Оптоэлектронный элемент памяти

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ЯО.79740 1/42 1)4 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ изики полупроводнико Е.И.Черепов.ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБ ЕТЕНИЙ И ОП 1 РЦТИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ.(71) ИнститутСО АН СССР(54) (57) ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ЭЛЕМЕНТПАМЯТИ, содержащий полупроводниковуюподложку р -тина проводимости и размещенный на подложке слой полупроводника л -типа проводимости, в .которомразмещена запоминающая среда с расположенными вней И+-областямистокаи иСтока, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью повышения надежности элемента, .запоминающая среда выполнена и виде области полупроводника с введенной в него многоразряднойпримесью, компенсирующей основнуюлегирующую примесь.797406 рующую примесь. О 15 20 30 35 40 канал между ними. 45 Изобретение относится к областиавтоматики и вычислительной техникии может быть использовано в приборахи устройствах, предназначенных длярегистрации и хранения электрическихи.оптических сигналов,Известен элемент памяти, состоящий из МДП-транзисторов, в которыхинформация хранится в виде подвижного заряда в МОП-емкости или в.р -ипереходе. Недостатком таких элементов памяти является малое время хранения информации и высокие требования к подзатворному диэлектрику икачеству границы раздела полупровод"ник - диэлектрик.Известен оптоэлектронный элементпамяти, который состоит иэ полупроводниковой подложки с областями истока и стока среды запоминания в видеподзатворного диэлектрика и управляющего затвора. Этот элемент памятивыбран в качестве прототипа и работает следующим образом.Изменяется порог соответствующейМДП-структуры за счет захвата и удержания носителей заряда (управляющегозаряда) на ловушках в слое диэлектрика или на границе раздела двух ди. электриков (т.н. МНОП или МАОП-структуры).Для регистрации сигналов с помощью этого элемента памяти характернывысокие (предпробивные) напряжениязаписи, нестабильный характер записи и растекания заряда, сложнаятехнология с высокими требованиямик качеству электрических слоев, чтопрепятствует использованию других,кроме кремния, полупроводников. Всеэти недостатки являются следствиемтого обстоятельства, что заряд подвижных носителей должен быть заброшен через энергетический барьер вдиэлектрик и там закреплен. ъистока, запоминающая среда выполйна в виде области полупроводника свведенной в него многозарядной примесью, компенсирующей основную легиВ оптоэлектронном элементе памяти управляемый заряд закрепляется не в диэлектрике, как в элементе - прототипе, а в объеме полупроводника при помощи специально введенной многозарядной примеси в счет эффекта захвата (прилипания) подвижных носителей и соответствующего знака, Многозарядная примесь, например, цинка, вводится в приповерхностный слой полупроводника, например крем" ний, п "типа проводимости в концент-. рации, равной половине концентрации основной легирующей примеси с тем,чтобы равновесные носителИ зарядаполностью заполнили верхний уровеньдвухзарядного центра.Проводимость промежутка между об- .ластями истока и стока, образующих И-переходы с приповерхностным слоем полупроводника, будет в обычном состоянии мала.Освещение структуры импульсом света, или включение инжектирующего импульса между истоком-стоком и общим электродом на противоположнойстороне подложки р -типа проводимости приводят к появлению неравновесных электрон-дырочных пар на расстоянии порядка диффузионной длиныот инжектирующих-0-переходов. Наличие двухзарядных атомов примеси,например цинка, в этой области приведет к захвату (прилипанию) носителей .заряда одного из типов (дырок) на второй уровень центра. Прй этом носители заряда другого типа останутся в области промежутка между н-переходами, образуя проводящийЦелью изобретения является повышение надежности элемента памяти за счет упрощения конструкции, снижения напряжения записи, управления временем запоминания.Цель достигается тем, что в оптоэлектронном элементе памяти, содержащем полупроводниковую подложку -типа проводимости и размещенный на подложке слой полупроводника и типа проводимости, в котором размещена запоминающая среда с располо.