JPH03205919A - 化合物半導体ガリウムひ素集積回路 - Google Patents
化合物半導体ガリウムひ素集積回路Info
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- JPH03205919A JPH03205919A JP2000681A JP68190A JPH03205919A JP H03205919 A JPH03205919 A JP H03205919A JP 2000681 A JP2000681 A JP 2000681A JP 68190 A JP68190 A JP 68190A JP H03205919 A JPH03205919 A JP H03205919A
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
本発明は、化合物半導体ガリウムひ素を用いた集積回路
、特にそのレベル設定の高精度化に関するものである。
、特にそのレベル設定の高精度化に関するものである。
化合物半導体ガリウムひ素を用いた集積回路における論
理回路は、従来,第2図に示すDCFL( D ire
ct C oupled F E T L ogic)
が一般的に用いられている。この回路は、ゲート電極が
ソース電極に接続されたデプレッション型電界効果トラ
ンジスタ(以下、電界効果トランジスタをFETと略す
)F20を負荷素子とし,論理信号がノード(ゲート電
極)N20に入力されるエンハンスメント型FET
F21を駒動素子とし、FETF20のドレインは電源
Vccに、FET F2↓のソースは電源Vssに接
続されている。第2図では,以下に述べる説明のため、
DCFLを2段縦続接続した場合を示している。この回
路においては,ノードN 2 0に入力される信号の反
転出力をノードN21に得るようになっており、入力信
号と出力信号の関係を示したのが、第3図である。 ノードN20の入力信号がII H ighTTレベル
となった時、ノードN21の出力レベルは”LoII+
”レベルとなり、その値はほぼVssとなる。また、ノ
ードN20の入力信号が”Low”レベルとなった時,
ノードN21の出力レベルは”High”レベルとなり
、Vccレベルに近づこうとするが、次段のFET
F23のゲート・ソース間のショットキ特性のため、V
ss+0.7Vにクランプされる。このように、論理回
路の出力レベルは、vSSならびに、ショットキ特性に
より決定され、回路シミュレーションにより得られる値
と大きな差は発生しない。なお、第2図の回路において
、次段のFETs F22、F23からなるDCFL
回路が接続されていない場合、ノードN21の+1 }
{ i gh I+レベルは、Vccとなる。 しかしながら、この集積回路における論理回路は全てD
CFLのみで構成できるわけではなく、所定の電位の出
力レベルを得る必要性から、第4図に示す回路を用いる
必要がある。第4図において、F40、F41はエンハ
ンスメント型FETで、論理信号はノードN40に入力
され、ノードN41に反転出力が得られる。FET
F40のゲート電極Ng40には、出力ノードN41の
”H igh”レベルを規定するための一定電位Vgが
印加されている.この場合、ノードN41の”High
”レベルはVg−VthEで与えられるとするのが一般
的であった.ここで、V thEは,FETF40のし
きい電圧であり,ゲート・ソース間電圧がV thE以
下の場合、FETを流れる電流は、ほぼカットオフと見
なせる値として定義されている.ノードN41の”H
igh”レベルをVg−V thEとしていたのは以下
の理由による.ノードN41を”H igh”レベルと
するためには、まず、ノードN40が”L Ow11レ
ベル、すなわちVssの電位となり.FET F41
を流れる電流Idsをカットオフにする。この動作によ
り、ノードN41の電位は、ノードN41に付随する容
量性負荷を充電しなからFET F40を流れる電流
Idsがカットオフになるまで上昇する。FETF40
の電流Idsがカットオフになるのは,ノードN41の
電位が上昇し、その電位VN4 1がノードNg40の
電位Vgより, VthE低い値,すなわち、Vg −
VN4 1 = VthEとなった時、ノードN41
の電位変化は止まることになる。このことは、ノードN
41の”H igh”レベルは、先に述べたVg−Vt
hEに設定されることを意味している。しかしながら,
以下の第5図で説明するように,ゲート・ソース間電圧
がV thE以下となっても、FETを流れる電流は完
