SE438043B - Elektriskt vexlingsbart, icke-flyktigt minnesorgan med svevande styre - Google Patents

Description

8306016-0 2,4, ningen. Ett andra strömledande skikt (som i regel benämnes styrgallret) bildas över det andra isolerande skiktet (i om- râdet för det svävande styret) för att fullborda styranord- ningen. Ett exempel på dylika organ kan återfinnas 1 den amerikanska patentskriften 3 500 142.

Huvudolägenheten med dessa organ ligger i det förhål- landet att stora fält krävs för att det nödvändiga lavingenom- brottet skall erhållas för att laddningen skall påföras det svävande styret. För att radera laddningen som uppträder på det svävande styret måste vidare hela organet vara försett med ett transparent fönster så att det kan dränkas med energi i spektrets ultravioletta del eller röntgendel. Det blir således ytterst svårt att radera bort ett enda "ord" utan att man ra- derar bort hela laddningen på organet, vilket i så fall kräver att hela organet omprogrammeras fullständigt. Därtill kommer att raderingsmomentet har erfordrat en ytterst lång expone- ringstid, nämligen av storleksordningen mellan ca 30 och 45 minuter, med organet eller chippet avlägsnat från utrustningen.

Under senare år har tekniken fortskridit till en punkt vid vilken icke-flyktiga läsminnesorgan med svävande styre har framställts, vilka är elektriskt växlingsbara. En dylik minnes- eeii är beskriven i detalj 1 en artikel med titeln "lö-K EE- PROM Relies on Tunneling for Byte-Erasable Program Storage" av W.S. Johnson m fl, ELECTRONICS, 28 februari 1980, sid llj - 117. I denna artikel beskriver författarna en anordning av typen "tunneloxid med svävande styre", där en cell,i vilken man utnyttjar en av polykristallin kisel (polykisel) beståen- de anordning med svävande styre, uppladdas med elektroner (eller hål) genom ett tunt oxidskikt, som är anbragt mellan det av polykristallin kisel bestående styret och substratet, under användning av en tunnelmekanism enligt Fowler-Nordheim.

En sidovy av ett typiskt organ är visad i fig l i nämnda arti- kel, varvid organet med svävande styre representerar den första nivån hos polykristallin kisel. Genom att man emellertid an- vänder sig av denna typ av anordning, 1 vilken det svävande styret (den polykristallina kiseln i den första nivån, efter- som denna ligger närmast substratet) täcks av och isoleras från en andra nivå av polykristallin kisel, erhålls en ytterst 8306016~l0 "M3 stor kapacitans mellan det svävande styret och substratet. En viss area hos det svävande styret behövs för att fast koppling mellan de första och andra nivåerna av polykristallin kisel skall kunna upprätthållas. Det har visat sig att en del till- verkare etsar bort delar av den första nivån av polykristallin kisel för att reducera kapacitansen mellan det svävande styret och substratet utan att kapacitansen mellan de första och andra nivåerna av polykristallin kisel minskas 1 betydande grad.

En ny konfiguration av ett minnesorgan med svävande styre har beskrivits, varvid det svävande styret innefattar en andra nivå av polykristallin kisel 1 stället för den traditionella första nivån av polykristallin kisel, detta för att det svävan- de styret hos den andra nivàn av polykristallin kisel skall av- skärmas från substratet. Den första nivån av polykristallin ki- sel är försedd med en öppning, och den andra nivåns svävande styre bringas att sträcka sig genom öppningen så att endast en förhållandevis liten area hos den andra nivåns svävande styre kopplas till substratet för skriv- och raderafunktionerna. En dylik anordning minskar kapacitansen mellan svävande styre ooh substrat, vilken kapaoitans annars är stor.

Den icke-flyktiga minnescellen hos föreliggande anordning är försedd med en avskärmad anordning med svävande styre där man utnyttjar tunnelmekanismen enligt Fowler-Nordheim för att uppladda det svävande styret. Skiktet som avskärmar det svävan- de styret från substratet täcker hela kanalområdet utom på det ställe där skiktet tillhandahåller ett "läsfönster", genom vil- ket det svävande styret kopplas till kanalomràdet. Resultatet blir en förbättrad läseffektivitet.

