DE2204562A1 - Speicherzelle - Google Patents

Speicherzelle

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DE2204562A1
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DE
Germany
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memory cell
transistor
emitter
transistors
electrodes
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Pending
Application number
DE2204562A
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English (en)
Inventor
Ullrich Drusenthal
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Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Original Assignee
Licentia Patent Verwaltungs GmbH
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C11/00Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/34Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices
    • G11C11/40Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors
    • G11C11/41Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming static cells with positive feedback, i.e. cells not needing refreshing or charge regeneration, e.g. bistable multivibrator or Schmitt trigger
    • G11C11/411Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming static cells with positive feedback, i.e. cells not needing refreshing or charge regeneration, e.g. bistable multivibrator or Schmitt trigger using bipolar transistors only
    • G11C11/4116Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using semiconductor devices using transistors forming static cells with positive feedback, i.e. cells not needing refreshing or charge regeneration, e.g. bistable multivibrator or Schmitt trigger using bipolar transistors only with at least one cell access via separately connected emittors of said transistors or via multiple emittors, e.g. T2L, ECL
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B10/00Static random access memory [SRAM] devices
    • H10B10/10SRAM devices comprising bipolar components

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

  • "Speicherzelle" Die Erfindung betrifft eine Speicherzelle aus mindestens zwei Transistoren, bei denen jeweils die Steuerelektrode des einen Transistors mit der ersten Hauptelektrode am gesteuerten Strompfad des anderen Transistors verbunden Ist, während die zweiten Hauptelektroden des gesteuerten Strompfades beider Transistoren miteinander verbunden sind, Bei einer derartigen Anordnung besteht die Erfindung darin, daß in Reihe zum gesteuerten Strompfad eines jeden Transistors je eine Schottky Diode so geschaltet und mit einem gemeinsamen Potential verbunden ist @ daß beide Dioden in Durchlaßrichtung betrieben werden, Bei der erfindungsgemäßen Schaitungsanordnung finden vorzugsweise bipolare Transistoren Verwendung. In diesem Fall ist jeweils eine Steuerlektrode an die Basiszone, eine erste Hauptelektrode an die Koliektorzone und die zweite Hauptelektrode an eine Emitterelektrode eines Trans sistors angeschlossen0 Die Schottky Dioden sind dann in die Kollektorzuleitungen der Transistoren geschaltet0 Bei der erfindungsgemäßen Speicherzelle werden vorzugsweise bipolare Transistoren mit mindestens zwei Emitterzonen mit angebrachten Emitteranschlußelektroden eingesetzt.
  • Die noch freie Emitterelektrode dient dann zum Einschreiben der zu speichernden Information oder zum Auslesen der gespeicherten Information.
  • Bei der Beschaltung der Speicherzelle, die somit aus einer bistabilen Kippstufe ohne ohmsche Arbeitswiderstände besteht, geschieht vorzugsweise über ein Strombegrenzungsnetzwerk oder eine Konstantstromquelle, da auf diese Weise Schwankungen der Betriebstemperatur zu einer stabilisierten Strom aufnahme führt, Über ein Stromstabilisierungs bzw, Strom begrenzungsnetzwerk können eine Vielzahl von Speicherzellen gleichzeitig an die Versorgungsspannung angeschlossen werden.
  • Im einfachsten Falle handelt es sich bei dem Strombegrenzungs netzwerk um einen Widerstand, der zwischen den beiden Schottky Dioden gemeinsamen Elektrodenanschluß und die Versorgungsspannungsquelle geschaltet ist, Die erfindungsgemäße Speicherzelle hat den wesentlichen Vorteil, daß die Umscaltzeiten sehr klein sind, Jeweils einer der beiden Transistoren ist leitend, während der andere gesperrt ist0 Der gesperrte Transistor wird jedoch nur soweit in den Sperrbereich getrieben, daß eine merkliche Potentialdifferenz an den beiden Kollektor elektroden der beiden Transistoren auftritt, während die Ladungsspeicherung im Transistor relativ gering bleibt.
  • Auch der leitende Transistor ist nur schwach bersteuert, so daß auch dieser Transistor sehr rasch in den gesperrten Zustand übergeführt werden kann, Da die Schottky - Dioden selbst praktisch keine Speicherzait aufweisen, können die Umschaltzeiten auf ca. 250 ps herabgesetzt werden.
  • Die erfindungsgemäße Speicherzelle eignet sich besonders für komplexe Speicheranordnungen mit den zugehörigen Dekodier schaltungen, Bit Detektoren und Schreibschaltungen.
  • Die Speicherzelle kann besonders leicht in einem ge meinsamen Halbleiterkörper integriert worden0 Dazu werden die Transistoren nach der bekannten Planartechnik in voneinander isolierte Bereiche eines Halbleitergrundkörpers eingebracht, Eine Schottky- Diode besteht jeweils aus eineman die Kollektorzone eines Transistors tngebrachten, mit der Kollektorzone eine Sperrschicht bildenden Metallkontakt.
  • Die Erfindung und ihre witere vorteilhafte Ausgestaltung soll im weiteren anhand der Figuren 1 und 2 noch näher erläutert werden0 In der Figur 1 ist die Speicherzelle dargestellt. Sie besteht aus den beiden Transistoren T1 und T2, die je zwei Emitterzonen mit den Emitteranschlußelektroden E11 E2 bzw. E1, E2 aufweisen0 Die Emitterelektroden E1 und E1 sind zusammengeschaltet und können über die Logikschaltung 3 an verschiedene Potentiale gelegt werden. Die Basiselektrode der Transistors T1 ist mit der Kollektorelektrode des Transistors T2 verbunden, während die Basiselektrode des Transistors T2 mit der Kollektorelektrode des Transistors T1 verbunden ist. In den Kollektorzuleitungen der beiden.
