DE1942193B2 - Speicheranordnung zum Speichern von Informationen mit einem Speicherelement aus Halbleitermaterial sowie Verfahren zum Speichern und Abfragen von Informationen mit einer solchen Speicheranordnung - Google Patents

Description

50 sprungsband zurückkehren.

Ferner sind Speicheranordnungen bekannt (briti-

Die Erfindung bezieht sich auf eine Speicher- sehe Patentschrift 1 096 240), bei denen sich das anordnung zum Speichern von Informationen mit Speichermedium in der kristallinen Form befindet einem Speicherelement aus Halbleitermaterial, das und Änderungen durch eine Umorientierung der umkehrbar und durch einen Schwellenwert über- 55 Kristallform stattfindet, so daß das Medium je nach schreitende Energie jeweils sprunghaft zwischen Polarisationsrichtung ein verschieden großes Absorpeinem im wesentlichen ungeordneten und im all- tionsvermögen für unterschiedliche Farben erhält,
gemeinen amorphen stabilen Atomstrukturzustand Schließlich ist es bekannt als Speichermedien

mit örtlichen Ordnungen (Nahordnungsgrad) und/ Tonbänder zu verwenden, von denen Einzelbereiche oder lokalisierten Bindungen und einem anderen 60 hinsichtlich ihrer Magnetisierung umgeordnet werstabilen Atomstrukturzustand in Richtung eines den können, indem ein als Eingabeeinrichtung diekristallinen Aufbaus änderbar ist, bei der eine dem nender Tonkopf elektromagnetische Felder erzeugt, jeweiligen Atomstrukturzusiand entsprechende phy- die auf das am Tonkopf vorbeilaufende Tonband sikalische Zustandsgröße die abfragbare Information einwirken. Sofern keine erneute Magnetisierung der repräsentiert. 65 diskreten Teile des Tonbands stattfindet, bleiben diese

Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf ein so lange in dem speziell magnetisierten Zustand, bis Verfahren zum Speichern und Abfragen von Infor- sie durch eine elektromagnetische Felder erzeugende mation einer solchen Speicheranordnung, bei dem Löscheinrichtung gelöscht werden. Die Abfrageein-

richtung besteht hier wiederum aus einem Tonkopf, Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen

dessen elektromagnetischer Widerstand in Abhängig- Speicheranordnung besteht darin, daß sie praktisch keit von der Magnetisierung der daran vorbeigeführ- zerstörungsfrei arbeitet, da sie selbst durch starke len diskreten Bereiche des Tonbands geändert wird, Bestrahlung mittels Röntgenstrahlen, Kernstrahlen, so daß in einer elektrischen Spule dieses Tonkopfs 5 exterestrische Höhenstrahlen od. dgl. ihr physikaliunterschiedliche Spannungen induziert werden, die sches Verhalten hinsichtlich der jeweiligen Atomais Ausgangssignale dienen. Obwohl sich derartige strukturzustände praktisch noch nicht verändert. Vorrichtungen für viele Anwendungsbereiche bestens Auch Magnetfelder, die bei den klassischen Magnetbewährt haben, sind sie insofern nachteilig, als speichern vielfach zum unerwünschten Löschen der irgendwelche elektromagnetischen Felder zu einer io eingespeicherten Informationen führen, sofern keine Löschung der im Tonband eingespeicherten Infor- besonderen Schutzschirme zur Abschirmung gegenmation führen, sofern sie genügend groß sind. Selbst über magnetischen Fremdfeldern vorgesehen sind, kleine elektromagnetische Felder können zu einer beeinträchtigen die Speicherung der erfindungs-Schwächung der gespeicherten Information führen, gemäßen Speicheranordnung nicht,
so daß diese nicht mehr mit Sicherheit in ent- 15 Da die Speicherschichten verhältnismäßig dünn sprechende Ausgangssignale beim Abfragen über- ausbildbar sind, können auch die Zugriffszeiten führt werden können. außerordentlich gering gehalten werden, so daß das

Die Erfindung bezweckt die Behebung derartiger Umschalten von einem in den anderen Atomstruk-Nachteile. So liegt der Erfindung die Aufgabe zu- turzustand in kürzester Zeit — praktisch momentan gründe, eine einfach herstellbare Speicheranordnung *o — stattfindet.

zu schaffen, die als echter Dauerspeicher zur Ver- Die Änderung der Atomstrukturzustände führt

fügung steht, sich durch große Informationsdichte nicht nur zu einer Änderung des ohmschen Widerauszeichnet und auch ein schnelles Arbeiten erlaubt. stands der betreffenden diskreten Schichtbereiche,

Die Erfindung besteht darin, daß als Speicher- denn diese lassen sich vielfach, entsprechend auch medium eine Speicherschicht dient, von der beliebige 25 hinsichtlich der Dielektrizitätskonstanten, des Lichtdiskrete Schichtbereiche durch Energie strukturell brechungsindex, der Oberflächenreflexion, der Lichtänderbar sind, daß eine Energiequelle äußerer bzw. absorption und Lichtdutchlässigkeit, der Streuung Fremdenergie vorgesehen ist, die beim Speichern und entsprechender Eigenschaften, ändern, so daß die den Schwellenwert überschreitende Energie als für die Abfrageeinrichtung die verschiedenartigsten Strahl bzw. Strahlen selektiv auf die dem gewünsch- 30 Fühler, Meßeinrichtungen u. dgl. dienen können,
ten Informationsmuster entsprechenden Schicht- Die Energiequelle sendet zweckmäßigerweise

bereiche wirft, und daß eine Abfrageeinrichtung vor- elektromagnetische Strahlen, Laserstrahlen, Korgesehen ist, die die jeweilige Zustandsgröße der dis- puskuiarstrahlen, Elektronenstrahlen, Protonenstrahkreten Schichtbereiche mit der Zustandsgröße der len oder Heißluftstrahlen aus.
übrigen Schichtteile vergleicht. 35 Für die Speicherschicht empfiehlt es sich. Chalco-

Gemäß der Erfindung wird daher von solchem genidcelemente aus der Gruppe Tellur, Germanium, halbleitenden Speichermaterial Gebrauch gemacht. Zinn, Selen, Schwefel und Sauerstoff zu verwenden; daß nach dem Umschalten vom amorphen Zustand die Speicherschicht ist im wesentlichen polymer aushohen elektrischen Widerstands auch dann im kristal- gebildet.

linen Zustand niedrigen elektrischen Widerstands 4° Besonders zweckmäßig ist eine Speicherschicht mit verbleibt, wenn die Energie, die diese Zustandsände- im wesentlichen 85 Atomprozent Tellur und rung bewirkte, wieder abgeschaltet ist. Dabei ist es 15 Atomprozent Germanium sowie etwas Sauerstoff bedeutsam, daß dieses Speichermedium nicht aus und/oder Schwefel.

hochreinen und daher teueren Halbleitermaterialien Andere gut geeignete Speicherschichten weisen

besteht, die genauestens dotiert sein müssen. Viel- 45 Ge₁₅As₁₅Se₇₀, Ge₁₅Te₈₁, neben S₂ und P₂ oder Sb₂ mehr ist es bei der Erfindung möglich, das Halbleiter- und Ge₁₅Se₈₁ neben S₂ und P₂ oder Sb₂ auf.
material als Platten, dünne Schichten od. dgl. durch Es empfiehlt sich, die Speicherschicht auf einem

