DE2223341C3

DE2223341C3 - Speicherelement und daraus aufgebaute dynamische Randomspeicher

Info

Publication number: DE2223341C3
Application number: DE2223341A
Authority: DE
Inventors: Francis Bresson Blanchet; Eugene Grenoble Mackowiak
Original assignee: Commissariat a lEnergie Atomique CEA
Current assignee: Commissariat a lEnergie Atomique et aux Energies Alternatives CEA
Priority date: 1971-05-12
Filing date: 1972-05-12
Publication date: 1985-02-21
Also published as: DE2223341A1; GB1365218A; DE2223341B2; JPS5650421B1; FR2137069A1; FR2137069B1

Description

Die Erfindung betrifft ein Speicherelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und daraus aufgebaute dynamische Randomspeicher nach dem Oberbegriff der Ansprüche 7 und 8.

Die Erfindung betrifft ein Speicherelement oder einen Speicherpunkt, d. h. eine Elementareinrichtung, die zwei unterschiedliche physikalische Zustände annehmen kann, die im allgemeinen mit »0« und »1« zu bezeichnen sind. Die Erfindung betrifft ferner einen dynamischen Randomspeicher, auch Speicher mit wahlfreiem oder direktem Zugriff genannt, der mehrere derartige Speicherelemente aufweist. Die Bezeichnung »dynamisch« bedeutet hier, daß die im Speicher enthaltenen Informationen nicht unendlich lange gespeichert, sondern im Laufe der Zeit von selbst gelöscht werden, so daß es für ihre Aufrechterhaltung notwendig ist, sie periodisch zu regenerieren. Diese Speicher haben einen wahlfreien Zugriff, d. h. einen direkten Zugriff anstelle eines zyklischen Zugriffs zur gespeicherten Information, die an einem ausgewählten Speicherelement oder in der Zeile eines angesteuerten Worts vorhanden ist, die aus mehreren parallelgcschalteten Speicherelementen besteht.

Da die Speicher mit immer größer werdenden Spei-

cherkapazitäten realisiert werden, sucht man sie aus gedruckten oder integrierten Schaltungen auf/.ubaucn, die eine große Anzahl von Speicherelementen zusammenfassen. Die bekannten Anordnungen von Speicherelementen wie Ferritkerne sind nicht anwendbar, weshalb man bemüht ist. Vorrichtungen aus Halbleitern zu fertigen, die leicht in Form gedruckter oder integrierter Schaltungen hergestellt werden können. Die Strukturen oder Transistoren, die mit der Abkürzung MOS (Metall-Oxid-Semiconiluctor [Halbleiter]) bezeichnet sind, haben sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, da sie meistens gebildet sind durch ein Halbleitersubstrat (z. B. η-Silizium), eine dünne Halbleiteroxidschicht (im vorliegenden Fall S1O2) und eine Metallelektrode (z. B. Aluminium). Im folgenden soll unter der Abkürzung MOS verstanden werden, daß damit auch eine Struktur bezeichnet sein kann, die nicht diesem speziellen Schema unterliegt; die Isolierschicht braucht nicht aus einem Siliziumoxid hergestellt zu sein, sondern kan., auch aus einem anderen Isoliermaterial, 2. B. einem Nitrid (MlS-Struktur: Metall-Isolierstoff-Semiconductor [Halbleiter]) gefertigt sein, und die Elektroden können z. B. aus stark dotiertem Silizium oder einem anderen Metall bestehen.

Es ist bereits ein dynamischer Randomspeicher bekannt, dessen Speicherelemente jeweils aus drei MOS-Transistoren bestehen, einem Transistor zum Speichern der Information und zwei Transistoren zum Ansteuern des Speichertransistors, wobei der eine zur Schreibansteuerung und der andere zur Leseansteuerung dient. Das Arbeitsprinzip dieses Speicherelements ist. Information in der Eingangskapazität des MOS-Transistors zu speichern, wobei diese Kapazität zwischen der Gatterelektrode des MOS-Transistors und dem Substrat ausgebildet ist. In diesen Speicherelementen liegt die Kapazität des Senken-Substrat-Übergangs des Leseansteuertransistors parallel zur Gatter-Substrat-Kapazität des Speichertransistors. Der Leckstrom dieses Übergangs entlädt die Speicherkapazität mit einer Zeitkonstante von einigen Millisekunden. Die Information muß daher durch wiederholtes Schreiben, z. B. alle 2 ms, regeneriert werden. Diese Speicher sind also dynamisch. Falls der Speicher nicht systematisch an allen seinen Adressen in einem Zeitintervall abgefragt wird, das kleiner als 2 ms ist, muß ein Teil der Zeit vorgesehen werden, um alle im Speicher enthaltenen Informationen zu regenerieren. Der Grad der Komplexität, der durch Substrat(Halbleiter)-Plättchen mit diesen Speichern erreicht wird, beträgt 1024 Speicherelemente, wobei jedes eine Fläche von etwa 6000 μηι² einnimmt.

