DE1916025A1 - Lichtsteuergeraet - Google Patents

Description

1916029

Patentanwalt· Dfpl.-Ing.3. Bostz U. Dipl.-Ing. lemprecht Manchen^ SteinsdoriM. M 81~14.414Ρ(1.4Λ15Η) 28,3-1969

HITACHI , LTD., Tokio (Japan)

Lichtsteuergerät

Die Erfindung bezieht sich auf ein Lichtsteuergerät, bei dem die Änderung in der Orientierung der Schwingungsfläche eines unregelmäßigen ferroelektrisch^!! Kirstalles ausgewertet wird, die bei seiner Polarisationsumkehr auftritt.

Es gibt verschiedene herkömmliche optische Schaltelemente, wie Ze B, Ammoniumdihydrophosphat (im folgenden mit ADP bezeichnet), die von einem elektrooptischen Effekt Gebrauch machen, und Kerr-Zellen, die die Doppelbrechung ausnutzen, die auftritt, wenn ein Stoff, wie z„ B₀ Nitrobenzol, in einem elektrischen Feld angeordnet wird. Alle diese Elemente sind derart beschaffen, daß die Stärke des durch diese Elemente durchtretenden Lichtes gesteuert wird, indem man die Elemente zwischen zwei Polarisatoren anordnet, deren Schwingungsflächen orthogonal sind, und daran ein elektrisches Feld anlegt. In solchen Elementen ist erstens die Menge des durchgelassenen Lichts dem angelegten

8i-(Pos. 17 497)-*P-r (?) $098 42/1*40

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Feld proportional. Eine hohe Spannung ist zur Verstärkung der Helligkeit des durchgelassenen Lichts erforderlich»

Zweitens wird, da die Menge des durchgelassenen Lichts dem angelegten Feld proportional ist, kein Licht durchgelassen, wenn die angelegte Spannung auf Null gesenkt wird, do h. diese optischen Elemente haben keine Speicherfunktion. Um daher die Helligkeit auf einem konstanten Wert zu halten, ist es erforderlich, die Elemente mit einer entsprechenden Spannung beaufschlagt zu halteru

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein optisches Schaltelement mit einer Speicherfunktion und der Eignung zur Steuerung der Schaltzeit zu schaffen. Außerdem soll eine ferroelektrisch^ Speichervorrichtung vorgesehen werden, die spannungs-, frequenz- und zeitunabhängig ist» Weiter soll eine Speichervorrichtung angegeben werden, bei der eine in einem ferroelektrischen Speicherelement gespeicherte Information zerstörungsfrei abgelesen werden kann. Schließlich soll die Erfindung eine Speichervorrichtung großer Kapazität liefern, bei der diese Information mit einem hohen Stör/Nutzverhältnis abgelesen werden kann»

Diese Aufgabe wird durch ein Lichtsteuergerät gelöst, das erfindungsgemäß durch ein aus einem unregelmäßigen ferroelektrischen Stoff hergestelltes Element, eine Einrichtung zur Anlegung eines wenigstens dem Koerzitivfeld des Elements gleichen elektrischen Feldes an das Element, zwei parallel zueinander beiderseits des Elements angeordneten Lichtpolarisationskörper und eine Einrichtung zur Auswertung des durch die Lichtpolarisationskörper und das Element hindurchgetretenen Lichts gekennzeichnet ist.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung- veranschaulichten Ausführungsbeispiels und Diagramme nähe-r -*-.·- läutert; darin zeigen:

-■■.■■. ί 8Ö9842/124Ö

Fig. 1 a eine Hysterese-Schleife der Polarisation gegenüber einem elektrischen Feld bei einem ferroelektrischen Material 5

Fig. 1 b eine Hysterese-Schleife der erzeugten elektrischen Ladung gegenüber der mechanischen Spannung bei einem unregelmäßigen ferroelektrischen Material}

Fig. 1 c eine Hysterese-Schleife der mechanischen Beanspruchung gegenüber einem elektrischen Feld bei einem unregelmäßigen ferroelektrischen Material 5

Fig. 1 d die Menge des durchgelassenen Lichts gegenüber dem Spannungsverhalten bei einem unregelmäßigen ferroelektrischen Material;

ein Diagramm zur Erläuterung der Dimensionsänderung eines unregelmäßigen ferroelektrischen Kristalls, wobei (a) dem Zustand des Kristalls entspricht, in welchem keine mechanische Spannung und kein elektrisches Feld angelegt sind, und (b) den Zustand darstellt, in dem ein das Koerzitivfeld übertreffendes elektrisches Feld angelegt ist;

Fig. 3 einen Teil des Indikatrix-Ellipsoids eines biaxial doppelbrechenden Kirstalls}

Fig. k ein Diagramm zur schematischen Erläuterung der Polarisation weißen Lichts;

Fig. 5 ein Diagramm zur Darstellung des Interferenzzustandes des durch die Vorrichtung nach Fig. 4 durchgetretenen Lichts 5 ,

Θ0 9 842/ 12'4O

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Fig. 6 ein für eine optische Verschlußvorrichtung verwendetes Kristallelement}

Fig. 7 ein Ausführungsbeispiel der optischen Verschlußvorrichtung gemäß der Erfindung;

Fig. 8 ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung j

Fig. 9 eine Elektrodenanordnung an einem Speicherelement gemäß der Erfindung}

Fig. 10 ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ;

Fig. 11 a eine Wellenform eines Ablesesignals}

Fig. 11b das Strom-Zeitverhalten eines Ablesestromes, wenn ein Speicherelement im "C'-Zustand ist} und

Fig. 11 c das Strom-Zeitverhalten eines Ablesestroms, wenn sich ein Speicherelement im "!"-Zustand befindet.

Ferroelektrisches Material hat allgemein ein Hysterese-Verhalten zwischen einem angelegten Feld E und einer elektrischen Polarisation P, wie es Fig. 1 a zeigt. Mit anderen Worten erreicht, wenn das am ferroelektrischen Material angelegte elektrische Feld groß wird, die Polarisation des ferroelektrischen Materials den durch CA in Fig. 1 a angedeuteten Zustand. Wenn dann das angelegte Feld schrittweise verringert wird, geht auch die Polarisation zurück, und wenn das angelegte Feld nach dem Nulldurchgang das negative Koerzitivfeld -E überschreitet, wird die Po-

larisation umgekehrt. Wenn die Stärke des angelegten Feldes

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weiter in negativer Richtung gesteigert wird, erreicht die Polarisation den durch DB in Fig. 1 a angedeuteten Zustand,

