DE1774482B2 - Kapazitiver wortorientierter speicher unter verwendung von feldeffekttransistoren - Google Patents

Description

durch diese Ausführungsform die elektrischen Para- Brücke zwischen dem Quellenbereich und den neter der Schaltung weniger kritisch, wodurch so- Senkenbereich normalerweise nichtleitend ist un< wohl die Fehlermöglichkeit im Betrieb auf ein durch Anlegen eines positiven Signales an die Tor Minimum herabgesetzt wird als auch die Massen- elektrode 12 G leitend gemacht wird. Damit eini fabrikauon großer Stückzahlen betriebsfähiger 5 Leitung auftritt, muß zwischen Quelle und Senki Speicherzellen auf einem Plättchen erleichtert wird. eine Spannungsdifferenz bestehen und die Spannunj

Schließlich ist gemäß der Erfindung ein weiterer auf der Torelektrode muß die Spaanung an den Feldeffekt-Transistor vorgesehen, dessen Quejlen-, negativeren Quellenanschluß um die Schwellen Senken- und Trägerschichtanschluß den entsprechen- spannung des Feldeffekt-Transistors überschreiten den Anschlüssen des Feldeffekt-Transistors parallel- io Die Erfindung ist jedoch nicht auf Verstärker geschaltet sind und dessen Torelektrode mit seinem Elemente mit NPN-Struktur begrenzt, sondern e: Senkenanschluß verbunden ist. können auch PNP-Feldeffekt-Elemente verwende!

Damit wird erreicht, daß die elektrischen Para- werden. Es können jedoch auch Sperr-Elemente bemeter der Schaltung weniger kritisch gemacht wer- nutzt werden, in denen die Brücke zwischen Quelle den, welches ein wesentlicher Gesichtspunkt bei der 15 und Senke normalerweise leitet und durch Signale ar Herstellung von Speichern in integrierter Schaltungs- die Torelektrode gesperrt wird, wobei jedoch die au) technik ist, wo eine große Anzahl von aktiven die Schaltung zu Steuerzwecken gegebenen Signale Elementen gleichzeitig auf einer Trägerschicht her- entsprechend geändert werden müssen,
gestellt werden und alle innerhalb der vorgeschriebe- Die Arbeitsweise des in F i g. 1 gezeigten Speichers

nen Toleranzen arbeiten müssen, ohne daß Reserve- 20 beim Lesen und Schreiben von Informationen in den zellen angeschlossen werden. Speicherzellen 10 wird durch dieWortleitungs-Treiber,

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnung im dargestellt durch den Block 20, und die Bitleitungseinzelnen erläutert. Es zeigt Treiber und Abfrageverstärker, dargestellt durch den

Fig. 1 eine teilweise schematische Darstellung der Block 22, gesteuert. Es sind drei Wortleitungen 24 elektrischen Verbindungen in einem erfindungsgemäß 25 für jede senkrechte Spalte oder Wortposition im aufgebauten Speicher, Speicher und drei Bitleitungen für jede horizontale

Fig. 2, 2a Draufsicht bzw. Schnittansicht eines Zeile oder Bitposition im Speicher gezeichnet. Der Ausführungsbeispiels einer Speicherzelle für die in Speicher ist wortorganisiert und arbeitet auf der F i g. 1 gezeigte Schaltung, wobei die Speicherzelle Basis eines Lese-Schreib-Zyklus. Besonders während in einer integrierten Schaltung auf einer einzigen 30 der ersten oder Leseoperation des Zyklus werden Trägerschicht gebildet wird, die in den drei Speicherzellen der drei vertikal ver-

Fig. 3 eine Schnittansicht eines anderen Ausfüh- laufenden Wörter gespeicherten Bits durch Anlegen rungsbeispiels einer integrierten Schaltungsform einer eines Signals an die entsprechende Wortleitung 24 Speicherzelle des in Fig. 1 dargestellten Speichers, ausgelesen. Die die gespeicherte Information dar-

Fig. 4 a, 4b zwei verschiedene Arten der Signal- 35 stellenden Signale werden über die Bitleitungen 26 anlegung an die Wort- und Bitleitungen des in F i g. 1 auf die Abfrageverstärker gegeben. Während des gezeigten Speichers zur Ausführung von Lese- und zweiten Teils eines jeden Lese-Schreibezyklus wird Schreiboperationen in diesem Speicher und dieselbe oder eine neue Information in dieselbe

F i g. 5, 6, 7 elektrische Schaltbilder dreier anderer Wortposition geschrieben, indem über die Bittreiber-Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäß herge- 40 Leitungen entsprechende Signale auf die Bitleitung stellten Speicherzellen. 26 gegeben werden. Zwei mögliche verschiedene Im-

