Brevet FR2027783A1 — publié le 19701002

t 2027783 La présente invention concerne un dispositif d'emmagasinage de signaux, semiconducteur à faible énergie et, plus particulièrement, une diode du type PNPN à deux bornes pour l'emmagasinage de signaux au moyen de porteurs minoritaires» 5 Le brevet américain 2 677 353 (Ross) décrit un dispositif du type PNPN à trois bornes, par exemple, un redresseur commandé au silicium (SCR1 dans lequel un signal d'entrée est appliqué à la troisième borne de commande afin d'établir initialement une densité de porteurs minoritaires dans le dispositif PNPN. Puis, un train d'impulsions est -appliqué au dispositif PNPN afin 10 de maintenir la densité des porteurs minoritaires. Les impulsions du train sont supérieures à la tension de soutien minima mais- inférieures à la tension de rupture. Le temps d'impulsion "actif* dans le dispositif de Ross doit être plus long que le temps d'impulsion, "Inactif", ce qui définit la forme du train des impulsions. En pratique» le temps d'impulsion"actif" peut être cinquante 15 fois l'intervalle correspondant au temps d'impulsion "inactifLe système de Ross nécessite une très grande énergie.pour maintenir la tension de maintien ou de soutien, sur une durée correspondant presque totalement au temps "actif" et "inactif" de» impulsions. Le brevet américain 3 072 BQ4 (Aaronsonl décrit une diode du type PNPN 20 dans laquelle la densité des porteurs^ minoritaires est utilisée pour une fonction de mémoire. Cependant, le système d'Aaronson n'est pas un système prévoyant le maintien de la densité des porteurs pendant une longue période de temps sans chutes sensibles. Dans les systèmes de l'art antérieur, il était difficile de construire 25 un système de mémoire à circuits intégrés, compact, étant donné que les cellules de mémoire disponibles étalent trop grandes pour §tre utilisées dans des petits blocs denses» Les cellules de lrart antérieur nécessitaient également une très forte énergie de maintbn qui, outre le fait d'être onéreuses, net en évidence que les sel Iules de mémoire de l'art antérieur dissipaient 30 l'énergie sous forme de chaleur, limitant à nouveau les dimensions du système. Une diode du type PNPlï est initialement rigoureusement non conductrice pour de petites valeurs de tension appliquées dans la diode, fiais lorsque la tension appliquée atteint une valeur prédéterminée, dans l'exemple choisi* TQ volts, la diode est rompue et devient conductrice. Cette valeur prédéterminée 35 est donc appelée la tension de rupture. Lorsque le tension de rupture est appliquée à la diode, la densité de porteurs minoritaires augmente dans les régions N et P les plus proches de la jonction centrale. La présence de porteurs minoritaires provoque une augmentation de courant dans la diode, ce qui représente une diminution de la résis-40 tance de la diode. 69 40274 2 2027783 Si la tension de rupture est alors enlevée, les porteurs minoritaires restent, disparaissant par recombirtaison à une cadence déterminée par les paramètres du matériau semiconducteur utilisé. La jonction "centrale ne peut supporter aucune inversion de polarisation jusqu'à ce que les porteurs roinoritai-5 res disparaissent suffisamment pour amener là tension dans la jonction centrale à zéro. Aussi longtemps qu'il n'y a pas d'inversion de polarisation, là diode ne peut pas bloquer une tension nouvellement appliquée dans le sens direct. Une courte impulsion de la tension nouvellement appliquée dans le sens direct, 10 va Être suffisante pour attaquer la diode de façon à ce qu'elle laisse passer a nouveau le courant et pour renouveler l'alimentation de porteurs minoritaires. En utilisant une diode PNPN avec deux bornes seulement, l'effet capacitif du système provoquée par une troisième borne de commande est évitée. Les 15 régions intermédiaires N et P peuvent être faites de façon à être plus petites que nécessaire au cas où un fil de commande devrait être rattaché à l'une des régions intermédiaires, comme dans le dispositif de Ross." Ainsi, une charge plus petite est nécessaire pour maintenir la même densité de charge. La présente invention peut être résumée sous la forme d'une diode du type 20 PNPN à deux bornes dans laquelle l'application initiale d'une tension de rupture