165367. lajstromszámú szabadalom • Félvezető kapcsoló, illetve tároló eszköz és mátrix, valamint eljárás az eszköz előállítására

165367 3 4 amely nagy megbízhatóságú és gyorsan átkapcsolható, amely minden tekintetben kompatibilis a mai félvezető technológiával és amely integrálható (szervesen beépíthető) összetett félvezető eszközökbe. A találmány a kitűzött célok elérését olyan félvezető kapcsoló és tároló eszköz segítségével biztosítja, amelyben egy Schottky-kontaktus van, és amely a külső energiaforrástól függetlenül két stabil impedancia állapottál rendelkezik. A Schottky-kontaktust félvezető anyaggal érintkező fémelektróda alkotja, és a félvezető anyag az említett kontaktus által kiürített rétegen belül és annak közelében nagyszámú mély energia csapdát tartalmaz. A találmányt a továbbiakban kiviteli példák és rajzok segítségével részletesebben megmagyarázzuk. A mellékelt rajzokon az 1. ábra egy bistabil Schottky-kontaktus áramfeszültség karakterisztikáját, a 2. ábra a találmány szerinti Schottky-dióda egyik kiviteli alakjának felülnézetét, a 3. ábra a találmány szerinti Schottky-dióda keresztmetszetét, a 4. ábra a Schottky-kontaktussá alakított kapu elektródával bíró találmány szerinti térvezérlésű tranzisztor egyik kiviteli alakjának felülnézetét, az 5. ábra a találmány szerinti tranzisztor keresztmetszetét, a 6. ábra a találmány szerinti tranzisztor Ip — Ups karakterisztikáját, a 7. ábra egy tároló eszköz áramköri kapcsolását, a 8. ábra a tároló eszköz kapcsolófeszültsége és a jól vezető állapothoz tartozó vezetőképesség közti összefüggést, a 9. ábra á jól vezető állapotban mérhető ellenállást a félvezető réteg fajlagos ellenállásának függvényében mutatja be. Az 1. ábrán egy memóriával rendelkező Schottkydióda áramfeszültség karakterisztikája látható. A felrajzolt görbék egy ródium érintkezős galliumarzenid diódára vonatkoznak. Az A-D vonal egy normál dióda karakterisztikájának felel meg, amelynek kb. 0,6 V-os nyitófeszültsége van. Megjegyezzük, hogy az említett nyitófeszültséget meghaladó pozitív feszültségeknél a dióda kis ellenállású, kis pozitív vagy negatív feszültségeknél viszont nagy ellenállású. Ha a feszültséget negatív irányban növelve túlhaladunk az A-ponton, akkor egy.átkapcsolási folyamat következik be. Ekkor a feszültség hirtelen lecsökken, az áramerősség pedig viszonylag nagy értékűre nő. Ezt az állapotot az 1. ábrán B-vel jelöltük. Ilyenkor egy hagyományos dióda tönkremenne, a karakterisztikája a B-C vonalat követné, és többé nem tudna semmiféle egyenirányító hatást felmutatni. A találmány szerinti diódánál azonban az eredeti karakterisztikát visszaállíthatjuk, ha a pozitív irányú áramot addig növeljük, amíg az a C-pontot meg nem haladja. A dióda munkapontja akkor a D-pontba ugrik, és újra az eredeti módon fog viselkedni, vagyis az A—D karakterisztika szerint. Az 1. ábra B-pontjához tartozó áram értéke az átkapcsoló áramkör terhelési karakterisztikájától függ. Galliumarzenid diódák esetén a C-küszöbérték tipikus értéke kb. 6 mA, de a dióda méreteitől függően kevesebb is lehet. A jól vezető állapot majdnem teljesen ohmos jellegű. A dióda ellenállása ebben az állapotban 50—500 ohm nagyságrendű. Az egyes példányok ellenállásértéke a Schottky-kontaktus alatti félvezető anyag vezetőképességétől, vagyis a 5 doppolástól függ. Ezt az összefüggést a 9. ábra szemlélteti. A diagram abszcisszái az egyes mintáknál alkalmazott epitaxiális réteg fajlagos ellenállásainak, az ordinátái pedig az illető minták jól vezető állapotában mért ellenállásainak felelnek meg. 10 Galliumarzenid diódák esetén 0,5 és 5 Vközé esik az A-ponthoz tartozó tipikus feszültség érték, amelynél a vezetőképesség ugrásszerűen megnő. Mint már említettük, a gyengén vezető állapot egy normál dióda karakterisztikájának felel meg, amely a nyitó-15 feszültség alatt több mint 10

s ohm ellenállással rendelkezik. A formálás, vagyis az első átütés után a dióda ellenállása valamit csökkenhet a szivárgási áramok miatt. Tehát a bistabil tároló eszközt olyan áramköri elemnek tekinthetjük, amely Schottky-dió-20 dából ohmikus ellenállássá képes átváltozni, és viszont. Pozitív irányú feszültséget ráadva, a dióda a D-pontnak megfelelő stabil állapotba kerül, úgyhogy nem képes átkapcsolódni (átbillenni) a másik állapo-25 tába. Ilyenkor a memóriája végtelennek tekinthető. Negatív irányú előfeszítés esetén ez csak addig van így, amíg a feszültség az A küszöbérték alatt van. A B-pontba kapcsolás után a dióda a jól vezető állapotban marad, akár egyen-, akár váltóáram halad át rajta. 30 A jól vezető állapot akkor szűnik meg, ha elegendő erősségű pozitív irányú áram hatására a munkapont túlhalad a C-ponton. Az a fizikai jelenség, amelyen egy ilyen Schottky-dióda karakterisztikájának átbillenése alapul, nyilvánvalóan elektronikus természetű, és 35 a mély energiacsapdák jelenlétével magyarázható. A „mély energiacsapda" kifejezést a félvezető irodalomban szokásos értelemben használjuk, amely szerint ez olyan akceptor atomokat jelöl, amelyeknek energiaszintje a félvezető anyag tiltott energiasávja közepé-40 nek felel meg. Ha a fém és a félvezető közti határrétegre kapcsolt negatív feszültséget az átütésig, vagy annak megközelítéséig növeljük, akkor a szabad töltéshordozók a kiürített réteg villamos terében elegendő energiát nyernek ahhoz, hogy a mély ener-45 gjacsapdákat okozó szennyező atomokat ütközéssel ionizálják. Egy kritikus villamos térerősségnél az ionizáció meghaladja a rekombináció mértékét, és egy reverzibilis, roncsolásmentes átütés következik be. A folyamat végére lényegében mindegyik szennyező 50 atom ionizálódik, és a vezetőképesség négy nagyságrendet változik. A vezetőképesség változása kizárólag arra a tartományra korlátozódik, amelyben a villamos tér meghalad egy kritikus értéket. Tehát egy lokalizált vezetőképesség moduláció, más szóval egy vezető 55 csatorna alakul ki. Végül ha ebben a jól vezető | állapotban pozitív feszültséget alkalmazunk, akkor elektronok injektálódnak (hatolnak be) a félvezető és fém közti határrétegbe. Miután az áram csak egy keskeny csatornában folyik, a pozitív töltésűre ioni-60 zált csapdák szomszédságában olyan nagy elektronsűrűség alakul ki, hogy azok gyorsan feltöltődnek, bármilyen sűrűn fordulnak is elő az említett csatornában. Ha az injektált elektronok sűrűsége elég nagy, akkor a határrétegen át húzódó kis ellenállású csator-65 na eltűnik és a nagy ellenállású állapot lép fel. Ezek a 2