Nach Untersuchungen auf dem Gebiet der Ferroelektrika wurde gefunden, daß einige Arten von Ferroelektrika, wie Zo B₀ Kaliumdihydrophosphat (im folgenden mit KDP bezeichnet) und Gadoliniummolybdatoxyd (im folgenden mit GMO bezeichnet) die Eigenschaft besitzen, daß, wenn eine mechanische Spannung von mehr als einem bestimmten Wert (im folgenden als Koerzitivspannung bezeichnet), abgesehen von einem elektrischen Feld von mehr als einem bestimmten Wert (im folgenden als Koerzitivfeld bezeichnet), an die Ferroelektrika angelegt wird, die Richtung ihrer spontanen Polarisation 5 umgekehrt wird, wie die Figo 2 a und 2 b zeigen, was im Gegensatz zu den bekannten Ferroelektrika, wie z. B» Triglycinsulfat, Bleizirkontitanat und Bariumtitanat steht, deren spontane Polarisationen durch Anlegen des Koerzitivfeldes in ihrer Richtung umgekehrt werden»

Allgemein nennt man einen Kristall mit einer elektrischen Polarisation (genannt spontane Polarisation) in Abwesenheit einer mechanischen Spannung und eines elektrischen Feldes und der Eignung zur Umkehrung seiner spontanen Polarisation in Abhängigkeit von einem angelegten elektrischen Feld, wie in Fig. 1 a gezeigt ist, herkömmlich einen ferroelektrisohen Kristall. Bei einigen der ferroelektrischen Kristalle ist die Beanspruchung im Kristallgitter in Abhängigkeit von der Richtung der spontanen Polarisation verschieden, wie Fig. 2 zeigt. Ein solcher ferroelektrischer Kristall wird im folgenden unregel- ■ mäßiger ferroelektrischer Kristall genannt. Unregelmäßige Ferroelektrika gehören zu den Ferroelastoelektrika» Im Gegensatz dazu nennt man einen ferroelektrischen Kristall, dessen Beanspruchung im Gitter von der Richtung der spontanen Polarisation unabhängig ist, einen regelmäßigen ferroelektrischen Kristalle In Fig. 2 bezeichnen h, k und 1

S09842/124Ö

19T602S

die Länge der Kanten des Kristalls längs der kristallographischen Achsen a, b und c, und der Kristall im Zustand (a) wird in einer Richtung senkrecht zur Zeichnungsebene ausgedehnt, während er im Zustand (b) in horizontaler Richtung gelängt wird. Das heißt, daß der Kristall im Zustand (a) dem im Zustand (b) nach Rotation von 90° um die Achse c entspricht. >iit dieser De forma ti ons änderung ändern sich die tensioriellen Eigenschaften des Kristalls entsprechend.

Es gibt grundsätzlich zwei Verfahren zum Überführen

" eines unregelmäßigen ferroelektrischen Kristalls aus einem Zustand in den anderen. Nach einem Verfahren unterwirft man einen Kristall, der im Zustand von Fig. 2 (a) ist, einer Kompressionskraft in der Richtung von k, um eine Beanspruchung zu erzeugen. Wenn die Kompressionskraft einen bestimmten Wert überschreitet, wird der Kristall in den Zustand nach Fig. 2 (b) übergeführt, und die Polarität der Elektrifizierung auf beiden senkrecht zur Richtung der spontanen Polarisation stehenden Endflächen wird umgekehrt. Diese Erscheinung entspricht der Erzeugung einer elektrischen Ladung oder elektromotorischen Kraft aufgrund einer mechanischen Spannung, Dabei wird die Bezie-H hung zwischen der Spannung X und der Ladungsdichte Q durch eine Hystereseschleife ausgedrückt, wie sie in Fig, 1 b gezeigt ist, und beide polarisierten, einander entgegengesetzten Zustände sind in Abwesenheit eines elektrischen Feldes oder einer mechanischen Spannung stabile Das andere Verfahren zur Umwandlung des Zustandes des Kristalls besteht in der Anlegung eines elektrischen Feldes an den Kristall in der der spontanen Polarisation entgegengesetzten Richtung, um die Polarisation, wie beschrieben, umzukehren. Gleichzeitig mit der Umkehr der Polarisation tritt eine Änderung in der Beanspruchung auf, wie Fig. 2 zeigt. Dabei ist das Verhältnis zwischen dem elektrischen Feld und der mechanischen Beanspruchung so, wie es Fig. 1 c . zeigt.

^909842/1240 ""«««At

Natürlich ergibt bei einem unregelmäßigen ferroelektrischen Kristall die Beziehung zwischen der mechanischen Spannung und der Beanspruchung ebenfalls eine Hystereseschleife ähnlich denen nach Fig. 1 b und 1 c. Ein solches mechanisches Verhalten ist gänzlich verschieden von der Elastizität oder Plastizität gewöhnlicher Stoffe, und es ist eine ehei· mit der Ferroelektrizität oder dem Ferroi.iagnetisinus vergleichbare Eigenschaft. Daher kann man sie "Ferroelastizität" nennen, und von einem unregelmäßigen ferroelektrischen Kristall kann man sagen, daß er sowohl ferroelektrisch als auch ferroelastisch ist» Nach den durchgeführten Untersuchungen wurde gefunden, da3 einige Kristalle unter den zu den Punktgruppen inm2, 2-1 und 2-11 gehörenden, in die Kategorie des unregelmäßigen ferroelektrischen Materials fallen* Die folgende Tabelle 1 zählt diese Kristalle unter den jeweiligen Gru£openindices inun2, i2-I und i2-II auf.

Tabelle 1
Punktgruppe Stoff

imm2 KDP, GMO

x2-I noch nicht entdeckt

i2-II Rochelle-Salz, Cadmium-

ammoniumsulfat, Dodecylhydrat des Aluminiummethyl ammoniurasulf at s

Nach verschiedenen Untersuchungen wurde festgestellt, daß GMO und seine kristallograpliischen Isomorphe, d. h. (R R.' )_o0 ο 3Mo W 0_ (wobei R und R' wenigstens ein Element der Seltenen Erden, χ eine Zahl von 0 bis 1 und e eine Zahl von 0-0,2 bedeuten) Kristalle der zur Punktgruppe mm2 gehörenden ferroelektrischen und ferroelastischen

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Phase sind, eine Curie-Temperatur von angenähert 16O °C haben, unregelmäßige ferroelektrische Eigenschaften bei Temperaturen vom Curie-Punkt bis zu sehr niedrigen Temperaturen, einschließlich Raumtemperatur aufweisen, in Wasser unlöslich und gegenüber sowohl Feuchtigkeit als auch Austrocknung beständig sind und eine hohe mechanische Festigkeit haben. Außerdem kann ihr Curie-Punkt durch Bildung isomorpher fester Lösungen bis etwa Raumtemperatur gesenkt werden.

Ein gemäß der Erfindung verwendeter Kristall der GMO-Kristallstruktur gehört kristallographisch zum orthorhombischen System«,

Obwohl ein Verfahren zur Herstellung eines Einkristalls mit der GMO-Kristailstruktur im jap. Pat« 3^93/68 entsprechend der USA-Patentanmeldung Serial No. 4i8 206 veröffentlicht ist, hat die nach diesem Verfahren behandelte Kristallstruktur gleiche a- und b-Einheitszellenabmessungen.

