DE1180412B

DE1180412B - Informationsspeicheranordnung mit Halbleiter-elementen

Info

Publication number: DE1180412B
Application number: DEG28528A
Authority: DE
Inventors: Rolf K Mueller
Original assignee: Litton Systems Inc
Current assignee: Northrop Grumman Guidance and Electronics Co Inc
Priority date: 1958-12-08
Filing date: 1959-12-08
Publication date: 1964-10-29
Also published as: US3109163A; GB902024A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat Kl.: H 03 k

Deutsche KL: 21 al -37/52

Nummer: 1180412

Aktenzeichen: G 28528IX c / 21 al

Anmeldetag: 8. Dezember 1959

Auslegetag: 29. Oktober 1964

Die Erfindung bezieht sich auf eine Informationsspeicheranordnung mit Halbleiterelement, wie sie in datenverarbeitenden Anlagen verwendet wird. Speicheranordnungen mannigfaltiger Art sind in datenverarbeitenden Anlagen bereits bekannt. Als Speicherelemente finden z. B. Magnetkerne, Gasentladungsröhren, ferroelektrische oder halbleitende Elemente Verwendung.

Es ist beispielsweise bekannt, in dem Stromweg, der zu einer Elektrode eines ferroelektrischen Speicherelementes führt, einen Transistor einzufügen und die Änderung der Impedanz des Transistors auszunutzen, um eine veränderliche Impedanz für die wahlweise Informationsspeicherung in dem Element verfügbar zu machen.

In einer anderen bekannten Anordnung wird ein ferroelektrisches Element mit der Oberfläche eines Halbleiterkörpers in Berührung gebracht, und die Polarisation des ferroelektrischen Elementes wird benutzt, um in dem Halbleiterkörper ein inneres elektrisches Feld verfügbar zu machen, welches den Impedanzzustand des Halbleiterelementes steuert.

In der zuletzt genannten Speicheranordnung hat das halbleitende Element einen Körper mit wenigstens zwei aneinander angrenzenden Zonen von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp, die wenigstens eine Verbindungsgrenze bilden. Die Besonderheit der Anordnung besteht darin, daß ein ferroelektrisches Element an die Oberfläche des Körpers dicht bei der Verbindung angelegt ist, daß ferner ein dritter, in einem Abstand vom Körper befindlicher Anschluß an einer freien Oberfläche des ferroelektrischen Elementes angebracht ist und daß schließlich eine Anordnung zur Steuerung der Polarisation zwischen einem der beiden Anschlüsse und den dritten Anschluß geschaltet ist.

Zwar gelingt es mit der beschriebenen Anordnung, die Eigenarten eines halbleitenden Elementes zur Informationsspeicherung auszunutzen, jedoch ist der erforderliche Schaltungsaufwand erheblich. Hinzu kommt, daß die Herstellung der Halbleiterelemente mit PNP-Charakter nach wie vor einen hohen Aufwand an Präzision erfordert.

In der angeführten Speicheranordnung muß das halbleitende Element stets an einem elektrischen Potential liegen. Die über das ferroelektrische Element an das halbleitende Element angelegten Signale dienen lediglich zur Steuerung des durch die Vorspannung am Halbleiterelement erzeugten Stromflusses.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Speicheranlage zu schaffen, die gegen-Informationsspeicheranordnung mit Halbleiterelementen

Anmelder:
5

Litton Systems, Inc., Beverly Hills, Calif.

(V. St. A.)
Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Görtz, Patentanwalt,
Frankfurt/M., Schneckenhofstr. 27

Als Erfinder benannt:

Rolf K. Mueller, St. Paul, Minn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:

V. St. v. Amerika vom 8. Dezember 1958

(778 679)

über den bisher bekannten Speicheranordnungen mit Halbleiterelement nicht nur eine besonders einfache Schaltungsanordnung aufweist, sondern die darüber

^a5 hinaus gegenüber den bekannten Anordnungen räumlich erheblich verkleinert werden kann. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist es, eine einfache Speicheranordnung zu schaffen, bei deren Herstellung keine größenbeschränkenden Probleme der Zusammenstellung und des Zusammenbaus, insbesondere auch der Leitungsführung, auftreten. Die neue Speicheranordnung hat eine hohe Betriebslebensdauer und erfordert nur sehr wenig Wartung. Die Anordnung nach der Erfindung vermeidet die Nachteile der bisher bekanntgewordenen Speicheranordnungen mit Halbleiterelementen, indem erfindungsgemäß das Halbleiterelement eine Korngrenze aufweist, bei der das halbleitende Material zu beiden Seiten der Grenze einkristallinisch ist und die Kristalle zur Bildung einer Diskontinuität im Kristallgitter zueinander schräg gestellt sind, an das Halbleiterelement ein Generator zur Erzeugung eines Potentials als Eingabesignal angelegt ist, das an der Korngrenze eine Ladung schafft, die die zu speichernde Information darstellt und an das Halbleiterelement ein Generator für ein Abfragesignal angelegt ist, das den Zustand der Ladung an der Korngrenze feststellt und eine gespeicherte Information zur Anzeige gelangen läßt.

