DE1261883B - Elektronischer Impulsspeicher - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

H03k

Deutsche Kl.: 21 al - 36/14

Nummer: 1261 883

Aktenzeichen: J 30776 VIII a/21 al

Anmeldetag: 7. Mai 1966

Auslegetag: 29. Februar 1968

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Impulsspeicher, insbesondere für Anwendung in der Digitaltechnik, bei dem ein elektrischer Impuls an einem Ende einer Folge von Speicherstellen eingegeben und mit konstanter Geschwindigkeit durch die Speicherstellen geleitet wird, bis er aus dem Speicher zu einer bestimmten Zeit nach der Eingabe abgerufen wird. Diese Art eines Speichers entspricht einem Verzögerungsleitungsspeicher, bei dem die Geschwindigkeit der Informationsweitergabe längs des Speichers durch die Speicherparameter, und nicht durch irgendwelche äußeren Einflüsse wie Taktimpulse, gegeben ist.

Der Impulsspeicher zeichnet sich erfindungsgemäß dadurch aus, daß auf einer Halbleiterschicht, die bei Doppelinjektion den Effekt eines negativen Widerstandes aufweist, zwei Reihen von Injektionskontakten für die Injektion von Löchern bzw. Elektronen angeordnet sind, wobei die Injektionskontakte jeder Reihe durch Widerstände einzeln mit einem für jede Reihe gemeinsamen äußeren Anschluß verbunden sind, und daß die Verbindungen, Widerstände und äußeren Anschlüsse jeder Reihe von der Halbleiterschicht elektrisch isoliert sind und die Injektionskontakte der beiden Reihen über Koppelkapazitäten zu aufeinanderfolgenden Paaren verbunden sind.

Halbleiterschichten, beispielsweise aus Galliumarsenid, die bei Doppelinjektion den Effekt eines negativen Widerstandes aufweisen, sind aus der Zeitschrift »Proc. IRE« (Dezember 1962), S. 2421 bis 2428, bekannt.

Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die beiden Injektionskontaktreihen auf gegenüberliegenden Oberflächen der Halbleiterschicht axial ausgerichtet, wobei die Injektionskontakte der einen Reihe den Injektionskontakten der anderen Reihe gegenüberliegen. Bei einer anderen Ausführungsform ist jede Oberfläche der Schicht mit zwei Löcher bzw. Elektronen injizierenden Injektionskontaktreihen in Form einer ineinandergreifenden Fingerstruktur versehen, wobei die ineinandergreifenden Fingerstrukturen auf den beiden gegenüberliegenden Oberflächen axial ausgerichtet, und die Löcher injizierenden Injektionskontakte der einen Struktur den Elektronen injizierenden Injektionskontakten der anderen Struktur gegenüberliegen.

Vorzugsweise bestehen die Injektionskontakte aus Gold bzw. Aluminium und sind als dünne Schichten auf einem Substrat aus halbisolierendem Galliumarsenid aufgebracht. Injektionskontakte aus Gold bzw. Aluminium an η-leitendem Galliumarsenid sind Elektronischer Impulsspeicher

Anmelder:

Deutsche ITT Industries
Gesellschaft mit beschränkter Haftung,
7800 Freiburg, Hans-Bunte-Str. 19

Als Erfinder benannt:

Joseph Franks, Harlow, Essex (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 20. Mai 1965 (21361)

an sich aus der Zeitschrift »IBM Technical Discl. Bull.«, 7 (Juni 1964), S. 109, und der USA.-Patentschrift 3 114 088 bekannt. Die vorliegende Erfindung erstreckt sich nicht auf die Herstellung derartiger Injektionskontakte an Halbleiterschichten, sondern lediglich auf die Verwendung derartiger Halbleiterschichtungen in einem Impulsspeicher und die dafür notwendigen Anschlüsse und deren Kontaktierung. Die Widerstände und äußeren elektrischen Anschlüsse sind vorzugsweise Muster von dünnen Schichten, welche auf einer dünnen isolierenden Schicht auf dem Galliumarsenid angeordnet sind und die Injektionskontakte kontaktieren.

Die obengenannten und weitere Merkmale der vorliegenden Erfindung sollen im folgenden an Hand zweier Ausführungsformen in Verbindung mit dei Zeichnung erläutert werden, in dieser zeigt

F i g. 1 im Querschnitt eine Galliumarsenidschicht mit einem Muster von Injektionskontakten auf jeder Oberfläche,

Fig. 2 eine typische durch Doppelinjektion verursachte Kennlinie mit negativem Widerstandsbereich,

F i g. 3 ein schematisches Schaltbild eines digitalen Impulsspeichers,

F i g. 4 in Draufsicht eines der Kontaktmuster auf einer Oberfläche der Anordnung gemäß Fig. 1,

F i g. 5 im Querschnitt eine andere Ausführungsmöglichkeit zur Anordnung gemäß F i g. 1 und
F i g. 6 in Draufsicht ein Kontaktmuster auf einer Oberfläche der Anordnung gemäß Fig. 5.

