DE2046216C3 - Binäre Speichereinrichtung mit einem Oszillatorkreis - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine binäre Speichereinrichtung mit einem Oszillatorkreis gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.

Aus den »Proceedings of the I. R. Ε.«, Oktober 1953, Seite 1310, ist es bekannt. Speicherzustände durch den schwingenden bzw. den nichtschwingenden Zustand eines Oszillatorkreises in einem sogenannten dynamisehen Flipflop zu bilden. Dieses bekannte dynamische Flipflop weist jedoch einen sehr komplizierten Aufbau aus einer Mehrzahl logischer Schaltglieder auf.

Aus der DT-AS 12 64 506 ist eine Speichereinrichtung der eingangs genannten An bekannt, bei der statische Schaltzustände einer Tunneldiode durch Signalimpulse eingestellt werden und durch Abfrageimpulse danach unterschieden werden, ob die Tunneldiode über einen Oszillatorkreis aufgrund ihres Kennlinienabschnittes mit negativem Widerstand entsprechend dem statischen Speicherzustand schwingt oder nicht. Diese bekannte Speichereinrichtung hat jedoch den Nachteil, daß aufgrund der Tunneldioden-Eigenschaften nur ein geringer Spannungsunterschied zwischen den beiden statischen Speicherzuständen besteht, so daß schon geringe Störimpulse den Speicherzustand ändern können. Ferner ist nachteilig, daß die Impulsdauer sowohl beim Schreiben als auch beim Abfragen für die Funktion wesentlich ist, so daß also zusätzliche Maßnahmen bei der Bildung dieser Impulse getroffen werden müssen.

Dieser bekannten Speicherschaltung ist eine in der DT-AS 12 98 564 beschriebene Speicherschaltung insofern ähnlich, als der statische Speicherzustand einer Tunneldiode beim Abfragen zur Erzeugung von Schwingungen verwendet wird, die jedoch in einer weiteren Tunneldiode mit einem Oszillatorkreis erzeugt werden. Bei dieser bekannten Schaltung sind zwar die Impulsbreiten beim Einspeichern und Abfragen nicht kritisch, jedoch ist der Aufbau komplizierter und insbesondere auch wegen des geringen Störabstandes zwischen den Speicherzuständen eine Anpassung zwischen den beiden Tunneldioden erforderlich, was eine weitere Erschwernis darstellt.

Aus der Zeitschrift »Elektronik«, 1967, Heft 8, Seiten 241 bis 244, ist es bekannt, aus GaAs Dioden aufzubauen, die unter Nutzung des sogenannten Gunn-Effektes zu Schwingungen angeregt werden können. Die Frequenz dieser Schwingungen ist durch die Abmessungen der jeweiligen Diode gegeben und liegt in der Größenordnung von 1 GHz und darüber. Für derartige GaAs-Dioden ist ferner aus dem »IBM Technical Disclosure Bulletin«, Juni 1965, Seite 183, sowie April 1966, Seite 1649, bekannt, bei Dioden mit Elektrolumineszenz bzw. Laserstrahlung einen Kennlinienbereich mit negativem Widerstand dadurch zu schaffen, daß zwischen eine p-leitende Schicht und eine η-leitende Schicht eine wenig p-leitende Schicht mit hohem Widerstand eingelagert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Speichereinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs zu schaffen, die bei einfachem Aufbau unter Ansteuerung durch einfache Impulse zum Einspeichern, Löschen und Abfragen eine hohe Störsicherheit ergibt.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angeführten Merkmale gelöst. Die erfindungsgemäße Speichereinrichtung macht demnach von einer Diode Gebrauch, bei der in einem durchgehend η-leitenden GaAs-Halbleiterkörper die Leitfähigkeit durch Dotierung einer Schicht auf die sogenannte v-Leitfähigkeit verringert ist. An dieser v-leitenden Schicht entsteht bei einem bestimmten Spannungswert ein Lawinendurchbruch, der im Kennlinienverlauf einen Bereich negativen Widerstandes hervorruft. Durch die Dicke dieser Schicht und die Höhe ihrer Dotierung ist die für diesen Lawinendurchbruch erforderliche Spannung in weiten Grenzen einstellbar, so daß zwischen den Speicherzuständen ein beträchtlicher Spannungsabstand erzeugt werden kann. Die erfindungsgemäße Speichereinrichtung wird dadurch sehr störsicher. Die Dauer von Impulsen zum Einschreiben oder Löschen sowie auch zum Abfragen des Speicherzustandes ist nicht von Bedeutung, so daß diese Impulse auf ganz einfache Weise erzeugt werden können.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert.

