ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО•т^^*6'.,;i- -- -- -'- г •-.•:>& --^ I^1[ЙТН:^-::К.::^^'^ Щ БИБЛИО. Z^KA \ Советский патент 1971 года по МПК G11C11/42 

Изобретение относится к классу электростатических запоминающих устройств, используемых в вычислительной технике и экспериментальной физике. В известных электростатических запоминающих устройствах (ЭЗУ) запоминание информации основано на свойстве конденсатора сохранять в течение некоторого времени поданный на него заряд или свойстве диэлектрика сохранять состояние остаточной поляризации. Характерная особенность современных ЭЗУ - необходимость периодической регенерации записанной информации.

Основными недостатками такого устройства являются малое ъремя хранения информации, так как для увеличения быстродействия при записи и считывании информации конденсатор включается в электронную схему через диод, поэтому диэлектрические свойства конденсатора (его малые токи утечки и высокая электрическая прочность), необходимые для большого времени хранения информации, почти не используются, а последняя оцределяется параметрами схемы включения конденсатора (токами утечкн блокирующих диодов); невозможность отделить процесс считывания от стирания, осуществить многократное считывание без потери информации, так как считывание происходит нри разрядке конденсатора, т. е. при уничтожении запасенной информации.

Цель изобретения - увеличение времени хранения информации и повышение быстродействия. Это достигается тем, что в линейный конденсатор помещают кристалл высокоомного полупроводника с двумя диэлектрическими прокладками, изолирующими его ог обеих пластин конденсатора. Кристалл полупроводника снабжен двумя электродами, предназначенными для измерения поверхностного заряда. Записываемый импульс подается в виде светового луча, способного вызывать фотоионизацию в полупроводнике. К конденсатору приложено постоянное поле смещения. Под действием света в полупроводнике создаются свободные заряды, которые отводятся полем в приэлектродные области и остаются там до тех пор, нока приложено напряжение смещения. В этом устройстве .информация хранится в виде слоев свободных зарядов в приповерхностной области полупроводника, экранирующих приложенное ноле смещения.

Предлагаемое устройство изображено на чертеже и содержит кристалл высокоомного

полупроводника 1 с двумя электродами 2 и 2 и двумя диэлектрическими прокладками 3 и 5. Основные требования к устройству - это малые токи утечки диэлектрика и его высокая электрическая прочность, а также мапротивление р) необходимы для увеличения времени хранения информации, а высокая электрическая прочность дает возможность прикладывать к диэлектрику большие электрические ноля, т. е. создавать высокую поверхностную проводимость, что, кроме того, увеличивает надежность считывания и уменьшает вредное влияние захвата на поверхностные уровни. Темновой полупроводника /т, в начальный момент включения поля равный /т , уменьшается за время дрейфа носителей ) до постоянной .величины /Т(|. определяемой те/пловой скоростью генерации свободных носителей, а именно:

-L.

fr,

Затем, когда вследствие экранирования поля индукции диэлектрика ед, д, nj станет настолько малым, что время дрейфа /у.п, превысит время т, снова появится омический ток /т,,, но уже при полях п Hj. Ток утечки диэлектрика наоборот возрастает - от вее L ЛИЧИНЫ /у - In. В начальный момент, до

Ед L

максимальной величины ., когда все напряжение, приложенное к системе, распределится на диэлектрических пластинах.

Выше использованы следующие обозначения: q- заряд электрона; ц, - подвижность свободных носителей в полупроводнике; По - равновесная концентрация таких носителей в нем; ТЕ - время восстановления по порядку величины, .равное времени жизни неравновесных носителей; s, 8д - диэлектрические проницаемости полупроводника и диэлектрика;

L и /-Д-соответственно их толщины; п „

д - ноля в них; и - напряжение, приложенное к устройству.

Если напряжение, приложенное к устройству, действует достаточно долго, то в последнем установится стационарный режим. Ток утечки диэлектрика /д() станет равным темновому току /т и в системе потечет постоянный ток . Поэтому напряжения на пластинах диэлектрика и полупроводника распределятся обратно пропорционально их сопротивлениям. Следовательно предельная величина накопленного заряда N станет наибольшей, когда сопротивление диэлектрика будет во много раз превосходить сопротивление полупроводника В этом случае Лсо будет мало отличаться от числа свободных зарядов NS, необходимых для полного экранирования поля индукции

диэлектрика (). Причем всегда

. Таким образом, в ячейках, подвергшихся действию светового луча, накопленный заряд с течением времени уменьшится до указанной предельной величины N (I - ---/д 0). В остальных ячейках, на которые

свет не действовал, произойдет накопление заряда (/т ) вследствие действия темпового тока (тепловой генерации свободных носителей). В этих ячейках паразитный накопленный заряд возрастет до той же величины Лоо .

