Матрица приборов с зарядовой связью

 

МАТРИЦА ПРИБОРОВ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ, содержащая полупроводниковый кристалл и системы горизонтальных пересекающихся электродов, разделенных между собой и кристаллом слоями диэлектрика, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, нижний проводя1дий электрод в области перерытия с верхним электродом имеет окно, причем один из электродов является общим для всей строки матрицы, а другой - общим для всего столбца.

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПжЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

По Д ЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТН ЪТИй (21) 2010347/25 (22) 01.04.74 (46) 29,02.84ъ Бюл. Р 8 (72) A.Â. Ржанов и Е.И. Черепов (71) Институт физики полупроводников

СО AH СССР (53) 621.382(088.8) (56) 1. IEEE g. So1id-State Cirenits, 7, Р 5, рр. 330-335, 1972.

2, ВЕТА, ч. 52, рр. 991-1007, 1973. (IQ(® (Ill А

ЗЮО Н 01 L 27 10 G 11 С 7/00 (54 ) (5 7 ) МАТРИЦА ПРИБОРОВ С ЗАРЯДОВОН СВЯЗЬЮ, содержащая полупроводниковый кристалл и системы горизонтальных пересекающихся электродов, разделенных между собой и кристаллом слоями диэлектрика, о т л и ч а ю щ ая с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, нижний проводящий электрод в области перерытия с верхним электродом имеет окно, причем один из электродов является общим для всей строки матрицы, а другой — общим для всего столбца.

533090

Изобретение относится к полупроводниковой микроэлектронике и вычислительной технике и может найти широкое применение в арифметических и запоминающих устройствах ЭБМ, н оптоэлектронных устройствах обработки информации.

Известен двумерный массив на приборах с зарядовой связью, являющийся матрицей приборов с зарядовой связью 11.

Известно также устройство, состо- 1G ящее из модифицированных поверхностно-зарядовых транзисторов, образующих матрицу элементов памяти. Оно состоит из полупроводникового кристалла и системы горизонтальных пересекающихся электродов, разделенных между собой и кристаллом слоями диэлектрика, не позволяющее осуществлять запоминание (2g .

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей матрицы.

Цель достигается за счет одинакового полевого воздействия электродов в области их перекрытия на полупроводник. Для этого нижний проводящий

25 электрод в области перекрытия с верхним электродом имеет окно для электрического поля верхнего электрода, причем один из электродов зарядового элемента является общим для всей

ЗО строки матрицы, а другой, пересекающийся с ним, общим для всего столбца.

Для реализации возможности одина.кового воздействия на поверхность полупроводника электродов обеих уров-ней электроды нижнего уровня перфс рируются в местах образования зарядового элемента так, что электроды вто-рого уровня получают ту же возмож- 40 ность воздействия на поверхность полупроводника в местах перфорации, в частности при одинаковых по ампли-туде управляюыих импульсах на электродах первого и второго ypoz HeA u одинакоаои толщине диэлектрика между электродаьы как первого, так и второго уровней, и поверхностью полупроводника, площади тех частей электродов, которые лежат на тонком окисле и образуют зарядовый элемент, должны быть равны. В терминах поверхностно-зарядовых транзисторов

ПЗТ (источник — электрод, управляющий переносом — приемник) электроды зарядового элемента выполняют одновременно или поочередно функцию источника или приемника, поверхностно-зарядовая связь (ПЗС) между двумя рядами расположенными зарядовыми элементами осуществляется при по- 40 мощи электрода, управляющего переносом, или другим известным способом, но при этом один из электродов одного из уровней для обоих элементов будет общим. 65

Матрица работает след:ющим образом.

