Brevet FR2245053A1 — publié le 19750418

L'invention concerne une mémoire comportant des éléments à transfert de charge pour une exploitation à une, deux, trois et quatre phases, dans laquelle des électrodes isolées les unes des autres par des intervalles sont disposées les unes à la suite des autres sur un substrat, une couche isolante étant disposée entre ces électrodes et le substrat. On connaît déjà de tels dispositifs à transfert de charge . Un dispositif de ce type est décrit par exemple dans la demande de brevet allemand publiée sous le n0 2.201.395. Dans ce dispositif, une couche isolante en silice est disposée sur un substrat semiconducteur en silicium de type n. Les électrodes en aluminium sont disposées sur la couche d'oxyde. L'application de trois potentiels différents sur ces électrodes permet de décaler les porteurs de charge minoritaires se trouvant sous les électrodes d'une électrode à une autre. La présente invention se propose de réaliser une mémoire comportant des éléments à transfert de charge pour une exploitation à une, deux, trois et quatre phases. te problème est résolu grâce à une mémoire comportant des éléments à transfert de charge du type décrit ci-dessus, qui se caractérise par le fait qu'en plus d'une série d'électrodes, on prévoit des condensateurs de mémorisation M1112S (métal-premier isolant-second isolant-semiconducteur),que chaque - condensateur est disposé en regard d'une électrode d'un élément à transfert de charge qui est raccordée à la meme ligne de cadence, et que les électrodes des condensateurs MI112S sont réunies par l'intermédiaire d'une ligne de commande. Un avantage de la mémoire suivant l'invention comportant des éléments à transfert de charge réside dans le fait quel par l'intermédiaire des éléments à transfert de charge , Les infor mations peuvent entre introduites ou lues dans les condensateurs de mémorisation MI1I2S de façon relativement simple et rapide. Un autre avantage de la mémoire suivant l'invention réside-dans le fait que les informations restent mémorisées dans les condensateurs de mémorisation M1112S pendant une durée importante, meme en cas de panne de courant. De façon avantageuse, les informations mémorisées dans les condensateurs MI1I2S ne sont pas détériorées par l'influence des impulsions de cadence destinées à commander les éléments à transfert de charge Etant donné que les informations mémorisées ne do#tpas circuler en permanence, la dissipation des éléments de mémorisatim peut entre maintenue relativement faible. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante de plusieurs formes de réalisation particulière-données à titre d'exemple et rew ésentées au dessin annexé dans lequel La figure 1 est une vue de dessus schématique d'une mémoire suivant l'invention. La figure 2 est une vue en coupe suivant II-II de la figure 1, des charges étant mémorisées dans une couche marginale d'inversion située sous l'électrode de l'élément à transfert de charge. La figure 3 est une vue en coupe suivant Il-Il de la figure 1, aucune couche d'inversion n'existant sous l'électrode de l'élément à transfert de charge sous laquelle se trouve uniquement une zone d'appauvrissement. La figure 4 représente, à l'aide de la coupe prise suivant II-II de la figure 1, le transfert des charge à partir de la couche d'inversion de l'élément à transfert de charge suivant la figure 2 en direction du condensateur de mémorisation MNOS. La figure 5 représente, à l'aide de la coupe prise suivant la ligne Il-Il de la figure 1, la mémoire suivant l'invention (figure 3) dans laquelle aucun porteur de charge n'est transféré en direction du condensateur de mémorisation MNOS. Les figures 6 et 7 représentent, à l'aide de la coupe suivant la ligne Il-Il de la figure 1, l'information mémorisée dans un condensateur de mémorisation-MNOS possédant une valeur de seuil élevée,et l'informationmémorisée dans un condensateur de mémorisation MNOS possédant une faible valeur de seuil. Les figures 8 et 9 représentent, à l'aide de la coupe réalisée suivant la ligne II-II de la figure 1, le processus de lecture d'un condensateur MNOS. La figure 10 est un graphique représentant la capacité d'un condensateur MNOS en fonction de la tension. La figure 11 est un graphique représentant la tension de seuil d'un condensateur MNOS en fonction du champ électrique dans le diélectrique. La figure 12 est un graphique représentant les impulsions nécessaires à la commande d'une mémoire suivant l'invention. Dans la figure 1, le substrat est désigné par la référence 1. De préférence, ce substrat est constitué par du silicium du type n. Sur le substrat l, sont disposées en série des électrodes 100, 200 et 300, séparées les unes des autres par des intervalles. De préférence, ces électrodes sont en aluminium. Entre les électrodes 100, 200 et 300 et le substrat 