Электронно-лучевое запоминающее устройство

 

ерзцирн не се:-. ь Ьвв ьвв и а, Союз Советскин

Социалисткческнк

Республик

ОП ИС

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

33023

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 19. 12.77 (21) 2556250/18-24 с присоединением заявки УЙ (23) Приоритет

Опубликовано 05.05.80. Бюллетень М 17

Дата опубликования описания 08.05.80 (53 ) М. Кл.

11 С 11/42

Государственный комитет аа делам изобретений. и открытий (53) УДК 681. . 327. 67 (088.8) В. М. Глушков, В, П, Деркач, А. М. Заброда и В. М, Корсунский. (72) Авторы изобретения

Ордена Ленина институт кибернетики AH Украинской CCP (7l ) Заявитель (54 ) ЭЛ EKTPOH НОЛ УЧ ЕВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ

УСТРОЙС ТВО

Изобретение относится к вычислитель= ной технике и предназначено для записи, хранения и считывания информации. Преимущественная сфера его применения-рюализация банков данных большого и сверхбольшого объема в крупных информаци»онно-справочных и вычислительных центрах коллективного пользования.

Известны запоминающие устройства, в которых запись и считывание информации осуществляется с помощью остро10 фокусированного электронного луча, сканирующего по поверхности накопителя $1)

Так как количество информации, которую можно разместить в зоне непосредственно15 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 помощью одного электронно»

2 го луча не всегда обеспечивает высокую скорость выборки.

Для уменьшения времени доступа и увеличения скорости считывания предла, гается отказаться от. механического пе)ремещения накопителя и облучать его при считывании широким пучком электронов, покрывающим целый массив информации.

Известно устройство, в котором электроны, отраженные от накопителя, про» ходит через дополнительные отклоняюшую и электроннсмоптическую системы и направляются на считывающую матрицу, что обеспечивает одновременное считывание целого массива вместо одного бита информации (21.Но такое устройство об» ладает малым обьеьюм информации, ограниченным размерами зоны непосредствен ного доступа одиночной электронно-оптической систем ь4

Для увеличения объема неподвижного накопителя в электроннолучевых запоми наюших устройствах применяют матричные электронные линзы 3 . В этих

733023 з 4 устройс гвах накопитель в виде тонкой На ф . р д ! а фиг. 1 представлена схема предлапленки наносится на поверхность детек- гаемого ус р м го ст ойства на фиг, 2 - конструктора электронов, поэтому для увеличения ция матричной фокусирующей системы и объема приходится использовать детекто- матричной отклоняющей системы, На ры с большой площадью поверхности, а 5 Фи ° 3 - способ соединения отклоняющих это увеличивает их паразитные емкости стержней; на фиг. 4 - матрица детектои, следовательно, уменьшает быстродейсч Ров

Устройство содержит первый источ» вие, ник 1 электронов, первую фокусируюшую объем хранимой информации и высокую 10 систему 2, представляющую собой магнитную линзу, первую отклоняющую систему скорость считывания до сих пор не удалось.

3, накопитель 4, матричную отклоняюНаиболее близким техническим решешую систему 5, матричную фокусирующую нием к изобретению является запоминасистему 6, вторую отклоняющую систему юшее устройство, которое содержит исгочник электронов, электронн оптическую и ннс оптическую и 5 7, матрицу детекторов 8, вторую фокусируюшую систему 9 в виде магнитной отклоняющую системы, направляющие Ру ую ь в пюлнен ли"зы, втоРой источник 10 электронов и электронный луч на накопитель, выполнен блок 11 управления. В блок управления ный в виде тонкой пленки с отверстия входят блок 12 местного управления, регистр ми. Устройство содержит также дополни2о 13 адресов, регистр 14 чисел, блок 15 тельную электронно-оптическую и отклоформирования напряжения управления моняюшую системы, направляющие прошеддулятором первого источника электронов, шие через накопитель электроны на мат 4 За нформации блок 16 формирования тока отклонения, рицу детекторов 4 . Запись информации блок 17 формирования управляющих напрев таком устройстве производится острожений матричной фокусирующей системы фокус ированным лучом электронов, формиуемым первой электронно--оптическо ти еской и матричной отклоняющей системы, блок

PÓ Р . ти еско

18 формирования тока отклонения, блок системой. При считывании она формирует

19 усиления и формирования сигналов широкий пучок электронов, которым обсчитывания, блок 20 формирования налучается выбираемый массив информации.

