CN1745431A - 信息存储装置 - Google Patents

Abstract

为了迅速提高存储装置的存储密度，由冷阴极(101)发射出来的电子射线E，被加速电极(102)加速、被收敛电极(103)收敛、被偏转电极(104)偏转后，照射到存储膜(105)的微小区域上。存储膜(105)，例如具有相变化膜(105a)，被高能的电子射线E照射后急剧加热、冷却后非晶质化，而被中能的电子射线(E)照射后则缓慢冷却而结晶化，从而存储数据。另外，被低能的电子射线(E)照射后，就按照非晶质化或结晶化的状态，检出不同的检出电极(105b)和阳极(105c)之间的电位差，读出存储数据。

Description

信息存储装置

技术领域

本发明涉及有关存储媒体被电子射线照射后，存储及读出信息的信息存储装置的技术。

背景技术

作为通过电介质被电子射线照射来存储及读出信息的信息存储装置，在磁芯存储器及半导体存储器实用化的很久以前，人们曾试图使用过与显示用同样的CRT(cathode ray tube)(例如，美国专利第2755994号公报、第2拦、第19～56行)。它和进行图象的显示时一样，通过给赤热状态的灯丝外加负数千V的电压，使其发射出热电子，用由热电子形成的电子射线照射电介质(荧光体)，从而存储及读出信息。

更详细地说，受到偏转控制的电子射线照射电介质的与存储比特对应的区域后，在该照射区域，产生电子雪崩现象，使电介质中的电子被发射出来。于是，上述照射区域就成为电子缺乏的状态，在该时刻停止电子射线照射后，上述电子缺乏的状态就被保持。另一方面，同样的电子射线的照射，伴随着电子射线的扫描，从与存储比特对应的区域向附近的区域进行下去后，在其附近的区域也要同样出现电子雪崩现象，发射出来的电子向上述与存储比特对应的区域移动。于是，在与存储比特对应的区域中，电子缺乏的状态就被消除，成为非缺乏状态，并保持该非缺乏状态。就是说，通过保持上述那种电子缺乏的状态或非缺乏状态，从而存储“0”或“1”的数据。

另外，如上所述，在成为电子非缺乏状态的区域被电子射线照射后向缺乏状态变化之际，伴随着该状态变化，一方面在CRT的管面上设置的信号板的电位发生变化，另一方面已经成为缺乏状态的区域，即使被电子射线照射，也不发生这种电位变化，所以检出信号板的电位变化(或伴随它的电流)后，就可以读出存储的数据。

可是，在上述现有技术的利用电子射线照射的信息存储装置中，由于存在以下缺点，所以被磁芯存储器、进而被半导体存储器取代，现在已经无人使用。

(1)装置本身体积大型，

(2)为了发射出热电子，必须有加热器及加热器电源，

(3)为了发射出电子射线，必须有千V左右的高电压。

另一方面，现在被广泛使用的上述半导体存储器，与利用电子射线照射的信息存储装置相比，虽然实现了大幅度的小型化、存储密度的高密度化。但却存在着由于受到制造过程中的半导体制造工艺的制约，所以难以进一步实现迅速高密度化的问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的在于飞跃性地提高存储密度、实现大容量的信息存储。

为了解决上述课题，本发明的特征在于，具有：冷阴极电子射线发射单元，

按照所述冷阴极电子射线发射单元发射的电子射线的照射，存储或读出信息的存储媒体。

通过上述的使冷阴极电子射线发射单元发射的电子射线照射存储媒体，存储或读出信息，从而可以使存储媒体的微小的区域存储1比特的信息，所以能够大幅度地提高存储密度，能够存储大容量的信息。而且，在容易实现装置的小型化、节能化的同时，还能够快速存取。

作为上述冷阴极电子射线发射单元，例如可以使用头部呈尖状的纺锤型的冷阴极，以及在基部上设置1根或数根碳纳米管的冷阴极。另外，还可以使用弹道电子发射元件后构成。使用这些冷阴极电子射线发射单元后，可以轻而易举地减小各比特的存储区域的大小，使其存储大容量的信息。

另外，还可以采用在用隔壁和电子射线可以透过的膜围住的隔腔内设置冷阴极，使所述隔腔的内部具有比外部高的真空度的结构。这时，在确保碳纳米管等的周围的真空度的同时，还便于防止异物的附着等，所以在碳纳米管的根数较少时，也不会使电子发射的稳定度下降，易于减小射束点的尺寸，提高存储密度。

进而，还可以形成所定的电场及磁场后，设置使由冷阴极电子射线发射单元发射的电子射线加速的加速单元，使其向一维或二维方向偏转的偏转单元，使其收敛的收敛单元等。上述各单元，不局限于作为独立的构成要素设置，还可以通过电极的形态及外加电压等的设定，使其兼具两种以上的功能。另外，电子射线的加速，还可以设置外加相位互不相同的电压的多个电极，使其产生移动电场后进行。另外，还可以采用在设置多个电子射线发射部的同时，按照各电子射线发射部到所定中心的距离错开的时序，发射电子射线，从而使发射出来的电子射线收敛的构成。这样，易于控制是否发射电子射线及电子射线的能量、记录媒体中的照射位置及照射区域的大小等。