全にはカットオフせず、ノードN41の”H igh”
レベルに誤差を生じさせることになる。第5図はFET
F40のゲート幅10μm当たりのドレイン・ソース間
電流1dsとゲート・ソース間電圧Vgsの関係を示し
たものである。この図からわかるように,電圧Vgsを
低下させて行くと電流Idsは急激に減少するが、その
減少の程度は序々に小さくなり、電流Idsが流れなく
なる寸前では電圧Vgsの変化に対して電流Idsの減
少率は非常に小さな値となってしまう。FETのしきい
電圧V thEは、ゲート@IOμm 当LJ、5μA
にまで電流Idsが減少した時の電圧Vgsとするのが
一般的であるが,現実的には、第5図からわかるように
電圧VgsがV thE以下となっても電流Idsの値
は急激には減少せずμA程度の電流が残存する領域が存
在する。 このように、電圧Vgsがvth以下となっても流れる
電流Idsを,以下サブスレツシュホールド電流( I
dsbと略す)と呼ぶことにする。この電流I ds
bにより、第4図に示した回路の出力レベルが影響を受
けることになり,設計当初のノードN41の”High
”レベルの予想値よりもさらに電位が上昇する現象が発
生する。すなわち,ノードN41の電位VN4 1は、
電流Idsが完全にカットオフになるまで上昇するため
,Vg41−V thEの電位で停止せず、電流I d
sbがカットオフになるまでさらに上昇を続ける.この
電位上昇は、0.1−0.2Vも有り,このことから,
ノートN41の信号IiR幅増大、過渡的信号変化時の
遅延時間の増加を招くことになる。なお,Siを基板と
するMOSFETでは,このサブスレッシュホールト電
流I dsbの値はnA程度と3桁も小さく、ガリウム
ひ素を基板とするFETを用いた回路で、I dsbの
影響が顕著に発生する。また、ゲート・ソース間の電圧
VgsがV thE以下の領域では.Idsの値はμA
程度であり,第4図における、FET F41に微小
なリーク電流が存在する場合、ノードN41の0.1〜
0.2vの電位上昇が大きく影響を受け、ノードN41
の”H igh”レベルのばらつきを発生させる原因と
もなる。以上,FETのサブシュレッシュホールド電流
I dsbの出力レベルへの影響について述べたが、第
4@に示した回路が、集積回路に用いられている具体例
について述べる. 第6図は、スタティックメモリLSIにおいて一般的に
よく用いられているメモリセルとメモリセルが接続され
るデータ線の回路を示したものである。図において、6
0はメモリセル、d60、d61はメモリセルが複数接
続されるデータ線,L60.L61はデータ線に接続さ
れる負荷素子,S60、S61はデータ線ペアを選択す
るためのスイッチ素子、SAはメモリセルからの読み出
し信号を増幅するためのセンスアンプである。第6図に
おいて、負荷素子L60.L61は、第4図におけるF
ET F40に、メモリセル内のFET F60.
F61は第4図におけるFETF41に相当する。負荷
素子L60,L61、ならびに、メモリセル内のFET
を全てエンハンスメント型FETとし、同一のしきい電
圧vthとすることで,しきい電圧vthの製造ばらつ
きによる影響を極力受けないようにしている。第6図に
おいて、メモリセル60からの情報読み出しは、以下の
ようにして行なわれる.各メモリセル60はフリップ・
フロップで構成されており、ノードN60がLowレベ
ル、すなわちVssの電位に,ノードN61がH ig
hレベル、すなわちVss+0.7Vの電位となってい
るとする.この状態で、ワード線WL60がH igh
レベルとなると、メモリセル60が選択されたことにな
り,読み出し電流Irが第6図に示すように. Vcc
−+ L 6 0→d60−eF60−+F62→Vs
sの経路で流れ、データ線d60の電位が低下する。一
方、データ線cl61においては、FET F63.
F61がカットオフとなっているため、読み出し電流I
rは流れず、ノードNg6 1の電位をVg6 1とす
ると、Vg6 1 − VthEに設定される。このよ
うにして、データ線d60とd61の間に電位差が発生
し、この電位差がスイッチ素子S60、S6lを通して
センスアンプSAに入力され,増幅された信号がチップ
外に取り出される.しかしながら,第4図、第5図で説
明したように.FETのサブスレッシュホールド電流I
dsbにより、データ線d61の電位はVg6 1
− VthEより、0.1〜0.2V上昇し、ソノ結果
、d60.d6l(1)電位差、すなわち、読み出し信
号電圧が設計値の約0.2Vl:対し、1.5 〜2.
0倍も増加し、データ線での遅延時間増大が発生する.
