DE1922754B2 - Halbleiterbauelement mit mindestens zwei miteinander gekoppelten bistabilen Halbleiterschaltungselementen - Google Patents

Description

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Die Erfindung betrifft ein Halbleiterbauelement entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs I.

Ein Halbleiterbauelement dieser Art ist aus der US-PS 33 09 537 bekannt.

Bistabile Schaltungselemente werden z. B. durch pnpn-Strukturen und Doppelbasisdioden gebildet. Ein derartiges Element kann an sich auch durch eine Schaltung, z. B. durch eine Flipflop-Schaltung, gebildet werden, von der jeweils ein Transistor im Sättigungszu- J5 stand betrieben wird. Diese Elemente können elektrisch miteinander gekoppelt werden, wodurch z. B. Speicherschaltungen, Schieberegister, Ringzähler usw. aufgebaut werden können, die vielfach, insbesondere in elektronischen Rec'.enanlagen, Anwendung finden. Die gegen- w seitige Kopplung wird dabei im allgemeinen durch Widerstände, Kapazitäten und/oder andere passive oder aktive Schaltungselemente hergestellt (siehe z. B. Schookley und Gibbons, Semiconductor Products, 1958, Seiten 9 bis 13). π

Ein Machteil der Verwendung der erwähnten Schaltungselemente in bistabilen Schaltungen ist der, daß sie, insbesondere beim Übergang von dem gezündeten Zustand in den gelöschten Zustand, verhältnismäßig langsaui sind, was auf die verhältnismä- >o ßig lange Zeit zurückzuführen ist, die zum Neutralisieren der angesammelten Ladungsträgerkonzentration erforderlich ist. Ferner haben diese Schaltungen im allgemeinen eine komplexe Form, beanspruchen daher verhältnismäßig viel Raum und weisen oft eine « verhältnismäßig hohe Verlustleistung auf.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Halbleiterbauelement nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszugestalten, daß die Kopplung zwischen den bistabilen Halbleiterschaltungselementen so ver- f>o bessert ist, daß eine höhere Schaltgeschwindigkeit, eine geringere Verlustleistung und ein geringerer Raumbedarf erreicht werden.

Der Erfindung liegt u. a. die Erkenntnis zugrunde, daß durch Anwendung einer Kopplung, die teilweise durch *>5 Leitungsmodulation bewirkt wird, auf einfache Weise eine mit verhältnismäß',| hoher Geschwindigkeit arbeitende Speicher- oder Zählerschaltung aus einfachen Schaltungselementen, die unter üblichen Umständen ofi langsam arbeiten, aufgebaut werden kann.

Die genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs I angegebenen Merkmale gelöst.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Dabei wird hier und nachstehend angenommen, daß Leitungsmodulation an einem bestimmten Punkt im Halbleiterkörper vorhanden ist, wenn an dieser Stelle die Konzentration der injizierten Minoritätsladungsträger mindestens derselben Größenordnung wie die Gleichgewichtskonzentration der dort infolge der Dotierung vorhandenen Majoritätsladungsträger ist.

Mit dem Bauelement nach der Erfindung lassen sich außer einer niedrigen Verlustleistung verhältnismäßig hohe Schallgeschwindigkeiten im Vergleich zu bekannten aus denselben Schaltungselementen aufgebauten Bauelementen erzielen. Dies ist u. a. der Tatsache zuzuschreiben, daß durch der,· .Iben Stromimpuls Minoritätsladungsträger aus dem öprichergebiet des ersten bistabilen Elements entfernt und Minoritätsladungsträger in das Speichergebiet des zweiten bistabilen Elements injiziert werden können.

Die Kopplung zwischen den bistabilen Elementen wird durch die Änderung des Widerstandes der Modulationszone infolge der Leitungsmodulation und der dadurch herbeigeführten Potentialänderung des dritten und des vierten Kontaktes erzielt. Zur Bewirkung einer derartigen Widerstandsänderung ist es unter Umständen ausreichend, wenn nur in einem verhältnismäßig kleinen Teil der Moduiationszone Leitungsmodulation auftritt.

Der zweite Kontakt, der Minoritätsladungsträger in das erwähnte weitere Halblcitergebiet injizieren kann, kann z. B. durch einen Metall-Halblei?erkontakt, wie einen Spitzenkontakt, gebildet werden.

Die Weiterbildung gemäß Anspruch 3 ha jedoch bezüglich der anzuwendenden Technik und der Reproduzierbarkeit Vorteile.