另外，为了使电子射线只照射存储媒体的所定区域，可以使通过板材部件等遮蔽单元形成的细微孔的电子射线到达记录媒体。进而，利用所谓微型机器技术的促动器等，使这种板材部件和存储媒体中的至少一方移动，从而易于减小存储媒体中的电子射线的照射区域，控制照射位置。

另外，作为被上述那种电子射线照射后进行存储的存储媒体，例如：可以采用按照被照射的电子射线的能量，相变化为结晶化状态或非晶质状态的相变化膜；以及使用照射所定的能量的电子射线后，使孔或膜厚产生变化的材料的物质；能够按照电子射线的照射，释放或积蓄电荷的绝缘体膜；进而还可以采用经过电子射线照射后，具有荧光性的材料的物质等。

另外，还可以发射多个电子射线，照射存储媒体的多个区域，从而同时存储、读出多比特的信息。这样，易于实现存储、读出的高速化。

另外，还可以设置检出电子射线照射到所述记录媒体上的位置与所定的基准位置的偏移的照射位置偏移检出单元，通过校准及反馈控制控制照射位置。这样，易于提高照射位置的精度，进一步提高存储密度。

进而，还可以将同时存储、读出的信息的一部分，用于错误检出及错误更正。

附图说明

图1是表示具有1个信息存储单元的信息存储装置的结构的示意图。

图2加速电极102的示例的立体图。

图3是表示冷阴极101的示例的侧视图。

图4是表示冷阴极101的其它示例的侧视图。

图5是表示冷阴极101的另一个其它示例的侧视图。

图6是表示冷阴极101的另一个其它示例的侧视图。

图7是表示冷阴极101的另一个其它示例的侧视图。

图8是表示冷阴极101的另一个其它示例的剖面图。

图9是表示弹道电子发射元件的示例的剖面图。

图10是表示加速电极102和收敛电极103被兼用的示例的说明图。

图11是表示加速电极102和偏转电极104被兼用的示例的说明图。

图12加速电极102和偏转电极104被兼用的电极的示例的说明图。

图13是表示形成移动电场的环状电极302的示例的说明图。

图14是表示发射收敛的电子射线的冷阴极101的示例的侧视图。

图15是表示控制电子射线的照射区域的其它结构的示例的说明图。

图16是表示控制电子射线的照射区域的另一个其它结构的示例的说明图。

图17是表示具有多个信息存储单元的信息存储装置的结构的立体图。

图18是表示具有多个信息存储单元的信息存储装置中的冷阴极驱动电路等的连接关系的方框图。

图19是表示为了控制电子射线照射位置的伺服单元的结构的说明图。

图20是表示将多个信息存储单元中的一部分用于错误订正的示例的说明图。

具体实施方式

下面，参照附图，讲述本发明的实施方式。

(具有1个信息存储单元的信息存储装置)

图1是表示具有1个信息存储单元100的信息存储装置的结构的示意图。

在图1中，冷阴极101，被阴极射线驱动电路111外加负电压后，发射出电子射线(电子射束)E。关于该冷阴极101的具体结构，后文再述。此外，外加给冷阴极101的电压，既可以是直流，还可以是由浪涌脉冲等形成的脉冲驱动电压等。

加速电极102，例如由图2所示的环状电极构成，被加速控制电路112外加比冷阴极101的电压高的电压后，在和冷阴极101之间产生的电场的作用下，从冷阴极101中拉出电子后使其加速。

收敛电极103，和加速电极102一样，由环状电极构成，被收敛控制电路113外加规定的电压后，产生对电子射线E作为透镜发挥作用的电场，使从冷阴极101发散似地发射出来的电子射线E收敛。

偏转电极104，具有1对相对配置的电极板104a、104b，通过偏转控制电路114，给上述电极板104a、104b外加互不相同的电压后，可以使电子射线E偏转扫描。在这里，图1中的电位差发生电路114a，控制电极板104a、104b之间的电位差。此外，使电子射线E向二维方向偏转时，可以设置2组偏转电极104。

存储膜105，例如，是具有按照加热、冷却的程度变化成非晶体(非晶质)状态或结晶化状态的相变化膜105a、分别设置在上述相变化膜105a的冷阴极101的一侧或相反侧的检出电极105b及阳极105c的结构。一方面上述阳极105c被接地，另一方面检出电极105b与信号再生电路115连接，检出检出电极105b和阳极105c之间的电位差。在这里，存储膜105上的每比特的存储区域的大小及间距，按照电子射线的偏转量及收敛程度容许的精度(离差)决定。

上述阴极射线驱动电路111、加速控制电路112、收敛控制电路113及偏转控制电路114，例如使用D/A变换器构成，另一方面，信号再生电路115使用A/D变换器构成。

