DE1915466C3 - Halbleiterbauelement mit bistabilem Schaltungselement und Schaltungsanordnung mit einem solchen Bauelement - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterbauelement mit einem ein bistabiles Schaltungselement enthaltenden Halbleiterkörper, wobei das Schaltungselement ein Gebiet eines Leitungstyps enthält, auf dem ein mit einem Anschlußleiter verbundener erster Anschlußkontakt angeordnet ist, sowie eine eine Zone des anderen Leitungstyps (Emitterzone), die mit dem erwähnten Gebiet einen PN-Übergang bildet, mit einer Emitterelektrode verbunden ist und zur Erzeugung eines Injektionsstromes von Minoritätsträgern von der Emitterelektrode zum ersten Anschlußkontakt durch das genannte Gebiet dient, während auf demselben Gebiet ein mit einem Anschlußleiter verbundener zweiter Anschlußkontakt angeordnet ist zur Erzeugung eines Stromes von Majoritätsträgern zwischen derr ersten und dem zweiten Anschlußkontakt in einei Richtung, die der des genannten Injektionsstrome: durch das Gebiet entgegengesetzt ist, wobei du Emitterelektrode zwischen dem ersten und dem zweiter Anschlußkontakt liegt und wobei die genannter Anschlußkontakle und die Emitterelektrode an dersel ben ebenen Oberfläche des Halbleiterkörpers angeord

net sind.

Ein derartiges Halbleiterbauelement ist aus der GB-PS 10 76 919 bekannt.

Derartige Elemente werden u.a. in der Computertechnik verwendet. Dabei werden vorzugsweise als bistabiles Element sogenannte Flip-Flopschaltungen verwendet.

Derartige Flip-Flopschaltungen haben eine verhältnismäßig große Oberfläche und auch eine ziemlich hohe Verlustleistung, während sie außerdem einen ziemlich verwickelten Aufbau aufweisen. Außerdem ist infolge der Vielzahl von Anschlüssen bei Zusammenbau einer großen Anzahl derartiger Flip-Flopschaltungen zu beispielsweise Speichern die Erreichung einer störungsarmen Kontaktierung oft schwierig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Halbleiterbauelement mit einem neuen bistabilen Schaltelement einer sehr einfachen Bauart zu schaffen, das eine kleine Oberfläche beansprucht und eine geringe Verlustleistung aufweist, während es sich beim Zusammenbau zu größeren Einheiten leicht kontaktieren läßt und als Baustein in verschiedenartigen Schaltungsanordnungen, insbesondere planaren integrierten Schaltungen, verwendbar ist.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß durch Anwendung von Leitungsmodulation durch Injektion von Minoritätsträgern und durch Ausnutzung der Eigenschaften eines PN-Überganges in einer geeignet gewählten Halbleitersturktur, die gewünschte Schaltfunktion in unmittelbarer Weise im Schaltungselement selbst verwirklicht werden kann, ohne daß dazu außerhalb des Schaltungselementes liegende Impedanzen verwendet werden müssen.

In Anwendung dieser Erkenntnis wird die genannte Aufgabe durch ein Halbleiterbauelement der eingangs genannten Art gelöst, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Emitterzone mit einem auf dem Gebiet des einen Leitungstyps außerhalb der Modulationszone, in der durch die von der Emitterzone injizierten Minoritätsträger Ladungsmodulation auftreten kann, angeordneten"weiteren Ansch'lußkontakt, weiter als Hilfskontakt bezeichnet, leitend verbunden ist, so daß zwischen einer mit der Emitterelektrode und einer mit dem ersten Anschlußkoniakt verbundenen Eingangsleitung bei gleichem F.ingangsstrom zwei von Null abweichende stabile Eingangsspannungen dadurch auftreten können, daß der Eingangsstrom abhangig von der Eingangsspannung ein Minimum und Maximum aufweist, wobei die dem Minimum zugehörende Eingangsspannung niedriger ist als die, welche /um Maximum gehört.

Leitungsmodulation im Sinne der Erfindung wird dabei hier und im weiteren als vorhanden angesehen, wenn die Konzentration der injizierten Minoritätsträger mindestens von derselben Größenordnung ist wie die Gleichgewichtskonzcntration der infolge der Dotierung vorhandenen Majoritätsträger.

Das erfindungsgcmaDc Bauelement enthält ein Schaltungselement mit einer sehr einfachen Struktur, das im Grunde nur ein Halbleitergebiet eines Leitungstyps mit einer Emitterelektrode und 2wel oder drei Anschlußkontakten enthält. Der Hilfskontakt kann dabei als gesonderter dritter Kontakt ausgebildet sein, er kann jedoch auch unter Umständen mit dem /weiten Anschlußkontakt zusammenfallen. (15

Unter Anschlullkunttikt wird dabei ein Kontakt verstunden, mit dem sich eine Leitung an den Halbleiterkörper anschließt und mit diesem eine Verbindung, beispielsweise eine ohmsche Verbindung bildet. Eine gegebenenfalls zwischen der Leitung und dem Halbleiterkörper an der Kontaktstelle angeordnete Halbleiterzone, die zur Förderung der gewünschten Kontakteigenschaften dient, beispielsweise eine diffundierte Zone desselben Leitungstyps wie der des anzuschließenden Halbleitergebiets, ist dabei im Ausdruck Anschlußkontakt miteinbegriffen.

Je nach der Verwendung und der Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterbauelements wird dem Widerstand des Stromweges von der genannten mit dem zweiten Anschlußkontakt verbundenen Anschlußleitung über den zweiten Anschlußkontakt durch das genannte Gebiet des einen Leitungstyps bis an den unter der Emitterelektrode liegenden Teil dieses Gebietes ein geeigneter Wert erteilt werden. Dieser Widerstand kann völlig durch den sich im genannten Gebiet erstreckenden Teil des genannten Stromweges gebildet werden. Unter Umständen kann es jedoch beispielsweise wegen der für den zweiten Anschlußkontakt gewählten Stelle vorteilhaft sein, den genannten Widerstand wenigstens teilweise dadurch vorzusehen, daß der zweite Anschlußkontakt über einen Reihenwiderstand mit der zugehörenden Anschlußleitung verbunden wird.

Dabei kann dieser Widerstand beispielsweise völlig oder zum Teil in Form eines dünnen Films auf einer aul die Halbleiteroberfläche aufgetragenen Isolierschicht liegen, oder in an sich bekannter Weise im Halbleiterkörper integriert sein.

Zur Erzeugung des genannten Stromes zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlußkontakt über das Gebiet des einen Leitungstyps muß am erfindungsgemäßen Bauelement eine Speisespannung, zwischen den ersten Anschlußkontakt und die Anschlußleitung des zweiten Anschlußkontaktes angelegt werden, wodurcli in dem Gebiet des einen Leitungstyps wenigstens an der Modulationszonc ein Strom von Majoritätsträgcrn erzeugt wird, dessen Richtung der des Injektionsstromes entgegengesetzt ist. Da der Eingangsstromwert, be dem die stabilen Spannungszuständc des bistabiler Sclialtungselementcs auftreten, von dem Wert dci genannten Speisespannung abhängt und der Verbrauch des Elementes u. a. durch den genannten Eingangs stromwert bestimmt wird, wird die Speisespannung vorzugsweise derart gewählt, daß die stabilen Eingangsspannungen bei einem Eingangsstromwert, der praktisch gleich Null ist, auftreten.

Das crfindungsgcmaße Bauelement eignet siel insbesondere zum Gebrauch in Form einer planarcr integrierten Schaltung. Die genannten Anschlußkonlnk te und die Emitterelektrode sind daher an ein unc derselben ebenen Oberfläche des Halbleiterkörper! angeordnet. Dabei 1st, gemäß einer vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung, diese Oberfläche VOlHj oder teilweise mit einer elektrisch isolierenden Schien bedeckt, wobei die Anschluß- und Elngangsleltunger wenigstens teilweise auf der Isolierschicht liegen um über öffnungen in der Isolierschicht an den Halbleiter körper anschließen.

