DE1920162A1 - Feldeffekttransistoranordnung,insbesondere fuer Speicherzwecke - Google Patents
Feldeffekttransistoranordnung,insbesondere fuer SpeicherzweckeInfo
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Description
Feldeffekttransistoranordnung, insbesondere für Speicherzwecke
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Feldeffekttransistoranordnung,
insbesondere für Speicherzwecke, deren mit mindestens zwei stromführenden Elektroden koniaktierter
Halbleiterkörper gegen eine den Strom dieser Elektroden beeinflussende Steuerelektrode mittels eines
Dielektrikums aus mindestens zwei aus unterschiedlichem Material bestehenden, im wesentlichen parallel zur Halbleiteroberfläche
verlaufenden Teilschichten isoliert ist.
Die bekannten Anordnungen dieser Art haben den in Pig. I
dargestellten Aufbau. In einem scheibenförmigen Halbleiterkristall 1 von einen Leitungstyp sind zwei wannenförnige
Zonen 2 und 3 von entgegengesetztem Leitungstyp eingelassen. Jede der Zonen 2 und 3 ist mit einer Elektrode
4 bzw. 5 sperrfrei kontaktiert. Beide Elektroden sind im Betrieb an eine Spannungsquelle, z. B. Gleichspannungsquelle,
gelegt. Zwischen den beiden Zonen 2 und 3 befindet sich die Steuerelektrode 6, die durch eine Isolierschicht
7 vom Halbleiterkörper 1 getrennt ist. Di-e in
Fig. 1 dargestellte Anordnung weist zwei pn-Übergänge auf. In Abweichung hierzu sind Anordnungen mit mehr oder weniger
pn-Übergängen möglich. In Einzelfällen, d. h. bei Verwendung dünner Halbleiterkörper 1 und entsprechender Ausgestaltung
der Steuerelektrode, kann auf die Anwesenheit eines pn-Übergangs vollkommen verzichtet v/erden.
Besteht nun das zwischen der Steuerelektrode und dem HaIb-
1A 9/493/980 Stg/Schm
00 98 U/
U 9
BAD
leiterkörper des Feldeffekttransistors angeordnete Dielektrikum
7 aus zwei im wesentlichen zur Halbleiteroberfläche parallelen Teilschichten 8, 9 und sind beide Teilschichten
derart aufeinander abgestimmt, daß bei Impulsen einer bestimmten Größe zwar die dem Halbleiter fernere
der beiden Isolierschichten, d. h. die Isolierschicht 9, reversiblen Durchbruch (avalanche-Bffekt) erleidet, während die dem Halbleiter nähere dielektrische Schicht 8
isolierend bleibt, so läßt sich die vorliegende Anordnung auch für Speicherzwecke heranziehen. ,
Derartige Impulse führen nämlich zur Erzeugung von elektrischen Ladungen an der Grenzschicht der beiden Dielektrika, wo sie sich, je nach dem Isolationsvermögen der
beiden dielektrischen Schichten, sehr lange halten können. Durch die Anwesenheit dieser Ladungen v/ird die Einsatzspannung
des Transistors erheblich geänderte Bei Anwendung definierter Impulse wird auch die zwischen den
beiden dielektrischen Schichten entstehende Ladung definiert. Außerdem ist es möglich, die gespeicherte Ladung
durch Anwendung entsprechend entgegengesetzt gfpolter
Impulse entsprechender Größe oder auch durch höhere, auch zum reversiblen Durchbruch der inneren Isolierschicht
führende Impulse wieder zu beseitigen.
Derartige .Anordnungen sind in "Journal Electrochemical ;
Soc; Solide State Science" VoI 115, Nr. 3, März 1968,
Seiten 318 - 322, beschrieben. Dort ist auch die Verwendbarkeit solcher Anordnungen in einem Informationsspeicher
offenbart. Bei jenen Anordnungen besteht die Isolierschicht aus thermisch an der Oberfläche des aus Silicium bestehenden
Halbleiterkörpers erzeugten SiO2 und die Isolationsschicht
9 aus pyrolytisch abgeschiedenem Siliciumnitrid. Die Abscheidung dieser Schicht 9 wurde derart vorgenommen,
daß der Siliciumanteil größer ist, als es der stöchiometrischen Zusammensetzung Si-Jtf. entspricht. Dadurch wird die für
009843/ IUd -3-*
BAD ORIQIWÄL
das Zustandekommen des gewünschten Durchbrucheffekts erforierliche
Feldstärke merklich kleiner als die des thermisch aufgewachsenen Siliciuncioxids. Die Stärke der SiOp-Schicht
ist nit Rücksicht auf die der Siliciumnitridschieht 9 und die Gröi3e der Schaltinipulse derart gewählt, daß sie auch
nach den Durchbrechen der Isolierschicht 9 elektrisch isolierend "bleibt, daß also - mit anderen Y/orten - die zu ihrem
Durchbruch erforderliche Feldstärke, noch nicht erreicht wird.
