SU1585834A1 - Memory unit - Google Patents

Memory unit Download PDF

Info

Publication number
SU1585834A1
SU1585834A1 SU884601805A SU4601805A SU1585834A1 SU 1585834 A1 SU1585834 A1 SU 1585834A1 SU 884601805 A SU884601805 A SU 884601805A SU 4601805 A SU4601805 A SU 4601805A SU 1585834 A1 SU1585834 A1 SU 1585834A1
Authority
SU
USSR - Soviet Union
Prior art keywords
dysprosium
dysprosium fluoride
layer
memory element
switching
Prior art date
Application number
SU884601805A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Аркадьевич Рожков
Маргарита Борисовна Шалимова
Наталья Николаевна Романенко
Original Assignee
Куйбышевский государственный университет
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Куйбышевский государственный университет filed Critical Куйбышевский государственный университет
Priority to SU884601805A priority Critical patent/SU1585834A1/en
Application granted granted Critical
Publication of SU1585834A1 publication Critical patent/SU1585834A1/en

Links

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)

Abstract

Изобретение относитс  к вычислительной технике и может быть использовано в средствах записи и хранени  информации, устройствах автоматики. Цель изобретени  - повышение быстродействи , снижение потребл емой энергии элемента пам ти. Элемент содержит переключающий слой 3 из фторида диспрози , нанесенный на полупроводниковую подложку 1. При переключении в провод щее состо ние фторид диспрози  распадаетс  на ионы. Ионы диспрози  образуют провод щий канал. При обратном переключении вновь образуетс  диэлектрический фторид диспрози . Т.к. энерги  ионизации фторида диспрози  мала, то переключени  происход т за малые времена и инициируютс  небольшими токами. 3 ил.The invention relates to computing and can be used in the means of recording and storing information, automation devices. The purpose of the invention is to increase speed, reduce the energy consumption of the memory element. The element contains a switching layer 3 of dysprosium fluoride deposited on the semiconductor substrate 1. When switched to a conducting state, dysprosium fluoride is decomposed into ions. Dysprosium ions form a conductive channel. Upon reverse switching, dysprosium fluoride is formed again. Because the ionization energy of dysprosium fluoride is small, then the switchings take place in short times and are initiated by small currents. 3 il.

Description

Изобретение относитс  к вычислительной технике, в частности к элементам пам ти на основе диэлектрических и полупроводниковых материалов, которые могут быть использованы в средствах записи и хранени  информации в виде посто н- ных числовых массивов, стандартных программ ЭВМ, микрокоманд, микропрограмм , устройствах ,-телефонной св зи И автоматики, в качестве коммутаторов, распределителей , а также дл  создани  многофункциональных логических устройств.The invention relates to computing, in particular, to memory elements based on dielectric and semiconductor materials, which can be used in the means of recording and storing information in the form of constant numerical arrays, standard computer programs, microinstructions, microprograms, devices, telephone communications And automation, as switches, distributors, as well as for creating multifunctional logic devices.

Цель изобретени  - повышение быстродействи  и снижение потребл емой энергии элемента пам ти.The purpose of the invention is to increase the speed and decrease the energy consumption of the memory element.

На фиг.1 изображена структура элемента пам ти: на фиг.2 - вольтамперные характеристики элемента пам ти в высокоомном (крива  АОВ) и низкоомном (крива  COD) сог.то ни х; на фиг,3 - кинетические зависи- .Fig. 1 shows the structure of the memory element: Fig. 2 shows the current-voltage characteristics of the memory element in high resistance (curve AOW) and low resistance (curve COD) sog.to; in FIG. 3, kinetic dependencies.

мости изменени  тока через элемент при переключении его одиночным импульсом напр жени  из высокоомного в низкоомное состо ние и обратно.method of changing the current through the element when it is switched by a single voltage pulse from the high-resistance to the low-resistance state and vice versa.