Die Einheitszellenabmessungen des erfindungsgemäß verwendeten GMO wurden unter Benutzung eines Röntgen-. goniometers und unter Anwendung eines Röntgendiffraktionsverfahrens, wie folgt, bestimmtr

a = 10,38 + 0,005 Ä b = 10,426 + 0,005 Ä* c = 10,709 + 0,005 &"

Was Eu₂(MoO₄J₃, Tb (MoO₄) _y D₇₂(MoO₄J₃ und Sm₂(MoO₄)^ betrifft, die mit GMO isomorph sind, wurde durch Messung nach einem Röntgendiffraktionsverfahren gefunden, daß die Einheitszellenabmeasung längs der Achse a von der längs der Achse b in allen diesen Kristallen verschieden ist, wie Tabelle II zeigt.,

909842/mö

Stoff a (*) b (X) c (£)

₃ 10,377 + O,OO5 10,472 + 0,005 10,655 + 0,005

10,388 + 0,005 10,426 + 0,005 10,709 + 0,005

₃ 10,331 + 0,005 10,3^6 + 0,005 10,603 + 0,005

10,478 + 0,005 10,511 +0,005 10,856 + 0,005

Jeder Einkristall aus GMO, Sm₂(MoO^)-, Tb (MoOr)« und Dy (Mo0^)_ wurde parallel zu den Flächen (IOO), (010), (001) geschnitten, die auf den Achsen a, b, c senkrecht stehen, und einer Ausrichtung ("polling") durch Anlegung eines elektrischen Feldes oder einer mechanischen Spannung zwecks Umbildung in eine Einbereichestruktur unterworfen· (Dies wurde durch Beobachtung einer Probe duroh ein Polarisationsmikroskop mit in der Richtung der Achse c gerichtetem, planpolarisiertem Licht unter Einsatz gekreuzter Nikols bestätigt·) Die Intensitätsverteilung des von den Oberflächen des Kristalls reflektierten Lichts wurde mit einem Dreiachsen-Röntgengoniometer gemessen· Die Flächen, deren reflektiertes Licht gemessen wurde, waren (400), (6po), (8OO), (IOOO) sowie, auch (003), (004) und (005)· Weiter wurden nach der Messung des reflektierten Lichts die Achsen a und b des Kristalls durch Anlegen eines umgekehrten elektrischen Feldes in der Richtung der Achse c oder durch Anlegen einer mechanischen Spannung in der Richtung der Achse c ausgewechselt« und der Kristall wurde in den Einbereichszustand gebracht. Dann wurde wiederum die Intensitätsverteilung des von den Flächen (O4o), (060), (O8O) und (OIOO) reflektierten Lichts unter folgenden Meßbedingungen bestimmt. Und zwar wurden Cu-K, -Strahlen von einer mit einer Spannung von 30 kV und einem Strom von 10 mA angeregten Röntgenstrahlenquelle auf den Kristall duroh einen Divergenzsohlitz von 10 mm Ö'ff-

809 84 2/124 0

nung, einen Streuschlitz von 10 mm Öffnung und einen Eingangsschlitz von 0,1 nun Öffnung gerichtet. Die Abtastge« sehwindigkeit des Goniometers betrug 1/4° pro Minute, und der Radius eines Geiger-Zählers, der dabei verwendet wurde, war 185 nun. Wenn dann der Kristall über die Curie-Temperatur erhitzt wurde, um ihn dadurch aus dem ausgerichteten Zustand zu befreien, und anschließend abgekühlt wurde, nahm er eine Vielbereichsstruktur an, und der Unterschied zwischen den Zellehabmessungen a und b wurde undeutlich·

Einige der nach der Erfindung verwendeten unregelmäßigen ferroelektrisehen Kristalle sind Einkristalle und feste Lösungen von chemischen Verbindungen der GMO-Kristallstruktur. Einige davon wurden in der Tabelle I aufgeführt.

Die Struktur eines solchen Kristalls wird erheblich durch die Größe von darin enthaltenen positiven Jonen beeinflußt. Wenn die positiven Jonen zu groß oder zu klein sind, ergibt sich eine unterschiedliche Struktur. Die Arrhenius-Ionenradien von Ionen Seltener Erden sind folgende« Sm⁺³J1,00 X, Eu⁺³10,98 X, Gd⁺³»0,97 £, Tb10,93 £ und DyiO,92 &. Daher haben (R R» ■ .) p_.3Mo, W 0--Stoffβ mit diesen Jonenradien die gleiche GMO-Kristalls±ruktur.

Der erfindungsgemäß verwendete GMO-Kristall gehört zum or thorhombi sehen System und zur Punkt gruppe vamZ und h«t eine spontane Beanspruchung X ,wie folgt:

5 x

Ein Kristall mit einer solchen Einheitsabmessung wird durch die Ausrichtung ("polling¹¹) erheblich beeinflußt« Der erfindungsgemäß verwendete GMO-Kristall hat folgende Eigenschaften*

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Farbe: farblos und durchsichtig Dichtes 4600 kg/m³

Punktgruppe χ orthorhombisch, mm2, ferroelektrische

Phase bei Temperaturen unter dem Curie-Punkt j tetragonal, Ϊ2πι, paraelektrische Phase bei Temperaturen oberhalb des Curiepunktes.

Phasenumwandlungstemperatur: 162 + 3 C Schmelzpunkt: 1170 °C

Spaltfläche: (i10), (001)

Spezifische Dielektrizitätskonstanten in der Richtung der Achsen a, b und c:£ =10,5,£ = b = 9,5 (bei 20 °C)

c a .

Spontane Polarisation: 1,86 χ 10 (in Richtung

m der Achse c)

Spontane Beanspruchung: 1,5 x 10

12 m² Elastische Auslenkung: 25 x 10~' ( )

Koerzitivfeld: 6 χ 10⁵ ( ^ -)

τ/- j j. · «ι. «^5 / Newton \ Koerzitxvspannung: 1,4 χ 10 {— )

Elektrischer Widerstand: höher als 10 Cl, m Beständigkeit gegenüber Wasser und Chemikalien: gut Auswitterung und Diliqueszenz: keine

Die folgende Tabelle III zeigt einige der Isomorphe des GMO-Kristails, das erfindungsgemäß verwendet wurde. Reaktionsstoffe und ihre zur Bildung der Kristalle erforderlichen Mengen sind ebenfalls in der Tabelle angegeben.

Die in der Tabelle aufgeführten unregelmäßigen ferroelektrischen Kristalle sind in der ferroelektrischen Phase positiv biaxial und doppelbrechend. Fig. 3 zeigt einen Teil des Indikatrix-Ellipsoids (oder mit anderen Worten Lichtge-

9098A2/1240

Al

Tabelle III

Chemische Formel Nr. des Einkristalls

Teile (Reaktlonematerial) Molybdat Teile Seltene Erden

Sn (Mo 0

431.8 (Sm₂ O)

^{A J}

(Mo O

431.8 (Eu 0 )

^{A J} 352.0

κ DY (Mo 0.)

