[go: up one dir, main page]

JPH09214321A - Transistor and method for regulating threshold voltage for the same - Google Patents

Transistor and method for regulating threshold voltage for the same

Info

Publication number
JPH09214321A
JPH09214321A JP8014542A JP1454296A JPH09214321A JP H09214321 A JPH09214321 A JP H09214321A JP 8014542 A JP8014542 A JP 8014542A JP 1454296 A JP1454296 A JP 1454296A JP H09214321 A JPH09214321 A JP H09214321A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
transistor
voltage
inverter
leakage current
state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP8014542A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Malhi Sattwinder
マルヒ サットウィンダー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Texas Instruments Inc
Original Assignee
Texas Instruments Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Texas Instruments Inc filed Critical Texas Instruments Inc
Priority to JP8014542A priority Critical patent/JPH09214321A/en
Publication of JPH09214321A publication Critical patent/JPH09214321A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Logic Circuits (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
  • Electronic Switches (AREA)
  • Dram (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress a leak current at the time of off mode by controlling the threshold voltage of an inverter through bias control for both an inverter source voltage and a substrate voltage. SOLUTION: When a low input is impressed to an input 38, transistors 30 and 32 are respectively turned off and turned on, and an output 40 is pulled to an inverter source voltage Vsup. When a high input is impressed, on the other hand, the output 40 is pulled to the low side of a ground Vss 36. A threshold voltage VT of an NMOS transistor 30 can be changed by regulating the value of a substrate bias voltage VSUB1 of a terminal 42 and/or loading bias to the source by changing the voltage of any one of or both of the terminal 34 and the ground Vss 36. Thus, while the transistor is on standby or at the time of off mode, the leak current is minimized by controlling the voltage VT while utilizing the effects of the voltages VSUB and VSUP upon the voltage VT and when the transistor is turned on, a high driving current is waited.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【関連出願との関係】この出願は1994年2月18日
に出願された係属中の米国特許出願通し番号第08/1
98,731号(出願人控え番号TI−17763)と
関係を有するが、その内容をここで引用する。
[Relationship with Related Applications] This application is filed on February 18, 1994 and is pending US patent application serial number 08/1.
98,731 (applicant's copy number TI-17763), the contents of which are hereby cited.

【0002】[0002]

【産業上の利用分野】この発明はマルチモードCMOS
インバータ、更に特定して云えば、ソース及び基板のバ
イアス電圧の値によって動作モードを決定することので
きるこの様なインバータに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION This invention relates to a multimode CMOS.
Inverters, and more particularly, to such inverters whose operating mode can be determined by the value of the source and substrate bias voltages.

【0003】[0003]

【従来の技術及び課題】集積回路の誕生以来、その部品
の寸法を小さくすると共にその詰込み密度を高めること
が絶えず続けられた挑戦であった。この結果、例えばコ
ンピュータ、電話及び時計の様に、その或るものが携帯
式である様な多くの装置に利用される高度に複雑な回路
が存在する様になった。この様な複雑な回路を利用する
装置の寸法が小さくなるにつれて、電源、一般的には電
池が、装置の容積及び重量の大きな割合を占める様にな
った。何年にも亘って、この問題が幾通りかの方法の内
の或る方法又は別の方法で処理されてきた。その中に
は、寸法が一層小さい電池を設けること(この結果電池
が放電するまでの装置のアップタイムが短くなった)、
一層長期間給電する電池の改良、及び電池の寿命を長く
する為に所要電力を絶えず一層小さくして動作し得る集
積回路の製造が含まれている。しかし、所定の装置の寸
法に対して回路の複雑度を高め、並びに/又は所定の回
路の複雑度に対して装置の寸法を縮小する挑戦が続けら
れている。
BACKGROUND OF THE INVENTION Since the birth of integrated circuits, reducing the size of its components and increasing their packing density has been a constant challenge. This has led to the existence of highly complex circuits used in many devices, some of which are portable, such as computers, telephones and watches. As the dimensions of devices that utilize such complex circuits have become smaller, power supplies, typically batteries, have become a major contributor to device volume and weight. Over the years, this problem has been dealt with in one or another of several ways. In it, install batteries with smaller dimensions (which resulted in shorter device uptime until the batteries were discharged),
It includes improvements in batteries that power for longer periods of time, and the manufacture of integrated circuits that can operate with ever lower power requirements to extend battery life. However, there continues to be a challenge to increase the circuit complexity for a given device size and / or reduce the device size for a given circuit complexity.

【0004】現在、携帯式の電子装置に利用される多く
の複雑な回路は、CMOS部品を含む。一般的に、こう
云う装置は少なくとも3ボルトの供給電圧を必要とす
る。これは、問題の装置を形成する他の部品の他に、少
なくとも2つの標準的な電池セルが必要であることを意
味する。電池は、それらが利用される装置の重量及び容
積の依然として大きな部分を占めている。この様な装置
の寸法並びに/又は重量を更に引き下げる為には、集積
回路を一層低い電圧で動作する様にさせることができる
か、並びに/又は現在必要とするよりも必要とする電力
が一層少なくなる様にすることができれば、電池の寸法
を更に大幅に縮小することができることは明らかであ
る。例えば、例として、約1ボルトの様な一層低い電圧
で動作し得る回路では、1.5ボルトの1個のセルによ
って、このセルが長期間使ったことによって切れた後で
も、ずっと多くの電池電力を今日必要としている装置の
所要電力全体を賄うことができよう。
Many complex circuits currently utilized in portable electronic devices include CMOS components. Generally, such devices require a supply voltage of at least 3 volts. This means that at least two standard battery cells are needed, in addition to the other components forming the device in question. Batteries still represent a large portion of the weight and volume of the device in which they are utilized. To further reduce the size and / or weight of such devices, integrated circuits can be made to operate at lower voltages and / or require less power than is currently required. Obviously, the size of the battery can be further reduced if this is possible. For example, in a circuit that can operate at a lower voltage, such as about 1 volt, a single cell at 1.5 volts will allow much more battery power even after the cell has died due to long-term use. It could cover the entire power needs of the equipment that needs it today.

【0005】更に、消費電力が供給電圧の二乗に比例す
ることも分かっている。これは、CMOS回路の所要電
力が、所要電圧が一層低くなれば、大幅に減少し、こう
して回路を電池で動作させた時に電池の寿命を伸ばすこ
とを表わしている。しかし、別の問題は、供給電圧が低
い時、特に約1ボルトの範囲である時、CMOS回路の
適切な性能がどうしたら得られるかと云う問題である。
It has also been found that power consumption is proportional to the square of the supply voltage. This means that the power requirements of CMOS circuits are significantly reduced at lower voltage requirements, thus extending battery life when the circuits are battery operated. However, another problem is how to obtain adequate performance of CMOS circuits when the supply voltage is low, especially in the range of about 1 volt.

【0006】電力節約の分野では、小形の携帯式装置内
にある集積回路を非常に低い電圧、例えば1V以下のア
ース−源間電圧(VSUP )範囲で動作させようとする試
みがあった。都合の悪いことに、この様に電力消費の非
常に小さい回路は、多くの用途に対する十分なスイッチ
ングの性能及び駆動能力が欠けている。その為、設計技
術者は低電力の利点と高性能の必要との兼合いをとる。
In the field of power savings, there have been attempts to operate integrated circuits in small hand-held devices at very low voltages, eg, ground-to-source voltage (V SUP ) range of 1 V or less. Unfortunately, such very low power consumption circuits lack sufficient switching performance and drive capability for many applications. As such, the design engineer trades the benefits of low power with the need for high performance.

