DE2049658C3 - Elektronisches Speicherelement - Google Patents

Description

Elektronische Speicherelemente mit zwei Schaltzu- Fig. 4 ein Ersatzschaltbild für die Zusammenständen sind an sich in verschiedensten Ausführun- schaltung von Speicherelement und Diode,
gen, beispielsweise aus der US-Patentschrift ₃₀ F i g. 5 Kennlinie des Speicherelementes,
3 271 591, bekannt. Diese bekannten Elemente sind Fig. 6 das Schema einer Leseschaltung für ein jedoch mit verschiedenen Nachteilen behaftet. So einzelnes Speicherelement.

erfordern beispielsweise die einen eine unerwünscht Das erfindungsgemäße Speicherelement, das als große räumliche Ausdehnung, andere wiederum — Einzelelement in F i g. 3 dargestellt ist, setzt sich aus wie beispielsweise Flip-Flop-Speicher — erfordern ₃₅ der Elektrode 10 aus Aluminium, einer röntgeneinen großen internen Verdrahtungsaufwand sowie amorphen Isolatorschicht 3Ö aus einem Gemisch von externe Versorgungs- und Steuerleitungen. Wieder SiO und SiO₂ in bestimmtem Verhältnis und einer andere können nicht in sehr großen Mengen flächen- zweiten Elektrode 20 aus Silber zusammen. Die beilhaft hergestellt oder angeordnet werden. den Elektroden 10 und 20 müssen verschiedene Elek-Bei einer weiteren bekannten Anordnung werden _4O tronegativität aufweisen. Diese Einzelelemente werglasartige Halbleiter verwendet, die aus mehreren den — wie in Fig. 1 und 2 dargestellt — durch ein Substanzen zusammengesetzt sind und deren Kenn- Aufdampfverfahren gleichzeitig in großer Stückzahl linienverlauf sowie Schaltverhalten für die verschie- in Matrizenform hergestellt. Die externen Anschlüsse denen Polaritäten symmetrisch sind. Außerdem wird 40, 41 dienen zum Einspeichern und Auslesen von durch häufiges Ein- und Auslesen der Speichereffekt ₄₅ Informationen in die und aus den einzelnen Speicherin diesen Elementen zerstört. Es ist mit diesen An- elementen. Das elektronische Verhalten des einzelnen Ordnungen auch nicht möglich, durch ein unsymme- Speicherelementes ist in Fig. S dargestellt. Hier wertrisches Schalten die Information im Speicherelement den die Kennlinien des Speicherelementes dargestellt, zu verändern. und zwar zeigt die Kennlinie 50 das Verhalten des Durch einen Aufsatz in »Proc. National Aerospace _so Schaltelements im »Ein«-Zustand (niederhomig), wäh-Electronic Conference« vom 11.5. 1964, Seite 521, rend die Kennlinie 60 das Verhalten im »Aus«-Zuist es bekanntgeworden, eine Elektrodenkombination stand (hochohmig) zeigt.

aus Aluminium und Gold zu verwenden. Hiermit ist Befindet man sich im positiven Zweig (U > 0) der zwar ein Speichereffekt möglich, jedoch nicht ein Kennlinie 60, wobei die positive Spannung an der polamaisabhängiges Hin- und Rückschnlten. ₅₅ Elektrode 10 liegt, also an der Elektrode mit der grö-P¹Ui-Ch einen weiteren Aufsatz in »Electronics« ßeren Elektronegativität, so befindet sich das Element vom 2. 3. 1962. Seite 7, ist ein Speicherelement be- stets im hochohmigen Zustand. Polt man die angekanntgew'jrden, das aus Nickeloxyd geformt ist. Elek- legte Spannung um und steigert sie von Null ausge-Irode und Gegenelektrode aus Metallen unterschied- hend auf den Kennlinienteil 61, so erreicht matt eine Hcher Elektronegativität zu verwenden und damit ein 6o Schwellspannung U_s bei der plötzlich der Schalteffekt sicheres bipolares Schalten herbeizuführen, ist jedoch Se,, eintritt, wobei das Element über eine durch die mit dem vorgeschlagenen Element nicht möglich. äußere Beschattung bestimmten Kennlinie, auf die Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein neue Kennlinie 50 umspringt. Das Element ist jetzt Speicherelement zu schaffen, das eine optimale niederohmig und bleibt dies auch bei Variation der Schaltzuverlässigkeit und hohe Schalthäufigkeit auf- 65 angelegten Spannung innerhalb eines gewissen Beweist, reiches. Dieser beschriebene Vorgang stellt die Em-Diese Aufgabe wird in der Weise gelöst, daß die speicherung der Information »1 bit« in das Speicher-Metallkombinationen aus Aluminium und Silber be- element dat. Auch bei einem Abtrennen der Span-