Tb (Mo O₄) ^{5 2 4}

431.8

833.6 (DY₂ 0 )

^{A J} 373.0

(Tb 0 )

s (Gd_n Sm ) (Mo O₄) 431«8

6 0.5 ο.5'2 Π

(Cd 0.) (Sm 0 )

_ί80ί9

(Gd - Eu ) (Mo O₄) 431.8

7 0.5 0.5 2 H 3

(Gd₂O ) (EuO) _{18O#9 1?6e0}

₈(Gd To ) (Mo O₄) 431.8·

(Gd 0 ) (TbO) 180-9 187.2

(GdO) (DyO) 180o9 186.5

(Gd Yb ₆ ) (Mo O₄) 431.8

0.95 0_ob5 2 43

(Gd Ho ) (Mo O₄) 43I.8

(Gd O₃) (Yb 0 ) 343»7 19.7

(MA)

909ÖÜ2/12A0

(^Mo04>

(^Mo04>

15 <^Gdo.95^0.05)2 <^Mo04>3

17 ^(Gd0.6 ^Yo.4>2

.6 ^Lao.4>

431 o8

(Gd2	°3	)	(Lu2	V
343	.7		19	.9
(Gd2	°3	)	(Tm2	O3)
343	• 7		19	.3
(Gd2	°3	)	(So2	V

343.7

(Gd₂O₃)
3^3.9

217.O

6.9

(Gd₂O₃) (La₂O₃)

9 16.3

17.0

(Gd₂O₃) (Y₂O₃)

90.3

(Gd₂O₃) (La₂O₃) 217 130·0

(Gd₂O₃)
217

74.6

78_O8

(Gd₂O₃) (Sm₂O₃) (Tb₄O₇) 217.0 69*7 39.4

(Gd₂O₃) (Eu₂O₃) (Tb₄O₇) 253.3 70.4

253.3 32.6

45.2

2/ I 2hO

/IH

25 26 27

253.3 70.4 37.8

253.3 34.9 35.2 22.6 (Gd₂O₃) (Nd₂O₃) 343.7 16.8

217.0 78.8 22.6 3Ϊ.

28 70.0

29 ^O.S^O.S^ ί^Μο04>3

30 ^S"o.5^DyO.5>2

32 ^(SeO.

176.0

1 186.5 (Sn₂O₃) (Tb₄O₇) 174.4 187.5

(Sm₂O₃) (Yb₂O₃) 331.3 I8.7

(Sm₂O₃) (Ho₂O₃) 331.3 18.9

(Sm₂O₃) (Lu₂O₃) 331.3 19.9

331.3 I9.3

84 2/1240

36 i^S-0.95^Soo.o₅)₂

»ο <·ν₇»ο.Λ.ι>.

JJi.J

(IrO )

431.8

209.4 105.4 19.1

244.0 78.6 22,6 (S· O ) (Y O ) (Er O)

:³ L! ;ϊ

(S. Tb ) (Mo W ) 388.6

OO O.5 z 0.90 0.1 (Wo ) (S. O ) (Tb.O) ^{3 Z}3 * 7

_{70#0 1?lt#1 187#2}

U*o.9S?*O.OS>.

16.3

(Dy O) (Pr_ft0 ) 4J "

(Nd_O ) (Dy„O

*j 4J

₃;.₇

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■ 48

431.8

431.8

211.2 74.6 102.4

(Od₂O₃) (Sa₂O₃) (Eu₂O₃)

217.O 34.9 70.4

(Dy₂O₃) (Tb₄O₇)

37O 39.4

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schwindigkeits-Ellipsoids) eines solchen Kristalls, In Fig. 3 bezeichnen die Achsen X, Y und Z optoelastische Achsen und n^ , n_ und nv Brechungsindices des parallel zu den Achsen X bzw, Y bzw, Z schwingenden Lichts.

In einem GMO-Kristall fallen die optoelastischen Hauptachsen X, Y und Z mit den kristallographischen Achsen a, b und c zusammen. Der Kristall ist bei Temperaturen oberhalb des Curie-Punkts (angenähert 16O C) uniaxial doppelbrechend, und seine Brechungsindices bezüglich der Natrium-D-Linie, λ = 5893 Ä, sind bei 200 ⁰C, wie folgt;

η = 1,848, η =1,901

Θ Ο

Der Kristall zeigt bei Temperaturen unterhalb des Curie-Punktes die unregelmäßigen ferroelektrischen Eigenschaften und wird biaxial döppelbrechend.

Der optische Achsenwinkel 2V (das Zweifache des Winkels V in Fig. 3) und die Brechungsindices n£ , n_ß und nv des Kristalls gegenüber der Natrium-D-Linie bei Raumtemperatur sind folgende!

2V '= 11,0°
xiji = 1,842
n_ß = 1,843

ny. = 1,897

-4 n„ - ng = 4 χ 10

Die optische Axialfläche dieses biaxial positiven Kristalls ist die kristallographische a-Fläche (1OO), und diese Fläche rotiert 90° um die Achse c, wenn der Kristall umgekehrt polarisiert wird, Dementsprechend erhält man, wie sich aus Fig, 3 ergibt, die Verzögerung R des durch den

3098-i 2/12 A Ö

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GMO-Kristall in der Richtung der Achse ja. durchgetretenen Lichts durch die Formel

^Ra " ^da

worin d die Dicke des Kristalls in der Richtung der Achse a

a ist» Wenn eine Polarisationsumlcehr in einem solchen Kristall auftritt und die Optoaxialfläche 90 um die Achse c rotiert, wird die Achse a durch die Achse b und die Achse b durch die Achse a ersetzt. Daher ändert sich die vorerwähnte Verzögerung zu folgendem Werts

Rl· ⁼

(Die Änderung in der Dicke des Kristalls ist auf die Deformation der Einheitszelle entsprechend der 90 -Rotation der Achsen a und b der Zelle zurückzuführen.) Das heißt, sowohl die Dicke als auch der Brechungsindex des Kristalls ändern sich bei der Polarisationsumkehr, und dementsprechend ändert sich auch die Verzögerung.