Es sind ferner dynamische Register mit Ladungstransport oder -verschiebung bekannt, die durch eine Ausrichtung völlig identischer Elektroden gebildet sind. Durch Anlegen geeigneter Potentiale an die Elektroden verschiebt man allmählich die Ladungen längs der Halbleiteroberfläche.

Es ist nun Aufgabe der Erfindung, ein Speicherelement und einen dynamischen Randomspeicher zu schaffen, die besser als die bekannten den Anforderungen an die Praxis genügen, indem ihre Fertigungsausbeute höher ist, die Dichte der Speicherelemente bedeutend größer sein kann, die Speicherzeit der Information viel langer ist, der Verbrauch an elektrischer Energie sehr gering und der Pegel des Ausgangssignals vor Verstärkung relativ hoch ist (ungefähr zehnmal höher als bei den Magnetspeichern mit Kernen, ebenen Schichten oder Drähten).

Die Lösung dieser Aufgabe ist beim erfindungsgemäßen Speicherelement durch die Lehre nach dem kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 gegeben.

Gemäß verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung kann das Speicherelement entweder eine einzige Steuerelektrode oder zwei SteuereleJctroden haben, die Seite an Seite angeordnet sind und gleichzeitig auf identische Spannungspegel gebracht werden können, wenn das Speicherelement angesteuert wird.
Aus dem erfindungsgemäßen Speicherelement aufgebaute, erfindungsgemäße dynamische Randomspeicher sind durch die Ansprüche 7 und 8 gegeben.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 schematisch im Schnitt ein Speicherelement gemäß der Erfindung.

Fig.2a bis 2c das Arbeitsprinzip des Speicherelements beim Schreiben, Speichern und Lesen von Information,
F i g. 3 die Vorspannungspegel | V | (als Betragswerte), die an die verschiedenen Bestandteile des Speicherelements angelegt werden, um die in F i g. 2 gezeigten Funktionen zu erhalten,

Fig.4 schematisch das Prinzip eines Speichers gemäß der Erfindung, bei dem die Speicherelemente nur eine einzige Steuerelektrode haben,

F i g. 5 das Ersatzbild des Speichers von F i g. 4,
F i g. 6 schematisch die Wortorganisation eines Speichers gemäß der Erfindung, bei dem die Speicherelemente nur jeweils eine einzige Steuerelektrode aufweisen, und

F i g. 7 schematisch eine Organisation eines Speichers gemäß der Erfindung mit zwei senkrechten Achsen X und V, bei dem jedes Speicherelement zwei Steuerelektroden A und ßhat.

