JPH0337768B2 - - Google Patents

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JPH0337768B2
JPH0337768B2 JP58076454A JP7645483A JPH0337768B2 JP H0337768 B2 JPH0337768 B2 JP H0337768B2 JP 58076454 A JP58076454 A JP 58076454A JP 7645483 A JP7645483 A JP 7645483A JP H0337768 B2 JPH0337768 B2 JP H0337768B2
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JP
Japan
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potential
mosfet
logic
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circuit
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JP58076454A
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JPS59201526A (ja
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Hideji Koike
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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Application filed by Tokyo Shibaura Electric Co Ltd filed Critical Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03KPULSE TECHNIQUE
    • H03K19/00Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits
    • H03K19/02Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components
    • H03K19/08Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices
    • H03K19/094Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors
    • H03K19/0944Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET
    • H03K19/0948Logic circuits, i.e. having at least two inputs acting on one output; Inverting circuits using specified components using semiconductor devices using field-effect transistors using MOSFET or insulated gate field-effect transistors, i.e. IGFET using CMOS or complementary insulated gate field-effect transistors

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 この発明は、半導体集積回路に係るもので、特
にSOI(Silicon−On−Insulation)構造のCMOS
論理回路に関する。
〔発明の技術的背景〕
従来のCMOS論理回路、たとえばノア回路は
第1図に示すように構成されている。すなわち、
電源電圧VCCが印加される電源端子11に、入力
信号Aで導通制御されるPチヤネル形の
MOSFET Q1の一端が接続され、この
MOSFETQ1の他端には入力信号Bで導通制御さ
れるPチヤネル形のMOSFET Q2の一端が接続
される。上記MOSFET Q2の他端は、入力信号
A,Bで導通制御されるNチヤネル形の
MOSFET Q3,Q4を並列に介して接地点GNDに
接続される。そしてMOSFET Q2とMOSFET
Q3,Q4との接続点から出力信号+を得る。
なお、MOSFET Q1,Q2の基板端子は電源端子
11に、MOSFET Q3,Q4の基板端子に接地点
GNDに接続される。
第2図は、上記第1図の回路をSOI構造(たと
えばSOS:Silicon−On−Sapphire)で形成した
場合の回路図を示している。図において、第1図
と同一構成部には同じ符号を付す。図示するよう
に、SOS構造の回路では各MOSFET Q1〜Q4
基板端子はフローテイング状態となる。
〔背景技術の問題点〕
ところで、上記第2図に示したSOS構造の
CMOS論理回路においては、チヤージポンピン
グによつて基板に少数キヤリアが注入され、基板
−ソース間が逆バイアスされるためしきい値電圧
が高くなり、各MOSFETのターンオン時間が長
くなる。このため、動作速度が低下する欠点があ
る。
また、基板がフローテイング状態のため、ドレ
イン−基板間の空乏層中で発生した多数キヤリア
が基板中に蓄えられ、基板−ソース間が電源に対
して順方向となり、リーク電流が流れる欠点があ
る。これは主に、トランスフアゲート等を形成し
た場合、そのオフ状態時にソース・ドレイン間の
電位差が大きいと現われ、消費電流の増加をもた
らす。
〔発明の目的〕
この発明は上記のような事情に鑑みてなされた
もので、その目的とするところは、高速動作で低