【0007】電力が非常に小さい装置で高い駆動能力を
達成する従来の1つの試みは、供給電圧(VSUP )に対
して非常に低い閾値電圧(VT )を持つ装置を設計する
ことであった。こう云う装置は高いゲート駆動能力を持
つが、オフの時には一般的に非常に大きい洩れ電流を持
つ。ゲート駆動はVGS−VT 又はVSUP −VT と定義さ
れる。大きい洩れ電流は電源を空にするので望ましくな
く、電池で動作させる装置では特にそうである。別の従
来の試みは、供給電圧に対して一層高いVT を持つ回路
を作ることであった。VT の高い装置は、オフの時の洩
れ電流が非常に小さく、その為電源のエネルギを温存す
る。しかし、VT の高い装置は駆動能力が貧弱で、ター
ンオンの時のスイッチング応答が鈍い。
One conventional attempt to achieve high drive capability in very low power devices is to design the device with a very low threshold voltage (V T ) with respect to the supply voltage (V SUP ). It was While these devices have high gate drive capability, they typically have very high leakage current when off. The gate drive is defined as V GS -V T or V SUP -V T. Large leakage currents are undesirable as they drain the power supply, especially in battery operated devices. Another conventional attempt has been to create a circuit with a higher V T with respect to the supply voltage. V T high device is very small leakage current when off, to preserve the energy of the order power. However, a device having a high V T has a poor driving capability and a slow switching response at turn-on.

【0008】この代わりとして、改良された駆動能力及
び一層少ない消費電力を持つ中位のレベルのVT を持つ
回路を設計する試みがあった。これは単に先に述べた他
の方式の妥協であり、低電力回路の或る用途は、中位の
レベルのVT を持つ装置の消費電力並びに/又は駆動能
力の両立性がなかった。この方式も、装置がオフである
時の小さい洩れ電流と、装置がオンである時の高い駆動
能力との間の選択が迫られる。
As an alternative to this, there have been attempts to design circuits with moderate levels of V T with improved drive capability and lower power consumption. This is just a compromise of the other schemes mentioned above, and some applications of low power circuits have been incompatible with the power consumption and / or drive capability of devices with moderate levels of V T. This approach also requires a choice between a small leakage current when the device is off and a high drive capability when the device is on.

【0009】この様な従来の回路では、一定の閾値電圧
(VT )で製造される普通のCMOSインバータが、洩
れが小さいと共に低性能の特性になるか、又は洩れが大
きいと共に高性能の特性になるかの何れかであった。
In such a conventional circuit, an ordinary CMOS inverter manufactured with a constant threshold voltage (V T ) has low leakage and low performance characteristics, or high leakage and high performance characteristics. It was either.

【0010】[0010]

【課題を解する為の手段及び作用】この発明では、従来
開発された低電力トランジスタ及びインバータに伴う欠
点及び問題を実質的に少なくすると共に、洩れが小さい
と共に高性能を発揮することもできる回路となる改良さ
れたマルチモードCMOSインバータを提供する。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention substantially reduces the drawbacks and problems associated with low power transistors and inverters that have been conventionally developed, while at the same time providing low leakage and high performance. An improved multimode CMOS inverter is provided.

【0011】簡単に云うと、こう云うことが、ソース、
基準及び基板のバイアスの相異なる組合せを用い、こう
して多くの異なる動作モードを設けることによって達成
される。この発明のインバータは、その動作モードに応
じて、インバータの一方又は両方のトランジスタのVT
をダイナミックに制御することにより、高性能と共に低
い所要電力を達成する。インバータが待機モードにある
場合(デューティー・サイクル内で、オン・モードへの
急速な変化の用意ができている)中断モードにある場合
(長い待ち状態にあって、オン・モードへ戻るには時間
がかかることがある)又はオフ・モードにある場合(装
置がターンオフされている)、VT の値がVGSに接近し
ているか又は等しくて、洩れ電流が最小限に抑えられる
かなくなる様に、VSUB 及びVGSの組合せを調節する。
In simple terms, this is the source,
This is achieved by using different combinations of reference and substrate biases and thus providing many different modes of operation. The inverter of the present invention, depending on its operating mode, has V T of one or both transistors of the inverter.
Achieves high performance and low power requirements by dynamically controlling. When the inverter is in standby mode (within duty cycle, ready for rapid change to on mode) In suspend mode (long wait and time to return to on mode) The value of V T is close to or equal to V GS , so that leakage current is minimized or eliminated when in off mode (device is turned off) or in off mode (device is turned off). , V SUB and V GS combinations.

【0012】この発明のインバータに於けるVT の制御
は、回路の動作中、インバータのソース電圧(VSUP
及び基板電圧(VSUB )の両方のバイアスを制御するこ
とによって達成される。従って、インバータを待機又は
中断動作にしようとする低電力モードで運転する為に
は、VT が増加する様にVGS及びVSUB の両方を設定す
る。もちろん、VSUP をカットオフにすることによっ
て、VGSを一時的に取り去れば、オフ・モードにある時
の洩れが全くない様に保証される。VGS、基準電位及び
SUB をダイナミックに修正して、インバータに異なる
動作モードを持たせることにより、インバータはオンの
時には高い駆動電流を発生することができると共に、待
機又は中断モードにある時は洩れ電流を小さくすること
ができる。
The control of V T in the inverter of the present invention is performed by controlling the source voltage (V SUP ) of the inverter during the operation of the circuit.
And by controlling the bias of both the substrate voltage (V SUB ). Therefore, in order to operate the inverter in the low power mode in which the inverter is in a standby or suspending operation, both V GS and V SUB are set so that V T increases. Of course, by cutting off V SUP , the temporary removal of V GS guarantees that there is no leakage when in off mode. By dynamically modifying V GS , the reference potential and V SUB to give the inverter a different operating mode, the inverter can generate a high drive current when on and at the same time when in the standby or suspend mode. Leakage current can be reduced.

【0013】この発明並びにその利点が更に完全に理解
される様に、次に図面について説明する。図面では、同
じ参照数字は同じ特徴を表わす。
For a more complete understanding of the invention and its advantages, reference is now made to the drawings. In the drawings, like reference numbers represent like features.

【0014】[0014]

【実施例】図1は理想的なスイッチ及び2つの金属−酸
化物−半導体電界効果トランジスタ(MOSFET)の
I−V特性を示しており、これは例えば1ボルトの電源
(VSUP )で動作する。図1でX軸はMOSFETのボ
ルト単位で表わしたゲート・ソース間電圧(VGS)を表
わし、Y軸はアンペア単位で表わしたMOSFETのド
レイン電流ID を表わす。Y軸は対数目盛である。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT FIG. 1 shows the IV characteristics of an ideal switch and two metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOSFETs), which operate with, for example, a 1 volt power supply (V SUP ). . In FIG. 1, the X-axis represents the gate-source voltage (V GS ) of the MOSFET in volts and the Y-axis represents the MOSFET drain current I D in amps. The Y axis is a logarithmic scale.

【0015】曲線10は、例えば1ボルトが供給された
理論的に理想的なスイッチのI−V特性である。曲線1
0の例によって示される様に、理想的なスイッチは洩れ
電流が全くなく、供給電圧(1ボルト)に対して低い閾
値電圧(0.2ボルト)を持ち、瞬時的にターンオン
し、閾値電圧電流(ゼロ)に対して高い駆動電流(例え
ば約10-2アンペア)を有する。目標は、曲線10にで
きる限り近づけた装置を提供することである。この場
合、「オフ」状態の電流は電池の消耗を最小限に抑える
様に小さく、「オン」状態の電流は高速になる様にでき
るだけ高い。
Curve 10 is the IV characteristic of a theoretically ideal switch supplied with, for example, 1 volt. Curve 1
As shown by the example of 0, the ideal switch has no leakage current, has a low threshold voltage (0.2V) with respect to the supply voltage (1V), turns on momentarily, It has a high drive current (eg about 10 -2 amps) for (zero). The goal is to provide the device as close to curve 10 as possible. In this case, the current in the "off" state is small to minimize battery drain, and the current in the "on" state is as high as possible to be fast.

