DE1303797B

DE1303797B - Ferroelektrisches informationsspeicherelement

Info

Publication number: DE1303797B
Application number: DE19651303797D
Authority: DE
Inventors: Cecil Elvin; Haertling Gene Henry; Albuquerque N.Mex. Land (V.St.A.)
Original assignee: USAEC
Current assignee: USAEC
Priority date: 1964-03-13
Filing date: 1965-02-13
Publication date: 1972-11-30
Also published as: NL6500473A; CH447919A; BE659489A; GB1053478A; DE1303797C2; US3434122A; SE301110B

Description

versehen ist und daß auf der gegenüberliegenden Seite auf einem in die Sättigungsremanenz polarisierten Teilbereich eine Abfrageelektrode, welcher ein elektrisches Abfragesignal zuführbar ist, und auf mindestens einem weiteren Teilbereich mit einem zwischen der Nullpolarisation und der Sättigungsremanenz liegenden stabilen Polarisierungszustand eine Ausleseelektrode, an welcher die gespeicherte Information als Ausgangssignal auftritt, vorgesehen sind.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß in der dünnen ferroelektrisehen Schicht jeweils auf Abstand voneinander und in einem Abstand von dem in die Sättigungsremanenz polarisierten Teilbereich zehn weitere Teilbereiche mit einem zwischen der Nullpolarisation und der Sättigimt^remanenz liegenden stabilen Polarisierungszustand und entsprechenden zugeordneten Ausleseelektroden vorgesehen sind.

ί ine besonders bevorzugte Ausfühiungsform der Eriii-idung sieht vor, daß die ferroelektrische dünne Schidn als Kreisscheibe ausgebildet ist. daß der in die Siiuigungsremanenz polarisierte Teilbereich sowie die zugeordnete Abfrageelektrode ebenfalls die Form einer K.ivisscheibe aufweisen, welche den zentralen Bereich tier ferroelektrischen dünnen Schicht einnehmen, und ύι-Αΐ der weitere Teilbereich bzw. die weiteren Feilberciche mit jeweils einem zwischen der Nullpolarisation und der Sättigungsremanenz liegenden stabilen Polarisationszustand sowie die zugehörige Ausleseelektrode bzw. die zugehörigen Ausleseelektroden als konzentrische Ringe ausgebildet sind.

Eir. wesentlich^ ·, Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß in einem einzigen Speicherelement so viele Informationseinheiten (Bits) gespeichert werden können. daß zur Speicherung einer Dezimalziffer keine Dezimul-Binär-Umwandlung erforderlich ist. Durch die dadurch überflüssig gewordene Kodewandlung lassen sich erhebliche Zeiten einsparen, die insbesondere bei schnellen digitalen Datenverarbeitungsanlagen zu einer wesentlich höheren Arbeitsgeschwindigkeit führen.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil ergibt sich dadurch, daß die gespeicherte Information zerstörungsfrei ausgelesen werden kann, so daß sowohl die Einrichtungen als auch die erforderliche Zeit zum Wiedereinschreiben der vorher zerstörten Information entfallen können.

Weiterhin werden durch d?.s erfindungsgemäße Speicherelement sowohl die Speicherkapazität pro Volumen als auch die Zuverlässigkeit des Speichers erheblich erhöht.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist darin /u sehen, daß das verwendete ferroelekirische Keramikmaterial gegenüber Teilchenstrahlungen und elektromagnet!- schen Feldern hoher Energie verhältnismäßig unempfindlich ist, so daß vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten in der Raumfahrt und an anderen strahlungsgefährdeten Stellen bestehen.

Außerdem ist das erfindungsgemäße Speicheretment Jurch entsprechende Formgebung an verschiedenste Anwendungsbedingungen leicht anpaßbar, da die ferroelektrische dünne Schicht verschiedene geometrische Former, annehmen kann, beispielsweise die Form eines Hohlstabes.

Schließlich eipnet sich das eriindungsgemäße Speicherelement besonders gut für eine Mikrominiaturisierung und für gedruckte Schaltungen.

Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise an Hand der Zeichnung beschrieben: in dieser zeigt

F i g. 1 ein Zustandsdiagramm einer ferroelektrisehen Keramikmischung, wie sie im erfindungsgemäßen Speicherelement verwendet ist,

F i g. 2 eine im wesentlichen rechteckige Hystereseschleife einer ferroelektrischen Keramikmischung, wie sie im erfindungsgemäßen Speicherelement verwendet ist,

F i g. 3 Admittanz-Ortskurven der ferrcelektrischen Keramikmischung gemäß F i g. 1 und 2, wobei aufeinanderfolgende, feinstufige Polarisationszustände dargestellt sind,

F i g. 4 eine perspektivische Ansicht eines erfindun^sgemäßen ferroelektrischen Speicherelementes mit dreLAnschlüssen und

Fig. 4a ein vereinfachtes Ersatzschaltbild des Speicherelementes gemäß F i g. 4.

In F i g. 1 ist ein Zustandsdiagramm einer ferroelektrischen Sleizirkonat-Blei'itanat-Mischung dargestellt, die durch Heißpressen hergestellt ist. Diese Mischung enthält 2 Atomprozent Wismut als Bi₂O₃ und ist durch die nachfolgende allgemeine Formel beschrieben:

wobei die Parameter relative Molprozent von PbZrO₃ und PbTiO₃ angeben.

Diese Bleizirkonat-Bleiutanat-Mischkristalle besitzen zwar in der Nähe der Zustandsgrenzen, wie sie im Diagramm gezeigt sind, einen maximalen elektromechanischen Kopplungsfaktor, wie er für die An-Wendung als Speicherelement wünschenswert ist, enthalten jedoch ohne Ausnahme gemischte Zustände, die nach mehreren Schaltzyklen zu Änderungen der Eigenschäften fühicn. Verbindungen, die in der Nähe der AFE-FE-Phasengrenze liegen, haben bei der Sättigungsremanenz elektromechanische Kopplungsfaktoren von weniger als 0,2, so daß Polarisationsstufen schwierig festzustellen sind und dazu Auslesekreise mit relativ hoher Empfindlichkeit notwendig sind. Durch Vermeiden der Nähe der Zweiphasengrenzen und durch Beschränken des Bereichs des Parameters χ auf 0,60 bis 0,80 verbleibt ein Bereich von Mischungen mit annehmbaren Eigenschaften für Speicherelemente, und es ergeben sich bei χ = 0,65 optimale Eigenschaften.

Einzelheiten eines Herstellungsverfahrens für ferro-

elektrische Keramikmaieriaiien mit Bleizirkonat-Bleititanat-Mischungen sind in dem in der Bescnreibungseinleitung gewürdigten Aufsatz »Hot-Pressed Lead

^r,o Zirconate-Titanate-Stannate Ceramica« von G. H. H a e r 11 i η g im BULL. Am. CERAM. SOC, Band 42, Nr. 11, vom 7. November 1963 beschrieben. Der anwendbare Bereich der Parameter des Heißpreß-Vorganges liegt bei einer Temperatur von 1250 bis 135O°C, einem Druck von mindestens 105 kg/cm² und einer Zeit von mindestens 1 Stunde. Vorzugsweise werden folgende Stoffe homogen gemischt, wobei die Angaben sich auf Gewichtsprozent beziehen: 66,65°/₍ Bleioxyd (PbO), 23,67% Zirkoniumoxyd (/LrO₂).

8,27% TiUnoxyd (TiO₂) und 1,41% Wismutoxyc (Bi₂O₃). Die sich ergebende Mischung wird vor derr Heißpressen etwa 1 Stunde lang bei einer Temperatui von mindestens 900°C gebrannt. Nach dem Heiß pressen kann die Mischung zusätzlich mindestem 1 Stunde lang in einer Sauerstoffatmosphäre geglüh werden. Es wurde festgestellt, daß dieser Schritt zi einer erwünschten Verminderung der Temperatur empfindlichkeit der Kleinsignal-Admittanz führt um

außerdem die Rechteckform der Hystereseschleife verbessert.

Die Tabelle zeigt die Unterschiede verschiedener wichtiger Eigenschaften eines Bleizirkonat-Bleititanat-Materials (.v = 0,65; 1 - .v = 0,35) mit 2 Atomprozent Wismut, das in dem einen Fall durch einen normalen Sinterprozeß und im anderen Fall durch den beschriebenen Heißpreßvorgang hergestellt wurde.