  • Transistoren ist je eine Schottky Diode SD1 bzw. SD2 geschaltet. Beide Schottky- Dioden sind gemeinsam über ein Strombegrenzungsnetzwerk oder eine Sonstantstromquelle mit der Spannungsquelle UB verbunden, In der Figur 1 wird das Strombegrenzungsnetzwerk von einem Widerstand R1 gebildet, Die Schottky Dioden sind so angeordnet, dß bei der vorhandenen Spannungspolarität der Versorgungs spannung beide Dioden in Durchlaßrichtung betrieben werden0 An. einem Beispiel sollendie Spannungsverhältnisse an der Speicherzelle erläutert werden, Dabei ist zu berück sichtigen, daß an der Schottky Diode jeweils eine sich aus der Kennlinie der Diode ergebende Spannung abfällt, Es sei angenommen, daß der Transistor T1 leitend und der Trans sistor T2 gesperrt ist, Dann fällt an der Basis Emitter strecke des Transistors T1 eine Spannung von cao 0,8 Volt ab, Der Transistor T1 bezieht seinen Basisstrom über die Diode SD2° Da der Basistrom jedoch relativ klein ist, fällt an der Diode eine Spannung von ca0 250 mV ab. Wenn der gemein same Anschluß an die Emitterolektroden E1 und Eí über die Logik an Massepotential liegt, beträgt das Potential an der gemeinsamen Elektrode der beiden Schottky Dioden ca, 1,05 V.
  • Da der Emitter Kollektorstrom des Transistors T1 erheblich größer ist als der Basisstrom, fällt an der Diode SD1' eine Spannung von cao 400 mV ab, Diese Spannung ist um ca, 150 mv größer als die an der Diode SD2, was auf die unter schiedlichen Arbeitspunkte auf der Diodenkennlinie zurück zuführen ist0 Diese Spannungsdifferenz bleibt über einen relativ großen Strombereich in etwa erhalten0 An der Kol lektor- Emitterstrecke des Transistors T. v erbleibt eine Spannung von ca, 650 mVO Diese Spannung, die auch an der Basiselektrode von T2 liegt, reicht nicht aus, um diesen Transistor bzw. durchzusteuern. Die Potentialdifferenz zwischen den beiden Kollektorelektroden von cao 150 mV reicht für eine klare Aussage bzw0 Definition des Speicherinhalts aus0 Um festzustellen, welche Information die Speicherzelle enthält, wird beispielsweise der gemeinsame Anschluß der Emitterelektrode Ei und E1 über die Logik 3 auf ein Potential angehoben, das einen Stromfluß über diese Emitierm elektroden unmöglich macht. Gleichzeitig werden die beiden Emitter-elektroden über die Verknüpfungen t und 2 mit Nasse verbunden0 Zwischen die Elektrode E2 bzw0 E2 und das Massepotential ist dann beispielswise je ein Widerstand geschaltet0 Nun wird die Emitterelektrode E2 bzw, E2 des Transistors, der gemäß dem Speicherinhalt leitend ist, den Kollektor Emitterstrom übernehmen, so daß über den ange schlossenen Widerstand ein Strom fließt, der an diesem Widerstand einen Spannungsabfall verursacht0 Über den an deren Widerstand fließt dagegen kein wesentlicher Strom, so daß an der einen Auswertschaltung die logische "O" und an der anderen Auswertschaltung die logische "in auftritt.
  • Eine Information kann dadurch eingeschrieben werden, daß die Emitteriektrode E1 und E'1 über die Logik 3 an ein den Stromfluß über diese Emitterelektroden verhinderndes Potential angelegt werden, Die andere Emitterelektrode des Transistors, der in den leitenden Zustand übergeführt werden soll, beispielsweise T2 wird über die Verknüpfung 2 mit Massepotential verbunden, während die Emitterelektrode (E2) des anderen Transistors (Tl) über die Verknüpfung 1 an positives Potential angeschlossen wird, so daß dieser Trans sistor T1 gesperrt wird, während der Transistor T2 leitend wird und über die Kollektor- Emitterstrecke (E'2) ein Strom fließt.
  • Der Stromfluß über die Emitterelektrode E1 und E'1 kann beim Einschreiben und beim Auslesen natürlich auch auf andere Weise, beispielsweise durch einen Unterbrecher schalter verhindert werden, Die Speicherzelle läßt sich besonders günstig in tinte grierte Schaltungstechnik aufbauen, da keine Widerstände für die Einzelzelle benötigt werden. In der Figur 2 ist ein Beispiel für die technologische Realisierung dargestellt. In einen Halbleitergrundkörper 4 vom ersten Lei tungstyp werden zwei voneinander getrennte Bereiche 5 und 6 vom zweiten Leitungstyp eingebracht0 Diese Bereiche 5 und 6 bilden die Kollektorzonen der beiden Transistoren T1 und T29 in die jeweils eine Basiszone 7 und 8 eingebracht werden, In jede Basiszone werden zwei Einitterzonen 9, 10.
  • bzw. Ii, 12 eingebracht. Alle Zonen können beispielsweise durch-Diffusion unter Verwendung einer Diffusionsmaskierungsschicht 13 hergestellt werden4 Die Schicht 13 besteht bei einem Silizium Halbleiterkörper beispielsweise aus Siliziumdio;yd oder Siliziumnitrid. Die Kontakte 14 und 15 an je einer Kollektorzone der beiden Transistoren sind sperrschichtbildende Metall Halbleiterkontakte, die mitein-ander verbunden werden0 Diese Kon'takte bilden die mit den Kollektorzonen verbundenen Schottky Dioden0 Der Basiskontakt 16 des Transistors T1 ist mit dem ohmschen Kollektorkontakt 17 des Transistors T2 verbunden.
  • Entsprechend ist der Basskontakt 18 von T2 mit dem Kollek torkontakt 19 von T1 verschaltet. Die Emitteranschluß kontakte 20 und 21 sind miteinander verbunden, Während die überigen Emitterkontakte 22 und 23 den Anschluß E2 bzw. E'2 bilden.
  • Die Verbindung zwischen den einzelnen Anschlußelektroden werden vorzugsweise durch auf der Isolierschicht 13 ver laufende Leitbahnen realisiert.
  • Die Speicherzelle kann somit auf kleinstem Raum unter gebracht werden und läßt sich durch sehr einfache technol logische Arbeitsprozesse herstellen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß nur kleine Ströme fließen und die Umschalt zeiten der Zelle und damit die Einschreib und Auslesezeit extrem klein sind Es soll noch darauf hingewiesen werden, daß eine Information auch über die Koll.ektorelektroden der Transistoren T1 bzw. T2 in die Zelle eingeschrieben oder ausgelesen werden kann,