Im Speicherelement gemäß der Erfindung ist die Information durch elektrische Ladungen dargestellt, die man in einer Raumladungszone speichert, die an der Oberfläche des Halbleiters durch die Speicherelektrode in einer MOS-Struktur gebildet ist, wobei das Lesen dieser Information vorgenommen wird, indem diese Ladungen zu einer Elektrode zur Eingabe und Ausgabe von Information transportiert werden, vorzugsweise eine dotierte Zone. In Fig. 1 ist schematisch ein Speicherelement der Erfindung abgebildet, das ein Halbleitersubstrat 2 aufweist, das Majoritätsträger und Minoritätslräger hat. Dieser Halbleiter kann z. B. n-Silizium sein, wobei die Majoritätsträger Elektronen und die Minoritätsträger Löcher (fiktive oder reelle positive Ladungen) sind, die durch +-Zeichen dargestellt sind. Das Halbleitersubstrat 2 hat an der Oberfläche eine Zone 4, die mit Minoritätsträgern dotiert ist: Diese Zone ist vom p-Typ, wenn der Halbleiter vom η-Typ ist, und umgekehrt. Die Dotierung dieser Zone kann durch ein für sich bekanntes Diffusionsverfahren oder durch Ionenimplantation erfolgen. Eine dünne Schicht 6 aus elektrischem Isolierstoff befindet sich an der Fläche des Halbleiters, der die dotierte Zone 4 aufweist, und in der Nähe dieser Zone. Dieser elektrische Isolierstoff kann z. B. ein Nitrid oder ein Oxid sein. Eine Elektrode 8 und mindestens eine Elektrode 10 sind Seite an Seite auf der Isolierschicht 6 aufgebracht. Die Elektrode oder die Elektroden 10 in der Nähe der dotierten Zone 4 werden Steuerelektroden genannt, während die Elektrode 8 die Informationsspeicherelektrode ist. Die Elektroden 8 und 10 und die dotierte Zone 4 sind zueinander ausgerichtet. Die Elektroden 8 und 10, die Isolierschicht 6 und der Halbleiter 2 bilden eine MOS-Struktur oder im allgemeineren Fall eine M IS-Struklur.

Die im Speicherelement erhaltene Information wird erhalten, indem die Potentialdifferenz zwischen der dotierten Zone 4 und dem Halbleiter abgenommen und geeignet verstärkt wird.

Das Speicherelement kann auch eine zweite, in F i g. 1 nicht dargestellte Steuerelektrode haben, die sich seitlich zur zweiten Steuerelektrode 10 befindet, wobei die Speicherelektrode 8, die beiden Steuerelektiodcn und die dotierte Zone 4 zueinander ausgerichtet sind.

Das Arbeitsprinzip des in Fi g. 1 gezeigten Speicherelements ist in Fig.2a, 2b und 2c für einen Halbleiter vom η-Typ und eine dotierte Zone vom p-Typ abgebildet. Wenn der Halbleiter vom p-Typ und die dotierte Zone vom η-Typ ist, bleibt das Arbeitsprinzip dasselbe, d. h. nur ein Vorzcichcnwechse! der Spannungspege! V, !5 immer gemessen relativ zum Substrat, ist erforderlich. Wenn man die Speicherelektrode 8 auf einen Vorspannungspegel Vi bringt, entsteht eine tiefe Raumladungszone unter dieser Elektrode bei Abwesenheit von Minoritätsträgern. Wenn durch irgendein Verfahren Löcher in den Halbleiter vom η-Typ injiziert werden, sammeln sich diese unter der Speicherelektrode in der Raumladungszone bis zu einer Größe der verfügbaren Plätze, ungefähr 10" bis 10¹⁸ Plätze/cm³. Die beiden Zustände des Speicherelements, die mit »0« und »1« bezeichnet sind, entsprechen dem Fehlen und der Anwesenheit von Minoritätsträgern, die örtlich unter der Speicherelektrode festgehalten oder fixiert sind.

Falls die Steuerelektrode 10 auf einen Spannungspegel Vi mit IV2J r» J V₁ ( (Absolutwert von V2 größer als Absolutwert von Vi) und die dotierte Zone 4 auf einen Spannungspegel O (keine Vorspannung) gebracht wird, bildet sich im inneren des Halbleiters ein Gradient des elektrischen Felds, der der Differenz der Tiefe der Raumladungszone entspricht (im Englischen »depletion layerw-Verarmungsschicht genannt). Die Löcher der Zone 4 werden nun unter der Speicherelektrode 8 angezogen (F ig. 2a), was dem Schreiben eines Zustands »1« entspricht. Wenn im Gegensatz dazu die Steuerelektrode 10 und die dotierte Zone 4 auf denselben Spannungspegel V₃ gebracht werden mit | V₃| > | V₂|, werden die Ladungen (Löcher), die eventuell unter der Speicherelektrode 8 vorhanden sind, zur dotierten Zone 4 transportiert (Fig.2c), und die im Speicherelement eingeschriebene Information wird gelesen und gleichzeitig ein Zustand »0« geschrieben, weil die Ladungen, die eventuell unter der Speicherelektrode 8 vorhanden waren, verschwunden sind. Die Kapazität der Diode, die durch die dotierte Zone 4 und das Substrat 2 gebildet ist, lädt sich also auf, wobei die Spannung an ihren An-Schlüssen das Leses^g-nal darstellt. Die Fig.2b entspricht dem Speichern von Informationen, wenn man diese letztere während einer bestimmten Zeit aufrechterhalten will. In diesem Fall hält man evtl. unter der Speicherelektrode 8 vorhandene Ladungen fest, indem man die Speicherelektrode 8 mit einem Vorspannungspegel V₂ und die Steuerelektrode 10 sowie die dotierte Zone 4 mit demselben Pegel von Nullspannung beaufschlagt

