Интегральное запоминающее устройство

СОЮЗ СОВЕ ТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИН 4 С 1 С 1140 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯИ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ н оводниие уст 86-90 е С 3 г- -335. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Институт фиэики полупровков СО АН СССР(54) (57) ИНТЕГРАЛЬНОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕУСТРОЙСТВО, содержащее полугроводниковую подложку, на поверхности которой расположены первый диэлектрический слой с первыми металлическимиэлектродами и второй поляризующийсядиэлектрический слой,о т л и ч а ющ е е с я тем, что,с целью упрощенияустройства, оно содержит вторые металлические электроды, расположенныена поверхностях диэлектрических сло,.вперпендикулярно первым металлическимэлектродам,Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в качестве постоянного интегрального запоминающегоустройства (ИЗУ) в устройствах автоматики и вычислительной техники.Известно интегральное запоминающееустройство (ИЗУ) с произвольной выборкой записанной информации на основе модифицированных приборов с зарядовой связью.Указанное устройство сложно поконструкции, поскольку в нем на каждую шину записи и считывания имеетсяпо несколько Р -И-переходов, а для 15вывода информации в конструкции названного ЗУ предусмотрены диффузионные шины, количество последних зависит от емкости запоминающего устройства, Изготовление этого прибора 20сложно и дорогостояще,Известно ИЗУ, выполненное на ос. нове МДП-структур, содержащее слойметаллических электродов, диэлектрик,расположенный между электродами иповерхностью полупроводника,Указанная конструкция сложна визготовлении, так как требует сложных .технологических процессов.Целью изобретения является упро- З 0щение конструкции.Поставленная цель достигается тем,что в известное интегральное запоминающее устройство, содержащее полупроводниковую подложку, на поверхнос- З 5ти которой расположены первый диэлектрический слой с первыми металлическими электродами и второй поляриэующийся диэлектрический слой, дополнительно введены вторые металли" 40ческие электроды, расположенные наповерхности диэлектрических слоевперпендикулярно к первым металлическим электродам.На фиг. 1 приведена конструкция 45интегрального запоминающего устройст-ва, общий вид, на фиг. 2 - фрагментИЗУ, вид сверху. Устройство содержит полупроводниковую подложку 1, первый (нижние) металлические электроды 2 и 3, вторые (верхние) металлические электроды 4, первый диэлектрический слой 5,. второй поляризующийся диэлектрический 55 слой б, диэлектрик 7.ИЗУ содержит равновесную МДП-емкость 8 и электрод 9. Конструктивно ИЗУ представляет собой однородную по уровню легирования полупроводниковую подложку 1 (например, и -кремния) и два ряда электродов 2, 3 и 4, не имеющих электрического контакта ни между собой, ни с полупроводниковой подложкой. Первый ряд содержит две системы параллельных электродов 2 и 3, одни из которых могут быть (каждый третий электрод) соединены между собой и играть роль распределенных равновесных источников неосновных носителей заряда (электроды 2). Другие электроды этого ряда (3) работают по принципу плавающего электрода.Второй ряд электродов 4 расположен поперек нижнего ряда электродов 2 и 3. Электроды 4 в местах контакта с поляризующимися (двуслойным) диэлектрическим и поляризующим слоями образуют совместно с полупроводниковой подложкой 1 ИДП-структуру, обладаюшую эффектом "памяти" (например на туннельно тонкий 8 О нанесен 8104). Верхний и нижний ряды электродов разделены между собой диэлектриком 7.В качестве источника неосновных носителей используется равновесная ЯП-емкость 8, Инверсия проводимости приповерхностной области полупроводника производится подачей постоянного смещения на электрод ИДП-емкости 8. Процесс накопления заряда неосновных носителей в потенциальной яме обусловлен термогенерацией электронно-дырочных пар в обедненном слое, поверхностной генерацией и диффузией неосновных носителей иэ объема полупроводниковой подложки 1, причем основное влияние оказывают первые два процесса.1Предлагаемая конструкция работает следующим образом.Режим записи. На электрод 2, который в исходном состоянии подключен к земле, подается напряжение 0 , при этом под электродом 2 образуется потенциальная яма. Однако перетекание заряда и" равновесной ИДП-емкости 8 под электроды 2 невозможно, так как в исходном состоянии потенциал электрода 9 равен нулю и между потенциальными ямами равновесной МДП-емкости 8 и электрода 2 существует потенциальный барьер для неосновных носителей заряда.