Aufdampfen, Kathodenzerstäuben od. dgl., herzu- elektrisch leitfähigen. und feuerfesten Metall der stellen, ohne von den Spezialtechniken der klassischen Gruppe Wolfram, Tantal, Molybdän, Niob aufzu-Halbieiterherstellung, wie bei Transistoren, Dioden 5° bringen.

u. dgl., Gebrauch zu machen. Trotz dieser Vorteile An mindestens einer Seite der Speicherschichl

ist es, je nach der verwendeten Energiequelle, mög- sollte sie einen strahlendurchlässigen elektrisch leitlich, eine außerordentlich große Informationsdichte fähigen Überzug aufweisen, der insbesondere mil zu ermöglichen, da die Umschaltung in ein und der- einer steuerbaren Lösche⁵^richtung gekoppelt ist.
selben Speicherschicht auf engst begrenzte diskrete 55 Besondere Vorteile de*· erfindungsgemäßen Spei-Bereiche möglich ist Die Speicherschicht dient daher cheranordnung ergei- -" -h durch ihre Anwendung nicht nur zum Speichern eines Bits, sondern zum zu Kontaktkopier- „v. Druckzwecken mit dei Speichern einer Vielzahl von Bits, indem jeweils Maßgabe, daß sich die Speicherschicht beim Speidiskrete Schichtbereiche gewissermaßen als »Einzel- ehern bereichsweise hinsichtlich des physikalischer element« für die Speicherung eines Bits verwendet 60 Zustands der elektrischen Leitfähigkeit bzw. Dielekwerden. Da die örtliche Lage zwischen dem Energie- trizitätskonstante ändert und sich elektrisch geladene strahl und der Speicherschicht veränderbar ist, kann Druckmedien, wie Tonerpulver, entsprechend den praktisch jede beliebige Stelle der Speicherschicht zur gespeicherten Informationsmuster darauf verteiler Speicherung solcher Bits dienen. Entsprechend kann und zum Abdruck zur Verfugung stehen,
das Abfragen und auch das Löschen auf solche be- 65 Bei einer solchen Speicheranordnung ist di< liebigen Teile der Speicherschicht begrenzt werden, Speicherschicht zweckmäßigerweise als Band oder al; obwohl es ebenfalls möglich ist, die gesamte Speicher- Mantel bzw. Mantelteil einer drehbaren Tromme schicht zur gleichen Zeit zu löschen. ausgebildet, um die ringsherum eine steuerbar«

Löcheinrichtung, die Energiequelle, ein elektrischer zwei unterschiedliche speichernde Halbleitermate-Ladungsgenerator, ein Druckmedienspender und rialien von einem Zustand niedrigen elektrischen eine Abdruckfläche angeordnet sind. Widerstands in Zustände hohen elektrischen Wider-

Die Erfindung bietet auch viele Vorteile durch stands durch Anlegen von Energieimpulsen kurzer ihre Anwendung zu Photokopier- bzw. Mikrofilm- 5 Dauer und hoher Amplitude, twecken. Hierbei empfiehlt es sich, monochromati- F i g. 5 und 6 die charakteristischen Kennlinien

sehe Lichtstrahlen durch die mit dem Informations- von Halbleitermaterialien, die bei der Erfindung vermuster versehene Speicherschicht auf ein licht- wendet werden, empfindliches Medium gelangen zu lassen. F i g. 7 eine schematische Darstellung einer Spei-

Bei dem Verfahren nach der Erfindung wird zum io cheranordnung, bei der der Speicherschicht, insbe-Speichern ein Strahl oder werden Strahlen einer zum sondere denjenigen Schichtteilen, die sich im Zustand Strukturändern ausreichenden Energiemenge derart hohen elektrischen Widerstands befinden, eine elekauf die Speicherschicht geworfen, daß — dem Infor- irische Ladung zugeführt wird, Tonerpulverteilchen mationsmuster entsprechend — diskrete Schicht- an den elektrischen Ladungen der Schicht zum Anbereiche strukturell geändert werden. 15 haften gebracht werden und diese Tonerpulverteil-

Zum Abfragen wird die Veränderung, insbeson- chen auf eine Aufnahmefläche, beispielsweise auf dere der elektrischen Leitfähigkeit, der diskreten Papier, übertragen und befestigt werden, Schichtbereiche festgestellt. F i g. 8 einen vergrößerten Schnitt durch einen

Die Speicherschicht kann auch mit elektrischen Teil der Aufnahmefläche gemäß F i g. 7 zur Ver-Farbteilchen versehen und diese sich gemäß der »° anschaulichung der Durchführung eines Verfahrens Ladung verteilten Farbteilchen können dann auf zum Anbringen einer Ladung an der Aufnahmefläche, einer Abdruckfläche abgedruckt werden. F i g. 9 eine Ansicht ähnlich F i g. 8, jedoch zur

Auf die Abfragemöglichkeit durch Feststellung der Veranschaulichung der Speicherschicht, die sich hier Veränderung des elektromagnetischen Brechungs-, normalerweise im Sperrzustand hohen Widerstands Streu- und/oder Reflexionsvermögens der diskreten 25 befindet, Schichtbereiche wurde bereits hingewiesen. Fig. 10 die Verwendung eines anpassungsfähigen

Auch die Veränderung der Transparenz der dis- speichernden Halbleitermaterials als Lichtmodulakreten Schichtbereiche gegenüber Licht kann zum tionseinrichtung bei hindurchfallendem monochro-Abfragen ausgenutzt werden. matischen Licht und bei Änderung der Lichtdureh-

Zum Zustandsändern im Sinne des Speicherns 30 lässigkeitscharakteristik des Materials beim Hindurchdienen Energiesignale in der zeitlichen Größenord- schicken von Stromimpulsen von veränderlichem nung von insbesondere 1 bis 100 ms, wogegen es sich Energieinhalt

zum Löschen der Informationen empfiehlt, kürzere Fig. 11 eine Reihe von Kurven zur Veranschau-

Energieimpulse in der zeitlichen Größenordnung von lichung der Änderung der Lichtdurchlässigkeitsinsbesondere bis zu etwa 10 μβ zu verwenden. 35 bzw. Transparenzcharakteristik einer Schicht von an-

Beim Speichern kann der Strahl entweder im Laufe passungsfähigem Speichermaterial, das Strornimpuleiner bestimmten Zeit über praktisch die gesamte sen von veränderlichem Energieinhalt ausgesetzt Schichtoberfläche geführt und dabei hinsichtlich sei- worden ist bei Veränderung der Wellenlänge des ner Energie so gesteuert werden, daß jeweils die dem hindurchgeschickten Lichts,

Informationsmuster entsprechenden Schichtbereiche 40 Fig. 12 die Verwendung eines anpassungsfähigen strukturell geändert werden, oder das Informations- Speichermaterials als Lichtmodulationseinnchtung, muster wird durch gleichzeitiges Bestrahlen der ge- ähnlich wie nach Fig. 10. jedoch bei Änderung der samten Speicherschicht gespeichert. Lichtreflexionscharakteristik des Materials, bei An-

An Hand der folgenden Figurenbeschreibung sind wendung von Stromimpulsen von veränderlichem Ausführungsbeispiele der Erfindung noch näher er- 45 Energieinhalt läutert. Darin zeigt Fi g. 13 die Verwendung einer Speicherschicht als

F i g. 1 eine schematische Darstellung einer Spei- Einrichtung zur veränderlichen Lichtablenkung cheranordnung, deren Normalzustand dem Zustand durch Verändern des Brechungsindices des Speicherhohen elektrischen Widerstands entspricht und von materials mit der Änderung des Energieinhalts der der ein diskreter Schichtbereich sich im anderen 50 hindurchgeschickten Stromimpiilse. stabilen Zustand niedrigen Widerstands befindet der Gemäß Fig.1 befindet sich die halbleitende

mit Hilfe eines Strahls, beispielsweise eines Laser- Speicherschicht 10 im Bereich 10 A in einem stabilen oder Elektronenstrahls, abgefragt wird, Sperrzustand hohen elektrischen Widerstands als

