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Die Erfindung bezieht sich auf ein Flip-Flop-Speicherzellenelement mit zwei auf einem gemeinsamen
Substrat befindlichen, integrierten Mehremittertransistoren, die je zwei Emitter, u. zw. einen Adressen- und einen
Informationsemitter und eine Basis- und eine Kollektorzone mit zugeordneten Kontakten umfassen.
Die bekannten Flip-Flop-Speicherzellenelemente auf der Grundlage eines Mehremittertransistors enthalten einen Adressenemitter und einen Informationsemitter, ein Basisgebiet und ein Kollektorgebiet mit stromgebendem Kontakt. Zwei solche Elemente gestatten es, eine Flip-Flop-Speicherzelle mit direkten
Kopplungen aufzubauen. Solche Speicherzellen sind bevorzugt, da es wegen der einfachen Konstruktion möglich ist eine hohe Anordnungsdichte derselben auf dem Kristall der integrierten Halbleiterschaltung zu erhalten.
Der Informationsemitter des Flip-Flop-Speicherzellenelementes wird für Eingabe und Ausgabe der
Stelleninformation aus der Zelle und die Adressenemitter werden für den Speicherzellenzugriff benutzt. Ein derartiges Speicherzellenelement ist aus der Schweizer Patentschrift Nr. 486778 (IBM) bekannt und weist beträchtliche Nachteile auf.
Im Sättigungszustand, wo der Informationsemitter unter einem höheren Potential als der Adressenemitter liegt, fliesst dem Informationsemitter ein Fremdinversionsverstärkungsstrom ab, der den Lesestrom von den an die gemeinsame Informationsschiene angeschlossenen Zellen, die zugegriffen werden, verringert. Somit schränken die Fremdströme die Zahl der an die gemeinsame Informationsschiene anschliessbaren Flip-Flop-Zellen ein.
Die Massnahmen, die gewöhnlich zur Senkung des Fremdverstärkungsstromes getroffen werden (Goldlegierung, besondere Gestaltung der Basis mit gezogenem Ansatz) führen zu folgenden unerwünschten
Ergebnissen. Die Goldlegierung macht den Herstellungsprozess der integrierten Schaltung komplizierter und teuerer ; die besondere Gestaltung der Basis erhöht den Platzbedarf für den Transistor in der Schaltung und steigert die Restspannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors, wodurch die Störfestigkeit der Speicherzelle gesenkt wird.
Zweck der Erfindung ist es, die erwähnten Mängel zu beseitigen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Flip-Flop-Speicherzellenelement mit zwei
Mehremittertransistoren zu schaffen, das über geringen Störstrom des Informationsemitters, verminderte
Kollektor-Emitter-Restspannung und geringe Abmessungen verfügt.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass jeweils der Informationsemitter zwischen dem
Adressenemitter und dem Kollektorkontakt angeordnet ist und der Abstand zwischen Informationsemitter und Adressenemitter kleiner als der Abstand zwischen Informationsemitter und Kollektorkontakt bemessen ist und dass jeweils die Kollektorkontakte und die Adressenemitter beider Transistoren miteinander und je eine Basis mit einem weiteren Kollektorkontakt (Signalkollektorkontakt) des jeweils andern Transistors elektrisch leitend verbunden sind.
Das erfindungsgemässe Speicherzellenelement gestattet es, den Fremdinversionsverstärkungsstrom in dem Informationsemitter um 2 bis 3 Grössenordnungen gegenüber den bekannten Ausführungen herabzusetzen. Im allgemeinen Falle gestattet dies den Lesestrom der gewählten Zelle wegen des Ausbleibens von Fremdströmen zu vermindern und die Leistungsaufnahme der Speicherzellen zu reduzieren.
Bei dem erfmdungsgemässen Speicherzellenelement ist keine besondere Gestaltung der Basis erforderlich, wobei der Widerstand des Kollektorkörpers (Epitaxialschicht) gleichzeitig als Kollektorbelastungswiderstand, der den Betriebszustand der Transistorstruktur bestimmt, benutzt werden kann. Dies alles gestattet den Platzbedarf für die Speicherzelle auf dem Kristall der integrierten Halbleiterschaltung um das 1, 5- bis 2fache zu verringern.
Bei dem erfindungsgemässen Flip-Flop-Speicherzellenelement ist keine"vergrabene"n-leitende Schicht nötig, wodurch die Herstellungstechnologie der integrierten Speicherschaltung vereinfacht wird. Die niedrige Restspannung am Kollektor des eingeschalteten gesättigten Transistors wird durch einen zusätzlichen Kollektorsignalanschluss im Feldbereich mit kleinstem Potential gesichert und ist nicht von dem spezifischen Widerstand der Epitaxialschicht abhängig.
Nachstehend wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel mit Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen Fig. 1 die Draufsicht eines Flip-Flop-Speicherzellenelementes aus zwei Mehremittertransistoren und Fig. 2 den Schnitt II-II gemäss Fig. l.
Wie aus Fig. 1 und 2 hervorgeht, besteht die Flip-Flop-Speicherzelle aus zwei identischen Mehremittertransistoren--l und 2--auf dem Träger--3--aus p-leitendem Silizium mit aufgetragener n-leitender Epitaxialschicht--4--, die voneinander durch die p-leitende Diffusionsschicht--5--getrennt
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vom Kontakt--10--der Basis--8--angeordnet.
Der Mehremittertransistor--2--enthält in seiner Basiszone--9--einen ohmschen Kontakt--14--, einen Adressenemitter--15-- (n+-leitendes Gebiet) und einen Informationsemitter--16-- (n+-leitendes Gebiet).
