DE1922754C3 - Halbleiterbauelement mit mindestens zwei miteinander gekoppelten bistabilen Halbleiterschaltungselementen - Google Patents

Description

25

Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Ein Halbleiterbauelement dieser Art ist aus der US-PS 33 09 537 bekannt.

Bistabile Schaltungselemente werden z. B. durch pnpn-Strukturen und Doppelbasisdioden gebildet. Ein derartiges Element kann an sich auch durch eine Schallung, z. B. durch eine Flipflop-Schaltung, gebildet werden, von der jeweils ein Transistor im Sättigungszu- J5 stand betrieben wird. Diese Elemente können elektrisch miteinander gekoppelt werden, wodurch z. B. Speicherschaltungen, Schieberegister. Ring/ahler usw. aufgebaut werden können, die vielfach, insbesondere in elektronischen Rechenanlagen. Anwendung finden. Die gegen- -to seitige Kopplung wird dabei im allgemeinen durch Widerstände, Kapazitäten und/oder andere passive oder aktive Schaltungselemente hergestellt (siehe z. B. Schookley und Gibbons. Semiconductor Products. 1958. Seiten 9 bis IJ). 4-,

Ein Nachteil der Verwendung der erwähnten Schaltungselemente in bistabilen Schaltungen ist der. daß sie, insbesondere beim Übergang von dem gezündeten Zustand in den gelöschten Zustand, verhältnismäßig langsam sind, was auf die verhältnismä-Big lange Zeit zurückzuführen ist, die /um Neutralisieren der angesammelten Ladungsträgerkonzentration erforderlich ist. ferner haben diese Schaltungen im allgemeinen cmc komplexe Form, beanspruchen daher verhältnismäßig viel Raum und weisen oft eine π verhältnismäßig hohe Verlustleistung auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, clus Halbleiterbauelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs I so auszugestalten, daß die Kopplung /wischen den bistabilen Halbleiicrschallungselemenlen so vetbessert ist, daß eine höhere Schaltgeschwindigkeit, eine geringere Verlustleistung und ein geringerer Raumbedarf erreicht werden.

Der Erfindung liegt u. a. die Erkenntnis zugrunde, daß durch Anwendung einer Kopplung, die teilweise durch (>5 Leilungsmodulation bewirkt vvird, auf einfache Weise eine mit verhältnismäßig hoher Geschwindigkeit arbeitende Speicher- oder Ziihlerschaltung aus einfachen Schallungselementen, die unter üblichen Umständen oft langsam arbeiten, aufgebaut werden kann.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Dabei wird hier und nachstehend angenommen, daß Leitungsmodulation an einem bestimmten Punkt im Halbleiterkörper vorhanden ist, wenn an dieser Stelle die Konzentration der injizierten Minoritätsladungsträger mindestens derselben Größenordnung wie die Gleichgewichtskonzentration der dort infolge der Dotierung vorhandenen Majoritätsladungsträger ist.

Mit dem Bauelement nach der Erfindung lassen sich außer einer niedrigen Verlustleistung verhältnismäßig hohe Schaltgeschwindigkeiten im Vergleich zu bekannten aus denselben Schaltungselementen aufgebauten Bauelementen erzielen. Dies ist u. ? Jer Tatsache zuzuschreiben, daß durch denselben S'romimpuls Minoritätsladungsträger aus dem Speichergebiet des ersten bistabilen Elements entfernt und Minoritätsladungsträger in das Speichergebiet des zweiten bistabilen Elements injiziert werden können.

Die Kopplung zwischen den bistabilen Elementen wird durch die Änderung des Widerstandes der Modulationszone infolge der Leitungsmodulation und der dadurch herbeigeführten Potentialäüderung des dritten und des vierten Kontaktes erzielt. Zur Bewirkung einer derartigen Widerstandsänderung ist es unter Umständen ausreichend, wenn nur in einem verhältnismäßig kleinen Teil der Modulationszone Leitungsmodulation auftritt.

Der zweite Kontakt, der Minoritätsladungsträger in das erwähnte weitere Halbleitergebiet injizieren kann, kann z. B. durch einen Metall-Halbleiterkontakt, wie einen Spitzenkontakt, gebildet werden.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 3 hat jedoch bezüglich der anzuwendenden Technik und der Repro^uzierbarkeit Vorteile.