Б p e ж и м е у с т р о и с т н а у м н о ж е н и я и и ос л е д у ю щ е г о с л о ж е н и я (н ы ч и т а H и я)

Два числа, которые необходимо перемножить, представляются в двоичном коде. Каждой цифре, в соответствии с ее значением ("0 " или "1"), вводятся два различных уровня потенциалов Е1 и Ео, один из которых эквивалентен потенциалу записи в ПЗС (ПЗТ), другой не приводит к образованию обедйенной области, или, во всяком случае, приводит к накоплению заряда, существенно отличного от величины заряда при другом потенциале при той же величине емкости системы электрод — диэлектрик — полупроводник. Таким образом, числа н соответствии с их изображением (сочетанием

"1" и "0") могут быть представлены набором потенциалов Ei (ссотвеIcTB) ющего "1") и Гц (соответствующего

"0"), которые с учетом их последовательности B числе подаются (;IpH кладываются) на электроды, причем один набор потенциалов (изображение одного числа) прикладывается на электроды одного уровня, набор других потенциалов (изображение другого числа) прикладывается на электроды другого уровня. В результа-.å будем иметь матрицу потенциалов, причем в местах пересечения электродов первого и второго уровней (т.,е, в зарядоном элементе) могут быть. очевидно, следующие сочетания потенциалон: Е1 Eo i Eî ьо Eî ле накопления неосйовных носителей в потенциальных ямах (за счет термо— или оптической генерации ) прои зой— дет изменение физической природы носителя информации: там, где на электроде в зарядовом элементе был потенциал Е,, будет накоплен заряд неосновных носителей () а с, там где Ес — заряд Q c< 0 макс или

Q =- Q После накопления зарядов в потенциальных ямах в соответствии с -E< и Ео осуществляется перенос зарядов в пределах зарядов элементов из-под всех элементов одного уровня под электроды другого. Это осуществляется путем подачи на все электроды одного уровня потенциала г.опри соХранении на электродах .другого уровня набора потенциалов, соответствующего одному из множимых чисел. Та же операция производится с электродами другого уровня при сохранении набора потенциалов, соответствующего другому множимому числу. В пределах каждого зарядового элемента перенос заряда неосновных носителей из одной потеициальной ямы в другую, более глубокую, проис533090 ходит только при сочетании на электродах потенциалов Е, Е, во всех дру-. гих случаях заряд будет экстрагирован подложкой. После установления на всех электродах потенциала E (соответствующего напряжению хранения н ПЗС и ПЗТ) имеем матрицу потенциальнь"х ям, в которых присутствие или отсутствие заряда неосновных носителей соответствует логической

"1" или "0", а их положение в мат- 10 рице — набору частичных произведений, поскольку в каждом зарядовом элементе выполнены правила умножения цифр множимого и множителя, а строка (столбец) в этом случае со- 15 держит частичное произведение. Строка (столбец) последовательно выно-. сится из матрицы, при этом электроды, на которые подавались наборы потенциалов н соответствии с перемножаемыми числами, играют роль полевых электродов, которые необходимы для переноса зарядов из столбца (строки) в столбец (строку) до тех пор, пока весь результат не бедет выведен из матрицы (аналогично работе регистров сдвига или фотоприемных матриц из ПЗС и ПЗТ), причем возможно поразрядное смещение частичных произведений.

Сложение (вычитание ) двоичного числа с результатом умножения может быть произведено после образования частичных произведений и смещения их н матрице на один шаг в освободив-35 шуюся строку (столбец) инжекцией зарядов неосновных носителей, например, из р-п переходон, находящихся н обрамлении матрицы.

В р е ж и м е з а и о м и н а- 40 ю щ е r о у с т р о и с т н а с последовательной н ы б о р к о и и î с л о в а м испроизвольнойвыборкой. 45

Информация в матрицу зарядовых рлементов записывается следующим образом: под всеми электродами одно го уровня накапливаются заряды неосновных носителей: слово, которое необходимо записать н данную строку (столбец) представляется набором потенциалов Е, и Ер (аналогично предыдущему режиму) и подается на электроды этого уровня, однонременно нсе электроды другого уровня,, 55 кроме того электрода, под которым должно быть записано слово, принимают значение потенциала Е что приводит к переносу заряда в тех зарядовых элементах, где потенциал 60 электрода принимает значение о

В зарядовых элементах, в которых производится запись, сочетание потенциалов на обоих электродах

Ep E.p приводит к сохранению заряда. 65

Таким образом, записано слово, после чего на этом столбце (строке) устанавливается потенциал хранения, что позволяет сохранить информацию под электродом одного уровня при изменении потенциалов на электродах другого уровня при записи других слов в другие столбцы (строки). Считывание информации производится аналогично работе регистра сдвига на

ПЗС (Пзт).

