DE2418808A1

DE2418808A1 - Ferroelektrisches speicherelement

Info

Publication number: DE2418808A1
Application number: DE2418808A
Authority: DE
Inventors: Maurice H Francombe; Shu-Yau Wu
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1973-04-24
Filing date: 1974-04-19
Publication date: 1974-10-31
Also published as: JPS5015446A; FR2227598B1; US3832700A; FR2227598A1; GB1447604A

Description

DiPL-ING. KLAUS NEUBECKER

Patentanwalt
4 Düsseldorf 1 · Schadowplatz 9

Patentanwalt AHlöüUÖ

Düsseldorf, 17. April 1974 44,425
7438

Westinghouse Electric Corporation
Pittsburgh, Pa., V. St. A.

Ferroelektrisches Speicherelement

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Speicherelemente und insbesondere auf ferroelektrische Halbleiter-Speicherelemente.

Wie bekannt, sind Speicherelemente entwickelt worden, die mit dem Hystereseeffekt arbeiten, wie er sich bei bestimmten Isolatoren in MIS-Feldeffekttransistoren beobachten läßt. Bei bestimmten Lösungen nach dem Stand der Technik, Transistoren zur Informationsspeicherung einzusetzen, wurden die keine Hysterese aufweisenden Transistoren zu einer Hystereseeigenschaften besitzenden Schaltung zusammengefaßt. Die Speicherfunktion ist dann eine Eigenschaft der Schaltung, so daß viele Elemente notwendig sind, um ein einzelnes Bit speichern zu können.

Die herkömmliche Form eines Transistor-Speicherelements besteht in einem Standard-Feldeffekttransistor-Aufbau mit isolierter Gate-Elektrode, bei dem der Siliziumdioxid-Gate-Isolator durch einen Doppelisolator ersetzt wird, typischerweise eine Lage aus Siliziumdioxid in Nähe des Siliziumsubstrats sowie eine über das Siliziumdioxid gebrachte Siliziumnitrid-Lage. Ein solcher Aufbau wird allgemein als Metallnitridoxid-Halbleiter-Speichertransistor bezeichnet. Die Hysterese des Elements steht in Zusammenhang mit dem

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Vorhandensein von Haftstellen (elektronische Zustände) an oder nahe der Siliziumdioxid-Siliziumnitrid-Grenzfläche, wobei die Schwellspannung des Transistors durch den Ladungszustand der Haftstellen beeinflußt wird.

Ferner ist es bekannt, daß ferroelektrische Materialien einen Hystereseeffekt aufweisen. Solche ferroelektrischen Materialien sind verwendet worden, um die Oberflächen-Leitfähigkeit eines bahnförmig ausgebildeten Halbleiters zu modulieren, wie das beispielsweise in den US-PSen 2 791 758 - 761 vom 7. 5, 1957 dargelegt wird. In Verbindung mit den vorgenannten Patentschriften wird als ferroelektrisches Material ein gesondert gezüchteter "Kristall aus Guanidintöift-Aluminiumsulfat-Hexahydrat verwendet, der in Kontakt mit der Oberfläche eines Halbleiter-Kristalls gebracht wird. Der Luftspalt zwischen den beiden Oberflächen wurde durch sorgfältiges Polieren der Oberflächen auf ein Minimum gebracht. In einem anderen Fall wurde der Luftspalt mit einem Dielektrikum wie Äthylencyanid oder Nitrobenzol gefüllt. Die experimentellen Ergebnisse mit solchen Bauelementen erwiesen sich jedoch nicht als gänzlich erfolgreich, offenbar infolge des geringen Modulations-Wirkungsgrads der ferroelektrischen Polarisierung und einer niedrigen spontanen Polarisierung des GuanidiniiHfl—Aluminiumsulfat-Hexahydrats.