Der in F i g. 1 dargestellte Speicher ist eine An- pulsfolgen sind in den F i g. 4 a und 4 b dargestellt. Ordnung von 3 χ 3 = 9 Speicherzellen 10, von denen Die Abfragesignale sind in diesen Figuren mit einer jede aus einem Feldeffekt-Transistor 12 und einem relativ zu den Treibersignalen wesentlich größeren Kondensator 14 besteht. In diesem Auiführungs- 45 Amplitude dargestellt, als diese in der Praxis aufbeispiel sind nur 9 Speicherzellen gezeigt, da dies zur treten. Der Betrieb der einzelnen Speicherzellen geht Darstellung des Erfindungsprinzips genügt. In der aus der folgenden genaueren Beschreibung der Ar-Praxis lassen sich natürlich weit größere Anordnun- beitsweise der im linken oberen Teil der in Fig. 1 gen derartiger Speicherzellen durchführen. Jeder dargestellten Speicherzelle 10 hervor.
Feldeffekt-Transistor 12 in jeder Speicherzelle 10 ent- 50 Die in dieser Speicherzelle gespeicherte Informahält eine Torelektrode 12 G, auf welche Signale zur tion, eine binäre Eins oder eine binäre Null, wird Steuerung des Stromflusses zwischen einem Quellen- durch die an der Speicheranode 30 anliegenden anschluß 12 S und einem Senkenanschluß 12 D ge- Spannung angegeben. Beim Einspeichern einer binägeben werden. Eine weitere Verbindung besteht zur ren Null ist diese Spannung niedrig und der Konden-Trägerschicht oder dem Plättchen, auf welchem die 55 sator 14 wird im wesentlichen nicht geladen. Beim Feldeffekt-Transistoren gebildet werden die bei 12 W Einspeichern einer binären Ei₁Is ist die Spannung an dargestellt sind. Jeder dieser Transistoren ist ein iso- der Speicheranode 30 auf einem höheren positiven lierter Feldeffekt-Transistor. Derartige Feldeffekt- Wert und der Kondensator 14 wird geladen. Somit Transistoren sind als Metalloxyd-Halbleiter-Tran- ist das Speicherelement in der Speicherzelle der sistoren bekannt. Alle Feldeffekt-Transistoren wer- 60 Kondensator 14 und eine binäre Eins oder eine binare den auf einer P-leitenden Trägerschicht oder einem Null wird in dieser Speicherzelle abhängig von der Plättchen aus Silicium aufgebaut. Die Quellen- und Ladung des Kondensators gespeichert. Im Ruhe-Senkenbereiche sind N-dotiert und weisen eine zustand der Speicherzelle zwischen Lese- und planare Oberfläche auf. Diese beiden Bereiche sind Schreiboperationen wird eine im Kondensator 14 gedurch eine Brücke an der Oberfläche des Träger- 65 speicherte Ladung über den Feldeffekt-Transistor 12 plättchens verbunden, die unmittelbar neben der gehalten, der im Stromkreis des Kondensators an-Torelektrode 12 G liegt. Die Feldeffekt-Transistoren liegt. Dieser Feldeffekt-Transistor ist normalerweise haben Verstärkerwirkung, was besagen soll, daß die gesperrt und stellt eine sehf hohe Impedanz für die

Schaltung dar. Somit kann trotz des Verlusts über 24 wird solange aufrechterhalten, bis der Kondenden Senkenanschluß 12 D über den Trägerschicht- sator 14 ganz geladen ist. Zu diesem Zeitpunkt fällt körper zum Trägerschichtanschluß 12 W im Konden- die Spannung auf der Wortleitung ab und dadurch sator 14 eine Ladung für eine Zeit gespeichert wer- wird das Signal von der Torelektrode 12 G genomden, die lang ist im Vergleich zu der für eine 5 men. Der Feldeffekt-Transistor 12 schaltet dann ab Lese-Schreiboperation erforderlichen Zeit. und stellt jetzt eine hohe Impedanz im Ladekreis

Während einer in der ersten Wortposition im dar. Nach dem Wortleitungssignal endet auch das Speicher durchgeführten Lese-Schreiboperation wird Bitleitungssignal und so wird sichergestellt, daß die entsprechende Wortleitung 24 mit einem positi- der Kondensator 14 ungefähr auf die Spannung aufven Impuls erregt, wie in F i g. 4 a dargestellt ist. io geladen wird, die an der Bitleitung zu dem Zeitpunkt Diese Spannung wird auf die Torelektrode 12 G für lag, als der Feldeffekt-Transistor 12 sperrte, jeden Transistor in der ersten Spalte gegeben. Die an Nach Abschluß des zweiten Teils des Lese-

die Torelektrode angelegte Spannung führt dazu, daß Schreibzyklus ist somit eine binäre Null oder Eins in die Brücke den Quellen- und Senkenbereich im jeden Kondensator 14 der ersten Speicherspalte einTransistor leitend verbindet. Wenn angenommen 15 gespeichert und die Spannung an den Speicherwird, daß eine binäre Eins in der betrachteten anöden 30 zeigt an, ob eine binäre Eins oder Null in Speicherzelle gespeichert werden soll, so wird der der Speicherzelle gespeichert ist. Kondensator 14 aufgeladen und wenn der Feld- Ein in F i g. 4 b wiedergegebenes anderes Leseeffekt-Transistor 12 leitend ist, entlädt sich der Kon- Schreibschema unterscheidet sich von dem in densator 14 darüber und gibt ein Signal auf die Bit- 20 F i g. 4 a dargestellten insofern, als die Spannung der leitung 26, die mit dem Quellenanschluß 12 5 des Bitleitung normalerweise auf einem positiven Wert Transistors verbunden ist. Dieses Signal wird über gehalten wird und ein negativer Impuls auf die Bitdie Leitung 26 auf einen Abfrageverstärker für die leitung gegeben wird, um die Spannung auf Null zu erste Bitposition gegeben und kann von diesem ab- reduzieren, wenn eine binäre Null in eine durch diese gefühlt und auf andere Teile des Datenverarbeitungs- 25 Bitleitung gesteuerte Speicherzelle geschrieben wergerätes übertragen werden, in welchem der Speicher den soll. Wenn in der Praxis Impulse der in F i g. 4 b verwendet wird. Wenn das Wortleitungssignal auf gezeigten Art verwendet werden, zeigt ein bei der die Leitung 24 gegeben wird und eine binäre Null in Entladung des Kondensators 14 während des Ausder Speicherzelle gespeichert wird, hat der Konden- lesens abgegebenes großes Signal eine binäre Null an, sator 14 keine oder nur eine geringe Ladung und die 30 und ein kleines Signal eine binäre Eins. Während Speicheranode 30 hat niedriges Potential. Dann wird des Schreibteils eines Lese-Schreibzyklus wird kein kein Signal über den leitenden Feldeffekt-Transistor Signal oberhalb der Bezugsspannung der Bitleitung 12 auf die Bitleitung gegeben, welches eine binäre zum Schreiben einer binären Eins gegeben, sondern Null in der Speicherzelle anzeigt. Beim Lesen sind nur ein negatives Signal zum Schreiben einer binären nur Speicherzellen des gewählten Wortes mit der 35 Null.