Fig.2 eine schematische Darstellung einer Spei- dem Ursprungszustand. Dieses Halbleitermaterial isl cheranordnune, bei der der Normalzustand der 55 vorzugsweise ein polymeres und weist vorzugsweise Speicherschicht der Zustand niedrigen elektrischen etwa 85 Atomprozent Tellur und 15 Atomprozetf Widerstands ist, der in einem diskreten Schicht- Germanium mh Einschlüssen von etwas Saoerstofl bereich in den Zustand hohen Widerstands überführt und/oder Schwefel auf. Es sind auch entsprechend« ijst^ andere, beispielsweise in der USA.-Patentschrif

Fig. 3 die Änderung des Widerstands mit der an- 60 3 271 591 beschriebene, speichernde HalHehermate gelegten Energie in logarithmischen Maßstaben für rialien verwendbar. Dnrch geeignete Materialauswah zwei unterschiedliche speichernde Halbleitermate- und Schichtdickenbemessangen können gewünscht« rialien von einem Zustand hohen elektrischen Wider- Widerstandswerte für die Zustande hohen und iriedri stands in Zustande niedrigen elektrischen Wider- gen Widerstands erzielt werden. Die Bestandteil« stands, durch Anlegen von Energieimpulsen langer 65 des speichernden Halbleitermaterials werden insbe Dauer und niedriger Amplitude, sondere in einem geschlossenen Gefäß erhitzt um

Fig 4 die Änderung des Widerstands mit der an- durch Rühren homogenisiert und anschließend a gelegten Energie in logarithmisch«! Maßstäben für einem Barren gekühlt Die Schichten werden dani

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ίο

von diesen Barren, insbesondere durch Vakuumauf- stands wirkungsmäßig ein isolierender, das heißt trag, Kathodenzerstäuben, Spritzen od. dgl., auf den Sperrzustand, und der Zustand niedrigen Widerstands Träger 11 aus elektrisch leitfähigem Material, bei- wirkungsmäßig ein Leitzustand ist, in dem der bespielsweise feuerfestem Metall, wie Wolfram, Tantal, treffende Teil des Materials als Stromleiter wirkt, das Molybdän, Niob od. dgl., oder auch rostfreiem Stahl, 5 heißt, einen demgegenüber geringen, unbedeutenden Nickel, Chrom od. dgl. aufgetragen. Ein Teil der Widerstand hat.

Speicherschicht 10, nämlich der diskrete Schicht- Gemäß F i g. 3 und A haben die speichernden

bereich 13 C befindet sich im anderen Zustand, näm- Halbleitermaterialien nur zwei stabile Zustände lieh im Zustand niedrigen elektrischen Widerstands. unterschiedlichen Widerstands (punktierte Wider-Dies erfolgte beispielsweise dadurch, daß in dem io StandskurvenCV in Fig. 3 und CZ' in Fig. 4). diskreten Schichtbereich 13 C infolge Stromflusses F t g. 3 veranschaulicht die Halbleitermaterialien

soviel Wärme erzeugt wurde, daß die Temperatur im Sperrzustand hohen Widerstands und die Ändemindestens eine Übergangstemperatur erreicht, so rung der Widerstandswerte bei der Überführung in daß durch Überschreiten der Übergangstemperatur den Leitzustand niedrigen Widerstands durch Anwährend eines kurzen Zeitintervalls die auf örtliche 15 legen von Energieimpulsen niedriger Amplitude und Bereiche beschränkte Ordnung oder die örtlichen langer Dauer und F i g. 4 veranschaulicht die HaIb-Bindungen des Halbleitermaterials in diesen Schicht- leitermaterialien im Leitzustand niedrigen Widerbereich 13 C in einen geordneteren Atomstruktur- stands und die Änderung der Widerstandswerte deszustand übergeführt wurden. Die Zeitspanne, in der selben beim Überführen in den Sperrzustand hohen die Temperatur durch Energieanlegen oberhalb der 10 Widerstands durch Anlegen von Energieimpulsen Übergangstemperatur verblieb, beträgt beispielsweise hoher Amplitude in kurzer Dauer. 1 ms. Nach Abschalten der Energie und Abbrechen Aus F i g. 3 ist zu erkennen, daß dann, wenn die

drx Stromflusses bzw. Abkühlen des »leitfähigen durch die unterbrochene Widerstandskurve C1' beiPfades« bleibt die strukturelle Umordnung im spielsweise angedeuteten Halbleitermaterialien sich Schichtbereich 13 C aufrechterhalten, das heißt, ein- 15 im Sperrzustand hohen Widerstands HR befinden, gespeichert. der ein im wesentlichen ungeordneter und allgemein

Die von einer gesteuerten Impulsspannungsquelle amorpher Zustand ist und dieser Zustand in den 19 erzeugten Energiesignale in Form eines Strahls 18, Zustand niedrigen Widerstands LR geändert oder insbesondere eines Laser- oder Elektronenstrahls. umgestellt werden soll, der Wert des Widerstands HR können dann beispielsweise das Löschen des im 30 des Materials nicht wesentlich geändert wird, wenn Zustand niedrigen elektrischen Widerstands befind- die an einen bestimmten Teil des Materials angelegte liehen Schichtbereich 13 C bewirken; das Impuls- pulsierende Energie innerhalb eines Energieniveaus diagramm der Impulsspannungsquelle 19 entspricht bis EV fortschreitend zunimmt. Wenn jedoch das den schematisch dargestellten Impulsen 20. Energieniveau E Γ überschritten wird, beginnt der

F i g. 2 bezieht sich auf einen gewissermaßen um- 35 Widerstand des betreffenden Halbleitermaterials steil gekehrten Fall, bei dem der ursprüngliche, das heißt. in den Zustand niedrigen Widerstands LR abzusin-Normalzustand, der Speicherschicht 10 derjenige ken. der bei einem Energieniveau E 2' erreicht wird, niedrigen elektrischen Widerstands ist. Dabei befindet das um ein geringfügiges Maß größer als das Energiesich dann der diskrete Schichtbereich 13 A im ande- niveau E1' ist. In diesem Zusammenhang kann für ren stabilen Atomstrukturzustand, nämlich in dem 40 diese Materialien ein schneller Wechsel im örtlichen Zustand hohen elektrischen Widerstands. Das Über- Zustand und/oder in den örtlichen Bindungen des führen vom Ursprungszustand in den Zustand hohen Halbleitermaterials zwischen den Energieniveaus E1' elektrischen Widerstands erfolgte beispielsweise und E 2' auftreten, so daß ein schneller Übergang aus durch Anlegen von Stromimpulsen hoher Amplitude dem im wesentlichen ungeordneten und allgemein während einer kurzen Zeitspanne von beispielsweise 45 amorphen Zustand hohen Widerstands HR in den geetwa 1 us. Zam Zurückführen der Schichtbereiche ordneteren Zustand niedrigen Widerstands LR her-13/4 in den urspi ünglichen Zustand niedrigen elek- beigeführt wird. Bei einem typischen Halbleitermate Irischen Widerstands, in dem sich die übrigen Schicht- iial kann der Widerstand beispielsweise mittels eine; bereichelOC befinden, dient die Impulsspanmings- Stromimpulses von 1 ms Dauer und einer Amplitud« quelle 26, die gemäß ihrer Steuerung durch die Im- 50 von etwa 5 mA oder durch einen gleichwertigei pulse 27 einen Laserstrahl 25 erzeugt und auf den Energieimpuls einer Energiestrahlung od. dgl. voi diskreten Schichtbereich 13 Λ lenkt einem Wert von etwa 10* Q bis etwa Ιο» Ω geänder