Claims (5)

  1. PatentansprücÄe 9 Speicherzelle mit mindestens zwei Transistoren1 bei denen jeweils die Steuerelektrode des einen Transistors mit der ersten Hauptelektrode am gesteuerten Strompfad des anderen Transistors verbunden ist, während die zweiten Hauptelektroden des gesteuerten Strompfades beider Transistoren miteinander verbunden sind, dadurch Sekennzeichnet, daß in Reihe zum gesteuerten Strompfad eines jeden Trane sistors je eine Schottky- Diode so geschaltet und mit einem gemeinsamen Potential verbunden ist, daß beide Dioden in Durchlaßrichtung betrieben werden0
  2. 2) Speicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren bipolare Transistoren sind wobei jeweils eine Steuerelektrode an die Basiszone eines Trans sistors, die erste Hauptelektrode an die Kollektorzone und die zweite Hauptelektrode an die Emitterzone angeschlossen ist, während die Schottky- Dioden in der Kollektorzuleitun der Transistoren angeordnet ist,
  3. 3) Speicherzelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bipolaren Transistoren zumindest zwei Emitterzonen mit angebrachten Emitteranschlußelektroden aufweisen, wobei die noch freien Emitterelektroden zum Einschreiben und Auslesen der zu speichernden oder der gespeicherten Information dienen
  4. 4) Speicherzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die beiden miteinander ver bundenen Elektroden der beiden Schettky- Dioden über ein Strombegrenzungsnetzwerk oder über eine Konstantstromquele an eine Versorgungsspannung angeschlossen sind.
  5. 5) Speicherzelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß dae Transastoren und die Schottky-Dioden in einem gemeinsamen Halbleiterkörper untergebracht sind, wonei jeweilk eine Schottky- Diode aus einem an die Kollektorzone sines frausistors angebrachten, mit der Kollektorzone eine Sperrschicht bildenden Metallkontake besteh-.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2741756A1 (de) * 1977-09-16 1979-03-29 Siemens Ag Verfahren zum herstellen einer halbleiterspeicherzelle
FR2402278A1 (fr) * 1977-08-31 1979-03-30 Siemens Ag Cellule de memoire a semiconducteurs integrable
EP0031094A2 (de) * 1979-12-21 1981-07-01 Siemens Aktiengesellschaft Integrierbare Halbleiterspeicherzelle

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