Halbleiterelemente mit einer Korngrenze sind bereits bekannt. Der Grenzschichteffekt, der bei bisher bekannten halbleitenden Elementen durch das Zu-

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sammentreffen von wenigstens zwei aneinander angrenzenden Zonen von entgegengesetztem Leitfähigkeitstyp hervorgerufen wurde, wird in den neuen Korngrenzelementen dadurch bewirkt, daß die zwei Kristalle mit Bezug aufeinander schräg gestell,! sind. An der Verbindungsstelle entsteht dadurch eins Diskontinuität im Kristallgitter. Diese Diskontinuität läßt sich als eine Reihe von Versetzungen oder Verschiebungen der Kanten auffassen. Jede Verschie-

Die Darstellungen werden einzeln und im Detail erörtert. F i g. 1 zeigt eine typische Korngrenzzelle 10. Die Zelle besteht aus einem Block aus halbleitendem Material mit Kontakten 12, 14, die an den Enden angelötet sind, und einer Korngrenze 16 irgendwo zwischen den zwei Enden. An jeder Seite der Grenze ist das halbleitende Material einkristallinisch, d. h., das Kristallgitter ist kontinuierlich. Die zwei Kristalle sind indessen mit Bezug aufeinander

bung weist hin- und herwechselnde Verbindungsstel- io schräg gestellt mit dem Ergebnis, daß dort an der len auf, die entweder als Löcher- oder als Elek- Verbindungsstelle eine Diskontinuität im Kristalltronenfallen wirken, je nach der Art des verwendeten gitter besteht. Diese Diskontinuität läßt sich als Halbleitermaterials. Bei Germanium des N-Typs Reihe von Versetzungen oder Verschiebungen des z. B. besteht die wechselnde Verbindungsstelle aus Kantentyps auffassen. Jede Verschiebung weist hineinem unpaarigen Elektron, das freie Elektronen ein- 15 und herwechselnde Verbindungsstellen auf, die entfängt, die der Grenze eine nutzbare, reine Negativ- weder als Löcher- oder als Elektronenfallen wirken, ladung erteilen. Die reine Negativgrenzladung weist je nach der Art des fraglichen Halbleitermaterials. die Leitungselektronen in der Materialmasse zurück Bei Germanium des N-Typs z. B. besteht die wech- und beläßt ein von Elektronen erschöpftes Gebiet selnde Verbindungsstelle aus einem unpaarigen Elekmit einer niedrigeren Leitfähigkeit an der Korn- 20 tron, das freie Elektronen einfängt, die der Grenze grenze. Die Korngrenze bildet infolgedessen eine Potentialsperre gegen den Fluß von Elektronen, und
der äquivalente elektrische Kreis besteht aus einer
Reihen-Parallel-Kombination aus zwei Dioden sowie
zwei Kondensatoren.

So ausgebildete Speicherelemente besitzen den Vorteil, daß zum Einspeichern einer Information in die Korngrenze und zum Abfragen einer dort gespeicherten Information elektrische Impulse gleicher Größe dienen können.

Weitere Einzelmerkmale und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnungsbeschreibung, die weitere Ausführungsbeispiele erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine stark vergrößerte Ansicht eines Halbleiiterkorngrenzelements, das eine einzelne Speicherzelle bildet,

Fig. 2 ein Schaltschema, das den äquivalenten Kreis der in F i g. 1 veranschaulichten Zelle darstellt,

Fig. 3 eine Kurve, die die sich ergebende Strom- 4° an, so wird die Potentialsperre erniedrigt, und ein empfindlichkeit veranschaulicht, wenn die Zelle nach Elektronennuß in die Grenze hinein tritt auf. Die der Fig. 1 einem Ladeimpuls unterworfen wird, wo- Größe dieses Flusses und folglich die Ladezeit werbei sich die Zelle in einem ursprünglich ungeladenen den nur durch den Widerstand der Masse des Ger-Zustand befindet, maniums und nicht durch Diffusionsprozesse und

F i g. 4 eine weitere Kurve, die die Stromempfind- 45 Minoritätsträgerspeichereffekte begrenzt, wie es bei lichkeit veranschaulicht, die auftritt, wenn die Zelle herkömmlichen Dioden der Fall ist. schon geladen ist und einem zusätzlichen Ladeimpuls Eine bildliche Darstellung des Stromflusses in die

unterworfen wird, Grenze, der sich ergibt, wenn an das Musterstück ein

Fig. 5 ein Schaltschema, das einen Weg ver- rechteckiger Spannungsimpuls angelegt wird, ist den anschaulicht, auf dem Information in das System 5° F i g. 3 und 4 zu entnehmen. F i g. 3 zeigt einen oder die Anlage hineingegeben und aus diesem abge- Stromimpuls 26, der sich ergibt, wenn die Spannung fühlt oder herausgelassen werden kann, an eine ungeladene Grenze angelegt wird. Dort be-