在采用上述结构的信息存储装置中，按照下述方法存储、读出信息。

在冷阴性101和加速电极102之间，给予所定以上的电位差后，电子就被冷阴性101发射出来，并且被加速电极102加速，再被收敛电极103收敛，同时还被偏转电极104偏转后，电子射线E照射到存储膜105的微小区域上。这时，检出电极105b的电阻如果比相变化膜105a的大，那么电流通过检出电极105b及相变化膜105a后，就几乎毫无扩散地流入阳极105c。

在这里，如果控制外加给冷阴性101或加速电极102的电压，使两者之间的电位差增大成所定以上，将高能量给予电子射线E后，相变化膜105a就被迅速加热。而且，经过加热到所定温度的一定时间后，使冷阴性101和加速电极102之间的电位差为0等，遮断电子射线E后，存储膜105的电子射线照射区域就迅速冷却，相变化膜105a就被非晶体化。另一方面，使冷阴性101和加速电极102之间的电位差比上述情况低，电子射线E的能量被降低后，相变化膜105a就被加热成比高能量时低的温度，遮断电子射线E时，就逐渐冷却而结晶化。如上所述，通过使电子射线E的能量不同，可以使相变化膜105a变化成非晶体状态和结晶化状态，从而能够存储“0”或“1”的数据。此外，使其结晶化时，还可以使电子射线E的能量逐渐下降等。

另外，由于相变化膜105a在非晶体状态和结晶化状态中的电阻值不同，所以在照射使相变化膜105a的状态不变化的低能量的电子射线E时，检出的电极105b和阳极105c之间的电位差，非晶体状态时的电位差就比结晶化状态时的大。因此，利用信号再生电路115检出上述电位差后，就能够读出存储的信息。

上述这种相变化膜105a中的电子射线E的照射位置，可以利用偏转电极104外加的电压高速控制。就是说，由于不包含硬盘及光盘之类的机械要素，所以可以非常高速地存储、读出信息。此外，还可以给偏转电极104外加锯齿波，利用电子射线E扫描存储膜105。但是如果外加起伏变化的电压后，就能够随机存取，能够实现更加高速的存取。

(冷阴极101的具体结构)

作为冷阴极101，例如：可以采用头部呈尖状的钨丝及使用硅、金刚石等的纺锤型的部件，使用碳钠米管的部件，使用弹道电子发射元件的部件等。特别是采用使用碳钠米管的部件及使用弹道电子发射元件的部件时，即使冷阴性101和加速电极102之间的电位差在10V以下，也能很容易地产生电子射线E，所以可以在大幅度降低耗电量的同时，还能更容易地使整体结构大幅度地细微化。

使用上述碳钠米管的冷阴极101，更具体地说，如图3所示，例如在由导电性硅构成的基部101a上，直立设置1根碳钠米管101b后构成。这样，在设置1根碳钠米管101b时，由于电子发射源成为点电子源，所以能够将存储膜105中的被电子射线照射的区域的光点尺寸，控制到直径为数nm的程度。因此，假设1比特的记录点的直径约8nm，那么在1μm见方的记录面上，就可以配置128×128个记录点，能够使其存储6kbit的信息。

另外，还可以用数根碳钠米管形成冷阴极101。例如，如图4所示，可以使用在基部101a上设置随机方向的碳钠米管101b。这种冷阴极101，通过涂敷使碳钠米管101b分散的溶液等，能够容易而且便宜地制造出来，同时还由于电子发射端部增多，所以即使在比较低的真空度中，也易于稳定地发射电子。此外，碳钠米管101b在基部101a上的比较宽广的范围内存在时，为了减小射束点尺寸，可以将收敛电极103等设定成和缩小倍率光学系统等同样的高精度。另外，还可以使碳纳米管气相成长等，如图5、图6所示，在100nm以下程度的区域，局部性地直立设置数根碳钠米管101b。这时，与1根时相比，在碳钠米管101b易于稳定地发射电子的同时，还能够将电子发射源靠近点电子源，比较易于减小射束光点尺寸。进而，可以如图7所示，使许多碳钠米管101b朝着大致相同的方向密集设置，这时，在更易于稳定地发射电子的同时，还使制造变得比较容易。

另外，例如图8所示，还可以在用隔壁201和由电子射线可以透过的例如延展性高的金等的薄膜构成的膜202包围的空腔(隔腔)内设置冷阴性101，使上述腔内的真空度高于外部。就是说，在冷阴性101和存储膜105之间，由于在电子撞击存储膜105之际容易产生分子的飞溅，所以，保持高度的真空决非易事。但如上述，在微小的空腔内设置冷阴性101后，就可以既保持冷阴性101的周围的真空，还能防止异物附着在冷阴性101上，在碳纳米管的根数较少等时，也能稳定地发射电子。因此，不会使发射电子的稳定度下降，能够更容易地减小射束点的尺寸。此外，在上述结构中，作为膜202，使用导电性材料，还可以使其兼作加速电极102。

另外，可以取代上述的冷阴极101而使用的弹道电子发射元件，例如，如图9所示，可以通过在直径为100nm以下的细孔203内，形成硅微粒204后得到。使用这种弹道电子发射元件时，易于稳定地发射高能量的电子射线。

