DE2443178A1 - Halbleitende speichervorrichtung und verfahren zu deren herstellung - Google Patents
Halbleitende speichervorrichtung und verfahren zu deren herstellungInfo
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Description
Dr. K. BoettM»
liL-Iii^. K.J. Müller
Dr. i. ίί. j-eiidt 0 /. /. Q 1 7 Q
jeiidt
D 8 München 8β
Gase 10342 Pgg/eb
Conversion Devices, Inc. 1675 West Maple Road, I-Jichigan 48 084 (V.St.A.)
Halbleitende Speichervorrichtung und Verfahren zu deren Herstellung.
In den letzten Jahren ist eine Speicher-Matrix entwickelt worden, bei der die nicht vergängliche,- löschbare Charakteristik
eines Speicher-Halbleitermaterials ausgenutzt wird, wie beispielsweise in der US-PS 3 271 591 beschrieben ist. Eine derartige Speicher-Matrix ist auf einem
Silizium-Halbleitersubstrat integriert aufgebaut, wie beispielsweise
in der US-PS 3 699 543 beschrieben ist. Wie äarin dargelegt ist, wird die gesamte Matrix - anders als
die lese-u./oder Schreib-Kreise - in und auf einem Halbleiter-Substrat
ausgeformt, beispielsweise auf einem Silizium-Plättchen, das derart dotiert ist, daß paralelle, in
Abständen verlaufende X- oder Y-Achsen der einen leiter
in dera Körper bildenden Bereiche gebildet sind. Bei "Lese-Schreib-Matrizen"
ist das Substrat außerdem in einer Weise dotiert, daß an jedem aktiven Kreuzungspunkt isolierende
Dioden- oder Transistor-Elemente gebildet werden. Die Dioden- oder Transistor-Elemente haben eine oder mehrere
durch in einem
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äußeren Isolationsüberzug auf dem Substrat vorgesehene
Öffnungen freigegebene Anschlußklemmen. Die anderen X- oder Y-Achsenleiter der Matrix werden durch in Abstände und
paralell angeordnete Bänder aus leitfähigem Material gebildet, die auf der das Halbleiter-Substrat überdeckenden
Isolation angelagert sind. Die Speicher-Matrix weist außerdem eine aufgetragene Speichervorrichtung auf, die einen
Film aus dem Speicher-Halbleitermaterial auf dem Substrat an jedem aktiven Krujpzungspunkt der Matrix besitzt. Der
Film des Speicher-Halbleitermaterials ist zwischen den dazugehörenden X- oder Y- Achsenbändern aus leitfähigem Material
in Reihe mit der isolierenden Diode oder dem Transistor geschaltet, wenn ein solches trennendes Element vorhanden ist.
Die aufgetragene Filmspeichervorrichtung,die in der zugeordneten
Speicher-Matrix verwendet wird, ist eine bistabile Zweiklemmen-Vorrichtung mit einer Schicht, aus amorphem Speicher-Halbleitermaterial,
das in einen stabilen, niederohmigen Zustand getriggert werden kann, wenn die an die in Abständen
angeordneten Teile der Schicht angelegte Spannung über eine gegebene Schwellenspannung hinausgeht und ein Strom für eine
ausreichend lange Zeit (z.B. 1 - 100 msec oder mehr) fließen kann, damit nach dessen Beendigung durch die langsame Abkühlung
des entstanden, erwärmten Bahnfilms eine Umwandlung des Teiles des Films, durch den der Strom geflossen ist, zu
einem niederohmigen, kristallinen oder mehr geordneten /bewirkt wird. Dieser Zustand bleibt unbegrenzt bestehen, sogar
wenn die angelegte Spannung und der Strom abgeschaltet sind, bis eine Rückstellung zu einem hochohmigen Zustand erfolgt,
indem ein hoher Strom kurzzeitig als Rückstellstromimpuls (z.B. 1 Impuls von 150 mill.amp. für 10 Mikrosekunden) durchgeschickt
wird. Es hat sich gezeigt, daß der Setzstromimpuls nur auf einen schmalen Fadenpfad von im allgemeinen kleiner
5-10 Micrometer fließt, der der einzige Teil des amorphen
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Films ist, der sich in einen geordneteren oder kristallischen
niederohmigen Zustand umwandlet. Der Rest des Körpers aus Speicher-Halbleitermaterial verbleibt in seinem von
Anfang an hochohmigen, amorphen Zustand.
Bei einem Lesevorgang auf der Speicher-Matrix für die Bestimmung, ob sich eine Speichervorrichtung an einem bestimmten
Kreuzungspunkt in einem niederohmigen oder hochohmigen
Zustand befindet, wird eine unter dem Schwellen- ■ spannungswert liegende Spannung an die dazu gehörenden X-und{Y-Achsenleiter
gegeben ,welche nicht ausreicht, die Speicherschaltvorrichtung von einem hochohmigen Zustand in einen
niederohmigen Zustand zu triggern, und welche eine Polarität aufweist,die den Stromfluß in Richtung niederer Impedanz
des dazugehörenden, isolierenden Elementes leitet, wobei dann die resultierenden Strom- oder Spannungsbedingungen
festgestellt werden.
Offensichtlich ist die Zuverlässigkeit von Speicher -Matrigen,
in denen Inf©rmationen gespeichert werden, bei Rechnern und
dergleichen von weittragender Wichtigkeit und manche Absatzbeschränkungen
mußten bis jetzt wegen der Schwellenerniedrigung der Vorrichtung hingenommen werden, die manchmal
nach einer verhältnismäßig Keinen Anzahl von Betriebszyklen der Matrix und manchmal nach längerer Anwendung au.ftrat.
Seitens des Erfinder ist festgestellt worden,daß das kurzzeitige
Versagen vieler dieser Matrixen aufgrund eines Schadens in den Speichervorrichtungen an den gebräuchlichen
Refraktor-Metallelektroden auftrat, die elektrisch das Speicher-Halbleitermaterial
mit den X- oder Y-Achsenleitern verbinden, die an der Oberseite der Speicher-Halbleiterfilme
an den Kreuzungspunkten der Matrix aufgetragen sind. Diese X- oder Y-Achsenleiter sind gewöhnlich Aluminiumauflagen und
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die Elektroden, die zwischen den Aluminiumleitern und
dem Speicher-Halbleitermaterial liegen, sind üblicherweise amorphe Molybdänfilme, welche u.a. eine Wanderung des Aluminiums in das Speicher-Halbleitermaterial vermeiden sollen, wenn die an die aufgetragenen Filme der X- oder Y-Achsenleiter .abgelegte Spannung positiv gegenüber dem X- oder Y- Leitern ist, vobei jene integriert in das Siliciumscheibchen-Substrat eingebaut sind.
dem Speicher-Halbleitermaterial liegen, sind üblicherweise amorphe Molybdänfilme, welche u.a. eine Wanderung des Aluminiums in das Speicher-Halbleitermaterial vermeiden sollen, wenn die an die aufgetragenen Filme der X- oder Y-Achsenleiter .abgelegte Spannung positiv gegenüber dem X- oder Y- Leitern ist, vobei jene integriert in das Siliciumscheibchen-Substrat eingebaut sind.
Es wurde außerdem festgestellt, daß mit vielen Wiederholungen von Setζ-Rück-Zyklen die Schwellenspannungsr
Charakteristiken der Speichervorrichtung nach und nach abnehmen. Wenn beispielsweise die Dicke des Speicher-Halbleiterfilms bei der anfänglichen Herstellung der
Matrix eine Schwellenspannung von 14 Volt bei Raumtemperatur ( 250C) vorsah und den üblichen Prüfungen unterzogen wurde, bei denen die Speichervorrichtung etwa
20-30 Setz-Rückstell-Zyklen ausgesetzt war, so kann bei der darauffolgenden Anwendung mit mehreren hundert oder tausend von Setz-Zyklen der Schwellenspannungswert weiter nach und nach abnehmen, bis auf einen Punkt bei oder
unter 8 YoIt. Diese Schwellenabnahme stellt ein ernsthaftes Problem dar, wenn die lesespannung über einen abgefallenen Schwellungsspannungswert hinausgeht,da dann diese Lesespannung alle nicht gesetzten Speichervorrichtungen,an denen die Spannung anliegt, setzen oder triggern wird und damit die in der Matrix gespeicherte Binärinformation zerstört. Eine typische, bei Matrizen der
Anmelderfirma (Energy Conversion Devices, Inc.) verwendete Lesespannung liegt in der Nähe von 5 Volt und die dabei verwendete Setz-Spannung liegt bei etwa 25 Volt. Auf den ersten Blick mag es erscheinen, daß die beschrie-
Charakteristiken der Speichervorrichtung nach und nach abnehmen. Wenn beispielsweise die Dicke des Speicher-Halbleiterfilms bei der anfänglichen Herstellung der
Matrix eine Schwellenspannung von 14 Volt bei Raumtemperatur ( 250C) vorsah und den üblichen Prüfungen unterzogen wurde, bei denen die Speichervorrichtung etwa
20-30 Setz-Rückstell-Zyklen ausgesetzt war, so kann bei der darauffolgenden Anwendung mit mehreren hundert oder tausend von Setz-Zyklen der Schwellenspannungswert weiter nach und nach abnehmen, bis auf einen Punkt bei oder
unter 8 YoIt. Diese Schwellenabnahme stellt ein ernsthaftes Problem dar, wenn die lesespannung über einen abgefallenen Schwellungsspannungswert hinausgeht,da dann diese Lesespannung alle nicht gesetzten Speichervorrichtungen,an denen die Spannung anliegt, setzen oder triggern wird und damit die in der Matrix gespeicherte Binärinformation zerstört. Eine typische, bei Matrizen der
Anmelderfirma (Energy Conversion Devices, Inc.) verwendete Lesespannung liegt in der Nähe von 5 Volt und die dabei verwendete Setz-Spannung liegt bei etwa 25 Volt. Auf den ersten Blick mag es erscheinen, daß die beschrie-
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bene Schwellenabnahme nicht zu einem Problem werden würde, indem die Schwellenspannungswerte des Films die
5 "Volt erreichten (oder wie groß auch immer der Pegel
der Lesespannungen incl. der Toleranzen sein mag). Eine
Speichervorrichtung mit einer gegebenen Anfangs-Schwellenspannung bei Raumtemperatur wird jedoch eine im wesentlichen niedrigere Anfangs-Schwellenspannung bei wesentlich
höherer Umgebungstemperatur haben, so daß beispielsweise eine Speichervorrichtung mit einer Schwellenspannung von
8 Volt bei Raumtemperatur eine Schwellenspannung von 5
Volt bei einerUmgebungstemperatur von 1000C haben kann.