F i g. 6 eine Ansicht, bei der der Betriebszustand steht zuerst ein rascher Anstieg auf ein Maximum, demjenigen der Anlage gemäß der F i g. 5 entspricht, gefolgt von einem langsamen Abfall, wenn sich das wobei die vorliegende Ansicht indessen eine Matrize 55 Grenzpotential demjenigen des angelegten Impulses aus Speicherzellen veranschaulicht, die gemäß den nähert. Der kleine negative Impuls, mit 28 beziffert, Lehren der neuen Erfindung ausgebildet ist, der auftritt, nachdem der angelegte Spannungsimpuls

F i g. 7 eine Anlage, die im allgemeinen derjenigen aufgehört hat, ist die Folge einer Wiederverteilung der F i g. 5 ähnlich ist, bei der aber nahe der Korn- der Träger in der Materialmasse und für die in Rede grenze jeder Zelle ein Lochinjektionskontakt ange- 60 stehenden Zwecke nicht wichtig, ordnet ist, um ein Abfühlen oder Herauslesen von Legt man nun, nachdem man die Grenze gemäß

Information zu erzielen, der F i g. 3 geladen hat, einen zweiten Spannungs-

F i g. 8 eine Anlage, die mit zerstörungsfreiem Ab- impuls derselben Größe an das Muster, so erhält fühlen der Information arbeitet, während die voraus- man den mit der Ziffer 30 bezeichneten Stromimpuls gehenden Anlagen nur eine zerstörende Auslese zu- 65 (F i g. 4). In diesem Falle ist der Strom viel kleiner, lassen, und da die Grenze, die durch den früheren Impuls ge-

F i g. 9 noch eine weitere Ausführungsform der schaffene Ladung zurückhält und folglich dem weiteneuen Erfindung. ren Stromfluß eine große Sperre darbietet. Zwar er

eine nutzbare, reine Negativladung erteilen. Die reine negative Grenzladung weist die Leitungselektronen in der Materialmasse zurück und beläßt ein von Elektronen erschöpftes Gebiet mit einer niedrigen Leitfähigkeit an der Grenze.

Infolgedessen bildet die Grenze eine Potentialsperre gegen den Fluß von Elektronen, und der äquivalente elektrische Kreis besteht aus einer Reihen-Parallel-Kombination aus zwei Dioden 18 und 20 sowie zwei Kondensatoren 22, 24 (F i g. 2). Die Größen der zwei Kapazitäten hängen von der Breite des von den Elektronen erschöpften Gebietes ab, die ihrerseits von der reinen Ladung an der Grenze abhängt.

Unter Gleichgewichtsbedingungen hat die Höhe der Potentialsperre in Germanium des N-Typs die Größenordnung weniger Zehntel eines Elektronenvolts. Legt man nun eine Vorspannung einer der Polaritäten zwischen den Enden des Musterstücks

scheint noch einmal wieder ein kleiner negativer Impuls 32, nachdem der angelegte Spannungsimpuls aufgehört hat, wobei die Größe dieses Impulses derjenigen des Impulses 28 entspricht.

Hiernach hat man also eine Vorrichtung, die sich in einer Binäranlage als Speicherzelle verwenden läßt. Der ungeladene Zustand könnte 0 entsprechen, während der geladene Zustand 1 entsprechen könnte. Die Größe des Stromimpulses, der sich ergibt, wenn ein Fragespannungsimpuls angelegt wurde, würde eine Anzeige des ursprünglichen Zustandes der Grenze sein. Diese Art der Befragung ist natürlich zerstörend. Man könnte nun ein nichtzerstörerisches Fragesystem schaffen, indem man die Kapazität der Grenze mißt, da die Größe der Kapazität von der Grenzladung abhängt. Ein solches System wird später beschrieben werden. Es bestehen zwei Wege, die man anwenden könnte, um die Grenze zu entladen und sie hierdurch in ihren O-Zustand zurückzuführen. So könnte man einen Ohmschen Kontakt an die Grenze anlegieren und diesen Kontakt mit dem Ende des Musterstücks kurzschließen, um die Grenze zu entladen, oder man könnte auch das Musterstück mit Licht der passenden Wellenlänge (1,7 Mikron im Falle von Germanium) bestrahlen. Eine Lichtbestrahlung des Musterstücks erzeugt Loch-Elektron-Paare in der Materialmasse. Die Löcher diffundieren dann zur Grenze, indem sie die reine Ladung an der Grenze herabsetzen und sie wirksam entladen. Die obige Erörterung ist zumeist auf Germanium des N-Typs beschränkt, wo die Majoritätsträger Elektronen sind und die Grenze eine nutzbare, reine Negativladung enthält, da sich die vorliegende Erfahrung auf diesen Materialtyp gründet.