Элемент пам ти содержит полупроводниковую подложку 1, провод щий слой 2, переключающий слой 3, металлический электрод 4.The memory element contains a semiconductor substrate 1, a conductive layer 2, a switching layer 3, a metal electrode 4.

Элемент пам ти имеет слоистую структуру , полученную вакуумным напылением фторида диспрози  на кремниевую подложку п-типа проводимости с удельным сопротивлением 0,1-100 Ом- см. Слой 3 фторида диспрози  имеет толщину 0,1-0,8 мкм и удельное сопротивление Ом-см. На слой 3 фторида диспрози  термическим испарением в вакууме через трафарет н апы- л етс  металлический электрод 4 площадью , лежащей в пределах 0,3-3 мм. К тыльной стороне полупроводниковой подО 00 СП 00 СО liwThe memory element has a layered structure obtained by vacuum deposition of dysprosium fluoride on a silicon substrate of n-type conductivity with a specific resistance of 0.1-100 ohm-cm. Layer 3 of dysprosium fluoride has a thickness of 0.1-0.8 μm and specific resistivity Ohm- cm. On the layer 3 of dysprosium fluoride by thermal evaporation in vacuum through a stencil, a metal electrode 4 is applied with an area lying in the range 0.3-3 mm. To the back of the semiconductor under 00 00 SP 00 CO liw

ложки 1 термическим распылением металла , в вакууме создаетс  сплошной омический контакт (слой 2).spoons 1 by thermal spraying of the metal, a continuous ohmic contact (layer 2) is created in vacuum.

Элемент пам ти можно изготовить и на кремниевой подложке 1 р-типа проводимо- сти или другого.полупроводника.The memory element can also be made on a silicon substrate with 1 p-type conductivity or another semiconductor.

Элемент пам ти работает следующим образом.The memory element works as follows.

В исходном состо нии элемент находитс  в высокоомном состо нии и его со- противление дл  указанных толщин пленок лежит в пределах Ом, а вольтам- перна  характеристика представлена кривой АОВ (фиг.2. При приложении между слоем 2 и электродом 4 посто нного либо импульсного электрического напр жени , пол рность которого соответствует обеднению поверхности подложки 1 основными носител ми зар да, а величина превышает пороговое значение 5-70 В происходит бы- строе переключение за врем  менее 0,5 мкс (фиг.З) в провод щее состо ние с сопротивлением 10-10 Ом. Вольтамперна  характеристика элемента после переключени  в провод щее состо ние изображаетс  кри- вой COD на фиг.2. Это состо ние устойчиво, запоминаетс  элементом и сохран етс  при отключении питани .In the initial state, the element is in a high resistivity state and its resistance for the specified film thicknesses lies within Ohms, and the current-voltage characteristic is represented by the AOW curve (figure 2. When applied between layer 2 and electrode 4 of a constant or pulsed electric voltage, the polarity of which corresponds to the depletion of the surface of the substrate 1 by the main charge carriers, and the value exceeds the threshold value of 5-70 V; a quick switch takes place in a time less than 0.5 µs (FIG. 3) to a conducting state with resistance 10-10 ohms. The volt-ampere characteristic of the element after switching to the conductive state is depicted by the COD curve in Fig. 2. This state is stable, remembered by the element and saved when the power is turned off.

При приложении напр жени , обогащающего поверхность полупроводниковой подложки 1 основными носител ми зар да, и пропускании через элемент тока большего гтороговой величины, около 100 мкА, происходит обратное переключение элемента из провод щего в исходное высокоомное со- сто ние за врем  0,4 мкс (фиг.З). Энерги  переключени  из одного состо ни  в другое не превышает 10 Дж.By applying a voltage enriching the surface of the semiconductor substrate 1 with the main charge carriers, and passing a current of a larger htorog value, about 100 µA, through the cell, the element is switched back from the conductive to the original high-resistance state during 0.4 μs ( FIG. 3). The switching energy from one state to another does not exceed 10 J.