Die Anordnung gemäß den F i g. 1 und 4 enthält eine Platte 1 aus Galliumarsenid mit hohem spezi-

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fischem Widerstand, die auf einer Oberfläche eine Reihe von Injektionskontakten 2 a, 2 b usw. aus Gold, und auf der gegenüberliegenden Oberfläche eine Reihe von Injektionskontakten 4 a, 4b usw. aus Aluminium aufweist. Wird eine Vorspannung von 2 V an die Injektionskontakte 2 a, 4 a angelegt, so ist, wie in F i g. 2 gezeigt, der zwischen ihnen im Galliumarsenid fließende Strom I₁ sehr klein. Wird nun ein Impuls V_p derart angelegt, daß die anliegende Spannung die Spannungsschwelle V_t überschreitet, so tritt ein Effekt mit negativem Widerstand auf. Der Strompfad nimmt einen Zustand mit niedrigem Widerstand an, und nach Abklingen des Impulses fließt ein großer Strom I₂ bei Aufrechterhaltung der Vorspannung 2 V.

Um die Impulsspeicheranordnung zu vervollständigen, wird jeder einzelne Goldkontakt 2 a, 2 b eines Gold-Aluminium-Paares über eine Kopplungskapazität 3 a, 3 b usw. mit dem entsprechend nächsten Aluminiumkontakt 4b, 4c gemäß Fig. 3 gekoppelt. Wenn der negativ gerichtete Impuls V₁, an den Injektionskontakt 4 a angelegt wird und der Strompfad 2a-4a in den Zustand niedrigen Widerstandes schaltet, wird die Kopplungskapazität 3 α geladen. Demzufolge wird der Impuls V„ zum Injektionskontakt 4 weitergeleitet, und der Strompfad 2 a-3 α schaltet in den Zustand niedrigen Widerstandes, wobei die Kopplungskapazität 3 δ entladen wird usw. Ist die Kopplungskapazität 3 a einmal entladen und hat der Strompfad 2b-4b durchgeschaltet, so fällt das Potential an den Injektionskontakten 2a-4a unter die kritische Haltespannung V_c ab, und diese Stufe kehrt in den Zustand hohen Widerstandes zurück. Somit wird der ursprüngliche Impuls V_p mit einer durch die Schaltungsparameter, wie die Werte der Kopplungskapazitäten 3 a, 3 b usw. und der Widerstände 5 a, Sb, 6 a, 66 usw., sowie der Schaltgeschwindigkeit der Galliumarsenidstrompfade, gegebenen Geschwindigkeit von Stufe zu Stufe weitergeleitet. Die Übertragungsgeschwindigkeit ist vollständig unabhängig von irgendwelchen Taktimpulsfolgen, da der Impulsspeicher lediglich eine Gleichvorspannung benötigt.

Die Gold- und Aluminiumkontakte sind als dünne Schichten aufgebracht, die im Vakuum auf die Oberflächen der Galliumarsenidunterlage aufgedampft werden. Wie in F i g. 4 gezeigt, werden die Goldkontakte 2 a, 2 b usw. in einer Reihe auf die Oberfläche der Platte 1 aufgebracht. Der Rest der Oberfläche wird durch eine dünne Isolierschicht 7 bedeckt, wonach ein Dünnschichtmuster aus Chrom-Nickel hergestellt wird. Dieses Muster enthält den gemeinsamen Anschluß 8 zur Vorspannungsversorgung, die einzelnen Widerstände 5 a, 5 b usw., die Verbindungen 9 α, 9b usw. zu den Goldkontakten 2a, 2b und einzelne Zuleitungen 10 a, 10 b usw., an die die Koppelkapazitäten 3 a, 3 b (nicht gezeigt) später angeschlossen werden. Ein ähnliches Dünnschichtmuster aus Chrom und ein Verfahren zur Herstellung bei Galliumarsenidplanartransistoren war beispielsweise aus der »Zeitschrift für Naturforschung«, 1964, S. 1433 und 1434 bekannt.

Die Gold- und Aluminiumdünnschichten sind bei einer typischen Ausfuhrungsform zwischen 500 und A und das Substrat etwa 0,1 mm dick. Jeder einzelne Kontakt ist 0,5 mm breit bei einer Länge von 1 mm. Der spezifische Widerstand des Galliumarsenids beträgt etwa ΙΟ⁸ Ωαη. Die Dicke und Berandung des Chrom-Nickelmusters, insbesondere der Streifen 5 a, 5 b hängt von dem geforderten spezifischen Widerstand ab.