Es gibt indessen eine Reihe von weiteren Materialen, die zweckentsprechend wären und gegenüber Germanium einige Vorteile (und natürlich einige Nachteile) hätten. Beispielsweise sind für Silizium des N-Typs und Indium-Antimon des P-Typs brauchbare Korngrenzen berichtet worden, und man hat Grund zu glauben, daß Grenzen bei anderen III-V-Massen und in Siliziumcarbid ebenfalls brauchbare Eigenschaften haben dürften. Die Erörterung der Wirksamkeit und des Arbeitens der Vorrichtung wäre dann dieselbe wie weiter oben für alle Materialien des N-Typs, während man für Materialien des P-Typs, wo Löcher die Majoritätsträger sind, lediglich Löcher durch in Rede stehende Elektronen ersetzen und eine Grenze mit einer nutzbaren, reinen positiven Ladung verlangen würde. Wie früher dargetan, hätte jeder Materialtyp seine eigenen Vorteile. Beispielsweise ließe sich Silizium bei Raumtemperatuir (20° C) verwenden, während Germanium auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff (196° C) gekühlt werden müßte. Der Grund hierfür liegt darin, daß es einer größeren Energiemenge bedarf, um in Silizium ein freies Leitungselektron zu erzeugen, und deshalb gibt es dort auch nicht viele Träger mit genügender thermischer Energie bei 2O⁰C, um die Ladung an der Grenze zu stören. In Germanium z. B. würde sich die Grenze fast augenblicklich bei 20⁰C auf ihren Gleichgewichtswert entladen, während sich die Ladung bei -196⁰C um etwa 1% in 3 Stunden ändert. Indium-Antimon andererseits, das eine kleinere Energielücke zwischen der Valenz und den Leitfähigkeitsstreifen als Germanium hat, würde auf noch niedrigere Temperaturen zu kühlen sein, würde aber auf Infrarotstrahlung heraus bis etwa 6 Mikron ansprechen im Vergleich zu 1,7 Mikron bei Germanium. Dies dürfte bei manchen Anwendungen Vorteile haben.

Obwohl die Erörterung dieses Punktes auf.Speichervorrichtungen beschränkt worden ist, die bei Binäranlagen angewendet werden sollen, könnte man die KorngrenzspeicheraeUe auch so ausbilden, daß sie in anderen Systemen oder Anlagen arbeitet, die eine größere Anzahl von Zeichen hat, z. B.

ίο wie das gewöhnliche Dezimalsystem. Um zu sehen, wie dies bewerkstelligt werden würde,,, sei.noch einmal auf die F i g. 3 und 4 Bezug genommen. Diese beiden Diagramme zeigen die extremen Fälle von Fragestromimpulsen, wenn die Grenzen voll ent-^ laden bzw. voll geladen sind. Hätte man eine Anzahl von Spannungsmformationsimpulsen unterschiedlicher Größen, würde man die Grenze auf eine Anzahl von unterschiedlichen Pegeln laden. Dann könnte man, mit einem Spannungsfrageimpuls, der

ao gleich oder größer als der größte Inf örmationsimpuls war, aus der Größe des sich ergebenden Stxomimpulses die Zahl bestimmen, die in die Vorrichtung eingegeben worden war. Diese Arbeitsweise bietet einen entschiedenen Vorteil gegenüber den meisten verfügbaren Speichervorrichtungen, da diese lediglich zwei stabile Arbeitspunkte haben und sich daher nur für das Binärsystem verwenden lassen.

Als weitere Möglichkeit könnte man den voll geladenen Zustand als den O-Zustand und den voll entladenen Zustand als den 1-Zustand anwenden, wenn die Vorrichtung im Binärsystem verwendet werden würde. Auf diese Weise könnte man die Information mit einem Lichtbündel einführen und der Frageimpuls würde die Vorrichtung immer in den 0-Zustand zurückführen.

In F i g. 5 ist eine Zehn-Zellen-Speicheranlage veranschaulicht. Hier wirkt ein Impulsgenerator 34 sowohl für das Eingeben von Information in eine Mehrzahl von Zellen 10 als auch für das Abfühlen einer solchen Information. Wie veranschaulicht, kann der Generator wahlweise mittels eines Drehschalters 36 an irgendeine gegebene Zelle 10 angeschlossen werden. In diese mit den, verschiedenen Zellen 10 befindet sich ein .RC-Kreis 38, und in dem veranschaulichten Beispiel ist ein KathodenstrahloszUloskop 40 an den Kreis 38 angeschlossen.