Eine Schwellenabnahme kann somit besonders bedeutsam für Geräte sein, die bei hohen Umgebungstemperaturen betrieben
v/erden sollen, oder die Betriebsdaten haben, welche eine verläßliche Arbeitsweise dabei gewährleisten.(Es sollte
auch angemerkt werden, daß die Schwellenspannungen bei Abnahme der Umgebungstemperatur zunehmen, äo daß ein Speicher-
Halbleiterfilm in seiner Dicke durch die in einem gegebenen System verwendeten Standard-Setzspannungen begrenzt
ist.) Auf jeden Fall ist es offenbar wichtig, daß die Speichervorrichtungen der Speicher-Maiaizren eine tatsächlich
stabilisierte Schwellenspannung für ein gegebenes Bezugsnormal oder für Raumtemperatur haben müssen,
so daß die Zuverlässigkeit der Matrix innerhalb einer langen Lebensdauer bei weitgesteckten Temperaturbereichen von
0 - 100 0G gewährleistet werden kann.
Die Merkmale vorliegender Erfindung sind insbesondere bei
Speicher-Halbleitervorrichtungen nützlich, die auf Tellur' basierende Chslkogenid-Glasmaterialien verwenden,die die
allgemeine Formel haben:
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wobei:
A = 5 bis 60 Atomprozent
B = 30 bis 95 Atomprozent
B = 30 bis 95 Atomprozent
C = O bis 10 Atomprozent, wenn X Antimon (Sb)
oder bismuth (Bi) ist
oder C=O bis 40 Atomprozent,wenn X Arsen (As) ist
D=O bis 10 Atomprozent,wenn Y Schwefel (S) ist oder D=O bis 20 Atoraprozent*wenn Y Selen (Se) ist
Beim Testen solcher Vorrichtungen wurde festgestellt, das nach zehn oder hunderttausend von Setz-Rückstell-Zyklen
die Schwellenspannungen in Plateaus flach auslaufen, welche den Dicken der verwendeten Halbleiterfilme proportional
sind. Wenn beispielsweise das Speichermaterial die Zusammensetzung Ge^t-Teg-iSbpSp besitzt, hat bei einem Speicher-Halbleiterfilm
ν,οη etwa 3,5 Mikrometer Dicke eine stabilisierte Schwellenspannung einen Wert von 12 bis 13
Volt' bei Raumtemperatur und bei ein· m Speicher-Halbleiterfilm von etwa 2 Mikrometern einen Wert von etwa 8 Volt bei
Raumtemperatur. Es wurde dabei angenommen, daß dieses Plateau bei der Kurve der Schwellenspannung gegenüber der Zahl
der Setz-Rückstell-Zyklen für die Speicher-Halbleitervorrichtungen
die Folge eines Gleichgewichts zwischen der Wanderung während des Rückstellstromflusses durch den oben erwähnten,
kristallinen, fadenförmigen Weg (der hauptsächlich kristallines Tellur ist) des verhältnismäßig elektronegativen
Tellurs zur positiven Elektrode und des elektropositiven Germaniums zur negativen Elektrode und dem Massentransport
oder der Diffusion derselben in entgegengesetzter Richtung während und bei. der Beendigung des Rückstell-
■ist
stromes/ Der Rückstellstrom wandelt den kristallinen Tellur-Pfad in einen ursprünglichen amorphen Zustand des Tellurs,
Germaniums und der anderen Elemente der Zusammensetzung
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zurück oder vernichtet diesen Zustand, obgleich manche
Kristallite des Tellurs an einigen weit voneinander getrennten Punkten des ursprünglichen fadenförmigen Pfades
verbleiben können. Somit veranlaßt die Elektrowanderung
das relativ elektronegative. Element (beispielsweise Tellur^
eine permanent kristalline, hochleitfähige Anlagerung an der positiven Elektrode und das relativ elektropositive
Germanium eine verhältnismäßig leitfähige Anlagerung an
der negativen Elektrode aufzubauen, wobei diese Anlagerungen bei Beendigung des Ruckste11-Stromflusses nicht zerstört
werden. Diese Ansammlung am Tellur an der positiven Elektrode und an Germanium an der negativen Elektrode
vermindert in Wirklichkeit die Dicke der amorphen, hochr
ohmigen Zusammensetzung aus Tellur, Germanium und anderen Elementen zwichen der Ansammlung dieser Anlagerungen.
Wie schon vermerkt worden ist, ist die Sammlung dieser
Elemente an der positiven und negativen Elektrode nach
Rückstellung des Speicher-Halbleitermaterials entgegengesetzt, und zwar durch die Fusion der Materialien in der
entgegengesetzten Richtung zur Elektrowanderung, um eine progressive Abnahme des Konzentrationsgradienten dieser
Elemente hervorzurufen. Der Aufbau der Tellur- und Germaniumanlagerungen
hört auf, sobald ein Gleichgewicht zwischen Elektrowanderung der Elemente in einer Richtung
und ihrer Diffusion in anderer Richtung erreicht ist. Die Abnahme der Schwellenspannung erfolgt nicht,wenn diese
im allgemeinen zweiseitigen Speichervorrichtungen mit Rückstellimpulsen betrieben werden,welche in ihrer Polarität alternieren, weil dann keine ordentliche Wanderung
der Elemente vorliegt, welche bei den sehr unterschiedlichen Gleichspannungs-Rückstellbedingungen einen Aufbau bezwecken.
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Das beschriebene Problem der Schwellenabnahme tritt auch
bei Speicher-Halbleitervorrichtungen auf,die kristalline
Fäden in ihrem niederohmigen Zustand haben und andere Zusammensetzungen aufweisen, als in der obigen Formel enthalten sind. Die oben erwähnte Schwellenabnahme wird jedoch bei gleichspannungsbetriebenen, nichtspeichernden
Schwellenvorrichtungen wie sie in der US-PS 3,271,591 beschrieben sind (mechanische Vorrichtungen) nicht beobachtet, wo eine Rückstellung der Vorrichtungen durch ein Erniedrigen des Stromes unter einen gegebenen Haltestromwert erreicht wird. Bei den sehr mäßigen Strombedingungen während des Lesens oder des Setzens von nichtspeichernden Schwellenvorrichtungen oder Speichervorrichtungen kann
nicht angenommen werden können, daß irgendeine bedeutende Elektrowanderung auftritt, (beispielsweise sind typische
Rückstellströme von Speichervorrichtungen etwa 150 Milliampere, wogegen typische Lese- und Setzströme für diese
Vorrichtungen und nichtspeichernde Schwellenvorrichtungen gut unter 10 Milliampere liegen). Das oben erwähnte Kurzzeit- Versagen von Speichervorrichtungen ,,bei deeen die
Elektroden-Halbleiterzwischenzone zerstört ist, kann auch als Folge der Anwesenheit von hohen Rückstellströmen angesehen werden, die auf den fadenförmigen Pfaden fließen,
welohe eine Breite/von weniger als 10 Mikrometer haben und bei Speicher-Halbleitervorrichtungen mit einer Padenpfad-Ausbildung ausgebildet sind.
bei Speicher-Halbleitervorrichtungen auf,die kristalline
Fäden in ihrem niederohmigen Zustand haben und andere Zusammensetzungen aufweisen, als in der obigen Formel enthalten sind. Die oben erwähnte Schwellenabnahme wird jedoch bei gleichspannungsbetriebenen, nichtspeichernden
Schwellenvorrichtungen wie sie in der US-PS 3,271,591 beschrieben sind (mechanische Vorrichtungen) nicht beobachtet, wo eine Rückstellung der Vorrichtungen durch ein Erniedrigen des Stromes unter einen gegebenen Haltestromwert erreicht wird. Bei den sehr mäßigen Strombedingungen während des Lesens oder des Setzens von nichtspeichernden Schwellenvorrichtungen oder Speichervorrichtungen kann
nicht angenommen werden können, daß irgendeine bedeutende Elektrowanderung auftritt, (beispielsweise sind typische
Rückstellströme von Speichervorrichtungen etwa 150 Milliampere, wogegen typische Lese- und Setzströme für diese
Vorrichtungen und nichtspeichernde Schwellenvorrichtungen gut unter 10 Milliampere liegen). Das oben erwähnte Kurzzeit- Versagen von Speichervorrichtungen ,,bei deeen die
Elektroden-Halbleiterzwischenzone zerstört ist, kann auch als Folge der Anwesenheit von hohen Rückstellströmen angesehen werden, die auf den fadenförmigen Pfaden fließen,
welohe eine Breite/von weniger als 10 Mikrometer haben und bei Speicher-Halbleitervorrichtungen mit einer Padenpfad-Ausbildung ausgebildet sind.
Gemäß einte Merkmals der Erfindung wird vorgeschlagen, daß
die Stabilisierung der Schwellenspannung einer Speichervorrichtung
mit fadenförmigem Pfad nach einer verhältnismäßig kleinen Anzahl von Setz- und Rückstell-Zyklen erreicht werden
kann, wenn während der Herstellung dieser Vorrichtungen
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zumindest an einer der Elektroden eine Elektroden-Halbleiterzwischenzone
mit einer wesentlichen Anreicherung (d.h. einer hohen Konzentration) eines Elementes
vorgesehen wird, das im übrigen während eines Rückstell— Stromflusses durch den Halbleitermaterial-Paden, der zurückgestellt
wird, zu der Elektrode wandern würde. Bei dem Beispiel einer Germanium-Tellur-Speicherhalbleiterzusammensetzung
wird somit eine-"Tellur-Zone von viel höherer Konzentration
gebildet, als in der amorphen Zusammensetzung des Halbleitermaterials an der positiven Elektrode zumindest
an dem Punkt vorhanden ist, an dem der kristalline Tellur-Padenpfad des Halbleitermaterials endet. Es kann
dabei angenommen werden, daß ein.solches Elekircden-Halbleitermaterial
mit einer durch ein Element angereicherten Zwischenzone eine Elektrowanderung während des Rückstellstromflusses
vermindert oder beendet und daß eine Diffusion des angereicherten Elements zur Herstellung eines stabilisierten
Gleichgewichtszustandes bald nach verhältnismäßig wenigen Setz-Rtickstell-Zyklen erfolgt. Überraschenderweise
wurde auch festgestellt, daß diese schnelle Schwellenstabilisierung sogar dann erfolgt, wenn beide Elektroden mit
dem gleichen Element angereichert sind. Keine Schwellenstabilisierung liegt jedoch vor, wenn nur einer der Endpunkte
des dünnen Pfades, an dem ein Rückstellstrom ankommt, durch das Element angereichert ist, das nicht so wandert,
wie beispielsweise durch Anreicherung der 'Zone des Halbleitermaterials neben der positiven Elektrode mit Germanium
bei der diesbezüglichen Halbleiterzusammensetzung.
