Полупроводниковое запоминающее устройство

(19) П 1) 151) Н 01 Ь 29 14 ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТЕНИ 4ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(71) Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР(56) 1, Радауцан С.И. и др, Эффектпамяти и электролюминесценция гетеропереходов р ЕлТЕ и й - Дай . Письмав ЖТР,.т.3, вып. 5, 1977, с. 234-2382. Авторское свидетельство СССРР 670023, кл. Н 01 Ь 29/14, 1977.(54)(57) ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее гетеропереход, состоящий иэ вырожденногополупроводника и невырожденной полупроводниковой пленки, которая содержит ловушки в запрещенной зоне иконтактный элемент, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью увеличения времени хранения включенного состояния, между контактным элементоми невырожденной полупроводниковойаленкой создан потенциальный барьер.Изобретение относится к вычисли тельной технике, преимущественно к элементам репрограммируемых полупроводниковых матриц памяти, предназначенных для использования.в не- программируемых постоянных запоминающих устройствах электронных цифро вых вычислительных машин.Известен элемент репрограммируемого постоянного запоминающего устройства (ЭРПЗУ) на основе гетеро переходар 76 Те.бою 1, обладающий явлением переключения и памяти при отключении источника питания.Оенако свойства входящих в его состав полупроводникорых материалов 15 и конструкция такого ЭРПЗУ не позволяет совместить его изготовление с современной технологией кремниевых интегральных схем.Укаэанные недостатки. устранены в полупроводниковом запоминающем устройствесодержащем гетеропереход, состоящий из вырожденного полупроводника и невырожденной полу. проводниковсй пленки, которая содер. жит ловушки в запрещенной зоне и контактный элемент 2 . Переключение и "память" в таком устройстве достигаются наличием в пленке двуокиси олова дефектов, создающих глубокие уровни в запрещенной зоне. В таком 30ЭРПЗУ время сохранения включенного состояния при отключении питания не превышает нескольких десятков минут. Однако в ряде случаев требуется более долговременная "память" при 35 отключении питания, которая не может быть достигнута в этом ЭРПЗУ, что является его недостатком.Целью изобретения является увеличение времени хранения включенного 40 состояния.Цель достигается тем, что в запо. минающем устройстве, содержащем гетеропереход, состоящий из вырожденного полупроводника и невырожден ной полупроводниковой пленки, которая содержит ловушки в запрещенной зоне, и контактного элемента, контактный элемент образует с пленкой не- вырожденного полупроводника потенци альный барьер.Энергетическая диаграмма полупроводниковой структуры вырожденный полупроводник Р -типа-невырожденный полупроводник И -типа, бладающий ловушками в запрещенной зоне,-металл представлена на чертеже в исходном состоянии без смещения. Металлический контакт является инжектирующим. Здесь В -дно зоны проводимости; Еу -потолок валентной эоны; Е -сере дина запрещенной эоны; 6 -уровень ферми; Е 1 -уровень ловушки для электронов; Е - уровень ловушек для дырок.,При.приложении малых положительных смещений к верхнему металли ческому электроду относительно подложки, сквозной ток через всю полупроводниковую структуру будет определяться только током неосновных носителей из подложки, а так как этот ток мал, то и сквозной ток будет тоже мал по величине. При приложении малых отрицательных смещений к верхнему металлическому электроду относительно подложки сквозной ток будет определяться током неосновных носителей из металлического электрода.Так как этот ток также мал по величине, то и сквозной ток через структуру будет иметь малую величину. Таким образом, высокое сопротивление в выключенном состоянии объясняется очень слабыми токами неосновных носителей как при положительном, так и при отрицательном смещении.При увеличении положительного смещения относительно подложки возникает момент, когда становится возможным туннелирование через треугольный барьер из валентной эоны вырожденного полупроводника в зону проводимости невырожденного полупроводника, что вызывает увеличение сквозного тока через структуру. Так как на границе с металлом имеется барьер, то не все электроны будут давать вклад в сквозной ток: часть электронов задержится у барьера с металлом и создает дополнительный отрицательный заряд в приконтактной области, которая снизит барьер с металлом. При дальнейнем увеличении положительного смещения становится возможным туннелирование электронов из валентной эоны невырожденного полупроводника в зону проводимости металла. При этом в валентной зоне невырожденного полупроводника появляются дырки, которые движутся к вырожденному полупроводнику, В запрещенной зоне