165367. lajstromszámú szabadalom • Félvezető kapcsoló, illetve tároló eszköz és mátrix, valamint eljárás az eszköz előállítására
5 165367 6 jelenségek hasonlóan zajlanak le a bevezetésben említett kiviteli alakok mindegyikében. A kompenzált galliumarzenid számos energia csapdát tartalmaz. Az ilyen anyagból készített Schottkydiódák bármelyikénél mutatkoznak a leírt tulajdon- 5 ságok. Hivatkozunk pl. B.V.Kormilov és más szovjet fizikusok publikációira. (Semiconductor, Vol. 5, No. 15, page 119,-1971.) Általában egy epitaxiális n-vezető réteget növesztenek egy rosszul vezető alapanyagon. A réteg kellő mértékben doppolva Schottky- 10 elektródává alakul. Ezután egy rövid formálási eljárást végeznek, amelynek során negatív feszültséggel átütést idéznek elő. így a félvezető eszköz bistabillá válik. Az átütési térerősség a legtöbb diódánál 106 V/cm 15 nagyságrendű. Ez az első átütés a dióda állapotának átbillenését vonja maga után, amint azt az 1. ábrával kapcsolatban leírtuk. A félvezető eszköz a C-vel jelölt áramküszöbértéknél a jólvezető állapotából a D-ponton keresztül átbillen a gyengén vezető állapotába, az 20 A-val jelölt feszültség küszöbértéknél pedig a B-ponton keresztül visszabillen a jól vezető állapotába. Láthatjuk, hogy a bistabil galliumarzenid diódák a hagyományos eljárás szerint gyárthatók a formálási lépéstől eltekintve, amely utóbbi a dióda első átütését 25 idézi elő. Ez a körülmény azzal magyarázható, hogy a galliumarzenid már eleve sok mély energia csapdát tartalmaz. Más félvezető anyagok esetében azonban nem ez a helyzet. A szilíciumban pl. gyakorlatilag nincsenek csap- 30 dák. A hagyományos szilícium alapú Schottky-diódák ezért nem bistabilak. A negatív feszültséggel való átütés, amely a galliumarzenid diódát bistabillá teszi, egy szilícium diódára végzetes lenne. Szilíciumban is előidézhetünk bistabilitást, ha mély csapdákat létesí- 35 tünk benne. Tehát szilíciumból is készíthetünk bistabil Schottky-diódákat a galliumarzenid diódákéhoz hasonló eljárással. A találmány szerinti dióda előállítható akár jól vezető anyagból, akár megfelelő vastagságú doppolt csatornarétegből. Előzőleg azonban a 40 szilíciumot mély energia csapdákat okozó szennyezéssel kell doppolni. Pl. a platina, nikkel, arany vagy egyéb anyagok segítségével lehet megfelelő számú csapdát létesíteni. A vas, mangán, higany, króm, ezüst, réz, cink és kobalt szintén alkalmasak erre a 45 célra. A doppolást azért kell előzetesen elvégezni, mert a doppoló anyag diffúziója 1000 C°-nál megy végbe, a Schottky-diódák kialakításához viszont csak' 550 C°-ra van szükség. A Schottky-diódák az „IBM Journal of Research and Development" 14. kötetének 50 2., vagyis 1970. márciusi számában leírt bármelyik eljárás szerint gyárthatók. Pl. az első maszkon át az előírt felületrészeket palládium réteggel vonjuk be. Ekkor az egyik elektródára antimonnal doppolt aranyréteget viszünk fel, amely szétterül, és az egész 55 elektróda felületet ohmikus kontaktussá alakítja. Ez a szétterülés és ötvöződés 550 C°-on következik be. Az eljárás önjelző és különösen szűk elektróda-távolságú diódák gyártására alkalmas. így a 106 V/cm feletti átütési térerősséget viszonylag kis feszültséggel tudjuk 60 elérni. Az elektródák távolsága kb. 1 jum, a formáló feszültség pedig 20 V nagyságrendű lehet. A küszöbfeszültségek és áramok valami kevéssel nagyobbak mint galliumarzenid diódák esetén. A bistabil szilícium diódák Schottky-kontaktusai és ohmos kon- 65 taktusai nyilvánvalóan bármilyen terhelhető alakzatban és sokféle fémből készíthetők, csak az a fontos, hogy a doppolt szilícium elegendő csapdasűrűségű legyen. Más félvezető anyagok, mint pl. a germánium, szintén szóba jöhetnek. Miután a vezetőképesség moduláció a félvezető anyagban szűk térfogatra korlátozódik, a tároló eszközök előnyösen egészen kis méretűek lehetnek. Előnyös a tároló eszköznek az a tulajdonsága is, hogy „nem gyengülő", vagyis az állapota megőrzéséhez nem igényel állandó tápláló teljesítményt. Végül előnyt jelent az a tény is, hogy az átkapcsoláshoz szükséges energia értéke mindössze 10 pikojoule. A felsorolt előnyök következtében rendkívül nagy betelepítésű sűrűségű tároló rendszereket lehet készíteni. Ha a tároló eszköz geometriai alakját úgy választjuk meg, hogy a legnagyobb elektromos térerősség egy jól behatárolt tartományban lépjen fel és bizonyos eljárások, pl. ion implantáció segítségével jól definiált csapda-eloszlást ill. szennyezési profilt valósítunk meg, akkor a formálási lépést kihagyhatjuk a gyártási folyamatból. A 2. ill. 3. ábrán a találmány szerinti bistabil dióda egyik lehetséges kiviteli alakjának felülnézetét és keresztmetszetét láthatjuk. Mindkét ábra azonos hivatkozási számokkal van ellátva. A 10 félvezető szubsztrátum pl. egy nagy monolitikus integrált áramkör része lehet. Ennek felülete hordja az anód elektródaként szereplő 11 fémréteget, és ez az elektróda Schottky-kontaktusnak van kiképezve. Az anód elektróda szabad végén egy kör alakú 13 kiszélesedés van, amely az elektromos vezetékhuzal felerősítésére szolgál. A kör alakú kiszélesedés helyett az anód elektróda az ábrán nem látható módon meghosszab bítható az integrált áramkör valamely más részéhez. A 11 anódot körülveszi az ohmikus kontaktusnak kiképzett 12 katód, amelynek mindkét ága a 14 kiszélesedésbe torkollik. A 10 félvezető szelet, vagyis a szubsztrátum lényegében nagy ellenállású félvezető anyagból, pl. szilíciumból, galliumarzenidből, stb. áll. A szubsztrátum tetején egy jól vezető vékony 15 csatornaréteg van. A 12 katód kontaktus, amely a 3. ábrán két részletben látszik, és a 11 Schottky-kontaktus, amely anódként szerepel, a csatornaréteg fölé vannak helyezve. Ali Schottky-kontaktus alatt a 15 csatornarétegben egy kiürített sáv keletkezik. Ugyanis a 11 anód fémrétege és a 15 csatomaréteg félvezető anyaga közti határrétegben egy spontán kontaktpotenciál lép fel, amely az említett sávból elszívja a töltéshordozókat. Az ilyen típusú diódák további részleteit nem említjük, mert azok önmagukban ismertek. A 8. ábra egy grafikusan felrajzolt összefüggést szemléltet, amely az 1. ábrabeli A-ponthoz tartozó küszöbfeszültség és a jól vezető állapotban mérhető vezetőképesség között áll fenn. Nyilvánvaló, hogy a nagyobb küszöbfeszültséggel bíró elemek az ohmos (jól vezető) állapotban kisebb vezetőképességet mutatnak fel, mint a kisebb küszöbfeszültségűek. Ez a tény arra utal, hogy a tároló eszközben lejátszódó átkapcsolási folyamat inkább elektronikus, mint termikus vagy mechanikus természetű. Amint már említettük, a tároló dióda bistabil tulajdonsága az ismétlések folyamán egyre jobban érezhető. Ezért eléggé kis kiolvasó impulzusokat lehet 3