Eigenschaft normal gesintert

heißgepreßt

Schüttdichte

mittl. Korndurchmesser

Sättigungsremanenz-Polarisation
Elektromechanischer Kopplungsfaktor
Koerzitivfeld, E_c

7,6 gr/cm³
4 ± 3 Mikron

32 μ Coulomb/cm²
0,4

25 Volt/mil

7,98 gr/cm³ 10 ± 2 Mikron 42 μ Coulomb/cm²

0,46 18 Volt/mil

F i g. 2 zeigt eine Hystereseschleife für die oben beschriebene Mischung aus 65 Molprozent PbZrO_a, 35 Molprozent PbTiO₃ und 2 Atomprozent Wismutoxyd. Diese Hystereseschleife ist typisch für Mischungen aus Bleizirkonat und Bleititanat, die nach dem oben beschriebenen Vorgang durch Heißpressen hergestellt wurden und 0,1 bis 4 Atomprozent eines Zusatzstoffes aus der Oxydgruppe von Ta, Bi, Nb und Sb enthalten. Es wurde gefunden, daß sich eine im wesentlichen rechteckförmige Hystereseschleife ergibt, wobei der Wert des elektrischen Feldes E bei E₀ zwischen den Werten Pr = 1,0 und Pr = —1,0 im wesentlichen konstant ist; Pr ist die Sättigungsremanenz. In dieser Hystereseschleife ist außerdem eine Reihe von Polarisationsstufen zwischen den beiden Grenzwerten von Pr eingezeichnet. Diese feinen Stufen werden durch eine Folge von diskreten Großsignal-Schaltimpulsen konstanter Amplitude und Dauer erzeugt.

Werden die Schaltpfade 10, 11 und 12, beginnend bei P_R = 1,0, als Reaktion auf eine gleiche Anzahl von Impulsen in Querrichtung verfolgt, so wird ein Zwischenwert für die Polarisation erreicht, der mit Pi bezeichnet ist. Zusätzliche Impulse erzeugen weitere aufeinanderfolgende Polarisationsstufen entlang der Schleife der F i g. 2. Das Diagramm zeigt, daß sich für die verwendeten Impulse 16 getrennte Polarisationsstufen ergeben.

Das Vorhandensein solcher Polarisationsstufen kann ohne Zerstörung des Polarisationszustandes festgestellt werden, und zwar durch irgendeines einer Anzahl von bekannten Ausleseverfahren, wie z. B. durch Abtasten des AdmiUanzmoduls j Y\ bei einer Frequenz im Bereich einer Grundfrequenz. Es können auch andere Parameter wie z. B. der polarisationsabhängige Phasenwinkel Θ des Admittanzvektors zum Ablesen des Polarisationszustandes benutzt werden. Eine weitere Möglichkeit des Auslesens besteht im Auswerten der Änderungen des AdmiUanzmoduls | Y \ und des Phasenwinkels Θ. Diese Ausleseverfahren sind dem Fachmann bekannt.

Ein vorgegebener Informationsimpuls ergibt somit (bei einwandfreien Impulsen) eine im wesentlichen gleichbleibende feste Änderung der stufenförmigen Polarisation. Obgleich bei Impulsen mit gleicher Energie gleichmäßige, stufenförmige Änderungen der Polarisation wünschenswert sind, lassen auch ungleichmäßige Stufenhöhen, die bei wiederholten Sehaltzyklen über längere Zeiträume und bei Temperaturänderungen stabil sind, ebenfalls einen einwandfreien Speicherbetrieb zu.

F i g. 3 zeigt eine Admittanz-Ortskurve für die Mischung gemäß Tabelle, wobei das Speicherelement als Scheibenresonator mit radialer Resonanz ausgebildet ist und zwei Anschlüsse aufweist. Auf der waagerechten Achse G ist der reelle Leitwert und auf der senkrechten Achse B ist der Blindleitwert aufgetragen. Für jede Polarisationsstufe der Hystereseschleife der

ao F i g. 2 wird zur Ermittlung der Ortskurven, beginnend mit der Sättigungsremanenz Pr = 1,0, ein Kleinsignal mit veränderlicher Frequenz zugeführt.

Wird die Frequenz des Abfragesignals im Bereich der raüalen Resonanz des Resonators verändert, ergibt

as sich durch die Drehung des radial gerichteten Admittanzvektors I YI eine etwa kreisförmige Ortskurve. In jedem Fall durchläuft d'e Signalfrequenz einen Wert fs, durch den ein Zustand der Serienresonanz des keramischen Speicherelementes angezeigt wird. Diese Beziehung kann wie folgt ausgedrückt werden:

Y= G +jwC mit Y = Admittanzvektor,

G — reeller Leitwert,
jwC = Blindleitwert.

Im Zustand der Sättigungsremanenz liefert das keramische Speicherelement die Ortskurve 14. Für aufeinanderfolgende Pi-Werte der Hystereseschleife werden im gleichen Bereich liegende Frequenzen des Abfragesignals zugeführt und die darauffolgenden Admittanzkurven mit gleichmäßig fallenden Radien erhalten. Die Kurve 15 gilt z. B. für den Polarisationszustand Pt, der während der Zyklen 10, 11 und 12 (F i g. 2) vorliegt. In gleicher Weise werden die Kurven der F i g. 3 erzeugt. Aus F i g. 3 ist zu sehen, daß die Admittanz des Scheibenresonators bei der Sättigungsremanenz ein Maximum ist und in den aufeinanderfolgenden, abgestuften Polarisationszuständen zwischen der Sättigungsremanenz und Null ständig abnimmt. Dies kennzeichnet eine monotone Beziehung zwischen Immittanz und Polarisation, ohne die ein ferroelektrisches keramisches Material als mehrfachstabiles Speicherelement ungeeignet wäre. Zusätzlich wurde festgestellt, daß für die beschriebene Anordnung diese Admittanz-Ortskurve sich bei aufeinanderfolgenden Informationsspeicherzyklen nur innerhalb einer Toleranz von 0,1 % ändert. Diese Materialeigenschaft ist für ein ferroelektrisches Speicherelement sehr wichtig. Durch Vergleiche wurde gefunden, daß für ferroelektrische Verbindungen, die nicht nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurden, sich Schwankungen bis zu 10°/₀ ergeben. Es wurden allgemeine Untersuchungen der oben

beschriebenen Verbindungen angestellt, wobei Scheibenresonatoren mit verschiedenen Abmessungen verwendet wurden, um festzustellen, ob sich bedeutende Änderungen der Stabilität der stufenförmigen Polarisatici.szustände mit der Zeit und der Temperatur ergeben, da die Stabilität dieser Zustände eine Grenze für die maximale Anzahl von Speicherzuständen pro Speicherelement unabhängig von der Art des Auslesesystems darstellt. Bei einem speziellen Versuch ergaben sich für die relative Polarisation als Funktion der Zeit über eine Periode von 1 Minute so geringfügige Änderungen der Polarisationszustände, daß diese mit einem Elektromelerverstärker und einem vierstelligen Voltmeter nicht festgestellt werden konnten. Ein weiterer Versuch ergab, daß die Änderung der relativen Polarisation mit der Zeit über einen Bereich von 0 bis 140'C wesentlich niedriger ist als die Änderung der Magnetisierung, die mit den heute üblichen Ferritspeichern zu erreichen ist. Es wurde festgestellt, daß die Temperaturempfindlichkeit dadurch noch weiter erniedrigt weiden kann, daß das Material in einer Sauerstoffatmosphäre bei 900⁰C mehrere Stunden lang geglüht wird. Dieses Ausglühen erhöht außerdem die Rechteckform der Hystereseschleife.

Wenn ein Speicherelement mit nur zwei Polarisationszuständen erwünscht ist, so lassen sich beispielsweise die Speicherzustände benutzen, von denen die eine Polarisationsstufe gerade vor der Sättigungsremanenz liegt und die andere Stufe zwischen dieser ersten und der Nullpolarisation liegt. Da diese beiden Remanenzwerte gegenüber der Nullpolarisation die gleiche Polarität haben, kann das Auslesen des Speicherelementes durch einen Amplitudenvergleich der Eingangs- und Ausgangssignale erfolgen. Dabei wird nur ein kleiner Teil der Hystereseschleife durchlaufen, so daß der Auslesevorgang schneller abläuft und weniger Energie erfordert. Außerdem wird hierdurch die Lebensdauer eines Speicherelementes sehr groß, da die mechanischen Schaltbeanspruchungen gering bleiben. Das Auslesen ist nicht kompliziert, weil die Messung einer Amplitude einfacher ist als eine Ermittlung der Phase, insbesondere, wenn nur zwei verschiedene Pegel verwendet werden. .

