DE2459562B2

DE2459562B2 - Integrierte Schaltungen

Info

Publication number: DE2459562B2
Application number: DE2459562A
Authority: DE
Inventors: Alan Welsh Southampton Hampshire Sinclair (Grossbritannien)
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1973-12-21
Filing date: 1974-12-17
Publication date: 1979-11-29
Also published as: CA1023011A; JPS5317853B2; AU7667774A; DE2459562A1; FR2255709B1; GB1494481A; US3993918A; IT1027799B; AU498031B2; JPS50107846A; FR2255709A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Schaltung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Es sind integrierte Schaltungen mit mehreren in einem gemeinsamen Halbleiterkörper integrierten Halbleiterschaltungselementen bekannt wobei mindestens eine aus mehreren Schichten bestehende Strominjektionsstruktur vorhanden ist, mit deren Hilfe einer Zone eines Schaltungselements ein Einsteilstron zugeführt wird. Derartige integrierte Schaltungen sine in der niederländischen Offenlegungsschrift 7107 04C beschrieben, und für eine weitere Beschreibung de Prinzips, nach dem derartige integrierte Strominjek tionsschaltungen arbeiten, und der diesen Struktjrer inhärenten Vorteile sei auf »Philips Technical Review« Band 33,1973, Nr. 3, S. 76 - 85, verwiesen.

Bei den jetzigen integrierten Strominjektionsschal· tungen ergibt sich ein Problem, wenn eine Meister-Sklave-Flipflopschaltung aufgebaut werden soll, die ohne Anwendung gesonderter Taktimpulseingänge für der Meister und den Sklaven mit Spannungspegeln arbeitel Die Spannungspegel in einer integrierten Strominjektionsschaltung liegen gewöhnlich innerhalb des Bereiches der dem Strominjektor zugeführten Einstellspannung. Diese beträgt gewöhnlich 1 V oder weniger Daher ist die Spannungsänderung bei Strominjeklior nicht genügend, um auf übliche Weise den Sklaven zi sperren und den Meister leitend zu machen.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Meister-Skla ve-Flipflop in integrierter Strominjektions-Logik-Tech nik (PL) anzugeben, das auf besonders einfache Weist und mit einfachem Aufbau über nur einen Takteingang ansteuerbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die ir Anspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Die Schaltungsanordnung enthält also eine bistabile Meister-Sklave-Schaltung, die mit Strompegeln arbeite und einen einzigen Taktimpulseingang enthält. Au! diese Weise ist es unter Verwendung von Strominjek tionstechniken möglich, ein statisches Schieberegistei mit statischer Übertragung zu bilden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntni; zugrunde, daß ein Meister-Sklave-Flipflop, das mi Strompegeln statt mit Spannungspegeln bei bekannter Schaltungen, wie integrierten Transistor-Transistor-Lo gik-(TTL-)Schaltungen, arbeitet und nur einen einziger Taktimpulseingang aufweist, vorteilhaft durch passende Wahl der verschiedenen Einstellströme erhalten werder kann, und obgleich eine solche Schaltung auf übliche Weise mit Hilfe diskreter Einzelteile und durch Anwendung üblicher Integrationstechniken aufgebaui werden kann, können große Vorteile erzielt werden wenn ^/.-(integrated injection logic-JTechniken be Aufbau und Anordnung von Mehrschichtstrominjek tionsstrukturen und Zonen einzustellender Schaltungs elemente verwendet werden und die Eigenschafi benutzt wird, daß Einsteilströme verschiedener Größe aus einer oder mehreren Mehrschichtstrominjektions Strukturen zugeführt werden können.

Eine derartige integrierte Schaltung bietet verschie dene Vorteile. Insbesondere die Anwendung vor Mehrschichtstrominjektionsstrukturen zum Erhalter primärer Einstellströme und sekundärer wiederinjizier ter niedriger Einstellströme ermöglicht es, auf verhält nismäßig einfache Weise ein verhältnismäßig gedräng tes Meister-Sklave-Flipflop zu erhalten, das mr Strompegeln arbeitet und einen einzigen Taktimpulseingang aufweist. Der einfache Taktimpulseingang kanr auf verschiedene Weise, je nach der Bauart dei Schaltung, verwendet werden.

Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet Dabei wird in der Ausführung nach Anspruch 13 der Hilfstransistor im leitender Zustand zum Führen der primären Einstellström« benutzt, die von dem Paar von Dreischichtstrominjektionsstrukturen, das zu dem Meister gehört geliefen

werden. Der Hilfslransistor bleibt in einem solchen leitenden Zustand, in dem die genannten Einstcllströme abgeleitet werden, bis die zugeführten Taktimpulse auf einen derartigen Wert ansteigen, daß der von der genannten weiteren Strominjektionsstruktur gelieferte EinMcllstrom zu dem Hilfstransislor abgeführt wird. Ein derartiges Mcister-Sklave-Flipflop kann vorteilhaft als Zählerelement verwendet werden, weil der Ausgang eines derartigen Elements, das eine Stufe bildet, ohne weiteres den Taktimpulseingang der durch ein anderes derartiges Element gebildeten nächstfolgenden Stufe bilden kann.

Bei der Ausführung nach Anspruch 17 kann der wiederinjizierte Einstellstrom von den Fünfschichtstrukturen direkt den Basiszonen der krcuzgekoppelten Transistoren in dem Meister zugeführt werden.

Ausführungsbeispiclc der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt

F i g. 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 Zählcrschaltung bildet,

F i g. 2 einen Querschnitt durch den Halbleiterkörper längs der Linie H-Il der Fi g. 1,

Fig. 3 ein Schaltbild des Teiles der integrierten Schaltung nach den F i g. 1 und 2,

F i g. 4 eine Draufsicht auf den Halbleiterkörper cmes Teiles einer anderen integrierten Schaltung nach der Erfindung, wobei der genannte Teil ein Meister-Sklave-Flipflop ist, das ein Element einer Schieberegisterschaltung bildet,

F i g. 5 eine Draufsicht auf den Halbleiterkörper eines Teiles einer weiteren integrierten Schaltung nach der Erfindung, wobei der gcnannteTeil als ein Mcister-Sklave-Flipflop ausgebildet ist. das ein Zweiteilerelement ist und einen Teil einer Zählerschaltung bildet,

Fig.6 einen Querschnitt durch den Halbleiterkörper längs der Linie Vl-Vl der Fig. 5,

Fig. 7 ein Schaltbild des Teiles der integrierten Schalung nach den F i g. 5 und 6,

F i g. 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.

F i g. 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 F i g. 9,

F i g. 11 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform in Form einer /-/i-Flipflopschaltung,

Fig. 12 ein Schaltbild einer noch weiteren Ausführungsform in Form einer R-S-Flipflopschaltung und

Fig. 13 ein Schaltbild einer Weiterbildung in Form einer Flipflop-Schaltung vom D-Typ.

Der Teil der integrierten Schaltung nach den F i g. 1 und 2 ist ein Zweiteilerelement und enthält eine bistabile Meister- und eine bistabile Sklavenschaltung.

Die vorhandenen Schaltungselemente sind zwölf Zweipoltransistoren Ti — Tn, deren Basisgebiete in den F i g. 1 und 2 mit Bi — Si2 bezeichnet sind. Die bistabile Sklavenschaltung enthält die Transistoren Ti-Ti und die bistabile Meisterschaltung enthält die Transistoren Tg— Tn, während die Transistoren T₅-Tg in der Rückkopplungsleitung zwischen dem Sklaven und dem MeisHer liegen. Die Transistoren Ti - Tn grenzen an eine Seite eines allen Schaltungselementen gemeinsamen Halbleiterkörpers.

Die Schaltung wird in einem Siliciumhalblettcrkörper gebildet, der aus einem η + -Siliciumsubstrat 1 mit darauf einer epitaktischen η-leitenden Schicht 2 besteht. Auf der oberen Fläche 3 der epitaktischen n-leitenden Schicht 2 befindet sich eine Siliciumoxidschicht 4 und der Deutlichkeit halber ist 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 η+ -Gebiet 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 werd :n wird. In der epitaklischen 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 vollen Linien angedeutet. Sechs dieser p-leitenden Gebiete sind mit B₂, ß», Sb, Bs, ßio, B_n bezeichnet, weil diese Gebiete die Bastsgebiete der Transistoren Ti, Ta, Tt, Ts, Tio bzw. Tn bilden. Innerhalb dieser örtlich diffundierten p-leitenden Gebiete befinden sich örtlich diffundierte n + -Gebiete 11, die in Fig. 1 mit vollen Linien angedeutet sind. Diese η+ -Gebiete bilden die Kollektorgebiete vertikal angeordneter inverser npn-Transistoren Ti, Ti, Tt,, T₈, Tw und Tn, wobei die η-leitende epitaktische Schicht 2 als ein allen genannten vertikal angeordneten inversen npn-Transistoren gemeinsames Emittergebiet dient. So bilden innerhalb des p-ieitenden Basisgebietes ih die η+ -Gebiete ii und Ϊ9 die zwei Kollektoren des inversen Mehrkollektor-npn-Transistors Ti. Auf ähnliche Weise bilden in den p-leitenden Basisgebieten Bt,, fit, und Bg die η+ -Gebiete 12, 13 und 14 die Kollektorgebiete der inversen npn-Transistoren Ta, T_b bzw. Tg. In dem p-leitenden Basisgebiet ßm bilden die η + -Gebiete 15 und 16 die zwei Kollektoren des inversen Mehrkollektor-npn-Transistors Tio und in dem p-leitenden Basisgebiet Bn bilden die η+-Gebiete 17 und 18 die zwei Kollektoren des inversen Mehrkollektor-npn-Transistors Tn-

Zwei weitere örtlich diffundierte p-Ieitende Gebiete 21 und 22 erstrecken sich in der epitaktischen Schicht 2 auf einander gegenüberliegenden Seiten der übrigens sechs p-leitenden Gebiete B₂, Ba, Bb, Bs, B₁₀ und Si₂. Die p-leitende Gebiete 21 und 22, die in F i g. 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 Dreischichtstrominjektionsstrukturen, von denen die erste durch die p-leitenden Gebiete 21 und Bn und einen mit Sn bezeichneten η-leitenden Zwischenteil und von denen eine zweite durch die p-leitenden Gebiete 21 und Bio und einen mit B₉ bezeichneten n-leitenden Zwischenteil der epitaktischen Schicht gebildet wird. Diese beiden Dreischichtstrominjektionsstrukturen liefern die Haupteinstellströme für die p-leitenden Basisgebiete der vertikal angeordneten npn-Transistoren Tn und Tio und diese Strukturen selber sind als lateral angebrachte pnp-Transistoren ΤΉ und Tg mit n-leitenden Basisgebieten Sn bzw. Sg zu betrachten, wobei das p-Ieitencle Gebiet 21 ein den beiden lateralen pnp-Transistoren gemeinsames Emittergebiet bildet und die Kollektorgebiete der genannten Transistoren

711 bzw. Ti mit den Basisgebieien der vertikalen npn-Transistoren 7Ij und 71o gemeinsam sind.

