Электронно-лучевое запоминающее устройство

Союз СоветскинСоциалисткческнкРеспублик ОП ИСИЗОБРЕТЕН ИЯ 33023(22) Заявлено 19. 12.77 (21) 2556250/18-24с присоединением заявки УЙ(53 ) М. Кл, С, 11 С 11/42 Государстееииый комитет аа делам изобретений . и открытий, (72) Авторы изобретения Ордена Ленина институт кибернетики АН Украинской ССР(54) ЭЛЕКТРОННОЛУЧЕВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО 1Изобретение относится к вычислитель= ной технике и предназначено для записи, хранения и считывания информации. Преимущественная сфера его применениь-рюализация банков данных большого и сверхбольшого объема в крупных информационно-справочных и вычислительных центрах коллективного пользования.Известны запоминающие устройства, в которых запись и считывание информации осуществляется с помощью остро 1 О фокусированного электронного луча, сканирующего по поверхности накопителя Ц Так как количество информации, которую можно разместить в зоне непосредственно 15 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 того, считывание с помошью одного электронно 2го луча не всегда обеспечивает высокуюскорость выборки.Для уменьшения времени доступа иувеличения скорости считывания предла, гается отказаться от. механического пе 1 ремещения накопителя и облучать его присчитывании широким пучком электронов,покрывающим целый массив информации.Известно устройство, в котором электроны, отраженные от накопителя, проходят через дополнительные отклоняющую и электроннсъ оптическую системы инаправляются на считывающую матрицу,что обеспечивает одновременное считывание целого массива вместо одного битаинформации 21.Но такое устройство обладает малым обьеьюм информации, ограниченным размерами зоны непосредственного доступа одиночной электронно-оптической системы,Для увеличения объема неподвижногонакопителя в электроннолучевых запоминающих устройствах применяют матричные электронные линзы 3( . В этих7330233 4устройсгвах накопитель в виде тонкой Наф, рда фиг. 1 представлена схема предлапленки наносится на поверхность детек- гаемого ус рм го ст ойства на фиг, 2 - конструктора электронов, поэтому для увеличения ция матричной фокусирующей системы иобъема приходится использовать детекто- матричной отклоняющей системы, нары с большой площадью поверхности, а 5 фиг. 3 - способ соединения отклоняющихэто увеличивает их паразитные емкости стержней; на фиг. 4 - матрица детектои, следовательно, уменьшает быстродейст- РоваУстройство содержит первый источвие,ник 1 электронов, первую фокусируюшуюобъем хранимой информации и высокую 1 О систему 2, представляющую собой магнитную линзу, первую отклоняющую системускорость считывания до сих пор не удалось.3, накопитель 4, матричную отклоняюНаиболее близким техническим решещую систему 5, матричную фокусирующуюнием к изобретению является запоминасистему 6, вторую отклоняющую системуюшее устройство, которое содержит исгочник электронов, электронноптическую инн птическую и 15 7, матРицУ детектоРов 8, вторую фокУсируюшую систему 9 в виде магнитнойотклоняющую системы, направляющие РУ Уюв щолнен линзы, второй источник 10 электронов иэлектронный луч на накопитель, выполненблок 11 Управления. В блок управленияный в виде тонкой пленки с отверстиявходят блок 12 местного управления, регистрми. Устройство содержит также дополни 20 13 адресов, регистр 14 чисел, блок 15тельную электронно-оптическую и отклоформирования напряжения управления моняюшую системы, направляющие прошеддулятором первого источника электронов,шие через накопитель электроны на мат 4 1 За нформации блок 16 формирования тока отклонения,рицу детекторов 41 . Запись информацииблок 17 формирования управляющих напрвв таком устройстве производится острожений матричной фокусирующей системыфокус ированным лучом электронов, формиуемым первой электронно-оптическоти еской и матричной отклоняющей системы, блокРУ Рти еско18 формирования тока отклонения, блоксистемой. При считывании она формирует19 усиления и формирования сигналовширокий пучок электронов, которым обсчитывания, блок 20 формирования налучается выбираемый массив информации.Вторая электронно-оптическая система пряжения управления модулягором второгоисточника электронов, Запоминающее устпроектирует увеличенное электронноеройство имеет входные 21, 22, .23 иизображение этого массива на матрицевыходной 24 каналы информации.детекторов.Оба источника 1 и 10 электроновВо всех известных устройствах сов35могут бьггь выполнены в виде обычнойместить высокое быстродействие и бол электронной пушки. Она состоит из катода,шой объем на удается, т,е. они имеют представляющего собой, например, тонкуювысокую скорость считывания, но иэ-за подогреваемую вольфрамовую проволоку,ограниченности размеров зоны непосредизогнутую под острым углом, электрода40ственного доступа одиночной электронно- модулятора в виде металлической трубки,оптической системы обладают малым закрытой с одной стороны диафрагмой,объемом хранимой информации. в апертуру которой входит острие катода,Цель изобретения - увеличение объе- и из анода, представляющего собой мема информации.45талличес кую диафрагму,Поставленная пель достигается тем, Отклоняющие системы 3 и 7 содержатчто электронно-лучевое запоминающее по четыре пары отклоняющих катушекустройство содержит последовательно рас- (две пары на каждое направление отклоположенные и оптически связанные второй нения), Вторая пара катушек отклоняетисточник электронов соединенный с бло- электронный луч в сторону, противополож50ком управления, вторую фокусируюшую ную первой, так что в результате лучсистему, связанную с матрицей детектс- смещается, оставаясь параллельным опров, и последовательно расположенные и тической оси системы,оптически связанные матричную отклоняю- Накопитель 4 представляет собой тонщую систему и матричную фокусирующую кую хорошо задерживающую электроны55систему, соединенные с блоком управления пленку из тяжелых металлов напримери расположенные между накопителем изолота, нанесенную на электронопрозрачвторой отклоняющей системой. ную подложку. Подложка может быть изИзобретение показано на чертежах готовлена, например, из углеродной плен7 330 40 ки,укрепленной на металлической сетке,Информация записывается в накопительв виде отверстий, для чего может бытьиспользована электронолитография илииспарение пленки под действием электронной бомбардировки (микрофрезеровка).Матричная фокусирующая система 6образована тремя металлическими пластинами 25, 26 и 27 с отверстиями 28.Отверстия в пластинах расположены аксиально и образуют систему одиночныхлинз. Центральная пластина 26 поддерживается под потенциалом, близким ккатодному, а внешние, 25 и 27, соединены с анодом. Матричная отклоняющаясистема 5 образована двумя рядами параллельных металлических стержней 29и 30, расположенных один над другим.Стержни, принадлежащие . разным рядам,взаимно перпендикулярны, Позициями 31и 32 обозначены внешние вводы, позицией 33 - отклоняющие стержни (фиг. 3).Матрица детекторов 8 может быть иэготовлена на основе полупроводниковой,например кремниевой, пластины,25В пластине сформированы области 34р-типа проводимости, области 35 собственной проводимости и области 36 п-типапроводимости. Детекторы отделены другот друга изолирующими канавками 37.30Электрический контакт с каждым детектором осуществляется благодаря тонкойэлектронопрозрачной металлической пленке 38, например алюминиевой, нанесенной на поверхность области р-типа. Сдругой стороны на пластину нанесена металлическая пленка общего вывода матрицы 39,Предлагаемое устройство работаетследующим образом.В режиме записи информации по входному каналу 21 поступает сигнал записипо каналу 22 - коды адресов, по которым производят запись, по каналу 2345коды записываемых чисел. По командамблока 12 блок 20 формирует напряжениеуправления модулятором источника 10электронов записи в соответствии с кодомзаписываемых чисел, поступающих с ре50гистра 14, Источник 10 электронов исистема 9 формирует узкий электронный.