dans la dite diode emmagasine des porteurs minoritaires dans les régions intermédiaires de la diode. Puis, des impulsions périodiques ayant une tension de maintien, ou de soutien, plus faible sont appliquées dans la jonction afin maintenir la densité de porteurs minoritaires à un niveau suffisamment élevé 25 et maintenir la diode PNPN à l'état conducteur» Une diode'supplémentaire peut être utilisée pour réduire la fréquence nécessaire des impulsions de soutien. Une cellule de mémoire construite conformément à la présente invention est de dimension petite étant donnée qu'elle nécessite uniquement un dispositif à deux bornes par cellule. Elle offre également un taux de consommation d'éner-30 gie faible par suite du faible taux de répétition de régénérescence ou de restauration des impulsions utilisées pour maintenir la cellule de mémoire dans le mode d'emmagasinage. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invehtiort rassortiront mieux de l'exposé qui suit, fait en référence aux dessins annexés à ce 35 texte qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci, La figure 1 représente un schéma d'une cellule de mémoire et les éléments d'attaque associées, conformément a Isf présente invention. La figure 2 représente un schéma d'une autre cellule de mémoire pouvant être insérée dans le circuit de la figure 1 entre les points A et B. 40 La figure 3 représente un schéma d'un réseau de cellules de mémoire, con- 69 40274 3 2027783 fprmément à la présente invention. Suivant la figure 1, une diode du type PNPN 1 est connectée en série avec une diode du type PN, 2 et une résistance 3. Dans un autre mode de réalisation, . la diode 2 peut Stre omise comme le montre la figure 2. .5 „ .Un générateur d'impulsions 5 fonctionne constamment tandis que la mémoire est mise en action. De façon typique dans le mode de réalisation correspondant utilisation du dispositif de la figure 2, le générateur d'impulsions peut avoir un cycle de travail correspondant à 1/1000, c'est-à-dire, un temps actif de 20 nanosecondes avec une amplitude d'impulsion de 5 volts et un temps "inac- " £ -- " ' "r - 10 _tif de 20 microsecondes. Durant le temps actif correspondant à 20 nanosecondes le générateur d'impulsions 5 renouvelle la densité des porteurs minoritaires dans la diode PNPN si celle-ci conduit. Sinon, les impulsions n'ont pas d'effet .étant donné que l'amplitude d'impulsion de 5 volts est inférieure à la tension de .rupture qui, dans l'exemple choisi, est de 10 volts. 1.5. , Si _la ?diade PNPN 1 nB conduit pas et si l'on souhaite introduire un signal binaire dans la mémoire de la diode, le générateur d'impulsions B engendre une seule impulsion positive ayant une amplitude au moins égale à la tension de rupture. Cette impulsion est appliquée sur la diode PNPN 1, l'extrémité {? de .la diode, étant positive. La rupture qui s'ensuit dans la jonction provo- 20 que l'augmentation de la densité des porteurs minoritaires nécessaires pour ._1'emmagasinage_du signal. Ensuite, la densité des porteurs minoritaires va ... . .être maintenue à un .niveau de conduction par les impulsions provenant du géné-.rameur .5.. Lpr.squîon souhaite déterminer si une cellule de mémoire à diode du type 25,. PNPN.se trouve dans, une condition "active" ou de conduction potentielle Cce _ ._qui correspond.à l'emmagasinage d'un bit), un générateur d'impulsions de dé-.tection 7 engendre une seule impulsion courte dont l'amplitude est inférieure • „ la .tension de rupture. .Par exemple, l'impulsion de détection peut avoir une ..amplitude ,de,5 .volts. L'impulsion de détection est de préférence synchronisée _30 „ ,$e manière à pe qu'elle tomb.e. à environ mi-chemin entre, les impulsions de sou-. ... tien.. Si la diode PNPN 1 est conductrice, l'indicateur de courant 8 va indiquer le passage d'un courant. „ • .Lprsqu.'on souhaite enlever un bit de la cellule de mémoire, le générateur - d-'impulsions 10 engendre une impulsion négative ayant approximativement l'ampli 35 tude de la„.tension de rupture. L'impulsion d'effacement négative peut être, -•p^r ^xemple,.. de :-10 volts et sert à dissiper les porteurs minoritaires. Bien entendu, la cellule de émoire, ou un réseau de cellules de mémoire de ce,, type, peut être effacée en arrêtant les impulsions de soutien. J_a .figure 3 représente un schéma d'un certain nombre de cellules de mé-40 moire à diode du type PNPN formant une partie d'un,réseau monolithique pla- _ 69 40274 4 2027783 naire 11 de cellules de mémoire. Ce réseau monolithique, qui est un agencement de circuits intégrés, peut Stre fabriqué en utilisant des procédés connus. Bien que la figure représente un réseau de 3 x 3, le principe s'applique à un réseau de dimensions quelconques. 