Die Teile der epitaktischen η-leitenden Schicht 2, die die η-leitenden Basisgebiete der lateralen pnp-Transistoren bilden, werden auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten von den p-leitenden Gebieten 21 und Sn, Si2 und auf zwei weiteren einander gegenüberliegenden Seiten von Teilen des n + -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 Dreischichtstrominjeklionsstrukturen, wobei die ersten drei Schichten einer Fünfschichtstruktur die drei Schichten einer Dreischichtstrominjeklionsstruktur bilden. So wird eine Fünfschichtstrominjektionsslruktur durch das p-leitende Gebiet 22 und den angrenzenden mit ß) bezeichneten Teil der η-leitenden epitaklischcn Schicht 2, das p-leitende Gebiet S₄, einen angrenzenden mit lh bezeichneten Teil der η-leitenden epilaktischen Schicht 2 und das p-leilende Gebiet B_x gebildet. Von diesen fünf Gebieten bilden die ersten drei Gebiete, d. h. die Gebiete 22, Bj und S₄, eine Dreischichtstrominjcktionsstruklur. Eine weitere Fünfschichtstrominjektionsstruktur wird durch das p-leitende Gebiet 22, einen angrenzenden mit Si bezeichneten Teil der epitaktischen η-leitenden Schicht 2, das p-leitende Gebiet B₂, einen mit S₅ bezeichneten angrenzenden Teil der epitaktischen η-leitenden Schicht 2 und das p-leitende Gebiet S₆ gebildet. Von diesen fünf Gebieten bilden die ersten drei Gebiete, d. h. die Gebiete 22, B\ und Bi, eine Dreischichtstrominjektionsstruktur.

Die zwei Dreischichisuorninjekiioiissirukiuren 22, S3, Bi, und 22, Si, B₂ liefern einen Einstellstrom für die p-leitcnden Basisgebieie S4 und S2 der vertikal angeordneten inversen npn-Transistoren 7i bzw. Tj und sind an sich als lateral angebrachte pnp-Transisloren T_s und 7| mit Basisgebieten Bj und Si zu betrachten, wobei das leitende Gebiet ein den beiden lateralen pnp-Transistoren gemeinsames Emitiergebiet bildet und die Kollektorgebiete der genannten Transistoren 7) und 71 mit den Basisgebieten der inversen vertikalen npn-Transistoren 7i und T2 gemeinsam sind.

Die zwei Fünfschichtstrominjektionsstrukturen 22, Sj, Bt, Bt, S₈ und 22, B\, B₂, B5, Bt liefern einen Einstellstrom für die p-leitenden Basisgebiete Ss bzw. S₀ der vertikal angeordneten inversen npn-Transistoren T₈ und T₆. Diese Einstellströme sind jedoch beträchtlich niedriger als die Einstellströme, die von den Dreischichtinjektoren den Gebieten Ba und B2 geliefert werden. Dies wird nun für die Drcischicht- und Fünfschichtslrominjektionsstrukturen 22, S₃, S₄ bzw. 22, S₃, S₄, B₁, B* näher auseinandergesetzt Nun sei der Fall betrachtet, in dem eine Einstellspannung zwischen dem p-leitenden Gebiet 22, das die erste Injektorschicht der Strominjektionsstruktur bildet, und der epitaktischen ti-leitenden Schicht 2 angelegt wird, die die η-leitenden Gebiete Bj und Bi enthält, die die zweite bzw. vierte Schicht der Strominjektionsschicht bilden, wobei diese Einstellspannung derart angelegt wird, daß der pn-Obergang zwischen dem p-leitenden Gebiet 22 und dem η-leitenden Gebiet B% in der Durchlaßrichtung geschaltet ist Über den genannten in der Durchlaßrichtung polarisierten Obergang werden Löcher in das n-leitende Gebiet Sj injiziert, das die zweite Schicht der Strominjektionsstruktur bildet, welche Löcher von dem p-leitenden Gebiet S₄ aulgelangen werden, die die drille Schicht der Strominjektionssii iiklur bildet. Das p-leitende Gebiet S₄ ist die zu polarisierende /one eines ersten Schallungselements, und zwar des inversen vertikalen npn-Transistors Ta, und von diesem Gebiet wird ein Gesamtstrom von Löchern / gesammelt weiden. Dadurch wird eine positive Ladung auf dem Gebiet S₄ aufgebaut und dessen Potential nimmt zu, dadurch, daß die pn-Übergänge zwischen dem p-leitendcn Gebiet S₄ und den n-leitendcn Gebieten Sj und S? in der Durchlaßrichtung geschaltet werden. Über diese pn-Übergänge muß ein Strom gleich / fließen, weil sich in dem p-leitenden Gebiel S₄ keine Ladung anhäufen kann. Dieser Strom besteht aus mehreren Komponenten, und zwar fa) einem Löcherstrom, der aus dem p-leitende:i Gebiet S₄ fließt und von dem p-lcitcndcn Gebiet 22 gesammelt wird, weil der durch die Gebiete 22, B₁, S₄ gebildete pnp-Transistor gesättigt ist; (b) einem Löcherstrom, der aus dem Gebiet S₄ Hießt und die η-leitenden Gebiete Sj und Bj und den Teil der epitaktischen η-leitenden Schicht 2 unter dem p-leitenden Gebiet B₄ mit Elektronen rckombiniert; (c) einem Elcktronenstroni, von dem der größte Teil den Emitterstrom des inversen vertikalen npn-Transistors Ta bildet, dessen p-leitendcs Gebiet S₄ das Basisgebiet bildet, und (J) einem Löcherstrom, der aus dem p-leitenden Gebiet S₄ aufs neue in das n-lei'cndc Gebiet Bj injiziert wird, das die vierte Schicht der Fünfsthiehtstrominjektionsstruktur bildet, welche Löcher von dem

jo p-leitenden Gebiet S₈ aufgefangen werden, das die fünfte Schicht der Fünfschichtstroininjektionsstruktur bildet. Der letztere Löcherstrom (J) bildet einen Einstell.strom, der einem zweiten Schaltungselement, in diesem Fall der fünften Schicht der Stmminjcktionsstruktur zugeführt wird, die- die Basiszone Bn des inversen vertikak-n npn-Transistors Γ« bildet. Infolge des Vorhandenseins der .Stromkomponenten (:)), (b) und (c) ist der Einstellstrom (d), der dem Transistor 7« über die Fünfschichtstrominjektiousstnikiiir zugeführt wird, erheblich niedriger als der tinstellsirom, der über die Dreisehichtstrominjektionsstruktnr dem Transistor T₄ zugeführt wird. In der Schaltung naüi den F i g. 1 und 2 kann der über die Dreischichtslrominjckiionsstruktur dem Transistor Ta zugeführte Einstellst min im allgemeinen um eine Größenordnung höher als der liinsiellstrom sein, der über die Fünfschichtstiominjektionsstruktur dem Transistor T₈ geliefert wird. Zum Beispiel in dem Falle, in dem hundert .Stromeinheiten in dem p-leitenden Injektorgebiet 22 mit einer Struktur nach Fig. 1 und 2 fließen, ließe sich erwarten, daß ein Einstellstrom zwischen 50 und 70 Finheiten dem p-leitenden Basisgebiet B₄ des Transistors T₄ über die Dreischichtstrominjektionsstruk'.ur und ein Finstellstrom zwischen 5 und 10 Einheiten über die Fünfschicht-Strominjektionsstruktur dem p-leitenden Basisgebiet B₈ des Transistors Tg zugeführt werden würde. Das Verhältnis dieser zwei Einstellströme kann zuvor durch verschiedene Strukturmerkmale, z. B. die Oberfläche des p-leitenden Gebietes B₄ und die Trennung des p-leitenden Gebietes B₄ sowie die Trennung der p-leitenden Gebiete B₄ und B₈ bestimmt werden. Die Größe der Einstellströme, die über die Dreischichlstrominjektionsstruktur dem p-leitenden Gebiet B₄ zugeführt werden, in bezug auf den Strom, der in dem p-leitenden Injektorgebiet 22 fließt, kann vorher durch verschiedene bauliche Daten, u.a. den Abstand zwischen den p-leitenden Gebieten 22 und B₄, bestimmt werden. Das genannte Verhältnis zwischen den

Einstellslrömen, die über die Dreischicht- und Fünfschichtinjektionsstrukturen den Zonen S₄ und Ba zugeführt werden, müssen im Idealfall über einen grollen Bereich von Speiseströmen konstant bleiben, /.. 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 p-leitenden Gebietes 22 und des p-leitenden Gebietes Ss, das die fünfte Schicht der Fünfschichtstrominjektionsstruktur bildet, d. h. der Abstand in dem η-leitenden Material der epitaktischen Schicht 2 zwischen diesen Gebieten, erheblich größer als die Minoritätsladungstra'gerdilfusionslä'nge in dem genannten n-lcitenden Material ist, so daß keine direkte Injektion von Löchern aus dem p-leitenden Gebiet 22 in das p-leitende Gr-biei Ss stattfindet.

