DE2155263B2 - Kapazitiver matrixspeicher - Google Patents

Description

durch denjenigen Teil des η-Streifens gebildet wird, eines aufgedampften Alunüniumstreifens 307", 308", der mit dem p-Gebiet einen p-n-Ubergang bildet. 309", 310" und 311", der als Z-Erregungsleiter wirk-

Die »Kreuzpunkte« des Matrixsi>eichers nach sam ist

F i g. 1 sind zweidimensional in d^ Matrix mit den In jedem »Kreuzpunkt« ist in die n-epitaktische

beiden Koordinatenrichtungen X und Y angeordnet 5 Schicht 300 ein p-Gebiet 312 diffundiert und in dieses Jeder »Kreuzpunkt« hat für jede Koordinatenrichtung p-Gebiet ein n-Gebiet 313 diffundiert. Das n-Gebiet nur einen PoL Der Pol für die A'-Richtung wird durch 313 steht über das Kontaktfenster 314 in der Oxyddas n-Gebiet gebildet, d. h. durch den Emitter des schicht 315 mit dem X-Erregungsleiter in Verbindung. n-p-n-Transistors, und der Pol für die Y-Richtung Zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgende p-Gebiete wird durch denjenigen Teil des η-Streifens gebildet, to in demselben η-Streifen ist ein n-Gebiet 316 diffunder mit dem p-Gebiet einen p-n-übergang bildet, d. h. diert, das die p-Gebiete teilweise überlappt. Dieses den Kollektor des n-p-n-Transistors. Die Emitter der n-Gebiet verursacht eine Erhöhung der Kollektor- »Kreuzpunkte« mit derselben Ordnungsnummer in Basis-Kapazitäten der zu beiden Seiten derselben der .Y-Richtung und unterschiedlicher Ordnungs- liegenden »Kreuzpunkte«. Hierdurch wird eine effeknummer in der Y-Richtung sind über einen der 15 tivere Speicherwirkung der Kreuzpunkte verwirklicht A-Erregungsleiter X₁, X₂, X₃, ..., X_1A vielfach ver- und der Einfluß der parasitären Emitter-Basis-Kapazibunden. Die Kollektoren der »Kreuzpunkte« mit der- täten verringert. Eine andere Art und Weise zur Erselben Ordnungsnummer in der Y-Richtung und höhung der KoIIektor-Basis-Kapazität besteht in der unterschiedlicher Ordnungsnummer in der ^-Richtung Vergrößerung des Basisgebietes,
sind über einen der n-Streifen 100-1, 100-2, ..., 100-A: 20 Von einer integrierten Ausführung des Matrixspeivielfach verbunden. Die Anzahl von 14 Kreuzpunkten chers für praktische Anwendungen können noch die pro n-Streifen ist nur zu Darstellungszwecken so folgenden illustrativen Daten erwähnt werden:
gewählt. In der Praxis ist 32 ein üblicher Wert. Mit

diesem Wert und k = 32 erhält man dann einen Maßstab von Fi g. 3 a, 1 mm auf Papier ist unge-

Matrixspeicher mit 1024 »Kreuzpunkten· n$ fähr 1 μΐη der integrierten Schaltung;

In F i g. 2 ist das Ersatzschema des in F i g. 1 Maßstab von F i g. 3b, vertikal: 4 mm auf Papier

dargestellten Matrixspeichers veranschaulicht. Ein- sind ungefähr 1 μΐη der integrierten Schaltung,

fachheitshalber sind in F i g. 2 nur die mit den X-Έ,χ- horizontal dasselbe wie in F i g. 3a;

regungsleitern X₁, X_t, X₃ und X_n gekoppelten Kreuz- n-Gebiete 313 und 316, Emitterdiffusionen,

punkte dargestellt. Nach F i g. 2 besteht jeder Kreuz- 30 Schichtwiderstand: 2 Ohm D;

punkt aus einem n-p-n-Transistor T_xy, einem zwischen p-Gebiet 312, Basisdiffusion, Schichtwiderstand:

dem Kollektor und der Basis geschalteten Konden- 150 0hm D;

sator Cxy und einer zwischen der Basis und dem n-epitaktische Schicht 300, spezifischer Wider-

Emitter geschalteten Zener-DiodeZ_xy. Der Tran- stand: 0,1 Ohm/cm;

sistor Txy stellt die normale Transistorwirkung der 35 p-Substrat 301, spezifischer Widerstand:
n-p-n-Struktur nach F i g. 1 dar. Der Kondensator C_xy 3 Ohm/cm;

stellt die Kollektor-Basis-Kapazität der n-p-n-Struktur Kapazität zwischen 312 und 300: ca. 0,04 pF;

nach F i g. 1 dar, und die Zener-Diode stellt die Wir- Kapazität zwischen 312 und 316: ca. 0,04 pF;

kung des p-n-Ubergangs zwischen dem n-Gebiet und Gesamte effektive Kollektor-Basis-Kapazität C_xv:

dem p-Gebiet der n-p-n-Struktur nach F i g. 1 in der 40 ca. 0,08 pF;

Sperrichtung dar. Kreuzpunktdichte: 1050 Kreuzpunkte/mm*.

