DE1026791B - Speicherschaltung unter Verwendung ferroelektrischer Kondensatoren - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf elektrische Speicherschaltungen, und zwar auf Speicherschaltungen mit ferroelektrischen Kondensatoren.

Eines der bei ferroelektrischen Speicherschaltungen auftretenden Probleme besteht darin, ein hohes Signal: Störverhältnis für das Ausgangssignal zu erhalten. Das Signal : Störverhältnis einer Speicherschaltung kann als das Verhältnis zwischen dem Ausgangssignal beim Entnehmen einer 1 und dem Ausgangssignal beim Ausspeichern einer 0 definiert werden. Bei ferroelektrischen Kondensatoren wird das Ausgangssignal in Form einer elektrischen Ladung erhalten. Daher muß das Verhältnis der jeweiligen Ladungen zueinander groß sein, wenn der Speicherkondensator brauchbar sein soll. Es gibt jedoch mindestens vier Faktoren, die das Signal : Störverhältnis ferroelektrischer Kondensatoren herabsetzen können. Ferroelektrische Kondensatoren mit Bariumtitanat als Speicherkristall zeigen häufig eine Art von Verfallserscheinung, die im folgenden als Verfallserscheinung erster Art bezeichnet werden soll. Diese Verfallserscheinung ergibt ein Ausgangssignal mit verringertem Signal : Rauschverhältnis, und zwar dadurch, daß das Ausgangssignal für die 1 wirksam herabgesetzt wird. Ein zweiter Faktor ist die innere Vorspannung, die man manchmal bei bestimmten anderen ferroelektrischen Materialien, wie z. B. bei Guanidin-Aluminiumhexahydratsulfat, findet. Die Wirkung der inneren Vorspannung besteht darin, daß das beim Ausspeichern einer 0 abgegebene Ausgangssignal vergrößert und daß das beim Ausspeichern einer 1 abgegebene Ausgangssignal verringert wird. Der dritte Faktor ist das häufige Auftreten ferroelektrischer Kondensatoren mit nicht rechteckiger Hystereseschleife, wie dies z. B. kleine Kristalle des Guanidin-Aluminiumsulfathexahydrats zeigen. Kondensatoren mit nicht quadratischen Hystereseschleifen zeigen enge Spannungs-Betriebs ansprechgrenzen. Solche Kondensatoren sind zu unstabil, als daß sie in den bisher bekannten Speicherschaltungen verwendet werden können, da dort ein hohes Maß von Stabilität erforderlich ist. Ein vierter Faktor besteht in der Wirkung von Störimpulsen auf nicht ausgewählte Kondensatoren einer ferroelektrischen Speichermatrix. Während des Einspeicherns und Entnehmens von Information im Zusammenhang mit einer ferroelektrischen Matrix werden Impulse an verschiedene, nicht ausgewählte Kondensatoren angelegt. Die Wirkung solcher Störimpulse besteht darin, daß ein Teil der Bereiche des ferroelektrischen Materials in einem solchen Maße umgekehrt wird, daß zuletzt die ursprünglich eingespeicherte Information erneut eingespeichert werden muß, obgleich sie nicht entnommen wurde.

In letzter Zeit entwickelte ferroelektrische Konden-Speidierschaltung unter Verwendung
ferroelektrischer Kondensatoren

Anmelder:

Western Electric Company, Incorporated, New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. Dr. R. Herbst, Rechtsanwalt,
Fürth (Bay.), Breitscheidstr. 7

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 7. Februar 1956

John Reid Anderson, Berkeley Heights, N.J. (V. St. A.), ist als Erfinder genannt worden

satoren scheinen keine dauernde \^reränderung ihrer elektrischen Eigenschaften zu zeigen, auch nicht nach Hunderten von Stunden Dauerbetrieb. Sie zeigen jedoch unter bestimmten Impulsbedingungen die obenerwähnte Verfallserscheinung erster Art, die infolge einer zeitweisen Ansammlung einer Raumladung innerhalb des Kristalls auftritt. Dieses Aufbauen einer Raumladung kann in ferroelektrischen Schaltungen ein ernstliches Problem darstellen, wenn nach jedem Speicherzyklus jedem ferroelektrischen Kondensator ein großer Wiedergewinnungs- oder Einspeicherimpuls zugeführt wird. Da weiterhin das Anwachsen einer solchen Raumladung von dem Zeitintervall zwischen aufeinanderfolgenden, dem Kondensator zugeführten Impulsen abhängig ist, wird dieses Anwachsen einer Raumladung verhindert, wenn die Kondensatoren mit hoher Geschwindigkeit abgetastet werden. Für andere Anwendungszwecke jedoch kann das Auftreten dieser Verfallserscheinung auf Grund des Entstehens einer Raumladung eine ernst zu nehmende Beschränkung darstellen.

Demgemäß ist es Aufgabe der Erfindung, verbesserte Speicherschaltungen zu schaffen, die ein hohes Signal : Störverhältnis aufweisen. Dabei sollen die ferroelektrischen Speicherschaltungen keine Verfalls-

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erscheinungen erster Art zeigen. Weiterhin sollen in diesen verbesserten ferroelektrischen Speicherschaltungen vor allen Dingen ferroelektrisch^ Kondensatoren mit nicht rechteckiger Hystereseschleife Verwendung finden. Ferner soll erreicht werden, daß die Einwirkung der inneren Vorspannung auf die Speichereigenschaften der Kondensatoren wirksam beseitigt wird.

