DE1474362A1 - Einrichtung zur Speicherung von Informationen - Google Patents

Description

Heue

IBM Deutschland Internationale Büro-Maechinen Geteilschaft mbH

Böblingen, 20. März 1969 ki-hn

H7A362

Anmelderin:

International Business Machines Corporation, Armonk, N. Y, 10 504

Amtliches Aktenzeichen:

Aktenzeichen der 'Anmelderin: Docket 18 214 Einrichtung zur Speicherung von Informationen

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Speicherung von Informationen durch Verformung der auf einer elektrisch leitenden Schicht , befindlichen thermoplastischen Schicht eines Sp ei eher eiern entes mittels eines in einem luftleeren Gefäß dem Speicher el ement gegenüberliegend angeordneten Elektronenstrahlerzeuger, wobei für das Auslesen der Information in dem genannten Gefäß ein Elektronendetektor angeordnet ist.

Es sind bereits Informations speicher-Einrichtungen bekannt, in welchen die Informationen in der Form von Deformierungsmustern auf einem thermoplastischen Material gespeichert werden. Die Ablesung der Information ^Verfolgt durch optische Mittel.

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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Weg zu finden, der es ermöglicht, die in der oben genannten Form gespeicherten Informationen mittels eines

von einem einzigen Elektronenstrahl-Erzeuger erzeugten Elektronenstrahls sowohl einschreiben als auch ablesen zu.können.

Dies ermöglicht die Erfindung dadurch, daß die thermoplastische Schicht des Speicherelementes von einer an sich bekannten Schicht mit lichtelektrischer Leitfähigkeit bedeckt ist und daß keine der Schichten des Speicherelementes transparent zu sein hat.

Demzufolge besitzt das erfindungsgemäße Speicherelement eine Schicht eines

thermoplastischen Materials, die mit einer Schicht eines Materiales mit

veränderlicher Leitfähigkeit bedeckt ist. Während des Schreibvorganges hat das Material mit der veränderlichen Leitfähigkeit einen hohen Widerstand und wirkt daher wie eine Schicht aus isolierendem Material. Jedoch während des Ablesevorganges hat das Material mit der veränderlichen Leit-

[ fähigkeit einen niedrigeren Widerstand und wirkt daher wie ein leitendes

■ ■

; Material. Diese Widerstands erniedrigung ist erzielbar durch einen Elek-

' tronenbeschuß bei hoher Elektronengeschwindigkeit.

Es ist zwar ein thermoplastisches Speicherelement bekannt, das auch eine eine lichtelektrische Leitfähigkeit aufweisende Schicht besitzt, dessen anderen Schichten im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand transparent sein müssen. Diese Forderung liegt bei der Erfindung nicht vor, so daß letztere einfacher in ihrem Aufbau ist und auch andersartig in ihrer Wirkungsweise Gemäß eine™ weiteren Merkmal der Erfindung ist das Gefäß trans-

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parent ausgebildet und ist außerhalb des Gefäßes eine ein- und abschaltbare auf das Speicherelement gerichtete Lampe angeordnet. Dies hat zur Folge, daß der Elektronenbeschuß mit keiner so hohen Geschwindigkeit zu erfolgen braucht, da die eingeschaltet Lampe den Widerstand der einen veränderlichen Widerstand aufweisenden Schicht des Speicherelementes verringert,*so daß auf diese Weise beim Speicherlesen ein Aufladen der Schicht verhindert wird.

Weitere Merkmale der Erfindung sind den Ansprüchen zu entnehmen, ι

Einzelheiten der Erfindung sind nachstehend anhand von in den Figuren veranschaulichten, bevorzugten Ausfuhrungsbeispielen beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Gesamtansicht einer Speichereinrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 2 ■« einen Querschnitt des Speicherelementes und

Fig. 3 einen Querschnitt einer anderen Ausführungsform

des Speicherelementes.

