DE1178114B - Halbleiteranordnung nach der Kompakttechnik, insbesondere fuer Schieberegister, Zaehler oder Speicher - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Internat. Kl: H 03 k

Deutsche Kl.: 21 al-36/18

Nummer: 1178 114

Aktenzeichen: J 21046 VIII a / 21 al

Anmeldetag: 19. Dezember 1961

Auslegetag: 17. September 1964

Die Erfindung betrifft Halbleiteranordnungen nach der Kompakttechnik, die aus mehreren gleichartig aufgebauten, bistabilen Schaltstufen bestehen und insbesondere für Schieberegister, Zähler oder Speicher verwendet werden können.

Aus dem Stande der Technik ist es bekannt, auf einem Halbleiterträger mehrere metallische, punktförmige Elektroden aufzubringen, beispielsweise durch Löten. Durch eine solche Anordnung erhält man mehrere nichtlineare Elemente, z. B. Dioden. Will man mit einer solchen räumlich vereinigten Gruppe von nichtlinearen Elementen eine Schaltungsanordnung aufbauen, so muß man die Koppelglieder zwischen den einzelnen Stufen und zu den Ein/Ausgängen der Schaltungsanordnung sowie die Schaltelemente, die die Verbindung zur Stromquelle herstellen, in üblicher Technik um die Gruppe von nichtlinearen Elementen anordnen.

Mit der Erfindung wird nun dieser Nachteil vermieden und eine Schaltungsanordnung angegeben, die wirtschaftlich in großen Massen hergestellt werden kann.

Die Erfindung betrifft also eine Halbleiteranordnung nach der Kompakttechnik, die aus mehreren gleichartig aufgebauten bistabilen Schaltstufen besteht, für Schieberegister, Zähler, Speicher od. dgl., mit einer auf einer leitenden Grundplatte aufgebrachten, halbleitenden Schicht und mit auf der halbleitenden Schicht so aufgebrachten punkt- oder flächenförmigen Elektroden, daß sich an den Übergangsstellen nichtlineare Elemente ergeben. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß auf die halbleitende Schicht eine Widerstandsschicht aufgebracht ist, die einerseits mit den Elektroden und andererseits mit Anschlußleiterstreifen verbunden ist, und daß die Widerstandsschicht räumlich so ausgebildet ist, daß sich die Arbeits- und Koppelwiderstände der einzelnen Stufen ergeben.

Die leitende Schicht kann entsprechend der gewünschten Widerstandswerte der Strompfade in der dafür geeigneten Form ausgeführt werden.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung können die halbleitenden Verbindungen als Tunneldioden ausgebildet sein und als einzelne Speicherelemente einer Speicheranordnung verwendet werden, wobei die Strompfade der leitenden Schicht für das Einschreiben und Ablesen von Informationen der einzelnen Speicherzellen dienen können.

Weitere Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen in Verbindung mit den Figuren und der Figurenbeschreibung zu entnehmen.

Halbleiteranordnung nach der Kompakttechnik,
insbesondere für Schieberegister, Zähler oder
Speicher

Anmelder:

International Standard Electric Corporation,

New York, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:

Dipl.-Ing. H. Ciaessen, Patentanwalt,

Stuttgart W, Rotebühlstr. 70

Als Erfinder benannt:

Arthur Edward Brewster, London

Beanspruchte Priorität:
Großbritannien vom 23. Dezember 1960 (44 297)

Die Erfindung wird nun an Hand der F i g. 1 bis 4 beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Halbleiteranordnung,

F i g. 2 eine Draufsicht auf diese Halbleiteranordnung,

3u Fig. 3 ein äquivalentes Schaltbild der Halbleiteranordnung,

Fig. 4 die Kennlinie eines der benutzten Halbleiterelemente.

Die in den F i g. 1 und 2 gezeigte Halbleiteranordnung besteht aus einer Mehrzahl von miteinander verbundenen Halbleiterelementen, die einen Einheitsbaustein mit beliebiger Länge ergeben. Dieser Einheitsbaustein besteht aus einem auf eine Grundplatte 11 aufgelöteten Halbleiterkörper 10, welche Grundplatte 11 gleichzeitig an eine elektrische Verbindungsleitung 12 angeschlossen ist, einer Vielzahl von Halbleiterverbindungen, die auf der Oberfläche des Halbleiterkörpers 10 durch Aufdiffundieren oder Auflegieren von Metallperlen 13 geformt sind, und außerdem aus einem profilierten Leiterstreifen 14 mit niedrigem, jedoch endlichem Widerstand. Der Leiterstreifen 14 ist durch Auflöten oder einen anderen geeigneten Prozeß mit jeder der Metallperlen 13 verbunden, und die obere Oberfläche dieses Leiterkörpers 14 ist mit einer Querrille versehen, um einen relativ dünnen Verbindungsweg 15 zwischen jedem Paar von angrenzenden Halbleiterverbindun-

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gen herzustellen. Zwischen jedem Abschnitt des Leiterkörpers 14 sind auf der dem Halbleiterkörper abgekehrten Seite ohmsche Verbindungen 16 zu je einem der drei Leiterstreifen 17 vorhanden.