Gemäß der Erfindung kann die Stabilisierung der Schwellenspannung auf einen gewünschten Wert während der Herstellung
der Vorrichtung auf einem Matrix-Substrat oder auf einer anderen Trägerschicht beispielsweise dadurch erreiotit werden,
daß eine gewünschte Menge an Tellur auf die Fläche
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des Halbleitermaterials zerstäubt aufgetragen wird, auf der die positive Elektrode anschließend angelegt v/erden
soll, und daß nach. Vollendung der Torrichtung diese
durch geeignete Setz- und Rückstellimpulse abwechselnd
gesetzt und rückgestält wird. In einem Beispiel mit einem 0,7 Mikrometer dicken, durch Zerstäubung aufgetragenen
Film von kristallinem Tellur auf eine 1,5 Mikrometer dicken Schicht der oben als Beispiel gegebenen Zusammensetzung
konnte eine wesentliche Stabilisierung der Schwellenspannung bei 11,5 Volt bei etwa 10 Setz-Rückstell-Zyklen
erreicht werden, wobei das Setzsignal ein einziger, oben abgeflachter Stromimpuls mit einer Breite von 10 Millisekunden
und einer Höhe von 7,5 Milliampere war ( 1 Millisekunde Anstiegszeit und 5 Millisekunden Abfallzeit) und
jedes Rtickstellsignal eine Folge von 8 Impulsen mit einer Breite von 6 Mikrosekunden und einer Höhe von 150 Milliampere
war, welche jeweils 100 Mikrosekunden voneinander getrennt waren. ( die Rückstellstromimpulse konnten von
einer Konstantstromquelle bezogen werden.) Die Wiederholungsrate der Setz-Rückstell-Zyklen betrug 20 Zyklen pro Sekunde
nach den ersten hundert Zyklen.
Die Elektrode, an die positive Setz- und Rückstellsignale gegeben worden sind, wies bis jetzt eine äußere Schicht aus
Aluminium und einerinnere Schicht aus einen eine Sperrschicht bildenden Material auf, das im allgemeinen ein
Refraktormetall wie amorphes Molybdän war, das eine Wanderung des AluminiumspLn das Speicher- Halbleitermaterial
verhinderte (eine Wanderung würde die elektrischen Qualitäten des Gegenstandes dadurch zerstören, daß dieser kontinuierlich
leitfähig gemacht werden würde).Die bei dem gegebenen Beispiel mit Tellur angereicherte Zone lag neben
einer inneren Molybdän-Elektrodenschicht, durch die vorher
der geeignete ηiederohmige Kontakt zwferhen dem Aluminium
und dem Speicher-Halbleitermaterial vorgesehen wurde.
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Wenn auch ein solches Ergebnis weder beabsichtigt noch.
erwartet worden war, so hat doch die Verwendung der obengenannten,
mit einem Element angereicherten Elektroden-Halbleiterzwischenzone im wesentlichen eine Erniedrigung des
Kontaktwiderstandes und daher der "Durch"-Lesespannung
bewirkt und es wurde die Variation bei den "Durchlaß"-Lesespannungen
zwischen angeblich identisch gefertigten Speichervorrichtungen vermindert, (und ebenso wurde im
wesentlichen die Variation von Zyklus zu Zyklus bei der Lesespannung der gleichen Vorrichtung vermindert), wenn
sich die angereicherte Zone im wesentlichen über die gesamte Fläche des Speicher-Halbleitermaterials erstreckte.
Außerdem enthielten die Spannungsmeaaingen während des
Lesevorgangs und während der Anwendung von Setzimpulsen weniger Rauschkomponenten bei der Verwendung der mit dem
Element angereicherten Zone.
Bei einer Anwendung der Erfindung an Speichervorrichtungen
der Sandwich-Art, welche beispielsweise integriert in einem Silicium-Plättchen eingebaut sind ( bei denen die Speichervorrichtung
vertikal aufgestapelte Schichten der Elektrode und der Speicher-Halbleiterjbildenden Materialien aufweist),
kann die Erfindung am zweckmäßigsten dadurch ausgeführt
werden, daß die Tellur-angereicherte Zone an der äußersten Fläche des Speicher-Halbleitermaterials vorgesehen wird,
welche am nähesten zu der außen aufgetragenen Elektrode liegt. Die Anwendung einer angereicherten Zone an der inneren Fläche des Speicher-Halbleitermaterials schafft einen
weiteren Herstellungssohritt, womit Kurzsohlußprobleme vermieden
werden sollen, aus Gründen, die später noch erläutert
werden.
Wenn bisher bei verschiedenen Arten von Halbleitervorrichtungen Tellur-Kontaktschichten verwendet worden sind,
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so gab es doch bei solchen Verwendungen Umgebungen, die
sich von der bei der Erfindung iia vielem unterscheiden,
so daß bei gleichspannungsbetriebenen Speichervorrichtungen mit fadenförmigen Pfad keine lehre der Verwendung von mit
Tellur angereicherten.Zonen von ausreichender Konzentration oder Dicke gegeben war, um eine rasche Schwellenstabilisierung
zu bewirken, sowie bei Vorrichtungen,die niederohmige
Kontakt-Elektroden haben. Beispiele der früheren Verwendung von Tellur-Elektrodenschichten für Halbleitervorrichtungen
geben die US-PS en 3.271,591; 2,869,057; 2,822,299; 2,822,298;3,480,843 und 3,432.729. Bei diesen
bekannten Verwendungen von Tellur als Elektroden wird deutlich, daß Tellur als aktives Element einer Vorrichtung
dient, beispielsweise als Schicht eines pn-Überganges,
oder als Elektroden, die analog zu den eine Sperrschicht bildenden Molybdän-Elektroden sind. Demgegenüber sollte
wiederholt werden, daß die iellurangereicherten Zonen gemäß der Erfindung hauptsächlich bei Vorrichtungen verwendet
werden, die mit Gleichspannungssignalen betrieben werdein und dünne Pfade aufweisen, um in erster Linie eine Schwellenspannungsstabilisierung
vorzusehen, und zwar häufig mit den eine Sperrschicht bildenden Elektroden wie Molybdän.
Bezüglich des Kurzzeit-Versagens der Speicher-Halbleitervorriohtungen,
die in den beschriebenen Matri_gen verwendet werden, ergab die Untersuchung der Fehler-Gründe, daß neben
den ursprünglichen Beanspruchungen in der Schicht große Beanspruchungen auf die Molybdän-Schicht durch die Wärme ausgeübt
werden, welche aufgrund der großen Rückstell-S-fcröme
entwickelt wird, welche durch den kleinen, fadenförmigen Pfad fließen. Diese entstehenden Beanspruchungen veranlas-
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sen die Molybdänschicht,sich auszubauchen und/oder zu
springen , wobei die Schicht ihren guten Kontakt mit dem Halbleitermaterial verliert, Diese Beanspruchungen werden
durch "Verwendung von schon von Anfang an nahezu belastungsfreie
Molybdänschichten vermindert, zumal wenn Aluminium
oder andere, sehr leitfähige Metallschichten zur Bildung einer guten Wärmesenkung verwendet werden. Molybdänschichten
können in einem im wesentlichen belastungsfreien Zustandjaufgetragen
werden, wenn sie als sehr dünne Filme abgelagert
werden, beispielsweise von 0,15 Mikrometer oder weniger (wogegen für ideale sperrschichtbildende Punktionen
Schichten von 0,23 Mikrometer und mehr als typisch bisher verwendet worden sind). Es ist schwierig, Molybdän in einer
aolchen größeren Dicke aufzutragen, ohne daß von Anfang an
hohe Beanspruchungen in dem Molybdän hervorgerufen werden, und zwar aufgrund seines niedrigen Ausdehnungskoeffizienten
im Vergleich zu den Materialien, an die es anhaftet.
Wenn&uch Aluminiumdicken von 1-1,5 Mikrometer für Speichervorrichtungen
typisch sind, so sind jedoch Dicken von 1,75 Mikrometer und vorzugsweise von 2,0 Mikrometer am
zweckmäßigsten, um ein Brechen oder Ausbauchen des Molybdäns (oder eines anderen Refraktormetalls) als Sperrschicht bildende
Elektrode zu vermeiden. Wenn auch die oben erwähnten Dicken einer Aluminium-Elektrodenschicht bereits erwähnt
worden sind (US-Ps 3.699.543), so/rird dabei keine Lehre
der Wichtigkeit der Kombination von beanspruchungsfreiem
Molybdän als innere, eine Sperrschicht bildende Elektrodenschicht
(welche ein dicker Film sein könnte, wenn es Wege gäbe,einen nach Wunsch dicken, jedoch beanspruchungsfreien.
Film auftragen zu können) mit einer unüblich dicken, äußeren Elektrodenschicht gegeben.
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-H-
Auf der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt, und zwar:
Fig. 1; Eine typische, grundlegende Form einer Speichervorrichtung
die einen fadenförmigen Strompfad bildet, deren Elektroden an einen Schaltkreis für Setz-, Rückstell-
und Lesespannungen angeschlossen sind, wobei außerdem der
fadenförmige Pfad in dem Halbleitermaterial der Speichervorrichtung dargestellt ist, auf dem bei seinem niederohmigen
Zustand ein Strom fließt;
Fig. 2A und 2B; Verschiedene Spannungen und die sich ergebenden
Stromfluß-Bedingungen der Speichervorrichtung nach Fig. 1, wobei der Setz ,-,Rückstell- und niederohmige lesebetrieb
der Speichervorrichtung dargestellt ist.
Fig. 5 und 4: Spannungs-Strom-Charakteriatiken der Speichervorrichtung
nach Fig. 1 in ihrem hoch- bzw. niederohmigen
Zustand;
Fig.5i Kurven, die die Veränderung der Schwellenspannung
von einer ursprünglich hergestellten Speichervorrichtung für verschiedene Dicken des Speicher-Halbleitermaterials
solcher Vorrichtungen darstellen,wenn die Anzahl der Setz-Rückstell-Zyklen
in der Zahl zunehmen, wobei die Kurven das Problem fler Schwellenabnahme darstellen, das die Erfindung
behandelt;
Fig. 6: Eine Speichervorrichtung gemäß Fig. 1 , bei der
das Substrat ein Silicium-Scheibchen ist und die Vorrichtung
einen Teil einer x-y-Speicher-Matrix bildet, die verschiedene Schaltelemente und Spannungsquellen zum
Setzen, Rückstellen und lesen der Widerstandsbedingungen einer ausgewählten Speichervorrichtung der Matrix einschließt;
und
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Fig. 7: Kurven, welche den Effekt des Vorhandenseins
oder des Fehlens von der mit Tellur angereicherten Zwischenzone zwischen der positiven oder negativen Elektrode
und dem aktiven Halbleitermaterial einer Speichervorrichtung auf die Veränderung der Schwellenspannung einer
neugefertigten Speichervorrichtung aufgrund der Anzahl der Setz-Rückstell-Zyklen darstellen.
