DE2547106B2

DE2547106B2 - Dielektrisches Festkörper-Bauelement zum Speichern in Matrixform

Info

Publication number: DE2547106B2
Application number: DE2547106A
Authority: DE
Inventors: Akio Kokubunji Tokio Kumada (Japan)
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1974-10-21
Filing date: 1975-10-21
Publication date: 1980-09-25
Also published as: US4071841A; DE2547106C3; DE2547106A1; JPS5160196A; JPS541159B2

Description

Die Erfindung betrifft ein dielektrisches Festkörper-Bauelement der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebenen Gattung, wie es aus der deutschen Offenlegungsschrift 19 45 755 bekannt ist

Bei diesem Bauelement verläuft das zwischen den einander kreu_:';nden Elektroden bestehende Feld im wesentlichen parallel zur Oberfläche der dielektrischen Scheibe. Die Dicke der Scheibe wird also nicht effektiv genutzt Werden andererseits, wi». bei dem bekannten Bauelement vorgesehen, beide Oberflächen der dielektrischen Scheibe mit Elektroden-Matrizen bestückt, so besteht die Gefahr, daß die von beiden Oberflächen aus in der Scheibe erzeugten elektrischen Felder einander stören.

Bei dem bekannten Festkörper-Bauelement ist ferner diejenige Fläche, die zur Ausbildung von elektrischen Feldern im Oberflächenbereich der dielektrischen Scheibe zur Verfügung steht, im Vergleich zur Gesamtfläche klein, da ein erheblicher Anteil der Gesamtfläche von den Elektroden selbst sowie von den Isolierschichten, die die einander kreuzenden Elektroden gegeneinander isolieren, eingenommen wird. Um Kurzschlüsse zwischen den Elektroden aufgrund gewisser, bei der Fertigung unvermeidbarer Fehlausrichtungen mit Sicherheit zu vermeiden, müssen die Isolierschichten in ihrer Fläche größer sein als die Elektroden. Daraus ergibt sich, daß bei der bekannten Anordnung die dielektrische Scheibe auch in ihrer Fläche nicht effektiv ausgenutzt wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein dielektrisches Festkörper-Bauelement zum Speichern in Matrix form der eingangs genannten Art zu schaffen, bei der das Volumen der dielektrischen Scheibe zur Speicherung effektiver ausgenutzt wird und trotzdem sämtliche mit externen Anschlüssen zu versehende Elektroden auf derselben Fläche der Scheibe angeordnet sind.

Die erfindiingsgemäBe Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs angegeben.

Danach besteht zwischen einer Kreuzungsstelle und der gegenüberliegenden getrennten Elektrode eine erste Kapazität sowie zwischen dieser getrennten Elektrode und dem an die Kreuzungsstelle anschließenden Bereich eine zweite Kapazität in Reihe mit der ersten Kapazität, so daß das elektrische Feld die dielektrische Scheibe zweimal vollsetzt, Auf diese Weise läßt sich praktisch das gesamte Volumen der Scheibe unter den Elektroden ausnutzen, die ihrerseits ohne allzu große Zwischenräume nebeneinander angeordnet werden können. Daraus ergibt sich eine wesentlich höhere Speicherdichte.

ίο Da ferner nur die wie bei dem bekannten Bauelement auf der gleichen Oberfläche der dielektrischen Scheibe angeordneten Zeilen- und Spaltenelektroden extern anzuschließen sind, steht die die getrennten, aber extern nicht anzuschließenden Elektroden tragende andere

'5 Oberfläche zur Stützung und Halterung der dielektrischen Scheibe zur Verfugung.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert In den Zeichnungen zeigen

μ Fig. la, Ib und Ic in Vorderseitendraufsicht im Längsschnitt und in Rückseitendraufsicht ein Ausführungsbcispie! der Erfindung;

F i g. 2a und 2b im Längsschnitt und in Vorderseitendraufsicht das Ausführungsbeispiel der Erfindung in

vergrößerter Darstellung; und

F i g. 3a und 3b Äquivalentschaltbilder für eine Matrix bzw. eine Kreuzungsstelle dieser Matrix.

Auf die Vorderseite einer Scheibe 1 aus dem ferroelektrischen keramischen Werkstoff PLZT werden 30 Zeilenelektroden und 30 Spaltenelektroden aufgebracht (F i g. 1 a, Ib und Ic). Parallel zu der 30 mm langen Kante der Scheibe werden dünne streifenförmige Schichten fester Lösungen von Indiumoxid und Zinn(IV)-oxid im Molverhältnis von 91 :9 durch Kathodenzerstäubung aufgebracht Diese Dünnschichtstreifenelektroden 2 sind jeweils 500 μίτι breit, haben einen Abstand von 120ΰμπι voneinander und sind 29 mm lang. Senkrecht zu dieser Elektrodenschar werden in gleicher Weise Dünnschichtstreifenelektroden 3 aufgebracht, die js 600,jur. breit sind, einen Abstand von 900 μπι voneinander haben und 39 mm lang sind. Auf diese Weise sind auf ein und derselben Oberfläche der Scheibe Zeilenelektroden und Spaltenelektroden aufgebracht. Die beiden Elektrodenscharen sind durch SiO₂-Schichten 4 (F i g. 3a und 3b) elektrisch gegeneinander isoliert. Die äußeren Endpunkte der Dünnschichtelek»roden sind mit Cr-Ai'-Schichten 11' und 12' nach dem Aufdampfverfahren beschichtet. An den so hergestellten Elektroden sind Anschlußdrähte 11 und 12 aus Gold befestigt.