Der erste Kontakt, der /um Entfernen von Minoritätsladungsträgern aus dem Speichergebiet des ersten bistabilen Elements benutzt wird, kann ein ohmscher Kontakt, z. B. die Steuerelektrode eines Thyristors, sein. Bekanntlich können viele Thyristoren durch einen geeignet gewählten Stromimpuls an der Steuerelektrode gezündet werden, wobei die im gezündeten Zustand in den beiden Basisgebieten angesammelte hohe Konzentration von Minoritätsladungsträgern verschwindet. In anderen Fällen, z. B. bei Verwendung von Doppelbasisdioden als bistabile Elemente, ist es vorteilh;'^r'.. wenn der erste Kontakt durch einen Gleichrichterkontakt gebildet wird, der aus dem Kollektorgebiet Min; ritätsladungsträger ansammeln kann. Dieser Kontakt kann ein Metall-Haibleiterkontakt, z. B. ein Spitzerkontaki, sein. Wegen der höheren Kollcklorwirkung w^;rd jedoch vorzugsweise der erste Kontakt in Form eine:. pn-Überganges ausgebildet. Eine besonders höht Koüektorwirkung kann dadurch erzielt werden, daß der erste Kontakt in Form e'-ncs Hook-Kollektors ausgebildet wird. Der Rückfluß von Minoritätsladungsträgern zu dem Speichergebiet des ersten bislabilen Elements und die damit einhergehende Gefahr einer erneuten Zündung dieses Elements werden dadurch in erheblichem Maße verringert.

Außerdem ergibt sich dabei durch Vervielfachung der angesammelten Minoritiitsladungsträgcr ein verstärkter Injektionssirom am zweiten Kontakt. Ferner wird

eine befriedigendere Abfuhr von Minorilälsladungsträgern durch das mit dem durch die erwähnte Abfuhr von Minoritätsladungsträgern herbeigeführten Strom von iVlajofitätsladungsträgern im Speichergebiet gekoppelte elektrische Feld erzielt.

Der Rückfluß von Minoritälsladungslrägern zu dem Speichergebiet des ersten bistabilen Elements sowie eine Ansammlung von Minoritätsladungslrägern aus der Modulationszone durch den zweiten Kontakt nach Ablauf des Schiebeimpulses, was zu einer unerwünschten erneuten Zündung des ersten bistabilen Elements führen könnte, lassen sich unter Umständen auch vorteilhaft dadurch vermeiden, daß die Oberfläche des ersten Kontakts größer als die des zweiten Kontakts gemacht wird. Dadurch wird die Stromdichte im ersten Kontakt erheblich geringer als im zweiten Kontakt, wodurch der erste Kontakt in bezug auf den zweiten r.cniSnt sciiiccf.ic trn;ttcrcigcr!scnai;cn email, Vrönrend die Kollektoreigenschaften des zweiten Kontakts sich in bezug auf die des ersten Kontakts gleichfalls verschlechtern. Dadurch werden der Rücklfluß von Minoritätsladungslrägern aus der Modulationszone in das Speichergebiet des ersten bistabilen Elements nach Ablauf des Schiebeimpulses und die damit einhergehende unerwünschte Selbstzündung des ersten bistabilen Elements verhindert.

Der vierte zum Zünden des zweiten bistabilen Elements dienende Kontakt kann ein ohmscher Kontakt, z. B. die Steuerelektrode eines Thyristors, sein. Unter Umständen ist es jedoch günstig, wenn der vierte Kontakt als ein Gleichrichterkontakt ausgebildet wird, der in das Speichergebiel des zweiten bistabilen Elements Minoritätsladungsträger injizieren kann. Dieser Kontakt kann durch einen Metall-Halbleiterkontakt, z. B. einen Spitzenkontakt, oder, gemäß Anspruch 7 durch einen injizierenden Gleichrichterkontakt gebildet werden.

Der Rückfluß von Minoritätsladungsträgcrn in das Speichergebiet des ersten bistabilen Elements und die Gefahr einer unerwünschten Selbstzündung dieses Elements können noch weiter verringert werden, indem in die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt eine Diode aufgenommen wird, die einen Strom durchläßt, der bei Injektion von Minoritätsladungsträgern durch den zweiten Kontakt in die Modulaiionszone erzeugt wird. Auch kann zum Verhindern eines Rückflusses von Minoritätsladungsträgern aus dem Speichergebiet des zweiten bistabilen Elements und somit einer unerwünschten Löschung dieses Elements vorteilhaft in die Verbindung zwischen dem dritten und dem vierten Kontakt eine Diode aufgenommen werden, die derart geschaltet ist, daß die Richtung des durchgelassenen Stromes der des Zündstromes entspricht.

Die Erfindung läßt sich vorteilhaft zur gegenseitigen Kopplung bistabiler Schaltelemente verschiedener Art verwenden, insofern sie alle ein Speichergebiet besitzen, in dem in einem der beiden stabilen Zustände Minoritätsladungsträger angesammelt werden. Besondere Vorteile ergeben sich durch die Weiterbildungen gemäß den Ansprüchen 10 und 11.