(加速电极102等的结构)

作为加速电极102、收敛电极103及偏转电极104，不局限于上述环状电极及相对配置的电极，还可以使用圆筒状的电极，或者使用产生磁通的线圈，还可以使用它们的组合。进而，例如还可以设置多个收敛电极103等，以便更正确地形成所需的电场。

另外，还可以如图10所示，只设置加速电极102或收敛电极103中的某一个，通过对冷阴极101外加正电压，从而在给电子射线E加速的同时，还发挥作其收敛的作用。

另外，还可以如图11、图12所示，将环状电极301一分为四，使其兼作加速电极102和偏转电极104。就是说，通过例如使分割电极301a～301d的平均电位高于冷阴极101，而且使分割电极301a和分割电极301b及/或分割电极301c和分割电极301d具有电位差，即通过控制各分割电极301a～301d的电位平衡，从而能够在给电子射线E加速的同时，还使其偏转。(此外，例如使电子射线E只向一维方向偏转时，可以只将环状天线301一分为二。)

进而，还可以兼作收敛电极103和偏转电极104(这时，可以认为调整电位平衡后，使等效的电子透镜的中心产生位移，电子射束的焦点位置向X-Y方向位移)。另外，还可以给上述分割电极301a～301d外加正电压，使其兼作加速电极102、收敛电极103和偏转电极104。就是说，加速电极102等的各构成要素，未必非要是物理性地分离的单独的构成要素，可以采用作为一个整体而发挥上述功能的结构。

另一方面，在冷阴极101和存储膜105之间的电位差的作用下，可以获得非常大的能量的电子射线E时，加速电极102还未必非要设置不可。

另外，还可以如图13所示，设置多个环状电极302，依次外加相位互不相同的脉冲状的电压，形成移动电场，将电子射线E加速。这时，因为能够产生和移动电场同速度、同相位的高相关性的电子射线E，所以更容易减小射束点尺寸。

进而，还可以如图14所示，将面状密集设置的碳纳米管101b分割成多个区域、例如分割成同心圆状的区域，向各区域的碳纳米管101b供给延迟时间不同的电子射线发生脉冲电压，从而利用和相控阵雷达相同的原理，使电子射线E收敛。

(控制电子射线E的照射区域的其它结构)

取代如上所述使电子射线E收敛、偏转的方法，例如可以如图15所示，利用驱动部402使具有微小的孔401a(针孔)的板状的遮蔽板401或存储膜105中的至少某一个变位。上述驱动部402，例如可以由静电传动机构和弹性部件等构成。另外，使用2组静电传动机构等后，还能够易于向二维方向驱动。

利用上述遮蔽板401遮蔽电子射线E后，可以切实控制电子射线E的照射区域，易于提高存储密度，同时因为不需要使冷阴极101中的电子发射部过于小，所以还易于稳定地发射电子。进而，在不需要设置收敛电极103等上，还可以使结构简化。但是，也可以设置收敛电极103等，以便提高电子射线的能量，或者使电子射线收敛、偏转，从而可以提高电子射线的利用效率。这时，由于电子射线E的照射区域受到遮蔽板401的正确控制，所以收敛、偏转的控制精度不太高也行。

另外，当对冷阴极101而言，固定遮蔽板401，而使存储膜105移动时，由于存储膜105位于遮蔽板401的外侧，所以容易使可动部位的结构简单化。另外，冷阴极101和遮蔽板401，由于相对位置不发生变化，所以将它们做成一体的结构后，更容易使结构简单化，提高制造的容易性。进而，还能使冷阴极101发射电子时只使电子射线E照射与遮蔽板401的孔401a对应的部分，所以可以降低耗电量。

另外，使用上述遮蔽板401时，例如，还可以如图16所示，在孔401a的周围，设置导体403，外加所定的电压，使其产生起透镜作用的电场。这样，可以使孔401a的周围的电子射线也被收敛后照射到存储膜105上，从而能够提高电子射线的利用效率，或者使电子射线照射到比孔401a更小的区域。此外，还可以取代上述设置导体403的做法，使遮蔽板401本身具有导电性等。

(具有多个信息存储单元的信息存储装置)

下面，讲述具有多个上述的信息存储单元100，能够同时写入、读出的信息存储装置。

图17是表示信息存储装置的结构的立体图。在该信息存储装置中，纵横配置着图1所示的那种信息存储单元100。更具体地说，信息存储装置具有形成许多孔121a的基板121，在上述孔121a的内部，设置着和图1同样的冷阴极101等。在基板121的上方，设置着存储膜105，两者之间，保持着真空状态。(此外，还可以采用使基板121和存储膜105贴紧的结构，使各孔121a独立地保持真空状态。)

各信息存储单元100，例如，每4个成为一组，将4比特的数据作为1个字，同时写入或读出。就是说，例如图18所示，每4个信息存储单元100(例如S00～S03)结成1组，构成一个单元组501。进而，设置多个上述的单元组501(在该图的示例中是4个)。