Der erste Kontakt, der zum Entfernen von Minoritätsladungsträgern aus dem Speichergebiet des ersten bistabilen Elements benutzt wird, kann ^in ohmscher Kontakt, z. B. die Steuerelektrode eines Thyristors, sein. Bekanntlich können viele Thyristoren durch einen geeignet gewählten Stromimpuls an der Steuerelektrode gezündet werden, wobei die im gezündeten Zustand in den beiden BaMsgebieten angesammelte hohe Konzentration von Minoritätsladungsträgern verschwindet, In anderen Fällen, z. B. bei Verwendung von Doppelbasisdioden als bistabile Elemente, ist es vorteilhaft, wenn der erste Kontakt durch einen Gle-chrichterkontakt gebildet wird, der aus dem Kollektorgebiet Minoritätsladungsträger ansammeln kann. Dieser Kontakt kann ein Metall-Halbleiterkontakt, z. B. ein Spitzenkontakt, sein. Wegen der höheren Kollektorwirkung wird jedoch vorzugsweise der erste Kontakt in Form eines pn-Überganges ausgebildet. Eine besonders hohe Lollektorwirkung kann dadurch erzielt werden, daß der erste Kontakt in Form eines Hook-Kollektors ausgebildet wird. Der Rückfluß von Minoritätsladungsträgern zu dem Speichergebiet des ersten bistabilen Elements und die damit einhergehende Gefahr einer erneuten Zündung dieses Elements werden dadurch in erheblichem Maße verringert.

Außerdem ergibt sich dabei durch Vervielfachung der angesammelten Minoritätsladungsträger ein verstärkter Injektionsstrom am zweiten Kontakt. Ferner wird

eine befriedigendere Abfuhr von Minoritätsladungsträgern durch das mit dem durch die erwähnte Abfuhr von Minoritätsladungstfägern herbeigeführten Strom von Majoritätsladungsträgern im Speichergebiet gekoppelte elektrische Feld erzielt.

Der Rückfluß von Minoritätsladungsträgern zu dem .Speichergebiet des ersten bistabilen Elements sowie eine Ansammlung von Minoritätsladungsträgern aus der Modulationszone durch den zweiten Kontakt nach Abiauf des Schiebeimpulses, was zu einer unerwünschten erneuten Zündung des ersten bistabilen Elements führen könnte, lassen sich unter Umständen auch vorteilhaft dadurch vermeiden, daß die Oberfläche des ersten Kontakts größer als die des /weiten Kontakts gemacht wird. Dadurch wird die Stromdichte im ersten Kontakt erheblich geringer als im /weiten Kontakt, wodurch der erste Kontakt in bezug auf den /weiten Kontakt schlechte Emittereigcnsehaften erhält, wäh-

ίο

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sich in bezug auf die des ersten Kontakts gleichfalls verschlechtern. Dadurch werden der Rücklfluß von Minoritätsladungsträgern aus der Modulationszone in das Speichergebiet des ersten bistabilen Elements nach Ablauf des Schiebeimpulses und die damit einhergehende unerwünschte Selbstzündung des ersten bistabilen Elements verhindert.

Der vierte zum Zünden des zweiten bislabilen Elements dienende Kontakt kann ein ohmscher Kontakt, z. B. die Steuerelektrode eines Thyristors, sein. Unter Umständen ist es jedoch günstig, wenn der vierte Kontakt als ein Gleichrichterkontakt ausgebildet wird, der in das Speichergebiet des zweiten bistabilen Elements Minoritätsladungsträger injizieren kann. Dieser Kontakt kann durch einen Metall-Halbleiterkontakt, z. B. einen Spitzenkontakt, oder, gemäß Anspruch 7 durch einen injizierenden Gleichrichterkontakt gebildet werden.

Der Rückfluß von Minoritätsladungsträgern in das Speichergebiet des ersten bistabilen Elements und die Gefahr einer unerwünschten Selbstzündung dieses Elements können noch weiter verringert werden, indem in die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Kontakt eine Diode aufgenommen wird, die einen Strom durchläßt, der bei Injektion von Minoritätsladungsträgern durch den zweiten Kontakt in die Modulationszone erzeugt wird. Auch kann zum Verhindern eines Rückflusses von Minoritätsladungsträgern aus dem Speichergebiet des zweiten bistabilen Elements und somit einer unerwünschten Löschung dieses Elements vorteilhaft in die Verbindung zwischen dem dritten und dem vierten Kontakt eine Diode aufgenommen werden, die derart geschaltet ist. daß die Richtung des durchgelassenen Stromes der des Zündstromes entspricht

Die Erfindung läßt sich vorteilhaft zur gegenseitigen Kopplung bistabiler Schaltelemente verschiedener Art verwenden, insofern sie alle ein Speichergebiet besitzen, in dem in einem der beiden stabilen Zustände Minoritätsladungsträger angesammelt werden. Besondere Vorteile ergeben sich durch die Weiterbildungen gemäß den Ansprüchen 10 und 11.

