et C'60 interconnec- tées, les contacts de la deuxième rangée étant disposés entre les deux parties C60 et C'60. Le remplacement d'un contact d'injecteur continu par plusieurs contacts interconnectés améliore le facteur de mérite, donc permet d'assurer les mêmes performances pour une consommation en courant plus faible. En liaison avec les figures 4 à 6, nous allons maintenant expliquer comment déterminer le nombre et l'espace- ment des contacts de base et d'injecteur d'une rangée. En ce qui concerne les contacts de base, deux con- ditions sont à remplir. Une première condition concerne l'état de mise en blocage pendant lequel existe un courant de base transitoire important et pour lequel le comportement est assez complexe. Le courant dont les lignes de courant sont repré- sentées en traits pleins à la figure 5 est très voisin - 6 - du courant d'injection et est un courant permanent. Le courant représenté en traits pointillés est un courant transitoire dont la valeur peut être supérieure, égale inférieure à celle du courant précédent suivant le gain G de la porte de commande. Pour un gain G de 3, il est au maximum égal à deux fois celui-ci pour une structure à deux rangées de contacts de base. Soit Lb le pas des contacts de base et lb la longueur des contacts de base. Pour un écart de tension toléré de AVb on a approximativement: V /AVb Lb - lb = (Li - lih _ AVb exprimé en mV. G Cette condition est valable pour toutes les rangées de contacts de base. AVb doit être choisi inférieur à la chute de tension base-émetteur du transistor en cours de blocage et à une chute de tension collecteur-émetteur du transistor commandé. Soit pour G = 3, AVb = 100 mV et Li - li = 10p (voir plus loin): Lb - lb = 60P La deuxième condition est relative à la mise en conduction et le problème est statique. La chute de tension dans la base ne doit pas dépasser 10 mV environ pour un courant de conduction I. Cette deuxième condition est nettement plus restrictive que le première. L'optimisation de la structure consiste à obtenir le meilleur gain I2L, c'est-à-dire un courant de sortie IOUT maximal. On a: V(ds) IOUT = JIO e - dS S kT/q -7- S: surface totale de la base diminuée de la surface des con- tacts. V(ds): tension de polarisation de l'élément de surface dS dans la jonction émetteur-base. et V(dS) = VcT -J r I(l) dl l'intégrale étant prise le long d'une ligne de courant (voir fig.4) VCT = tension du contact de base. La diminution de la surface des contacts de base est favorable en ce qu'elle procure une augmentation de IOUT d'une part par diminution de la recombinaison sous les con- tacts métalliques et d'autre part parce que cette diminution de surface peut être mise à profit pour augmenter la surface du collecteur. Selon la figure 6, la longueur li d'un contact d'injecteur est choisie de manière que celui-ci ait la surface minimale permise par la technoligie. Le pas Li des contacts d'injecteur doit être choisi de manière telle que le courant d'injection soit sensiblement uniforme le long de l'injecteur. Soit j la densité linéique de courant le long de l'injecteur. On admet que le gain en courant du transistor d'injection ici PNP, est égal à 1. Le calcul est effectué pour une injection de part et d'autre de l'injecteur. Soit AVi = Va - Vb la différence de tension maximale que l'on admet pour avoir une densité de courant d'injection sensiblement uniforme le long de l'injecteur (b: point situé dans le plan médian entre deux injecteurs, a: point situé dans le plan médian d'un injecteur) Dans un but de simplification, on suppose également que les lignes de courant sont parallèles à l'injecteur entre les deux contacts, et perpendiculaires à celui-ci au niveau de ces contacts. Il en résulte Va = Va'. avec a': point situé dans le plan de l'extrémité d'un contact d'injecteur. D'o: 8 - (Li- li) 2 (L-l) 1 (L-l)2 Vba = Vba' = j Q - = e J 2 W 2 2 4W Li - li j: courant injecté entre a' et b 2 L - l - ()l : résistance de l'injecteur W 2 1 -: correspond à une densité linéaire dans la résistance de l'injecteur W: largeur de l'injecteur j: densité de courant d'injection : résistance par carré de l'injecteur Li - li = 2W Qi Pour j = 1 pA/p 1 = 4p W = 5p Q = 500Q par carré, AV = 910-3 V (Li - li) = 10 Pm. 9- REVENDICATIONS: 1. Transistor pour logique intégrée à injecteur (I2L) comprenant une seule région de sortie de collecteur et compor- tant au moins un contact de base disposé entre la région de sortie de collecteur et un injecteur, la surface de la région de sortie de collecteur étant plusieurs fois supérieure à cel- le d'une porte logique I2L multi-collecteurs caractérisé en ce que la base (B30, B40, Bo50, B60) présente au moins deux ran- gées de contacts interconnectés, une première rangée (CB30, CB31, CB40, CB41, CB50, CD51, CBO0, CB61, CB62) constituant ledit contact de base disposé entre le collecteur et l'injec- teur, et au moins une deuxième rangée (CB32, CB33, CB42, CB43, CB52, CB53, CB63, CB64, CB65) située dans le périmètre de la- dite région de sortie de collecteur. 2. Transistor selon la revendication 1 caractérsé en ce que la région de sortie de collecteur (C30) est en une seu- le partie et présente au moins une rangée d'inclusions (12, 13) à travers lesquelles la base affleure à la surface, et en ce que les contacts (CB32, CB33) de la deuxième rangée de con- tacts sont disposés sur ladite rangée d'inclusions. 3. Transistor selon la revendication 1, caractérisé en ce que la région de sortie de collecteur est divisée en au moins deux parties interconnectées (C40, C'40, C50, C'50, C60, C'60) et en ce qu'au moins une dite deuxième rangée de con- tacts de base (CB42, CB43, CB52, CB53, CB63, CB64, CB65) est disposée entre les parties de collecteur. 4. Transistor selon la revendication 3 caractérisé en ce que la région de sortie de collecteur est en deux parties. 5. Transistor selon la revendication 4 caractérisé en ce que la surface de la partie la plus proche de l'injecteur est le double de celle de l'autre partie. 6. Transistor selon une des revendications précédente caractérisé en ce que l'injecteur présente une rangée de con- tacts d'injecteur (CIN1, CIN2, CIN3). 7. Etage pour logique intégrée à injection caractérisé en ce qu'il comporte deux transistors selon l'une des revendi- cations précédentes, la base du second transistor, lequel 26 13133 - 10- présente une région de sortie de collecteur de grande dimensions, étant connectée à la région de sortie de collecteur du premier laquelle est de plus petites dimension.