Интегралды-инжекционды логикалық және nМДП-интегралды сұлбалар.
1.МОП интегральды ссұлбалар.
2.КМОП элементтерінің сұлбалары
МДП транзисторларда (металл-диэлектрик-жартылай өткізгіш) диэлектрик рөлін кремнидің қос окисі SiO 
атқарады, сондықтан бұл транзисторларды МОП аббревиатурасымен де (металл-окис-жартылай өткізгіш) белгілейді.
Сондықтан интегралды микросұлбаларда МОП-транзисторлар қолдану тапты. Арнаның өткізу типіне қарай pМОП және nМОП деп бөледі. Олардың негізінде pМОП, nМОП және комплементарлы МОП (КМОП) интегралды сұлба элементтері жасалады. Бұл элементтерден МОП(КМОП) интегралды сұлба элементтері жасалады. Бұл элементтер сұлбалары биполярлы ИС ТТЛ мен ЭСЛ-ге қарағанда констукивті қарапайым, технологиялық жасалу әдісі жеңіл, бөгеуілге тұрақтылығы жоғары және аз тұтыну қуатына ие, және де жартылай өткізгіш криссталында өте аз орын алады.
Бірақ олардың жылдамдығы аз. МОП сұлбалар қоректену кернеуінің өзгеру диапазоны кеңірек. ТТЛ сұлбаларымен, мысалы 74ALSххх(КР1533) сериялы микросұлбалармен, nМОП сұлбалар жалпы жақсы түйіседі, сонда да олардың кірісіне жоғары деңгейлі логикалық сигнал беру қажет, ал жоғары емес шығыс тогы кезінен МОП ИС шығысына тек бір ТТЛ-кіріс жүктеуге болады.
Басқа параметрлері бірдей болған кезде pМОП транзисторға қарағанда жоғары жылдамдыққа ие nМОП транзисторының негізіндегі базалық логикалық элементтердің (ЛЭ) тұрғызылу принципі мен жұмысын қарасытырайық.
1-суретте И-НЕ және ИЛИ-НЕ логикалық функциясын жүзеге асыратын 2 кірісті ЛЭ-ң электрлік сұлбасы келтірілген.
Бұл сұлбада, ағындық қоректің оң кернеуін қолданушы, логикалық 1 сигналына жоғары деңгей, ал логикалық 0-ге төмен оң кернеу деңгейі сәйкес келеді. Екі сұлба да үш транзистордан тұрады, біреуі 
жүктеме рөлін, ал 
мен 
логикалық функциясын жүзеге асыратын ауыстырғыш транзисторлар болып табылады. И-НЕ функциясын жүзеге асыратын nМОП-транзисторлары негізінде жасалынған ЛЭ сұлбасында кілттік мен транзисторлары тізбектеліп қосылған. Сондықтан сұлба шығысында төмен деңгейлі кернеу болуы үшін мен транзисторларының қақпанына жоғары деңгейлі кернеу беру керек. Осылайша И-НЕ элементінің екі кірісінде де логикалық 1 сигналы болғанда оның шығысында 0-ге сәйкес логикалық сигнал болады.
Ауысқыш транзисторлардың максимал саны (m 
кірісі бойынша бірігу коэффициенті) 4-тен аспайды. И-НЕ сұлбаларындағы кіріс кілттік транзисторлар санын өсіру топологияны қиындатады, дәрежесін логикалық 0-ге сәйкес кернеудің деңгейінің өсуіне байланысты сұлбаның бөгуілге тұрақтылығы және сұлба элементерінің жартылай өткізгіштің кристалдағы тығыздығы төмендейді.
ИЛИ-НЕ сұлбасында (Сурет 1,б) мен 
транзисторлары параллель қосылынған, сондықтан сұлбаның ең болмаса бір кірісіне логикалық 1 сигналын бергенде оның шығысында логикалық 0-ге сәйкес сигнал қалыптасады.
Сурет 1. nМОП-транзисторындағы ЛЭ И-НЕ (а) және ИЛИ-НЕ (б) электрлік сұлбалары.
Кіріс бойынша бірігу коэффициенті m 
10-ға тең. Бұл ИЛИ-НЕ сұлбасында m 
санының шектелуінуі 1 –ге сәйкес сигнал деңгейіменнен шектеліненді.Ол кіріс транзисторлардың ағын - көз тізбектеріндегі ағын токтарының қосындысынан пайда болатын сұлба шығысындағы кернеудің әсерінен болады.
Жоғары кіріс кедергісінің және ағу тогының аз мәніне байланысты сандық интегралдық схемалардың МДП-транзисторлары жоғары жүктемелік қабілетке ие (n=10-20).
МДП транзисторларындағы элементтер.
Комплементарлық МОП (КМОП)-құрылым түрлі өткізу типті МОП-транзисторлардан құралған терістегіш сұлбасы (Сурет 3,а) болып табылады. n-типті өткізгішті транзисторының жаймасы нөлдік потенциалға қосылған (жерге), p-типті транзистор жаймасы оң қорек көзіне қосылған, ал екі транзистордың қақпандары біріккен және сұлба шығысы болып табылады.
