Запоминающее устройство•т^^*6'.,;i- -- -- -'- г •-.•:> & --^ i^1[йтн:^-::к.::^^'^ щ библио. z^ka \

Запоминающее устройство•т^^*6'.,;i- -- -- -'- г •-.•:> & --^ i^1[йтн:^-::к.::^^'^ щ библио. z^ka \

Реферат

 

3I89 9,5

ОПИСАН И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соеетских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства ¹

Заявлено 26Л.1970 (№ 1397037/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 28.Х.1971. Бюллетень № 32

Дата опубликования описания 20.1.1972

МПК G 11c 11 42

Комитет по делам иэобретеиий и открытий при Сосете Мииистрое

СССР

УДК 681.327.66(088 8) Авторы изобретения

В. С. Вавилов, Г. М. Гуро, Н. Ф, Ковтонюк и Ю. И. Гохфельд

Физический институт AH СССР

Заявитель

ЗАПОМИНАЮ1ЦЕЕ УСТРОЙСТВО

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 вЂ” необходимость периодической регенерации записанной информации.

Основными недостатками такого устройства являются малое время 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 утечки блокирующих диодов); невозможность отделить процесс считывания от стирания, осуществить многократное считывание без потери информации, так как считывание происходит при 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 от обеих пластин конденсатора. Кристалл полупроводника снабжен двумя электродами, предназначенными для измерения поверх10 ностного заряда. Записываемый импульс подается в виде светового луча, способного вызывать фотоионизацию в полупроводнике.

К конденсатору приложено постоянное поле смещения. Под действием света в полупро15 воднике создаются свободные заряды, которые отводятся полем в приэлектродные области и остаются там до тех пор, пока приложено напряжение смещения. В этом устройстве,информация хранится в виде слоев сво20 бодных зарядов в приповерхностной области полупроводника, экранирующих приложенное поле смещения.

Предлагаемое устройство изобр ажено на чертеже и содержит кристалл высокоомного

25 полупроводника 1 с двумя электродами 2 и

2 и двумя диэлектрическими прокладками

8 и У. Основные требования к устройству— это малые токи утечки диэлектрика и его высокая электрическая прочность, а также ма30 лый темновой ток полупроводника, Малые токи утечки (большое удельное со318995 противление р) необходимы для увеличения времени хранения информации, а высокая электрическая прочность дает возможность прикладывать к диэлектрику большие электрические поля, т. е, создавать высокую поверхностную проводимость, что, кроме того, увеличивает надежность считывания и уменьшает вредное влияние захвата на поверхностные уровни. Темновой ток полупроводника 1, в начальный момент включения поля равный

1, =qnopE, уменьшается за время дрейфа носителей /,, E„— 10- сек) до постоянной величины 1,, определяемой тепловой ско 0 ростью генерации свободных носителей, а именно:

1,,=q L.

"в

Затем, когда вследствие экранирования поля индукции диэлектрика е, Е Е, станет настолько малым, что время дрейфа / Е, превысит время т, снова появится омический ток 1... но уже при полях Е„«ЕП,. Ток утечки диэлектрика наоборот возрастает — от веLy личины 1,.= — I â начальный момент, до ад L максимальной величины I,,когда все напряжение, приложенное к системе, распределится;на диэлектрических пластинах.

Выше использованы следующие обозначения: д —; p — подвижность свободных носителей в полупроводнике; п,— равновесная концентрация таких носителей в нем; т, — время восстановления по порядку величины, равное времени жизнии неравновесных носителей; е, е — диэлектрические проницаемости полупроводника и диэлектрика; и Ls, соответственно их толщины; Еп

1,2

Е â€”; U — напряжение, приложенное к устройству.

Если напряжение, приложенное к устройству, действует достаточно долго, то в последнем установится стационарный режим. Ток утечки диэлектрика 1„(1,,(1„(1 ) станет равным темновому току 1, и в системе потечет постоянный ток I=I =I„. 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 p )) рп. В этом случае N будет мало отличаться от числа свободных зарядов У„необходимых для полного экранирования поля индукции

U диэлектрика е„Е„(Е„= — ) . Причем всегда

N,)N . Таким образом, в ячейках, подвергшихся действию светового луча, накопленный заряд с течением времени уменьшится до указанной предельной величины N (1,— — l«0). В остальных ячейках, на которые свет не действовал, произойдет накопление заряда (I,— l )0) вследствие действия темнового тока (тепловой генерации свободных носителей). В этих ячейках паразитный на5 копленный заряд возрастет до той же величины N.

