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"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.
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Die noch freie Emitterelektrode dient dann zum Einschreiben der zu
speichernden Information oder zum Auslesen der gespeicherten Information.
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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.
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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.
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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.
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Die erfindungsgemäße Speicherzelle eignet sich besonders für komplexe
Speicheranordnungen mit den zugehörigen Dekodier schaltungen, Bit Detektoren und
Schreibschaltungen.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Verbindung zwischen den einzelnen Anschlußelektroden werden vorzugsweise
durch auf der Isolierschicht 13 ver laufende Leitbahnen realisiert.
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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,