Wenn zum Einstellen bzw. Überführen der Spei- werden.

cherschicht 10 zwischen den Zuständen hohen und Es hat sich ferner gezeigt, daß dann, wenn dii

niedrigen Widerstands irgendwelcher Impulse elek- 55 Energie in dem Energieimpuls größer ist als hier an trischer oder sonstiger Energie von festgelegtem gegeben, der Widerstandswert des Halbleitermaterial Energieinhalt verwendet werden, sind die erzeugten in seinem Zustand niedrigen Widerstands weiter ab hohen bzw. niedrigen Widerstandswerte der betref- nimmt, wie dies durch den Kurvenabschnitt C 3' vei fenden Bereiche der Schicht 10 gewöhnlich dement- anschaulicht wird, und einen niedrigeren Wert LRj sprechend die gleichen. (Der Energieinhalt eines 60 (Fig. 3) erreicht, bei dem die Energieamplitud Stromimpulses ist eine Funktion des Quadrats der etwa 50 mA beträgt Diese erhöhte Energieamplitud Amplitude des Stromnnpulses, multipliziert mit dem kann einen noch geordneteren Zustand und/ode Widerstand, durch den der Stromimpuls fließt und noch größeres geometrisches Profil des Pfades niec mit der Dauer des Stromflusses.) Für die meisten rigen Widerstands durch das Halbleitermaterial ei Anwendungszwecke sind die Retativwerte des Wider- 65 zeugen, so daß ein noch niedrigerer Widerstandswe stands des Materials in den genannten Zuständen LR A erreicht wird. Der niedrigere Widerstandswe hohen und niedrigen Widerstands um Zehnerpoten- beim Übergang der Einzelbereiche der Halbleite zen verschieden, so daß der Zustand hohen Wider- materialien aus ihrem Zustand hohen Widerstands i

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ihren Zustand niedrigen Widerstands kann letztlich ungeordneten und allgemein amorphen Zustand und durch die Energieamplitude der Energieimpulse be- ihrem geordneteren Zustand niedrigen Widerstands stimmt werden. geringer ist als bei anderen speichernden Halbleiter-Wenn sich die gemäß F i g. 4 durch den Kurven- materialien und daß die Übergangstemperaturen, bei abschnitt C 2' beispielsweise angedeuteten Halbleiter- 5 denen derartige Änderungen stattfinden, nicht so materialien im Zustand niedrigen Widerstands LR scharf oder ausgeprägt sind. Infolgedessen weisen die befinden, der ein geordneterer Zustand ist, und wenn Widerstandskurven C1 und C 2 zwischen den Enerdieser Zustand in einen Zustand hohen Widerstands gieniveaus E1 und E 2 in F i g. 3 und 4 eine allmäh- HR umgeändert oder umgestellt werden soll, erfolgt lichere Neigung auf, als die in unterbrochenen Linien zunächst keine wesentliche Änderung in dem Wert io dargestellten Widerstandskurven C1' und C 2' für des Widerstands LR des Materials, wenn die an einen die anderen speichernden Halbleitermaterialien, bestimmten Bereich des Materials angelegte pulsie- In F i g. 3 ist ein speicherndes Halbleitermaterial rende Energie innerhalb eines Energieniveaus bis mit anpassungsfähigem Gedächtnis dargestellt, das El' fortschreitend gesteigert wird. Wenn jedoch das sich bei Cl im Zustand hohen Widerstands///? be-Energieniveau E1' überschritten wird, beginnt der 15 findet, der ein im wesentlichen ungeordneter und Widerstand des betreffenden Halbleitermaterials allgemein amorpher Zustand ist. Wenn ein Energieplötzlich steil bis zu seinem Zustand hohen Wider- impuls von weniger als das Energieniveau E1 an stands HR anzusteigen, der bei einem Energieniveau dieses angelegt wird, erfolgt keine wesentliche Ände-E 2' erreicht wird, das um ein geringfügiges Maß rung des Widerstandswerts HR. Wenn jedoch das höher liegt als das Energieniveau E1'. Dabei kann ao Energieniveau E1 überschritten wird, beginnt der zwischen den Energieniveaus E Y und E 2' eine Widerstand des Materials langsam entlang der schnelle Änderung im örtlichen Zustand und/oder Widerstandskurve C1 zu sinken. Für die Anwendung in den örtlichen Bindungen im Halbleitermaterial einer gegebenen, gewählten Energie kann der sich auftreten und eine schnelle Änderung des geordnete- daraus ergebende Widerstandszustand entlang des ren Zustands niedrigen Widerstands LR in den im 25 Verlaufs der Widerstandskurve C1 vorgewählt bzw. wesentlichen ungeordneten und allgemein amorphen herbeigeführt werden, wobei gewünschte Wider-Zustand hohen Widerstands HR bewirken, der durch standswerte zwischen HR und LR festgelegt werden das schnelle Abkühlen festgelegt wird. Beispielsweise können. Dabei kann eine Änderung in der örtlichen kann bei einem typischen Halbleitermaterial der Ordnung und/oder örtlichen Bindungen dieses HaIb-Widerstand durch einen Stromimpuls von etwa 2 μβ 30 leitermaterials zwischen den Energieniveaus E1 und Dauer und einer Amplitude von etwa 10OmA oder E 2 stattfinden, deren Ausmaß dem jeweiligen zur durch einen gleichwertigen Energieimpuls einer Ener- Wirkung gebrachten Energieniveau entspricht so giestrahlung od. dgl. von einem Wert von etwa 10²Q daß ein gewähltes Ausmaß der Änderung aus dem im auf etwa 10^βΩ geändert werden. Es hat sich ferner wesentlichen ungeordneten und im allgemeinen gezeigt, daß dann, wenn die in dem Energieimpuls 35 amorphen Zustand hohen Widerstands HR gegen enthaltene Energie größer ist als die hier angegebene, den geordneteren Zustand niedrigen Widerstands LR der Widerstandswert des Halbleitermaterials in sei- herbeigeführt und festgelegt werden kann. Beispielsnem Zustand hohen Widerstands noch weiter auf weise kann bei einem typischen speichernden Halbeinen Wert erhöhten Widerstands HRA (F i g. 4) an- leitermaterial mit anpassungsfähigem Gedächtnis der steigt, wie dies durch die Widerstandskurve C 4' an- 40 Widerstand durch einen Stromimpuls von 1 ms und gedeutet ist. Dabei kann die Amplitude des Stroms einer Amplitude von etwa 5 mA oder durch einen oder einer gleichwertigen Energie etwa 1 A betragen. gleichwertigen Energieimpuls einer Strahlungsenergie Diese erhöhte Energieamplitude kann einen noch od. dgl. von einem Wert von etwa 10^β Ω auf einen ungeordneteren und allgemein amorphen Zustand Wert von etwa 10²Q geändert werden. Wenn ein und /oder weitere Änderungen in dem geometrischen 45 Zwischenwert des Widerstands auf der Widerstands-Profil des Pfades durch das Halbleitermaterial und kurve C1 zwischen HR und LR erzielt werden soll, somit den noch höheren Widerstandswert HRA be- kann die angelegte Energie zwischen etwa 10~⁹ und wirken. Der hohe Widerstandswert kann also letztlich etwa 10* J liegen, und die angemessene Energie durch die Energieamplitude der beim Überführen kann durch entsprechende Wahl von Dauer und der Einzelbereiche, das heißt, der diskreten Schicht- 50 Amplitude des Impulses bestimmt werden. Wie bei bereiche des Halbleitermaterials aus ihrem niedrigen anderen Halbleitermaterialien kann der Widerstands· Widerstandswert in ihrem hohen Widerstandswert wert des Halbleitermaterials weiter bis auf LRA ver angelegten Energieimpulse bestimmt werden. Unter mindert werden, wie dies durch die Widerstandskurvf den speichernden Halbleitermaterialien gibt es einige, C3 angedeutet ist; dabei kann die Amplitude de bei denen der Unterschied zwischen dem Niveau, bei 55 Stroms oder der gleichwertigen Energie etwa 50 m^ dem der Widerstandswert des betreffenden Materials betragen.