Bitleitung verbunden und die Wortleitung der ande- In der in F i g. 1 dargestellten Schaltung benötigt

ren Speicherzellen sind stromlos und können also jede Speicherzelle nur einen Feldeffekt-Transistor weder einen Strom auf die Wortleitung geben noch und einen Kondensator. Da die gesamte Schaltung ihn von dieser abnehmen. bei Benutzung der bekannten integrierten Schaltungs-

Nachdem der erste Teil des Lese-Schreibzyklus 40 technik auf einer einzigen Trägerschicht hergestellt beendet ist, wird eine neue Information in die werden kann, benötigt jede Speicherzelle nur einen Speicherzellen der ersten Spalte geschrieben, indem sehr kleinen Bereich der Trägerschicht, wodurch entsprechende Signale auf die Bitleitungen 26 unter sich eine hohe Packungsdichte erreichen läßt. Der Steuerung der im Block 22 dargestellten Bittreiber Speicher selbst ist ein destruktiver Speicher, das gegeben werden. Die auf die Billeitungen 26 gegebe- 45 heißt, bei jedem Auslesen wird die ausgelesene Infornen Signale können dieselbe Information darstellen, mation gelöscht und muß neu geschrieben werden, die ursprünglich in der ersten Spalte des Speichers wenn sie im Speicher stehenbleiben soll. Außerdem gespeichert war, es kann jedoch auch eine neue Infor- muß die gespeicherte Information periodisch regenemation eingeschrieben werden. Die Arbeitsweise der riert werden, da sie durch die Ladung des Konden-Abfrageverstärker und die Bitleitungs-Treiber beim 50 sators 14 gespeichert wird und diese Art der Speiche-Anlegen von Informationssignalen an die Bitleitung rung nicht permanent ist. Für die Regenerierung gibt 26 ist dieselbe wie bei herkömmlichen Speichern und es verschiedene Möglichkeiten. So kann bei jedem wird deshalb nicht genauer beschrieben. Wenn eine zehnten Zyklus eine Wortposition im Speicher rebinäre Eins während des zweiten Teils des Lese- generiert werden, während die anderen Zyklen für Schreibzyklus geschrieben werden soll, wird ein 55 normale Speicheroperationen benutzt werden. In positives Signal auf die entsprechende Bitleitung26 einem solchen Fall durchläuft der Regenerationsgegeben. Wenn eine binäre Null geschrieben werden zyklus der Reihe nach alle Wortpositionen. Die soll, bleibt die Bitleitung 26 im wesentlichen auf Regenerierung kann außerdem durch periodisches Nullpotential. Während des zweiten Teils der Lese- Auslesen und Neuschreiben aller Wortpositionen er-Schreiboperaüon wird die Spannung der Schreib- 60 folgen. Die Regenerationsfrequenz hängt in großem leitung aufrechterhalten, wie in Fig. 4a dargestellt, Maße von der Größe des Kondensators 14 und den und der Feldeffekt-Transistor 12 bleibt zwischen für die Entladung des Kondensators verantwortlichen Quelle und Senke leitend. Somit lädt das auf die Bit- Kriechstrecken ab, wenn der Feldeffekt-Transistor 12 leitung 26 gegebene Signal den Kondensator 14 ent- sperrt. Die Ableitung erfolgt vorwiegend über eine weder auf Nullpotential oder auf die höhere positive 65 rückwärts vorgespannte Halbleiterverbindimg und ist Spannung, wodurch entsprechend der auf die Bit- als solche sehr von der Temperatur an der Verbineitung 26 gegebenen Spannung eine binäre Eins dar- dungssteile abhängig. Betriebstemperaturen von etwa ;estellt wird. Das Schreibsignal auf der Wortleitung 100° C sind möglich, bei niedrigeren Temperaturen

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lassen sich jedoch wesentlich größere Speicherzeiten Fläche 38 gebildet, die sowohl den Senkenanschluß erreichen. Da der Stromverlust in der Speicherzelle 12 D des Feldeffekt-Transistors 12 als auch den Belag im statischen Zustand der Größenordnung von Nano- 14 C des Kondensators 14 enthält. In der in F i g. 3 watt oder noch weniger liegt, läßt sich der Speicher gezeichneten Ausführung, in der dieselben Bezugsauf einer niedrigeren Temperatur halten. 5 zeichen soweit wie möglich verwendet werden, läuft

Der gesamte Speicher der Fig. 1 kann als inte- der Senkenanschluß 12 D nicht durch und bildet kei-

grierte Schaltung auf einer einzigen Silicium-Träger- nen Belag des Kondensators 14, sondern es wird eine

schicht hergestellt werden. Ein günstiges Ausfüh- metallisierte Verbindung zum Senkenanschluß 12 D

rungsbeispiel einer Speicherzelle ist in den F i g. 2 bei 42 hergestellt, die mit dem oberen Belag 14 A des

und 2 a gezeigt. Die mit 32 bezeichnete Trägerschicht io Kondensators 14 verbunden ist. Wie vorher trennt

ist an der ganzen Oberfläche mit einer dicken Schicht eine dünne Oxydschicht 14 B den Belag 14 A von

