элемент памяти на основе структуры полупроводник - металл - полупроводник

Формула изобретения

Элемент памяти на основе структуры полупроводник - металл - полупроводник, содержащий омический контакт эмиттера, полупроводниковый слой эмиттера, металлический слой базы, полупроводниковый слой коллектора, омический контакт коллектора, отличающийся тем, что в области перехода база - коллектор имеется область с высокой дефектной ситуацией, которая представляет собой энергетические ловушки, на которых происходит захват и осаждение электронов, определяющие механизм записи в данном элементе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к цифровой технике и может быть использовано в качестве запоминающего устройства.

Известен ряд полупроводниковых запоминающих элементов: конденсаторного типа, триггерные (на биполярных транзисторах), основанные на полевых транзисторах (в основном на транзисторе с плавающим затвором).

Наиболее близким к заявленному изобретению по принципу записи является транзистор с плавающим затвором (Зи С. Физика полупроводниковых приборов. М.: Мир, 1984. Ч.1. 455 с.), содержащий кремниевую подложку с истоком и стоком, на которой последовательно выполнены туннельный слой, запоминающий слой (плавающий затвор), блокирующий слой и проводящий электрод. Его работа основана на тунеллировании электронов через слой диэлектрика в плавающий затвор, отделенный от полупроводникового рабочего слоя тонким диэлектриком. Заряд, накопленный в плавающем затворе, создает электрическое поле, которое влияет на токопрохождение через полупроводник. Тем самым, логическая единица соответствует минимально заряженному плавающему затвору, ноль - максимально.

Недостатками такого элемента являются: 1) большие размеры; 2) технологическая сложность изготовления; 3) небольшое количество циклов перезаписи (это связанно с разрушением диэлектрического слоя); 4) время хранения информации ограничено тепловым тунеллированием электронов из плавающего затвора; 5) сильное влияние статического электричества на работу данного элемента памяти.

Технический результат, достигаемый при реализации заявленного изобретения, заключается в уменьшении размеров элемента; упрощении изготовления; увеличении объема хранимой информации и облегчении доступа к ней вследствие возможности создания как планарных (двумерных), так и объемных (трехмерных) матриц; увеличении времени хранения информации; увеличении количества циклов перезаписи.

Указанный технический результат достигается тем, что элемент памяти на основе структуры полупроводник-металл-полупроводник (ПМП) состоит из следующих слоев: омический контакт эмиттера, полупроводниковый слой эмиттера, металлический слой базы, полупроводниковый слой коллектора, омический контакт коллектора, причем в области перехода база-коллектор имеется область с высокой дефектной ситуацией, которая представляет собой энергетические ловушки, на которых происходит захват и осаждение электронов; эти процессы и определяют механизм записи в данном элементе.

На фиг.1 изображена послойная структура элемента памяти на основе структуры полупроводник-металл-полупроводник (ПМП). На фиг.2 изображена энергетическая зонная диаграмма структуры ПМП в процессе записи.

На фиг.1 показана послойная структура элемента, который состоит из омического контакта эмиттера 1, полупроводникового слоя эмиттера 2, металлического слоя базы 3, полупроводникового слоя коллектора 4, омического контакта коллектора 5.

На фиг.2 показана энергетическая зонная диаграмма структуры полупроводник-металл-полупроводник (ПМП) в процессе записи. На фиг.2 показаны следующие слои: слой базы 3, дефектная область перехода база-коллектор 4.1, в которой происходит запись, коллекторная область 4.2.

Элемент работает следующим образом.

Запись информации происходит следующим образом: на омический контакт эмиттера 1 (фиг.1) подается, относительно базы 3 (фиг.1), импульс отрицательной формы амплитудой 5 В. К металлическому слою базы 3 (фиг.1) подается постоянный отрицательный потенциал 5 В, относительно вывода коллектора 5 (фиг.1). Электроны, ускоряясь в слое эмиттера 2 (фиг.1), попадают в область металлической базы 3 (фиг.2). После электроны попадают в переход база-коллектор 4.1, содержащий большое количество энергетических ловушек (фиг.2), где, потеряв энергию, оседают на ловушках (фиг.2). В результате чего сопротивление коллекторной области 4 (фиг.1) увеличивается, что соответствует записанному состоянию (логический ноль).

Считывание информации происходит следующим образом: на вывод базы 3 (фиг.1) и коллектора 5 (фиг.1) подается сигнал, если сигнал проходит обозначенную цепь - это логическая единица; если не проходит - то логический ноль.

Стирание соответствует следующему режиму: к выводу коллектора 5 (фиг.1), относительно базы 3 (фиг.1), подается отрицательный импульс с амплитудой 12 В. В результате чего электроны, осевшие на ловушках, получив дополнительную энергию, высвобождаются и уходят на базу 3 (фиг.2). Сопротивление уменьшается (логическая единица).