Die Verzögerung über einen Abstand ύ des auf den Kristall in der Richtung in einem Winkel O zur Achse c einfallenden Lichts ist z. B, d (n^-n'jj). Wenn dann der Kristall umgekehrt polarisiert wird, wird die vorerwähnte Verzögerung d (n_ßl-ri^), was der Verzögerung des Lichts entspricht, das in der Richtung oc" verläuft, die auf der Ebene ac liegt und den Winkel O zur Achse c bildet, wie Fig. 3 zeigt, da angenommen werden kann, daß die optoaxia-Ie Fläche (a-Fläche) des Kristalls 90° um die Achse c gedreht wurde _a

Wenn ein Kristall 3, wie beschrieben, zwischen zwei parallelen Poiarisationsplatteri 1 und 2 angeordnet wird, die Fig. h zeigt, und man weißes Licht h senkrecht zum

4 2/1240 BAD ORIGINAL

Polarisator 1 richtet, wird das weiße Licht h , welches durch den Polarisator 1 linear polarisiert ist, durch die Doppelbrechung des Kristalls 3 in verschiedenen Graden in Abhängigkeit von der jeweiligen Wellenlänge gebrochen, und es ergibt sich daraus bei einer bestimmten Frequenz zirkulär polarisiertes Licht, bei einer anderen Frequenz linear polarisiertes Licht und bei sonstigen Frequenzen elliptisch polarisiertes Licht· Von dem elliptisch polarisierten Licht geht nur das Licht mit der gleichen Schwingung ebene wie der des Analysators 2 durch den Analysator 2 und erzeugt eine Intefererizfarbe. Es soll festgestellt werden, daß, wenn der Kristall umgekehrt polarisiert wird, wodurch in beschriebener Weise die Verzögerung geändert wird, die vorerwähnte Interferenzfarbe sich ebenfalls entsprechend der Änderung der Verzögerung ändert.

Wie bereits erwähnt, sind unregelmäßige ferroelektrische Kristalle, wie z. B. GMO, biaxial und positiv doppelbrechend. Wenn dementsprechend monochromatische parallele Lichtstrahlen k auf eine Anordnung gerichtet werden, in der eine Z-geschnittene (senkrecht zur c-Achse geschnittene) Platte 3 des Kristalls, wie Fig. 4 zeigt, zwischen einem Polarisator 1 und einem Analysator 2 angeordnet ist, deren Polarisationsflächen aufeinander senkrecht stehen, bildet sich ein Interferenzmuster, wie man es in Fig. 5 sieht. Das Interferenzmuster nach Fig. 5 bedeutet Orte von Interferenzbildern_r die entstehen, je nachdem, ob der Unterschied zwischen den optischen Wegen der gebrochenen Strahlen von den monochromatischen Lichtstrahlen (Wellenlänge X), die durch die Kristallplatte 3 hindurchgegangen sind, eine gerade Zahl mal die halbe Wellenlänge 1/2^ oder eine ungerade Zahl mal die halbe Wellenlänge I/2A ist. Die Phasendifferenz R zwischen zwei außerordentlichen Strahlen ist

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worin d die Dicke der Kristallplatte 3 und η sowie η

O 6

Brechungsindices der außerordentlichen Strahlen sind· Die Abstände zwischen den Interferenzflächen hängen von der Dicke ti der Kristallplatte ab und werden enger, wenn die Dicke der Kristallplatte größer wird.

Da der Brechungsindex mit der Wellenlänge variiert, ändern sich die Stellungen der Interferenzflächen nach Fig. 5 mit der Wellenlänge.

Wenn die Z-geschnittene Kristallplatte 3 in Fig. k

" auf ihren beiden Z-Flächen, d. h. c-Flächen mit durchsichtigen Elektroden 6 versehen und die Kristallplatte 3 um die c-Achse so rotiert wird, daß ihre optoaxiale Fläche mit der Schwingungsfläche des Polarisatore übereinstimmt, wird der Schirm dunkel. Man kann in dieser Anordnung ein Diaphragma verwenden, um den Parallelismus der Lichtstrahlen und die Variation der Helligkeit zu verbessern.

Wenn die Kristallplatte 3 vom dunklen Zustand des Schirms einen Winkel β um die c-Achse gedreht wird, ist die Beziehung zwischen der Menge des durchgelassenen Lichtes I und dem Rotationswinkel O

I = I_o(i-dCcos 20),

worin I die Menge des durchgelassenen Lichts bei O β K/h ist. So ist für

O =7T/2 I = I_o (1 _+p£),

θ =7ΓΛ ι = i_o,

0 = 0 ι = ι (ία )." ■

Wenn die spontane Polarisation des Kristalls 3 durch Anlegen einer negativen Spannung umgekehret wird, rotiert

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Ιλ

seine optische Achsenfläche 90°. Die Änderung der Menge des durchgelassenen Lichts ist dann die gleiche wie die, wenn der Kristall 90° um die c-Achse rotiert wird, und wenn die spontane Beanspruchung vernachlässigt wird, kann die Änderung der Helligkeit des durchgelassenen Lichtes leicht erfaßt werden. cL ändert sich in Abhängigkeit von den Winkeln zwischen der Fläche senkrecht zur optischen Achse und den a- und b-Achsen»

Dementsprechend kann, wenn der Analysator 2 entfernt wirdρ die Schwingungsrichtung von einfallendem, linearpolarisiertem Licht um 90 gedreht werden. Wenn der Analysator 2 verwendet wird, läßt sich die Menge des durchgelassenen Lichtes durch eine Spannung von wenigstens gleich dem Koerzitivfeld zwischen Überfluß- und Verarmungszuständen variieren.

Wenn der Kristall 3 in Fig. k senkrecht zur optischen Achse geschnitten ist, findet Doppelbrechung in der Richtung der optischen Achse nicht statt. Wenn indessen der Polarisationszustand des Kristalls umgekehrt wird, ergibt sich Doppelbrechung, da die Optoaxialfläche um 90 rotiert.

Durch Anbringung durchsichtiger Elektroden in Form einer Matrix an beiden Oberflächen einer unregelmäßigen ferroelektrischen Kristallplatte, wie z. B, eines GMO-Kristallelements, und durch Anlegen der erforderlichen Spannung (mindestens gleich dem Koerzitivfeld des Kristalls) an jeder durchsichtigen Elektrode läßt sich eine gewünschte Information in jeder Stellung jedes Matrixelements in der Weise speichern, daß ¹¹I" dem,+Ps-Zustand entsprechen. Wenn Licht durch solche Elemente, die sämtlich Information speichern, durchtritt, unterscheidet sich die durch die Elemente durchtretende Lichtmenge von Element zu Element in Abhängigkeit von seinem Polarisationszustando So kann die gespeicherte Information zerstörungsfrei mit Licht

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abgelesen werden. Eine solche Ablesung hat ein hohes Stör/ NutζVerhältnis, und eine Speichervorrichtung mit geringen Abmessungen und großer Kapazität läßt sich aus einem unregelmäßigen ferroelektrischen Kristall herstellen«

Es sollen nun einige Ausführun&sbeispiele der Erfindung beschrieben werden.