sich zu ändern beginnt, und dem Niveau, bei dem Wenn sich das Speichermaterial gemäß F i g, 4 in

der endgültige Widerstandswert erreicht wird, ver- Zustand niedrigen Widerstands LR befindet, der de

hältnismäßig groß ist Diese beiden Energieniveaus geordnetere Zustand ist, und wenn ein Energieimpul

sind in F i g. 3 und 4 mit E Y und E 2, die Wider- 60 von geringerem Niveau als E1 daran angelegt wird

Standskurven für solche Materialien mit Cl und C 2 erfolgt keine wesentliche Änderung des Widerstand

in F i g. 3 und 4 bezeichnet Derartige Materialien LR. Wenn jedoch das Energieniveau E1 überschril

werden im folgenden als »Materialien mit anpas- ten wird, beginnt der Widerstand des Materials lang

sungsf ähigem Gedächtnis« bezeichnet Es ist mög- sam entlang der Widerstandskurve C 2 zu steigen. Be

lieh, daß die Geschwindigkeit der Änderung der ort- 65 Anwendung einer gegebenen gewählten Energie kan

liehen Ordnung und/oder der örtlichen Bindungen der erzielte Widerstandswert auf der Widerstand;

in solchen speichernden Halbleitermaterialien bei der kurve C 2 vorgewählt und herbeigeführt werden, s

Änderung derselben zwischen ihrem im wesentlichen daß gewünschte Widerstandswerte zwischen LR un

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HR festgelegt werden können. Dabei kann eine An- Im Sperrzustand ist das Material im wesentlich« derung der örtlichen Ordnung und/oder örtlichen amorph und schaltet bei Erreichen bzw. Über Bindungen dieses Halblei'ermateiiais zwischen den schreiten der Schwellenspannung Us plötzlich auf dit Energieniveaus E1 und El stattfinden und eine An- andere Kennlinie um, die dem Leiterzustand entderung aus dem geordneteren Zustand niedrigen 5 spricht und in dem sich das Halbleitermaterial viel-Widerstands LA gegen den im wesentlichen ungeord- fach im kristallinen Zustand befindet In beiden Zuneten und allgemein amorphen Zustand hin bewirkt ständen verhält sich das Material ohmisch in bezug werden, der durch schnelle Abkühlung festgelegt auf die Spannung U und den Strom /. Das Halbleiterwird. Die Größe einer solchen Änderung entspricht material ist bidirektional, das heißt, daß es praktisch dem angelegten Energieniveau, und so kann ein ge- ίο keine Gleichrichterwirkung ausübt, sondern die erwünschtes Ausmaß der Änderung des geordneteren wähnten Eigenschaften bei Stromfluß sowohl in dei Zustande gegen den im wesentlichen ungeordneteren einen als auch in der entgegengesetzten Richtung hat. und allgemein amorphen Zustand hin herbeigeführt Im Unterschied dazu ist in Fig. 6 das Verhalten und festgelegt werden. Beispielsweise kann bei einem einer in der USA.-Patentschrift 3 271 591 beschriebetypischen speichernden Halbleitermaterial mit an- 15 nen anderen Gattung von Halbleitermaterialien darpassungsfähigsm Gedächtnis der Widerstand durch gestellt, das praktisch nicht zum Speichern dient, da einen Stromimpuls von etwa 2 ms Dauer und einer der Leitzustand automatisch in den Sperrzustand Amplitude von etwa 100 mA oder durch einen umschaltet, wenn sich der Strom unter einem Stromgleichwertigen Energieimpuls einer Strahlungsenergie haltewert In vermindert. Im Sperrzustand kann diese od. dgl. von einem Widerstandswert von etwa 10* Ω »o Art des Halbleitermaterials amorph oder kristallin auf einen Wert von etwa 10· Ω geändert werden. Um sein. Dieses Halbleitermaterial wird bei der erfineinen Zwischenwert des Widerstands zwischen LR dungsgemäßen Speicheranordnung nicht verwendet. und HR auf der WiderstandskurveC2 zu erzielen, Gemäß Fig.7 erfolgt das Abfragen der Informakann die angelegte Energie zwischen etwa 10-⁸ und tion dadurch, daß die halbleitende Speicherschicht 10 10-« J betragen, und die betreffende Energie wird as mit einer elektrischen Ladung ausgestattet wird, und durch geeignete Auswahl der Pulsdauer und der daß Tonerpulverpartikel zum Anhaften an den geAmplitude bestimmt Wie bei den anderen Halb- ladenen Teilen der Schicht gebracht, von dort auf leitermaterialien kann der Widerstandswert des eine Aufnahmefläche oder einen Träger übertragen Halbleitennaterials, wie dies durch die Widerstands- und dann an diesem befestigt werden. Die Speicherkurve C 4 angedeutet ist, weiter bis auf den erhöhten 30 schicht 10 wird von einer drehbaren Trommel 37 Widerstand HRA erhöht werden, wobei die Ampli- getragen und wirkt als Druckplatte, die eine Vielzahl tude der Stromstärke oder der gleichwertigen Energie von Kopien der darauf gespeicherten Information mit etwa 1 A betragen kann. hoher Geschwindigkeit auszudrucken vermag.

Durch Anwendung von Energieimpulsen langer Die einzelnen, in Abständen über den Umfang ver-

Dauer und kleiner Amplitude und von vorgewählten 35 teilten Segmente der Trommel 37 werden nacheinan-

Energiewerten können gewünschte, voneinander ge- der an einer Löscheinrichtung 38 vorbeigeführt, die

trennte oder unterschiedliche Einzelbereiche eines ein Heizdraht oder eine andere Energiequelle sein

anpassungsfähig speichernden Materials hohen Wi- kann, die mittels einer, z. B. manuell- oder computer-

derstands nach Belieben auf gewünschte Werte ge- betriebenen, Steuereinrichtung 40 erregbar ist, und in

bracht werden. 40 erregtem Zustand auf die gesamte Fläche jedes daran

Durch Anwendung von Energieimpulsen von vorbeigeführten axialen Segments Energie richtet und

kurzer Dauer und großer Amplitude und von vor- die Speicherschicht 10 in vorteilhaftester Weise in

gewählten Energiewerten können diskrete Schicht- einen Zustand niedrigen Widerstands versetzt,

bereiche eines anpassungsfähig speichernden Mate- Andererseits könnte diese Löscheinrichtung 38

rials niedrigen Widerstands wahlweise auf gewünschte 45 eine Energiequelle sein, die sämtliche Segmente der

höhere Widerstandswerte gebracht werden. Speicherschicht 10 in einen Zustand hohen Wider-

