Патент ссср 316196
Патент 316196
Классы МПК
Патент ссср 316196
Иллюстрации
Реферат
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
3l6l96
Союз Советских
Социалистических
Республик
Зависимое от авт. свидетельства ¹
МПК Н 03k 17/56
Заявлено 25Л 1.1969 (№ 1341562/18-24) Комитет оа делам изобретеиий и открытий ори Совете Мииистоов
СССР
Ъ Д К 539 23 (088 8) Опубликовано 01.Х,1971. Бюл,-.степь ¹ 29
Дата опубликования описан я 28.Х.1971
Ф
° °, A el i 1, r3 3 ! ,г !. k)
Х. И. Кляус, С, И. Коняев и А. И. Мишин!
Институт математики Сибирского отделения АН СССР
Авторы изобретения
Заявитель
РЕЛЕЙНЫЙ БЕСКОНТАКТНЫЙ ЭЛЕМЕНТ с присоединением заявки №
Приоритет
Релейный бесконтактный элемент предназначен для применения в области вычислительной техники и автоматики..
Известны тонкопленочные коммутационные элементы со структурой металл — диэлектрик— металл, основанные на диффузии металла в диэлектрик под действием электрического поля.
Недостатком этих элементов является то, что они представляют собой двухполюсиики, 1р что предопределяет их ограниченные логич=ские возможности.
Целью изобретения является увеличение логической гибкости элемента путем создания многополюсного коммутационного элемента с 1б гальванически развязанными входными и выходными цепями.
С этой целью предлагаемый релейный бесконтактный элемент содержит управляющий тонкопленочный резистор, часть поверхности 2р которого сцеплена посредством диэлектрика с одним из металлических электродов.
На фиг. 1 представлена конструкция тонко:пленочного коммутационного элемента, где даны следующие обозначения: 25
1 — изолирующая подложка; 2 — нижний металлический электрод (недиффундирующий электрод); 8 — верхний металлический электрод (диффундирующий электрод); 4 — диэлектрический слой переключающего элемен- 3р та; 5 — диэлектрик; 6 — тонкопленочный резистор.
В дальнейшем верхний и нижний металлические электроды переключающего элемента со структурой металл — диэлектрик — металл будем называть рабочими полюсами элемента, а полюсы тонкопленочного резистора— управляющими полюсами элемента, тонкопленочный резистор — управляющим резистором.
Принципиальная электрическая схема предлагаемого элемента представлена на фиг. 2, где приняты следующие обозначения:
7, 8 — рабочие полюсы элемента (электроды переключающего элемента со структурой металл †диэлектрик †ме); 9 — двухполюсный переключающий элемент со структурой металл †диэлектрик †ме; 10 — управляющий резистор.
На фиг. 2 стрелкой с индексом Т отражено то обстоятельство, что ток, поданныи в резистор, вызывает повышение температуры резистора, с помощью которого и осуществляется управление процессом выключения элемента (процессом перевода двухполюсного переключающего элемента 9 из проводящего состояния в непроводящее) .
Устройство работает следующим образом.