Вторая электронно-оптическая система 30 пряжения управления модулягором второго источника электронов, Запоминающее ус проектирует увеличенное электронное ройство имеет входные 21, 22, .23 и изображение этого массива на матрице выходной 24 каналы информации. детекторов.

Оба источника 1 и 10 электронов

Во всех известных устройствах сов

35 могут бьггь выполнены в виде обычной местить высокое быстродействие и бол электронной пушки. Она состоит из катода, шой объем на удается, т,е. они имеют представляющего собой, например, тонкую высокую скорость считывания, но иэ-за подогреваемую вольфрамовую проволоку, ограниченности размеров зоны непосред«изогнутую под острым углом, электрода

40 ственного 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.

45 талличес кую диафрагму.

Поставленная цель достигается тем, Отклоняющие системы 3 и 7 содержат что электронно-лучевое запоминающее по четыре пары отклоняющих катушек устройство содержит последовательно рас- (две пары на каждое направление отклоположенные и оптически связанные второй нения), Вторая пара катушек отклоняет источник электронов соединенный с бло- электронный луч в сторону, противоположЭ

50 ком управления, вторую фокусируюшую ную первой, так что в результате луч систему, связанную с матрицей детектсi- смешается, 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 электроны

55 систему, соединенные с блоком управления пленку из тяжелых металлов например и расположенные между накопителем и золота, 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 накопитель в виде отверстий, для чего может быть использована электронолитография или испарение пленки под действием электрон ной бомбардировки (микрофрезеровка).

Матричная фокусируюшая система 6 образована тремя металлическими пластинами 25, 26 и 27 с отверстиями 28.

Отверстия в пластинах расположены ак- 10 сиально и образуют систему одиночных линз. центральная пластина 26 поддерживается под потенциалом, близким к катодному, а внешние, 25 и 27, соедине»ны с анодом. Матричная отклоняюшая система 5 образована двумя рядами па» раллельных металлических стержней 29 и 30, расположенных один над другим.

Стержни, принадлежащие . разным рядам, взаимно перпендикулярны. Позициями 31 и 32 обозначены внешние вводы, позицией 33 - отклоняюшие стержни (фиг. З).

Матрица детекторов 8 может быть иэ» готовлена на основе полупроводниковой, например кремниевой, пластины.

В пластине сформированы области 34 р-типа проводимости, области 35 собственной проводимости и области 36 п-типа проводимости. Детекторы отделены друг от друга изолирующими канавками 37.

Электрический контакт с каждым детектором осушествляется благодаря тонкой электронопрозрачной металличес кой пленке 38, например алюминиевой, нанесенной на поверхность области р-типа. С другой стороны на пластину нанесена металлическая пленка обшего вывода матри» цы 39, Предлагаемое устройство работает следуюшим образом.

В режиме записи информации по входному каналу 21 поступает сигнал записи по каналу 22 - коды адресов, по которым производят запись, по каналу 2345 коды записываемых чисел, По командам блока 12 блок 20 формирует напряжение управления модулятором источника 10 электронов записи в соответствии с кодом записываемых чисел, поступаюших с ре»

50 гистра 14. Источник 10 электронов и система 9 формирует узкий электронный пучок, показанный на фиг, 1 пунктирными линиями, который отклоняющей системой

7 направляется в одну из апертур систе» мы 6. Ток отклонения системы 7 форми руется блоком 18 под воздействием can» налов блока 12 и кодов адресов, поступа юших с регистра 13. Матричная система

23

6 фокусирует электронный луч на поверхность накопителя 4, а матричная откло няюшая система 5 под воздействием управляюших напряжений, вырабатываемых системой 7, направляет луч в заданное место накопителя. Источник 1 электронов, фокусируюшая система 2, отклоняюшая система 3, детекторы 8 и блоки

15, 16, 19 в режиме записи не ра ботаю т, Если для записи используется электроннолучевая микрофрезеровка, то отверстия в пленке накопителя образуются непосредственно после облучения электронным лучом. В случае электронолитогра- фии. для записи требуется дополнительная химическая обработка накопителя, Ее можно производить непосредственно в рабочей камере устройства, не извлекая накопи тель.