2s ist Aufgabe der Erfindung, die vorliegende Anordnung
weiter zu verbessern. Im allgemeinen unterscheiden sich nilnlich die Durchbruchsfeldstärken der als Isolierschichten
und 9 in Betracht kommenden anorganischen Materialien nur wenig voneinander, so daß die zum Durchbruch der einen
Isolierschicht erforderliche Impulsstärke auch das dielektriecho
Verhalten der anderen Schicht auf die Dauer gesehen bocintrüchtigt. Ferner fällt die Niederfeldrestleitfähigkeit
etwa einer mit Silicium angereicherten ;Si_N.-Schicht funktionell
zu der Hochfeldleitfähigkeit derart ungünstig zusammen,
daß sich ein nicht überschreitbares Verhältnis ergibt, was sich auf dao Verhältnis von Umladezeit zu Haltezeit eines derartigen
Speicherelementes begrenzend auswirkt'. Deshalb ist es Aufgabe der Erfindung, dafür zu sorgen, daß man bereits
mit entsprechend niedriger gespannten Impulsen zum Ziel kommt, und ferner eine Anordnung mit einem oder mehreren weiteren
Parametern zu schaffen.
Zur Lösung dieser Aufgaben schlägt die Erfindung bei der eingangs
definierten Feldeffekttransistoranordnung vor, daß mindestens eine, .vorzugsweise die äußere j der beiden die Steuerelektrode
von den Halbleiterkörper des Transistors trennenden Isolierschichten fotoleitend und die Anordnung mit mindestens einer Beleuchtungsvorrichtung kombiniert ist, bei
deren Betätigung der elektrische '.Yiderstand dieser Isolierschicht
merklich herabgesetzt wird, während eine andere dieser Isolierschichten, vorzugsweise die an dem HalbleiterC^jng.jr?on-
009843/ 1U9 - 4 _
zende Isolierschicht, keine Fötoleitfähigkeit aufweist
und eine höhere Durchschlagsfestigkeit als die übrigen
Isolierschichten besitzt.
Der fotoleitende Teil der dielektrischen Schicht zwischen der Steuerelektrode und dem Halbleiterkörper kann ■beispielsweise
aus einem im Dunkelzustand hochohmigen Halbleiter be- ■ stehen. Erwähnenswert in dieser Beziehung sind besonders
Cadmiumsulfidschichten, Schichten aus reinem Selen, Schichten
aus hochreinem, intrinsicleitendem polykristallinen! Silicium
oder Germanium oder fotoleitende Gläs'er. Es besteht aber
auch die TTöglichkeit, einen hochisolierenden anorganischen Stoff, beispielsweise Siliciumnitrid, mit die Pötoleitfähigkeit
fördernden Dotierungsstoffen zu versehen. Eine weitere
Möglichkeit besteht darin, die gemäß der Erfindung mit dem
Feldeffekttransistor zu kombinierendtiiBeleuchtungskörper
derart su gestalten, daß auch in dem isolierenden Material
infolge Abgabe von sehr hochfrequenten Strahlungen (UV-Licht, Röntgenstrahlung) merklich innerer Fotoeffekt auftritt.
