Элемент памяти с однократным программированием

 

I. gjffiMEHt ПАШТИ С ОДНОКРАТНЬМ ПРОГРАМЩРОВ ШИЕМ, содержащий попупроводникову подложку, завдтшлй диэлектрический слой, первую управляющую шину, контактирукящо с диэлектрическим слоем, и вторую управля1ощую вшну, внедренную Si fi muna Si р-типв в полупроводниковую подложку и образующую с ней выпрямляющее контакт, отличающийся тем, что, с целью обеспечения саморазвязки, увеличения степени интеграции и уменьшения энергии записи информации на полупроводниковую подложку и вторую.управлякщую шину нанесен эпитаксиальнь полупроводниковый слой противоположного подложке типа проводимости , а защитный слой нанесен поверх эпитаксиального полупроводникового слоя и его участок над второй управляющей вшной выполнен в виде тонкого диэлектрического слоя, толщина которого определяется напряжением пробоя диэлектрического слоя. 2. Элемент памяти по n.t, отличающийся тем, что диэлектрическиЯ слой выполнен из SiO, , толщина которого не должна превшзать 50 нм. iл , V04V

СОЮЗ СОМ П .ЭИХ

ИНТАЛ% "

3%СВУБЛИН (!9) -(> О

4<51 с 13 С 31/40 (23) 32257бИЬ824 (22) 25.32.80 (46) 30,03.85. Бюл. У $2 (72) Г.Ф. Васильев, В.И. Воронов, N.È. Йлинсон, Г.В. Степанов и О.Ф. Йевченко (71) Институт радиотехники и электро-. ники АК СССР (53) 6М.ЗХ7.6(088.8) (56) 3. "Электроника", f980 Т. 3, У 7,.с. б3-68.

2. Панфилов Б.А. и др, "Иикраэлектроника, 1977, И 1, с. 20-26 (прототип). (54) (57) 1. ЭЛКИЕЯТ ПАИЯТИ С ОДНОКРАТНЫМ ПРОГРАИИИРОВАНИЕИ, содержащий полупроводниковую подложку, защитный диэлектрический слой, первую управляющую шину, контактирующую с защи гным диэлектрическим слоем, и вторую управляющую шину, внедренную в полупроводниковую подложку и образующую с ней выпрямляющнй контакт, отличающийся тем, что, ., с целью обеспечения саморазвязки увеличения степени интеграции и уменьшения энергии записи информации на полупроводниковую подложку и вторую унравляющую шину нанесен эпитаксиальный полупроводниковый слой противоположного подложке типа прово. димости, а защитный слой нанесен поверх эпитаксиального полупроводникового слоя н его участок над второй управляющей шиной выполнен в виде тонкого диэлектрического слоя, толщи"на которого определяется напряжением пробоя диэлектрического слоя.

2. Элемент памяти по п.3, о г— л и ч а ю шийся тем, что диэлектрическиф слой выполнен из SiO, толщина которого не должна превышать

50 нм.

986198

Изобретение относится к области полупроводниковой и вычислительной техники и используется при построении запоминающих устройств.

Известны элементы памяти с одно- 5 кратным программированием, основанные на пережигаиии металлических или полупроводниковых перемычек за счет джоулева тепла, выделяющегося при протекании тока Я .

Эти элементы имеют тот недоста- . ток, что для своей работы требуют больших токов на уровне десятков миллиампер и при создании матриц элементов требуют использования раз- 15 вязывающих диодов или транзисторов.

Наиболее близким решением из известных является запоминающий биста" бильный переключатель, сохраняющий информацию при отключении питания (2), 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. 30

Указанный 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- 4 0 поминающего устройства до величины порядка 10Э бит на кристалл.

Целью изобретения является обеспечение саморазвязки, увеличение степени интеграции и уменьшение энер-45 гии 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 подложку и образующую с ней омичес. кий контакт, на полупроводников5 ю подложку и вторую управляющую шину нанесен эпитаксиальный полупроводниковый слой противоположного подложке -. my 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 SiO, толщина которого не должна превьппать 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 п-типа), защитный диэлектрический слой 4 (SiO ), области изолирующего элементы р-и-перехода 5 (кремний р-типа), тонкий (10 нм) диэлектрический слой 6 (SiO ), первую управляющую шину 7 (AB . Приведенный вид элемента соответствует исходному (до записи информации) состоя нию.

На фиг. 2 представлен схематический 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 канал 8, в который приникает металлическая нить из материала первой управляющей шины 7 до контакта с эпитаксиальным полупроводниковым слоем 2.

Запись информации осуществляется подачей импульса напряжения между управляющими шинами 3 и 7. Амплитуда импульса должна быть достаточной для электрического пробоя тонкого диэлектрического слоя. Так, например, для слоя двуокиси кремния толщиной

10 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 вторОй управляющей шины 3. Ток при записи ограничен последовательным сопротивлением и при величине его 30 кОм

986198

siaz

Sc р-ryukyu Pue,2

ВНИИПИ Зайаэ 174013 Тира 584 Водщвсаое

Филиаа БШ Ъа аат", гУарород, уа.Ироекамая, 0 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 хорошими выпрямляющими свойствами. Коэффициент выпрямления составляет 10 при

6 считывающем напряжении 1 В. Созданный диод Шоттки сохраняется при от- 15 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 микимум 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 будет ограничен обратным током диода

Шоттки. При коэффициенте выпрямления

10 раз число таких параллельных цепей может быть порядка 10 при сох5 ранении десятикратного запаса считы-, вающего.тока над паразитным. Такйм образом, создаваемый при 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 6.

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.