So kann auch der Einslellslrom, der über die Dreischichtinjektionsslruktur 22, Si, /^ der Basiszone lh des inversen vertikalen npn-Transistors Γ2 zugeführt wird, um eine Größenordnung höher als der Einstellstrom sein, der über die Fünfschichtinjekiionsstruktur 22, Bi, lh, B·,, Bb der Basiszone Bt des inversen vertikalen npn-Transistors 71, zugeführt wird. Bei der dargestellten Konfiguration sind die Einstellströme die den Basis/o- J5 nen der inversen vertikalen npn-Transisloren Tj und Ti zugeführt werden, gleich wie die Einstellströme, die den Basiszonen der inversen vertikalen npn-Transistoren 7t, und Tj zugeführt werden, und die Einstellströme, die den Basiszonen der inversen vertikalen npn-Transistoren jo Γιο und 7"i2 zugeführt werden, einander im wesentlichen gleich.

Die zwei Fünfschichtstrominjektionsstrukturen, die ("instellstrom für die p-leitenden Basisgebiete S₈. Bt der inversen vertikalen npn-Transistoren 7« bzw. Ti, liefern, js können je als die Reihenschaltung zweier lateraler pnp-Transistoren betrachtet werden, wobei das Kollcktorgebiet des ersten lateralen pnp-Transisiors (Ti oder Ti) mit dem Emittergebiet des /weiten lateralen pnp-Transistors (Tj oder Γί) ist, während die ersten und zweiten lateralen Transistoren im vorliegenden Beispiel n-leitendc Basisgcbicle aufweisen, die über das η ⁺ -Substrat 1 miteinander verbunden sind. Die p-leitende Kollektorgebiete der lateralen pnp-Transistoren Tj bzw. T₁ sind mit den Basisgebieten Bg und Bt, der inversen 4 npn-Transisloren Tg bzw. T_b gemeinsam. Die Teile der epitaktischen η-leitenden Schicht 2, die die n-leitendcn Basisgebiete Βη und B=, der lateralen Transistoren Ti und Γ5 bilden, werden auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten von den p-leitenden Gebieten β», Bn und S?, Bt und auf zwei weiteren einander gegenüberliegenden 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 F i g. 1 mit strichpunktierten Linien angegeben.

Das Voihandensein der Teile des η+-diffundierten Gebietes 5, die an die p-leitenden Injektorschichten 21, 22 und die sechs anderen p-leitenden Gebiete grenzen und diese teilweise umgeben, dient nicht nur zur elektrischen Trennung zwischen diesen p-leitenden Gebieten, sondern macht es außerdem leichter, den in Form von Löchern injizierten Strom auf die gewünschten Teile der η-leitenden epitaktischen Schicht 2 zu beschränken. Diese Begrenzung des injizierten Stromes vergrößert die effektive Diffusionslänge der Löcher in der η-leitenden Schicht 2 und trägt zur Erhöhung d :r Strombelastbarkeit der vertikalen inversen npn-Transistoren bei. Außerdem dient das Vorhandensein des η ^f-diffundierten Gebietes 5 in den angrenzenden Rändern nebeneinanderliegender pichender 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 n + -n-Übergängen zwischen einem Teil der n + -Zone 5 und η-leitenden Teilen B_u B₃, S,, S₇, Bc,, Bu der epitaktischen Schicht 2 eine Sperre für die injizierten Löcher. Obgleich sich in dieser Ausführungsform die p-leitenden Gebiete nur teilweise durch die n-leiiende epitaktische Schicht 2 erstrecken, ist es günstig, wenn die p-leitenden Gebiete möglichst nahe an das n + -Substrat 1 grenzen.

Die p-leitenden Injektorgebiete 21 und 22 sind mit Anschlußleitern in Form von Aluminiumbahnen 31 b/w. 32 versehen, die sich an der Oberfläche der Siliciumoxidschicht 4 erstrecken und die Gebiete 21 und 22 bei Öffnungen in der Schicht 4 kontaktieren.

In F i g. 1 sind alle öffnungen in der Siliciumoxidschicht 4 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 Kreu/chen angegeben sind. Auf der Siliciumoxidoberflächenschicht 4 erstrecken sich weitere Aluniiniumleiterbahneri 33,34, 35, 36 und 37 kontaktieren verschiedene andere Haibleilergebiete über Öffnungen in der Schicht 4. Die Leiterbahn 33, die an ein Kollektorgebiei 19 des Transistors Tj angeschlossen ist, bildet einen Ausgangsanschluß und ist weiter mit Q bezeichnet. Die Bahnen 34—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 /wischen einer Verbindung mit der Bahn 31 und einer Verbindung mit dem n + -Substrat 1. das an Erdpotential liegt. In F i g. 1 ist diese feste Stromquelle, die den Einstellstrom den Transistoren im bistabilen Sklavenelement liefert, mit FCV (S) bezeichnet. Das p-leitende Injektorgebiet 21 wirkt als ein veränderlicher Strominjektor, dem Taktimpulse zugeführt werden, die einem konstanten Strom übei lagert 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 liefen, mit CCS (^bezeichnet.

F i g. i zeigt ein Schaltbild des Teiles der integrierten Schaltung, der in den F i g. 1 und 2 dargcsielh ist. wobei die Basissymbole der lateralen pnp-Transistoren Ti. Ti. Γ₅, Tj, Tt. Tu als waagerechte Linien und die Basissyniboie der vertikalen npn-Transistoren Ti, Ti. T₀, 's. Γ,«, /|i als senkrechte Linien angegeben sind. Das npn-Transistorpaar Tj, Ti, deren Einstellströme von den pnp-Transistoren Ti und Ti 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 Ti₀ und Tb, deren Einstellströme von den pnp-Transistoren Ti, Tu geliefert werden, die an die Taktstron quelle 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 Skiaven direkt über Kopplung mit den Basis-Elektroden der Transistoren Tj und Ti

beeinflussen. Eine Rückkopplung von dem Meister her erfolgt über npn-Transistoren Tt und Te, deren Einstellströme von den pnp-Transistoren Ts und Tr geliefert werden, die einen Teil der oben beschriebenen Fünfschichtstrominjektionsstrukturen bilden. Der Ausgang Q dieser Zweiteilerschaltung wird einem Kollektorgebiet des Transistors T2 entnommen. In Fig.3 ist mit einer gestrichelten Linie angegeben, daß ein komplementärer Ausgang Q' von einem etwaigen weiteren Kollektorgebiet im Transistor Ti hergeleitet werden kann.

In den bistabilen Sklavenschaltungen liegen die Emitter der Transistoren Ti, und T2 an einem Bezugspegel, der als Erdpotential angegeben ist. Einer der Kollektoren des Transistors Ti ist an die Basis des Transistors Ti und einer der Kollektoren des Transistors Ta ist an die Basis des Transistors Ti angeschlossen, wodurch somit das stabile Element gebildet wird. Die Emitter der Transistoren Ts und Ti liegen an der festen Stromquelle FCS. Die Basis-Elektroden der Transistoren Ti und Ti liegen an Erde und die Kollektoren der Transistoren Γι und Tz sind an die Basis-Elektroden der Transistoren Γ2 bzw. Ti und an die Emitter der Transistoren T₅ und Tj angeschlossen. Die Basis-Elektroden der Transistoren Tj und Ti liegen an Erde und die Kollektoren der Transistoren T₅ und T₁ liegen an der Basis des Transistors Tt bzw. Tg. Die Transistoren T_b und Ti sind geerdete Emitterstufen und die Kollektoren der Transistoren T? und T₈ liegen an der Basis des Transistors Tn bzw. Ti₀ in der bistabilen Meisterschaltung.

In der bistabilen Meisterschaltung sind die Emitter der Transistoren Tu und T₉ gemeinsam und liegen an der Taktstromquelle CCS. Die Basis-Elektroden der Transistoren Tu und Tq liegen an Erde und die Kollektoren der Transistoren T₉ und Tu liegen an der Basis des Transistors Γιο bzw. T\₂. Bei den Mchrkollektortransistoren Ti₀ und Tn liegt ein Kollektor von Tm an der Basis des Transistors Γ12 und ein Kollektor des Transistors Tu liegt an der Basis des Transistors Ti₀. Der zweite Kollektor des Transistors Γ12 liegt an der Basis des Transistors Ti und der zweite Kollektor des Transistors Γιο liegt an der Basis des Transistors T₂, wodurch die Vorwärtskopplung der bistabilen Meisterauf die bistabile Sklavenschaltung erhalten wird. Die Emitter der Transistoren T^und Tioliegenan Erde.

Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Der Einstellstrom, der den Basis-Elektroden der Transistoren Ti und Ti zugeführt wird, ist ein konstanter Strom, während der Einstellstrom, der den Basis-Elektroden der Transistoren Γιο und Γ12 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 Γ2 leitend und der Transistor Ta somit gesperrt ist. Für einen bistabilen Zustand muß der Transistor ΤΊο daher gesperrt und muß der Transistor Γ12 leitend sein. Daher wird Strom aus der festen Stromquelle FCS dem Emitter des Transistors T₅ zugeführt, der ein positives Potential gegen Erde aufweisen wird. Daher wird Basisstrom dem Transistor T_b zugeführt, aber, wie an Hand der Fig. 1 und 2 erläutert wurde, wird der Basisstrom zu dem Transistor Tb um eine Größenordnung niedriger als der Basisstrom sein, der dem Transistor Ti zugeführt wird, und ebenfalls um eine Größenordnung kleiner als der Basisstrom sein, der dem Transistor Γ12 aus der Taktstromquelle bei dem hohen Pegel zugeführt wird. Dadurch, daß der Transistor Ti gesperrt ist und die Basis des Transistors Tj auf dem niedrigen Pegel gehalten wird, wird kein Einstellstrom dem Transistor Tj von dem lateralen pnp-Transistor Γ7 zugeführt.

