DE2049658C3 - Elektronisches Speicherelement - Google Patents
Elektronisches SpeicherelementInfo
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Description
Elektronische Speicherelemente mit zwei Schaltzu- Fig. 4 ein Ersatzschaltbild für die Zusammenständen
sind an sich in verschiedensten Ausführun- schaltung von Speicherelement und Diode,
gen, beispielsweise aus der US-Patentschrift 30 F i g. 5 Kennlinie des Speicherelementes,
3 271 591, bekannt. Diese bekannten Elemente sind Fig. 6 das Schema einer Leseschaltung für ein jedoch mit verschiedenen Nachteilen behaftet. So einzelnes Speicherelement.
gen, beispielsweise aus der US-Patentschrift 30 F i g. 5 Kennlinie des Speicherelementes,
3 271 591, bekannt. Diese bekannten Elemente sind Fig. 6 das Schema einer Leseschaltung für ein jedoch mit verschiedenen Nachteilen behaftet. So einzelnes Speicherelement.
erfordern beispielsweise die einen eine unerwünscht Das erfindungsgemäße Speicherelement, das als
große räumliche Ausdehnung, andere wiederum — Einzelelement in F i g. 3 dargestellt ist, setzt sich aus
wie beispielsweise Flip-Flop-Speicher — erfordern 35 der Elektrode 10 aus Aluminium, einer röntgeneinen
großen internen Verdrahtungsaufwand sowie amorphen Isolatorschicht 3Ö aus einem Gemisch von
externe Versorgungs- und Steuerleitungen. Wieder SiO und SiO2 in bestimmtem Verhältnis und einer
andere können nicht in sehr großen Mengen flächen- zweiten Elektrode 20 aus Silber zusammen. Die beilhaft
hergestellt oder angeordnet werden. den Elektroden 10 und 20 müssen verschiedene Elek-Bei
einer weiteren bekannten Anordnung werden 4O tronegativität aufweisen. Diese Einzelelemente werglasartige
Halbleiter verwendet, die aus mehreren den — wie in Fig. 1 und 2 dargestellt — durch ein
Substanzen zusammengesetzt sind und deren Kenn- Aufdampfverfahren gleichzeitig in großer Stückzahl
linienverlauf sowie Schaltverhalten für die verschie- in Matrizenform hergestellt. Die externen Anschlüsse
denen Polaritäten symmetrisch sind. Außerdem wird 40, 41 dienen zum Einspeichern und Auslesen von
durch häufiges Ein- und Auslesen der Speichereffekt 45 Informationen in die und aus den einzelnen Speicherin
diesen Elementen zerstört. Es ist mit diesen An- elementen. Das elektronische Verhalten des einzelnen
Ordnungen auch nicht möglich, durch ein unsymme- Speicherelementes ist in Fig. S dargestellt. Hier wertrisches
Schalten die Information im Speicherelement den die Kennlinien des Speicherelementes dargestellt,
zu verändern. und zwar zeigt die Kennlinie 50 das Verhalten des
Durch einen Aufsatz in »Proc. National Aerospace so Schaltelements im »Ein«-Zustand (niederhomig), wäh-Electronic
Conference« vom 11.5. 1964, Seite 521, rend die Kennlinie 60 das Verhalten im »Aus«-Zuist
es bekanntgeworden, eine Elektrodenkombination stand (hochohmig) zeigt.