Aus solchen bistabilen Elementen können auf sehr einfache und zweckmäßige Weise Speicher, Schieberegister, Ringzähler usw. aufgebaut werden. Es ist günstig, wenn die bistabilen Elemente einander gleich sind, obwohl unter Umständen auch Schaltungen mit bistabilen Elementen verschiedener Art und/oder Struktur angewandt werden können.

Wenn das Halbleiterbauelement als bistabile Elemente lediglich Doppelbasisdioden enthält, wird es derart ausgebildet, daß das Basisgebiet der Dioden vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie das erwähnte weitere Halbleitergebiet ist.

Durch die Weiterbildung gemäß Anspruch 13 wird ein Schieberegister erhalten, das dadurch betrieben werden kann, daß zwischen den beiden Speiseleitungen eine Vorspannung angelegt wird, die während eines Schiebeimpulses zeitweilig ihr Vorzeichen wechselt.

Durch die Weiterbildung gemäß Anspruch 16 wird die Modulations/one möglichst klein gehalten. Daher können die injizierten Minoritätsladungsträgcr nahezu nicht durch Diffusion aus der Modulationszone cntwcichen, wodurch eine befriedigendere Wirkung der Kopplung erzielt wird.

Die Erfindung wird nachstehend für einige Ausführungsbcispiele an Hand der Zeichnungen näher

Γ i g. 1 schematisch ein Halbleiterbauelement nach der Erfindung,

F i g. 2 schematisch ein anderes Halbleiterbauelement nach der Erfindung,

Fig. 3 schematisch eine Draufsicht auf ein Halbleiterbauelement in integrierter Form,

F i g. 4 schematisch einen Querschnitt durch das Bauelement nach F i g. 3 längs der Linie IV-IV, und

F i g. '■ schematisch ein^n Querschnitt durch das Bauelement nach F i g. 3 längs der Linie V-V.

In den Figuren sind die Abmessungen nich; maßstäblich dargestellt, wobei insbesondere in den Querschnitten der Deutlichkeit halber die Abmessungen in der Dickenrichtung stark übertrieben sind.

F i g. I zeigt schematisch einen Teil eines Halbleiterbauelements mit einer Anzahl elektrisch miteinander gekoppelter identischer bistabiler Halbleiterschaltelemente in Form von pnpn-Bilisiumthyristoren 1, 2 und 3. die mit je zwei Endkontakten (4,5). (6,7), (8,9) versehen sind. Jedes dieser bistabilen Elemente besitzt ein Speichergebiet, in diesem Falle die Basisgebiete (10,11), (12,13) und (14,15), indem in gut leitenden (gesundeten) Zustand der Elemente Minoritätsladungsträger angesammelt werden.

Die bistabilen Elemente 1 und 2 sind durch einen ersten Kontakt IC, z. B. die Steuerelektrode des Thyristors J, miteinander gekoppelt, der an das p-Ieiiende Speichergebiet 11 angeschlossen ist und mit diesem Gebiet einen ohmschen Kontakt bildet und elektrisch mit einem zweiten Kontakt 17 verbunden ist, der in Form einer eindiffundierten p-leitenden Oberflächenzone auf einem mit einem ersten Anschlußkoi.takt 18 und einem zweiten Anschlußkontakt 19 versehenen weiteren Halbleitergebiet 20 angebracht ist, das als ein stabförmiger η-leitender Siliziumkörper ausgebildet ist. Der zweite Kontakt 17 bildet mit dem Haibleitergebiet 20 einen pn-übergang und kann daher Löcher in dieses Gebiet injizieren.

In dem Verbindungsweg 21 zwischen den Kontakten 16 und 17 kann über die Diode 22 ein elektrischer Strom, wie üblich vom Kontakt 16 zum Kontakt 17, fließen. Dadurch kann das Element 1 gelöscht werden, wobei die im gesundeten Zustand im Speichergebiet 11 vorhandene hohe Konzentration von Elektronen verschwindet und daher Elektronen aus diesem Gebiet entfernt werden. Außerdem werden durch diesen Strom Löcher in das η-leitende Gebiet 20 injiziert. Dadurch kann, wenn der Strom genügend stark ist und das Potential des ersten Anschlußkontaktes 18 das Potential des

/weilen Anschlußkonlakles 19 in ausreichendem Malte unlcrsehreilcl, l.eitungsmodulalion in tier sich vom Kontakt 17 /um Kontakt 18 erstreckenden Modulations/one 23 erzeugt werden. Im vorliegenden Heispiel bildet das (iebicl 20 mit den Kontakten 17, 18 und 19 eine Doppelbasisdiode.