【0016】VGSの値が増加すると共に、トランジスタ
は閾値未満領域で動作し、約60mv/ディケードの割合
でID を増加する。
As the value of V GS increases, the transistor operates in the subthreshold region, increasing I D at a rate of about 60 mv / decade.

【0017】図1の曲線12は約0.6VのVT を持つ
MOSFETの典形的なI−V特性を示し、これに対し
て曲線14で表わされるMOSFETはVT が約0.2
ボルトである。図1に示す両方のMOSFETはいくつ
かの動作領域を持っている。曲線12によって表わされ
るMOSFETのオフ領域16は小さい一定の洩れ電流
(例えば、約10-12 アンペア)を有する。一旦V
GSが、曲線12によって表わされる装置の所定のレベル
(例えば0.2ボルト)に達すると、それが閾値未満領
域18に入る。MOSFETの閾値未満領域は、VGS
盛の内、MOSFETがオフ状態とオン状態の間の移行
状態である部分である。曲線12によって表わされるM
OSFETの領域20はMOSFETが飽和してターン
オンするVGS領域(例えば約0.6ボルト)である。M
OSFETの閾値未満領域とオン領域の間のVGSの区切
りが、MOSFETのVT である。曲線12によって表
わされるトランジスタでは、VT が0.6Vである。
Curve 12 of FIG. 1 shows the typical IV characteristic of a MOSFET having a V T of about 0.6 V, while the MOSFET represented by curve 14 has a V T of about 0.2.
It is a bolt. Both MOSFETs shown in FIG. 1 have several operating regions. The off region 16 of the MOSFET represented by curve 12 has a small constant leakage current (eg, about 10 -12 amps). Once V
When GS reaches a predetermined level of the device represented by curve 12 (eg 0.2 volts), it enters subthreshold region 18. The sub-threshold region of the MOSFET is a portion of the V GS scale where the MOSFET is in a transition state between an off state and an on state. M represented by curve 12
Region 20 of the OSFET is the V GS region (eg, about 0.6 volts) where the MOSFET saturates and turns on. M
The demarcation of V GS between the sub-threshold region and the ON region of the OSFET is the V T of the MOSFET. For the transistor represented by curve 12, V T is 0.6V.

【0018】曲線12に見られる様に、約0.6VのV
T を持つMOSFETは、オフ領域16にある間、洩れ
電流又はドレイン電流が非常に小さい。都合の悪いこと
に、曲線12によって表わされる装置の閾値未満領域1
8は、利用し得るVGS範囲(例えば1ボルト)に比べて
非常に長い。更に、オン領域20の駆動電流(例えば1
ボルトで約10-4アンペア)は、理想的なスイッチで利
用し得る駆動電流(例えば約10-2アンペア)よりかな
り小さい。従って、曲線12によって表わされるMOS
FETは、待機又はオフ領域16では洩れ電流が小さ
く、低電力装置である。しかし、同じMOSFETが、
ターンオンするには、利用し得るVGS範囲の一層大きな
部分(0.6ボルト)を必要とし、トランジスタのスイ
ッチング応答が鈍くなる。更に、曲線12によって表わ
されるMOSFETは、一旦ターンオンした時、駆動電
流(約10-4アンペア)が比較的小さい。従って、曲線
12によって表わされる装置は受け入れることのできる
様な性能を与えることができない。
As can be seen in curve 12, V of about 0.6V
MOSFETs with T have very low leakage or drain current while in the off region 16. Unfortunately, the subthreshold region 1 of the device represented by curve 12
8 is very long compared to the available V GS range (eg 1 volt). Furthermore, the drive current of the ON region 20 (for example, 1
Approximately 10 −4 amps in volts) is significantly less than the drive current available in an ideal switch (eg, approximately 10 −2 amps). Therefore, the MOS represented by curve 12
The FET is a low power device with low leakage current in the standby or off region 16. But the same MOSFET
Turning on requires a larger portion of the available V GS range (0.6 volts), which slows the switching response of the transistor. Further, the MOSFET represented by curve 12 has a relatively low drive current (about 10 -4 amps) once turned on. Therefore, the device represented by curve 12 cannot provide acceptable performance.

【0019】曲線14によって表わされるMOSFET
は約0.2ボルトのVT を持ち、これは理想的なスイッ
チの場合と同じである。曲線14は曲線12に比べて左
にシフトしているので、それが表わすトランジスタは、
曲線14がY軸と交差する点22で示す様に、オフであ
る時(VGS=0V)の洩れ電流が大きい(例えば約10
-9アンペア)。曲線14によって表わされるMOSFE
Tに一旦極く小さいV GSが印加されると、それが曲線1
4の閾値未満領域24に入る。曲線14によって表わさ
れるMOSFETは短い閾値未満領域24を持ち、一旦
GSが0.2VのVT に等しくなると、領域26で示す
様に、ターンオンする。曲線14によって表わされるM
OSFETは、曲線12によって表わされるMOSFE
Tに比べて、理想的なスイッチにずっと近い駆動電流
(10-2アンペア)を有する。従って、曲線14によっ
て表わされるMOSFETは高性能(高い駆動電流及び
速いスイッチング時間)を持つが、待機モードでの洩れ
電流が大きいのが欠点である。従って、曲線14によっ
て表わされるMOSFETは低電力装置ではなく、電力
が制限された装置では両立性がないことがある。
MOSFET represented by curve 14
Is about 0.2 VTHas an ideal switch
It is the same as in Ji. Curve 14 is left compared to curve 12
Is shifted to, the transistor it represents is
Off, as indicated by point 22 where curve 14 intersects the Y axis.
When (VGS= 0V leakage current is large (eg about 10V)
-9Ampere). MOSFE represented by curve 14
Very small V for T GSIs applied, it becomes curve 1
The area 24 below the threshold value of 4 is entered. Represented by curve 14
MOSFET has a short subthreshold region 24,
VGSIs V of 0.2VTEqual to
Like, turn on. M represented by curve 14
OSFET is a MOSFET represented by curve 12.
Drive current much closer to an ideal switch compared to T
(10-2Ampere). Therefore, according to curve 14,
MOSFETs represented by high performance (high drive current and
Fast switching time), but leaks in standby mode
The disadvantage is that the current is large. Therefore, according to curve 14,
MOSFETs are not low power devices,
May be incompatible in a device with limited power.

【0020】この発明のCMOSインバータは、その動
作モードに応じて、インバータのV T をダイナミックに
制御することにより、低電力及び高性能の両方を達成す
る。インバータが待機モードにある場合、VT をオン・
モードにある時よりも一層高く設定して、洩れ電流が最
小限に抑えられる様にする。これが図1の曲線12のオ
フ領域16によって表わされている。インバータがオン
である時、VT を低く設定して、閾値未満領域を最小限
に抑え、駆動電流をトランジスタにとって最適にする。
これが図1の曲線14の領域26によって示されてい
る。こうして、インバータが待機モードにある時、洩れ
電流が小さく、インバータがターンオンされると、高い
駆動能力を示す。インバータが中断モードにある時、V
T を待機モードの時より更に高く設定し、こうして洩れ
電流の大きさを更に減少する。オフ・モードでは、V
SUP をターンオフし、こうして全く洩れがない様にする
(しかし、その代わりとして、オフ状態はVT の値を中
断モードの時よりも更に高くすることにすることができ
る)。
The CMOS inverter of the present invention is
Depending on the working mode, V of the inverter TDynamically
Achieving both low power and high performance by controlling
You. If the inverter is in standby mode, VTTurn on
Set it higher than when in mode to maximize leakage current.
Try to keep it to a minimum. This is curve 12 in Figure 1.
This is represented by the area 16. The inverter is on
Then VTIs set low to minimize the area below the threshold.
And the drive current is optimized for the transistor.
This is indicated by the area 26 of curve 14 in FIG.
You. Thus, when the inverter is in standby mode,
High current when the current is small and the inverter is turned on
Indicates drive capacity. When the inverter is in suspend mode, V
TIs set higher than in standby mode,
Further reduce the magnitude of the current. In off mode, V
SUPTurn off and thus make sure there are no leaks
(However, as an alternative, the off state is VTThe value of
Can be set higher than when in disconnect mode
).

