Матрица приборов с зарядовой связью

 

МАТРИЦА ПРИБОРОВ С ЗАРЯДОВОЙ СВЯЗЬЮ по авт.св. № 533090, от л ичающаяся тем, что, с целью реализации функции АЗУ, на полупровод" никовой подложке размещен слой полу- П1рЬвддника; противоположного типа проводимости, а слой диэлектрика под одним из электродов в каждой ячейке содержит ловушки захвата метастабильного заряда.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

-1039 г.Г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (61) 533090 (21) 2615184/18-25 .(22) 12.05.78 (46) 23.06.84. Бюл. ¹ 23 (72).А.В. Ржанов и В.И. Черепов (71) Институт физики полупроводников

СО AH СССР (53) 621.382(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

1 533090, кл. Н 01 L 27/10, 1974 (прототип). (54)(57) МАТРИЦА ПРИБОРОВ С ЗАРЯДОВОЙ

СВЯЗЫО по авт.св. № 533090, о т л ич а ю щ а я с я тем, что, с целью реализации функции АЗУ, на полупровод» никовой подложке размещен слой полупроводника противоположного типа проводимости, а слой диэлектрика под одним из электродов в каждой ячейке содержит ловушки захвата метастабильнога заряда. ким расположением электродов, легированнем зазора, перекрытием электродов, высокоомным слоем и т.д.). Между любыми другими электродами вне элемен- тов Ах.у зарядовая связь отсутствует.

Там, где электроды расположены так, что может возникнуть зарядовая связь, вводятся потенциальные барьеры известными способами (легированием зазора, введением "толстого" диэлектри1 ка и т.д.). Это позволяет увеличить плотность упаковки элементов. Части столбцов вне элементов АХ y - образуют

1.1 со слоем полупроводника ЩП-структуры, порог которых по величине больше любого рабочего напряжения, прикладываемого к столбцам. Это достигается известными приемами (заданной толщиной диэлектрика илн легированием поверхности полупроводника).

Устройство работает следующим образом.

При отсутствии метастабильного заряда под электродом Х„. в пределах элемента А х. . приложение к этому

"1 электроду потенциала (отрнцательного для слоя 11-типа) приведет к образованию обедненного основными носителями слоя глубиной Ф . Прн некотором напряжении U которому соответствует поверхностный потенциал 1 „., будет

Х1 выполняться условие %= l„ что приведет к заполнению потенциальной ямы неосновными носителями из подложки, возрастанию поверхностного потенциала по абсолютной величине и.вследствие этого к прекращению тока при

l9c .1.. Если на электрод строки f rio1. дано напряжение 0>, которому соответствует поверхностный потенциал . 4, то при 1, )l4x 1 (при различ,1 % Ч1 Х1 ных концентрациях примеси под X u под Y ) заряд неосновных носителей будет перетекать в неравновесную емкость, образованную электродом (; n слоем полупроводника, изменяя поверхностный потенциал Q>, т.е. в пределах элемента ЛХ . реализуетt ся зарядовая связь, которая позволяет вводить неосновные носители из общего р-и-перехода в неравновесные

МДП-конденсаторы, образованные электродом строки (и слоем полупроводни1 ка при отсутствии метастабильного заряда в диэлектрике под электродом

При наличии метастабильного заря1,. да, при котором напряжение не приводит к образованию потенциальной ямы ,глубиной V4= 1, тока между р -и-пере30

1 71940

Изобретение относится к полупро- водниковой микроэлектронике и вычислительной технике и может найти применение в системах обработки информа ции, в частности в микропроцессах.

Приборы с зарядовой связью с заглублейнйм каналом, содержащие поле вые электроды, слой диэлектрика и слои"полупроводника противоположных типов проводимости,известными.11. . 10

-Однако такие прйборы могут работать только в качестве фотопреобразователей и динамических ЗУ.

По основному авт.св. 533090 известна матрица приборов с зарядовой 15 связью.

Эта матрица не может выполнять

Функцию ассоциативного ЗУ (АЗУ).

Целью изобретения является реали зация функции АЗУ. 20

Поставленная цель достигается тей, что в предложенной матрице на

1 полупроводниковой подложке размещен слой полупроводника противоположного типа проводимости,а слой диэлект- 25 рика под одним из электродов в каждой ячейке содержит ловушки захвата метастабильного заряда.

На фиг.1,2 показана предлагаемая матрица; фиг. 3-5 иллюстрируют ее работу.

Матрица представляет собой полупроводниковый кристалл, состоящий из основной подложки (наприМер, ртипа) и слоя полупроводника противо" 35 положного типа проводимости (o-типа) толщиной 1, покрытого диэлектриком, на который нанесены изолированные друг от друга электроды двух уровней, имеющие зарядовую связь в местах 40 пересечения только через слой полупроводника, нанесенного на основную подложку. Йижний ря (электродов— 1 -Y и верхний ряд электродов (столбцы) Х.1 - Х2 образуют в местах пе- 45

1 j ресечения элементы A>.>., в пределах которых между столбцами )(1 "7, и по верхностью" слоя- полупроводника расположен слой диэлектрика, обладающий свойством хранения метастабильного заряда при отключенном источнике пита. ния. Слой полупроводника и полупро:водниковая подложка -противоположного типа проводимости образуют объемный

1э-и -переход, общий для всей матрицы.

В пределах элементов Ях. ° между строками и столбцами реализуегся за@адовая связь, которая может быть

Обеспечена известными способами (близз 719408 4 ходом и конденсатором-строкой не бу-дет.

При приложении к Х напряжения, 1 соответствующего напряжению записи в МДП-структурах 0зсн,()(0.,1, произойдет зарядка ловушек в МНОП-струк.турах под электродом Х; в элементах

"x.Ч,. "x Ч что приведет к образо х; ванию метастабильного (в данном случае положительного) заряда 6„ в этих элементах. Связь между величиной порога О„, толщиной слоя кремния и-типа и уровнем его легирования N> можно получить, реп.ая уравнение Пуас сона для и — и р-областей (с уровнем легирования ЙА) и сшивая их,извести способом на границе .при условии равенства потенциалов циалом затвора и ДП-транзистора зарядом, находящимся в ПЗС,преобраэова-.

10 ние типа4Е . Для упрощения внешних управляющих схем первая "1" признака. опроса (в РС 1 или в РС2) может быть использована (после полного ввода признака) для подключения источника

15 .питания к общей шине, к которой будут

ым подключаться Х к — k и Х к — Х, в соответствии с выражением признака. Таким образом, после ввода признака (за время 4 = Ек+ V, где f - частота работы РС1 и РС2 ПЗС, - время переходных процессов при установлении напряжения О„ ), на заданных электродах столбцов будет установлено напряжение 0„ в соответствии с кодом (прямым и обратным) признака опроса.

Одновременно с установлением 0 на

/ электродах столбцов Xк-Х и Хк — Хq на

see электроды строк („- (подается импульс обедняющего напряжения, после чего все электроды строк отключаются от источника питания, образуя неравно весные МДП-конденсаторы. Затем проис" ходит выделение искомой строки за счет образования инверсионного слоя в МДП-конденсаторах неосновными носителями, поставляемыми из подложки через элементы А„.> или Ах.q.(в пре,х, 3 делах между X и . существует эаря1

i дбвая связь) в зависимости от величины метастабильного заряда под элект40 родом Х ° или Х, в элементах Й „. Режим заполнения МДП-конденсатора неоснованными носителями через элемент

A назовем режимом вычеркивания строк. Выборка искомой строки по ассоциативному признаку происходит согласно таблице истинности иэ

I которой видно, что только полное совпадение признаков опроса и ассо- . циативного, принадлежащего записанному в строке слову, не приводит к образованию инверсионного слоя в

Ч р Е, Й„

1 L++2d — -U — +

2(к д+М

Si 0 ° 2

t «В где — заряд электрона; и Я вЂ” диэлектрическая npo5i 310 о ницаемость полупроводника, диэлектрика и вакуума соответственно;

U — контактная разность потенК циалов р- п-перехода.

При C= Ь !О м, a= 1, 10 Тм, N = 10 1/см, hl> = 10 1/см, полу чим U = 11,8 В, что достаточно далеко от напряжения записи в МНОП" структурах метастабильного заряда (ч0-50 В), т.е. при напряжении О. на электродах столбцов информация, представленная зарядами Я„ и Я разрушаться не будет, Ассоциативный поиск информации может производиться следующим обра" эом.

Признак опроса длиной К вЂ” вводится в устройство, аналогичное устройствам регенераторов-инверторов и устройствам считывания без разрушения.информации, используемым в ПЭС

ЗУ и других ПЗС-устройствах, что приведет к вводу в регистры РС1 и РС2 признака в прямом (например, регистр

РС1) и обратном (регистр РС2) коде (если в РС1 введено, например число

Е . с(й М (2

+21 1 5 О

E : 2K,.f N ++NN

2 I О

1001, то в РС2 должно быть введено соответственно 0110). Далее производятся подключение ыин Х вЂ” Х и к

Х -Xq к источнику питания в соответствии с величиной заряда в ячейках РС1 и РС2. При этом может быть ис.пользовано свойство управления потенI

ИДП-конденсаторе, что эквивалентно по принятой терминологии нахождению невычеркнутой строки. Хаким образом, в результате параллельного ассоциа,тивного поиска будет выделена строка

Ъ в которой записана искомая информация.

719408

Х g Х;

1ссоциаыибные оризаа и /3у

%-i ф . ф-з

9j+g

М.L

Далее устройство работает в режиме счигывания. Для этого последовательно подается напряжение U на., столбцы Х +, -Х„ или Х< -Х„, что приводит в случае отсутствия метастабильного заряда (т.е. 80 в элементе A„ ) к изменению концентрации .основных носителей в подложке про-. тивоположного типа проводимости за счет заполнения потенциальной ямы в элементе A > . Это приведет к возникновению тока между слоем п!олупроводника и подложкой (объемный

j-п-переход), который может быть зафиксирован внешним устройством как наличие в элементе А,>. "1". Во всех других строках в элементах Д„.>. при j фд-образование инверсионного слоя происходит за счет неосновных носителей из равновесных МДП-конденсаторов (строк),- заполненных носителяии приассоциатйвном поиске при наличии зарядовой связи в элементах

Для предотврап(ения ложного ! считывания из других (вычеркнутых) Строк импульс напряжения:; поступающий íà X., должен иметь передний фройт специальной формы ("ступенька" или косой фронт") для того, чтобы вначале была возможность заполнения потенциальной ямы в элементе А,!.!.

j J (при Йо) из равновесных ИДП-конденсаторов (строк), а затем из общего

"" ф-й!- перехода, поскольку времена этих процессов сравнимы.

Стирание информации в заданном элементе A . !.. производится следую1 щим образом.

Для перезарядки ловушек (стира-, ние в МНОП-структуре) необходимы под- вижные носители. Запись информации производится подачей напряжения запи5 си (отрицательного слоя и -типа), на электрод Х;, что приведет к выбро" су электронов из ловушечных центров в МНОП-структуре и, следовательно, к заряду этой структуры положительным зарядом, нейтрализовать который может импульс противоположной полярности при наличии свободных носителей (электронов). Свободные носители в элементе А ..!. отсутствуют, если

1 ° 1 к электроду стрЬк приложено напряжение, приводящее к образованию обедненной основными носителями области на глубину слоя полупроводника вокруг электрода Х; при обратном смешении ! объемного р -!!-перехода, т.е. в этом случае МНОП-структура в элементе

A . - изолирована от основных носите ! лей. Используя свойство предлагаемой структуры - возможность локальной изоляции электрода Х; электродом (, в пределах элемента A -g., можно

У !

--.- . производить произвольную перезапись информации.

Предложенная матрица приборов с

-N зарядовой связью может работать как

ППЗУ.

Оценочные параметры АЗУ: быстродействие 10 нс, потребляемая мощность 1 м Вт, площадь кристалла, занимаемая элементом при стандартной фотолитографии, i50-200 мкм (бит), при этом необходимы только два элемента Ах.!,.40

Регулярность структуры, отсутствие ! планарных р ---и-переходов и контактов,,к ним позволяют достигнуть высокого процента выхода годных, а совмести4 мость с матрицами ПЗС позволяет создавать высокоэффективные микропроцессоры на одном кристалле.

719408

Редактор Л. Утехийа Техред Т.Фанта Корректор д. Пилипенко

ЙВ В ФЮ» Ю ЮМ ° ю й(ЮВ Ф Й4В °

Заказ 4018/3 Хираж 683 Подписное

ВНИИПИ Государственного icoìèòåòé СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Ю Ю М + Ю Ю МОЭМА Э ФМ Ь»

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4