DE2001530B2 - Halbleiteranordnung - Google Patents

Halbleiteranordnung

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DE2001530B2 DE19702001530 DE2001530A DE2001530B2 DE 2001530 B2 DE2001530 B2 DE 2001530B2 DE 19702001530 DE19702001530 DE 19702001530 DE 2001530 A DE2001530 A DE 2001530A DE 2001530 B2 DE2001530 B2 DE 2001530B2
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Description

An«! des konstanten Stromes empfang, ,elcher Erfindung erlauten. In der Zeichnung zeigt im emzel-SSt A f^G^^i £ S-SSS ^Fi g. 1 einest planes ^s e^r-nol,-S hli dß d tischen mtegnerten MbIeter fid An
Sen Halbleiteranordnung gewährleiste;, daß dann eine einz.oe gemeinsame Konstantstromquelle für die 5 Speichereiemente der monolithischen, integrierten Halbleiteranordnung vorhanden ist, wenn kein Lesebzvv. Schreibsignal an den Elementen anhegt und s.ch die Elemente im Speicherzustar.d befinden.
Wenn aus einem der Elemente eine Information io ausselesen bzw. in eines der Elemente eine neue Information eingeschrieben werden soll d.h. wenn -in Lese- bzw. Schreibsignal an diese Elemente an-Se« werden soll, wird der genannte große Widers"tand der erfindungsgemäßen Halbleiteranordnung 15 derart überbrückt, daß ein relativ starker Strom zu den Elementen fließt. Demgemäß .st eine Konstant-
Ä SAS £Zr ^Fi g. 1 einest planes ^ ^ tischen mtegnerten MbIeter Erfindung An.
eher die E.nzelstromquelle
wendung ™de^ iscner Darstellung verschiedene Fi g- - VJ ^"dna, we'che mit verschie-
Stromquellen verwinden
sind, und Diaeramm die Beziehung Wi-
F^g. 3in J»™m ^ Fhp.
*n rfndun H emaßen Anordnung
n'rm den"F i 2- 1 und 2.
ng in den I- ^ ^. π.ρΠορ_
*? J1^en* 10 und 11 dargestellt. Jedes der Speicherelemente w ^ ^ ^. Transisto.
^Ki T auf deren Basis jeweils in bekannter ώ" des anderen Transit
,5
SÄ SAS- £
Wenn die Elemente mit der gemeinsamen Konstantstromquelle verbunden sind, d. h sich ,m Speicherzustand befinden, ist die Stromstarke uer je-Jeils zu den Elementen fließenden Strome derart «oB. daß die Rückkopplung der Transistoren in jedem der Elemente den Widerstand eines jeden temeines verringert. Der Gesamtwiderstand der FIemente ist demzufolge geringer als der Widerstand der Elemente be, überbrückung des großen W iderstandes während des Auslesens bzw. Einschreibet»
Der Wert dieses großen Widerstandes, welcher bei der Herstellung der monolithischen Halbleitendnune eleichzeitig mit der Basis e.nes jeden der Transistoren der Elemente ausgebildet wird, »«begrenzt da er in Abhängigkeit vom spezifischen Widerstand des Halblciiermaterials nur eine bestimmte Wider-Standsfläche der Halbleiteranordnung einnehmen kann. Andererseits muß die Widerstandsflache sehr lang und schmal sein. Der Wert des Widerstandes beträgt demgemäß ungefähr 1000 Ohm.
Durch Unterteilung der Speicherelemente e.ner monolithischen, integnerten Halbleiteranordnung in einc Vielzahl von Teilen vermindert s.ch die Zeit. während welcher irgendein Te1I der Elemente durch den starken Strom aufgeheizt wird.
Das ist deshalb der Fall, weil einerseits die einzelnen Teile der Halbleiteranordnung jeweils ihre cigene Einzelstromquelle haben und jeweils einen Emzelwiderstand aufweisen, welcher die parallel anueordneten Elemente jeweils mit der diesen Elemenfen zugeordneten Stromquelle verbiet, und weil andererseits die Übcrbrückungseinrichtungen jeweils parallel zu dem Widerstand derart angeordnet sind. daß sie der, Widerstand bei Bedarf überbrücken.
