DD251225A1

DD251225A1 - Entkoppelte anordnung amorpher speicherelemente

Info

Publication number: DD251225A1
Application number: DD29261886A
Authority: DD
Inventors: Joerg Troeltzsch; Norbert Schettler
Original assignee: Karl Marx Stadt Tech Hochschul
Priority date: 1986-07-18
Filing date: 1986-07-18
Publication date: 1987-11-04

Abstract

Die entkoppelte Anordnung amorpher Speicherelemente findet zur nichtfluechtigen Informationsspeicherung in der Elektronik und in der Informationsverarbeitung Anwendung. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, die Entkopplung nichtfluechtiger Speicherelemente fuer Matrixanordnungen auf einem isolierenden Substrat zu realisieren und gleichzeitig Moeglichkeiten fuer eine Erhoehung der Integrationsdichte zu schaffen. Erfindungsgemaess wird die Aufgabe geloest, indem das Entkopplungselement aus einem Schwellwertschalter auf der Basis amorpher Halbleiter besteht und Entkopplungselement und Speicherelement in Form duenner Schichten stapelfoermig uebereinander angeordnet und in geeigneter Weise zu einer Matrix zusammengefuegt sind.

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Festkörperbauelement zur Informationsspeicherung, welches in der Elektronik und Informationsverarbeitung Anwendung findet.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Speicherelemente auf der Basis amorpher Halbleiter sind im Ausgangszustand hochohmig und schalten bei Anlegen einer Schwellfeldstärke in den niederohmigen Ein-Zustand um. In diesem Zustand kommt es aufgrund thermischer Prozesse zur Auskristallisation eines Stromkanals, wodurch das Element im niederohmigen Zustand verbleibt. Zum Rücksetzen in den hochohmigen Zustand wird das Element mit kurzen hohen Impulsen beaufschlagt, so daß die Temperatur im Glashalbleiter über die Schmelztemperatur ansteigt und die Schmelze beim raschen Abkühlen glasartig erstarrt und in ihren hochohmigen Zustand zurückkehrt.

Diese nichtflüchtigen Speicherelemente müssen bei einer Anordnung im Matrixverband durch zusätzliche Elemente voneinander entkoppelt werden. Hierfür sind verschiedene Elemente bekannt. Erstens kann die Entkopplung durch eine Reihenschaltung von Speicherelement und einer Diode bzw. einem Transistor erfolgen, wie in der DE-OS 2536809 beschrieben. Die Entkopplungselemente werden dabei ins Si-Substrat integriert. Zweitens sind bestimmte Schaltungen mit Dünnschichtwiderständen bekannt, die eine vollständige Dünnschichtlösung darstellen (US-PS 3827033). Nachteile der bekannten technischen Lösungen bestehen darin, daß entweder ein Vielfaches der Fläche des Speicherelements für das Entkopplungselement benötigt wird oder zusätzliche Leitungen für die Ansteuerung der Speicherzelle notwendig sind.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es, die Entkopplung von nichtflüchtigen amorphen Speicherelementen mit geringem Flächenbedarf zu lösen, um dadurch den Integrationsgrad zu erhöhen.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine entkoppelte Anordnung amorpher Speicherelemente mit geringem Flächenbedarf in Dünnschichttechnik herzustellen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst, indem das Entkopplungselement aus einem Schwellwertschalter auf der Basis amorpher Halbleiter besteht und die dünnen Schichten von Entkopplungselement und Speicherelement stapeiförmig übereinander angeordnet und in geeigneter Weise zu einer Matrix zusammengefügt sind.

Die Anordnung Substrat-Entkopplungselement-Speicherelement bietet weiterhin den Vorteil, daß die Temperatur an den Elektroden des Speicherelements höher werden können, als die des Substrats, wodurch die vollständige Auskristallisation des Kanals begünstigt und die Zuverlässigkeit des niederohmigen Zustandes erhöht wird.

Zur thermischen Stabilisierung der Speicherzelle werden für das Entkopplungselement und das Speicherelement unterschiedliche Chalkogenidgläser eingesetzt. Für das Entkopplungselement sollte dabei ein Glas mit einer höheren Transformationstemperatur im Vergleich zum Speichermaterial verwendet werden. Bei Einsatz des gleichen Chalkogenidglases für Entkopplungselement und Speicherelement, was die technologische Realisierung vereinfacht, kann die thermische Stabilität und die Funktion des Speicherelements durch den Aufbau der Speicherzelle und die Schichtdicken der Chalkogenidgläser realisiert werden.

Beim Einschreiben eines bestimmten Bits wird an die entsprechende Zeile und Spalte eine Spannung angelegt, die größer, als die Summe der Schwellspannungen von Speicherelement und Entkopplungselement ist, was bewirkt, daß beide Elemente zum Einschalten gebracht werden und der Programmierprozeß durchgeführt werden kann.

Um jedes Bit eindeutig auszuwählen, muß die Schwellspannung des Speicherelements geringer als der doppelte Wert der Schwellspannung des Entkopplungselements sein. Die unterschiedlichen Schwellspannungen lassen sich über die Dicken der entsprechenden Chalkogenidglasschichten einstellen.