阴极线驱动电路111，与各单元组501对应设置，某个阴极线驱动电路111被将字地址的高位2比特译码的地址译码器502选择后，就给构成对应的单元组501的各信息存储单元100的冷阴极101外加负电压(例如-5V)。

偏转控制电路114，对所有的单元组501的信息存储单元100共同设置，产生与字地址的例如低位14比特对应的偏转电压，外加给各信息存储单元100的偏转电极104。(此外，在存储膜105中，记录点被配置成2维时，还可以进一步分割上述低位比特，使其产生与各自对应的2个偏转电压。)

另外，加速控制电路112及信号再生电路115，分别对各单元组501中的对应的比特位置的信息存储单元100共同设置。

在上述信息存储装置中，在存储数据时，按照字地址的上位2比特，给某个单元组501中的信息存储单元100的冷阴极101外加负电压。另外，利用各加速控制电路112给各信息存储单元100的加速电极102外加与写入的数据对应的电压。于是，在给上述冷阴极101外加负电压的信息存储单元100的存储膜105中，在与字地址的低位14比特对应的区域，被与各比特的写入数据对应的能量的电子射线照射，如对所述图1讲述的那样，根据相变化膜105a非晶化或结晶化，存储写入数据。

另一方面，在读出存储的数据时，在阴极线驱动电路111的作用下，和存储时一样，在与字地址的高位2比特对应的单元组501中的信息存储单元100的冷阴极101被外加负电压的同时，加速控制电路112按照读出的控制信号，给加速电极102外加所定的电压，从而使能量比写入时低的电子射线存储膜105，通过信号再生电路115检出检出电极105b的电压，从而读出存储的数据。

如上所述，通过对构成单元组501的多个(4个)信息存储单元100，同时进行写入或读出，从而可以高速存取。另外，按照一部分地址，选择多个单元组501中的某一个，从而可以使其只存储各信息存储单元100的存储点数×单元组501的数量的字数的数据。就是说，如果如图18所示，设置4×4个可以存储128×128＝16Kbit的数据的信息存储单元100，那么就能获得64K字×4bit的信息存储装置。另外，假如在1μm见方的记录面上，设置1024×1024个可以存储128×128＝16Kbit的数据的信息存储单元100，那么在1平方毫米的记录膜105上，就可以存储16Gbit(约10Tbit/平方英寸)的高密度、大容量的数据

此外，在上述的示例中，举出由排成1列配置4个的信息存储单元100构成单元组501(形成可以分别同时写入、读出的结构)的例子。但还可以由多列的信息存储单元100构成，进而，与各信息存储单元100对应设置加速控制电路114及信号再生电路116后，还可以对所有的信息存储单元100同时写入、读出。

另外，列举了一方面根据地址控制外加给冷阴极101的电压，另一方面又根据写入数据控制外加给加速电极102的电压的例子。但既可以相反地进行，也可以根据地址和写入数据，只控制冷阴极101或加速电极102中的某一方。

另外，如对图15讲述的那样，在利用驱动部402至少使具有微小的孔401a的遮蔽板401或存储膜105中的某一个位移从而控制电子射线的照射区域时，既可以使用使关于多个信息存储单元100的遮蔽板401及/或存储膜105在同一个驱动部402或同一个控制信号的作用下动作的驱动部402，又可以将关于多个信息存储单元100的遮蔽板401及/或存储膜105形成一体。

(电子射线照射位置的伺服控制)

下面，讲述控制电子射线，使其正确地照射到存储膜105中与存储比特对应的区域的信息存储装置的示例。

在该信息存储装置中，在图1所示的信息存储单元100的基础上，还设置了图19所示的伺服单元600。该伺服单元600，具有和信息存储单元100大致相同的结构，但取代存储膜105，具有绝缘膜611和阳极612。在上述绝缘膜611中，在与各存储比特对应的位置上形成微小的细孔611a。另外，入射电流检出电路621与上述阳极612连接，通过绝缘膜611的细孔611a做媒介，检出射入的电子射线形成的电流的大小。入射电流检出电路621的检出结果，被输入控制量调整电路622，由控制量调整电路622输出的所定的控制信号，被输入加速控制电路112，收敛控制电路113及偏转控制电路114。上述控制信号还输入信息存储单元100的加速控制电路112，收敛控制电路113及偏转控制电路114。

在采用上述结构的信息存储装置中，在存储、读出数据之前，进行电子射线的偏转量及收敛状态的校准。就是说，由于电子射线的电流分布，例如成为其中心为最大的正规分布，所以在通过细孔611a做媒介射入阳极612的电子射线的作用下，流入阳极612的电流，成为电子射线的中心和的中心一致，而且在位于绝缘膜611上的电子射线的射束直径成为最小时，该电流成为最大。因此，求出各细孔611a的使偏转量及收敛程度微小变化后流入阳极612的电流成为最大的控制量的最佳值，使控制量调整电路622保持。然后，在存储、读出时，根据上述保持的最佳值，由控制量调整电路622向各信息存储单元100输出收敛控制信号及偏转，从而保证在制造过程中的结构上的离差及电源电压、温度的变动等造成的偏转量的离差等得到补偿的稳定的动作。