Das Diagramm der Spannungspegel V, das in F i g. 3 gezeigt ist, faßt die drei möglichen Zustände des Speicherelements zusammen, die in F i g. 2 abgebildet sind. Der linke Teil des Diagramms entspricht dem Schreiben einer Information, der rechte Teil dem Lesen einer geschriebenen Information und der mittlere Teil dem b5 Speichern einer geschriebenen Information.

Die Lebensdauer der Minoritätsträger, die in der R:uimladungS7.onc unter der Speicherelektrode 8 vorhanden sind, ist begrenzt, weshalb die Information durch wiederholtes Schreiben mit einer Periode unterhalb der Zeit der thermischen Erzeugung der Löcher in der Raumladungszone (etwa 1 s) regeneriert werden muß. Die Speicher, die aus den in Fig. 1 abgebildeten Speicherelementen aufgebaut sind, sind also dynamische Speicher.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Diffusionszone 4 ersetzt werden kann durch einen Leiterniederschlag, der dieselben Funktionen ausübt: Der Leiter transportiert Information, und die Randschichtdiode, deren Kapazität durch die Ladungen aufgeladen wird, stellt während des Lesens Informationen dar.

Es ist also ersichtlich, daß das Speicherelement der Erfindung sich beträchtlich von Speichern mit Ladungstransport unterscheiden. In diesen ist im wesentlichen der Transportmechanismus grundlegend, so daß alle Transportelektroden identische Form und Abmessungen haben müssen. Im Gegensatz dazu spielt bei der Erfindung das Transportphänomen nur eine untergeordnete Rolle, da die Speicherfunktion im Festhalten der Ladungen und in deren Verschieben besteht; so kann beim Speicherelement der Erfindung die Steuerelektrode sehr verschieden von der Speicherelektrode sein, z. B. viel schmaler sein. Als Ausführungsbeispiel kann eine Speicherelektrode von 30μπιχ30μΓη genommen werden, während die Steuerelektrode eine A bmessung von 30 μηι χ 3 μιη hat, also zehnmal schmäler ist. Man könnte ein Speicherwerk mit Ladungstransport bei derartigen unterschiedlichen Abmessungen benachbarter Elektroden nicht realisieren. Um besser die erfindungsgemäße Vorrichtung von den Vorrichtungen auf der Grundlage von Ladungstransport unterscheiden zu können, kann man sie daher als »Speicherelement mit örtlichem Festhalten von Ladung« bezeichnen. Außerdem dient beim erfindungsgemäßen Speicherelement die Elektrode 8 allein zum Speichern und nicht zum Transport von Ladungen. In den bekannten Einrichtungen spielt dagegen jede Elektrode wahlweise die Rolle einer Elektrode zum Speichern und zum Transport. Dies erlaubt für das erfindungsgemäße Speicherelement, die Speicherelektrode zu optimalisieren, um den Betrieb des Speichers zu verbessern (Größe der festgehaltenen Ladungen, Speicherzeit usw.), ohne sich um die Transportfunktion zu kümmern, die einer anderen unabhängigen Elektrode (der Steuerelektrode) zugeschrieben wird.