Aus solchen bistabilen Elementen können auf sehr einfache und zweckmäßige Weise Speicher, Schieberegister, Ringzähler usw. au^r<*ebaut werden. Es ist günstig, wenn die bistabilen E' /iente einander gleich sind, obwohl unter Umständen auch Schaltungen mit bistabilen Elementen verschiedener Art und/oder Struktur angewandt werden können.

Wenn das Halbleiterbauelement als bistabile Elemente lediglich Doppelbasisdioden enthält, wird es derart ausgebildet, daß das Basisgebiet der Dioden vom gleichen Lcitfähigkeitsiyp wie das erwähnte weitere llalblcitergebiet isl.

Durch die Weilerbildung gemäß Anspruch 13 wird

ein Schieberegister erhallen, das dadurch betrieben werden kann, daß zwischen den beiden Speiseleitungen eine Vorspannung angelegt wird, die während eines Schiebeimpulses zeitweilig ihr Vorzeichen wechselt.

Durch die Weiterbildung gemäß Anspruch 16 wird die Modulationszone möglichst klein gehalten. Daher können die injizierten Minorilätsladungsträger nahezu nicht durch Diffusion aus der Modulationszone entweichen. wodurch eine befriedigendere Wirkung der Kopplung erzielt wird.

Die Erfindung wird nachstehend für einige Ausfüh-

PuiigSuCiSpiCir ΠΠ ι laiiu IiGr cCiCifMÜngcn Mciiict

erläutert. Es zeigt

Fig. 1 schematisch ein Halbleiterbauelement nach der Erfindung.

F i g. 2 schematisch ein anderes Halbleiterbauelement nach der Erfindung.
F i g. 3 schemalisch eine Draufsicht auf ein Halbleiterbauelement in iniegrierter Form,

Fig.4 schematisch einen Querschnitt durch das Bauelemen nach Fig. 3 längs der Linie IV-IV, und

Fig. 5 schematisch einen Querschnitt durch das Bauelement nach F i g. 3 längs der Linie V-V.

In den Figuren sind die Abmessungen nicht maßstäblich dargestellt, wobei insbesondere in den Querschnitten der Deutlichkeit halber die Abmessungen in der Dickenrichtung stark übertrieben sind.

Fig. 1 zeigt schemalisch einen Teil eines Halbleiterbauelcmenls mit einer Anzahl elektrisch miteinander gekoppelter identischer bistabiler Halbleiterschaltelcmentc in Form von pnpn-Bilisiumthyristoren 1, 2 und 3. die mit je zwei Endkontakten (4.5). (6,7), (8,9) versehen sind. Jedes dieser bistabilen Elemente besitzt ein

•»o Speichergebiet, in diesem Falle die Basisgebiete (10,11), (12,13) und (14,15). indem in gut leitenden (gesundeten) Zustand der Elemente Minoritätsladungsträger angesammelt werden.

Die bistabilen Elemente 1 und 2 sind durch einen ersten Kontakt 16, z. B. die Steuerelektrode des Thyristors 1, miteinander gekoppelt, der an das p-Ieitende Speichergebiet 11 angeschlossen ist und mit diesem Gebiet einen ohmschen Kontakt bildet und elektrisch mit einem zweiten Kontakt 17 verbunden ist,

so der in Form einer eindiffundierten p-leitenden Oberf.achenzone auf einem mit einem ersten Anschlußkontakt 18 und einem zweiten Anschlußkontakt 19 versehenen weiteren Halbleitergebiet 20 angebracht ist, das als ein stabförmiger η-leitender Siliziumkörper ausgebildet ist.

Der zweite Kontakt 17 bildet mit dem Halbleitergebiet 20 einen pn-Obergang und kann daher Löcher in dieses Gebiet injizieren.

In dem Verbindungsweg 21 zwischen den Kontakten 16 und 17 kann über die Diode 22 ein elektrischer Strom, wie üblich vom Kontakt 16 zum Kontakt 17, fließen. Dadurch kann das Element 1 gelöscht werden, wobei die im gesundeten Zustand im Speichergebiet 11 vorhandene hohe Konzentration von Elektronen verschwindet und daher Elektronen aus diesem Gebiet entfernt werden. Außerdem werden durch diesen Strom Löcher in das n-Ieitende Gebiet 20 injiziert. Dadurch kann, wenn der Strom genügend stark ist und das Potential des ersten Anschlußkoniaktes 18 das Potential des

zweiten Anschlußkontakles 19 in ausreichendem Maße unterschreitet, Lei'ungsfnodulation in der sich vom kontakt 17 zum Kontakt 18 erstreckenden Modulationszöne 23 erzeugt werden. Im vorliegenden Beispiel bildet das Gebiet 20 mit den Kontakten 17, 18 und 19 eine Doppelbasisdiode.