In der Fig. 1 ist nun im einzelnen ein Teilausschnitt
einer fadenstromwegbildenden Speichervorrichtung dargestellt, die allgemein mit dem Bezugszeichen 1 versehen
ist. Nach dem bisher gewohnten Aufbau war eine Speichervorrichtung dieser Art im allgemeinen aus einer Reihe von
sich überlagernden, aufgesprühten Filmen gebildet, die auf einem Substrat 2 abgelagert wurden, das bei einer Speicher-Matrix
der bloßgelegte Teil eines Siliciumplättchens und im Falle von einzelnen Vorrichtungen höchstwahrscheinlich
ein Schichtträger aus einem geeigneten Isolations- ' material war. Als erster Schichtüberzug auf den Schichtträger
2 ist eine Elektrode 4 aufgetragen, auf die vorzugsweise eine aktive Speicher-Halbleitermaterialschicht 6 abgelagert
ist. Die Zwischenschicht zwischen der Elektrode 4 und der Speicher-Halbleiterschicht 6 bildet einen ohmschen
Kontakt (und nicht eine Gleichrichtung oder einen Kontakt, der im allgemeinen bei pn-Ubergängen auftritt). Die Speicher-Halbleiterschicht
6 ist, wie oben ausgeführt, in den meisten Fällen vorzugsweise aufeinem Chalkogeniden-Ma—
terial gebildet, dessen Hauptelemente Tellur und Germanium sind, wobei jedoch die tätsächliche Zusammensetzung des
Speicher-Halbleitermaterials, das für die Speicher-Halbleiterschicht
6 zweckmäßig ist, in einem weiten Bereich gemäß der Lehre der Erfindung variieren kann.
Vorzugsweise durch Zerstäubung ist auf. die Speicher-Halbleiterschicht
6 eine äußere Elektrode aufgetragen, die allgemein das Bezugszeichen 8 trägt. Die äußere Elektrode 8 besteht
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im wesentlichen aus einer inneren, eine Grenzschicht bildenden Schicht 8a aus einem einen ohmschen Eontakt
bildenden, schwerschmelzbaren Metall wie Molybdän, vorzugsweise amorphes Molybdsb, das auf die Speicher-Halbleiterschicht
6 durch Zerstäubung abgelagert ist, sowie eine äußere Schicht 8b mit.höherer Leitfähigkeit aus Aluminium
oder einem anderen höchstleitfähigem Metall wie beispielsweise Kupfer, Gold oder Silber. Wenn die in Pig. 1 dargestellte
äußere Elektrode 8 positiv im Bezug auf die innere Elektrode 4 ist , würde ohne die eine Grenzschicht bildende
Schicht 8a eine Wanderung des Aluminiums oder des anderen sehr leitfähigen Metalls erfolgen, wodurch jene permanent
leitfähig gemacht und die gewünschten elektrischen Schalt-Charakteristiken zerstört werden würden.
Eine Leitung verbindet die äußere Elektrodenschicht 8b .
mit einem Schaltkreis 12, der wahlweise die positive. Klemme einer Setzspannung-Impulsquelle 14, eina* RückBtell-Impulsquelle
16 oder einer Lesespannungs-Quelle 20 mit der äußeren Elektrode verbinden lenn. Die innere oder untere
Elektrode 4 der Speichervorrichtung 1 sowie die anderen Klemmen der verschiedenen, beschriebenen Spannungsquellen
sind alle auf Masse gelegt. In der Verbindung zwischen Schaltkreis 12 und der Setzepannungs-Quelle 14 ist ein
Strombegrenzungswiderstand 13 eingesetzt, und in der Verbindung
zwischen Schaltkreis. 12 und der positiven Klemme der Lesespannungs-Quelle 20 ist ein Spannungsteiler-Widerstand
18 vorgesehen. Die Rücksetzspannung-Impulsquelle 16 ist eine sehr niederohmige Quelle, so daß , wenn sich die
Speichervorrichtung 12 in einem niederohmigen Zustand befindet und ein Rücksetzspannungs-Impuls an die Speichervorrichtung
durch die Rücksetzspannungs-Quelle gegeben wird, ein
Rückeetz-Stromimpuls mit verhältnismäßig hoher Amplitude (beispielsweise 150 mA) durch jene fließt. (Die Rückstell-
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— Ί I —
spannung-Impulsquelle 16 kann eine konstante Stromquelle
sein).
Ausgänge der Spannungsquellen 14, 16 und 20 sind beispielsweise
in Fig. 2A dargestellt und die dabei erzeugten, beispielhaften' Ströme sind in Fig. 2B unter den entsprechenden'
Spannungsimpulsen gezeigt. Wie daraus zu sehen ist, . geht die Spannung der Setzspannungs-Quelle 14 über den Schwellenspaanungswert
der Speichervorrichtung 1 hinaus, wogegen die Amplitude des Ausgangs der Lesespannungs-Quelle 20 kleiner
sein muß, als der Schwellenspannungswert der Speichervorrichtung 1. Bei einem Setzspannungsimpuls, der fü-oteine S teilung
der Speichervorrichtung 1 von einem anfänglichen hochohmigen in einen niederohmigen Zustand wirksam sein soll, wird
eine im allgemeinen langandauernde Impulswellenform benötigt,
deren Dauer im Bereich von Millisekunden liegt, wie oben beschrieben worden ist. Ein Leseimpuls kann nach Bedarf
ein breiter oder schmaler Impuls sein. Der Rückstellimpuls ist im allgemeinen von kurzer Dauer, die eher im Bereich
der Mikrosekunden als der Millisekunden liegt, so daß er die Speichervorrichtung eben dann nicht stellen kann, wenn
seine Amplitude über dem Schwellenspannungswert der Speichervorrichtung hinausgeht. (Es wird angenommen, daß der hochohmige
Zustand der Speichervorrichtung um soviel höher liegt als irgendeine mit dieser in Reihe befindlichen Impedanz,
so daß angenommen werden kann, daß im wesentlichen die gesamte angelegte Spannung an ihr anliegt.)
In den rückgestellten Zustand der Speichervorrichtung 1
wirkt die Speicher-Halbleiterschicht 6, die durch und durch aus einem amorphen Material besteht, im wesentlichen als din
Isolator, so daß sich die Speichervorrichtung in einem sehr hochohmigen Zustand befindet. Wenn jedoch ein Setzspannungs-
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Impuls an die Elektroden 4 und 8 gelegt wird,der über
den Schwellenspannungswert der Speichervorrichtung hinausgeht, beginnt ein Strom auf einem fadenförmigen Weg 6a
in der amorphen Halbleiterschicht 6 zu fließen, wobei der Weg über seine Glasumwandlungstemperatur aufgeheizt werden
soll. Der fadenförmige Pfad 6a hat im allgeminen einen Durchmesser von kleiner 10 Mikrometer, wobeider genaue
Durchmesser von dem Wert des S-^romflusses abhängt. Der
sich aus der Anwendung der Setzspannung-Impulsquelle ergebende Strom kann unter 10 Milliampere liegen. Bei Beendigung
des Setzspannungs-Impulses, dessentwegen die Hauptaufheizung des fadenförmigen Weges 6a und des umgebenden
Materials aufgrund des relativ !langandauernden Stromimpulses
und der Natur der kristallisierbaren, amorphen Zusammensetzung der Schicht 6 (beispielsweise die beschriebene
Germanium-Tellur-Zusammensetzung) angenommen wird, kristallisiert oder kristallisieren auf dem fadenförmigen
Weg· ein oder mehrere der Zusammensetzungselemente, bei der
beispielhaften Zusammensetzung hauptsächlich Tellur. Dieses kristallisierte Material sieht einen niederohmigen Stromweg
vor, so daß bei einer darauffolgenden Anwendung der lesespannung von der Quelle 20 ein Strom durch den fadenförmigen
Weg 6a der Speichervorrichtung 1 leicht fließen wird und die an den Elektroden der Speichervorrichtung anliegende
Spannung wird ein !Faktor des relativen Wertes des Speichervorrichtungs-Widerstandes und des in Serie mit diesem
liegenden Spannungsteilerwiderstandes 18 sein.
Der hoch- oder niederohmige Zustand der Speichervorrichtungi
kann auf verschiedene Weisen bestimmt werden, entweder dadurch, das zwischen die Elektroden 8 der Speichervorrichtung
1 ein Spannungstastkreis geschaltet wird, oder daduroh, daß - wie dargestellt - ein Stromtransformator 23
oder dergl. in der von der Lesespannungsquelle 20 ausgehenden
leitung und ein Zustandslesekreis 22 zur Feststellung
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der Größe der im Transformatorausgang erzeugten Spannung vorgesehen sind. Wenn sich die Vorrichtung 1 in ihrem
eingestellten, niederohmigen Zustand "befindet, kann der Zustandslesekreis 22 eine verhältnismäßig niedrige Spant*
nung feststellen, und wenn sich die Vorrichtung 1 in ihrem zurückgestellten, hochohmigen Zustand "befindet, wird
jene eine verhältnismäßig hohe Spannung feststellen. Der
Strom, der im allgemeinen auf den fadenförmigen Pfad 6a
der Speichervorrichtung 1 während des Anliegens eines Lesespannungs-Impulses fließt, hat einen sehr mäßigen Pegel,
beispielsweise 1 Milliampere.
In Fig. 3 ist die Veränderung des Stromflusses durch die Speichervorrichtung 1 in Abhängigkeit von der Veränderung
der angelegten Spannung gezeigt, und zwar, wenn sich die Speichervorrichtung in ihrem verhältnismäßig hochohmigen
Rückstell-Zustand befindet. In Fig. 4 ist die Veränderung des Stromes in Abhängigkeit von der an den Elektroden 4 u.
8 liegenden Spannung dargestellt wenn sich die Speichervorrichtung
in ihrem verhältnismäßig niederohmigen Setz-Zustand befindet.