F i g. 1 ist eine schematische Schnittansicht einer bei der Speichereinrichtung verwendeten impulserzeugenden Diode;

F i g. 2 und 3 sind grafische Darstellungen zur Erläuterung des Prinzips des Schwingens der Diode nach F i g. 1;

F i g. 4 ist ein Schaltbild der Speichereinrichtung;

F i g. 5 ist ein Diagramm zur Erläuterung der Funktionsweise der Speichereinrichtung.

Zunächst ist der Schwingungsmechanismus einer impulserzeugenden Diode erläutert. Nach F i g. 1 ist der bei der Speichereinrichtung verwendete impulsgenerator 10 als Diode aufgebaut und weist eine Scheibe 11 aus beispielsweise Galliumarsenid auf. Die Scheibe U hat beispielsweise η-Leitfähigkeit und besitzt angrenzend an eine ihrer beiden Hauptflächen eine Schicht 12 mit hohem Widerstand. Zum Eindotieren eines Störstoffes und zum örtlichen Herabsenken der Leitfähigkeit der Scheibe 11 zur Erzeugung der hochwiderstandsfähigen Schicht 12 mit ^-Leitfähigkeit kann Diffusion oder Kristallwachsen verwendet werden. Die Diode hat damit eine r-n-Struktur. Eine gleichartige Charakteristik kann auch mit einer symmetrischen v-n-v-Struktur erhalten werden. Der Störstoff ist beispielsweise Eisen, Nickel, Kupfer, Chrom, Kobalt oder Mangan.

Auf den Hauptflächen der Scheibe 11 sind in ohmschem Kontakt Leitungselektroden 13 und 14 aufgebracht, die aus einer Zinnlegierung, einer eutekti-

sehen Mischung aus Gold und Germanium oder dergleichen bestehen können. Die Anschlüsse zu diesen Elektroden 13 und 14 werden durch Zuleitungsdrähte 15 bzw. 16 gebildet, die mit einer Energiequelle 17 mit veränderlicher Gleichspannung in Reihe zu einem Lastwiderstand 18 liegen.

Wenn nach Fig.2 eine an der Scheibe 11 liegende Spannung V erhöht wird, erhöht sich ein durchfließender Strom i leicht. Wenn die Spannung V einen Schwellwert Vi überschreitet, erfolgt in der hochwidsrstandsfähigen Schicht 12 eine Lawinenvervielfachung der Träger, wodurch der Arbeitspunkt von A über Sund B' nach C bewegt wird. Es ist anzunehmen, daß der Punkt C den Bedingungen entspricht, bei denen die hochwiderstandsfähige Schicht 12 kurzgeschlossen ist Der Arbeitspunkt bewegt sich dann zum Punkt D und zurück zum Punkt B'. Dieser Zyklus längs des Weges B'CD wiederholt sich selbst, wenn die Vorspannung V oberhalb einer Spannung V₂ liegt. Daher kann die Spannung Vi als Schwingungsbeginnende Spannung und die Spannung V₂ als schwingungsbeendende Spannung bezeichnet werden. Wie sich aus dem Weg B'CD ergibt, schaltet diese Diode aufgrund der Wirkung der Lawinenvervielfachung und Fangwirkung in tiefen Störstoffzentren zwischen Zuständen mit hohem und niedrigem Strom.

Die Fig. 3 ist eine Darstellung der an der Diode 10 erscheinenden Spannung V über die Zeit /, wenn die Größe einer Vorspannung Vb während einer Haibwelle sinusförmig geändert wird. Demnach erhöht sich die Spannung V mit ansteigender Vorspannung Vb. Zum Zeitpunkt /1, an dem Vden Weit V\ erreicht, beginnt die Diode 10 zu schwingen, so daß sich die Spannung V zwischen der Spannung V₂ und einer Spannung V3 für die Arbeitspunkle Cund Dnach F i g. 2 verändert.

Wie mit der gestrichelten Linie 19 in Fig. 3 dargestellt ist, hört die Diode jedoch selbst dann nicht auf zu schwingen, wenn die Vorspannung Vb unter die Spannung Vi absinkt. Damit die Diode 10 aufhört zu schwingen, ist es nötig, die Vorspannung Vb unter die Spannung V2 abzusenken. Das heißt, bei der impulserzeugenden Diode 10 tritt eine Hysterese-Erscheinung auf.

Die Diode kann folgendermaßen charakterisiert werden:

1) Die obere Grenze der Wiederholungsrate ist durch die Eigenschaft der Diode selbst bestimmt, während die untere Grenze durch Erhöhung der /?C-Zeitkonstanten der externen Schaltung verringert wird.

2) Die Impulswiederholungsrate kann durch einen Vorspannungs-Gleichstrom in der Größenordnung von 10 geändert werden.