Предельную величину Nco следует принять за пороговую чувствительность считывающего механизма предлагаемого устройства. Если

величина накопленного заряда Л больше Nm , то в ячейке регистрируется сигнал (заполнение ячейки), если меньше, то он в ячейке от-, сутствует (пустая ячейка). Время хранения информации определяется

токами утечки диэлектрика /д, темновыми токами /т полупроводника, а также точностью считывания, т. е. точностью, с которой возможно отличить заряд, накопленный при действии света, от паразитного заряда, создаваемого тепловой генерацией носителей, /т и /д определяют время установления стационарного режима 4. Точность считывания, определяемая в нашем случае измерением поверхностной проводимости, даст разность величин

паразитного и полезного зарядов, которую еще возможно заметить, и, следовательно, время, за которое она образуется. Это будет время порядка ta. Оно определяется «аименьшим из времен: затухания величины ио//с

лезного заряда, создаваемого светом

нарастания паразитного, образуемого тепловой

„

генерацией.

Итак, наилучший режим работы данного устройства, когда и . В этом случае 4 совпадает с временем накопления

паразитного заряда -- . Выбрав порог счиTO

тывания равным 0,8 TVs, молшо считать время хранения информации не меньшим 0,74. При экспоненциальном изменении за такое время паразитный заряд увеличится до значения

5 0,5NS. Если точность измерения поверхностной проводимости выше 10%, то предлагаемое устройство надежно регистрирует накопленный заряд, создаваемый светом, и совершенно нечувствительно к паразитному заряду, создаваемому тепловой генерацией в течение времени 0,7/иИнерционность записи определяется временем генерации, необходимым для экранирования количества свободных носителей, а также веменем их развода в приповерхностные слои. Инерционность считывания определяегся временем установления тока в этих слоях. Если скорость генерации лучом света см сек (что соответствует мощности светового излучения, равной 10 вт), то для создания приповерхностной плотности носителей заряда см- в кристалле толщиной см потребуется 10 сек. Время развода свободных зарядов приблизительно

чение приводятся основные требования, предъявляемые материалам, которые используются для изготовления предлагаемого устройства.

Для обеспечения большего времени хранения информации удельные сопротивления диэлектрика рд и полупроводника рп должны быть достаточно большими.

С целью Создания наиболее благоприятных условий накопления заряда удельное сопротивление диэлектрика должно быть мйого больше, чем полупроводника.

Таким образом, устройство характеризуется не только большим временем хранения информации, но и большим быстродействием при ее записи и считывании. В этом заключается его оановной технико-экономический э-ф|фект.

Предложенное изобретение можно осуществить,например, следующим образом.

Записываемый сигнал с помощью светодиода преобразуют в луч света, который поступает на конденсатор, состоящий из .кристалла высокоомного полупроводника, например ZnS ( ом.см), изолированного от обоих электродов слоями диэлектрика с малыми токами утечки и большой электрической прочностью (например, пленками кварца (SiOa) с р 4-1019-1021 ож.сж и ,6 (3,4). Кристалл полупроводника снабжают двумя электродами, с помощью которых производят считывание, измеряя поверхностную проводимость. Одну из пластин конденсаторов и слой

диэлектрика изготовляют прозрачными для излучения светодиода. К конденсатору прикладывают постоянное смещение. Величина поля смещения должна выбираться такой,

чтобы оно не вызвало ионизации в объеме полупроводника.

При 1 10-2 см, , величине смещения 10 в и времени жизни неравновесных носителей полупроводника сек имеем

(считая .10 OM.CAI и ом.см)

частиц

LM 2,5-10-15 а/сж2 1,6-10

см сек частиц

Д :10-i4JL,6-10

см

Следовательно, в данном примере время хранения информации составит:

0, л 2-107 ,5 час. Предмет изобретения

Запоминающее устройство, выполненное в виде фоточувствительного накопительного конденсатора, отличающееся тем, что, с целью увеличения времени хранения информации и повышения быстродействия, фоточувствительный конденсатор изготовлен из кристалла высокоомного полупроводника, отделенного от обеих обкладок конденсатора слоями диэлектрика и снабженного двумя дополнительными электродами для измерения поверхностной проводимости, причем конденсатор подключен к шинам постоянного смещения.