【0021】この発明のインバータに於けるVT の制御
が、インバータのソース及び基板の両方のバイアス作用
を制御することによって達成される。一般的にVT の値
が、基板とソースの間の電圧の変化があった場合、その
約1/3乃至1/5変化する。
Control of V T in the inverter of the present invention is accomplished by controlling the biasing action of both the source and substrate of the inverter. Generally, the value of V T changes about 1/3 to 1/5 of the change in the voltage between the substrate and the source.

【0022】図2には、この発明に従って要求される通
りにVT を変えることのできる典形的なCMOSインバ
ータ28が示されている。インバータ28はPMOSト
ランジスタ32及びNMOSトランジスタ30を含み、
インバータのトランジスタがこの発明の考えによるVT
制御によって動作させられる。トランジスタ30のドレ
インがトランジスタ32のドレインに結合され、トラン
ジスタ30のゲートがトランジスタ32のゲートに結合
される。トランジスタ32のソースがVSUP 34に結合
され、トランジスタ30のソースがアース(VSS)36
に結合される。インバータ回路28の入力38が両方の
トランジスタのゲートに結合され、出力40が両方のト
ランジスタのドレインに結合される。更に、基板バイア
ス電圧V SUB1を変える端子42も示されている。更に、
トランジスタ32に対する基板バイアス電圧VSUB2を変
える端子44も示されており、これは、単独でも或いは
端子42と一緒に、端子42と同様に利用することがで
きる。これは、単独でも又は端子42と一緒にでも使う
ことができるが、以下の説明では取り上げない。ここで
は、簡単の為、トランジスタ32のVT は、ここで説明
する相異なるモードで動作する為に変更されないと仮定
する。
FIG. 2 shows the protocol required according to the invention.
R-VTTypical CMOS Inverter that can change
Data 28 is shown. The inverter 28 is a PMOS transistor
Including a transistor 32 and an NMOS transistor 30,
The transistor of the inverter is VT
Operated by control. Drain of transistor 30
The in is coupled to the drain of transistor 32
The gate of transistor 30 is coupled to the gate of transistor 32
Is done. The source of the transistor 32 is VSUPCombined with 34
The source of the transistor 30 is grounded (VSS) 36
Is combined with The input 38 of the inverter circuit 28 has both
Output 40 is coupled to the gate of the transistor
Coupled to the drain of the transistor. In addition, the substrate via
Voltage V SUB1Also shown is a terminal 42 for changing. Furthermore,
Substrate bias voltage V for transistor 32SUB2Change
Also shown is a removable terminal 44, which may be used alone or
It can be used with terminal 42 in the same way as terminal 42.
Wear. It can be used alone or with terminal 42
Yes, but not covered in the following discussion. here
Is the V of the transistor 32 for simplicity.TDescribed here
Assumed unchanged to operate in different modes
I do.

【0023】図2のインバータ回路28の動作は次の通
りである。入力38に低入力を印加することにより、ト
ランジスタ30がターンオフしてトランジスタ32がタ
ーンオンし、出力40をVSUP 34に引張る。逆に、入
力38に高入力を印加すると、トランジスタ30がター
ンオンし、トランジスタ32がターンオフする。これに
よって出力40がアース(VSS)36の低へと引張られ
る。NMOSトランジスタ30のVT は、端子42のV
SUB1の値を調節することにより、並びに/又はVSUP
子34及び基準又はアース端子(VSS)36の一方又は
両方の電圧を変えることによって、ソースにバイアスを
かけることによって、変更することができる。
The operation of the inverter circuit 28 of FIG. 2 is as follows. Applying a low input to input 38 turns transistor 30 off and transistor 32 on, pulling output 40 to V SUP 34. Conversely, applying a high input to input 38 turns transistor 30 on and transistor 32 off. This pulls output 40 low to ground (V SS ) 36. The V T of the NMOS transistor 30 is the V of the terminal 42.
It can be changed by adjusting the value of SUB1 and / or by biasing the source by changing the voltage at one or both of the V SUP terminal 34 and the reference or ground terminal (V SS ) 36. .

【0024】回路28内のNMOSトランジスタ30の
T をダイナミックに制御する為、基板電圧(VSUB1
をダイナミックに制御するか、並びに/又はトランジス
タ32のソースのバイアスをダスナミックに制御する。
図2について云うと、種々の動作モードは次の様にして
得られる。
In order to dynamically control V T of the NMOS transistor 30 in the circuit 28, the substrate voltage (V SUB1 )
Are controlled dynamically and / or the bias of the source of the transistor 32 is controlled dynamically.
Referring to FIG. 2, various modes of operation are obtained as follows.

【0025】[0025]

【表1】 この表で電圧はボルト単位であり、VSUP はトランジス
タ32のソースに印加される電圧であり、VSSは基準端
子36に印加される電圧であり、VSUB1は端子42で基
板に印加される電圧である。上に述べた動作モードは、
上に例示したものの他に、VSUP ,VSS及びVSUB1のこ
の他の組合せによって達成することができる。所望の動
作モードに対して適当な値のVT を達成することが必要
と云うだけである。
[Table 1] In this table, the voltages are in volts, V SUP is the voltage applied to the source of transistor 32, V SS is the voltage applied to reference terminal 36, and V SUB1 is applied to the substrate at terminal 42. Voltage. The operating modes described above are
Other than those exemplified above, this can be achieved by other combinations of V SUP , V SS and V SUB1 . It is only necessary to achieve the appropriate value of V T for the desired mode of operation.

【0026】上に述べたことは、NMOS、即ちNチャ
ンネル形トランジスタに関することである。Nチャンネ
ル形MOSFETでは、VSSに対してVSUB1が一層負に
なればなるほど、トランジスタのVT が更に増加する。
同様に、トランジスタ32の様なPMOSトランジスタ
では、VSUP に対してそのトランジスタのVSUB2を一層
正にすればするほど、更にVT が増加する。何れのトラ
ンジスタでも、そのV T は、関連するVSUB を反対向き
に変えることによって減少することができる。
What has been stated above is the NMOS or N char.
It relates to a tunnel transistor. N channel
In the type MOSFET, VSSAgainst VSUB1Is more negative
The higher the voltage, the V of the transistorTIs further increased.
Similarly, a PMOS transistor such as transistor 32
Then VSUPAgainst the V of that transistorSUB2More
The more positive, the more VTWill increase. Which tiger
Even if it is a register, its V TIs related VSUBIn the opposite direction
It can be reduced by changing to.

