Элемент памяти с однократным программированием

(9) .(1 Ц 4(51) С 13 С 31/40 ИЭОБРЕТ И. Воронов,панов тро 3,роев0-26 ЮЮЮФЕНВВ Ю 1 ВП СОЮщ ЛВВи иМВ Паай Н щеици(71) Институт радиотехники и элек ники АВ СССР(54)(57) 1. ЭЛКИЕЯТ ПАИЯТИ С ОДНОКРАТНЫМ ПРОГРАИИИРОВАВЕИ, содержащий полупроводниковую подложку, защитный диэлектрический слой, первую управляющую вину, контактирующую с защигным диэлектрическим слоем, и вторую управляющую вину, внедренную в полупроводниковую подложку и образующую с ней выпрямляющнй контакт,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, .с целью обеспечения саморазвязкиувеличения степени интеграции иуменьшения энергии записи инЪормациина полупроводниковую подложку ивторую управляющую вину нанесен эпитаксиальный полупроводниковый слойпротивоположного подложке типа прово.димости, а защитный слой нанесенповерх эпитаксиального полупроводникового слоя н его участок над второйуправляющей ниной выполнен в видетонкого диэлектрического слоя, толщи"на которого определяется напряжениемпробоя диэлектрического слоя,2. Элемент памяти по п.1, о г -л и ч а ю щ н й с я тем, что диэлектрическими слой выполнен из ЗхО,толщина которого не должна превьапать50 нм,Изобретение относится к области полупроводниковой и вычислительной техники и используется при построении запоминающих устройств.Известны элементы памяти с одно кратным программированием, основанные на пережигаиии металлических или полупроводниковых перемычек за счет джоулева тепла, выделяющегося при протеканий тока Я .Эти элементы имеют тот недостаток, что дпя своей работы требуют больших токов на уровне десятков миллиампер и при создании матриц элементов требуют использования раз вязывающих диодов или транзисторов,Наиболее близким решением из известных является запоминающий биста" бильный переключатель, сохраняющий информацию при отключении питания Ц , в котором на поверхности комненсироваиного полупроводника расположены два электрода - омический и шоттковский. При подаче к электродам напряжения заданной величины 25 длительности на поверхности полупроводника из шоттковского контакта появляется металлическая нить, замыкающая электроды, Нить сохраняется при отключении питания. 30Указанный элемент памяти имеет следующие недостатки: при создании матрицы элементов необходимо использовать дополнительные элементы - развязывающий диод или транзистор; для его работы требуются большие токи порядка. 150 мА; он занимает большую площадь, так как нить расположена на поверхности полупроводника. Все это ограничивает емкость матрицы за 0 поминающего устройства до величины порядка 10 Э бит на кристалл.Целью изобретения является обеспечение саморазвязки, увеличение степени интеграции и уменьшение энергии записи информации. 20 Поставленная цель достигается тем, что в полупроводниковом элементе памяти с однократным программированием, содержащем полупроводниковую 50 подложку, защитный диэлектрический слой, первую управляющую шину, контактирующую с защитным диэлектрическим слоем, и вторую управляющую шину, внедренную в полупроводниковую 55 подложку и образующую с ней омичес, кий контакт, на полупроводниковую подложку и вторую управляющую шину нанесен эпитаксиальный полупроводниковый слой противоположного подложке ткпд проводимости, а защитный слой нанесен поверх эпитаксиального полупроводникового слоя и его участок над второй управляющей шиной выполнен в виде тонкого диэлектрического слоя, толщина которого определяется напряжением пробоя диэлектричес- кого слоя, а диэлектрический слой выполнен из ЫО, толщина которого не должна превышать 50 нм.Схематический вид элемента памяти приведен на фиг. 1.Описываемын элемент памяти с однократным программированием содержит полупроводниковую подложку (кремний р-типа) 1, эпитаксиальный полупроводниковый слой обратного подложке типа проводимости (кремний и-типа) 2, вторую управляющую шину 3 (вырожденный кремний и-типа), защитный диэлектрический слой 4 (БхО), области изолирующего элементы р-и-перехода 5 (кремний р-типа), тонкий (10 нм) диэлектрический слой 6 (ВО), первую управляющую шину 7 (А 1). Приведенный вид элемента соответствует исходному (до записи информации) состоянию.На фиг, 2 представлен схематичес- кий вид элемента памяти после записи информации. Обозначения приняты те же, что и на фиг. 1, В процессе записи информации в тонком диэлектрическом слое образуется проводящий какал 8, в который приникает металлическая нить из материала первой управляющей шины 7 до контакта с эпитаксиальным полупроводниковым слоем 2.Запись информации осуществляетсяподачей импульса напряжения междууправляющими шинами 3 и 7, Амплитудаимпульса должна быть достаточнойдля электрического пробоя тонкогодиэлектрического слоя. Так, например,для слоя двуокиси кремния толщиной10 нм амплитуда импульса должйа быть порядка 10 В, если удельная проводимость кремния не превышает единиц Ом см. При этом полярность импульса напряжения должна быть такой, чтобы первая .управляющая шина 7 быпа положительно заряжена относительно вторОйуправляющей шины 3, Ток при записи ограничен последовательным сопротивлением и zри величике его 30 кОм986198 Риг,РВНИИПИ Зайаэ 174015 Тира 584 Водаиаое Филиаа ЙШ фЪеаитф, г Уарород, уа.Проектная, 4 не будет превышать 300 мкА, В результате пробоя тонкого диэлектрического слоя двуокиси кремния в ней образуется проводящий канал, куда проникает. металлическая нить из материала управляющей шины 7 (алюминиевая), до соприкосновения с эпитаксиальным полупроводниковым слоем кремния и-типа 2. Таким образом, создается диод Шоттки алюминий - кремний эпи- О таксиального слоя и-типа с хорошимивыпрямляющими свойствами. Коэффи-. циент выпрямления составляет 10 при6 считывающем напряжении 1 В, Созданный диод Шоттки сохраняется при от ключении питания.Считывание производится подачей импульса напряжения на считываемый элемент амплитудой 1 В, Полярность считывающего импульса должна быть 20 такой, чтобы диод Шоттки был включен в прямом направлении. При этом ток через считывающий элемент памяти будет составлять порядка сотен микроампер для элемента с диодом Шоттки 25 (занисанный элемент) и порядка 10 А для элемента памяти без диода Шоттки (незаписанный элемент).В.матрице предлагаемых элементов памяти при считывании одного элемен- Зо та существуют параллельные цепи, содержащие как мивимум три последовательно соединенных элемента, по которым может протекать нежелательный ток, Однако в таких параллельных цепях по крайней мере один диод Шоттки включен в обратном направлении и суммарный нежелательный ток бу. дет ограничен обратным током диода Шоттки, При коэффициенте выпрямления 10 раз число таких параллельных цепей может быть порядка 10 при сох 5 ранении десятикратного запаса считы-, вающего,тока над паразитным. Такйм образом, создаваемыйпри записи диод Шоттки служит одновременно развязывающим диодом. Следовательно, предлагаемый элемент памяти обладает качественно новой характериСтихой - не требует дополнительных элементов развязки.Принципиальным ограничением на размеры элемента памяти, а следовательно, на емкость запоминающего устройства на одном кристалле является размер проводящего канала 8 в рабочем слое двуокиси кремния б.Проведенные исследования показали, что линейный размер канала может быть сделан менее 100 нм, Следовательно, в настоящее время емкость запоминающего устройства на однонм кристалле будет ограничена не физическими причинами, а технологическими возможностями современной литографии.