Während des Verfallsvorganges gelangen positive

sperrt. Wird die Polarität der Leseimpulse oder der Dioden umgekehrt, so ergibt sich ein rascher Verfall. Eine einzelne in Reihe geschaltete Diode ist für das Verhindern einer sich ansammelnden Raumladung in den Kondensatoren mit relativ geringer Elektrodenfläche nicht so wirksam. Ein Kondensator mit Elektroden von 0,1 X 0,1 mm zeigt wesentlich langsamer vor sich gehende Verfallserscheinungen, wenn er mit einer Diode in Reihe geschaltet ist. Wird mit jeder

Ladungsträger aus der Richtung der Impulsquelle io Elektrode eines ferroelektrischen Kondensators eine

Diode verbunden, deren Polaritäten sich gegenseitig unterstützen, dann wird durch diese Kombination eine Verfallserscheinung erster Art wirksamer verhindert als mit der vorher erwähnten Kombination aus einer Diode mit einem ferroelektrischen Kondensator. Diese Dioden sind beide so gepolt, daß sie Speicherimpulse durchlassen und Lese- oder Abtastimpulse sperren. Eine Erklärung für die Wirksamkeit von getrennten, eine Anode aufweisenden Dioden an jeder Seite des

nach dem Kondensator und/oder negative Ladungsträger an die entgegengesetzte Elektrode des Kondensators. Wenn sich diese Ladungsträger im Kristallgitter anlagern, dann findet der Verfall statt. Wird die Polarität des angelegten Speicherimpulses umgekehrt, dann erscheint das Vorzeichen der injizierten Ladungsträger umgekehrt. Da bei großen Impulsspannungen diese Verfallserscheinung nur auftritt, wenn zwischen den Impulsen Pausenzeiten vorhanden

sind, muß die Injektion von Ladungsträgern während 20 Kondensators beim Verhindern von Verfallserscheidieser Pausen stattfinden. Werden negative Speicher- nungen erster Art besteht darin, daß nach einem Speiimpulse angelegt, dann wird der Verfall verhindert, cherimpuls eine Spannung über dem Kristall aufrechtwenn die positiven Ladungsträger daran gehindert erhalten wird. Sind beispielsweise die Anoden der werden, die der Impulsquelle am nächsten liegende Dioden der Impulsquelle zu gerichtet und werden Elektrode zu erreichen, oder wenn negative Ladungs- 25 negative Speicherimpulse verwendet, dann wird die träger daran gehindert werden, die von der Impuls- der Impulsquelle zugewandte Kondensatorelektrode quelle abgelegene Elektrode des Kondensators zu er- nach einem negativen Impuls in bezug auf die andere reichen. Daher wird entsprechend einem Gesichtspunkt Kondensatorelektrode negativ geladen bleiben. Nach der Erfindung der Durchgang van Ladungsträgern einem positiven Impuls ist der Kondensator vollstännach den Kristallen durch Verwendung von Sätti- 30 dig entladen.

gungsdioden oder anderen bei einem Spannungs- Werden zwei Siliziumschichtdioden mit ungefähr

den gleichen Sättigungseigenschaften in einer Schaltung gegeneinander in Reihe geschaltet, dann wird dadurch der Stromdurchgang durch diese Serien-35 schaltung beim Anlegen wachsender Spannung beliebiger Polarität so lange verhindert, bis eine bestimmte Sättigungs- oder Kippspannung erreicht wird. Dann beginnt ein Strom in Sperrichtung durch die entgegengerichtete Diode zu fließen, welcher rasch zurung eines Stromes verwendet werden kann oder die 40 nimmt. Wird die über dieser Serienschaltung angein diesem besonderen Fall als spannungsabhängiger legte Spannung umgekehrt, dann findet in gleicher Schalter wirkt. Die Siliziumdiode leitet den Strom in
Durchlaßrichtung genau wie eine gewöhnliche Diode.

schwellwert kippenden Vorrichtungen verhindert, die mit dem ferroelektrischen Kondensator in Reihe geschaltet sind, so daß dadurch der Verfall aufgehalten wird.

Wie der Zeitschrift »The Bell System Technical Journal«, Bd. 33, Nr. 4 vom Juni 1954, S. 827, entnommen werden kann, zeigen Siliziumschichtdioden eine Sperrstrom-Sättigungskennlinie, die zur Steue-

Wird eine wachsende Spannung in Sperrichtung ange-

Weise eine Sättigung in der anderen Sättigungsdiode statt, jede andere zweiseitig wirksame spannungsabhängige Vorrichtung, wie z. B. eine Gasdiode, würde legt, so zeigt die Diode ursprünglich eine hohe Im- 45 dieselben Schalt- und Trennfunktionen ausüben, wenn pedanz, und es fließt praktisch kein Strom durch die sie an Stelle einer Diode mit zwei Anoden verwendet Diode, bis eine Sättigungsspannung anliegt. Bei würde.