F i g. 4 zeigt schematisch einen Speicher, der aus Speicherelementen von F i g. 1 aufgebaut ist, die auf ein und demselben Halbleitersubstrat ausgebildet sind, wobei jede» Speicherelement nur eine Steuerelektrode hat. Der Speicher hat π · m Speicherelemente in Form einer Matrix mit π Zeilen und m Spalten. Die dotierten Zonen der Speicherelemente, die jeweils zur selben Spalte gehören, sind durch eine einzige dotierte Zone in Form eines Bands 12 gebildet Jede Spalte hat daher η Speicherelektroden 8, π Steuerelektroden 10 und ein einziges dotiertes Band 12. Die Steuerelektroden 10 ein und derselben Zeile sind elektrisch durch einen elektrischen Leiter 15 untereinander verbunden, der eine Wortzeile des Speichers bildet Die dotierten Bänder 12 bilden jeweils eine Ziffcmspalte oder -leitung des Speichers. Die Ansteuerung einer Wortzeile durch Anlegen eines vorbestimmten Spannungspegels hat zum Ergebnis das Schreiben oder Lesen eines Speicherelements, das sich am Schnittpunkt der Wortzeile und der Ziffernspalte befindet.

An einem der beiden Enden jedes dotierten Bands 12

befinden sich ein Schreibspannungsgenerator 14 und ein Verstärker 16, die während des Schreibens b/.w. während des Lesens angeschlossen sind. Alle Speicherelektroden 8 befinden sich auf demselben Spannungspcgel V2 mittels einer nicht gezeigten Einrichtung. Das Anlegen eines bestimmten Spannungspegels an einer Wortzeile 15, Vi für das Schreiben und V3 für das Lesen, erlaubt die Ansteuerung aller Speicherelemente, die diese Wortzeile bilden. Es genügt, anschließend die Ziffernspalten, die durch die dotierten Bänder 12 gebildet sind, auf einen Spannungspegel O oder Vj zu bringen, um die Speicherelemente anzusteuern, die sich am Schnittpunkt der angesteuerten Wortzeile und der angesteuerten Ziffernspalten befinden. Die Ziffernspalten dienen dazu, Information von den Speicherelektrodcn 8 zum Verstärker 16 für Vorspannungspegel zu transportieren, die dem Lesen entsprechen, und vom Schreibspannungsgenerator 14 zur Speicherelektrode 8 für Vorspannungspegel, die dem Schreiben entsprechen. Eine nicht gezeigte Umschaltvorrichtung ist dafür vorgesehen. Der Verstärker 16, der allein zum Lesen verwendet wird, dient also dazu, die elektrische Spannung zu verstärken, die zwischen dem dotierten Band 12 und dem Substrat auftritt. Der Schreibspannungsgenerator 14, der allein zum Schreiben verwendet wird, versorgt die dotierten Zonen 12 der Speicherelemente ein und derselben Spalte mit elektrischen Ladungen. Der Zugriff zur Information, die in einem Speicherelement des Speichers enthalten ist, ist also wahlfrei, da dieser Zugriff direkt erfolgt durch Ansteuern einer Wortzeile und einer Ziffernspalte, wobei die in den m Kapazitäten 18 zur Speicherung dieses Worts enthaltene Information gleichzeitig an den m Ziffernspalten 12 auftritt.

F i g. 5 zeigt ein Ersatzschaltbild des Speichers von Fig.4. Die MOS-Strukturen entsprechend einer Informationsspeicherung (Speicherelektrode 8) sind durch Kondensatoren 18 dargestellt. Letztere sind an die dotierten Bänder 12 über Schalter 20 angeschlossen, die die Steuerelektroden 10 darstellen. Der Schalter 20 eines Speicherelements ist offen, wenn dieses Speicherelement sich im Speicherzustand (Fi g. 2b) befindet, und geschlossen, wenn es den Schreib- oder Lesezustand (F i g. 2a oder 2c) einnimmt. Die Kapazitäten 22 stellen die Kapazitäten der Ziffernspalten dar.

Die Menge der elektrischen Ladungen, die sich von der Speicherelektrode zur dotierten Zone 12 und umgekehrt verschieben, berechnet sich unter Kenntnis der möglichen Konzentration der Ladungsträger in der Raumladungszone. Man kann zeigen, daß für eine Vorspannung V2 größer 5 V diese Konzentration P größenordnungsmäßig 10¹⁸ Atome/cm³ beträgt Die Menge Q der sich bewegenden Ladungen wird durch folgenden Ausdruck erhalten:

Q^q- PdS,

mit q «= elektrische Elementarladung (1,6 · 10-'⁹C), rf = Dicke der Raumladungszone und S — Oberfläche der Speicherelektrode 8.

