Электронно-лучевое запоминающее устройство Советский патент 1980 года по МПК G11C11/42 

Изобретение относится к вычислитель- ной технике и предназначено для записи, хранения и считывания информации. Преимущественная сфера его применениа-рерализация банков данных большого и сверх большого объема в крупных информац онно-спраЬочных и вычислительных центрах коллективного пользования. Известны запоминающие устройства, в которых запись и считьшание информации осуществляется с помощью острхэ- фок сированного электронного луча, сканирующего по поверхности накопителя Так как количество информации, которую можно разместить в зоне непосредственно го доступа одиночной электронно-оптической системы ограничено, то для увеличения объема хранимой информации приходится использовать механическое перемещение Накопителя, а это приводит к значительному увеличению времени доступа по сравнению с устройствами с неподвижными накопителями. Кроме TorOi считывание с помощью одного электронно го луча не всегда обеспечивает высокую скорость выборки. Для уменьшения вреглени доступа и увеличения скорости счмтьшания предла- гается отказаться от механического перемещения накопителя и облучать его при считывании широким пучком электронов, покрывающим целый массив информации. Известно устройство, в котором электроны, отраженные от накопителя, проходят через дополнительнью отклоняющую и электрюннсиоптическую системы и направляются на считывающую матрицу что обеспечивает одновременное считывание целого массива вместо одного бита информации 21. Но такое устройство о ладает малым объемом информации, огра- ничейным размерами зоны непосредственного доступа одиночной электронно-оптической систем ьи Для увеличения объема неподвижного накопителя в электроннолучевых запоминающих устройствах применяют матричные электронные линзы уО этих устройсгвах накопитель в виде тонкой пленки наносится на поверхность детектора электронов, поэтому для увеличения объема приходится использовать детекторы с большой площадью поверхности, а это увеличивает их паразитнькг емкости и, следовательно, уменьшает быстродейст вие. Таким образом, совместить большой объем хранимой информации и вьюокую скорость считывания до сих пор не удало Наиболее близким техническим решением к изобретению является запоминающее устройство, которое содержит исто ник электронов, электронно-оптическую и отклоняющую системы, направляющие электронньй луч на накопитель выполнен ный в виде тонкой пленки с отверстиями. Устройство содержит также дополнительную электронно-оптическую и отклоняющую системы, направляющие прошедшие через накопитель электроны на матрицу детекторов 4 . Запись информаци в таком устройстве производится острофокусированным лучом электронов, форми руем Ь1М первой электронно-оптической системой. При считывании она формирует широкий пучок электронов, которым облучается выбираемьй массив информации Вторая электронно-оптическая система проектирует увеличенное электронное изображение этого массива на матрице детекторов. Во всех известных устройствах совместить вьюокое быстродействие и болы шой объем на удается, т.е. они имеют вьсокуто скорость считывания, но иэ-аа ограниченности размеров зоны непосредственного доступа одиночной электронно оптической системы -обладают малым объемом хранимой информации. Цель изобретения - увеличение объема информации Поставленная цель достигается тем, что электронно-лучевое запоминающее устройство содержит последовательно ра положенные и оптически связанные второ источник электронов, соединенный с бло ком управления, вторую фокусирующую систему, связанную с матрицей детекто ров, и последовательно расположенные и оптически связанные матричную отклоня щую систему и матричную фокусирующую систему, соединеннью с блоком управлен и расположенные между накопителем и второй отклоняющей системой. Изобретение показано на чертежах,. На фиг. 1 представлена схема предлааемого устройства} на фиг, 2 - конструкия матричной фокусирующей системы и матричной отклоняющей системы; на фиг, 3 - способ соединения отклоняющих стержней; на фиг. 4 - матрица детекторов. Устройство содержит первый исто ник 1 электронов, первую фокусирующую систему 2, представляющую собой магнитную линзу, первую отклоняющую систему 3, накопитель 4, матричную отклоняющую