АНАЛОГОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ ПАМЯТИ Советский патент 1994 года по МПК G11C27/02 

Изобретение относится к вычислительной технике, а более конкретно - к запоминающим устройствам для аналоговых электрических сигналов, построенным на базе МДП-структур.

Целью изобретения является повышение информационной емкости за счет обеспечения возможности хранения двух аналоговых зарядов сигналов в одном элементе памяти (хранение двух сигналов, считывание одного и хранение другого, последовательное считывание двух сигналов).

На приведенном чертеже схематически изображено поперечное сечение предложенного аналогового элемента памяти.

Элемент содержит полупроводниковую, например кремниевую подложку 1 n-типа проводимости и на ней слой 2 толщиной, например, w = 10 мкм, p-типа проводимости, легированный примесью с мелким энергетическим уровнем при комнатной температуре, например бором, с концентрацией N_A ~ 10¹⁴ см^-3. Подложка 1 имеет толщину, например, 10 мкм, и легирована глубокой примесью, например золотом, до концентрации 5 х 10¹⁵ см^-3 (акцепторный уровень 0,55 эВ в кремнии) и мелкой, в этом случае донорной, примесью, например фосфором, до несколько меньшей концентрации ( ~ 3 х 10¹⁵ см^-3) так, что кремний компенсирован. Поверх кремниевых слоев расположен слой 3 диэлектрика, например окисла кремния, толщиной около 1000 А. Поверх слоя 3 имеется электрод 4 из проводящего материала, например алюминия, толщиной 0,5 мкм. К слоям 1, 2 и 4 созданы омические контакты. Слой 1 заземлен через соответствующий контакт.

При хранении зарядового сигнала к электроду 4 приложен импульс напряжения U_1xp положительной полярности относительно земли, создающий потенциальную яму для электронов на границе раздела слоев 2 и 3. Амплитуда U_1xp такова, что нестационарная ОПЗ в слое 2 не достигает границы слоев 1 и 2:
U_1xp< N_Aw², (1) где ε_s = 11,7 - диэлектрическая проницаемость кремния;
q = 4,8 х 10¹⁰ ед CGSE - элементарный заряд.

Заряд пакета электронов, помещенных в потенциальную яму, представляет собой аналоговый сигнал.

К подложке 1 приложено напряжение U_2xp положительной полярности относительно земли. При этом ионизированная положительно заряженная глубокая примесь в подложке представляет собой второй аналоговый сигнал, хранящийся в элементе. Указанный заряд неподвижен, и непосредственно его нельзя считать путем переноса во внешнюю цепь.

Считывание одного лишь первого сигнала может быть проведено любым известным способом, например, путем его дискретного переноса в соседний элемент вдоль границы слоев 2 и 3. Однако, напряжение его считывания U_1сч - той же полярности, что и U_1xp, - должно удовлетворять условию, аналогичному (1).

Другими словами, между областями зарядовых сигналов как при хранении, так и при считывании только лишь первого из них должна оставаться экранизующая нейтральная прослойка заземленного слоя 2.

Второй сигнал в отдельности может быть считан после считывания первого. Для этого к слою 4 прикладывается импульс напряжения положительной полярности, амплитуда которого лежит в пределах
N_Aw²+U_2xp<U_2сч<(U_2сч)_предел , (2) где (U_2сч)_предел - значение напряжения, приложенного к слою 4, при котором происходит пробой кремния.

К подложке 1 при этом по-прежнему приложено положительное напряжение U_2xp. При приложении напряжения U_2сч имеет место нестационарная инжекция электронов в подложке из контакта 2, и инжектированные электроны движутся в направлении слоя 2 под действием электрического поля в подложке 1. Пройдя при этом некоторое расстояние, равное пролетной длине, электроны захватываются ионами фосфора. Пролетная длина тем более, чем больше электрическое поле, т. е. напряжение U_2сч, и достигает своего предельного значения, обусловленного, например, пробоем. В рассматриваемом случае предельная длина больше толщины подложки 1, поэтому при считывании второго сигнала имеет место усиление тока электронов. Электроны, прошедшие подложку 1, электрическим полем в слое 2 притягиваются к границе раздела слоев 2 и 3 , и там образуется зарядовый пакет подвижных носителей, пропорциональный зарядовому сигналу, который хранится в подложке 1. Пакет электронов в слое 2, представляющий второй сигнал, может быть считан теперь подобно первому сигналу. Механизм считывания второго сигнала является разрушающим. Оба аналоговых сигнала при считывании могут быть сложены, если считывание второго производится до считывания первого.

Заметим, что при отключени питания от элемента к подложке 1 оказывается приложено нулевое напряжение, при котором затруднена инжекция электронов в этот слой. В течение некоторого времени второй сигнал по этой причине сохраняется и при отключении питания.

Запись первого сигнала в элемент памяти может проводиться с использованием любого из широко известных физических явлений: электрической инжекции, фотогенерации в слое 2 и т. п. Запись второго сигнала может проводиться, например, оптическим путем при воздействии излучением на подложку 1, при этом напряжение на подложке 1 такое же, как и при хранении в ней сигнала.

Возможность обработки двух аналоговых сигналов в одном элементе памяти позволяет повысить плотность записанной информации, т. е. увеличить емкость запоминающих устройств при сохранении их габаритов, веса и т. д. Сохранение информации при отключении питания позволяет не возобновлять заново цикл работы устройства после перебоя в питании, а продолжать его. (56) Приборы с зарядовой связью. Под ред. М. Хоувза, Д. Моргана. М. : Энергоиздат, 1981, с. 12, рис. 1.1.

Патент США N 4190851, кл. 357-30, опублик. 1980.

АНАЛОГОВЫЙ ЭЛЕМЕНТ ПАМЯТИ , содеpжащий подложку из полупpоводника одного типа пpоводимости, компенсиpованного пpимесью с глубоким энеpгетическим уpовнем, слой полупpоводника дpугого типа пpоводимости, слой диэлектpика и электpод из пpоводящего матеpиала, последовательно pасположенные на повеpхности подложки, отличающийся тем, что, с целью повышения инфоpмации емкости за счет возможности хpанения двух заpядовых сигналов, толщина подложки меньше пpедельной пpолетной длины основных носителей заpяда в ней.