Произвольная выборка информации может быть реализована путем измерения потенциала электрода одного уровня, под который перенесен заряд (Я мр H

П о с т о я н н о е з а п о м ин а ю щ е е у с т р о и с т в о.

В этом случае в заданных местах под электродами одного из уровней в тонкий диэлектрик, разделяющий электроды и поверхность полупроводника, встраивается технологическим путем неподвижный заряд, который приводит к такому изменению глубины потенциальной ямы, что заряд подвижных неосновных носителей, накопленных под электродом с введенным неподвижным зарядом, отличается от подвижного заряда, накопленного под электродом, где неподвижный заряд введен не был при прочих равных условиях на величину, позволяющую их индентифицировать на выходе устройства, как логические "1 " и "0", Полу@о ст оя н ное з апоминающееустройств о.

В этом случае используется эффект накопления заряда на границе двух уд электриков, например Si0< Si>N в сильных (предпробивных) электрических полях (так называемый "эффект памяти в МНОП-структурах").

В зарядовом элементе электроды первого и второго уровней отделены от поверхности полупроводника двумя слоями диэлектрика, на границе раздела которых может сохраниться заряд при напряжении противоположного знака на полевом электроде, не превышающем по абсолютному значению напряжение записи и стирания (в реальных P-канальных МНОП-структурах напряжение записи — 50+5 В, амплитуда фазоного импульса, достаточная

533090

Редактор О.Юркова

Техред A.Бабинец Корректор В. Гирняк

Заказ 11 4/б Тираж 683 Подписное

BHHHtIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г,ужгород, ул.Проектная, 4 для накопления и переноса подвижного заряда и переноса подвижного заряда для аналогичных ПЭС-структур20+5 В), а также при отключенных источниках питания ° Запись заряда в двухслойный диэлектрик производится в столбце (строке) зарядовых элементов, в которых потенциалы электродов обоих уровней одинаковы и равны В и под ними накоплен максимальный заряд неосновных носителей 10 при изменении на одном из электродов потенциала Е до потенциала записи соответствующего NHOO-транзистора, в котором роль инверсионного канала источника носителей заряда играет 35 область потенциальных ям, заполненных подвижными носителями, происходит закрепление заряда на границе раздела двух диэлектриков, который экранирует поле электрода, что приводит к изменению глубины потенциальной ямы при установлении потенциала < (при прочих равных условиях}.

В других зарядовых элементах, где сочетание потенциалов было Е Е, д

EI Е, ko Е, записи не происходит из-за отсутствия накопленного заря да подвижных носителей. Время хранения, процессы стирания и перезаписи аналогичны для МНОП-транзисторов. Считывание в таком устройстве производится без разрушения записанной информации.

Другиефункциональныевозможностиматрицы з арядовых элементов.

Каждый зарядовый элемент представ-. ляет собой логическую схему И на три входа (электрод первого уровня, электрод второго уровня, источник неосновных носителей). Заряд неосновных носителей из-под электрода второго уровня может быть перенесен только под электрод первого уровня (т.е. осуществляется однозначная направленность переноса), заряд изпод электрода первого уровня может быть передан как под электрод второго уровня, так и в ближайшие зарядовые элементы (по крайней мере в

4 ближайшие элемента),, что позволяет изменять двумерное иэображение матрицы чисел . Если ввести операцию локальной генерации носителей (например, координатной засветкой элементов) можно реализовать умножение двумерных матриц.