diesem Punkt nimmt der Sperrstrom rasch zu, ohne Wird ein Paar Siliziumschichtdioden mit etwa der

daß dabei eine weitere Erhöhung der Sperrspannung gleichen Sättigungskennlinie in Reihe gegeneinander erforderlich ist. Dies wird dadurch erklärt, daß beim 50 und in Reihe mit einem einzelnen ferroelektrischen Erreichen der .Sättigungsspannung die Elektronen Kondensator geschaltet, dann zeigt diese Serienschaltung neuartige Eigenschaften. Die scheinbare Koerzitivkraft des ferroelektrischen Kondensators wird für Impulse jeder Polarität um die Kippspannung einer 55 einzelnen Diode erhöht. Eine weitere wichtige Änderung, die sich durch diese Kombination ergibt, besteht in einer großen Verbesserung der Rechteckform der Hystereseschleife im Vergleich zu der Hystereseschleife des obengenannten Kondensators, so daß die Betriebsbedingungen zeigt ein Bariumtitanatkristall 60 Grenzwerte für koinzidierende Spannungsspeicherung mit Elektroden von 0,53 X 0,53 mm, welcher in Reihe innerhalb der Grenzwerte der Diode liegen können, mit einer Siliziumdiode mit einer Kipp- oder Lawi- Werden zwei Paare von Sättigungsdioden, die je-

nenspannung von 16VoIt geschaltet ist, einen Abfall weils in Reihe gegeneinandergeschaltet sind, mit den der Gesamtladung von 6°/o nach einer Stunde impuls- gegenüberliegenden Elektroden eines ferroelektrischen mäßigen Betriebes und zeigt keine weitere Änderung 65 Kondensators verbunden, dann bewirkt diese Schalfür die nächsten 17 Stunden Impulsbetrieb. Ohne die tung noch besser, daß die Verfallserscheinung erster Diode in der Schaltung sinkt die jeweils abgegebene Art verhindert wird, als wenn die Dioden nur auf Ladung nach 2 Minuten Impulsbetrieb um 5O°/o. einer Seite des Kondensators angeschaltet sind. Die Dieser Verfall wird nur verhindert, wenn diese ein- sich ergebene Hystereseschleife wird jedoch um die zelne Diode so gepolt ist, daß sie die Leseimpulse 70 doppelte Kipp- oder Sättigungsspannung einer Sätti-

und/oder Löcher, die den Strom in Sperrichtung bilden, eine genügend große Energie erteilt bekommen, um andere Elektronenlöcherpaare hervorzurufen, die den ursprünglichen Sperrstrom verstärken.

Wird eine Sättigungsdiode mit einer Anode mit richtiger Polarität mit einem ferroelektrischen Kondensator in Reihe geschaltet, dann wird das Entstehen einer Raumladung verhindert. Unter normalen

gungsdiode mit einer Anode gedehnt. Diese Hystereseschleife ergibt sich, obgleich die Hystereseschleife des Kondensators allein nicht rechteckig ist, oder sogar dann, wenn der Kondensator eine innere Vorspannung aufweist.

Werden dann, wenn keine Information gespeichert ist, Abtastimpulse an diese Serienschaltung angelegt, dann tritt ein merklicher Teil des über dieser Serienschaltung auftretenden Spannungsabfalls über den

Fig. 5 eine schematische Darstellung einer anderen beispielsweisen Ausführungsform einer ferroelektrischen Speicherschaltung,

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.

In Fig. 1 ist eine ferroelektrische Speicherschaltung bekannter Art dargestellt. Eine Impulsquelle 10 ist mit einem ferroelektrischen Kondensator 11 ver

destens um den Faktor 5. Signale mit ähnlich hohem Signal : Störverhältnis können von einer anderen Kombination von Dioden mit ferroelektrischen Kondensatoren abgeleitet werden.

Vorteilhafterweise können auch andere ferroelektrische Materialien mit perowskitischer Struktur, wie z. B. Kaliumniobat, in gleicher Weise in Verbindung mit Sättigungsdioden verwendet werden.

Beschreibung im Zusammenhang mit der Zeichnung. Dabei zeigt

Fig. IA eine schematische Darstellung einer ferroelektrischen Speicherschaltung bekannter Art und die Fig. 1B bis 1F verschiedene Diagramme von Ausgangssignalen und Hystereseschleifen von Schaltungen der in Fig. 1A gezeigten Art,

Fig. 2 A eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer ferroelektrischen Speicherschal-Sättigungsdioden auf, so daß dadurch nur eine kleine, io tung gemäß der Erfindung und die die Ziffer 0 bezeichnende Ladung an die Last abge- Fig. 2 B bis 2 F verschiedene Diagramme von Ausgeben wird. Ist jedoch in dem Kondensator eine In- gangssignalen und Hystereseschleifen von Schaltungen formation eingespeichert und wird zum Ausspeichern der in Fig. 2 A gezeigten Art,

dieser Information ein Impuls geeigneter Polarität an Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen weiterer

die Schaltung angelegt, dann tritt ein geringerer Teil 15 Ausführungsformen von ferroelektrischen Speicherdes Spannungsabfalls der Serienschaltung über dem schaltungen, ferroelektrischen Kondensator auf und bewirkt die
Umkehr der remanenten Polarisation des Kondensators, wodurch eine relativ große Ausgangsladung
an die Last abgegeben wird. Es wurde festgestellt, daß 20
durch Einfügen einer zwei Anoden aufweisenden
Sättigungsdiode in Reihe mit einem Bariumtitanatkondensator das Signal : Störverhältnis des Kondensators um einen Faktor von mindestens 3 erhöht wird.
Tn gleicher Weise erhöht sich das Signal : Störver- 25 bunden. Zwischen der anderen Elektrode des Kondenhältnis für Guanidin-Aluminiumsulfathexahydratmin- sators und Masse liegt ein Widerstand 12. Die Aus-.