Das erfindungsgemäße Bauelement ist als Baustein it vielen Schaltungsanordnungcn verwendbar, wobei ml Vorteil eine Anzahl gleicher Schaltungselemente it Reihen oder in einem mehrdimensionalen Netzwerl angeordnet sind. Entsprechend Ist eine vorteilhaft! Weiterbildung der Erfindung dadurch gekennzeichnet daß der erste und der zweite Anschlußkontakt durcl zwei praktisch parullclc Leiter gebildet werden. Dicsi

Leiter können beispielsweise aus Metallstreifen bestehen. Unter Umständen können die parallelen Leiter jedoch mit Vorteil streifenförmige diffundierte Oberflächenzonen enthalten, die zur Erhöhung der Leitfähigkeit außerdem wenigstens örtlich mit einer Metallschicht bedeckt sein können, dies und jenes u. a. zur Erleichterung der Anordnung sich kreuzender Verbindungen.

Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskontakt gegenüber der Emitterelektrode und der erste Anschlußkontakt derart liegen, daß im Betriebszustand beim Fehlen von Leitungsmodulation der Potentialunterschied in absolutem Sinne, zwischen dem Hilfskontakt und dem ersten Anschlußkontakt kleiner ist als der Unterschied zwischen dem Potential des ersten Anschlußkontaktes und dem des Gebietes des einen Leitungstyp an der Stelle des Punktes der Emitterzone, der dem ersten Anschlußkontakt am nächsten liegt. Bei dieser Ausführungsform ist die Emitterzone in einem stabilen Zustand, dem gezündeten Zustand, in dem Leitungsmodulation auftritt, in Durchlaßrichtung polarisiert, während im anderen stabilen Zustand, dem gelöschten Zustand, in dem keine Leitungsmodulation auftritt, die Emitterzone in Sperrichtung polarisiert ist.

Ein derartiges bistabiles Element eignet sich weiter insbesondere dazu, mit anderen gleichen Schaltungselementen, reihen- oder netzwerkmäßig gekoppelt zu werden. So bildet eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ein Schieberegister mit mindestens zwei bistabilen Elementen, die auf demselben Gebiet des einen Leitungstyps angeordnet sind, wobei die ersten Anschlußkontakte und zugleich die zweiten Anschlußkontakte beider Elemente untereinander elektrisch verbunden und die Elemente durch einen Kollektorkoppelkontakt und einem Emitterkoppelkontakt, die untereinander elektrisch verbunden sind, gekoppelt sind, wobei der Kollcktorkoppclkontakl auf der Modulations/one des ersten bistabilen Elementes angeordnet ist und daraus Minoritiüsträgcr kollekiieren kann, während der Emitterkoppclkontakt so nahe bei dem Hilfskontakt des zweiten bistabilen Elementes liegt, daß der Emittcrkoppclkontukt durch Injektion von Minoritätsträgern zwischen diesem Hilfskontakt und dem zweiten Anschlußkontakt Leitungsmodulation über praktisch den ganzen Abstand zwischen diesen Kontakten verursachen kann,

Die genannten Koppclkontakte können dabei, ebenso wie die Emitterelektroden, als Mciallhalblcitcrkontakte bzw. Punktkontaktc mit den gewünschten elektrischen so Eigenschaften in bezug auf Injizieren und Kollcktiercn von Minoritätsträgern ausgebildet werden. Vorzugsweise werden jedoch einer oder mehrere der Koppelkontakte durch eine diffundierte Oberflächenzone des anderen Leitungstyps gebildet.

Ein derartiges Schieberegister kann besonders zweckmäßig dadurch betrieben werden, daß das Vorzeichen der Speisespannung beispielsweise durch einen der Speisespannung entgegengesetzten Impuls zur Einstellung des stabilen Spannungszustandes der bistabilen Elemente vorübergehend geändert wird.

Eine Anordnung mit einem bistabilen Element, wie obenstehend beschrieben, ist außer als Baustein in einem Schieberegister nach der Erfindung auch besonders vorteilhaft in Binärspeichern verwendbar. Eine entsprechende vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung ein Speicherelement bildet, wobei zum Einführen der Binärinformation zwischen der Emitterelektrode und dem zweiten Anschlußkontakt ein Einlesekontakt angeordnet ist, der Minoritätsträger injizieren kann, wodurch zwischen der Emitterelektrode und dem ersten Anschlußkontakt Leitungsmodulation auftreten kann.

Die Binärinformation wird dabei durch eine vorübergehende Herabsetzung der Speisespannung bei einer bestimmten Vorspannung zwischen dem Einlesekontakt und dem ersten Anschlußkontakt eingeführt, wobei die Speisespannung, die Herabsetzung der Speisespannung und die genannte Vorspannung untereinander derart gewählt sind, daß beim Fehlen dieser Vorspannung das bistabile Element sich nach Wiederherstellung der ursprünglichen Speisespannung im Zustand mit der höchsten Eingangsspannung befindet, während beim Vorhandensein der genannten Vorspannung während der Herabsetzung der Speisespannung über den Einlesekontakt Minoritätsträger injiziert werden, wodurch sich das bistabile Element nach Wiederherstellung der ursprünglichen Speisespannung im Zustand mit der niedrigsten Eingangsspannung befindet.

Ein derartiges Speicherelement kann weiter auf besonders einfache Weise gelesen werden. Dazu ist nach einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung auf der Modulationszone ein Lesekontakt angeordnet, wobei zwischen diesem Lesekontakt und dem ersten Anschlußkontakt eine Lesespannung entnommen werden kann. Der Lesekontakt ist dabei mit Vorteil mit der Basis und der erste Anschlußkontakt mit dem Emitter eines Transistors verbunden, der vorzugsweise durch eine im Gebiet des einen Leitungstyps angeordnete Oberflächenzone des anderen Leitungstyps, die Basiszone, und eine darin angeordnete Emitterzone und Kollektorzone gebildet wird. Die gespeicherte Binärinformation kann dabei auf zerstörungsfreiem Wege mit Hilfe einer vorübergehenden Erhöhung der Speisespannung gelesen werden, während der Kollektor des Transistors durch eine Vorspannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter in Spcrrichiung polarisiert ist, wobei die Speisespannung und die Erhöhung derselben derart gewählt sind, daß, wenn sich das bistabile Element im Zustand mit der niedrigsten Eingangsspannung befindet, bei der Erhöhung der Speisespannung der Emitterstrom des Transistors praktisch gleich Null bleibt und daß, wenn sich das bistabile Element im Zustand mit der höchsten Eingangsspannung befindet, nur während der Erhöhung der Speisespannung im Transistor ein Emittorstrom auftritt,der am Kollcktorstrom delektiert werden kann.

Nach einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung liegt bei der erfindungsgemäßen Anordnung der Hilfskontakt der Emitterelektrode und dem ersten AnschluDkontakt derart gegenüber, daß im Betriebszustand und In Abwesenheit von Leitungsmodulation der Potentialunterschied in absolutem Sinne zwischen dem Hilfskontakt und dem ersten Anschlußkontakt grüßet ist als der Unterschied zwischen dem Potential de; ersten Anschlußkontaktes und dem des Oebietcs de: einen Leitungstyps an der Stelle des Punktes det Emitterelektrode, der dem ersten Anschlulikontakt air nächsten liegt. Dabei kann der Hilfskontakt zui Erhaltung der gewünschten Eingangslinie an versohle· denen dazu geeigneten Stellen auf dem Gebiet des einer Leitungstyps angeordnet werden, So kann mar beispielsweise berechnen, daß für einen clndimenslona len Fall die gewünschte Eingangsstromkennlinie crhal ten werden kann, wenn die Bedingung R\<CR\ erfüll ist, wobei Ri der Widerstand des Gebietes des einer

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Leitungstyps zwischen dem ersten Anschlußkontakt und dem ihm am nächsten liegenden Punkt der Emitterelektrode in Abwesenheit von Leitungsmodulation, und Rj der Widerstand zwischen dem zum zweiten Anschlußkontakt gehörenden Anschlußleiter und dem unter der Emitterelektrode liegenden Teil des genannten Gebietes ist, während Cdas Verhältnis zwischen der Beweglichkeit der Minoritätsträger und der der Majoritätsträger im Gebiet des einen Leitungstyps darstellt. Da jedoch die für praktische Fälle dreidimensionale Berechnung äußerst verwickelt ist, wird der Ort der Kontakte dabei meistens experimentell bestimmt. Dabei kann der Hilfskontakt je nach der Geometrie der Anordnung in geringem Abstand von der Emitterzone an das Gebiet des einen Leitungstyps anschließen oder auch unter Umständen sogar mit Vorteil die Emitterzone wenigstens teilweise überlappen, was die erforderliche Oberfläche auf ein Minimum beschränkt.

