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Speicherzelle für Rechenmaschinen od. dgl.
In den bekannten Speicherzellen, die in Rechenmaschinenanlagen, Automaten od. dgl. verwendet werden, erfolgt bei wiederholtem Lesen eine schnelle Zerstörung der registrierten Nachrichten, was oft eine Wiederholung der Nachrichtenaufnahme erforderlich macht.
Ziel der Erfindung ist es, eine Speicherzelle zu schaffen, bei welcher dieser Mangel beseitigt ist.
Dieses Ziel lässt sich erreichen, wenn die Speicherzelle erfindungsgemäss als gleichrichtende Halbleiter-
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Durch die Beigabe des Silbers wird die Konzentration der Hauptakzeptorenzentren kompensiert und die Leitfähigkeit der Zelle gesteigert oder herabgesetzt.
Die Erfindung ist nicht auf die Verwendung von Silber und Selen beschränkt, sondern auf Speicherzellen mit jedem Halbleiter anwendbar, der zur Ausbildung einer Sperrschicht geeignet ist. In dem Gebiet, in dem eine Raumladung entsteht, muss lediglich eine Beimischung vorhanden sein, deren Beweglichkeit genügend gross ist und derenKonzentration an die der Hauptbeimischung heranreicht. Die Beweglichkeit soll bei 100 - 1500C nicht weniger als 10-5 cm/sec betragen.
Gegenüber bekanntgewordenen Impulsübertragungseinrichiungen. bei welchen kapazitive Diodenströme verwendet werden und der in einerHalbleiterdiode auftretende dynamische Sperrstrom ausgenutzt wird und Speichervorrichtungen, bei welchen zur Speicherung elektrischer Impulse von einem pn-Übergang herrührende Minoritätsträger verwendet werden, arbeitet die erfindungsgemässe Speicherzelle anders. Ihre Wirkung beruht auf der jeweils herbeigeführten Neuverteilung der Beimischung. In der Sperrschicht entsteht durch den pn-Übergang während der Einwirkung eines Stromimpulses bei Registrieren einer Nachricht ein starkes elektrisches Feld, das auf die Beimischungszentren (Donatoren) wirkt und deren Verteilung beeinflusst.
Infolge dieser Verteilung wird im Sperrschichtbereich der Einfluss der Hauptmischungszentren (Akzeptoren) kompensiert.
Erfindungsgemässe Speicherzellen zeichnen sich durch eine neue Eigenschaft aus : Ihr Schaltzustand verändert sich mit einerGeschwindigkeit, die von der Höhe der angelegten elektrischen Spannung abhängig ist. Mit Hilfe von auf die Zelle einwirkenden Spannungsimpulsen von z. B. 100 V und verschiedener Polarität können zwei verschiedene stabile Schaltzustände erzielt werden, die mit "I" und "0" be- zeichnet sind. Eine selbsttätige Veränderung des Sehaltzustandes der Speicherzelle vollzieht sich nur langsam.
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eine Diffusion des beigemischten Stoffes aus den Bereichen grösserer in die Bereiche niedrigerer Konzentratiun auftritt. Dieser Diffusionsprozess erstreckt sich über eine geraume Zeit, so dass die gespeicherten Nachrichten lange aufbewahrt bleiben, ohne einer Regeneration zu bedürfen.
Die neue Speicherzelle kann in Elektronenrechenanlagen und in Automationseinrichtungen, wie z. B. in Langlebigspeicheranlagen, logischen Elementen, Impulszählern, Impulsintegratoren, Schieberegistern 00. dgl., zur Ausübung einer Speicherfunktion bzw. als Integrierelement verwendet werden. Sie kann als sehr dünnes, also praktisch flächenhaftes Subminiaturelement ausgeführt werden, was sich auf die Verringerung der Ausmasse von aus Halbleiterspeicherzellen aufgebauten Speicherblocks sehr günstig auswirkt.