Auf eiern Halbleitergebiel 20 ist ferner in der Nähe der Modulationszone 23 ein dritter Kontakt 24 angebracht, der elektrisch über die Diode 25 mit einem vierten Kontakt 26 verbunden ist. der auf dem Speichergebiet 13 des zweiten bistabilen Elements 2 angebracht ist. Dieser Kontakt 26 kann z. B. die Steuerelektrode des Thyristors 2 sein. Auf dem Speichergebiet 13 isl ferner ein Kontakt 27 angebracht, mit dessen Hilfe Minoritätsladungsträger aus dem Speichergebiet über ein dem oben beschriebenen System analoges, die Elemente 2 und 3 miteinander koppelndes System entfernt werden.

Die Kontakte 4, 6, 8, 19 und 31 sind an eine Speiseleitung 28 angeschlossen, die über die Anschlußklemme 29 an ein Bezugspotential, z. B. an Erde, gelegt isl. Die Koniakte 5, 7 und 9 sind über die Belastungswiderstände 30 mit einem Wert von 1 kΩ mit einer Speiseleitung 32 verbunden, die über eine Anschlußklemme 33 an eine Spannungsquelle angeschlossen ist, wodurch die Leitung 32 ein Potential von + 3 V erreicht.

Die Kontakte 18 und 34 sind an eine Speiseleitung 35 angeschlossen, die über die Anschlußklemme 36 an eine Spannnngsquelle angeschlossen ist, wodurch die Leitung 35 ein Potential von + 1,5 V erreicht.

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist folgende. Es wird von einer Anfangslage ausgegangen, in der der Thyristor 1 sich im leitenden Zustand befindet und somit gezündet ist. Das Potential des ersten Anschlußkontakts 18 wird zeitweilig dadurch geändert, daß die Spannung "an der Klemme 36 während eines Schiebeimpulses von 500 Nanosekunden auf — 1.5 V gebracht wird. Dadurch wird der Kontakt 17 in der Durchlaßrichtung vorgespannt, wobei in die Modulationszone 23 Löcher injiziert werden und in der Verbindung 21 ein Strom ciicugt Willi, !iifuigc Un Aufticici's dieses SlcuciMiumes wird der Thyristor 1 gelöscht, wobei die im Gebiet 11 angesammelten Elektroden verschwinden. Der durch den Kontakt injizierte Löcherstrom führt nahezu im ganzen Gebiet zwischen den Kontakten 17 und 18 Leitungsmodulation herbei.

- Nach Wiederherstellung der ursprünglichen Spannung von +13V auf der Leitung 35 hat infolge der erwähnten Leitungsmodulalion der Kontakt 24 ein •■höheres positives Potential als vor dem Auftreten des Spannungsimpulses erreicht. Dadurch fließt über die Diode 25 ein Strom vom Kontakt 24 zum Kontakt 26. Durch den letzteren Strom wird der Thyristor 2, wenn ersieh anfänglich im nicht leitenden gelöschten Zustand befand, gezündet, während bei anfänglich bereits gezündetem Thyristor 2 dieser Zustand aufrechterhalten wird- Am Ende des Schiebeimpulses ist also der Thyristor 1 gelöscht und der Thyristor 2 gezündet.

Wenn vor dem Auftreten des Schiebeimpulses der Thyristor 1 gelöscht war. ergibt sich während des Schiebeimpulses keine Injektion in die Modulationszone. Dadurch wird sich der Zustand, wenn der Thyristor 2 vor dem Auftreten des Schiebeimpulses gelöscht war, nach Ablauf dieses Schiebeimpulses nicht geändert haben. Wenn jedoch vor dem Auftreten des Schiebeimpulses der Thyristor 2 gezündet war, wird während des Schiebeimpulses der Thyristor 2 über den Steuerstrom am Kontakt 27 gelöscht werden.

Das Bauelement nach Fig. I bildet ein Schieberegister, bei dem Z. B. durch Messung des Spanrtungsabfalles über jeden der pnpn-Elemente zwischen den Punkten 37 und 29 (Erde) festgestellt werden kann, ob diese Elemente gezündet sind oder nicht.

Der Kontakt 24 liegt dem Kontakt 17 derart nahe, daß nahezu im ganzen Gebiet der Modulationszone 23 zwischen dem Kontakt 24 und dem Kontakt 18 Leitungsmodulalion erzeugt werden kann.