Im Gebrauch wurden die Ladeimpulse mittels des Generators 34 angelegt werden. Um die am linken Ende befindliche Zelle 10 zu laden, wäre der Dreharm des Schalters 36 auf den unmittelbar mit dieser speziellen Zelle verbundenen Kontakt einzustellen. Ein Impuls von rund 4 oder 5 Volt, der für einige Mikrosekunden angelegt wird, reicht aus, die Zelle zu laden. Wird gewünscht, die Information abzufühlen oder herauszulesen, d. h. zu bestimmen, ob dies? Zelle geladen ist, wird der Schaltann wieder ,auf den Kontakt eingestellt, der der zu befragenden Ζεφ.ζμ^ geordnet ist. Ist dies geladen, wie es bei dem Beispiel der Fall ist, beobachtet man am Oszilloskop.40 einen Impuls, dessen Größe derjenigen des Impulses 30 entspricht. Auf diese Weise wird eine Anzeige hinsichtlich der in dieser speziellen Zelle gespeicherten Information verwirklicht. Sollte irgendeine der anderen Zellen 10 befragt werden, wird ein dem Impuls 26 ähnlicher großer Impuls wahrgenommen, da Information unter dieser angenommenen Gruppe von Umständen außer in die linke eine Zelle noch in keine Zelle eingegeben worden ist.

Ein Befragen oder Abfühlen einer solchen Zelle 10 läßt diese natürlich in geladenem Zustand zurück. Deshalb ist es notwendig, alle Ladungen an den Zellen 10 gemäß der F i g. 5 zu löschen, bevor neue Information eingegeben wird. Dies läßt sich ohne weiteres dadurch verwirklichen, daß man die Reihe der Zellen 10 der Lichtenergie aussetzt. Für Germanium ist eine Wellenlänge von 1,7 Mikron oder darunter, ausgeübt für einen Bruchteil einer Mikrosekunde,

des Lichtes sein. Das Licht injiziert, wie früher geschildert, Löcher, und die so injezierten Löcher fließen zur Grenze und neutralisieren hierdurch die Ladung an der Korngrenze.

Das in Verbindung mit F i g. 5 verwendte Schema der Eingabe und des Abfühlens wird ebenso auch für die Anlage nach der F i g. 6 verwendet. Hier ist zwar eine Matrize 42 vorgesehen, um eine Mehrzahl

daß die Wirkungsweise gemäß F i g. 6 aus der bereits gegebenen Schilderung ohne weiteres verständlich ist. Mit den Armen der Schalter 70 und 72 in den veranschaulichten Stellungen nimmt die durch die über-S läppenden oder ausgefluchteten Abschnitte der Streifen 50 und 60 gebildete Zelle eine Ladung an der Komgrenze 44 auf, wenn vom Generator 34 ein Impuls zugeschickt wird. Wird der Arm des Schalters 70 zu seinem nächsten Kontakt bewegt, wird die von

angemessen. Allgemein gesprochen muß, je höher io den Streifen 52 und 60 gebildete Zelle geladen, wenn die Energielücke ist, desto kürzer die Wellenlänge ein Impuls übertragen wird. Während eines nachfolgenden Abfühlvorganges erzeugen beide Zellen verhältnismäßig kleine Impulse, deren Größe derjenigen des Impulses 30 entspricht, während jede der ungei₅ ladenen Zellen einen Impuls auf dem Oszilloskop 40 registriert, der dem Impuls 26 ähnlich ist.

Es ist indessen möglich, eine Speicherzelle herzustelen, die sich nach dem Abfühlen im entladenen Zustand befindet. Durch Einführung eines Lochinji-

von Speicherzellen zu bilden, die in derselben Weise so zierenden Kontaktes 80 an der halbledtenden Zelle wie die einzelnen Zellen 10 wirken. Hierbei war die 10 mit der Korngrenze 16 wird ein solches Ergebnis Matrize 42 ursprünglich ein kleiner Streifen aus halb- erreicht. Eine Anordnung mit derart abgewandten leitendem Material mit einer Korngrenze 44. Die ein- Zellen ist in F i g. 7 veranschaulicht, zelnen Zellen, im vorliegenden Falle fünfundzwanzig, F i g. 7 zeigt, statt des Eingabe- und Abfühlgene-