1 est disposée une couche isolante du point de vue électrique qui est constituée de préférence par du SiO2. Pour simplifier cette couche n'est pas représentée dans la figure 1. Dans la figure 2, cette couche est désignée par la référence 12. Chaque électrode 100, 200 et 300 constitue, en même temps que la couche isolante du point de vue électrique qui est disposée sous cette électrode et que le substrat I, un élément à transfert de charge 10, 20, 30. Le transfert des porteurs de charge minoritaires dis- posés dans le substrat 1, sous les électrodes 100, 200, et 300, est provoqué par l'application de trois potentiels différents U100, U200 et U300 sur les électrodes 100, 200 et 300 (figure 12 instants tl, t2, t3). Dans ce but, toutes les électrodes 100 sont réunies en parallèle et peuvent titre conmandees par l'intermédiaire d'une ligne non représentée dans la figure 1. Toutes les électrodes 200 et toutes les électrodes 300 sont également branchées en parallèle et commandées par l'intermédiaire d'une ligne non représentée dans la figure 1. Dans la demande de brevet allemand n0 2.202.395 citée ci-dessus, le transfert de charge est décrit en détail. Suivant l'invention, outre cette série d'éléments à transfert de charge , on prévoit des condensateurs de mémorisation #41lI2S. De tels condensateurs de mémorisation possèdent une double couche isolante, dans laquelle peuvent titre mémorisées des charges. De préférence, les condensateurs de mémorisation MI1I2S sont constitués par des condensateurs MNOS. Chaque condensateur de'mémori- sation MNOS est disposé à coté d'un élément à transfert de charge raccordé à la mtme ligne de cadence. Par exemple, chaque condensateur de mémorisation 30 est disposé à'cOté d'un élément à transfert de charge 10.Les condensateurs de mémorisation MNOS sont constitués par une électrode 310, qui est de préférence en aluminium, une double couche d'isolement disposée entre cette électrode et le substrat 1, et le substrat 1. Comme on peut le voir par exemple dans la figure 2, cette double couche d' isolement est constituée par une couche isolante 33, qui est de préférence en Si02 et une couche isolante 32, qui est de préférence en Si3N4. Les électrodes des condensateurs SNOS 30 sontréunies en parallèle par l'intermédiaire d'une ligne de commande 31. Les figures 2 à 9 sont des coupes, suivant la ligne Il-Il de la figure 1 d'un élément à transfert de charge 10 et d'un condensateur de mémorisation MNOS 30. Dans la figure 2, on a représenté des pareurs de charge 14 mémorisés dans une couche marginale d'inversion 13 sous l'électrode 100 d'un élément à transfert de charge 6. La figure 3 représente l'état dans lequel il existe uniquement une zone d'appauvrissement 15 sous l'électrode 100-de l'élément à transfert de charge 10. On va maintenant décrire le mode de fonctionnement des condensateurs-MNOS utilisés dans la mémoire suivant l'invention comportant des éléments à transfert de charge , en se référant aux figures 2 à 12. Si une tension négative élevée U31 est appliquée (figure 12, instant t4) aux électrodes 310 du condensateur de mémorisation MNOS 30, qui sont reliées en parallèle par l'intermédiaire de la ligne de commande 31, la charge de l'élément à transfert de charge 10 est décalée vers le condensateur MNOS dans le cas où il existe une charge. sous l'élément à transfert de charge 10. La tension négative U31 appliquée à l'électrode 310 du condensateur de mémorisation 30 doit titre supérieure à la tension négative U 10 appliquée à l'électrode 100 de l'élément à transfert de charge 10.Le décalage a lieu suivant le méme principe que dans les éléments àtransfert de charge. La capacité d'un condensateur MNOS dépend fortement de son état de charge.S'i1existe une couche marginale d'inversion 132 (figure 4), la capacité est importante. Par contre, s'il n'existe qu'une zone d'appauvrissement 152 (figure 5), la capacité est faible. Dans le cas d'un substrat d'environ 10 C cm le rapport des capacités est d'environ 1/5. Ceci signifie que pour une tension identique U 31 entre l'électrode 300 et le substrat, le champ électrique dans le diélectrique du condensateur MNOS est important lorsqu'il existe une couche marginale d'inversion et est faible lorsque celle-ci n'existe pas. Dans l'exemple mentionné ci-dessus, le rapport-entre les intensités des champs électriques est aussi de 1/5. La figure 1Q représente la capacité d'un condensateur MNOS en fonction de la tension U 31 (tension de commande). La par tie 40 de la courbe représente la capacité en fonction de la ten sonde commande, lorsqu'il existe uniquement une zone d'appau crissement La partie 41 de la courbe représente la capacité en fonction de la tension de commande U 31 en présence d'une couche marginale d'inversion. La partie 42 de la courbe représente la capacité en fonction de la tension