DE2149761A1 - Halbleiterelement mit negativem Widerstand - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE	2H9761
Dipi.-chem. Dr. D. ThoiTisen Dipi.-ing. H.Tiedtke Dipl.-Chem. G. BÜhHng Dipl.-Ing. R. ΚΐΠΠΘ	MÜNCHEN 15 KAISER-LUDWIG-PLATZ 6 TEL. 0Θ11/530211 530212 CABLES: THOPATENT TELEX: FOLGT
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8000 München 15 5. Oktober 1971

Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Osaka, Japan

Halbleiterelement mit negativem Widerstand

Die Erfindung bezieht sich auf ein Halbleiterelement mit negativem Widerstand, das eine Speichereigenschaft mit hoher Stabilität und Reproduzierbarkeit besitzt und von dem eingespeicherte Information beliebig häufig herausgelesen werden kann.

Das erfindungsgemäße Halbleiterelement mit negativem Widerstand besitzt zumindest vier Halbleiterbereiche mit p-.oder n-Leitfähigkeit, eine Isolierschicht, die Ladung®träger-Fangzentren (Trappingzentren) enthält und sich über zumindest drei der Halbleiterbereiche erstreckt, und eine auf der Isolierschicht angeordnete Torelektrode als Steuereinrichtung* so daß ein dieser Torelektrode eingegebenes Signal gespeichert werden kann. 209816/1390

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Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt einen Querschnitt einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterelements;

Fig. 2 zeigt eine grafische Darstellung von statischen Kennwerten der Aus führungs form nach Fig. 1; und

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäße,n Halbleiterelements.

In Fig. 1 ist ein n-leitfähiges Halbleitersubstrat mit der Bezugsziffer 1 bezeichnet. In dem Substrat 1 sind p-Leitfähigkeitsbereiche 2 und 3 gebildet. Auf dem p-Bereich 2 ist eine Elektrode 4 angeordnet. In dem p-Bereich 3 ist ein n-Bereich 5 gebildet. Auf dem n-Bereich 5 ist eine Elektrode 6 angeordnet. Zwischen den p-Bereichen 2 und 3 ist auf der Oberfläche des Substrats 1 eine viele Ladungsträger-Fangzentren aufweisende Isolierschicht 7 gebildet, auf der eine Torelektrode 8 vorgesehen ist.

Dieses in der vorstehend beschriebenen Weise aufgebaute Element besitzt zwischen den Elektroden 4 und 6 einen pnpn-Aufbau und zeigt wie ein Thyristor eine negative Widerstandscharakteristik. Demzufolge ist die Ein-Aus-Steuerung des zwischen den Elektroden 4 und 6 fließenden Stroms durch Steuerung der Schwellenspannung des negativen Widerstandes mittels eines an

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die Torelektrode 8 angelegten Potentials möglich. Da in der Isolierschicht 7 des Elements viele Ladungsträger-Fangzentren vorliegen, wird ferner durch das Einfangen von elektrischen Ladungen in diesen Ladungsträger-Fangzentren eine Speicherwirkung entwickelt. Es ist zu bemerken, daß das gleiche Ergebnis erhalten werden kann, wenn die η-Bereiche durch p-Bereiche und die p-Bereiche durch η-Bereiche ersetzt werden.

Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiters und dessen Betriebsweise erläutert. In der Oberfläche eines n-Siliciumsubstrats 1 werden durch Eindiffundierung von Bor als Verunreinigungsstoff p-Bereiche 2 und 3 gebildet, wie dies aus Fig. 1 ersichtlich ist. Dann wird ein η -Bereich 5 durch ßindiffundierung von Phosphor in dem p-Bereich 3 gebildet, wie dies ebenfalls aus Fig. 1 ersichtlich ist. Durch thermische Oxydation wird über der so behandelten Oberfläche des Substrats 1 ein Siliciumdioxyd-(SiOp)-Film gebildet, und dann wird Photoätzen zur Entfernung nicht notwendiger Abschnitte des SiO_- Films durchgeführt, was zu einer Isolierschicht 7 führt. In die Isolierschicht 7 wird Gold (Au) eindiffundiert. Die Elektroden 4,6 und 8 bestehen aus einem Aluminiumdampfniederschlag. Auf .diese Weise wird ein Element mit pnpn-Aufbau hergestellt. In Fig. 2 ist die statische Kennlinie dieses Elements gezeigt, worin ein Strom-Spannungsdiagramm mit einer als Parameter an . die Torelektrode 8 angelegten Spannung gebildet ist.

Wird eine Spannung an die Torelektrode 8 angelegt, 209816/ 1390

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werden elektrische Ladungen in die SiO_-Schicht 7 eingegeben und dann von den durch die diffundierten Gold-(Au)-Atomen gebildeten Pangzentren eingefangen. Daher bleibt die SiOp-Isolierschicht 7 geladen, selbst nachdem die der Torelektrode 8 zugeführte Spannung verschwindet. Demzufolge besteht ein elektrisches Feld, das der zuvor angelegten Torspannung - oder strenger den eingefangenen Ladungen - zugemessen werden kann, weiter fort; und dieses Feld beeinflußt die pn-übergang zwischen dem p-Bereich 2 und dem n-Substrat 1 und zwischen dem p-Bereich 3 und dem n-Substrat 1. Das bestehende Feld dient dazu, eine gespeicherte Schwellenspannung zwischen den Elektroden 4 und zu bilden. Wird nämlich eine bestimmte Spannung an die Torelektrode 8 angelegt, beginnt das Element bei entsprechender Schwellenspannung zwischen den Elektroden 4 und 6 zu leiten. Dann wird die Torspannung weggenommen. Das Torfeld infolge der Spannung bleibt jedoch bestehen, da die elektrischen Ladungen noch in den Fangzentren der Isolierschicht 7 eingefangen sind und ein elektrisches Feld bilden. Wird eine Spannung an das Element zwischen den Elektroden 4 und 6 angelegt, ohne daß irgendeine Spannung an der Torelektrode 8 anliegt, beginnt das Element bei einer Schwellenspannung zu leiten, die die gleiche ist, als wenn eine Torspannung vorliegt, die gleich der anfänglich an ..die Torelektrode 8 angelegten Torspannung ist. Somit wird die von der Torspannung abhängige Schwellenspannung gespeichert.