werden dadurch gebildet, daß ein Satz von parallelen 35 rators 34 ein ähnlicher Generator 82, aber nur für Nuten 46 an einer Seite und ein zweiter Satz von Eingabezwecke verwendet wird. Wie bei dem System Nuten 48 an der entgegengesetzten Seite eingeschnit- gemäß der F i g. 5 wird ein Wahlschalter 84 verwenten werden, wobei die zwei Sätze rechtwinklig zuein- det, so daß sich ein Impuls zu irgendeiner gewünschander verlaufen. Eine nähere Inaugenscheinnahme ten Zelle 10 übertragen läßt, um dieselbe in der geder Figur läßt erkennen, daß jeder Satz von Nuten 30 maß der F i g. 5 verwirklichten Weise zu laden. 46, 48 tief genug ist, um die Grenze 44 zu durch- Für Zwecke des Abfühlens wird ein Impulsgenerator 86 verwendet, der sich vom Generator 82 auf Grund der Impulsgröße, die er erzeugt, weitgehend unterscheidet. Genauer gesagt, ist der Generator 82 35 dazu bestimmt, einen Eingabeimpuls in der Größenordnung von annähernd 5 Volt zu liefern, doch braucht der vom Generator 86 gelieferte Abfühlimpuls nur ein Bruchteil eines Volts zu betragen. Augenscheinlich sind diese Werte nur Annäherungsher durch die überlappenden Abschnitte dieser ver- 40 werte und ändern sich für verschiedene halbleitende schiedenen Streifen gebildet, wobei die Anzahl von Materialien tatsächlich ziemlich weitgehend. Zellen für die angenommene Anzahl von Streifen Derselbe i?C-Kreis 38 läßt sich zusammen mit

fünfundzwanzig beträgt. dem Kathodenstrahloszilloskop 40 zum Beobachten

Bei der Durchführung der Eingabe- und Abfühl- der abgefüllten Information anwenden. Indessen vervorgänge läßt sich derselbe Impulsgenerator 34 ver- 45 bleibt jede Zelle 10 nach der Abfüllung in ungeladewenden, der in Verbindung mit Fig. 5 verwendet nem Zustand, und zwar dank der Einführung der wird. Über einen ersten Wählschalter 70 kann der Abfrageimpulse an der Korngrenze 16 der befragten Generator 34 an irgendeinen der oberen Streifen 50 Zellen. Sonach verbleibt, obwohl das System ebenso angeschlossen werden. In gleicher Weise kann wie die Systeme nach den F i g. 5 und 6 mit Informairgendeiner der unteren Streifen 60 bis 68 mittels 50 tionszerstörung arbeitet, das vorliegende System in eines zweiten Wahlschalters 72 einbezogen werden. Bereitschaft für die Aufnahme neuer Information, Im Kreis mit diesem zweiten Schalter 72 liegt der
jRC-Kreis 38 und das Kathodenstrahloszilloskop 40
(Fig. 5). Die Schalter 70, 72 sind entweder für das
Eingeben oder Abfühlen der Zelle eingestellt, die 55
durch die überlappenden Abschnitte der Streifen 50
und 60 gebildet ist. Beispielsweise ist in F i g. 6 die
Zelle ausgewählt, die in der linken unteren Ecke
nächst dem Schalter 70 liegt.

Während sie in F i g. 5 nicht veranschaulicht ist, 60 und keine Abfühlimpulse zu liefern. Der Generator zeigt Fig. 6 eine Lichtquelle 74, die über einen 82 kann über einen Einzelpolschalter90 an einen Schalter 78 von einer Batterie gespeist wird. Aus Wahlschalter 88 angeschlossen werden, dem, was bereits gesagt ist, versteht sich, daß die Die verschiedenen, dem Wahlschalter 80 zugeord-

Lichtquelle 74 zum Löschen der verschiedenen La- neten Kontakte sind an ein Ende der in diesem spezidungen verwendet wird, die auf irgendeiner der die 65 eilen System verwendeten Zellen 10 angeschlossen. Matrize 42 bildenden Zellen vorhanden sein können. Die anderen Enden dieser Zellen sind an eine Mehr-Da bereits die Wirkungsweise gemäß der F i g. 5 zahl Induktanzspulen 90 angeschlossen, die ihrerseits geschildert worden ist, darf angenommen werden, über einen Widerstand 94 an Erde liegen.

schneiden. Photowiderstands- und Ätztechniken, die bei der Herstellung von gedruckten Schaltkreisen allgemein verwendet worden sind, lassen sich auch für die Herstellung der Matrize 42 anwenden.

Die Nuten 46 teilen die obere Oberfläche der Matrize 42 in einzelne Streifen 50, 52, 54, 56 und 58, während die Nuten 48 die untere Oberfläche in Streifen 60, 62, 64, 66 und 68 teilen. Jede Zelle wird da-

ohne daß man zur Anwendung irgendwelcher
Lichtenergie für Löschzwecke Zuflucht nehmen
muß.

Wo eine nichtzerstörende Abfühlung gewünscht
wird, läßt sich das in Fig. 8 schematisch veranschaulichte System anwenden. Hierbei läßt sich
wieder der Eingabeimpulsgenerator 82 der Fig. 7
verwenden, dessen Aufgabe es ist, nur Ladeimpulse

Um irgendeine gewünschte Zelle 10 gemäß der F i g. 8 zu laden, hat man nur den Schalter 90 zu schließen, und kann, indem man den beweglichen Arm des Wahlschalters 88 auf den speziellen Kontakt setzt, der an die zu ladende Zelle angeschlossen ist, die die zu speichernde Information darstellende Ladung in die Korngrenze 16 der beabsichtigten Zelle einführen. Wie veranschaulicht, würde die Zelle 10 in F i g. 8 links die Ladung aufnehmen.