de commande en présence d'une couche d'enrichissement, c est-à-dire pour une tension de commande positive. La figure 11 représente la tension de seuil d'un condé sateur de mémorisation MNOS en fonction de l'intensité de champ. Si la plage de travail est choisie de façon à obtenir un décalage important de la tension de seuil dans le cas d'un champ élevé E 1, c'est-à-dire en présence d'une couche marginale d'inversion, pour ne pas obtenir de décalage dans le cas d'un champ faible E 2 > clest-å-dire en présence d'une zone d'appauyrissex on ospeut mé- moriser ltétat de charge respectif des condensateurs MNOS, par l'intermédiaire du décalage de la tension de seuil. L'information reste mémorisée dans les condensateurs MNOS, mérne en cas de panne de courant. L'enregistrement dans les condensateurs MNOS suppose cependant que le décalage de la tension de seuil est suffisamment rapide pour que pendant ce temps il n T apparaisse qu'un nombre né- gligeable de porteurs de charge positifs, par exemple par génération thermique, dans la zone d'appauvrissement. Le décalage de la tension de seuil doit avoir lieu en quelques microsecondes. Si le décalage prend un temps plus long, il apparatt un décalage de la tension de seuil dans tous les condensateurs MNOS. Cependant étant donné que la constante de temps pour la génération de charges positives dans ladite zone va de quelques millisecondes à quelques secondes, cette supposition est satisfaite. Après l'enregistrement, le potentiel existant sur la ligne de commande 31 des condensateurs MNOS peut titre tel que dans les condensateurs de mémorisation MNOS possédant une tension de seuil négative élevée UTO il apparaisse uniquement une zone d'ap- pauvrîssement, tandis qu'il apparatt une couche marginale d'inversion avec la tension de seuil faible UT1. Ceci est représenté dans les figures 6 et 7. La figure 6~représente le condensateur MNOS possèdant une tension de seuil négative élevée UTO > dans lequel il n'apparatt qu'une zone d'appauvrissement 151. La figure 7 représente le condensateur MNOS possédant une tension de seuil faible UT1, dans lequel il apparatt une couche marginale d'inversion.La meme tension de commande UT1 est appliquée que ce soit dans le cas du condensateur de la figure 6 ou dans le cas du condensateur de la figure 7. L'information mémorisée est maintenant inversée vis-à-vis de l'information qui doit être lue à partir des éléments à transfert de charge 10 des figures 4 et 5. On peut en tenir compte ou effectuer une correction au moment de la lecture du signal, en utilisant un inverseur. En raison de l'inversion des états, après l'enregistre- ment, des charges positives mobiles doivent etre dérivées du condensateur MNOS puis appliquées aux autres condensateurs.Sans mesure supplémentaire le réglage d'un état d'équilibre thermodynamique serait très long (quelques millisecondes). Cependant, on peut encore, directement après l'enregistrement (figure 12, instant t5), appliquer à toutes les lignes de cadence des éléments à transfert de charge , une tension négative suffisamment élevée pour provoquer un équilibrage des charges rapide, par l'intermédiaire des voies conductrices créees de cette façon. Pour lire des informations à partir des condensateurs de mémorisation MNOS, la tension U31 est augmentée (dans le sens positif) sur la ligne de commande 31, et dans ce but la tension U 100 existant sur la ligne de cadence, qui se trouve à coté des condensateurs -de mémorisation, à savoir la ligne de cadence qui est reliée aux éléments à transfert de charge 10, est diminué (dans le sens négatif). (figure 12, instant t6). La charge mémorisée dans les condensateurs MNOS correspondants est prise en charge par les éléments à transfert de charge . Ceci est représenté dans les figures 8 et 9. La figure 8 représente l'augmentation de la zone d'appauvrissement 153 sous l'électrode 100 de l'élément à transfert de charge 10 par rapport à la zone d'appauvriss#ement 154 du condensateur MNOS. La figure 9 représente la prise en charge des porteurs de charges négatifs se trouvant sous le condensateur MNOS, c'e8t-à-dire l'établissement d'une couche marginale d'inversion 133 sous l'élément à transfert de charge 10. Les porteurs de charges pris en charge par l'élément à transfert de charge 10 de la figure 9 peuvent finalement être décalée de façon habituelle dans les différents éléments à transfert de charge (figure 12, instants t7, t8, t9), et être lus à la sortie par l'intermédiaire-de l'inverseur mentionné ci-dessus. Après le processus de lecture, l'information mémorisée dans les condensateurs de mémorisation MNOS n'est pas effacée, étant donné que les tensions de seuil UT1 et UTO sont maintenues.L'information peut aussi être lue de nouveau en répétant les différentes phases qui sont représentées dans la figure 12, (instants t5 à