ίο Die Diode 22 verhindert eine Umkehrung des Steuerstromes durch die Verbindung 21 und somit eine erneute Zündung des Thyristors 1. Die Diode 25 verhindert eine Umkehrung der Stromrichtung in der Verbindung zwischen den Kontakten 24 und 26, wodurch ein unerwünschtes Löschen des Thyristors 2 verhüte! wird und die Richtung des durchgelassenen Stromes der des Zündstromes entspricht.

Fig. 2 zeigt ein anderes Halbleiterbauelement nach der Erfindung. Dieses Bauelement ist lediglich aus bistabilen Elementen in Form von Doppelbasisdioden 51, 52 und 53 aufgebaut, während als Kopplungsglieder gleichfalls Doppelbasisdioden (54, 55) angewandt werden, gleich wie im vorhergehenden Beispiel.

Sämtliche Doppelbasisdioden bestehen dabei aus einem Basisgebiet aus n-leilendem Silizium, auf dem zwei Basiskontakte und ein Emitterkontakt angebracht sind. Jeweils einer dieser Basiskontakte (56, 57) ist mit einer ersten Speiseleitung (58) verbunden, mit der auch der Basiskontakt 59 der Doppelbasisdiode 54 verbunden ist während die Basiskontakle 60 und 61 mit einer zweiten Speiseleitung 62 verbunden sind, die gleichfalls an den Basiskontakl 63 der als Kopplungsglied wirkenden Doppelbasisdiode 54 angeschlossen ist.

Die Emitierkontakte 64,65 und 66 sind, gleich wie die Kontakte 67 und 68. als p-leitende Oberflächenzonen ausgebildet.

Die Speiseleitung 62 ist über die Klemme 69 an ein festes Bezugspotential (z. B. an Erde) gelegt. Die Speiseleitung 58 wird über die Klemme 70 auf ein Potential von +3V gebracht. Wenn anfänglich die

DuppcluelSISUIUUC Jl gC/.ÜllUCt ISt. WCIUCII UUIl.il UCtI

Emitterkontakt 64 Löcher in das Basisgebiet injiziert. Diese Löcher bewegen sich unter dem Einfluß des elektrischen Potentialunterschieds zwischen den Kontakten 56 und 60 von dem Emitterkontakt 64 zu dem Basiskontakt 60 und führen in dem zwischen diesen Kontakten liegenden Speichergebiet 71 eine erhöhte

Löcherkonzentration herbei.

Wenn das Potential der Klemme 70 während eines Imp-ilses auf —5 V gebracht wird, wird der Emitterkontakt 65 in der Vorwärtsrichtung geschaltet, so daß durch Injektion von Löchern in der zwischen den Kontakten .65 und 59 liegenden Modulationszone 72 Leitungsmodulation erzeugt wird. Dabei fließt über die Diode 73 ein Strom vom Kontakt 67 zum Kontakt 65, wobei durch den Kontakt 67 Löcher aus dem Speichergebiet 71 kollektiert werden. Dadurch wird die Doppelbasisdiode

51 gelöscht.

Auf dem Basisgebiet der Doppelbasisdiode 54 ist ein Kontakt 74 angebracht, der mit dem Emitierkontakt 66 der Doppelbasisdiode 52 verbunden ist. Mach Ablauf des Impulses erreicht der Kontakt 74 infolge der Leitungsmodulation in der Zone 72 praktisch das Potential der Speiseleitung 58, wodurch der Emitterkontakt 66 in der Durchlaßrichtung geschaltet und die Doppelbasisdiode

52 gezündet wird, so daß nach Ablauf des Schiebeimpulses das Element 51 gelöscht und das Element 52 gezündet ist. Die Vorrichtung bildet ein dem des

vorhergehenden Beispiels analoges Schiebregister.

F i g. 3 ist eine schematische Draufsicht auf einen Teil eines Halbleilerbauelcmentes nach der Erfindung, bei dem die bislabilen Elemente und das zur Kopplung angewandte weitere Halbleitergebiet mit den Speichergebieten und Modulationszonen einen Teil desselben Halbleiterkörpers bilden. Das Bauelement bildet ein Schieberegister, das dem in Fig.2 dargestellten Schieberegister analog ist, in dem diskrete Bestandteile verwendet wurden. Daher werden in den Fig. 2 und 3 entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Fig.4 und 5 zeigen schematische Querschnitte längs der Linien IV-IV und V-V der F i g. 3.