Auf dem I lalblcilcrgebiel 20 ist ferner in der Nähe der Modul i-ionszonc 23 ein dritter Kontakt 24 angebracht, der elektrisch über die Diode 25 mit einem vierten Kontakt 26 verbunden ist, der auf dem Spcichcrgcbicl Π tics /weilen bistabilen Llcmcnts 2 angebracht ist. Dieser Kontakt 26 kann /H. die Steuerelektrode des Ibw'isiois 2 sein. Auf ik'iii Speichergebicl 13 ist lerncr ein Kontakt 27 angebracht, mit dessen HiKe Minoritälsladiingsiriigcr aus dem Speichergebict über ein dem oben beschriebenen System analoges, die Elemente 2 und 3 miteinander koppelndes System entfernt werden.

Die Kontakte 4, 6, 8, 19 und 31 sind an eine «^.....i ..ι..;·..»,., la ...»..„■ -.M.....»,» ,1;., ;;u~,. λ:., λ ui..n

klemme 29 an ein Ikvugspotential. /. 13. an Erde, gelegt isl Die Kontakte 5, 7 und 9 sind über die Hclaslungswidcrständc .30 mit einem Wert von 1 kU mit einer Speiseleitung 32 verbunden, (lic über eine Anschlußklemme 33 an eine Spannungsquellc angeschlossen ist, wodurch die Leitung 32 ein Potential von 4 J V erreicht.

Die Kontakte 18 und 34 sind an eine Speiseleitung 35 angeschlossen, die über die Anschlußklemme 36 an eine Spannungsquellc angeschlossen ist. wodurch die I.fitting 35 ein Potential von + 1.5 V erreich'..

Die ' /irkungsweisc der Vorrichtung ist folgende. Ls wird von einer Anfangslage ausgegangen, in der der Thyristor 1 sich im leitenden Zustand befindet und somil ge/ündel ist. Das Potential des ersten Anschlußkoniakts 18 wird zeitweilig dadurch geändert, daß die Spannung an der Klemme 36 während eines Schiebcimpulscs von 500 Nanosekunden auf —1.5 V gebracht wird. Dadurch wird der Kontakt 17 in der Durchlaßrichtung vorgespannt, wobei in die Modulationszone 23 Löcher injiziert werden und in der Verbindung 21 ein Strom erzeugt wird. Infolge des Auftretens dieses Steuerstromes wird der Thyristor 1 gelöscht, wobei die im Gebiet 11 angesammelten Elektroden verschwinden. Der durch den Kontakt injizierte Löti.Tstrom führt nahezu im ganzen Gebiet zwischen den Kontakten 17 und 18 Lcitungsmodulation herbei.

Nach Wiederherstellung der ursprünglichen Spannung von + 1,5 V auf der Leitung 35 hat infolge der erwähnten Lcitungsmodulation der Kontakt 24 ein höheres positives Potential als vor dem Auftreten des Spannungsimpulses erreicht. Dadurch fließt über die Diode 25 ein Strom vom Kontakt 24 zum Kontakt 26. Durch den letzteren Strom wird der Thyristor Z wenn er sich anfänglich im nicht leitenden gelöschten Zustand befand, gezündet, während bei anfänglich bereits gezündetem Thyristor 2 dieser Zustand aufrechterhalten wird. Am Ende des Schiebeimpulses ist also der Thyristor 1 gelöscht und der Thyristor 2 gezündet.

Wenn vor dem Auftreten des Schiebeimpulses der Thyristor 1 gelöscht war, ergibt sich während des Schiebeimpulses keine Injektion in die Modulationszone. Dadurch wird sich der Zustand, wenn der Thyristor 2 vor dem Auftreten des Schiebeimpulses gelöscht war, nach Ablauf dieses Schiebeimpulses nicht geändert haben. Wenn jedoch vor dem Auftreten des Schiebeimpulses der Thyristor 2 gezündet war, wird während des Schiebeimpulses der Thyristor 2 über den Steuerstrom am Kontakt 27 gelöscht werden.

Das liauelemenl nach I i g. I bildet ein Schieberegister, bei dem z. II. durch Messung des Spanniingsabfalles übci jeden der pnpn-Elemente zwischen ilen Punkten 37 und 29 (Lrdc) festgestellt werden kann, ob diese Llcmeiiie giviindcl sind oder nicht.

