DE1283283B

DE1283283B - Speicherschaltung mit zwei Transistoren des komplementaeren Typs

Info

Publication number: DE1283283B
Application number: DEN25584A
Authority: DE
Inventors: Oscar Willem Memelink; Johannes Meyer Cluwen
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1963-10-01
Filing date: 1964-09-26
Publication date: 1968-11-21
Also published as: BE653844A; AT245832B; GB1046707A; CH437425A; NL298671A; US3416008A; SE336069B

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CJ.:

GlIc

Deutsche Kl.: 21 al - 37/54 .

Nummer: 1283 283

Aktenzeichen: P 12 83 283,6-53 (N 25584)

Anmeldetag: 26. September 1964

Auslegetag: 21. November 1968

Die Erfindung betrifft eine Speicherschaltung mit zwei Transistoren des komplementären Typs, deren Steuer- und Ausgangselektroden über Kreuz verbunden sind. Bei bekannten Anordnungen dieser Art werden Grenzschichttransistoren, einer der npn-Art und der andere der pnp-Art, verwendet, deren Kollektor- und Basiselektoden über Kreuz miteinander verbunden sind, so daß die Kombination sich für eine zwischen den Emitterelektroden angelegte Spannung entweder in einem Zustand verhältnismäßig hohen Widerstandes oder in einem Zustand verhältnismäßig niedrigen Widerstandes befinden kann. Die Anordnung ist dann als Trigger wirksam und läßt im zuerst genannten Zustand nur einen verhältnismäßig geringen Strom, im zuletzt genannten Zustand aber einen verhältnismäßig hohen Strom durch.

Diese Eigenschaft, daß hohe Ströme durchgelassen werden, ist für Anordnungen, bei denen viele tausend Speicherelemente verwendet werden, wie in Rechenmaschinen- bzw. automatischen Fernsprech- ao anlagen, ein großer Nachteil wegen des hohen Energieverbrauchs und der entwickelten Wärme. Für solche Anlagen werden daher vielfach Speicherkerne — gewöhnlich Ringe aus Ferromagnetmaterial mit rechteckiger Magnetisationskurve — verwendet, deren remanenter Magnetisationszustand das Speicherkennzeichen bildet. Diese Speicherkerne haben keinen bleibenden Stromverbrauch; nur zum Umschalten von einem Magnetisationszustand in den anderen muß ein hinreichend großer Stromimpuls verwendet werden. Die obenerwähnten Nachteile hinsichtlich des Energieverbrauchs und der Wärmeentwicklung gelten für Speicherkerne daher in beträchtlich geringerem Maße. Die beim Auslesen erhaltenen Stromimpulse sind in der Regel aber zu schwach, um zum Steuern nachfolgender Speisekerne verwendbar zu sein.

Die Erfindung bezweckt, eine transistorisierte Speicheranordnung zu schaffen, bei der gleichfalls der Stromverbrauch der Anordnung, unabhängig von ihrem Speicherzustand, besonders gering ist. Sie bietet aber außerdem den Vorteil gegenüber magnetischen Speichern, daß verstärkte Ströme geliefert werden können. Solche Speicheranordnungen, die auf Speichererscheinungen in der Basiszone des Transistors beruhen, sind bekannt, haben aber den Nachteil daß die Speicherladung bald, in vielen Fällen in einem Bruchteil einer Sekunde, abfließt, so daß nicht von einem bleibenden Speicherzustand gesprochen werden kann.

Die Erfindung weist das Kennzeichen auf, daß Transistoren der Feldeffektart verwendet werden, daß Speicherschaltung mit zwei Transistoren des
komplementären Typs

Anmelder:

N. V. Philips' Gloeilampenfabrieken,

Eindhoven (Niederlande)

Vertreter:

Dr. Herbert Scholz, Patentanwalt, 2000 Hamburg

Als Erfinder benannt:
Oscar Willem Memelink,
Johannes Meyer Cluwen, ;
Eindhoven (Niederlande) -

Beanspruchte Priorität: ^s

Niederlande vom 1. Oktober 1963 (298 671) - -

die Steuerelektroden dieser Transistoren über hohe Widerstände mit den Klemmen einer Speisequelle verbunden sind, welche die Steuerelektroden in der Sperrichtung polarisiert, daß die Zuführungselektroden an Spannungspunkten angelegt sind, deren Unterschied kleiner ist als die Spannung der Speisequelle, und daß das Ausgangssignal wenigstens einer der Überkreuzverbindungen entnommen wird.