Wenn beispielsweise zur Speicherung einer Dezimalziffer zehn Polarisationsstufen verwendet werden, kann eine Binär-Dezimai-Umwandlung entfallen. Außerdem können getrennte Speicherelemente auf einer einzigen keramischen Schicht in Form kleiner mit Flektroden versehenen Bereiche erzeugt werden, so daß diese Speicherelemente entweder als zweifach remanente oder mehrfach remanente Elemente unabhäneig voneinander geschaltet werden können. Bei einem Zweipolelement gemäß der Erfindung werden bei Benutzung der beschriebenen Materialien leicht zehn Speicherzustände erreicht.

Ein erfindungsgemäßes Speicherelement mit mehreren Anschlüssen ist in F i g. 4 dargestellt. Das Keramikmaterial im Bereich der mittleren Abfrageelektrode 16, die in der Zeichnung als obere Fläche dargestellt ist, wird in die Sättigungsremanenz polarisiert, was zu einem maximalen planaren elektromechanischen Kopplungskoeffizienten in diesem Bereich fuhrt Das Abfraaesifmal 17 wird durch piezoelektrische Kopplung an "den" (gestrichelt dargestellten) Teil 18 des keramischen Materials unter der mittleren Abfrageelektrode 16 in eine radiale elastische mechanische Schwingung umgewandelt. Die dabei entstehende Welle pflanzt sich radial nach außen zum Umfang der Scheibe fort und wird dort in ein elektrisches Signal zurückverwandelt, das an der ringförmigen Ausleseclektrode 19 auftritt. Amplitude und Phase des Ausgangssignals 20 sind sine Funktion des planaren Kopplupt,skoeffizienten des keramischen Materials der dünnen Schicht 21 unter der ringförmigen Ausleseelektrode 19. Dieser Kopplungskoeffizicnt und damit das Ausgangssignal 20 sind Funktionen des jeweiligen Polarisationszustandes des keramischen Materials im Bereich der ringförmigen

ίο Ausleseelektrode 19. Ein Massepotential 22 kann mit einer Bezugselektrode verbunden werden, die die untere Oberfläche der Scheibe (nicht zu sehen) bedeckt.

Wenn eine Anzahl von verschiedenen abgestuften

Polarisationszuständen der ringförmigen Ausleseelektrode 19 zugeordnet sind, kann mit demselben Eingangssignal 17 eine entsprechende Anzahl von unterschiedlichen Ausgangssignalen 20 erzeugt werden.

Ein Ersatzschaltbild für kleine Signale für ein

Speicherelement mit drei Anschlüssen nach F i g. 4 ist in F i g. 4a dargestellt. Der erste (linke) gestrichelte Bereich 23 entspricht dem Eingangssignal 17 an der Abfrageelektrode 16, wobei die elektromechanische Energieumwandlung durch das Transformator-Übersetzungsverhältnis 1 : Φ, symbolisiert ist. Der zweite (mittlere) gestrichelte Bereich 24 stellt die elastische Übertragungsleitung dar, wobei die elastische Schwingungswelle radial in Richtung auf den Scheibenumfang übertragen wird. Schließlich bedeutet der dritte (rechte) gestrichelte Bereich 25 die eicktrornechaniäche Rück-Wandlung an der Ausleseelektrode 19, die das Ausgangssignal 20 liefert, wobei diese Umwandlung von dem Verhältnis Φ(Ρ): 1 abhängt, wobei Φ(Ρ) eine Funktion des in dem ferroelektrischen Element existierenden Polarisationszustandes ist. Es können beispielsweise in einen beliebigen Teil des keramischen Materials der dünnen Schicht 21 unter der AuMeseelektrode 19 zehn beliebige Informationszustände (Polarisationsstufen) eingeschrieben werden, so daß für ein gegebenes Eingangssignal 17 jeder beliebige von zehn verschiedenen Werten als Ausgangssignal 20 erzeugt werden kann.

Es ist zu erwähnen, daß mehrere andere Formen von Speicherelementen mit mehreren Anschlüssen hergestellt werden können, die im wesentlichen in dei gleichen Weise wie das Speicherelement der F i g. A arbeiten. Im allgemeinen ist eine mittlere Elektrode von einer Mehrzahl von mit Elektroden versehenen Umfangsbereichen umgeben. Außerdem besteht keim Begrenzung auf ein flaches, scheibenförmiges Element sondern jede gewünschte dünne Schicht eines geeigne ten ferroelektrischen Keramikmaterials kann al; Speicherelement dienen.