Die Zwischenräume dieser Baueinheit sind ganz durch Isolierschichten 18 und 19 ausgefüllt, wodurch ein solider Aufbau in der Form eines kontinuierlichen Streifens beliebiger Länge gewährleistet ist.

Die Halbleiterverbindungen, die zwischen dem Halbleiterkörper 10 und den Teilen 13 vorhanden sind, haben die Charakteristik der bereits bekannten Tunneldioden.

Das äquivalente Schaltbild einer solchen Baueinheit zeigt die F i g. 3. Die Baueinheit besteht aus den Stufen Ji, B, C, D und E eines an sich bekannten Schieberegisters für die Speicherung digitaler Informationen. Jede Stufe dieses Registers besteht aus einer Tunneldiode 20, in Serie mit einem Arbeitswiderstand 21. Die Verbindung zwischen zwei benachbarten Elementen erfolgt durch einen Koppelwiderstand 22, und ein weiterer Widerstand 23 verbindet die erste Stufe mit der Eingangsleitung 24.

Es ist zu erkennen, daß die Halbleiterverbindungen zwischen den Perlen 13 und dem Halbleiterkörper 10 (Fig. 1 und 2) den Tunneldioden 20 (Fig. 3) entsprechen, während die Widerstände22, die zwei benachbarte Stufen miteinander verbinden, durch den schmalen Verbindungsweg 15 des Leiterkörpers 14 geformt werden. Die Lastwiderstände 21 werden durch die Teile des Leiterkörpers 14 geformt, die zwischen den Metallperlen 13 und den ohmschen Verbindungspunkten 16 liegen. Die Eingangsleitung 24 der Baueinheit ist mit dem einen Ende des Leiterkörpers 14 verbunden, und der erste schmale Verbindungsweg 15a entspricht dem Koppelwiderstand am Eingang 23. Der Metallstreifen 12 (Fig. 1) entspricht der gemeinsamen Rückleitung 12 in Fig. 3. Die drei Leiterstreifen 17 versorgen die einzelnen Stufen mit Taktimpulsen.

Zur Funktionsbeschreibung der Schaltungsanordnung wird nun das Kennlinienbild der F i g. 4 hinzugezogen. Die Kurve 25 entspricht der Kennlinie einer der Tunneldioden 20, wobei gleichzeitig der Belastungswiderstand als eine Widerstandsgerade 26 eingezeichnet ist. Es sind zwei stabile Arbeitspunkte 27 und 28 möglich, wobei die angelegte Spannung zwischen der Diode und dem Lastwiderstand je nach Arbeitspunkt verschieden aufgeteilt wird. Diese beiden stabilen Lagen können die beiden digitalen Werte »0« und »1« darzustellen.

Wird nun der ersten Stufe A des Registers über die Takteitung 17 eine Spannung ν zugeführt, so wird sich der Arbeitspunkt der ersten Stufe auf den Punkt 27 einstellen. Wird jedoch gleichzeitig ein positiver Spannungsimpuls an die Emgangsleirung 24 gelegt, so wird die Stufe in ihren zweiten Arbeitspunkt 28 geschaltet. Die Stufe kann zurückgesetzt werden, entweder durch eine negative Spannung an der Eingangsleitung 24 oder dadurch, daß die an der Taktleitung liegende Spannung ν abgeschaltet wird.

Wird, während sich die Stufet des Registers im Punkt 28 befindet, auf eine der Taktleitungen 17 ein Spannungsimpuls ν auf die zweite Stufe B gegeben, so wird diese Stufe die gleiche Stellung wie die Stufet einnehmen, so daß die erste dann zurückgesetzt werden kann. Ein gespeichertes Bit kann also auf diese Weise von Stufe zu Stufe im Register verschoben werden.