【0027】図3は、図2の回路の実施例であるインバ
ータ回路46の断面図である。インバータ46がNMO
Sトランジスタ48及びPMOSトランジスタ50を含
む。インバータ46がP形基板52の上に形成されてい
る。トランジスタ48が、基板52に形成されたN+形
ソース接点54を含む。トランジスタ48は基板52に
形成されたN+形ドレイン接点56をも含む。ドレイン
接点56がドレイン電圧(VD1)58を、そしてソース
接点54がソース電圧(VS1)60をトランジスタ48
に供給する。基板52の表面から外向きに、ソース接点
54及びドレイン接点56に重なって、トランジスタ4
8のゲート62がある。ゲート62が、基板52の表面
から外向きに形成された酸化物層64、及びゲート酸化
物層64から外向きに形成されたN+形ポリ・ゲート6
6を含む。ポリシリコン・ゲート66が、トランジスタ
48にゲート電圧(VG1)68を供給する。トランジス
タ48が、基板52に形成されたP+形VSUB1接点69
をも含む。VSUB170がV SUB1接点69によって基板5
2に印加される。
FIG. 3 shows an inverter which is an embodiment of the circuit shown in FIG.
3 is a cross-sectional view of the data circuit 46. FIG. Inverter 46 is NMO
Includes S-transistor 48 and PMOS transistor 50
No. The inverter 46 is formed on the P-type substrate 52.
You. The transistor 48 is an N + type formed on the substrate 52.
A source contact 54 is included. Transistor 48 on substrate 52
It also includes a formed N + type drain contact 56. drain
Contact 56 is drain voltage (VD1) 58, and sauce
The contact 54 is the source voltage (VS1) 60 for transistor 48
To supply. Source contact, outward from the surface of substrate 52
54 and drain contact 56, overlapping transistor 4
There are eight gates 62. The gate 62 is the surface of the substrate 52.
Oxide layer 64 formed outward from the gate and gate oxidation
N + type poly gate 6 formed outward from the material layer 64
Including 6. Polysilicon gate 66 is a transistor
48 to the gate voltage (VG1) 68 is supplied. Transis
Is a P + type V formed on the substrate 52.SUB1Contact 69
Including. VSUB170 is V SUB1Substrate 5 by contact 69
2 is applied.

【0028】インバータ46のPMOSトランジスタ5
0が、基板52に形成されたN形井戸72内に形成され
ている。トランジスタ50が、井戸72内に形成された
P形ドレイン接点74及びP形ソース接点76を含む。
ドレイン接点74がVD2 78をトランジスタ50に供
給し、ソース接点76がVS2 80をトランジスタ50
に供給する。井戸72の表面から外向きに、ドレイン接
点74及びソース接点76に重なって、ゲート81があ
る。ゲート81は、ドレイン接点74及びソース接点7
6に重なって、井戸72の表面から外向きに形成された
酸化物層82を含む。酸化物層82から外向きにN+形
ポリ・ゲート84が形成されている。ポリシリコン・ゲ
ート84により、VG2 86がトランジスタ50に供給
される。トランジスタ50については、井戸72内に形
成されたN+形VSUB2接点88も示されている。VSUB2
接点88により、VSUB290がトランジスタ50に供給
される。
The PMOS transistor 5 of the inverter 46
0 is formed in the N-type well 72 formed in the substrate 52. Transistor 50 includes P-type drain contact 74 and P-type source contact 76 formed in well 72.
Drain contact 74 supplies V D2 78 to transistor 50 and source contact 76 supplies V S2 80 to transistor 50.
To supply. Outwardly from the surface of the well 72, there is a gate 81, overlying the drain contact 74 and the source contact 76. The gate 81 has a drain contact 74 and a source contact 7
6 to include an oxide layer 82 formed outward from the surface of the well 72. An N + type poly gate 84 is formed outward from the oxide layer 82. Polysilicon gate 84 provides V G2 86 to transistor 50. For transistor 50, the N + type V SUB2 contact 88 formed in well 72 is also shown. V SUB2
Contact 88 provides V SUB2 90 to transistor 50.

【0029】図3のインバータ46は、周知の半導体処
理技術によって形成される。
The inverter 46 of FIG. 3 is formed by a well-known semiconductor processing technique.

【0030】Nチャンネル形MOSFETでは、VSS
対してVSUB1を更に負にすればするほど、トランジスタ
のVT が一層増加する。同様に、PMOSトランジスタ
では、VS に対してVSUB2を更に正にすればするほど、
更にVT が増加する。トランジスタのVT は、VSUP
変えることによって、減少させることもできる。
In an N-channel MOSFET, the more negative V SUB1 with respect to V SS , the more V T of the transistor. Similarly, in the PMOS transistor, the more positive V SUB2 is with respect to V S , the more
Further, V T increases. The V T of the transistor can also be reduced by changing V SUP .

【0031】この発明はVT に対するVSUB 及びVSUP
の効果を利用して、トランジスタのVT をダイナミック
に制御し、トランジスタが待機又は中断モードにある時
はトランジスタの洩れ電流が最小限に抑えられる様にす
るが、オンである時には、高い駆動電流を持つ様にす
る。トランジスタの動作中、基板及び供給電圧のバイア
スによってVT をダイナミックに制御することにより、
低電力及び高い駆動能力と云う技術的な利点が達成され
る。
This invention applies V SUB and V SUP to V T
Is used to dynamically control the V T of the transistor so that the transistor leakage current is minimized when the transistor is in standby or suspend mode, but when it is on, high drive current is used. To have By dynamically controlling V T by biasing the substrate and supply voltage during transistor operation,
The technical advantages of low power and high drive capability are achieved.

【0032】図1及び2から続く例では、Nチャンネル
形装置のVT を高い駆動電流のオン領域から低電力の待
機領域へ変える為、即ち、VT を0.2Vから0.6V
に変える為には、典形的にはトランジスタのVSUB1を、
希望するVT の変化の3乃至5倍変えることを必要とす
る。従って、VT を0.2Vから0.6Vに変えるに
は、VSUB1を約1.2乃至2V変えることを必要とす
る。待機トランジスタのV T を増加することにより、図
1のオフ状態について示し且つ論じた様に、それを低電
力動作モードにすることができる。この過程はNMOS
又はPMOSの何れのトランジスタでも働く。NMOS
トランジスタでは、VSSに対してVSUB1を更に負にする
ことにより、VT が増加する。PMOSトランジスタで
T を増加するには、VSUP に対してVSUB2を更に正に
する。こうして、トランジスタがオンである時は高性能
を持ち、オフである時は低電力になる様に、トランジス
タのV T をダイナミックに設定することができる。
In the example continuing from FIGS. 1 and 2, N channels
Shape device VTFrom the on-region of high drive current to low-power standby
To change to machine domain, that is, VT0.2V to 0.6V
In order to change toSUB1To
The desired VT3 to 5 times the change in
You. Therefore, VTTo change from 0.2V to 0.6V
Is VSUB1Need to change about 1.2 to 2V
You. Standby transistor V TFigure by increasing
1 as shown and discussed for the off state,
Force operation mode can be set. This process is NMOS
Alternatively, any of the PMOS transistors works. NMOS
For the transistor, VSSAgainst VSUB1Is further negative
By VTWill increase. With PMOS transistor
VTTo increase VSUPAgainst VSUB2To be more positive
I do. Thus, high performance when the transistor is on
, So that the power is low when it is off.
V TCan be set dynamically.

【0033】前に引用した米国特許出願の図5には、N
MOSトランジスタに対するVT 制御回路の実施例の回
路図が示されており、それをここでも使うことができ
る。PMOSトランジスタのVT を制御する為に、同様
であるが相補型の回路を組立てることができる。
In FIG. 5 of the above-referenced US patent application, N
A circuit diagram of an embodiment of a V T control circuit for a MOS transistor is shown, which can be used here as well. Similar but complementary circuits can be constructed to control the V T of the PMOS transistor.

【0034】この発明を特定の好ましい実施例について
説明したが、当業者には種々の変更が容易に明らかであ
ろう。従って、特許請求の範囲は、この様な全ての変更
を包括する様に、従来技術を考慮にいれて可能な限り広
く解釈されるべきであることを承知されたい。
While this invention has been described in terms of certain preferred embodiments, various modifications will be readily apparent to those skilled in the art. Therefore, it is to be understood that the appended claims should be construed as broadly as possible in light of the prior art so as to encompass all such modifications.

【0035】更に以下の項目を開示する。Further, the following items will be disclosed.