Es hat sich auch gezeigt, daß sich die Wirkungen stands versetzt. Jedes so gelöschte oder bereitaufeinanderfolgend zur Wirkung gebrachter Einzel- gemachte axiale Segment der Speicherschicht 10 wird mengen an Energie bei diesen speichernden Mate- an einer Aufzeichnungsstation 42 vorbeigeführt, in rialien summieren, so daß die wiederholte Anwen- 50 der insbesondere ein pulsierender Laserstrahl 44, dung einer gegebenen Energiemenge annähernd die entsprechend dem Schema der von der Trommel 37 gleiche Wirkung zeitigt, wie die einmalige Anwendung auszudruckenden Information, auf das betreffende von Energie mit einem Energieinhalt, entsprechend Segment einwirkt. Der Laserstrahl 44 bestreicht dader Summe der Einzelehergieinhalte. bei die Mantelfläche der Trommel 37 mit hoher Ge-

Die speichernden Halbleitermaterialien können 55 schwindigkeit in axialer Richtung und verändert davon mannigfaltiger Art sein. Sie enthalten im allge- bei den Zustand jedes Datenaufnahmesegments der meinen, außer den Halbleitermaterialien der Gruppe Speicherschicht 10 beim Durchlaufen der Aufzeich-IV und/oder VI, die die chalcogeniden Klassen bil- nungsstation 42, so daß ein gewünschtes Schema von den (Sauerstoff, Schwefel, Selen, Tellur, Silizium, Bereichen hohen und niedrigen Widerstands in der Germanium, Zinn), Materialien der Gruppe V von ⁶° Speicherschicht 10 hergestellt wird,
niedrigem Molekulargewicht, beispielsweise Phos- Die zur Erzeugung des Laserstrahls 44 dargestellte phor. Wenn Phosphor durch Elemente der Gruppe V Einrichtung ist eine Laserdiode 45, die von einem von höherem Molekulargewicht (Arsen, Antimon Laserimpulsgenerator 46 gesteuert ist. Der Laserusw.) ersetzt wird, wird das Widerstands-Energie- strahl 44 wird unter der Steuerung einer Strahlfüh-Diagramm steiler. 65 rungs- oder Abtasteinrichtung 47 veranlaßt, die

In Fig. 5 ist schematisch das Verhalten der Halb- Länge der Speicherschicht 10 an der Trommel 37

leitermaterialien gegenüber Strom und Spannung ver- mit sehr hoher Geschwindigkeit zu bestreichen, so

deutlicht, die bei der Erfindung verwendet werden. daß er beim Bestreichen in Umfangsrichtung eng

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nebeneinander liegende Segmente oder Linien der F i g. 8 veranschaulicht eine Ausführungsform der Speicherschicht 10 beeinflußt Die Abtasteinrichtung Erfindung, bei der der elektrische Ladungsgenerator 47 kann beispielsweise, ein in der Technik bekanntes 50 deiart ausgebildet ist, daß die auf der Speicher-Spiegelsystem sein. Die Erregung des Laserimpuls- schicht 10 des anpassungsfähig speichernden Mategenerators 46 steht unter der Steuerung einer Nach- 5 rials angebrachte Ladung im ersten Beispiel im Verrichtensteuereinrichtung 48, die ein abtastendes hältnis zum spezifischen Widerstand der betreffenden Schwärzungsmeßgerät von an sich bekannter Art sein Schichtbereiche angebracht wird, kann, das das Druckerzeugnis abtastet und Impulse, In diesem Fall sei angenommen, daß die Speicherentsprechend den hellen und dunklen Bereichen des schicht 10 einen verhältnismäßig niedrigen T^iderabgetasteten Nachrichtenträgers, entwickelt Die Ab- io stand im Bereich 10 C hat und der spezifisch^ Widertaststeuerung des Schwärzungsmeßgeräts kann mit stand der durch den Laserstrahl 44 in den Sperrder Abtasteinrichtung 47 synchron betrieben sein. zustand hohen Widerstands überführten Schicht-

Zum Anbringen elektrischer Ladungen an der bereiche 13 A vernachlässigbar geringe Verluste ha-

Speicherschicht 10 an der Ladungsstation 52 dient ben und daher idealerweise als relativ leckstromf reie

z.B. ein elektrischer Ladungsgenerator50. Die La- 15 Isolation von Einzelkondensatoren wirken, die von

düngen erscheinen an denjenigen Schichtbereichen, jedem Schichtbereich 13 A gebildet werden,

die sich im Zustand hohen Widerstands befinden, Wie oben besprochen, hat ein Verändern der

nicht jedoch an denjenigen Teilen der Speicher- Energie des Strahls zur Folge, daß verschiedene

schicht 10, die sich im Zustand niedrigen Widerstands Grade des Widerstands oder der Isolierfähigkeit in

befinden, da in diesen letzten Teilen die elektrische ao den im Sperrzustand befindlichen Schichtbereichen

Ladung dank des niedrigen Widerstands abgeleitet 13 A erzeugt werden. Die einzelnen Bereiche hohen

wird. Die an der Speicherschicht 10 erzeugten Widerstands können sich, je nach der angelegten

Ladungen sind durch das Zeichen + bezeichnet. Menge an Strahlungsenergie, durch die im Leit-

In der Nähe der Speicherschicht 10 ist an der zustand befindlichen Schichtbereiche 10 C hindurch Trommel 37 ein Behälter 54 für Tonerpulver 56 an- »5 erstrecken und mehr oder weniger ungeordnet sein, gebracht, dessen Teilchen von den elektrischen also einen höheren oder minderen Widerstand auf-Ladungen angezogen werden und an der Speicher- weisen, oder sie können sich, je nach der angelegten schicht 10 anhaften, die nun mit den daran anhaften- Menge an Strahlungsenergie, nur teilweise und bis den Tonerpulverteilchen 56 an einer Walze 58 vor- zu verschiedenen Tiefen in die Speicherschicht 10 beigeführt wird, die eine Abdruckfläche 60 aus bei- 30 hinein erstrecken, wie dies in F i g. 8 angedeutet ist. spielsweise Papier trägt Die anhaftenden Toner- Auf jeden Fall bilden die Schichtbereiche 13 A gepulverteilchen 56 werden daher an der Walze 58 auf trennte oder abgegrenzte Kondensatoren zwischen die Abdruckfläche 60 übertragen, wie dies an der der Trommel 37 und der Außenfläche der Schicht 10, Beschickungsstation 62 angedeutet ist. Sie werden die eine hohe Kapazität und einen hohen Widerstand durch Wärme, die von einer Heizvorrichtung 66 ge- 35 im Vergleich zum Leitzustand der übrigen Schichtliefert wird — wie an der Heizstation 64 angedeutet bereiche 10 C aufweisen und je nach der bei der — an der Abdruckfläche 60 befestigt. Bildung dieser Kondensatoren zur Wirkung gebrach-

Auf diese Weise wird die gespeicherte Information ten Energie unterschiedliche Grade des hohen

reproduziert, so daß eine sichtbare Reproduktion der Widerstands und der Kapazität aufweisen,

in der Speicherschicht 10 hergestellten und ge- 40 Diese Einzelkondensatoren der Schichtbereiche

speicherten, nicht ohne weiteres sichtbaren Informa- 13 A können an der Ladungsstation 52 vom La-

tion gebildet wird. Da in der Speicherschicht 10 ein dungsgenerator 50 aufgeladen werden. Die in diesen

gewünschtes Schema bleibend gespeichert ist, kann Kondensatoren entwickelte Ladung ist natürlich pro-

von der Information eine beliebige Anzahl von Rc- portional zur Kapazität dieser Kondensatoren und