Halbleiterfilme oder -überzüge wurden durch Vakuumverdampfung auf ferroelektrische Kristalle und auf ferroelektrische Keramiksubstrate aufgebracht. Diese ferroelektrischen Feldeffekt-Bauelemente können allgemein in zwei Kategorien unterteilt werden. Die eine Kategorie bildet der adaptive Widerstand, während die andere Kategorie der adaptive Transistor bildet. Der adaptive Widerstand wird durch Aufbringen einer halbleitenden Lage hergestellt, während der adaptive Transistor durch Aufbringen eines halbleitenden Dünnfilm-Transistors auf ein ferroelektrisches Kristall oder ein Keramiksubstrat hergestellt wird. Alle diese Bauelemente verwenden ein Bahn-Ferroelektrikum, wobei eine Leitfähigkeits-Modulation nur bei den Dünnfilmen beobachtet wurde. Die Schwierigkeit mit solchen Bauelementen besteht darin, daß sie alle an einer elektrischen Instabilität kranken, wie sie in Verbindung mit dem halbleitenden

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Dünnfilm-Material auftritt. D. h., die elektrische Leitfähigkeit und die Transkonduktanz im EIN- oder AüS-Zustand neigen zu Drift-Erscheinungen und fallen im Laufe der Zeit auf einen Zwischenzustand ab.

Aufgabe vorliegender Erfindung ist es, ein stabiles ferroelektrisches Halbleiter-Speicherelement zu schaffen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist ein ferroelektrisches Speicherelement erfindungsgemäß gekennzeichnet durch ein Substrat aus bahnförmig halbleitendem Material einer ersten Leitfähigkeit, im Abstand voneinander in einer Oberfläche des Substrats angeordnete Zonen einer zu der ersten entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeit, eine den Abstand zwischen den Zonen überbrückende und in innigem Kontakt mit dem Substrat stehende Lage aus ferroelektrischem Material, eine Einrichtung zur Verbindung der im Abstand voneinander angeordneten Zonen mit einem äußeren Schaltkreis sowie durch eine Einrichtung zur Bildung eines Potentials zwischen dem Substrat und der dem Substrat gegenüberliegenden Seite der Lage, so daß die remanente Polarisierung der ferroelektrischen Lage die Oberflächen-Leitfähigkeit des Substrats zwischen den Zonen nach Entfernung des Potentials aufbaut,'

Erfindungsgemäß wird ein ferroelektrisches Speicherelement vorgesehen, das mit der remanenten Polarisierung eines ferroelektrischen Dünnfilms arbeitet, um die Oberflächen-Leitfähigkeit eines bahnförmig halbleitenden Materials zu beeinflussen und die Speicherfunktion zu verwirklichen. Es wird somit im Gegensatz zu Bauelementen nach dem Stand der Technik, bei denen ein Dünnfilm-Halbleiter auf ein Bahn-Ferroelektrikum aufgebracht oder ein Kristall des Ferroelektrikums in Kontakt mit einem bahnförmig halbleitenden Substrat gebracht wurde, das Ferroelektrikum in diesem Fall als ein dünner polykristalliner Film - vorzugsweise durch HF-Sprühverfahren - auf ein Halbleitersubstrat aufgebracht. Der Aufbau des Bauelements ist ähnlich einem herkömmlichen Metall-Isolator-Halbleiter(MIS)-Feldeffekttransistor, mit dem Unterschied, daß die Gate-Isolierlage hier durch eine Lage aus einem aktiven ferro-

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_ 4 elektrischen Material ersetzt wird.

Wenn ein Potential einer Polarität zwischen der Gate-Elektrode des ferroelektrischen Materials und dem halbleitenden Substrat angelegt und dann entfernt wird, so wird infolge der remanenten Polarisierung des ferroelektrischen Materials eine andauernde Inversionslage oder ein leitender Kanal zwischen den im Abstand voneinander angeordneten Zonen gebildet. Andererseits wird beim Anlegen eines Potentials entgegengesetzter Polarität der Kanal andauernd verarmt, so daß das Element im wesentlichen als offener Schalter wirkt, der keinen Strom zwischen den im Abstand voneinander angeordneten Zonen, die der Quelle und der Senke eines Feldeffekttransistors entsprechen, fließen läßt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der zugehörigen Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch das ferroelektrische Speicherelement nach der Erfindung;

Fig. 2 ein Diagramm, das die Hystereseeigenschaften des in Verbindung mit der Erfindung verwendeten ferroelektrischen Materials erkennen läßt;

Fig. 3A die idealen Verhältnisse (ohne Injektion), entsprechend denen eine Anhäufung der Majoritätsträger - Elektronen an der Halbleiter-Oberfläche gebildet wird, sowie die sich daraus ergebenden Energiebänder, wenn eine Lage aus ferroelektrisehern Material, die einem remanenten Polarisationsfeld in der gezeigten Richtung unterworfen wird, in einem Halbleitersubstrat vom n-Leitungstyp vorhanden ist;

