Оптоэлектронный логический элемент

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических республик юзн ; .

evv.а МЬА

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 11.Х.1971 (¹ 1706020/26-25) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано ОЗ.Х.1973. Бюллетень № 39

Дата опубликования описания 19.II.1974 и 9/58 асударственный камитет

Совета Министрав сССР ас делам изааретений и атнрытий (088.8) Авторы изобретения

П. И. Перов, Л. А. Авдеева и М. И. Елинсон

Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР

Заявитель

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ЛОГИЧЕСКИЙ ЭЛЕМЕНТ

Изобретение относится к оптоэлектронным логическим элементам и может быть использовано при конструировании малогабаритных быстродействующих вычислительных машин.

Известны оптоэлектронные логические элементы, осуществляющие логические функции посредством дискретного отклонения луча света при поступлении на входы соответствующих сигналов. Для отклонения луча используют двупреломляющие кристаллы, отклоняющие перпендикулярно поляризованные обыкновенный и необыкновенный лучи на разные углы, а переключение поляризации света осуществляют посредством вращения плоскости поляризации в электрооптических кристаллах, к которым прикладывают входные электрические сигналы, необходимая амплитуда которых определяется полуволновым напряжением, характерным для используемого электрооптического мазериала. При различных комбинациях входных сигналов свет выходит из такой системы по разным путям, что и позволяет осуществить логические функции.

Однако известные логические элементы имеют большие размеры, обусловленные применение:;. электрооптических и двупреломляющих кристаллов, и требуют входных напряжений большой амплитуды.

Целью изобретения является микроминиатюризация, уменьшение амплитудны входных сигналов и расширение функциональных возможностей элемента.

Для этого диэлектрическая пленка разделена по крайней мере до половины рабочей пло5 щади на два одинаковых по толщине слоя третьим прозрачным заземленным электродом.

В элементе можно использовать диэлектрические пленки с узкой экситонной линией в

10 спектре поглощения, которая исчезает в электрическом поле напряженностью 10" — 10 в/с» (например пленки CdS, а также CdTe, РБ!» и другие). Если такую систему осветить пучком света, перпендикулярным плоскости системы, 15 то ввиду сильного изменения пропускания под действием электрического поля в зависимости от входных сигналов, поданных на соответствующие электроды, различные участки системы будут или не будут пропускать свет. TQK

20 как для достижения большого изменения пропускания света в области экситонных линий можно применить пленки толщиной меньше 10 4 см, то требуемая напряженность электрического поля достигается при уровне вход25 ных сигналов, меньшем 1 — 10 в, а толщина всей системы определяется толщиной подложки (например слюда толщиной 10 — 20 мкм).

Минимальные размеры системы в плоскости подложки ограничены лишь дифракцией и

30 технологической возможностью изготовления

400058

Входы

Выходы

15 го

25 зо

55 и могут составлять менее 100 мкм 100 мкм.

Инерция исчезновения экситонных линий поглощения под действием электрического поля не превышает 10-" сек, поэтому предложенное устройство обладает большим быстродействием.

Изобретение пояснено чертежом.

На чертеже приведена схема конструкции пленочного логического оптоэлектронного элемента — полусумматора.

Элемент содержит диэлектрическую пленку

1 с узкой экситонной линией в спектре поглощения, по обеим сторонам пленки расположены прозрачные проводящие электроды 2 и 3, например тонкие пленки хрома или двуокиси олова, третий прозрачный электрод 4, разделяющий пленку на два одинаковых по толщине слоя 5 и 6 и перекрывающий половину рабочей площади всего элемента. Пленочная диафрагма 7 из непрозрачного материала имеет окна а и б над рабочими участками элемента и служит для исключения влияния областей пленки 1 с неоднородным распределением электрического поля вблизи границ электродов. Всю систему пленок изготавливают последовательным нанесением на прозрачную подложку 8.

Элемент работает в качестве оптоэлектронного полусумматора следующим образом. Элемент освещается потоком 9 монохроматического света с длиной волны, равной длине волны экситонной линии в спектре поглощения пленки. Электрические входные сигналы U< и Uz подают на электроды 2 и 3 в виде одинаковых импульсов напряжения, величина которых достаточна для разрушения экситонной линии, а электрод 4 заземляют. В отсутствие входных сигналов U< и U> все участки пленки непрозрачны, поэтому свет через окна а и б не проходит. Если подан входной сигнал Уь а сигнал Uz отсутствует, то в пленке 1 под окном а и в слое 5 пленки

1 под окном б существует электрическое поле, которое просветляет указанные слои, однако, ввиду отсутствия электрического поля в слое 6, свет проходит лишь через окно а и не проходит через окно б из-за поглошения в слое 6. Из симметрии системы входов следует, что та же самая ситуация имеет место при наличии сигнала Uz в отсутствии сигнала Ui. Наконец, при одновременном наличии сигналов U< и U> электрическое поле отсутствует в пленке 1 под окном а и присутствует в слоях 5 и 6 под окном б, так что свет проходит через окно б и не проходит через окно а.

Логические свойства элемента наглядно представлены таблицей, в которой единица соответствует наличию электрического входного или светового выходного сигналов, а ноль соответствует отсутствию входных и выходных сигналов.

Таким образом видно, что левая и правая части системы осуществляют логические функции «ИСКЛЮЧАЮЩИЕ ИЛИ» и «И» соответственно, а элемент в целом представляет собой полусумматор.

Одним из вариантов исполнения такого элемента является полусумматор с электрическими, а не со световыми, выходами, конструкция которого отличается от описанной только тем, что на нижней стороне подложки под окнами а и б расположены пленочные фотоприемники. Размещение на одной прозрачной подложке множества оптоэлектронных элементов и осуществление связей между ними при помощи пленочных межсоединений позволяет получить интегральную оптоэлектронную логическую схему с большим числом элементов на единицу площади. В частности, комбинация из двух полусумматоров и элемента

«ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ» представляет собой полный сумматор.

Предмет изобретения

Оптоэлектронный логический элемент на основе диэлектрической пленки, обладающей электрооптическим эффектом, заключенной между двумя прозрачными электродами, являющимися входами, отличающийся тем, что, с целью микроминиатюризации, уменьшения амплитуды входных сигналов и расширения функциональных возможностей элемента, диэлектрическая пленка разделена по крайней мере до половины рабочей площади на два одинаковых по толщине слоя третьим прозрачным заземленным электродом.

400058

/ i/ rб

l /

Составитель А. Кот

Редактор А. Зиньковский

Техред 3. Тараиеико

Корректор Т. Гревцова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 268/2 Р(зд Хз 126 Тираж 678 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5