Die Erfindung wird an Hand des in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Die Figur zeigt zwei Feldeffekttransistoren 1 und 2 des Typs mit isolierten Steuerelektroden. Solche Feldeffekttransistorenbestehen im Prinzip aus einem Halbleiterkörper einer Leitungsart, z. B. der p-Art_s z. B. einem Siliziumkristall, in dem Zonen entgegengesetzter Leitungsart (η-Art) geformt sind. Auf die Oberfläche des Halbleiterkörpers an der Seite dieser Zonen und diese Zonen teilweise überdeckend ist eine Isolierschicht, namentlich eine Oxydhaut aufgebracht, welche mit einer Metallelektrode bedeckt ist. Durch das Anlegen eines Spannungsunterschieds zwischen mit den Zonen verbundenen Elektroden (welche als Zuführungs- oder Quellen- und als Abführungselektrode bezeichnet werden) wird nur dann Strom fließen, wenn an der erwähnten Metallelektrode (welche als Steuerelektrode bezeichnet wird) eine Spannung angelegt wird, welche die Minoritätsladungsträger aus dem Kristallkörper (im erwähnten Beispiel also Elektronen) zur Oberfläche des Kristall-

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körpers, ziehen und.4ort eine QberfläQhenleitung her- pulses eine solche Änderung eingetreten, daß die beiführen. Die Steüerspannüng muß im erwähnten Transistoren in den leitenden; Zustand kommen. Der Falle daher gegenüber der Zuführungselektrode posi- in diesem Zustand fließende Strom ist aber noch stets tiv sein, und auch die Abführungselektrode muß von der Größenordnung des obenerwähnten Leokdann gegenüber der Zulührungsielektrode positiv sein. 5 stromes, also äußerst gering da die · Widerstände^ In der Regel ist die Zuführungselektrode mit dem bzw. 4 von der Größenordnung des inneren Wider-Halbleiterkörper bhmisch verbunden: ' Standes zwischen den Zuführungs- und Abführungs-

Bei der dargestellten Schaltung sind die Steuer- elektroden der Transistoren in ihrem gesperrten Zuelektroden g der Transistoren 1 und Z mit den Ab- stand sein können. In der Praxis ergibt sich, daß führungselektroden d über Kreuz verbunden. Weiter- io Widerstände von 1 Megohm und höher verwendbar hin sind die Steuerelektroden g über hochohmige sind, so daß diese Ströme auf wenige'Mikroampere Widerstände 3 bzw. 4 mit den Klemmen 5, 6 einer beschränkt werden können.

Speisespannungsquelle und die Quellenelektroden der Durch diese Umschaltung von einem in den ande-

