Носитель для записи и считывания информации электронным лучом Советский патент 1993 года по МПК H01J29/00 

Изобретение относится к технике накопления информации и может быть использовано в устройствах для многократной записи, считывания и стирания информации с помощью электронного луча.

Целью изобретения является повышение оперативности.

На фиг.1 представлено электронно-лучевое устройство с носителем для записи и считывания информации электронным лучом; на фиг.2 - набор шин; на фиг.З - конструкция ячейки памяти; на фиг.4 - носитель для записи и считывания информации электронным лучом; на фиг.5 - электрическая схема подключения.

Носитель 1 для записи и считывания информации помещен в вакуумированную оболочку 2, в которой размещены перпендикулярно друг другу в одной плоскости электронные прожекторы 3 и 4 (фиг.1).

Носитель 1 имеет кубическую форму, при этом пластина 5 является анодом шин, образующих после острийных автоэмиссионных катодов координат плоскости Z, Y, пластина 6 является анодом шин, образующих после острийных автоэмиссионных катодов координат плоскости Z, X. Выводы 7 и 8 являются выводами пластин (анодов) 5 и 6 соответственно.

Керамические держатели 9 носителя выполнены из низкотеплопроводной керамики с металлизацией,10 - цокольные выводы электронных прожекторов 3 и 4, а 11 и 12 - отклоняющие пластины прожекторов 3 и 4.

Ячейки памяти и ячейки разделительных диодов выполнены в виде набора шин 13. образующих локальную решетчатую

о

О

ел со

ihO

структуру (фиг.2), которая представляет собой тонкую пластину, изготовленную из тугоплавкого металла, например молибдена, формообразованную, например, методом фотолитографии или другим способом в решетчатую периодическую структуру в виде длинных тонких шин с одинаковым шагом. Первая от краев прорезь шире, чем все последующие, на 3 шага.

Ячейки памяти (фиг.З) образованы набором шин 13 (фиг.2). Шины локально в шахматном порядке, с шагом, равным шагу решетки, покрыты методом напыления химическими элементами для образования объемной матричной памяти, Ячейки в виде шин 13 установлены одна на другую с чередованием ячеек памяти с ячейками разделительных диодов, и их края, соединяющие шины, после сборки обрезаются (например, лазерным лучом). В зависимости от количества ячеек образован объем носителя 1 в виде куба или параллелепипеда.

Каждая ячейка памяти состоит из шины 14, содержащей на обеих поверхностях слой 15 синтезированного халькогенидного полупроводника, имеющего два устойчивых состояния: высокоомное аморфное и низко- омное кристаллическое. В зависимости от назначения электронно-лучевого устройства могут быть использованы полупроводники состава Аз25ез, А$25з, легированные висмутом от 0,2 до 2,0 ат.%. либо

As4Gei5Tesi.

Первые два полупроводника обладают способностью перехода под действием выделяемой энергии из устойчивого высоко- омного аморфного состояния в устойчивое низкоомное кристаллическое в отношении не менее 105 Ом -см, третий полупроводник в отношении 104 Ом-см, и под действием более коротких импульсов большей энергии, чем при записи, происходит обратный переход в высокоомное аморфное состояние, т.е. осуществляется стирание записанной ранее информации.

Для защиты локальных участков слоя 15 халькогенидного полупроводника на них также локально с той же топологией и шагом, равным шагу шин 13, напылен слой 16 алюминия. Для соединения шин друг с другом на алюминиевый слой напылен слой 17 индия, повторяющий топологию предыдущего напыления. Возможно применение других легкоплавких материалов или их композиций. Для предотвращения взаимной коммутации между соседними ячейками памяти на пересекающих шины 14 памяти шинах 18 с обеих сторон локально, с периодичностью постоянной решетки шин

13 нанесен слой 19 легированного поликремния, образующего ячейки разделительных диодов. Диоды подключены анодами к контактным слоям 17 ячеек памяти. Конструкция диодов представляет собой двухстороннее покрытие поликремнием шин 13 (фиг.2), из которых образованы шины 18. Слой 19 поликремния кристаллизуется технологией отжигов, n-p-переход на слое 19

поликремния формируется диффузией бора. На легированную поверхность слоя 19 поликремния напыляют слой 20 алюминия, пред- ставляющий собой невыпрямляющий контакт. Для обеспечения паянного контакта с ячейками памяти на поверхность алюминия напылен слой 21 индия.

Носитель 1 (фиг.4) образован набором шин 13, одни из которых выполняют роль ячеек памяти, другие, расположенные перпендикулярно первым, - разделительных диодов. Причем локальные элементы памяти при упаковке совмещаются с локальными элементами разделительных диодов. Совмещение обеспечивается постоянством шага решеток шин 13, края которых плотно подгоняют по двум взаимно перпендикулярным плоскостям оправки. Точность совмещения зависит от точности изготовления решеток.