I, Процесс включения. При отсутствии внешнего напряжения на рабочих полюсах 7, 8 (фиг. 2) и при отсутствии тока в управляю316196
3 щем резисторе 10, расстояние от «недиффундирующего электрода» (например, нижнего электрода 2), до границы области, обогащенной «диффундирующим электродом» (например, верхним электродом 8), определяется силой парциального давления и электрической силой, возникающей за счет контактной разности потенциалов. Эти силы направлены противоположно одна другой. При приложении внешнего напряжения плюсом к «диффундирующему электроду 8 (напряжение подается через нагрузочное сопротивление) электрическое поле уменьшается, и за счет сил парциального давления происходит расширение обогащенной области. Если внешнее напряжение больше напряжения контактной разности потенциалов, то зависимость электронного тока от линейного закона переходит в квадратичный, проводимость обедненной области (диэлектрика 4 между верхним 8 и нижним 2 металлическими электродами (см. фиг. 1) повышается, что приводит к увеличению напряженности поля в обогащенной области и поя влению в ней ионного тока. Ионы «диффундирующего электрода» 3, входя в обедненную область (диэлектрик 4) уменьшают ее сопротивление, в результате чего происходит расширение обогащенной ооласти (диэлектрик б). Таким образом, в элементе возникает лавинообразный процесс расширения обогащенной области, что и приводит к возникновению участка отрицательного сопротивления на вольт-амперной характеристике. Элемент перейдет в состояние высокой проводимости (рабочие:полюсы 7, 8 элемента замкнутся), когда граница обогащенной области (диэлектрик 5) достигнет «недиффундирующего электрода» 2, после чего проводимость осуществляется по примесям. Отсутствие зависимости тока элемента 9, находящегося в состоянии высокой проводимости, от температуры (в некотором диапазоне) подтверждает металлический характер проводимости обогащенного диэлектрика б. Состояние элемента во включенном (проводящем) положении определяется свойством диэлектрика. Если в качестве ..„.электрика использован селен, то в проводящем состоянии между рабочими полюсами
i; 8 имеется разность потенциалов 0,2 — 0,25 в, если в качестве диэлектрика используются окисные пленки исходных металлов (окисные пленки металлических электродов) или сложный диэлектрик, например, селен — двуокись кремния, то состояние рабочих полюсов 7, 8 во включенном положении аналогично состоянию замкнутых контактов электромагнитного реле (сопротивление включенного элемента составляет десятые доли ома). Элемент со сложным диэлектриком сохраняет включенное проводящее) состояние при отключенном uc Io÷íHêå питания. Таким образом, можно сделать следующий вывод. В процессе переключения элемента со структурой металл — диэлектрик — металл имеет место «прорастание» проводящих каналов сквозь диэлектрик, 5
55 бО
4
II Процесс выключения. Выключение элемента, который ие сохраняет проводящего состояния при отключении питания (примером такого элемента является элемент со структурой Al — Se — Ag) осуществляется либо путем подачи на рабочие полюсы 7, 8 напряжения обратной полярности, либо просто отключением питания. Г1ри снятии напряжения с рабочих полюсов 7, 8 под действием контактной разности потенциалов происходит обеднение области (диэлектрик 4), прилегающей к «недиффундирующему электроду» 2, и элемент переключается в состояние низкой проводимости. Выключение может производиться и пропусканием импульса тока через управляющий резистор 10. В элементе со структурой In — (SIO — Se) — Al «диффундирующий электрод» 8 (в данном случае индий) проходит сквозь диэлектрик 4, образуя при этом низкоомный проводящий канал-перемычку. Выключение такого элемента, который сохраняет (помнит) включенное состояние при отключенном источнике, питания, осуществляется расплавлением перемычки импульсом тока непосредственно через рабочие полюсы
7, 8, либо путем пропускания импульса тока через у правляющий резистор 10. Процесс выключения в обоих случаях осуществляется нагреванием перемычки. Очевидно, что возможность выключения элемента 9 путем пропускания тока по управляющему резистору 10 позволяет существенно увеличить логическую гибкость элемента. Это непосредственно следует из рассмотрения цифровых устройств, выполненных на его основе. Например, на базе предлагаемого элемента просто выполняется запоминающее устройство, запись и считывание информации с ячеек памяти которого осуществляется аналогично считыванию информации с ячеек памяти, выполненных на ферритах, а именно путем подачи импульса тока в числовую линейку.
Отметим также, что логические возможности релейного бесконтактного элемента могут быть существенно повышены путем введения в элемент вместо одного управляющего резистора 10 ряда управляющих резисторов. С точки зрения логических возможностей такой элемент эквивалентен известным пороговым элементам (элементам, реализующим пороговую функцию). В предлагаемом элементе порог определяется температурой плавления
«диффундирующего электрода» (например, температурой плавления индия).
Предмет изобретения
Релейный бесконтактный элемент со структурой металл — диэлектрик — металл, отличаюи ийся тем, что, с целью повышения логической гибкости релейного бесконтактного элемента, он дополнительно содержит управляющий тонкопленочный резистор и слой диэлектрика, одна поверхность которого сцеплена с верхним электродом, а другая — с поверхностью упр авляюшего резистора.
316196
Составитель В. Г. Гордонова
Редактор Б. С. Нанкина Текред Л. В. Куклина Корректор А. П. Васильева
Заказ 3042!17 Изд. № 1292 Тираж 473 Подпис ое
ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров CCCi
Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4,,5
Типография, пр. Сапунова, 2