Die Erfindung ist im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert, die beispielsweise Ausführungsformen veranschaulichen. Fig. l - 3 zeigt ein Prinzipbild mit Volt-Ampere-Kennwerten, Strom-
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einer erfindungsgemässen Speicherzelle für die stabilen Schaltzustände "0" und "I"sowiefürZwischenschaltzustände a, b, c. entsprechendImpulsfolgen mit kürzeren ta, tb, tc als die Relaxationszeit r, Fig. 4 einPrinzipschaltbild einerLanglebigspeicheranlage, in welcher die neue Zelle benutzt wird, Fig. 5 das Prinzipschaltbild eines Impulsintegrators mit erfindungsgemässen Halbleiterspeicherzellen, Fig.
6 das Prinzipschaltbild eines Impulszählers, in welchem das Speicherelement als akkumulierendes (sammelndes) Element benutzt wird, Fig. 7 ein Prinzipschaltbild für das logische Element "ODER" und dessen Anschluss an ein Schieberegister mittels einer neuen Speicherzelle und Fig. 8 das Prinzipschaltbild eines Zweitakt-Schieberegisters, bei dem erfindungsgemässe Speicherzellen verwendet sind.
Die Funktion der Speicherzelle beruht auf der Veränderung zusammengehöriger Werte von Spannung und Strom bzw. Spannung und Kapazität längs der betreffenden Charakteristiken, infolge der Veränderung in der Verteilung der Mischzentren des Silbers oder einer andern kompensierenden Beimischung der Sperr-
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angelegter Spannung entsteht in der Sperrschicht der gleichrichtenden Zelle ein starkes elektrisches Feld, unter dessen Einwirkung einer Wanderung der kompensierenden Mischzentren erfolgt. Je nach Polarität der angelegten Spannung wird das Verhältnis zwischen den Konzentrationen der Akzeptorenzentren und den
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ein bestimmter stabiler Schaltzustand der Speicherzelle.
Falls die Wirkungsdauer der angelegten Spannung, d. h. die Dauer des aufgedrückten Spannungsimpulses kleiner als"r"ist, nimmt die Speicherzelle nach jeder Impulsgabe einen neuen Zwischenschaltzustand (a, b, c) an, was nichis anderes bedeutet, als dass der Übergang des Elementes aus dem stabilen Zustand "0" in den stabilen Zustand "1" oder umgekehrt, sich nur allmählich vollzieht.
Nach dieser Tatsache resultiert die integrierende Wirkung der erfindungsgemässen Speicherzelle. Die Relaxationszeit"r"ist von der Grösse der angelegten Aussenspannung abhängig : Sie steigt mit abnehmender, Spannung rasch an. Gerade dieser Umstand ermöglicht es, die Nachrichten zu lesen, ohne sie merklich zu zerstören. Beim Registrieren der Zeichen "1" oder "0" in der Zelle, an die eine hohe Spannung von z. B. 100 V angelegt ist, verändert sich deren Schaltzustand rasch (etwa nach 10 -5 sec) ; bei niedriger Spannung, z. B. bei etwa 10 V, beim Lesen der registrierten Nachrichten verändert sich ihr Schaltzustand 107 - 108 mal langsamer.
Der jeweilige Schaltzustand einer Speicherzelle ist bequem aus der Strom-Spannungscharakteristik und aus der Spannungs-Kapazitätscharakteristik zu bestimmen, z. B, nach dem Widerstand in der Sperrschicht bei einer vorgegebenen Spannung, etwa in Form eines kurzzeitigen Impulses, die bedeutend niedriger ist als die Spannung, bei welcher der vorliegende Schaltzustand der Zelle geschaffen war. Bei mehrmaligem Lesen von "1" fällt das Signalniveau langsam, d. h., die Nachricht. wird allmählich gelöscht. Lesen von "0" verändert das Signalniveau praktisch nicht. Bei Aufbewahrung der Nachrichten
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viele Wochen lang erhalten, im Falle "1" einige Tage.
Die erfindungsgemässe Speicherzelle kann in Langlebigspeicheranlagen (Fig. 4) verwendet werden.
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tem Sinn, und die entsprechenden Speicherzellen werden in den Schaltzustand "0" versetzt.