Der Koniakl 24 liegt dem Kontakt 17 derart nahe, daß naluvu im ganzen Gebiet der Modulations/one 23 zwischen dem Kontakt 24 und dem Kontakt 18 Leilungsmodulation erzeugt werden kann.
Die Diode 22 verhindert eine Umkehrung des .Steuerstromes durch die Verbindung 21 und somit eine erneute Zündung des Thyristors I. Die Diode 25 verhindert eine Umkehrung der Stromrichlung in der Verbindung /wischen den Kontakten 24 und 26, wodurch ein unerwünschtes Löschen des Thyristors 2 verhüte! wird und die Richtung des durchgelassenen Stromes der des /ündsiromes entspricht.

I'ig. 2 zeigt ein anderes Halbleiterbauelement nach

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bislabilen !'lementen in l'orm von Doppelbasisdioden 51, 52 und 53 aufgebaut, während als Kopplimgsglieder gleichfalls Doppelbasisdioden (54, 55) angewandt werden, gleich wie im vorhergehenden Beispiel.

Sämtliche Doppelbasisdioden bestehen dabei aus einem Basisgebict aus n-lcitcndcm Silizium, auf dem zwei Basiskontaktc und ein Emillcrkontakl angebracht sind, lewcils einer dieser Basiskontaktc (56, 57) isl mit einer ersten Speiseleitung (58) verbunden, mit der auch der Basiskontakt 59 der Doppelbasisdiode 54 verbunden isl während die Basiskonlaklc 60 und 61 mit einer zweiten Speiseleitung 62 verbunden sind, die gleichfalls an den Basiskontaki 63 der als Kopplungsglied wirkenden Doppelbasisdiode 54 angeschlossen ist.

Die l'millerkonlaktc 64,65 und 66 sind, gleich wie die Kontakte 67 und 68. als p-leilcncle Obcrflächcn/oncn ausgebildet.

Die Speiseleitung 62 ist über die Klemme 69 an ein festes Bezugspotcniial (z. B. an Lrde) gelegt. Die Speiseleitung 58 wird über die Klemme 70 auf ein Potential von 4 3V gebracht. Wenn anfänglich die Doppelbasisdiode 51 gezündet ist. werden durch den Emitterkontakt 64 Löcher in das Basisgebiet injiziert. Diese Löcher bewegen sich unter dem Linfluß des elektrischen Potentialunterschieds zwischen den Kon-

•»5 takten 56 und 60 von dem Lmitterkontakt 64 zu dem Basiskontakl 60 und führen in dem zwischen diesen Kontakten liegenden Speichergebiet 71 eine erhöhte Loche !konzentrat ion herbei.

Wenn das Potential der Klemme 70 während eines

so Impulses auf —5 V gebracht wird, wird der Emitterkontakt 65 in der Vorwärtsrichtung geschaltet, so daß durch Injektion von Löchern in der zwischen den Kontakten 65 und 59 liegenden Modulationszone 72 Leitungsmodulation erzeugt wird. Dabei fließt über die Diode 73 ein Strom vom Kontakt 67 zum Kontakt 65, wobei durch den Kontakt 67 Löcher aus dem Speichergebiet 71 kollektiert werden. Dadurch wird die Doppelbasisdiode

51 gelöscht.

Auf dem Basisgebiet der Doppelbasisdiode 54 isl ein M Kontakt 74 angebracht, der mit dem Emitterkontakt 66 der Doppelbasisdiode 52 verbunden ist. Nach Ablauf des Impulses erreicht der Kontakt 74 infolge der Leitungsmodulation in der Zone 72 praktisch das Potential der Speiseleitung 58, wodurch der Emitterkontakt 66 in der Durchlaßrichtung geschaltet und die Doppelbasisdiode

52 gezündet wird, so daß nach Ablauf des Schiebeimpulses das Element 51 gelöscht und das Element 52 gezündet ist. Die Vorrichtung bildet ein dem des

vorhergehenden Beispiels analoges Schiebregister.

F i g. 3 ist eine schematische Draufsicht auf einen Teil eines Halbleiterbauelementes nach der Erfindung, bei dem die bistabilen Elemente und das zur Kopplung angewandte weitere Halbleitergebiet mit den Speichergebieten und Modulationszonen einen Teil desselben Halbleiterkörpers bilden. Das Bauelement bildet ein Schieberegister, das dem in F^; i g. 2 dargestellten Schieberegister analog ist, in dem diskrete Bestandteile verwendet wurden. Daher werden in den Fig. 2 und 3 entsprechende Teile mit den gleichen Bezugsziffcrn bezeichnet. Fig.4 und 5 zeigen schematischc Querschnitte längs der Linien IV-IV und V-V der Fi g. J.