Die Cberbrückungseinrichtung der betreffenden Stromquellen eines besonderen Teiles der HalWfUeranordnung ist demgemäß jeweils nur dann erregt hzw. überbrückt den Widerstand nur dann, wenn dieser Teil der Halbleiteranordnung das Element aufweist, welches ein Lese- bzw. Schre.bs.gnal empfant,en soll. Während der gesamten übrigen ZeU ist der Widcrstand derart wirksam, daß die Stromquelle Ocses betreffenden Teiles der Halbleiteranordnung d.cscm Teil der Halbleiteranordnung e.nen Strom genn-,or Stromstärke liefert.
^ Die vorhergehend beschriebenen Merkmale und Vortcilc der Erfindung werden an Hand der folgenden ausführlichen Beschreibung einer .η der Zechnun« dargestellten bevorzugten Ausfuhrungstorni der TransistOrs 12 ist über einen mife S inem Leiter 16 verbunden. Der J14 ist über e,nen Wider-Kollekf°r «*J r ^ dem Leiter 16 verbunden. Das stand 'J «^^«J^ wie das Element 10 J^'außerdem in gleicher Weise wie das
10 mit dem Leiter 16 verbunden.
10 mit dem ^^^ ^ F,ipflop.Ele.
' ;echend den Elementen 10 und 11 mit d^mLeiwr 16 verbunden sein kann. Alle diese EIe- ^™^^1 SSritie auf einer gleichen Scheibe J J^JJ, ^56n deshalb jeweils die f^ strom-Spannungskenniinie auf.
eiche d> b P^ widcrstand 18 mit
.n^r e™ta r ntSpannunEsquelle - V verbunden. Der «ner KonstantSpa„ g^q ^5 lg ]Sl viclm ,
Widersta"d^ert G°s e amtwiderstand der Elemente 1« großer als der ^amt y ^ dcn
und111.^nn d^ ap n\„hmden ist, so er
fur jedTs der Elemente 10 bzw. 11 eine ge-' ttmquelle. Solange demgemäß
gpungsquelle + V an den EIe- ^ng P ^ wide|Stand ,g anliegt.
nun «■" »«^ schwacher. aber konstanter Strom zu Transistoren, welche jeweils die Elemente J«Je™ ° bi,den Aus diescm Grund verharren die
ψ "™toren jedes der Elemente in demjenigen bistauan. j sjc s etzt den
Jkn ^u ejner α.^Γ Transistoren leitend
S1""', d J ere dieser Transistoren jeweils nichtlei- und der
i«.n _ . Widerstandes 18 .st derart gewählt.
Uit£™^ . Elementen jeweils mindestens
slrom an einem Punkt 19 gemäß dem ^ ^ Mron ^ ^ punkt ^ ge ß
D^*™™ n f f 3 fließt ein derart starker ^ Darstenung .^^^^ m jedeni der tlc- «rom zu j daß djc Transistoren jcwc,ls in
menu. ^ . ^^,^ Zustände verharren, u. ^ ^cr h^ sind die Transistoren in je-
In diesem ^UJ ^ aufeinandcr ri-ickgc-
ckm d r |Uumn^^ dswcrt dcr ,:kmentc im
Widerstandswert des Widerstandes gj V ,d ^ νΜ_
7^ϊΓαεη Leiter 16 und die Spannungsquelc 65 f« f \^ °V"dcrStand 18 ein Transistor 20 paral- - V ist den, \u^ Transislor 20 nicht erkIg .se jl1^ ^ a -ct . cmpfangcn die Elemente agt bzss. aDL.escna
5 6
10 und 11 den relativ schwachen, konstanten Slrom 20 auf, welche jeweils mit einer der gemeinsamen aus der gemeinsamen Stromquelle. Spsnnungsquellen τ V verbunden sind. Die Teile
Dann jedoch, wenn ein derart starkes Eingangssi- 24, 25 und 26 der Halbleiteranordnung 23 weiser
gnal über einen Eingang 22 an der Basis 21 des Tran- demgemäß jeweils eine der gesonderten, gemeinsa-
sistors 20 anliegt, daß" der Transistor 20 gesättigt 5 men Spannungsquellen 4- V auf.