Die in der Fig. 1 gezeigte Ausführungsform der Erfindung weist das luftleere Gefäß 10, den xilektronenstrahl-Erzeuger 2, der den Elektronenstrahl 1) erzeugt, das Speicherelement 14, die Licht-'

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quelle 16, den Elektronen-Detektor 18, den Ausgangs-Oszillographen 20, die Abtast-Steuerschaltung 22, die Lichtsteuer-Schaltung 24 und die Lichtausscheidungs-Box 26 auf.

Das Speicherelement 14 ist ausführlicher in der Fig. 2 gezeigt und es umfaßt eine Schicht eines Materiaies 3.1 mit lichtelektrischer Leitfähigkeit, eine Schicht des thermoplastischen Materiaies 32, eine Schicht eines leitfähigen Materiaies 33 und eine Unterlage

Das- luftleere Glasgefäß 10 ist transparent und daher strahlt das von der Lichtquelle 16 erzeugte Licht auf die eine lichtelektrische Leitfähigkeit besitzende Schicht 31. Wenn die Lichtquelle eingeschaltet ist, wird die Schicht 31 beleuchtet und nimmt eine hohe Leitfähigkeit an. Wenn die Lichtquelle 16 ausgeschaltet und die Schicht 31 nicht beleuchtet 1st, hat diese eine niedrige Leitfähigkeit. .

Die Information wird am Speicherelement 14 durch den Elektronenstrahl 13 gespeichert. Während der Speicherung oder des Schreib-Vorganges ist die Lichtquelle 16 ausgeschaltet) die eine lichtelektrische Leitfähigkeit aufweisende Schicht 31 hat daher eine niedrige Leitfähigkeit, Während des Schreibvorganges wird der Elektronenstrahl 13 zur Erzeugung eines Musters von Elektronenaufladungen auf der Oberfläche der Schicht 31 verwendet« Nachdem das-Muster der Elektronenaufladungen auf der Schicht 31 abgesetzt

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wird Strom durch die leitende Schicht 33 geschickt, wodurch die thermoplastische Schicht 32 erhitzt wird. Die auf der Schicht 31 abgesetzten Aufladungen induzieren Bildaufladungen in der leitenden Schicht 33 und es werden elektrostatische Kräfte zwischen den Aufladungen in den Schichten 31 und 33 erzeugt. Diese elektrostatischen Kräfte deformieren die erhitzte thermoplastische Schicht und die Schicht 31. Nachdem die thermoplastische Schicht 32 und die lichtleiten.de Schicht 31 deformiert sind, werden sie gekühlt, wodurch die Information, die durch den Elektronenstrahl 13 auf der ochicht 31 gespeichert ist, dauerhaft in der Form eines Deformierungsmusters aufgezeichnet ist. Beispiele von Deformierungen sind durch die Bezugsziffern 37 in der Fig. 2 gezeigt.

Das Ablesen der Information erfolgt, indem zuerst die eine lichtelektrische Leitfähigkeit aufweisende Schicht 31 durch die Lichtquelle 16 beleuchtet wird. Die Beleuchtung durch die Lichtquelle 16 erhöht die Leitfähigkeit der Schicht 31. Hierauf wird der Elektronenstrahl 13 auf die Schicht 31 gerichtet. Die Anzahl der zum Detektor 18 zurückgestrahlten Elektronen hängt von der Lage der » Fläche des Speicherelementes 14 ab, auf welcher der Elektronenstrahl 13 auftrifft. Da die Schicht 31 im beleuchteten Zustand einen niedrigen Widerstand hat, erfolgt keine Aufladungsspeicherung durch.den Elektronenstrahl 13 während des Ablesevorganges.

Während des Schreibvorganges sollte die Geschwindigkeit des Elek-

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tronenstrahles 13 so sein, daß das Sekundärelektronenemlssions-Verhältnis kleiner als eins ist und daß es keine durch Elektronenbeschießung induzierte Leitfähigkeit in der Schicht 31 gibt. Auf diese Welse kann, wie gefordert, eine Aufladung auf der Schicht gespeichert werden. Während des Ablesevorganges ist die besondere Geschwindigkeit des Elektronenstrahles 13 im Prinzip belanglos; aus Bequemlichkeit wird jedoch der gleiche Elektronenstrahl verwendet, der auch beim Schreibvorgang verwendet wird. Es könnte z. B. ein Elektronenstrahl mit einem Beschleunigungspotential von 10 000 Volt für das Ablesen und für das Schreiben verwendet werden. Weil die Schicht 31 leitend ist, gibt es keine Speicherung der Aufladung während des Ablesevorganges.