пучок, показанный на фиг, 1 пунктирнымилиниями, который отклоняющей системой7 направляется в одну из апертур системы 6. Ток отклонения системы 7 формируется блоком 18 под воздействием сиьналов блока 12 и кедов адресов, поступаюших с регистра 13, Матричная система 2366 фокусирует электронный луч на поверхность накопителя 4, а матричная отклоняющая система 5 под воздействием управляющих напряжений, вырабатываемыхсистемой 7, направляет луч в заданноеместо накопителя. Источник 1 электронов, фокусирующая система 2, отклоняющая система 3, детекторы 8 и блоки15, 16, 19 в режиме записи не работаю т,Если для записи используется электроннолучевая микрофрезеровка, то отверстия в пленке накопителя образуютсянепосредственно после облучения электронным лучом. В случае электронолитогра-фии. для записи требуется дополнительнаяхимическая обработка накопителя, Ее можно производить непосредственно в рабочейкамере устройства, не извлекая накопитель.В режиме считывания не.работаютматричная отклоняющая система 5, система 9, источник 10 электронов, блоки17 и 20, Так же, как и в режиме записи,код адреса считываемой информации поступает на вход запоминающего устройствапо каналу 22. По каналу 21 поступаетсигнал, считывания. При этом под воздействием управляющих напряжений, вырабатываемых блоком 15, источник 1 электронов и система 2 формируют электронныйлуч, показанный на фиг, 1 пунктирнымилиниями, который отклоняющей системой3 направляется на поверхность накопителя 4. Ток отклоняющей системы формируется блоком 16 под воздействиемсигналов блока 12 и кодов адресов чисел, поступающих с регистра 13. Толшина электронного пучка выбрана такой,чтобы он полностью покрывал участокнакопителя, находящийся в зоне непосредственного доступа одной из ячеек матричной системы 5. Проходя через пленкунакопителя, электронный пучок преобра-зуется. Вместах, где в пленке былиотверстия, его интенсивность практическине изменяется, где пленка накопителясохранилась, интенсивность пучка ослабляется.Матричная система 6 проектирует увеличенное электроиое изображение выбранного участка накопителя на плоскостьдетекторов, а отклоняющая система 7сдвигает это изображение таким образом,чтобы на матрицу детекторов проектировался требуемый участок освещенной электронным пучком зоны накопителя. Необходимый для этого ток отклонения выраЭлектроннолучевое 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 матрицудетекторов, 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 фокусирую щую систему, связанную с матрицей детекторов, и последовательно расположенные и оптически связанные матричную отклоняющую систему и матричную фокусирующую систему, соединенные с блокомуправления и расположенные между нако пителем и второй отклоняющей системой. 40 7 73302батьвается блоком 18 в соответствии скодом, записанным в регистре 13. Сигналы с детекторов 8 одновременно поступают на блок 19, который их усиливает,формирует и направляет в регистр 14, 5откуда они по каналу 24 выводятся изустройства,Объем хранимой информации определяется в предлагаемом устройстве размером матричной системы 6 и разрешающей способностью электронного. луча.Уже.в настоящее время реально можетбыть достигнута разрешающая способностьпри записи порядка 0,1 мкм, что соотЖ г 15ветствует плотности записи до 10 бит/см.Это значит, что при размерах матричнойлинзы 10 х 10 см объем запоминающегоустройства может достигать 10 бит.В устройстве-прототипе при той же разрешающей способности записи размерзоны непосредственного доступа при .такойразрешающей способности может быть неболее 1 мм, и объем запоминающего уст 2ройства не превышает 10 бит.Предельная разрешающая способность25электронного луча при записи значительно выше 0,1 мкм. При использованиивысококачественных источников электронов и прецизионных электроннсь-оптическихсистем можно рассчитывать на достижеЗОние разрешающей способности порядка100 А и выше, что соответствует плото1 гности записи информации порядка 10 бит/сми более, Объем предлагаемого запоминаю- .щего устройства при такой плотности записи и размерах матричной линзы 10 х 10 сммог бы остигать порядка 10 бит прид-5времени доступа порядка 10 сек и скорости считывания 10 +10 бит/см,3 8 формула изобретения Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США3226696,кл. 340-173, опублик. 1965, 2, Патент США3723978,кл. 340-173, опублик. 1973. 3. Патент США3750117,кл, 340-173, опублик, 1973. 4, Патент фРГ1905894, / кл. Я 11 С 13/00, 1972 (прототип).Составитель И. ЗагинайкоРедактор С. Головенко Техред Н, Ковалева Корректор Ю. МакаренкоЗаказ 1749/44 Тираж 662 Подписное ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4