Das in den Fig.) bis 5 dargestellte Bauelement ist aus einen n-lcitenden Siliziumkörper 80 (siehe F i g. 4 und 5) mit einem spezifischen Widersland von 0,3 Π · cm aufgebaut, der mit einer Schicht 81 aus Siliziumoxyd überzogen ist. In diesen Körper sind unter Verwendung in der Halbleiier'.echnik a!!"crr.c:" üblicher Vorgänge eine Anzahl Oberflächenzonen verschiedener Leitfähigkeitstype eindiffundiert, di: Doppelbasisdioden und Kopplungsglieder mit planarer Struktur bilden. Z. B. besteht die in F i g. 4 im Querschnitt gezeigte Doppelbasisdiode 51 (siehe auch F i g. J) aus zwei Basiskontakten, die durch stark dotierte η-leitende Zonen 56 und 60 gebildet werden und zwischen denen ein p-leitender Emitterkontakt in Form der eindiffundierten Zone 64 angebracht ist. Die Basiskontakte sind durch Fenster in der Oxydschicht 81 an die Speiseleitungen 58 und 62 angeschlossen, die durch streifenförmige Metallschichten gebildet werden, welche in Fig. J in Draufsicht gestrichelt dargestellt sind. Gleich wie im Beispiel der Fig. 2, wird die Metallschicht 62 an Erde gelegt, während die Schicht 58 auf ein Potential von +^W gebracht wird.

Die Doppelbasisdioden 52 und 53 sind auf gleiche Weise aufgebaut (siehe F i g. J).

Die Kontakte, die den Kontakten 67 und 68 der F i g. 2 entsprechen, sind in diesem Beispiel aus einer p-leitenden Zone 67/4 bzw. 68,4 und einer darin *o angebrachten η-leitenden Zone 67ß bzw. 68ß aufgebaut. Die Strukturen (674, 6^ B) und (68A 68SJ bilden dabei »Hook«-Kollektoren auf den untenliegenden Kollektorgebieten der Doppelbasisdioden 51 und 52.

Die Kopplung zwischen den Doppelbasisdioden 51 und 52 wird auf die in Fig. 2 beschriebene Weise mit Hilfe der Kontakte 67 (A, B). 65, 74 und 66 hergestellt. Dabei ist die als Kopplungsglied bestehende Doppelbasisdiode 54 in demselben Halbleiterkörper wie die Elemente 51 und 52 integriert. Diese Doppelbasisdiode ist in Fig. 5 im Querschnitt längs der Linie V-V der Fig. 3 dargestellt. Die Zone 67 ß des »Hook«-Kollektors 67 (A, B) ist über die auf der Oxydschicht befindliche Metallschicht 82 mit der p-leitenden Emitterzone 65 verbunden, während der Kontakt 74, der durch eine eindiffundierte η-leitende Oberflächenzone gebildet wird (siehe F i g. 5), mit der Metallschicht 85 verbunden ist, die durch das Kontaktfenster 87 sich dem Emitterkontakt 66 der Doppelbasisdiode 52 anschließt

Die Wirkungsweise der Bauelemente nach den F i g. 3 bis 5 ist der oben beschriebenen Wirkungsweise des Bauelementes nach Fig.2 völlig analog. Das Weiterschieben von Information in diesem Schieberegister kann z. B. mitteis eines Schicbeimpulses mit einer Dauer von 400 Nanosekunden erfolgen, wobei während dieses Impulses das Potential der Metallschicht 58 zeitweilig auf —5 V gebracht wird. Diese Impulsdauer ist kurz in bezug auf die Lebensdauer von Löchern im Siliziumkörper 80, die etwa J jisek beträgt. Dies wird dadurch erzielt, daß während der Injektion von Löchern gleichzeitig über den Kontakt 65 Löcher aus dem Kollektorgebiet der Doppelbasisdiode 51 abgeführt werden, wodurch das Element 51 schnell gelöscht wird.

Die Oberfläche des »Hook«-Kollcktors 67 ist bei dieser Vorrichtung größer als die des Emitterkontakts 65. Dadurch wird der Rückfluß von Löchern aus der zwischen den Kontakten 65 und 59 liegenden Modulationszone zu dem Speichergebiet der Doppelbasisdir. Je 51 erheblich verringert, indem durch die geringere Stromdichte der »Hook«-Kollektor 67 bessere Kollek-

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als der Emitterkontakt 65 hat. Wenn der Kontakt 67 (A, B) als ein »Hooki<-Kollektor ausgebildet ist, ergibt sich außerdem während des Schiebeimpulses eine Löchervervielfachung, was eine verstärkte Injektion am Kontakt 65 zur Folge hat.