. Das Ausgangssignal vom Detektor 18 steuert die Intensität des Elektronenstrahles im Ausgangs-Oszillographen 20. Die Ablenkung des Elektronenstrahles im Oszillographen 20 wird wie der Elektronenstrahl 13 durch die Schaltung 22 gesteuert. Der Elektronenstrahl in Ausgangs-Oszillographen 20 bewegt sich daher synchron mit der Bewegung des Elektronenstrahles 13. Während des Ablesevorganges tastet der Elektronenstrahl 13 die Aufzeichnungsfläche 14 ab und der Elektronenstrahl im Kathodenstrahl-Oszillographen 20 tastet dessen Stirnfläche in ähnlicher Weise ab, wie die Fläche einer Fernsehröhre abgetastet wird.

Die Einzelheiten der Abtast-Steuerschaltung 22 und der Licht-

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Steuerschaltung 24 werden nicht beschrieben und sind auch nicht gezeigt, weil solche Schaltungen an sich bekannt sind. Die Einzelheiten des Detektors 18 sind ebenfalls nicht gezeigt, da auch solche Detektoren bekannt sind.

Die in der Zeichnung nur schematisch dargestellte Lichtausscheidungs-Box 26 sichert, daß keine unechten Lichtsignale den Widerstand der Schicht 31 während des Schreibvorganges verringern.

Die Schicht 31 ist durch den Leiter 43 geerdet, so daß keine Aufladungsspeicherung auf der Schicht 31 während des Äblesevorganges eintritt. Der zum Erhitzen der thermoplastischen Schicht benötigte Strom wird von der Stromquelle 42 über den Schalter 41 geliefert. Die Zeitdauer, für welche der Schalter 41 geschlossen sein muß, um eine genügende Hitze zu erzeugen, kann durch Berechnung oder durch Versuch bestimmt werden.

Die aus einem Photoleiter bestehende Schicht 31 weist eine Dicke von 500 A auf. Die Schicht 32 kann aus Polystyrol oder aus dessen Copolymeren bestehen und könnte eine Dicke im Bereich von 25 Mikron haben. Die Schicht 33 kann aus einem Zinnoxyd mit einer Dicke von rund 500 A bestehen. Die Unterlage 34 könnte jedes geeignete Isolationsmaterial, z.B. Glas sein. Er könnte eliminiert werden, indem die Schicht 33 mit einer geeigneten Dicke gemacht werden würde. '

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Wie in der ersten Ausführungsform gezeigt, sind das thermoplastische Material 32 und das eine lichtelektrische Leitfähigkeit besitzende Material 3I in zwei gesonderten Schichten angeordnet. Bei der in der Fig. 3 gezeigten zweiten AusfUhrungsform sind diese ; beiden Schichten zu einer Schicht kombiniert, welche die geeigneten thermoplastischen und lichtelektrischen Eigenschaften hat.

r ·

Die zweite Ausführungsform der Erfindung gleicht dem ersten AusfUhrungsbeispiel mit der Ausnahme, daß statt des in den Figuren 1 und 2 gezeigten Speicherelementes 14 das in der Fig. 3 dargestellte Speicherelement verwendet wird. Bei der zweiten Ausführungsform umfaßt das Speicherelement 14 einen Träger 134, eine Schicht des leitenden Materiales 133 und eine Schicht eines Materiales 132,

■ welches sowohl thermoplastisch ist, als auch eine lichtelektrische * Leitfähigkeit besitzt. Die Schicht 132 kann entweder aus einer Mi- > schung einer Thermoplastik und eines eine lichtelektrische Leitf fähigkeit aufweisenden Materiales bestehen, wie beispielsweise ( aus einer Mischung mit gleichen Gewichtsteilen von Polystyrol und Zinkkadmiumsulfid, oder aus einer organischen Verbindung, welche die genannten Eigenschaften aufweist. Solche organische Verbindungen sind z. B. Vinylcarbazol, oder Phthalozyanin, oder Chloranil.