Auf die Rückseite der PLZT-Scheibe 1 werden dann voneinander getrennte rechteckige durchsichtige 1η2θ3—SnÜ2-Elektroden 5 aufgebracht, die je eine Kantenlänge von 800 μπι χ 1000 μιτι haben. Diese voneinander getrennten Elektroden sind auf der Rückseite der Scheibe in der Weise angebracht, daß sie Flächen bedecken, die auf der Vorderseite der Scheibe der Kreuzungsstelle der Zeilen- und Spaltenelektroden und ihrer näheren Umgebung entsprechen. Die so

W) hergestellte Struktur wird dann am Trägerrahmen gehaltert, wobei das fertige dielektrische Matrixbauelement erhalten wird.

In der F i g. 3a ist ein Äquivalentschaltbild für eine in dieser Weise hergestellte 5 χ 6 bit-Matrix gezeigt, die

ft"' je Kreuzungsstelle ein Paar in Reihe geschalteter Elemente aufweist.

In der F i g. 3b ist eine Kreuzungsstelle zwischen einer bestimmten Spaltenelektrode 2 und einer bestimmten

Zeilenelektrode 3 dargestellt. Die ferroelektrischen kapazitiven Elemente CX und CZ sind durch den Elektroden 5 entsprechende Leitungen miteinander verbunden. Da die Elektroden an den Stellen Cl und C2 gleiche Fläche besitzen, kenn for die in Pig.2a gezeigte spontane Polarisation 20 und 2C die durch Pfeile angedeutete antiparallele Ausrichtung vollständig bewirkt werden. Die Elektroden 2 und 5 bilden einen Kondensator C1, während die Elektroden 3 und 5 einen Kondensator Cl bilden. Die gemeinsame Elektrode beider Kondensatoren entspricht im Äquivalentschaltbild nach F i g. 3a und 3b einer Reihenschaltung dieser beiden Kondensatoren CX und CZ Die Entfernungen zwischen den Elektroden 2 und 3 sind im Vergleich zu den Entfernungen zwischen den Elektroden der is Kondensatoren CX und C2 kurz. Der Wert der Dielektrizitätskonstanten der elektrisch isolierenden Zwischenschicht 4, in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel also der SiCVSchicht, ist gering. Die Kapazität des Kondensators CZ, der zwischen den Elektroden 2 und 3 gebildet wird, ist also gegenüber der Kapazität der Kondensatoren CX und CI vernachlässigbar. Es sei beispielsweise angenommen, daß der Abstand zwischen den Elektrodenpaaren der Kondensatoren CX, CI und C3, also die Abstände dX :d2:d3, 10:10:1 betrage. Die Dielektrizitätskonstanten ε 1, ε 2 und ε 3 der Kondensatoren Cl, C2 und C3 sollen im Verhältnis von 100 :100:4 stehen. Die Kapazität des Kondensators C3 ist also im Vergleich zu den Kapazitäten der Kondensatoren Cl und C2 nicht einmal halb so groß. Da die Scheibe 1 des Ausführungsbeispiels ein Ferroelektrikum ist, bleibt seine Polarisation selbst dann konstant, wenn die Elektroden 2 und 3 kurzgeschlossen sind. Die ferroelektrische Scheibe besitzt also ein stabiles Polarisationsgedächtnis.

Das Matrixba'jelement kann in der für andere bekannte Matrixelemente an sich bekannten Weise angesteuert und getrieben werden. So kann beispielsweise nach dem System der Spannungskoinzidenz, punktweise, zeilenweise oder mit freiem Zugriff geschrieben werden, also durch entsprechende Ansteuerung der Matrix Information im ferroelektrischen oder ferroelektrisch polarisierbaren Wc «stoff der Scheibe 1 gespeichert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Dielektrisches Festkörper-Bauelement zum Speichern in Matrixform mit einer Scheibe aus dielektrischem Werkstoff, dessen spontane elektrische Polarisation durch an Zeilen- und Spaltenelektroden angelegte Spannungen änderbar ist, bei dem die Zeilen- und Spaltenelektroden auf einer Seite der Scheibe angeordnet und an ihren Kreuzungsstellen durch eine Zwischenschicht elektrisch gegeneinander isoliert sind, dadurch gekennzeichnet, daß an den den Kreuzungsstellen der Zeilen- und Spaltenelektroden (2,3) entsprechenden Stellen auf der anderen Seite der Scheibe (1) voneinander getrennte Elektroden (5) derart angeordnet sind, daß sie jeweils sowohl den gesamten Bereich der Kreuzungsstelle, in dem die eine (2) der Zeilen- und Spaltenelektroden unmittelbar auf der Scheibe (1) liegt, als auch einen daran anschließenden Bereich gleicher Größe, in dem die andere (3) der Zeilen- und Spalteneifcktroden unmittelbar auf der Scheibe (1) liegt, überdecken.