In Fig. 3 ist eine andere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Halbleiterelements gezeigt. In dieser Ausführungsform ist das verwendete Substrat Galliumarsenid (GaAs). Die

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in Pig. 3 gezeigten ρ- und η-Bereiche sind durch Kristallwachsen gebildet.

In Fig. 3 ist ein n-leitfähiges GaAs-Substrat mit der Bezugsziffer 9 bezeichnet. Auf beiden Seiten des Substrats 9 sind p-Bereiche 10 und 11 gebildet. Ein n-Bereich 12 ist auf den p-Bereich 11 aufgebracht worden. An dem p-Bereich 10 ist eine Elektrode 13 befestigt. Durch eine geeignete Technik sind Nuten 16a und 16b gebildet. Isolierschichten 15a und 15b sind derart gebildet, daß sie die Nuten 16a und 16b auskleiden oder das n-Substrat 9» den p-Bereich 11 und den n-Bereich 12 überdecken, die in den Nuten 16a und 16b freiliegen, wie dies in Fig. 3 gezeigt ist. Die Isolierschichten 15a und 15b sind durch Dampfniederschlag von SiO„ gebildet, dem Gold Au hinzugefügt wurde. Auf den Isolierschichten 15a bzw. 15b sind hauptsächlich auf den Oberflächen in und in der Nähe der Nuten 16a und 16b Elektroden 17a bzw. 17b zur Bildung von Feldeffekt-Toren gebildet. Eine Elektrode 14 ist zwischen den Nuten 16a und 16b auf der Oberfläche des n-Bereichs 12 angeordnet. Somit wird ein pnpn-Element mit einer negativen Widerstandscharakteristik gebildet. Bei Steuerung mit einer an die Feldeffekttorelektroden 17a und 17b angelegten Spannung folgt die Strom-Spannungskenn-.linie des Elements einer Gruppe von Kurven, die gleich den in Figur 2 gezeigten sind. In der Ausführungsform nach Fig. 3 sind in den SiOp-Isolierschichten 15a und 15b Fangzentren gebildet, und dieses pnpn-Element hat ebenfalls eine Speicherwirkung in gleicher Weise wie das pnpn-Element nach Fig. 1. Das Element beginnt nämlich nach Wegnahme der Torspannung bei einer

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vergleichsweise niedrigen Schwellenspannung zwischen den Elektroden 17a und 17b zu leiten. Der einzige Unterschied zwischen dem Element nach Fig. 1 und-dem nach Fig. 3 besteht darin, daß das Element nach Fig. 3 GaAs als Substrat verwendet, so daß eine Elektrolumineszenz von den pn-übergangsbereichen vorliegt, wenn das Element leitet.

In den zuvor beschriebenen Ausführungsformen werden Si und GaAs als Substrat verwendet. Es ist jedoch zu bemerken, daß statt dessen Halbleiter, wie Gap, Ge, GaPAs, InAs und CdS erfolgreich verwendet werden können.

Die Speicherwirkung, die das wichtigste Merkmal der Erfindung ist, kann den in den Isolierschichten verteilten Ladungsträger-Fangzentren zugeschrieben werden. Solche Ladungsträger-Fangzentren können durch die Dotierung mit Verunreinigungen mit niedrigem Pegel, wie Au, Cu, Na, Fe.und Ni oder durch Gitterfehler verursacht werden. Derartige Gitterfehler werden durch Bestrahlung mit radioaktiven Strahlungen oder durch Änderung der Bedingung des Dampfniederschlags herbeigeführt.

Das erfindungsgemäße Halbleiterelement mit negativem •Widerstand kann als logisches Element oder Schaltelement verwendet werden; es findet im Bereich elektronischer Rechnerschalttechniken breite Anwendung.

Durch die Erfindung wird somit ein vier Schichten aufweisendes Halbleiterelement mit negativem Widerstand geschaf-

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fen, das eine Speichereigenschaft besitzt und mit einer Torisolierschicht versehen ist, die darin gebildete Ladungsträger-Fangzentren enthält; ein an das Tor angelegtes Potential wird aufgrund der Ladungs-Einfangwirkung der Ladungsträger-Fangzentren gespeichert.

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Claims (1)

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   - 8 Patentanspruch

   Halbleiterelement mit negativem Widerstand, gekennzeichnet durch zumindest vier Halbleiterbereiche (1, 2, 3, 5; 9, 10, 11, 12) mit p- oder η-Leitfähigkeit, eine Isolierschicht (7; 15a, 15b), die Ladungsträger-Fangzentren enthält und sich über zumindest drei der Halbleiterbereiche (1, 2, 3» 5; 9, 10, 11, 12) erstreckt, und durch eine auf der Isolierschicht (7; 15 a, 15b) angeordnete Torelektrode (8j 17a, 17b) als Steuereinrichtung, so daß ein dieser Torelektrode (8; 17a, 17b) zugeführtes Eingangssignal gespeichert werden kann.

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   ORIGINAL INSPECTED