Da der Basisstrom des Transistors T₆ also beschränkt ist, kann dieser nicht den vollständigen Basisstrom für den Transistor Γ12 abführen. Daher bleibt der Transistor Γ12 leitend und ist der Transistor Tb nicht gesättigt. Die Lage des bistabilen Meisters bleibt daher unverändert wobei sich der Transistor Γ12 im leitenden Zustand befindet.

Wenn die bistabile Meisterschaltung nun durch Herabsetzung des von CCSgelieferten Stromes im Takl gesteuert wird, wird der Basisstrom für den Transistor T|2 dadurch an der abfallenden Flanke des Taktimpulses herabgesetzt werden. Da der Basisstrom des Transistors Γ12 herabgesetzt ist, wird also auch seine Fähigkeit zum Abführen des vollständigen Basisstromes für Transistor Ta verringert. Dal or wird der Einstellstrom zu dem Transistor Ti noch immer von dem Kollektor des Transistors T₂ abgeleitet und der Transistor Ta bleibt im gesperrten Zustand infolge der Kreuzkopplung zwischen den Transistoren Ti und Ta. An diesem Punkt übi die Kopplung zwischen der bislabilen Meister- und Sklavenschaltung keinen Einfluß aus und daher isi der bistabile Meister nun effektiv von dem bistabilen Sklaven getrennt.

Da der von CCSgclicfertc Strom weiter hcrabgcsct/l wird, kann der Transistor Tt, an der abfallenden Flanke des Taktimpulses allmählich den vollständigen Hasisstrom für den Transistor Γ12, der vom Transistor T"n zugeführt wird, abführen. Wenn der Transistor Tj, dun vollständigen Strom, der über den Transistor T₁1 zugeführt wird, abführen kann, wird kein Basisstrom dem Transistor Γ12 zugeführt und wird der Transistoi Γ12 gesperrt. Der Transistor Γιο wird daher leitend, aber mit einem sehr niedrigen Strompegel, weil der vom Transistor Tj gelieferte Basisstrom klein sein wird. Der

*ϊ Meister wird vom Sklaven getrennt und wenn angenommen wird, daß die Taktslromqucllc nicht aul Null herabgesetzt worden ist, wird die bistabile Meisterschaltung auf die Lage umgeschaltet sein, die vorher durch die bistabile Sklavenschaltung bestimmt ist. Es kann keine Information an den Ausgang weitergeleitet werden, weil der Sklave zu diesem Zeitpunkt abgeschaltet ist. Wenn die Taktstromquelle auf Null herabgesetzt wäre, wird der Meister nicht mehr gespeist, aber sobald die Taktstroniquelle wieder seiner Pegel erreicht hat, wird der Meisler sofort von dem Sklaven vorbereitet.

Wenn nach der Periode, in der die Taktstromquelk sich auf dem niedrigen Pegel befindet, der Meister wieder gespeist wird, dadurch, daß der von Cd zugeführte Strom von dem genannten niedrigen Pege an zunimmt, wird der Strom, der über den Transistor Ti 1 der Basis des Transistors ΤΊ2 zugeführt wird, größer al; der Strom sein, der vom Transistor T_b abgeführt werder kann, und daher wird oberhalb dieses Strompegels der Transistor T_b die Lage der bistabilen Meisterschaltung nicht beeinflussen können und wird der Meister von der Rtickkopplungsleitung abgeschaltet.
Da der von CCS' gelieferte Strom zunimmt, kann der

Transistor Γιο allmählich mehr Basisstrom von dem Transistor Ti abführen, bis endgültig der Transistor Ti gesperrt wird. Daher wird der Transistor Ti in den leitenden Zustand gebracht, indem die bistabile Sklavenschaltung mit ihm kreu: weise gekoppelt wird, und an diesem Punkt wird der Zustand der bistabilen Meisterschaltung an die bistabile Sklavenschaltung 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 ein /-/C-Flipflop oder ein anderes Flipflop-Element, z. B. ein Schieberegisterelement, bilden. Die Konfiguration nach den F i g. 1 und 2 ist also als eine Ausführungsform eines anpaßbaren Bausteines 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 Fig. 1 und 2 und die Verbindungen mit den nächstfolgenden und den vorhergehenden Schicbcregislerelcmenten zeigt, sind Teile, Gebiete und Schichten, die denen 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 S₂, das in F i g. 4 eine kleinere Oberfläche aufweist und nur ein einziges η-leitendes Oberflächengebict, und zwar das Gebiet 11, enthält. Das Verbindungsmuster von Aluminiumbahnen unterscheidet sich darin, daß der Ausgang des Sklaven mit den Transistoren Γι — Tt zu dem Meister des nächstfolgenden Schieberegisterelements über Leiterbahnen 43 und 44 erhalten wird, die an die n-leitenden Kollektorgebiete 13 und 14 der inversen vertikalen npn-Transistoren T^ und 7g des Sklaven angeschlossen sind, und daher werden die wiederinjizierten Einstellströme, die den Transistoren T_b und Tg zugeführt werden, zur Vorbereitung des genannten Meisters des nächstfolgenden Schieberegisterelements und nicht für den in der Zeichnung dargestellten und die Transistoren Γιο— Tn enthaltenden Meister verwendet. Die Eingangsverbindung zu dem Meister mit den Transistoren Γιο- Γ12 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 Tb und Tj zugeführt werden, die zu dem Sklaven des genannten vorhergehenden Elements gehören. Die Bahui 45 ist mit dem p-leitenden Basisgebiet ßi2 des inversen vertikalen npn-Transislors Γ12 und mit dem η-leitenden Kollektorgebiet 16 des inversen vertikalen npn-Transistors Γιο verbunden. Die Bahn 46 ist mit dem η-leitenden Kollektorgebiet 18 des Transistors Tj₂ und mit dem p-leitenden Basisgebiet ßio des Transistors Γιο 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 gegenüberliegenden Seiten der Schaltung die nötigen Einstellströme empfangen kann, wobei der eine Injektor 22, 32 die bistabilen 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 angeschlsosen sind.

In F i g. 5 und 6 ist ein Teil einer anderen integrierten

s 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 F i g. 1 und 2 gleich, wobei der Hauptunterschied darin besteht, daß die Anzahl Transistoren nun zehn statt zwölf beträgt, wobei die Transistoren Te und T₈ aus den F i g. 1 und 2 in der Ausführungsform nach F i g. 5 nicht vorhanden sind. Die Basisgebiete der Transistoren Γι - T₅, T₇ und T₉-T₁₂ sind mit B_x - B₅, B₇ bzw. B₉ - B₁₂ bezeichnet Die bistabile Sklavenschaltung enthält die Transistoren Tg-T₁₂ und die bistabile Meisterschaltung enthält die Transistoren T₁-Ts und T₇. Diese Transistoren sind in der Nähe einer Seite eines allen vorhandenen Schaltungselementen gemeinsamen Halbfeilerkörpers angebracht.

In F i g. 5 und 6 sind die verschiedenen Gebiete und Schichten, die denen in der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2 entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern und -buchstaben bezeichnet und die Linienbezeichnung für die verschiedenen Gebiete in den F i g. 1 und 5 ist identisch. Der Siliciumkörper enthält ein p-Ieitendes 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 p⁺-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 Zählereiement 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 F i g. 5 und 6, der für die Strominjektionsschaltungen gewählt ist, ermöglicht es, die Strominjektionsschaltungen und die peripherisehen Schaltungen, wie TTL-Schaltungen, gleichzeitig auf dem Halbleiterkörper mittels Vorgänge anzubringen, die für die Herstellung peripherischer Schaltungen üblich sind.

In der Nähe der Trennfläche zwischen der n-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 streifenförmige η⁴-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 Injektorgebiete 21 und 22 und die Gebiete S₂, Ö4, ßio und Si₂, wobei die letzten vier Gebiete die Basisgebiete der inversen vertikalen npn-Transistoren T₂, Ti, Γιο bzw. Tl₂ 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 T₂, Tt, Γιο und Tu 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 Mehrschichtstrominjektionsstruktureru So bildet das p-leitende Gebiet 21 die erste Schicht von zwei Dreischichtstrominjektionsstrukturen, und zwar einer durch die Gebiete 21, ßg, Bio gebildeten Struktur und einer anderen durch die Gebiete 21, ßn und Bu gebildeten Struktur. Diese zwei Dreischichtstrominjektionsstrukturen liefern die Haupteinstellströme für die p-leitenden Basisgebiete ßio und ßi2 der inversen vertikalen npn-Transistoren 7io und Tn und sind selber als lateral angebrachte pnp-Transistoren 7* Tn zu betrachten.

Die Teile Bg und ßn der η-leitenden epitaktischen Schicht 2, die die Basisgebiete der Transistoren 7c> und 71i bilden, werden auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten von den p-leitenden Gebieten 21, ßio und Bn und auf zwei weiteren einander gegenüberliegenden Seiten von Teilen des n+-diffunJierten Gebietes 5 begrenzt, wie in der Ausführungsform nach den F i g. 1 und 2.

Das p-leitende Gebiet 22 bildet die erste Schicht von zwei Dreischichtstrominjektionsstrukturen und zwei Fünfschichtstrominjektionsstrukturen, wobei die ersten drei Schichten einer Fünfschichtstruklur die drei Schichten einer Dreischichtstruktur bilden. So bilden die Schichten 22, ß,, B₂ und 22, Bj, B₄, wie in der Ausführungsform nach den Fig. 1 und 2, ein Paar Dreischichtstrominjektionsstrukturen. Diese liefern Einstellstrom für die p-leitendcn Basisgebiete B₂ und B* der inversen vertikalen npn-Transistoren Ti bzw. Ta und sind selber als lateral angebrachte pnp-Transistoren T\ und Ti zu betrachten.