wird, ist der Widerstand 18 überbrückt. Wenn der Solange demgemäß jeweils an der Basis 21 irgend-
Transistor 20 gesättigt ist, setzt, er praktisch dem aus eines der Transistoren 20 der Teile 24 bis 26 über
der gemeinsamen Spannungsquelle -f V zu den EIe- die Eingangsklemme 22 kein Eingangssignal anliegt,
menten 10 und 11 hin fließenden Strom keinen befindet sich jedes der Teile 24 bis 26 auf seinem
Widerstand entgegen. Demgemäß fließt ein ausrci- io niedrigen Energieniveau. Wenn beispielsweise nur
chend starker Strom zu jedem der Elemente 10 und eines der Elemente in dem Teil 25 der Halbleiteran-
11 und bewirkt, daß diese Elemente einen ausrei- Ordnung 23 befragt werden soll, so wird nur derjechenden Strom führen und damit sich jeweils in ih- nige Transistor 20, welcher mit dem Teil 25 der rem aktixen Zustand '^finden, wobei ein in bekann- Halbleiteranordnung 23 verbunden ist, durch ein Siter Weise angelegtes Lese- bzw. Schreibsignal be- 15 gnal an seiner Basis 21 gesättigt, während jeder der wirkt, daß entweder das Element 10 oder das EIe- anderen beiden Teile 24 und 26 jeweils auf seinem ment 11, welches jeweils gerade befragt wird, ein niedrigen Energieniveau verbleibt.
Ausgangssignal liefert, bzw. daß entweder das EIe- Gemäß der Erfindung wird demgemäß nicht nur ment 10 öder da* Element 11 seinen bistabilen Zu- das Energieniveau bzw. der Leisiungsbedarf einer stand wegen des Schreibsignals ändert. 20 Vielzahl von Elementen einer monolithischen inte-
Die Elemente 10 und 11 nehmen demgemäß we- grierten Halbleiteranordnung vermindert, sondern
gen des Widerstandes 18 eine relativ geringe Lei- außerdem auch die Halbleiteranordnung in eine
stung auf, da der Widerstand 18 für die Elemente 10 Vielzahl von Teilen unterteilt, wobei jeweils nur die-
und 11 eine gemeinsame Konstantstromqucüe bildet, ienigen Teile, von welchen jeweils eines seiner EIe-
sofem kein Auslesen bzw. Einschreiben aus den EIe- 25 mente in einem bestimmten Zeitpunkt befragt wer-
menten 10 und 11 bzw. in die Elemente 10 und 11 den soll, die volle Leistung bzw. den vollen Strom
vorgenommen wird. Wenn ein Auslesen bzw. Ein- aufnehmen. Sämtliche übrigen Teile verbleiben auf
schreiben vorgenommen werden soll, wobei sich die dem niedrigen Energieniveau.
Elemente im aktiven Zustand befinden müssen, be- Es ist klar, daß sich mehr als einer der Teile 24 bis
wirkt ein Signal am Eingang 22, daß der Transistor 30 26 gleichzeitig jeweils auf seinem hohen Energieni-
20 gesättigt und damit der Widerstand 18 überbrückt veau befinden kann. Das ist lediglich von den Fin-
xvird. Das hat zur Folge, daß die gemeinsame Kon- gangssignalen abhängig.
stantspannungsquelle - V an den Elementen 10 und Es ist außerdem klar, daß die Elemente 10 und 11
11 anliegt und damit ein ausreichend starker Strom jeweils mit der notwendigen zusätzlichen Schaltung
zu jedem der Elemente 10 und 11 fließt, so daß diese 35 versehen sind, mittels welcher Lese- bzw. Schreibsi-
in der Lage sind, ein Ausgangssignal dann zu liefern, gnale jeweils zu den Elementen geliefert werden. In
wenn ein Abfragesignal angelegt ist, bzw. daß diese gleicher Weise müssen die Elemente jexveils zusätz-
den bistabilen Zustand dann wechseln, wenn ein lieh zu dem Adressensignal an der Eingangsklemnie
Schreibsignal angelegt ist. 22 des Transistors 20 einen Adresseneingang aufwei-
Es ist klar, daß der Widerstand 18 und der Transi- 40 sen.
stör 20 auf der gleichen Scheibe wie die Elemente 10 Durch die Verwendung eines konstanten Stromes und 11 ausgebildet sind. Da*-über hinaus ist der im Speicherzustand wird die Stromstärke in jedem Transistor 20 auf der Scheibe gleichzeitig mit den Element unabhängig von Temperaturänderungen in Transistoren 12 und 14 gebildet, während der Wider- der Scheibe bzw. unabhängig von irgendxvelehen Instand 18 gleichzeitig jexveils mit der Basis dieser 45 terschieden zwischen den Scheiben, wie beispieK-Transistoren gebildet"ist. Die Widerstände 15 und 17 weise der Temperatur oder normalen Hcrsteiiungswerden selbstverständlich gleichzeitig mit dem toleranzen. genau auf dem Punkt 19 gehalten. Widerstand 18 in der Scheibe ausgebildet. Obgleich sich beispielsweise die Spannung jeweils an
In F i g. 2 ist eine monolithische integrierte Halb- den Elementen wegen Temperaturänderungen än-
leiteranordnung dargestellt, xvelche eine Vielzahl der 50 dert. bleibt die Stromstärke auf dem dem Punkt 19
Elemente 10 und 1Ϊ aufweist. Die Halbleiteranord- entsprechenden Wert.