Siliciumdioxyd 34 bedeckt, ausgenommen die Stellen einem diffundierten N +-leitenden Belag 14 C, der

auf der Trägerschicht, an denen Anschlüsse herzu- den anderen Belag des Kondensators 14 bildet. Die

stellen oder Einzelteile aufzubauen sind. Die Träger- Erdverbindung für den Kondensator 14 erfolgt durch

schicht 32 ist P-dotiert und der Quellen- und Senken- 15 einen metallisierten Leiter 44, der den diffundierten

bereich für die Speicherzelle (12 D und 12 5) wird Belag 14 C berührt.

durch Diffusion von N-leitenden Störstellen über die Bei den in den F i g. 2, 2 a und 3 gezeigten Aus-Oberfläche der Trägerschicht gebildet, so daß sich führungsbeispieien ist der Kondensator 14 so konzwei stark mit N-Störstellen dotierte N +-Bereiche struiert, daß eine Reihenschaltung des Kondensators bilden. Die beiden N+ -Bereiche, die als Quelle 20 mit der Kapazität vermieden wird, die nonnalerweise und Senke dienen, sind durch eine Brücke an der an der rückwärts vorgespannten Verbindung einer Oberfläche der Trägerschicht miteinander verbunden. Feldeffekt-Einrichtung vorhanden ist. Die weiteren Die in Fig. 2 dargestellte Wortleitung 24 verläuft Verbindungen sind direkt mit beiden Anschlüssen des horizontal und nicht vertikal wie bei der Darstellung Kondensators gemacht und nicht über die Siliciumin F i g. 1 und von dieser in Aluminium auf der Ober- »5 Trägerschicht 32. Der Anschluß für den Kondenfläche der Trägerschicht niedergeschlagenen Wort- sator, der einen Teil der Silicium-Trägerschicht ist, leitung erstreckt sich ein Vorsprung über den Be- ist stark N-dotiert. Diese Art der Konstruktion soll reich, der den Quellenanschluß 125 und den Sen- sicherstellen, daß alle zwangläufig in der Schaltung kenanschluß 12 D trennt und die Torelektrode 12 G vorhandenen kleineren Kapazitäten nicht in Reihe mit bildet. Die Torelektrode 12 G ist durch eine relativ 30 dem Kondensator 14 liegen und daher nicht den dünne Oxydschicht 36 von den Oberflächen des Aufbau einer großen Ladung dieses Kondensators Plättchens getrennt. begrenzen. Diese Struktur erwies sich als vorteilhafi

Der Quellenanschluß 125 ist in Wirklichkeit ein gegegenüber denen, in welchen z.B. der Konden-

Teil einer vertikal verlaufenden Fläche, wie in Fig. 2 sator direkt zwischen einem Aluminiumanschkiß und

zij sehen i^t, die sowohl die Quelle für jeden Feld- 35 der P-dotierten Trägerschicht mit einer dünnen

effekt-Transistor in einer Reihe als auch die Bit- Oxyd-Zwischenschicht gebildet wird. Bei dieser

leitung 26 für diese Reihe im Speicher bildet. Der Konstruktionsart erschwert die normale Sperrschicht

Senkenanschluß 12 D ist ein Teil einer größeren an der Oberfläche der P-dotierten Trägerschicht den

Fläche mit der allgemeinen Bezeichnung 38 in den Aufbau einer großen Ladung des Kondensators, die

F i g. 2 und 2 a. Diese Fläche schließt einen anderen 40 nicht schnell abfließt.

rechtwinkligen Abschnitt gemäß Fig. 2 ein, der mit Drei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung 14 C bezeichnet ist und einen der Beläge des Kon- sind in den F i g. 5, 6, und 7 dargestellt. Jedes dieser densators 14 bildet. Unmittelbar über dem durch Beispiele unterscheidet sich von dem in F i g. 7 geDiffusion gebildeten Belag 14 C befindet sich eine zeigten Beispiel hauptsächlich dadurch, daß die dünne Oxydschicht ί4 B. die das Dielektrikum des 45 Kapazität, die λιιιιι Speichern der Information in Kondensators bildet. Der zweite Belag 14 A ist das jeder Speicherzelle aufgeladen wird, die Kapazität niedergeschlagene Aluminium. Dieser obere Belag zwischen Tor- und Trägerschicht eines anderen 14 A ist mit dem metallisierten Leiter 14 D auf der Feldeffekt-Transistors ist. Die in diesen Figuren dar-Oberfläche der Trägerschicht verbunden. Dieser Lei- gestellten Ausführungsbeispiele sind insofern von ter ist außerdem an die entsprechenden Anschlüsse 5° Vorteil, als integrierte Speicherzellen hergestellt werder anderen Kondensatoren 14 im Speicher ange- den, die ein Minimum an Einzelheiten erfordern und schlossen und endet am Erdanschluß gemäß der Dar- nichtlöschend abgefragt werden können. Trotzdem ist stellung in Fig. 1. Die Trägerschicht selbst ist über die Kapazität des als Speichermedhim verwendeten eine Bezugsspannungsquelle 40 mit Erde verbunden. Feldeffekt-Transistors in jeder dieser Ausführungen Die ganze Trägerschicht, auf der der Speicher gebildet 55 nonnalerweise nicht so groß wie die Kapazität des wird, sollte an eine Bezugsspannung angeschlossen einzelnen in Fig. I dargestellten Kondensators, noch sein. Wo eine P-dotierte Trägerschicht verwendet hält sie die Ladung für eine solch lange Zeit. Die wird, wie in diesem Falle, legt man zu diesem Z-.veck Kapazität des Feldeffekt-Transistors kann natürlich üblicherweise eine negative Vorspannung an. Bei durch Vergrößerung der Abmessungen des Tor-Verwendung einer N-dotierten Trägerschicht kann 60 elektroden-Bereichs gesteigert werden. In jedem der diese direkt an Erde angeschlossen werden. in Fig. 6, 5 und 7 gezeigten Ausführungsbeispiele