Uppfinningen kommer att beskrivas i detalj i det följande under hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig l visar en planvy av ett i enlighet med föreliggande uppfinnings princi- per utformat elektriskt växlingsbart, icke-flyktigt minnesorgan med svävande styre, fig 2 är en längs linjen 2-2 i fig 1 tagen tvärsektionsvy av det nya minnesorganet och fig 3 är en längs linjen 5-3 1 fig l tagen tvärsektionsvy av det nya minnesorganet. 8306016-0 Fig 1, 2 och 3 visar en brunn 12 av P-typ bildad i ett substrat 10 av N-typ. Emitter- och kollektorområden 16 resp 18 är bildade vid ytan hos brunnen 12 av P-typ med strömlednings- modifierande joner av motsatt typ mot jonerna 1 brunnen 12 av P-typ. I brunnen 12 av P-typ och beläget mellan emitter- och kollektorområdena 16 resp 18 finns ett kanalområde som inne- fattar ett emitterutsträckningsparti 20cnh ett svävande emitter- parti 22, varvid i vart och ett av nämnda partier ingår ström- ledningsmodifierare som är tillräckliga för att bilda utarm- ningsområden av N-typ. Utarmningsområdespartierna 20 och 22 är åtskilda av ett läs-kanalparti 24, medan utarmningsområdespar- tiet 22 och kollektorområdet 18 är åtskilda av ett ordlednings- kanalparti 26. Vid ytan hos brunnen 12 av P-typ finns fältoxid- områden 14, vilka bildar gränser för de aktiva områdena som be- står av emitter- och kollektorområdena 16 resp. 18, utarmnings- områdespartierna 20 och 22 och kanalpartierna 24 och 26. Ett polykristallint kiselskikt (polykiselskikt) 30, ordledningen 30, är anbragt över kanalomràdet på så sätt att nämnda skikt ligger i linje med ordledningskanalpartiet 26 men är isolerat från detta av ett skikt 28 av kiseloxid med en tjocklek av ca 1000 Å. På ritningen har skrafferingen hos de isolerande skik- ten som finns mellan ordledningen 30, brunnen av P-typ, etc, utelämnats för tydlighetsskull. över den återstående delen av kanalområdet är ett polykristallint kiselskikt 32 anbragt, vilket tjänstgör såsom en skärm och ett styrgaller, varvid en läsfönsteröppning 34 i nämnda skikt ligger i linje med läs- kanalpartiet 24. Skärmen eller styrgallerorganet 32 är åtskilt och isolerat från ytan hos brunnen 12 av P-typ medelst det iso- lerande skiktet 28 som har en tjocklek av ca 1000 Å. I ett typiskt fall kan detta skikt 28 bestå av kiseloxid. Ett poly- kristallint kiselskikt 40, som representerar det svävande styrskiktet, är beläget ovanför det polykristallina styr- gallerkiselorganet 32, varjämte ett parti av skiktet 40 sträcker sig gengm läs-fönâfiêröppningen jljw Skiktêt 4-0 med svävande styre är isolerat från styrgallerorganet 32 medelst exempelvis ett isolerande kiseloxidskikt 38 med en tjocklek av 830601641 5 ca 2500 Å, medan den utsträckta delen av skiktet 40 med svä- vande styre är genom läs-fönsteröppningen 34 1S0lePad från ytan hos kanalområdet av ett isolerande skikt 36 med en tjock- lek av ca 1000 Å. Avsnittet där skiktet 40 med svävande styre kopplas till substratet 10 (vid brunnen 12 av P-typ) genom läs-fönsteröppningen 34- kommer här att betecknas "läsfönstret".