В режиме считывания не.работают матричная отклоняющая система 5, система 9, источник 10 электронов, блоки

17 и 20. Так же, как и в режиме записи, код адреса считываемой информации поступает на вход запоминающего устройства по каналу 22. По каналу 21 поступает сигнал, считывания. При этом под воздействием управляюших напряжений, выраба» тываемых блоком 15, источник 1 электронов и система 2 формируют электронный луч, показанный на фиг, 1 пунктирными линиями, который отклоняюшей системой

3 направляется на поверхность накопителя 4. Ток отклоняющей системы фор»мируется блоком 16 под воздействием сигналов блока 12 и кодов адресов чисел, поступаюших с регистра 13. Толшина электронного пучка выбрана такой, чтобы он полностью покрывал участок накопителя, находяшийся в зоне непосредственного доступа одной из ячеек матричной системы 5. Проходя через пленку накопителя, электронный пучок преобра- . зуется. В местах, где в пленке были отверстия, его интенсивность практически не изменяется, где пленка накопителя сохранилась, интенсивность пучка ослабляется.

Матричная система 6 проектирует увеличенное электро иое изображение выбранного участка накопителя на плоскость детекторов, а отклоняюшая система 7 сдвигает это изображение таким образом, чтобы на матрицу детекторов проектиро» вался требуемый участок освешенной электронным пучком зоны накопителя. Необходимый для этого ток отклонения выра7 73302 батывается блоком 18 в соответствии с кодом, записанным в регистре 13. Сигналы с детекторов 8 одновременно поступают на блок 19, который их усиливает, формирует и направляет в регистр 14, откуда они по каналу 24 выводятся из устройства.

Объем хранимой информации определяется в предлагаемом устройстве размером матричной системы 6 и разрешающей способностью электронного. луча.

Уже. в настоящее время реально может быть достигнута разрешающая способность при записи порядка 0,1 мкм, что соот40 115 ветствует плотности записи до 10 бит/см.

Это значит, что при размерах матричной линзы 10х10 см объем запоминающего устройства может достигать 10 бит.

В устройстве-прототипе при той же разрешающей способности записи размер зоны непосредственного доступа при .такой разрешающей способности может быть не более 1 мм, и объем запоминающего уст2 ройства не превышает 10 бит.

Предельная разрешающая способность

25 электронного луча при записи значительно выше 0,1 мкм. При использовании высококачественных источников электронов и прецизионных электроннс -оптических систем можно рассчитывать на достиже30 ние разрешающей способности порядка

100 А и выше, что соответствует плот о г ности записи информации порядка 10 бит/см и более, Объем предлагаемого запоминаю- . щего устройства при такой плотности записи и размерах матричной линзы 10х10 см мог бы остигать порядка 10" бит при д

-5 времени доступа порядка 10 сек и скорости считывания 10 +10 бит/cM.

3 8 формула изобретения

Электроннолучевое 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 матрицу детекторов, 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 шую систему, связанную с матрицей детекторов, и последовательно расположенные и оптически связанные матричную отклоняющую систему и матричную фокусирующую систему, соединенные с блоком управления и расположенные между нако пителем и второй отклоняющей системой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США ¹ 3226696, кл. 340-173, опублик. 1965, 2. Патент США № 3723978, кл. 340-173, опублик. 1973.

3. Патент США № 3750117, кл, 340-173, опублик, 1973.

4. Патент фРГ № 1905894, кл. Я 11 С 13/00, 1972 (прототип).

Составитель И. Загинайко

Редактор С. Головенко Техред Н. Ковалева Корректор Ю. Макаренко

Заказ 1749/44 Тираж 6 62 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная, 4