5 Des conducteurs 12-14 sont disposés à une extrémité du réseau et les con ducteurs orthogonaux 15-17 le sont à l'autre extrémité. Les impulsions de maintien sont appliquées par le générateur 5 à ces conducteurs par les diodes 22-24 et 25-27. L'application des impulsions d'écriture 6, des impulsions de lecture 7 et des impulsions de remise à zéro de mémoire 10 aux couples de conduc-10 teurs orthogonaux sélectionnés peut se faire d'une manière bien connue dans le domaine des mémoires. Si la mémoire fonctionne dans le mode de réalisation de la figure 2 sans diode PN, 2, l'insertion de cette diode 2 divise cependant le cycle de travail par dix, voire par cent. Pour des mémoires dont l'energle est extrêmement fai-15 ble, l'insertion de la diode 2 peut itre souhaitable. Pour certaines utilisations, du dispositif décrit dans la présente invention, par exemple le dispositif représenté sur la figure 2, il se peut que le problème de diaphonie se pose entre les cellules adjacentes. Ce problème peut Stre fortement réduit en insérant un élément résistant supplémentaire 20 entre le dispositif PNPN 1 et la borne B de la figure 2. Bien que le dispositif ait été décrit en se reportant aux figures, l'inversion des polarités des signaux peut se faire en inversant les polarités des dispositifs du type PNPN et PN. Il reste bien entendu que la description qui précède n'a été donnée qu'à 25 titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent Stre envisagées, sans sortir pour autant du cadre et de la portée de la présente invention. 69 4027:4; 5-, ; ... REVENDICATIONS , . 1.- Système d'emmagasinage de signaux, semiconducteur à faible énergie, caractérisé en ce qu'il comprend: aî. un dispositif semiconducteur à deux bornes ayant quatre régions suc-5 cessives de type de conductlvité alterné connectées entre lesdites deux bornes, ledit dispositif ayant une tension de rupture déterminée de façon inhérente* b}. un moyen pour appliquer entré lesdites deux bornes un impulsion de tension d'entrée au moins aussi grande que ladite tension de rupture et ayant une polarité agencée de manière à permettre la création d'une concentration 10 importante de porteurs minoritaires dans les deux régions centrales desdites régions successives de conductlvité opposée; c). un moyen pour appliquer un train d'impulsions de tension périodiques entre lesdites deux bornes, dans lequel chacune desdîtes impulsions de tension périodiques a une amplitude inférieure à ladite tension de rupture, et une 15 polarité agencée de manière à provoquer la restauration périodique de ladite concentration de porteurs minoritaires afin d'éliminer les effets de la disparition de la densité des porteurs, et une durée d'impulsion inférieure à l'intervalle séparant les impulsions, et dJ. un moyen pour appliquer entre lesdites deux bornes, une impulsion 20 de tension d'effacement ayant une valeur et"une polarité de manière à permettre une rapide disparition de ladite concentration de porteurs minoritaires. 2.- Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ladite tension d'effacement est approximativement égale à ladite tension de rupture et de polarité opposée è ladite tension d'entrée. 25 3.- Système suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dispositif semiconducteur est une diode du type PNPN. 4.- Système suivant la revendication 3, caractérisé en outre en ce qu'il comprend une diode PN connectée en série à ladite diode PNPN, dans lequel le rapport entre ladite durée des impulsions et ledit intervalle séparant les impul- 30 sions est inférieur à celui qui peut être obtenu sans ladite diode PN. 5.- Système suivant la revendication 4, caractérisé en outre en ce qu'il comprend un moyen pour déterminer si ladite diode PNPN se trouve ou non à une condition rigoureusement conductrice»