【0036】(1) トランジスタの閾値電圧をオンラ
インで調節する方法に於て、所定の導電型を持つ半導体
材料内に設けられたチャンネルを持つトランジスタを用
意し、該トランジスタの閾値電圧を調節する為に、前記
半導体材料の電圧並びに該トランジスタの両端の電圧の
内の少なくとも一方をオンラインで調節する工程を含む
方法。
(1) In a method of adjusting the threshold voltage of a transistor online, a transistor having a channel provided in a semiconductor material having a predetermined conductivity type is prepared and the threshold voltage of the transistor is adjusted. And, online adjusting at least one of the voltage of the semiconductor material and the voltage across the transistor.

【0037】(2) 請求項1記載の方法に於て、前記
半導体材料の電圧並びに前記トランジスタの両端の電圧
の両方を同時に調節する請求項1記載の方法。
(2) The method of claim 1 wherein both the voltage of the semiconductor material and the voltage across the transistor are adjusted simultaneously.

【0038】(3) 請求項1記載の方法に於て、前記
トランジスタがNMOSトランジスタである方法。
(3) The method of claim 1, wherein the transistor is an NMOS transistor.

【0039】(4) 請求項1記載の方法に於て、前記
トランジスタがPMOSトランジスタである方法。
(4) The method according to claim 1, wherein the transistor is a PMOS transistor.

【0040】(5) 請求項2記載の方法に於て、前記
トランジスタがNMOSトランジスタである方法。
(5) The method of claim 2, wherein the transistor is an NMOS transistor.

【0041】(6) 請求項2記載の方法に於て、前記
トランジスタがPMOSトランジスタである方法。
(6) The method according to claim 2, wherein the transistor is a PMOS transistor.

【0042】(7) 請求項1記載の方法に於て、オン
状態で高い駆動電流及び洩れ電流を持つと共に、オフ状
態にある時は、オン状態にある時の洩れ電流に比べて小
さい洩れ電流になる様に前記閾値電圧が調節される方
法。
(7) In the method according to the first aspect, a high drive current and a high leakage current are provided in the ON state, and a leakage current smaller in the OFF state than that in the ON state. The threshold voltage is adjusted so that

【0043】(8) 請求項2記載の方法に於て、オン
状態で高い駆動電流及び洩れ電流を持つと共に、オフ状
態にある時に、前記オン状態にある時の洩れ電流に比べ
て小さい洩れ電流になる様に、前記閾値電圧が調節され
る方法。
(8) In the method according to the second aspect, the leakage current is high in the ON state and smaller than the leakage current in the ON state when the drive current and the leakage current are high. The threshold voltage is adjusted so that

【0044】(9) 請求項3記載の方法に於て、オン
状態で高い駆動電流及び洩れ電流を持つと共に、オフ状
態にある時は、前記オン状態にある時の洩れ電流に比べ
て小さい洩れ電流になる様に、前記閾値電圧が調節され
る方法。
(9) In the method according to the third aspect of the present invention, a high drive current and a high leakage current are provided in the on state, and a leakage current smaller than that in the on state is provided in the off state. A method in which the threshold voltage is adjusted so that it becomes a current.

【0045】(10) 請求項4記載の方法に於て、オ
ン状態で高い駆動電流及び洩れ電流を持つと共に、オフ
状態にある時は前記オン状態にある時の洩れ電流に比べ
て小さい洩れ電流になる様に、前記閾値電圧が調節され
る方法。
(10) The method according to claim 4, wherein the leakage current is high in the ON state and small in the OFF state as compared with the leakage current in the ON state. The threshold voltage is adjusted so that

【0046】(11) 請求項5記載の方法に於て、オ
ン状態にある時に高い駆動電流及び洩れ電流を持つと共
に、オフ状態にある時は、前記オン状態にある時の洩れ
電流に比べて小さい洩れ電流になる様に、前記閾値電圧
が調節される方法。
(11) In the method according to claim 5, a high drive current and a high leakage current are provided in the ON state, and a high drive current and a high leakage current are provided in the OFF state as compared with the leakage current in the ON state. The threshold voltage is adjusted so that the leakage current is small.

【0047】(12) 請求項6記載の方法に於て、オ
ン状態にある時に高い駆動電流及び洩れ電流を持つと共
に、オフ状態にある時は、前記オン状態にある時の洩れ
電流に比べて小さい洩れ電流になる様に、前記閾値電圧
が調節される方法。
(12) In the method according to claim 6, a high drive current and a high leakage current are provided in the on state, and a high drive current and a high leakage current are provided in the off state as compared with the leakage current in the on state. The threshold voltage is adjusted so that the leakage current is small.

【0048】(13) 所定の導電型を持つ半導体材料
内に設けられたチャンネルを持つトランジスタと、該ト
ランジスタの閾値電圧を調節する為に、前記半導体材料
の電圧並びに前記トランジスタの両端の電圧の内の少な
くとも一方をオンラインで調節する手段を有するトラン
ジスタ。
(13) A transistor having a channel provided in a semiconductor material having a predetermined conductivity type, and a voltage of the semiconductor material and a voltage across the transistor in order to adjust a threshold voltage of the transistor. A transistor having means for online adjustment of at least one of the.

【0049】(14) 請求項13記載のトランジスタ
に於て、前記半導体材料の電圧及び前記トランジスタの
両端の電圧が同時に調節されるトランジスタ。
(14) The transistor according to claim 13, wherein the voltage of the semiconductor material and the voltage across the transistor are simultaneously adjusted.

【0050】(15) 請求項13記載のトランジスタ
に於て、前記トランジスタがNMOSトランジスタであ
るトランジスタ。
(15) The transistor according to claim 13, wherein the transistor is an NMOS transistor.

【0051】(16) 請求項13記載のトランジスタ
に於て、前記トランジスタがPMOSトランジスタであ
るトランジスタ。
(16) The transistor according to claim 13, wherein the transistor is a PMOS transistor.

【0052】(17) 請求項14記載のトランジスタ
に於て、前記トランジスタがNMOSトランジスタであ
るトランジスタ。
(17) The transistor according to claim 14, wherein the transistor is an NMOS transistor.

【0053】(18) 請求項14記載のトランジスタ
に於て、前記トランジスタがPMOSトランジスタであ
るトランジスタ。
(18) The transistor according to claim 14, wherein the transistor is a PMOS transistor.

【0054】(19) 請求項13記載のトランジスタ
に於て、前記オンラインで調節する手段が、前記閾値電
圧を調節して、オン状態にある時に高い駆動電流及び洩
れ電流を持たせると共に、オフ状態にある時に、前記オ
ン状態にある時の洩れ電流に比べて小さい洩れ電流にな
る様にするトランジスタ。
(19) In the transistor according to claim 13, the means for adjusting online adjusts the threshold voltage so as to have a high drive current and a high leakage current when in an on state, and an off state. A transistor that allows a leakage current to be smaller when compared to the leakage current when in the ON state.

【0055】(20) 請求項14記載のトランジスタ
に於て、前記オンラインで調節する手段が、前記閾値電
圧を調節して、オン状態にある時に高い駆動電流及び洩
れ電流を持たせると共に、オフ状態にある時に、前記オ
ン状態にある時の洩れ電流に比べて小さい洩れ電流にな
る様にするトランジスタ。
(20) In the transistor according to the fourteenth aspect, the means for adjusting online adjusts the threshold voltage so as to have a high drive current and a high leakage current when in the on state, and the off state. A transistor that allows a leakage current to be smaller when compared to the leakage current when in the ON state.

【0056】(21) 請求項15記載のトランジスタ
に於て、前記オンラインで調節する手段が、前記閾値電
圧を調節して、オン状態にある時に高い駆動電流及び洩
れ電流を持たせると共に、オフ状態にある時に、前記オ
ン状態にある時の洩れ電流に比べて小さい洩れ電流にな
る様にするトランジスタ。
(21) In the transistor according to the fifteenth aspect, the means for adjusting online adjusts the threshold voltage so as to have a high drive current and a high leakage current when in an on state, and an off state. A transistor that allows a leakage current to be smaller when compared to the leakage current when in the ON state.