Weiterhin ist bei diesem Bauelement in jeder der miteinander gekoppelten Doppelbasisdioden (51, 52,53) (siehe Fig. J und 4) in die p-leitende Emitterzone (64, 66) eine η-leitende Zone 83 eindiffundiert, die über ein Kontaktfenster in der Oxydschicht sich einer Metallschicht 84 anschließt, die mit der Schicht 58 verbunden ist. Dadurch wird während des Schiebeimpulses eine Injektion von Emilterkontakt (z. B. 64) über das Halbleitergebiet 80 zu der Metallschicht 58 (und somit die Gefahr einer Selbstzündung des Elements 51) vermieden, weil der Stromweg über die pn-Diode (83, 64) und die Metallschicht 84 zu der Metallschicht 58 einen geringeren Widerstand als der Stromweg über den Halbleiterkörper 80 hat.

Die Kontaktgeometrie ist bei diesem Bauelement derart gewählt, daß der Emitterkontakt 65 nahezu völlig von den Kontakten 59 und 74 umgeben ^:~.t. Dadurch wird die Modulationszone möglichst klein gehalten, wodurch eine zweckmäßige Kopplung erzielt wird.

Es dürfte einleuchten, daß sich die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern daß im Rahmen der Erfindung für den Fachmann viele Abarten möglich sind. z. B. können auch statt der in den Beispielen verwendeten Elemente andere bistabile Elemente benutzt werden, vorausgesetzt, daß sie im gezündeten Zustand ein Speichergebiet für Minoritätsladungsträger aufweisen. Ferner können die erwähnten Leitfähigkeitstypen gegenseitig verwechselt werden, während auch statt Silizium andere Halbleiter angewandt werden können. Außerdem können statt der erwähnten pn-Kontakte Metall-Halbleiterkontakte Anwendung finden, während die Kopplung unter Umständen nicht nur in Schieberegistern, sondern auch in anderen Schaltungen, wie Speicherschaltungen, Ringsählern, usw. verwendet werden kann. Auch kann im Rahmen der Erfindung die Geometrie der unterschiedlichen Kontakte innerhalb weiter Grenzen geändert werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (17)

Patentansprüche:

1. Halbleiterbauelement mit mindestens zwei elektrisch miteinander gekoppelten bistabilen Halbleiterschaltungselementen, die je mit einem ersten und einem zweiten Endkontakt versehen sind und ein Halbleitergebiet, das Speichergebiet, enthalten, in dem in einem der beiden stabilen Zustände, dem gezündeten Zustand, Minoritätsladungsträger angesammelt werden, wobei die ersten Hndkontakte der bistabilen Elemente mit einer ersten Speiseleitung und die zweiten Endkontakte mit einer zweiten Speiseleitung verbunden sind, und wobei die erwähnten bistabilen Elemente durch ein Halbleiterverbindungselement miteinander gekoppelt sind, das mit auf den Speichergebieten des ersten und des zweiten bistabilen Elementes angebrachten Kontakten verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Halbleiterverbindungselement von einem Spannungsteiler in Form eines mit einem ersten (18; 59) und einem zweiten ohmschcn Anschlußkontakt (19; 63) versehenen Halbleiterwiderstandsgebietes eines Leitungstyps gebildet wird, wobei der zweite Anschlußkontakt (19; 63) mit der zweiten Speiseleitung (28; 62) und der erste Anschlußkontakt (18; 59) mit einer anderen Speiseleitung (35; 58) verbunden isv, und wobei ein auf dem Speichergebiet (11; 71) des ersten bistabilen Elementes (1; 51) angebrachter erster Kontakt (16; 67) mit einem zweiten Kontakt (17; 65) auf dem Jo Widerstandsgebiet elektrisch verbunden ist, und ein dritter Kontakt (24; 74) auf dem Widerstandsgebiet mit einem vierten Kontr'.t (26; 66) auf dem Speichergebiet des zweiten bistabilen Elementes (2; 52) elektrisch verbunden ist, ν )bei sich der zweite ^ (17; 65) und dritte Kontakt (24; 74) zwischen dem ersten (18; 59) und zweiten Anschlußkontakt (19; 63) befinden, und wobei der zweite Kontakt (17; 65) Minoritätsladungsträger im Widerstandsgebiet injizieren kann, wodurch der Widerstand dieses ^w Gebietes zwischen dem dritten Kontakt (24; 74) und dem ersten Anschlußkontakt (18; 59) durch Leitungsmodulation derart herabgesetzt wird, daß der dritte Kontakt (24; 74) praktisch das Potential der anderen Speiseleitung (35; 58) annimmt und dadurch ⁴^ den Leitungszustand des zweiten bistabilen Elementes bestimmt.

2. Halbleiterbauelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Modulationszone Leitungsmodulation in einem Gebiet erzeugt wer- ^w den kann, das sich wenigstens von dem dritten Kontakt (24; 74) bis zu dem ersten Anschlußkontakt (18;59) erstreckt.