Bei einer derartigen Anordnung ist, im Gegensatz zu den oben beschriebenen Ausführungsformen, der pn-Übergang zwischen der Emitterzone und dem angrenzenden Gebiet des einen Leitungstyps im Betriebszustand in beiden stabilen Spannungszuständen in Durchlaßrichtung gepolt.

Die Erfindung betrifft weiter eine Schaltungsanordnung mit einem erfindungsgemäßen Halbleiterbauelement.

In einer solchen Schaltungsanordnung kann mit Vorteil durch Hervorrufung einer zeitweiligen Änderung, beispielsweise in Form eines Impulses, in der Speisespannung oder im Eingangsstrom zur Einstellung des stabilen Spannungszustandes der Anordnung gesteuert werden. Die angewandte Änderung in der Speisespannung muß dabei derart gewählt werden, daß der während der Änderung auftretende äußerste Wert der Speisespannung mindestens so groß ist, daß dabei das Minimum und Maximum des Eingangsstromes beide größer oder beide kleiner sind als der Wert des Eingangssiromcs, bei dem die beiden genannten stabilen Eingangsspannungen auftreten.

Im Falle einer Steuerung mit Hilfe dos F.ingangsstrnmcs muß die Eingangsströmungsiindcrimg mindestens einer derartigen Größe sein, daß der während der Änderung auftretende äußerste Wert des Eingangsstromes außerhalb des durch das genannte Minimum und Maximum der F.ingaiigssiromkcnnlinic begrenzten Strom-Intervalls liegt.

Ausfühningsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden ηlllier beschrieben. Ils zeigt

Fi j; I eine sdiemntische Draufsicht eines ersten Ausfuhrungsbcispiels,

F i g. 2 und 3 einen schemutischen Schnitt durch das Halbleiterbauelement nach Fig. I gemüB den Linien 11-11 bzw.HMII nach Fig. 1,

Fig.4 die Eingangskcnnlinie des Hulblciterbiuielcmonies nach F i g. I für zwei verschiedene Speisesptin· nungswerte,

Fi g, 5a und 5b den Verlauf eines negativen und eines positiven Eingangsstromimpulses zur Steuerung des Bauelementesnuch Fig. I₁

F i g, 5c und 5cl die Änderung des Spunnungszustundes am Eingang des Bauelementes nuch Fig. I, die infolge der Steuerimpulse nuch F i g. 5u und 5b auftritt,

Fig.6 eine schemutische Draufsicht eines anderen AusfUhrungsbeispicls,

Fig.7 einen Steuerimpuls iiiif der Speisespannung zum Betreiben des Bauelementes nach F i g, 6,

Fig.8 eine Draufsicht einiger Einzelheiten des Bauelementes nach F i g. 6,

F i g. 9 eine schematische Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispiels,

F i g. 10 und 11 einen schematischen Schnitt durch das Bauelement nach Fig.9 gemäß den Linien X-X und XI-XI,

Fig. 12 den Verlauf der Speisespannung Vb und der Vorspannung U bei der Steuerung des Bauelementes

to nach Fig.9,

Fig. 13 eine Speicherschaltung, aufgebaut aus Bauelementen nach F i g. 9,

Fig. 14 eine schematische Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispieles,

Fig. 15 und 16 einen schematischen Schnitt durch das Bauelement nach Fig. 14 gemäß den Linien XV und XVI,

Fig. 17 die Eingangskennlinien des Bauelementes nach Fig. 14 für drei verschiedene Speisespannungswerte.

Fig. 1 zeigt eine Draufsicht und die Fig. 2 und 3 einen schematischen Schnitt durch ein erstes Ausführungsbeispiel mit einem ein bistabiles Schaltungselement enthaltenden Halbleiterkörper.

Das bistabile Schaltungselement enthält ein Gebiet 1 aus η-leitendem Silizium mit einem spezifischen Widerstand von 0,3 Ohm cm, das mit einer elektrisch isolierenden Schicht 2 aus Siliziumoxid mit einer Dicke von 0,6 μηι bedeckt ist. Auf diesem Gebiet 1 ist ein erster Anschlußkontakt in Form einer streifenförmigen diffundierten n-leitcnden Oberflächenzone 3 sowie eine Emitterzone angeordnet, die durch eine diffundierte Oberflächenzone 4 aus p-lcitcndem Silizium gebildet wird, die mit dem Gebiet 1 einen einen pn-Übergang 5 bildet. Durch geeignete Polung der auf der Emitterzone 4 angeordneten Emitterelektrode kann ein Injektionsstrom von Minoritätsträgern, hier Löchern, von der Emitterzone 4 zum ersten Anschlußkontakt 3, durch das Gebiet 1 erzeugt werden, wodurch in einer sich von der

ju Emitterzone bis an den Kontakt 3 erstreckenden Modulationszone 6 l.eitungsmodulation auftreten kann. Die Grenzen dieser Modulations/one 6 sind in Fig. I annähernd und schematisch durch Strich-Kreu/Iinien 7 und 8 dargestellt.

.|s Auf dein Gebiet I ist weiter ein /weiter Anschlußkontakt in Form einer dem ersten Anschlußkontaki .3 praktisch parallelen slreifcnförmigen diffundierten n-leitetulen Oberflilchen/onc 9 ungeordnet, die über ein in der Oxidschicht 2 vorgesehenes Fenster IO mit einem

so Anschlußleiter Il verbunden ist, der die Form einei teilweise auf der Oxidschicht 2 angebrachten Metallschicht aufweist. Die Emitterzone 4 liegt /.wischen der Anschlußkontnkten 3 und 9 und schließt sich über eir Kontuktfenster in der Oxidschicht 2 an eine Metall schicht 12 an, die mit einem auf dem Gebiet 1 außerl.ult der Modulutionszone 6 angebrachten Hilfskontakt ir Form einer diffundierten n-lcitendcn Oberflüchenzonc 13 leitend verbunden ist, wobei letztere über eir Kontuktfenster 14 in der Oxidschicht 2 mit dci

Ao Metallschicht 12 verbunden ist. Der Anschlullkontukt' ist über das Kontaktfenster 15 mit einer Metallschich 16 verbunden.

Im Betriebszustand wird die Metallschicht 16 (Ibci eine Anschlußklemme 17 (siehe Fig I) an eil

Be/.ugspotentiul, beispielsweise an Erde, gelegt, wllh rend die Metallschicht H über die Anschlußklemme Il un ein gegenüber der Klemme 17 positives Potentini V gelegt wird. Dübel, tirzeugt das Gebiet 1 einet

Elektronenstrom vom Kontakt 3 zum Kontakt 9, wobei in dem beschriebenen Bauelement der Widerstand zwischen dem Anschlußleiter 11 und dem unter der Emitterelektrode 4 liegenden Teil des Gebietes 1 praktisch völlig durch den sich bis in das Gebiet 1 erstreckenden Teil des Stromweges gebildet wird.

Dieser Widerstand kann jedoch unter Umständen auch durch einen sich außerhalb des Gebietes 1 erstreckenden Reihenwiderstand gebildet werden, der entweder wenigstens teilweise auf der Isolierschicht 2 liegt oder beispielsweise als diffundierter Widerstand in dem Gebiet 1 integriert ist.

Der Hilfskontakt 13 liegt dabei der Emitterelektrode und dem ersten Anschlußkontakt 3 derart gegenüber, daß im Betriebszustand beim Fehlen von Leitungsmodulation zwischen der Emitterelektrode 4 und dem Anschlußkontakt 3 der Potentialunterschied in absolutem Sinne zwischen den Kontakten 13 und 3 kleiner ist als der Potentialunterschied zwischen dem Kontakt 3 und dem Gebiet 1 an der Stelle des Randes 19 der Emitterzone, die dem Kontakt 3 am nächsten liegt.

Das beschriebene Bauelement kann sich in zwei stabilen Zuständen befinden, wobei in einem Zustand, dem gezündeten Zustand, Löcher durch die Emitterelektrode in das Gebiet 1 injiziert werden und in dem Gebiet 6 Leitungsmodulation verursacht, während im anderen stabilen Zustand, dem gelöschten Zustand, keine Leitungsmodulation stattfindet. Dabei ist der pn-Übergang 5 zwischen der Emitterzone 4 und dem Gebiet 1 im gezündeten Zustand in Durchlaßrichtung und im gelöschten Zustand in Sperrichtung gepolt. Wenn die Emitterzone 4 injiziert (welche Injektion verschiedenartig gestartet werden kann, beispielsweise durch einen Spannungsimpuls in Durchlaßrichtung über den pn-Übergang 5), werden die Löcher durch das infolge der Speisespannung Vß auftretende Driftfeld im Gebiet 1 von der Emitterelektrode 4 zum Kontakt 3 getrieben. Dadurch tritt im Gebiet 6 bei ausreichend starker Injektion Leitungsmodulation auf, wodurch wenigstens an der Stelle des Emitterrandes 19 das Gebiet 1 auf ein Potential gegenüber dem Kontakt 3 zu liegen kommt, das niedriger ist als dus an der Stelle des Kontaktes 13. Dies hat zur Folge, daß der pn-Übergang 5 /wischen der Emitterzone 4 und dem Gebiet 1 dort in Durchlaßrichtung gcpolt bleibt, so daß die Injektion aufrechterhalten wird, auch beim Fehlen einer angelegten äußeren Spannung an den Übergang 5, wobei in dem Leiter 12 ein Strom vom Kontakt 13 zur Fmilterzone 4 fließt, der nls Löcherstrom in das Gebiet I injiziert wird.

Wenn die Emitterelektrode4 nicht injiziert, ist infolge der Luge des Kontaktes 13 gegenüber der Fmitterelektrode 4 das Potential dus Kontaktes 13 und somit zugleich der Emitterzone 4 immer niedriger als dus des Gebietes 1 an der Stelle des Emitters, so duß dus Bauelement tinubhlingig vom Wert von V« im gelöschten Zustund bleibt.

Die in Pig. I mit einer Anschlußklemme 20 verbundene Metallschicht 12 und die in F ί g. I mit einer Anschlußklemme 17 verbundene Metulischicht 16 sind die Eingnngslcitcr des Bauelementes. In Fig.4 ist schematisch die Eingnngskcmnlinic des Elementes Für zwei Werte V«iUnd Vw der Speisespannung dargestellt, wobei Vui> Vn\ ist. In diesem Beispiel ist Vm - 3 Volt und Vm ·> I Volt. Dabei 1st der Eingungsstrom / als Punktion der Eingnngsspunnung V aufgetragen (siehe Pig. 1). Aus Pig.4 geht hervor, duß bei ein und demselben Eingungsstrom, beispielsweise /«, zwei von Null abweichende stabile Eingnngsspannungen Vi und V₂ dadurch auftreten können, daß die Eingangskennlinie ein Minimum und ein Maximum aufweist, wobei die zum Minimum gehörende Eingangsspannung V3 niedriger ist als die Eingangsspannung V₄, die zum Maximum gehört. Die Eingangskennlinie besteht aus drei Zweigen, die alle einen positiven differentiellen Widerstand aufweisen. Dabei stellen die äußeren Zweige stabile Zustände des Elementes dar, während der mittlere Zweig instabile Zustände darstellt.

Bei einer Speisespannung Vßi, bei der die Strom-Spannungs-Kennlinie die V-Achse an drei Stellen schneidet, kann für /₀ der Wert Null gewählt werden (siehe Fig.4), wobei also zwei stromlose stabile Zustände auftreten können und der Vorteil minimalen Verbrauchs erreicht wird.

In F i g. 5a bis 5d ist dargestellt, wie das obenbeschriebene bistabile Element bei konstanter Speisespannung vom Eingangsstrom gesteuert werden kann. In Fig.5b und 5d ist die Eingangskennlinie für einen bestimmten Wert der Speisespannung dargestellt. Bei einem Eingangsstrom /0, der gegebenenfalls gleich Null sein kann, treten die stabilen Zustände A (gezündet) und E (gelöscht) auf.

Wird (siehe Fig.5a und 5b) eine vorübergehende Änderung im Eingangsstrom verursacht, so kann, wenn diese Änderung geeignet gewählt wird, dadurch ein gewünschter stabiler Zustand eingestellt werden. F i g. 5a zeigt, wie der Eingangsstrom in Form eines Impulses vorübergehend herabgesetzt wird auf den Wert I₁₁, der (siehe F i g. 5b) außerhalb des durch das Minimum /1 und dem Maximum /2 der Eingangskennlinie begrenzten Intervalls liegt. Befindet sich das bistabile Element vor dem Auftritt des Impulses im Zustand A, so durchläuft das Element in der /- V-Fläche den mit Pfeilen

.15 angegebenen Weg. Nach Rückkehr des Fingangsstroincs auf den ursprünglichen Wert /0 ist das Element in den stabilen Zustand B gelangt. Wenn das Element sich anfangs im Zustand Bbefindet, bleibt das Element auch nach dem Impuls im Zustand B, wie aus der Figur ohne weiteres hervorgeht.

In Fi g. 5c und 5d ist dargestellt, wie das Element mit einem positiven Eingangsstromimpuls gesteuert wird. Auch hier liegt der äußerste Wert /„ (siehe F i g. 5d) außerhalb des durch /1 und /2 begrenzten Intervalls.

Befindet sich das Element nnlangs im Zustand Ii, so wird der mit Pfeilen angegebene Weg befolgt, so daß sich am linde des Impulses der Zustand A einstellt. Ist der Anfangszustand A, so wird dieser vom Impuls nicht geändert. Das bistabile Element kann also durch einen

so positiven Eingungsstromimpuls gezündet und durch einen negativen Impuls gelöscht werden, insofern der äußerste Stromwert außerhalb des genannten Intervalls liegt, da sonst kein übergang zwischen den stabilen Zweigen der Kennlinie stattfindet.

SS Die wichtigsten Abmessungen des beschriebenen Bauelementes sind in Fig. 1 angegeben, wobei der Abstand a 125 μηι, der Abstund b 25 μίτι, der Abstand c 100 μιη und der Abstund d 175 μιτι beträgt. Die mit Bor dotierte Zone 4 hat eine Dicke von 2,5 μιη und eine Oberflüchcnkonzentration von 10¹⁹ Atomen/cm^J, die mit Phosphor dotierten Zonen 3, 9 und 13 hüben eine Dicke von 1,5 μιη und eine Oberflüchenkonzentration von etwa IO²¹ Atomen/em^J. Das Bauelement kann völlig mit Hilfe der in der Halbleitertechnik allgemein

fts üblichen Stnndurdteehniken unter Anwendung von zwei Diffusionen zur Bildung der n-leitcnden Oberflltchenzonen 3, 9, 13 und der p-leltcndcn Zone 4 hergestellt werden.

Vom berchriebenen bistabilen Schaltungselement werden im folgenden zwei Anwendungsbeispiele gegeben.

Das erste Beispiel (siehe F i g. 6) zeigt schematisch die Verwendung dieses Schaltungselementes aus Baustein eines Schieberegisters. Daboi sind entsprechende Teile in den Fig. 1 bis 3 und in Fig. 6 mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. F i g. 6 zeigt schematisch eine Draufsicht eines Teils eines Schieberegisters mit zwei bistabilen Elementen A und ö, wie obenstehend beschrieben, die in der Figur durch strichpunktierte Linien voneinander getrennt sind, während die betreffenden Bezugsziffern mit einem A oder ß, je nach dem Element, zu dem sie gehören, versehen sind. Die Elemente A und ß sind auf ein und demselben Gebiet 1 aus η-leitendem Silizium angeordnet. Der erste Anschlußkontakt 3 und der zweite Anschlußkontakt 9 sind für alle Elemente des Schiebereregisters gemeinsam. Die Elemente A und B sind durch einen Kollektorkoppelkontakt 31A und einen Emitterkoppelkontakt 32ß, die durch einen Leker 33 in Form einer Metallschicht untereinander elektrisch verbunden sind, miteinander verbunden. Die Emitterelektroden 4A und 4ß und die Koppelkontakte 31A und 32ß werden durch p-leitende diffundierte Oberflächenzonen gebildet. Die Hilfskontakte 13a und 13ß, werden, ebenso wie im vorigen Beispiel, durch η-leitende diffundierte Zonen gebildet, die durch Metallschichten 12A und 12S, die gegen das Gebiet 1 isoliert sind, mit den Emitterelektroden 4A und 4ß vorhanden sind. Der Kollektorkoppelkontakt 31A ist auf der Modulationszone 6A des Elementes A angeordnet. Der Emitterkoppelkontakt 32ß liegt so nahe bei dem Hilfskontakt lißdes Elementes ß, daß er durch Injektion von Löchern zwischen dem Hilfskontakt 13ß und dem Anschlußkontakt 9 Leitungsmodulation über praktisch den ganzen Abstand zwischen diesen Kontakten 9 und 13ß verursachen kann.

Die Wirkungsweise dieses Schieberegisters wird an Hand der untenstehenden vier Fälle näher erläutert. Dabei wird der Leiter 3 ebenso wie im vorigen Beispiel an ein Bezugspotential, beispielsweise an Erde, gelegt, während der Leiter 9 an eine positive Speisespannung Vb gelegt wird, die jedoch vorübergehend ihr Vorzeichen ändern kann. Siehe dazu auch F i g. 7, in der der Verlauf der Speisespannung Vb mit der Zeit t während des Betriebes des Schieberegisters dargestellt ist, wobei zur Vereinfachung der Erläuterung vorausgesetzt wird, daß die Emitterkoppeldiode 32A nicht in Durchlaßrichtung gelangt.

Erster Fall

Im Anfangszustand sind sowohl das Element A als auch das Element B gelöscht. Während des Schiebeimpulses (zwischen den Zeiten ii und t₂, siehe F i g. 7) tritt keine oder nur eine vernachlässigbare Injektion vom Kontakt 4ß zum Leiter 9 auf, und am Ende des Impulses, am Zeitpunkt /2 kehrt das Element ß wieder in den (gelöschten) Ausgangszustand zurück. Nach dem Schiebeimpuls ist somit der Zustand der Elemente A und B nicht geändert.

Zweiter Fall

Im Anfangszustand ist das Element A gezündet und das Element B gelöscht. Die in das Modulationsgebiet 6A des Elementes A injizierten Löcher werden während des Schiebeimpulses duicn den Kollektorkoppelkontakt 31A abgesaugt und durch den Emitterkoppelkontakt 32ß in Richtung des Leiters 9 injiziert, und zwar infolge

des während des Schiebeimpulses auftretenden Driftfeldes. Dadurch tritt Leitungsmodulation Übei praktisch das ganze Gebiet zwischen dem Hilfskontakt 13ß und dem Leiter 9 auf, so daß am Ende des Schiebeimpulses das Potential des Kontaktes 13ß derart angestiegen ist, daß die Emitterelektrode 4ß in Durchlaßrichtung polarisiert ist, wodurch das Element B gezündet wird. Das Element A ist nach dem Schiebeimpuls gelöscht, da durch Entfernung von Löchern aus dem Modulationsgebiet 6/4, die Widerstandsdemodulation dort aufgehoben ist und die Emitterelektrode 4A infolge ihrer Lage gegenüber dem Hilfskontakt 13A daher in Sperrichtung gelangt. Nach dem Schiebeimpuls ist somit das Element A gelöscht und das Element B gezündet.

Dritter Fall

Im Anfangszustand ist das Element A gelöscht und das Element ß gezündet. Die in das Modulationsgebiet 6ßdes Elementes ß injizierten Löcher werden während des Schiebeimpulses durch den Kollektorkoppelkontakt 31B abgesaugt. Nach dem Schiebeimpuls sind in keinem der beiden Modulationsgebiete 6A und 6B Löcher vorhanden, und daher sind sowohl das Element A als auch das Element Bgelöscht.

Vierter Fall

Im Anfangszustand sind das Element A und das Element ß beide gezündet. Die in das Modulationsgebiet 6ß des Elementes B injizierten Löcher werden während des Schiebeimpulses durch den Kollektorkoppelkontakt 31Babgesaugt. Die in das Modulationsgebiet 6A des Elementes A injizierten Löcher werden gleichzeitig durch den Kollektorkoppelkontakt 31A abgesaugt und durch den Emitterkoppelkontakt 32ß in Richtung des Leiters 9 injiziert. Nach Beendigung des Schiebeimpulses wird daher das Element ß auf entsprechende Weise, wie im zweiten Fall beschrieben ist, gezündet, während das Element A infolge der Entfernung der Löcher aus dem Modulationsgebiet 6A gelöscht wird.

Wenn der gezündete Zustand mit 1 und der gelöschte Zustand mit 0 angedeutet wird, so läßt sich Obenstehendes in der folgenden Tafel zusammenfassen:

Anfangszustand	B	Endzustand	B
A	0	A	0
0	0	0	1
1	1	0	0
0	1	0	1
1	0

Fig.8 zeigt eine Draufsicht eines Teils eines im Betrieb befindlichen Schieberegisters, das nach dem Schema nach F i g. 6 aufgebaut ist. Auch hier sind entsprechende Teile mit denselben Bezugsziffern bezeichnet. Die Kontaktgeometrie ist bei dieser Ausführung derart, daß ein optimaler Effekt erreicht wird. So sind beispielsweise die Emitterelektroden \A und 4ß an der Seite des Leiters 3 mit einerr punktförmigen Teil 19A bzw. 19ß versehen, wodurch ar der Seite, an der Löcherinjektion erfolgen muß, eint hohe Stromdichte und somit ein guter Injektionswir kungsgrad erreicht wird. Weiter ist der Leiter 9 an de Stelle der Kontakte 13ß und 32ßderart ausgebildet, dal er diese beiden Kontakte zum großen Teil einschließt Dadurch wird das zu modulierende Gebiet zwischen dei

AO

Kontakten 136 und 9 verringert, während zugleich die durch den Kontakt 32 injizierten Löcher durch die günstigere Feldaufteilung in viel geringerem Maße durch seitliche Diffusion für die Leitungsmodulation verlorengeht. Gleiche Gründe gibt es für die Form der Kontakte 31/4 und 31 ß

Fig.9 zeigt schematisch die Draufsicht und Fig. 10 und 11 schematisch im Schnitt gemäß der Linie X-X und der Linie XI-XI eine Anordnung mit einem bistabilen Element, wie dies obenstehend beschrieben ist, in Form eines Speicherelementes. Entsprechende Teile sind in Fig.9 und Fig. 1 wieder mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet, während in Fig.9 leitende Verbindungen schematisch mit Linien dargestellt sind.

