Элемент памяти Советский патент 1990 года по МПК G11C11/40 

Изобретение относится к вычислительной технике, в частности к элементам памяти на основе диэлектрических и полупроводниковых материалов, которые могут быть использованы в средствах записи и хранения информации в виде постоян- ных числовых массивов, стандартных программ ЭВМ, микрокоманд, микропрограмм, устройствах ,-телефонной связи И автоматики, в качестве коммутаторов, распределителей, а также для создания многофункциональных логических устройств.

Цель изобретения - повышение быстродействия и снижение потребляемой энергии элемента памяти.

На фиг.1 изображена структура элемента памяти: на фиг.2 - вольтамперные характеристики элемента памяти в высокоомном (кривая АОВ) и низкоомном (кривая COD) сог.тояниях; на фиг,3 - кинетические зависи- .

мости изменения тока через элемент при переключении его одиночным импульсом напряжения из высокоомного в низкоомное состояние и обратно.

Элемент памяти содержит полупроводниковую подложку 1, проводящий слой 2, переключающий слой 3, металлический электрод 4.

Элемент памяти имеет слоистую структуру, полученную вакуумным напылением фторида диспрозия на кремниевую подложку п-типа проводимости с удельным сопротивлением 0,1-100 Ом- см. Слой 3 фторида диспрозия имеет толщину 0,1-0,8 мкм и удельное сопротивление Ом-см. На слой 3 фторида диспрозия термическим испарением в вакууме через трафарет н апы- ляется металлический электрод 4 площадью, лежащей в пределах 0,3-3 мм. К тыльной стороне полупроводниковой подО00 СП 00 СО liw

ложки 1 термическим распылением металла, в вакууме создается сплошной омический контакт (слой 2).

Элемент памяти можно изготовить и на кремниевой подложке 1 р-типа проводимо- сти или другого.полупроводника.

Элемент памяти работает следующим образом.

В исходном состоянии элемент находится в высокоомном состоянии и его со- противление для указанных толщин пленок лежит в пределах Ом, а вольтам- перная характеристика представлена кривой АОВ (фиг.2. При приложении между слоем 2 и электродом 4 постоянного либо импульсного электрического напряжения, полярность которого соответствует обеднению поверхности подложки 1 основными носителями заряда, а величина превышает пороговое значение 5-70 В происходит бы- строе переключение за время менее 0,5 мкс (фиг.З) в проводящее состояние с сопротивлением 10-10 Ом. Вольтамперная характеристика элемента после переключения в проводящее состояние изображается кри- вой COD на фиг.2. Это состояние устойчиво, запоминается элементом и сохраняется при отключении питания.

При приложении напряжения, обогащающего поверхность полупроводниковой подложки 1 основными носителями заряда, и пропускании через элемент тока большего гтороговой величины, около 100 мкА, происходит обратное переключение элемента из проводящего в исходное высокоомное со- стояние за время 0,4 мкс (фиг.З). Энергия переключения из одного состояния в другое не превышает 10 Дж.

Работа предлагаемого элемента памяти обусловлена тем, что при приложении пере- ключающего напряжения к элементу в слое 3 из фторида диспрозия происходит шнурование тока в узкой около 1 мкм области, которое приводит к локальному разогреву материала и увеличению его электропро- водности. Совместное действие электрического поля и температуры вызывает разрыв ионных связей фторида диспрозия и образование ионов диспрозия, которые дрейфуют в электрическом поле к отрицательному электроду и формируют проводящий металлический канал в слое фторида диспрозия. По мере накопления ионов диспрозия у отрицательного электрода толщина диэлектрического слоя в этой области уменьшается,

а напряженность электрического поля возрастает, что вызывает дальнейшее увеличение тока. Наличие положительной обратной связи в канале приводит к лавинообразному процессу образования проводящего металлического канала из диспрозия в матрице диэлектрического переключающего слоя 3 и переключению элемента в низкоомное состояние, которое запоминается и сохраняется при отключении питания.

При формировании проводящего канала и снижении сопротивления переключающего слоя 3 происходит перераспределение напряжения в элементе, т.е. уменьшение падения напряжения на слое 3 и увеличение падения напряжения в обедненной области пространственного заряда полупроводниковой подложки 1 вблизи границы с слоем 3. При этом область пространственного заряда ограничивает протекающий ток и предохраняет элемент от необратимого пробоя слоя 3 фторида диспрозия.

Таким образом, переключение элемента из высокоомного в низкоомное состояние соответствует локальному фазовому превращению материала активной области, когда в диэлектрической матрице слоя 3 формируется проводящий канал-металлического диспрозия, окруженный областью с избыточным фтором. Данный канал устойчив и сохраняется при отключении электрического питания.

При пропускании тока противоположной полярности, величина которого больше порогового значения, материал проводящего канала разогревается, что приводит к взаимной диффузии атомов диспрозия и фтора и химическому взаимодействию между ними с образованием фторида диспрозия. При этом область проводящего канала восстанавливает свои диэлектрические свойства и элемент переключается в исходное высокоомное состояние.

Формула изобретения

Элемент памяти, содержащий проводящий слой, полупроводниковую подложку, расположенную на проводящем слое, переключающий слой, расположенный на поверхности полупроводниковой подложки, металлический электрод, расположенный на поверхности переключающего слоя, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и снижения потребляемой энергии элемента памяти, переключающий слой выполнен из фторида диспрозия.

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в средствах записи и хранения информации, устройствах автоматики. Цель изобретения - повышение быстродействия, снижение потребляемой энергии элемента памяти. Элемент содержит переключающий слой 3 из фторида диспрозия, нанесенный на полупроводниковую подложку 1. При переключении в проводящее состояние фторид диспрозия распадается на ионы. Ионы диспрозия образуют проводящий канал. При обратном переключении вновь образуется диэлектрический фторид диспрозия. Т.к. энергия ионизации фторида диспрозия мала, то переключения происходят за малые времена и инициируются небольшими токами. 3 ил.

/VVVNAATVVVXAAAAAAAAAA/VV

fpue.1

y,MKA

т

80

ftU

n -10 -8 -6 -4 -2

40

4r Q8 1,1

Фаг.З

Составитель С.Королев Техред М.Моргентал

/

г 6 8 W 12 U.S

/уЛИГ

Корректор С.Шекмар