После упаковки решеток шин 13 в объем оправку с решетками подвергают вакуумной пайке при температуре не выше 150-160°С с равномерным эластичным давлением между плоскостями решеток. После

технологического процесса пайки получается объем в виде параллелепипеда или куба, в зависимости от геометрии решеток и их количества. Для обнажения торцов шин 13 края решеток обрезаются лазерным лучом

таким образом, чтобы грани были строго перпендикулярны. Причем грани, образованные со сторон решеток, имеющих большие прорези после обрезки, имеют обнажение шин 13 по длине и выступают на три шага

больше, чем две другие смежные грани.

Для дальнейшей механической обработки весь объем пропитывается легкорастворимым компаундом. После отверждения компаунда плоскости объема обрабатываются следующим образом: две смежные стороны 22, .перпендикулярные плоскостям решеток и осям электронных прожекторов 3 и 4, для уменьшения аберраций отклонения шлифуют внутренней сферой радиусом,

равным радиусу отклонения лучей; другие, с выступающими на три шага постоянной решетки шинами 13, шлифуют с обеспечением высокой точности плоскостности. После механической обработки компаунд растворяют и удаляют с объема. Далее производят технологическую обработку, заключающуюся в промывке и ряде технологических отжигов. Две смежные плоскости с выступающими шинами подвергают размерному электролитическому травлению в растворе NaOH для образования многоострийной системы автоэмиссионных катодов 23. Радиусы закруглений острий катодом достигают юЛкРмм.

К крайним плоскостям шин 13 приклеиваются кремнийорганическим клеем керамические верхний 24 и нижний 25 держатели, которые имеют вырезы, в которые вклеиваются кремнийорганическим клеем противолежащие полям острийных катодов 23 аноды 5 и 6. Между шинами 13 и держателями 24 и 25 ставятся прокладки 26 из вакуумной резины. Для крепления объема памяти к керамическим держателям 24 и 25 припаяны на локальные участки металлизации керамические держатели 9, имеющие металлизацию из легкоплавкого припоя, например индия, на торцах, обращенных к вакуумированной оболочке 2.

Электрическая схема носителя (фиг.5) содержит элементы памяти 27 на халькоге- нидном полупроводнике, разделительные диоды 28, импульсные вакуумные автоэмиссионные диоды 29. Электронная цепь коммутации по координатам Z, Y состоит из электронного прожектора 4 с электронным лучом 30, коммутируемых шин с разделительными диодами, вакуумными автоэмиссионными диодами и источником 31 питания, резисторов 32 и 33 и выключателя резистора 34. ----

Электронная цепь коммутации по координатам Z, X состоит из электронного прожектора 3 с электронным лучом 35. коммутируемых шин с двухсторонней памятью на халькогенидном полупроводнике, вакуумных автоэмиссионных диодах и источнике 36 питания, резисторов 37 и 38 и выключателя резистора 39. Для создания разности потенциалов на элементах памяти 27 в моменты записи, считывания и стирания информации между двумя электронными цепями включен импульсный модулятор 40 смещения.

Устройство работает следующим образом.

В зависимости от выбранного участка записи синхронизированно на отклоняющие пластины 11 и 12 электронных прожекторов 3 и 4 подается пилообразное напряжение.

При записи лучи электронных прожекторов 3 и 4 последовательно сканируют в заданных координатах по осям X,Y,Z. причем протяженность облучаемых участков зависит от величин амплитуд напряжения на отклоняющих пластинах 11 и 12. В момент сканирования лучей по торцам шин в каждои электронной цепи на резисторах 33 и 38, имеющих небольшие номиналы, создается падение напряжения. При этом резисторы 32 и 37, имеющие большие номиналы, заблокированы резисторами 34 и 39. Паде0 ние напряжения, выделяемое на резисторах 33 и 38, фиксируется схемой синхронизации (на фиг.5 не указана), которая разблокирует импульсный модулятор 40.

При подаче импульса записи на вход

5 модулятора 40 последний дает импульс разности потенциалов между двумя электронными цепями. В этот момент синхронно сканирующие лучи останавливаются (рост пилообразного напряжения прекращается)

0 на торцах выбранных шин. Через разделительные диоды 28 и 29 напряжение, выдаваемое импульсным модулятором 40, падает на выбранном элементе памяти 27, состоящем из синтезированного халькогенидного

5 полупроводника состава (в зависимости от назначения) А$25ез или АззЗз, легированного висмутом, или As4Gei5Teei. Выделяемая энергия переводит элемент памяти 27 из аморфного высокоомного состояния в низ0 коомное кристаллическое. Запись производится импульсами цифрового кода.