上述校准，更详细地说，例如通过控制量调整电路622的控制动作，按照如下步骤进行。

(1)首先，使外加给偏转电极104的电压为0地使偏转量为0，在电子射线大致通过绝缘膜611的中央(附近)形成的细孔611a的状态下，使外加给收敛电极103的电压变化，使流入阳极612的电流成为最大，即将电子射线在绝缘膜611附近收敛，使电流密度成为最高。

(2)接着，使外加给偏转电极104的电压稍微变化，使流入阳极612的电流成为最大，即将电子射线正确地照射到细孔611a的位置上。(此外，记录点是二维配置时，可以向X-Y方向交替稍微偏转等，使电流成为最大。)

(3)进而，再次和(1)一样，调整电子射线的收敛程度。经过上述(1)～(3)后，对于绝缘膜611的中央细孔611a，电子射线的照射位置及收敛的焦点成为一致的状态。

(4)以非常小的阶差使偏转量由最小变化到最大，使电子射线从存储膜105中的存储区域的一端一点一点地移动到另一端，求出流入阳极612的电流成为极大值时的控制量，将它保持在控制量调整电路622中。就是说，求出并保持通过绝缘膜611上形成的各细孔611a被电子射线照射之际流动的电流成为最大值的偏转量。此外，还可以按照各细孔611a，控制外加给收敛电极103的电压。另外，还可以控制外加给冷阴极101及加速电极102的电压，以便减小电子射线强度的离差。

如上所述，根据保持的控制量，在记录及读出数据时，由控制量调整电路622向各信息记录单元100输入控制信号，从而可以获得电子射线的照射位置及收敛程度的很高的再现性，能够进行正确的存储、读出，所以可以进一步提高存储密度，同时还易于提高电子射线的利用效率。

此外，在上述示例中，列举了使用形成细孔611a的绝缘膜611的例子。但并不局限于此，例如，可以在阳极612上配置电阻器等，按照电子射线照射的位置有无电阻器等，检出变化的电流。另外，还可以设置具有一样的电阻率的电阻膜及电阻板，例如根据四边的中央部附近及顶点等处的电压，检出电子射线的照射位置，从而使电子射线照射所定的位置。另外，对各记录点来说，电子射线的相对照射位置的精度得到确保时，还可以只对某个记录点进行上述的校准，根据它控制其它的记录点的偏转量等。

另外，上述的伺服单元600，可以对整个信息存储装置只设置一个，但在信息存储单元100的数量较多时，还可以按照所定数量的信息存储单元100进行设置。

另外，并不局限于上述的在存储、读出数据之前进行校准，在抑制信息存储单元100的电子射线的发射的状态下，利用伺服单元600进行电子射线的照射位置的反馈控制，在照射位置收敛的时刻，进行各信息存储单元100的电子射线的发射。进而，还可以在伺服单元600的绝缘膜611及信息存储单元100的存储膜105中的周边部等基准位置，设置导体及缝隙，通过电子射线扫描，按照从上述导体等被电子射线照射的时刻起的时序，进行写入及读出。

另外，如上述的示例那样，作为记录媒体使用相变化膜等时，可以获得非易失性的信息存储装置。但作为记录媒体并不局限于此，可以使用各种产品。

具体地说，例如，可以使用绝缘体膜，利用有无在现有技术中讲述过的那种电子雪崩现象产生的电荷的积蓄。另外，可以一方面用低速向高电阻膜注入电子，使其积蓄电荷，或者高速打入电子，利用电子雪崩现象驱除积蓄电荷，从而使其存储数据，另一方面，在高速打入电子之际，根据电流的大小，检出有无与电子射线照射前的带电状态对应的电子雪崩现象，读出存储的数据。另外，还可以利用例如就象低熔点金属的薄膜等那样，被高能的电子射线照射后，因热变形而开孔或者膜压变薄等，出现形状方面的变化，在被低能的电子射线照射时，流入里面侧的电极的电流变化的产品。这时，最好使用材料本身有高电阻率的导电性的物质等，在电子射线照射膜压不变化的部分等之际，可以使电流迅速排放。另外，进而，还可以使用例如象光子(photonic)材料那样，被高能的电子射线照射后，具有荧光性的物质，可以由光传感器检出被低能的电子射线照射时的荧光。

另外，电子射线的能量，不局限于利用外加给冷阴极101及加速电极102的电压进行控制，还可以利用外加给它们的脉冲的负载比及脉冲数、使收敛程度变化造成的射束点径的变化等进行控制。

另外，在设置多个信息存储单元100时，可以将其中的一部分用于错误检出、订正符号的存储。具体地说，例如图20所示，从分别包含1024个信息存储单元100的单元组701，例如作为1个字，同时写入、读出的1024比特中，将64比特作为其它960比特的奇偶校验(错误检出、订正符号)使用，通过CRC(Cyclic Redundancy Check)运算等，进行错误检出及错误订正。