Um sicherzustellen, daß die Information in dem Register nur in einer Richtung verschoben wird und daß keine Nachricht verlorengeht, ist es notwendig, für jedes Informations-Bit drei Stufen vorzusehen. Die Stufen sind gruppenweise zusammengefaßt, und jede dritte Stufe ist mit dem gleichen Leiter 17 verbunden.

Die Arbeitsweise des Registers hängt davon ab, wie die Taktleitungen 17 erregt werden. Werden z. B. die Leitungen 17 mit einer Serie von Spannungsimpulsen gespeist, wobei jeder der Impulse in einer Leitung sich mit dem Impuls in der vorangehenden Leitung überlappt, so wird die Information kontinuierlich im Register weitergeschaltet. Der Ausgang des Registers kann dann wieder mit dem Eingang des Registers verbunden werden, um eine dauernde Zirkulation der Information zu erreichen. Die Baueinheit kann jedoch auch als einfache Verzögerungsleitung von bestimmter Kapazität verwendet werden.

Um eine maximale Flexibilität in der Herstellung der Widerstandswerte der Last- und Koppelwiderstände 21, 22 und 23 (Fig. 3) zu erreichen, wird die elektrisch leitende Schicht 14 zweckmäßigerweise in der in der F i g. 1 gezeigten Form ausgeführt. Es ist jedoch auch möglich, ohne sich vom Grundprinzip der Erfindung zu entfernen, die leitende Schicht 14 als ein gleichmäßiges Band auszuführen, wobei dann die Widerstände 21, 22 und 23 nicht mehr als einzelne Widerstände erkennbar sind, sondern als vermaschte Stromwege, die über Widerstandsstreifen verschiedener Länge führen. In dieser abgewandelten Form ist diese Baueinheit nur aus gleichmäßig verlaufenden Schichten aufgebaut, so daß eine Fertigung durch einen kontinuierlich ablaufenden, eventuell sogar automatischen Prozeß möglich ist.

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Halbleiteranordnung nach der Kompakttechnik, die aus mehreren gleichartig aufgebauten bistabilen Schaltstufen besteht, insbesondere für Schieberegister, Zähler oder Speicher, mit einer auf einer leitenden Grundplatte aufgebrachten, halbleitenden Schicht und mit auf der halbleitenden Schicht so aufgebrachten punkt- oder flächenförmigen Elektroden, daß sich an den Übergangsstellen nichtlineare Elemente ergeben, dadurch gekennzeichnet, daß auf die halbleitende Schicht (10) eine Widerstandsschicht (14) aufgebracht ist, die einerseits mit den Elektroden (13) und andererseits mit Anschlußleiterstreifen (17) verbunden ist, und daß die Widerstandsschicht (14) räumlich so ausgebildet ist, daß sich die Arbeits- und Koppelwiderstände (21 bzw. 22 und 23) der einzelnen Stufen ergeben.

2. Halbleiteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der elektrisch leitenden Schicht (14) mindestens ein Leiterstreifen (17) aufgebracht ist, der jedoch nur an einem oder mehreren bestimmten Punkten (16) mit der leitenden Schicht (14) verbunden ist.

3. Halbleiteranordnung nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Schicht (14) den gewünschten Widerstandswerten der Strompfade entsprechend geformt ist.

4. Elektronische Speicheranordnung unter Verwendung einer Halbleiteranordnung nach einem

oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die halbleitenden Verbindungen einzelne Speicherelemente der Speicheranordnung und die leitende Schicht (14) Strompfade für das Einschreiben und Ablesen von Informationen der einzelnen Speicherzellen darstellen.

5. Elektronische Speicheranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, -daß diese als Schieberegister ausgebildet ist.

6. Elektronische Speicheranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die mit dem Halbleiterkörper (10) die halbleitenden Verbindungen formenden Metallperlen (13) einerseits über erste Strompfade und Verbindungspunkte (16) mit den Leiterstreifen (17), denen Taktimpulse für die einzelnen Speicherelemente zuführbar sind, verbunden sind, und daß die Metallperlen (13) andererseits zur Kopplung der einzelnen Stufen untereinander, über zweite Strompfade (15) miteinander verbunden sind, wobei die ersten und zweiten Strompfade aus der leitenden Schicht (14) geformt werden.

7. Elektronische Speicheranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen dem Halbleiterkörper (10) und den Metallperlen (13) bestehenden halbierenden Verbindungen als Tunneldioden ausgebildet sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 654 909.

In Betracht gezogene ältere Patente:
Deutsches Patent Nr. 1137 070.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

499 687/273 9. 64

ι Bundesdruckerei Berlin