Das in den F i g. 3 bis 5 dargestellte Bauelement ist aus einen η-leitenden Siliziumkörper 80 (siehe F i g. 4 und 5) mit einem spezifischen Widerstand von 0,3 Ω · cm aufgebaut, der mit einer Schicht 81 aus Siliziumoxyd überzogen im. in diesen Körper sind unter Verwendung in der Halbleitertechnik allgemein üblicher Vorgänge eine Anzahl Oberflächenzonen verschiedener Leitfähigkeitstype eindiffundiert, die Doppelbasisdioden und Kopplungsglieder mit planarer Struktur bilden. Z. B. besteht die in F i g. 4 im Querschnitt gezeigte Doppelbasisdiode 51 (siehe auch Fig. 3) aus zwei Basiskontakten, die durch stark dotierte η leitende Zonen 56 und 60 gebildet werden und zwischen denen ein p-leitender Emitterkontakt in Form der eindiffundierten Zone 64 angebracht ist. Die Basiskontakte sind durch Fenster in der Oxydschicht 81 an die Speiseleitungen 58 und 62 angeschlossen, die durch streifenförmige Metallschichten gebildet werden, welche in Fig. 3 in Draufsicht gestrichelt dargestellt sind, deich wie im Beispiel der Fig. 2, wird die Metallschicht 62 an Erde gelegt, während die Schicht 58 auf ein Potential von +3V gebracht wird.

Die Doppelbasisdioden 52 und 53 sind auf gleiche Weise aufgebaut (siehe F i g. J).

Die Kontakte, die den Kontakten 67 und 68 der F i g. 2 entsprechen, sind in diesem Beispiel aus einer p-leitenden Zone 67/1 bzw. 684 und einer darin ·*ο 2ngeb^rac^hteⁿ n.lpitpnrlpn 7<λΛρ 67ßh7w 68ßaufsebaul. Die Strukturen (674. 67B) und (684, 68ßJ bilden dabei »Hook«-Kollektoren auf den untenliegenden Kollektorgebieten der Doppelbasisdioden 51 und 52.

Die Kopplung zwischen den Doppelbasisdioden 51 und 52 wird auf die in Fig. 2 beschriebene Weise mit Hilfe der Kontakte 67 (A. B). 65, 74 und 66 hergestellt. Dabei ist die als Kopplungsglied bestehende Doppelbasisdiode 54 in demselben Halbleiterkörper wie die Elemente 51 und 52 integriert. Diese Doppelbasisdiode ist in F i g. 5 im Querschnitt längs der Linie V-V der Fig.3 dargestellt. Die Zone 67B des »Hook«-Kollektors 67 (A, B) ist über die auf der Oxydschicht befindliche Metallschicht 82 mit der p-leitenden Emitterzone 65 verbunden, während der Kontakt 74, der durch eine eindiffundierte η-leitende Oberflächenzone gebildet wird (siehe F i g. 5), mit der Metallschicht 85 verbunden ist. die durch das Kontaktfenster 87 sich dem Emitterkontakt 66 der Doppelbasisdiode 52 anschließt.

Die Wirkungsweise der Bauelemente nach den F i g. 3 bis 5 ist der oben beschriebenen Wirkungsweise des Bauelementes nach F i g. 2 völlig analog. Das Weiterschieben von Information in diesem Schieberegister kann z. B. mittels eines Schiebeimpulses mit einer Dauer von 400 Nanosekunden erfolgen, wobei während dieses Impulses das Potential der Metallschicht 58 zeitweilig auf —5 V gebracht wird. Diese Impulsdauer ist kurz in bezug auf die Lebensdauer von Löchern im Siliziumkörper 80, die etwa 3 ^isek beträgt. Dies wird dadurch erzielt, daß während der Injektion von Löchern gleichzeitig über den Kontakt 65 Löcher aus dem Kollektorgebiet der Doppelbasisdiode 51 abgeführt werden, wodurch das Element 51 schnell gelöscht wird.

Die Oberfläche des »Hook«-Kollektors 67 ist bei dieser Vorrichtung größer als die des Emitterkontakts 65. Dadurch wird der Rückfluß von Löchern aus der zwischen den Kontakten 65 und 59 liegenden Modulationszone zu dem Speichergebiet der Doppelbasisdiode 51 erheblich verringert, indem durch die geringere Stromdichte der »Heck«-Kollektor 67 bessere KoHektoreigenschaften und schlechtere Emittereigenschaften als der Emitterkontakt 65 hat. Wenn der Kontakt 67 (A. B) als ein »Hook«-Kollektor ausgebildet ist, ergibt sich außerdem während des Schiebeimpulses eine Löchervervielfachung, was eine verstärkte Injektion am Kontakt 65 zur Folge hat.