Diese pnp-Transistoren T\ und Ti weisen n-leitende Basisgebiete B\ bzw. B} auf, die auf zwei einander gegenüberliegenden Seiten von dem η+ -Gebiet 5 begrenzt werden. Die Transistoren T₂ und Ta sind als erste Schaltungselemente mit zu polarisierenden Zonen B₂ und Ba zu betrachten.

Das n+-Gebiet 5 befindet sich nicht zwischen den nebeneinanderliegenden Rändern der p-leitenden Gebiete B₂ und ßio und diese Gebiete werden also durch η-leitendes Material der epitaktischen Schicht 2 getrennt, die mit Bs bezeichnet ist. Auf ähnliche Weise werden die p-leitenden Gebiete Ba und Bn durch η-leitendes Material der epitaktischen Schicht 2 getrennt, die mit Bj bezeichnet ist. Auf diese Weise wird eine FUnfschichtstrominjektionsstruktur durch die Gebiete 22, ß|, Bi, Bs, ßio und eine weitere Fünfschichtstrominjektionsstruktur durch die Gebiete 22, Bi, Ba, Bj, Bn gebildet. Diese können Einstellströme liefern, die verhältnismäßig für die p-lcitcnden Basisgebicte ßio und Bn tier inversen vertikalen npn-Transisloren Ti ο bzw. Tn 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 Fig. I und 2 auseinandergesetzten Grunde sind die Einstellströme, die von den Fünfschichtinjektionsstrukturen den Basiszonen ßio und ßi2 der invert en vertikalen npn-Transistoren Γιο und Tn geliefert werden können, erheblich kleiner als die Einstellströme, die von den Dreischichtinjektionsstrukturen (von denen die Schichten mit den ersten drei Schichten der genannten Fünfschichtinjektionsstrukturen gemeinsam sind) den Basiszonen B₂ und Ba der inversen vertikalen npn-Transistoren T^ und Ta 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 B₂ und Ba und die Trennung zwischen den Gebieten Bw und B₂ und die Trennungen zwischen den Gebieten By₂ und Ba. Weiter sei bemerkt, daß die Trennung zwischen dem Injektorgebiet 22 und den fünften Schichten B₁₀ und Bn der Fünfschichtstrukturen erheblich größer als eine Minoritätsladungsträgerdiffusionslänge in der epitaktischen n-leitenden

ίο Schicht 2 ist und daß daher keine direkte Verschiebung injizierter Löcher zu den p-leitenden Gebieten ßio und Bu stattfinden wird.

Die zwei Fünfschichtstrominjektionsstrukturen, die die verhältnismäßig kleineren Einstellströme für die Basiszonen ßio und Bn liefern können, sind als eine Reihenschaltung zweier lateraler pnp-Transistoren zu betrachten, wobei das Kollektorgebiet des ersten lateralen pnp-Transistors (T] oder Tj) mit dem Emittergebiet des zweiten lateralen pnp-Transistors (Ts oder Tj) gemeinsam ist, während die genannten ersten und zweiten lateralen Transistoren η-leitende Basisgebiete aufweisen, die miteinander über die vergrabene n⁺-Schicht53 verbunden sind. Die p-leitende Kollektorgebiete der lateralen pnp-Transistoren Ts und Tj sind gemeinsam mit den Basisgebieten ßio und ßu der inversen vertikalen npn-Transistoren T₁₀ und Tn, wobei die genannten Basisgebiete mit Haupteinstellströmen aus den pnp-Transistor-Dreischichtinjektionsstrukturen 21, B₉, ßio und 21, ßn, ßi₂ gespeist werden, wenn die Taktstromquelle CCSauf einem höheren Pegel liegt.

Die Aluminiumleiterbahnen 61—64 liegen an der Oberfläche der Siliciumoxidschicht 4 und sind mit verschiedenen Gebieten über Löcher in der genannten Oxidschicht in Kontakt. Diese Bahnen bilden Verbinduingswege zwischen verschiedenen Gebieten in den bistabilen Meister- und .Sklavenelementen. Eine weitere leitende Aluniiniumbahn 65, die an ein Kollektorgebict 19 des Transistors T₂ angeschlossen ist, bildet einen Ausgangsleiter und ist nachstehend mit Q bezeichnet.

■40 Wie 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-luitendc 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 Fig. 5 und 6, wobei die ßasissymbolc der lateralen pnp-Tr;insistoren 71, 7Ί, 7"^, Ti, Ti, Tu als waagerechte Linien und die ßasissymbole der vertikalen npn-Transistoren T₂, Ta, Γιο, 7Ί) mit senkrechten Linien angegeben sind. Es leuchtet ein, daß die Schaltung der nach Fig. J in bezug iiuf die kreuzgekoppelicn Transistorpaare Γ>, Ta und 71«, 71.» 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 ζ)'zu erhalten. Der Unterschied zwischen den Schaltungen liegt in der Rückkopplungsschleife von dem Sklaven zu dem Meister. In der Schaltung nach F i g. 7 ist der Kollektor des Transistors Tj direkt mit der Basis von T]₂ verbunden und der Kollektor von Ts liegt unmittelbar an der Bais des

Transistors Γιο- Die Schaltung nach Fig. 7 wirkt auf ähnliche Weise wie die Schaltung nach F i g. 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 Fünfschicntstrominjektionsstrukturen, zugeführt und dadurch wird die Lage des Meisters vorher bestimmt und der Meister wird in der vorher bestimmten Lage verriegelt, weil die Taktstromque'le, die am Meister anliegt, anschließend von dem niedrigen Pegel an ansteigt Die Reihenfolge des Wirksamwerdens ist der der F i g. 3 analog und es wird eine ähnliche Meister-Sklave-Wirkung erhalten.

Das »Zweiteiler«-Zählerelement nach F i g. 5 und 6 kann zu einem bistabilen /-/(-Multivibrator oder einem anderen bistabilen Element, z. B. einem Schieberegisterelement, angepaßt werden. So kann der Aufbau der Vorrichtung nach den Fig.5 und 6 auch als eine Ausführungsform eines anpaßbaren Bausteins für viele übliche bistabile Schaltungen betrachtet werden. An Hand der Fig.8 wird nun eine derartige Anpassung beschrieben. Die genannte Figur zeigt eine Draufsicht auf ein vollständiges Meister-Sklave-Schieberegisterelement M_x, S_x, das durch Anpassung des Basiselements nach den Fig.5 und 6 erhalten ist. Die Figur zeigt außerdem den Sklaven S_x-\ des vorhergehenden Schieberegisterelements und den Meister M_x ι des nächstfolgenden Schieberegisterelements, wobei die genannten vorhergehenden und nächstfolgenden Elemente in bezug auf den Aufbau mit dem vollständigen Jo Element M_x, S_x identisch sind. Teile, Schichten und Gebiete, die denen nach F i g. 5 und 6 entsprechen, sind hier mit den gleichen Symbolen bezeichnet. In jedem vollständigen Meister-Sklave-Elcment weist das p-leitende Gebiet S? in dem Sklaven nahezu die gleiche Oberfläche wie das p-leitende Gebiet B₄ auf und enthält nur ein einziges η-leitendes Oberflächengebiet, und zwar das Gebiet 11. Es sei bemerkt, daß in Fig.8 der Meister und der Sklave in jedem vollständigen Element M_x, S_x seitlich in bezug aufeinander verschoben sind. Der Meister M_x und der Sklave 5» sind über Aluminiumbahnen 67 und 68 miteinander verbunden. So bildet die Bahn 67 eine Verbindung zwischen dem n-leitenden Kollektorgebiet 12 des inversen vertikalen npn-Transistors 7i und dem p-leitenden Basisgebiet Bi des inversen vertikalen npn-Transistors Ti im Sklaven 5» erstreckt sich weiter über die isolierende Oberflächenschicht und bildet eine Verbindung mit dem η-leitenden K.ollektorgebiet 17 des inversen vertikalen npn-Transistors Tu im Meister M_x. Auf ähnliche Weise bildet die Bahn 68 eine Verbindung zwischen dem p-leitenden Busisgebiet ß₄ Jes inversen vertikalen npn-Transistois 7"₄ und dem η-leitenden Kollektorgebiet Il des inversen vertikalen npn-Transistors Ti im Sklaven .S',, welche Bahn sich weiter über die isolierende Oberflächenschicht erstreckt und eine Verbindung mit dem nleiiendcn Kolleklorgebiet 15 des inversen vertikalen npn-Transisiors 7_n in dem Meister M_x bildet.

In dieser Ausführungsform erfolgt eine Kopplung zwischen den aufeinanderfolgenden Schieberegistereletnenten mittels der wiederinjizierten Einstellströme, die von den lateralen pnp-Transistoren Bi, B% ßw und B*, Bi, Bn den Basiszonen der weiteren Transistoren geliefert werden, die durch die Meisterlransistoren T]₀ bzw. Tn gebildet werden, wenn die Taktstromquelle die Haupteinstellströme der genannten Transistoren Ti₀ und Tn herabsetzt. Auf diese Weise beeinflußt der Sklave S_x-\ den Meister M_x, wie der Sklave 5, den Meister M, ₊ i über die mit den genannten wiederinjizierten Einstellströmen erhaltene Vorbereitung. Es sei bemerkt, daß in der Ausführungsform des Schieberegisters nach F i g. 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 Fig.9 und 10 wird nun eine weitere Ausführungsform eines Zweiteilerzählerclements einer integrierten Schaltung beschrieben. Dieses Element enthält ein bistabiles Meister-Sklave-Element mit den gleichen Transistoren und Verbindungen wie das Meister-Sklave-Element nach den Fig. 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-!eitenden Schicht 2.