mingsversorgung in dieser Arbeitsphase bleibt der niederohmige Zustand des Elementes erhalten. Beim Wiedereinschalten der Spannung befindet man sich automatisch wieder auf dem Ke&ulinienzweig 5ü, d. h. der Stromfluß durch das Element stellt sich entsprechend der Kennlinie ein, wodurch mit HiUe der äußeren Beschallung (Fig. 6) der Zustand des Elementes festgestellt werden kann (Auslesen der Information). Wird die angelegte Spannung erneut umgepolt, so befindet man sich auf dem Kennlinienteil 51. Nach dem Überschreiten eines kritischen Stromwertes /_s tritt ein Schalteffekt Sc₁- ein, der über eine von der äußeren Beschallung abhängige Kennlinie wieder auf die Kennlinie 60 zurückführt (»Aus«-Zustand). Die vorher in Element 90 gespeicherte Information ist damit gelöscht. Auch dieser Zustand ist bei Abschaltung der externen Spannungsquelle 70 stabil, d. h. beim Wiedereinschalten der Spannung 70 befindet man sich wieder auf der Kennlinie 60. Es kann nun durch Umpolen der Spannungsquelle 70 erneut »1 bit« in das Element 90 eingelesen werden. Dieser Vorgang kann sehr oft wiederholt werden, ohne daß das Element in seiner vorbeschriebenen Funktionsweise beeinträchtigt wird.

Da die Isolatorschicht 30 amorph ist, weist das gesamte Speichersystem eine hohe Strahlungsresistenz auf. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß der Umschaltvorgang von der Kennlinie 50 auf die Kennlinie 60 sehr rasch vor sich geht (kürzer als 1 //see). Ein weiterer Vorteil gegenüber vielen bekannten Elementen ist, daß die eingespeicherte Information durch das Auslesen nicht verlorengeht, da der Schaltzustand des Elementes (Kennlinie 50) bei normaler Belastung erhalten bleibt, d. h. beim Auslesen mit strombegrenzten Impulsen wird ein Umspringen des Elementes in den anderen Schaltzustand mit Sicherheit vermieden. Aber noch einen Vorteil weist die Erfindung gegenüber anderen artverwandten Elementen auf, nämlich daß durch die Unsymmetrie der Kennlinien 50 und 60 ein strombedingter UmschalteftVkt Se₁ und ein spannungsbedingter Umschalteffekt Se_a auf verschiedenen Polaritätseiten der Kennlinien liegen. Die Vorteile dieser Kenniinienfonn ergeben sich ve: allem im Zusammenhang mit der Verwendung einer Vielzahl von Speicherelementen 90, die Jeweils mit einer Diode 91 gemäß F i g. 4 hintereinander geschaltet sind. Die Diode 91 dient zur Entkopplung der Einzelelemente, d. h. zur Vermeidung von Störsignalen, die beim Auslesen eines Einzelelementes in der Matrixanordnung durch die Nachbarelemente auftreten können. Die Diode 91 wird so dem Speicherelement 90 zugeordnet, daß bei Polung der Spannung 70 in Durchlaßrichtung der Diode 91 der positive Teil der Kennlinie 51 des Speicherelementes !>? durchfahren wird, so daß der Schalteffekt Se₁ durchgeführt werden kann. Polt man die Spannung 70 so, daß man die Diode 91 sperrt, so befindet sich die Speicherzelle 90 im negativen Bereich der Kennlinien, so daß in diesem Zustand die Kennlinie 61 erreicht werden kann, wodurch der Schalteffekt Se_n möglich ist.

Auf Grund des vorbeschriebenen, sehr einfachen Aufbaus sowie der in wenigen Schritten möglichen Herstellungsprozesse ist es möglich, mehrere Speicherebenen nach dem gleichen Verfahren übereinander anzuordnen, wodurch ein räumlicher Speicher sehr hoher Dichte entsteht — beispielsweise in der Größenordnung 10⁸ bit/cm³.

Wie die F i g. 6 zeigt, bewirkt die Spannung U einer Spannungsquelle 70 durch den Vorwiderstand 80 einen Lesestrom im Speicherelement 90. Ist letzteres niederohmig, so zeigt das Meßinstrument 100 einen geringen Spannungsabfall an, wodurch die Information aus dem Speicherelement ausgelesen wird. Ist das Speicherelement 90 hochohmig, so zeigt das Meßinstrument 100 einen hohen Spannungsabfall an, wodurch der Information«inhalt »Null« ausgelesen wird. Durch entsprechende Polarisierung der Spannungsquelle 70 sowie entsprechende Einstellung der Spannung U kann der Schaltzustand des Speicherelementes90, wie oben beschrieben, beliebig verändert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. 3 stehen und die Metall- und an sich bekannten Isola-

   Patentansprucb: torscMchten in φ Reihenfolge Ag-SiO_x-Al

   aufgebracht sind. . , ,

   Elektronisches Speicherelement mit zwei stabi- Es ist bekamt, *» *" ^£SSÄ
   len Schaltzustanden, wobei zwischen zwei Metall- 5 wesentlichen Emfluß auf das Schaltverhalten das

   elektroden sich die'schicht eines amorphen Iso- treffenden ^PjJ«¹-«*^ S TJ

   latois aus einer Mischung von SiO und SiO₄ spielsweise ^^&Ο^"ξί^

   befindet und diese Metallelektroden aus Metallen und mit AIf0,-Au-Elekttoo^

   nut verschiedener Elektronegativität bestehen, negative U-I-Kennlinie autNmJι g

   dadurch gekennzeichnet, daß die io wird der physikalische^Schalleffekt durchdie Metall-

   Metallkombraationen aus Aluminium und SiI- diffusion ausgelost. Daher ist die vorgeschlagene

   ber bestehen und ^Be Metall- und an sjcfa he- pektronesativität und die Beweghchkeit der Elek-

   kannten IsolatörscMchten" in der Reihenfolge trodemneöllätome fur dieses Schaltverhalten ent-

   Ag-SiO*- Al aufgebracht sind. scheidend. Bei Verwendung von Ag - und dies tnfft

   ⁶ _auch für fast alle anderen Metalle zu — übertrifft die

   Fremddiffusion sehr häufig die Eigendiffusion, während es sich bei dem Schalteffekt nach der Erfindung

   . einwandfrei um eine »kontrollierte« Metalldiffusion

   handelt. Daher die optimale Schaltzuverlässigkeit und _ao hohe Schalthäufigkeit.

   Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Die Erfindung ist nachfolgend an einem Ausfüh Speicherelement mit zwei stabilen Schaltzuständen, rungsbeispiel beschrieben und gezeichnet. Es zeigt:
   wobei zwischen zwei Metallelektroden sich die F i g. 1 eine Vielzahl Speicherelemente m Matrizen-Schicht eines amorphen Isolators aus einer Mischung anordnung,

   von SiO, und SiO befindet und diese Metallelektro- _a5 F i g. 2 eine Draufsicht gemäß F ι g. 1,

   den aus Metallen mit verschiedener Elektronegativität F i g. 3 ein Einzelelement gemäß Einzelheit X aus

   bestehen. F i ε. 2 im Schnitt,