3) Eine große Ausgangsspannung bis zu 50 V für eine Belastung mit einem 50-Ohm-Widerstand wird bei einer Impulsbreite von einigen Nanosekunden erhalten.

Die Fig.4 ist ein Schaltbild der Grundschaltung der Speichereinrichtung. Die Schaltung hat einen (durch ein gestricheltes Rechteck eingerahmten) Oszillatorkreis 20, der in Serienschaltung die impulsereeugende Diode 10, einen Schutzwiderstand 21, eine Energiequelle 22 und eine Lastimpedanz 23 aufweis». Die Energiequelle ist eine Quelle mit veränderbarer Gleichspannung und legt eine Vorspannung Vb\ an die Diode 10 an. Ein Anschluß der Diode 10 ist über einen Kondensator 24 mit einem von zwei Eingangsanschlüssen 25 verbunden, an die ein zu speicherndes Eingangssignal angelegt wird. Die Schaltung besitzt ferner eine Tordiode 26, über die der gemeinsame Schaltungsknoten der impuiserzeugenden Diode 10 und der Lastimpedanz 23 an einen Ausleseanschluß 28 über einen Kondensator 27 angeschlossen ist. Ein weiterer Ausleseanschluß 29 ist über eine weitere Lastimpedanz 30 mit dem Oszillatorkreis 20 verbunden. Der Anschluß wirkt mit einem weiteren Anschluß 31 als Ausgabeanschluß zusammen, wobei die beiden Anschlüsse 29 und 31 mit der weiteren Lastimpedanz 30 verbunden sind.

Beim Betrieb der Schaltung wird die Energiequelle 22 so eingestellt, daß die Vorspannung Vb\ größer als die schwingungsbeendende Spannung V₂ und kleiner als die Schwingungsbeginnende Spannung Vi ist. Wenn an die Eingangsanschlüsse 25 gemäß der Darstellung in F i g. 5 (a) zu einem Zeitpunkt t\ ein einziger Impuls mit ausreichend großer Amplitude angelegt wird, überschreitet die an der Diode 10 anliegende überlagerte Spannung die Schwingungsbeginnende Spannung Vi und bringt die Diode 10 entsprechend der Darstellung in F i g. 5 (b) zum Schwingen. Da die Vorspannung oberhalb der Schwingungsbeendenden Spannung V₂ liegt, schwingt der Oszillatorkreis 20 weiter und erzeugt einen Impulszug, bis zu einem Zeitpunkt h ein negativer Impuls an die Eingangsanschlüsse 25 angelegt wird. Das heißt, in dem Oszillatorkreis 20 ist ein angelegtes Impulssignal vom Zeitpunkt fi bis zum Zeitpunkt tz gespeichert. Dabei wird gemäß der Darstellung in Fig. 5(c) ein Auslese-Eingangssignal zu einem Zeitpunkt /2 an die Anschlüsse 28 und 31 in Durchschaltrichtung der Tordiode 26 angelegt. Da der Zeitpunkt /₂ zwischen den beiden Zeitpunkten /1 und h liegt, liest in diesem Fall das angelegte Eingangssignal einen der gespeicherten Impulse aus, so daß damit an den Ausgangsanschlüssen 29 und 31 ein einziger Impuls gemäß der Darstellung in F i g. 5 (d) oder ein Impulszug erzeugt wird. Zum Zeitpunkt h wird der negative Impuls an die Eingangsanschlüsse 25 angelegt, der die pulsierende Schwingung in dem Oszillatorkreis 20 beendet. Der folgende Zustand, bei dem kein Impuls eingespeichert ist, dauert bis zum Anlegen eines weiteren positiven Eingangsimpulses an die Eingangsanschlüsse 25. Selbst bei Anlegen eines weiteren Ausleseimpuls-Eingangssignals erscheint daher zu einem Zeitpunkt I4 kein Impuls an den Anschlüssen 29 und 31, was in F i g. 5 (d) durch den gestrichelten Impuls dargestellt ist.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Binäre Speichereinrichtung mit einem Oszillatorkreis, der eine mitteis einer Vorspannung beaufschlagte Diode enthält, die einen Kennlinienabschnitt mit negativem Widerstand aufweist und die mittels eines Signalimpulses in den einen Speicherzustand und mittels eines anderen entgegengerichteten Signalimpulses in den anderen Speicherzustand versetzbar ist, wobei die Speicherzustände bei einer Speicherabfrage durch den schwingenden bzw. den nichtschwingenden Zustand des Oszillatorkreises unterscheidbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Diode aus einer η-leitenden Schicht (11) eines GaAs-Halbleiter-Körpers und einer durch Dotierung erzeugten v-Ieitenden Schicht (12) besteht, deren Leitfähigkeit geringer als die der n-leiienden Schicht ist.