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Ein Kollektorkontakt --17-- des Mehremittertransistors --2-- ist in der Epitaxialschicht --4-seitlich des Kontaktes-14-in der Basiszone-9-untergebracht.
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--10-- des- des Mehremittertransistors-2-mit dem Kollektorkontakt --13-- des Mehremittertransistors - l-verbunden. Die elektrische Verbindung erfolgt mit Hilfe von aufgedampften metallischen Bahnen. Die Speisespannung wird den stromgebenden Kollektorkontakten--6 und 7-- beider Mehremittertransistoren --1 und 2-- zugeführt. Die Ein- und Ausgabe der Information erfolgt durch elektrische Signale, die über
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Informationsemittern-12Informationsschiene--20--, welche die Adressenemitter--11 und 15-- der Mehremittertransistoren --1 und 2--vereinigt.
Zur einfacheren Darstellung und Erleichterung der Funktionsbeschreibung des Speicherzellenelementes ist hier ein Ausführungsbeispiel mit zwei Mehremittertransistoren angeführt, die je einen Adressenemitter haben. Im allgemeinen Falle kann die Zahl der Adressenemitter entsprechend der Zellenzugriffsart erhöht werden.
Nun soll der Zustand des Speicherzellenelementes betrachtet werden, bei dem zu dieser nicht zugegriffen wird, d. h. das Potential der Informationsschiene--20--, die die Adressenemitter--11 und 15--vereinigt, unter den an den Informationsemittern--12 und 16--liegenden Potentialen liegt. Der Eindeutigkeit halber soll angenommen werden, dass in Durchlassrichtung der Emitter-Basis-übergang des Adressenemitters-l l--
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- bis zum Kollektorkontakt--17--wird so gewählt, dass die dem Kontakt --7-- zugeführte Speisespannung einen Basisstrom im Mehremittertransistor--l--erzeugt, der dazu ausreicht, diesen Transistor in den Sättigungszustand zu bringen.
Hiebei hält die niedrige Restspannung am Kollektorkontakt--13--den Mehremittertransistor--2--in ausgeschaltetem Zustand. Auf diese Weise wird einer der stabilen Zustände des Flip-Flop-Speicherzellenelementes gesichert.
Der Kollektorstrom des Mehremittertransistors --1-- erzeugt beim Fliessen in der Epitaxialschicht --4-- des Kollektorbereiches vom Kontakt --6-- zum Kollektor-Basis-Übergang unter dem Adressenemitter - einen Spannungsabfall in dem hochohmigen Kollektorkörper entlang dem Kollektor-Basis-Übergang unter dem Informationsemitter--12--, der zum Sperren des Kollektor-Basis-überganges an diesem Abschnitt ausreicht. Dadurch wird eine Trägerinjektion vom Kollektor-Basis-Übergang unter dem Informationsemitter --12-- vermieden und folglich der Fremdstrom des Informationsemitters-12-wegen der Senkung der Inversionsverstärkung der Transistorstruktur Kollektor-Basis-Informationsemitter stark herabgesetzt.
Vorstehend ist einer der zwei möglichen Zustände des Flip-Flop-Speicherzellenelementes beschrieben, bei dem in Durchlassrichtung der pn-übergang des Adressenemitters--11--liegt, wobei sich die Transistorstruktur des Mehremittertransistors --2-- in ausgeschaltetem Zustand befindet. Der zweite Zustand des Flip-Flop-Speicherzellenelementes wird analog realisiert, wobei der pn-übergang des Adressenemitters-15-in Durchlassrichtung liegt und die Transistorstruktur des Mehremittertransistors--l-ausgeschaltet ist.
Es ist zu betonen, dass eine steile Senkung des Fremdstromes durch entsprechende Wahl der Entfernung zwischen den Emittern--11 und 12,15 und 16--, des spezifischen Widerstandes und der Dicke der Epitaxialschicht--4--bei vorgegebener Höhe des Kollektorstromes erreicht wird. Praktisch ist dies realisierbar bei minimalen Abständen zwischen den Emittern-11 und 12,15 und 16-und zwischen dem Rand der
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Wie aus der Beschreibung ersichtlich, benötigt man bei der Halbleiterstruktur keine"vergrabene n-Schicht", die gewöhnlich in die Transistorstrukturen zur Verringerung der Restspannung zwischen dem Emitter und dem Kollektor des eingeschalteten Transistors eingeführt wird. Bei der gegebenen Konstruktion bestimmt auch der vorhandene hochohmige Abschnitt des Kollektorkörpers unter der Basis, der an der Sicherung des elektrischen Betriebszustandes teilnimmt, die Senkung der Inversionsverstärkung. Die niedrige Restspannung wird durch entsprechende Wahl der Ortslage des Kollektorkontaktes bestimmt.
Bei der erfindungsgemässen Konstruktion des Speicherzellenelementes werden keine zusätzlichen Flächen in dem Basisgebiet zur Senkung der Inversionsverstärkung durch entsprechende Formgebung des Basisgebietes benötigt, wie dies bei den bekannten Konstruktionen der Fall ist. Die Senkung der Inversionsverstärkung wird im Kollektorkörper unter dem Basisgebiet durch entsprechende Anordnung der Emittergebiete des Speicherzellenelementes gegenüber dem stromgebenden Kollektorkontakt ohne Vergrösserung des Platzbedarfes für das Element am Halbleiterkristall erreicht.