Transistoren 1 und 2 mit Spannungspunkteh 7 bzw. 8 ren Speicherzustand tritt aber ein wesentlicher Spanverbunden. Am Punkts wird z.B. eine Spannung 15 nungssprung an der Ausgangselektrode 10 auf — von —10 Volt, am Punkt 6 eine Spannung von unter den obenerwähnten Verhältnissen, ein Sprung +10 Volt, am Punkt 7 eine Spannung von — 5 Volt von etwa — 6 nach + Volt —, und dieser Spannungs- und am Punkt 8 eine Spannung von +5 Volt ange- sprung kann zum Bewirken weiterer Handlungen, legt. Der Spannungsunterschied zwischen den Punk- w das Schalten weiterer Speichejelementej. benutzt ten 7 und 8 ist daher wesentlich kleiner als der Span- ao werden. Der dazu erforderliche Strom darf nötigennungsunterschied zwischen den Punkten 5 und 6. falls einen besonders, hohen Wert annehmen, da der Auch kann z. B. eine der Klemmen S bis 8, z. B. die im leitenden Zustand befindlich© Transistor Zfür die-Klemme 5, an Erde gelegt und die Spannungen an sen Strom einen niedrigen Widerstand darstellt. Qbden Punkten 7 und 8 der Speisespannung zwischen wohl daher das Speicherelement in den beiden Ruhenden Punkten 5 und 6 entnommen werden. Dazu ge- 25 zuständen kaum Strom verbraucht, ist es doch-in der nügt es gegebenenfalls, daß zwischen den Punkten 5 Lage, für Schaltzweeke große Ströme zu liefern, die und 7 als. auch zwischen den Punkten 6 und 8 eine zum schnellen Schalten beitragen. Infolge, dieser Zenerdiode eingeschaltet wird, die beim erwähnten Strombelastbarkeit ist eine Eigenschaft, erhalten, geringen Ableitungsstrom den erforderlichen Span- durch die die Speichervorrichtung nach der Erfin·= nungsabfall aufweist. Die Zenerdioden können in den 30 dung gegenüber den. üblichen Speicherschaltungen Kristallelementen 1 bzw. 2 selbst als geeigneter p-n- mit Magnetkernen, in denen der Ausgangsstrom Übergang geformt sein, z. B. durch Anschluß der noch verstärkt werden muß, vorzuziehen ist .
Elektroden? bzw. 8 an ohmsche Kontakte an den Um den Speicher in seinen ursprünglichen Zustand

Halbleiterkörpern^ bzw. n, die mit den hochdotierten, zurückzusMlen, kann man einer der Steuerejektromit den Zuführungselektroden i¹.verbundenen, Zonen 35 deng einen Impuls entgegengesetzten Zeichens zu·* die gewünschte Zenerdurchschlagspannung aufwei- . führen,, also z.B. einen positiven Impuls zur Ein= sen. gangsklemme 9, Da der Transistor 1 anfänglich nach

Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt: stromleitend ist, ist es dann erwünscht, zwischen der In einem Zustand der Speichervorrichtung lassen die Steuerelektrode § des Transistors 2 und der Verbin-Transistoren, zwischen den Zuführungs- und Ab« 4° dungsleitung der Abführungselektrode d des Tranführuhgselektroden gemessen, nur einen sehr gerin- sisters 1 mit dem Widerstand 4 einen Trennwidetgen Leckstrom durch, der dem eines in seiner Sperr» stand 11 einzuschalten, damit dieser Impuls nahezu richtung betriebenen p-n-Übergangs entspricht. Die. keinen Strom zu liefern braucht Aus ähnlichen Widerstände 3 und 4 sind derart bemessen, daß die- Gründen kann ein Widerstand. 12 mit der. Steuerelek.·* ser Leekstrom einen Spannungsabfall an den erwähn- 45, trode des Transistors 1 verbunden sein. Das Einlesen ten Widerständen bewirkt, der kleiner ist als der und Zurückstellen kann dann z. B, Über die Klem-Spannungsuntersehied zwischen den Punkten 5 und 7 men 9 und/oder 9', das Auslesen Über die Klemmen bzw. 6 und 8. Die Steuerelektrode g des Transistors 1 IQ und/oder 10' erfolgen. Durch. Verbindung z. B. bleibt gegenüber der zugeordneten Zuführungselek- der Klemme IQ (bzw. IQ'} mit der Klemme 9 (bzw, trode s daher negativ und der des Transistors 2 posi- 50 9') nachfolgender ähnlich aufgebauter Speieherele*· tiv polarisiert. Die Transistoren bleiben somit ge- mente (gestrichelt, dargestellt) wird ein Umschlag des sperrt. Dureh Zuführung eines negativen Spannung»- ersten Speicherelementes auch einen Umschlag der impulses zur Eingangaklemme 9, die mit der Steuer- anderen Speicherelemente bewirken. Die beiden Auselektrode des Transistors % verbunden ist (man .kann gangsklemmen 10 und 10' bieten daher die Möglichauch z. B. der Klemme 10, die mit der Steuerelek- 55 keit, eine niedrigohmige Verbindung entweder mit trode des Transistors 1 verbunden ist, einen positiven dem negativen, 7₄ oder mit dem positiven Spannungs-Impuls zuführen), wird der Transistor 2 stromleitend punkt 8 zu schaffen, wobei ein, sachverständiger- Gergemacht, wodurch sich a,uch die. Spannung an der brauch von Gleichrichtern zwischen den Klemmen lö Steuerelektrode des Transistors 1 derart ändert, daß und 10' und. der zu schaltenden Apparatur nach Bedieser Transistor stromleitend wird und dadurch die ^6o. lieben beide Verbindungen möglich macht, ohne daß Spannung an der Steuerelektrode des Transistors 2· Kurzschluß herbeigeführt wird. Die Widerstände 11 derart verschiebt, daß der leitende Zustand der bei- und 12 sind wieder von gleichet Größenordnung wie den Transistoren aufrechterhalten wird. Mit anderen die Widerstände 3 und 4,