Ein anderes Ausführungsbeispiel einer integrierten ist nur die Struktur für eine Speicherzelle dargestellt,

Speicherzellenstruktur ist in der Schnittansicht der die ja ein Teü eines größeren in F i g. 1 dargestellten

Fig. 3 dargestellt Diese Struktur unterscheidet sich Speichers bildet Da viele Leitungen und Einzelteile

von dem Ausfuhrungsbeispiel der Fig. 2 und 2a in 85 in allen Aosfühnangsbeispielen hier diese'lben Fuai-

der Art des Senkenanschlusses 12 D an den Kondea- tionen übernehmen und dieselbe Struktur haben, ent-

satorl4. Bei der in Fig.2 gezeigten Ausfuhrung sprechen die Bezugsnurnmera der Fig. 5, 6 und 7

wird diese Verbindung dnrch die kontinuierliche soweit wie möglich.den in Fig. I verwendeten.

ίο

Die in F i g. 5 gezeigte Speicherzelle erfordert nur andere Amplitude hat. Das auf die Torelektrode 12 G zwei Feldeffekt-Transistoren, von denen der eine der gegebene negative Lesesignal hat die falsche Polari-Eingangstransistor (Feldeffekt-Transistor 12) und der tat, um den Feldeffekt-Transistor 12 leitend zu andere der Ausgangstransistor (Feldeffekt-Transistor machen und hat somit keinen Einfluß auf den FeId-50) ist. Die Torelektrode 12 G des Eingangstransistors 5 effekt-Transistor, löscht also infolgedessen auch nicht ist mit der entsprechenden Wortleitung 24 verbunden, die an der Speicheranode 30 gespeicherte Informasein Quellenanschluß 12 5 mit der entsprechenden tion. Das auf den mit der Wortleitung verbundenen Bitleitung. Der Senkenanschluß 12 D des Feldeffekt- Quellenanschluß 50 S gegebene negative Signal erTransistors 12 ist an die Torelektrode 5OG des Feld- möglicht jedoch eine Leitung über den Feldeffekteffekt-Transistors 50 angeschlossen, dessen Quellen- io Transistor 50, wenn zu dieser Zeit eine binäre Eins anschluß 50 S mit der Wortleitung 24 und dessen an der Speicheranode 30 gespeichert ist und daher Senkenanschluß 50 D mit der Bitleitung verbunden eine positive Spannung an der Torelektrode 50 G ist. liegt. Das Signal auf der Wortleitung läuft dann über

Wenn eine binäre Eins in die Speicherzelle ge- den Feldeffekt-Transistor 50 auf die Bitabfrageleitung schrieben werden soll, wird darstellungsgemäß eine 15 und zeigt an, daß eine Eins in der Speicherzelle gepositive Spannung auf die Wortleitung 24 gegeben. speichert ist. Wenn eine Null gespeichert ist, ist die Diese Spannung wird sowohl auf die Torelektrode Torelektrode 50 G in bezug auf den Quellenanschluß 12 G des Feldeffekt-Transistors 12 als auch auf den 505 nicht ausreichend genug positiv, um den Feld-Quellenanschluß 50 S des Feldeffekt-Transistors 50 effekt-Transistor 50 leitend zu machen, und es wird gegeben. Wenn eine binäre Eins in die Speicherzelle ao kein Impuls auf der Bitleitung 26 erzeugt. Um einen geschrieben werden soll, wird ein positiver Impuls optimalen Betrieb der in F i g. 5 dargestellten Speiauf die Bitleitung 26 gegeben und wenn eine binäre cherzelle zu erreichen, sollte die Schwellenspannung Null geschrieben werden soll, wird diese Leitung des Feldeffekt-Transistors 50 in der Größe mit der darstellungsgemäß auf Nullpotential gehalten. An- im Einerzustand an der Speicheranode 30 liegenden genommen, eine binäre Eins soll geschrieben werden as Spannung und mit dem Leseimpuls auf der Wort- und wenn infolgedessen ein positives Signal auf die leitung vergleichbar sein. Bei einer solchen Konstruk-Bitleitung 26 gegeben wird, so gelangt dieses Signal tion ist der Feldeffekt-Transistor 50 nur leitend, an den Quellenanschluß 12 S des Feldeffekt-Transi- wenn der Leseimpuls auf der Wortleitung angelegt stors 12 und den Senkenanschluß 50 D des Feld- wird und die Einerspannung an der Speicheranode effekt-Transistors 50. Zu diesem Zeitpunkt macht 30 30 liegt. Andernfalls könnten Speicherzellen, die das positive Signal auf der Wortleitung 24 den Feld- nicht ausgelesen werden, die Bitleitung »abladen» effekt-Transistor 12 leitend, so daß das Signal auf der und einen Teil des Abfragesignals während der Lese-Bitleitung 26 über diesen Feldeffekt-Transistor auf operation ableiten. Die Trägerschichtanschlüsse 12 W die Torelektrode 50 G des Feldeffekt-Transistors 50 und 50 W, die mit der Trägerschicht verbunden sind, gegeben wird. Da zu diesem Zeitpunkt der Quellen- 35 auf der der Feldeffekt-Transistor gebildet wird, sollanschluß 50 S die hohe positive Spannung der Wort- ten ebenfalls so negativ vorgespannt werden, wie der leitung 24 hat und der Senkenanschluß 50 D die auf die Wortleitung 24 gegebene Leseimpuls ist. Dapositive Spannung der Bitleitung, macht das über den durch wird verhindert, daß beim Auslesen die Ver-Feldeffekt-Transistor 12 auf die Torelektrode 50 G bindungen im Feldeffekt-Transistor 50 vorwärts vordes Feldeffekt-Transistors 50 übertragene Signal die- 40 gespannt werden.