gangsklemme 13 ist zwischen dem Widerstand 12 und dem Kondensator 11 angeschlossen. Es sei angenommen, daß die remanente Polarisation des Ferroelek-30 trikums so gerichtet sei, daß sie positiven Impulsen aus der Quelle 10 entgegengesetzt gerichtet ist. Ein positiver Impuls wird dann die remanente Polarisation umkehren, so daß ein relativ großer Ausgangsimpuls über dem Widerstand 12 auftritt und an der

Ein weiterer Vorteil ergibt sich durch die gemäß 35 Ausgangsklemme 13 zur Verfügung steht. Hat die der Erfindung verbesserte Rechteckform der Hysterese- remanente Polarisation ursprünglich die umgekehrte schleife dadurch, daß die Einwirkung von Störspan- Richtung, dann stellt der ferroelektrische Kondensanungeu auf nicht ausgewählte Kondensatoren einer tor für einen positiven Impuls aus der Quelle 10 nur Speichermatrix wirksam beseitigt wird. Wenn die eine kleine Signalkapazität dar, so daß eine geringere Betriebskennwerte bei Koinzidenzspannungsspeiche- 40 Ladung über den Widerstand 12 abfließt. Im ersten rung völlig innerhalb der Grenzwerte der Dioden oder Fall von remanenter Polarisation wird eine 1 eingeanderer zweiseitig wirksamer spannungsempfindlicher speichert, während im zweiten Fall eine 0 eingespei-Vorrichtungen gewählt werden können und ^wenn die _chert wird. Das Verhältnis der beim Abtasten einer 1 gesamte an die Kombination angelegte Spannung abgegebenen Ladung zu der beim Abtasten einer einkleiner ist als die doppelte Kipp- oder Lawinenspan- 45 gespeicherten 0 abgegebenen Ladung wird als Sinung der Serienschaltung, dann können Störimpulse gnal: Störverhältnis bezeichnet. Dieses Verhältnis benicht gewählte Kondensatoren nicht erreichen. stimmt die Güte oder relative Brauchbarkeit der

Daher ist es ein Merkmal der Erfindung, eine zwei- Schaltung als Speichermedium. Jede mit der Ausseitig wirksame spannungsabhängige Vorrichtung in gangsklemme 13 verbundene Abnahmevorrichtung Reihe mit einem ferroelektrischen Speicherkondensator 50 muß in der Lage sein, bei Ausgangssignalen zwizu schalten, dessen Betriebsspannungswerte innerhalb sehen 0 und 1 zu unterscheiden. Da die Kondensatorder der zweiseitig wirksamen, spannungsempfindlichen eigenschaften auch von jedem der vier genannten Fak-Vorrichtung liegen. Ferner stellt es ein Merkmal der toren beeinflußt werden, begrenzen diese Werte der Erfindung dar, ein Paar entgegengesetzt gepolter Ausgangssignale die Brauchbarkeit der Speicherschal-Sättigungsdioden mit ungefähr den gleichen Sätti- 55 tung. Weist die Schaltung jedoch ursprünglich, unabgungseigenschaften für Impulse jeder Polarität in hängig von den Kondensatoreigenschaften, ein hohes Reihe mit einem ferroelektrischen Kondensator zu Signal: Störverhältnis auf, dann ist diese Beschränschalten. Ein anderes Merkmal der Erfindung besteht kung für die Abnahmeschaltung oder eine andere mit darin, mit jedem ferroelektrischen Kondensator einer der Ausgangsklemme 13 verbundene Vorrichtung ferroelektrischen Matrix ein Paar entgegengesetzt ge- 60 ohne Bedeutung, und es wird dadurch eine zufriedenpolter Sättigungsdioden in Reihe zu schalten. stellende Arbeitsweise sichergestellt. Eine typische

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist es, ein Empfmdlichkeitskurve für ferroelektrische Konden-Paar Sättigungsdioden mit entgegengesetzter Polari- satoren dieser Art ist in Fig. 1 B dargestellt. Dort ist tat in Reihe und diese Kombination in Reihe mit ein Diagramm für eine Hystereseschleife dargestellt, jeder der Zeilenelektroden einer ferroelektrischen 65 die dadurch erreicht wird, daß eine Wechselspannung Matrix zu schalten und ferner eine einzelne Sätti- von 60 Hz und 10 Volt,,_f{ an einen 0,05 mm starken gungsdiode mit jeder Spaltendiode dieser ferroelek- Bariumtitanatkristall mit Elektroden von 0,1 XO, 1 mm irischen Matrix in Reihe zu schalten. angelegt wird. Eine ähnliche Kurve für die gleiche

Die Erfindung und ihre weiteren Merkmale werden Schaltung unter Verwendung eines 0,02 mm starbesser verständlich aus der Betrachtung der folgenden 70 ken Guanidin-Aluminiumsulfathexahydratkristalls mit ■