Es ist ein zusätzliches p-leiiendes Gebiet Bu vorhanden, das von dem p-leitenden Injekiorgebiet 2) durch einen Teil Bu der η-leitenden epitaküschen Schicht 2 getrennt ist. In dem p-leitenden Gebiet Bu befinden sich zwei η-leitende Gebiete 73 und 74. Eine weitere Dreischichtstrominjektionsstruktur wird durch die Gebiete 21, Bn, ß_]4 gebildet und ist als ein lateraler pnp-Transistor Tn zu betrachten. Diese Struktur liefert ein Einstellstrom an das Gebiet B\*, das die Basiszone eines inversen vertikalen npn-Hilfstransistors 7I₄ bildet, dessen η-leitende Emitterzone durch die n-leitende epitaktische Schicht 2 gebildet wird und dessen beide Kollektorzonen durch die η-leitenden Gebiete 73 und 74 gebildet werden. Eine Aluminiumbahn 75 steht mit dem Basisgebiet ßu über eine Öffnung in der Oxidoberflächenschicht in Kontakt und beim Betrieb liegt diese Bahn an einer Eingangsstromqueüe von Taktinipulsen CPI.

Ein Kollektorgebiet 73 des Hilfstransistors TU ist mit einem Kollektorgebiet des Transistors Ti₀ und das andere Kollektorgebiet 74 des Transistors Ti₄ ist mit einem Kollektorgebiet des Transistors Ti₂ verbunden.

Fig. 10 ist ein Schaltbild des Zählerelements, das in Fig.9 in Draufsicht dargestellt ist. Die Wirkungsweise dieser Schaltung ist der der Schaltung nach F i g. 7 analog, wobei der Hauptunterschied darin besteht, daß die p-leitenden Injektorgebiete mit derselben festen Stromquelle verbunden sind und das Taktimpulse über die Transistoren 7"u und 7"U zugeführt werden. Die bistabile Meisterschaltung mit den Transistoren 71 - T₄, Tj, Tj wird dadurch auf einen niedrigeren Pegel gebracht, daß die Einstellströme, die von den Dreischichtstrominjektionsstrukturen 21, Ät. ßiooder2l, Wn, B\2 geliefert werden, abgeleitet werden, welche Ableitung durch den Transistor Tu über die betreffenden Basiskontakte zu den Transistoren Tm und Ta erfolgt. Der Einstellstrom für den Transistor 7"i₄ wird vom Transistor Tn geliefert, der durch die Dreischichtinjektionsstruktur 21, Bn, Bu geliefert wird. Wenn der Meister auf diese Weise auf einen niedrigeren Pegel gebracht wird, liefert die betreffende Fünfschichtinjektionsstruktur 22, Bj, ß₄, 07, Bn oder 22, B\, 02, Ö5, ß_to den Basiszonen der Transistoren T\i bzw. Γιο einen wiederinjizierten Einil .'!!strom, wobei der genannte Einstdlstrom erheblich kleiner als der Einstellstrom ist, der von der betreffenaen Dreischichtinjektionsstruktur 22, B), ß₄ oder 22, B\, B₂ der Basiszone des Transistors Ta oder T2 geliefert wird und zur Vorbereitung der Lage des Meisters auf die für die vorhersehenden Ansfiih-

rungsformen bereits beschriebene Weise dient. Da in diesen Ausführungsformen Tu normalerweise gesperrt ist, wird sein Einstellstrom, der vom Transistor T^ geliefert wird, in der genannten gesperrten Lage von dem Taktimpulseingang CPI herabgesetzt und wenn der Taktimpulseingang derartig ist, daß der genannte Einstellstrom nicht mehr abgeleitet werden kann, wird der Transistor Tu allmählich leitend und leitet auf diese Weise die Einstellströme von 7io sowie von T12 ab, wodurch der 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 Tu wieder auf einen höheren Pegel gebracht.

Es leuchtet ein, daß der Taktimpulseingang eine einfache Verbindung mit dem Basisgebiet des Transistors Tu in einer Reihe von Zählerschaltungen ist; der Taktimpulseingang kann vom Ausgang ζ) 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 F i g. 3 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 Γιβ und Tj₈, deren Kollektorgebiete mit den Basisgebieten der Transistoren T₈ bzw. Tt verbunden sind. Die Transistoren Tie und 71b werden mit einem primären Einstellstrom über Dreischichtstrominjektionsstrukturen gespeist und sind als laterale pnp-Transistoren Tis und Tu dargestellt. Die ersten Gebiete dieser Dreischichtstrominjektionsstrukturen werden mit der festen Stromquelle FCS verbunden. Es leuchtet ein, daß diese Schaltung mit den zusätzlichen Transistoren Tis, Τίβ, Tj₇ und Tie leicht als eine integrierte Schaltung unter Verwendung der Struktur nach F i g. 1 ausgeführt werden kann, wobei zwei weitere laterale pnp-Dreischichtstrominjektionsstrukturen und zwei weitere inverse vertikale npn-Transistoren vorgehsen sind. Die K- und /-Eingänge sind mit den Basiszonen der Transistoren T16 und Tj₈ verbunden, die bei der Ausführung als integrierte Schaltung durch die dritten Schichten der weiteren Dreischichtstrominjektionsstrukturen gebildet wird. Die K- und /-Eingänge sind Stromabflußleiter, die dadurch ein- und ausgeschaltet werden können, daß die Eingänge geerdet werden oder nicht. Wie bei der Schaltung nach F i g. 3 erfolgt die Vorbereitung des Meister-Flipflops über einen der Transistoren Tf, oder T₈, so daß durch das Einschalten des Transistors T₁₈ oder T₁₆ die Vorbereitung übersteuert werden kann, wodurch die /- und K-Eingänge den nächsten Zustand des Flipflops regeln können.

Wenn beide K- und /-Eingänge geerdet sind, werden die von der festen Stromquelle FCS gelieferten Einstellströme für Tie und Ti₈ abgeführt und sind die Transistoren Ti₆ und 7I₈ beide gesperrt Die Schaltung wirkt nun wieder auf die für die Schaltung nach Fi g. 3 beschriebene Weise.

Fig. 12 zeigt ein K-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 F i g. 3 entsprechen, mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.

Weitere Transistoren 7I₉-T₂₄ sind vorgesehen, wobei die R- und 5-Eingänge mit den Basis-Elektroden der Transistoren T21 und T24 verbunden sind.

Die Schaltung ist als eine integrierte Schaltung ausgeführt unter Verwendung von Slrominjektionslechniken auf die bereits für die vorhergehenden Ausfüh rungsformen beschriebene Weise. Die Mehrsehiehl-Strominjektionsstrukturen zur Lieferung eines primärer Einstellstroms an die kreuzgekoppelten TYansistorpiiarc in dem Meister und dem Sklaven enthalten je drei hintereinander angeordnete Zonen abwechselndci Leitfähigkeitstypen. Auf diese Weise werden die inversen vertikalen npn-Transistoren Tio, Tn, Ti und T, mit einem primären Einstellstrom über Dreischichl-Strominjektionsstrukturen gespeist und als laterale pnp-Transistoren T9, Tu, Ti bzw. T3 dargestellt. Die ersten Zonen von T₉ und Tn sind mit einer Taktstrom

is quelle CCS verbunden, während die ersten Zonen vor Ti und T3 mit einer festen Stromquelle FCS verbunder sind.

Laterale pnp-Transistoren Ti₉ und T₂₀ und laterale pnp-Transistoren Tn und Tn werden durch ein Paar vor Fünfschichtstrominjektionsstrukturen gebildet, derer erste Zonen beide mit der festen Stromquelle FCi verbunden sind. Auf diese Weise kann ein wiederinjizierter Einstellstrom von geringerer Größe als der vor den Dreischichlstrominjektionsstrukturen gelieferte primäre Einstellstrom den inversen vertikalen npn-Transistoren T21 und T24 geliefert werden, derer Basiszonen durch die fünften Zonen der Fünfschicht Strominjektionsstrukturen gebildet werden, und zwai die Kollektorzonen von Tm bzw. T23. Die genannter Transistoren T21 und Tu dienen, wenn sie von derr genannten wiederinjizierten Einstellstrom in der »Ein«-Zustand gesteuert werden, dazu, wenigstens einen Teil des primären Einstellstroms, in Abhängigkeil von seinem Pegel, abzuführen, der aus der Taktstrom· quelle CCS den Transistoren Tio und T^ von der Dreischichtinjektionsstrukturen geliefert wird, die durch die lateralen pnp-Transistoren T₉ bzw. Tn gebildet werden.

Die R- und 5-Eingänge sind Stromabflußleitungen die im »Ein«-Zustand den wiederinjizierten Einstellstrom aus den Transistoren T20 und T_n abführen und aul diese Weise bewirken, daß die Transistoren T21 bzw. T2/ nichtleitend werden.
Die Wirkungsweise der Schaltung kann dadurch veranschaulicht werden, daß zunächst davon ausgegangen wird, daß das Flipflop von Seingestellt ist, wobei R »Ein« ist. Wenn R ausgeschaltet und S eingeschalte! wird, wird kein wiederinjizierter Strom aus Ti( abgeführt, wodurch T₂, »Ein« ist. Ein Anteil des von Tc

so an den Transistor Tio gelieferten Einstellstromes ist also über die Kollektor-Emitter-Strecke von T21 abgeführt welcher Anteil durch die Anordnung von Ti₉, T₂ound T21 in bezug auf Verstärkungsfaktoren vorher bestimm! wird. Während des normalen Pegels der Taktimpulsquelle erfolgt weiter nichts und der Zustand de: Meisters bleibt somit unverändert

Wenn die Taktimpulsquelle herabgesetzt wird, wird ein größerer Anteil des von T₉ an T_)o gelieferter Einstellstroms über T21 abgeführt, so daß der wiederinjizierte Einstellstrom, der an T₂\ geliefert wird, zui Vorbereitung des Zustandes des Meisters verwende! wird, weil endgültig Tio ausgeschaltet und T12 eingeschaltet wird, wenn der Taktimpuls zu seinem normaler Pegel am Ende der Taktimpulsperiode zurückkehrt

Auf gleiche Weise kann 7ϊο dadurch auf den leitender Zustand vorbereitet werden, daß der gesetzte Eingang ί ausgeschaltet und der Rückstelleingang R eingeschalte! wird.

Bei einer Abwandlung dieser Schaltungsanordnung werden die Transistoren T₂\ und T₂* weggelassen und werden die wiederinjizierten Einstellströme, die von Tig, T₂₀ und Γ22. 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 T₂₀ mit der Basis von Tn und der Kollektor von T₂₃ mit der Basis von 7ϊο verbunden ist.

Fig. 13 zeigt ein Flipflop 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 Γ25 vorhanden ist, um die Zufuhr von wiederinjiziertem Einstellstrom zu Y21 und 724 zu regein. Die Basis von 725 wird durch die dritte Zone der Fünfschichtstrominjektionsstruktur gebildet, die aus den Transistoren Γ22 und Tn besteht. Die Kollektorzone des Transistors Ta ist mit der dritten Zone der durch die Transistoren ΤΊ9 und T20 gebildeten Fiinfschichtstrominjektionsstruktur verbunden. Der Transistor Γ25 wird mit einem primären Einstellstrom aus der festen Stromquelle von dem Transistor Γ22 gespeist, der durch die ersten drei Schichten der betreffenden Fünfschichtstrominjektionsstruktur gebildet wird. Der D-Eingang ist mit der Basiszone des Transistors Tk verbunden.

Grundsätzlich ist die Wirkungsweise der Schaltung der des /?-S-Flipflops nach Fig. 12 analog, wobei der wesentliche Unterschied darin besteht, daß der Transistör Γ25 zum Invertieren des Daleneingangs D verwendet wird, damit ein »R«- und ein »S«-Eingang erhalten werden, die somit immer komplementär sind. Die R- und 5-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-Übergängen 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 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.

Hierzu 9 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Elektrische Schaltung mit mindestens einem bistabilen Meister-Sklave-Flipflop für den Betrieb mit einem einzigen Taktimpulseingang, in integrierter Strominjektions-Logik-Technik (PL), bei der der Basis der Transistoren eingeprägte Einstellströme zugeführt werden und jeweils der Kollektor eines steuernden Transistors direkt mit der Basis des gesteuerten Transistors zum Ableiten von dessen Einstellstrom verbunden ist, wobei das Meister-Flipflop ein kreuzweise gekoppeltes Transistorpaar und das Sklave-Flipflop ein weiteres kreuzweise gekoppeltes Transistorpaar enthält, dadurch gekennzeichnet, daß das Transistorpaar (Tt, T₃) im Sklave-Flipflop einen Einstelistrom fester Größe erhält, daß das Signal a,n Taktimpulseingang (CCS) den Pegel des primären Einstellstromes bestimmt, der dem Transistorpaar (71ο, 7Ϊ2) im Meister-Flipflop zugeführt wird, daß weitere Stromquellen (Ts, Tt, Ti, Tf, Γ21, T24) vorhanden sind, die vom Sklave-Flipflop bzw. von äußeren Eingängen (J, K; R, S; D) gesteuert sind und von der festen Stromquelle (FCS) sekundäre Einstellströme geringerer Größe ableiten, die dem Transistorpaar (7I₀, 7I2) oder mit diesem Paar verbundenen Transistoren (Ti, Tw) im Meister-Flipflop oder in einem weiteren Meister-Flipflop eines vorhergehenden oder nachfolgenden Meister-Sklave-Flipflops zugeführt werden und deren Größe so gewählt ist, daß sie den Zustand des Meister-Flipflops nicht beeinflussen, wenn der vom Signal am Takteingang (CCS) gesteuerte primäre Einstellsirom auf einem normalen Pegel liegt, und die den Zustand des Meister-Flipflops vorbereiten, wenn der primäre Einstellstrom auf einem niedrigen Pegel liegt, und damit die Lage des Meister-Flipflops und davon gesteuert die Lage des Sklave-Flipflops bestimmen, wenn der primäre Einstellstrom auf den normalen Pegel zurückkehrt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mehrschichtstrominjektionsstrukturen vorgesehen sind, die den Transistoren (T2, Ti) im Sklaven die primären Einstellströme liefern und die je fünf aufeinanderfolgende Zonen (22, S3, S₄, Br, Bg/22, S₁, B₁, B₅, S₆) abwechselnder Leitfähigkeitstypen enthalten, wobei die dritten Zonen die Basiszonen (B₂, ß») des kreuzgekoppelten Transistorpaares (T₂, T\) im Sklaven und die fünften Zonen (Bt, ße) die Basiszonen der Transistoren (Tt, 71) bilden, die mit einem sekundären Einstellstrom in Form eines wiederinjizierten Einstellstroms gespeist werden, und in jeder der genannten Strukturen die erste Zone (22) eine Injektionszone bildet, die über einen Anschluß (32) mit einer Einstellstromquelle (FCS) verbunden ist und die zweite Zone (B\, Bi) an eine andere Klemme der Einstellstromquelle (FCS) angeschlossen ist, wodurch der gleichrichtende Übergang zwischen dem ersten Gebiet (22) und dem zweiten Gebiet (Bt, Bi) in der Durchlaßrichtung für die Injektion von Minoritätsladungsträgern in das zweite Gebiet polarisierbar ist, welche Träger das dritte Gebiet (B₂, S₄) über den gleichrichtenden Übergang zwischen dem zweiten (Bi, Bz) und dem dritten Gebiet (Bi, S₄) erreichen, wobei das dritte Gebiet (Bi, B*) aufs neue Minoritätsladungsträger in das vierte Gebiet (B5, Bj) injizieren kann, die das fünfte Gebiet (Bt, Bs) über den gleichrichtenden Übergang zwischen dem vierten und dem fünften Gebiet erreichen (F i g. 1,2,3).

3. Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten und vierten Gebiete (Bt, B3/B5, Bj) ein gemeinsames Halbleitergebiet sind, das die Emitterzonen des kreuzgekoppelten Transistorpaares (Ti, T4) im Sklaven und die Emitterzonen der mit wiederinjiziertem Einstellstrom gespeisten Transistoren (Tt, Ta) bildet, wobei die Kollektorzonen (11,12) des kreuzgekoppelten Transistorpaares (T₂, T₄) im Sklaven als Oberflächenzonen in den dritten Gebieten (B₂, B*) mit einem dem der dritten Gebiete (B₂, B₄) entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp vorhanden sind und die Kollektorzonen (13, 14) der mit wiederinjiziertem Einstellstrom gespeisten Transistoren (Tt, Tj) als Oberflächenzonen in den fünften Gebieten (Bt, Sg) mit einem dem dieser Gebiete entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp vorhanden sind (F i g. 1).

4. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit wiederinjiziertem Einstellstrom gespeisten Transistoren (T₆, T_t) einzelne Transistoren sind, die in die Rückkopplungsleitung zwischen dem Sklaven und dem Meister aufgenommen sind und deren Kollektorzonen (13, 14) kreuzweise an die Basiszonen (S10, B₁₂) der Transistoren des kreuzgekoppelten Transistorpaare·, (To, Tn) in dem Meister angeschlossen sind (Fig. 3).

5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit wiederinjiziertem Einstellstrom gespeisten Transistoren (T_b, T_s) einzelne Transistoren sind, die zwischen dem Sklaven einer Meister-Sklave-Schaltung und einem weiteren Meister einer nächstfolgenden ähnlichen Meister-Sklave-Schaltung angeordnet sind (F i g. 4).

6. Schaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß das kreuzgekoppelte Transistorenpaar (Tto, Tt₂) im Meister mit Einstellstrom mittels zweier Strominjektionsstrukturen gespeist wird, die aus drei hintereinander angebrachten Gebieten (21, B₉, S,₀/21, S_n, B_n) abwechselnden Leitfähigkeitstyps bestehen, von denen die dritten Gebiete (Bt₀, Bt₂) die Basiszonen der genannten Transistoren (7I₀, 7I2) und die zweiten Gebiete (B₉, Si 1) einen Teil eines gemeinsamen Gebietes bilden und die Emitterzonen der genannten Transistoren (Tto, Tt₂) sind, und wobei die Kollektorzonen (16,18) der genannten Transistoren (Γιο, Γ12) als Oberflächenzonen in den dritten Gebieten (Sio, S12) mit einem dem dieser Gebiete entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp vorhanden sind, und daß in jeder der genannten Dreischichtstrukturen (21, S₉, S|₀/21, Sn, Si2) das erste Gebiet ein Injektorgebiet mit einem Anschluß (31) zum Auslegen des einen Pols einer Einstellstromquelle (CCS) bildet, wodurch der gleichrichtende Übergang zwischen dem ersten (21) und dem zweiten Gebiet (S₉, Su) in der Durchlaßrichtung für die Injektion von Minoritätsladungsträgern in das zweite Gebiet (Bt, Bn) polarisiert werden kann, welche Träger das dritte Gebiet (B\o, Bt₂) über den gleichrichtenden Übergang zwischen dem zweiten (S₉, Sn) und dem dritten Gebiet (Sm, Bt₂) erreichen (F ig. 5,6,7).

7. Schaltung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Taktimpulsquelle (CCS) einen Einstellstrom zwischen den ersten und zweiten

Gebieten (21, Bg, Bn) der Dreischichtstrominjektionsstruktur, die zum Meister gehört, anlegt und den Strom darin einstellt, und daß eine Quelle (FCS) einen konstanten Einstellstrom zwischen den ersten und zweiten Gebieten (22, B_x, S₃) der Fünfschicht-Strominjektionsstrukturen anlegt, die zu dem Sklaven gehören (F i g. 5).

8. Schaltung nach Anspruch 4, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Meister-Sklave-Flipflon als ein Impulsuntersetzerelement mit mindestens einer Ausgangsverbindung (65) mit dem Basisgebiet (Bi, St) eines der Transistoren des kreuzgekoppelten Paares (Tz, T₄) im Sklaven ausgebildet ist (F i g. 5).

9. Schaltung nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Meister-Sklave-Flipflopschaliungen ein Schieberegister bilden, wobei die Verbindung zwischen aufeinanderfolgenden Schieberegisterelementen (S_x-1, M_x) zwischen den Kollektorgebieten der einzelnen, mit wiederinjiziertem Einstellstrom gespeisten und zu dem Sklaven einer Schaltung gehörigen Transistoren und den Basisgebieten (Bio, Bn) des kreuzgekoppelten Transistorpaares (Tto, Tn) in dem Meister (M_x) der nächstfolgenden Schaltung vorhanden sind (F i g. 8).

10. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3. dadurch gekennzeichnet, daß die mit wiederinjiziertem Einstellstrom gespeisten Transistoren d irch das kreuzgekoppelte Transistorenpaar (Ti₀, /Ί₂) im Meister (M_x)gebildet werden.

11. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit wiederinjiziertem Einstellstrom gespeisten Transistoren durch das kreuzgekoppelte Transistorenpaar in einem vorhergehenden oder nächstfolgenden Meister-Sklave-Flipflops einer Reihe von gleichen Meister-Sklave-Flipflops gebildet werden.

12. Schaltung nach Anspruch 9 oder 10 und gegebenenfalls Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß dab kreuzgekoppelte Transistorpaar (Tw, Tn) im Meister einen primären Einstellstrom mittels zweier Strominjektionsstrukturen empfängt, die aus drei aufeinanderfolgenden Gebieten (21, So, Bio/21, Sn, Bn) abwechselnder Leitfähigkeitstypen bestehen, von denen die dritten Gebiete (B\o, Bn) die zugleich die fünften Gebiete fßio, Bn) der genannten Fünfschichtstrominjektionsstrukturen (22, S₃, S₄, S₇, S12/22, Si, B₂, S₅, βίο) bilden, die zu dem Sklaven gehören, die Basiszonen (Bio, Bn) der genannten Transistoren (Tio, Tn) bilden, während die zweiten Gebiete (B?, Bu) einen Teil eines gemeinsamen Gebietes bilden und die Emitterzonen der genannten Transistoren (T\o, Ti₂) sind, und wobei die Kollektorzonen (16, 18) der genannten Transistoren (Γιο, Tn) als Oberflächenzonen in den dritten Gebieten (Bw, Bn) mit einem dem dieser Gebiete entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp vorhanden sind, während in jeder der genannten Dreischichtstrukturen (21, S₉, Bio/21, flu, B₁₂) das erste Gebiet (21) ein Injektorgebiet mit einem Anschluß (71) zum Anlegen einer Polarität einer Einstellstromquelle (FCS) bildet und das zweite Gebiet (B₉, Bu) einen Anschluß für eine andere Polarität der genannten Einstellstromquelle (FCS) 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 (Bw, Bn) über den gleichrichtenden Übergang zwischen dem zweiten und dem dritten Gebiet (Bj, B\o/R\\, Bn) erreichen (Fig-9).

13. Schaltung nach Anspruch 6 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hilfstransistor (Tu) vorgesehen ist, der mit Einstellstrom mittels einer weiteren Strominjektionsstruktur mit drei hintereinander angeordneten Gebieten (21, /?u, Bm) abwechselnder Leitfähigkeitstypen gespeist wird, deren drittes Gebiet (Bn) die Basiszone (Bu) des Hilfstransistors (Tu) und deren zweites Gebiet (B_u) die Emitterzone des Hilfstransistors (Tu) bildet wobei dieser Hilfstransistor (Tu) zwei Kollektorzonen (73, 74) in Form von Oberflächenzonen in dem dritten Gebiet (Bu) mit einem dem dieses Gebietes entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp enthält die mit den Basiszonen (Bio, #12) der Transistoren des kreuzgekoppelten Paares (T\o, Tn) in dem Meister verbunden sind, wobei das erste Gebiet (21) der Dreischichtstrominjektionsstniktur ein Injektorgebiet bildet, und wobei das Meister-Sklave-Flipflop eingerichtet ist für Betrieb mit einer konstanten Quelle von Einstellstrom (FCS), der zwischen den ersten und zweiten Gebieten der zu dem Meister gehörigen Dreischichtstrominjektionsstrukturen (21. B₉, Bio/21, Bn, Bi₂/21, B_n, ß_u) und dem Hilfstransistor (Tu) angelegt wird, und mit einer Quelle von konstantem Einstellstrom (FCS), der zwischen den ersten und zweiten Gebieten der Fünfschichtstrominjektionsstrukturen (22, B₃, ß», S₇, ßi₂/22, B₁, B₂, B₅, Bio) angelegt wird, die zu dem Sklaven gehören, während die Basiszone (Bu) des Hilfstransistors (Tu) einen Anschluß (75) zum Zuführen von Taktimpulsen (C77,laufweist(Fig.9,10).

14. Schaltung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Meister-Sklave-Flipflop als ein Zählerelement ausgebildet ist (F i g. 10).

15. Schaltung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Meister-Sklave-Flipflop ein /-/(-Flipflop ist, wobei die Basiszonen der einzelnen Transistoren (T₆, T₈) mit den Kollektorzonen weiterer Transistoren (Tu, Tie) verbunden sind, die mit einem primären Einstellstrom aus der festen Stromquelle (FCS)über Dreischichtstrominjektionsstrukturen (Ti₅, Tu) gespeist werden, wobei die Basiszonen der genannten weiteren Transistoren mit den /- und K-Eingängen verbunden sind (Fig. U).

16. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrschichtstrominjektionsstrukturen (T\, T3/T9, Tu) zur Lieferung eines primären Einstellstroms an die kreuzgekoppelten Transistorpaare (T₂, Γ4/Τ10, Tn) in dem Meiner und dem Sklaven je drei hintereinander angeordnete Gebiete abwechselnder Leitfähigkeitstypen enthalten, die an eine Seite des Halbleiterkörpers grenzen, wobei die dritten Gebiete (B₂, Βλ/Βιο. ß«) die Basiszonen der genannten kreuzgekoppelten Transistorpaare (T₂, Τ4/ΤΊ0, Ti₂) 'bilden, and wobei in jeder dieser Strukturen die erste Zone (21, 22) eine Injektorzone mit einem Anschluß (31, 32) zum Anlegen einer Polarität einer Einstellstromquelle (FCS/CCS) bildet und die zweite Zon'· einen Anschluß für die andere Polarität der genannten Einstellstromquelle (FCS/ CCS) besitzt, während die genannten Anschlüsse (32) der Strominjektionsstrukturen, die zu den genannten Transistoren (T₂, Ta) im Sklaven gehören, für eine feste Stromquelle (FCS) bestimmt sind, und

die genannten Anschlüsse (31) der zu den genannten Transistoren (T₁₀, T₁₂) im Meister gehörigen Strominjektionsstrukturen für eine Taktstromquelle (CCS) bestimmt sind, wobei weitere Mehrschichtstrominjektionsstrukturen (T^, T₂o, T22, T21) vorgesehen sind, die einen wiederinjizierten Einstellstrom dem kreuzgekoppelten Transistorpaar (T\o, T\₂) oder mit diesem Paar verbundenen Transistoren (T₂₁, T₂₄) 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 (FCS) bildet und die zweite Zone einen Anschluß für die andere Polarität der genannten Einstellstromquelle (FCS) besitzt, wobei die fünften Zonen der Fünfschichtstrominjektionsstrukturen (7"i9, Γ20/Τ22, Γ23), 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 (Ty₀, T\₂) oder von mit diesem Paar verbundenen Transistoren (T₂\, 724) in dem Meister bilden (F ig. 12,1,2).

17. Schaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Meister-Sklave-Flipflop ein /?-S-Flipflop ist und die Zufuhr wiederinjizierten Einstellstroms durch die Fünfschichtstrominjektionsstrukturen (Tn, T20/T22, T₂₃) von den R- und S-Eingängen geregelt wird, die mit den dritten Gebieten dieser Strominjektionsstrukturen verbunden sind (F ig. 12).

18. Schaltung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die fünften Gebiete der Fünfschichtstrominjektionsstrukturen (Ti₉, T₂OZT₂₂, T₂₃) die Basiszonen von Transistoren (T₂O, T₂₃) bilden, deren Kollektorzonen mit den Basiszonen des kreuzgekoppelten Transistorpaares (T\o, ΤΊ2) in dem Meister verbunden sind (F i g. 7 und 12).

19. Schaltung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Meister-Sklave-Flipflop ein Flipflop vom D-Typ ist und die Zufuhr wiederinjizierten Einstellstroms durch die Fünfschichtstrominjektionsstrukturen von einem weiteren Transistor ^25) geregelt wird, dessen Basiszone durch das dritte Gebiet einer Fünfschichtstrominjeklionsstruktur (T₂₂, Tn) gebildet wird und dessen Kollektorzone mit dem dritten Gebiet der anderen Fünfschichtstrominjektionsstruktur (Tw, T20) verbunden ist, wobei der genannte weitere Transistor (T₂s) mit einem Einstellstrom über die ersten drei Schichten der genannten einen Fünfschichtinjektionsstruktur (Tu, Ta) gespeist wird und die Basiszone dieses Transistors (T25) mit dem D- Eingang der Schaltung verbunden ist (F i g. 13).