DE2459562A1 - Integrierte schaltungen - Google Patents

Integrierte schaltungen

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DE2459562A1
DE2459562A1 DE19742459562 DE2459562A DE2459562A1 DE 2459562 A1 DE2459562 A1 DE 2459562A1 DE 19742459562 DE19742459562 DE 19742459562 DE 2459562 A DE2459562 A DE 2459562A DE 2459562 A1 DE2459562 A1 DE 2459562A1
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    • H10B10/10SRAM devices comprising bipolar components

Description

PKB 32^02 Verm/Va/RJ
GONTHER
'PM β 32
Anmeldung vom.
"Integriente Schaltungen".
Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Schaltungen, insbesondere auf integrierte Schaltungen, mit mindestens einer Meister-Sklave-Flipflopschaltung, die für Betrieb mit einem einzigen Taktimpulseingang eingerichtet ist.
Es sind integrierte Schaltungen mit mehreren in einem gemeinsamen Halbleiterkörper angebrachten HalbleiterSchaltungselementen bekannt, wobei, an eine Seite des Körpers grenzend, mindestens eine aus mehreren Schichten bestehende Strominjektionsstruktur Vorhände ist,' mit deren Hilfe einer Zone eines Schal-
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tungselemente ein Einstellstrom zugeführt wird. Derartige integrierte Schaltungen sind in der niederländischen Offenlegungsschrift 7·1Ο7·θ4θ beschrieben und für eine weitere Beschreibung des Prinzips, nach dem derartige integrierte Strominjektionsschaltungen arbeiten, und der diesen Strukturen inhärenten Vorteile sei auf "Philips Technical Review", Band 33» 1973,
Nr. 3, S. 76 - 85 verwiesen.
Bei den jetzigen integrierten Strominjektionsschaltungen ergibt sich ein Problem, wenn eine Meister-Sklave-Flipflopschaltung aufgebaut werden
soll, die ohne Anwendung gesonderter Taktimpulseingänge für den Meister und den Sklaven mit Spannungspegeln arbeitet; Die Spannungspegel in einer integrierten Strominjektionsschaltung liegen gewöhnlich innerhalb des Bereiches der dem Strominjektor zugeführten Einsteilspannung. Diese beträgt gewöhnlich 1 V oder weniger. Daher ist die Spannungsänderung bei
Strominjektion nicht genügend, um auf übliche Weise den Sklaven zu sperren und den Meister leitend zu
machen.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass ein Meister-Sklave-Flipflop, das mit Strompegeln statt mit Spannurigspegeln bei
bekannten Schaltungen, wie integrierten Transistor— Transistor-Logik-(TTL)-Schaltungen arbeitet und nur
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einen einzigen Taktimpulseingang aufweist, vorteilhaft durch passende Wahl der verschiedenen Einstellströme erhalten werden kann, und obgleich eine solche Schaltung auf übliche Weise mit Hilfe diskreter Einzelteile und durch Anwendung üblicher Integrationstechniken aufgebaut werden kann, können grosse Vorteile erzielt werden, wenn I L-(integrated injection logic)-Techniken bei Aufbau und Anordnung von Mehrschichtstrominjektionsstrukturen und Zonen einzustellender Schaltungselemente verwendet werden und die Eigenschaft benutzt wird, dass Einstellströme verschiedener Grosse aus einer oder mehreren Mehrschichtstrominjektionsstrukturen zugeführt werden können.
Nach der Erfindung ist eine, elektrische Schaltung der vorgenannten Art dadurch gekennzeichnet, das sie mindestens eine bistabile Meister-Sklave -Schaltung enthält, die für Betrieb mit nur einem einzigen Taktimpulseingang eingerichtet ist, wobei der Meister ein kreuzgekoppeltes Transistorpaar und der Sklave ein kreuzgekoppeltes Transistorpaar enthält, während Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe mindestens dem kreuzweise gekoppelten Transistorpaar in dem Sklaven ein primärer Einstellstrom einer gewissen Grosse aus einer festen Strom-quelle zugeführt wird, -wobei der Taktimpulseingang
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der Schaltung zur Bestimmung des primären Einstellstro~ mes dient, der dem kreuzgekoppelten Transistorpaar in dem-Meister auf einem üblichen Pegel und einem herabgesetzten Pegel während Taktperioden zugeführt wird, und wobei weitere Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe von der festen Stromquelle Quellen zur Lieferung eines sekundären Einstellstromes geringerer Grosse zur Einspeisung in das kreuzgekoppelte Transistorpaar oder in mit diesem Paar verbundene Transistoren in dem Meister oder einem weiteren Meister einer vorhergehenden oder nächstfolgenden Meister-Sklave-Schaltung in der Schaltungsanordnung hergeleitet werden, welche sekundären Einstellstromquellen den Zustand des genannten Meisters oder des genannten weiteren Meisters nicht beeinflussen, wenn der dem kreuzgekoppelten Transistorpaar in dem genannten Meister oder in dem genannten weiteren Meister zugeführte Einsteilstrom auf dem üblichen Pegel liegt, während diese Quellen wirksam werden, wenn der primäre Einstellstronip der dem kreuzgekoppelten Transistorpaar des genannten Meisters oder genannten weiteren Meisters zugeführt wird, auf einem niedrigen Pegel liegt, um den Zustand des genannten Meisters oder des ge-»
nannten weiteren Meisters vorzubereiten und damit seine Lage zu bestimmen, wenn der genannte primäre
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Einstellstrom zu dem üblichen Pegel zurückkehrt oder zurückgeführt wird.
Die Schaltungsanordnung enthält also eine bistabile Meister-Sklave-Schaltung, die mit Strompegeln arbeitet und einen einzigen Taktimpulseingang enthält. Insbesondere beim Einbau in eine integrierte Schaltung unter Verwendung von Strominjektionstechniken kann die genannte Konfiguration grosse Vorteile ergeben. Auf diese Weise ist es unter Verwendung von Strominjektionstechniken möglich, ein statisches Schieberegister mit statischer Übertragung zu bilden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist dazu die elektrische Schaltung als eine integrierte Schaltung ausgebildet, die einen Halbleiterkörper enthält, in dem sich die Transistoren befinden und an eine Seite des Körpers grenzen, wobei eine Anzahl MehrschichtStrominjektionsstrukturen an die eine genannte Seite des Körpers grenzen und dazu dienen, einen primären Einstellstrom den kreuzgekoppelten Transistorpaaren in der bistabilen Meister-Sklave-Schaltung zuzuführen und einen sekundären Einstellstrom in Form eines wiederinjizierten Einstellstromes dem kreuzgekoppelten Transistorpaar oder mit diesem Paar verbundenen Transistoren in dem Meister oder einem weiteren Meister einer vorhergehenden
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oder nächstfolgenden ähnlichen bistabilen Meister-Sklave -Schaltung zuzuführen, wobei der genannte wiederinjizierte sekundäre Einstellstrom kleiner als der dem betreffenden Transistor des genannten Meisters oder des genannten Aveiteren Meisters zugeführte primäre Einstellstrom ist.
Eine derartige integrierte Schaltung bietet verschiedene Vorteile, wie aus der nachstehenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen hervorgehen wird. Insbesondere die Anwendung der Mehrschichtstrominjektionsstrukturen zum Erhalten primärer Einstellströme und sekundärer wiederinjizierter niedriger Einstellströme ermöglicht es, auf verhältnismässig einfache Weise ein verhältnismässig gedrängtes Meister-Sklave-Flipflop zu erhalten, das mit Strompegeln arbeitet und einen einzigen Takt impul s ei ngang aufweist,, Der einfache Taktimpulseingang kann auf verschiedene Weise, je nach der Bauart der Schaltung, verwendet werden und dies wird nachstehend in bezug auf besondere Ausführungsformen der Schaltung beschrieben.
In der ersten Ausführungsform der integrierten Schaltung nach der Erfindung enthalten die Mehrschichtstrominjektionsstrukturen, die einen primärer Einstellstrom, den Transistoren in dem Sklaven zuführen, je fünf hintereinander angeordnete Gebiete
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abwechselnder Leitfähigkeitstypen, die an die eine Seite des Halbleiterkörpers grenzen, wobei die dritten Gebiete die Basiszonen des kreuzgekoppelten Transistorpaars in dem Sklaven bilden, und wobei die fünften Gebiete die Basiszonen der Transistoren bilden, die mit einem wiederinjizierten Einstellstrom gespeist werden, wobei in jeder der genannten Strukturen das erste Gebiet ein Injektorgebiet mit einem Anschluss zum Anlegen einer Polarität einer Einstellstromquelle und das zweite Gebiet einen Anschluss für die andere Polarität der genannten Einstellstromquelle bildet, wodurch der gleichrichtende Übergang zwischen dem ersten Gebiet und dem zweiten Gebiet in der Durchlassrichtung polarisiert werden kann, um Minoritätsladungsträger in das zweite Gebiet zu injizieren, die das dritte Gebiet über den gleichrichtenden Übergang zwischen dem zweiten und dem dritten Gebiet erreichen, wobei das dritte Gebiet Minoritätsladungsträger in das vierte Gebiet wiederinjizieren kann, die das fünfte Gebiet über den gleichrichtenden Übergang zwischen dem vierten und dem fünften Gebiet erreichen. Eine bei derartigen Schaltungen angewandte bevorzugte Konstruktion besteht weiter darin, dass das zweite ,und das vierte Gebiet als ein gemeinsames Hälbleitergebiet angebracht sind, das die Emitterzonen des kreuzgekoppelten' Transistorpaars im Sklaven
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und die Emitterzonen der genannten Transistoren, die mit einem wiederinjizierten Einstellstrom gespeist
werden, bildet, wobei die Kollektorzonen des kreuz- ' gekoppelten Transistorpaars in dem Sklaven als Oberfl ächenzonen in den dritten Gebieten vorhanden sind
und einen dem dieser Gebiete entgegengesetzten Leitfähigkeit styp aufweisen, und wobei die Kollektorzonen der genannten Transistoren, die mit einem wiederinjizierten Einstellstrom gespeist werden, als Oberflächenzonen in den fünften Gebieten vorhanden sind
und einen dem dieser Gebiete entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweisen.
Bei einer Art integrierter Schaltungen vom genannten Typ sind diese Transistoren, die mit wiederinjizierten Einstellströmen gespeist werden, einzelne Transistoren, die in der Rückkopplungsleitung zwischen dem Sklaven und dem Meister angeordnet sind, wobei
Kollektorzonen dieser Transistoren kreuzweise an die Basiszonen der Transistoren des kreuzgekoppelten
Transistorpaares in dem Meister angeschlossen sind.
Bei einer abgewandelten Ausführungsform von integrierten Schaltungen dieser Art sind diese Transistoren, die mit wiederinjizierten Einstellströmen
gespeist werden, einzelne Transistoren, die zwischen dem Sklaven eines Meister-Sklave-Flipflops und einem weiteren Meister einer nächstfolgenden ähnlichen
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Meister-Sklave-Flipflopschaltung angeordnet sind. In ' diesen Schaltungen kann das kreuzgekoppelte Transistorpaar in dem Meister einen Einstellstrom unter Vermittlung von zwei Strominjektionsstruktur.en empfangen, die aus drei hintereinander angeordneten Gebieten abwechselnder Leitfähigkeitstypen bestehen, von denen die dritten Gebiete die Basiszonen dieser Transistoren bilden und die zweite Gebiete einen Teil eines gemeimsamen Gebietes bilden und die Emitterzonen dieser Transistoren sind, wobei die Kollektorzonen dieser Transistoren als Oberflächenzonen in den dritten Gebieten vorhanden sind und einen dem dieser Gebiete entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweisen, und wobei in jeder dieser Dreigebietstrukturen das erste Gebiet ein Injektionsgebiet mit einem Anschluss zum" Anlegen einer Polarität einer Einstellstromquelle bildet, wodurch der gleichrichtende Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Gebiet in der Durchlassrichtung polarisiert werden kann, um Minoritätsladungsträger in das zweite Gebiet zu injizieren, welche Träger das dritte Gebiet über den gleichrichtenden Übergang zwischen dem zweiten und dem dritten Gebiet erreichen.
Ein derartiges Meister-Sklave-Flipflop kann für Betrieb mit einer Taktimpulsquelle von Einstellstrom ,eingerichtet werden, der zwischen den
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ersten und den zweiten Gebieten der Strominjektionsstrukturen mit drei Gebieten, die zu dem Meister gehören, angelegt wird, während eine konstante Quelle von Einstellstrom verwendet wird, der zwischen den ersten und den zweiten Gebieten der Strominjektionsstrukturen mit fünf Gebieten, die zu dem Sklaven gehören, angelegt wird.
Verschiedene andere Schaltungen können durch ein Meister-Sklave-Flipflop mit der genannten Taktimpulsstromquelle bzw. der genannten konstanten Stromquelle bei den Stromin j ek.tions strukturen mit drei bzw. fünf Gebieten gebildet werden; wenn z.B. die Transistoren, die mit einem wiederinjizierten Einstellstrom gespeist werden, in der Rückkopplungsleitung zwischen dem Meister und dem Sklaven angeordnet sind, kann die Schaltung die Form eines einfachen Zweiteiler-Zählerele.ments mit mindestens einer Ausgangsverbindung mit dem Basisgebiet eines der Transistoren des kreuzgekoppelten Paares im Sklaven aufweisen. Bei einer anderen Ausführungsform, bei der die Transistoren, die mit einem wiederinjizierten Einstellstrom gespeist werden, an einen weiteren Meister angeschlossen sind, wie oben beschrieben ist, sind mehrere Meister-Sklave-Flipflopschaltungen vorhanden und bilden diese ein Schieberegister, wobei der Anschluss zwischen aufeinanderfolgenden Schiebe-
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registerelementen zwischen den Kollektorgebieten der genannten getrennten Transistoren, die zu dem Sklaven einer Schaltung gehören, und den Basisgebieten des
kreuzgekoppelten Transistorpaares in dem Meister in der nächstfolgenden Schaltung angebracht ist. Bei
einer Weiterbildung ist das Meister-Sklave-Flipflop ein J-K-Flipflop, in dem die Basiszonen der genannten getrennten Transistoren mit den Kollektorzonen
weiterer Transistoren verbunden sind, die mit einem primären Einstellstrom der konstanten Stromquelle
über Dreischichtstromxnjektionsstrukturen gespeist
werden, wobei die Basiszonen der genannten weiteren Transistoren mit den J- und K-eingängen verbunden
sind.
Bei einer anderen Art integrierter Schaltungen werden die genannten Transistoren, die mit einem wiederinjxzxerten Einstellstrom gespeist werden, durch das kreuzgekoppelte Transistorpaar in dem Meister gebildet. Bei einer abgewandelten Ausführungsform von integrierten Schaltungen dieser Art werden diese Transistoren, die mi,t einem wiederin j xzxerten Einstellstrom gespeist werden, durch das kreuzgekoppelte Transistorpaar in einem weiteren Meister eines
vorhergehenden oder nächstfolgenden ähnlichen Meister-Sklave-Flipflops gebildet, das in der Schaltung vorhanden ist. In jeder dieser Schaltungen kann das
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kreuzgekoppelte Transistorpaar in dem Meister mit einem primären EiretelLstrom über ein Paar Strominjektionsstrukturen gespeist werden, die aus drei hintereinander geschalteten Gebieten abwechselnder Leitfähigkeit stypen bestehen, von denen die dritten Gebiete, die zugleich die fünften Gebiete der genannten Strominjektionsstrukturen mit fünf Gebieten, die zu dem Sklaven gehören, bilden, die Basiszonen der genannten Transistoren bilden, deren zweite-Gebiete einen Teil eines gemeinsamen Gebietes bilden und die Emitterzonen der genannten Transistoren sind, wobei die Kollektorzonen der genannten Transistoren als Oberflächenzonen in den dritten Gebieten vorhanden sind und einen dem dieser Gebiete entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp aufweisen, und wobei in jeder der genannten Dreigebietstrukturen das erste Gebiet ein Injektorgebiet mit einem Anschluss für die eine Polarität einer Einstellstromquelle bildet und das zweite Gebiet einen Anschluss für die andere Polarität der genannten Einstellstromquelle aufweist, wodurch der gleichrichtende Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Gebiet in der Durchlassrichtung für die Injektion von Minoritätsladungsträgern in das zweite Gebiet polarisiert werden kann, welche Träger das dritte Gebiet über den gleichrichtenden Übergang zwischen dem zweiten Gebiet und dem dritten
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Gebiet erreichen.
Bei einer besonderen Ausführungsform kann das Meister-Sklave-Flipflop für Betrieb mit einer Taktimpulsquelle von Einstellstrom, der zwischen den ersten und den zweiten Gebieten der Dreigebietstromin j ektionsstrukturen, die zu dem Meister gehören, angelegt wird, und mit einer konstanten Quelle von Einstellstrom eingerichtet werden, der zwischen den' ersten und den zweiten Gebieten der Strominjektionsstrukturen mit fünf Gebieten, die zu dem Sklaven gehören, angelegt wird. Verschiedene andere Konfigurationen können mit einem derartigen Meister-Sklave-Flipflop gebildet werden, z.B. Zweiteiler- Zähler— elemente, Schieberegisterelemente oder J-K-Flipflops. Bei einer Ausführungsform vom Typ, bei dem die Transistoren, die mit einem wiederinjizierten Einstellstrom gespeist werden, durch das kreuzgekoppelte Transistorpaar in dem Meister gebildet werden, ist das Meister-Sklave-Flipflop als ein Zweiteiler-Zählerelement mit mindestens einer Ausgangsverbindung mit dem Basisgebiet eines der Transistoren des kreuzgekoppelten Transistorpaares in dem Sklaven ausgebildet. Bei einer anderen Ausführungsform vom Typ, bei dem die Transistoren, die mit einem wiederinjizierten Einstellstrom gespeist werden, durch das kreuzgekoppelte Transistorpaar in einem weiteren
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Meister eines nächstfolgenden ähnlichen Meister-Sklave-Flipflops gebildet werden, sind mehrere Meister-Sklave-
Flipflops vorgesehen und bilden diese je ein Schieberegisterelement, wobei die Transistoren, die mit einem wiederinjizierten Einstellstrom gespeist werden und die zu dem Sklaven eines Meister-Sklave-Flipflops gehören, durch das kreuzgekoppelte Transistorpaar der nächstfolgenden Schaltung gebildet werden, und wobei die Kopplung zwischen aufeinanderfolgenden Schieberegisterelementen über die genannten Transistoren hergestellt wird.
Bei einer weiteren Art integrierter Schaltungen vom genannten ersten Typ ist ein Hilfstransistor vorhanden und wird dieser mit einem Einstellstrom über eine weitere Strominjektionsstruktur gespeist, die aus drei hintereinander angeordneten Gebieten abwechselnder Leitfähigkeitstypen besteht, von denen das dritte Gebiet die Basiszone des Hilfstransistors und das zweite Gebiet die-Emitterzone des Hilfstransistors bildet, wobei dieser Hilfstransistor zwei Kollektorzonen in Form von Oberflächenzonen in dem dritten Gebiet und von einem dem dieses Gebietes entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp enthält, die an die Basiszonen der Transistoren des kreuzgekoppelten Paares im Meister angeschlossen sind, wobei das erste Gebiet der Strominjektionsstruktur mit drei Gebieten ein Injek-
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torgebiet bildet, wobei das Meister-Sklave-Flipflop für Betrieb mit einer konstanten Quelle von Einstellstrom eingerichtet ist, der zwischen den ersten und den zweiten Gebieten der Dreischichtstrominjektionsstrukturen angelegt wird, die zu dem Meister und dem Hilfstransistor gehören, und mit einer konstanten Quelle von Einstellstrom, der zwischen den ersten und den zweiten Gebieten der Fünfschichtstrominjektionsstrukturen angelegt wird, die zu dem Sklaven gehören, wobei die Basiszone des Hilfstransistors einen Anschluss zum Zuführen von Taktimpulsen besitzt. In diesen Schaltungen, bei denen eine einzige Stromquelle für all diese Strominjektionsstrukturen verwendet werden kanns wird der Hilfstransistor im leitenden Zustand zum Führen der primären Einstellströme benutzt, die von dem Paar von Dreischichtstrominjektionsstrukturen, das zu dem Meister gehört, geliefert werden. Der Hilfstransistor bleibt in einem solchen leitenden Zustand, in dem die genannten Einstellströme abgeleitet werden, bis die zugeführten Taktimpulse auf einen derartigen Wert ansteigen, dass der von der genannten weiteren Strominjektionsstruktur gelieferte Einstellstrom zu dem Hilfstransistor abgeführt wird. Ein derartiges Meister-Sklave-Flipflop kann vorteilhaft als Zählerelement verwendet . werden, weil der Ausgang eines derartigen Elements,
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das eine Stufe bildet, ohne weiteres den Taktimpulseingang der durch ein anderes derartiges Element gebildeten nächstfolgenden Stufe bilden kann.
Als Schieberegisterelemente können-die Meister-Sklave-Flipflopschaltungen nach der Erfindung sehr gedrängt ausgebildet werden, wobei die Oberfläche des Halbleiterkörpers, die von einem derartigen Schieberegisterelement beansprucht wird, sogar auf 0,02 mm2 herabgesetzt werden kann.
Bei einer zweiten Ausführungsform der integrierten Schaltung nach der Erfindung enthalten die Mehrschichtstrominjektionsstrukturen, mit deren Hilfe primäre Einstellströme den kreuzgekoppelten Transistorpaaren in dem Meister und in dem Sklaven zugeführt werden, je drei nacheinander angeordnete Zonen abwechselnder Leitfähigkeitstypen, die an eine Seite des Halbleiterkörpers grenzen, wobei die dritten Zonen die Basiszonen der genannten kreuzgekoppelten Transistorpaare bilden, und wobei in jeder dieser Strukv türen die erste Zone eine Injektorzone bildet, die einen Anschluss aufweist, über den eine Polarität einer Quelle von Einstellstrom angelegt wird, während die zweite Zone einen Anschluss für die andere Polarität der genannten Quelle von Einstellstrom aufweist, wobei die genannten Anschlüsse der Strominjektionsstrukturen, die zu den genannten
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Transistoren in dem Sklaven gehören, für eine feste Stromquelle bestimmt sind, während die genannten Anschlüsse der Strominjektiorisstrukturen, die zu den genannten Transistoren in dem Meister gehören, für eine Taktstromquelle bestimmt sind, wobei weitere MehrschichtStrominjektionsstrukturen vorgesehen sind, mit deren Hilfe ein wiederinjizierter Einstellstrom dem kreuzgekoppelten Transistorpaar oder mit diesem Paar verbundenen Transistoi'en in dem Meister zugeführt wird, welche Strukturen je fünf nacheinander angeordnete Zonen abwechselnder Leitfähigkeitstypen enthält, die an eine Seite des Halbleiterkörpers grenzen und von denen die erste Zone eine Injektorzone bildet, die einen Anschluss zum Anlegen einer Polarität der festen Quelle von Einstellstrom bildet, während die zweite Zone einen Anschluss für die andere Polarität der genannten festen Einstellstromquelle besitzt, wobei die fünften Zonen der Fünfschichtstrominjektionsstrukturen, die über den gleichrichtenden Übergang zwischen der vierten und der fünften Zone Minoritätsladungsträger empfangen können, die von der dritten Zone in die vierte Zone wiederinjiziert werden, die Basiszonen des kreuz-" gekoppelten Transistorpaares oder von mit diesem Paar verbundenen Transistoren in dem Meister bilden.
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Bei einer derartigen integrierten Schaltung nach der Zweiten Ausführungsform ist die Meister-Sklave -Schaltung eine bistabile R-S-Flipflopschaltung, wobei die Zufuhr von wiederinjiziertem Ei-nstellstrom durch die Fünfschichtstrominjektionsstrukturen von den R- und S-Eingängen geregelt wird, die mit den dritten Zonen dieser Strominjektionsstrukturen verbunden sind, In dieser Schaltung können die fünften Zonen der FünfschichtStrominjektionsstrukturen die Basiszonen von Transistoren bilden, deren Kollektorzonen mit den Basiszonen des kreuzgekoppelten Transistorpaares in dem Meister verbunden sind. Auch kann die Konfiguration der Schaltung derartig sein, dass der wiederinjizierte Einstelletrom von den Fünfschichtstrukturen direkt den Basiszonen der kreuzgekoppelten Transistoren in dem Meister zugeführt wird.
Bei einer weiteren integrierten Schaltung nach der genannten zweiten Ausführungsform ist die Meister-Sklave-Schaltung eine bistabile Schaltung vom D-Typ, wobei die Zufuhr von wiederinjiziertem Einstellstroms durch die.Fünfschichtstrominjektionsstrukturen von einem weiteren Transistor geregelt wird, dessen Basiszone durch die dritte Zone einer Fünfschichtstrominjektionsstruktur gebildet wird und dessen Kollekturzone mit der dritten Zone der anderen Fünfschichtstrominjektionsstruktur verbunden ist,
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wobei der genannte weitere Transistor einen Einstellstrom über die ersten drei Schichten der genannten einen FünfSchichtinjektionsstruktur empfängt und seine/ Basiszone mit dem D-Eingang der Schaltung verbunden ist.
Einige Ausführungsformen der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 eine Draufsicht auf den Halbleiterkörper eines Teiles einer integrierten Schaltung nach der Erfindung, wobei dieser Teil als ein Meister-Sklave-Flipflop ausgebildet ist, das ein Zweiteilerelement ist und einen Teil einer Zählerschaltung bildet;
Fig. 2 einen Querschnitt durch den Halbleiterkörper längs' der'Linie H-II der Fig. 1;
Fig. 3 ein Schaltbild des Teiles der integrierten Schaltung nach den Figuren 1 und 2;
Fig. h eine Draufsicht auf den Halbleiterkörper eines Teiles einer anderen integrierten Schaltung nach der Erfindung, wobei der genannte Teil ein Meister-Sklave-Flipflop ist, das ein Element einer Schieberegisterschaltung bildet;
Fig. 5 eine Draufsicht auf den Halbleiterkörper eines Teiles einer weiteren integrierten Schaltung nach der Erfindung, wobei der genannte
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Teil als ein Meister-Sklave-Flipflop ausgebildet ist, das ein Zweiteilereloment ist und einen Teil einer Zählerschaltung bildet;
Fig. 6 einen Querschnitt durch den Halbleiterkörper längs der Linie VI-VI der Fig. 5>
Fig. 7 ein Schaltbild des Teiles der integrierten Schaltung nach den Figuren 5 und 6,
Fig. 8 eine Draufsicht auf den Halbleiterkörper eines Teiles einer anderen integrierten Schaltung nach der Erfindung, wobei der genannte Teil als eine Anzahl Meister-Sklave-Flipflopschaltungen ausgebildet ist, die Elemente eines Schieberegisters bilden;
Fig. 9 eine Draufsicht auf den Halbleiterkörper eines Teiles einer weiteren integrierten Schaltung nach der Erfindung, wobei der genannte Teil ein Meister-Sklave-Flipflop ist, das ein Element einer Zählerschaltung ist;
Fig. 10 ein Schaltbild des Teiles einer integrierten Schaltung nach Fig. 9 J
Fig. 11 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform in Form einer J-K-Flipflopschaltung;
Fig. 12 ein Schaltbild einer noch weiteren Ausführungsform in Form einer R-SτFlipflopschaltung, und
Fig. 13 ein Schaltbild einer Weiterbildung
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• pi
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in Form einer Flipflop-Schaltung vom D-Typ.
Der Teil der integrierten Schaltung nach den Figuren 1 und 2 ist ein Zweiteilerelement und enthält eine bistabile Meister- und eine bistabile Sklavenschaltung»
Die vorhandenen Schaltungselemente sind zwölf Zweipoltransistoren T - T12, deren Basisgebiete in den Figuren 1 und 2 mit B1 - B1- bezeichnet sind. Die bistabile Sklavenschaltung enthält die Transistoren T1- T. und die bistabile Meisterschaltung enthält die Transistoren TQ - T1 , während die Transistoren T- - To in der Rückkopplungsleitung zwischen dem Sklaven und dem Meister liegen. Die Transistoren T - T1 _ grenzen an eine Seite eines allen Schaltungselementen gemeinsamen Halbleiterkörpers.
Die Schaltung wird in einem Siliciumhalb— leiterkörper gebildet, der aus einem η -Siliciumsubstrat 1 mit darauf einer epitaktischen n-leitenden Schicht 2 besteht. Auf der oberen Fläche 3 der epitaktischen η-leitenden Schicht 2 befindet sich eine Siliciumoxidschicht 4 und der Deutlichkeit halbeiist die Schicht 4 als eine Schicht gleichmässiger Dicke dargestellt, während jedoch in der Praxis die Schicht 4 gewöhnlich eine veränderliche Dicke aufweisen wird. Ein örtlich diffundiertes n+-Gebiet 609827/0979
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5 erstreckt sich durch die epitaktische Schicht 2 von der Oberfläche 3 bis zu dem Substrat 1 und trennt die einzelnen Schaltungselemente sowie die Gruppen von Schaltungselementen voneinander, wie nachstehend auseinandergesetzt werden wird. In der epitaktischen Schicht 2 befinden sich eine Anzahl örtlich diffundierter p-leitender Gebiete mit je einer im wesentlichen rechteckigen Konfiguration. Die Grenzen derartiger p-leitender Gebiete sind in der Draufsicht nach Fig. 1 mit vpllen Linien angedeutet. Sechs dieser p-leitenden Gebiete sind mit B0, B., B^5 Bo> B1 , B1 bezeichnet, weil diese Gebiete die Basisgebiete der Transistoren T0, T, , T,, TQ, T„_ bzw. T10 bilden.
d Hr OO IU I (t
Innerhalb dieser örtlich diffundierten p-leitenden Gebiete befinden sich örtlich diffundierte η -Gebiete 11, die in Fig. 1 mit vollen Linien angedeutet sind. Diese η -Gebiete bilden die Kollektorgebiete vertikal angeordneter inverser npn-Transistoren Tp, Tr, T^, Tp, T. und T , wobei die η-leitende epitaktische Schicht 2 als ein allen genannten vertikal angeordneten inversen npn-Transistoren gemeinsames Emittergebiet dient. So bilden innerhalb des pleitenden Basisgebietes B die η -Gebiete 11 und die zwei Kollektoren des inversen Mehrkollektor-npn-Transistors T . Auf ähnliche Weise bilden in den p-leitenden Basisgebieten B. , B/- und Bfi die η -Gebiete
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12, 13 und 14 die Kollektorgebiete der inversen npn-Transistoren T. , T^- bzw. TR. In dem p~leitenden Basisgebiet B1n bilden die η -Gebiete 15 und 16 die zwei Kollektoren des inversen Mehrkollektor-npn-Transistors T und in dem p-leitenden Basisgebiet B12 bilden die η -Gebiete 17 und 18 die zwei Kollektoren des inversen Mehrkollektor-npn-Transistors T1?.
Zwei weitere örtlich diffundierte p-leitende Gebiete 21 und 22.erstrecken sich in der epitaktischen Schicht 2 auf einander gegenüber liegenden Seiten der übrigens sechs p-leitenden Gebiete Bp, Β· , B/,
Bo> Bi^ und Βιο· Die p-leitende Gebiete 21 und 22, ο IU Λ (L
die in Fig. 1 ebenfalls mit vollen Linien angedeutet sind, bilden die ersten Schichten von Mehrschichtstrominjektionsstrukturen. So bildet das p-leitende Gebiet 21 die erste Schicht von zwei „Dreischicht-Strominjektionsstrukturen, von denen die erste durch die p-leitenden Gebiete 21 und B1p und einen mit B11 bezeichneten η-leitenden Zwischenteil und von denen eine zweite durch die p-leitenden Gebiete 21 und B und einen mit B bezeichneten η-leitenden Zwischenteil der epitaktischen Schicht gebildet wird. Diese beiden DreischichtStrominjektionsstrukturen liefern die Haupteinsteilströme für die p-leitenden Basisgebiete der vertikal angeordneten npn-Transistoren T und T1 und diese Strukturen selber sind als
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lateral angebrachte pnp-Transistoren T11 und Tq mit nleitenden Basisgebieten B11 bzw. Bg zu betrachten, wobei das p-leitende Gebiet 21 ein den beiden lateralen pnp-Transistoren gemeinsames Emittergebiet bildet und die Kollektorgebiete der genannten Transistoren T11 bzw. T mit den Basisgebieten der vertikalen npn-Transistoren T1 o und T1n gemeinsam sind.
Die Teile der epitaktischen n-leitenden Schicht 2, die die η-leitenden Basisgebiete der lateralen pnp-Transistoren bilden, werden auf zwei einander gegenüber liegenden Seiten von den p-leitenden Gebieten 21 und B11JBi2 unc* &VL^ zwei weiteren einander gegenüber liegenden Seiten von Teilen des η diffundierten Gebietes 5 begrenzt. Die letzteren Grenzen zwischen dem η -diffundierten Gebiet 5 und dem η-leitenden Material der epitaktischen Schicht 2 sind in Fig. 1 mit strichpunktierten Linien angegeben .
Das p-leitende Gebiet 22 bildet die erste Schicht zweier Fünfschichtstrominjektionsstrukturen und zweier Dreischichtstrominjektioneetrukturen, wobei die ersten drei Schichten einer Fünf schicht- · struktur die drei Schichten einer Dreischichtstromin j ektionsstruktur bilden. So wird eine Fünfschichtstrominjektionsstruktur durch das p-leitende Gebiet 22 und den angrenzenden mit B„ bezeichneten Teil der
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η-le it enden epi takt i seinen Schicht 2, das p-leitende Gebiet B., einen angrenzenden mit B„ bezeichneten Teil der η-leitenden epitaktischen Schicht 2 und das p-leitende Gebiet Bq gebildet. Von diesen fünf Gebieten bilden die ersten drei Gebiete, d.h. die Gebiete 22, B " und B., eine Dreischichtstrominjektionsstruktur. Eine weitere Fünfschichtstrominjektionsstruktür wild durch das p-leitende Gebiet 22, einen angrenzenden mit B bezeichneten Teil" der epitaktischen n-leitenden Schicht 2, das p-leitende Gebiet B , einen mit B_ bezeichneten angrenzenden Teil der epitalctischen η-leitenden Schicht 2 und das p-leitende Gebiet B^ gebildet. Von diesen fünf Gebieten bilden die ersten drei Gebiete, d.h. die Gebiete 22, B und B , eine Dreischichtstrominjektionsstruktur.
Die zwei Dreisehichtstrominjektionsstrukturen 22, ""B^1 B, und 22, B.., B liefern einen Einstellstrom für die p-leitenden Basisgebiete B. und B der vertikal angeordneten inversen npn-Transistoren T. bzw. T und sind an sich als lateral angebrachte pnp-Transistören T„ und T1 mit Basisgebieten B_ und B1 zu betrachten, wobei das p-leitende Gebiet ein den beiden lateralen pnp-Transistoren gemeinsames Emittergebiet bildet und die Kollektorgebiete der genannten Transistoren T_ und T1 mit den Basisgebieten der inversen vertikalen npn-Transistoren T·
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und T9 gemeinsam sind.
Die zwei Fünfschichtstrominjektionsstruktüren 22, B3, B^, B , Bg und 22, B1, B£, B , B6 liefern einen Einstellstrom für die p-leitenden Basisgebiete Bfi bzw. B^ der vertikal angeordneten inversen npn-Transistoren IV, und T^. Diese Einstellströme sind jedoch beträchtlich niedriger als die Einstellströme, die von den Dreischichtinjektoren den Gebieten B< und B? geliefert werden. Dies wird nun für die Dreischicht- und Fünfschichtstrominjektionsstrukturen 22, B , B. bzw. 22, B~, B. , B ,, Bq näher auseinandergesetzt. Nun sei der Fall betrachtet, in dem eine Einsteilspannung zwischen dem p-leitenden Gebiet 22, das die erste Injektorschicht der Strominjektionsstruktur bildet, und der epitaktischen nleitenden Schicht 2 angelegt wird, die die n-leitenden Gebiete B„ und B7 enthält, die die zweite bzw. vierte Schicht der Strominjektionsschicht bilden, wobei diese Einstellspannung derart angelegt wird, dass der pn-Ubergang zwischen dem p-leitenden Gebiet 22 und dem η-leitenden Gebiet B„ in der Durchlassrichtung geschaltet ist. Über den genannten in der Durchlassrichtung polarisierten Übergang werden Löcher in das η-leitende Gebiet B„ injiziert, das die zweite Schicht der' Strominjektionsstruktur bildet, welche Löcher von dem p-leitenden Gebiet B.
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aufgefangen werden, die die dritte Schicht der Strominjektion sstruktur bildet. Das p-leitende Gebiet B.
ist die zu polarisierende Zone einer ersten Schaltungselements, und zwar des inversen vertikalen npn-Transis-
rfcors T. , und von diesem Gebiet wird ein Gesamtstrom von Löchern I gesammelt werden. Dadurch wird ein positive Ladung auf dem Gebiet B. aufgebaut und dessen Potential nimmt zu, dadurch, dass die pn-Ubergänge zwischen dem p-leitenden Gebiet Bl und den n-leitenden Gebieten B und B„ in der Durchlassrichtung geschaltet werden. Über diese pn-XJbergänge muss ein Strom gleich I fHessen, weil sich in dem p-leitenden Gebiet Bl keine Ladung anhäufen kann. Dieser Strom besteht aus mehreren Komponenten, und zwar (a) einem Löcherstrom, der aus dem p-leitenden Gebiet B. fliesst und von dem p-leitenden Gebiet 22 gesammelt wird, weil der durch die Gebiete 22, B„, B. gebildete pnp-Transistor gesättigt ist; (b) einem Löcherstrom, der aus dem Gebiet B. fliesst und die h-leii^enden Gebiete B„ und B_ und den Teil der epitaktischen n-leitenden Schicht 2 unter dem p-leitenden Gebiet Bl mit Elektronen rekombiniert; (c) einem Elektronenstrom, von dem der grÖsste Teil den Emitterstrom des inversen vertikalen npn-Transistors T. bildet, dessen p-leitendes Gebiet B. das Basisgebiet bildet, und (d) einem Löcherstrom, der aus dem p-leitenden Gebiet
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B. aufs neue in das η-leitende Gebiet B„ injiziert wird, das die vierte Schicht der Fünfschichtstrominjektionsstruktur bildet, welche Löcher von dem pleitenden Gebiet Bq aufgefangen werden, das die fünfte Schicht der Fünfschichtstrominjektionsstruktur bildet. Der letztere Löcherstrom (d) bildet einen Einstellstrom, der einem zweiten Schaltungselement, in diesem Fall der fünften Schicht der Strominjektionsstruktur zugeführt wird, die die Basiszone Bp des inversen vertikalen npn-Transistors Tq bildet. Infolge des Vorhandenseins der Stromkomponenten (a), (b), und (c) ist der Einstellstrom (d), der dem Transistor Tq über die Fünfschichtstrominjektionsstruktur zugeführt wird, erheblich niedriger als der Einstellstrom, der über die Dreischichtetrominjektionsstruktur dem Transistor Tr zugeführt wird. In der Schaltung nach d-en Figuren 1 und 2 kann der über die Dreischichtstrominjektionsstruktur dem Tranaistor Tr zugeführt« Einstellstrom im allgemeinen um eine Gros sen Ordnung hphesr als der Einstellstrom sein, der über die Fünfechichtstrominjektionsstruktur dem Transistor T0 geliefert wird. Z.B. in
dem Falle, in dem hundert Stromeinheiten in dem ps-leitenden Injektorgebiet 22 mit einer Struktur nach Figuren 1 und 2 fHessen, liesse sich erwarten, dass ein Einste/ilstrom zwischen 50 und 70 Einheiten 509827/0979
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dem p-leitenden Basisgebiet Bl des Transistors Tl über die Dreischichtstrominjektionsstruktur und ein Einstellstrom zwischen 5 und 10 Einheiten über die Fünfschichtstrominjektionsstruktur dem p-leitenden Basisgebiet Bn des Transistors Tn zugeführt werden würde. Das Verhältnis dieser zwei Einstellströme kann zuvor durch verschiedene Strukturmerkmale, z.B. die Oberfläche des p-5rlex±enden Gebietes Bn und die Trennung des p-leitenden Gebietes B. sowie die Trennung der p-leitenden Gebiete B. und B„ bestimmt werden. Die Grosse der Einstellströme, die über die Dreischichtstrominjektionsstruktur dem p-leitenden Gebiet Bl zugeführt werden, in bezug auf den Strom, der in dem pleitenden Injektorgebiet 22 fliesst, kann vorher durch verschiedene bauliche Daten, u.a. den Abstand zwischen den p-leitenden Gebieten 22 und B., bestimmt werden. Das genannte Verhältnis zwischen den Einstellströmen, die über die Dreischicht- und Fünfschichtinjektionsstrukturen den Zonen Bk und Bo zugeführt werden, müssen im Idealfall über einen grossen Bereich von Speiseströmen konstant bleiben, z.B. in der hier beschriebenen Schaltung über einen Bereich, in dem die genannten 100 Stromeinheiten zwischen 10 nA und 10 mA liegen.
Es sei bemerkt, dass die Trennung des pleitenden Gebietes 22 und des p-leitenden Gebietes
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Bo» das die fünfte Schicht der Fünfschichtstrominjektionsstruktur bildet, d.h. der Abstand in dem n-leitenden Material der epitaktischen Schicht 2 zwischen diesen Gebieten, erheblich grosser als die Minoritätsladungsträgerdiffusionslänge in dem genannten η-leitenden Material ist, so dass keine direkte Injektion von Löchern aus dem p-leitenden Gebiet 22 in das p-leitende Gebiet Bq stattfindet.
So kann auch der Einstellstrom, der über die Dreischichtinjektxonsstruktur 22, B1, B? der Basiszone B_ des inversen vertikalen npn-Transistors T„ zugeführt wird, um eine Grössenordnung höher als der Einstellstrom sein, der über die Fünfschichtinjektionsstruktur 22, B1, B , B-, B^ der Basiszone Bv- des inversen vertikalen npn-Transistors IV zugeführt wird. Bei der dargestellten Konfiguration sind die Einstellströme die den Basiszonen der inversen vertikalen npn-Transistoren T_ und T. zugeführt werden, gleich wie die Einstellströme, die den Basiszonen der inversen vertikalen npn-Transistoren T^ und T zugeführt werden, lind die Einstellströme, die den Basiszonen der inversen vertikalen npn-Transistoren T10 und T1? zugeführt werden, einander im wesentlichen gleich. . "
Die zwei Fünfschichtstrominjektionsstrukturen, die Einstellstrom für die p-leitenden Basis-
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gebiete Bo, B/ der inversen vertikalen npn-Transis-
toren T0 bzw. IV liefern, können je als die Reiheno ο
Schaltung zweier lateraler pnp-Transistoren betrachtet werden, wobei das Kollektorgebiet des ersten lateralen pnp-Transistors (T„ oder T1) mit dem Emittergebiet des zweiten lateralen pnp-Transistors (T„ oder T-) ist, während die ersten und zweiten lateralen Transistoren im vorliegenden Beispiel n-leitende Basisgebiete aufweisen, die über das η -Substrat 1 miteinander verbunden sind. Die p-leitende Kollektorgebiete der lateralen pnp-Transistoren T„ bzw. T-sind mit den Basisgebieten Bo und B,- der inversen npn-Transistören To bzw. T^ gemeinsam. Die·Teile der epitaktischen η-leitenden Schicht 2, die die n-leitenden Basisgebiete B_ und B_ der lateralen pnp-Transistoren T7 und Tc bilden, werden auf zwei einander gegenüber liegenden Seiten von den p-leiten<len Gebieten Bk, Bn und B?, B^ und auf zwei weiteren einander gegenüber liegenden Seiten von Teilen des η -diffundierten Gebietes 5 begrenzt. Die letzteren Grenzen zwischen dem η -diffundierten Gebiet 5 und dem nleitenden Material der epitaktischen Schicht 2 sind in Fig. 1 mit strichpunktierten Linien angegeben.
* Das Vorhandensein der Teile des η - diffundierten Gebietes 5» die an die p-leitenden Injektorschichten 21, 22 und die sechs anderen p-leitenden
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Gebiete grenzen und diese teilweise umgeben, dient nicht nur zur elektrischen Trennung zwischen diesen p-cleitenden Gebieten, sondern macht es ausserdem leichter, den in Form von Löchern injizierten Strom" auf die gewünschten Teile der n-leitenden epitaktischen Schicht 2 zu beschränken. Diese Begrenzung des injizierten Stromes vergrössert die effektive Diffusionslänge der Löcher in der n^leitenden Schicht 2 und trägt zur Erhöhung der Strombelastbarkeit der vertikalen inversen npn-Transistoren bei. Ausserdem dient das Vorhandensein des η -diffundierten Gebietes 5 in den angrenzenden Rändern nebeneinander liegender p-leitender Gebiete zur Vermeidung von Streu-pnp-Transistoreffekten zwischen diesen Gebieten. Der η ^Übergang zwischen dem Substrat 1 und der epitaktischen Schicht 2 bildet zusammen den η -n-Ubergängen' zwischen einem Teil tier η -Zone 5 und η-leitenden Teilen B1, B , B_, B7, BQ, B11 der epitaktischen Schicht 2 eine Sperre für die injizierten Löcher. Obgleich sich in dieser Ausführungsform die p-leitenden Gebiete nur teilweise durch die η-leitende epitaktische Schicht 2 erstrecken, ist es günstig, wenn die p-leitenden Gebiete möglichst nahe an das η —Substrat 1 grenzen.
. Die p-leitenden Injektorgebiete 21 und sind mit Anschlussleitern in Form von Aluminiumbahnen 509827/0979
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31 bzw. "32 verseilen, die sich, an der Oberfläche der Siliciumoxidschicht k erstrecken und die Gebiete 21 und 22 bei öffnungen in der Schicht h kontaktieren.
In Fig. 1 sind alle öffnungen in der Siliciumoxidschicht h mit gestrichelten Linien angegeben; alle Aluminiumbahnen sind schraffiert mit strichpunktierten Linien angedeutet und die Grenzen der diffundierten Gebiete sind mit vollen Linien angegeben, mit Ausnahme der η -η-Grenzen, die mit Kreuzchen angegeben sind. Auf der Siliciumoxidoberflächenschicht h erstrecken sich weitere Aluminiumleiterbahnen 33»3^>*35»36 und 37 kontaktieren verschiedene andere Halbleitergebiete über öffnungen in der Schicht 4. Die Leiterbahn 33» die;jan ein Kollektorgebiet 19 des Transistors T angeschlossen ist, bildet einen Ausgangsanschluss und ist weiter mit Q bezeichnet. Die" Bahnen 3^ - 37 bilden Verbindungen zwischen verschiedenen Gebieten der Transistoren, die in den bistabilen Meister- und Sklavenelementen vorhanden sind.
Das p-leitende Injektorgebiet 22 wirkt als ein fester Strominjektor mit einer festen Stromquelle zwischen einer Verbindung mit der Bahn 31 und einer Verbindung mit dem η -Substrat 1, das an Erdpotential liegt. In Fig. 1 ist diese feste Stromquelle, die den Einstellstrom den Transistoren im bistabilen Sklavenelement liefert, mit FCS(s) bezeichnet. Das p^-leitende
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Injektorgebiet 21 wirkt als ein veränderlicher Strominjektor, dem Taktimpulse zugeführt werden, die einem konstanten Strom überlagert sein können, und liegt zwischen einem Anschluss mit der Bahn 32 und einem Anschluss mit dem η -Substrat 1. In Fig. 1 ist diese Taktstromquelle, die dem bistabilen Meisterelement Einstellstrom liefert, mit CCS(m) bezeichnet.
Fig. 3 zeigt ein Schaltbild des Teiles der integrierten Schaltung, der in den Figuren 1 und 2 dargestellt ist, wobei die Basissymbole der lateralen pnp-Transistoren T1, T , T5, T7, T„ , T11 als waagerechte Linien und die Basissymbole der vertikalen npn-Transistoren T , T^, T^, Tg, T , T als senkrechte Linien angegeben sind. Das npn-Transistorpaar T_, T. , deren Einstellströme von den pnp-Transistoren T1 und T„ geliefert werden, die an die feste Stromquelle angeschlossen sind, ist kreuzweise gekoppelt, um ein bistabiles Element zu erhalten, dass als der Sklave in der Meister-Sklave-Konfiguration wirkt. Das npn-Transistorpaar T1 und T1_, deren Einstellströme von den pnp-Transistoren TQ, T1 geliefert werden, die an die Taktstromquelle angeschlossen sind, ist ebenfalls kreuzweise gekoppelt, um ein bistabiles Element zu erhalten, das als ein Meister in der Meister-Sklave-Konfiguration wirkt.
Der Meister kann den Sklaven direkt über 509827/0979
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Kopplung mit den Basis-Elektroden der Transistoren T und T. beeinflussen. Eine Rückkopplung von dem Meister her erfolgt über npn-Transistoren T,- und Tq, deren Einstellströme von den pnp-Transistoren Τς und T~ geliefert werden, die einen Teil der obenbeschriebenen Fünfschichtstrominjektionsstrukturen bilden. Der Ausgang Q dieser Zweiteilerschaltung wird einem Kollektorgebiet des Transistors T5, entnommen. In Fig·. 3 ist mit einer gestrichelten ,Linie angegeben, dass ein komplementärer Ausgang Q1 von einem etwaigen weiteren Kollektorgebiet im Transistor T^ hergeleitet werden kann. · · '
In den bistabilen Skiavenschaltungen liegen die Emitter der Transistoren T^ und T? an einem Bezugspegel, der als Erdpotential angegeben ist. Einer der Kollektoren des Transistors T0 ist an die Basis des Transistors Ti und einex- der Kollektoren des Transistors Tr ist an die Basis des Transistors T angeschlossen, wodurch somit das stabile Element gebildet wird. Die Emitter der Transistoren T„ und T liegen an der festen Stromquelle FCS. Die Basis-Elektroden der Transistoren T1 und T liegen an Erde und die Kollektoren der Transistoren T1 und T„ sind an die Basis-Elektroden der Transistoren T_ bzw. T. und an die Emitter der Transistoren T_ und T_ angeschlossen. Die Basis-Elektroden der Transistoren
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T und T7 liegen an Erde und die Kollektoren der Transistoren T_ und T_ liegen an der Basis des Transistoren T^ bzw. Tq. Die Transistoren T^- und To sind geerdete Emitterstufen und dae Kollektoren der Transistoren T_ und T0 liegen an der Basis des Transistors T1p bzw. T1n in der bistabilen Meisterschaltung.
In der bistabilen Meisterschaltung sind die Emitter der Transistoren T11 und TQ gemeinsam und liegen an der Taktstromquolle CCS. Die Basis-Elektroden der Transistoren T11 und Tq liegen an Erde und die Kollektoren der Transistoren T und T11 liegen an der Basis des Transistors T10 bzw. T12. Bei den Mehrkollektortransistoren T1n und T19 liegt ein Kollektor von T1n an der Basis des Transistors T12 und ein Kollektor des Transistors T12 liegt an der Basis des Transistors T1n. Der zweite Kollektor des Transistors T12 liegt an der Basis des Transistors T. und der zweite Kollektor des Transistors T1n liegt an der Basis des Transistors T2, wodurch die Vorwärtskopplung der bistabilen Meister- auf die .bistabile Sklavenschaltung erhalten wird. Die Emitter der Transistoren T und T1n liegen an Erde.
Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Der·Einstellstrom, der den Basis-Elektroden der Transistoren T„ und Tr zugeführt wird, ist ein konstanter Strom, während der Einstellstrom, der den
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Basis-Elektroden der Transistoren T10 und T1- zugeführt wird, zwischen einem hohen und einem niedrigen Pegel variiert, wie durch die Taktstromquelle CCS bestimmt ,
wird. Für diese Beschreibung wird angenommen, dass der Strom mit dem höchsten Pegel der Taktstromquelle gleich dem festen Strom ist, der der bistabilen Sklavenschaltung zugeführt wird.
Es sei nun angenommen, dass der Strom, der von CCS geliefert wird, den hohen Pegel aufweist, und dass die Lage des bistabilen Sklaven derartig ist, dass der Transistor T9 leitend und der Transistor Tl somit gesperrt ist. Für einen bistabilen Zustand muss der Transistor T1n daher gesperrt und muss der Transistor T12 leitend sein. Daher wird Strom aus der festen Stromquelle FCS dem Emitter des Transistors Tj, zugeführt, der ein positives Potential gegen Erde aufweisen wird. Daher wird Basisstrom dem Transistor T^- zugeführt, aber, wie an Hand der Figuren 1 und 2'erläutert wurde, wird der Basisstrom zu dem Transistor T^ um eine Grössenordnung niedriger als der Basisstrom sein, der dem Transistor T„ zμgeführt wird,'und ebenfalls um eine Grössenordnung kleiner als der Basisstrom sein, der dem Transistor T _ aus der Taktstromquelle bei dem hohen Pegel zugeführt wird. Dadurch, dass der Transistor T. gesperrt ist und die Basis des Transistors T7 auf dem niedrigen Pegel ge-
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halten wird, wird kein Einstellstrom dem Transistor
TQ von dem lateralen pnp-Transistor T„ zugeführt. ο /
Da der Basisstrom des Transistors Ts also beschränkt ist, kann dieser nicht den vollständigen Basisstrom für den Transistor T19 abführen. Daher bleibt der Transistor T1„ leitend und ist der Transistor Ts nicht gesättigt. Die Lage des bistabilen Meisters bleibt daher unverändert, wobei sich der Transistor T1 im leitenden Zustand befindet.
Venn die bistabile Meisterschaltung nun durch Herabsetzung des von CCS gelieferten Stromes im Takt gesteuert wird, wird der Basisstrom für den Transistor T1 „ dadurch an der abfallenden Flanke des Taktimpulses.herabgesetzt werden. Da der Basisstrom des Transistors T1? herabgesetzt ist, wird also auch seine Fähigkeit zum Abführen des vollständigen Basisstromes für Transistor Tr verringert. Daher wird der Einstellstrom zu dem Transistor T. noch immer von dem Kollektor des Transistors T abgeleitet und der Transistor T. bleibt im gesperrten Zustand infolge der Kreuzkopplung zwischen den Transistoren T und Tr. An diesem Punkt übt die Kopplung zwischen der bistabilen Meister- und Sklavenschaltung keinen Einfluss aus und daher ist der bistabile Meister nun effektiv von dem bistabilen Sklaven getrennt. Da der von CCS gelieferte Strom weiter 509827/0979
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herabgesetzt wird, kann der Transistor Ί\ς an der abfallenden Flanke des Taktimpulses allmählich den vollständigen Basisstrom für den Transistor T12, der vom Transistor T. zugeführt wird, abführen. Wenn der ' Transistor Ts den vollständigen Strom, der über den Transistor T1 zugeführt wird, abführen kann, wird kein Basisstrom dem Transistor T15, zugeführt und wird der Transistor T1„ gesperrt. Der Transistor T1n wird daher leitend, aber mit einem sehr niedrigen Strompegel, weil der vom Transistor Tq gelieferte Basisstrom klein sein wird. Der Meister wird vom Sklaven getrennt und wenn angenommen wird, dass die TaktStromquelle nicht auf Null herabgesetz t worden -ist, wird die bistabile Meisterschaltung auf die Lage umgeschaltet sein, die vorher durch die bistabile Sklavenschaltung bestimmt ist. Es kann keine Information anöden.Ausgang weitergeleitet werden, weil der SkXave zu-diesem Zeitpunkt abgeschaltet ist. Wenn die Taktstromquelle auf Null herabgesetzt wäre, wird der Meister nicht mehr gespeist, aber sobald die Taktstromquelie wieder seinen Pegel erreicht hat, wird der Meister sofort von dem Sklaven vorbereitet.
Wenn nach der Periode, in der die Taktstromquelle sich auf dem niedrigen Pegel befindet, der Meister wieder gespeist wird, dadurch, dass der von CCS zugeführte StI1Om von dem genannten niedrigen
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Pegel an zunimmt, wird der Strom, der über den Transistor T11 der Basis des Transistors T12 zugeführt wird, grosser als der Strom sein, der vom Transistor Τ,- abgeführt werden kann, und daher wird oberhalb dieses Strompegels der Transistor T^- die Lage der bistabilen Meisterschaltung nicht beeinflussen können und wird der Meister von der Rückkopplungsleitung abge s chalt e t,
Da der von CCS gelieferte Strom zunimmt, kann der Transistor Tn allmählich mehr Basisstrom von dem Transistor T? abführen, bis endgültig der Transistor T gesperrt wird. Daher wird der Tran-
d >
sistor T. in den leitenden Zustand gebracht, indem die bistabile Sklavenschaltung mit ihm kreuzweise gekoppelt wird, und an diesem Punkt wird der Zustand der bistabilen Meisterschaltung an die bistabile Sklaveηschaltung weitergeleitet sein. Der Vorgang wiederholt sich dann, wobei der Ausgang Q eine Rechteckwelle mit der halben Taktimpulsfrequenz von CCS ist, und diese Schaltung bildet also eine Zweiteilerschaltung, die als eine Meister-Sklave-Schaltung wirkt, wodurch sogenannte "race hazards" beseitigt werden.
Indem andere Transistoren dem bistabilen Meisterelement hinzugefügt werden, kann die Zweiteilerschaltung ©in J-K-Flipflop oder ein anderes
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- 4 τ-
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Flipflop^Element, z.B. ein Schieberegisterelement, bilden. Die Konfiguration nach den Figuren 1 und 2 ist also als eine Ausführungsform eines anpassbaren Bausteine für viele übliche bistabile Elemente zu betrachten.
Eine derartige Anpassung wird nun an Hand der Fig. 4 beschrieben. In dieser Figur, die eine Draufsicht auf ein zu einem Meister-Sklave-Schieberegisterelement angepasstes Basiselement nach den Figuren 1 und 2 und die Verbindungen mit den nächstfolgenden und den vorhergehenden Schieberegisterelementen zeigt, sind Teile, Gebiete und Schichten, die
.5»
denen nach Fig. 1 entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern und -buchstaben bezeichnet. In bezug auf die verschiedenen Gebiete im Halbleiterkörper liegt der einzige Unterschied in dem p-leitenden Gebiet Bp., das in Fig. 4 eine kleinere Oberfläche aufweist und nur ein einziges η-leitendes Oberflächengebiet, und zwar das Gebiet 11, enthält. Das Verbindungsmuster von Aluminiumbahnen unterscheidet sich darin, dass der Ausgang des Sklaven mit den Transistoren T1 - Tg zu dem Meister des nächstfolgenden Schieberegisterelements über Leiterbahnen 43 und 44 erhalten wird, die an die η-leitenden Kollektorgebiete 13 und 14 der inversen vex"tikalen npn-Transistoren T^ und Tq des Sklaven angeschlossen .sind, und daher werden die
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wiederinjiziei'ten Einstellströme, die den Transistoren T^ und Tq zugeführt werden, zur Vorbereitung des genannten Meisters des nächstfolgenden Schieberegisterelements und nicht für den in der Zeichnung dargestellten und die Transistoren T1- - T1„ enthaltenden Meister verwendet. Die Eingangsverbindung zu dem Meister mit den Transistoren T1n - T1 von dem Sklaven des vorhergehenden Schieberegisterelements her erstreckt sich über Leiterbahnen 45 und 46 und das Vorbereiten dieses Meisters wird mittels der wiederinjizierten Einstellströme erzielt, die den weiteren Transistoren Τς und Tq zugeführt werden, die zu dem Sklaven des genannten vorhergehenden Elements gehören. Die Bahn 45 ist mit dem p-leitenden Basisgebiet B des inversen vertikalen npn-Transistors T1„ und mit dem nleitenden Kollektorgebiet 16 des inversen vertikalen npn-Transistors T1n verbunden. Die Bahn 46 ist mit dem η-leitenden Kollektorgebiet 18 des Transistors T15, und mit dem p-leitenden Basisgebiet B1n des Transistors T1n verbunden-. Auf diese Weise wird ein sehr gedrängtes Schieberegisterelement erhalten und es leuchtet ein, dass eine Reihenschaltung derartiger Schieberegisterelemente aus gemeinsamen Injektoren 21,31 und 22,32 auf einander gegenüber liegenden Seiten der Schaltung die nötigen Einstellströme empfangen kann, wobei der eine Injektor 22,32 die bistabilen
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Sklavenschaltungen speist, die an die" feste Stromquelle FCS angeschlossen sind, und wobei der andere Injektor 21,31 die bistabilen Meisterschaltungen speist, die an/ die Taktstromquelle CCS angeschlossen sind,
In Figuren 5 und 6 ist ein Teil einer anderen integrierten Schaltung dargestellt, die als ein Zweiteilerelement einer Zählerschaltung ausgebildet ist, wobei das genannte Element eine bistabile Meister- und eine bistabile Sklavenschaltung enthält.
Die gesonderten Schaltungselemente sind denen in den Figuren 1 und 2 gleich, wobei der Hauptunterschied darin besteht, dass die Anzahl Transistoren nun zehn statt zwölf beträgt, wobei die Transistoren Tx- und Tq aus den Figuren 1 und 2 in der Ausführungs-. form nach ^Fig. 5 nicht vorhanden sind, Die Basisgebiete der Transistoren T1 - T_, T und Tq - T _ sind mit B1 - B„, B„ bzw. Bq - B13 bezeichnet. Die bistabile Sklavenschaltung enthält die Transistoren Tq.- T12 und die bistabile Meisterschaltung enthält die Transistoren T1 - T und T~. Diese Transistoren sind In der Nähe einer Seite eines allen vorhandenen Schaltungselementen gemeinsamen Halbleiterkörpere angebracht.
In Figuren 5 und 6 sind die verschiedenen Gebiete und Schichten, die denen in der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2 entsprechen, mit den
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gleichen Bezugsziffern und -buchstaben bezeichnet und die Linienbezeichnung für die verschiedenen Gebiete in den Figuren 1 und 5 ist identisch. Der Siliciumkörper / enthält ein p-leitendes Substrat 51 mit darauf einer η-leitenden epitaktischen Schicht. Auf der oberen Fläche 3 der epitaktischen Schicht befindet sich eine Siliciumoxidschicht 4 mit sich ändernder Dicke. Diffundierte ρ -Gebiete in Form von Streifen 52 erstrecken sich von der Oberfläche 3 der epitaktischen Schicht bis zu dem p-leitenden Substrat 51 und dienen zur elektrischen Trennung der verschiedenen Gruppen von 'Schaltungselementen. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Zählerelement ein Element, das auf Strominjektionsprinzipien basiert, und die p+-Streifen, wie die Streifen 52, dienen zur elektrischen Trennung von Strominjektionsschaltungen in dem Halbleiterkörper von anderen Schaltungsformen, wie peripherischen TTL-(transistor-transistor-logic)-Schaltungen. Der Aufbau nach Figuren 5 und 6, der für die Strominjektionsschaltungen gewählt ist, ermöglicht es, die Strominjektionsschaltungen .und die peripherischen Schaltungene wie TTL-Schaltungen, gleichzeitig auf dem Halbleiterkörper::.mittels Vorgänge anzubringen, die für die Herstellung peripherischer
Schaltungen üblich sind. · ; I
" . i In der Nähe der Trennfläche zwischen der n- !·
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leitenden epitaktischen Schicht 2 und dem p-leitenden Substrat 51 befindet sich eine vergrabene η -Schicht 53· Zwischen der Oberfläche der epitaktischen Schicht 2 und den Rändern der vergrabenen Schicht 53 erstrecken sich weitere streifenförmigen η -Gebiete 54 und 55· Diese η -Gebiete sind mit leitenden Aluminiumbahnen 56 bzw. 57 über Löcher in der Siliciumoxidschicht
4 in Kontakt. In diesem Element befinden sich nur
sechs örtlich diffundierte p-leitende Gebiete, und
zwar die Injektorgebie.te 21 und 22 und die Gebiete
B_, B., B1 und B1 , wobei die letzten vier Gebiete die Basisgebiete der inversen vertikalen npn-Transistoren Tp, T^» ^1n bzw. T1? bilden. Innerhalb dieser örtlich diffundierten p-leitenden Gebiete befinden sich sieben örtlich diffundierte n+-Gebiete 11, 12, 15, 16, 17, 18 und 19» die die Kollektorgebiete der inversen vertikalen npn-Transistoren Tp, T. , T1 und ' T bilden, wobei die epitaktische η-leitende Schicht als ein allen genannten inversen npn-Transistoren gemeinsames Emittergebiet dient.
Die p-leitenden Injektorgebiete 21 und 22 bilden die erste· Schicht von Mehrschichtstrominjektionsstrukturen. So bildet das p-leitende Gebiet 21 die erste Schicht von zwei Dreischichtstrominjektionsstrukturen, und zwar einer durch die Gebiete 21,
Bg, B gebildeten Struktur und einer anderen durch
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die Gebiete 21, B11 und B * gebildeten Struktur. Diese zwei DreischichtStrominjektionsstrukturen liefern die Haupteinstellströme iTür die p-leitenden Basisgebiete |! B10 und B1 der inversen vertikalen npn-Transistoren T ' und T _ und sind selber als lateral angebrachte pnp-Transistoren TQ, T11 zu betrachten.
Die Teile BQ und B1 der η-leitenden epitaktischen Schicht 2, die die Basisgebiete der Transistoren TQ und T1 bilden, werden auf zwei einander gegenüber liegenden Seiten von den p-leitenden Gebieten 21, B1n und B1 und auf zwei weiteren einander gegenüber liegenden Seiten von Teilen des η -diffundierten Gebietes 5 begrenzt, wie in der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2.
Das p-rleitende Gebiet 22 bildet die erste Schicht von zwei Dreischichtstrominjektionsstrukturen und zwei FünfschichtStrominjektionsstrukturen, wobei die ersten drei Schichten einer Fünfschichtstruktur die drei Schichten einer Dreischichtstruktur bilden. So bilden die Schichten 22, B1, B und 22, B„, B·, wie in der Ausführungsform nach den Figuren 1 und 2, ein Paar Dreischichtstrominjektionsstrukturen. Diese liefern Einstellstrom für die p-leitenden Basisgebiete B_ und B. der inversen vertikalen npn-Transistoren Tp bzw. T. und sind selber als lateral angebrachte pnp-Transistoren T und T„ zu be-
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trachten.
Diese pnp-Transistören T1 und T„ weisen nleitende Basisgebiete B1 bzw. B,, auf, die auf zwei einander gegenüber liegenden Seiten von dem η <Gebiet 5 begrenzt werden. Die Transistoren T_ und T. sind als erste Schaltungselemente mit zu polarisierenden Zonen B_ und B. zu betrachten.
Das η -Gebiet 5 befindet sich nicht zwischen den nebeneinander .liegenden- Rändern der p-leitenden Gebiete B und B10 und diese Gebiete werden also durch η-leitendes Material der epitaktischen Schicht 2 getrennt, die mit B6. bezeichnet ist. Auf ähnliche Weise werden die p-leitenden Gebiete B. und B1 durch η-leitendes Material der epitaktischen Schicht 2 getrennt, die mit B "bezeichnet ist. .Auf diese Weise wird eine Fünfschichtstrominjektionsstruktur durch die Gebiete 22, B1, B„, B_, B1n und eine weitere Fünfschichtstrominjektionsstruktur durch, die Gebiete 22, B„, Br, B , B gebildet. Diese können Einstellströme liefern, die verhältnismässig für die.p-leitenden Basisgebiete B10 und B1 der inversen vertikalen npn-Transistören T1n bzw. T1„kleiner sind, wenn eine Taktstromquelle CCS(m), die am Meister liegt, über die Leiterbahnen 31 und 56 auf dem niedrigen Pegel liegt. .
Aus dem bereits an Hand der Figuren 1 und 509827/0979 ·
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2 auseinandergesetzten Grunde sind die Einstellströme, die von den FünfSchichtinjektionsstrukturen den Basiszonen B1 und B1? der inversen vertikalen npn-Transistoren T1 und T1 p geliefert werden können, erheblich kleiner als die Einstellströme, die von den Dreischichtin j ektionsstruktur en (von denen die Schichten mit den ersten drei Schichten der genannten Fünfschichtin j ektionsstrukturen gemeinsam sind) den Basiszonen B und B. der inversen vertikalen npn-Transistoren T und T. geliefert werden. Auch in diesem Falle kann wieder durch passende Bemessung der verschiedenen vorhandenen Gebiete das Verhältnis zwischen den genannten'Einstellströmen vorher bestimmt werden, z.B. durch passende Wahl der Parameter, wie die Oberfläche der p-leitenden Gebiete B und B. und die Trennung zwischen den Gebieten B10 und B? und die Trennungen zwischen den Gebieten B1? und B.. Weiter sei bemerkt, dass die Trennung zwischen dem Injektorgebiet 22 und den fünften Schichten B1n und B1 der FünfSchichtstrukturen erheblich grosser als eine Minoritätsladungsträgerdiffusionslänge in der
ι -
epitaktischen η-leitenden Schicht 2 ist und dass daher keine direkte Verschiebung injizierter Löcher, zu den p-leitenden Gebieten B10 und B.-.stattfinden wird.
Die zwei Fünfschichtstrominjektionsstruk-
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türen, die die, verhältnismässig kleineren Einstellströme für die Basiszonen B1n und B1 ? liefern können, sind als eine Reihenschaltung zweier lateraler pnp-Transistoren zu betrachten, wobei das Kollektorgebiet des ersten lateralen pnp-Transistors (T1 oder T„) mit dem Emittergebiet des zweiten lateralen pnp-Transistors (T„ oder T ) gemeinsam ist, -während die genannten ersten und zweiten lateralen Transistoren η-leitende Basisgebiete aufweisen, die miteinander "über die vergrabene η -Schicht 53 verbunden sind. Die p-leitenden Kollektorgebiete der lateralen pnp-Transistören T6. und T-, sind gemeinsam mit den Basisgebieten B1 und B1- der inversen vertikalen npn-Transistoren T10 und T1 , wobei die genannten" Basisgebiete mit Haupteinsteilströmen aus den pnp-Transistor-Dreischichtinjektionsstrukturen 21, BQ, B1n und 21, B11, B19 gespeist· werden, wenn die Taktstromquelle CCS auf einem höheren Pegel liegt.
Die Äluminiumleiterbahnen 61-64 liegen ander Oberfläche der Siliciumoxidschicht 4 und sind mit,verschiedenen Gebieten über Löcher in der genannten Oxidschicht in Kontakt. Diese Bahnen bilden Verbindungswege zwischen verschiedenen Gebieten in den bistabilen Meister- und Sklavenelementen. Eine weitere leitende Aluminiumbahn 65, die an ein Kollektorgebiet 19 des Transistors T angeschlossen ist, 5 09827/0979 .