nung 23 ist in Teile 24, 25 and 26 unterteilt wo- Ein Vorteil der Erfindung besteht darin, daß dei
bei jeder dieser Teile eine Vielzahl der Flipflop- Leistungsbedarf einer monolithischen integrierten
Elemente 10 und 11 aufweist. Jeder der Teile 24, 25 Halbleiteranordnung gegenüber bekannten derarti-
und 26 kann entweder jeweils auf einer gesonderten 55 gen Anordnungen geringer ist Ein weiterer Vorteil
Scheibe oder aber auf der gleichen Scheibe gebildet der Erfindung besteht darin, daß zur Aufrechterhal-
sein. Die Halbleiteranordnung 23 ist zwar in drei rung der bistabilen Zustände der Speicherelemente,
Tefle unterteilt dargestellt was jedoch nur aus Grün- d. h. zur Aufrechterhaltong des Speicherzustandes,
den der Darstellung erfolgt denn die Halbleiteran- und zur Aktivierung der Eiemente, d. h. zur überlei-
ordnung kann selbstverständlich aus einer beliebigen 60 rung in dem Betriebszustand, nur eine einzelne Ener-
Anzahl von Teilen bestehen. giequelle erforderlich ist Schließlich bringt die Erfm-
Die Teile 24, 25 und 26 weisen jeweüs einen der dung den Vorteil, daß sich die Kosten einer Anord-
Widerstände 18 und jeweils einen der Transistoren nung mit zwei Energieniveaus verringern.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

jeweils zwei Dioden pro Speicherelement über einen Patentansprüche: Strompfad niedrigen Widerstandes einen starken Strom liefert, während die andere Spannungsquelle
1. Stromversorgte Halbleiteranordnung mit bei gesperrtem elektronischem Schalter und damit einer Vielzahl von Elementen, welche sich jeweils 5 gesperrten Dioden über jeweils zwei pro Speicherelein einem von zwei möglichen bistabilen Zustän- ment vorgesehene hochohmige Widerstände einen den befinden und jeweils zwischen einem aktiven schwachen Strom liefert. Dieser Schaltungsaufbau ist Zustand, in welchem ihnen jeweils ein relativ wegen der für jedes Speicherelement erforderlichen starker Strom zugeführt wird, und einem beiden Dioden und hochohmigen Widerstände sowie Speicherzustand, in welchem ihnen jeweils ein re- io der jeweils erforderlichen zweiten Spannungsquelle lativ schwacher Strom zugeführt wird, umschalt- aufwendig und teuer.
bar sind, gekennzeichnet durch eine Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst wer-
einzige Energiequelle zur Versorgung der EIe- den, eine Halbleiteranordnung der eingangs genann-
mente jeweils mit dem starken oder mit dem ten Gattung, insbesondere jedoch eine monolithische
schwachen Strom, wobei dieser Energiequelle 15 integrierte Halbleiteranordnung derart in ihrem
(+ V) eine Einrichtung (18) zugeordnet ist, Schaltungsaufbau zu vereinfachen bzw. zu verbes-
welche zusammen mit dieser Energiequelle als sern, daß diese kostengünstiger herstellbar ist.
gemeinsame Konstantstromquelle wirksam ist, Eine Halbleiteranordnung der eingangs genannten
die jedem der Elemente (10 bzw. 11) den schwa- Art ist gemäß der Erfindung durch eine einzige Ener-
chen Strom zuführt, und wobei dieser Energie- so giequelle zur Versorgung der Elemente jeweils mit
quelle eine weitere Einrichtung (20) zugeordnet dem starken oder mit dem schwachen Strom gekenn-
ist. welche zusammen mit dieser Energiequelle zeichnet, wobei dieser Energiequelle eine Einrich-
als gemeinsame Konstantspannungsquelle wirk- tung zugeordnet ist, welche zusammen mit dieser
sam ist, die jedem der Elemente den starken Energiequelle als gemeinsame Konstantstromquelle
Strom zuführt. 25 wirkfam ist. die jedem der Elemente den schwachen
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch ge- Strom zuführt, und wobei dieser Energiequelle eine kennzeichnet, daß die Elemente (10 bzw. 11) in weitere Einrichtung zugeordnet ist, welche zusambezug auf die Energiequelle (+V) parallel ge- men mit dieser Energiequelle als gemeinsame Konschaltet sind, daß weiter die den Beiiicb als stantspannungsquelle wirksam ist, die jedem der EIe-Konstantstromquelle bewirkende Einrichtung ein 30 mente den starken Strom zuführt.