Worten: während ursprünglich infolge der, Spannun- Es war bisher in der Praxis unmöglich, ähn-

gen zwischen den Punkten, 5 und 7 bzw. 6 und 8 65 liehe Effekte mit anderen Typen als Feldeffekttran-Sperrspannungen zwischen den Steuer- und Zufüh- sistoren zu erreichen. Dabei werden Feldefiekttranrungselektroden der Transistoren wirksam waren, ist sistoren mit isolierter Steuerelektrode bevorzugt durch die Zuführung des erwähnten Spannungsim- gegenüber denen mit einer Steuerelektrode, die durch

einen p-n-Obergang im Halbleiterkristall gebildet sind, da in letzterem Falle trotz höherer Sperrspannungen an den Steuerelektroden sin größerer Leckstrom auftritt.

Claims

Patentansprüche:

1. Speichervorrichtung mit zwei Transistoren des komplementären Typs, deren Ausgangs- und Steuerelektroden über Kreuz verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß Transistoren des Feldeffekttyps verwendet werden, daß die Steuerelektroden über hohe Widerstände mit den Klemmen einer Speisequelle verbunden sind, welche die Steuerelektroden in der Sperrichtung polarisiert, daß die Zuführungselektroden an Spannungspunkten angelegt sind, deren Unterschied kleiner ist als die Spannung der Speisequelle, und daß das Ausgangssignal wenigstens einer der Überkreuzverbindungen entnommen wird. ao

2. Speichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Widerstände aus der Reihenschaltung zweier Teilwiderstände (4-11 und 3-12) besteht, wobei der Teilwiderstand (11 bzw. 12), der an einem Ende mit der Steuerelektrode eines Transistors (2 bzw.

1) verbunden ist, an seinem anderen Ende mit der Abführungselektrode des anderen Transistors (1 bzw. 2) verbunden ist.

3. Speichervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die unmittelbar mit der Abführungselektrode eines Transistors verbundene Ausgangsklemme mit dem der Steuerelektrode des anderen entsprechenden Transistors zugekehrten Ende des entsprechenden Teilwiderstandes eines nächsten in ähnlicher Weise geschalteten Speicherelementes verbunden ist.

4. Speichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Feldeffekttransistoren vom Typ mit isolierten Steuerelektroden sind.

5. Speichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß im Halbleiterkörper wenigstens eines der Feldeffekttransistoren eine Zenerdiode geformt ist, die in Reihe mit der Zuführungselektrode dieses Transistors liegt.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 928 010;
»Proc. IRE«, Juni 1962, S. 1462 bis 1469;
»Solid State Circuit Conference«, Februar 1963, . 70/71 und 122.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen