Накопитель информации для оптоэлектронного запоминающего устройства Советский патент 1983 года по МПК G11C13/04 

Изобретение ; тносится к вычислительной технике и может быть использовано в оперативных оптоэлектронных запоминающих устройствах.

Известен накопитель для оптоэлектрОнного запоминающего устройства, содержащий формирователь импульсов, подключенный к емкостному оптически управляемому носителю информации, к выходу которого подключен усилитель считывания ll.

Недостатком этого накопителя является неудовлетворительная надежность, обусловленная малой амплитудой считываемого сигнала.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является накопитель для оптозлектронного запоминающего устройства, содержащий формирователь импульсов, подключенный к емкостному оптически управляемому носителю информации, выход которого подключен через элемент нагрузки к усилителю.считывания, в известном устройстве емкостной оптически управляемый носитель информа ции выполнен в виде структуры, содержащей полупроводниковую подложку, на одной стороне которой последовательно расположены слой диэлектрика с захвате заряда, выполненный в виде двухслойной системы окисел-нитрид, .и прозрачный электрод. На другой стороне полупроводниковой подложки размещен слой проводник а 2 . .

Недостатком известного устройства является также неудовл(атворительная надежность, обусловленная низким

10 уровнем считываемого сигнала. Это связано с тем, что увеличение информационной емкости накопителя достигается за счет увеличения герметической площади носителя информации,

15 что приводит к увеличению его электрической емкости.

При считывании информации к емкости адресуемой светом ячейки па2Q мяти параллельно подключена емкость неосвещенной части носителя информации, образуя емкостной делитель на входе усилителя считывания. В результате величина считываемого сигнала обратно пропорциональна электричес25кой емкости (геометрической площади) носителя информации.

Цель изобретения - повышение надежности накопителя информации для оптоэлектронного запоминающего уст30ройства. .

Поставленная цель достигается тем, что в накопитель информации для оптоэлектронного запоминающего устройства, содержащий блок формирователей импульсов, первый выход которого соединен с входом емкостного оптически управляемого носителя информации, и усилитель считывания, вход которого соединен с выходом элемента нагрузки, введены ключи и согласующий элемент, причем вход ключа подключен к вторсялу выходу блока формирователей импульсов, а выход - к выходу емкостного оптически управляемого носителя информации и входу согласующего .элемента, выход которого подключен к входу элемента нагрузки.

Емкостный оптически управляемый носитель информации состоит из полупроводниковой подложки, на одну поверхность которой последовательно нанесены двойной диэлектрический слой с захватом заряда, прозрачный фотопроводниковый слой и прозрачный входной электЕюд, а на другую - выходной электрод.

На фиг.1 показана блок-схема накопителя информации для оптиэлектронного запоминающего устройства; на фиг,2 - принципиальная схема накопителя; на фиг.З - емкостный оптически управляемый носитель информации, вид в сечении.

Накопитель информации содержит блок 1 формирователей импульсов, емкостной оптически управляемый носитель 2 информации, усилитель 3 считывания, элемент 4 нагрузки,ключ 5 и входной каскад б. Носитель 2 информации содержит полупроводниковую подложку 7, выполненную, например, из кремния п-типа проводимости, на которую нанесен двойной диэлектрический слой с захватом заряда (слои 8 и 9 диэлектриков), причем диэлектрик 8 - это слой окисла кремния толщиной 18-25 А, а диэлектрик 9 - слой нитрида кремния толщиной 500-800 А, прозрачный фотопроводниковый слой 10 толсциной 2,53,5 мкм, на котором размещен прозачный входной электрод 11 и выходной электрод 12.

Усилитель 3 может быть выполнен о двухкаскадной схеме с использоваием операционных усилителей.

Элемент 4 нагрузки может быть выолнен в виде резистора. Ключ 5 ожетбыть выполнен на транзисторе.

Входной каскад б выполнен на по евом транзисторе, затвор которого оединен с электродом 12 носителя 2, а сток и исток соединены, соотетственно, с элементом нагрузки и иной нулевого потенциала.

Накопитель информации для оптолектронного запоминающего устройтва работает следующим образом.

В режиме записи информации из блока 1 на прозрачный электрод 11 носителя 2 поступает отрицательный импульс с амплитудой около 40 в. Это напряжение в носителе 2 почти полностью падает на слое 10. Если одновременно с импульсом напряжения: воздействовать на отдельную ячейку памяти носителя импульссяи света, то сопротивление участка слоя 10 в освещенной ячейке уменьшится на несколько порядков (около ,10 См-см) и приложенное напряжение перераспределится в носителе 2 на слой диэлектрика 8-9 и возникающую при этом в подложке 7 область прост5 ранственного заряда (ОПЗ). Создаваемые светом электрон-дырочные пары распределяются в ОПЗ, в результате чего на границе раздела подложки 7 и слоя 8 формируется инверсный слой 0 дырок, экранирующий объем полупроводника от прикладываемого внешнего поляt Происходит уменьшение толщины ОПЗ и увеличение напряжения на слое диэлектрика. Когда падение напряжения на двойном слое 8-9 превысит некоторую пороговую величину, то часть дырок из инверсного слоя туннелирует через слой 8 в валентную зону слоя 9, где в результате их захвата ловушками накапливается положительный заряд, в неосвещенной части носителя информации темновое сопротивление слоя 10 велико (около Ом- см) почти все приложенное напряжение падает на слое 10 и накопления заряда в диэлектрике не происходит.

В режиме стирания информации из блока 1 на носитель 2 поступает положительный импульс амплитудой около 40 В и одновременно на выбранную ячейку памяти воздействует импульсом света. Сопротивление слоя 10 в ячейке под действие света уменьшается и приложенное напряжение перераспределяется между слоями 7 и 8-9, При этом поверхность подложки 7 в освещенной ячейке памяти обогащена основными носителями, которые в результате туннелирования через слой 8 в зону проводимости у слоя 9 захватываются в нем ловушкаг и, В результате в слое 9 накапл11вается отрицательный заряд.

Таким образом в емкостном оптически управляемом носителе 2 информации записывается и хранится в виде заряда различного знака в ловушках слоя 9,

В режимах записи и стирания информации из блока 1 на базу ключа 5 О подается положительный импульс, открывающий ключ, в результате чего формируется цепь заряща носителя информации.

Считывание записанной в носителе 5 2 информации осуществляется регистрацией импульса фототока, протекающего во внешней цепи носителя 2, при воздействии на выбранную ячейку памяти носителя импульса света. На носитель 2 с блока 1 подается отрицательный импульс с амплитудой 5 10 в и ячейка носителя освещается импульсом света. Слой 10 в считываемой ячейке изменяет под действие света свою проводимость и напряжением импульса считывания прикладывается к подложке 7 и слоем 8-9. ЕСЛИ в слое 9 накоплен отрицательны заряд, то как и в режиме записи в при поверхностном слое 7 образует ся неравновесная ОПЗ. Разделение в ОПЗ генерируемых светом электрондырочных пар приводит к формированию на границе раздела подложки 7 и слоя 8 инверсного слоя дырок, экранирующего поверхностный объем полупроводника от поля хранимого в слое 9 отрицательного заряда, что приводит к уменьшению ОПЗ, Уменьшение ОПЗ в подложке 7 обуславливает изменение электрической емкости носителя информации, что проявляется в импульсном изменении напряжения на электродах носителя 2. Электрод 12, расположенный на подложке 7 носителя 2,соединен с входным каскадом 6 . (затвором полевого транзистора) , поэтому изменение напряжения на электроде 12 вызывает соответствующее изменение напряжения на затворе. Это BHsrjBaeT изменение проводимости канала сток-исток полевого транзистора и протекание импульса тока через элемент 4, Импульс напря жения, снимаемый с элемента 4, усиливается усилителем 5. Если в слое накоплен положительный заряд или заряд в нем отсутствует, то не происходит изменения оп в приповерхностном слое подложки 7 При этом не происходит изменения электрической емкости носителя 2 и через элемент нагрузки импульс фототокане протекает. Наличие или отсутствие импульса фототока при считывании интерпретируется как ло гические Электрическая удельная емкость носителя информации при его освеще нии свете определяется толщиной слоев 8-9 (около 1000 пФ/мм ). Пло щадь ячейки памяти на носителе- 2 определяется размером диска Эйри сфокусированного пучка света. Обыч диаметр ячейки памяти составляет величину около 15 мкм, а площадь ячейки - 225 мкм . Электрическая е кость ячейки памяти при считывании информации, т.е. при ее освещении импульсом света (после завершения переходных процессов в слое фотопр водника) , равна 0,225 пФ. Величина заряда, который перераспределяется между электродом 12 и затвором пол вого транзистора каскада 6, равна при типичных условиях 0,9 пК, Перераспределение этого заряда вызывает изменение этого потенциала на затворе полевого транзистора, равное 90 мкВ. Величина крутизны характеристики полевого транзистора около 10, следовательно, амплитуда импульса тока, протекающего при считывании информации через канал сток-исток транзистора каскада 6, составляет 0,9 мкА, а величина сигнала, поступакмдего с элемента 4 Дсопротивленйем 2110 Ом) на вход усилителя считывания, равна 20 МБ. Величина шунтирующей емкости на входе усилителя 3, равна емкости затвора полевого транзистора и составляет доли пФ. . Таким образом, изобретение позволяет существенно повысить надежность накопителя информации для оптоэлектронного ЗУ за счет увеличения амплитуды считываемого сигнала без ограничения информационной емкости накопителя, что, в CBO;j очередь, позволяет использовать в запоминающем устройстве усилители более простой конструкции и уменьшить объем электронного обрамления запоминающего устройства. Формула изобретения 1.Накопитель информации для оп оэлектронного запоминающего устройства, содержащий блОк формирователей импульсов, первый выход которого соединен с вхрдом емкостного оптически управляемого носителя информации, и усилитель считывания, входной каскад которого выполнен на полевом транзисторе, затвор которого подключен к выходу оптически управляемого носителя информации, о тл и чающийся тем, что, с целью повышения надежности накопителя, в него введены ключ, причем вход ключа подключен к второму выходу блока формирователей импульсов, а выход - к затвору полевого транзистора. 2.Накопитель информации по п.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что емкостный оптически управляемый носитель информации состоит из полупроводниковой подложки, на одну поверхность которой последовательно нанесены двойной диэлектрический слой с захватом заряда. Прозрачный фотопроводниковый слой и прозрачный входной электрод, а на другую - выходной электрод. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Вопросы радиоэлектроники.Сер, ЭВТ, 1977, вып.5, с. 83-87. 2.Квантовая электроника, 1975, № 3, т.2. с. 508-511 (прототип) ..

фуг,

Л /

СОТК L

Тка J

Й./

/

,-с

е

..J