Die praktischen Grenzen der erreichbaren Anzah von abgestuften Polarisationszuständen mit einem hie beschriebenen ferroelektrischen Keramikmaterial ii einem Speicherelement hängen in erster Linie von de Stabilität der remanenten Polarisationszustände ab Wenn auch eine gewisse Schwankungsbreite diese Zustände mit einer einwandfreien Arbeitsweise eine Ausleseschaltkreises gegebener Empfindlichkeit verein bar ist, so muß doch die Anzahl der bei einem gegebe nen Speicherelement notwendigen Zustände eine ein wandfreie Trennung zulassen, die auf diese Toleran Rücksicht nimmt.

Außerdem ist verhältnismäßig kurzzeitigen Auslese Signalen der Vorzug zu geben. Die Stabilität de Polarisationszustände als Funktion der Zeit ist wesenl lieh besser, wenn mit kurzen Impulsen gearbeitet wire

Die Schaltzeit für eine feste Stufe der Polarisation hängt von der Impulsquelle, der Impedanz, der Impulsamplitude und Impulsdauer sowie der Schaltimpedanz dei Einrichtung ab. Die Schaltzeit nimmt ebenfalls mit der Größe des Elementes ab. Schaltzeiten von 100 Nanoseku.iden sind z.B. mit erfindungs-

10

gemäßen Speicherelementen von 0,5 mm Durchrm und 0,125 mm Stärke ohne weiteres zu erreichen. Außerdem ist ohne weiteres zu erkennen, dal effektive Höhe der Hystereseschleife bezüglich remanenten Polarisation eine Funktion der C schnittsfläche der Scheibe ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

1 2 ist bereits ein ferromagnetisches Koinzidenz-Speicher-Patentansprüche· element bekannt, welches eine annähernd rechteckige p " Hysteresis-Schleife aufweist und eine günstige Remanenzinduktion besitzt. Derartigen Speicherelementen

1. Ferroelektrisches Informationsspeicherelement 5 ist jedoch der Nachteil eigen, daß sie einerseits nur mit unterscheidbaren Polarisationszuständen des 1 Bit speichern können und andererseits nicht zer-Ferroelektrikums, daclurchgekennzeich- störungsfrei auslesbar sind.

net. daß das Ferroelektrikum aus einem bei einer Weiterhin ist es aus der USA.-Patentschrift 2195 407 Temperatur von etwa 1250 bis 1350⁰C und mit für elektromechanische Wandler bekannt, ein Material einem Druck von wenigstens 105 kp/cm² während to zu verwenden, welches aus einer homogenen Mischung mindestens einer Stunde heißgepreßten ferroelektri- von etwa 42 bis 47 Molprozent Bleizirkonat und etwa sehen Keramikmaterial mit etwa 60 bis 80 Mol- 5? bis 53 Molprozent Bleititanat bei einem Zusatz von prozent Bleizirkonat, 40 bis 20 Molprozent Blei-' etwa 1 bis 3 Gewichtsprozent Niobium oder einem titanat und einem Zusatz von etwa Vw Ws 4 Ge- anderen Element aus derselben Gruppe des periodiwichtsprozent einer oxydischen Form eines oder 15 sehen Systems besteht; zur Herstellung eines solchen mehrerer der Plemente Niob, Tantal, Wismut oder Materials ist es aus derselben Druckschrift weiterhin Antimon beslent und als dünne Schicht (21) ausge- bekannt, ein Heißpressen bei einer Temperatur bis zu bildet ist, daß die eine Seite der dünnen Schicht (21) 1260⁰C und einem Druck bis zu 350 kp/cm² über 20 im wesentlichen vollständig mit einer Bezugselek- bis 25 Minuten anzuwenden. Das auf diese Weise hertrode (18) versehen ist und daß auf der gegenüber- 20 gestellte Material weist einen besonders hohen Isoliegenden Seite auf einem in die Sättigungsrema- lationswiderstand und in bestimmten Fällen auch eine nenz polarisierten Teilbereich eine Abfrageelektrode erhöhte Kapazität bei höheren Temperaturen auf. (16), welcher ein elektrisches Abfragesignal (bei 17) Weiterhin besitzt dieses bekannte Material eine gerinzuführbar ist, und auf mindestens einem weiteren gere Temperaturabhängigkeit seiner Kapazität.
Teilbereich mit einem zwischen der Nullpolarisation 25 Weiterhin ist es aus der Zeitschrift »American und der Sättigungsremanenz liegenden stabilen Ceramic Soc. Bull.« 42 (li), S. 679 bis 685, bekannt, Polarisationszi -tand eine Ausleseelektrode (19), an daß grundsätzlich durch Heißpressen eine Steigerung welcher die gespeicherte Information (bei 20) als der Remanenzpolarisation eines Dielektrikums erreich-Ausgangssignal auftritt, vorgesehen sind. bar ist und daß das sogenannte Rechteckverhältnis der