Fig. 3B schematisch die idealen Verhältnisse (ohne Injektion), entsprechend denen eine Inversionslage gebildet wird, sowie die sich ergebenden Energiebänder, wenn eine

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Schicht oder Lage ferroelektrischen Materials, die einem remanenten Polarisationsfeld in der gezeigten Richtung unterworfen wird, in einem halbleitenden Substrat vom n-Leitungstyp vorhanden ist;

Fig. 3C schematisch die tatsächlichen Verhältnisse und die Energieband-Verteilung für Bauelemente auf einem Halbleiter vom n-Leitungstyp, wobei die Injektion von Elektronen 48 in das Ferroelektrikum infolge der Beaufschlagung der Metallelektrode 59 mit einem positiven Potential zu erkennen ist und nach Entfernung des Feldes eine Löcher-Inversionslage an der Halbleiterfläche gebildet wird; und

Fig. 3D die tatsächlichen Verhältnisse und die Energieband-Verteilung für an einem Halbleiter vom n-Leitungstyp gebildete Bauelemente, wobei die Injektion von Löchern 52 in das Ferroelektrikum infolge der Beaufschlagung der Metallelektrode 59 mit einem negativen Potential zu erkennen ist und nach Entfernung des Feldes an der Halbleiter-Oberfläche eine Anhäufungs-Lage 54 mit Elektronen gebildet wird.

Im einzelnen läßt die Zeichnung, insbesondere Fig. 1, ein Bauelement nach der Erfindung erkennen, das ein Substrat 10 aus p-leitendem Silizium aufweist, in das im Abstand voneinander n(+)-Zonen und 14 eindiffundiert sind, die die Oberseite des Substrats schneiden. Zwischen den n(+)-Zonen 12 und 14 befindet sich eine Lage 16 aus ferroelektrischem Material. In der Lage 16 sind öffnungen 18 und 20 vorgesehen, die mit Metallisierungen 22 bzw. 24, etwa aus Aluminium, versehen sind. Auf der Oberseite der Lage aus ferroelektrischem Material erstreckt sich über den Abstand zwischen den benachbarten n(+)-Zonen 12 und 14 eine Metallisierung 24'. Wie unmittelbar ersichtlich, ist der Aufbau nach Fig. 1 einem MIS-Feldeffekttransistor ähnlich, in dem die Metallisierung 24¹ die Gate-Elektrode bildet, während die Metallisierungen 22 und 24 die Quellen- bzw. Senken-Elektrode bilden. Die Elemente 57 und 58 sind

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- 6 Isolierlagen, die etwa aus Siliziumdioxid bestehen.

Die der Quellenelektrode entsprechende Metallisierung 22 ist mit dem Substrat 10 über eine Leitung 26 verbunden. Die von den Metallisierungen 22 und.24 gebildeten Quellen- und Senken-Elektroden sind über Leitungen 26 und 28 mit einem Verbraueherkreis 29 verbunden, wobei das Bauelement dann als Schalter wirksam sein kann. Eine Batterie 32 kann die die Gate-Elektrode bildende Metallisierung 24'und das Substrat 10 durch Umlegen eines Schalters 34 mit einer positiven bzw. einer negativen Vorspannung beaufschlagen.

Die Lage 16 aus ferroelektrischem Material wird "vorzugsweise von Wismut-titanat Bi₄Ti^O_1o gebildet, jedoch kann statt dessen auch eines derbekannten reversibel polarisierbaren ferroelektrischen Materialien verwendet werden, welches auf die Oberfläche des Substrats 10 aufgebracht werden kann. Alle diese Materialien zeichnen sich dadurch aus, daß sie Dipole besitzen, die sich parallel zu einem angelegten elektrischen Feld ausrichten und auch nach der Entfernung des Feldes in diesem ausgerichteten Zustand bleiben. Wismut-titanat ist der Vorzug zu geben, da es sich besonders einfach durch HF-Sprühverfahren auf ein Substrat wie das Substrat 10 aufbringen läßt. Typischerweise ist eine Lage 3 u dick, jedoch kann sie in einigen Fällen auch dünner sein, solange es nur zu keinem Dielektrikum-Durchbruch bei der angelegten Vorspannung kommen kann. Mit zunehmender Dicke nimmt auch die Größe der Vorspannung zu, die angelegt werden muß, um eine gewünschte Oberflächen-Leitfähigkeits-Wirkung zu erzeugen.