Beispiel 1

Wie Figo 7 zeigt, ist eine Platte 3 aus einem GMO-Einkristall in Z-Schnitt mit einer Dicke von 0,65 mm, die mit durchsichtigen Elektroden 6 aus z_o B. SnO oder InO auf den beiden c-Flächen mit einer Fläche von 10 /U bzw, 10 mm χ 10 mm versehen ist, zwischen einem Polarisator 1 und einem Analysator 2 angeordnet. Die b-Achse des Kristalls 3 bildet einen Winkel von 25 mit der Schwingungsrichtung des Polarisators 1, und der Winkel zwischen den Schwingungsrichtungen des Polarisators 1 und des Analysators 2 ist 45°. Gebündeltes monochromatisches Licht h einer WellenlängeA. = 550 m /U ist durch den Polarisator 1 auf die Kristallplatte 3 gerichtet. Das Licht k ändert sich infolge Durchtritts durch den Polarisator 1 in linearpolarisiertes Licht k . Dann kann die Anordnung, wenn die Spannung (300 ν), die an die Kristallplatte 3 angelegt ist, mittels einer mit einer Spannungsquelle verbundenen Steuerung justiert wird, als Lichtmodulator oder als optischer Verschluß verwendet werden. Die Beziehung zwiscxhen der Menge des durchgelassenen Lichts und der angelegten Spannung ist so, wie sie Fig. 1 d zeigt. Wenn man alternativ den Analysator 2 aus der Anordnung nach Fig. 7 entfernt, wird die Anordnung als Polarisationsflächen-Rotationselement zur Rotation der Polarisationsfläche des linearpolarisierten Lichts um 90 verwendet. ; .

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Beispiel 2

Wenn.als Kristallplatte 3 eine solche mit geeigneter Dicke verwendet wird, beobachtet man Interferenzfiguren, wie Fig. 5 zeigt. Die bei diesem Beispiel verwendete Kristallplatte 3 ist in der Weise angeordnet, daß die optische Achse des Kristalls 3 mit der optischen Achse der ganzen Anordnung zusammenfällt oder nur etwas schräg dazu steht. Oder alternativ wird ein Kristall 3» der senkrecht zu seiner optischen Achse geschnitten und mit durchsichtigen Elektroden auf beiden Schnittflächen versehen ist, verwendet, und Licht wird senkrecht oder etwas schräg zu den Schnittflächen gerichtet. Dann ist die Menge des durchgelassenen Lichts Null oder sie wächst, wenn durch Anlegen eines elektrischen Feldes daran eine Polarisationsuinkehr verursacht wird.

Analog zu Ferroelelctrika sind Ferx-oelastika vorstellbar. Stoffe mit zwei oder mehr Zuständen (Orientierungen) von verschiedener Beanspruchung in der Abwesenheit jeder Spannung und mit der Eigenschaft des Durchlaufs einer Umwandlung zwischen diesen Zuständen durch Einwirkung einer Beanspruchung werden hier Ferroelastika genannt* Ferroelastika haben allgemein rechteckige Hysteresesohleifen der Beanspruchung χ gegenüber der Spannung X in Abwesenheit eines angelegten elektrischen Feldes ähnlich den Hystereseschleifen, die in den Fig. 1 a bis·1 c gezeigt sind.

In Fig. 1 a oder 1 b entspricht die Kurve AC einem orientierten Zustand, und die Kurve DB entspricht dem anderen orientierten Zustand. Der erste wird "1"-Zustand und der zweite "O"-Zustand genannt. Die Hälfte der Differenz zwischen den Polarisationen in beiden Zuständen oder Ps bzw. die Hälfte der Differenz zwischen Belastungen oder Xs in Abwesenheit sowohl eines elektrischen Feldes als auch einer Spannung werden spontane Polarisation bzw. spontane

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Beanspruchung genannt. Das zum Übergang vom "O"-Zustand zum "1"-Zustand erforderliche elektrische Feld E und die

dazu erforderliche Spannung Xc nennt man Koerzitivfeld bzw. Koerzitivspannung.

Unregelmäßige Ferroelektrika, wie z„ B. GMO sind nicht nur Ferroelektrika, sondern auch Ferroelastika. Die Art und Richtung einer für die Umwandlung des ferroelastischen Zustands angelegten Spannung sind, wie folgt ι Wenn die z-Achse parallel zu der Έ-Symmetrieachse in der gewöhnlichen elastischen Phase (der Phase oberhalb der Curie-Tempera-

" tür) eingerichtet wird und die X- und die Y-Achse senkrecht zu zwei Symmetrieflächen stehen, orientiert sich eine Einheitszelle in der ferroelektrischen Phase (der Phase unterhalb der Curie-Temperatur), wie in A und B in Fig. 1 a oder 1 b gezeigt ist, zum "O"-Zustand bzw. zum "1"-Zustand. Um daher einen Übergang vom "O"-Zustand zum "1"-Zustand vorzunehmen, kann es nützen, daß ein Druck auf die Kt¹Is tallfläche senkrecht zur x-Achse und/oder eine Spannung an der Kristallfläche senkrecht zur y-Achse einwirkt. Oder es kann dienlich sein, auf den Kristall längs zweier Paare von Kristallflächen, die einen Winkel von 45 mit sowohl der x-Achse als auch der y-Achse bilden, eine Scherkraft einwirken zu lassen. Um einen Übergang vom "1 "-Zustand zum ¹¹O"-Zustand eintreten zu lassen, kann man einen Druck auf die Kristallfläche senkrecht zur y-Achse aufbringen und/oder eine Spannung auf die Kristallfläche senkrecht zur x-Achse einwirken lassen. Man kann auch eine Scherkraft entgegengesetzt zu der erwähnten Scherkraft auf den Kristall längs zweier Paare von Kristallflächen, die einen Winkel von 45° mit sowohl der x-Achse als auch der y-Achse bilden, einwirken lassen.

Selbst wenn die Konfiguration des Kristallelements derart ist, daß keine Kristallfläche senkrecht oder in einem Winkel von 45 zur x~ oder y-Achse liegt, ist es mög-

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lieh, einen Übergang des Zustands durch, eine Spannung hervorzurufen. Die Art und Richtung einer wirksamen angelegten Spannung werden je nach Wahl bestimmt.

Da GMO eine spontane Polarisation aufweist» deren Richtung mit dem Zustandsübergang variiert, ist die spontane Polarisation geeignet, elektrostatisch zu einem Zustandsübergang aufgrund einer Spannung zu führenο Doch kann diese Reaktion durch Anbringen eines Paares von Elektroden an geeigneten Kristallflächen und durch Kurzschließen dieser Elektroden eliminiert werden»

Die spontane Beanspruchung X χ von GMO wird definiert durch

-v - IX22 - Xu I

/Is" 2

worin 11 und 22 Ausdehnungskoeffizienten des Kristalls in der x- und der y-Richtung sind.

Ferroelastika außer GMO sind:

Kaliumdihydrophosphat, KH PO. (-150 ⁰C oder niedriger)5

Dideuterat des Ammoniumarsenats, (NII₄)D₀AsO₄ (27 °C oder niedriger);

Rochelle-Salz, KNaC. H, 0 .· <ΛΗ Ο

(zwischen 24 °C und -18 ⁰C einschließlich);

Cadmiumammoniumsulfat

(NH₄)₂Cd₂(SO^)₃ (-178 °C oder niedriger);

Dodecyihydrat des Aluminiummethylammoniumsulfats (-96 °C oder niedriger). *

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Allgemein variieren Ferroelektrika in ihrem Brechungsindex durch Zustandsuinwaudlung.