Für rf-= 100A, 5-900μπι² (30μιη·30μιη) und P — 10" Atome/cm³, welche Werte einen ungünstigen Fall darstellen, erhält man:

AQ> 1,6· 10-³C. ,·

Die verstärkte Potentialdifferenz Δ V, die am Ausgang des Verstärkers 16 empfangen wird, hängt ab von der Summe C der Kapazität der Ziffernspalte und der Hingiingskupu/.itäi dos Verstärkers 16. Sie isi gcgclu-n durch folgende Gleichung:

AV

und damit
A V_{mV) '■

AQ

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Die Kapazität der Ziffernspalte beträgt etwa 3 pF, so daß man vor der Verstärkung durch den Verstärker 16 eine Potentialdifferenz von etwa 50 mV erhält.

Das Ausführungsbeispiel eines Speichers gemäß der Erfindung, das in F i g. 6 abgebildet ist und bei dem die Ansteuerung der Speicherelemente sich über Wortzeilen vollzieht, hat mehrere Anordnungen 24, die mit der in F i g. 4 abgebildeten identisch sind, auf demselben SiIiziumsubstrat. Ein Decodierer 26 für Wortzeilen erlaubt das Ansteuern der Wortzeile eines bestimmten Rangs jeder Anordnung 24. Die Leiter 15, die alle Steuerelektroden 10 derselben Wortzeile einer Anordnung 24 verbinden, sind durch MOS-Transistoren 28 an denselben Ausgang 30 des Decodierers 26 für Wortzeilen angeschlossen. Diese MOS-Transistoren 28 sind in die Leiter 15 mittels der Quellen- und Senkenelektrode zwischengeschaltet. Die Gatterelektroden 32 der Transistoren 28 ein und derselben Anordnung 24 sind an denselben Ausgang 34 eines Decodierers 36 dieser Anordnung angeschlossen, der die Ansteuerung einer der Anordnungen 24 gestattet. Die MOS-Transistoren 28 können Schaltern ähnlich sein, die offen sind, wenn eine Vorspannung an den Gatterelektroden 32 angelegt wird, was der Ansteuerung einer der Anordnungen 24 entspricht. Alle dotierten Bänder 12 desselben Rangs sind über MOS-Transistoren 38 an einen Verstärker 16 und einen Schreibspannungsganerator 14 angeschlossen, die umschaltbar sind. Die Gatterelektroden 40 der MOS-Tran-

4C sistoren 38, die an den Ausgang der dotierten Bänder 12 ein und derselben Anordnung 24 angeschlossen sind, sind mit demselben Ausgang 34 des Decodierers 36 verbunden. Die Ansteuerung einer der Anordnungen 24 mittels des Decodierers 36 erlaubt, die Transistoren 38 ein und derselben Anordnung leitend zu machen. Dieser in F i g. 6 gezeigteKufbau entspricht daher einer Wortorganisation, da man alle Wortzeilen desselben Rangs der Anordnungen 24 über den Decodierer 26 und eine der Anordnung 24 mittels des Decodierers 36 und der MOS-Transistoren 28 und 38 ansteuert Am Ausgang des Verstärkers 16 erhält man also nicht die in einem einzigen Speicherelement enthaltene information, sondern die Information, die in allen Speicherelementen der Wortzeile von vorbestimmtem Rang einer bestimmten Anordnung 24 enthalten sind.

Der in F i g. 7 abgebildete Speicher entspricht einer Informationsansteuerung entlang von Achsen X und Y. Diese Organisation greift auf Speicherelemente zurück, die jeweils zwei Steuerelektroden A und B haben. Diese Speicherelemente mit zwei Steuerelektroden sind wie in Fig.4 in Form einer Matrix angeordnet Der in Fig. 7 gezeigte Speicher hat mehrere Anordnungen 42, die jeweils auf ein und demselben Substrat eine Matrix bilden. Die dotierten Bänder 12 ein und derselben Anordnung 42 sind parallel Ober MOS-Transistoren 44 an den Eingang eines Verstärkers 16 und eines Schreibspannungsgenerators 14 angeschlossen, die wie oben umschaltbar sind. Die dotierten Bänder 12 sind an den Schreibspan-

nungsgenerator 14 und an die Verstärker 16 über die Senken- und Quellenelektrode von MOS-Transistoren 44 angeschlossen. Alle Steuerelektroden A, die zu einer ,tV Zeile desselben Rangs aller Anordnungen 42 gehören,

ι': sind elektrisch über einen Leiter 46 mit einem Ausgang

ψ, 48 eines Decodierers 50 entlang der Achse X verbun-

I; den, die in F i g. 7 einer vertikalen Achse entspricht. Die

c Steuerelektroden B, die zu einer Zeile desselben Rangs

aller Anordnungen 42 gehören, sind elektrisch über Lei- ;: ter 52 mit einem Ausgang 54 eines Decodierers 56 ent-

{ή, lang der Achse X verbunden, die einer horizontalen

1$ Achse in F i g. 7 entspricht. Die Steuerelektroden ein

':' und derselben Zeile ein und derselben Anordnung 42

i:.^ sind außerdem elektrisch an die Gatterelektrode 58 des

|| MOS-Transistors 44 angeschlossen, der dem dotierten

§1 Band 12 zugeordnet ist. Der Decodierer 50 entlang der

•|jj Achse X gestattet also, alle Steuerelektroden Λ der Zci-

'.^ len oder Leitungen desselben Rangs der Anordnung 42

ψ anzusteuern, während der Decodierer 56 entlang der

■ ft¹ Achse Y die Ansteuerung der Steuerelektroden B der

H Zeilen desselben Rangs der Anordnung 42 ermöglicht.

P Am Ausgang jedes Verstärkers 16 erhält man also die

§1 Information, die im Speicherelement am Schnittpunkt

der angesteuerten Spalte entsprechend der Achse X und der angesteuerten Zeile entsprechend der Achse Y vorhanden ist. Damit ein Speicherelement angesteuert wird, müssen ersichtlich die Elektroden A und B gleichzeitig auf dasselbe Potential V, im Fall des Schreibens und V₃ im Fall des Lesens gebracht werden.

Die erfindungsgemäßen Speicher haben folgende Vorteile:

Eine verbesserte Technologie wegen der möglichen Verringerung der Flächen der Speicherelektrode 8 und der Steuerelektrode 10 und des Umfangs der dotierten Zonen 12;

eine längere Speicherung der Information, was besonders vorteilhaft ist im Fall von Speichern, die aus einer großen Anzahl von Speicherelementen bestehen, in denen eine große Anzahl von Wörtern zu regenerieren ist;

eine sehr geringe elektrische Leistungsaufnahme wegen der niedrigen Energie, die zur Änderung des Speicherzustands eines Speicherelements erforderlich ist, und wegen der niedrigen Regenerierfrequenz.

Es versteht sich, daß verschiedenste Abwandlungen der gezeigten Ausführungsbeispiele möglich sind. Insbesondere kann die Injektion der Ladungen unter den Speicherelektroden gegebenenfalls in an sich bekannter Weise optisch erfolgen, wobei dann die Schreibspannungsgeneratoren 14 wegfallen. Diese Abwandlung findei z. B. Anwendung in einem Büdanalysesystetr., wobei jedes Speicherelement eine Ladungsmenge enthält, die vom empfangenen Lichtstrom abhängt.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Speicherelement, bestehend aus einem dotierten Halbleitersubstrat, das auf einer seiner Flächen Elektroden aufweist, die vom Halbleitersubstrat durch eine dünne Schicht aus einem elektrischen Isolierstoff getrennt sind, und mit einer Einrichtung, durch die an die Elektroden Potentiale anlegbar sind, deren Größe in bestimmter Weise zeitabhängig ist, mit

einer Elektrode zur Ladungsspeicherung (Speicherelektrode) und mindestens einer Steuerelektrode zur Ladungsverschiebung, wobei diese Elektroden Seite an Seite angeordnet sind. .

einer Einrichtung zur Injektion von Ladungen unter der Speicherelektrode (Schreibeinrichtung), und einer Einrichtung, um das Auftreten von Ladungen an der Elektrode zur Ein- und Ausgabe von Information zu erfassen (Leseeinrichtung), dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektrode (4) zur Ein- und Ausgabe von Information vorgesehen ist, die in Kontakt mit dem Halbleitersubstrat steht und von der Speicherelektrode (8) durch die Steuerelektrode (10) getrennt ist, und

daß die Einrichtung zur Injektion von Ladungen die Speicherelektrode (8) auf ein Potential (V₂), die Steuerelektrode (10) auF drei Potentialpegel V₁, O und V₃ mit I V₃| > I V₂\ > IV,|, und die Elektrode (4) zur Eingabe und Ausgabe von Information auf zwei Potentialpegel O und V₃ bringen kann, wobei das Bezugspotential das des dotierten Halbleitersubstrats (2) ist.