Считывание информации производится последовательным координатным сканированием обоих лучей по записанным участ5 кам объемной матричной памяти. При этом импульсный модулятор 40 отключается и подключается источник 41 постоянного смещения посредством переключателя 42. Выключатели резисторов 34 и 39 ставятся в

0 разомкнутое состояние. Резисторы 32 и 37. имеющие значительное сопротивление, уменьшают токи в каждой электронной цепи. Уменьшение тока не дает возможности влиять на записанную информацию. На ре5 зисторе 32 выделяется импульсное падение напряжения в зависимости от записанной информации при координатных перемещениях лучей электронных прожекторов 3 и 4. Длительность импульса считывания зависит

0 от скорости перемещения лучей по координатам X,Y,Z. Сигнал, снимаемый с резистора 32, подается на вход импульсного усилителя радиосхемы.

Стирание информации производится

5 при использовании в качестве запоминающего материала слоя халькогенидного стеклообразного полупроводника синтезированного состава As GeisTesi. При этом блокируются резисторы 32 и 37 выключателями резисторов 34 и 39, и переключатель

42 переключается на импульсный модулятор 40. В режиме стирания время воздействия энергии, транспортируемой электронными цепями, которое задаёт импульсный модулятор 40, устанавливается не более чем ,т.е. меньше времени тепловой релаксации халькогенидного полупроводника.

Падение напряжения, выделяемое на резисторах 33 и 38, фиксируется схемой синхронизации (не указана на фиг.5), которая запускает модулятор 40 и останавливает рост пилообразного напряжения обоих лучей, которые фиксируются на торцах выбранных шин. Разность потенциалов, проходящая через разделительные диоды, выделяемая модулятором 40 и транспортируемая электронными цепями, падает на выбранном элементе памяти 27. Элемент памяти 27, состоящий из халькогенидного полупроводника, за импульс длительностью не более чем 5-10 с, слегка расплавляется, но воздействие столь короткого импульса и наличие металлической шины, служащей радиатором охлаждения, создает условия, при которых происходит процесс реверсивного фазового перехода халькогенидного полупроводника из низкоомного кристаллического состояния обратно в высокоомное аморфное.

Таким образом, устройство записывает, считывает и стирает записанную информацию гигобитной емкости без каких-либо механических перемещений деталей, что и приводит к повышению оперативности записи и считывания информации.

Информация может храниться вечно до физического разрушения прибора, причем

независимо от снятия всех напряжений, питающих электроды устройства.

При геометрических размерах сечения шин 10x10 мкм (объем ячейки памяти 20x22 мкм), количество шин в гребенке 3000 и количестве гребенок в упаковке объема 3000, объеме носителя 216 см3 объе.м информации составляет более 24 Гбит или 3 Гбайта. Весь объем электронно-лучевого прибора составляет около 500 см3. Скорость записи и стирания не менее 10 мГц. Время поиска записанной информации зависит от частотных свойств электронной схемы управления и может достигать десятков и сотен мГц. Формула изобретения Носитель для записи и считывания информации электронным лучом, содержащий металлическую подложку с запоминающим слоем из синтезированного халькогенидного полупроводника, кристаллизующегося под действием электронного луча, отличающийся тем, что,.с целью повышения оперативности, носитель выполнен в виде объемной матрицы из ячеек памяти, перекрестно чередующихся с ячейками разделительных диодов, причем ячейки образованы набором шин, расположенных с одинаковым шагом, запоминающий слой нанесен на обе поверхности шин ячеек памяти, а на обе поверхности шин ячеек разделительных диодов нанесен слой легированного поликремния, при этом две смежные плоскости объемной матрицы образуют мишени для электронных лучей, а две ее противоположные смежные плоскости с выступающими торцами шин образуют острийные автоэмиссионные катоды, напротив каждой из которых расположен анод в виде металлической пластины.

Фиг. 1

Изобретение относится к технике накопления информации и может быть использовано в устройствах для многократной записи, считывания и стирания информации с помощью электронного луча. Целью изобретения является повышение оперативности. Носитель для записи и считывания информации имеет форму куба или параллелепипеда и содержит ячейки памяти и ячейки разделительных диодов, выполненных в виде набора шин, образующих локальную решетчатую структуру. На шины ячеек памяти нанесен слой синтезированного халькогенидного полупроводника, а на шины ячеек разделительных диодов - слой легированного поликремния, торцы шин двух смежных плоскостей носителя образуют острийные автоэмисионные катоды, напротив которых расположены пластины анодов, а две другие плоскости носителя образуют мишени для электронных лучей. 5 ил. ё

Фи г. 2

фиг.5