Um die Information abzufühlen, wird ein Signalgenerator 96 verwendet, der mittels eines Einzelpolschalters 98 an den Wählschalter 88 anschließbar ist. Die von dem Generator 96 zugeführte Frequenz kann die Größenordnung von ein Megahertz haben, wobei die genaue Frequenz nicht wesentlich ist. Mittels einer derartigen Einrichtung wird die Kapazität der Zellen, die davon abhängt, ob diese geladen oder ungeladen sind, zur Anzeige der gespeicherten Information ausgenutzt. Genauer gesagt, ist jede Zelle 10 mit den in F i g. 8 dargestellten Schaltkreisteilen so beschaffen, daß sie als Kondensator in einem Resonanzkreis wirkt, wobei die Gegenwart einer Spule 92 in jedem leitenden Pfad die Induktanz liefert.

Offensichtlich wird, indem man irgendeine spezielle Zelle 10 nur einem kleinen Fragesignal aussetzt, die in einer gegebenen Zelle 10 auf Grund der an ihrer Korngrenze 16 erscheinenden Ladung dargestellten Information nicht zerstört werden. Demzufolge arbeitet das vorliegende System mit zerstörungsfreier Abführung. Wie bei den in F i g. 5 und 6 veranschaulichten Systemen läßt sich der Lichtaufprall verwenden, um die Zellen 10 nach der F i g. 8 von ihren Ladungen zu befreien. Außerdem versteht es sich, daß sich das System nach der F i g. 8 das für die Anwendung einzelner halbleitender Zellen 10 beschrieben worden ist, auch für die Anwendung in Form der Matrize 42 gemäß der F i g. 6 eignet, wobei dann eine Hochfrequenzabfühlung an die Stelle der dort beispielsweise verwendeten Impulsabfühlung tritt.

Das in F i g. 9 veranschaulichte System enthält die Matrize 42 gemäß der F i g. 6, aber in etwas abweichender Ausführung. Gleichwohl bestehen gewisse Ähnlichkeiten. Unter diesen befindet sich die Anwendung der Schalter 70, 72 und des Kathodenstrahloszilloskops 40. Ein Abfühlgenerator 99, der derselbe wie der Generator 34 sein kann, wird ebenfalls verwendet. Obwohl die Generatoren 34 und 99 identisch sein können, werden sie aber in unterschiedlicher Art verwendet, so daß auch unterschiedliehe Bezugsziffern gebraucht sind.

Das System nach der F i g. 9 unterscheidet sich merklich von dem System nach der F i g. 6, und zwar auf Grund der für die Informationslöschung vorgesehenen Einrichtung. Hier wird die Matrize 42 einem gesteuerten Lichtaufprall ausgesetzt. Ein Mittel zur Erreichung dieses Zieles ist, die Matrize an der Außenseite des Schirmes einer herkömmlichen Kathodenstrahlröhre 100 anzubringen. Das Elektronenbündel der Röhre 100 läßt sich in herkömmlicher Weise auf Grund eines Vertikalablenkungskreises 102 und eines Horizontalablenkungskreises 104 über den gesamten Schirmbereich und damit über die gesamte Fläche der Matrize steuern.

Bei Anwendung des Systems gemäß der F i g. 9 nehmen alle die die Matrize 42 bildenden Zellen eine Raumladung an ihrer Korngrenze auf. Dies läßt sich mit dem Generator 99 ohne weiteres verwirklichen.

Auf jeden Fall läßt sich, wenn die Zellen der Matrize 42 geladen sind, das Aufprallen des innerhalb der Röhre 100 erzeugten Elektronenbündels so bewerkstelligen, daß es auf ausgewählte Abschnitte des Schirmes aufprallt und hierdurch einen lichtfleck erzeugt. Beispielsweise könnte man, wenn man eine Eingabeinformation zur Zelle an der rechten Seite der Matrize gelangen lassen will, die Baueinheiten 102 und 104 zur Vertikal- bzw. Horizontalablenkung erregen, so daß sie das Elektronenbündel veranlassen, den Schirm in diesem Bereich zu treffen, um den Lichtfleck zu erzeugen.

Es ist bereits geschildert worden, daß das Licht eine geladene Zelle durch Injektion positiver Löcher dazu bringt, daß sie sich entlädt. Demgemäß wird die betreffende spezielle Zelle entladen. Dies könnte die erste Bedingung darstellen, wenn das System gemäß der F i g. 9 als Binärsystem verwendet würde. Andererseits könnte es, wenn die fragliche Zelle in ihrem voll geladenen Zustand belassen wird, die 0-Bedingung in Binärsprache darstellen.