Wie oben erwähnt löefcvorliegende Erfindung ein Problem der
Schwellenabnahme, das wegen der wiederholten Rückstellung der Speichervorrichtung 1 auftritt. Jede Rückstellung des
fadenförmigen Plades 6a der Spelcher-Halbleiterschicht 6
von dem niederohmigen in den hochohmigen Zustand wird durch einen oder mehrere, verhältnismäßig hohe Rüokstellimpulse
bewirkt, die durch die Verbindung der Rüokstellspannungsquelle
16 in der Speichervorrichtung 1 angelegt werden. In diesem Falle kann von dem hohen Rückstellstrom angenommen
werden, daß er zumindest Teile des kristallinen, fadenförmigen Pfades 6a auf Temperaturen aufheizt, welche diesen
schmelzen und den Zustand des vorher kristallinen Elementes oder der Elemente auflösen. Bei einer schnellen Beendigung
eines Rückstellstromimpulsee, wobei die Heizeffekte minimal
sind, verfestigen sich die vorher geschmolzenen Teile des fadenförmigen Pfades zu einer amorphen Zusammensetzung der
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darin vorhandenen Elemente. Dabei ist schon von anderer
Seite festgestellt worden, daß für eine im wesentlichen vollständige Homogenisierung des Materials in dem fadenförmigen
Pfad 6a eine Folge von Ruckstellimpulsen während
jedes Rückstellvorganges in die Speichervorrichtung eingegeben werden sollte,von denen die meisten, wenn nicht alle,
von Rückstellspannungsimpulsen in einer Höhe erzeugt werden, die über den Schwellenspannungswert der Speichervorrichtung
hinausgehen.
Ist jedoch einmal in der Speichervorrichtung 1 ein kristalliner Pfad gebildet worden, so kann angenommen werden , daß
sogar nach einem im wesentlichen vollständigen Rückstellvor- §ang grundsätzlich einige weitverteilte Bereiche von kristallinem
Material in dem ursprünglichen Strompfad 6a verbleiben, welche die Vorrichtung in den Zustand bringen, daß ihr nachfolgender
Strompfad dem ursprünglich hergestellten Strompfad 6a folgen muß. Bevor aber Gleichgewichtsbedingungen während
jedes Rückstellstromflusses in dem fadenförmigen Pfad 6a hergestellt werden, wird, wie oben erwähnt, in jedem i^ll
mittels eines elektrischen Wanderungsprozesses im Falle der typischen, beschriebenen Germanium-Tellur-Halbleiterzusammensetzung eine sehr leitfähige, kristalline Tellur-Ablagerung
an der positiven Elektrode 8 und eine Ablagerung des leitfähigen Germaniims bei der negativen Elektrode 4 nach und
nach aufgebaut. Damit wird die Dicke des amorphen Teiles des rückgestellten fadenförmigen Pfades 6a vermindert, wodurch
nach und nach eine Verminderung des Schwejlenspannungswertes
der Speichervorrichtung im umgekehrten Verhältnis zur Dicke dieser Tellur- und Germaniumablagerung erreicht wird.
In Pig. 5 ist das Problem der Abnahme der Schwellenspannung vom Zeitpunkt der Herstellung der Speichervorrichtung an
-21-
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dargestellt, und zwar für verschiedene Dicken der Speicher-Halbleiterschicht
6 bei bestimmten Test-Speichervorrichtungen,
von welchen diese Kurven aufgenommen worden sind. Daraus ist die Feststellung zu entnehmen, daß die
Schwellenspannungswerte für die verschiedenen Dicken der Speicher-Halbleiterschichten sich bei verschiedenen Werten
im Verhältnis zu der Dicke der Speicher- Halbleiterschicht stabilisieren oder ausgleichen. Wie früher schon erläutert
worden ist, erfolgt diese Stabilisierung aufgrund der Diffusion von Teilen der Tellur- und Germanium-Ablagerungen
an den Elektroden 8 und 4 in dem amorphen Körper der Halbleiterschicht während und nach jedem Rückstellvorgang.
Ein Gleichgewicht erfolgt unter Umständen zwichen der elektrischen Wanderung und den Diffusionsprozessen, die den
Aufbau der Tellur- und Germanium-Ablagerungen an den Elektroden 8 und 4 beendet. Pur diesen Zustand des Gleichgewichts
wird in der Speichervorrichtung 1 .eine außerordentlich hohe Anzahl von Setz-Rückstlell-Zyklen benötigt (beispielsweise
zehntausend und hunderttausend wie Pig. 5 zeigt). Eine Abwandlung im Aufbau der Speicher^orrichtunng 1|
wie in Pig. 6 dargestellt ist^ vermindert die Anzahl der Setz-Rückstell-Zyklen,
um die Schwellenspannung bei einer verhältnismäßig kleinen Anzahl zu stabilisieren, ao daß diese
bei der Herstellung der Vorrichtung schnell und einfach erreicht werden kann. Wenn somit ein Verbraucher Speichervorrichtungen
erhält, die entsprechend der Erfindung gefertigt sind, sind die Schwellenspannungen bereits stabilisiert
und er kann sich auf die spezifizierten Schwellenspannungswerte der Vorrichtungen für die Referenztemperaturen
verlassen.
In Pig. 6 ist eine gesamte/Öpeichervorrichtung 1 '. gezeigt,
die auf einem Siliciumplättchen als Substrat integriert
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aufgebracht ist, das allgemein mit dem Bezugszeichen 2' versehen ist. (Die verschiedenen entsprechenden Teile der
Speichervorrichtung 1 ' und der vorher "beschriebenen Speichervorrichtung
1 sind durch entsprechende Bezugszeichen versehen, denen ein (') zugefügt ist). Die Speichervorrichtung
1 ' kann einen Teil einer x-y-SpeicherrMatrix bilden,
wie sie beispielsweise in den US-Patent 3,699,543 beschrieben ist. In diesem Pail werden die x- oder y-Achsenleiter
in dem Körper des Siliciumsubstrats 21 gebildet.
Einer dieser x- oder y-Achsenleiter wird durch eine n+-Zone 26 in dem Substrat 21 dargestellt, die unmittlebar
unter einer n-Zone 28 liegt, welche wiederum unmittelbar unter einer p-Zone 30 angeordnet ist. Die p-
und n-Zonen 30 bzw. 28 des Siliuitn^lattchens 21 bilden einen
Gleichrichter, der zusammen mit der Speichervorrichtung 1' zwischen einem der Kreuzungspunkte der x-y-Matrix angeschlossen
ist. Mr den Stromfluß eines solchen Gleichri'chters ist es notwendig, daß die äußere Elektrode 8'
der Speichervorrichtung 1' die positive Elektrode ist.
Auf das Siliciumplättchen 2' ist im allgemeinen ein Mim
2a1 eines isolierenden Materials aufgetragen, beispielsweise
Siliciumdioxyd. Dieser Siliciumdioxyd-Film besitzt
öffnungen 24, von denen jede anfänglich das Halbleitermaterial des Siliciumplättchens freigibt, oberhalb dem eine.
Speichervorrichtung 1' liegen soll. Eine geeignete Elektrodenschicht
4' wird selektiv auf jedem freigelegtem Teil d. Silioium^plättchens aufgebracht, wobei diese Schicht aus
einer Palladium-Silicium-Verbindung oder aus einem anderen geeigneten, elektrodenbildenden Material sein kann. Die
Speicher-Halbleiterschicht 6' der Speichervorrichtung 11
ist vorzugsweise über dem gesamten Isolierfilm 2a1 mittels
Aufdampfung oder Zerstäubung aufgetragen und sie wird durch eine Photomaske derart abgeäzt, daß getrennte Bereiche von
ihr oberhalb der Auseparungen 24 'in dem Isolierfilm bleiben,
wobei sich das Speicher-Halbleitermaterial in die
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Aussparungen 24 hinein erstreckt.
Gemäß dem äußerst wichtigen Merkmal -vorliegender Erfindung
kann die Schwellenstabilisierung bei einer relativ kleinen Zahl von Setz-Rückstell-Zyklen dadurch erhalten
werden, daß in der Zwischenzone zwischen der hochschmelzenden, metallischen, eine Sperrschicht bildenden
Elektrodenschicht 8a1 und der Speicher-Halbleiterschicht 6'
eine mit dem Element, angereicherte Zone gebildet wird, das
normalerweise zu der benachbarten Elektrode wandern würde, und zwar bei der Tellur- Germanium-Zusammensetzung einen
mit Tellur angereicherten Bereich. Mit da? mit Tellur angereicherten
Zone ist das Tellur gemeint, das in einer viel größeren Konzentration vorliegt, als solches Tellur, das
in der Halbleiterzusammensetzung gefunden wird. Dies kann am besten dadurch erreicht werden, daß eine Schicht 32 aus
kristallinem Tellur mittels Zerstäubung auf die gesamte äußere Fläche der Speicher-Halbleiterschicht 6'abgelagert
wird. Auf diese Tellur-Schicht 32 werden die trennschichtbildende,
hochschmelzende Metallschicht 8a1 und die äußere hochleitfähige Metallelektrodenschicht 8b' abgelagert.
Bei der Anwednung einer Tellur-Schicht von ausreichender Dicke (eine 0,7 Mikrometer dicke Schicht aus Tellur ist
in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung ausreichend gewesen, bei dem die/Opeicher-Halbleiterschicht 6' 1,5 Mikrometer
betrug), kann die Schwellenspannung gegenüber der Anzahl der Setz-Rückstell-Zyklen in einer Kurve aufgetragen
werden, wie in Figur 7 mit der Kurve 34 gezeigt ist. Dazu muß betont werden, daß ein wesentliches Gleichgewicht
bei dem Schwellenspannungswert nach nahezu 10 Setz-Rückstell-Zyklen erreicht wird. Im Vergleich dazu, zeigt die
Kurve 36 eine minderwertige Abnahmekurve des Schwellenspannungswertes, wenn die Tellurschicht 32 fehlt, und die
Kurve 38 die schlechte Schwellen- Abnahmekurve, wenn die
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Tellur-Schicht 32 nur an einer negativen und nicht an einer positiven Elektrode liegt.
Wenn eine tellurangereicherte Zone gegenüber positiver und negativer Elektrode angewendet wird, werden die Vorteile
der Erfindung auch noch erreicht, da eine angereicherte Zone zumindest an einer der Elektroden des Elementes
liegt, das normalerweise wander würde. Es ist jedoch noch nicht bekannt, ob die Gründe für eine Schwellenstabilisierung
in diesem Fall die gleichen sind, wie wenn die Tellur-Schicht nur gegenüber der positiven Elektrode
abgelagert ist. Im Zusammenhang mit vorliegender Technologie ist jedoch bei der Herstellung ein weiterer Schritt
nötig, Uni - eine "Sellurangereicherte Zone oberhalb der
inneren Elektrodenschicht 4 in einer Weise vorzusehen, daß ein Kurzschluß vermieden wird. Somit ist es nötig, den Bereich
der Tellur-Ablagerung auf der Schicht 4' ausschließlich auf den Bereich der Öffnung 24 des Silizimdioxyd-Films
zu begrenzen, da, wenn solch eine Tellur-Schicht sich über den SiIJ » Juroäioxyd-Film erstreckt, die Schichten 8a'
und 8b1, die sich um die äußeren Ränder der Speicher-Halbleiterschicht
6 erstrecken, mit der aller_untersten tellurangereicherten Schicht zu einem Kurzschluß der Speicher-Halbleiterschicht
6· Kontakt haben wurden. Dies kann dadurch erreicht werden, daß eine Ätzung durch eine Photomaske
durchgeführt wird. Wenn die tellurangereicherte Zo-ηβ/frber
die Speicher-Halbleiterschicht gegeben wird, kann derselbe Ätzvorgang angewendet werden, um nach und nach
die Speicher-Halbleiter- und Tellur-Schichten abzuätzen, so daß keine getrennten Bereiche davon gegenüber jeder
Öffnung 24 verbleiben.