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

10 величина накопленного заряда N больше N«, то в ячейке регистрируется сигнал (заполнение ячейки), если меньше, то он в ячейке отсутствует (пустая ячейка) .

Время хранения информации определяется

15 токами утечки диэлектрика I„, темновыми токами 1, полупроводника, а также точностью считывания, т. е. точностью, с которой возможно отличить заряд, накопленный при действии света, от паразитного заряда, создавае20 мого тепловой генерацией носителей. I, и 1„ определяют время установления стационарного режима 1„. Точность считывания, определяемая в нашем случае измерением поверхностной проводимости, даст разность величин

25 паразитного и полезного зарядов, которую еще возможно заметить, и, следовательно, время, за которое она образуется. Это будет время порядка 1„. Оно определяется наименьшим из времен: затухания величины по30 N лезного заряда, создаваемого светом —, наI растания паразигного, образуемого тепловой

N« генерацией

35 ITO

Итак, наилучший режим работы данного устройства, когда NsN и р ))р . В этом случае 1„совпадает с временем накопления № паразитного заряда . Выбрав порог счи40 IT9 тывания равным 0,8Л/„можно считать время хранения информации не меньшим 0,71„. При экспоненциаль|ном изменении за такое время паразитный заряд увеличится до значения

45 0,5N,. Если точность измерения поверхностной проводимости выше 10 /О, то предлагаемое устройство надежно регистрирует накопленный заряд, создаваемый светом, и совершенно нечувствительно к паразитному заря50 ду, создаваемому тепловой генерацией в течение времени 0,71„.

Инерционность записи определяется временем генерации, необходимым для экранирования количества свободных носителей, а так55 же веменем их развода в приповерхностные слои. Инерционность считывания определяегся временем установления тока в этих слоях.

Если скорость генерации лучом света

10" см — сек — (что соответствует мощно60 сти светового излучения, равной 10 вт), то для создания приповерхностной плотности носителей заряда 10 —" см — в кристалле тол щиной 10 - см потребуется 10 s сек. Время развода свободных зарядов приблизительно

65 равно времени дрейфа 10 — сек. В заклю318995 го

Предмет изобретения

Составитель С. Хлебников

Техред Т. Ускова

Корректоры: О. Тюрина и Н. Шевченко

Редактор Б, Нанкина

Заказ 3844/15 Изд. ¹ 1514 Тираж 473 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2 чение приводятся основные требования, предъявляемые материалам, которые используются для изготовления предлагаемого устройства.

Для обеспечения большего времени хранения информации удельные сопротивления диэлектрика рд и полупроводника р„долж ны быть достаточно большими.

С целью создания наиболее благоприятных условий накопления заряда удельное сопротивление диэлектрика должно быть много 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 основной технико-экономический эффект.

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 (р10" ом.см), изолированного от обоих электродов слоями диэлектрика с малыми токами утечки и большой электрической прочностью (например, пленками кварца ($102) с p=4 10" — 10" ом.см и ад=3,6 (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 L=10 см, Lд — — 20-4, величине смещения 10 в и времени жизни неравновесных носителей полупроводника 10 сек имеем

10 (считая рд-. =4.10 з ол .см и р„=10 ол .см)

Емж2,5 10 — з а/см2=1,6 104 ела сек

I, =10 4 — =6 ° 10

О ему елРеек

Следовательно, в данном примере время хранения информации составит:

07t„=едЕд/1,, 2 10 сек 8,5 час.

Запоминающее устройство, выполненное в виде фоточувствительного накопительного конденсатора, отличающееся тем, что, с целью

25 увеличения времени хра|нения информации и повышения быстродействия, фоточувствительный конденсатор изготовлен из кристалла высокоомного полупроводника, отделенного от обеих обкладок конденсатора слоями диэлек30 трика и снабженного двумя дополнительными электродами для измерения поверхностной проводимости, причем конденсатор подключен к шинам постоянного смещения,