невырожденного полупроводника имеются ловушки, способные захватывать электроны Е " иедырки ЕВ исходном состоянии все ловушки заполнены и имеют заряд равный нулю, Теперь появившаяся в валентной зоне невырожденного полупроводника дырка захватывается ловушкой для дырки в области, прилежащей к вырожденному проводнику с последующей рекомбинацией с электроном, находящимся на ловушке для электронов в этой области, Таким образом, в приконтактной с гетеро- переходом области происходит увеличение электрического поля и соответственное увеличение туннельной прозрачности треугольного барьера для электронов из валентной зоны вырожденного полупроводника. Следовательно, увеличивается поток электронов в зоне проводимости невырожденного полупроводника и, как следствие,399 б/2 Тираж 683 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и окткрытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д.4/5Заказ Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 происходит дальнейшая компенсация барьера в приконтактной к металлу области и увеличение туннельной прозрачности для электронов, проходящих из валентной зоны невырожденного полупроводника в металл. При этом происходит увеличение концентрации дырок в валентной зоне невы- рожденного полупроводника, их захват ловушками с последующей рекомбинацией, увеличение поля возле гетеро- перехода., увеличение туннелирования в этой области и т.д., т.е. возникает положительная обратная связь и происходит переключение. При снятии положительного относительно подложки 15 смещения происходит восстановление барьера с металлом, который препятствует потоку электронов из металла в невырожденный полупроводник и тем самым заполнению опустошенных О ловушек для электронов, которые и будут определять "память"такой структуры.При выключении такой структуры к верхнему электродуприкладывается отрицательное относительно подложки смещение, При этом будут протекать большие сквозные токи, так как опустошенные ловушки для электронов в приконтактной к гетеропереходу области поддерживают за счет своего положительного заряда высокую туннельную прозрачность треугольного барьера между валентной зоной вырожденного полупроводника и зоной прово. димости невырожденного полупровод- З 5 ника. При дальнейшем увеличении отрицательного смещения практически все напряжение, прикладываемое к структуре, будет приложено к контакту с металлом, что при определенном 40 напряжении смещения приведет к такому потоку электронов, что туннельная прозрачность барьера между вырожденным и невырожденным полупроводниками будет недостаточна, чтобы 45 пропустить все электроны, пришедшие из металла.Это вызовет увеличение концентрации электронов в зоне проводимости невырожденного полупроводника и захват их ловушками для электронов, что в свою очередь вызовет уменьшение туннельной прозрачности барьера между полупроводниками, увеличение концентрации электронов в зоне проводимости и т.д. Таким образом, налицо положительная связь при выключении в исходное состояние.Потенциальные барьеры на границах двуокиси олова при снятии включающего напряжения предотвратят поток электронов в пленку двуокиси олова и, следовательно, захват ловушками этих электронов. Таким образом, при наличии барьеров на границе пленки двуокиси олова время хранения информаций таким ЭРПЗУ будет определяться только термоэмиссионными потоками элек.- тронов через барьеры. При комнатной температуре время хранения может достигать 10-12 месяцев. Устройство может быть изготовленона подложке из вырожденного кремнияс пленкой двуокиси олова, в которойбыл выполнен ннжектирующий металлический контакт. Такое устройствоимеет время хранения включенного состояния около 8 месяцев.В ряде практических случаев невозможно или невыгодно использоватьтакой материал, как двуокись олова,например, при отсутствии специальныхвакуумных установок реактивногоионноплазменного ненесения. В такомслучае вместо пленки двуокиси оловаможет быть изготовлена пленка окисицинка, обладающая глубокими центрами в запрещенной зоне, Образцытакого рода обладали памятью в течение б месяцев,С целью упрощения технологииизготовления элементов РПЗУ, сниженияих стоимости пленку двуокиси оловаможно заменить пленкой, изготовленной из поликристаллического кремния,на образцах такого типа время хранения включенного состояния составилоне менее б месяцев,Таким образом, создание пограничных барьеров с онкой пленкой позволяет увеличить время хранения информации при отключении источникапитания на несколько порядков.Кроме того, использование поликристаллического кремния вместо двуокисиолова позволяет во много раз упростить и удешевить технологию изготовления таких РПЗУ, так как этот материал не выходит за рамки обычнойкремниевой интегральной технологии,