Ein Ausführungsbeispiel, das auf der vorstehend beschriebenen Eigenschaft der Ferroelastika basiert, soll nun beschrieben werden.

Beispiel 3

Eine Speichereinheit 3 ist zwischen einem Polarisator 1 und einem Analysator 2 angeoi'duet, deren Polarisations flächen senkrecht aufeinander stehen, wie Fig, 8 zeigt* Die Speichereinheit 3 ist aus einem GMO-Einkristall in der Weise geschnitten, daß ihre beiden flauptflachen mit einem Abstand von 100 Mikron senkrecht oder etwas schräg zur optischen Achse stehen» Die Speichereinheit 3 ist dann an ihren Hauptoberflächen nach Polieren dieser Hauptoberflächen mit Gruppen von durchsichtigen Elektroden 8, 8', 8", ...; 9, 9', 9», ... aus SnO oder InO jeweils mit einer Breite von 1 ram versehen. Die Gruppen von Elektroden sind so angeordnet, daß sie eine Zeilen- und Stellenwert-Zuordnung aufweisen, wie Fig. 9 zeigt. Eine Spannungsquelle 11 zur Anlegung einer negativen Spannung in Höhe der Hälfte des Koerzitivfeldes E des Kristalls ist mit

den Elektroden verbunden, wie Fig. 10 zeigt. Jede Gruppe der durchsichtigen Elektroden bestand in dem Ausführungsbeispiel aus 10 Elektroden, so daß eine 10 χ 10 Bit-Spei-

2
chervorrichtung mit 10 Speicherelementen gebildet wurde.

Natürlich ist eine Speichervorrichtung mit 10 Speicherelementen keine Großkapazitätsspeichervorrichtung. Darüber hinaus ist die Abmessung 1 mm χ 1 mm des einem Bit entsprechenden Elements ziemlich groß. Wenn eine Großkapazitätsspeichervorrichtung der Größenordnung von 10 Bit beispielsweise beabsichtigt ist, wird die Abmessung der Speichervorrichtung groß.

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Da herkömmliche Phototransistoren mit einem Durchmesser von 1 mm in diesem Beispiel als Auswertegeräte ver-

2 wendet wurden, war die Zahl der Speicherelemente auf 10 begrenzt.' Wenn eine Großkapazitätsspeichervorrichtung mit Zo B. 10 Elementen gewünscht ist, wird man gut daran tun, eine Zahl von Mikroininiatur-Phototransistoren in einer Kristalloberfläche nach der Technik der integrierten Schaltungen zu bilden.

Die Speicherelemente können Information durch Zuführung eines gewünschten Signals, z. B. eines Impulses von + 120 V mit einer Dauer von 10 Mikr ο sekunder* zu den Elektroden 8, 8', 8», ...j 9, 9«, 9", ... speichern» Die Ablesung der gespeicherten Information wird mittels Durchführung von Licht durch den Polarisator 1 zur Speichervorrichtung 3 und Auswertung des durch das Element hindurchgegangenen Lichtes über den Analysator 2 mittels des Phototransistors 5 vorgenommen. Das durch das Element hindurchgegangene Licht ist stark, wenn das Element "1" speichert, und schwach, wenn es "0" speichert.

Die vorstehend beschriebene Ablesung von gespeicherter Information war eine der Analogquantität, d. h. Helligkeit des Lichtes. Doch kann die Ablesung von gespeicherter Information auch auf die Digitalquantität, nämlich Lichtwellenlänge abgestimmt werden.

Wenn in Fig. h ein GMO-Kristall 3 so angeordnet wird, daß seine z-Achse parallel zu weißem Licht ist, wird er etwas gefärbt. Der GMO-Kristall ist bei Raumtemperatur biaxial, und seine optischen Achsen schneiden die z-Achse symmetrisch zueinander. Der optische Axialwinkel des GIIO-Kristalls ist etwa 11 bei Raumtemperj Curie-Temperatur, wo er uniaxial wird.

Kristalls ist etwa 11 bei Raumtemperatur und 0 bei der

Durch die Anordnung nach Fig. 4 bei Raumtemperatur lassen sich Interferenzflächen um die beiden Optoaxial-

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punkte a und b gemäß Fig. 5 beobachten, und die Umgebungen der Interferenzfiguren sind gefärbt. Die Interferenzfiguren lassen sich als Orte der Verzögerung betrachten· Da die Verzögerung R die Beziehung E = d (n , ,n ) erfüllt,

6 O

wobei d die Dicke des Kristalls und η und η die Bre-

o e

chungsindlces der beiden außerordentlichen Strahlen sind, ist der Unterschied Δ η = η , _.-" zwischen den Brechungs-

e' ο

indices in der Richtung der optischen Achse O, und die Differenz Δ η wird größer, wenn die Abweichung von der optischen Achse größer wird·

Die Interferensfarbe wird durch die Verzögerung R bestimmt· Helle Farben ergeben sich bei dem Abstand der Ver zögerung R von 4OO m/U und 800 myu. Wenn die Verzögerung R in der Nähe von 800 m/U liegt, ist die Farbe rot, und wenn die Verzögerung R in der Nähe von 400 m/u liegt, ist die Interferenzfarbe blau« Da die Differenz Δη rait dem Raum winkel um die optische Achse bei eimer gegebenen Dicke des Kristalls variiert, variiert entsprechend die Farbe des durcli den Kristall äurciigegaiagaiiesi LicSits«, Dementsprechend kann ma_i, wenn die optisch® Aohse des Kristalls gegenüber den Lichtstrahlen en^spi-ecLGnd der JDiolce des Hxi~ stalls geeignet geneigt ist, eine geträsasolvfee S'sirfoe des Lichts erzielen* Weia der Er-istall festgelegt ist und die Optoaxialfläche durch clie PolapisatioastiSüJlsGiiE⁵ geclsrelit wird,, ändert; sich ailgeineiii die Farb-a des Lieiits_o Es ist leich.-toi'-j die "beid-s": Fax^jsri zu uai'öejrsciisi'Äeiij, wqüsei ilisr© ΐίβΐΐβη— so "vsi,t wie !iiög-.licli "/ssrscfeieden

Dei"- 'iiinZcel der optisolisn Aejh.se des Kristalls ^relativ LzLehtainfall I:.?.mi ifirkssa gswähit werden, indem mail ΓΊηϊοι ί'ii'e:'^;'^::i γ.γΤ;ϊ teol^acizist; _P ti ie des¹ Ox"c der¹ Veirs^öiro—

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Wenn daher die Speichervorrichtung 3 in Fig. 8 durch eine aus einem solchen Kristall hergestellte Speichervorrichtung ersetzt wird, können die Inhalte der Speicherung direkt identifiziert werden« Wenn weiter Photodioden mit verschiedener Empfindlichkeit für zwei Wallenlängen, die die Inhalte der Speicherung anzeigen, verwendet werden, oder wenn Photodioden mit einer Empfindlichkeit jeweils nur für eine der Wellenlängen verwendet werden, können die Inhalte der Speicherung mit einem elektrischen Signal, das ein gutes Stör/Nutzverhältnis aufweist, abgelesen werden.