sen nicht leitend. Um diesen NPN-Transistor leitend Das in Fig. 6 gezeigte Ausführungsbeispiel unterzu machen, muß die Torspannung positiver sein als scheidet sich von dem in F i g. 5 gezeigten nur durch die Quellenspannung, und zwar um einen Betrag, einen dritten zusätzlichen in die Schaltung eingebauder gleich der Schwellenspannung des Feldeffekt- ten Feldeffekt-Transistor 52, dessen Torelektrode Transistors ist. Wenn der Feldeffekt-Transistor 12 45 52 G und dessen Senkenanschluß 52 D beide direkt leitet, lädt sich jedoch die Torkapazität des Feld- mit der Speicheranode 30 verbunden sind, deren effekt-Transistors 50 über den Feldeffekt-Transistor Spannung anzeigt, ob eine Eins oder eine Null in 12 bis zum Spannungswert der Bitleitung 26 auf. Der der Speicherzelle gespeichert ist. Der Quellen-Wortimpuls auf der Wortleitung ist vor dem Bit- anschluß 52 S des Feldeffekt-Transistors 52, der leitungsimpuls beendet, so daß die Ladung im Feld- 5° sicherstellen soll, daß die Spannung an der Speichereffekt-Transistor 50 gespeichert wird. Wenn während anode 30 nicht zu hoch wird, ist mit der Bitleitung 26 einer Schreiboperation eine Null geschrieben werden verbunden. Wenn die Spannung an der Speichersoll und die Bitleitung 26 auf Nullpotential gehalten anode 30 einen vorgegebenen Wert übersteigt, gewird, wird natürlich keine Ladung an der Torelek- langt diese auf die Torelektrode 52 G, wodurch der trode 50 G des Feldeffekt-Transistors 50 gespeichert. 55 Feldeffekt-Transistor leitet, bis die Spannung an der

Der Informationsgehalt der in Fig. 5 dargestellten Speicheranode 30 auf den entsprechenden Wert abSpeicherzelle wird durch die Spannung an der Spei- gefallen ist Der zusätzliche Einbau des Feldeffektcheranode 30 wiedergegeben. Die Spannung an die- Transistors 52 in die Schaltung macht deren eleksem Punkt ist hoch, wenn eine Ladung in der Kapa- trische Parameter weniger kritisch, was natürlich ein zität des Feldeffekt-Transistors 50 gespeichert ist, ⁶° wichtiger Gesichtspunkt bei der Herstellung von welches eine binäre Eins anzeigt Die Spannung an Speichern in integrierter Schaltung ist, wo eine große der Speicheranode 30 Hegt ungefähr bei Erdpoten- Anzahl von aktiven Elementen gleichzeitig auf einer tial, wenn eine Null gespeichert ist Die gespeicherte Trägerschicht hergestellt werden und alle innerhalb Information wird ausgelesen, indem man die Span- der Konstraktionsparameter der Schaltung arbeiten ming auf der Bitleitung ungefähr bei Nullpotential 65 müssen, wenn das Tableau verwendet werden solL hält und auf die Wortleitung 24 ein negatives Signal ohne daß Reservezellen angeschlossen oder Progibt, das die entgegengesetzte Polarität des wahrend grammverknüpfungstechniken verwendet werden, der Schreiboperation gegebenen Signals und die Das in Fig. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel

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gleicht denen der F i g. 5 und 6 insofern, als nur zwei Feldeffekt-Transistors 12, die die gespeicherte Ladung Feldeffekt-Transistoren für jede Speicherzelle erfor- und damit die Spannung an der Speicheranode 30 derlich sind. Dieses Ausführungsbeispiel unterschei- beeinflußt.

det sich dadurch, daß im Gegensatz zu den mit nur Beim Auslesen wird ein negatives Signal von

einer Wortleitung und einer Bitleitung ausgestatteten 5 ungefähr — 5 V auf die Lese-Wortleitung 24 L gevorherigen Beispielen hier zwei Wortleitungen 24 5 geben. Wenn zu diesem Zeitpunkt die Speicherzelle und 24 L vorgesehen sind, von denen die eine zum eine binäre Eins speichert und die Speicheranode 30 Lesen und die andere zum Schreiben benutzt wird. auf einer höheren positiven Spannung zwischen 3 und Gleicherweise existieren auch zwei Bitleitungen 265 5 V liegt, ist die Torelektrode 50 G auf einer posi- und 26 L, die entsprechend verwendet werden. Ob- i° tiven Spannung, die die Spannung am Quellenwohl die Verwendung von zusätzlichen Wort- und anschluß 50 S um einen Wert übersteigt, der größer Bitleitungen die Anordnung von Mehrleitern auf dem ist als die Schwellwertspannung des Feldeffekt-Tranintegrierten Schaltplättchen erfordert, erweist sich sistors 50. Dieser Feldeffekt-Transistor leitet dann, so dieses Ausführungsbeispiel doch insofern als vorteil- daß ein Signal auf die Bit-Abfrageleitung 26 L gehaft, als die bei Anlegen bipolarer Signale auf die- 15 geben und auf den an dieser Leitung angeschlossenen selbe Leitung vorliegenden Konstruktionseinschrän- Abfrageverstärker übertragen wird, kungen wegfallen. Außerdem werden durch diese Wenn bei einer Schreiboperation ein Signal auf