さらに,データ線には、多数のメモリセルが接続されて
いることから、選択状態となっていないメモリセルへの
微少なリーク電流が存在すると,データ線d61の電位
は、前記,0.1〜0.2Vの範囲でばらつくことにな
る。この現象により,データ線に接続されたメモリセル
の情報保持状態の組合せにより、読み出し信号振幅がば
らつき、読み出し動作時の遅延時間ばらつきを増大させ
ることにもなる。 第6図と同様の回路は,特開昭61− 208697.特開昭63−160087.特開昭63
−311691.特開昭63−34793、ならびに、
電子情報通信学会研究会技術研究報告ED86−135
、P39 〜P46、rGaAs4Kb スタティッ
クRAMJに開示されている。 なお、特開昭63−311691.電子情報通信学会研
究会技術研究報告に記載されている回路では,データ線
の負荷素子のゲート電極がドレイン電極に接続された構
成となっており,また,特開昭63−160087、6
1−208697では前記負荷素子のゲート電極に電位
を印加するための回路が付加されているが,これまで説
明した現象が発生することについて本質的な差はない。
理回路は、従来,第2図に示すDCFL( D ire
ct C oupled F E T L ogic)
が一般的に用いられている。この回路は、ゲート電極が
ソース電極に接続されたデプレッション型電界効果トラ
ンジスタ(以下、電界効果トランジスタをFETと略す
)F20を負荷素子とし,論理信号がノード(ゲート電
極)N20に入力されるエンハンスメント型FET
F21を駒動素子とし、FETF20のドレインは電源
Vccに、FET F2↓のソースは電源Vssに接
続されている。第2図では,以下に述べる説明のため、
DCFLを2段縦続接続した場合を示している。この回
路においては,ノードN 2 0に入力される信号の反
転出力をノードN21に得るようになっており、入力信
号と出力信号の関係を示したのが、第3図である。 ノードN20の入力信号がII H ighTTレベル
となった時、ノードN21の出力レベルは”LoII+
”レベルとなり、その値はほぼVssとなる。また、ノ
ードN20の入力信号が”Low”レベルとなった時,
ノードN21の出力レベルは”High”レベルとなり
、Vccレベルに近づこうとするが、次段のFET
F23のゲート・ソース間のショットキ特性のため、V
ss+0.7Vにクランプされる。このように、論理回
路の出力レベルは、vSSならびに、ショットキ特性に
より決定され、回路シミュレーションにより得られる値
と大きな差は発生しない。なお、第2図の回路において
、次段のFETs F22、F23からなるDCFL
回路が接続されていない場合、ノードN21の+1 }
{ i gh I+レベルは、Vccとなる。 しかしながら、この集積回路における論理回路は全てD
CFLのみで構成できるわけではなく、所定の電位の出
力レベルを得る必要性から、第4図に示す回路を用いる
必要がある。第4図において、F40、F41はエンハ
ンスメント型FETで、論理信号はノードN40に入力
され、ノードN41に反転出力が得られる。FET
F40のゲート電極Ng40には、出力ノードN41の
”H igh”レベルを規定するための一定電位Vgが
印加されている.この場合、ノードN41の”High
”レベルはVg−VthEで与えられるとするのが一般
的であった.ここで、V thEは,FETF40のし
きい電圧であり,ゲート・ソース間電圧がV thE以
下の場合、FETを流れる電流は、ほぼカットオフと見
なせる値として定義されている.ノードN41の”H
igh”レベルをVg−V thEとしていたのは以下
の理由による.ノードN41を”H igh”レベルと
するためには、まず、ノードN40が”L Ow11レ
ベル、すなわちVssの電位となり.FET F41
を流れる電流Idsをカットオフにする。この動作によ
り、ノードN41の電位は、ノードN41に付随する容
量性負荷を充電しなからFET F40を流れる電流
Idsがカットオフになるまで上昇する。FETF40
の電流Idsがカットオフになるのは,ノードN41の
電位が上昇し、その電位VN4 1がノードNg40の
電位Vgより, VthE低い値,すなわち、Vg −
VN4 1 = VthEとなった時、ノードN41
の電位変化は止まることになる。このことは、ノードN
41の”H igh”レベルは、先に述べたVg−Vt
hEに設定されることを意味している。しかしながら,
以下の第5図で説明するように,ゲート・ソース間電圧
がV thE以下となっても、FETを流れる電流は完
全にはカットオフせず、ノードN41の”H igh”
レベルに誤差を生じさせることになる。第5図はFET
F40のゲート幅10μm当たりのドレイン・ソース間
電流1dsとゲート・ソース間電圧Vgsの関係を示し
たものである。この図からわかるように,電圧Vgsを
低下させて行くと電流Idsは急激に減少するが、その
減少の程度は序々に小さくなり、電流Idsが流れなく
なる寸前では電圧Vgsの変化に対して電流Idsの減
少率は非常に小さな値となってしまう。FETのしきい
電圧V thEは、ゲート@IOμm 当LJ、5μA
にまで電流Idsが減少した時の電圧Vgsとするのが
一般的であるが,現実的には、第5図からわかるように
電圧VgsがV thE以下となっても電流Idsの値
は急激には減少せずμA程度の電流が残存する領域が存
在する。 このように、電圧Vgsがvth以下となっても流れる
電流Idsを,以下サブスレツシュホールド電流( I
dsbと略す)と呼ぶことにする。この電流I ds
bにより、第4図に示した回路の出力レベルが影響を受
けることになり,設計当初のノードN41の”High
”レベルの予想値よりもさらに電位が上昇する現象が発
生する。すなわち,ノードN41の電位VN4 1は、
電流Idsが完全にカットオフになるまで上昇するため
,Vg41−V thEの電位で停止せず、電流I d
sbがカットオフになるまでさらに上昇を続ける.この
電位上昇は、0.1−0.2Vも有り,このことから,
ノートN41の信号IiR幅増大、過渡的信号変化時の
遅延時間の増加を招くことになる。なお,Siを基板と
するMOSFETでは,このサブスレッシュホールト電
流I dsbの値はnA程度と3桁も小さく、ガリウム
ひ素を基板とするFETを用いた回路で、I dsbの
影響が顕著に発生する。また、ゲート・ソース間の電圧
VgsがV thE以下の領域では.Idsの値はμA
程度であり,第4図における、FET F41に微小
なリーク電流が存在する場合、ノードN41の0.1〜
0.2vの電位上昇が大きく影響を受け、ノードN41
の”H igh”レベルのばらつきを発生させる原因と
もなる。以上,FETのサブシュレッシュホールド電流
I dsbの出力レベルへの影響について述べたが、第
4@に示した回路が、集積回路に用いられている具体例
について述べる. 第6図は、スタティックメモリLSIにおいて一般的に
よく用いられているメモリセルとメモリセルが接続され
るデータ線の回路を示したものである。図において、6
0はメモリセル、d60、d61はメモリセルが複数接
続されるデータ線,L60.L61はデータ線に接続さ
れる負荷素子,S60、S61はデータ線ペアを選択す
るためのスイッチ素子、SAはメモリセルからの読み出
し信号を増幅するためのセンスアンプである。第6図に
おいて、負荷素子L60.L61は、第4図におけるF
ET F40に、メモリセル内のFET F60.