Ferroelektrische Werkstoffe lassen sich mit magnetischen Werkstoffen vergleichen, wobei ihre Polarisierung jedoch durch ein elektrisches Feld anstelle eines magnetischen Feldes erfolgt. Ebenso besitzen sie ähnlich wie magnetisches Material eine Hysterese, wie das mit Fig. 2 gezeigt ist. Wenn das elektrische Feld E in positiver Richtung zunimmt, wandert der Wert der Schaltpolarisierung P längs einer Hysteresekurve weiter, bis ein Sättigungswert 36 erreicht wird. Wenn das elektrische Feld entfernt wird, geht die Polarisierung nicht auf Null zurück, sondern nimmt statt dessen

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einen mit dem Punkt 38 wiedergegebenen Wert an, der der Remanenz-Polarisierung des ferroelektrischen Materials entspricht. Wenn jetzt das angelegte Feld umgekehrt und so weit vergrößert wird, daß es den mit dem Punkt 39 angedeuteten Koerzitivfeld-Wert überschreitet, so geht das Material erneut bei einem negativen Wert oder einem Sättigungswert 40 in die Sättigung, und wenn das negative Feld entfernt wird, wird am Punkt 41 die Remanenz-Polarisierung gebildet. Durch Beaufschlagung des Ferroelektrikums mit einem Feld erster Polarität mit einer Größe, die ausreicht, um die Polarisierung in die Sättigung zu führen, und durch anschließende Entfernung dieses Feldes wird somit eine Remanenz-Polarisierung auf-■ gebaut, die für eine verhältnismäßig lange Zeitdauer anhält. Ebenso wird durch Beaufschlagung mit einem Feld entgegengesetzter Polarität eine Remanenz-Polarisierung entgegengesetzter Polarität oder Richtung gebildet.

Die Art und Weise, in der die Oberflächen-Leitfähigkeit durch eine darüberliegende Lage aus ferroelektrischem Material beeinflußt werden kann, läßt sich am besten unter Bezugnahme auf Fig. 3A - 3D verstehen. Idealerweise (d. h. unter der Annahme, daß keine Grenzflächen-Zustände und keine Grenzladungen in dem Ferroelektrikum vorhanden sind) wird die Polarisierung in dem Ferroelektrikum zu der ferroelektrischen Halbleiter-Grenzfläche hin ausgerichtet, wenn ein positives äußeres Feld die Metall-Elektrode 59 beaufschlagt, dessen Größe' das Koerzitiv-Feld des ferroelektrischen Materials übersteigt. Wenn das äußere Feld entfernt wird, sorgt die Remanenz-Polarisierung für ein Feld, das Elektronen 43 in Form .einer negativen Ausgleichsladung zu der Halbleiter-Fläche hin anzieht. Für einen n-leitenden Halbleiter bedeutet dies die Schaffung einer Ladungs-Anhäufungslage. Die Energiebänder des Halbleiters an der Grenzfläche sind nach unten gekrümmt, wie das mit Fig. 3A gezeigt ist. Wenn anschließend ein negatives Feld die Metallelektrode beaufschlagt, so wird die Polarisierung des Ferroelektrikums umgekehrt. In diesem Fall sorgt das durch die femanente Polarisierung hervorgerufene Feld dafür, daß Löcher 45 als positive Ausgleichsladung von der Halbleiterfläche angezogen werden. Die Trägerdichte eines p-leitenden Halbleiters an der Grenzfläche wird

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vergrößert/ während diejenige eines η-leitenden Halbleiters verarmt oder invertiert wird. Die Halbleiter-Energiebänder an der Grenzfläche sind nach oben abgebogen, wie für das n-leitende Substrat mit Fig. 3B veranschaulicht.