Das Stör/Nutzverhältnis des Ablesesignals kann noch erheblich erhöht werden, indem man eine Viertelwellenlängenplatte 10 für die Zentralwellenlänge von weißem Licht zwischen dem Analysator 2 und den Phototransistoren 5 in. Fig. 10 einsetzt.

Wie vorstehend beschrieben wurde, ist die Speichervorrichtung nach der Erfindung aus einem unregelmäßigen ferroelektrischen oder ferroelastischen Stoff wie GMO hergestellt, und die in den Speicherelementen der Speichervorrichtung gespeicherte Information wird mittels Durchschickens von polarisiertem Licht durch die Speicherelemente abgelesene

Wenn ein ferroelektrisches Material als Speichervorrichtung verwendet wird, hat man die Vorteile, daß erstens der Energieverbrauch des Speicherelements klein ist und zweitens eine Großkapazitätsspeichervorrichtung kleiner Abmessungen herstellbar ist, da die Speicherdichte groß gemacht werden kann.

Da indessen eine Speichervorrichtung unter Verwendung ferroelektrischen Materials Signale als polarisierte Zustände seiner Speichermatrixelemente entsprechend den verschiedenen Signalen durch Zuführung vorbestimmter Signale

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speichert, wird die in den Speicherelementen gespeicherte Information durch bestimmte Gegenspannungsimpulse abgelesen. Wenn ein Impuls, wie Fig. 11a zeigt, einem Speicherelement für eine solche Ablesung zugeführt wird, fließt durch das Speicherelement, wie Fig. 11b zeigt, nur ein kleiner Strom, wenn die Polarität des Impulses die gleiche wie der polarisierte Zustand des Elements ist, Wenn dagegen der Impuls entgegengesetzter Polarität mit einer ausreichend großen Amplitude ist, wird der polarisierte Zustand des Elements umgekehrt, wobei eich ein verhältnismäßig starker Strom (siehe Fig. 11c) ergibt, der durch das Speicherelement zwecks Ablesung der in dem Element gespeicherten Information (polarisierter Zustand) fließt.

Die herkömmlich für eine solche Speichereinrichtung verwendeten ferroelektrischen Materialien waren z. B. Bariuratitarnet und Glycinsuifat. In diesen Ferroelektrika existiert kein dem Schwellenfeld E entsprechendes Koerzitivfeld zur Umkehr des polarisierten Zustandes in der P-E-Hystereseschleife nach Fig. 1 a. Dies kommt daher, daß, da das Koerzitivfeld allgemein eine Abhängigkeit von Spannung, Frequenz und Zeit aufweist, selbst ein niedriger Spannungsimpuls eine Umkehr der Polarisation des Kristalls hervorrufen kann, wenn er an den Kristall für large Zeit angelegt wird. Das heißt, daß das Koerzitivfeld gegen einen quasistatischen Wechsel in einem elektrischen Feld im wesentlichen Null ist, so daß der Speicherzustand des Kristalls zur Instabilität neigt.

Da es weiter notwendig ist, einen Gegenspannungsimpuls an ein Speicherelement anzulegen, um die darin gespeicherte Information abzulesen, wird die gespeicherte Information aufgrund der Polarisationsumkehr zerstört. Dementsprechend kann eine gespeicherte Information nicht wiederholt abgelesen werden_s

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Bei einer solchen Ablesemethode werden außerdem alle Elemente der i-ten Reihe und der j-ten Stellenwertsäule mit der Hälfte der zur Ablesung eines Elements erforderlichen negativen Spannung beaufschlagt (Schwellenspannung), um z. B. das Element bei (i, j) abzulesen. Obwohl diese Spannung kleiner als der zur Polarisationsumkehr erforderliche Schwellenwert, d. h. das Koerzitivfeld ist, tritt Polarisaiionsumkehr schrittweise unter Verursachung eines Rauschstromes auf, da das Koerzitivfeld von herkömmlichem ferroelektrischen Material keinen definierten Schwellenwert hat. Selbst wenn die Polarisationsumkehr nicht auftritt, sondern nur ein Ladestrom fließt, wird der Strom ein Grund für Rauschen, und daher fällt das Stör/Nutzverhältnis ab, und man kann nur solrwerXioh eine G-roßkapazitätsspeichervorrichtung schaffen«

Wenn indessen ein optisches Verschlußelement unter

Verwendung des Wechsels im polarisierten Zustand eines unregelmäßigen ferroelektrischen oder ferroelsetischeu Materials wie GMO als Speicherelement gemäß der Erfindung 'verwendet wird_c läßt slcii eine zera'cos/uiigsfredLe Ablesung dta? chf uhr en j und du.s StöE'/NutzverhsLltnis beim Ablesen ist groß, so daß die Erfisidung die Herstellung' einer Großkapa-

orx-äoirtaHg ermöglichte

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Claims (3)

1. Patentansprüche

   /. Lichts teuergerät, gekennzeichnet durch ein aus einem unregelmäßigen ferroelektrischen Stoff hergestelltes Element (3)» eine Einrichtung (z. B₀ 7) zur Anlegung eines wenigstens dem Koerzitivfeld des Elements gleichen elektrischen Feldes an das Element, zwei parallel zueinander beiderseits des Elements angeordnete Ld.clb.tpo- larisationskörper (1_? 2) und eine Einrichtung (z, B_s 5) zur- Auswertung des durch die Lichtpolarisationskörper das Element liindurchgelassenen Lichts»
2. 2. Gerät nach Anspruch 1_S dadurch gökermsoieliaetp daß das Element (3) zwei z..:<>z.^and^v parallel© ητιά sxi ssiaer Gptoaxialfläelie ±::i v-j-so. ■- .'.vic-n iyeafciro elite liaiipfcohe&SXa.·= eilen ca i"we ist*
3. 3.. Gerät nach Ansprtich 1 _s dactes/ea goiceinstasieiuaeti; ώεί3 das Element (3) atif seinen beiden Hataptobe^flcisäesi iwl'b swe druppen paralleler tx-anspax'ente·^ ÄBlels'ferOdesi (c'₀ 8²D S'³ *"-» 9^£ * 9ⁿ β«.·] bestüo?:t is1;₉ xxnd daß eäsoe Gruppen, in ei« jier C'fe^misoiti^eii ZnoTd.ivj.n-2 "03 Ssilos iasd StellcxniB eiiiei* Matrix: Eiifreordnet s

   ti sucätsrllcli eine 7l£F-ü&l*s&ller^£izg®tml&.tt'3 (io) £üf die Zcn.tj?aJS{i;^2,ⁱzji2."^rJ.i^3 -See -■r.'iQoit Lichiis Gii'üMiXto

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   6, Gerät nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (8, 8«, 8» ...) 9, 9¹, 9" ·«.) aus SnO oder InO bestehen*

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