Zinc der Erfindung entsprechende Transistoranordnung ist in
Fig. 2 dargestellt. Der Halbleiterkörper 21, beispielsweise aus einkristallinem Silicium, ist mit den beiden Zonen 22
und 23 von entgegengesetztem Leitungstyp versehen. Er kann
beispielsweise unter Anwendung der bekannten Planar- und
Maskierung8technik hergestellt werden. Die für die Maskierungstechnik
dann verwendete, durch thermische Oxydation der Oberfläche des Siliciumkörpers 21 erzeugte SiOp-Schicht
bedeckt diesen vorzugsweise vollständig mit Ausnahme der Kontaktstellen zu den Zonen 22 und 23. Die Isolierschicht
ist mit 24 bezeichnet. An den Kontaktstellen ist der Halbleiterkörper mit sperrfrei kontaktierenden Elektroden 25
und 26 versehen. Diese bestehen beispielsweise aus Aluminium, das im Falle η-leitender Zonen 22 und 23 in bekannter ."/eise
ebenfalls sperrfrei aufgebracht werden kann. Zwischen den
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BAD QRiGlNAL
. PA 9A93/98O. -5-
beiden Elektroden 25und 26 bleibt auf jeden Fall ein
Feil der Isolierschicht 24 bestehen. Auf diese Isolierschicht
v/ird noch eine v/eitere Schicht aus hochohrnigera, jedoch bei entsprechender Belichtung fotoleitendem
Material aufgebracht. Beispielsweise kann hierzu eine aufgedampfte Schicht aus GdS oder hochreinem Selen oder
aus hochreinem und eigenleitendem Silicium oder Germanium dienen. Diese Schicht ist mit 27 bezeichnet. Sie wird ihrerseits
durch eine als Steuerelektrode dienende Metallisierung abgedeckt. Diese Metallisierung kann in bekannter
'."eise transparent sein, um dem von einer gemäß der Erfindung
vorzusehenden abschaltbaren und durch Impulse gesteuerten Lichtquelle 29 ausgehenden Licht weitgehend Zutritt
zu der hochohmigen fotoleitfähigen Schicht 27 zu ermöglichen. Die in Fig. 2 dargestellte Möglichkeit sieht keine
transparente Elektrode,- sondern viele kleine, über die
Oberfläche der hochohmigen Schicht 27 verteilte, elektrisch jedoch miteinander in Verbindung stehende Steuerelektroden
vor, die genügend von der Oberfläche der Schicht 27 unbe- - deckt lassen, so daß die Schicht von der Lichtquelle 29
aktiviert v/erden kann. Andererseits sind diese Steuerelektroden
derart auf der Isolierschicht 27 verteilt, daß sie ihre Steuerwirkung auf den zwischen den Elektroden 25 und
26 durch den Halbleiterkörper fließenden Strom voll entfalten können. Die Anordnung ist in Fig, 2 zu einer Schaltung ergänzt.
Die Spannung zwischen den Elektroden 25 und 26 wird durch eine Gleichspannungsquelle 3o über einen Arbeitswiderstand
31 zugeführt. Zur Steuerung dient eine impulslieferende
Spannungsquelle 32.
ι Zweckmäßig werden in V/eiterbildung der vorliegenden Erfindung
mehrere derartige Feldeffekttransistoren in einer einzigen Halbleiterscheibe nach einem zweie]imensionalen Koordinatensystem
in einer Matrix vereinigt, die dann zu einem elektronischen Festwertspeicher ausgebaut wird, wie er beispiels-
4 3 / 1 H 9 BÄD 0R|G!NÄL - 6 -
1>Λ9Λ93/9βο . -S-
weise in der Literaturstelle "Journal Electrochemical
Sog."; Solide State Science" VoI 115, Nr. 3, Mars 1968,
Seiten 318 - 322, beschrieben ist. Diese Anordnung steht dann unter Einwirkung einer die Gesamtanordnung
beim Auftreffen gewisser Impulse ausleuchtenden Lichtquelle. Das Aufleuchten der Lichtquelle ist dann zweckmäßig
mit dem Auftreten gewisser dem Speicher zugeführter elektrischer Impulse gekoppelt. Derartige Impulse dienen dann
zum Einschreiben in den Speicher.
Sie erzeugen die oben beschriebene Flächenladung zwischen den'beiden Isolierschichten der einzelnen Transistoren der
Ilatrix. Der Setrieb eines solchen elektronischen Festwertspeichers
entspricht im wesentlichen den Ausführungen der oben genannten Literaturstelle. Das Einschreiben erfolgt
unter ganzflächiger Beleuchtung der Anordnung, während der Abfragebetrieb im Dunkeln von entsprechend schwächeren Impulsen
vorgenommen wird. Um trotz einer ganzflächigen Beleuchtung in direkter Zuordnung zu der Speicheranordnung
selektiv einschreiben zu können, ist es nötig, daß die gespeicherte
Ladung ohne Anlegen äußerer Spannung nicht allein unter Einwirkung des Lichtes abzufließen vermag. Dies ist
bei abgedunkelter Anordnung ohne weiteres erfüllt. Es ist durchaus möglich, die Abflußzeit der Ladung ohne äußeres
elektrisches Feld unter Belichtung um etwa einen Faktor 1o bis 1o zu verkürzen, falls man die Belich^ng nur kurzzeitig
während des Umprogrammierens des Speichers vornimmt. Die üinschreibezeit im Lawinenbetrieb sollte durch Fotomultiplikation
jedoch sehr nutzbringend um etwa den gleichen Faktor reduziert werden können, so daß Einschreibezeiten
von wenigen /usec. mit Speicherzeiten von vielen Jahren
kombiniert werden können. Das Verhältnis der beiden Zeiten sollte sich durch die erfindungsgemäße Anordnung gegenüber
Anordnungen, deren Isolierschicht nicht auf Belichtung anspricht, etwa um den Faktor der gesamten Lager- bzw. Betriebs-
009843/1U9 -7-.