In Bauelementen, die an der ferroelektrischen Halbleiter-Grenzfläche eine Injektion oder Extraktion von Trägern aufweisen, ergibt sich jedoch, wenn die Metallelektrode 59 und ein darunter befindliches η-leitendes Substrat 44 mit einem äußeren Feld beaufschlagt werden, je nach der Polarität des angelegten Feldes eine Injektion von Elektronen oder Löchern von dem Halbleiter in das Ferroelektrikum. Diese injizierten Träger werden durch das remanente Polarisierungsfeld angezogen und durch ferroelektrische Bezirke gebunden, wenn das angelegte Feld entfernt wird. Das verleiht dem Bauelement Speichervermögen. Infolge der in dem Ferroelektrikum gebundenen Träger wird an der Halbleiterfläche eine Ladung entgegengesetzter Polarität hervorgerufen. Die Halbleiter-Fläche wird verarmt, invertiert oder angereichert, je nach der Polarität und der Menge der gebundenen Träger.

Wie mit Fig. 3C gezeigt, ruft das Anlegen einer Potentialdifferenz mittels einer Batterie (nicht dargestellt) zwischen Ferroelektrikum und Substrat derart, daß die Metallelektrode gegenüber dem nleitenden Substrat positiv ist, eine Injektion von Elektronen 48 in das an die Oberseite des Substrats angrenzende Ferroelektrikum 42 hervor. Diese injizierten Elektronen bleiben zurück, auch wenn das angelegte Feld entfernt wird. Infolge der Injektion der Elektronen 48 an der Ferroelektrikum-/Substrat-Grenzflache werden an der Grenzfläche des n-leitenden Substrats Löcher 50 hervorgerufen, nachdem das angelegte Feld entfernt worden ist, so daß ein p-leitender Kanal gebildet wird. Das Energieband-Diagramm für das soeben beschriebene System ist ebenfalls mit Fig. 3C wiedergegeben. Es zeigt, daß an der Halbleiter-Fläche Löcher erzeugt werden und daß die Halbleiter-Energiebänder an der Oberfläche nach aufwärts gekrümmt sind.

Wenn andererseits die Polarität der mittels der erwähnten Batterie

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— Q —

(nicht dargestellt) erzeugten Potentialdifferenz bzw. Vorspannung umgekehrt wird, wie das mit Fig. 3D angedeutet ist, so werden von dem Halbleiter Löcher in das Ferroelektrikum injiziert. Diese Löcher bleiben bestehen, auch wenn die Potentialdifferenz bzw. die Vorspannung aufgehoben worden ist, so daß eine Ladungs-Anhäufungslage 54 mit Elektronen an der Oberseite des Substrats 44 gebildet wird. Die sich ergebenden Oberflächen-Energiebänder des Halbleiters sind entsprechend Fig. 3D nach abwärts weggebogen.

Wendet man diese Grundsätze auf das Bauelement nach Fig. 1 an, so ergibt sich, daß für ein ideales Bauelement bei positiver Elektrode 24 gegenüber dem p-leitenden Substrat 10 Elektronen durch die Halbleiterfläche angezogen werden, so daß sich eine Inversionslage 56 und ein resultierender n-leitender Kanal zwischen den η(+)-Zonen 12 und 14 bilden. Dieser n-leitende Kanal bleibt auch nach der Aufhebung der angelegten Vorspannung bestehen. Das Bauelement wirkt im Hinblick auf den Verbraucherkreis 29 wie ein geschlossener Schalter. Wenn andererseits die Polarität der angelegtenVorspannung umgekehrt wird, so daß die die Gate-Elektrode bildende Metallisierung 24 gegenüber dem p-leitenden Substrat 10 negativ wird, so werden Löcher von der Halbleiterfläche angezogen, so daß eine Ladungs-Anhäufungslage gebildet wird und das Bauelement im Hinblick auf den Verbraucherkreis 29 wie ein offener Schalter wirkt.