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bildet einen Ausgangsleiter und ist nachstehend mit Q bezeichnet.
Vie in der vorhergehenden Ausführungsform, wirkt das p-leitende Injektorgebiet 22 als ein fester Strominjektor mit einer festen Stromquelle, die in Fig. 5 als FCS bezeichnet ist und zwischen einer Verbindung mit den Bahnen 32 und 57 liegt. Das p-" leitende Injektorgebiet 21 wirkt als ein veränderlicher Strominjektor, dem Taktimpulse" über eine Taktstromquelle zwischen den Verbindungen mit den Bahnen 31 und 56 zugeführt werden, welche Stromquelle in Fig. 5 mit CCS bezeichnet ist.
Fig. 7 ist ein Schaltbild des Teiles der integrierten Schaltungen nach den Figuren 5 und 6, wobei die Basissymbole der lateralen pnp-Transistoren T1,T ,T ,T7,T9,T als waagerechte Linien und die Basissymbole der vertikalen npn-Transistoren T„,Ti,T1n,T mit senkrechten Linien angegeben sind. Es leuchtet ein, dass diese Schaltung der nach Fig. 3 in bezug auf die kreuzgekoppelten Transistorpaare T„,T. und T ,T sowie auf die feste Stromquelle FCS und die Taktstromquelle CCS, die ihren Einstellstrom liefern,ähnlich ist. Der Ausgang Q ist ebenfalls gleich dem in der Schaltung nach Fig. 3 und ausserdem besteht dieselbe Möglichkeit, die Struktur anzupassen, um einen komplementären Ausgang Q1
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zu erhalten,. Der Unterschied zwischen den Schaltungen liegt in der Rückkopplungsschleife von dem Sklaven zu dem Meister. In der Schaltung nach Fig. 7 ist der , Kollektor des Transistors T~ direkt mit der Basis von T1 p verbunden und der Kollektor von T^. liegt unmittelbar an der Basis des Transistors T1Qi Die Schaltung nach Fig. 7 wirkt,auf ähnliche Weise .wie die Schaltung nach Fig.3· Wenn die an dem Meister liegende Taktstromquelle zu dem niedrigen Pegel geht, wird ein Basisstrom einer Seite des Meisters über eine Rückkopplung von dem Sklaven her, d.h. von einer der FünfschichtStrominjektionsstrukturen, zugeführt und dadurch wird die Lage des Meisters vorher bestimmt und der Meister wird in der vorher bestimmten Lage verriegelt, weil die Taktstromquelle, .die am Meister anliegt, anschliessend von dem niedrigen Pegel ρ an ansteigt. Die Reihenfolge des Wirksamwerdens ist der der Fig. 3 analog und es wird eine ähnliche Meister-Sklave-Wirkung erhalten.
~ Das "Zweiteilerll-Zählerelement nach Figuren 5 und 6 kann zu einem bistabilen J-K^Multivibrator oder einem anderen bistabilen Element, z.B. einem Schieberegisterelement, angepasst werden. So kann der Aufbau der Vorrichtung.nach den Figuren 5 und 6 auch als eine Ausführungsform eines anpass-.'baren Bausteins für viele übliche bistabile Schal-
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k. 12.74
tungen betrachtet werden. An Hand der Fig. 8 wird nun eine derartige Anpassung beschrieben. Die genannte Figuro zeigt eine Draufsicht auf ein vollständiges Meister-Sklave-Schieberegisterelement M ,S , das
X Χ
durch Anpassung des Basiselements nach den Figuren 5 und 6 erhalten ist. Die Fi,gur zeigt ausserdem den Sklaven S 1 des vorhergehenden Schxeberegxsterelements und den Meister M ·1 des nächstfolgenden Schieberegisterelements, wobei die genannten vorhergehenT-den und nächstfolgenden Elemente in bezug auf den Aufbau mit dem vollständigen Element M , S iden-
*· X X
tiseh sind. Teile, Schichten und Gebiete, die denen nach Figuren 5 und 6 entsprechen, sind hier mit den gleichen Symbolen bezeichnet. In jedem vollständigen Meister-Sklave-Elemeht weist das p-leitende Gebiet B9 in dem Sklaven nahezu die gleiche Oberfläche wie das p-leitende Gebiet Br auf und enthält nur ein einziges η-leitendes Oberflächengebiet, und zwar das Gebiet 11. Es sei bemerkt, dass in Fig. 8 der Meister undder Sklave in jedem vollständigen Element M ,S seitlich in bezug aufeinander verschoben sind.
Jt Jt
Der Meister M und der Sklave S sind über Aluminium-
x .x
bahnen 67 und 68 miteinander verbunden. So bildet die Bahn 67 eine Verbindung zwischen dem η-leitenden Kollektorgebiet 12 des inversen vertikalen npn-Transistors T. und dem p-leitenden Basisgebiet B„ des inversen
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- Γ>3 -
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vertikalen npn-Transistors T im Sklaven,S erstreckt
/i , X
sich weiter über die isolierende Oberflächenschicht und bildet eine Verbindung mit dem n-leitenden Kollektorgebiet 17 des inversen vertikalen npn-Transistors T10 im Meister M . Auf ähnliche Weise bildet die Bahn 68 eine Verbindung zwischen dem p-leitenden Basisgebiet B. des inversen-vertikalen npn-Transistors T. und dem η-leitenden Kollektorgebiet 11 des inversen vertikalen npn-Transistors Tp im Sklaven
S , welche Bahn sich weiter über die isolierende χ
Oberflächenschicht erstreckt und eine Verbindung mit dem η-leitenden Kollektorgebiet 15 des inversen vertikalen npn-Transistors T1n in dem Meister M bildet*
IKJ - X
In dieser Ausführungsform erfolgt eine
**■
Kopplung zwischen den aufeinanderfolgenden Schieberegisterelementen mittels der wiederinjizierten'Einstellströme, die von den lateralen pnp-Transistoren B ,B,,, B1 und B. ,B„, B den Basiszonen der weiteren Transistoren geliefert werden, die durch die Meistertransistoren T10 bzw. T1? gebildet werden, wenn die Taktstromquelle die Haupteinstellströme der genannten Transistoren T1 und T2 herabsetzt. Auf diese Weise beeinflusst der Sklave S 1 den Meister M , wie der
Sklave S den Meister M 1 über die mit den genannte x+1
ten wiederinjizierten Eiristellströmen erhaltene Vorbereitung. Es sei bemerkt, dass in der Ausführungs-
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-5h-
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4.12.74
form des Schieberegisters nach Fig. 8 die Information von rechts nach links übertragen wird, während im Schieberegister nach Fig. 4 die Information von links nach rechts übertragen wird.
An Hand der Figuren 9 und 10 wird nun eine weitere Ausführungsform eines Zweiteilerzählerelements einer integrierten Schaltung beschrieben. Dieses Element enthält ein bistabiles Meister—Sklave-Slement mit den' gleichen Transistoren und Verbindungen wie das Meister-Sklave-Element nach den Figuren 5 und 6, wobei entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern und -buchstaben bezeichnet sind. Die p-leitenden Injektorgebiete 21 und 22 sind miteinander durch eine Aluminiumbahn 71 verbunden und beim Betrieb liegt eine feste Stromquelle FCS zwischen den p-leitenden Injektoren 21,22 und der epitaktischen n-leitenden Schicht 2.
Es ist ein zusätzliches p-leitendes Gebiet B1JL vorhanden, das von dem p-leitenden Injektorgebiet 21 durch einen Teil B1^ der η-leitenden epitaktischen Schicht 2 getrennt, ist. In dem p-leitenden Gebiet B1Ji befänden sich zwei η-leitende Gebiete 73 und 74. Eine weitere DreischichtStrominjektionsstruktur wird durch die Gebiete 21, B1 „, B... gebildet und ist als ein lateraler pnp-Transistor T1„ zu betrachten. Diese Struktur liefex^t ein Einstellstrom an das Gebiet B1J, >
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das die Basiszone eines inversen. vertikalen npn-Hilfstransistors T1 ^ bildet, dessen η-leitende Emitterzone durch die η-leitende epitaktische Schicht 2 gebildet
wird und dessen beide Kollektorzonen durch die n-leitenden Gebiete 73 und 74 gebildet werden. Eine Aluminiumbahn 75 steht mit dem Basisgebiet B..,, über eine
öffnung in der Oxidoberflächenschicht in Kontakt und
beim Betrieb liegt diese Bahn an einer Eingangsstromquelle von Taktimpulsen CPI-. -
Ein Kollektorgebiet 73 des Hilfstransistors T1^ ist mit einem Kollektorgebiet des Transistors T10 und das andere Kollektorgebiet 7 4 des Transistors T1J, ist mit einem Kollektorgebiet des Transistors T13
verbunden.
Fig. 10 ist ein Schaltbild des Zählerele-
ments, das in Fig. 9 i*1 Draufsicht dargestellt ist.
Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist der d.er
Schaltung nach Fig. 7 analog, wobei der Hauptunterschied darin besteht, dass ^die p-leitenden Injektorgebiete mit derselben festen Stromquelle verbunden
sind und das Takt impulse über die Transistoren T..«
und T-. r zugeführt werden« Die bistabile Meisterschaltung mit den Transistoren T„ - -T7 , T_, T_ wird da-
1 4 5 7
durch auf einen niedrigeren Pegel gebracht, dass die
Einstellströme, die von den Dreischichtstrominoektionss trukturen 21, B9 , B oder 21 ,B , B „ geliefert.-..
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werden, abgeleitet werden, welche Ableitung durch den Transistor T . über die betreffenden Basiskontakte zu den Transistoren T und T erfolgt. Der Einstellstrom für den Transistor T1. wird vom Transistor T1-geliefert, der durch die Dreischichtinjektionsstrukn tür 21, B1,B. geliefert wird. Wenn der Meister auf diese Weise auf einen niedrigeren Pegel gebracht wird, liefert die betreffende Fünfschichtinjektionsstruktur 22,B39B^B75B12 oder 22,B^B2JB5JB10 den Basiszonen der Transistoren T15, bzw. T.„ einen wiederinjizierten Einstellstrom, wobei der genannte Einstellstrom erheblich kleiner als der Einstellstrom ist, der von der betreffenden Dreischichtinjektionsstruktur 22,B ,B. oder 22,B..,B der Basiszone des Transistors T. oder Tp geliefert wird und·zur Vorbereitung der Lage des Meisters auf die für die vorhergehenden Ausführungsformen bereits beschriebene Weise dient. Da in diesen Ausführungsformen T1Ji normalerweise gesperrt ist, wird sein Einstellstrom, der vom Transistor T1- geliefert wird, in der genannten gesperrten Lage von dem Taktimpuiseingang CPI herabgesetzt und wenn der Taktimpulseingang derartig ist, dass der genannte Einstellstrom nicht mehr abgeleitet werden kann, wird der Transistor T1I- allmählich leitend und leitet auf diese Weise die EinstellstrSme von T10 sowie von T1? ab, wodurch der
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PHB 32402 4.12.74
Meister auf einen niedrigeren Pegel gebracht wird. Am Ende der Taktimpulsperiode wird der Meister, der auf die beschriebene Weise mit Hilfe des genannten wiederinjizierten Einstellstroms vorbereitet ist, durch das Sperren des Transistors Tr wieder auf einen höheren Pegel gebracht.
Es leuchtet ein, dass der Taktimpulseingang eine einfache Verbindung mit dem Basisgebiet des Transistors T1. in einer Reihe von Zählerschaltungen ist; der Taktimpulseingang kann vom Ausgang Q der vorhergehenden Stufe her gesteuert werden.
Fig. 11 zeigt das Schaltbild einer bistabilen J-K-Flipflopschaltung. Diese Schaltung ist eine zweckmässige. Abwandlung der Schaltung nach Fig. und entsprechende Transistoren, die gleiche oder nahezu gleiche Funktionen erfüllen, sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die Abwandlung besteht in der Anbringung vertikaler inverser npn-Transistoren T1^ und T1Oj deren Kollektorgebiete mit den Basisgebieten der Transistoren To bzw. Ts verbunden sind. Die Transistoren T1^ und T1O werden mit einem primären Einstellstrom über Dreischichtstromin j ektionsstrukturen gespeist und sind als laterale pnp-Transistoren T1- und T1- dargestellt. Die ersten Gebiete dieser Dreischichtstrominjektionsstrukturen werden mit der festen Stromquelle 509827/0979
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PHB 32^02 k.12.74
FCS verbunden. Es leuchtet ein, dass diese Schaltung mit den zusätzlichen Transistoren T1_tT1^»T ~ und T1Q, leicht als eine integrierte Schaltung unter Verwendung der Struktur nach Fig. 1 ausgeführt werden kann, wobei zwei weitere laterale pnp-Dreischichtstrominjektionsstrukturen und zwei weitere inverse vertikale npn-Transistoren vorgesehen sind. Die K- und J-Eingänge sind mit den Basiszonen der Transistoren -T1^ uhd T18 verbunden, die bei der Ausführung als integrierte Schaltung durch die dritten Schichten der. weiteren Dreischichtstrominjektionsstrukturen gebildet wird. Die K- und J-Eingänge sind Stromabflussleiter, die dadurch ein- und ausgeschaltet werden können, dass die Eingänge geerdet werden oder nicht. Wie bei der Schaltung nach Fig. 3 erfolgt die Vorbereitung des Meister-Flipflops über einen der Transistoren T^
oder T0, so dass durch das Einschalten des Tranes
sistors T1Q oder T1,- die Vorbereitung übersteuert werden kann, wodurch die J- und K-Eingänge den nächsten Zustand des Füpflops regeln können.
Wenn beide K- und J-Eingänge geerdet sind, werden die von der festen Stromquelle FCS gelieferten Einstellströme für T1^ und T1O abgeführt und sind die Transistoren T1^ und T1O beide gesperrt. Die Schaltung wirkt nun wieder auf die für die Schaltung nach Fig. 3 beschriebene Weise.
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PHB 32*102
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Fig. 12 zeigt ein R-S-Flipflop, in dem die Transistoren, die in dem Meister und dem Sklaven vorhanden sind und damit zusammenarbeiten und den Transistoren in dem Meister und dem Sklaven nach Fig. entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
Weitere Transistoren T1Q - T2^ sind vorgesehen, wobei die R- und S-Eingänge mit den Basis-Elektroden der Transistoren T?1 und T„^ verbunden
sind.