Wie oben dargelegt worden ist, werden die Schwellenspannungswerte offensichtlich bei einem viel höheren Wert stabilisiert,
als die Toleranz-Schwellenspannung für ein bestimmtes Speichersystem ist. Wie oben erläutert worden ist,
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wird eine Speichervorrichtung mit einer Schwelle von
8 Volt "bei Raumtemperatur eine Schwellenspannung von etwa 5 Volt in der Nähe von 100 c haben. Um in diesem
Pail einen Sicherheitsfaktor vorsehen zu können, ist es
wünschenswert, den Schwellenspannungswert der Vorrichtung an einem Punkt zu stabilisieren, der bedeutend größer
ist, als der 8 Volt Toleranz-Wert bei Raumumgebungsteraperatur.
In Pig. 7 ist festgehalten, daß die einzelne Speichervorrichtung ihre Schwellenspannung bei etwa
11 Volt stabilisiert hat, womit ein angemesseneer Sicherheitsfaktor
gegeben ist. Um eine Schwellenspannungs-Stabilisierurig eines derartigen Wertes zu erreichen, ist
eine Speicher-Halbleiterschicht 61 von geeigneter Dicke,
nötig, da der Stabilisierungspunkt eine Punktion der Speicher-Halbleiterdicken ist, wie aus Pig. 5 zu ersehen
ist.
Es sollte noch betont werden, daß die iPellurzone oder
Schicht 32 am besten auf der gesamten äußeren Fläche der Speicher-Halbleiterschicht 6'und der innren Fläche der
sperrschichtbildenden Refraktor-Metallschicht 8a' ausgebildet wird, so daß die Tellurzone an dem Ende des fadenförmigen
Pfades 6a' liegt und es bedeutungslos ist, wo sich diese ausbildet, und jene einen beträchtlich niederöhmigen
Kontakt mit der Refraktor-Metallschicht 8a1 bildet. Die
Tellurschicht erniedrigt unerwarteterweise den Gesamtwiderstand der/6peichervorrichtung 1 ' in ihren leitenden
Zustand. Sie wirkt als ein besonders gutes Material für die Stromverteilung, der von dem kleinen fadenförmigen Pfad
6a' ausgeht, und kontaktiert einen wesentlichen Teil des Refraktormetalls. Es könnte' erwartet werden, daß durch das
Hinzufügen der Tellurschicht 32 der Gesamtwiijderstand nicht
erniedrigt werden würde, da der Widerstand der Refrakrormetallschicht
8a1 noch in Reihe liegt mit der äußeren Elektrodenschicht
8b'. ·
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6 -
Ein weiterer Gesichtspunkt der ERfindung ist die Eliminierung
eines kurzzeitigen Aussetzens aufgrund eines vorangegangenen Ausdehnens oder Springens der äußeren,
sperrschichtbildeneden Refraktor-Metallschicht. Bei der Speichervorrichtung 1' wird durch die große Masse des
Substrats die Wärme leicht abgeführt, die in der Zone entstanden ist, in der der fadenförmige Pfad 6a' an der
Palladium-Silicium-Elektrode-4' endet. Wie oben erläutert
worden ist, hat man festgestellt, dass Ausbauchungen oder Sprünge der Refraktor-Metallelektrode unter den Beanspruchungen
der hohen, durch die Speichervorrichtung fließenden Rückstell-Ströme dadurch vermieden werden, daß die
Refraktor-Metallschicht unter einer verhältnismäßig beanspruchungsfreien Bedingung abgelagert wird. (Was auf einfache
Weise dadurch erreicht v/erden kann, daß ein sehr dünner Sprühfilm verwendet wird, der eine Größe von 0,15
Mikrometer oder weniger besitzt, jedenfalls als die typische Größe von 0,23 Mikrometer oder mehr ist) und daß eine
äußere Elektrodenschicht 8b1 verwendet wird, die dicker als
üblich ist, wobei diese Schicht zumindest um 1,75 Mikrometer dick sein soll, wenn als Material Aluminium dafür
verwendet wird. Wenn für die äußere Elektrodenschicht 8b' noch bessere wärmeabführende Materialien verwendet werden,
wie beispielsweise Kupfer, Gold oder Silber,so können dünnere Schichten für eine gute Wärmesenke verwendet werden.
Bei der x-y-Matrix-Ausführung der Erfindung ist die äußere
Elektrodenschicht 8b1 aus Aluminium oder dergl. von jeder
Speichervorrichtung in der Matrix mit einem Reihen- oder Zeilen-Leiter 33 verbunden, der auf der Isolationsschicht
2a1 abgelagert ist. Die n+Zonen26 des Substrats 2' bilden
einen Zeilen- oder Reihenleiter der Matrix, der in einem rechten Winkel zu den Reihen- oder Zeilen-Leiter 33 ver-
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läuft. Jeder Reihen- oder Zeilen-Leiter 33 der Matrix,
mit dem die äußere Elektroden schicht 8"b jeder Speichervorrichtung
1 verbunden ist, ist an eine Ausgangsklemme eines Schaltkreises 12 gekoppelt, die getrennte Eingänge aufweist,
welche direkt oder indirekt zu einer der entsprechenden Ausgangsklemmen der Setz-, Rückstell- und Lese-Spannungscfuellen
H, 16 und 20 verlaufen. Die anderen Klemmen dieser Spannungsquellen können mit separaten Eingängen
eines Schaltkreises 12'' verbunden sein, dessen Ausgänge
mit den verschiedenen η -Zonen 26 der Matrix verbunden sind. Die Schaltkreise 12' und 12'' verbindet
eine der ausgewählten Spannungsquellen 14,16 oder 20 mit einer ausgewählten Reihen- und Zeilen-Leitung der Matrix
um die Spannung an die Speichervorrichtung zu liefern, die an dem Kreuzungspunkt der gewählten Reihen- und Zeilen-Leiter
angeschlossen ist.
Mit der Erfindung wird somit materiell die kurzzeitige sowie langzeitige Zuverlässigkeit von Speichervorrichtungen
des Faden-Typus verbessert und sie erbringt auch bedeeutende Verbesserungen in der Nützlichkeit der Speicliervorrichtungen
der beschriebenen Art.
Es sollte noch vermerkt werden, daß zahlreiche Abwandlungen
innerhalb der bevorzugten AusfÜhrungsformen der Erfindung
durchgeführt werden können, ohne daJT· dabei vom Erfindungsgedanken
abgewichen wird.
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Claims (25)
- PA TEITTAITS PR Z CUEM^V Speichervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daP ein Paar Elektroden (4,8) in Abständen angeordnet ist, zwischen denen sich ein Körper aus im allgemeinen amorr.hen, im wesentlichen nicht leitfähigem Gyeicher-Hai bl.e'.tenne 't'erial (6) erstreckt, das aus einer Zusammensetzung von zumindest zwei Elementen hergestellt ist, wo "be Γ diese Zusammensetzung beim Anlegen eines über einen gegebenen Schwellenwert hinausgehenden Einstell-bzw. Setz-Spannungsimpulses an diese Elektroden (4,8) für eine gegebene Dauer leitfähig wird, indem ein Strom auf ein·, m fadenförmigen Pfad (6a) darin fließt, daß bei Beendigung des Setzspannungsimpulses dieser fadenförmige Pfad (6a) als kristalline, verhältnismäßig niederohmige Anlagerung von zumindest einem dsr Elemente bestehen bleibt und bei einem oder mehreren G-leichspannungs-Rückstellimpulsen einer gegebenen Amplitude und Dauer durch den fadenförmigen Pfad (6a) eine Wanderung des elektropositiveren Elements der Zusammensetzung zur negativen und des elektronegativeren Elementes zur positiven Elektrode in dem fadenförmigen Pfad erfolgen kann, daß bei Beendigung des- oder der Gleichspannungs-Rückstellimpulse (s) der Pfad in einem im wesentlichen festen, amorphen Zustand bleibt, wobei der Körper aus amorphem Speicher-Halbleitermaterial an der zu einer der benachbarten Elektroden weisenden Seite eine Elektrodenspeicher-Halbleiterzone aufweist, die eine im wesentlichen höhere Konzentration des normalerweise während der Rückstellung dorthin wandernden Elementes beinhaltet, und daß die Elektrodenspeicher-Halbleiterzwischenzone ausreichend dick ist und eine ausreichende Konzentration dieses Elementes besitzt, um einen stabilisierten Gradienten dieses Elementes durch die Rückstellzone des Speicher-Halbleitermaterials in einer höchstens kleinen Anzahl von Einstell-(Setz)-Rückstell-Zyklen zu "bewirken, so daß eine Schwellen-509811/1068 "2^-BAD ORIGINALspannungs-S-^abilisation schnell erreichbar ist.
- 2.) Speichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch, gekennzeichnet, daß zumindest die Elektrode, bei der die Elektronenspeicher-Halbleiterzwischenzone liegt, eine äußere Schicht aus sehr leitfähigem Material besitzt, das normalerweise in das Speicher-Halbleitermaterial wandert, sowie eine innere, eine Sperrschicht bildende Schicht, welche die Wanderung des sehr leitfähigen Materials in das Speicher-Halbleitermaterial verhindert.
- 3.) Speichervorrichtung nach Anspruch .1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenspeiclier-Halbleiterzwischenzone an einer Fläche der benachbarten Elektrode und an dem Speicher-Halbleitermäterial verläuft, das um einVieI-faches größer ist, als die Querschnittsfläche des fadenförmigen Pfades (6a), und daß diese Elektrodenspeicher-Halbleiterzwischenzone einen elektrischen Kontakt mit diesen beiden angrenzenden Bereichen bildet.
- 4.) Speichervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Speicher-Halbleitermaterial als eines der Elemente Tellur enthält und daß das in größerer Konzentration vorliegende Element in der EIektrodeηspeicher-Halbleiterzwischenzone Tellur ist.