Die Kondensatoren Cy₁, Cy_t, ..., Cyk, welche die

Y-Erregungsleiter Y₁, Y₈, ..., Yt mit Erde verbinden, Ein Beispiel einer möglichen Wirkungsweise des

stellen die Streukapazitäten der Streifen aus η-leiten- Matrixspeichers wird anhand von F i g. 2 unter Verdem Material dar, d. h. die Kapazitäten gegenüber 45 Wendung der folgenden illustrativen Daten gegeben: dem Substrat in der integrierten Ausführung. Typische
Werte für die Kapazitäten C_xy und Cy sind: Durchbruchspannung der Zener-Diode Z_xy :

5,5VoIt;

C_xy = 0,08 pF, Basis-Emitter-Kniespannung des Transistors T_T.u:

C = 8 pF. 50 0,6 Volt;

Spannung des selektierten Erregungsleiters:

Ein Übersichtsschema für eine integrierte Aus- +2 Volt oder —2 Volt;

führung des Matrixspeichers nach F i g. 1 ist in Spannung der nicht selektierten Erregungsleiter:

Fig. 3a dargestellt. Fig. 3b zeigt einen Schnitt. OVoIt.

F i g. 3 a bezieht sich auf einen Teil der Gesamtober- 55

fläche der integrierten Schaltung, die zwei Reihen mit Der Kondensator C_xy eines beliebigen Kreuzpunkts

je fünf Kreuzpunkten enthält. Die Rechtecke geben kann bis auf eine bestimmte Spannung, der sogenanndie Lage der Kontaktfenster und der Halbleiter- ten Bezugsspannung, dadurch geladen werden, daß gebiete an, die zusammen einen Kreuzpunkt bilden. das Potential des J'-Erregungsleiters auf +2 Volt Die integrierte Schaltung ist in einer n-epitaktischen 60 erhöht und zugleich das Potential des A"-Erregungs-Schicht300 vorgesehen, die auf einem p-Substrat 301 leiters auf —2 Volt herabgesetzt wird. Der Kondenangebracht ist. Die epitaktische Schicht 302 ist durch sator C_xy wird durch den Basisstrom des Transistors Isolierdiffusionen in Streifen eingeteilt. In Fig. 3a T_xy positiv geladen, bis auf die Spannung, die gleich bilden die Linienpaarc 302-302', 303-303' und 304-304' dem Potentialunterschied zwischen dem Y- und A"-Erjeweils die Begrenzung einer Isolierdiffusion. Zwischen 65 regungsleiter ist, verringert um die Basis-Emitterdiesen Isolierdiffusionen liegen die Streifen 305 und Kniespannung des Transistors T_xy, d. h. eine Span- 306. Die Linienpaare 307-307', 308-308', 309-309', nung von 4 - 0,6 = 3,4 Volt. Der Bezugswert von 110-310' und 311-311' bilden jeweils die Begrenzung 3,4VoIt entspreche einer gespeicherten binären »0«.

Ist es erwünscht, eine binäre »1« zu speichern, so wird werden die »Kreuzpunkte« spaltenweise selektiert, das Potential des y-Erregungsleiters dann, nachdem Zum Lesen eines Wortes wird die Spannung des X-Etdie Spannung des Kondensators C_xy auf den Bezugs- regungsleiters auf V_{x mi}» Volt gebracht und die Spanwert gebracht ist, auf —2 Volt herabgesetzt und nung aller y-Erregungsleiter auf V_{y min} Volt gehalten, zugleich das Potential des JT-Erregungsleiters auf 5 Die Kondensatoren C_xy der selektierten »Spalte« +2 Volt erhöht. Die Zener-Diode Z_xy bricht durch, werden dann auf die Spannung A mit:
und der Kondensator C_xy wird über die Zener-Diode

auf eine Spannung entladen, die gleich dem Unter- A = (F_{y m(n} — V_{x min} — 0.6) Volt

schied zwischen der Durchbruchspannung und dem

Potentialunterschied zwischen dem X- und Y-Et- io über die Basis-Emitter-Übergänge der Transistoren T_xy regungsleiter ist, d. h. eine Spannung von 5,5 — 4 geladen. Danach wird die Spannung des JT-Erregungs- = 1,5 Volt. Der Wert von 1,5 Volt entspricht damit leiters auf V_x ,M₁ Volt gebracht mit V_{x max} > V_x „,<„. einer gespeicherten binären »1«. Um die gespeicherte Die Spannung der y-Erregungsleiter, bei der eine Information zu lesen, wird der Kondensator C_xy auf binäre »1« detektiert ist, wird auf V₁₁ min Volt gehalten den Bezugswert aufgeladen und wird der durch den 15 und die Spannung der K-Erregungsleiter, bei der eine Y- oder Z-Erregungsleiter fließende Ladestrom detek- binäre »0« detektiert ist, wird auf V_y „ax Volt getiert. Ist eine binäre »0« gespeichert, so fließt kein bracht mit V_y „a_X > V_{y m<n}. Die Kondensatoren C_xy oder nur ein geringer Ladestrom. Ist demgegenüber der Kreuzpunkte, in denen eine binäre »1« gespeichert eine binäre »1« gespeichert, so fließt ein verhältnis- war, werden über die Zener-Dioden Z_xy auf die mäßig kräftiger Ladestrom. Durch Diskriminierung »o Spannung B entladen mit:
des Ladestroms kann die gespeicherte Information
bestimmt werden. B = (V_{y min} — [V_{x max} — 5,5]) Volt.

