非晶態半導體存儲器

非晶態半導體存儲器

利用外界條件,如電、熱、壓力、光等,使非晶態薄膜的結構發生變化,用以記錄和存儲信息的器件。這種存儲器大都用硫系玻璃半導體製成,因而也稱為玻璃半導體存儲器。

正文

利用外界條件,如電、熱、壓力、光等,使非晶態薄膜的結構發生變化,用以記錄和存儲信息的器件。這種存儲器大都用硫系玻璃半導體製成,因而也稱為玻璃半導體存儲器。

60年代初,人們就發現某些玻璃半導體中存在電開關和存儲現象,但當時並未受到重視。1968年,美國人S.R.奧辛斯基報導,在玻璃半導體Te-As-Si-Ge中存在可重複的穩定的電開關和存儲效應,引起了各國科學家的極大興趣。

非晶態半導體存儲器主要有電存儲器和光存儲器兩類。前者的信息存入、擦除和讀出,都是用電脈衝;後者則用光脈衝。

非晶態半導體存儲器非晶態半導體存儲器

非晶態半導體電存儲器 

利用其在電學性質上存在雙穩態特性,即利用不同電脈衝信號使其保持高阻狀態(關態)或低阻狀態(開態)工作。按伏安特性劃分主要有兩種類型,即具有開關性能的存儲器和電壓控制負阻型存儲器。開關性能的存儲器的典型例子是硫系非晶態半導體存儲器(圖1),其起始為高阻態,當加在器件上的電壓升高時,電流沿OA增加,如電壓小於閾值電壓Ut,器件則保持在高阻態。當電壓超過Ut時,沿負載線由A點過渡到B點,成為低阻態。電壓降為零後,器件仍保持低阻態。這時再加電壓,電流就沿OB方向增加,只有加上適當大的電流脈衝(稱為復位電流)後,器件才恢復到高阻態(以OA表示)。反向的伏安特性與正向的相似。圖2為電壓控制負阻型(N 字型)存儲器的伏安特性。在某些MIM結構的氧化物薄膜(如Al-SiO-Au)中可觀測到這種特性。起始為低阻態,增加外加電壓,器件由低阻區經負阻區達A點後,電壓迅速降低,器件就可保持高阻態,其伏安特性由OA′表示。加在器件上的電壓達B點後就迅速降低,器件將保持阻值較低的高阻態,其伏安特性由OB′表示。只要加上幅度超過Ut的脈衝即可使器件恢復到起始的低阻態。這種非晶態半導體存儲器的高阻和低阻兩種狀態的轉化是可逆的,並可反覆進行。

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用硫系非晶態半導體已製成有1024位的電可擦除的可程式序唯讀存儲器。這類存儲器與隨機存儲器不同,雖然也能擦寫,但主要用於固定讀出,需要時才加以改寫,所以是一種主讀存儲器。非晶態半導體存儲單元集成在矽片上,存儲單元之間用PN結二極體隔離(圖3),各單元的關態電阻與開態電阻值之比為103~106。

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非晶態半導體存儲器有如下優點:①信息可長期保持而無功耗;②每位的狀態可用電脈衝隨意改寫;③可直接與二極體-電晶體邏輯電路電晶體-電晶體邏輯電路相匹配;④具有抗高能粒子輻照性能。

非晶態半導體光存儲器 

利用光輻照(雷射或氙燈閃光)使非晶態半導體中的光斑處發生結構變化(一般為非晶態與晶態之間的變化),以記錄光信息。它具有光的雙穩態性質。晶態與非晶態兩種狀態的折射率和吸收率明顯不同,根據反射率和透射率的差異讀出。

光存儲器一般採用以硫 (S)、硒(Se)或碲(Te)為基的硫系非晶態半導體,可用真空蒸發或射頻濺射法大面積澱積薄膜,並可通過改變材料成分來連續改變材料的光學性質。所用的雷射波長範圍從紫外到紅外輻射。

光信息記錄在非晶態半導體的光碟上,用雷射束聚焦為亞微米的光斑。每平方微米材料寫入信息所需的雷射能量為0.1~0.2納焦。如圓盤轉速為每分鐘1800轉,光碟上雷射功率可小於10毫瓦。所記錄的圖像質量良好,解析度超過1000條對每毫米。點的尺寸沒有衍射的限制。光照可使晶態轉為非晶態,如把雷射強度降低三分之二,就可把非晶態轉變為晶態。

非晶態半導體存儲器可用作高密度、高信噪比的光信息記錄介質,存儲位數高於2×107位/厘米2,適用於計算機的存儲器、大容量數據存儲器、用戶和工業視頻光碟、視頻光碟主控制台等,也可用作全息照像的記錄介質、超微縮底片等。

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