Da bei der oben beschriebenen Anordnung die Gold- und Aluminiumkontakte sich auf getrennten Oberflächen befinden, ist eine mit einem Injektionskontakt auf einer Oberfläche und einem Injektionskontakt auf der anderen Oberfläche jeder einzelnen Stufe verbundene Koppelkapazität erforderlich.

Die F i g. 5 und 6 zeigen eine andere Anordnung, bei der jede Oberfläche zwei Reihen von Injektionskontakten, eine aus Gold und eine aus Aluminium, aufweist. Die Technik des Dünnschichtaufbaues ist die gleiche wie oben, aber eine Oberfläche der Unterlage trägt nun zur Hälfte die Goldkontakte 2 a, 2 c usw., und in Form ineinandergreifender Finger zur anderen Hälfte die Aluminiumkontakte 4 b, 4d usw. Die andere Oberfläche trägt die übrigen Kontakte 2b, 2d und 4a usw. in einer ähnlichen Gliederung. Sämtliche Goldkontakte auf beiden Oberflächen werden mit einem Anschluß der Vorspannungsquelle, und alle Aluminiumkontakte mit dem anderen Anschluß verbunden. Die Koppelkapazitäten können nun zwischen Injektionskontaktpaaren auf der gleichen Oberfläche, d. h. 2a-4&, 2&-4c, 2c-4a* usw. eingefügt werden.

Die Koppelkapazitäten 3 a, 3 b usw. selbst können aus einem auf dem isolierten GaUiumarsenidkörper aufgebrachten Kapazitätsdünnschichtmuster bestehen. Diese Ausbildung ist besonders bei der Konstruktion gemäß den Fig. 5 und 6 anwendbar.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Impulsspeicher, dadurch gekennzeichnet, daß auf einer Halbleiterschicht, die bei Doppelinjektion den Effekt eines negativen Widerstandes aufweist, zwei Reihen (2, 4) von Injektionskontakten für die Injektion von Löchern bzw. Elektronen angeordnet sind, wobei die Injektionskontakte jeder Reihe durch Widerstände (5, 6) einzeln mit einem für jede Reihe gemeinsamen äußeren Anschluß (8) verbunden sind, und daß die Verbindungen (9, 10), Widerstände und äußeren Anschlüsse jeder Reihe von der Halbleiterschicht elektrisch isoliert und die Injektionskontakte der beiden Reihen über Koppelkapazitäten (3) zu aufeinanderfolgenden Paaren verbunden sind.

2. Impulsspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktreihen auf gegenüberliegenden Oberflächen der Halbleiterschicht axial ausgerichtet aufgebracht sind und die Injektionskontakte (2 α, 2 b, 2 c) jeder Reihe den Injektionskontakten (4 a, 4 b, 4 c) der anderen Reihe gegenüberliegen.

3. Impulsspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Oberfläche der Halbleiterschicht zwei Reihen von Injektionskontakten für die Injektion von Löchern und Elektronen in Form eines Musters von ineinandergreifenden Fingern angeordnet sind, daß die Muster der ineinandergreifenden Fingerstrukturen auf den entgegengesetzten Oberflächen zueinander axial ausgerichtet sind, und daß die

Löcher injizierenden Injektionskontakte (2 a, 2 b, 2 c) des einen Musters den Elektronen injizierenden Injektionskontakten (4 a, 4 b, 4 c) des anderen Musters gegenüberliegen.

4. Impulsspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher injizierenden Injektionskontakte (2 a, 2 b, 2 c) aus Gold bestehen.

5. Impulsspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektronen injizierenden Injektionskontakte (4 a, 4 b, 4 c) aus Aluminium bestehen.

6. Impulsspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiterschicht aus halbisolierendem Galliumarsenid besteht.

7. Impulsspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungen (9, 10), Widerstände (5, 6) und äußeren Anschlüsse (8) für jedes Muster aus Chrom-Nickel-Dünnschichten bestehen.

8. Impulsspeicher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Chrom-Nickel-Dünnschichten über einer dünnen Isolierschicht auf der Halbleiteroberfläche aufgebracht sind und lediglich die Injektionskontakte berühren.

9. Impulsspeicher nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppelkapazitäten (3) Dünnschichtkondensatoren sind.

In Betracht gezogene Druckschriften:

USA.-Patentschrift Nr. 3 114088;

»Proceedings IRE«, Dezember 1962, S. 2421
bis 2488;

»IBM Technical Disclosure Bulletin«, 7, 1964,
Juni, S. 109;

»Zeitschrift für Naturforschung«, 1964, S. 1433
und 1434.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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