消費電流なSOI構造のCMOS論理回路を提供する
ことである。
〔発明の概要〕
すなわち、この発明においては、第1導電形の
MOSFETで構成され第1電位供給源の電位が印
加される第1の論理設定回路、およびこの第1論
理設定回路と相補的に第2導電形のMOSFETに
よつて構成され第2電位供給源の電位が印加され
る第2の論理設定回路を同一の絶縁基板上に有
し、上記第1,第2論理回路の接続点から出力を
得るSOI構造のCMOS論理回路において、前記第
1論理設定回路を構成する各MOSFETの基板端
子と第1電位供給源との間に前記第1,第2の論
理設定回路の接続点の電位で導通制御される第1
導電形のMOSFET(第1の基板電位設定手段)
を接続するとともに、前記第2論理設定回路を構
成する各MOSFETの基板端子と第2電位供給源
との間に前記第1,第2の論理設定回路の接続点
の電位で導通制御される第2導電形のMOSFET
(第2の基板電位設定手段)を接続したものであ
る。
〔発明の実施例〕
以下、この発明の一実施例について図面を参照
して説明する。第3図において前記第2図と同一
構成部には同じ符号を付す。12は第1導電形
(Pチヤネル形)のMOSFET Q1,Q2から構成さ
れ、第1電位供給源の電位VCCが印加される第1
の論理設定回路、13は上記第1の論理設定回路
12と相補的に、第2導電形(Nチヤネル形)の
MOSFET Q3,Q4によつて構成され、第2電位
供給源の電位VSSが印加される第2の論理設定回
路で、上記第1,第2の論理設定回路12,13
の接続点aから出力信号+を得る。Q5は第
1の基板電位設定手段として働くPチヤネル形の
MOSFETで、第1論理設定回路12を構成する
各MOSFET Q1,Q2の基板端子SPと電源端子1
1との間に接続され、前記接続点aの電位で導通
制御される。また、Q6は第2の基板電位設定手
段として働くNチヤネル形のMOSFETで、第2
論理設定回路13を構成する各MOSFET Q3
Q4の基板端子SNと第2電位供給源VSS(接地点)
との間に接続され、前記接続点aの電位で導通制
御されるようになつている。
上記のような構成において第4図のタイミング
チヤートを参照して動作を説明する。入力信号
A,Bが共に“0”レベル(VSSレベル)の時、
出力信号+は“1”レベル(VCCレベル)で
あるので、MOSFET Q5はオフ状態、Q6はオン
状態である。従つて、第1論理設定回路12を構
成するMOSFET Q1,Q2の基板端子SPはフロー
テイング状態、第2論理設定回路13を構成する
MOSFET Q3,Q4の基板端子SNは第2電位供給
源に接続される。次に、入力信号Aが“0”レベ
ルから“レベルへ変化すると、MOSFET Q1
ゲート−基板間の容量結合によつて基板端子SP
電位は「VCC+ΔVSP」(ΔVSP:Pチヤネル形
MOSFETの基板端子の逆バイアス電圧)とな
り、基板電位がVCCより高くなるため、
MOSFET Q1,Q2の基板−ソース間は逆バイア
スされる。従つて、MOSFET Q1,Q2のしきい
値電圧|VTH1|、|VTH2|が上昇し、この
MOSFET Q1,Q2が高速にターンオフされる。
一方、第2論理設定回路13を構成する各
MOSFET Q3,Q4の基板端子SNはMOSFET Q6
を介して第2電位供給源VSSに接続されているの
で、MOSFET Q3は第1図の回路における
MOSFET Q3,Q4と同様に高速にターンオンす
る。MOSFET Q1がターンオフし、Q3がターン
オンすることにより、出力信号+は“0”レ
ベルとなり、MOSFET Q5がオン状態、Q6がオ
フ状態となるので、基板端子SPの電位はVCCに戻
る。次に、入力信号Aが“1”レベルから“0”
レベルに変化すると、基板端子SPはVCCに固定さ
れており基板端子SNはフローテイング状態であ
るから、MOSFET Q3のゲートと基板間の容量
結合によつて基板端子SNの電位はVSSより低く
(VSS−ΔVSN)なり、MOSFET Q3,Q4の基板−
ソース間は逆バイアスされる。なお、ΔVSNはN
チヤネル形MOSFETの基板端子の逆バイアス電
圧である。この時、基板端子SPの電位はVCCのま
まである。従つて、MOSFET Q3,Q4のしきい
値電圧VTH3,VTH4が上昇し、MOSFET Q3は高
速にターンオフする。これによつて接続点aの電
位はVCCレベルとなり、MOSFET Q5がオフ、Q6
がオンし、基板端子SNは電位VSSに戻る。
上述したように、このような構成によれば、
MOSFETがターンオフする時に基板−ソース間
が逆バイアスされるのでしきい値電圧が高くな
り、ターンオフ時間を短縮でき、高速化を図れ
る。また、SOI構造の従来の回路では、基板が常
にフローテイング状態であり、MOSFETがオフ
状態のとき、基板−ソース間が順方向バイアスと
なるとドレインリークによつてリーク電流が流れ
る。これに対し、上記第3図の回路では、
MOSFETがオフ状態のとき、基板−ソース間が
順方向にバイアスされることはなく、リーク電流
は流れない。
第5図は、この発明の他の実施例を示すもの
で、MOSFETのターンオフ時間のみならずター
ンオン時間をも短縮するための回路で、第2の基
板電位設定手段として複数(2個)のNチヤネル
形MOSFETを設けたものである。12は入力信
号A〜Dが供給されるPチヤネル形のMOSFET
Q7〜Q10から成る第1論理設定回路、13は入力
信号A〜Dが供給されるNチヤネル形の
MOSFET Q11〜Q14から成る第2論理設定回路、
Q5は第1の基板電位設定手段として働くPチヤ
ネルのMOSFET Q15,Q16は第2の基板電位設
定手段として働くNチヤネル形のMOSFETで、
MOSFET Q15はMOSFET Q12とQ13との接続点
NBとMOSFET Q11,Q12の基板端子SNB間に接続
され、MOSFET Q16はMOSFET Q13,Q14の基
板端子SNDと第2電位供給源VSS間に接続される。
