Полупроводниковое запоминающее устройство

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(я) Н 01 Ь 29 14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 2848351/18-25 (22) 14.12.79 (23) 30.11.79 ,(46) 15.06.84. Вюл. М 22 (72) М.И.Елинсон, М.Р.Мадьяров, В.И.Покалякин, Б.A.Ìàëàõîâ, Г.В.Степанов, С.A.Òåðåøèí и В.Г.Тестов (71) Ордена Трудового Красного Знаме ни институт радиотехники и электроники АН СССР (53) 621.382(088.8) (56) 1. Радауцан С.И. и др. Эффект памяти и электролюминесценция гетеропереходов р КпТЕ и 4 — Дай . Письма .в ЖТР,.т.3, вып. 5, 1977, с. 234-238, 2. Авторское свидетельство СССР

9 670023, кл. Н 01 Ь 29/14, 1977.

„.,SU„„ А (54)(57) ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, содержащее гетеропереход, состоящий иэ вырожденного полупроводника и невырожденной полупроводниковой пленки, которая содержит ловушки в запрещенной зоне и контактный элемент, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью увеличения времени хранения включенного состояния, между контактным элементом и невырожденной полупроводниковой аленкой создан потенциальный барьер.

789018

Изобретение относится к вычисли тельной технике, преимущественно к элементам репрограммируемых полу проводниковых матриц памяти, предназначенных для использования.в непрограммируемых постоянных запоминающих устройствах электронных цифро. вых вычислительных машин.

Известен элемент репрограммируемого постоянного запоминающего устройства (ЭРПЗУ) на основе гетеро- 10 переходар26Те-@Gas31) 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 устройстве,,содержащем гетеропереход, состоящий из вырожденного полупроводника и невырожденной полупроводниковой пленки, которая содержит ловушки в запрещенной зоне и контактный элемент(2J . Переключение и "память" в таком устройстве достигаются наличием в пленке двуокиси олова дефектов, создающих глубокие уровни в запрещенной зоне. В таком ЗО ЭРПЗУ 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 gp состояния.

Цель достигается тем, что в запоминающем устройстве, содержащем гетеропереход, состоящий из вырожденного полупроводника и невырожден- р5 ной полупроводниковой пленки, которая содержит ловушки в запрещенной зоне, и контактного элемента, контактный элемент образует с пленкой невырожденного полупроводника потенци- 5п альный барьер.

Энергетическая диаграмма полупроводниковой структуры вырожденный полупроводник р -типа-невырожденный полупроводник h -типа, бладающий ловушками в запрещенной зоне, металл 55 представлена на чертеже в исходном состоянии без смещения. Металлический контакт является инжектирующим.

Здесь ЕЕ -дно зоны проводимости;

EY -потолок валентной эоны; Е -сере- 60 дина запрещенной эоны; Е -уровень ферми; Е4 -уровень ловушки для электронов; Š— уровень ловушек для

Р дырок.,При.приложении малых положительных смещений к верхнему металли- 65 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 E " "и а дырки Е .. В 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 гетеропереходом 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, 789018

Составитель Г.Корнилова

Редактор О.Юркова Техред А.Ач Корректор Г.Решетник

399б/2 Тираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и окткрытий

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

Филиал ППП "Патент", r. 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 невырожденного полупроводника, их захват . ловушками с последующей рекомбинацией, увеличение поля возле гетероперехода., 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 yg ловушек для электронов, которые и будут определять "память"такой структуры.

При выключении такой структуры к верхнему электроду прикладывается 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 проводимости невырожденного полупроводника. 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 информации таким ЭРПЗУ будет определяться только термоэмиссионными потоками элек.тронов через барьеры. При комнатной температуре время хранения может достигать 10-12 месяцев.

Устройство может быть изготовлено на подложке из вырожденного кремния с пленкой двуокиси олова, в которой был выполнен ннжектирующий металлический контакт. Такое устройство имеет время хранения включенного сос. тояния около 8 месяцев.

В ряде практических случаев невозможно или невыгодно использовать такой материал, как двуокись олова, например, при отсутствии специальных вакуумных установок реактивного ионноплазменного ненесения. В таком случае вместо пленки двуокиси олова может быть изготовлена пленка окиси цинка, обладающая глубокими центрами в запрещенной зоне. Образцы такого рода обладали памятью в течение 6 месяцев.

С целью упрощения технологии изготовления элементов РПЗУ, снижения их стоимости пленку двуокиси олова можно заменить пленкой, изготовленной из поликристаллического кремния, на образцах такого типа время хранения включенного состояния составило не менее б месяцев.

Таким образом, создание пограничных барьеров с онкой пленкой позволяет увеличить время хранения информации при отключении источника питания на несколько порядков.

Кроме того, использование поликристаллического кремния вместо двуокиси олова позволяет Во много раз упростить и удешевить технологию изготовления таких РПЗУ, так как этот материал не выходит за рамки обычной кремниевой интегральной технологии.