Работа предлагаемого элемента пам ти обусловлена тем, что при приложении пере- ключающего напр жени  к элементу в слое 3 из фторида диспрози  происходит шнурование тока в узкой около 1 мкм области, которое приводит к локальному разогреву материала и увеличению его электропро- водности. Совместное действие электрического пол  и температуры вызывает разрыв ионных св зей фторида диспрози  и образование ионов диспрози , которые дрейфуют в электрическом поле к отрицательному электроду и формируют провод щий металлический канал в слое фторида диспрози . По мере накоплени  ионов диспрози  у отрицательного электрода толщина диэлектрического сло  в этой области уменьшаетс , The operation of the proposed memory element is due to the fact that, when a switching voltage is applied to the element in layer 3 of dysprosium fluoride, current is tied up in a narrow area of about 1 μm, which leads to local heating of the material and an increase in its conductivity. The combined effect of the electric field and temperature causes the disruption of the ionic bonds of dysprosium fluoride and the formation of dysprosium ions, which drift in the electric field to the negative electrode and form a conductive metal channel in the dysprosium fluoride layer. As the dysprosium ions accumulate around the negative electrode, the thickness of the dielectric layer in this area decreases,

а напр женность электрического пол  возрастает , что вызывает дальнейшее увеличение тока. Наличие положительной обратной св зи в канале приводит к лавинообразному процессу образовани  провод щего металлического канала из диспрози  в матрице диэлектрического переключающего сло  3 и переключению элемента в низкоомное состо ние , которое запоминаетс  и сохран етс  при отключении питани .and the intensity of the electric field increases, which causes a further increase in current. The presence of positive feedback in the channel leads to an avalanche-like process of forming a conductive metal channel from dysprose in the dielectric switching layer 3 matrix and switching the element to a low-impedance state, which is stored and stored when the power is turned off.

При формировании провод щего канала и снижении сопротивлени  переключающего сло  3 происходит перераспределение напр жени  в элементе, т.е. уменьшение падени  напр жени  на слое 3 и увеличение падени  напр жени  в обедненной области пространственного зар да полупроводниковой подложки 1 вблизи границы с слоем 3. При этом область пространственного зар да ограничивает протекающий ток и предохран ет элемент от необратимого пробо  сло  3 фторида диспрози .When a conductive channel is formed and the resistance of the switching layer 3 decreases, the voltage is redistributed in the cell, i.e. a decrease in the voltage drop on the layer 3 and an increase in the voltage drop in the depleted spatial charge region of the semiconductor substrate 1 near the boundary with the layer 3. At the same time, the spatial charge region limits the flowing current and protects the element from the irreversible breakdown of the dysprosium fluoride layer 3.

Таким образом, переключение элемента из высокоомного в низкоомное состо ние соответствует локальному фазовому превращению материала активной области, когда в диэлектрической матрице сло  3 формируетс  провод щий канал-металлического диспрози , окруженный областью с избыточным фтором. Данный канал устойчив и сохран етс  при отключении электрического питани .Thus, switching the element from the high-resistance to the low-resistance state corresponds to a local phase transformation of the material of the active region, when a conductive channel-metal dysprosium is formed in the dielectric matrix of the layer 3, surrounded by a region with excess fluorine. This channel is stable and maintained when the power is turned off.

При пропускании тока противоположной пол рности, величина которого больше порогового значени , материал провод щего канала разогреваетс , что приводит к взаимной диффузии атомов диспрози  и фтора и химическому взаимодействию между ними с образованием фторида диспрози . При этом область провод щего канала восстанавливает свои диэлектрические свойства и элемент переключаетс  в исходное высокоомное состо ние.By passing a current of opposite polarity, the magnitude of which is greater than the threshold value, the conductive channel material is heated, which leads to the mutual diffusion of dysprosium and fluorine atoms and the chemical interaction between them to form dysprosium fluoride. In this case, the conductive channel region restores its dielectric properties and the element switches to the original high resistive state.