Såsom är visat i fig 1 är ytan hos styrgallerorganet 32 väsentligen utformad såsom ett U, varvid öppningen 1 nämnda U, som är bildad av läs-fönsteröppningen 34, representerar läs- _fönstret. En öppning 48 representerar tillsammans med ett dopat -område 50 av N-typ (rig 3) ett "skriv"- och "radera"-fönster.

Såsom är visat i fig 1 (och är symboliskt visat i fig 3) utgör en kontakt 42 medlet för att elektriskt koppla en metall- programledning 44 till det av polykristallin.kisel bestående styrgallerorganet 32 på så sätt att när den i bifogade tabell visade spänningen påläggs ledningen 44 kommer samma spänning också att pàläggas styrgallerorganet 32. En kontakt 56 utgör kollektorkontakt och bildar en elektrisk, ohmsk kontakt mellan metalledningen 46 och det dopade kollektoromràdet 18. Såsom är visat 1 fig 3 är såväl metalledningen 44 som metallkollektor- ledningen 46 àtskild och isolerad fràn skiktet 40 med svävande styre medelst ett isolerande skikt 54 med en tjocklek av ca 6000 Å.

Skriv/raderafunktionerna erhålls medelst den i skärmar- ganet 32 belägna öppningen 48 som är anbragt över det dopade skriv/raderaomràdet 50 av N-typ. Skiktet 40 med svävande styre har ett parti som sträcker sig genom öppningen 48 i skärmorga- net 32 och som är isolerat från ytan hos kanalomràdet medelst ett isolerande skikt 52 som har en tjocklek av ca 90-120 Å.

Följande tabell visar potentialerna som pàläggs de. skilda elementen i det här beskrivna organet för att radera, skriva och läsa en eventuell laddning på skiktet 40 med svävan- de styre. I tabellen pàläggs de skilda potentialerna som är visade i spalterna med rubrikerna "RADERA", "SKRIV" och "LÄS" på de element som är visade i spalten med rubriken "ELEMENT". 8306016-*0 ELEMENT RADERA §_;g_R_I_v_ L_z:_§ Koiiektor (18) +2ov ov +5vl Emimer (16) +2ov ov +ov scyrgaiier (32) ov +2ov ' +5v P-brunn (12) ov øv ' ov oraieaning (30) +2ov +2ov +5v Såsom är visat i tabellen ovan pàläggs således fràn bör- jan en signal på 20 volt på organet, nämligen på kollektorom- rådet 18, emitterområdet 16 och ordledningen 50, medan styrgal- lerorganet 32 och brunnen 12 av P-typ hålls vid O volt. Denna "radera"- cykel medför att en positiv laddning pâläggs skiktet 40 med svävande styre, varigenom läs-kanalpartiet 24 placeras i ett lågt tröskelvärdestillstånd (högt strömledningstillstånd).

I det höga strömledningstillstàndet, då läs-kanalpartiet 24 är inverterat och utarmningsomrádespartierna 20 och 22 är strömle- dande, torde det nu vara uppenbart att intet elektronflöde före- kommer mellan emitterområdet 16 och kollektorn 18 såvida inte den avsedda "läs"- spänningen pàläggs ordledningen 30 för att ordlednings-kanalpartiet 28 skall inverteras. Härigenom erhålls en bekväm metod att kontrollera organet för att fastställa huru- vida radering i själva verket har skett. För att "skriva" pâ- läggs en signal på 20 volt pà styrgallerorganet 32 och på ord- ledningen 30, varjämte 0 volt pàläggs kollektor- och emitterom- ràdena 18 resp 16 samt brunnen 12 av P-typ. Detta medför i själ- va verket att en negativ laddning tillförs till skiktet 40 med svävande styre, varigenom läs-Kfiflfllpaftiet 24 Placeras ißefï högtröskelvärdestillstand (lågströmledningstillstànd). I läg- strömledningstillstândet hindrar den negativa laddningen pà skik- tet 40 med svävande styre läs-kanalpartiet 24 fràn att inver- teras, varvid ingen strömledning kan ske mellan utarmningsom- ràdespartierna 20 och 22 eller mellan emitter- och kollektorom- rådena 16 resp 18. För att "läsa" organet, dvs för att faststäl- la huruvida cellen befinner sig i ett högtröskelvärdestillstånd eller ett lågtröskelvärdestillstånd, pàlägger man 5 volt pà kollektorområdet 18, programledningen 44 och ordledningen 50, medan emitterområdet och brunnen 12 av P-typ placeras vid O volt. 8306016-0 7 Indikering av strömledning anger att ett làgtröskelvärdas- tillstànd (högströmledningstillstànd) föreligger.