» Die Arbelt der zweiten Ausführungsform gleicht der Arbelt der

ΐ* ersten Auaführungsform. Das Schreiben wird durch das Absetzen eines

■ ....

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Musters elektrischer Aufladungen auf der Oberfläche der Schicht 1J2 bewerkstelligt, wenn sich die Schicht 132 infolge des Fehlens Jeglicher Beleuchtung von der Lichtquelle 16 im nichtleitenden Zustand befindet. Nachdem das Auflademuster abgesetzt ist, wird die Schicht 132 erhitzt und dabei infolge der elektrostatischen Kräfte verformt. Das Ablesen erfolgt durch einen gegen die Schicht 132 gerichteten Elektronenstrahl und durch die Feststellung der Anzahl der zurückgestrahlten Elektronen.

Verschiedene Änderungen sind in der Arbeitsweise möglich, soweit diese mit Bezug auf die erste und zweite Ausführungsform, beschrieben wurden. Anstatt des Absetzens eines Musters von Aufladungen auf den Schichten 31 oder I32 während des Schreibvorganges unter der Verwendung eines Elektronenstrahles mit einer relativ niedrigen Energie könnte man beispielsweise die ganrse Fläche der Schichten 31 oder 132 unter der Verwendung eines Strahles mit niedriger Energie aufladen und dann könnte man wahlweise bestimmte Flächen unter der Verwendung eines Strahles mit hoher Energie entladen. Diese Art der Arbeit hat den Vorteil, daß es leichter ist, einen ' Elektronenstrahl mit hoher Energie zu fokussieren. Das Ergebnis ist ein Muster mit bestimmten Bereichen, welche Aufladungen enthalten und mit Bereichen, welche keine Aufladungen haben. Das thermoplastische Material wird nach der Erhitzung in- der gleichen Weise deformiert, wie vorher beschrieben wurde.

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Eine andere mögliche Veränderung ist die Eliminierung der Lichtquelle 16 infolge der Verwendung der· durch die Elektronenbe.schießun; induzierten Leitfähigkeit. Wie vorher erläutert, v/erden die Schichten 31 und 152 durch die Bestrahlung mittels der Lichtquelle 16 für den Ablesevorgang leitend gemacht. Es ist wesentlich, daß die Schicht 31 oder 132 während des Ablesevorganges leitend gemacht

wird, um das Aufspeichern der Aufladung zu verhindern. Die Aufspeicherung der Aufladung kann verhindert werden, indem lediglich ein Elektronenstrahl mit sehr hoher Geschwindigkeit während des Ablesevor-ganges verwendet wird. Wenn ein Elektronenstrahl mit einer hohen Geschwindigkeit verwendet wird, wird der Bereich, auf den infolge der durch den Elektronenbeschuß, induzierten Leitfähigkeit der Elektronenstrahl auftrifft, leitend, auch wenn der Eereich nicht durch die Lichtquelle 16 beleuchtet ist. Wenn ein Elektronenstrahl mit einer zum Induzieren der Leitfähigkeit Infolge des Elektronenbeschußes genügenden Geschwindigkeit für den Ablesevor-

-■ gang verwendet wird, kann die Lichtquelle 16 weggelassen werden.

; Für diese Arbeitsweise sollte der für das Ablesen verwendete Elektronenstrahl eine zum Induzieren der Leitfähigkeit genügende Ener-

' gie haben, aber er sollte keine übermäßig hohe Energie haben, weil in diesem Falle das Ausmaß der Rückstrahlung ziemlieh unabhängig von der Topologie wird. Die optimale Energie kann leicht durch Versuche bestimmt werden.

Der verwendete Ausdruck "Thermoplastik" bezieht sich auf jeües

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Material, das infolge der Anwendung von Wärme geschmeidig bzw. formbar wird und welches wiederholt in den festen und in den geschmeidigen Zustand gebracht werden kann.