BAD ORIGINAL
zeit eines Speichers geteilt durch die Summe der Schreibseiten
verbessern lassen.
Zur Vermeidung des Sindringens von Licht in die dem Halbleiter
nühero Isolierschicht bzw. zur definierten Ladungsplatsierung
kann sv/isehen der ersten und der av/eiten Isolier
Dchicht eine weitere schwimmende Steuerelektrode vorgesehen
sein, deren Bereich unterhalb der eigentlichen Steuerelektrode liegt. Die Entladung der Anordnung kann durch entsprechend
verstärkte Belichtung oder auch selektiv durch einen entsprechend dosierten Gegenspannungsimpuls unter Belichtung
erfolgen.
9 Patentansprüche
2 Figuren
2 Figuren
QQ98A3/1U9
BAD ORIGINAL
Claims (9)
1., Feldeffekttransistoranordnung, insbesondere für Speicherzwecke,
^-s deren nit mindestens zwei stromführenden Elektroden kontaktierter
Halbleiterkörper gegen eine den Strom dieser Elektroden
"beeinflussende Steuerelektrode mittels eines Dielektrikums
aus mindestens zwei aus unterschiedlichem Material bestehenden, in wesentlichen parallel zur Halbleiteroberfläche verlaufenden Teilschichten isoliert ist, dadurch gekennzeichnet,
daß mindestens eine, vorzugsweise die äußere der beiden die
Steuerelektrode von dem Halbleiterkörper des Transistors trennenden Isolierschichten fotoleitend und die Anordnung.
nit mindestens einer Beleuchtungsvorrichtung kombiniert ist, ;
durch deren Betätigung der elektrische V/i der st and dieser Isolierschicht merklich herabgesetzt ist, während eine andere
dieser Isolierschichten, vorzugsweise die an dem Halbleiter angrenzende Isolierschicht, keine Fotoleitfähigkeit
aufweist und eine höhere Durchschlagsfestigkeit als die übrigen Isolierschichten besitzt.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grad der Fotoloitung so eingestellt ist, daß lediglich in
der Nähe der Durchbruchfeidstärke eine erhebliche Umladung
erfolgt. -
-o
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
die an den Halbleiter angrenzende Isolierschicht aus SiOp5
instesondere aus durch thermische Oxydation eines aus Silicium
bestehenden Halbleiterkorpers erzeugtem SiOp besteht.
4. Anordnung nach einen der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet,
daß die fotoleitende Isolierschicht aus einem hoehohmigen Halbleiter, insbesondere auc CdS, besteht.
OQ9843/1149
BAD QRiGINAL
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-4» dadurch gekennzeichnet,
daß der fotoleitende Teil der Isolierschicht aus einem fotoleitenden Glas "besteht.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet,
daß die fotoleitende Isolierschicht aus einem imprägnierten Isolator besteht.
7· Anordnung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet,
daß die fotoleitende Isolierschicht von einer strahlungsdurchlässigen Steuerelektrode bedeckt ist.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet,
daß zwischen der fotoleitenden äußeren Isolierschicht und der nicht fotoleitenden inneren Isolierschicht
eine Metallisierung (als sogenaimtc "schwimmende" Elektrode)
zui" Sammlung der Grenzflächenladung eingebaut ist.
9. Anordnung nach einen der Ansprüche 1-8, dadurch gekennzeichnet,
daß Feldeffekttransistor und Strahlungsquelle in Form einer monolytischen optoelektronischen Anordnung
vereinigt sind.
0 0 9 8 U 3 / 1 U 9 „ο,™*,
BAD ORJQtNAI*
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- 1970-04-20 AT AT357970A patent/AT303420B/de not_active IP Right Cessation
- 1970-04-21 SE SE550670A patent/SE348867B/xx unknown
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| GB1287353A (en) | 1972-08-31 |
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| NL7003553A (de) | 1970-10-23 |
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