БИСТАБИЛЬНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ С ПАМЯТЬЮ Советский патент 1995 года по МПК H01L45/00 H01H35/00 

Изобретение относится к области микроэлектроники, в частности, к полупроводниковым приборам, обладающим эффектом памяти при выключенном питании.

Известны переключающие устройства с памятью при выключенном питании на базе халькогенидных стекол. Эти устройства, как правило, представляют собой структуру металл-халькогенидное стекло-металл, выполненную либо в планарном, либо в слоистом варианте. Однако наряду с технологическими трудностями изготовления (несовместимость с типовой технологией на кремнии, агрессивность халькогенидных стекол по отношению ко многим металлам, применяемым в современной микроэлектронике, сложность подбора оптимального состава стекла), указанные переключатели обладают еще рядом недостатков: проводящие каналы образуются в объеме, а не на поверхности аморфного полупроводника и сопротивление их достаточно велико (10² ом и больше), параметры переключения плохо воспроизводимы и работа прибора возможна до 70-90^оС.

Наиболее близким техническим решением является бистабильный переключатель с памятью, сохраняющейся при отключенном источнике питания, содержащий активную область на основе полупроводника, компенсированного примесями, дающими глубокие уровни, например кремния, компенсированного золотом, на поверхности которой расположены два электрода, один из которых является барьерным, а другой омическим контактом.

Работа такого переключателя основана на замыкании и размыкании электродов металлической перемычкой, представляющей собой струю расплавленного металла одного из электродов.

Такие приборы лишены многих недостатков, присущих переключателям на халькогенидных стеклах, в частности, технология их изготовления совместима с типовой технологией на кремнии, проводящий канал представляет собой перемычку из металла и расположен на поверхности полупроводника. Прибор работает в интервале температур -200 +250^оС. Кроме того, имеется возможность регулирования некоторых параметров переключения. Так, используя зависимость напряжения формовки (U_ф) от расстояния между электродами, можно конструировать приборы с заданной величиной U_ф, а изменяя удельное сопротивление полупроводника введением, например, компенсирующей примеси или облучением быстрыми электронами, можно изменить связанную с ним величину сопротивления прибора в низкопроводящем состоянии. Однако вышеописанное регулирование параметров бистабильного переключателя возможно лишь на стадии изготовления прибора и неосуществимо в процессе его работы.

Целью изобретения является обеспечение управления параметрами и расширение функциональных возможностей прибора.

Цель достигается тем, что он содержит дополнительный электрод, расположенный над межэлектродной областью и отделенный от нее слоем диэлектрика.

Изобретение поясняется чертежом, на котором представлена схема бистабильного переключателя с памятью.

Бистабильный переключатель содержит активную область на основе полупроводника с глубокими ловушками (кремний, легированный золотом) 1, омический контакт 2, барьерный контакт 3, дополнительный электрод 4, слой диэлектрика 5. Работа такого прибора основана на многократном замыкании и размыкании металлической перемычкой электродов 1 и 2, осуществляемом путем приложения к ним напряжения заданной полярности и величины. Дополнительный электрод 4 играет роль управляющего электрода. Изменяя его потенциал, можно осуществлять регулирование параметров бистабильного переключателя: напряжения формовки U_ф, напряжения переключения U_п, времени включения и сопротивления в низкопроводящем состоянии R_н. Это объясняется тем, что процесс образования металлической перемычки между электродами бистабильного переключателя при приложении к ним напряжения определенной полярности и величины осуществляется в три последовательные стадии: 1 электронная, сопровождающаяся резким возрастанием проводимости образца и образованием токового "шнура" (для прохождения этой стадии важно наличие глубоких ловушек), II тепловая, приводящая к разогреванию (в первую очередь барьерного электрода) и оплавлению электродов, и III гидродинамическая, завершающаяся втягиванием в межэлектродное пространство металлической нити из расплавленного электрода по траектории, являющейся проекцией "шнура" на поверхность полупроводника. Изменение потенциала управляющего электрода приводит к изменению условий протекания 1 стадии образования металлической перемычки, электронной, и соответственно изменяет параметры бистабильного переключателя. Например, если в качестве полупроводника используется Si, легированный золотом, то при подаче на упpавляющий электрод положительного потенциала, концентрация электронов в приповерхностной области увеличится, что приведет к уменьшению времени включения, напряжения формовки и переключения. А приложение отрицательного потенциала на управляющий электрод приведет к образованию области с пониженной концентрацией основных носителей (электронов). Эффективность работы управляющего электрода может быть повышена уменьшением толщины диэлектрика (до 0,02-10 мкм).

Расширение функциональных возможностей переключателя достигается тем, что конструкция позволяет использовать неформованный бистабильный переключатель как МДП-транзистор при условии, что величина напряжения исток-cток (электроды 2 и 3) не будет превышать напряжения формовки U_ф (при соответствующей полярности, определяемой знаком коэффициента Пельтье). Формованный бистабильный переключатель в состоянии низкой проводимости может быть также использован в качестве МДП-транзистора при условии, что величина напряжения исток-сток (при соответствующей полярности) не будет превышать напряжения переключения.

Формованный бистабильный переключатель в состоянии высокой проводимости может быть использован в качестве конденсатора, одной обкладкой которого является управляющий электрод, другой электроды 2 и 3, соединенные металлической перемычкой. На бистабильных переключателях с регулируемыми напряжением параметрами и к тому же могущих выполнять поочередно, в зависимости от режима работы, также функции МДП-транзистора и постоянной емкости, можно построить запоминающие устройства нового типа, которые заменят существующие устройства памяти на цилиндрических магнитных доменах, магнитных сердечниках и т.п.

БИСТАБИЛЬНЫЙ ПЕРЕКЛЮЧАТЕЛЬ С ПАМЯТЬЮ, сохраняющейся при отключении источника питания, содержащий активную область на основе полупроводника, компенсированного примесями, дающими глубокие уровни, например кремния, компенсированного золотом, на поверхности которой расположены два электрода, один из которых является барьерным, а другой омическим контактом, отличающийся тем, что, с целью обеспечения управления параметрами и расширения функциональных возможностей переключателя, он содержит дополнительный электрод, расположенный над межэлектродной областью и отделенный от нее слоем диэлектрика.