Für Schaltelemente, die an der Ferroelektrikum-ZHalbleiter-Grenzflache eine Injektion und Extraktion von Trägern aufweisen, ist die Situation etwas anders. Wenn die Metallisierung 24 gegenüber dem p-leitenden Substrat 10 negativ ist, werden in die ferroelektrische Lage 16 Löcher injiziert. Nach Entfernung des externen Feldes wird eine Inversionsschicht 56 gebildet, so daß sich zwischen den n(+)-Zonen 12 und 14 ein n-leitender Kanal ergibt. Dieser n-leitende Kanal bleibt bestehen, auch wenn an der der Gate-Elektrode entsprechenden Metallisierung 24 kein Potential anliegt. Vom Verbraucherkreis 29 aus gesehen erscheint das Schaltelement als geschlossener Schalter. Wenn andererseits die Polarität der angelegten Vorspannung umgekehrt wird, so daß die Metallisierung

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24 gegenüber dem p~leitenden Substrat 10 positiv ist, so werden von dem p-leitenden Substrat Elektronen in die ferroelektrische Lage 16 injiziert. Nach Entfernung des externen Feldes wird eine Ladüngsanhäufungs-Lage gebildet und der Kanal an der Halbleiterfläche verarmt. Das Schaltelement erscheint dem Verbraucherkreis 29 dann als offener Schalter. In beiden Fällen verbleibt das Schaltelement somit, nachdem es einmal durch ein augenblickliches Schließen des Schalters 34 gepulst worden ist, ein offener oder geschlossener Schalter, je nach der Polarität der angelegten Vorspannung. Nimmt man an, daß entsprechend Fig. 1 ein n-leitender Kanal 56 gebildet wird und das Schaltelement als geschlossener Schalter wirkt, so kann dieser Zustand durch ein augenblickliches Pulsen des Schaltelementes mit einer positiven Vorspannung umgekehrt werden.

Das Schaltelement nach der vorliegenden Erfindung weist eine Reihe Vorzüge gegenüber anderen Speicherelementen wie ferroelektrischen Feldeffekt-Schaltelementen auf, die durch Aufbringen eines halbleitenden Dünnfilm-Transistors auf ein bahnartig wirkendes Ferroelektrikum hergestellt werden. Das Schaltelement nach der Erfindung ist viel stabiler als bisher bekannt gewordene ferroelektrische Feldeffekt-Speicherelemente mit einem halbleitenden Dünnfilm-Transistor, weil es nicht die mit dem halbleitenden Dünnfilm-Transistor zusammenhängende elektrische Instabilität aufweist. Das Schaltelement arbeitet auch infolge der Verwendung eines dünnen ferroelektrischen Films anstelle eines bahnartig wirkenden ferroelektrischen Kristallsubstrats, wie es bei Schaltelementen nach dem Stand der Technik Verwendung fand, mit einer niedrigeren Schaltspannung. Ferner weist es wegen der Verwendung eines bahnförmig halbleitenden Substrats eine höhere Feldeffekt-Mobilität und wegen der hohen Dielektrizitätskonstante der die Gate-Elektrode isolierenden Lage eine höhere Transkonduktanz auf. Außerdem sind die Verfahren zur Herstellung des Schaltelements nach der Erfindung einfacher und mit Planar-Silizium-Technologie kompatibel.

Entsprechend einem praktischen Ausführungsbeispiel der Erfindung

Lt-FiIm bei etwa

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wurde ein Wismuttitanat-Film bei etwa 730° C auf eine Silizium-

scheibe in einer Stärke von etwa 3-4 Mikron unter Verwendung von HF-Sprühtechnologien aufgebracht. Das Substrat war p-leitendes 10 - 40 Ohm/cm Silizium. Der Abstand zwischen den Zonen 12 und 14 betrug ca. 75 u. Die Kanalbreite in zur Ebene der Fig. 1 senkrechter Richtung betrug etwa 0,75 nun. Zwischen den Metallisierungen und 24 wurde ein 1 ms dauernder kurzer rechteckiger Impuls mit einer Amplitude von -20 V angelegt, so daß sich ein Senken-Sättigungsstrom von etwa 80 Mikroampere ergab. Dieser Strom wäre naturgemäß höher, wenn ein höherer und längerer negativer Impuls verwendet würde. Wenn das gleiche Schaltelement statt dessen mit einen an die Gate- und Source-Elektrode angelegten rechteckigen Impuls von 1 ms, aber +20 V Amplitude beaufschlagt wurde, so wurde es vollständig gesperrt. In diesem letzten Fall war ein Drain-Strom nicht feststellbar, selbst wenn die Gate-Spannung in 5 Schritten auf +5 V erhöht wurde. Das Schaltelement ist sowohl im "EIN¹¹- als auch im "AUS"-Zustand nach Entfernung des von außen angelegten polenden Feldes stabil.