Ehuru det aktuella organet har beskrivits omfatta flera skikt av polykristallin kisel bör det inte begränsas till detta. Det torde nu vara uppenbart för fackmannen att skilda andra strömledande skikt, såsom skikt bildande av eldfasta ma- terial, eldfasta metallkiselförenirigar, etc, eller en godtyck- lig kombination därav, kan användas 1 stället för de poly- kristallina kiselskikten 30, 52 och 140.

Claims (6)

830601643 8 PATENTKRAV

1. Minnesorgan med svävande styre inkluderande en KPOPP av halvledarmaterial av en första konduktivitetstyp med första och andra dopade områden av en andra konduktivitetstyp bildade i halvledarkroppen vid dennas yta, varvid de första och andra dopade områdena är belägna på avstånd från varandra under bildan- de av ett kanalområde mellan dem i halvledarkroppen för att under- hållaettströmflöde mellan de första och andra dopade områdena, vidare ett första strömledande skikt isolerat från halvledar- materialkroppen och ett andra strömledande skikt anbragt över både kanalområdet och det första strömledande skiktet och isolerade därifrån, varvid det första strömledande skiktet har en första öppning, in i vilken det andra strömledande skiktet sträcker sig, k ä n n e t e c k n a t därav, att ett första parti av kanalomradet, intill det första dopade området (16), har ett par områden (20, 22) av utarmningstyp bildade i halvledar- kroppen (12) vid dennas yta och belägna på avstånd från varandra under bildande av ett första kanalparti (24) däremellan, att en andra öppning (34) är anbragt i det första skiktet (32) av poly- kpistallin kisel och ligger i linje med det första kanalparti- et (24), varvid ett parti av det andra strömledande skiktet (40) sträcker sig in i nämnda andra öppning (34), att ett andra kanal- parti (26) är anbragt intill det andra dopade området (18) och upptar återstoden av kanalomràdet, och att ett tredje strömledan- de skikt (30) är anbragt över och isolerat från det andra kanal- partiet (26).

2. Minnesorgan enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a t därav, att de första och andra dopade områdena (16, 18) är emitter- resp kollektorområden och att det ena området (20) i paret utarmnings- områden (20, 22) är beläget intill emitteromràdet (16).

3. Minnesorgan enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a t därav, att det första strömledande skiktet (32) är ett styrgaller, att det andra strömledande skiktet (40) är ett svävande styre och att det tredje strömledande skiktet (20) är en ordledning.

4. Minnesorgan enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a t därav, 8306016-'0 9 att styrgallret (32) och ordledningen (30) båda är isolerade från kanalområdets yta medelst ett skikt (28) av kiseloxid med en tjocklek av ca 1000 Å och att det parti hos det svä- vande styret (40) som sträcker sig in i den andra öppningen (34) i styrgallret (32) är isolerat från kanalomràdet medelst ett skikt (36) av kiseloxid med en tjocklek av ca 1000 Ä.

5. Minnesorgan enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a t därav, att halvledarmaterialkroppen (12) är ett brunnområde (12) av den första konduktivitetstypen bildad 1 ett substrat (10) av den andra konduktivitetstypen.

6. Minnesorgan enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a t därav, att materialet i de första, andra och tredje strömle- dande skikten (32, 40 och 30) är valt ur gruppen som består av dopad polykristallin kisel, ett eldfast material och en eld- fast metall-kiselförening.