3. Halbleiterbauelement nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kontakt ^v> (17; 65) durch eine Oberflächenzone von einem dem des weiteren Halbleitergebiets entgegengesetzten Leitfähigkeitstyp gebildet wird, die mit diesem weiteren Halbleitergebiet einen pn-übergang bildet.

4. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprü- ^b0 ehe 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daB der erste Kontakt (67) ein Gleichrichterkontakt ist, der aus dem Speichergebiet des ersten bistabilen Elements (51) Minoritätsladungsträger sammeln kann.

5. Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüehe 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Kontakt (67) als ein »Hook«-Kollektor ausgebildet ist.

6. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des ersten Kontakts (16; 67) größer als die des zweiten Kontakts (17; 65) ist.

7. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der vierte Kontakt (66) ein Gleichrichterkontakt ist, der in das Speichergebiet des zweiten bistabilen Elements (52) Minoritätsladungsträger injizieren kann.

8. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung zwischen dem ersten (16; 67) und dem zweiten Kontakt (17; 65) eine Diode (22; 73) aufgenommen ist, die einen Strom durchläßt, der erzeugt wird, wenn Minoritätsladungsträger durch den zweiten Kontakt (17; 65) in die Modulationszone injiziert werden.

9. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Verbindung zwischen dem dritten (24) und dem vierten Kontakt (26) eine Diode (25) aufgenommen ist, die einen Strom durchläßt, der in dieser Verbindung zum Zünden des zweiten bistabilen Elements (2) erzeugt wird.

10. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der bistabilen Elemente (1) durch eine pnpn-Struktur gebildet wird.

11. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eines der bistabilen Elemente (51) durch eine Doppelbasisdiode gebildet wird, die ein Basisgebiet (71) von einem Leitfähigkeitstyp mit zwei Basiskontakten (56; 60) (den Endkontakten) und einen zwischen diesen Basiskontakten liegenden Emitterkontakt (64) enthält, der Minoritätsladungsträger in das Basisgebiet (71) injizieren kann.

12. Halbleiterbauelement n»ch einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabilen Elemente (1, 2, 3; 51, 52,53) einander gleich sind.

13. Halbleiterbauelement nach den Ansprüchen 11 und 12, bei der das weitere Halbleitergebiet vom gleichen Leitfähigkeitstyp wie das Basisgebiet der Doppelbasisdioden ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Basiskontakt (57; 56) jeder Doppelbasisdiode mit einer ersten Speiseleitung (58) verbunden ist, die auch mit dem ersten Anschlußkontakt (59) verbunden ist, während der andere Basiskontakt (60; 61) mit einer zweiten Speiseleitung (62) verbunden ist, die an den zweiten Anschlußkontakt (63) angeschlossen ist.

14. Halbleiterbauelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die bistabilen Elemente und das weitere Halbleitergebiet einen Teil desselben Halbleiterkörpers bilden.

15. Halbleiterbauelement nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Kontakte auf derselben vorzugsweise ebenen Oberfläche des Halbleiterkörpers angebracht sind, die wenigstens teilweise mit einer elektrisch isolierenden Schicht Ubezogen ist, wobei die Kontakte durch öffnungen in der Isolierschicht sich dem Halbleiterkörper anschließen und mit wenigstens teilweise auf der Isolierschicht liegenden Leitern verbunden sind.

16. Halbleiterbauelement nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kontakt (65) über einen erheblichen Teil seines Umfanes von dem

dritten Kontakt (74) und dem ersten Anschlußkontakt (59) umgeben ist.

17. Schaltung mit einem Halbleiterbauelement nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten (18; 59) und dem zweiten Anschlußkontakt (19; 63) in Form eines Schiebeimpulses zeitweilig ein derartiger Potentialunterschied angelegt wird, daß, wenn das erste bistabile Element (Ij 51) sich im gezündeten Zustand befindet, in der Verbindung zwischem dem ersten (16; 67) und dem zweiten Kontakt (17; 65) ein Gtrom erzeugt wird, wodurch aus dem Speichergebiet des ersten bistabilen Elements (1; 51) Minoritätsladungsträger entfernt und in das weitere Halbleitergebiet Minoritätsladungsträger injiziert werden, so daß in dertvtoduiationszone Leitungsmodulation herbeigeführt wird, wodurch der dritte Kontakt (24; 74) nach Wiederherstellung des ursprünglichen Spannungszustandes der Anschlußkontakte ein derartiges Potential erreicht, daß das zweite bistabile Element (2· 52) in den gezündeten Zustand übergeht.