Patentansprüche; 40984 4/081 7

Claims

Patentansprüc h e

Ferroelektrisches Speicherelement, gekennzeichnet durch ein Substrat (10) aus bahnförmig halbleitendem Material einer ersten Leitfähigkeit, im Abstand voneinander in einer Oberfläche des Substrats angeordnete Zonen (12, 14) einer zu der ersten entgegengesetzten zweiten Leitfähigkeit, eine den Abstand zwischen den Zonen überbrückende und in innigem Kontakt mit dem Substrat stehenden Lage (16) aus ferroelektrischem Material, eine Einrichtung (18, 22, 20, 24) zur Verbindung der im Abstand voneinander angeordneten Zonen mit einem äußeren Schaltkreis (29) sowie durch eine Einrichtung (24¹, 26, 32, 34) zur Bildung eines Potentials zwischen dem Substrat (10) und der dem Substrat abgewandten Seite der Lage (16), so daß die remanente Polarisierung der ferroelektrischen Lage (16) die Oberflächen-Leitfähigkeit des Substrats zwischen den Zonen nach Entfernung des Potentials aufbaut.
2. Speicherelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lage (16) durch Sprüh- bzw. Zerstäubungs-Verfahren aufgebracht ist.
3. Speicherelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus p-leitendem Halbleitermaterial besteht und die Zonen (12, 14) n(+)-leitend sind und daß eine einen η-leitenden Kanal, der die η(+)-leitenden Zonen (12, 14) miteinander verbindet, definierende Inversionslage gebildet wird, wenn zwischen der ferroelektrischen Lage und dem Substrat ein Potential angelegt und dieses Potential dann wieder entfernt wird, so daß die Lage gegenüber dem Substrat positiv ist.
4. Speicherelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus n-leitendem Halbleitermaterial gebildet ist und die im Abstand voneinander angeordneten Zonen (12, 14) ρ(+)-leitend sind und daß eine einen p-leitenden Kanal zwischen den ρ(+)-leitenden Zonen bildende Inversions-

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lage gebildet wird, wenn ein Potential zwischen der ferroelektrischen Lage und dem Substrat angelegt und dann entfernt wird, so daß der Film gegenüber dem Substrat negativ ist.
5. Speicherelement nach Anspruch Ϊ oder 2, das eine Einrichtung zur Injektion und Extraktion von Trägern an der Ferroelektrikum-/Halbleiter-Grenzflache hat, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus p-leitendem Halbleitermaterial gebildet ist und die im Abstand voneinander angeordneten Zonen n(+)-leitend sind und daß eine einen n-leitenden Kanal, der die η(+)-leitenden Zonen miteinander verbindet, bestimmende Inversionslage gebildet wird, wenn ein Potential zwischen der ferroelektrischen Lage und dem Substrat angelegt und dann entfernt wird, so daß der Film negativ gegenüber dem Substrat ist.
6. Speicherelement nach Anspruch 1 oder 2, das eine Einrichtung zur Injektion« und Extraktion von Trägern an der Ferroelektrikum-/Halbleitery-Grenzflache hat, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat aus n-leitendem Halbleitermaterial gebildet ist und die im Abstand voneinander angeordneten Zonen p(+)-leitend sind und daß eine einen p-leitenden Kanal zwischen den ρ(+)-leitenden Zonen bestimmende Inversionslage gebildet wird, wenn zwischen der ferroelektrischen Lage und dem Substrat ein Potential angelegt und dann wieder entfernt wird, so daß die Lage gegenüber dem Substrat positiv ist.
7. Speicherelement nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch mit den im Abstand voneinander angeordneten Zonen in Verbindung stehende Metallisierungen (22, 24) sowie eine Metallisierung (24¹)/ die die ferroelektrische Lage zwischen den Zonen (12, 14) überdeckt und daß die Metallisierung (24¹) über der ferroelektrischen Lage als Gate-Elektrode wirkt, während die Metallisierungen (22, 24), die mit den im Abstand voneinander angeordneten Zonen (12, 14) in Kontakt stehen, die Source- bzw. Drain-Elektroden eines Feldeffekttransistor-

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Aufbaues bilden.
8. Speicherelement nach einem der Ansprüche 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß das ferroelektrische Material Wismuttitanat ist.

KN/hs 3

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