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Элемент пам ти, содержащий провод щий слой, полупроводниковую подложку, расположенную на провод щем слое, переключающий слой, расположенный на поверхности полупроводниковой подложки, металлический электрод, расположенный на поверхности переключающего сло , отличающийс  тем, что, с целью повышени  быстродействи  и снижени  потребл емой энергии элемента пам ти, переключающий слой выполнен из фторида диспрози .A memory element containing a conductive layer, a semiconductor substrate disposed on the conductive layer, a switching layer disposed on the surface of the semiconductor substrate, a metal electrode disposed on the surface of the switching layer, characterized in that in order to increase speed and reduce energy consumption memory element, the switching layer is made of dysprosium fluoride. /VVVNAATVVVXAAAAAAAAAA/VV/ VVVNAATVVVXAAAAAAAAAA / VV fpue.1fpue.1 y,MKAy, MKA тt 8080 ftUftU n -10 -8 -6 -4 -2n -10 -8 -6 -4 -2 4040 4r Q8 1,14r Q8 1.1 Фаг.ЗPhage.Z Составитель С.Королев Техред М.МоргенталCompiled by S. Korolev Tehred M. Morgental // г 6 8 W 12 U.Sg 6 8 W 12 U.S /уЛИГ / ULIG Корректор С.ШекмарProofreader S. Shekmar
SU884601805A 1988-11-01 1988-11-01 Memory unit SU1585834A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884601805A SU1585834A1 (en) 1988-11-01 1988-11-01 Memory unit

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU884601805A SU1585834A1 (en) 1988-11-01 1988-11-01 Memory unit

Publications (1)

Publication Number Publication Date
SU1585834A1 true SU1585834A1 (en) 1990-08-15

Family

ID=21407799

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU884601805A SU1585834A1 (en) 1988-11-01 1988-11-01 Memory unit

Country Status (1)

Country Link
SU (1) SU1585834A1 (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.: Мир, 1984, т.2, с. 78-90. Андреев В.П. Репрограммируемые посто нные запоминающие устройства на основе стеклообразных полупроводников. М.: Радио и св зь, 1986, с. 135. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4203123A (en) Thin film memory device employing amorphous semiconductor materials
Bernard et al. Back-end-of-line compatible conductive bridging RAM based on Cu and SiO2
US5315131A (en) Electrically reprogrammable nonvolatile memory device
Schuöcker et al. On the reliability of amorphous chalcogenide switching devices
US5363329A (en) Semiconductor memory device for use in an electrically alterable read-only memory
Hu et al. Switching and filament formation in hot-wire CVD p-type a-Si: H devices
US8711594B2 (en) Asymmetric switching rectifier
JP2007525816A (en) Multi-terminal chalcogenide switching device
US11031551B2 (en) Light-activated switching resistor, an optical sensor incorporating a light-activated switching resistor, and methods of using such devices
Ota et al. Non-polarized memory-switching characteristics of ZnTe thin films
JPS564290A (en) Superconductive element
SU1585834A1 (en) Memory unit
Henisch et al. Characteristics and mechanism of threshold switching
Gao et al. Correlation between diode polarization and resistive switching polarity in Pt/TiO2/Pt memristive device
Shaw et al. Preswitching and postswitching phenomena in amorphous semiconducting films
US9209388B2 (en) Memory cells and methods of forming memory cells
US3018426A (en) Electric contacts
Zaman et al. Experimental verification of current conduction mechanism for a lithium niobate based memristor
WO2022127446A1 (en) Mixed conducting volatile memory element for accelerated writing of nonvolatile memristive device
US3118130A (en) Bilateral bistable semiconductor switching matrix
Li et al. Asymmetric resistive switching effect in Au/Nb: SrTiO3 Schottky junctions
EP0015649B1 (en) Thyristor
SU986198A1 (en) Single-programmed memory
US3395446A (en) Voltage controlled switch
Choi et al. High-speed multibit operation of a dual vacancy-type oxide device with extended bi-polar resistive switching behaviors