Zum Auslesen der Information wird an die Speicherzelle eine Spannung angelegt, die größer als die Schwellspannung des Entkopplungselements und kleiner als die Summe der Schwellspannungen von Entkopplungs- und Speicherelement ist. Bei hochohmigem Speicherelement bleibt die Speicherzelle hochohmig und über einem in Reihe geschalteten Lastwiderstand fällt eine geringe Spannung ab. Bei niederohmigem Speicherelement wird das Entkopplungselement in den elektronischen Ein-Zustand versetzt und die Speicherzelle ist niederohmig, so daß über dem Lastwiderstand eine hohe Spannung abfällt, die zur Informationsgewinnung ausgewertet wird,

Ausführungsbeispiel

Die Erfindung soll nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1: den Querschnitt durch eine Speicherzelle und

Fig. 2: das elektrische Ersatzschaltbild der Speicherzelle im Matrixverband.

In einem ersten Ausführungsbeispiel besteht das Entkopplungselement 1OFn Fig. 1 aus einer Grundelektrode 2 aus Molybdän mit einer Dicke von 200nm, einer amorphen Halbleiterschicht 4 aus Te₄₈As₃₀Si₁₂Ge₁₀ mit einer Dicke von 300 nm und einer Transformationstemperatur T_g = 520K, einer Zwischenelektrode 5 aus Molybdän mit einer Dicke von 200 ηm und einer zwischengelagerten Isolatorschicht 3 aus SiO₂, die eine Dicke von 100nm hat und in welche eine Öffnung mit einem Durchmesser d·! = 30μ,ιη zur Definition des aktiven Bereichs geätzt wurde.

Diese und die weiteren Schichten wurden mittels Hochfrequenzkatodenzerstäubung abgeschieden, fotolithografisch strukturiert und naßchemisch geätzt.

Das Speicherelement 9 in Fig. 1 besteht aus einer Zwischenelektrode 5, einer amorphen Halbleiterschicht 7 aus Ge₁₅Te₃₁S₂Sb₂ mit einer Dicke von 500nm und einer Transformationstemperatur T₉ = 415K, der Deckelelektrode 8, die aus Molybdän einer Dicke von 200 nm und Aluminium einer Dicke von 1 μΐη besteht, sowie einer Isolatorschicht 6 aus SiO₂ mit einer Dicke von 80 nm in die eine Öffnung mit einem Durchmesser d₂ = ΙΟμ,ηη geätzt wurde, um den aktiven Bereich zu begrenzen. Der Durchmesser d₂ ist kleiner als der Durchmesser d,,um Kantenprobleme in der Speicherzelle zu vermeiden.

Ein zweites Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom ersten dadurch, daß für Speicherelement 9 und Entkopplungselement 10 ein amorpher Halbleiter Zusammensetzung Ge₁₅Te₃₁S₂Sb₂ eingesetzt wurde. Die Dicke der amorphen Halbleiterschicht 4 des Entkopplungselements 10 beträgt 400 ηm und die Dicke der amorphen Halbleiterschicht 7 des Speicherelements 9 700 ηm. Das elektrische Ersatzschaltbild in Fig. 2 zeigt, wie die Speicherelemente 9 und die Entkopplungselemente 10 zu einer matrixförmigen Anordnung zusammengeschaltet werden. Die Speicherzellen befinden sich an den Kreuzungspunkten der Zeilenleitungen 11 und der Spaltenleitungen 12.

Claims

1. Entkoppelte Anordnung amorpher Speicherelemente, bestehend aus einem amorphen Speicherelement und einem Entkopplungselement, gekennzeichnet dadurch, daß das Entkopplungselement (10) aus einem Schwellwertschalter auf der Basis amorpher Halbleiter besteht und Entkopplungselement (10) und Speicherelement (9) in Form dünner Schichten stapeiförmig übereinander angeordnet und in geeigneter Weise zu einer Matrix zusammengefügt sind.

2. Entkoppelte Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Speicherelement (9) aus einem Glashalbleiter, vorzugsweise Germaniumtellurid einer Zusammensetzung Ge₁₅Te₈iS₂Sb₂ und das Entkopplungselement (10) aus einem Glashalbleiter, vorzugsweise mit einer Zusammensetzung Te₄₈As₃₀Si₁₂GeI₀ besteht.

3. Entkoppelte Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Speicher- (9) und Entkopplungselement (10) aus dem gleichen amorphen Halbleiter bestehen und die Dicke der amorphen Halbleiterschicht des Entkopplungselements (10) 300nm bis 500nm beträgt und die Dicke der amorphen Halbleiterschicht des Speicherelements (9) 500nm bis 1 OOOnm beträgt.

4. Entkoppelte Anordnung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Entkopplungselement (10) und Speicherelement (9) als Dünnschichtstruktur auf einem isolierenden oder halbleitenden Substrat (1) angeordnet sind.

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