【0057】(22) 請求項16記載のトランジスタ
に於て、前記オンラインで調節する手段が、前記閾値電
圧を調節して、オン状態にある時に高い駆動電流及び洩
れ電流を持たせると共に、オフ状態にある時に、前記オ
ン状態にある時の洩れ電流に比べて小さい洩れ電流にな
る様にするトランジスタ。
(22) In the transistor according to claim 16, the means for adjusting online adjusts the threshold voltage to have a high drive current and a high leakage current when in an on state, and an off state. A transistor that allows a leakage current to be smaller when compared to the leakage current when in the ON state.

【0058】(23) 請求項17記載のトランジスタ
に於て、前記オンラインで調節する手段が、前記閾値電
圧を調節して、オン状態にある時に高い駆動電流及び洩
れ電流を持たせると共に、オフ状態にある時に、前記オ
ン状態にある時の洩れ電流に比べて小さい洩れ電流にな
る様にするトランジスタ。
(23) The transistor according to claim 17, wherein the means for adjusting online adjusts the threshold voltage so as to have a high drive current and a high leakage current when in an on state, and an off state. A transistor that allows a leakage current to be smaller when compared to the leakage current when in the ON state.

【0059】(24) 請求項18記載のトランジスタ
に於て、前記オンラインで調節する手段が、前記閾値電
圧を調節して、オン状態にある時に高い駆動電流及び洩
れ電流を持たせると共に、オフ状態にある時に、前記オ
ン状態にある時の洩れ電流に比べて小さい洩れ電流にな
る様にするトランジスタ。
(24) The transistor according to claim 18, wherein the means for adjusting online adjusts the threshold voltage so as to have a high drive current and a high leakage current when in an on state, and an off state. A transistor that allows a leakage current to be smaller when compared to the leakage current when in the ON state.

【0060】(25) 集積回路インバータの閾値電圧
をオンラインで調節する方法に於て、所定の導電型を持
つ半導体材料内に設けられたチャンネルを有する第1の
トランジスタを用意し、前記所定の導電型とは反対の導
電型の半導体材料内に設けられたチャンネルを持つ第2
のトランジスタを用意し、前記所定の導電型を持つ半導
体材料又は前記所定の導電型とは反対の導電型の半導体
材料の電圧、並びに前記半導体材料内に設けられたトラ
ンジスタの内の少なくとも1つの両端の電圧の内の少な
くとも一方をオンラインで調節して、前記少なくとも1
つのトランジスタの閾値電圧を調節する工程を含む方
法。
(25) In a method of adjusting the threshold voltage of an integrated circuit inverter online, a first transistor having a channel provided in a semiconductor material having a predetermined conductivity type is prepared, and the predetermined conductivity is set. Second having a channel provided in a semiconductor material of opposite conductivity type to the second type
Of the semiconductor material having the predetermined conductivity type or the voltage of the semiconductor material having a conductivity type opposite to the predetermined conductivity type, and at least one end of at least one of the transistors provided in the semiconductor material. Adjusting at least one of the voltages of
A method comprising adjusting the threshold voltage of two transistors.

【0061】(26) 請求項25記載の方法に於て、
更に、前記所定の導電型を持つ半導体材料又は前記所定
の導電型とは反対の導電型を持つ半導体材料の内の他方
の電圧、並びに前記所定の導電型を持つ半導体材料又は
前記所定の導電型とは反対の導電型を持つ半導体材料の
内の他方内に設けられたトランジスタの両端の電圧をオ
ンラインで調節することを含む方法。
(26) In the method according to claim 25,
Further, the other voltage of the semiconductor material having the predetermined conductivity type or the semiconductor material having a conductivity type opposite to the predetermined conductivity type, and the semiconductor material having the predetermined conductivity type or the predetermined conductivity type. A method comprising online regulating a voltage across a transistor provided in the other of the semiconductor materials of opposite conductivity type.

【0062】(27) 請求項25記載の方法に於て、
前記半導体材料の電圧並びに前記トランジスタの両端の
電圧の両方が同時に調節される方法。
(27) The method according to claim 25,
A method wherein both the voltage of the semiconductor material as well as the voltage across the transistor are adjusted simultaneously.

【0063】(28) 請求項26記載の方法に於て、
前記半導体材料の電圧及び前記トランジスタの両端の電
圧の両方が同時に調節される方法。
(28) In the method according to claim 26,
A method wherein both the voltage of the semiconductor material and the voltage across the transistor are adjusted simultaneously.

【0064】(29) その閾値電圧をオンラインで調
節することができる集積回路インバータに於て、所定の
導電型を持つ半導体材料内に設けられたチャンネルを持
つ第1のトランジスタと、前記所定の導電型とは反対の
導電型を持つ半導体材料内に設けられたチャンネルを持
つ第2のトランジスタと、前記所定の導電型を持つ半導
体材料又は前記所定の導電型とは反対の導電型を持つ半
導体材料の電圧、並びに少なくとも該半導体材料内に設
けられた1つのトランジスタの両端の電圧の内の少なく
とも一方をオンラインで調節して、前記少なくとも1つ
のトランジスタの閾値電圧を調節する手段とを有する集
積回路インバータ。
(29) In an integrated circuit inverter whose threshold voltage can be adjusted online, a first transistor having a channel provided in a semiconductor material having a predetermined conductivity type and the predetermined conductivity. A second transistor having a channel provided in a semiconductor material having a conductivity type opposite to the type; and a semiconductor material having the predetermined conductivity type or a semiconductor material having a conductivity type opposite to the predetermined conductivity type. And at least one of the voltages across at least one transistor provided in the semiconductor material is adjusted online to adjust the threshold voltage of the at least one transistor. .

【0065】(30) 請求項29記載の集積回路イン
バータに於て、更に、前記所定の導電型を持つ半導体材
料又は該所定の導電型とは反対の導電型を持つ半導体材
料の内の他方の電圧、並びに前記所定の導電型を持つ半
導体材料又は該所定の導電型とは反対の導電型を持つ半
導体材料の内の他方に設けられたトランジスタの両端の
電圧をオンラインで調節する手段を有する集積回路イン
バータ。
(30) The integrated circuit inverter as set forth in claim 29, further comprising: a semiconductor material having the predetermined conductivity type or a semiconductor material having a conductivity type opposite to the predetermined conductivity type. Integrated with means for on-line adjusting the voltage and the voltage across the transistor provided on the other of the semiconductor material having the predetermined conductivity type or the semiconductor material having a conductivity type opposite to the predetermined conductivity type Circuit inverter.

【0066】(31) 請求項29記載の集積回路イン
バータに於て、半導体材料の電圧及びトランジスタの両
端の電圧の両方が同時に調節される集積回路インバー
タ。
(31) The integrated circuit inverter according to claim 29, wherein both the voltage of the semiconductor material and the voltage across the transistor are adjusted simultaneously.

【0067】(32) 請求項30記載の集積回路イン
バータに於て、前記半導体材料の電圧及び前記トランジ
スタの両端の電圧の両方が同時に調節される集積回路イ
ンバータ。
(32) The integrated circuit inverter according to claim 30, wherein both the voltage of the semiconductor material and the voltage across the transistor are simultaneously adjusted.

【0068】(33) ソース、基準及び基板のバイア
スの相異なる組合せを用いて、多くの相異なる動作モー
ドを作ることにより、従来開発された低電力トランジス
タ及びインバータに伴う欠点及び問題を実質的に少なく
すると共に、小さい洩れと併せて高性能を持つことので
きる回路となる改良されたマルチモードCNOSインバ
ータを提供した。インバータは、その動作モードに応じ
て、インバータの一方又は両方のトランジスタのVT
ダイナミックに制御することにより、高性能と共に低い
所要電力を達成する。インバータが待機モード、中断モ
ード又はオフ・モードにある場合、VSUB 及びVGSの組
合せは、VT の値がVGSに一層近くなり又は等しくなる
様に調節して、洩れ電流が最小限に抑えられ又はなくな
る様にする。インバータのVT の制御は、回路の動作
中、インバータのソース電圧(VSU P )及び基板電圧
(VSUB )の両方のバイアスを制御することによって達
成される。従って、インバータを待機又は中断動作にし
ようとする時に、インバータを低電力モードで動作させ
る為には、VT が増加する様に、VGS及びVSUB の両方
を設定する。VSUP をカットオフにすることによって、
一時的にVGSを取り去ると、オフ・モードにある時の洩
れが何ら起こらない様に保証される。VGS、基準電位及
びVSUB をダイナミックに修正して、インバータに相異
なる動作モードを持たせることにより、インバータはオ
ンである時の高い駆動電流を持つと共に、待機又は中断
モードにある時の小さい洩れ電流を持つことができる様
になる。
(33) Substantially eliminates the drawbacks and problems associated with previously developed low power transistors and inverters by creating many different modes of operation using different combinations of source, reference and substrate biases. Provided is an improved multi-mode CNOS inverter which results in a circuit that can be both highly efficient with small leakage. The inverter achieves low power requirements with high performance by dynamically controlling the V T of one or both transistors of the inverter depending on its mode of operation. When the inverter is in standby, suspend or off mode, the combination of V SUB and V GS is adjusted so that the value of V T is closer to or equal to V GS to minimize leakage current. Try to be suppressed or eliminated. Controlling the V T of the inverter is achieved by controlling the bias of both the source voltage (V SU P ) and the substrate voltage (V SUB ) of the inverter during circuit operation. Therefore, both V GS and V SUB are set so that V T increases in order to operate the inverter in the low power mode when the inverter is in standby or suspend operation. By cutting off V SUP ,
Temporarily removing V GS guarantees that no leaks will occur when in off mode. By dynamically modifying V GS , the reference potential and V SUB to give the inverter different operating modes, the inverter has a high drive current when it is on and a small amount when it is in standby or suspend mode. It becomes possible to have a leakage current.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】理想的なスイッチ、及び異なるVT を持つ2つ
のMOSFETの電流電圧(I−V)特性を示すグラ
フ。
FIG. 1 is a graph showing current-voltage (IV) characteristics of an ideal switch and two MOSFETs having different V T.

【図2】この発明によるインバータの異なる動作モード
を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing different operation modes of the inverter according to the present invention.

【図3】この発明を利用し得る典形的なインバータの実
施例の断面図。
FIG. 3 is a cross-sectional view of a typical inverter embodiment that may utilize the present invention.

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成8年4月26日[Submission date] April 26, 1996

【手続補正1】[Procedure amendment 1]

【補正対象書類名】図面[Document name to be amended] Drawing

【補正対象項目名】図1[Correction target item name] Fig. 1

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction contents]

【図1】 FIG.

フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H03K 19/0948 H03K 19/094 B 19/20 Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Office reference number FI Technical display location H03K 19/0948 H03K 19/094 B 19/20

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 トランジスタの閾値電圧をオンラインで
調節する方法に於て、所定の導電型を持つ半導体材料内
に設けられたチャンネルを持つトランジスタを用意し、
該トランジスタの閾値電圧を調節する為に、前記半導体
材料の電圧並びに該トランジスタの両端の電圧の内の少
なくとも一方をオンラインで調節する工程を含む方法。
1. A method of adjusting a threshold voltage of a transistor online, wherein a transistor having a channel provided in a semiconductor material having a predetermined conductivity type is prepared,
A method comprising adjusting the voltage of the semiconductor material as well as at least one of the voltages across the transistor online to adjust the threshold voltage of the transistor.
【請求項2】 所定の導電型を持つ半導体材料内に設け
られたチャンネルを持つトランジスタと、該トランジス
タの閾値電圧を調節する為に、前記半導体材料の電圧並
びに前記トランジスタの両端の電圧の内の少なくとも一
方をオンラインで調節する手段を有するトランジスタ。
2. A transistor having a channel provided in a semiconductor material having a predetermined conductivity type, and a voltage of the semiconductor material and a voltage across the transistor for adjusting a threshold voltage of the transistor. A transistor having means for online regulation of at least one.
JP8014542A 1996-01-30 1996-01-30 Transistor and method for regulating threshold voltage for the same Pending JPH09214321A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8014542A JPH09214321A (en) 1996-01-30 1996-01-30 Transistor and method for regulating threshold voltage for the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP8014542A JPH09214321A (en) 1996-01-30 1996-01-30 Transistor and method for regulating threshold voltage for the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JPH09214321A true JPH09214321A (en) 1997-08-15

Family

ID=11864049

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP8014542A Pending JPH09214321A (en) 1996-01-30 1996-01-30 Transistor and method for regulating threshold voltage for the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPH09214321A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000045437A1 (en) * 1999-01-26 2000-08-03 Hitachi, Ltd. Method of setting back bias of mos circuit, and mos integrated circuit
US6630717B2 (en) 2000-05-02 2003-10-07 Sharp Kabushiki Kaisha CMOS semiconductor circuit with reverse bias applied for reduced power consumption
US6795328B2 (en) 2002-05-29 2004-09-21 Fujitsu Limited Semiconductor memory device

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000045437A1 (en) * 1999-01-26 2000-08-03 Hitachi, Ltd. Method of setting back bias of mos circuit, and mos integrated circuit
US7002397B2 (en) 1999-01-26 2006-02-21 Renesas Technology Corp. Method of setting back bias of MOS circuit, and MOS integrated circuit
US6630717B2 (en) 2000-05-02 2003-10-07 Sharp Kabushiki Kaisha CMOS semiconductor circuit with reverse bias applied for reduced power consumption
US6795328B2 (en) 2002-05-29 2004-09-21 Fujitsu Limited Semiconductor memory device

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3184265B2 (en) Semiconductor integrated circuit device and control method therefor
US7741869B2 (en) Low power consumption MIS semiconductor device
EP0986177A3 (en) Semiconductor integrated circuit apparatus
KR19980033134A (en) Semiconductor integrated circuit
US20020190752A1 (en) High speed semiconductor circuit having low power consumption
US5889431A (en) Current mode transistor circuit method
JPH10229165A (en) Semiconductor integrated circuit device
CN101662277A (en) Adaptive voltage bias control system and integrated circuit
KR20050084430A (en) N-channel pull-up element and logic circuit
US6650171B2 (en) Low power operation mechanism and method
US6630717B2 (en) CMOS semiconductor circuit with reverse bias applied for reduced power consumption
US20030197544A1 (en) Method and structure for supply gated electronic components
US5592010A (en) Semiconductor device
JPH0382151A (en) MOS type semiconductor integrated circuit
JPH09214321A (en) Transistor and method for regulating threshold voltage for the same
Hiramoto et al. Optimum device parameters and scalability of variable threshold voltage complementary MOS (VTCMOS)
US6433618B1 (en) Variable power device with selective threshold control
EP0714099A1 (en) CMOS semiconductor integrated circuit for a low power supply and having low power dissipation in stand-by
US5438283A (en) Fast static cascode logic gate
JPH0955470A (en) Semiconductor circuit and semiconductor circuit device
JP3144370B2 (en) Semiconductor device
US6426673B2 (en) High performance integrated radio frequency circuit devices
US6995435B2 (en) Apparatus and circuit having reduced leakage current and method therefor
JPH10187270A (en) Semiconductor integrated circuit device
KR100451495B1 (en) Semiconductor Integrated Circuits with Standby Current Reduction Circuits