систему 5, матричную фокусирующую систему 6, вторую отклоняющую систему 7, матрицу детекторов 8, вторую фокусирующую систему 9 в виде магнитной линзы, второй источник 10 электронов и блок И управления, В блок управления входят блок 12 местного управления, регистр 13 адресов, регистр 14 чисел, блок 15 формирования,напряжения управления модулятором первого источника электронов, блок 16 формирования тока отклонения, блок 17 формирования управляющих напряжений матричной фокусирующей системы и матричной отклоняющей системы, блок 18формирования тока отклонения, блок 19усиления и формирования сигналов считьшания, блок 2О формирования напряжения управления модулятором второго источника электронов. Запоминающее устройство имеет входные 21, 22, 23 и выходной 24 каналы информации. Оба источника 1 и 1О электронов могут быть выполнены в виде обычной электронной пушки. Она состоит из катода, представляющего собой, например, тонкую подогреваемую вольфрамовую проволоку, изогнутую под острым углом, электрода модулятора в виде металлической трубки, закрытой с одной стороны диафрагмой, в апертуру которой входит острие катода, и из анода, представляющего собой металлическую диафрагму. Отклоняющие системы 3 и 7 содержат по четьфе пары отклоняющих катушек (две пары на каждое направление отклонения). Вторая пара катушек отклоняет электронный луч в сторону, противоположную первой, так что в результате луч смещается, оставаясь параллельным оптической оси системы. Накопитель 4 представляет собой тонкую хорошо задерживающую электроны пленку из тяжелых металлов например золота, нанесенную на электронопрозрачную подложку. Подложка может быть изготовлена, например, из углеродной пленKHi укрепленной на металлической сетке. Информация записывается в накопитель в ввде отверстий, для чего может быть использована электронолитография или испарение пленки под действием электрон ной бомбардировки (микрофрезеровка). Матричная фокусирующая система 6 образована тремя металлическими пластинами 25, 26 и 27 с отверстиями 28 Отверстия в пластинах расположены аксиально и образуют систему одиночных, линз. Центральная пластина 26 поддерживается под потенциалом, близким к катодному, а внешние, 25 и 27, соедине ны с анодом. Матричная отклоняющая система 5 образована двумя рядами параллельных металлических стержней 29 и 30, расположенных один над другим. Стержни, принадлежащие ризным рядам, взаимно перпендикулярны. Позициями 31 и 32 обозначены внешние вводы, позицией 33 - отклоняющие стержни {фиг. Э) Матрица детекторов 8 может быть иэ готовлена на основе полупроводниковой, например кремниевой, пластиньц В пластине сформированы области 34 р-типа проводимости, области 35 собс7 венной проводимости и области 36 п-тип проводимости. Детекторы отделены друг от друга изолирующими канавками 37. Электрический контакт с каждым детектором осуществляется благодаря тонкой электронопрозрачной металлической пленке 38, например алюминиевой, нанесенной на поверхность области { -типа. С другой стороны на пластину нанесена м& таллическая пленка общего вывода матри цы 39. Предлагаемое устройство работает следующим образом. В режиме записи информации по входному каналу 21 поступает сигнал записи по каналу 22 - коды адресов, по которым производят запись, по каналу 23 коды записываемых чисел. По командам блока 12 блок 20 формирует напряжение управления модулятором источника 1О электронов записи в соответствии с кодо записываемых чисел, поступающих с регистра 14. Источник 10 электронов и система 9 формирует узкий электронный .пучок, показанный на фиг. 1 пунктирными линиями, который отклоняющей системой 7 направляется в одну из апертур систе мы 6 Ток отклонения системы 7 форми- руетх;я блоком 18 под воздействием сиг налов блока 12 и кодов адресов, поступа ющих с регистра 13. Матричная система 6 фокусирует электронный луч на поверхность накопителя 4, а матричная отклоняющая система 5 под воздействием управляющих напряжений, вьфабатываемых системой 7, направляет луч в заданное место накопителя. Источник 1 электронов, фокусирующая система 2, отклоня1ощая система 3, детекторы 8 и блоки 15, 16, 19 в режиме записи не работают. Если для записи используется электроннолучевая микрофрезеровка, то от верстия в пленке накопителя образуются непосредственно