- 5.) Verfahren zur schnellen Stabilisierung der Schwellenspannung einer Halbleiterspeicher-Schaltvorrichtung,die in einem Gleichspannungskreis verwendet werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von in Abständen angeordneten Elektroden verwendet wird, zwischen denen sich ein Körper aus hochohmigem, amorphem Speicher-Halbleitermaterial einer Zusammensetzung erstreckten der beim Anliegen eines oder-30-509811/1068-3G-mehrerer Gleichspannungs- oder Setzimpulse (s) an die Elektroden ein Strom auf einem fadenförmigen Pfad in dem Halbleitermaterial fließt, bei Beendigung des Spannung^- impulses bzw. der Impulse eine kristalline, verhältnismäßig ηiederohmige Anlagerung von zumindest einem Element auf diesem Pfad erfolgt und beim Anlegen eines o^der mehrerer Gleichstrom-Rückstellimpulse(s) einer gegebenen Amplitude an den fadenförmigen Pfad,dieser Pfad im wesentlichen in einen grundsätzlich amorphen Zustand zurückkehrt, wobei während des Stromflusses der Rückstellimpulse durch den fadenförmigen Pfad normalerweise eine Wanderung der relativ elektropositiven Elemente der Zusammensetzung zur negativen Elektrode und der relativ elektronegativen Elemente der Zusammensetzung zur positiven Elektrode erfolgt, daß während der Herstellung der Vorrichtung an zumindest einer der Elektroden an den Endstellen des fadenförmigen Pfades eine mit einem Element angereicherte Zone vorgesehen wird, die eines dieser Elemente enthält, wobei in dieser angereicherten Zone eine größere Konzentration dieses Elementes vorliegt, als in der Zusammensetzung des Speicher- Halbleitermaterials, und daß diese elementangereioherte Zone ausrechend dick ausgebildet und mit einer ausreichenden Konzentration dieses Elementes versehen wird, um einen stabilisierten Gradienten dieses Elementes durch die Rückstell-Zone des Speicher-Halbleitermaterials in einer höchstens kleinen Anzahl von Setz-Rückstell-Zyklen zu bewirken, so daß eine Schwellenspannungs-Stabilisation sohnell erreicht wird.
- 6.) Verfahren nach Anspruch 5, daudurch gekennzeichnet, daß die vollendete Vorrichtung vor der Verschickung an den Verbraucher der Schwellenspannungs-Stabilisierung der Setz-Rückstell-Zyklen unterzogen wird.-31-509811/1068
- 7.) Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elementangereicherte Zone in dem Bereich, des Speicher-Halbleitermaterials vorgesehen wird, der nur neben einer der Elektroden liegt.
- 8.) Verfahren zur schnellen Stabilisierung der Schwellenspannung einer Halbleiterspeiche-Schaltvorrichtungjdie in einem Gleichspannungskreis verwendet werden soll, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar von in Abständen angeordneten Elektroden verwendet wird, zwischen denen sich ein Xörper aus hochohmigem, amorphem Speicher-Halbleitermaterial einer Zusammensetzung erstreckt, in der beim Anlegen eines über einen Schwellenwert hinausgehenden Gleichspannungsimpulses an diese Elektroden für eine gegebene Da/uer ein Strom aus einem fadenförmigen Pfad fließt, bei Beendigung des Spannungsimpulses der gegebenen Dauer eine kristalline, verhältnismäßig niederohmige Ablagerung von zumindest einem Element erfolgt und beim Anlegen eines oder mehrerer Gleichstrom-RückstellirapulseCs) einer gegebenen Amplitude an den fadenförmigen Pfad, dieser Pfad im wesentlichen in einen grundsätzlich amorphen Zustand zurückkehrt, wobei während des Stromflusses der Rückstellimpulse durch den fadenförmigen Pfad normalerweise eine Wanderung der relativ elektropositiven Elemente der Zusammensetzung zur negativen Elektrode und der relativ elektronegativen Elemente der Zusammensetzung zur positiven Elektrode erfolgt und zumindest eine der Elektroden der Vorrichtung eine Außenschicht von hochleitfähigem Katerial besitzt, das normalerweise in das Speicher-Halbleitermaterial wandern würde, wenn eine Spannung gegebener Polarität an diesem anliegt, sowie eine innere, eine Sperrschicht formende Shicht, die die Wanderung dieses hochleitfähigen Materials in das Speicher-Halbleitermaterial verhindert, dal während der Herstellung der Vorrich-509811/1068 -32-tutig eine Elektrodenspeicher-Halbleiterzwischenzone mit einem dieser Elemente an zumindest eine der Elektroden an der Stelle gegeben wird, an der der fadenförmige Pfad endet, wobei in dieser Elektrodenspeicher-Halbleiterzwiarhenzone eine größere Konzentration dieses Elementes vorliegt, als in der Zusammensetzung des Speicher-Halbleitermaterials, und daß diese Elektrodenspeicher-Halbleiterzwisclienzone ausreichend dick ausgebildet und mit einer ausreichenden Konzentration dieses Elementes versehen wird, um einen stabilisierten Gradienten dieses Elementes durch die Rückstellzone des Speicher-Halbleitermaterials in einer höchstens kleinen Anzahl von Setz-Rückstell-Zyklen zu bewirken, so daß eine Schwellenspannungs-Stabilisation schnell erreicht wird.
- 9.) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die vollendete Vorrichtung vor der Verschickung an den Verbraucher der Schwellenspannungs-Stabilisisxtjnj; der Setz-Rückstell-Zyklen unterzogen wird.
- 10.) Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,daß, die innere, eine Sperrschicht bildende Schicht und die äußere Schicht aus hochleitfähigem Material neben der Elektrodenspeicher-Halbspeicherzwischenzone ausgebildet werden.
- 11.) Kombinierte Speichervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar Elektroden (4,8) in Abständen angeordnet ist, zwischen denen sich ein Körper aus grundsätzlich amorphem, im wesentlichen nicht leitfähigem Speicher-Halbleitermaterial (6) erstreckt, das aus einer Zusammensetzung von zumindest zwei Elementen hergestellt ist, wobei diese Zusammensetzung beim Anlegen eines über einen gegebenen Schwellenwert hinausgehenden Setzspannungsimpulses an diese Elektrode für eine gegebene Dauer leitfähig wird, indem ein Strom auf einen fadenförmigen Pfad (6a) darin fließt,50981 1 /1 068-3-3-daß bei Beendigung des Setzspannungsimpulses dieser fadenförmige Pfad (6a) als kristalline, verhältnismäßig niederohmige Anlagerung von zumindest einem der Elemente bestehen bleibt und bei einem oder mehreren Gleichspannungs-Rückstell-Impulsen einer gegebenen Amplitude und Dauer durch den fadenförmigen Pfad (6a)eine Wanderung des elektropositiveren Elementes der Zusammensetzung zur negativen und des elektronegativeren Elementes zur positiven Elektrode erfolgen kann, daß bei Beendigung des oder der Gleichspannungs-Rückstellimpulse(6) der Pfad in einem im wesentlichen festen, amorphen Zustand bleibt, wobei der Körper aus amorphem Speicher-Halbleitermaterial im wesentlichen an der gesamten Oberfläche, die zumindest zu einer benachbarten Elektrode weist, eine elementangereicherte Elektrodenspeicher-Halbleiterzwischenzone besitzt, die eine wesentlich höhere Konzentration dieses Elementes aufweisten, das normalerweise während des Rückstellvorgangs wandern würde, und wobei die Elektrodenspeicher-Halbleiterzwischenzone ausreichend groß ist und eine ausreichende Konzentration dieses Elements aufweist, um einen stabilisierten Gradienten dieses Elementes durch die Rückstellzone des Speicher-Üalbleitermaterials in einer höchstens kleinen Anzahl von Setz-Rückstell-Zyklen zu bewirken, sgfdaß eine Schwellenspannungs-Stabilisation schnell erreichbar ist, und daß eine Quelle (16)von Rückstellimpulsen nur einer gegebenen Polarität wahlweise an die Elektrode der Speicher-Halbleitervorrichtung anschließbar ist, so daß die Elektrode (8), an der die Elektrodenspeicher-Halbleiterzwischenzone angeordnet ist, eine Polarität besitzt, zu der das Element beim Fehlen der Zwischenzone wandern würde.
- 12.) Speicher-Halbleitervorriohtung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trägerbasis (2') aus Halbleitermaterial mit einem-34-509811/1068darüber angeordneten Isolationsfilra (2a') gebildet ist, in dem zumindest eine durch diesen zu der Oberfläche der Trägerbasis''(2') laufende Öffnung (24)vorgesehen ist, daß eine Schicht (6) aus Speicher-Halbleitermaterial einer Zusammensetzung von mindestens 2 Elementen einen elektrischen Kontakt mit dem Halbleitermaterial der Trägerbasis durch die Öffnung (24) hindurch bildet, daß das Halbleitermaterial Elemente für einen ersten Zustand vorsieht, der im wesentlichen ein ungeordneten; im allgemeinen amorpher Zustand mit relativ hohem Widerstand für einen Sperrstrom ist und ansprschempfindlich auf eine Spannung von zumindest einem Schwellenwert zum Verändern dieses ersten Zustandes relativ hohen Widerstandes ist, um", im wesentlichen unmittelbar zumindest einen fadenförmigen Pfad (6) durch das Halbleitermaterial zu bekommen, der e^Lnen zweiten Zustand besitzt, der im wesentlichen ein geordneter, kristallähnlicher Zustand mit! relativ niedrigem Widerstand für eine Stromleitung ist, daß die Halbleitermaterial-Elemente den zumindest einen fadenförmigen Pfad (6a1) in dem Halbleitermaterial in seinem relativ niederohmigen leitungszustand auch bei Fehlen eines Stromflusses durch diesen aufrecht halten und auf das Anlegen eines Rückstellstromimpulses durch den fadenförmigen Pfad ansprechen, wodurch der relativ niederohmige fadenförmige Pfad wieder in einen hochohmigen, im wesentlichen amorphen Pfad umgewandelt wird, daß die Schicht aus Speicher-Halbleitermaterial (61) nur an seiner Außenseite von einer mit einem Element aus der Halbleitermaterial-Zusammensetzung angereicherten Zone (32)überlagert ist, das in einer größeren.Konzentration als in der Zusammenx Setzung vorliegt und normalerweise zur Außenfläche des Speicher- Halbleitermaterials über den fadenförmigen Pfad wandert, sobald ein Rückstellstrom in einer gegebenen Richtung durch diesen Pfad fließt, wobei sich die mit einem509811/1068 KElement angereicherte Zone (32) dee Materials über einen Bereich erstreckt, der um ein vielfaches größer ist, als die Größe des fadenförmigen Pfades, und die den Endpunkt des in dem Halbleitermaterial zu bildenden Pfades einschließt, und daß eine äußere Elektrode (6£') die Außenfläche der letzten, mit einem Element angereicherte Zone $32) überlagert und eine wesentliche Eontaktfläche mit dieser) bildet.