Wie bereits in der Beschreibung der F i g. 1 bis 4 erwähnt wurde, kann sich das aus der Emitterelektrode 4 und den Kontakten 13,3 und 9 bestehende Element im Betriebszustand im gelöschten oder gezündeten Zustand befinden. In der Anordnung nach Fig.9 ist zwischen der Emitterelektrode 4 und dem zweiten Anschlußkontaki 9 ein Einlesekontakt 41 in Form einer p-leitenden Zone, die in das η-leitende Gebiet 1 Löcher injizieren kann, angeordnet, wodurch zwischen den Kontakten 41 und 3, also auch zwischen der Emitterelektrode 4 und dem ersten Anschlußkontakt 3, Leitungsmodulation auftreten kann. Dadurch kann im Speicherelement Binärinformation gespeichert werden. Dies geschieht wie folgt, siehe auch Fig. 12. Der Leiter 3 wird ebenso wie in den vorstehenden Beispielen an Erde gelegt. An den Leiter 9 wird gegenüber dem Leiter 3 eine positive Speisespannung V₈ gelegt. An den Einlesekontakt 41 kann, beispielsweise über eine Anschlußklemme 42 (siehe Fig.9), gegenüber dem Leiter 3 eine Vorspannung U gelegt werden. Die Binärinformation wird durch eine vorübergehende Herabsetzung (Schreibimpuls) der Speisespannung V₈ im Speicherelement gespeichert. Siehe Fig. 12, in der der Verlauf von V₈ in der Zeit dargestellt ist, und wobei zwischen den Zeiten f₀ und fi der Schreibimpuls auftritt.

Beim Fehlen der Vorspannung i7 wird, wenn sich das bistabile Element im gelöschten Zustand befindet, d. h. in dem Zustand mit der höchsten Eingangsspannung, die vorübergehende Herabsetzung von V₈ keinen Einfluß auf den Zustand des Elementes haben. Befindet sich das Element jedoch im gezündeten Zustand, d. h. dem Zustand mit der niedrigsten Eingangsspannung, so wird die Herabsetzung von V₈, zu einer Erniedrigung des Stromes vom Kontakt 13 zur Emitterelektrode 4 führen. Dadurch nimmt die Injektion ab, und somit die Leitungsmodulation im Modulationsgebiet 6. Durch die Widerstandszunahme im Gebiet 6, die dadurch verursacht wird, nimmt der Strom von 13 nach 4 noch weiter ab. Dies geht so weiter, bis der Spannungsunterschied zwischen der Emitterelektrode 4 und dem darunterliegenden Teil des Gebietes 1 so klein ist, daß keine Injektion von Bedeutung mehr stattfindet. Nach Wiederherstellung der ursprünglichen Speisespannung Vßist somit das bistabile Element gelöscht. ° Wird die Vorspannung U jedoch derart gewählt, daß der Einlesekontakt 41 während des Schreibimpulses in Durchlaßrichtung polarisiert ist und genügend injiziert, (siehe Fig. 12), so wird nach Wiederherstellung der ursprünglichen Speisespannung durch die Leitungsmodulation im Gebiet 6 das bistabile Element sich im gezündeten Zustand befinden, unabhängig von seinem Zustand am Anfang der Herabsetzung von V₈.

Nach dem Obenstehenden kann somit Binärinformation, die mittels der Vorspannung {^eingeführt wird, mil Hilfe eines Schreibimpulses auf der Speisespannung im Speicherelement gespeichert werden.

Das Lesen der gespeicherten Information, d.h. die Bestimmung des Zustandes, in dem sich das bistabile Element befindet, kann verschiedenartig geschehen. So kann beispielsweise ein Leseimpuls auf die Speisespannung Vß gesetzt werden, wobei über einen Koppelkondensator zwischen der Emitterelektrode 4 und dem Leiter 3 gelesen wird. Wenn das Element sich im

ίο gezündeten Zustand befindet, wird der gelesene Impuls infolge des verringerten Widerstandes im Modulationsgebiet 6 kleiner sein als im gelöschten Zustand, Im allgemeinen wird in diesem Fall zur Erhaltung eines brauchbaren Signals eine Verstärkung des gelesener Impulses stattfinden müssen. Das Speicherelement nach Fig.9 bis Fig. 11 kann auf besonders einfache Weise gelesen werden. Dazu ist (siehe Fig.9) auf det Modulationszone 6 ein Lesekontakt 45 in Form einet diffundierten η-leitenden Oberflächenzone angeordnet Dieser Lesekontakt 45 ist mit der 3asis 46 eine; lateralen npn-Planartransistors verbunden, der aul übliche Weise unter Verwendung photholithographischer Ätztechniken durch selektive Diffusion im η-leitenden Gebiet 1 angeordnet ist und eine p-leitende Basiszone 46, eine η-leitende Emitterzone 47 und eine η-leitende Kollektorzone 48 enthält (siehe auch Fig. 10). Der erste Anschlußkontakt, der Leiter 3, isi über eine auf der Oxidschicht 2 angeordnete Metallschicht 44 mit der Emitterzone 47 verbunden. Zwischer die Kollektorzone 48 und die Emitterzone 47 ist (siehe Fig.9) eine Vorspannung gelegt, durch die dei Kollektor 48 in Sperrichtung polarisiert ist. Da; Auslesen erfolgt durch eine vorübergehende Erhöhung der Speisespannung V₈ in Form eines Leseimpulses. Die Speisespannung und die Erhöhung derselben werder nun derart gewählt, daß, wenn das bistabile Element gezündet ist, die Speisespannung immer, also auch während des Leseimpulses, einen derartigen Wen aufweist, daß das Potential des Lesekontaktes 45, alsc der Basiszone 46, so klein ist, daß der Emitter 4i praktisch nicht injiziert, so daß zwischen dem Kollektoi 48 und dem Leiter 3 kein Impuls gelesen wird. Wenr jedoch das bistabile Element gelöscht ist, wird da: Potential des Kontaktes 45 während des Leseimpulsei auf V₈ infolge des höheren Widerstandes des Modula tionsgebietes 6 so hoch, daß der Emitter 47 zu injizicrer ;>nfängt, so daß zwischen dem Kollektor 48 und den Leiter 3 über den Koppelkondcnsator Cein verstärkte! Impuls gelesen wird.

Speicherelemente, wie diese obenslehend beschrie ben sind, lassen sich zu einem Speicher zusammenbauen wobei die Elemente in einer Matrix gegliedert sind Siehe F i g. 13, in der eine derartige Matrix schematiscr dargestellt ist, und wobei entsprechende Teile in der Fig.9 und 13 mit gleichen Bezugsziffern bezeichne sind. Die Einlesekontakte 41 sind dabei mit Leitern 51 (»bit-Leitungen«) zum Einführen von Informatior verbunden und die Kollektoren 48 mit »Lcse-Leitun gen« 52, während die Einlese- und Leseimpulse übei »Wort-Leitungen« 53 zugeführt werden, welche die bit und Lese-Leitungen kreuzen, wobei diese Kreuzunger leicht dadurch verwirklicht werden können, daß di< Leiter 53 und die geerdeten Leiter 54 wenigstens an de Stelle der Kreuzungen in Form von diffundierter Streifen ausgebildet werden.

Fi g. 14 zeigt in Draufsicht und die Fig. 15 und 16 in Schnitt ein anderes Halbleiterbauelement mit einen bistabilen Element nach der Erfindung. Entsprechend*

Teile sind in den Ι·' ι g. 14 bis Ib und 1 bis J mit gleichen Bezugsziffern angedeutet. Dor erste Anschlußkontakt 3 und der zweite Ansehlußkonlakt 9 sind hier nicht in Form von Streifen angeordnet, sondern in Form von lokalisierten Zonen. Dabei erstrecken sich das Fenster 15 und die Metallschicht 1(5 zu einem wesentlichen Teil außerhalb der diffundierten Zone 3, wobei zwischen der Schicht 16 und dem Gebiet 1 ein Metallhalbleiterkontakt gebildet wird, der eine hohe Rekombinationsgeschwindigkeit gibt, so daß die von der Emitterzone 4 herrührenden Löcher am Kontakt 3 schnell abgeführt werden und nicht beispielsweise durch teilweise Rückdiffundierung, die Wirkung der Anordnung beeinträchtigen können. Im Gegensatz zu den oben beschriebenen Ausführungsformen liegt bei dieser bevorzugten Ausführungsform der Hilfskontakt 13 (siehe Fig. 14) gegenüber der Emitterzone 4 und dem ersten Anschlußkontakt 3 derart, daß im Betriebszustand bei Fehlen von Leitungsmodulation der Potentialunterschied in absolutem Sinne zwischen dem Hilfskontakt 13 und dem ersten Anschlußkontakt 3 größer ist als der Unterschied zwischen dem Potential des ersten Anschlußkontaktes 3 und dem Potential des Gebietes 1 an der Stelle des Randes 19 der Emitterzone, die dem Kontakt 3 am nächsten liegt.