КМОП элементтері nМОП элементтерінен статикалық режимде аз тұтыну қуатымен, салыстырмалы жоғары жылдамдығымен, жоғары жүктемелік қабілетімен (n≥15-20) және логикалық 1 мен логикалық 0 сигналдарының деңгейінің өлкен түсуі есебінен жақсы бөгуіл тұрақтылығымен тиімді ерекшеленеді. Статикалық режимде қуат қорек кернеуінің шамасымен және жабық транзистордың өте аз тогымен анықталады. КМОП ИС тұтынатын қуат С 
жүктемесінің паразиттік сиымдылығын зарядтаудағы өтпелі процесс кезінде шығындалады.
Сондықтан сұлбаның ауысу жиілігі және С сиымдылығы сұлбаның динамикалық қуаты өседі және былай анықталады.
(1)
мұнда 
-ағындық қоректің кернеу көзі 
-жұмыс жиілігі.
Қарапайым екі жүрісті КМОП логикалық – тура H(high)-активті сигналдар режиміндегі жұмысын қарастырайық. Бұл КМОП ИС-тің ең кең қолданылатын сериялы жұмыс істейтін режимде кернеудің жоғары деңгейіне логикалық 1, ал төменгі деңгейіне – логикалық 0 сигналы сәйкес. Суретте 3-те И-НЕ жүзеге асыру үшін nМОП транзисторларының тізбекті қосылысы және pМОП транзисторларының параллель қосылысы қолданылатынын көруге болады. ИЛИ-НЕ функциясын жүзеге асыру үшін nМОП транзисторлар параллель қосылады, ал pМОП-транзисторлар тізбектеліп қосылады. Бұдан басқа nМОП пен pМОП транзисторларының әр жұбының қақпандары, КМОП құрысын жасаушы бір-бірімен қосылады және КМОП элементтерінің кіріс болады.
КМОП-ң И-НЕ элементінің А кірісіне логикалық 0 синалын берсе nМОП транзистор. жабылады, ал сонымен қақпан бойынша байланысқан pМОП транзистор 
ашылады. Нәтижесінде элемент шығысында (В кірісің мәніне тәуелсіз) логикалық 1 деңгейі қалыптасады.
| а) | б) | в) |
Сурет 4. КМОП элементтерінің сұлбалары: терістегіш (а), И-НЕ (б) және ИЛИ-НЕ (в)
А және В кірістеріне логикалық 1 сигналын берсе nМОП транзисторлар мен ашылады, ал nМОП пен 
жабылады, бұл элемент шығысында логикалық 0 сигналының қалыптасуына әкеледі. Бұл кезде С жүктемесінің сиымдылығы ашық не pМОП транзисторлар арқылы әрқашан қайта зарядталады, нәтижесінде КМОП элемент осындай nМОП элментке қарағанда тез ауысады.
КМОП элементтің минималды қорек кернеуі pМОП транзистордың 
табалдырықтық кернеуімен анықталады, себебі nМОП транзистордың 
кернеуінен үлкен. Бұл жағдайда жоғары бөгеуіл тұрақтылық және жақсы жылдамдық қамтамасыз етіледі.
КМОП элменттері ИЛИ-НЕ (Сурет 3) солай жұмыс істейді, бірақ оның шығысында логикалық 1 сигналы тек А мен В кірістеріне логикалық 0 сигналын бір уақытта бергенде қалыптасады. Негізінде КМОП элменттерінің кірісі бойынша бірігу коэффициенті 4-тен аспайды. (m≤4). КМОП И-НЕ және ИЛИ-НЕ элементтерін ұқсас nМОП элементтермен салыстыру. Сол бір функцияны жүзеге асыру кезінде КМОП элементтері транзисторлардың көп санын қолданатын көрсетті, бұл олардың кемшілігіне жатады. Бірақ өте аз тұтыну қуаты және жоғары жылдамдығы КМОП элементтерін жақсы қолданыспен қамтамасыз етеді, әсіресе өте үлкен интегралды сұлбалар жасауда. Интегралды сұлбаларды транзисторлар саны бойынша экономикалық құрастыруда комплементарлық МОП транзисторлар жүктемелік КМОП ИС-ті триггерлік құрылғыларды, дешифраторлар сұлбасын, сумматорларды және басқа функцияналдық түйіндер мен құрылғыларды жобалауға қолдану ерекше қызығушылық туғызады.
Негізгі әдебиеттер: 1[638:655].
Қосымша әдебиеттер: 3[415:418], 5[143:170].
Бақылау сұрақтары:
1. Интегралды-инжексиялы логикалық сұлба ТТЛ және ЭБЛ сұлбаларынан немен өзгешеленеді?
2. Базалық ИИЛ элемент дегеніміз не?
3. ИИЛ базалық элементі қандай функцияны орындайды?
4. МОП сұлбалардың ТТЛ және ЭБЛ сұлбалармен салыстырғандағы артықшылықтары?
5. МОП сұлбалардың негізі кемшіліктері.
Лекция 21
Аналогты электрондық құрылғылардың дамуының бағыты мен болашағы.