im Vergleich zum Gesamtwiderstand sämtlicher Die Halbleiteranordnung nach der Erfindung erElemente (10 bzw. 11) großer Widerstand (18) fordert also lediglich eine einzige Energiequelle, ist und daß schließlich die weitere Einrichtung welche während des aktiven Zustandes der Elemente (20) diesem großen Widerstand parallel geschal- einen starken Strom liefert und welche während des tet ist. 35 Speicherzustandes der Elemente einen niedrigen
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge- Strom liefert. Die Halbleiteranordnung nach der Erkennzeichnet, daß die Überbrückungseinrichtung findung ist wesentlich einfacher aufgebaut und damit (20) ein Transistor ist. kostengünstiger herstellbar als die genannte bekannte
4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch ge- Halbleiteranordnung, da sie an Stelle der beiden kennzeichnet, daß der die Überbrückungseinrich- 40 Spannungsquellen nur eine einzige Spannungsquelle tung bildende Transistor (20) zwischen die Kon- aufweist, da außerdem keine Dioden erforderlich stantspannungsquelle (■+· V) und die Elemente sind und da schließlich an Stelle des hochohmigen geschaltet ist. Widerstandspaares jedes der Speicherelemente der
bekannten Halbleiteranordnung ein für sämtliche
45 Speicherelemente gemeinsamer großer Widerstand
vorgesehen ist.
Die Halbleiteranordnung nach der Erfindung läßt
Die Erfindung betrifft stromversorgte Halbleiter- sich besonders günstig bei monolithischen integrieranordnungen mit einer Vielzahl von Elementen, ten Schaltungen verwenden, bei welchen die welche sich jeweils in einem von zwei möglichen bi- 50 Speicherelemente jeweils die gleiche dynamische stabilen Zuständen befinden und jeweils zwischen Strom-Spannungskennlinie aufweisen, da sämtliche einem aktiven Zustand, in welchem ihnen jeweils ein Elemente in einer gleichen Halbleiterscheibe gebildet relativ starker Strom zugeführt wird, und einem sind bzw. da das Halbleitermaterial der Scheibe im Speicherzustand, in welchem ihnen jeweils ein relativ gesamten Bereich derselben den gleichen spezifischen schwacher Strom zugeführt wird, umschaltbar sind. 55 Widerstand aufweist.
Derartige Halbleiteranordnungen, welche bei- Durch Parallelschalten der Elemente über den gro-
spielsweise aus der USA.-Patentschrift 3 226 574 be- ßen Widerstand, welcher in der gleichen Scheibe wie kannt sind, weisen Flipflop-Speicherelemente auf. die Elemente gebildet ist, an die Konstantspannungs-Zur Verbesserung der Wirtschaftlichkeit werden quelle ergibt sich für alle jeweils im Speicherzustand diese Speicherelemente in ihrem Speicherzustand Ie- 60 befindlichen Elemente die gemeinsame Konstantdiglich mit einem schwachen Strom betrieben. In ih- stromquelle. Dieser große Widerstand ist, verglichen rem aktiven Zustand, d. h. beim Einschreiben oder mit dem Widerstand der Elemente, derart hoch beAuslesen, wird auf einen starken Strom umgeschal- messen, daß jedes der Elemente im wesentlichen von tet. Zur Verwirklichung dieser unterschiedlichen einem konstanten Strom versorgt wird.
Stromzustände sind die Speicherelemente der be- 65 Da sämtliche Elemente wegen ihrer Einbeziehung kannten Halbleiteranordnung jeweils an zwei Span- in einer einzigen Halbleiterscheibe identisch sind, ist nungsquellen angeschlossen, wobei die eine Span- der Widerstand sämtlicher Elemente im wesentlichen nungsquelle über einen elektronischen Schalter und der gleiche, so daß jedes der Elemente einen gleichen
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