Die Schaltung ist als eine integrierte
Schaltung ausgeführt unter Verwendung von Strominjektionstechniken auf die bereits für die vorhergehenden Ausführungsformen beschriebene Weise. Die
MehJbschichtstrominjekti'onsstrukturen zur Lieferung eines primären Einstellstroms an die kreuzgekoppelten Transistorpaare in dem Meister und dem -Sklaven enthalten je drei hintereinander angeordnete Zonen abwechselnder Leitfähigkeitstypen. Auf diese Weise werden die inversen vertikalen npn-Transistoren
T1 ,T1 ,T„ und Τ· mit einem primären Einstellstrom über Dreischichtstrominjektionsstrukturen gespeist und als laterale pnp-Transistoren Tq, T11, T1 bzw. T„ dargestellt. Die ersten Zonen von T„ und T^1
sind mit einer Taktstromquelle CCS verbunden,
während die ersten Zonen von T1 und T„ mit einer
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PHB 32402 4.12.74
festen Stromquelle FCS verbunden sind.
Laterale pnp-Transistoren T1 g und T?f) und laterale pnp-Transistoren Tp„ und T?„ werden durch ein Paar von Fünfschichtstrominjektionsstrukturen gebildet, deren erste Zonen beide mit der festen Stromquelle FCS verbunden sind. Auf diese Veise kann ein wiederinjizierter Einstellstrom von geringerer Grosser als der von den Dreischichtstrominjektionsstrukturen gelieferte primäre Einstellstrom den inversen vertikalen npn-Transistoren T21 und T„n geliefert werden, deren Basiszonen durch die fünften Zonen der Fünfschichtstrominjektionsstrukturen gebildet werden, und zwar die Kollektorzonen von T„o bzw. T „. Die genannten Transistoren T21 und Tpr dienen, wenn sie von dem genannten wiederinjizierten Einstellstrom in den "Ein"-Zustand gesteuert werden, dazu, wenigstens einen Teil des primären Einstellstroms, in Abhängigkeit von seinem Pegel, abzuführen, der aus der Taktstromquelle CCS den Transistoren T1n und T1 ? von den Dreischichtinjektionsstrukturen geliefert wird, die durch die lateralen pnp-Transistoren TQ bzw. T11 gebildet werden.
Die R- und S-Eingänge sind Stromabflussleitungen, die im "Ein"-Zustand den wiederinjizierten Einstellstrom aus den Transistoren T„o und T?„ abführen und auf diese Weise bewirken, dass die Tran-
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sistoren Tp1 bzw. T„. nichtleitend werden.
Die Wirkungsweise der Schaltung kann dadurch veranschaulicht werden, dass zunächst davon ausgegangen wird, dass das Flip-flop von S eingestellt ist, wobei R "Ein" ist. Wenn R ausgeschaltet und S eingeschaltet wird, wird kein wiederinjizierter Strom aus T abgeführt, wodurch T .. "Ein" ist. Ein Anteil des von TQ an den Transistor T1 gelieferten Einstellstromes ist also über die Kollektor-Emitter-Strecke von T91 abgeführt, welcher Anteil durch die Anordnung von Tiq, T und T?1 in bezug auf Verstärkungsfaktoren vorher bestimmt \iird. Während des normalen Pegels der Taktimpulsquelle erfolgt weiter· nichts und der Zustand des Meisters bleibt somit unverändert.
Wenn die Taktimpulsquelle herabgesetzt wird, wird ein grösserer Anteil des von Tq an T1n gelieferten Einstellstroms über T91 abgeführt, so dass der wiederinjizierte Einstellstrom, der an T1 geliefert wird, zur Vorbereitung des Zustandes des Meisterrs verwendet wird, weil endgültig T1n ausgeschaltet und T eingeschaltet wird, wenn der Taktimpuls zu seinem normalen Pegel am Ende der Taktimpulsperiode zurückkehrt.
Auf gleiche Weise kann T1n dadurch auf den leitenden Zustand vorbereitet werden, dass der
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PHB 32402 4. 12.74·
gesetzte Eingang S ausgeschaltet und der Rückstelleingang R eingeschaltet wird.
Bei einer Abwandlung dieser Schaltungsanordnung werden die Transistoren TP1 und T„v weggelassen und werden die wiederinjizierten Einstellströme, die von Τ.^,Τ und T 22'T23 geliefert werden, auf gleiche Weise wie bei der Schaltung nach Fig. 7 unmittelbar den Basiszonen der Transistoren im Meister zugeführt. In einem solchen Falle ist'.die Schaltungsanordnung derartig, dass der Kollektor von T9n mit der Basis von T1 p und der Kollektor von Tpr. mit der Basis von T1n verbunden ist.
Fig. 13 zeigt ein Flip-flop vom D-Typ und ist als eine Abwandlung der R-S-Flipflopschaltung nach Fig. 12 zu betrachten, wobei diese Abwandlung sich darin unterscheidet, dass ein weiterer inverser vertikaler npn-Transistor Tpt, vorhanden ist, um die Zufuhr von wiederinjizier.tem Einstellstrom zu T91 und Τρικ zu regeln. Die Basis von Tpc. wird durch die dritte Zone der Fünfschichtstrominjektionsstruktur gebildet, die aus den Transistoren T?p und
T00 besteht, Die Kollektorzone des Transistors Tot. 23 2.5
ist mit der dritten Zone der durch die Transistoren T1Q und T gebildeten Fünfschichtstrominjektionsstruktur verbunden. Der Transistor T„c wird mit ei-
25
nem primären Einstellstrom aus der festen Stromquelle
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PHB 32^02 k.12.74
von dem Transistor T_„ gespeist, der durch die ersten drei Schichten der betreffenden Fünfschichtstrominjektionsstruktur gebildet wird. Der D-Eingang ist mit der Basiszone des Transistors To_ verbunden.
25
Grundsätzlich ist die Wirkungsweise der Schaltung der des R-S-Flipflop nach Fig. 12 analog, wobei der wesentliche Unterschied darin besteht, dass der Transistor TOK zum Invertieren des Dateneingangs D verwendet wird, damit ein "R"- und ein "S"-Eingang erhalten werden, die somit immer komplementär sind. Die R- und S-Eingänge in Fig. 12 werden durch den normalen und den komplementären D-Eingang ersetzt. '
-Es versteht sich, dass im Rahmen der Erfindung viele Abwandlungen möglich, sind. So können z.B. grundsätzlich andere Halbleitermaterialien als Silicium verwendet und gegebenenfalls die Leitfähigkeitstypen der Gebiete umgekehrt werden. Trennung zwischen, den Gruppen von Elementen kann durch andere Mittel als diffundierte Trennkanäle mit pn-Ubergängen erfolgen; dies kann z.B. durch Anwendung örtlicher Oxidation von Silicium (LOCOS) erzielt werden, um ein Oxidtrenngebiet zu erhalten, das in eine epitaktische Schicht über wenigstens einen Teil der Dicke der epitaktischen Schicht versenkt ist. Weiter kann eine derartige örtliche Oxidation des Siliciums
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PHB
4.12.74
zur Bildung versenkter Oxidteile verwendet werden, um die verschiedenen Gebiete in dem bistabilen Meister-Sklave-Element abzugrenzen und insbesondere um den injizierten Einstellstrom auf ein bestimmtes gewünschtes Gebiet zu beschränken. Obgleich die beschriebenen Ausführungsformen des Meister-Sklave-Flipflops alle als integrierte Schaltungen ausgebildet sind, bei denen integrierte Strominjektionstechniken Anwendung finden, ist es möglich, die beschriebenen Schaltungen mit anderen Techniken auszuführen, z.B. durch Anwendung von Bipolarschaltungstechniken oder sogar durch Anwendung diskreter Schaltungselemente.
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Claims (2)

PHB 32402 4. 12.74 Patentansprüche:
1. Elektrische Schaltung, die mindestens eine bistabile Meister-Sklave-Flipflopschaltung enthält, die für Betrieb mit einem einzigen Taktimpulsexngang eingerichtet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Meister-Flißflop ein kreuzweise gekoppeltes Transistorpaar und das Sklave-Flipflop ein kreuzweise ge- . koppeltes Transistorpaar enthält, während Mittel vorgesehen sind, mit deren Hilfe mindestens dem kreuzgekoppelten Transistorpaar im Sklaven ein primärer Einstellstrom einer gewissen Grosse aus einer festen Stromquelle zugeführt wird, wobei der Taktimpulseingang der Schaltung dazu, dient, den primären Einstellstrom zu bestimmen, der dem kreuzgekoppelten Transistorpaar im Meister auf einem normalen Pegel und einem herabgesetzten Pegel während Taktperioden zugeführt wird, wobei weitere Mittel vorhanden sind, mit deren Hilfe von der festen Stromquelle Quellen von sekundär ren Einstellstrom geringerer Grosse zur Lieferung an das kreuzweise gekoppelte Transistorpaar oder an mit diesem Paar verbundene Transistoren im Meister oder in einem weiteren Meister einer vorhergehenden oder nächstfolgenden ähnlichen Meister-Sklave-Schaltung der Schaltungsanordnung abgeleitet werden, wobei diese Quellen von sekundärem Einstellstrom den Zustand des genannten Meisters oder weiteren Meisters
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PHB 32^02
h.12.74
nicht beeinflussen, wenn der dem kreuzgekoppelten Transistorpaar in dem genannten Meister oder im genannten weiteren Meister zugeführte Einsteilstrom auf / einem normalen Pegel liegt, wobei diese Quellen von sekundären Einstellstrom wirksam werden, wenn der primäre Einstellstrom, der dem kreuzgekoppelten Transistorpaar in dem genannten Meister oder dem genannten weiteren Meister zugeführt wird, auf einem niedrigeren Pegel liegt, um den Zustand des genannten Meisters oder des genannten weiteren Meisters vorzubereiten und also sein Lage zu bestimmen, wenn der genannte primäre Einstellstrom zu dem normalen. Pegel zurückkehrt oder zurückgeführt wird.
2. Elektrische Schaltung nach Anspruch 1 in Form einer integrierten Schaltung, dadurch gekennzeichnet, dass diese integrierte Schaltung einen Halbleiterkörper enthält, in dem die Transistoren angebracht sind, die an eine Seite des Körpers grenzen, wobei eine Anzahl Mehrschichtstrominjektionsstrukturen an die genannte eine Seite des Körpers grenzen und den kreuzgekoppelten Transistorpaaren in der Meister-Sklave-Schaltung einen primären Einstellstrom und dem kreuzgekoppelten Transistorpaar oder mit diesem Paar verbundenen Transistoren in dem Meister oder einem weiteren Meister einer vorhergehen-^ den oder nächstfolgenden Meister-Sklave—Schaltung
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PHB 320^2 k.12.74
einen sekundären Einstellstrom in Form eines wiederinjizierten Einstellstroms zuführen, wobei dieser wiederinjizierte sekundäre Einstellstrom eine geringere Grosse als der primäre Einstellstrom hat,- der dem betreffenden Transistor des genannten Meisters oder des weiteren Meisters zugeführt wird.
3. Integrierte Schaltung nach Anspruch 2,.dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrschichtstrominjektionsstrukturen, die den Transistoren" im Sklaven die primären Einstellströme liefern, je fünf aufeinanderfolgende Zonen abwechselnder Leitfähigkeitstypen enthalten, die an eine Seite des Halbleiterkörpers grenzen, während die dritten Zonen die Basiszonen des kreuzgekoppelten Transistorpaares im Sklaven und die fünften Zonen die Basiszonen der Transistoren bilden, die mit wiederinjizierten Einstellströmen gespeist werden, wobei in jeder der genannten Strukturen die erste Zone eine Injektionszone bildet, die einen Anschluss zum Anschliessen an eine Klemme einer Einstellstromquelle aufweist, wobei die zweite Zone einen Anschluss zum.Anschliessen an eine andere Klemme der genannten Einsteilstromquelle besitzt, wodurch der gleichrichtende "Übergang zwischen dem ersten Gebiet und dem zweiten Gebiet in der Durchlassrichtung für die Injektion von Minoritätsladungstragern in das zweite Gebiet polarisiert werden kann,
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PHB 32*102 4. 12.
welche Träger das dritte Gebiet über den. gleichrichtenden Übergang zwischen dem zweiten und dem dritten Gebiet erreichen, wobei das dritte Gebiet aufs neue Minoritätsladungsträger in das vierte Gebiet injizieren kann, die das fünfte Gebiet über, den gleichrichtenden Übergang zwischen dem vierten und dem fünften Gebiet erreichen.
4. . Integrierte Schaltung nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten und vierten Gebiete als ein gemeinsames Halbleitergebiet angebracht sind, das die Emitterzonen des kreuzgekoppelten Transistorpaares im Sklaven und die Emitterzonen der genannten mit wiederinjiziertem Einstellstrom gespeisten Transistoren bildet, wobei die Kollektorzonen des kreuzgekoppelten Transistorpaares im Sklaven als Oberflächenzonen in den dritten Gebieten mit einem dem der dritten Gebiete entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp vorhanden sind, und wobei die Kollektorzonen der genannten mit wiederinjiziertem Einstellstrom gespeisten Transietoren als Oberflächenzonen in den fünften Gebieten mit einem dem 'dieser Gebiete entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp vorhanden sind.
5· Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dase die genannten mit wiederinjiziertem Einstellstrom ge-
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PHB 32^+02 he 12.74
speisten Transistoren einzelne Transistoren sind, die in die Rückkopplungsleitung zwischen dem Sklaven und dem Meister aufgenommen sind, wobei die Kollektorzonen der genannten Transistoren kreuzweise an die Basiszonen der Transistoren des kreuzgekoppelten Transistorpaares in dem Meister angeschlossen sind.
6. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet^ dass die genannten Transistoren einzelne Transistoren sind, die mit wiederinjiziertem Einstellstrom gespeist werden und zwischen dem Sklaven einer Meister-Sklave-Schaltung und einem weiteren Meister einer nächstfolgenden ähnlichen Meister-Sklave-Schaltung angeordnet sind.