- женными в ней ь+ -областями стока и Это состояние высокой проводимости канала будет сохраняться длительное время, соответствующее времени жизни захваченных носителей заряда иа уровень захвата (прилипания), постепенно уменьшаясь за счет теплового выброса захваченных носителей заряда .и последующей их рекомбинации со свободными носителями заряда другоготипа, Очевидно, что длительность состояния открытого канала (состояния запоминания) будет больше,чем боль-:, ше ширина энергетической щели в полу"3 797406 4 лит производить спектральное преобраратуры кристалла может составлять,время от единиц миллисекунд До десятО зование изображения.ков часов. Инжекция носителей заря- Оптоэлектронный элемент памяти да только из одного И -1-перехода Функционирует при значительно меньэлемента памяти не создает необходи . :ших управляющих напряжениях, может мой концентрации вблизи другого пе- быть реализован на других, помимо рехода и, следовательно, не создает. :5 кРемния, полупроводниках и позволяет проводимости между ними, котораярегулировать. время хранения информа регистрируется в процессе считыва- ,ции. проводнике, чем больше сечение захва- ния, Это свойство предложенного элета неравновесного носителя заряда мента памяти позволяет организовать на уровень захвата, чем выше концент- из них матрицу с ортогональной снсрация центров захвата и чем ниже тем- темой шин, к которым подключены сток пература. Подсчеты показывают, чтои исток каждого элемента памяти. длительность может изменяться в ши- Предложенный тип элемента памяти роких пределах от долей миллисекунд является динамическим устройством, до десятков секунд и более. которому для сохранения информацииСледует отметить также, что каж- .в произвольном промежутке времени дый сигнал опроса будет соответство- О необходимо иметь систему восстановвать дополнительной инжекции элек- ления уровня в ячейках. трон-дырочных пар, так что состояниезапоминания будет сохраняться тем : Оптоэлектронный элемент полупродлительнее, чем чаще опрашивается ,водниковой памяти отличается просто1элемент памяти. 15 той конструкции,посколькуне содержитТаким образом, оптоэлектронные управляющих электродов и при их изэлементы памяти при организации их в готовлении не предъявляются высокие матричную структуру допускают прин- требования к свойствам границы раз-: ципиальную возможность селекции за- . дела между поверхностью полупровод-. поминаемой информации по степени 20 ника и слоем диэлектрика, обеспечи-. частоты обращения к ней. вающим только функцию внешней защиты.Оптоэлектронный элемент памяти и изоляции полупроводника от шин работает следующим образом. . электрической разводки. При МеобхоСтруктура элемента показана на Димости влияние граиицы раздела наВчертеже:-слой создан, например, 25 процессы протекания тока между обпутем компенсации донорной примеси ластями истока и стока может быть, атомами цинка в количестве, удовлет- понижено путем создания встроенного воряющем следующему соотношению заряда в слое диэлектрика, отталки- Б"- 1/2 ИР При этом условии электро- вающего свободные неравновесные носиХинй оказываются локализованными на ЗО тели заряда от границы. атомах цинка, заполняя два акцептор-В оптоэлектронном элементе ламяти ных уровня. Сечение захвата дырок . -область также может быть компенси на дважды и однократно отрицательно рована многозарядной примесью, образаряженном атоме цинка составляет . зующей с примесью в П -области одибр - 10 смф,а электрона наковые энергетические уровни 1 От=10см, т,е. гораздо меньше. носительно краев валеитной зоны и . При приложении отрицательного импуль- зоны проводииости (например, сера и са к У стоку и Х истоку (по отно- медь в кремнии для области .р -тяпа шению к подложке 0 в-область ин- и и -типа соответственно). При проекжектнруются электроны из В -области 4 О Ции на такую структуру оптического и дырки, заполняя все пространство изображения электронно-дырочные пары, между иф -1-переходами, Дырки захва- генерируемые квантами света будут тываются на атоми цинка, а электроны .,закрепляться на соответствующих по образуют проводящую среду между )А-знаку многозарядных центрах прилипапереходами стока и истока. Эта провония, создавая тем самым потенциальдимость сохраняется в течение време ный рельеф, который может быть вини локализации дырок на ловушках и . зуализирован, например, с. помощьюв зависимости от их глубины и темпе- пленки жидкого кристалла, что позво;