そして、第1,第2論理設定回路12,13の接
続点aから出力信号・・・を得る。
上記のような構成において、第6図のタイミン
グチヤートを参照して動作を説明する。入力信号
B〜Dが“1”レベルで、入力信号Aが“0”レ
ベルから“1”レベルへ変化すると、MOSFET
Q11〜Q14の直列回路に電流が流れる。この時、
MOSFET Q11のソース側接続点NAの電位は、電
位VSSよりも高くなり、もし、基板端子SNBが第2
電位供給源VSSに接続されていると基板電位がソ
ース電位よりも低くなり、逆バイアス状態とな
り、MOSFET Q11のターンオン時間が長くなる
ので、これを防止するためにMOSFET Q11
Q12の基板端子SNBをMOSFET Q15を介して接続
点NBに接続することにより、MOSFET Q11の逆
バイアス電圧を低くおさえMOSFET Q11のター
ンオン時間を短縮している。なお、ΔVSNBP
ΔVSNBN,ΔVSNDNおよびΔVSPDPはそれぞれ基板電
位の変動量を示している。
このような構成によれば、チヤージポンピング
による少数キヤリアの基板中への注入を利用して
MOSFETのターンオフ時間を短縮できるととも
に、チヤージポンピングによる少数キヤリアの基
板中への蓄積によるMOSFETのターンオン時間
の増大を防止できる。また、論理設定回路12,
13を構成するMOSFETの遮断時に基板端子を
基準となる電位に設定することにより、基板端子
がフローテイング状態で発生するリーク電流も防
止できる。
〔発明の効果〕 以上説明したようにこの発明によれば、高速動
作で低消費電流なSOI構造のCMOS論理回路が得
られる。
【図面の簡単な説明】
第1図および第2図はそれぞれ従来のCMOS
論理回路を説明するための図、第3図はこの発明
の一実施例に係るCMOS論理回路を示す図、第
4図は上記第3図の回路の動作を説明するための
タイミングチヤート、第5図および第6図はそれ
ぞれこの発明の他の実施例を説明するための図で
ある。 12……第1の論理設定回路、13……第2の
論理設定回路、Q5……MOSFET(第1の基板電
位設定手段)、Q6……MOSFET(第2の基板電位
設定手段)、VCC……第1電位供給源の電位、VSS
……第2電位供給源の電位。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 第1導電形のMOSFETで構成され第1電位
    供給源の電位が印加される第1の論理設定回路、
    およびこの第1論理設定回路と相補的に第2導電
    形のMOSFETによつて構成され第2電位供給源
    の電位が印加される第2の論理設定回路を同一の
    絶縁基板上に有し、上記第1,第2論理設定回路
    の接続点から出力を得るSOI構造のCMOS論理回
    路において、前記第1論理設定回路を構成する各
    MOSFETの基板端子と第1電位供給源との間に
    配設され前記第1,第2論理設定回路の接続点の
    電位で制御される第1の基板電位設定手段と、前
    記第2論理設定回路を構成する各MOSFETの基
    板端子と第2の電位供給源との間に配設され前記
    第1,第2論理設定回路の接続点の電位で制御さ
    れる第2の基板電位設定手段とを具備し、前記第
    1,第2基板電位設定手段はそれぞれ前記第1あ
    るいは第2論理設定回路の各MOSFETの導通時
    は基板端子をフローテイング状態に設定し、各
    MOSFETの遮断時は基板端子をそれぞれの論理
    設定回路に印加される電位に設定する如く構成し
    たことを特徴とするCMOS論理回路。 2 前記第1の基板電位設定手段は、第1導電形
    のMOSFETから成り、前記第2の基板電位設定
    手段は、第2導電形のMOSFETから成ることを
    特徴とする特許請求の範囲第1項記載のCMOS
    論理回路。 3 前記第2の論理設定回路は直列接続された複
    数の論理設定用のMOSFETから成り、これら直
    列接続されたMOSFETが複数のブロツクに分割
    され、前記第2の基板電位設定手段は、前記第2
    の論理設定回路の各ブロツクにそれぞれ対応して
    設けられ、前記第1,第2論理設定回路の接続点
    の電位で導通制御される複数の基板電位設定用の
    MOSFETから成り、これら複数の基板電位設定
    用のMOSFETはそれぞれ、対応するブロツクの
    論理設定用のMOSFETの基板端子とこれら論理
    設定用のMOSFETの内で前記第2電位供給源側
    に位置するMOSFETのソース間に接続されるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
    CMOS論理回路。
JP58076454A 1983-04-30 1983-04-30 Cmos論理回路 Granted JPS59201526A (ja)

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JP58076454A JPS59201526A (ja) 1983-04-30 1983-04-30 Cmos論理回路

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JPS59201526A JPS59201526A (ja) 1984-11-15
JPH0337768B2 true JPH0337768B2 (ja) 1991-06-06

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS5929025B2 (ja) * 1975-12-08 1984-07-17 ソニー株式会社 テレビシンゴウノジユシン オヨビ キロクソウチ

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