Способ записи информации в монокристаллическом полупроводниковом носителе с низкотемпературным примесным пробоем Советский патент 1990 года по МПК G11C13/04 

(46) 07.09.90.БЮЛ. № 33

(21)4076510/24-24

(22)09.06.86

(71)Институт радиотехники и 3neKtpo- ники АН СССР

(72)О.А.Рябугакин и В.И.Сергеев

(53)681.327.77 (088.8)

(56)Авторское свидетельство СССР №619081, кл. G II С 13/04, 1976.

Proceedings of IRE, 1959, July,

p. 1107.

I

(54).СПОСОБ ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ В МО- НОКРИСТАЛЛИ ГЕСКОМ ПОЛУПРОВОДНИКОВОМ НОСИТЕЛЕ С НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫМ ПРИМЕСНЫМ ПРОБОЕМ

(57)Изобретение относится к технике записи оптической информации и может использоваться для систем быстродействующей, реверсивной, автоматической записи и считьшания оптической информации. Целью изобретения является расширение области применения способа за счет записи оптической информации.

На полукристаллический полупроводниковый носитель воздействуют постоянным электрическим полем с напряженностью ниже темновой напряженности пробоя полупроводника на величину, обеспечивающую возникновение этого пробоя, при облучении поверхности полупроводника светом с интенсивностью, превьпоакщей заданный уровень в рабочем спектральном диапазоне. Запись осуществляется при - температуре Т полупроводника, удовлетворяющей условию Т-«:Ед,/К, а частоту света выбирают из условия - Ejj/h, где К - постоянная Больцмана, h - постоянная Планка, Ejj - энергия ионизации мелких доноров. Такой способ записи позволяет сократить время записи оптической информации. Спектральный диапазон записываемой информации расширяется в длинноволновую область, а также улучшается разрешающая способность носителя. 3 ип.

(Л

Нпобретение огипсится к технике записи оптической информация и может использоваться для систем реверсивной, скоростной автоматической записи и считывания оптической информации.

Целью изобретения является расширение области применения способа за счет записи оптической информации.

На фиг. 1 приведена вольтамперная характеристика полупроводниковой . пленки GaAs, снятая при ее охлаждени до Т - Ер/К в режиме генератора напряжения. Видно, что когда напряжение достигает величины U, 2,2 В, проводимость пленки скачкообразно -, увеличивается более чем на четыре порядка, т.е. в пленке наблюдается примесный низкотемпературный пробой (U темновое напряжение пробоя).

На фиг. 2 приведена экспериментальная люкс-амперная характеристика данного полупроводника. Видно, что когда достигается мощность света G - 8 мкВт, полупроводник переходит из низкопроводящего состояния 1 в высокопроводящее 2. При этом его проводимость увеличивается более чем на четыре порядка. При уменьшении интенсивности света и при полном его выключении высокопроводящее состояние полупроводника сохраняется.

На фиг. 3 приведана экспериментальная зависимость напряжения Up от интенсивности света для монокристаллической пленки полупроводника GaAs. Используя эту зависимость, можно записывать оптическую информацию предложенным способом в аналоговом виде.

Способ заключается в том, что на монокристаллический полупроводник, обладакяций свойством примесного низкотемпературного пробоя, подают постоянное электрическое напряжение, которое ниже темпового напряжения пробоя на некоторую величину, и облучают светом с частотой , удовлетворяющей условию - 5 Е /h, где энергия ионизации мелких доноров, h - постоянная Планка, полупроводник скачкообразно переходит из низкопро- водягаего состояния в высокопроводящее. Другими словами, в полупроводнике наблюдается примесный низкотемпературный пробой под действием света, энергия квантов которого меньше ширины запрещенной зоны используемого ho лупроводника. Высокопроводящее состояние полупроводника сохраняется