Weiterhin ist bei diesem Bauelement in jeder der miteinander gekoppelten Doppelbasisdioden (51,52,53) (siehe F i g. 3 und 4) in die p-leitende Emitterzone (64, 66) eine η-leitende Zone 83 eindiffundiert, die über ein Kontaktfenster in der Oxydschicht sich einer Metallschicht 84 anschließt, die mit der Schicht 58 verbunden ist. Dadurch wird während des Schiebeimpulses eine injektion von Emitterkontaki (z. B. 64) über das Halbleitergebiet 80 zu der Metallschicht 58 (und somit die Gefahr einer Selbstzündung des Elements 51) vermieden, weil der Stromweg über die pn-Diode (83, 64) und die Metallschicht 84 zu der Metallschicht 58 einen geringeren Widerstand als der Stromweg über den Halbleiterkörper 80 hat.

Die Kontaktgeometrie ist bei diesem Bauelement derart gewählt, daß der Emitterkontakt 65 nahezu völlig von den Kontakten 59 und 74 umgeben ist. Dadurch wird die Modulationszone möglichst klein gehalten, wodurch eine zweckmäßige Kopplung erzielt wird.

Es dürfte einleuchten, daß sich die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern daß im Rahmen der Erfindung für den Fachmann viele Abarten möglich sind. z. B. können auch statt der in den Beispielen verwendeten Elemente andere bistabile Elemente benutzt werden, vorausgesetzt, daß sie im gezündeten Zustand ein Speichergebiet für Minoritätsladungsträger aufweisen. Ferner können die erwähnten Leitfähigkeitstypen gegenseitig verwechselt werden, während auch statt Silizium andere Halbleiter angewandt werden können. Außerdem können statt der erwähnten pn-Kontakte MetaH-Halbleiterkontakte Anwendung finden, während die Kopplung unter Umständen nicht nur in Schieberegistern, sondern auch in anderen Schaltungen, wie Speicherschaltungen, RingsäMern, usw. verwendet werden kann. Auch kann im Rahmen der Erfindung die Geometrie der unterschiedlichen Kontakte innerhalb weiter Grenzen geändert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche: iO 15

1. Halbleiterbauelement mit mindestens zwei elektrisch miteinander gekoppelten bistabilen Halbleiterschaltungselementen, die je mit einem ersien und einem zweiten Endkontakt versehen sind und ein Halbleitergebiet, das Speichergebiet, enthalten, in dem in einem der beiden stabilen Zustände, dem gezündeten Zustand, Minoritäisladungsträger angesammelt v/erden, wobei die ersten Endkontakte der bistabilen Elemente mit einer ersten Speiseleitung und die zweiten Endkontakte mit einer zweiten Speiseleitung verbunden sind, und wobei die erwähnten bistabilen Elemente durch ein Halbleitcrverbindungselement miteinander gekoppelt sind, das mit auf den Speichergebieten des ersten und des zweiten bistabilen Elementes angebrachten Kontakten verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß dab Halbleiterverbindungselement von einem Spannungsteiler in Form eines mit einem ersten (18; 59) und einem zweiten ohmschen Anschlußkoniakt (19; 63) versehenen Halbleiterwiderstandsgebietes eines Leitungstyps gebildet wird, wobei der zweite Anschlußkontakt (19; 63) mit der zweiten Speiseleitung (28; bi) und der ersie Anschlußkontakt (18; 59) mit einer ändert 1 Speiseleitung (35; 58) verbunden ist, und wobei ei.i auf dein Speichergebiet (H; 71) des ersten bistabilen Elementes (1; 51) angebrachter erster Kontakt (16; 67) mit einem 'weiten Kontakt (17; 65) auf dem Widerstandsgebiet elektrisch verbunden ist, und ein dritter Kontakt (24; 74) auf dem Widerstandsgebiet mit einem vierten Kontakt (26: 66) auf dem Speichergebiet des zweiten bistabiltn Elementes (i!; 52) elektrisch verbunden ist, wobei sich der /weite (17; 65) und dritte Kontakt (24; 74) /wischen dem ersten (18; 59) und /weiten Anschlußkontakt (19; G;j) befinden, und wobei der /weite Kontakt (17; 65) Minoritätsladungsträger im Widerstandsgebiel in; zieren kann, wodurch der Widerstand dieses Gebietes /wischen dem dritten Koniakt (24; 74) und dem ersten Anschlußkoniakt (18; 59) durch Leitungsmodulation derart hcrabgeset/t wird, daß der dritte Kontakt (24; 74) praktisch das Potential der anderen Speiseleitung (3'i; 58) annimmt und dadurch den Leitungszusland des /weilen bistabilen Flemen tes bestimmt.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1. dadurch gekenn/eichnel. daß in der Modulaiions/on.· Leitungsmodulation in einem Gebiet erzeugt wer den kann, das sich wenigstens von dem dritten Kontakt (24; 74) bis /u dem ersten Anschlußkontaki (18; 59) erstreckt

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1 oder 2. dadurch gekennzeichnet, daß der /weite Kontakt (17; 65) durch eine Oberflächen/one von einem dem des weiteren Halbleitergebiets entgegengesetzten Lcitfähigkeilstyp gebildet wird, die mit diesem weiteren Halbleilergebiet einen pn-1übergang bildel.