综上所述，采用本发明后，将冷阴极发射的电子射线，照射到记录媒体的微小区域，进行信息的存储、读出，从而可以大幅度减少每比特的存储所需的面积，可以高密度地存储大容量的信息。另外，在易于使装置小型化、节能化的同时，还能够高速存取，能够并列写入、读出多比特的信息，实现进一步的高速化。进而，通过伺服控制电子射线的照射位置，还能减少电源电压变动、温度变化、制造离差等的影响，获得很高的可靠性。这样，可以作为使用电子射线照射存储媒体，从而存储及读出信息的信息存储装置等，大有用处。

Claims (38)

1、一种信息存储装置，其特征在于，具有：

冷阴极电子射线发射单元，

按照所述冷阴极电子射线发射单元发射的电子射线的照射，存储或读出信息的存储媒体。

2、如权利要求1所述的信息存储装置，其特征在于：所述冷阴极电子射线发射单元，具有头部呈尖状的冷阴极。

3、如权利要求1所述的信息存储装置，其特征在于：所述冷阴极电子射线发射单元，具有包含碳纳米管的冷阴极。

4、如权利要求3所述的信息存储装置，其特征在于：所述冷阴极电子射线发射单元，包含在基部上凸起设置1根碳纳米管的冷阴极。

5、如权利要求3所述的信息存储装置，其特征在于：所述冷阴极电子射线发射单元，包含在基部上设置多根碳纳米管的冷阴极。

6、如权利要求5所述的信息存储装置，其特征在于：所述冷阴极的构成是，由多根碳纳米管在所述基部上以大致相同的方向，而且大致相同的长度凸起设置。

7、如权利要求1所述的信息存储装置，其特征在于：所述冷阴极电子射线发射单元，使用弹道电子发射元件。

8、如权利要求1所述的信息存储装置，其特征在于：所述冷阴极电子射线发射单元，采用在用隔壁和电子射线可以透过的膜围住的隔腔内设置冷阴极，并使所述隔腔的内部具有比外部高的真空度的结构。

9、如权利要求8所述的信息存储装置，其特征在于：通过给所述电子射线可以透过的膜外加所定的电压，使电子射线加速。

10、如权利要求1所述的信息存储装置，其特征在于：还具有利用电场使由所述冷阴极电子射线发射单元发射的电子射线加速的加速单元。

11、如权利要求10所述的信息存储装置，其特征在于：所述加速单元，具有形成孔部的环状电极。

12、如权利要求11所述的信息存储装置，其特征在于：所述环状电极，采用在圆周方向上分割成多个，从而至少具有一对互相相对的电极，兼作使所述冷阴极电子射线发射单元发射的电子射线偏转的偏转单元的结构。

13、如权利要求10所述的信息存储装置，其特征在于：所述加速单元，采用具有外加相位互不相同的电压的多个电极，通过产生移动电场，从而将所述电子射线加速的结构。

14、如权利要求1所述的信息存储装置，其特征在于：还具有：利用电场或磁场使由所述冷阴极电子射线发射单元发射的电子射线收敛的收敛单元，和

在电场或磁场作用下，使所述电子射线偏转的偏转单元；

采用可以有选择地使所述电子射线照射所述存储媒体中的多个区域的结构。

15、如权利要求14所述的信息存储装置，其特征在于：所述偏转单元，至少具有一对互相相对的电极。

16、如权利要求14所述的信息存储装置，其特征在于：所述收敛单元，具有形成孔部的环状电极。

17、如权利要求16所述的信息存储装置，其特征在于：所述环状电极，采用在圆围方向上分割成多个，从而至少具有一对互相相对的电极，兼作所述偏转单元的结构。

18、如权利要求1所述的信息存储装置，其特征在于：所述冷阴极电子射线发射单元，采用具有多个电子射线发射部，各电子射线发射部按照到所定中心的距离错开的时序，发射电子射线，从而使发射出来的电子射线收敛的结构。

19、如权利要求1所述的信息存储装置，其特征在于：还具有：使由所述冷阴极电子射线发射单元发射的电子射线部分通过的遮蔽单元，和

驱动所述遮蔽单元及所述存储媒体中的至少一方，沿着另一方的表面方向移动的驱动单元；

采用可以有选择地使所述电子射线照射所述存储媒体中的多个区域的结构。

20、如权利要求19所述的信息存储装置，其特征在于：所述遮蔽单元，包含具有微孔的板材部件。

21、如权利要求20所述的信息存储装置，其特征在于：所述遮蔽单元，采用形成使所述电子射线收敛后通过所述微孔的电场的结构。

22、如权利要求21所述的信息存储装置，其特征在于：所述遮蔽单元，采用通过给具有导电性的所述板材部件或在所述板材部件上设置的导电部件外加电压，从而形成使所述电子射线收敛后通过所述微孔的电场的结构。

23、如权利要求1所述的信息存储装置，其特征在于：所述存储媒体，采用被能量不同的至少2种电子射线照射后，相变化成结晶化状态或非晶质状态，从而存储信息的结构，并且，