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

сколь угодно долго и ПОГЛР прекра/ие- ния облучения его светом. Существует однозначная связь между интенсивностью, света, необходимой для возникновения пробоя, и величиной напряженности электрического поля, воздействующего на полупроводник, а именно, чем ближе напряженность электрического поля к темновой напряженности примесного низкотемпературного пробоя данного полупроводника, тем меньше интенсивность света, достаточная для пробоя. Носитель записи, используемый для реализации предлагаемого способа , представляет собой однородную монокристаллическую пленку или пластину компенсированного полупроводника, легированного мелкими примесями. На г1ленку (пластину) полупроводника нанесены два омических кок- такта. Способ запио осуществляют следующим образом. Полупроводник охлаждают до температуры Т, удовлетворяющей условию T«iEp/K , где К - постоянная Больцмана, воздействуют на него постоянным электрическим аолем с напряженностью Ер ниже темновой напряженности Е низкотемпературного примесного пробоя и облучают светом с частотой ) и интенсивностью, со- ответствугацей записываемой информации. Напряженность „ электрического поля выбирают исходя из экспериментальной зависимости напряженности пробоя от интенсивности света на. рабочей длине волны Лр. Ер должна б.ыть меньше темновой напряженности при- месногб низкотемпературного пробоя данного полупроводника на такую величину ЛЕ Е - Ер, чтобы при его облучении светом с длиной волны заданной интенсивности в полупроводнике возникал пробой. В результате проводимость полупроводника увеличивается на несколько порядков и сохраняется на достигнутом уровне после прекращения облучения. Записанною таким образом оптическую информацию можно считывать эл/хтрическим путем, измеряя величину напряжения или тока в полупроводнике до и после -записи. Записанную информацию можно считывать также оптическим способом, измеряя коэффициент отражения или коэффициент пропускания полупроводника до и после записи. Для оптического считывания записанной информации наиболее удобен диапазон света, энергия фото31

нов которого меньше Е-. В обонх случаях считьюать можно многократно, т.к о проводимость полупроводника в процессе считьгоання не изменяется. Для стирания записанной информации необходимо прекратить воздействие на полупроводник электрическим полем.

Способ экспериментально опробован с использованиек в качестве носителя информации монокристаллнческой полупроводниковой пленки арсенида галлия Пленку GaAs получали из металлоорга- нических соединений методом химического газофазного осаждения на полу- изолируицую подложку СаАз:Сг. Омические контакты формировались при вжига нии индия в пленку в восстановительной атмосфере при йОО с. Концентраци носителей п-типа, обусловленная мелкими донорными и акцепториьни примесями, составляла при 77 К величину п 0,810 , а их холловская подвижиость при этой же температуре была 1,5-10 см -/(В С). Степень компенсации доноров акцепторами составляла величину К 0,95.

Способ записи осуществляли сле- дугацим образом.. Пленку охлаждали до 4,2 К (Е, 0,1 мэВ), на ее контакты подавали электрическое напряжение Up - 1,95 (Vf - Epd, где d - 4 расстояние между контактами Up меньше темнового напряжения пробоя)о Поверхность пленки облучали светом в диапазоне длины волны 0,815 X -2,5 мкм (Энергия таких фотонов меньше ширины запрещенной зоны GaAs, Е/а 1,5 эВ). При достижении мощности света О-В мкВт полугфоводннк переходит HS иизкопроводящего состояния I в высокопроводящее 2 (см фиг, 2) Таким образом происходит запись оптической информации Время

564

переключения полупроводника из сое- . тояния I в состояние 2 (время записи) меньше 5-10 с. Дл.я перехода полупроводника из состояния 2 в состоя- ние 1 можно выключить электрическое напряжение либо уменьшить его до значения, меньшего U (см. фиг.1). Время переключения из состояния 2 в 1

(время стирания) меньше 10 с. Изменяя величину напряження Up, меньшего темнового напряжения пробоя, подаваемого на полупроводник, можно управлять величиной интенсивности света,

необходимой для переключения полупро- воднй са из состояния 1 в состояние 2 (т.е. для записи ннформации).

Формуланзобретения

&

Способ записи информации в монокристаллическом полупроводннковом носителе с низкотемпературным примесным пробоем, заключающийся в

6 f монокристаллическому полупроводниковому носителю прикладывают постоянное электрическое поле при температуре Т, удовлетворякхцей условию Т iiEjj/K, где Ef - энергия ионизации

Q мелких доноров полупроводника, К - постоянная Больцмана, отличающийся темр что, с целью расширения области его применеиия.эа счет записи оптической информации, устанавливают напряженность постоянного электрического поля ниже напряг женности темнового низкотемпературного примесного пробоя и облучают моно- : кристаллический полупроводниковый но- ситель светом с интенсивностью боз- никновения низкотемпературного примесного пробоя, причем частоту свв- та выбирают из условия -J Ед/Ь,где .h - постоянная Плрнка.

гФ

10

10йГ

10-91

IIII

I I . . I I

I-J

-M

fPu2,1

«rH

/r /

-/

/10

1риг,2

I i If

U.B

to fff &,нндт

WOO Г е.мнВт

1

и.г.3

1.9 2,0 Unp,9