Die üblichen Halbleiterdioden 1, 3 und die Speicherzellen 2 sind sterngeschaltet ; in Offeru- stand schalten die Zellen 2 die Dioden l, 3 an die Schienen A, B an, in geschlossenem schalten sie diese ab. Die Ableseströme positiver Polarität werden auf eine der Schienen A gegeben. Die Spannung, die dabei an den Ausgangswiderständen R erzeugt wird, wird das Signal "1" oder "0" ab- genommen.
Das erfindungsgemässe Speicherelement kann auch in einer Impulsintegratorschaltung (Fig. 5) verwendetwerden. BeiAnlegen eines negativen Impulses an den Eingang 4 wird die Halbleiterspeicherzelle 2 in den Schaltzustand "1" gebracht. Danach gelangen an den Eingang positive Impulse, die integriert werden sollen. Mit jedem Impuls steigt der Widerstand der Zelle 2 und der Spannungsabfall wird grösser.
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Sobald der Spannungsabfall das vorgeschriebene Niveau erreicht hat, erfolgt ein Ansprechen eines Sperrschwingers 5, der ein Signal am Ausgang erzeugt. Eine Integration kann auch aus dem "0" -Schaltzu- stand in den "1"-Schaltzustand erfolgen.
Die Zelle ist auch zur Benützung in einem Impulszähler (Fig. 6) geeignet, der einen Kommutator 6, ein Sammelelement 7 und einen Sperrschwinger 8 aufweist. Ausgangszustand der Speicherzelle 2 ist der Schaltzustand "1" und bei der Speicherzelle 21 der Schaltzustand"0". Bei Anlegen positiver Impulse an den Eingang strebt die Charakteristik der Zelle 21 gegen den Zustand "1" und die Charakteristik der Zelle 2 gegen den Zustand "0". Es findet eine Verteilung des Spannungsabfalles statt, wobei die Spannung an der Zelle 2 ansteigt.
Sobald die Spannung ein gewisses Niveau erreicht hat, das der Zählgrundlage entspricht, wird der Sperrschwinger 8 in Tätigkeit gesetzt, der einen Impuls auf den Eingang der zweiten Stufe (in Fig. 6 nicht gezeigt) des Zählers gibt und darüber hinaus den Kommutator 6 derart umschaltet, dass die Eingangsimpulse an die Speicherzelle 2 gelangen, deren Charakteristik gegen den Zustand "1" strebt. Die Charakteristik der Zelle 21 ändert sich dabei gegen den Zustand "0". Durch Impulsgabe durch den Sperrschwinger wird die Kommutatorschaltung in die Ausgangsstellung zurück versetzt.
Die ei-findungsgemässe Halbleiterspeicherzelle ist auch in logischen Schaltelementen "ODER" (Fig. 7) verwendbar. Sollte auch nur auf einer der Zellen ., 22, 23 der Zustand "1" registriert sein, so ist bei Anlegen eines positiven Taktimpulses gegenüber der Schiene A an die Schiene B der Span- nungsabfall an der Zelle geringer und der Zustand "1" wird von der Zelle 2@ registriert. Dabei wird das "1" enthaltende Element in den Zustand "0" versetzt.
Die Speicherzelle ist ferner zur Verwendung in Zweitakt-Schieberegistern (Fig. 8) geeignet. In Ausgangsstellung befinden sich sämtliche Speicherzellen im Schaltzustande "0". Anlegen eines hinsichtlich der Schiene A positiven Impulses an den Registereingang 9 wird die Zelle 21 in den"1"Zustand versetzt, der wegen der Widerstände R,R usw. nicht von andern Speicherzellen registriert
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22Rückinformation. Mit dem nächsten Takt erscheint an der Schiene B ein hinsichtlich der Schiene A positiver Taktimpuls. Dabei wird der Zustand "1" von der Zelle 22 abgenommen und auf die Zelle 23 übertragen.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Speicherzelle für Rechenmaschinen od. dgl., dadurch gekennzeichnet, dass sie als
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