CN1813351A - 有机集成电路的具有无电势栅极的逻辑门 - Google Patents

有机集成电路的具有无电势栅极的逻辑门 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种有机逻辑门，包括至少一个充电场效应晶体管(充电FET)和至少一个开关场效应晶体管(开关FET)，所述充电FET具有至少一个栅极、一个源极和一个漏极，充电FET的栅极是无电势的。

Description

有机集成电路的具有无电势栅极的逻辑门
技术领域
本发明的技术领域涉及有机逻辑门，诸如与、与非、或非等。本发明还涉及有机逻辑门的转换时间和转换稳定性的问题。
背景技术
这个问题至今通过将在逻辑门中的充电场效应晶体管(FET)的栅极连接到电源电压而仅仅部分地被解决，由此可以提供快速逻辑门。但是，这个解决方案需要大于20V的高电源电压。例如在《应用物理文献》、第81期、第1735页(2002)中的文章“快速聚合物集成电路”(“Fast polymer integratedcircuits”in Applied Physics Letters，Issue 81，page 1735(2002))中描述了用于改善有机逻辑门的转换行为的这种措施。
在《应用物理文献》、第77期、第1487页(2000)中的文章“高性能全聚合物集成电路”(“High performance all-polymer integrated circuits”in AppliedPhysics Letters，Issue 77，page 1487(2000))中描述了另一种方法。这篇文章描述了充电FET的栅极可以连接到反相器或逻辑门的输出。这导致产生可以使用低电压来操作但是具有它们很慢的缺陷的电路。
至今还没有实现即使使用低电源电压也能够迅速稳定地转换的有机逻辑门电路。
发明内容
由于能量效率的原因，期望即使在有机电路的快速操作期间也能够降低有机逻辑门电路的电源电压，而不影响在处理中的转换稳定性。
还期望降低有机逻辑门电路的转换时间而不必提高电源电压。
而且，期望提高有机电路的转换稳定性，而不影响转换时间或提高在处理中的电源电压。
按照第一方面，本发明提供了一种有机逻辑门，包括至少一个充电FET和至少一个开关FET。在这种情况下，所述(至少一个)充电FET具有至少一个栅极、源极和漏极。在这种情况下，按照本发明的有机逻辑门其特征在于充电FET的栅极是无电势的。
通过使用无电势电极，有可能构造一种迅速并且同时稳定地转换的有机逻辑门。
在有机逻辑门的一个有益实施例中，充电FET的栅极电容性地耦接到充电FET的源极。在有机逻辑门的另一个有益改进中，充电FET的漏极电容性地耦接到充电FET的栅极。因此有可能使用较低的开销而将栅极耦接到充电FET的其他端子之一，以便改善逻辑门的转换行为。在栅极和FET的其他端子之一之间的电容性耦接使得有可能在给定充电FET和耦合电容的适当设计的情况下改善逻辑门的转换属性。本发明使得有机逻辑门有可能即使在低电源电压(小于10V)的情况下迅速和稳定地转换或作用。
在本发明的另一个有益改进中，通过重叠充电FET的源极的栅极来实现电容性耦合。在本发明的另一种有益改进中，通过重叠充电FET的漏极的栅极来实现电容性耦合。可以通过在电路设计上略微提高的开销而获得电容性耦合的实施例，而不需要在生产期间引入另外的工作或处理步骤。作为电容性耦合或耦合电容器的空间需要的结果，逻辑门的空间需要可能提高。
有机逻辑门的另一个有益改进是被构造为没有金属化通孔(plated-through holes)。在充电FET的栅极和源极或漏极之间的电容性耦接的情况下，有可能省略在两个电极之间的直接电耦接。在上述两种情况下，有可能完全省略在栅极和漏极或源极之间的绝缘层的通孔镀敷(through-plating)。作为结果可以简化生产过程。而且，如果出现较少或没有有缺陷的金属化通孔，则可以提高产出。
在本发明的另一个有益改进中，充电FET的栅极电阻性地耦接到充电FET的漏极和/或源极。在最简单的情况下，这导致在充电FET的所述(至少一个)栅极和端子之一之间的直接电耦接。可以通过穿过FET的绝缘层的金属化通孔或通过在(可能印制)的绝缘层的区域之外并且形成那里的接触层的互连来实现所述直接电耦接。这种设计具有另外的优点，因为电阻性耦接的电容器和电阻器可以被设置到适当的长度、宽度，并且互连的覆盖可以被尽可能地设置到绝缘层的边缘区域。