Konstruktion die elektrischen Parameter der Schal- die Bit-Schreibleitung 26 5 gegeben wird, bleibt die tungcn noch weniger kritisch, wodurch sowohl die in F i g. 7 dargestellte Speicherzelle davon unbeein-Fehlermöglichkeit während des Betriebes auf ein 20 flußt, wenn nicht zu diesem Zeitpunkt ein Signal auf Minimum herabgesetzt wird, als auch die Massen- die Schreib-Wortleitung 24 S gegeben wird. In ähnfabrikation großer Stückzahlen betriebsfähiger Spei- licher Weise bleibt die Speicherzelle bei einer Lesecherzellen auf einem Plättchen erleichtert wird. Wie operation unbeeinflußt, wenn nicht ein Signal auf vorher erfolgt die Speicherung durch Laden einer die Lese-Wortleitung 24 L gegeben wird. Kapazität in der Schaltung, hauptsächlich der Kapa- 25 Die Einzelteile der in F i g. 1 gezeigten Ausführung zität zwischen Torelektrode und Trägerschicht des können mit denen der in F i g. 5 gezeigten Ausfüh-Feldeffekt-Transistors 50. Wenn eine Null in der rung kombiniert werden. Somit kann ein besonderer Speicherzelle gespeichert wird, ist die Speicheranode Kondensator zum Speichern der eine Information 30 im wesentlichen auf Nullpotential, wenn eine Eins darstellenden Ladung verwendet werden, die dann gespeichert wird, hat sie eine positive Spannung, 30 auf die Torelektrode eines zweiten Feldeffekt-Tran z.B. 5 V. Die Schreib- Wortleitung 24 S ist nur mit sistors gekoppelt wird, um ein nichtlöschendes Ausder Torelektrode 12 G des Feldeffekt-Transistors 12 lesen zu erreichen.

verbunden und große positive Signale werden beim Wie oben erklärt, wird in allen gezeigten Ausfüh-

Schreiben auf diese Leitung gegeben. Die zu schrei- rungsbeispielen der vorliegenden Erfindung eine bende Information ist durch die Höhe der Spannung 35 Information in Form einer Ladung auf einer Kapaauf der Bit-Schreibleitung 26 5 bestimmt, die nur mit ziiät in der Speicherzelle gespeichert. Die Ladung dem Quellenanschluß 125 des Feldeffekt-Transistors wird entweder in einem separaten Kondensator ge-12 verbunden ist. Diese Leitung führt im wesent- speichert oder in der in einem der Feldeffekt-Tran liehen 0 V, wenn eine Null zu schreiben ist und wird sistoren der Speicherzelle vorhandenen Kapazität, durch ein entsprechendes Signal auf eine Spannung 4° Prüfungen haben ergeben, daß unter ungünstigen von etwa 6 V gehoben, wenn eine Eins zu schreiben Bedingungen die Ladungsableitung hinreichend langist. Die Amplitude des positiven Signals auf der sam erfolgt, so daß eine Regenerierung nur ungefähr Schreib-Wortleitung, z. B. 12 V, muß um mindestens alle 200 μβ erforderlich ist. Bei Betrachtung einer die Schwellwertspannung, die ja an die Torelektrode 200-Wortreihe können Lese- und Schreiboperationen 12 G des Feldeffekt-Transistors 12 gelegt wird, um 45 in 100 ns ausgeführt werden. Somit können alle diesen leitend zu machen, größer sein als das positive Wörter im Speicher der Reihe nach in Perioden von Signal auf der Bitschreibleitung 26 S. Bei einem eine 20 \is regeneriert und die Speicheroperationen dann binäre Eins darstellenden Signal auf der Bitschreib- in 180 μβ (1800 Lese-Schreiboperationen) ausgeführt leitung 26 5 lädt die Leitung des Feldeffekt-Transi- werden, bevor der nächste Regenerationszyi^as erstors 12 die Kapazität zwischen Torelektrode und 5° folgt. Die Regeneration braucht nicht auf einmal zu Trägerschicht des FeldeSekt-Transistors 50 auf. erfolgen, sondern kann während einer Lese-Schreib-Diese Ladung bleibt erhalten, wenn zuerst das operation eingestreut werden. Bei Anwendung der Schreibsignal auf der Schreibwortleitung 24 S und oben beschriebenen Geschwindigkeiten und Betriebsdann das Bitsignal auf der Bitschreibleitung 26 S arten werden nur 10 °/o der gesamten Speicherzeit für endet Die Spannung an der Speicheranode 30 liegt 55 die Regenerierung benötigt und die Zeit für einen dann bei 5 V. Außerdem besteht eine Kapazität an effektiven Lese-Schreibzyklus liegt unter 115 Nanoder rückwärts vorgespannten Senkenverbindung des Sekunden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Eine weitere Veröffentlichung über die Verwen yon Feideffe]rtjrransistoren, die in einen

1. Kapazitiver wortorientierter Speicher unter Speichermodus in einem Photodetektor betrieber Verwendung von Feldeffekt-Transistoren für werden, ist in der Zeitschrift Electronics, 1. Mai 1967. binär codierte Daten, dadurch gekenn- 5 auf den Seiten 75 bis78, von G. P. Weckler in dem zeichnet, daß jede Speicherzelle aus einem Artikel »Charge Storage Lights the Way for Solid-Feldeffekt-Transistor (12) und einem Kondensa- State Image Sensors« erfolgt

tor (14) besteht, der mit dem Senkenanschluß Ein wesentlicher Fortschritt bei der Verwendung

(12D) des Feldeffekt-Transistors verbunden ist, von Feldeffekt-Transistoren für Speicherzwecke war daß die Torelektrode (12 G) mit der Wortleitung io die Verbindung mehrerer derartiger Transistoren in (24), der Quellenanschluß (12 S) mit der Bit- jeder Speicherzelle zu einer Verriegelungsschaltung, leitung (26) und der Trägerschichtanschluß Derartige Speicher erfordern jedoch zahlreiche aktive (12 W) mit einer Bezugsspannungsquelle (40) Elemente in jeder Speicherzelle und daher benötigt verbunden sind und daß die Bitleitung (26) beim jede Speicherzelle eine relativ große Fläche auf der Lesevorgang als Abfrageleitung dient 15 Trägerschicht der integrierten Schaltung. Diese Kon-