2. Speicherelement nach Anspruch I. gekennzeichnet durch zwei Seite an Seite angeordnete Steuerelektroden (A, B), die gleichzeitig auf denselben Potentialpegel bringbar sind (Fig. 7).

3. Speicherelement nach Anspruch 1 oder 2, mit einer Elektrode aus dotiertem Halbleitermaterial, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (4) zur Ein- und Ausgabe von Information durch eine Zone des Halbleitersubstrats gebildet ist, die mit Ladungsträgern dotiert ist, deren Typ entgegengesetzt zu dem des Halbleitersubstrats (2) ist.

4. Speicherelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schreibeinrichtung durch einen Schreibspannungsgenerator (14) gebildet ist, der an die Elektrode zur Ein- und Ausgabe von Information anschließbar ist (F i g. 4,6,7).

5. Speicherelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseeinrichtung durch einen Verstärker (16) gebildet ist, der an die Elektrode zur Ein- und Ausgabe von Information anschließbar ist (F i g. 4,6,7).

6. Speicherelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Steuerelektrode (10) bedeutend kleiner als die der Speicherelektrode (8) ist.

7. Dynamischer Randomspeicher, bei dem die Ansteuerung der Speicherelemente wortweise vorge- eo nommen wird, mit einer Anordnung von m ■ η Speicherelementen nach Anspruch I, die auf demselben Halbleitersubstrat in Form einer Matrix mit π Zeilen, die die Wortzeilen darstellen und «i Spalten angeordnet sind, und mit einer Schreib- und Lese-Ansteu- b^r> ereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden zur Ein- und Ausgabe von Information der Speicherelemente durch in parallele Bänder (12) gebildet sind, die die Ziffernspalten bilden, daß eine Spalte jeweils π Speicherelektroden (8), η Steuereiektroden (10) und ein Band (12) aufweist, daß alle Speicherelektrode!] (8) auf denselben Potentialpegel V₂ gebracht werden können (Vorspannungspegel), daß alle m Steuerelektroden (10) ein und derselben Zeile elektrisch untereinander verbunden und auf drei Potentialpegel V₁, O und V₃ bringbar sind und daß schließlich das eine der beiden Enden jedes Bandes (12) alternativ an einen Leseverstärker (16) oder einen Schreibspannungsgenerator (14), der die Potentialpegel O und V₃ liefern kann, anschließbar ist (Fig. 4.6)1

8. Dynamischer Randomspeicher, bei dem die Ansteuerung der Speicherelemente entlang zweier Achsen X und Y vorgenommen wird, mit einer Anordnung von χ · y Speicherelementen nach Anspruch 2, die auf demselben Halbleitersubstrat in Form einer Matrix mit χ Zeilen und y Spalten angeordnet sind, und mit einer Schreib- und Lese-Ansteuereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden zur Ein- und Ausgabe von Information der Speicherelemente durch y parallele Bänder (12) gebildet sind, die die Ziffernspalten darstellen, daß eine Spalte jeweils χ Speicherelektroden (8), χ erste Steuerelektroden (A), χ zweite Steuerclektroden (B) und ein Band (12) aufweist, daß alle Speicherelektroden (8) auf denselben Potentialpegel V₂ gebracht werden können (Vorspannungspegel), daß alle y ersten Steucrelektroden (A) ein und derselben Zeile elektrisch untereinander verbunden sind, daß alle χ zweiten Sleuerelektroden (B) ein und derselben Spalte elektrisch untereinander verbunden sind, daß die ersten und zweiten Steuerelektroden (A, B) gleichzeitig auf drei Potentialpegel V\, O und Vj bringbar sind und daß schließlich das eine der beiden Enden jedes Bandes(12)alternativ an einen Leseverstärker (16) oder einen Schreibspannungsgenerator (14), der die Potentialpegel O und V₃ liefern kann, anschließbar ist (F i g. 7).