Носитель для записи и считывания информации электронным лучом

(57) Изобретение отн копления информации зовано в устройства записи, считывания и с с помощью электронн осится к технике наи может быть испольх для многократной тирания информации ого луча. Целью изоИзобретение атно копления информации зовано в устройства записи, считывания и с с помощью электронн сится к технике наи может быть испольх для многократной тирания информации ого луча. ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(71) Ленинградское объединение электронного приборостроения "Светлана" (72) В,И,Петров(56) Авторское свидетельство СССР %1417707,кл. Н 01 Л 29/00, 1986,ИТЕЛЬДЛЯЗАПИСИ И СЧИТЫВАФОРМАЦИИ ЭЛЕКТРОННЫМ ЛУЦелью 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,3 - 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 перпендибретения 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, Я 5 ил,кулярно друг другу в одной плоскости алек- а тронные прожекторы 3 и 4 (фиг.1). 4Носитель 1 имеет кубическую форму, ф)при этом пластина 5 является анодом шин, образующих после острийных автоэмисси- у онных катодов координат плоскости 2, У, пластина 6 является анодом шин, образующих после острийных автоэмиссионных катодов координат плоскости 2, Х, Выводы 7 и8 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 решетчатуюструктуру (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 низкоомное кристаллическое, В зависимости от назначения электронно-лучевого устройства могут быть использованы полупроводники состава АзгЯез, АзИз, легированные висмутом от 0,2 до 2,0 ат либо Аз 46 еБТе 8Первые два полупроводника обладают способностью перехода под действием выделяемой энергии из устойчивого высокоомного аморфного состояния в устойчивое низкоомное кристаллическое в отношении не менее 10 Ом см, третий полупроводник в отношении 10 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 шин5 10 15 20 25 13 нанесен слой 19 легированного поли- кремния, 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, и-р-переход на слое 19 поликремния формируется диффузией бора. На легированную поверхность слоя 19 поли- кремния напыляют слой 20 алюминия, представляющий 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,30 После упаковки решеток шин 13 вобъем оправку с решетками подвергают вакуумной пайке при температуре не выше150-160 С с равномерным эластичным давлением между плоскостями решеток, После35 технологического процесса пайки получается объем в виде параллелепипеда или куба,в зависимости от геометрии решеток и ихколичества. Для обнажения торцов шин 13края решеток обрезаются лазерным лучом40 таким образом, чтобы грани были строгоперпендикулярны. Причем грани, образованные со сторон решеток, имеющих большиепрорези после обрезки, имеют обнажениешин 13 по длине и выступают на три шага45 больше, чем две другие смежные грани.Для дальнейшей механической обработки весь объем пропитывается легкорастворимым компаундом. После отверждениякомпаунда плоскости объема обрабатыва 50 ются следующим образом: две смежные стороны 22,.перпендикулярные плоскостямрешеток и осям электронных прожекторов 3и 4, для уменьшения аберраций отклоненияшлифуют внутренней сферой радиусом,55 равным радиусу отклонения лучей; другие, свыступающими на три шага постоянной решетки шинами 13, шлифуют с обеспечениемвысокой 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 МаОН для образования многоострийной системы автоэмиссионных катодов 23. Радиусы закруглений острий катодом достигают 10 -10 мм.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 халькогенидном полупроводнике, разделительные диоды 28, импульсные вакуумные автоэмиссионные диоды 29, Электронная цепь коммутации по координатам Е, У 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 Е, Х 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 ХУ,7, при 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 чем протяженность облучаемых участков зависит от величин амплитуд напряжения на отклоняющих пластинах 11 и 12, В момент сканирования лучей по торцам шин в каждой 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. Падение 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 модулятора 40 последний дает импульс разности потенциалов между двумя электронными цепями. В этот момент синхронно сканирующие лучи останавливаются (рост пилообразного напряжения прекращается) 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 полупроводника состава (в зависимости от назначения) АэгЯез или АзгЯз, легированного висмутом, или Аз 46 е 1 цТев. Выделяемая энергия переводит элемент "памяти 27 из аморфного высокоомного состояния в низкоомное кристаллическое, Запись производится импульсами цифрового кода,Считывание информации производится последовательным координатным сканированием обоих лучей по записанным участкам 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 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 резисторе 32 выделяется импульсное падение напряжения в зависимости от записанной информации при координатных перемещениях лучей электронных прожекторов 3 и 4, Длительность импульса считывания зависит от скорости перемещения лучей по координатам Х,У,Л, Сигнал, снимаемый с резистора 32, подается на вход импульсного усилителя радиосхемы,Стирание информации производится при использовании в качестве запоминающего материала слоя халькогенидного стеклообразного полупроводника синтезированного состава АзбеьТев, При этом блокируются резисторы 32 и 37 выключателями резисторов 34 и 39, и переключатель8 1786532 45 50 55 42 переключается на импульсный модулятор 40. В режиМе стирания время воздействия энергии, транспортируемой электронными цепями, которое задает импульсный модулятор 40, устанавливается не более чем 5 10 с, 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 сеченияшин 10 х 10 мкм (объем ячейки памяти 20 х 225 мкм), количество шин в гребенке 3000 и количестве гребенок в упаковке объема 3000,объеме носителя 216 см объем информациисоставляет более 24 Гбит или 3 Гбайта, Весьобъем электронно-лучевого прибора состав 10 ляет около 500 см . Скорость записи и стизрания не менее 10 мГц. Время поисказаписанной информации зависит от частотных свойств электронной схемы управленияи может достигать десятков и сотен мГц,15 Формула изобретенияНоситель для записи и считывания информации электронным лучом, содержащийметаллическую подложку с запоминающимслоем из синтезированного халькогенидно 20 го полупроводника, кристаллизующегосяпод действием электронного луча, о т л и ч аю щ и й с я тем, что,.с целью повышенияоперативности, носитель выполнен в видеобъемной матрицы из ячеек памяти, пере 25 крестно чередующихся с ячейками разделительных диодов, причем ячейки образованынабором шин, расположенных с одинаковым шагом, запоминающий слой нанесен наобе поверхности шин ячеек памяти, а на обе30 поверхности шин ячеек разделительных диодов нанесен слой легированного поликремния, при этом две смежные плоскостиобъемной матрицы образуют мишени дляэлектронных лучей, а две ее противополож 35 ные смежные плоскости с выступающимиторцами шин образуют острийные автоэмиссионные катоды, напротив каждой изкоторых расположен анод в виде металлической пластины, 17865321786532 Редакто шкова роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 1 кдз в 323 ВНИИП оставитель Т.Пероваехред М.Моргентал Корректор Н.Гунько Тираж Подписноесударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5