aus Aluminium und Gold zu verwenden. Hiermit ist Befindet man sich im positiven Zweig (U
> 0) der zwar ein Speichereffekt möglich, jedoch nicht ein Kennlinie 60, wobei die positive Spannung an der
polamaisabhängiges Hin- und Rückschnlten. 55 Elektrode 10 liegt, also an der Elektrode mit der grö-P1Ui-Ch
einen weiteren Aufsatz in »Electronics« ßeren Elektronegativität, so befindet sich das Element
vom 2. 3. 1962. Seite 7, ist ein Speicherelement be- stets im hochohmigen Zustand. Polt man die angekanntgew'jrden,
das aus Nickeloxyd geformt ist. Elek- legte Spannung um und steigert sie von Null ausge-Irode
und Gegenelektrode aus Metallen unterschied- hend auf den Kennlinienteil 61, so erreicht matt eine
Hcher Elektronegativität zu verwenden und damit ein 6o Schwellspannung Us bei der plötzlich der Schalteffekt
sicheres bipolares Schalten herbeizuführen, ist jedoch Se,, eintritt, wobei das Element über eine durch die
mit dem vorgeschlagenen Element nicht möglich. äußere Beschattung bestimmten Kennlinie, auf die
Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, ein neue Kennlinie 50 umspringt. Das Element ist jetzt
Speicherelement zu schaffen, das eine optimale niederohmig und bleibt dies auch bei Variation der
Schaltzuverlässigkeit und hohe Schalthäufigkeit auf- 65 angelegten Spannung innerhalb eines gewissen Beweist,
reiches. Dieser beschriebene Vorgang stellt die Em-Diese Aufgabe wird in der Weise gelöst, daß die speicherung der Information »1 bit« in das Speicher-Metallkombinationen
aus Aluminium und Silber be- element dat. Auch bei einem Abtrennen der Span-
mingsversorgung in dieser Arbeitsphase bleibt der
niederohmige Zustand des Elementes erhalten. Beim Wiedereinschalten der Spannung befindet man sich
automatisch wieder auf dem Ke&ulinienzweig 5ü,
d. h. der Stromfluß durch das Element stellt sich entsprechend der Kennlinie ein, wodurch mit HiUe der
äußeren Beschallung (Fig. 6) der Zustand des Elementes
festgestellt werden kann (Auslesen der Information). Wird die angelegte Spannung erneut umgepolt,
so befindet man sich auf dem Kennlinienteil 51. Nach dem Überschreiten eines kritischen Stromwertes
/s tritt ein Schalteffekt Sc1- ein, der über eine von
der äußeren Beschallung abhängige Kennlinie wieder auf die Kennlinie 60 zurückführt (»Aus«-Zustand).
Die vorher in Element 90 gespeicherte Information ist damit gelöscht. Auch dieser Zustand ist bei Abschaltung
der externen Spannungsquelle 70 stabil, d. h. beim Wiedereinschalten der Spannung 70 befindet
man sich wieder auf der Kennlinie 60. Es kann nun durch Umpolen der Spannungsquelle 70 erneut
»1 bit« in das Element 90 eingelesen werden. Dieser Vorgang kann sehr oft wiederholt werden, ohne daß
das Element in seiner vorbeschriebenen Funktionsweise beeinträchtigt wird.
Da die Isolatorschicht 30 amorph ist, weist das gesamte Speichersystem eine hohe Strahlungsresistenz
auf. Ein weiterer Vorteil ist darin zu sehen, daß der Umschaltvorgang von der Kennlinie 50 auf die Kennlinie
60 sehr rasch vor sich geht (kürzer als 1 //see). Ein weiterer Vorteil gegenüber vielen bekannten Elementen
ist, daß die eingespeicherte Information durch das Auslesen nicht verlorengeht, da der Schaltzustand
des Elementes (Kennlinie 50) bei normaler Belastung erhalten bleibt, d. h. beim Auslesen mit
strombegrenzten Impulsen wird ein Umspringen des Elementes in den anderen Schaltzustand mit Sicherheit
vermieden. Aber noch einen Vorteil weist die Erfindung gegenüber anderen artverwandten Elementen
auf, nämlich daß durch die Unsymmetrie der Kennlinien 50 und 60 ein strombedingter UmschalteftVkt
Se1 und ein spannungsbedingter Umschalteffekt Sea auf verschiedenen Polaritätseiten der Kennlinien
liegen. Die Vorteile dieser Kenniinienfonn ergeben sich ve: allem im Zusammenhang mit der Verwendung
einer Vielzahl von Speicherelementen 90, die Jeweils mit einer Diode 91 gemäß F i g. 4 hintereinander
geschaltet sind. Die Diode 91 dient zur Entkopplung der Einzelelemente, d. h. zur Vermeidung
von Störsignalen, die beim Auslesen eines Einzelelementes in der Matrixanordnung durch die Nachbarelemente
auftreten können. Die Diode 91 wird so dem Speicherelement 90 zugeordnet, daß bei Polung
der Spannung 70 in Durchlaßrichtung der Diode 91 der positive Teil der Kennlinie 51 des Speicherelementes
!>? durchfahren wird, so daß der Schalteffekt
Se1 durchgeführt werden kann. Polt man die
Spannung 70 so, daß man die Diode 91 sperrt, so befindet sich die Speicherzelle 90 im negativen Bereich
der Kennlinien, so daß in diesem Zustand die Kennlinie 61 erreicht werden kann, wodurch der
Schalteffekt Sen möglich ist.