Es kann einfach überprüft werden, daß während der

Selektion eines »Kreuzpunkts« die »Kreuzpunkte«, die Die Kondensatoren C_x,, der Kreuzpunkte, in denen nur mit einem der selektierten Erregungsleiter ge- 35 eine binäre »0« gespeichert war, behalten die Spankoppelt sind, d. h. die »halbselektierten Kreuzpunkte« nung A, wenn die folgende Beziehung gilt:
nicht beeinflußt werden. Für die »halbselektierten

Kreuzpunkte« treten zwei extreme Spannungssitua- V_x max = {V_{y max} — A) < + 5,5 (1)

tionen auf. Die eine extreme Situation ergibt sich,

wenn der Kondensator C_xy eine Spannung von 30 Diese Beziehung gibt an, daß beim Rückschreiben 1,5 Volt hat und der y-Erregungsleiter mit +2 Volt einer binären »0« die Durchbruchspannung der Zener- oder der A'-Erregungsleiter mit — 2VoIt selektiert Diode nicht überschritten werden darf,
wird. Die Basis-Emitter-Spannung des Transistors T_xy Die Spannung der nicht selektierten Af-Erregungs-

beträgt dann +0,5 Volt. Dieser Wert liegt genau leiter beträgt 0 Volt Um eine Beeinflussung der nicht unterhalb der Kniespannung von 0,6 Volt, so daß 35 selektierten «Spalten« während der Regenerierung des keine Ladungsänderung über den Transistor T_xy er- Wortes einer selektierten »Spalte« zu vermeiden, folgen kann. Die andere extreme Situation tritt dann müssen die folgenden Beziehungen erfüllt werden:
auf, wenn der Kondensator C_xy eine Spannung von

3,4 Volt hat und der A'-Erregungsleiter mit +2 Volt V_{9 min} — A > — 5,5 (2)

oder der y-Erregungsltiter mit -2VoIt selektiert 40 V_ymax — B< +0,6 (3)

wird. Die Spannung an der Zener-Diode beträgt dann

— 5,4 Volt. Dieser Wert liegt genau unter der Durch- Im linken Glied der Beziehung (2) steht der Minibruchspannung von 5,5 Volt, so daß keine Ladungs- malwert der Basisspannung der Transistoren T_xy. änderung über die Zener-Diode erfolgen kann. Dieser tritt in den Koppelpunkten auf, in denen eine

Infolge von Leckströmen nimmt die Ladung der 45 binäre »0« gespeichert ist In den nicht selektierten Kondensatoren Cxy ab. Um die im Matrixspeicher »Spalten« muß dieser Wert positiver sein als —5,5 Volt, gespeicherte Information beizubehalten, muß die um einen Durchbruch der Zener-Diode zu vermeiden. Ladung jedes Kondensators Cx₉ regelmäßig regene- Im linken Glied der Beziehung (3) steht der Maximalriert werden. Dies kann dadurch geschehen, daß die wert der Basisspannimg der Transistoren T_xy. Dieser gespeicherte Information regelmäßig bitweise gelesen 50 tritt in den »Kreuzpunkten« auf, in denen eine binäre und unverändert zurückgeschrieben wird. Diese für »1« gespeichert ist in den nicht selektierten »Spalten« Matrixspeicher mit einer nicht zu großen Anzahl von muß dieser Wert negativer sein als +0,6 Volt, um ein Kreuzpunkten geeignete Methode stößt bei größeren Leiten des Transistors T₁₉ zu verhindern.
Speichern auf Schwierigkeiten. Die für eine zuver- Werden die Werte von A ond B in die Beziehungen

lässige Regeneration maximal zulässige Zeitdauer 55 (1), (2) und (3) eingetragen, so erhält man die folzwischen zwei Regenerationen kann bei größeren genden Beziehungen:
Speichern leicht kleiner sein als die kürzeste Zeitdauer,

die bei der Anwendung einer bitweisen Regeneration (V_xmax— V_xmtu)—(V_wmas— V_wmt*)<+6,1 (4) verwirklichbar ist Bei größeren Speichern wird somit y _Λ .„

eine wortweise Regeneration bevorzugt Gemäß diesem 60 " >—0,1 {?}

Verfahren wird ein ans mehreren Bits bestehendes V_xmtn+(V„ ««·— V_ynt*) <+64 (6)

Wort in einem Mal gelesen und in einem Mal zurückgeschrieben. Unter einem Wort sei im folgenden die- Im allgemeinen strebt man danach, den Unterschied jenige Gruppe von Bits verstanden, die in den mit zwischen der Spannung ,4, die eine gespeicherte »0« demselben A'-Erregungsleiter gekoppelten »Kreuz- 65 charakterisiert, and der Spannung B, die eine gepunkten« oder einer »Spalte« des Matrixspeichers ge- speicherte »1« charakterisiert, möglichst groß zu speichert sind. wählen. Dies ist der FaI wenn V_xma3t- V_x «an

Bei der Anwendung einer wortweisen Regeneration möglichst groß ist Mit V_x max — V_xmi9 = +9 Volt

(ο

Vy	max -	-Vy	min 5*	2,9	(7)
Vy	max ~	-vy	min <	3,1	(8)
v„	min	= 3	Volt	können	dann <

und V_x min — —6 Volt kann V_{y max} — V_{y mi}„ noch y-Erregungsleiters auf eine Spannung von —0,5 Volt gerade den Beziehungen (4) und (6) genügen. Mit den entladen. In der Phase t₂ wird der Transistor 405 erwähnten Werten von V_{x max} — V_{x m}<n und V_{x mi}„ durch die +0,6 Volt-Ausgangsspannung der Impulsverringern sich die Beziehungen (4) und (6) bis: quelle402 leitend gemacht. Der Kollektorstrom des

5 Transistors 405 macht den Transistor 406 leitend, wodurch der parallel zu der Emitter-Kollektor-Strombahn dieses letzteren Transistors geschaltete Regenerierungskondensator CV auf 0 Volt entladen wird. Der Emitterstrom des Transistors 405 lädt die Streu-

Mit V_v max — Vy mi„ = 3 Volt können dann die 10 kapazität Cy auf. Die Basis-Emitter-Kniespannung des beiden Beziehungen (7) und (8) gerade noch erfüllt Transistors 405 beträgt angenommenerweise 0,6 Volt, werden. Die Spannung V_y des Y-Erregungsleiters beträgt am

Aus dem obigen geht noch hervor, daß V_{x max} Ende der Phase t_t 0 Volt, während die Spannung V_n — + 3 Volt ist. Für V_{v mtn} kann beispielsweise des Regenerierungskondensators CV dann gleichfalls Vy min = — 1 Volt gewählt werden. 15 OVoIt beträgt.