Der Ausdruck "rUckgestrahlte Elektronen" bezieht sich auf sekundär ausgestrahlte Elektronen und/oder auf Elektronen« die tatsäch-' lieh vom auftreffenden Elektronenstrahl zurückgestrahlt werden. Anders ausgedrückt, der Ausdruck "rückgestrahlte Elektronen" bezieht sich auf alle Elektronen, welche von der Fläche des Bereiches 14 unabhängig von ihrer Energie abgehen. Der Detektor 18 spricht natürlich nur auf Elektronen in einem bestimmten Energieband an.

Ein stärkeres Ausgangssignal wird durch einen Detektor erhalten, welcher sowohl auf die sekundär ausgesandten Elektronen als auch auf Jene Elektronen anspricht, welche tatsächlich aus. dem auftreffenden Elektronenstrahl zurückgestrahlt werden..Wenn jedoch zum Erhalten einer sehr hohen Schärfe für das Ablesen ein Elektronenstrahl mit sehr hoher Energie verwendet'wird, wird das Energieband zwischen den sekundär ausgesendeten Elektronen und den vom · auftreffenden Strahl tatsächlich zurückgestrahlten Elektronen breiter sein als der Bereich der verfügbaren Detektoren. In diesem Falle konnten entweder mehrere Detektoren mit verschiedenen Bereichen verwendet werden, oder die Einrichtung könnte einen Detektor in einem bestimmten Bereich, vorzugsweise im Bereich der sekundär ausgesandten Elektronen, verwenden. Die sekundär ausge-< sandten Elektronen allein enthalten die notwendige Information»' '

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Claims (8)

PATENTANSPRÜCHE

1. Einrichtung zur Speicherung von Informationen durch Verformung der auf einer elektrisch leitenden Schicht befindlichen thermoplastischen Schicht eines Speicherelementes mittels eines in einem luftleeren Gefäß dem Speicherelement gegenüberliegend angeordneten Elektronenstrahlerzeugers, wobei für das Auslesen der Information in dem genannten Gefäß ein Elektronendetektor angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß die thermoplastische Schicht (32) des Speicher elementes (14) von einer an sich bekannten Schicht (31) mit lichtelektrischer Leitfähigkeit bedeckt ist und daß keine, der Schichten (31, 32, 33) des Speicherelementes (14) transparent zu sein hat.

2. Einrichtung nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß das Gefäß (10) transparent ausgebildet ist und eine ein- und abschaltbare auf das Speicherelement (14) gerichtete Lampe (16) außerhalb des Gefäßes (10) angeordnet ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektronen-Detektor (18) an einen Kathodenstrahl-Oszillographen (20) angeschlossen ist und daß eine Elektronenstrahl-Ablenksteuer schaltung (22) für die Synchronisation der Bewegung des Elektronenstrahles des

im Gefäß (10) angeordneten Elektronenstrahl-Erzeugers (12) und des Kathodenstrahl-Oszillographen (20) während des Speicherauslesens vorgesehen ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die eine lichtelektrische Leitfähigkeit aufweisende Schicht (31) aus einem Photoleiter mit einer Dicke von etwa 500 A besteht.

5. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrisch leitende Schicht (33) aus Zinnoxyd mit einer Dicke von etwa 500 A besteht.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Photoleiter schicht (31), die Zinnoxyd-Schicht (33) und die thermoplastische Schicht (32) auf einer isolierenden Unterlage (34), vorzugsweise auf Glas, aufgebracht sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ein thermoplastisches Verhalten aufweisende Schicht (32) und die eine lichtelektrische Leitfähigkeit besitzende Schicht (31) von einer einzigen Schicht (132) gebildet ist, die aus einer Mischung eines thermoplastischen und eines eine lichtelektrische Leitfähigkeit aufweisenden Materials besteht.

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8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß die

t ·

aus der Mischung bestehende Schicht (132) Polystrol und Zink-

j kadmiumsulfid verkörpert.

■ i ■ ' I 9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die

I aus der Mischung bestehende Schicht (132) eine organische, die

genannten Eigenschaften besitzende "Verbindung, vorzugsweise Vinylcarbazol, oder Phthalozyanin oder Chloranil verkörpert.

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