Матричный накопитель для фотоэлектрического запоминающего устройства Советский патент 1980 года по МПК G11C11/42 

1

Изобретение относится к области вычислительной техники и может быть использовано, в частности, в полупостоянных оптоэлектронных запоминающих устройствах.

Известно фоточувствительное запоминающее устройство (ЗУ) на основе МОП-структуры 1. Его недостатком является то, что вптическая информация хранится в нем толь ко при включенном напряжении в течение 1 с.

Известна также матрица накопителя для запоминающего устройства, содержащая ячейки памяти, выполненные на полупроводниковой подложке в виде МНОПструктур, изолированные одна от другой стенками диэлектрика, экранирующую сетку из проводящего материала, расположенную, на поверхности полупроводниковой подложки 2.

К недостаткам этого накопителя относится необходимость применения источников света больщой мощности, так как поток фотоносителей в полупроводнике при записи не может превышать величину падающего светового потока, поскольку каждый квант света, достигающий поверхности полупроводника, приводит к генерации

не более одной пары электрон-дырка; невозможность локального стирания информации, что затрудняет исправление ошибок, возникающих при записи информации, и не дает возможности изменить информацию в 5 каждой ячейке матрицы, что замедляет обработку информации.

Цель изобретения - расширение области применения накопителя за счет уменьшения энергии записи информации.

Поставленная цель достигается тем, что 0 в полупроводниковой подложке под отверстиями в экранирующей сетке расположены области полупроводника противоположнвго подложке типа проводимости, глубина которых меньше диффузионной длины неосновных носителей, а соответствующие области полупроводника в подложке соединены с контактами.

Наличие дополнительных областей в полупроводниковой подложке позволяет усилить поток возбужденных светом носителей 20 за счет инжекции основных носителей из подложки, что дает возможность снизить мощность источников света. Перераспределение напряжения между обратно смещенным р-п переходом под отверстием в проводящем материале, и диэлектриком с захватом заряда при подаче импульса стирания и освещении дает возможность осуществить стирание ранее записанной информации в освещенных участках накопителя и оставить ее без изменения в неосвещенных.

На фиг. 1 изображен поперечный разрез накьпителя и схема его включения при записи информации; на фиг. 2 - временная последовательность управляющих импульсов напряжения при записи информации; на фиг. 3 - накопитель и схема его включения при стирании информации.

Предложенный матричный накопитель состоит из подложки 1, например, р-типа проводимости с концентрацией акцепторов , областей 2,, например, п-типа проводимости с концентрацией доноров и глубиной 10 мкм; на поверхности подложки 1 последовательно расположены слой 3 диэлектрика с захватом заряда толщиной 800А, экранирующая сетка 4 из проводящего материала, например из поликристаллического кремния, изолирующий слой 5 диэлектрика, например слой окисла кремния, и полупрозрачный электрод 6, а также контакты 7 и 8, например алюминиевые, подключенные к крайним областям 2 и источнику 9 постоянного напряжения.

Запись информации происходит следующим образом.

Подложка 1 заземляется, а на контакт 7 подается положительное напряжение порядка нескольких вольт от источника 9. В некоторый момент t i (фиг. 2) на экранирующую сетку 4 подается положительное напряжение Uc, достаточное для инвертирования поверхности полупроводниковой подложки 1 под поликристаллическим кремнием. По истечении промежутка времени порядка нескольких величин КсС.где Ct - емкость диэлектрика 3 под поликристаллическим кремнием, а RC - сопротивление самого поликристаллического кремния и внещних, подключенных к нему цепей, под поликристаллическим кремнием образуется обедненная дырками область и на полупрозрачный электрод 6 подается отрицательный импульс напряжения Us, амплитуда которого превышает порог поляризации слоя 3 диэлектрика с захватом заряда. При этом электроны из поверхностного слоя полупроводника в областях 2 через образовавшийся канал под поликристаллическим кремнием 4 И источник 9 уходят на шину нулевого потенциала 10, в областях 2 образуются нестационарные области пространственного заряда (ОПЗ) 11. По истечении времени 4t, достаточного для образования ОПЗ, на поликристаллический кремний подается отрицательное напряжение Ue, приводящее к обогащению поверхности подложки под поликристаллическим кремнием основными носителями. Освещение области 2 световым лучом 12 вызывает генерацию носителей, причем генерируемые светом дырки, а также дырки, инжектированные из подложки для нейтрализации генерируемых светом электронов, собираются на поверхности полупроводника у границы раздела с диэлектриком.

При этом поток последних существенно (примерно в 102 pagj превосходит поглощающийся световой поток. Дырки, собирающиеся у границы раздела с диэлектриком, экранируют внешнее поле в пЬлупроводнике, что приводит к уменьщению падения напряжения

на полупроводнике и увеличению на диэлектрике. Когда напряжение на диэлектрике достигнет порога поляризации, происходит захват положительного заряда в диэлектрик. Следует отметить, что в процессе записи имеется также возможность лавинного умножения генерируемых светом носителей за счет ударной ионизации В обедненной области. Длительность электрического импульса записи т имл. выбирается из условия Z свет, t нмп. . , где Тсвет. -

0 время релаксации ОПЗ при освещении накопителя; т терм. - время релаксации ОПЗ без освещения. Это позволяет производить запись информации в освещенных областях накопителя и оставлять ее без изменения в неосвещенных.

Для стирания информации подложка заземляется, на поликристаллический кремний 4 подается отрицательное напряжение Uu, приводящее к обогащению поверхности подложки под поликристаллическим кремнием, а на электрод 6 подается положительный импульс напряжения, превышающий по амплитуде порог поляризации диэлектрика с захватом заряда. Это напряжение распределяется между диэлектриком 3

5 и обратно смещенным р-п переходом 13, таким образом, что большая часть падает на переходе ввиду малой толщины диэлектрика и низкой концентрации примеси в п-области. Обратный ток р-п перехода приводит к зарядке емкости диэлектрика и увеличению падения напряжения на нем. При освещении области 2 световым лучом 12 увеличивается обратный ток р-п перехода и уменьшается время зарядки емкости диэлектрика. Выбор длительности импульса напряжения,

5 подаваемого на полупрозрачный электрод (больше времени зарядки диэлектрика при освещении области 2 и меньше времени зарядки диэлектрика без освещения) дает возможность стирать информацию в освещенных обл.астях накопителя и не изменять ее в неосвещенных.

Использование матричного накопители предлагаемой конструкции позволяет осуществить локальное стирание информации, что значительно упрощает и убыстряет обработку информации Ъ оптоэлектронных вычислительных машинах, а также дает возможность уменьшить мощность источника света (примерно на два порядка), что приводит к уменьщению габаритов, потребляемой мощности и стоимости запоминающего устройства.

Формула изобретения

Матричный накопитель для фотоэлектрического запоминающего устройства, содержащий полупроводниковую подложку, на поверхности которой последовательно расположены слой диэлектрика с захватом заряда, экранирующая сетка из проводящего материала, изолирующий слой диэлектрика и полупрозрачный электрод и контакты, отличающийся тем, что, с целью расщирения области применения накопителя за счет уменьшения энергии записи информации, в

полупроводниковой подложке выполне-ны области полупроводника противоположного подложке типа проводимости, глубина которых меньще диффузионной длины неосновных носителей, расположенных под отверстиями экранирующей сетки, и связанные с соответствующими контактами.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент США № 3703465, кл. 340-173, 1973.

2.Авторское свидетельство СССР

№ 525159, кл. G 11 С 11/40, 1974 (прототип).

VA

L

Фи2.1

10

W Фиг.З