Auf Grund des vorbeschriebenen, sehr einfachen Aufbaus sowie der in wenigen Schritten möglichen
Herstellungsprozesse ist es möglich, mehrere Speicherebenen nach dem gleichen Verfahren übereinander
anzuordnen, wodurch ein räumlicher Speicher sehr hoher Dichte entsteht — beispielsweise in der
Größenordnung 108 bit/cm3.
Wie die F i g. 6 zeigt, bewirkt die Spannung U einer Spannungsquelle 70 durch den Vorwiderstand
80 einen Lesestrom im Speicherelement 90. Ist letzteres niederohmig, so zeigt das Meßinstrument 100
einen geringen Spannungsabfall an, wodurch die Information aus dem Speicherelement ausgelesen wird.
Ist das Speicherelement 90 hochohmig, so zeigt das Meßinstrument 100 einen hohen Spannungsabfall an,
wodurch der Information«inhalt »Null« ausgelesen wird. Durch entsprechende Polarisierung der Spannungsquelle
70 sowie entsprechende Einstellung der Spannung U kann der Schaltzustand des Speicherelementes90,
wie oben beschrieben, beliebig verändert werden.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (1)
- 3 stehen und die Metall- und an sich bekannten Isola-Patentansprucb: torscMchten in φ Reihenfolge Ag-SiOx-Alaufgebracht sind. . , ,Elektronisches Speicherelement mit zwei stabi- Es ist bekamt, *» *" ^£SSÄ
len Schaltzustanden, wobei zwischen zwei Metall- 5 wesentlichen Emfluß auf das Schaltverhalten daselektroden sich die'schicht eines amorphen Iso- treffenden ^PjJ«1-«*^ S TJlatois aus einer Mischung von SiO und SiO4 spielsweise ^&Ο^"ξί^befindet und diese Metallelektroden aus Metallen und mit AIf0,-Au-Elekttoo^nut verschiedener Elektronegativität bestehen, negative U-I-Kennlinie autNmJι gdadurch gekennzeichnet, daß die io wird der physikalische^Schalleffekt durchdie Metall-Metallkombraationen aus Aluminium und SiI- diffusion ausgelost. Daher ist die vorgeschlageneber bestehen und ^Be Metall- und an sjcfa he- pektronesativität und die Beweghchkeit der Elek-kannten IsolatörscMchten" in der Reihenfolge trodemneöllätome fur dieses Schaltverhalten ent-Ag-SiO*- Al aufgebracht sind. scheidend. Bei Verwendung von Ag - und dies tnfft6 auch für fast alle anderen Metalle zu — übertrifft dieFremddiffusion sehr häufig die Eigendiffusion, während es sich bei dem Schalteffekt nach der Erfindung. einwandfrei um eine »kontrollierte« Metalldiffusionhandelt. Daher die optimale Schaltzuverlässigkeit und ao hohe Schalthäufigkeit.Die Erfindung bezieht sich auf ein elektronisches Die Erfindung ist nachfolgend an einem Ausfüh Speicherelement mit zwei stabilen Schaltzuständen, rungsbeispiel beschrieben und gezeichnet. Es zeigt:
wobei zwischen zwei Metallelektroden sich die F i g. 1 eine Vielzahl Speicherelemente m Matrizen-Schicht eines amorphen Isolators aus einer Mischung anordnung,von SiO, und SiO befindet und diese Metallelektro- a5 F i g. 2 eine Draufsicht gemäß F ι g. 1,den aus Metallen mit verschiedener Elektronegativität F i g. 3 ein Einzelelement gemäß Einzelheit X ausbestehen. F i ε. 2 im Schnitt,
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