2. Kapazitiver wortorientierter Speicher unter struktionsart begrenzt deshalb die Anzahl der auf Verwendung von Feldeffekt-Transistoren nach einer Trägerschicht aufbaubaren Speicherzellen und Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß als erfordert außerdem die Verwendung längerer Trei-Speicherkondensator die Kapazität zwischen Tor- ber- und AbfrageMtungen auf Kosten der Arbeitselektrodc (50 G) und Trägerschicht eines weiteren 20 geschwindigkeit des Speichers. Feldeffekt-Transistors (50) dient, dessen Quellen- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, anschluß (50 S) an die Wortleitung (24), dessen eine möglichst kleine Speicherzelle mit einem Mini-Senkenanschluß (50D) an die Bitleitung (26) und mum an Elementen bei hoher Arbeitsgeschwindigkeit dessen Trägerschichtanschluß (50 W) an die Be- zu erstellen.

zugsquelle (40) angeschlossen sind. 25 Diese Aufgabe wird dadurch gelöst daß jede

3. Kapazitiver wortorientierter Speicher unter Speicherzelle aus einem Feldeffekt-Transistor und Verwendung von Feldeffekt-Transistoren, nach einem Kondensator besteht der mit dem Senken-Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum anschluß des Feldeffekt-Transistors verbunden ist, Abfragen die Wortleitung (24) mit einem Signal daß die Torelektrode mit der Wortleitung, der beaufschlagt wird, welches die dem Einspeicher- 30 Quellenanschluß mit der Bitleitung und der Trägerimpuls entgegengesetzte Polarität hat. Schichtanschluß mit einer Bezugsspannungsquelle

4. Kapazitiver wortorientierter Speicher unter verbunden sind und daß die Bitleitung beim Lese-Verwendung von Feldeffekt-Transistoren nach Vorgang als Abfrageleitung dient.

Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet daß der Damit werden die Vorteile erzielt, daß in inte-

Quellenanschluß (50 5) des weiteren Feldeffekt- 35 grierter Schaltungsbauweise der Platzbedarf für die Transistors (50) an eine zusätzliche Lesewort- nur zwei Elemente einer Speicherzelle auf der Träleitung(24L) und der Senkenanschluß (50 D) gerschicht sehr gering ist und bereits ein größerer desselben Feldeffekt-Transistors an eine zusatz- Speicher als vielen Speicherzellen auf einer einzelnen liehe Bit-Abfrageleitung (26L) angeschlossen Trägerschicht aufgebaut werden und bei sehr hoher sind, denen beim Lesevorgang der Leseimpuls 4° Geschwindigkeit betrieben werden kann. Trotz notzugeführt bzw. der Abfrageimpuls entnommen wendiger Regenerierung des Speicherinhalts wegen wird. abnehmender Kondensatorladung sind Lese-Schreib-

5. Kapazitiver wortorientierter Speicher unter zyklen im Bereich von 120 ns erreichbar. Verwendung von Feldeffekt-Transistoren nach Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung dient Anspruch 2, gekennzeichnet durch einen weiteren 45 als Speicherkondensator die Kapazität zwischen Tor-Feldeffekt-Transistor (52), dessen Quellen-, Sen- elektrode und Trägerschicht eines weiteren Feldken- und Trägerschichtanschluß (52 S, 52 D und effekt-Transistors, dessen Quellenanschluß an die 52 W) den entsprechenden Anschlüssen des Feld- Wortleitung, dessen Senkenanschluß an die Bitleitung effekt-Transistors (12) parallel geschaltet sind und dessen Trägerschichtanschluß an die Bezugsund dessen Torelektrode (52 G) mit seinem 50 quelle angeschlossen sind.

Senkenanschluß (52D) verbunden ist. Damit wird erreicht, daß die Speicherzelle nicht-

löschend abgefragt werden kann.

Weiterhin wird gemäß einer Weiterbildung der

Erfindung zum Abfragen die Wortleitung mit einem

Die Erfindung bezieht sich auf einen kapazitiven 55 Signal beaufschlagt welches die dem Einspeicherwortorientierten Speicher unter Verwendung von impuls entgegengesetzte Polarität hat Feldeffekt-Transistoren für binär codierte Daten. Damit wird ein Löschen der gespeicherten Infor-

Es sind bereits Speicher mit Feldeffekt-Transisto- mation beim Abfragen vermieden, ren aus folgenden Veröffentlichungen bekannt: Dann werden gemäß einer Weiterbildung der Er-

1. IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 8, ^{6o findu}«g der Quellenanschluß des weiteren Feldeffekt-No. 3, August 1965, Seiten 461 und 462, Transistors an eine zusätzliche Wortleitung und der A. S. Faber »Integrated High-Speed Read- Senkenanschluß desselben Feldeffekt-Transistors an Only Memory with Slow Electronic Write«. ^eine zusätzliche Bitabfrageleitung angeschlossen,

denen beim Lesevorgang der Leseimpuls zugeführt

2. IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 8, 65 bzw. der Abfrageinipuls entnommen wird.

No. 8, Januar 1966, Seiten 1142 und 1143, Damit wird erreicht, daß die bei Anlegen bipolarer

P. Pleshko, »Nondestructive Readout Memory Signale auf dieselbe Leitung vorliegenden Konstruk-CeIl Using MOS Transistors«. tionseinschränkungen wegfallen. Außerdem werden