2. Ferroelektrisches Inforr.iationsspeicherelement 30 Hysteresis-Schieife verbessert werden kann.

nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Schließlich ist aus der deutschen Patentschrift

der dünnen ferroelektrischen Schicht (21) jeweils 1116 742 eine ferroelektrische keramische Mischung

auf Abstand voneinander und in einem Abstand für ein elektromechanisches Wandlerelem^nt bekannt,

von dem in die Sättigungsremanenz polarisierten welche zwischen 10 bis 60 Molprozent Bleititanat und

Teilbereich zehn weitrre Teilbereiche mit einem 35 90 bis 40 Molprozent Bleizirkonat enthalten kann,

zwischen der Nullpolarisation und der Sättigungs- wobei außer diesen Hauptbestandteilen der Mischung

remanenz liegenden stabilen Polarisierungszustand gerinne Zusätze in der Größenordnung von einigen

und entsprechenden zugeordneten Ausleseelektro ■ Gewichtsprozent von Tantal und/oder Niobium vor-

den (wie in 19) vorgesehen sind. handen rein können. Die hauptsächliche Wirkung

3. Ferroelektrisches Informations-Speicherele- 40 dieser Zusätze besteht darin, daß die Dielektrizitätsmentnach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich- konstante und die Koerzitivkraft vergrößert werden,
net, daß die ferroelektrische dünne Schicht (21) als Ein derartiges bekanntes Material erreicht einen Kreisscheibe ausgebildet ist, daß der in die Sätti- elektromechanischen Kopplangskoeffizienten von 0,1. gungsremancnz polarisierte Teilbereich sowie die Zur Herstellung eines derartigen Materials ist bekannt, zugeordnete Abfrageelcktrode (16) ebenfalls die 45 bei einer Temperatur von 1280 bis 1290°C während Form einer Kreisscheibe aufweisen, welche den 1 Stunde zu brennen. Dadurch werden eine verringerte zentralen Bereich der ferroelektrischen dünnen Porosität und folglich eine höhere Dichte erre^:cht.
Schicht (21) einnehmen, und daß der weitere Teil- Als Anwendungszweck für dieses bekannte Material bereich bzw. die weiteren Teilbereiche mit jeweils sind elektromechanische Wandler angegeben, wobei einem zwischen der Nullpolarisation und der 50 piezoelektrische Filter und Frequenzsteuergeräte ein-Sättigungsremanenz liegenden stabilen Polarisa- geschlossen sind.

tionszustand sowie die zugehörige Ausleseelektrode Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein ferro-

(19) bzw. die zugehörigen Ausleseelektroden elektrisches Informations-Speicherelement der ein-

(wie 19) als konzentrische Ringe ausgebildet sind. gangs genannten Art zu schaffen, in welchem zugleich

55 mehrere Informationseinheiten (Bits) gespeichert und zerstörungsfrei ausgelesen werden können.

Z¹T Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung vor,

daß das Ferroelektrikum aus einem bei einer Temperatur von etwa 1250 bis 1350⁰C und mit einem Druck 60 von wenigstens 1C5 kp/cm² während mindestens

Die Erfindung betrifft ein ferroelektrisches Infor- 1 Stunde heißgepreßten ferrcelektrischen Keramik-

mations-Speicherelement mit unterscheidbaren Polari- material mit etwa 60 bis 80 Molprozent Bleizirkonat,

sations/.uständen des Ferroelektrikums. 40 bis 20 Molprozent Bleititanat und einem Ziibati: von

Die Erfindung betrifft insbesondere multistabile etwa V10 bis 4 Gewichtsprozent einer oxydischen Form

Speicherelemente, die sich zum Aufbau von Schnell- 65 eines oder mehrerer der Elemente Niobium, Tantal,

speichern für die digitale Datenverarbeitungsanlagen Wismut oder Antimon besteht und als dünne Schicht

eignen. ausgebildet ist, daß die eine Seite der dünnen Schicht

Aus der Zeitschrift »Electronics«, April 1953, S. 149, im wesentlichen vollständig mit einer Bezugselektrode