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Elektroden von 1,58mm Durchmesser ist in Fig. IC der Reihenschaltung mit dem gleichen Guanidin-Aludargestellt. In Fig. ID sind zwei Ausgangsimpulse miniumsulfathexahydratkristall und einer zwei Angezeigt. Der Impuls 14 stellt dabei den Ausgangsim- öden enthaltenden Siliziumdiode abgeleitet ist.
puls dar, der sich beim Ausspeichern einer 1 aus der Fig. 2 D zeigt zum Vergleich die Ausgangsimpuise Speicherschaltung ergibt, während 15 den Ausgangs- 5 für 1 und für 0, die vom gleichen Bariumtitanatkonimpuls für 0 darstellt. Die Fläche unter den ent- densator wie bei Fig. 1D erhalten werden, wenn diesprechenden Kurven stellt die gesamte an die Aus- ser in der Schaltung nach Fig. 2 A liegt. Die Kurve 23 gangsschaltung oder Last abgegebene Ladung dar. stellt ein Ausgangssignal für die Ziffer 1 und die Damit stellt das Verhältnis dieser Flächen zueinander Kurve 26 ein Ausgangssignal für die Ziffer 0 dar. Die das Signal: Störverhältnis dar. io sich dabei ergebende Verbesserung wird aus einem

In Fig. 1E und 1F sind Diagramme von Ausgangs- Vergleich der Fläche unter dem Impuls 15 der Fig. 1B impulsen von einer Speicherschaltung gemäß Fig. IA mit der unter dem Impuls 26 in Fig. 2 D ersichtlich, gezeigt, in der ein Guanidin-Aluminiumsulfathexa- Daher wird durch Einfügen einer zwei Anoden aufhydratkristall mit innerer Vorspannung verwendet weisenden Diode in die Schaltung mit dem Bariumwird. Zur Erzeugung der Impulse der Fig. IE wird 15 titanatkondensator das Signal : Störverhältnis um den die eine Elektrode mit der Impulsquelle 10 verbunden, Faktor 3 verbessert.

während für die Erzeugung der Impulse der Fig. IF Fig. 2 E und 2 F zeigen Diagramme, die bei Verdie andere Elektrode des gleichen Kondensators mit wendung des gleichen Guanidin-Aluminiumsulfatder Impulsquelle verbunden wird. Ein Vergleich des hexahydratkristalls in einer Schaltung nach Fig. 2 A Impulses 16 mit dem Impuls 17 zeigt daher, daß vom 20 erzielt werden, welcher auch zur Erzeugung der Kurgleichen Kondensator verschiedene Impulswerte für ven von Fig. 1E und 1F verwendet wird. Ein Verden Wert 1 erhalten werden, wenn der Kondensator gleich des Ausgangsimpulses 28 für die 1 in Fig. 2 E von verschiedenen Seiten her abgetastet wird. Ferner mit dem Ausgangsimpuls 29 für die 1 in Fig. 2 F ergibt sich aus einem Vergleich des Impulses 18 mit zeigt, daß der Kondensator immer noch eine innere dem Impuls 19, daß das Ausgangssignal für 0 im glei- 25 Vorspannung aufweist. Vergleicht man jedoch den chen Maße größer wird, wie das Ausgangssignal für 1 Ausgangsimpuls 30 für die 0 in Fig. 2 E mit dem kleiner wird. Daher bewirkt die innere Vorspannung Ausgangsimpuls 31 für die 0 in Fig. 2 F, so sieht man, eine Abnahme des Signal: Störverhältnisses durch daß durch die Anwesenheit der zwei Anoden auf-Verringern des Ausgangsignals für eine 1 und Er- weisenden Diode der Ausgangsimpuls für die 0 prakhöhen des Ausgangssignals für eine 0. 30 tisch verschwindet, unabhängig von welcher Richtung

Fig. 2 zeigt eine beispielsweise Ausführungsform der Kondensator impulsmäßig abgetastet wird, einer verbesserten Speicherschaltung gemäß der Er- Weiterhin zeigt ein Vergleich der Impulse 18 und 19 findung, bei welcher eine Impulsquelle 21 mit einer in den Fig. 1E und 1F mit den Impulsen 30 und 31, Reihenschaltung verbunden ist, die eine zwei Anoden wie der Ausgangsimpuls für die 0 sich verringert, aufweisende Sättigungsdiode 22, einen ferroelektri- 35 wenn die Diode 22 verwendet wird. Beim praktischen sehen Kondensator 24 und einen Lastwiderstand 12 Betrieb ergibt das Einschalten einer zwei x\noden entaufweist. Die Ausgangsklemme 13 ist zwischen dem haltenden Diode in Reihe mit dem Guanidin-Alu-Widerstand 12 und dem Kondensator 24 angeschlos- miniumsulfathexahydratkristall eine Erhöhung des sen. Die zwei Anoden aufweisende Sättigungsdiode Signal: Störverhältnisses um einen Faktor von min-22 verändert die Eigenschaften der Speicherschaltung 40 destens 5.