在本发明的另一个优选实施例中，与电容性耦接并联的充电FET的栅极电阻性地耦接到充电FET的源极。在本发明的另一个有益实施例中，与电容性耦接并联的充电FET的栅极电阻性地耦接到充电FET的漏极。电容器与电阻器的组合导致产生RC元件的构造，它向充电FET的耦接施加了时间响应，所述时间响应可能确实地影响充电FET的转换时间。但是，必须在RC元件的设计中考虑FET的固有电容。
附图说明
下面参照附图来说明本发明，其中：
图1图解了使用具有无电势栅极的充电FET的逻辑门的一个实施例，
图2图解了使用具有电容性耦接到输出的栅极的充电FET的反相器的一个实施例，
图3图解了使用充电FET和电容性耦接到输出的栅极的反相器的一个实施例，以及
图4图解了按照本发明的一个实施例的通过充电FET的剖面图。
具体实施方式
相同的附图标号用于在说明书和附图中的相同或类似的元件。
图1图解了使用具有无电势栅极的充电FET的逻辑门的一个实施例。所选择的逻辑门在此被体现为反相器，因为作为最简单部件的反相器可以最清楚地图解本发明的优点。图1示出了两个晶体管2和4串联形成反相器。在这种情况下，晶体管2是开关晶体管，晶体管4是充电晶体管。在图1中，开关FET 2的源极6接地。漏极连接到反相器的输出12。开关晶体管2的栅极10形成反相器的输入。充电晶体管4的源极和漏极将反相器的输出12连接到电源电压8。
图2图解了使用具有电容性耦接到输出的栅极的充电FET的反相器的一个实施例。在图2中，充电FET 4的栅极通过电容器14而耦接到输出12。可以通过重叠源极或漏极的栅极来例如实现电容器14。可以通过与电阻器18并联来如图所示补充通过电容器14的电容性耦接。
图3图解了使用具有电容性耦接到输出的栅极的充电FET的反相器的一个实施例。在图3中，充电FET 4的栅极通过电容器16而耦接到电源电压8。
可以例如通过重叠源极或漏极的栅极来实现电容器16。可以通过并联的电阻器18而如图所示来补充通过电容器16的电容性耦接。
可以通过增加串联或并联的(开关)FET而从反相器电路实现诸如与、与非、或、或非、异或等的所有其他的可能逻辑门，因此不明显地示出。
图4图解了按照本发明的通过充电FET的横截面。充电FET被应用在载体材料或基底22上。基底22可以包括例如玻璃、塑料、水晶或类似的材料。
充电FET的两个电极8和12被应用在基底22上。电极8、12之一是源极，并且一个电极是漏极。根据电极的选择来使用按照图2或图3的电路。
通过半导体层24来连接两个电极8、12。绝缘层26被布置在半导体层24上。栅极20被布置在绝缘层24上。在这种情况下，区域4实质上限定充电晶体管，区域16实质上限定在栅极20和电极8之间的电容性耦接的区域。参照所图解的附图标号，所述部分图解了图3的反相器电路的充电FET的一种可能的实现方式。使用所述附图标号的不同布置，也可以将所图解的部分应用到图2的反相器电路。
未在图4中图解图2和3中图解的电阻器18，并且可以通过例如通过在电极8和20之间的层26的金属化通孔来实现图2和3中图解的电阻器18。
很清楚，具有多个充电FET的逻辑门电路、即例如按照图2和图3的充电FET的并联或串联电路的组合也在本发明的范围内。
而且很清楚，本发明也可以被应用到三态逻辑门。很清楚也可以交换端子6和8。

Claims (8)

1.一种有机逻辑门，包括至少一个充电场效应晶体管(充电FET)和至少一个开关场效应晶体管(开关FET)，所述充电FET具有至少一个栅极、一个源极和一个漏极，其特征在于充电FET的栅极是无电势的。
2.按照权利要求1的有机逻辑门，其特征在于，充电FET的栅极电容性地耦接到充电FET的源极。
3.按照权利要求2的有机逻辑门，其特征在于，通过重叠充电FET的源极的栅极来实现电容性耦合。
4.按照前述权利要求之一的有机逻辑门，其特征在于，充电FET的栅极电阻性地耦接到充电FET的源极。
5.按照前述权利要求之一的有机逻辑门，其特征在于，充电FET的栅极电容性耦接到充电FET的漏极。
6.按照权利要求5的有机逻辑门，其特征在于，通过重叠充电FET的栅极的漏极来实现电容性耦合。
7.按照前述权利要求之一的有机逻辑门，其特征在于，充电FET的栅极电阻性地耦接到充电FET的漏极。
8.按照前述权利要求之一的有机逻辑门，其特征在于，有机逻辑门被构造为没有金属化通孔。
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