4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kontakt (67) ein Gleichrichicrkomakt ist, der au« dem Speichergebiet des ersten bistabilen Elcmcnl!» (51) Minoritätsladungsträgcr sammeln kann.

5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kontakt (67) als ein »Hook«-Kol!eklor ausgebildet ist.

JO

>■>

■in

V)

v>

6. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des ersten Kontakts (16; 67) größer als die des zweiten Kontakts (17; 65) ist.

7. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Kontakt (66) ein Gleichrichterkoritakt ist, der in das Speichergebiet des zweiten bistabilen Elements (52) Minoritätsladungsträger injizieren kann.

8. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung zwischen dem ersten (16; 67) und •Jem zweiten Kontakt (17; 65) eine Diode (22; 73) aufgenommen ist, die einen Strom durchläßt, der erzeugt wird, wenn Minoritätsladungsträger durch den zweiten Kontakt (17; 65) in die Modulationszone injiziert werden.

9. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung zwischen dem dritten (24) und dem vierten Kontakt (26) eine Diode (25) aufgenommen ist, die einen Strom durchläßt, der in dieser Verbindung zum Zünden des zweiten bistabilen Elements (2) erzeugt wird.

10. Halbleiterbaut.ement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der bistabilen Elemente (1) durch eine pnpn-Struktur gebildet wird.

11. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der bistabilen Elemente (51) durch eine Doppelbasisdiode gebildet wird, die ein Basisgebiet (71) von einem Leitfähigkeitstyp mit zwei Basiskontakten (56; 60) (den Endkontaklen) und einen /wischen diesen Basiskontakten liegenden Emitterkontakt (64) enthält, der Minoritätsladungsträger in das Basisgfbiet(71)ipji/ierL.^ kann.

12. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabilen F.leniente (I, 2, 3; 51, 52, 53) einander gleich sind.

13. Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 11 und 12. bei der das weitere Halbleitergcbiet vom gleichen Leitfahigkci'styp wie das Basisgebiet der Doppelbasisdioden ist. dadurch gekennzeichnet, daß ein Basiskoniakt (57; 56) jeder Doppelbasisdiode mit einer ersten Speiseleitung (58) verbunden ist. die auch mit dem ersten Anschlußkontaki (59) verbunden ist. während der andere Basiskontakt (60;61) mit einer /weilen Speiseleitung (62) verbunden ist, die an den /weilen Anschlußkuntaki (63) angeschlossen ist.

14. Halbleiterbauelement nach einem der voran gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabilen Flemenic und das weitere Halbleiter gebiet einen Teil desselben Halbleiterkörper bilden.

15. Halbleiterbauelement nach Anspruch 14. da durch gekennzeichnet, daß sämtliche Kontakte auf derselben vorzugsweise ebenen Oberfläche des Halbleiterkörper angebracht sind, die wenigstens teilweise mit einer elektrisch isolierenden Schicht übezogen ist, wobei die Kontakle durch Öffnungen in der Isolierschicht sich dem Halbleiterkörper anschließen und mit wenigstens teilweise auf der Isolierschicht liegenden Leitern verbunden sind.

16. Halbleiterbauelement nach Anspruch 15. dadurch gekennzeichnet, daß der /weile Koniakt (65) über einen erheblichen Teil seines I Imfanes von dem

dritten Kontakt (74) und dem ersten Anschlußkontakt (59) umgeben ist.

17. Schaltung mit einem Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten (18; 59) und dem zweiten Anschlußkontakt (19; 63) in Form eines Schiebeimpulses zeitweilig ein derartiger Potentialunten=-iiied angelegt wird, daß, wenn das erste bistabile Element (1; 51) sich im gezündeten Zustand befindet, in der Verbindung zwischem dem ersten (16; 67) und dem zweiten Kontakt (17; 65) ein Strom erzeugt wird, wodurch aus dem Speichergebiet des ersten bistabilen Elements (1; 51) Minoritätsladungsträger entfernt und in das weitere Halbleitergebiet Minoritätsladuugsträger injiziert werden, so daß in der Modulationszone Leilungsmodulation herbeigeführt wird, wodurch der dritte Kontakt (24; 74) nach Wiederherstellung des ursprünglichen Spannungszustandes der Anschlußkontakte ein derartiges Püiemiai erreicht, daß das zweite bistabile Element (2; 52) in den gezüinJeien Zustand übergeht.