In der skizzierten Ausführungsform wird die Emitterzone 4 teilweise durch den Hilfskontakt 13 überlappt (siehe Fig. 14 und 15). Die wichtigsten Abmessungen der Anordnung sind in Fig. 14 angegeben, wobei der Abstand c/40 μηι der Abstand e 15 μηι und der Abstand f 10 μηι beträgt.

Diese Anordnung unterscheidet sich in elektrischer Hinsicht auf verschiedene Weisen von der bisher beschriebenen Anordnung, wie an Hand der Fig. 17 erläutert wird, in der der Ausgangssirom /als Funktion der Eingangsspannung V(siehe auch Fig. 14) für drei verschiedene Werte der Speisespannung V& wobei l'ßi = 2 Volt, Bin = 3 Volt und V_m = 6 Volt aufgetragen ist. Ebenso wie bei den bereiis beschriebenen Ausführungsformen (siehe Fig.4) weist die Eingangskennlinie ein Minimum und ein Maximum sowie drei Zweige mit positivem c'ilTerentiellem Widerstand auf, so daß für bestimmte Werte des Eingangsstromes / zwei stabile Zustände möglieh sind, wobei in einem (dem gezündeten Zustand) im Gebiet 6 (siehe Fig. 14) Leitungsmodulation auftritt. Im Gegensatz jedoch zu den Anordnungen nach den Fig. I bis 13 ist bei dieser Anordnung infolge der Anordnung des Hilfskontaktes 13 die Emitterelektrode 4 sowohl im gelöschten als auch im gezündeten Zustand in Durchlaßrichtung polarisiert. Dabei ist nur im gezündeten Zustand die Potentialaufteilung in der Anordnung derart, daß Leitungsmodulation auftreten kann.

Hin weiterer sehr wichtiger Unterschied /wischer dieser Anordnung und den oben beschriebener Anordnungen ist, daß das hier gemeinte bistabile Riemen! auf zweierlei Weise gesteuert werden kann.
An erster Stelle dürfte es aus der in Fig.!/ dargestellten Kennlinie ohne weiteres einleuchten, dal; auch dieses Element mit dem Eingangsstrom be konstanter Speisespannung Ke auf ganz entsprechende Weise, wie obenstehend an Hand der Fig. 5a bis 5c

ίο beschrieben wurde, gesteuert werden kann. Für diese Art von Steuerung ist nun die Form der Eingangskennli nie von Bedeutung.

Das hier beschriebene Element kann jedoch irr Gegensatz zu den obengenannten Ausführungsformer

auch mit der Speisespannung Va bei konstanten· Eingangsstrom /₍₎ gesteuert werden. Aus Fig. 17 geh nämlich hervor, daß das Minimum und das Maximum der Eingangskennlinie für zunehmende Werte von V₁ nach unten schieben, also nach niedrigeren Werten vor /. im Gegensatz zu F i g. 4. Bei einer Speisespannung Va. tritt bei einem Eingangsstrom /o (siehe Fig. 17) dei stabile Spannungszustand A oder Bauf, wobei in diesen-Beispiel k =0 gewählt worden ist. Wird nur vorübergehend die Speisespannung KiQ auf den Wen

2.S V_B\ herabgesetzt, wobei der minimale Wert /ι und der maximale Wert I₂ der I₂ der /- V-Kennlinie beide größer sind als der konstante Eingangsstrom /o, so befindet sich das bistabile Element nach Wiederherstellung der ursprünglichen Speisespannung im Zustand B, unabhän-

$o gig von seinem Anfangszustand, da bei einer Speisespannung Vfli (siehe Fig. 17) nur der Zweig, der den gelöschten Zustand B angibt, die Linie / = /o schneidet Wird dagegen die Speisespannung Vb₂ vorübergehend erhöht auf V&, wobei das Minimum /u und das Max'mum /|₂ der Eingangskennlinie beide kleiner sind als /o, so schneidet während dieser Erhöhung nur der Zweig der (gezündeten) Α-Zustände die Linie / = k, se daß nach der Rückkehr auf die Speisespannung Vm das bistabile Element sich im Zustand A, dem gezündeten Zustand, befindet.

In Abwandlung der beschriebenen Ausführungsbeispiele kann man, von einem p-leitenden Halbleiterkörper statt eines η-leitenden Körpers ausgehend, Anordnungen erhalten, die den beschriebenen Anordnungen komplementär sind und wobei der Leitungstyp jeder Zone durch den entgegengesetzten Typ ersetzt ist Dabei müssen dann die angelegten Potentiale den in der Beschreibung gegebenen Anweisungen entsprechend geändert werden. Weiter können in. allen Beispielen streifenförmige Anschlußkontakte durch gesonderte Anschlußkontakte für jedes Element ersetzt werden, die auf die richtige Weise untereinander verbunden werden oder umgekehrt.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen

Claims (25)

Patentansprüche:

1. Halbleiterbauelement mit einem ein bistabiles Halbleiterschaltungselement enthaltenden Halbleiterkörper, wobei das Schaltungselement ein Gebiet eines Leitungstyps enthält, auf dem ein mit einem Anschlußleiter verbundener erster Anschlußkontakt angeordnet isi, sowie eine Zone des anderen Leitungstyps (Emitterzone), die mit dem erwähnten Gebiet einen PN-Übergang bildet, mit einer Emitterelektrode verbunden ist und zur Erzeugung eines Injektionsstromes von Minoritätsträgern von der Emitterelektrode zum ersten Anschlußkontakt durch das genannte Gebiet dient, während auf demselben Gebiet ein mit einem Anschlußleiter verbundener zweiter Anschlußkontakt angeordnet ist zur Erzeugung eines Stromes von Majoiitätsträgern zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlußkontakt in einer Richtung, die der des genannten Injektionsstromes durch das Gebiet entgegengesetzt ist, wobei die Emitierelektrode zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlußkontakt liegt und wobei die genannten Anschlußkontakte und die Emitterelektrode an derselben ebenen Oberfläche des Halbleiterkörpers angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Emitterzone (4) mit einem auf dem Gebiet (1) des einen Leitungstyps außerhalb der Modulationszone (6), in der durch die von der Emitterzone (4) injizierten Minoritätsträger Leitungsmodulation auftreten kann, angeordneten weiteren Anschlußkontakt (13), weiter als Hilfskontakt bezeichnet, leitend verbunden ist, so daß zwischen einer mit de^r Emitterelektrode und einer mit dem ersten Anschlußkontakt (3) verbundenen Eingangsleitung bei gleichem Eingangsstrom (Iq) zwei von Null abweichende stabile Eingangsspannungen (V\, V2) dadurch auftreten können, daß der Eingangsstrom (I) abhängig von der Eingangsspannung (V) ein Minimum und Maximum aufweist, wobei die dem Minimum zugehörende Eingangsspannung (Vj) niedriger ist als die (V4), welche zum Maximum gehört.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Anschlußkontakt über einen Reihenwiderstand mit einem Anschlußleiter verbunden ist.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Körpers wenigstens teilweise mit einer elektrisch isolierenden Schicht (2) bedeckt ist, wobei die Anschluß- und Eingangsleiter (11,12,16) wenigstens teilweise auf der Isolierschicht liegen und über öffnungen in der Isolierschicht an den Halbleiterkörper anschließen.

4. Halbleiterbauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste (3) und zweite Anschlußkontakt (9) durch zwei praktisch parallele Leiter gebildet werden.

5. Halbleiterbauelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die parallelen Leiter streifenförmig diffundierte Oberflächenzonen (3, 9) enthalten.

6. Halbleiterbauelement nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskontakt (13) gegenüber der Emitterelektrode (4) und dem ersten Anschlußkontakt (3) derart liegt, daß im Betriebszustand beim Fehlen von Leitungsmodulation der Potentialunterschied, im absoluten Sinne, zwischen dem Hilfskontakt (13) und dem ersten Anschlußkontakt (3) kleiner ist als der Unterschied zwischen dem Potential des ersten Anschlußkontaktes (3) und dem Potential des Gebietes (1) des einen Leitungstyps an der Stelle (19) des Randes der Emitterelektrode (4), der dem ersten Anschlußkontakt (3) am nächsten liegt.

7. Halbleiterbauelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Element (/^zusammen mit mindestens einem weiteren bistabilen Halbleiterbauelement (B) ein Schieberegister bildet, wobei die beiden Bauelemente auf demselben Gebiet des einen Leitungstyps angeordnet sind, und wobei die ersten Anschlußkontakte und zugleich die zweiten Anschlußkontakte beider Elemente untereinander elektrisch verbunden sind und die Elemente durch einen untereinander elektrisch verbundenen Kollektorkoppelkontakt (31A) und einen Emitterkoppelkontakt (32B) verbunden sind, wobei der Kollektorkoppelkontakt (3iA) auf der Modulationszone (6A) des ersten bistabilen Elementes (A) angeordnet ist und daraus Minoritätsträger sammeln kann, während der Emitterkoppelkontakt (32B) so nahe bei dem Hilfskontakt (\3B) des zweiten bistabilen Elementes (B) liegt, daß der Emitterkoppelkontakt (32B) durch Injektion von Minoritätsträgern zwischen diesem Hilfskontakt (13fl^ und dem zweiten Anschlußkontakt (9) Leitungsmodulation über praktisch den ganzen Abstand zwischen diesen Kontakten (9,13B) verursachen kann.

8. Halbleiterbauelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Koppelkontakt durch eine diffundierte Oberflächenzone des anderen Leitungstyps gebildet wird.

9. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Element ein Speicherelement bildet, bei dem zum Einführen von Binärinformation zwischen der Emitterelektrode und dem zweiten Anschlußkontakt ein Einlesekontakt (41) angeordnet ist, der Minoritätsträger injizieren kann, wodurch zwischen der Emitterelektrode und dem ersten Anschlußkontakt (3) Leitungsmodulation auftreten kann.

10. Halbleiterbauelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Modulationszone (6) ein Lesekontakt (45) angeordnet ist, wobei zwischen diesem Lesekontakt (45) und dem ersten Anschlußkontakt (3) eine Lesespannung abgenommen werden kann.

11. Halbleiterbauelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Lesekontakt (45) mit der Basis (46) und der erste Anschlußkontaki (3) mit dem Emitter (47) eines Transistors verbunden ist, wobei zwischen dem Kollektor (48) und der Basis (46) dieses Transistors die gespeicherte Binärinformation gelesen werden kann.

12. Halbleiterbauelement nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Basiszone (46) des Transistors durch eine in dem Gebiet des einen Leitungstyps angeordnete Oberflächenzone des anderen Leitungstyps gebildet wird, in der die Emitterzone (47) und die Kollektorzone (48) des Transistors angeordnet sind.

13. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadi.rch gekennzeichnet, daß der

Hilfskontakt (13) gegenüber der Emitterzone (4) und dem ersten Anschlußkontakt (3) derart liegt, daß im Betriebszustand beim Fehlen von Leitungsmodulation der Potentialunterschied, im absoluten Sinne, zwischen dem Hilfskontakt (13) und dem ersten Anschlußkontakt (3) größer ist als der Unterschied zwischen dem Potential des ersten A nschlußkontaktes (3) und dem Potential des Gebietes des einen Leitungstyps an der Stelle (19) des Randes der Emitterzone (4), der dem ersten Anschlußkontakt (3) ίο am nächsten liegt.

14. Halbleiterbauelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Hilfskontakt (13) die Emitterelektrode (4) wenigstens teilweise überlappt. ,₅

15. Schaltungsanordnung mit einem Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten Anschlußkontakt (3) und dem Anschlußleiter (11) des zweiten Anschlußkontaktes (9) eine Speisespannung angelegt ist, wodurch in dem Gebiet (1) des einen Leitungstyps wenigstens über die Modulationszone (6) ein Strom von Majoritätsträgern erzeugt wird, der dem Injektionsstrom entgegengesetzt ist.

16. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisespannung einen derartigen Wert aufweist, daß die genannten stabilen Eingangsspannungen bei einem Eingangsstrom (I), der praktisch gleich Null ist, auftreten.

17. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15 oder 16 mit einem Halbleiterbauelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der PN-Übergang (5) der Emitterelektrode im einen stabilen Zustand in Durchlaßrichtung und im anderen stabilen Zustand in Sperrichtung gepolt ist.

18. Schaltungsanordnung nach Anspruch 15 oder 16 mit einom Halbleiterbauelement nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß der PN-Übergang (5) der Emitterelektrode in beiden stabilen Zuständen in Durchlaßrichtung gepolt ist.

19. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, d daß zur Einstellung des stabilen Spannungszustandes des Halbleiterbauelementes eine vorübergehende Änderung der Speisespannung erzeugt wird.

20. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des stabilen Spannungszustandes des Halbleiterbauelementes eine vorübergehende Änderung des Eingangsstromes erzeugt wird.

21. Schaltungsanordnung nach Anspruch 19 und einem der Ansprüche 15 bis 17 mit einem Halbleiterbauelement nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung des stabilen Spannungszustandes der bistabilen Elemente eine vorübergehende Änderung des Vorzeichens der Speisespannung erzeugt wird.

22. Schaltungsanordnung nach Anspruch 17 und

19 mit einem Halbleiterbauelement nach einem oder mehreren der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Speisespannung vorübergehend erniedrigt wird und eine Vorspannung zwischen den Lesekontakt und den ersten Anschlußkontakt angelegt ist, wobei die Speisespannung, die Herabsetzung der Speisespannung und die genannte Vorspannung untereinander derart gewählt sind, daß in Abwesenheit dieser Vorspannung das bistabile Element nach Wiederherstellung der ursprünglichen Speisespannung sich im Zustand mit der höchsten Eingangsspannung befindet, während beim Vorhandensein der genannten Vorspannung während der Herabsetzung der Speisespannung über den Lesekontakt Minoritätsträger injiziert werden, wodurch sich das bistabile Element nach Wiederherstellung dieser ursprünglichen Speisespannung im Zustand mit der niedrigsten Eingangsspannung befindet.

23. Schaltungsanordnung nach Anspruch 17 und 19 mit einem Halbleiterbauelement nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine vorübergehende Erhöhung der Speisespannung erzeugt wird, und daß der Kollektor des Transistors durch eine Vorspannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter in Sperrichtung polarisiert ist, wobei die Speisespannung und die Erhöhung derselben derart gewählt sind, daß, wenn das bistabile Element sich im Zustand mit der niedrigsten Eingangsspannung befindet, während der Erhöhung der Speisespannung der Emitterstrom des Transistors praktisch gleich Null bleibt und daß, wenn das bistabile Element sich in dem Zustand mit der höchsten Eingangsspannung befindet, nur während der Erhöhung der Speisespannung im Transistor ein Emitterstrom auftritt, der am Kollektor demoduliert werden kann.

24. Schaltungsanordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der während der Änderung auftretende äußerste Wert der Speisespannung mindestens so groß ist, daß dabei das Minimum und Maximum des Eingangsstromes beide größer oder beide kleiner sind als der Wert des Eingangsstromes, bei dem die beiden genannten stabilen Eingangsspannungen auftreten.

25. Schaltungsanordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der während der Änderung auftretende äußerste Wert des Eingangsstromes außerhalb des durch das genannte Minimum und Maximum der Eingangsstromkennlinie begrenzten Strom-Intervalls liegt.