dadurch, daß ihre Sättigungseigenschaften zu denen Die Eigenschaften des ferroelektrischen Kondendes ferroelektrischen Kondensators hinzugefügt wer- sators können mit den Eigenschaften einer Gasdiode den. Die scheinbare Koerzitivkraft des Kondensators in ähnlicher Weise wie bei einer zwei Anoden aufwird um die Kippspannung der Diode erhöht. Die weisenden Diode und einem ferroelektrischen Konden-Steigung des oberen und des unteren Teils der 45 sator dadurch kombiniert werden, daß die Gasdiode Hysterereschleife wird jedoch verringert, wie dies am mit dem Kondensator in Reihe geschaltet wird. Die besten aus Fig. 2-B zu ersehen ist. Das kann auf die Gasdiode zeigt eine zweiseitig wirksame Spannungs-Tatsache zurückzuführen sein, daß die Diode als abhängigkeit, die der einer Diode mit zwei Anoden kleine Reihenkapazität wirkt, wenn dieser Teil der ähnlich ist, so daß sich eine im wesentlichen qua-Schleife durchlaufen wird, so daß dadurch die ge- 50 dratische Hystereseschleife ergibt, sogar dann, wenn samte wirksame Kapazität des Ferroelektrikums und der Kondensator an sich einen der erwähnten Faktoren der Diodenkombination unter die Kapazität des aufweist. Die bei Verwendung von Gasdioden er-Ferroelektrikums allein herabgesetzt wird. Eine an- forderlichen Impulsspannungen sind jedoch beträchtdere wichtige Änderung, die durch diese Kombination lieh höher als die für Schaltungen mit Sättigungsbewirkt wird, besteht in einer beträchtlichen Verbes- 55 dioden mit zwei Anoden benötigten Spannungen,
serung der Rechteckform der Hystereseschleife, so Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform einer daß die Betriebsgrenzwerte völlig innerhalb der ferroelektrischen Speicherschaltung gemäß der ErGrenzwerte der Diodeneinheit gewählt werden kön- findung, bei der die vier obengenannten störenden nen. Zum Vergleich der Eigenschaften der Korn- Faktoren ausgeschaltet sind. Eine Impulsquelle 21 ist bination mit denen des Kondensators allein zeigt die 60 mit einer Klemme einer ersten, zwei Anoden auf-Hyctereseschleife von Fig. IB die von einem 0,05 mm weisenden Sättigungsdiode 22 verbunden, die mit ihrer dicken Bariumtitanatkristall abgeleitete Schleife, anderen Klemme an einen ferroelektrischen Kondenwährend in Fig. 2B eine Schleife dargestellt ist, die sator 24 angeschlossen ist. Eine Serienschaltung nit von einer Serienschaltung des gleichen Kristalls mit einer zweiten Sättigungsdiode 25 mit zwei Ano'en einer zwei Anoden aufweisenden Siliziumdiode abge- 65 und ein Widerstand 32 sind an die andere Klerime leitet ist. In gleicher Weise zeigt Fig. 1 C eine Hyste- des Kondensators 24 angeschlossen. Die Ausgangsreseschleife, die man beim Anlegen einer Wechsel- klemme 27 ist zwischen der Diode 25 und dem Lastspannung von 60 Hz und 10 Volt_efi an einen 0,02 mm widerstand 32 angeschlossen.

starken Guanidin-Aluminiumsulfathexahydratkristall Eine mögliche Erklärung für das Arbeiten der

erhält, während die Hystereseschleife der Fig. 2 C von 70 Sättigungsdiode, die die Verfallserscheinung erster

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Art weitgehend herabsetzt, besteht darin, daß die angelegten negativen Impulses. Durch diesen Impuls Diode eine Ladung über dem Kristall aufrechterhält, wird die Sättigungsdiode gekippt, und die remanente nachdem die Schalt-oder Steuerimpulse weggenommen Polarisation des Kondensators 48 wird umgekehrt, so sind. Sind die Dioden wie in Fig. 3 angeschlossen, daß ein relativ großer Ausgangsimpuls an den Lastdann ist der ferroelektrische Kondensator während 5 widerstand 56 abgegeben wird und an der Klemme 60 der Zeit, in der keine Impulse angelegt werden, voll- zur Verfügung steht. Dieser vorher erwähnte positive ständig abgetrennt, so daß keine Ladung abfließen Impuls wird die Kondensatoren 49 und 50 nicht bekann. Weiterhin erhöhen die Eigenschaften der beiden einflussen, da deren remanente Polarisation so ge-Diodenpaare die des ferroelektrischen Kondensators lichtet ist, daß sie den Durchgang dieser Impulse in der gleichen Weise wie das einzelne Paar der io unterstützt, d. h., in diesen Kondensatoren werden Fig. 2 A mit der Ausnahme, daß die Sättigungswerte keine Impulse gespeichert. Die nicht ausgewählten verdoppelt werden. Kondensatoren der Matrix, die entweder an die

In Fig. 4 ist eine weitere Ausführungsform der Er- Impulsquelle 36 oder an die Impulsquelle 52 angefindung dargestellt. Eine Impulsquelle 21 ist mit einer schlossen sind, werden durch die von diesen Quellen Reihenschaltung verbunden, die eine erste Sättigungs- 15 angelegten Speicherimpulse nicht beeinflußt, da in diode 33 mit einer Anode, einen ferroelektrischen jedem Fall die Größe dieser Impulse nicht ausreicht, Kondensator 24, eine zweite Sättigungsdiode 34 mit um die Lawinen- oder Kippspannung der Sättigungseiner Anode und einen Lastwiderstand 32 aufweist. dioden dieser nicht ausgewählten Speicherkreise zu Sind die Dioden in der in Fig. 4 dargestellten Weise überwinden. Da diese nicht ausgewählten Kondengepolt, dann wird die linke Elektrode des ferroelek- 20 satoren durch die Speicherimpulse nicht beeinflußt irischen Kondensators immer weniger negativ auf- werden, erhält man für diese Art von Matrix ein geladen sein als die rechte Elektrode, und zwar bei großes Signal : Störverhältnis, und eine Information einem Potential, das der gesamten Lawinen- oder kann dauernd eingespeichert werden, ohne daß zu Kippspannung nach einem negativen Speicherimpuls periodischen Zeitpunkten eine erneute Einspeicherung entspricht. Nach einem positiven Abtastimpuls kann 25 nötig ist. Tn gleicher Weise werden auch die drei sich der Kristall vollständig entladen. anderen Faktoren ausgeschaltet. Für jeden Zweig der