- 13.) Speicher-Halbleitervorrichtungen nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrode (8') eine äußere Schicht (8b·) aus sehr leitfähigem Material besitzt, das normalerweise in das Speicher-Halbleitermaterial wandert, wenn eine Spannung einer Polarität an ihr anliegt, welche einen Rückstellstrom in diese gegebene Richtung fließen läßt,und daß die äußere Elektrode eine innere, eine Sperrschicht bildende Schicht (6a1) aufweist, welche die Wanderung des sehr leitfiOiigen Materials in das Speicher-Halbleitermaterial verhindert.
- H.) Speicher-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die ußere Elektrodenschicht (8t>f) Aluminium, und die innere, eine Sperrschicht bildende Schicht (3a1) ein hochschmelzendes Metall ist.
- 15.) Speicher-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 14, da^ durch gekennzeichnet, daß das Speicher-Halbleitermaterial Tellur als eines der Elemente aufweist und daß das in der mit einem Element angereicherten Zone (32) in einer viel größeren Konzentration vorliegenden Element Tellur ist.
- 16.) Speichervorrichtung für eine Verwendung in einem Gleicb.-spannungskreis, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar EIeTc-50981 1/1068troden (4',8') in Abständen angeornet ist,zwischen denen sich ein Körper aus grundsätzlich amorphem, hochohmicem Speicher-Halbleitermaterial (6!) aus einer Zusammensetzung von zumindest zwei Elementen erstreckt, wobei diese Zusasammensetzung beim Anlegen eines über einen gegebenen Sehwellenwert hinausgehenden Gleichspannungsimpulses an diese Elektroden (4'.3') für eine gegebene Dauer leitfähige wird, indem ein Strom auf eine κ fadenförmigen Pfad (6a1) darin fließt, daß bei Beendigung d°n Sp-^nnungsimpulses dieser fadenförmige Pfad (6a1) als kristalline verhältnismäßig niederohmige Anlagerung von zumindest einem der Elemente bestehen bleibt und bei einem oder mehreren Gleichstrora-Rückstell .impulsen von gegebener Amplitude und Dauer durch den fadenförmigen Pfad (6a1) die kristalline Anlagerung in eineB relativ ungeordneten Zustand übertragen wird, wobei das elektropositivere Element der Zusammensetzung normalerweise zur negativen Elektrode und das elektronegativere Element zur positiven Elektrode wandert, daß bei Beendigung des oder der Gleichstrom-Rückstellimpulse der Pfad in einem im wesentlich festen, ungeordnet amorphen Zustand bleibt, wobei der Eörper aus amorphem Speicher-Halbleitermaterial an seiner im wesentlichen ganzen Fläche, die nur zu einer der benachbarten Elektroden weist, eine Elektrodenspeicher-Halbleiterzwischenzone aufweist, die eine im wesentlichen höhere Konzentration des normalerweise während der Rückstellung dorthin wandernden Elementes beinhaltet, daß die Elektrodenspeicher-Halbleiterzwischenzone ausreichend dick und eine ausreichende Konzentration dieses Elementes besitzt, um einen stabilisierten Gradienten dieses Elementes durch ; ie Rückstellzone des Halbleitermaterials in einer höchstens kleinen Anzahl von Setz-Rückstell-Zyklen zu bewirken, so daß eine Schwellenspannungs-Stabilisation im wesentlichen unmittelbar danach erreichbar ist, und daß zumindest eine509811/1068 —37 -der Elektroden der Vorrichtung eine äußere Schicht (8b1) von sehr lejtfähigem Material besitzt, das normalerweise in das Speicher-Halbleitermaterial v/andern würde, sowie eine innere, eine Sperrschicht bildende Schicht (8a1) auf v/eist, welche die Wanderung des sehr leiifähigen Materials in das Speicher-Halbleitermaterial verhindert.
- 17.) Speichervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest eine Elektrode neben der Elektrodenspeicher-Halbleiterzwischenzone liegt.
- 18.) Speichervorrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein Paar Elektroden (4',S') in Abständen angeordnet ist ,"zwischen denen sich ein Körper aus grundsätzlich amorphem, im wesentlichen nicht leitfähigem Speicher-Halbleitermaterial (6) erstreckt, das aus einer Zusammensetzung von zumindest zwei Elementen hergestellt ist, wobei diese Zusammensetzung beim Anlegen eines über einen gegebenen Schwellenwert, hinausgehenden Setz-Spannungsimpulses an diese Elektroden für eine gegebene Dauer leitfähig wird, indem ein Strom auf einem fadenförmigen Pfad (6a1) darin fließt, daß bei Beendigung des Setz-Spannungsimpulses dieser fadenförmige Pfad (6a1) als kristalline, verhältnismäßig niederohmige Anlagerung von zumindest einem der Elemente bestehen.bleibt und beim Anlegen von Rückstellimpulsen einer gegebenen Amplitude und Dauer der fadenförmige Pfad in einen im wesentlichen amorphen Zustand zurückgestellt wird, wobei durch zumindest eine der Elektroden eine wesentliche Erwärmung auftritt, daß zumindest eine der Elektroden eine äußere Schicht (8I)1) von sehr. leitfähigem Material aufweist, das normalerweise in das Speicher-Halbleitermaterial wandert, wenn eine Spannung von gegebener Polarität an dieser anliegt, daß diese eine Elektrode eine innere, eine Sperrschicht bildende Schicht (8a1) aufweist, deren Ausdehnungskoeffizient sehr von dem des Speicher-Halbleitermaterials abweicht und die die schädliche509811/1068-38-24A3178Wanderung des sehr leitfähigen Elektrodenmaterials in das Speicher-Halbleitermaterial verhindert, wo "bei eine Verbesserung darin besteht, daß sich di° innere, eine Sperrschicht bildende Schicht (8a1) beim Fehlen eines Stromflusses in einem im wesentlichen beanspruchungsfreien Zustand befindet und die äußere Schicht (8b1) eine gegenüber der inneren,, eine Sperrschicht bildenden Schicht (8a!) viel dickere Schicht ist, um eine gute Wärmesenke für die beim Ruckstellstromfluß entstehende Wärme zu bilden.
- 19.) Speicher-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrschicht bildende Schicht ein Refraktormetall ist, deren Dicke im wesentlichen unter 0,2 Mikrometer liegt.
- 20.) Speicher-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 19, dadurch, gekennzeüinet, daß die Sperrschicht bildende Schicht ein Refraktormetall ist, deren Dicke nicht größer als 0,17 Mikrometer ist.
- 21.) Speicher-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrodenschicht (8b1) aus Aluminium mit einer Dicke von zumindest 1,75 Mikrometern besteht und die innere, eine Sperrschicht bildende Schicht (8a') ein Refraktormetall ist.
- 22.) Speicher-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Sperrschicht bildende Schicht (8a·) ein Refraktormetall ist, deren Dicke nicht größer als 0,17 Mikrometer ist.
- 23.) Speicher-Halbleitervorrichtungskreis, dadurch gekennzeichnet, daß eine Tragerbasis (2·) aus Halbleitermaterial509811/1068 _39_mit einem darüber angeordneten Isolationsfilm (2a1) gebildet ist, indem zumindest eine durch diesen zu der Oberfläche der Trägerbasis (21) laufende Öffnung (24) vorgesehen ist, daß eine Schicht (6) aus Speicher-Halbleitermaterial einen elektrischen Kontakt mit dem Halbleiteraaterial der Trägerbasis durch die Öffnung (24) hindurchbildet, daß das Halbleitermaterial Elemente für einen ersten Zustand -vorsieht, der im wesentlichen ein ungeordneter, im allgemeinen amorpher Zustand mit relativ hohem V/iderstand für einen Sperrstrom ist und ansprechempfindlich auf eine Spannung von zumindest einem Schwellenwert zum Verändern dieses ersten Zustandes relativ hohen Widerstandes ist, um im wesentlichen unmittelbar zumindest einen fadenförmigen Bad (6a') durch das Halbleitermaterial zu bekommen, der einen zweiten Zr.stand besitzt, der im wesentlichen ein geordneter, kristallähnlicher Zustand mit relativ niedrigem Widerstand für eine Stromleitung ist, daß die Halbleitermaterial-Elemente den zumindest einen fadenförmigen Pfad (6af) in dem Halbleitermaterial in seinem relative niederohmigen Leitungszustandes auch bei fehlen eines Stromflusses durch diesen aufrechthalten und au.i das Anlegen eines Rückstellstromimpulses durch den fadenförmiren Pfad ansprechen, wodurch der relativ, niederohmige fadenförmige Pfad wieder in einen hochohmigen, im wesentlichen amorphen Pfad umgewandelt wird, und daß eine äußere Elektrode (81) das Speicher-Halbleitermaterial überdeckt, wobei die äußere Elektrode eine äußere Schicht (8b') von sehr leitfähigem Material besitzt, das normalerweise in das Speicher-Halbleitermaterial wandert, wenn eine Spannung einer gegebenen Polarität an dieser anliegt, die äußere Elektrode außerdem eine innere, eine Sperrschicht bildende Schicht (8a1) aufweist, deren Ausdehnungskoeffizient sehr von dem des Speicher-Halbleitermaterials abweicht und die die schädliche Wanderung des sehr leitfähigen Elektrodenmaterial in das Sper'.cher-Halbleitermaterial verhindert, und wobei eine Verbesserung darin besteht, daß sich, die innere, eine Sperrschicht bildende Schicht (8a1) beim Peh-509811/1068len einea Stromflusses in einem im wesentlichen beanspruchungsfreiem Zustand "befindet und die äußere Schicht (8b') eine gegenüber der inneren, eine Sperrschicht bildenden Schicht (8a') viel dickere Schicht ist, um eine gute Wärmesenke für die beim Rückstellstromfluß entstehende Wärme zu bilden.
- 24.) Speicher-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Sperrschicht bildende Schicht (8a1) ein Refraktormetall ist, deren Dicke im wesentlichen unter 0,2 Mikrometer liegt.
- 25.) Speicher-Halbleitervorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Elektrodenschicht (8b1) aus Aluminium mit einer Dicke von zumindest 1,75 Mikrometern besteht und die innere, eine Sperrschicht bildende Schicht (8a1) ein Refraktormetall ist.50981 1/1068
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