7. Integrierte Schaltung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das kreuzgekoppelte Transistorpaar im Meister mit Einstellstrom mittels zweier Strominjektionsstrukturen gespeist wird, die aus drei hintereinander angebrachten Gebieten abwechselnder Leitfähigkeitstypen bestehen, von denen die dritten Gebiete die Basiszonen der genannten Transistoren·bilden, wobei die zweiten Gebiete einen · Teil eines gemeinsamen Gebietes bilden und die Emitterzonen der genannten Transistoren sind, und wobei die Kollektorzonen der genannten Transistoren als Oberflächenzonen in den dritten Gebieten mit
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.- 7Q -
PHB 32402 k.12.74
einem dem dieser Gebiete entgegengesetzten Leitfähigkeit, styp vorhanden sind, und dass in jeder der genannten· Dreischichtstrukturen das erste Gebiet ein Injektorgebiet mit einem Anschluss zum Anlegen der einen Polarität einer Einstelistromquelle bildet, wodurch der gleichrichtende Übergang zwischen dem ersten und dem zweiten Gebiet in der Durchlassrichtung für die Injektion von Minoritätsladungsträgern in das zweite Gebiet polarisiert werden kann, welche Träger das dritte Gebiet über den gleichrichtenden Übergang zwischen dem zweiten und dem dritten Gebiet erreichen.
8. Integrierte Schaltung nach Anspruch 7> dadurch gekennzeichnet, dass die Meister-Sklave-Flipflop-Schaltung eingerichtet ist für Betrieb mit einer Taktimpulsquelle von Einstellstrom der zwischen den ersten und zweiten Gebieten der Dreischichtstrominjektionsstrukturen angelegt wird, die zu dem Meister gehören, und mit einer konstanten Quelle von Einstellstrom, der zwischen den ersten und zweiten Gebieten der Fünfschichtstrominjektionsstrukturen angelegt wird, die zu dem Sklaven gehören.
9· Integrierte Schaltung nach Anspruch 8 \md gegebenenfalls Ansprüchen 5 und 7j dadurch gekennzeichnet, dass das Meister-Sklave-Flipflop als ©in Zweiteileirzählerelement mit mindestens einer Aus-
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PHB 32^02
gangsverbindung mit dem Basisgebiet eines der Transistoren des kreuzgekoppelten Paares im Sklaven ausgebildet ist.
10. Integrierte Schaltung nach Anspruch 8 und gegebenenfalls den Ansprüchen 6 μnd 7» dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Meister-Sklave-Flipflopschal tuiigen vorhanden sind und ein-Schieberegister bilden, wobei die Verbindung zwischen aufeinanderfolgenden Schieberegisterelementen zwischen den Kollektorgebieten der genannten einzelnen mit wiederinjxBiertem Einstellstrom gespeisten und zu dem Sklaven einer Schaltung gehörigen Transistoren und den Basisgebieten des kreuzgekoppelten Transistorpaares in dem Meister der nächstfolgenden Schaltung vorhanden sind.
11. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis k, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten mit wiederinjiziertem Einstellstrom gespeisten Transistoren durch das kreuzgekoppelte Traneistorpaar im Meister gebildet werden.
12. Integrierte Schaltung nach einem der Ansprüche 2 bis ^, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten mit wiederinjiziertem Einstellstrom gespeisten Transistoren durch das kreuzgekoppelte Transistorpaar in einem weiteren eines vorhergehenden oder nächstfolgenden ähnlichen Meister-Sklave-
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PHB 32402 *ί. 12.74
Flipflops in der Schaltungsanordnung gebildet werden. 13· Integrierte Schaltung nach Anspruch 10 oder 11 und gegebenenfalls Anspruch k, dadurch gekennzeich-, net, dass das kreuzgekoppelte Transistorpaar im Meister einen primären Einstellstrom mittels zweier Stromxnjektionsstrukturen empfängt, die aus drei aufeinanderfolgenden Gebieten abwechselnder Leitfähigkeitstypen bestehen, von denen die dritten Gebiete, die zugleich die fünften Gebiete der genannten Ftinfschichtstrominjektionsstrukturen bilden, die zu dem Sklaven gehören, die Basiszonen der genannten Transistoren bilden, während die zweiten Gebiete einen Teil eines gemeinsamen Gebietes bilden und die Emitterzonen der genannten Transistoren sind, und wobei die Kollektorzonen der genannten Transistoren .als
Oberflächenzonen in den dritten Gebieten mit einem dem dieser Gebiete entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp vorhanden sind, während in jeder der genannten Dreischichtstrukturen das erste Gebiet ein Injektorgebiet mit einem Anschluss zum Anlegen einer Polarität einer Einstellstromquelle bildet und das zweite Gebiet einen Anschluss für eine andere Polarität der genannten E.instellstromquelle aufweist, wodurch der gleichrichtende tjbergang zwischen dem ersten und dem zweiten Gebiet in der Durchlassrichtung für die Injektion von Minoritätsladungsträgern In das zweite
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PHB
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Gebiet polarisiert werden kann, welche Träger das dritte Gebiet über de.n gleichrichtenden Übergang zwischen dem zweiten und dem dritten Gebiet erreichen.
Ik. Integrierte Schaltung nach Anspruch 13» dadurch gekennzeichnet, dass das Meister-Sklave-Flipflop eingerichtet ist für Betrieb mit einer Taktimpulsquelle von Einsteilstrom, der zwischen den ersten und zweiten Gebieten der Dreischichtstrominj ektionsstrukturen angelegt wird, die zu dem Sklaven gehören, und mit einer konstanten Quelle von Einstellstrom, der zwischen den ersten und zweiten Gebieten der FünfschichtStrominjektionsstrukturen angelegt wird, die zu dem Sklaven gehören. 15· Integrierte Schaltung nach Anspruch 14 und gegebenenfalls Ansprüchen 11 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Meister-Sklave-Flipflop als ein Zweiteilerzählerelement mit mindestens einer Ausgangsverbindung mit dem Basisgebiet eines der Transistoren des kreuzgekoppelten Paares im Sklaven ausgebildet ist.
16. Integrierte Schaltung nach Anspruch 14 und gegebenenfalls Ansprüchen 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Meister-Sklave-Flipflopschaltungen vorhanden sind und diese je ein Schieberegisterelement bilden, wobei die mit wiederinjiziertem
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.- 7k -
PHB 32402 4.12.74
Einstellstrom gespeisten und zu'dem Sklaven des Meister-Sklave-Flipflops gehörigen Transistoren durch das kreuzgekoppelte Transistorpaar des Meisters der nächstfolgenden Schaltung gebildet werden., und dass die Kopplung zwischen aufeinanderfolgenden Schieberegisterelementen über die genannten Transistoren hergestellt wird.
17« Integrierte Schaltung nach Anspruch 7 oder 13» dadurch gekennzeichnet, dass ein Hilfstransistor vorgesehen ist, der mit Einstellstrom mittels einer weiteren Strominjektionsstruktur mit drei hintereinander angeordneten Gebieten abwechselnder Leitfähigkeitstypen gespeist wird, deren drittes Gebiet die Basiszone des Hilfstransistors und deren zweites Gebiet die Emitterzone des Hilfstransistors bildet, wobei dieser Hilfstransistor zwei Kollektorzonen in Form von Oberflächenzonen in dem dritten Gebiet mit einem dem dieses Gebietes entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp enthält, die mit den Basiszonen der Transistoren des kreuzgekoppelten Paares in dem Meister verbunden sind, wobei das erste Gebiet der Dreischichtstrominjektionsstruktur ein InJe-Jctorgebiet bildet, und wobei das Meister-Sklave-Flipflop eingerichtet ist für Betrieb mit einer konstanten Quelle von Einstellstrom, der zwischen den ersten und zweiten Gebiete der zu
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dem Meister gehörigen Dreischichtstrominjektionsstruktureh und dem. Hilfstransistor angelegt wird, und mit einer konstanten Quelle von Einstellstrom, der zwischen den ersten und zweiten Gebieten der Fünfschicht Strominjektionsstrukturen angelegt wird, die zu dem Sklaven gehören, während die Basiszone des Hilfstransistors einen Anschluss zum Zuführen von Taktimpulsen aufweist.
18. Integrierte Schaltung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Meister-Sklave-.Flipflop als ein Zählerelement ausgebildet ist.
19·. Integrierte Schaltung nach Anspruch 5» da-durch gekennzeichnet, dass das Meister-Sklave-Flipflop ein J-K-Flipflop ist", wobei die Basiszonen der genannten einzelnen Transistoren mit den Kollektorzonen weiterer Transistoren verbunden sind, die mit einem primären Einstellstrom aus der festen Stromquelle über Dreischichtstrominjektionsstrukturen gespeist werden, wobei die Basiszonen der genannten weiteren Transistoren mit den J- und K-Eingängen verbunden sind. .
20. Integrierte Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Mehrschichtetrominjektionestrukturen zur Lieferung eines primären Einstellstroms an die kreuzgekoppelten Transistorpaare in dem Meister und dem Sklaven je drei hintereinander ange-
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PHB
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ordnete Gebiete abwechselnder Leitfähigkeitstypen enthalten, die an eine Seite des Halbleiterkörpers grenzen, wobei die dritten Gebiete die Basiszonen der genannten/ kreuzgekoppelten Transistorpaare bilden, und wobei in jeder dieser Strukturen die erste Zone eine Injektorzone mit einem Anschluss zum Anlegen einer Polarität einer Einstellstromquelle bildet und die zweite Zone einen Anschluss für die andere Polarität der genannten Einstellstromquelle besitzt, während die genannten Anschlüsse der Strominjektionsstrukturen, die zu den genannten Transistoren im Sklaven gehören, für eine feste Stromquelle bestimmt sind, und die genanntenAnschlüsse der zu den genannten Transistoren im Meister gehörigen Strominjektionsstrukturen für eine Taktstromquelle bestimmt sind, wobei weitere Mehrschichtstrominjektionsstrukturen vorgesehen sind, die einen wiederinjizierten Einstellstrom dem kreuzgekoppelten Transistorpaar oder mit diesem Paar verbundenen Transistoren im Meister zuführen und die je fünf hintereinander angeordnete Gebiete abwechselnder Leitfähigkeitstypen enthalten, die an eine Seite des Halbleiterkörpers grenzen, wobei das erste dieser Gebiete ein Injektorgebiet mit einem Anschluss zum Anlegen einer bestimmten Polarität einer festen EInstellstromquelle bildet und die zweite Zone einen Anschluss für die andere Polarität der genannten
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PHB 32hO2 k.12.74
Einstellstromquelle besitzt, wobei die fünften Zonen der Fünfechichtstrominjektionsstrukturen, die über den gleichrichtenden Übergang zwischen dem vierten und dem fünften Gebiet Minoritätsladungsträger empfangen können, die von dem dritten in das vierte Gebiet wiederinjiziert werden, die Basiszonen des kreuzgekoppelten Transistorpaares oder von mit diesem Paar verbundenen Transistoren in dem Meister bilden.
21. Integrierte Schaltung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Meister-Sklave-Flipflop ein R-S-Flipflop ist und die Zufuhr wiederinjizierten Einstellstroms durch die Fünf schicht s troininjektionsstrukturen von den R- und S-Eingängen geregelt wird, die mit den dritten Gebieten dieser Strominjektionsstrukturen verbunden sind,,
22. Integrierte Schaltung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die fünften Gebiete der Fünfschichtstrominjektionsstrukturen die Basiszonen von Transistoren bilden, deren Kollektorzonen mit den Basiszonen des kreuzgekoppelten Transistorpaares in dem Meister verbunden sind.
23. Integrierte Schaltung nach Anspruch 20, dadarch gekennzeichnet, dass das Meister-Sklave-Flipflop ein Flipflop vom D-Typ ist und die Zufuhr wiederinjizierten Einstellstroms durch die Fünfschichtstromin-
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PHB 32^02 4.12.74
jektionsStrukturen von einem weiteren Transistor geregelt wird, dessen Basiszone durch das dritte Gebiet einer Fünfschichtstrominjektionsstruktur gebildet wird und dessen Kollektorzone mit dem dritten Gebiet der anderen Fünfschichtstrominjektionsstruktur verbunden ist, wobei der genannte weitere Transistor mit einem Einstellstrom über die ersten drei Schichten der genannten einen FünfSchichtinjektionsstruktur gespeist wird und die Basiszone dieses Transistors mit dem D-Eingang der Schaltung verbunden ist.
24~. 1:. In Injektionslogik ausgeführte integrierte Schaltung mit einem ersten (Meister) Flipflop, dessen Lage steuernd auf ein zweites (Sklave) Flipflop einwirkt, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Zone vom einen Leitfähigkeitstyp, die die Emitter der Transistoren der genannten Flipflops bildet, mindestens vier Inseln (Zonen) B2, B^, B1 , B12 vom entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp angebracht sind, die die Basis-Elektroden dieser Transistoren bilden, in welchen Basiszonen Inseln vom ersten Leitfähigkeitstyp angebracht sind, die die Kollektoren der genannten Transistoren bilden; dass eine Kollektorzone des ersten Transistors mit der Basiszone des zweiten Transistors und eine Kollektorzone dieses zweiten Transistors mit der Basiszone des ersten Transistors zur Bildung des Meister-Flipflops verbunden ist j dass eine Kollektorzone des dritten Transistors
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PHB-32.402
mit der Basiszone des vierten Transistors und eine Kollektorzone dieses vierten Transistors mit der Basiszone des dritten Transistors zur Bildung des Sklave-Flipflops .verbunden ist; dass die Basiszonen (Bp, B1n) des ersten* und des dritten Transistors derart nahe beieinander angeordnet sind, dass die mit der Emitterzone einen ersten lateralen Transistor bilden; dass ebenso die Basiszonen (B^, ^12^ **es zweiten und des vierten Transistors derart nahe beieinander angeordnet sind, dass die mit der Emitterzone einen zweiten lateralen Transistor bilden, welche lateralen Transistoren als Kopplungstransistoren zwischen dem Meister- und dem Sklave-Flipflop
wirken, und dass eine erste Strominjektorzone (22) vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Basiszonen in der Nähe der Basiszonen (B-, B.) des ersten und des zweiten Transistors angeordnet ist, um diesen Basiszonen einen konstanten Strom zuzuführen, während ebenso eine ^zweite Injektorzone (21) vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie die Basiszonen in der Nähe der Basiszonen des dritten und des vierten Transistors angeordnet ist, um diesen Basiszonen (B10, B12.) Stroroimpulse zuzuführen.
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