t9). Pour effacer les informations contenues dans les condensateurs MNOS on applique à l'électrode 100 une tension positive élevée U31 > de sorte que le champ électrique dans le diélectrique est suffisant pour ramener la tension de seuil à B valeur UT1. L'application de cette tension est représentée à l'instant t10 dans la figure 12. Le circuit de mémoire comportant des éléments à transfert de charge et des condensateurs MNOS peut etre réalisé non seuL ment sur un substrat de type n mais aussi sur un substrat de type p. Etant donné que les lignes de cadence pour les éléments à transfert de charge et la ligne de commande 31 pour les condensateurs de mémorisation MNOS 30 sont séparées les unes des autres, les informations mémorisées dans les condensateurs MNOS ne peuvent pas etre détériorées sous l'influence des impulsions de cadence lorsqu'elles ne sont lues qu'une seule fois. Le terme "impulsions de cadence" désigne les impulsions destinées à commander les éléments à transfert-de charge. Outre cet avantage, il n'est pas nécessaire de prévoir dans la channe d'éléments à transfert de charge des -étages de régénération, étant donné que les informations enregistrées ne doivent pas circuler en permanence durant une mémorisation de longue durée. Ceci apporte en outre l'avantage que la dissipation des composants de mémorisation peut etre maintenue faible. A la place des condensateurs MNOS on peut aussi utiliser les condensateurs de mémorisation MAOS. Dans ces condensateurs, la double couche isolante est constituée par une couche de SiO2 sur laquelle est déposée une couche de A1203. REVEND ICAT IONS 1 - Mémoire comportant des éléments à transfert de charge pour une exploitation à 1, 2, 3 et 4 phases, dans laquelle des électrodes isolées les unes des autres par des intervalles sont disposées les unes à la suite des autres sur un substrat, une couche isolante étant disposée entre ces électrodes et le substrat, caractérisée par le fait qu'en plus d'une série d'électrode (100, 200, 300),on prévoit des condensateurs de mémorisation MI1I2S (30), que chaque condensateur (30) est disposé en regard d'une électrode (100) d'un élément à transfert de charge# (10) qui est raccordée à la méme ligne de cadence, et que les électrodes (310) des condensateurs (MI1I2S (30) sont réunis par l'intermédiaire d'une ligne de commande (31). 2 - Mémoire suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le substrat est constitué par du silicium de type n ou de type p. 3 - Mémoire suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée par le fait que la couche isolante du point de vue électrique est constituée par du Si02 ou du A1203. 4 - Circuit suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que les électrodes (100, 200, 300, 310) sont constituées par de l'aluminium, du silicium ou du molybdène. 5 - Mémoire suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée par le fait que la double couche isolante des condensateurs MI1I2S (30) est constituée par une couche (33) de Si02 disposée sur le substrat (1) et sur laquelle se trouve une couche de Si3N4. 6 - Circuit suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait que la double couche isolante des condensateurs M1112S est constituée par une couche 3) de Si02 déposée sur le substrat (1) et sur laquelle se trouve une couche (32) de Au203. 7 - Procédé pour l'exploitation d'une mémoire suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que pour transférer la charge mémorisée sous l'électrode (100) d'un élément à transfert de charge (10) en direction du condensateur de mémorisation (30) situé à ctté de cet élément à transfert de charge , on applique une tension U31 à l'électrode (310) du condensateur, la tension U 31 étant choisie de façon à étre supé rieure à la tension U 100 appliquée à l'élément à transfert de charge (10), que lors de l'enregistrement on applique sur toutes les lignes de cadence des éléments à transfert de charge une tension négative élevée U 100, U 200, U 300, de façon à pouvoir réaliser un équilibrage des porteurs de charge situés sous les condensateurs de mémorisation, que pour la lecture des informations à partir des condensateurs de mémorisation (30) la tension U 31 sur la ligne de commande (31) est augmentée alors que simultanément la tension U 100 sur la ligne de cadence, qui est reliée à l'élément à transfert de charge se trouvant à côté du condensateur de mémorisation, est réduite, l'information mémorisée dans les condensateurs de mémorisation iarétant prise en charge par l'élément à transfert de charge correspondant, et que pour effacer l'infor- mation mémorisée dans les condensateurs de mémorisation, on applique une tension positive élevée U 31 sur la ligne de commande (31), de façon que les tensions de seuil des condensateurs de mémorisation soient ramenées à une valeur plus faible.