F61は第4図におけるFETF41に相当する。負荷
素子L60,L61、ならびに、メモリセル内のFET
を全てエンハンスメント型FETとし、同一のしきい電
圧vthとすることで,しきい電圧vthの製造ばらつ
きによる影響を極力受けないようにしている。第6図に
おいて、メモリセル60からの情報読み出しは、以下の
ようにして行なわれる.各メモリセル60はフリップ・
フロップで構成されており、ノードN60がLowレベ
ル、すなわちVssの電位に,ノードN61がH ig
hレベル、すなわちVss+0.7Vの電位となってい
るとする.この状態で、ワード線WL60がH igh
レベルとなると、メモリセル60が選択されたことにな
り,読み出し電流Irが第6図に示すように. Vcc
−+ L 6 0→d60−eF60−+F62→Vs
sの経路で流れ、データ線d60の電位が低下する。一
方、データ線cl61においては、FET F63.
F61がカットオフとなっているため、読み出し電流I
rは流れず、ノードNg6 1の電位をVg6 1とす
ると、Vg6 1 − VthEに設定される。このよ
うにして、データ線d60とd61の間に電位差が発生
し、この電位差がスイッチ素子S60、S6lを通して
センスアンプSAに入力され,増幅された信号がチップ
外に取り出される.しかしながら,第4図、第5図で説
明したように.FETのサブスレッシュホールド電流I
dsbにより、データ線d61の電位はVg6 1
− VthEより、0.1〜0.2V上昇し、ソノ結果
、d60.d6l(1)電位差、すなわち、読み出し信
号電圧が設計値の約0.2Vl:対し、1.5 〜2.
0倍も増加し、データ線での遅延時間増大が発生する.
さらに,データ線には、多数のメモリセルが接続されて
いることから、選択状態となっていないメモリセルへの
微少なリーク電流が存在すると,データ線d61の電位
は、前記,0.1〜0.2Vの範囲でばらつくことにな
る。この現象により,データ線に接続されたメモリセル
の情報保持状態の組合せにより、読み出し信号振幅がば
らつき、読み出し動作時の遅延時間ばらつきを増大させ
ることにもなる。 第6図と同様の回路は,特開昭61− 208697.特開昭63−160087.特開昭63
−311691.特開昭63−34793、ならびに、
電子情報通信学会研究会技術研究報告ED86−135
、P39 〜P46、rGaAs4Kb スタティッ
クRAMJに開示されている。 なお、特開昭63−311691.電子情報通信学会研
究会技術研究報告に記載されている回路では,データ線
の負荷素子のゲート電極がドレイン電極に接続された構
成となっており,また,特開昭63−160087、6
1−208697では前記負荷素子のゲート電極に電位
を印加するための回路が付加されているが,これまで説
明した現象が発生することについて本質的な差はない。
上記従来技術は,ゲート電極が一定電位に固定されたエ
ンハンスメント型FETを負荷素子とする論理回路にお
いて、この論理回路の出力レベルの”High”レベル
の設定について配慮がされておらず,負荷素子のサブス
レッシュホールド電流による出力レベルの上昇、ならび
に駆動素子のリーク電流による出力”High”レベル
のばらつきが発生するという問題があった。 本発明の目的は、前記論理回路の出力+l High+
″レベルにおいて、所定の値を得ると共に、ばらつきを
低減することにある。
ンハンスメント型FETを負荷素子とする論理回路にお
いて、この論理回路の出力レベルの”High”レベル
の設定について配慮がされておらず,負荷素子のサブス
レッシュホールド電流による出力レベルの上昇、ならび
に駆動素子のリーク電流による出力”High”レベル
のばらつきが発生するという問題があった。 本発明の目的は、前記論理回路の出力+l High+
″レベルにおいて、所定の値を得ると共に、ばらつきを
低減することにある。
【課題を解決するための手段1
上記目的を達戊するために、本発明は、エンハンスメン
ト型FETのソース電極と一定電位の間に抵抗素子を挿
入し、リークパスを形或したものである。 【作用] 前記論理回路の出力端と一定電位の間に挿入された抵抗
素子は、論理回路が”High”レベルを出力した時に
,エンハンスメント型負荷素子におけるゲート・ソース
間電圧VgsがV thEとなった時のサブスレッシュ
ホールド電流に相当する電流を流すように設計されてい
るため、出力IT HighllレベルがVgs−Vt
hEと設計時に予想可能な値に設定できることになる。 また、暉動FETのリーク電流に対しても、エンハンス
メント型負荷素子のインピーダンスが低い領域で動作す
ることになるので、レベルのばらつきを低減できること
になる。 [実施例】 以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。第1
図において、Vcc. Vssは一定電位に保たれた電
源、FIOはエンハンスメント型負荷FET.F11は
エンハンスメントIJig動F E T、RIOは出力
ノードNilと電源Vssの間に挿入された抵抗素子、
NglOは負荷FET FIOのゲート電極に接続さ
れたレベル設定用電位入力端子、ノード10は入力端子
、IIは第1図の回路が”H igh”レベルを出力し
た時に負荷FETFIO、抵抗素子RIOを流れる電流
である。 第1図に示した回路において,ノードNIOが”LOw
”レベル、すなわちVssとなった時、駆動FET
Filはカットオフとなり、ノードN.1 1は”H
igh”レベルへと上昇する。ノードNilのII H
igh ++レベルへの上昇に伴って、電流IHの値
も序々に増加し、負荷FET FIOと抵抗素子R1
0を流れる電流が等しくなった時点でノードN 1 1
の上昇は停止する。本発明では、ノードNilの電位上
昇が停止した時点での電流[1の値が、抵抗素子RIO
によ・り、負荷FETFIOのゲート・ソース間電圧が
V thEとなった時のサブスレッシュホールド電流I
dsbの値と等しい値に設定されていることが重要な
点である。 このように,上記条件を満たすように抵抗素子RIOの
値を設定しておくことで、Nilの”H igh”レベ
ルが、負荷FET FIOのゲート・ソース間電圧一
V thEで与えられることになる。この様子を第7図
を用いてさらに詳しく説明する。 第7図において、縦軸は第1図における電流IHを示し
ており、横軸は第l図における負荷FET FIOの
ゲート・ソース間電圧である。 ノードNglO(7)電位をVglO.N11の電位を
VNIIとすると,負荷FET FIOのゲート・ソ
ース間電圧は、VglO−VNI 1となる。曲線70
は負荷FET FIOを流れるドレイン・ソース間電
流とゲートソース間電圧VglO−V’NIIの関係を
示したものであり、VglO−VNIIの値がV th
E以下となると、サブスレツシュホールド電流I ds
bの領域が現われ、ゲート・ソース間電圧に対する電流
減少率は急激に低下する。第1図において、抵抗素子R
IOが設けられていない場合、ノードNilの電位は負
荷FETFIOがカットオフになるまで上昇するので、
第7図において、曲線70で示した電流がカットオフに
なる点、すなわち,vgiO−Nl 1がV thE’
となるまで上昇する。従来は、負荷FETを流れる電
流がゲート幅10μm当り5μAにまで減少した点をV
thEとし、VglO−VNIIがV thEとなっ
た時点でノードNilの電位上昇が停止するとしていた
ので、ノードNilは、VthE −VthE’ ニ相
当する電圧分高い値に設定されることになる。VthE
−VthE’の値は、負荷FETの素子寸法にも依存
するが、概略0.1〜0.2Vである。第7図には、第
l図に示す抵抗を用いた場合、この抵抗素子RIOに流
れる電流71も示してあるが、VglO−VN11がV
thEとなった時点での負荷FETに流れる電流70
と抵抗に流れる電流が等しくなるように抵抗値を設計し
ておけば、VglO−VN11=V thEとなった時
点、すなわち、VN11=Vg10−VthEとなる点
でノードNilの電位上昇は停止し、ノードNilの”
H igh”レベルは、負荷FETのゲート電圧と一般
的な定義でのV thEの差で設定されるようになる。 また、第7図からわかるように,曲線70の電圧・電流
特性はV thEの点を超えると電流の電圧に対する変
化率が急激に大きくなっており、この領域では、負荷F
ETのインピーダンスがサブスレッシュホールド領域と
比較して格段に小さくなっていることを意味している.
このことは、第1図に示した酩動素子Filに微少なリ
ーク電流が発生しても出カノードNilの”High”
レベルは、その影響を受けにくいことを意味している。 なお、第1図においては、抵抗素子RIOをノードNi
lと電源VSsとの間に挿入シたが,VNIIがVgl
O−V thEの電位になった時に,負荷FET F
IOを流れる電流と同じ電流が抵抗素子RlOに流れる
ように設定してあれば、ノードNILとVss以外の他
の電源との間に挿入してあってもかまわない。さらに、
第1図においては、負荷FETF10.駈動FET F
ilとともにエンハンスメント型FETとしたが、これ
ら両者、あるいはどちらか一方がデプレッション型FE
Tであっても良い。 第8図は、第1図に示した回路の他の実施例の一つとし
て、スタティックメモリ集積回路に用いた場合を示した
ものである.第8図は、第6図で示した回路に抵抗素子
R80.R81が追加されたものである。抵抗素子R8
0、R81は、第工図における抵抗素子RIOに相当し
、データ線負荷L80,L81はF10.FETs
F80及びF81はFilに相当する.第8図において
、抵抗素子R80.R81の効果を以下に説明する。 第8図におけるメモリセル80からの読み出し動作は、
第6図で説明したのと同様の方法で行なわれる。しかし
ながら,高電位側のデータ線d81についてみると、抵
抗素子R81が接続され、デ一夕線負荷L81のゲート
・ソース間電圧VgsがV thEの時のサブスレッシ
ュホールド電流I dsbに相当する電流が抵抗素子R
81を通して流れるようになっているため、データl!
d81の電位は、Vg8 1 − VthEに設定され
、設計当初の値が得られることになる。その結果、デー
タ線d81、d80の電位差、すなわち、読み出し信号
電圧も所定の値となり、データ線での遅延時間の増大も
発生しない。なお,データ線d80の電位については,
抵抗素子R80を設けたことにより、データ線負荷L8
0を流れる電流Irの値が増加し、データ!d80の電
位が従来より低下することが懸念されるが、電流Irの
値と比較し,抵抗素子R80を流れる電流はμA程度と
無視できるほど小さいため,電位変化を与えるほどの影
響は発生しない。さらに、データ線d80.d81に接
統された多数の非選択メモリセルへ微小なリーク電流工
11,・・・、Iln等が発生しても、データ線負荷L
81が低インピーダンス領域で動作しているため,非選
択メモリセルの情報保持状態により,高電位側のデータ
線d81の電位がばらつき,このために、読み出し時間
もばらつく等の不良が大幅に低減される。 また、第9図は、第8図の実施例の変形例を示し、デー
タ線負荷L90、L91がデータ線ペアスイッチS90
、591により、各データ線d90,d9lがそれぞれ
共通に接続された共通バス線B90、B91に接続され
た場合であり、データ線d90.d91での信号振幅を
共通バス線B90.B91のそれより小さくし、高速化
を図ろうとするものである。この場合、リークパス抵抗
R91は,第8図で説明した抵抗素子R81と同様の働
きをする. さらに、第10図は、第9図におけるデータ線負荷L9
0とL91が,LIOOA,LIOOBとLIOIA.
LIOIBによりそれぞれ構成された場合で、データ線
dloo.dlo1と共通バス線BIOO.BIOI両
者の信号振幅を低減し、高速化を図ろうとするものであ
る。この場合もリークバス抵抗RIOO.RIOIは、
共通パス線BIOO.BIOIに接続され、第9図で説
明したのと同様の働きをする。 【発明の効果1 以上述べたように,本発明によれば、負荷FETのゲー
ト・ソース間電圧VgsがV thEとなった時の負荷
FETのサブスレッシュホールド電流工sdbに相当す
る電流をリークパス抵抗に流すことで,論理回路の出力
レベルならびにスタティックメモリのデータ線電位を設
計どおりの値に設定できると共に、そのばらつきも低減
でき,従来よりも高速な論理回路およびメモリLSIの
実現が可能となる。
ト型FETのソース電極と一定電位の間に抵抗素子を挿
入し、リークパスを形或したものである。 【作用] 前記論理回路の出力端と一定電位の間に挿入された抵抗
素子は、論理回路が”High”レベルを出力した時に
,エンハンスメント型負荷素子におけるゲート・ソース
間電圧VgsがV thEとなった時のサブスレッシュ
ホールド電流に相当する電流を流すように設計されてい
るため、出力IT HighllレベルがVgs−Vt
hEと設計時に予想可能な値に設定できることになる。 また、暉動FETのリーク電流に対しても、エンハンス
メント型負荷素子のインピーダンスが低い領域で動作す
ることになるので、レベルのばらつきを低減できること
になる。 [実施例】 以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。第1
図において、Vcc. Vssは一定電位に保たれた電
源、FIOはエンハンスメント型負荷FET.F11は
エンハンスメントIJig動F E T、RIOは出力
ノードNilと電源Vssの間に挿入された抵抗素子、
NglOは負荷FET FIOのゲート電極に接続さ
れたレベル設定用電位入力端子、ノード10は入力端子
、IIは第1図の回路が”H igh”レベルを出力し
た時に負荷FETFIO、抵抗素子RIOを流れる電流
である。 第1図に示した回路において,ノードNIOが”LOw
”レベル、すなわちVssとなった時、駆動FET
Filはカットオフとなり、ノードN.1 1は”H
igh”レベルへと上昇する。ノードNilのII H
igh ++レベルへの上昇に伴って、電流IHの値
も序々に増加し、負荷FET FIOと抵抗素子R1
0を流れる電流が等しくなった時点でノードN 1 1
の上昇は停止する。本発明では、ノードNilの電位上
昇が停止した時点での電流[1の値が、抵抗素子RIO
によ・り、負荷FETFIOのゲート・ソース間電圧が
V thEとなった時のサブスレッシュホールド電流I
dsbの値と等しい値に設定されていることが重要な
点である。 このように,上記条件を満たすように抵抗素子RIOの
値を設定しておくことで、Nilの”H igh”レベ
ルが、負荷FET FIOのゲート・ソース間電圧一
V thEで与えられることになる。この様子を第7図
を用いてさらに詳しく説明する。 第7図において、縦軸は第1図における電流IHを示し
ており、横軸は第l図における負荷FET FIOの
ゲート・ソース間電圧である。 ノードNglO(7)電位をVglO.N11の電位を
VNIIとすると,負荷FET FIOのゲート・ソ
ース間電圧は、VglO−VNI 1となる。曲線70
は負荷FET FIOを流れるドレイン・ソース間電
流とゲートソース間電圧VglO−V’NIIの関係を
示したものであり、VglO−VNIIの値がV th
E以下となると、サブスレツシュホールド電流I ds
bの領域が現われ、ゲート・ソース間電圧に対する電流
減少率は急激に低下する。第1図において、抵抗素子R
IOが設けられていない場合、ノードNilの電位は負
荷FETFIOがカットオフになるまで上昇するので、
第7図において、曲線70で示した電流がカットオフに
なる点、すなわち,vgiO−Nl 1がV thE’
となるまで上昇する。従来は、負荷FETを流れる電
流がゲート幅10μm当り5μAにまで減少した点をV
thEとし、VglO−VNIIがV thEとなっ
た時点でノードNilの電位上昇が停止するとしていた
ので、ノードNilは、VthE −VthE’ ニ相
当する電圧分高い値に設定されることになる。VthE
−VthE’の値は、負荷FETの素子寸法にも依存
するが、概略0.1〜0.2Vである。第7図には、第
l図に示す抵抗を用いた場合、この抵抗素子RIOに流
れる電流71も示してあるが、VglO−VN11がV
thEとなった時点での負荷FETに流れる電流70
と抵抗に流れる電流が等しくなるように抵抗値を設計し
ておけば、VglO−VN11=V thEとなった時
点、すなわち、VN11=Vg10−VthEとなる点
でノードNilの電位上昇は停止し、ノードNilの”
H igh”レベルは、負荷FETのゲート電圧と一般
的な定義でのV thEの差で設定されるようになる。 また、第7図からわかるように,曲線70の電圧・電流
特性はV thEの点を超えると電流の電圧に対する変
化率が急激に大きくなっており、この領域では、負荷F
ETのインピーダンスがサブスレッシュホールド領域と
比較して格段に小さくなっていることを意味している.
このことは、第1図に示した酩動素子Filに微少なリ
ーク電流が発生しても出カノードNilの”High”
レベルは、その影響を受けにくいことを意味している。 なお、第1図においては、抵抗素子RIOをノードNi
lと電源VSsとの間に挿入シたが,VNIIがVgl
O−V thEの電位になった時に,負荷FET F
IOを流れる電流と同じ電流が抵抗素子RlOに流れる
ように設定してあれば、ノードNILとVss以外の他
の電源との間に挿入してあってもかまわない。さらに、
第1図においては、負荷FETF10.駈動FET F
ilとともにエンハンスメント型FETとしたが、これ
ら両者、あるいはどちらか一方がデプレッション型FE
Tであっても良い。 第8図は、第1図に示した回路の他の実施例の一つとし
て、スタティックメモリ集積回路に用いた場合を示した
ものである.第8図は、第6図で示した回路に抵抗素子
R80.R81が追加されたものである。抵抗素子R8
0、R81は、第工図における抵抗素子RIOに相当し
、データ線負荷L80,L81はF10.FETs
F80及びF81はFilに相当する.第8図において
、抵抗素子R80.R81の効果を以下に説明する。 第8図におけるメモリセル80からの読み出し動作は、
第6図で説明したのと同様の方法で行なわれる。しかし
ながら,高電位側のデータ線d81についてみると、抵
抗素子R81が接続され、デ一夕線負荷L81のゲート
・ソース間電圧VgsがV thEの時のサブスレッシ
ュホールド電流I dsbに相当する電流が抵抗素子R
81を通して流れるようになっているため、データl!
d81の電位は、Vg8 1 − VthEに設定され
、設計当初の値が得られることになる。その結果、デー
タ線d81、d80の電位差、すなわち、読み出し信号
電圧も所定の値となり、データ線での遅延時間の増大も
発生しない。なお,データ線d80の電位については,
抵抗素子R80を設けたことにより、データ線負荷L8
0を流れる電流Irの値が増加し、データ!d80の電
位が従来より低下することが懸念されるが、電流Irの
値と比較し,抵抗素子R80を流れる電流はμA程度と
無視できるほど小さいため,電位変化を与えるほどの影
響は発生しない。さらに、データ線d80.d81に接
統された多数の非選択メモリセルへ微小なリーク電流工
11,・・・、Iln等が発生しても、データ線負荷L
81が低インピーダンス領域で動作しているため,非選
択メモリセルの情報保持状態により,高電位側のデータ
線d81の電位がばらつき,このために、読み出し時間
もばらつく等の不良が大幅に低減される。 また、第9図は、第8図の実施例の変形例を示し、デー
タ線負荷L90、L91がデータ線ペアスイッチS90
、591により、各データ線d90,d9lがそれぞれ
共通に接続された共通バス線B90、B91に接続され
た場合であり、データ線d90.d91での信号振幅を
共通バス線B90.B91のそれより小さくし、高速化
を図ろうとするものである。この場合、リークパス抵抗
R91は,第8図で説明した抵抗素子R81と同様の働
きをする. さらに、第10図は、第9図におけるデータ線負荷L9
0とL91が,LIOOA,LIOOBとLIOIA.
LIOIBによりそれぞれ構成された場合で、データ線
dloo.dlo1と共通バス線BIOO.BIOI両
者の信号振幅を低減し、高速化を図ろうとするものであ
る。この場合もリークバス抵抗RIOO.RIOIは、
共通パス線BIOO.BIOIに接続され、第9図で説
明したのと同様の働きをする。 【発明の効果1 以上述べたように,本発明によれば、負荷FETのゲー
ト・ソース間電圧VgsがV thEとなった時の負荷
FETのサブスレッシュホールド電流工sdbに相当す
る電流をリークパス抵抗に流すことで,論理回路の出力
レベルならびにスタティックメモリのデータ線電位を設
計どおりの値に設定できると共に、そのばらつきも低減
でき,従来よりも高速な論理回路およびメモリLSIの
実現が可能となる。
第l図は本発明の一実施例を示す図、第2図乃至第7図
は従来例を説明するための図,第8図乃至第10図はそ
れぞれ本発明の他の実施例を示す図である。 図中、FIOはエンハンスメント型負荷素子、Filは
、エンハンスメント型駆動素子、RIOは,リークパス
用抵抗素子,N10は、入力端子,Nilは、出力端子
.NglOは,レベル設定用電位入力端子、Vcc.
Vssは電源、IHはリークバス電流である。 ll図 第2円 第 3 図 第夕図 →1冫r冫s(Yノ 第7躬 Vyyρ一N/!(77) 第8図 %b Vt t 第γB
は従来例を説明するための図,第8図乃至第10図はそ
れぞれ本発明の他の実施例を示す図である。 図中、FIOはエンハンスメント型負荷素子、Filは
、エンハンスメント型駆動素子、RIOは,リークパス
用抵抗素子,N10は、入力端子,Nilは、出力端子
.NglOは,レベル設定用電位入力端子、Vcc.
Vssは電源、IHはリークバス電流である。 ll図 第2円 第 3 図 第夕図 →1冫r冫s(Yノ 第7躬 Vyyρ一N/!(77) 第8図 %b Vt t 第γB
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1、ゲート電圧とドレイン電圧が一定電位に固定された
エンハンスメント型電界効果トランジスタを負荷素子と
し、論理レベルに応じた入力信号がゲート電極に供給さ
れ、ドレイン電極が前記エンハンスメント型電界効果ト
ランジスタのソース電極に接続され、ソース電位が一定
電位に接続された少なくとも1個以上の電界効果トラン
ジスタからなる駆動素子から構成され、前記エンハンス
メント型電界効果トランジスタからなる負荷素子のソー
ス電極と一定電位の間に抵抗素子を設けたことを特徴と
する論理回路からなる化合物半導体ガリウムひ素集積回
路。 2、前記抵抗素子を流れる電流が前記エンハンスメント
型トランジスタからなる負荷素子のゲート幅10μm当
り、5μA前後の値に設定されていることを特徴とする
請求項1記載の化合物半導体ガリウムひ素集積回路。 3、前記エンハンスメント型電界効果トランジスタから
なる負荷素子をデータ線の負荷素子として使用し、前記
駆動素子を各メモリセル内の電界効果トランジスタとし
て使用してスタティックメモリ集積回路を構成したこと
を特徴とする請求項1又は2に記載の化合物半導体ガリ
ウムひ素集積回路。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000681A JP2735338B2 (ja) | 1990-01-08 | 1990-01-08 | 化合物半導体ガリウムひ素集積回路 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000681A JP2735338B2 (ja) | 1990-01-08 | 1990-01-08 | 化合物半導体ガリウムひ素集積回路 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03205919A true JPH03205919A (ja) | 1991-09-09 |
| JP2735338B2 JP2735338B2 (ja) | 1998-04-02 |
Family
ID=11480501
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000681A Expired - Fee Related JP2735338B2 (ja) | 1990-01-08 | 1990-01-08 | 化合物半導体ガリウムひ素集積回路 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2735338B2 (ja) |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4810969A (en) * | 1987-06-23 | 1989-03-07 | Honeywell Inc. | High speed logic circuit having feedback to prevent current in the output stage |
-
1990
- 1990-01-08 JP JP2000681A patent/JP2735338B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4810969A (en) * | 1987-06-23 | 1989-03-07 | Honeywell Inc. | High speed logic circuit having feedback to prevent current in the output stage |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2735338B2 (ja) | 1998-04-02 |
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Legal Events
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| S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
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| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
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