Для перетекания заряда потенциаль -ный барьер под электродом 9 снижается путем подачи на электрод 9 отрицательного напряжения соответствующей амплитуды. После заполнения неосновными носителями потенциальнойямы под электродом 2 снимается напряжение с управляюшего электрода 9,Таким образом, под электродами 2 находится равновесный эаряд неосновныхносителей.Подобно описанному выше далее изпод электрода 2 заряд передается подэлектрод 3, при этом в качестве управляющего электрода используется 5, электрод 4.Между полупроводниковой подложкой1 и управляющим электродом 4 на участке между электродами 2 и 3 находится двухслойныйполяризующийся диэлект- Ирик, например, состоящий из туннельнотонкого 810 и нитрида кремния. Такаяструктура представляет собой известную МНОП-структуру, обладающую эффектом "памяти". ИДП-структура 4-5-б имеет в начальном состоянии пороговоенапряжение 0, .После передачи заряда дырок подэлектрод 3 потенциал электрода 2уменьшается до нуля, а потенциал 30электрода 4 повышается до уровня записи (50-100 В). При этом заряд иэпод электрода 3 переносится сквозьдвуслойный диэлектрик на электрод 4,а часть заряда захватывается в нитри-З 5де кремния вблизи границы разделаЯдО - Яд 5 К . По окончании импульсазаписи, подаваемого на электрод 4,ИНОП-структура, в адресных ячейкахкоторой записывалась информация, 40будет обладать более высоким по сравнению с первоначальным значением порогового напряжения ОПеренос заряда из-под электрода .2может осуществляться одновременнопод несколько электродов 3 того же,ряда, что и электрод 2.ЭТаким образом, запись информацииво все ячейки памяти, расположенныепод одним из электродов верхнего ряда 4, также может производиться заодин цикл.После записи информации под одним иэ электродов 4 для исключениязаписи ложной информации разряжают 55электроды 3, при этом оставшиеся подэлектродом 3 неосновные носителизаряда инжектируются в подложку 1. Режим считывания. При считыванииинформации на управляющий электрод 9 подается отпирающее напряжение и из равновесной МДП-емкости 8 под электрод .2 происходит передача заряда.Электроды 3 находятся под плавающим потенциалом.На электроды 4 в режиме считывания подаются импульсы 0, причем амплитуда импульсоь должна выбиратьсяиз условия 0 ъ ц щО . Тогда приложение к электродам 4 напряженияО, вызывает появпение броска токасц .во всех ячейках памяти, в которыхзаписан логический 0. В ячейках,в которых записана "1", тока дырокмежду электродами 2-3 нет, а потенциал электрода 3 во время считыванияне изменяется. Если считывание информации осуществляется параллельно,то под плавающим потенциалом находятся одновременно все электроды 3.При последовательном режиме считывания электроды 3 находятся под пгавающим потенциалом только на времясчитывания информации с даннойячейки,Считывание так же, как и записьинформации, производится с помощьюпериферийных устройств, которые могут быть изготовлены в отдельномтехнологическом цикле, а подключениепериферийных схем к запоминающемуустройству может осуществляться спомощью обычных метоцов технологиимногокристального монтажа.Для уменьшения потерь заряда после считывания информации с данноьячейки заряд дырок из-под электоодаможет быть перенесен обратно подэлектрод 2. Для этого потенциалыэлектродов 4 и 2 изменяют таким образом чтобы реверсировать движениезаряда дырок.Предлагаемое устройство ИЗУ просто в изготовлении. В его конструкциииспользуются только металл, диэлектрик ы однородный полупроводник, чтосущественно упрощает технологическийпроцесс, поскольку не требуетсяизготовления р -а-переходов и диффузионных шин. Это дает возможностьсущественно повысить процент выходагодных приборов и снизить их себестоимость,Предлагаемая конструкция одновременно позволяет расширить фкнциональные воэможности ЗУ. Расширение функ731864дактор О.Филиппог хред Л.Сеодюко ектор ейи Тираж 543 Посударственного комитета СССРелам изобретений и открытийМосква, Ж, Раушская наб., д, 4(5 аз 4752/3 одписно ВНИИПИ11303 Производственно-полиграфическое предприятие, г.уз, ул.П тна 3циональных возможностей состоит в том, что предлагаемое устройство обладает постоянной памятью, Размер элементарной ячейки памяти предлагаемого ЗУ.при существующем уровне тех-нологии может составить 24 32 мкм, что позволяет получать плотность упаковки 1,3 10 бит см и приблизительно в 2 раза превьппает плотность упаковки современных интегральныхНЭУ. Предлагаемая матрица потребляет мало энергии ( - 1-3 мкВ, т/бит) и поэтому найдет широкое распространение в различных областях автоматики и вычислительной техники в качестве постоянного запоминающего устройства.