Hieraus folgt: V_{y max} — +2VoIt. Mit diesen In der Phase t₃ wird die in dem Kondensator C_xy

Werten wird: A — +4,4 Volt und B = 1,5 Volt. des selektierten Kreuzpunkts gespeicherte Informa-

Es sei bemerkt, daß die vorstehend angegebenen tion »0« oder »1« zum Regenerierungskondensator CV Werte für V_{x max} — V_{x m{}„ und V_{x max} kritische übertragen. Die Impulsquelle 401 setzt die Span-Werte sind, bei denen gerade keine Beeinflussung der ao nung V_x des A'-Erregungsleiters auf V_{x mtn} = —6 Volt nicht selektierten »Spalten« während des Regenerierens herab. Die Regenerierungsschaltung 400 enthält einen eines Wortes auftritt. In der Praxis werden weniger Transistor 408, dessen Emitter an den y-Erregungskritische Werte bevorzugt. leiter und dessen Basis an eine negative Spannungs-

Es wird nun anhand der F i g. 4, 5 und 6 eine Be- quelle 409 mit einer Spannung V_Tl — 0,2 Volt angeschreibung einer Bitregenerierungsschaltung gegeben, as schlossen ist. Infolge der Herabsetzung von V_x nimmt die an einen Y-Erregungsleiter angeschlossen ist. die Spannung V_v des K-Erregungsleiters ab, jedoch

Daten nicht weiter als bis V_{y m}in = —0.8 Volt, wobei angenommen wird, daß die Basis-Emitter-Kniespannung des Transistors 408 0,6 Volt beträgt. In dieser Phase 30 kann ein Ladestrom vom Ausgang der Impulsquelle 403 aus, die eine Ausgangsspannung V_r von +4 Volt aufweist, über den Regenerierungskondensator CV und den Transistor 408 zum selektierten »Kreuzpunkt« fließen. Die Streukapazität C_v wird entladen und der 35 Entladestrom fließt gleichfalls zum selektierten »Kreuzpunkt«. Im selektierten »Kreuzpunkt« wird der Konin F i g. 4 ist ein »Kreuzpunkt« des Matrixspeichers densator C_xy durch den Basisstrom des Transistors T_xy dargestellt. An den y-Erregungsleiter desselben, in der geladen. Dieser Basisstrom ist ein Bruchteil l/V desFigur durch einen Kreis dargestellt, ist die Bitregene- jenigen Stroms, der zu jenem Kreuzpunkt fließt, rierungsschaltung 400 angeschlossen. An den A'-Er- 40 worin V den Stromverstärkungsfaktor des Tranregungsleiter des »Kreuzpunkts« ist die Impulsquelle sistors T_xy darstellt.

401 angeschlossen. Die Bitregeneneningsschaltung 400 Die Spannung V„ des Regenerierungskondensa-

ist an die Impulsquelle 402,403 und 404 angeschlossen. tors CV am Ende der Phase t₃ ist eine Funktion der Die Impulsquelle 404 wird vorläufig außer Betracht Spannung V_cxy des Kondensators C_iy zu Anfang gelassen. Das Regenerieren eines Bits erfolgt in vier 45 dieser Phase.

aufeinanderfolgenden Zeitphasen, die in Reihenfolge Wird der Ladevorgang des Regenerierungskonden-

mit I₁, /j, t₃ und die I₁ bezeichnet werden. Die Impuls- sators CV und des »Kreuzpunkts« in Einzelheiten bequellen 402 und 403 sind dauernd im Betrieb, während trachtet, so stellt sich heraus, daß der Ladestrom des die Impulsquelle 401 nur dann wirksam geschaltet »Kreuzpunktes« bei Werten von V_rxy, die größer sind wird, wenn der »Kreuzpunkt« selektiert werden muß. 50 als ein bestimmter Wert, vollständig durch den Kon- Die Impulsquellen 402 und 403 und die Impulsquelle densator C_y geliefert wird. Die Spannung des K-Er-

401 liefern, wenn letztere in Betrieb ist, in den vier regungsleiters wird dabei nicht hinreichend negativ. Phasen /„ ..., t, die im folgenden in Tabellenform un den Transistor 408 leitend zu machen. Um der wiedergegebenen Spannungen. Transistor 408 leitend zu machen, muß die Span-

55 nung Vy wenigstens bis auf V_v ^_n = —0.8 Volt abnehmen, wobei berücksichtigt wird, daß die Basis-

*1 Ί *± - spannung —0.2 Volt und die Basis-Emitter-Kniespan-

,.,^₁..... nung 0,06 Volt beträgt. Unter Verwendung der fol-401(K₁) 0 0 -6VoIt +2.5VoIt ^_nI_6n Werte:

402 -6 Volt +0,6 Volt -0,6 Volt -0,6 Volt _{6o c =} g _pp

403 (V_r) +4VoIt +4VoIt +4VoIt +8VoIt C_n = OJXpF

In der Phaser, des Regenerienmgsumlaufs bricht ^w der Emitter-Basis-Übergang des Transistors 405 durch

die —6 Volt-Ausgangsspannung der Impulsquelle 402 65 kann errechnet werden, daß der Transistor 408 nicht in Sperrichtung durch. Die Durchbrachsspannung be- leitend nnd der Regenerierungskondensator CV nichi trägt angenommen 5,5 Volt Mittels dieses Emitter- aufgeladen wird, wenn zu Beginn der Phase r, Basis-Durchbruchs wird die Strenkapazität C_y des V_cxv > 3,3 Volt ist. Die Spannung V₉ sinkt daat

703 509/33

Hierbei werden die	Vx max	folgenden illustrativen
angewendet:	Vx min
	' y max	= +2,5 Volt
	Vy min	= -6VoIt
	A	= +1,9VoIt
	B	= -0,8VoIt
	= +4,6VoIt
	= +2,2 Volt

9 10

nicht auf V« _min = -0,8 Volt, sondern hat einen linie a ist V'_cxy > 4,9 Volt für V_cxy > 4,1 Volt, so

positiveren Wert. daß die Kennlinie c von diesem Wert ab parallel zur

Wenn zu Beginn der Phase t₃ V_cxy < 3,3 Volt ist, Horh-.ontalachse in einer Höhe von A = 4,9 Volt

so wird der Transistor 408 leitend und nimmt der verläuft.

r-Erregungsleiter die Spannung V_{v min} = 0,8 Volt 5 Danach wird der Fall betrachtet, daß zu Beginn der

an Der Kondensator C_cy des selektierten Kreuz- Phase /₄ V„ > 2,7 Volt ist. Die Spannung des 7-Er-

punkts wird dann auf den Wert A = 4,6 Volt geladen. regungsleiters am Ende der Phase Λ, beträgt in diesem

Wenn zu Beginn der Phase I₃ V_cxy > 3,3 Volt ist, so Fall V_{y min} = 0,8 Volt. Wenn V„ > 2,7 Volt ist, so

wird die Spannung am Ende der Phase I₃ durch die ist die erhöhte Spannung V_x in der Phase Z₁ gerade

folgende Beziehung gegeben: *° nicht so groß, daß die Zener-Diode410 durchbricht

und sie bleibt V_y während der Phase /₄ gleich Vy mm

ν -,f. ν 4-^/16 (9\ = -0.8VoIt. Infolge der Erhöhung von V_x auf

V cxy - (ö »cxv + ^;/io V) _{Vx mai = +25 Volt in dieser phase wird der} Konden

sator Cxy des selektierten »Kreuzpunkts« über die

worin V_cxy die Spannung zu Anfang und V'_cxy die 15 Zener-Diode Z_xy auf V"_cxv = +2,2 Volt entladen. Spannung am Ende der Phase /₃ darstellt. Der Zu- Der Entladestrom fließt in den Kondensator C_y Die sammenhang zwischen V'_cxy und V_rxy für alle Werte Spannung des Kondensators C_y ändert sich hierdurch von Kf₁J, ist in F i g. 5 dargestellt (Kennlinie a). kaum, da seine Kapazität lOOmal größer ist als die

Wenn zu Anfang der Phase t₃ V_cxy < 3,3 Volt ist, des Kondensators C_xy und in diesem Fall keine so wird der Regenerierungskondensator CV auf eine ao Stromverstärkung durch den Transistor T_xy auftritt. Spannung aufgeladen, die durch die folgende Bezie- Vorstehendes kann unter Verwendung der Kennlinie b hung angegeben wird: einfach mit der Spannung V_cxy zu Anfang der Phase f₃

in Zusammenhang gebracht werden. Gemäß der

Vcr = 19,6 - 6 Vcxy (10) Kennlinie b ist V_cr > 2,7 Volt bei V_cxy < 2,8 Volt,

25 so daß die Kennlinie c für V_cxy < 2,8 Volt zur Hori-

Diese Beziehung ist in F i g. 5 dargestellt (Kennlinie b). zontalachse in einer Höhe von 2,2 Volt parallel Wie aus der Beziehung (10) hervorgeht, wird in dieser verläuft.

Phase eine 6fache Verstärkung der Spannung V_cxy Die beiden beschriebenen Fälle sind Grenzfälle,

verwirklicht. Zwischen diesen Grenzfällen, d. h. bei 2,8 < V_Cxy

In der Phase ?₄ wird die in dem Regenerierungs- 3° < 3,3 Volt, hat die Spannung V_y in der Phase /₄ kondensator CV gespeicherte Information in den Kon- einen Wert zwischen V_{y mi}„ = —0.8 Volt und V_y max densator C_xy des selektierten »Kreuzpunkts« zurück- = +1.9 Volt und wird der Kondensator C_xy auf eine geschrieben. Die Impulsquelle 401 erhöht die Span- Spannung zwischen B — 2,2 Volt und A = 4,6 Voll: nung V_x auf V_x max = +2,5 Volt und die Impuls- entladen. Zwischen V"_cxy und V_cxy besteht hierbei quelle 403 erhöht die Spannung V_r auf +8 Volt. Die 35 der durch die Kennlinie c im Bereich 2,8 < Vcxv erhöhte Spannung V_r wirkt über der, Regenerierungs- < 3.3 Volt dargestellte lineare Zusammenhang,
kondensator CV und die Zener-Diode 410 auf die Die Kennlinie c durchschneidet die Grade V'cxv

Basis eines Transistors 411 ein, dessen Emitter an den = V_eXy, in F i g. 5 gestrichelt dargestellt, in einem y-Erregungsleiter und dessen Kollektor an die Impuls- Punkt, in dem V_cxy s» 3 Volt ist. Dieser Wert von quelle 403 angeschlossen ist. 4° 3 Volt ist der Diskriminierungswert der Regenerie-

Zunächst wird der Fall betrachtet, daß die Span- rungsschaltung 400. Spannungen, die höher sind als nung V„ des Regenerierungskondensators CV zu An- 3 Volt, werden nach einem oder mehreren Regenefang der Phase f₄ gleich 0 Volt ist. Infolge der Er- rierungsumläufen bis A' = 4,9 Volt, und Spannungen, höhung der Spannung V_r auf +8 Volt bricht die die niedriger sind als 3 Volt, nach einem oder meh-Zener-Diode 410 durch und wird der Transistor 411 45 reren Regenerierungsumläufen bis B = 2,2VoIl leitend. Mit Rücksicht auf eine Durchbruchspannung regeneriert.

von 5,5 VoU und eine Basis-Emitter-Kniespannung von Eine gespeicherte binäre »0« wird unter Anwendung

0,6 Volt wird die Spannung K„auf V_ymaz = +1,9VoIt der Regenerierungssehaltung 400 durch den Wert A erhöht. Der Maximalwert der Spannung V"_exy am = 4,9 Volt anstelle von durch den Wert A = 4,6 Voll Kondensator C_xv, bei der die Zener-Diode Z_zy gerade 50 charakterisiert. Dies ist eine Folge der Tatsache, dai noch nicht durchbricht, beträgt A' = 4,9 Volt. Wenn dann, wenn zu Anfang der Phase I₃ V_exy > 3,3 Voll V'_txy < 4,9 Volt ist, so behält der Kondensator C_zy ist, der Ladestrom für den Kondensator Cx₉ vÖffij diese Spannung. Wenn V'_exy > 4,9 Volt ist, so wird durch den Kondensator C₁₁ geliefert wird, wodurch V_x der Kondensator C_xy über die Zener-Diode Z_zy auf nicht bis auf V₁₁ ^_n = —0,8 Volt abnehmen kamt A' = 4,9 Volt entladen. 55 und der Kondensator C_xy in der Phase i_a auf «oa

Unter Verwendung der Kennlinien a und b nach höheren Wert als 4,6 Volt aufgeladen wird. Wie an F i g. 5 kann das Vorstehende einfach mit der Span- der Kennlinie c, F i g. 5 hervorgeht, wird be nung V„_y zu Anfang der Phase t₃ in Zusammenhang 3,3 < V.._zy < 4,1 Volt nach zwei vollständigen Re gebracht werden. Die Spannung des Kondensators C_xv generierungsumläufen der Wert A' = 4,9 Volt er am Ende der Phase /₄ wird hierbei mit V"_cxy bezeich- 60 reicht.

net. Der Zusammenhang zwischen V"_cxy und V_exy Zum Lesen und Schreiben von Information aus un<

ist in F i g. 5 dargestellt (Kennlinie c). Vorstehendes in einem »Kreuzpunkt« enthält die Regenerierung bezieht sich auf den Fall, daß die Spannung V„ gleich schaltung 400 zusätzliche Schaltungselemente. Die 0 Volt ist Gemäß der Kennlinie b tritt dies für sind die Transistoren 412, 413 und 414. Die an da Vexv > 3,3 Volt auf. Nach der Kennlinie a ist 65 Emitter des Transistors 412 angeschlossene Impuls Vcxv < *$ ^{Volt für 3}'³ < ^Vac* ^{< 4}^^{1 Volt}* ^{so daß} q^{ueDe 4}O⁴ »st imstande, in der Phase r_t einen Schreibe die Kennlinie c für diesen Wertbereich von V_exy mit strom zu liefern. Ein Lese-Schreibumlauf besteh der Kennlinie a zusammenfällt Gemäß der Kenn- ebenso wie ein Regenerierungsumlauf aus den vie

11 12

Phasen Z₁, t_t, Z₃ und Z₄. Die Wirkungsweise der Regene- :anf desselben die aus dem »Kreuzpunkt« gelesene rierungsschaltung 400 in den Phasen J₁ und Z₂ eines biiuiie »1« anzeigt. Der Transistor 408 leitet nicht, so Lese-Schreibumlaufs ist mit der Wirkungsweise in den daß der Regenerierungskondensator CV nicht aufge-Phasen Z₁ und Z₄ eines Regenerierungsumlaufs iden- laden wird. Eine binäre »0« unterscheidet sich von tisch. Die Selektion der Ä'-Erregungsleiter des »Kreuz- 5 einer binären »1« durch die Abwesenheit eines Ladepunkts« in den Phasen Z₃ und Z₄ eines Lese-Schreib- stromes, d. h. eines viel kleineren Ladestromes. Vorumlaufs erfolgt auf dieselbe Weise wie in den Phasen Z₃ aussetzung hierzu ist natürlich, daß die gespeicherte und Z₄ eines Regenerierungsumlaufs. Information mit einer hinreichenden Frequenz regene-

Die Transistoren 413 und 414 dienen zur y-Selek- riert wird, um eine Degeneration der Information zu

tion des Kreuzpunkts. Die Basis des Transistors 413 io verhindern.

ist über einen Widerstand 415 mit einer Spannungs- In der Phase Z₄ kann eine Information in den selek-

quelle 416 mit einer Spannung V, = +0,2 Volt ver- tierten »Kreuzpunkt« geschrieben werden. In der

bunden. Phase Z₄ des Lese- und Schreibumlaufs wird ebenso

Während der Regenerierung liegt wenigstens einer wie in der Phase Z₄ eines Regenerierungsumlaufs die

der Emitter des Multi-Emittertransistors 414 derart 15 Spannung V_T der Inipulsquelle 403 auf +8 Volt erhöht,

auf einer negativen Spannung, daß die Basis des Tran- Wenn weiter nichts geschieht, so wird, da V_CT

sistors413 eine niedrigere Spannung als —0,2VoIt = OVoIt, V_y auf V_ymax = +1,9 Volt erhöht. V_x

aufweist. Der Emitter des Transistors 413 ist mit dem wird in dieser Phase auf V_{x max} =·· +2,5 Volt erhöht.

Y-Erregungsleiter verbunden. Mit einer Basisspan- Der Kondensator C_xy wird dann über die Zener-

nung, die niedriger ist als —0,2 Volt, und einer Basis- »o Diode Z_xy auf A' = 4,9 Volt entladen. Hierdurch ist

Emitter-Kniespannung von 0,6 Volt ist der Transistor in den »Kreuzpunkt« eine binäre »0« geschrieben. Soll

413 bei V_v^ V_{y m}<n = 0,8 Volt nicht mehr leitend. eine binäre »1« geschrieben werden, so wird die Strom-

Der Y-Erregungsleiter wird in den Phasen Z₃ und Z₄ quelle 404 in Betrieb gesetzt. Der Transistor 412 führt

dadurch selektiert, daß die Spannung iller Emitter dann in der Phase Z₄ einen Strom, der den Regene-

des Transistors 414 derart erhöht wird, daß der Tran- »5 rierungskondensator C_r schnell auflädt. Ergebnis ist,

sistor 414 keinen Strom mehr führt. Die Basis des daß die Erhöhung von V_r unwirksam bleibt und daß

Transistors 413 erhält dann die Spannung VS V_y denselben Wert V'_{y m(n} = V_{y m}<_n +0,4 Volt hat

= 0,2 Volt. wie in der Phase Z₃. Das Ergebnis hiervon ist, daß der

In der Phase Z₃ wird V_x auf V_{x m}<_n = —6 Volt ver- Kondensator C_xy über die Zener-Diode Z_xy bis auf

ringert. Die Spannung V_y kann nicht weiter abnehmen 30 den Wert B +0,4 Volt = 2,6 Volt entladen wird. Nach

als zur Basisspannung des Transistors 413. verringert einem einzigen Regenerierungsumlauf hat der Kon-

um die Basis-Emitter-Kniespannung, d. h. V'_{v m(n} densator C_xy dann gemäß der Kennlinie c, Fig. 5,

= F, —0,6 Volt = —0,4 Volt. Der Wert von V'_{y m(}„ die Spannung V_cxy — B = 2,2 Volt, entsprechend

ist um 0,4 Volt höher als der Wert von V_{11 min} wäh- einer binären »1«.

rend der Phase Z₃ des Regenerierungsumlaufs (V_{y mi}„ 35 Die in der Beschreibung angegebenen Werte von

= V_{11 m(n} +0,4 Volt). Infolgedessen ist der Tran- Spannungen und Kapazitäten sind illustrative Werte,

sistor 408 nichtleitend. Ist im Kreuzpunkt eine Die in der Praxis auftretenden Werte weichen hiervon

binäre »!«gespeichert, so fließt über den Transistor 413 ab, beispielsweise durch parasitäre Einflüsse, wie die

ein Ladestrom zum Kreuzpunkt, wodurch der Kon- der Emitter-Basis-Kapazität der »Kreuzpunkte«. Die

densator C_xy des Kreuzpunkts auf V_cxy = A +0,4 Volt 40 vorgegebenen illustrativen Werte nähern sich der

= 5 Volt geladen wird. Der Ladestrom wird durch wirklichen Weiten jedoch hinreichend an, um von dei

die an den Kollektor des Transistors 413 angeschlos- Wirkungsweise des Matrixspeichers unter praktischer

sene Detektorschaltung 417 detektiert, die am Aus- Umständen ein repräsentatives Bild zu vermitteln.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

l * des Halbleiterkristalls, so daß ein erheblicher Bedarf Patentansprüche: für die Leitungen notwendig ist und sehr viele Lei tungskreuzungen auftreten, für die besondere Isola-

1. Matrixspeicher mit Zeilen- und Spaltenleitun- tionsmaßnahmen notwendig sind.

gen und an deren Kreuzungsstellen angeordneten 5 Aus der US-PS 33 73 295 ist ein Speicherelement Speicherelementen aus je einer Kapazität und bekannt, das ebenfalls aus einem Feldeffekttransistor einem Transistor, von dem mindestens ein An- und einer Kapazität besteht, wobei hier die Kapazität Schluß mit dem zugehörigen Zeilenleiter und ein zwischen dem Steuereingang und einem der beiden weiterer Anschluß mit dem zugehörigen Spalten- anderen Anschlüsse des Feldeffekttransistors angeleiter verbunden ist, dadurch gekenn- io ordnet ist Dieses Speicherelement benötigt jedoch zeichnet, daß jedes Speicherelement ein Zwei- vier Anschlüsse, und ein matrixförmiger Aufbau aus pol ist und einen bipolaren Transistor (T_xy) ent- vielen Speicherelementen ist nicht angegeben,
hält, dessen Emitter mit der zugehörigen Spalten- Bei der Anzahl von Anschlüssen, die bei bekannten

leitung {X) und dessen Kollektor mit der züge- Speichern je Speicherelement benötigt werden, wird hörigen Zeilenleitung (Y) verbunden ist und daß 15 bei der Integration vieler Speicherelemente in einem die Kapazität (C_xy) zwischen Kollektor und Basis Halbleiterkristall die erreichbare Dichte der Speicherdes Transistors (7_iy) angeordnet ist. elemente durch die Leitungen begrenzt.

2. Matrixspeicher nach Anspruch 1, dadurch ge- Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Matrixkennzeichnet, daß die Kollektoren jeweils aller mit speicher anzugeben, bei dem die Dichte der Speicherderselben Zeilenleitung (Y) verbundenen Tran- 20 elemente im wesentlichen nur durch die Größe der sistoren (T_xv) durch einen durchgehenden, ent- Speicherelemente selbst und nicht wesentlich durch sprechend dotierten Streifen (305, 306) in einem die Verdrahtung bestimmt ist. Diese Aufgabe löst die Halbleiterkristall (300) gebildet sind und dieser Erfindung durch die im Kennzeichen des Haupt-Streifen gleichzeitig die Zeilenleitung darstellt. anspruchs angegebenen Merkmale. Bei diesem Matrix-

3. Matrixspeicher nach Anspruch 2, dadurch ge- »5 speicher besitzt jedes Speicherelement nur zwei Ankennzeichnet, daß die Streifen (305, 306) für ver- Schlüsse, da die Basis nicht direkt angeschlossen ist. schiedene Zeilenleitungen (Y) in einem Halbleiter- Die Spannung der Basis läßt sich jedoch durch die kristall (300) gegeneinander isoliert angeordnet Spannung am Emitter über die leitende Emitter-Basissind. Diode oder bei umgekehrter Spannungspolarität über

4. Matrixspeicher nach einem der Ansprüche 1 30 die Zenerwirkung der gesperrten Emitter-Basis-Diode bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Tran- beeinflussen, im Gegensatz zu einem Feldeffekttransistor (Txy) zwischen dem ßasisgebiet (312) und sistor, wo die Spannung am Steueranschluß praktisch dem Kollektorgebiet (300) ein durch eine Emitter- nicht durch die Spannungen an den Hauptanschlüssen diffusion gebildetes Halbleitergebiet (316) vorge- beeinflußt werden kann.

sehen ist. 35 Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand

5. Matrixspeicher nach Anspruch 2 oder 3, da- der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

durch gekennzeichnet, daß zwischen jeweils zwei F 1 g. \ eine schematische Darstellung eines erfin-

aufeinanderfolgenden, in demselben Streifen (305, dungsgemäßen Matrixspeichers,

306) angeordneten Transistoren (T_xy) zwischen F i g. 2 das Ersatzschema des in F i g. 1 darge-

den Basisgebieten (312) und den Kollektorgebieten 40 stellten Speichers,

(300) der beiden Transistoren ein durch eine F i g. 3 ein Beispiel einer integrierten Ausführung

Emitterdiffusion gebildetes Halbleitergebiet (316) des in F i g. 1 dargestellten Speichers,

vorgesehen ist. F i g. 4 eine Bitregenerierungs-Selektionsschaltung,

6. Matrixspeicher nach Anspruch 1 oder einem F i g. 5 einige Kennlinien zur Erläuterung der der folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß zum 45 Wirkungsweise der in F i g. 4 wiedergegebenen Bit-Einschreiben einer binären Information des einen regenerierungsschaltung.

Wertes in einen Transistor (T_zy) die zugehörige In F i g. 1 ist in schematischer Form ein erfindungs-

Zeilenleitung (Y) eine positive Spannung gegenüber gemäßer Matrixspeicher dargestellt. Der Matrixspeider zugehörigen Spaltenleitung (A') erhält, daß eher enthält k Streifen aus η-leitendem Halbleiterzum Einschreiben einer binären Information des 50 material 100-0,100-1, ..,, 100-/c, wobei nur die ersten anderen Wertes die zugehörige Zeilenleitung (Y) beiden und der letzte der Streifen in der Figur dardanach eine negative Spannung gegenüber der gestellt sind. Es kann beispielsweise k = 32 sein, zugehörigen Spaltenleitung erhält. Diese Streifen enden in den Y-Erregungsleitern K₁,

Y₂, ..., Y]c. Entlang jedem Streifen liegen 14 Gebiete 55 aus p-leitendem Halbleitermaterial verteilt, die mit

dem Streifen jeweils einen p-n-Ubergang bilden. An

iedem p-Gebiet liegt ein Gebiet aus η-leitendem Halbleitermaterial, das mit dem p-Gebiet einen p-n-Über-

Die Erfindung betrifft einen Matrixspeicher nach gang bildet. Ein η-Gebiet und ein p-Gebiet, die einen dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. Ein derartiger 60 p-n-Übergang bilden, und der Teil des Streifens aus Matrixspeicher ist bekannt aus der US-PS 33 87 286, η-leitendem Material, der mit dem p-Gebiet einen wobei jedes Speicherelement aus einem Feldeffekt- p-n-Ubergang bildet, werden im folgenden Kreuztransistor und einer Kapazität besteht. Jedes Speicher- punktelement oder kurz »Kreuzpunkt« genannt. Jedes element dieses bekannten Speichers benötigt außer Kreuzpunktelement ist auf an sich bekannte Weise dem für alle Feldeffekttransistoren gemeinsamen Sub- 65 derart hergestellt, daß die beschriebene n-p-n-Struktur stratanschluß drei Anschlüsse für jeweils eine Zeilen- die Eigenschaften und Wirkungsweise eines n-p-nleitung und zwei getrennte Spaltenleitungen. Dabei Transistors hat, dessen Emitter durch das n-Gebiet, verlaufen alle Leitungen auf der gleichen Oberfläche dessen Basis durch das p-Gebiet und dessen Kollektor