после облучения электронным лучом. В случае электронолитографии. для записи требуется дополнительная химическая обработка накопителя. Ее можно производить непосредственно в рабочей камере устройства, не извлекая накопитель. В режиме считывания не работают матричная отклоняющая система 5, система 9, источник 1О электронов, блоки 17 и 20. Так же, как и в режиме записи, код адреса считываемойинформации поступает на вход запоминающего устройства по каналу 22. По каналу 21 поступает сигнал считывания. При этом под воздействием управляющих напряжений, вырабатьшаемых блоком 15, источник 3. электронов и система 2 формируют электронный луч, показанный на фиг. 1 пунктирными линиями, который отклоняющей системой 3 направляется на поверхность накопителя 4, Ток отклоняющей системы формируется блоком 16 под воздействием сигналов блока 12 и кодов адресов ч№сел, поступающих с регистра 13. ТолШина электронного пучка выбрана такой, чтобы он полностью покрывал участок накопителя, находящийся в зоне непосредственного доступа одной из ячеек матри ной системы 5, Проходя через пленку накопителя, электрокньй пучок преобразуется. В местах, где в пленке были отверстия, его интенсивность практически не изменяется, где пленка накопителя сохранилась, интенсивность пучка ослабляется. Матричная система 6 проект1фует увеличенное электронное изображение &ы6ранного участка накопителя на плоскость детекторов, а отклоняющая система 7 двигает это изображение таким образом, чтобы на матрицу детекторов проектировался требуемый участок освещенной элек- poHHbiM пучком зоны накопителя. Неободимый для этого ток отклонения ei.ipa- 773 батывается блоком 18 в соответствии с кодом, записанным в регистре 13. Сигналы с детекторов 8 одновременно поступают на блок 19, которьШ их усиливает, формирует и направляет в регистр 14, откуда они по каналу 24 выводятся из устройства.. Объем хранимой информации определяется в предлагаемом устройстве размером матричной системы 6 и разрешающей способностью электронHoix) луча. Уже. в настоящее время реально может быть достигнута разрешающая способност при записи порядка 0,1 мкм, что соот ветствует плотности записи до 10 бит/с Это значит, что при размерах матршшой линзы 10x10 см объем запоминающего устройства может достигать 10 бит. В устройстве-прототипе при той же раэрещающей способности записи размер зоны непосредственного доступа при .такой разрешающей способности может быть не более 1 мм , и объем запоминающего устройства не превьшшет 10 бит. Предельная разрещающая способность электронного луча при записи зна штельно выще 0,1 мкм. При использовании высококачественных источнжов электронов и прецизионных электронно-оптически систем можно рассчитывать на достижение разрешающей способности поряд 1ОО / и выще, что соответствует гшот ности записи информации порядка 10 бит и более. Объем. предлагаемого запоминаю щего устройства при такой плотности за- писи и размерах матричной линзы ЮхЮ мог бы достигать порядка бит при времени доступа порядка 1О сек и ско рости считывания бит/см. 8 ормула изобретения Электроннолучевое запоминающее устройство, содержащее последовательно расположенные и оптически связанные первый источник электронов, соединенный с блоком управления, первую фокусирующую систему, первую отклоняющую систему, соединенную с блоком управления, и накопитель и последовательно расположенные и оптически связанные вторую отклоняющую систему и матрицу детекторов, соединенные с блоком управления, отличающееся тем, что, с целью увеличения объема хранимой информации, оно содержит последовательно расположенные и оптически связанные второй источник электронов, соединенный с блоком управления, вторую фокусирук щую систему, связанную с матрицей детекторов, и последовательно расположенные и оптически связанные матричную отклоняющую систему и матричную фокусирующую систему, соединенные с блоком управления и расположенные нако- пителем и второй отклоняющей системой. Источники информации, приН51Тые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3226696, кл. 34О-173, опублик. 1965. 2.Патент США № 3723978, кл. 34О-173, опублик. 1973. 3.Патент США № 375О117, кл. 34О-173, опублик.1973. 4.Патент ФРГ № 1905894, / кл. q 11 С 13/00, 1972 (прототип).

Фиг. /

- /

х/ ЗЗр.23

, /

/

i/j

ФигЗ

Фиг.