DE2415425B2 - Anordnung zur ein- und umspeicherung verschiedener einspeicherbarer zustaende - Google Patents
Anordnung zur ein- und umspeicherung verschiedener einspeicherbarer zustaendeInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung, wie sie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegeben
ist, sowie auf ein Verfahren zum Betrieb und auf eine Verwendung einer solchen Anordnung.
Aus dem Stand der Technik sind speichernde Feldeffekttransistoren mit Oxyd-Nitrid-Doppelschicht
als Gateisolationsschicht bekannt. Solche Transistoren werden als MNOS-Feldeffekttransistoren bezeichnet. In
solchen Feldeffekttransistoren kann der für vorgegebene Gatespannung erreichbare Leitungszustand bzw. die
Einsatzspannung des Transistors durch räumlich festsitzende Ladungen in der Gateisolationsschicht verändert
werden.
In einer älteren Patentanmeldung P 23 48 659.1 vom 27.9.1973 ist ein Festwertspeicher mit MIS-Halbleiterbauelementen
beschrieben, bei dem diese Bauelemente in Matrixform angeordnet sind. Die einzelnen Bauelemente
weisen wie bei einem Feldeffekttransistor Source- und Drain-Gebiete auf und haben eine
Gateisolationsschicht mit darauf befindlicher Gateelektrode. Durch Einstrahlen von elektromagnetischer
Strahlung, vorzugsweise von kurzwelligem Licht, insbesondere UV-Licht, läßt sich der Leitungszustand
bzw. die Einsatzspannung eines solchen Bauelementes bleibend verändern, was dort für einen Festwertspeicher
ausgenutzt ist. Die bleibende Veränderung des Leitungszustandes des Bauelementes beruht nach der
dieser älteren Anmeldung zugrundeliegenden Erkenntnis darauf, daß in der Gateisolationsschicht befindliche
positive Ladungen durch Elektronen aus dem halbleitenden Substratkörper, in dem sich Source- und
Drain-Gebiet befinden, neutralisiert werden. Diese Elektronen werden gemäß der Lehre dieser älteren
Anmeldung durch die Einwirkung der eingestrahlten elektromagnetischen Strahlung aus dem Halbleitermaterial
freigesetzt und diffundieren in die Isolatorschicht, wo sie diese erwähnte Neutralisation der positiv
geladenen Traps bewirken.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Halbleiter-Speicherelement zu finden, das auf elektromagnetische
Strahlung anspricht und durch Einstrahlung elektromagnetischer Strahlung umsteuerbar bzw.
umspeicherbar ist. Diese Aufgabe wird durch ein wie im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenes
Speicherelement erfindungsgemäß gelöst, wie dies im Kennzeichen des Patentanspruches 1 angegeben ist.
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den UnteranspriJchen hervor. Mit Speicherelementen
einer erfindungsgemäßen Anordnung läßt sich ein matrixförmiger umsteuer- bzw. umspeicherbarer
Festwertspeicher realisieren.
Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der
Weitere Erläuterungen der Erfindung gehen aus der
Beschreibung zu den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen hervor.
F i g. 1 zeigt im Schnitt ein bei der Erfindung vorgesehenes Speicherelement 1 in einem nur teilweise
dargestellten Substratkörper 2 aus beispielsweise η-leitendem Siliziummaterial. In dem Si'bstrathörper 2
befinden sich ein p-dotiertes Source-Gebiet 3 und ein p-dotiertts Drain-Gebiet 4. Mit 5 und 6 sind Elektroden
bezeichnet, die sich auf den Gebieten 3 und 4 für einen elektrischen Anschluß befinden. Mit 71 und 72 sind zwei
Schichten der Gateisolationsschicht 7 bezeichnet. Mit 8 ist die auf der Gateisolationsschicht 7 befindliche
Gateelektrode bezeichnet.
Die gemäß einem Merkmal der vorliegenden Erfindung schichtweise aus unterschiedlichem Isolatormaterial
bestehende Gateisolationsschicht 7 umfaßt eine dünne Oxydschicht 71, z. B. aus Siliziumdioxid, die
für Siliziumdioxid vorzugsweise eine Dicke von 2 bis 5 nm hat. Die bevorzugte Dicke für diese Schicht 71
ergibt sich aus der noch zu beschreibenden Notwendigkeit, Elektronen aus dem Substratkörper 2 im Bereich
der Schicht 71 durch die Schicht 71 hindurchwandern zu lassen. Die zweite Isolationsschicht 72 besteht vorzugsweise
aus Siliziumnitrid (S13N4) und hat eine Dicke von insbesondere 40 bis 100 nm, vorzugsweise 50 nm. Die
auf der Gateisolationsschicht 7 befindliche Gateelektrode 8 ist für die einzustrahlende elektromagnetische
Strahlung ausreichend transparent ausgeführt. Zum Beispiel wird hierfür eine 30 nm dicke Goldschicht
verwendet. In der Figur sind die dargestellten Schichten und die Elektrode bezüglich ihrer Dicken nicht
maßstäblich zueinander.
Gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung kann zwischen d^r in mit 72 bezeichneten Isolationsschicht
und der Gateelektrode 8 eine weitere Isolationsschicht 73 vorgesehen sein, die vorzugsweise eine hohe
Dielektrizitätskonstante hat. Als Material für diese Schicht eignen sich insbesondere Alkaliniobate, Erdalkalititanate,
Bleizirkonat oder Cadmiumtantalat. Durch die hohe Dielektrizitätskonstante dieser Schicht wird
das bei der Erfindung verwendete Speicherelement so ausgebildet, daß auch bei niedriger Gatespannung an
der Grenzfläche zwischen dieser Schicht 73 mit hoher Dielektrizitätskonstante und der Schicht 72 eine hohe
elektrische Feldstärke auftritt, die den erfindungsgemä-Ben Effekt begünstigt. Das gemäß dieser Weiterbildung
realisierte Speicherelement läßt sich dann besonders günstig in Niedervolt-Technik(z. B.TTL) einsetzen.
Bei dem bei der Erfindung verwendeten Speicherelement 1 läßt sich durch zeitlich gesteuert begrenzte
Einstrahlung elektromagnetischer Strahlung 13, z. B. von der mit 12 bezeichneten Quelle ausgehend und
durch die Linse 9 fokussiert, in der Schicht 72 eine permanente Ladungsspeicherung erzielen. Eine Ladungsspeicherung
erfolgt durch Einfangen von mit 15 bezeichneten Ladungsträgern, vorzugsweise Elektronen
in mit 19 bezeichneten Traps der speichernden Schicht 72. Die Ladungsträger 15 sind durch die
eingestrahlte Strahlung 13 am gezeigten Ort im Körper 2 freigesetzt worden. Wesentlich für die Erfindung ist,
daß diese Ladungsspeicherung reversibel ist, d. h. sich steuerbar ändern bzw. rückgängig machen läßt. Eine
daneben in der Schicht 71 auftretende, durch das Einstrahlen der elektromagnetischen Strahlung einmal
erfolgte Ladungseinspeicherung, wie sie bei der Erfindung nach der älteren Anmeldung wesentlich ist,
bleibt an sich unverändert. Gegenüber dem erfindungsgemäßen Effekt ist diese ehimai erfolgte Aufladung
vernachlässigbar.
Das Verändern der durch elektromagnetische Strahlung
erzeugten Ladungsspeicherung 19 erfolgt wieder durch zeitlich begrenztes Einstrahlen elektromagnetischer
Strahlung, wofür jedoch langwelligere Strahlung zu verwenden ist. Für den Fachmann ist es unproblematisch,
nach Kenntnis dieser Lehre besonders günstige Wellenlängenbereiche, sowohl für das Einspeichern als
auch für das Abändern der Einspeicherung, zu finden. Günstige Wellenlängenbereiche liegen im nahen UV
und gehen für die erwähnte langwellige Strahlung bis an die Grenze des sichtbaren Lichtes herab.
Die Elektrode 8 wird an ein passendes, gegenüber den Potentialen von Source- oder Drain-Gebiet (3 oder 4)
unterschiedliches Potential gelegt, so daß in der Gateisolationsschicht 7 ein elektrisches Feld vorliegt.
Infolge des Potentials an der Gateelektrode 8 ist der das Speicherelement bildende Feldeffekttransistor mit
Source- und Drain-Gebiet 3 und 4 nichtleitend oder durch Kanalbildung unter der Gateisolationsschicht 7
im Substratkörper 2 mehr oder weniger stark leitend. Für vorgegebenes Potential der Gateelektrode 8,
bezogen auf das Potential des Source- oder Drain-Gebietes (3, 4) bzw. des Substratkörpers 2, ergibt sich für
das Speicherelement nach Art eines Feldeffekttransistors ein Leitungszustand, der zusätzlich noch von dem
Ausmaß der in der Schicht 72 durch die Strahlung 13 eingespeicherten Ladung abhängt. Eine Abhängigkeit
des Leitungszustandes von in der Isolationsschicht eingespeicherter Ladung ist von MNOS-Transistoren
her an sich bekannt.
F i g. 2 zeigt eine Speicheranordnung aus wie oben beschriebenen Speicherelementen 1. Diese befinden
sich in bzw. auf einem Substratkörper 20 und sind matrixartig verteilt. Durch nicht dargestellte Spalten-
und Zeilenleitungen lassen sich die einzelnen Speicherelemente 1 voreinander getrennt gezielt ansteuern. Die
Gateelektroden 8 eines jeden der Speicherelemente 1 der Speicheranordnung können miteinander auf gleiches
Potential gelegt sein. Bei Ansteuern eines Speicherelementes 1 wird ein Signal ausgelesen, das von
der in dem jeweiligen Speicherelement gespeicherten Information abhängt, wobei die Einspeicherung bzw.
Umspeicherung des Elementes von der zuvor erfolgten Einstrahlung einer Strahlung 13 in das betreffende
Speicherelement abhängt.
Mit einem solchen Speicherelement bzw. bei einer erfindungsgemäßen Anordnung mit solchen Speicherelementen
läßt sich sowohl digitale Speicherung als auch analoge Speicherung vornehmen, wobei die
verschiedenen Analogwerte aufgrund unterschiedlicher Intensität und/oder Dauer und/oder Wellenlänge der
eingestrahlten Strahlung 13 erreicht werden.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (11)
1. Anordnung zur Ein- bzw. Umspeicherung verschiedener einspeicherbarer Zustände bei einem
statischen Speicherelement mit einer FET-Einrichtung mit Source- und Draingebieten in einem
Halbleiterkörper und mit einer mehrschichtigen Gateisolationsschicht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers
im Bereich zwischen Source- und Draingebiet, dadurch gekennzeichnet, daß für diese Ein- bzw. Umspeicherung in dieser
Anordnung elektromagnetische Strahlungen vorgesehen sind, und zwar für einen Speicherzustand
hierfür bereits vorgeschlagene kurzwellige Strahlung, insbesondere UV-Strahlung, und für einen
anderen Zustand dagegen langwelligere Strahlung, insbesondere Strahlung des nahen UV-Bereiches.
2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß für die Gateisolationsschicht (7) des
Speicherelementes (1) zwei Schichten (71, 72) vorgesehen sind.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Halbleiterkörper (2) des
Speicherelementes (1) aus Silizium besteht.
4. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die auf dem Halbleiterkörper
(2) des Speicherelementes (1) aufliegende erste Schicht (71) im wesentlichen aus Siliziumdioxid
besteht und eine zweite auf der ersten Schicht aufliegende Schicht (72) im wesentlichen aus
Siliziumnitrid besteht.
5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Gateisolationsschicht
(7) eine an eine Gateelektrode (8) angrenzende weitere Schicht (73) aus einem Material mit hoher
Dielektrizitätskonstante hat.
6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Speicherelement
(1) eine Gateelektrode (8) hat, die für die einzustrahlende elektromagnetische Strahlung (13)
ausreichend transparent ist.
7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der Oberfläche
des Halbleiter-Substratkörpers (2) des Speicherelementes (1) aufliegende erste Schicht (71) eine Dicke
von 2 bis 5 nm hat.
8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die auf der ersten
Schicht (71) der Gateisolationsschicht (7) des Speicherelementes (1) aufliegende zweite Schicht
(72) eine Dicke von 40 bis 100 nm, vorzugsweise 50 nm, hat.
9. Verfahren zum Betrieb einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
daß für das Ein- bzw. Umspeichern verschiedener einspeicherbarer Zustände bei einem statischen
Speicherelement mit einer FET-Einrichtung mit Source- und Draingebieten in einem Halbleiterkörper
und mit einer mehrschichtigen Gateisolationsschicht auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers im
Bereich zwischen Source- und Draingebiet zum Einbzw. Umspeichern in zwei voneinander verschiedene
Speicherzustände in beiden Fällen Einstrahlung elektromagnetischer Strahlung in die Gateisolationsschicht
(7) durchgeführt wird, wobei für einen von zwei Speicherzuständen der Wellenlängenbereich
der eingestrahlten Strahlung langwelliger oder kurzwelliger gewählt wird, abhängig davon, ob der
andere Speicherzustand mittels dazu vergleichsweise kurzwelligerer oder !angwelligerer Strahlung
zuvor eingespeichert worden war.
10. Verwendung einer Anordnung nach einem der
Ansprüche 1 bis 8 als Analogspeicherelement.
11. Anordnung zur Speicherung, gekennzeichnet
durch eine Vielzahl von Speicherelementen (1) einer Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei
in dieser Speicheranordnung (20) diese Speicherelemente (1) mit den elektromagnetischen Strahlungen
(13) einzeln ansteuerbar in Matrixform angeordnet sind (F i g. 2).
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| DE19742415425 DE2415425B2 (de) | 1974-03-29 | 1974-03-29 | Anordnung zur ein- und umspeicherung verschiedener einspeicherbarer zustaende |
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ID=5911665
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Country Status (1)
| Country | Link |
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Cited By (1)
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| DE2938568A1 (de) * | 1979-09-24 | 1981-04-09 | Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München | N-kanal-speicher-fet |
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1974
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