Produktionen hergestellt werden. Wenn jedoch die 45 der Höhe der beim Laden derselben angewendeten

Information an der Speicherschicht 10 gelöscht wer- Spannung. Mit anderen Worten können die Einzel-

den soll, wird die Löscheinrichtung 38 in der oben kondensatoren auf unterschiedliche Grade aufgeladen

beschriebenen Weise erregt. werden, die von dem Widerstand und der Kapazität

Falls die Speicherschicht 10 an der Trommel 37 der verschiedenen Einzelkondensatoren abhängen,

aus dem oben erwähnten anpassungsfähig speichern- 50 Auf diese Weise kann die Anordnung unterschied-

den Material besteht, und die Intensität des pulsie- licher Dichten der Tonerpulverteilchen 56 an der

renden Laserstrahls 44, entsprechend der Tönung Speicherschicht 10 derart mittels der Vorrichtung geJ

oder dem Schwärzungsgrad eines gewünschten Ab- maß F i g. 7 gesteuert werden, daß die richtige

drucks variiert wird, kann, selbst wenn der Ladungs- Schattierung oder Tönung des Abdrucks erzielt

generator 50 die Schichtbereiche mit verhältnismäßig 55 wird.

niedrigem Widerstand mit Ladungen gleichmäßig F i g. 9 veranschaulicht die Umkehrung der Anj

versieht, bis zu dem Zeitpunkt, zu dem der betref- Ordnung von F i g. 8. Hier befindet sich die Speichert

fende Schichtbereich den Behälter 54 mit dem Toner- schicht 10 normalerweise im Sperrzustand verhältnis

pulver 56 erreicht, die Ladung durch teilweise Ab- mäßig hohen Widerstands und weist eine praktisch

leitung derselben auf eine geringere Ladungsdichte 60 leckfreie Isolierfähigkeit und eine verhältnismäßij

vermindert werden, die eine Funktion des Wider- hohe Kapazität in den Schichtbereichen 10 A auf!

stands der Schicht ist. Die Dichte der Anordnung der Durch Anwendung von Strahlungsenergie werdei

Tonerpulverteilchen 56 an der Speicherschicht 10 ausgewählte Schichtbereiche 13 C in einen Lei

stimmt dann ir.it der Änderung der Ladungsdichte zustand verhältnismäßig niedrigen Widerstands übe

über die verschiedenen Teile der Schicht überein, 65 geführt; die Energie des Strahls 44 bewirkt die E

und die Tönung oder Schattierung des an der Auf- zeugung unterschiedlicher Grade des Widerstam

nahmefläche oder dem Träger 60 erzeugten Ab- oder der Leitfähigkeit in diesen Schichtbereich

drucks ändert sich entsprechend. 13 C. Diese können sich durch die im Sperrzusta

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befindlichen Sichtbereiche 10 A hindurch erstrek- vom Zustand hohen ^J^^
ken und je nach der angewendeten Menge an Strah- Bereiche, in einen Zusünd ««g« «««fa» lungsenergie ein höheres oder mindert Maß an Widerstands zurucKgefuhrt wird Je^ches auf dt, Ordnung und somit einen höheren und/oder geringe- Speicherschacht 10 ff»^***¹™^{1 v}°ⁿ *«« .en Widerstand aufweisen, oder sie können sich, je 5 ^^^^^J^^f^.^^^^ nach der angewendeten Strahlungsenergie, nur durch liehen Lichtdurchlassigkeit, Reflexionsfahigkeit unc einen Teil der Schicht, und zwafgemäß Fi g. 9, bis sonstigen Eigenschaften derselben beeinflußt,
zu unterschiedlichen Tiefen erstrecken. Die diskreten Gemäß F ι g. 10 wird die durch die Speicherschichi

Schichtbereiche 13 C bilden Pfade niedrigen Wider- 10 durchgelassene Lichtmenge so variiert, daß die stands in der Schicht von sonst hohem Widerstand, io Schicht als Lichtmodulationseinnchtung wirkt. Mound ihre Widerstandswerte können in der oben be- nochromatisches Licht mit einer gegebenen Wellenschriebenen Weise derart vorgewählt werden, daß der länge von einer Lichtquelle 80 wird mittels einei Widerstand und die Kapazität der Schichtbereiche optischen Linse 82 gebündelt und auf die Speicher-13 C vorgewählt werden können. schicht 10 gerichtet Der durch diese hindurchtre-

Die im Sperrzustand befindlichen Schichtbereiche 15 tende Lichtstrahl 83 wird mittels einer optischen 10 A, das heißt, die übrige Schicht, können an der Linse 84 auf eine Lichtfuhleinnchtung 88 gerichtet, Ladungsstation 52 mittels des Ladungsgenerators 50 die eine Oberfläche 86 eines lichtempfindlichen Films in der oben erwähnten Weise aufgeladen werden. Die oder eines anderen Mediums sein kann, auf dem der Ladungen an den Schichtbereichen 13 C können in modulierte Lichtstrahl aufgezeichnet oder angezeigt bezug auf die Ladung in anderen Teilen der Schicht ao wird.

variieren. Auf diese Weise kann die Dichtenvertei- F i g. 11 zeigt das Lichtdurchlässigkeitsverhalten

lung der Tonerpulverteilchen 56 an der Speicher- der Speicherschicht 10 bei Änderungen der Wellenschicht 10 derart gesteuert werden, daß eine ent- länge des hindurchscheinenden Lichts. Wie dargesprechende Schattierung oder Tönung des mit der stellt, wird das Licht mit einer Wellenlänge oberhalb Vorrichtung gemäß der F i g. 7 erzeugten Abzugs 25 L 2 durch die Speicherschicht 10, das Licht mit einer steuerbar ist. Wellenlänge unterhalb L1 dagegen praktisch nicht

Eine andere Abwandlung, die der Erfindungs- durch die Schicht geleitet; Licht mit einer Wellenlänge gedanke umfaßt, besteht in der Verwendung einer zwischen Ll und L 2 wird in mit der Wellenlänge polygonförmigen Trommel mit einer Anzahl von fortschreitend zunehmendem Maß hindurchgeleitet, ebenen Mantelflächen, die mit einer Speicherschicht 30 Für eine gegebene Wellenlänge, beispielsweise LY, 10 überzogen sind, so daß eine Nachricht oder Infor- hängt der Grad der Lichtdurchlassigkeit durch die mation schnell in die Schicht eingespeichert werden Speicherschicht 10 von dem Grad ab, in dem die kann, indem ein komplettes Energieschema gleich- örtliche Ordnung und/oder örtlichen Bindungen des zeitig auf eine ebene Fläche des Trommelmantels Teils des anpassungsfähigeren Speichermediums, projiziert werden kann und ein Bestreichen der 35 durch das das Licht hindurchgeschickt wird, variiert Trommel (mit einer Elektrode oder einem Strahl) worden sind.

nicht erforderlich ist. Im Fall der Verwendung eines Dies wird beispielsweise durch eine Reihe von

Elektronenstrahls zum Schichtzustandsändern, kann Transparenzkurven C 9, ClO und CIl veranschaudieser auch als Aufladungsmittel dienen. licht, die die Änderung der Lichtdurchlässigkeit der