Zum Einstellen der remanenten Polarisation des Matrix wird ein hohes Signal: Störverhältnis sicher-Kondensators 24 wird zuerst von der Quelle 21 ein gestellt, da jeder Teil der Matrix eine unabhängige negativer Impuls angelegt. Zum Ausspeichern oder Speichereinheit der in Fig. 2 A gezeigten Art darstellt. Umkehren der remanenten Polarisation liefert die 30 Während nur drei Zeilen und drei Spalten mit Elek-Tmpulsquelle 21 einen positiven Impuls an die Serien- troden dargestellt sind, ist es doch einleuchtend, daß schaltung. Tn Abhängigkeit von diesem positiven Im- eine weitgehend beliebig große Anzahl in gleicher puls wird ein großes Ausgangssignal an den Last- Weise verwendet werden kann.

widerstand 32 abgegeben und steht somit an der Aus- Fig. 6 zeigt eine weitere Ausführungsform der Er-

gangsklemme 27 zur Verfügung. Der Speicherabtast- 35 findung, bei der die vier obenerwähnten Faktoren dazyklus kann durch Anlegen eines anderen negativen durch ausgeschaltet werden, daß eine zwei Anoden Impulses von der Quelle 21 wiederholt werden. Diese aufweisende Sättigungsdiode in Reihe mit jeder Schaltung verhindert wirksam das Entstehen einer Zeilenelektrode der Matrix und eine nur eine Anode Raumladung in dem Kondensator, und zwar dadurch, aufweisende Sättigungsdiode mit jeder Spaltenelekdaß die Dioden nach Verschwinden des Speicher- 40 trode der Matrix in Reihe geschaltet ist. Eine Impulsimpulses eine Spannung über dem Kondensator auf- quelle 70 ist über eine zwei Anoden aufweisende rechterhalten, während nach einem Leseimpuls eine Sättigungsdiode 71 mit der Zeilenelektrode 72 der vollständige Entladung ermöglicht wird. Matrix verbunden. Die Kondensatoren 74, 75 und 76

Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung. liegen zwischen der Elektrode 72 und den Spaltenbei der einzelne Sättigungsdioden mit jedem Konden- 45 elektroden 77, 78 und 79. Sättigungsdioden mit nur sator einer ferroelektrischen Matrix verbunden sind. einer Anode 81, 82 und 83 sind in Reihe mit den Impulsquellen 35, 36 und 37 sind an die einzelnen Spaltenelektroden 77, 78 und 79 geschaltet. Mit den Zeilen der Matrix angeschlossen, während die Wider- Dioden 81. 82 und 83 sind Ausgangslastwiderstände stände 40, 41 und 42 als Lastwiderstände an diese 84, 85 und 86 verbunden.

Impulsquellen angeschlossen sind. Die Dioden 44, 45 50 Vorteilhafterweise ist die zum Kippen dieser ferro- und 46 sind zwei Anoden enthaltende Sättigungs- elektrischen Kondensatoren erforderliche Spannung dioden der oben beschriebenen Art und sind zwischen kleiner als die doppelte Kippspannung der Sättigungsder Impulsquelle 36 und den einzelnen Kondensatoren dioden, um sicherzustellen, daß die Wirkung von 48, 49 oder 50 eingeschaltet. In gleicher Weise sind Störspannungen ausgeschaltet wird. Wird ein Speicherzwischen den Impulsquellen der anderen Zeilen und 55 impuls durch die Quellen 70 bis 88 in der Weise anden einzelnen Kondensatoren der Matrix weitere gelegt, daß die Quelle 70 einen negativen Impuls und Dioden eingeschaltet. Ausgangsklemmen 60, 61 und 62 die Quelle 88 einen positiven Impuls liefert, die beide sind zwischen Lastwiderständen 56, 57 und 58 und so groß sind wie die Lawinen- oder Kippspannungen den entsprechenden Spaltenelektroden eingeschaltet. einer Sättigungsdiode, dann kippen die Dioden 71 Um ein Informationselement im Kondensator 48 60 und 81, und es wird im Kondensator 74 ein Impuls einzuspeichern, wird ein negativer Impuls aus der eingespeichert. Wird jetzt ein positiver Impuls von Quelle 36 gleichzeitig mit einem positiven Impuls aus der Quelle 70 mit ausreichender Amplitude zum der Quelle 52 angelegt. Die Amplituden dieser Im- Kippen der Diode 71 und für eine Umkehr der pulse sind jeweils nur die Hälfte der zum Kippen der remanenten Polarisation des Kondensators 74 ange-Sättigungsdioden und zum Kippen des Kondensators 65 legt, dann wird über die Diode 81 ein Ausgangsimpuls erforderlichen Amplitude. Zum Abtasten oder Aus- an den Lastwiderstand 84 abgegeben, und es kann von speichern des gespeicherten Elementes aus dem der Ausgangsklemme 90 ein Ausgangssignal abge-Kondensator 48 wird von der Quelle 36 ein positiver nommen werden. In Abhängigkeit von diesem posi-Impuls angelegt, dessen Amplitude zweimal so groß tiven Impuls aus der Quelle 70 können jedoch keine ist wie die Amplitude des vorher von dieser Quelle 70 Ausgangssignale an den Klemmen 91 oder 92 abge-

nommen werden, da die Polarisation der Kondensatoren 75 und 76 so gerichtet ist, daß sie den-Durchgang dieses Impulses unterstützt, so daß an diesen Klemmen ein Ausgangssignal für 0 auftritt. Weiterhin wird dieser positive Impuls keine störende Wirkung auf nicht ausgewählte Kondensatoren, wie z. B. 94 bis 99, haben, welche ausreichen könnte, diese Kondensatoren zu kippen, da in diesem Fall eine weitere Sättigungsdiode mit zwei Anoden gekippt oder gesättigt werden müßte. ίο

Daher ist beim praktischen Betrieb jeder Kondensator mit einer zwei Anoden aufweisenden Sättigungsdiode und einer Sättigungsdiode mit nur einer Anode zur Bildung einer verbesserten Speicherschaltung in Reihe geschaltet. Die in Reihe mit den Zeilenelektroden der nicht ausgewählten Zeilen liegenden Sättigungsdioden mit zwei Anoden verhindern wirksam das Anlegen von Störimpulsen an mit diesen Zeilen verbundene Kondensatoren, Diese neuartige Kombination stellt daher eine verbesserte Speichermatrix dar, die auf eine weitgehend beliebig große Anzahl von Zeilen- und Spaltenelektroden erweitert werden kann und bei der die vier obenerwähnten Faktoren wirkungsvoll ausgeschaltet sind.

Die vorteilhaften Eigenschaften der Erfindung können bei einer großen Anzahl ferroelektrischer Schaltungen zur Verbesserung der Arbeitsweise und der Eigenschaften dieser Schaltungen in bezug auf die oben erläuterten Faktoren verwendet werden. Daher kann beispielsweise in ferroelektrischen Wählschaltungen das Steuersignal zur Betätigung der Schalter auf verschiedene Weise an den ferroelektrischen Kondensator angelegt werden. Wird etwa eine zweiseitig wirksame, auf Spannungen jeder Polarität ansprechende spannungsabhängige Vorrichtung, wie z. B. eine zwei Anoden aufweisende Sättigungsdiode, verwendet, dann werden ebenfalls die im vorhergehenden beschriebenen Vorteile erreicht.

In gleicher Weise lassen sich die Prinzipien und Schaltungen gemäß der Erfindung in bestimmten Ausführungsformen von Impulszählschaltungen verwenden, wodurch sich verbesserte Eigenschaften und insbesondere keine Verfallserscheinungen ergeben, wenn auf Spannungen beider Polaritäten ansprechende spannungsempfindliche Kippelernente verwendet werden.

Man sieht daher, daß auf Spannungen beider Polaritäten ansprechende Kippelemente in Schaltungen gemäß der Erfindung nicht nur für die genannten Zwecke \'erwendet werden können, sondern auch für zahlreiche andere Steuer- und Schaltvorgänge.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Ferroelektrisch^ Speicherschaltung, bestehend aus einem Kondensator mit einem Dielektrikum aus ferroelektrischem Material und einer Impulsquelle zum Anlegen einer Anzahl von Impulsen bestimmter Spannungen an den Kondensator, wobei die Schaltung eine hohes Signal: Störverhältnis für das Ausgangssignal aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß Schaltmittel (z. B. 22, 25) zum Verhindern des Entstehens einer Raumladung innerhalb des ferroelektrischen Dielektrikums des Kondensators (24) vorgesehen sind, wobei diese Schaltmittel mindestens eine bei einem Spannungsschwellwert ansprechende Kippvorrichtung in Reihe mit dem Kondensator aufweisen, die den Kondensator während der Pausen zwischen aufeinanderfolgenden Impulsen aus der Impulsquelle (21) von dem Kondensator elektrisch abtrennt.

2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kippvorrichtung (22) eine Diode ist, die Sperrspannungs-Sättigungseigenschaften aufweist.

3. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel zum Verhindern des Entstehens einer Raumladung aus einem Paar gegensinnig gepolter Sättigungs-Kippdioden (22, 25) bestehen.

4. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel zum Verhindern des Entstehens einer Raumladung aus einem Paar spannungsempfindlicher Sättigungsdioden (33, 34) bestehen und daß jeweils eine Diode mit der einen und die andere Diode mit der anderen Kondensaforelektrode verbunden ist, wobei die Dioden in gleicher Richtung gepolt sind.

5. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltmittel zum Verhindern einer Raumladung aus zwei Paaren gegensinnig gepolter spannungsempfindlicher Sättigungsdioden (22, 25) bestehen und daß jeweils ein Paar (22) mit der einen Kondensatorelektrode und das andere Paar (25) mit der anderen Kondensatorelektrode verbunden ist.

6. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsquelle (21) Impulse beider Polaritäten mit einer Amplitude liefert, die ausreicht, um die Schaltmittel (22, 25) zum Verhindern des Entstehens einer Raumladung zu kippen und die remanente Polarisation des ferroelektrischen Dielektrikums umzukehren.

7. Schaltung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Impulsquelle, der Kondensator und die Schaltmittel zum Verhindern des Entstehens einer Raumladung in Reihe geschaltet sind und daß mit dieser Serienschaltung eine Ausgangsimpedanz (12, 32) verbunden ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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