还具有在比存储信息时的能量低的电子射线照射所述存储媒体时，根据在被所述电子射线照射的区域中的表里之间的电压或流入表里之间的电流中的至少一方，判别所述结晶化状态或非晶质状态，从而读出存储的信息的读出单元。

24、如权利要求1所述的信息存储装置，其特征在于：所述存储媒体，采用被第1能量的电子射线照射后，使孔或膜厚发生变化，从而存储信息的结构，并且，

还具有在比所述第1能量低的第2能量的电子射线照射所述存储媒体时，检出通过所述存储媒体流过的电流，从而读出存储的信息的读出单元。

25、如权利要求24所述的信息存储装置，其特征在于：所述存储媒体，在被所述电子射线照射的面上使用高电阻率的材料，从而使在所述存储媒体中没有开孔的区域被所述电子射线照射时流过的电流旁路。

26、如权利要求1所述的信息存储装置，其特征在于：所述存储媒体，采用具有绝缘体膜，被所述电子射线照射时，在所述绝缘体膜上积蓄电荷，从而存储信息的结构，并且，

还具有检出在被所述电子射线照射时流过的、与有无所述积蓄的电荷对应的电流，从而读出存储的信息的读出单元。

27、如权利要求1所述的信息存储装置，其特征在于：所述存储媒体，采用被第1能量的电子射线照射后，具有荧光性的结构，并且，

还具有在比所述第1能量低的第2能量的电子射线照射所述存储媒体时，检出由所述存储媒体发出的荧光的光检出器。

28、如权利要求1所述的信息存储装置，其特征在于：控制外加给所述冷阴极电子射线发射单元的电压、脉冲占空比、或脉冲数、电子射线的加速电压或电子射线的收敛程度，从而控制所述电子射线的能量。

29、如权利要求1所述的信息存储装置，其特征在于：具有多个冷阴极电子射线发射单元，对所述存储媒体中的多个区域，同时存储或读出多比特的信息。

30、如权利要求14所述的信息存储装置，其特征在于：具有多个冷阴极电子射线发射单元，并且，

所述偏转单元，按照共同的控制信号，使由所述多个冷阴极电子射线发射单元发射的各电子射线偏转；

从而对所述存储媒体中的多个区域，同时存储或读出多比特的信息。

31、如权利要求1所述的信息存储装置，其特征在于：具有多个冷阴极电子射线发射单元，并且，

所述遮蔽单元，使由所述多个冷阴极电子射线发射单元发射的各电子射线分别部分通过；另一方面，

所述驱动单元，按照每一个移动方向一个控制信号，使所述遮蔽单元或所述存储媒体移动，

从而对所述存储媒体中的多个区域，同时存储或读出多比特的信息。

32、如权利要求31所述的信息存储装置，其特征在于：所述遮蔽单元，包含具有与所述各电子射线对应的多个微孔的板材部件。

33、如权利要求30所述的信息存储装置，其特征在于：还具有检出按照所述偏转单元产生的所述电子射线的偏转使所述电子射线照射到所述存储媒体上的位置、与所定的基准位置之间的偏移的照射位置偏移检出单元；

按照所述照射位置偏移检出单元的检出结果，进行在所述偏转单元作用下的电子射线的照射位置的控制。

34、如权利要求31所述的信息存储装置，其特征在于：还具有检出按照在所述驱动单元的作用下所述遮蔽单元或所述存储媒体的移动使所述电子射线照射到所述存储媒体上的位置、与所定的基准位置之间的偏移的照射位置偏移检出单元；

按照所述照射位置偏移检出单元的检出结果，进行在所述驱动单元作用下的电子射线的照射位置的控制。

35、如权利要求33所述的信息存储装置，其特征在于：所述照射位置偏移检出单元，检出所述多个冷阴极电子射线发射单元中的至少某一个发射出来的电子射线照射到所述存储媒体上的位置、与所定的基准位置之间的偏移，并且，

按照所述照射位置偏移检出单元的检出结果，进行在所述偏转单元作用下的其它冷阴极电子射线发射单元发射出来的电子射线的照射位置的控制。

36、如权利要求34所述的信息存储装置，其特征在于：所述照射位置偏移检出单元，检出所述多个冷阴极电子射线发射单元中的至少某一个发射出来的电子射线照射到所述存储媒体上的位置、与所定的基准位置之间的偏移，并且，

按照所述照射位置偏移检出单元的检出结果，进行在所述驱动单元作用下的其它冷阴极电子射线发射单元发射出来的电子射线的照射位置的控制。

37、如权利要求30所述的信息存储装置，其特征在于：利用所述多个冷阴极电子射线发射单元中的一部分所发射出来的电子射线，存储或读出在其它冷阴极电子射线发射单元发射出来的电子射线的作用下存储或读出信息过程中的错误检出符号及错误订正符号中的至少某一个。

38、如权利要求31所述的信息存储装置，其特征在于：利用所述多个冷阴极电子射线发射单元中的一部分所发射出来的电子射线，存储或读出在其它冷阴极电子射线发射单元发射出来的电子射线的作用下存储或读出信息过程中的错误检出符号及错误订正符号中的至少某一个。

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