Angenommen nunmehr, daß man die untere, rechte Zelle der Matrize in F i g. 9 zu befragen wünscht, so befinden sich die beweglichen Arme der Schalter 70, 72 bereits in der Stellung, um dies auszuführen. Wird vom Generator 99 ein Abfühlimpuls übertragen, folgt hieraus, daß ein großer Impuls (vgl. den Impuls 26 der F i g. 3) auf dem Oszilloskop 40 erscheint und es dementsprechend bekannt wird, daß bisher die 1-Bedingung bestand. Wird indessen die Zelle unmittelbar links davon mit einem Impuls vom Generator 99 befragt, dann befindet sich die Korngrenze in geladenem Zustand und man nimmt nur einen kleinen Impuls, wie den Impuls 30 der F i g. 4, wahr.

Eine günstige Eigenschaft des vorliegenden Systems ist auch, daß die Matrix 42 nach einem Abfühlvorgang immer in einem geladenen Zustand belassen wird, da die Wirkung von jedem Impuls vom Generator derart ist, daß sie ein Laden einer gegebenen Zelle verursacht. Es ist das Licht von der Kathodenstrahlröhre, das die Entladung bewirkt.

Claims

Patentansprüche:

1. Informationsspeicheranordnung mit Halbleiterelement, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterelement (10, 42) eine Korngrenze (16, 44) aufweist, bei der das halbleitende Material zu beiden Seiten der Grenze einktistallinisch ist und die Kristalle zur Bildung einer Diskontinuität im Kristallgitter zueinander schräg gestellt sind, an das Halbleiterelement (10, 42) ein Generator (34,82) zur Erzeugung eines Potentials als Eingabesignal gelegt ist, das an der Korngrenze (16, 44) eine Ladung schafft, die die zu speichernde Information darstellt, und an das Halbleiterelement (10, 42) ein Generator (34, 86, 96) für ein Abfragesignal angelegt ist, das den Zustand der Ladung an der Korngrenze (16, 44) feststellt und eine gespeicherte Information zur Anzeige gelangen läßt.

2. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einspeichern und Abfragen elektrische Impulse gleicher Größe dienen.

3. Speicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Erzeugen der Eingabe- und Abfragesignale derselbe Generator (34) verwendet wird.

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4. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das als Speicherzelle dienende Halbleiterelement (10) in Verbindung mit einer Impedanzspule (92) einen Schwingkreis bildet, der mittels Hochfrequenzimpulsen ohne eine Zerstörung der Information abgefragt wird.

5. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladung durch eine Lichtquelle (74) und/oder einen lochinjizierenden Kontakt (80) in der Nähe der Korngrenze (16) löschbar ist.

6. Speicher nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Generator (34) ein Spannungsgenerator mit je nach der Größe der in der Anordnung zu speichernden Information von 0 bis zu einer gegebenen Größe regelbarer Ausgangsspannung ist.

7. Speicher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß an den lochinjizierenden Kontakt (80) ein Impulsgenerator (86) angeschlossen ist.

8. Speicher nach Anspruch 1 mit mehreren Halbleiterelementen, gekennzeichnet durch einen Stufenschalter (36, 70, 72, 84) zur Anlegung eines einer Information entsprechenden Potentials an einzelne Elemente (10).

9. Anordnung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen weiteren Stufenschalter (F i g. 7), der wahlweise ein gewünschtes Element (10) abfragt.

10. Anordnung nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Umschalter (90, 98) zum wahlweisen Anlegen oder Abfragen einer Information über den Stufenschalter (88).

11. Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Halbleiterelemente in Form einer Matrix (42) aus einem Block aus halbleitendem Material gebildet sind, der aus oberen und unteren Oberflächen mit dazwischenliegenden Korngrenzen (44) besteht und eine Anzahl paralleler Nuten (46), die von der Oberfläche zu einer Stelle gerade jenseits der Korngrenze (44) reichen und eine erste Gruppe gleichgerichteter paralleler Streifen (50 bis 58) bilden, und eine Anzahl im rechten Winkel zu ersterer verlaufender paralleler Nuten (48) aufweist, die von der entgegengesetzten Oberfläche zu einer Stelle gerade hinter der Korngrenze (44) reichen und eine zweite Gruppe paralleler Streifen (60 bis 68) rechtwinklig zur ersten Gruppe bilden.

12. Speicher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß bei den aufeinander senkrecht stehenden Streifenscharen je ein zugehöriger Stufenschalter (70, 72) zugeordnet ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Auslegeschriften Nr. 1 041 165,
1024119, 1042 648;
britische Patentschrift Nr. 774 308.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

409 709/111 10.64

Bundesdruckerei Berlin