Wie oben bereits angedeutet, können durch Ände- 40 Speicherschicht 10 in Abhängigkeit von der Wellenrung der aufgewendeten Energie, durch die die ort- länge des hindurchtretenden Lichts in den Schichtliche Ordnung und/oder örtliche Bindungen der bereichen veranschaulichen, in denen die örtliche Speicherschicht 10 fortschreitend geändert werden. Ordnung und/oder örtlichen Bindungen der Schicht die Lichtdurchlässigkeit, die Lichtreflexionsfähigkeit, in Zustände von fortschreitend steigendem hohem der Brechungsindex und die Lichtstreufähigkeit der 45 Widerstand verändert worden sind. Bei der Wellenspeichernden Halbleitermaterialien verändert werden. länge L Y ergeben die Lichtdurchlässigkeitskurven Fig. 10 zeigt eine Speicherschicht 10, auf der beider- des Speichermaterials mit den durch die Transparenzseits lichtdurchlässige elektrisch leitfähige Leiter- kurven C 9, ClO bzw. CIl bezeichneten Widerschichten 74 aufgetragen sind. Diese sind mittels standszuständen fortschreitend abnehmende Prozentelektrischer Leiter 76 an eine Impulsmodulationsein- 50 anteile 71, T 2 und 7*3 der Lichtdurchlässigkeit richtung 78 angeschlossen, die eine dort gezeigte (Transparenz).

Impulskette zu erzeugen vermag, in der Impulse P1. Auch die Lichtreflexionsfähigkeit der Speicher-

P1 usw. von kurzer Dauer, veränderlicher Ampli- schicht 10 ändert sich entsprechend der örtlichen tude und hoher Stromstärke mit Rückführ- oder Ordnung und/oder den örtlichen Bindungen des Löschimpulsen P2 von festgelegter geringer Strom- 55 Materials. Fig. 12 zeigt eine Speicherschicht 10 mit stärke und langer Dauei abwechseln, die also abwech- als ieitfähigen Elektroden wirkenden lichttransparenselnd mindestens Teile des Halbleitermaterials, ent- ten Leiterschichten 74, die mit einer Impulsmodulasprechend in den Zustand hohen Widerstands und tionseinrichtung 78 verbunden sind. Monochromatider Isolierfähigkeit, überführen und sie dann in einen sches Licht von einer Lichtquelle 80' wird als Zustand eines festgelegten niedrigen Widerstands 60 Lichtstrahl 83' unter einem Winkel gegen die Speiüberführen. Die Löschimpulse P 2 werden durch cherschicht 10 gerichtet, und das von dieser reflekentsprechcnde Spannungsimpulse erzeugt, die die tierte Licht wird mittels einer Lichtfühleinrichtung Schwellenspannung des betreffenden Speicher- 88' aufgenommen und gemessen,
mediums überschreiten. Wie oben angedeutet, wird Fig. 13 zeigt eine Anwendung der Änderung des

die Größe der Löschimpulse P 2 genügend hoch und 6₅ Brechungsindexes der Speicherschicht 10 in Abhänihre Dauer genügend lang (bei den beispielsweise an- gigkeii von der Änderung der örtlichen Ordnung gegebenen Materialien, z.B. 100ms oder darüber) und/oder örtlichen Bindung derselben. Von einer gehalten, so daß die Speicherschicht 10, unabhängig Lichtquelle 80" monochromatischen Lichts wird ein

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Lichtstrahl 83" unter einem Winkel durch die Speicherschicht 10 hindurchgeschickt, so daß der Lichtstrahl83" in einem Maß gebrochen wird, das von dem Zustand der Speicherschicht 10 abhängt. Mit den lichtdurchlässigen Leiterschichten 74 ist, wie bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 10 und 12, eine Impulsmodulationseinrichtung 78 verbun-

den, durch die der Zustand des Speichermaterials in der oben bereits beschriebenen Weise verändert wird. Der Winkel, unter dem der Lichtstrahl 83' das Speichermaterial verläßt, variiert; dementsprechend werden unterschiedliche Teile der Oberfläche 86 einer Aufzeichnungs- oder Lichtabfühleinrichtung 88 getroffen.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims (32)

Patentansprüche:

1. Speicheranordnung zum Speichern von Informationen mit einem Speicherelement aus Halbleitermateria], das umkehrbar und durch einen Schwellenwert überschreitende Energie jeweils sprunghaft zwischen einem im wesentlichen ungeordneten und im allgemeinen amorphen sta- , bilen Atomstrukturzustand mit örtlichen Ordnungen (Nahordnungsgrad) und/oder lokalisierten Bindungen und einem anderen stabilen Atomstrukturzustand in Richtung eines kristallinen Aufbaus änderbar ist, bei der eine dem jeweiligen Atomstrukturzustand entsprechende physikalische Zustandsgröße die abfragbare Information repräsentiert, dadurch gekennzeichnet, daß als Speichermedium eine Speicherschicht (10) dient, von der beliebige diskrete Schichtbereiche (13 A, 13C) durch Energie strukturell änderbar sind, daß eine Energiequelle (19, 26, 45, 80) *° äußerer bzw. Fremdenergie vorgesehen ist, die beim Speichern die den Schwellenwert überschreitende Energie als Strahl (18, 25, 44, 83) bzw. Strahlen selektiv auf die dem gewünschten Informationsmuster entsprechenden Schichtbereiche (13 A, 13C) wirft und daß eine Abfrageeinrichtung vorgesehen ist, die die jeweilige Zustandsgröße der diskreten Schichtbereiche (13 A, 13 C) mit de<- Zustandsgröße der übrigen Sehichtteile vergleicht.

2. Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle elektromagnetische Strahlen aussendet.

3. Speicheranordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle Laserstrahlen aussendet.

4. Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle Korpuskularstrahlen aussendet.

5. Speicheranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle Elektronenstrahlen aussendet.

6. Speicheranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle Protonenstrahlen aussendet.

7. Speicheranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiequelle Heißluftstrahlen aussendet.

8. Speicheranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. daß die Speicherschicht (10) chalcogenide Elemente aus der Gruppe Tellur, Germanium, Zinn, Selen, Schwefel und Sauerstoff aufweist und im wesentlichen polymer ausgebildet ist.

9. Speicheranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschicht (10) im wesentlichen aus 85 Atomprozent Tellur und 15 Atomprozent Germanium sowie etwas Sauerstoff und/oder Schwefel besteht.

10. Speicheranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschicht (10) Ge₁₅As₁₅Se7o aufweist.

11. Speicheranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschicht (10) Ge₁₅Te₈₁, S₂ und P₂ oder Sb₂ aufweist.

12. Speicheranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschicht (10) GeI₅Se₈₁, S₂ und P₂ oder Sb₂ aufweist.

13. Speicheranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Speicherschicht (10) auf einem elektrisch leitfähigen und feuerfesten Metall der Gruppe Wolfram, Tantal, Molybdän und Niob befindet.

14. Speicheranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschicht (10) mindestens an einer Seite einen strahlendurchlässigen elektrisch leitfähigen Überzug (74) aufweist.

15. Speicheranordnung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug (74) mit einer steuerbaren Löscheinrichtung (78) gekoppelt ist.

16. Speicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch die Anwendung zu Kontaktkopie- bzw. Druckzwecken mit der Maßgabe, daß sich die Speicherschicht (10) beim Speichern bereichsweise hinsichtlich des physikalischen Zustands der elektrischen Leitfähigkeit bzw. Dielektrizitätskonstante ändert und sich elektrisch geladene Druckmedien, wie Tonerpulver, entsprechend dem gespeicherten Informationsmuster, darauf verteilen und zum Abdruck zur Verfügung stehen.

17. Speicheranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschicht (10) als Band ausgebildet ist.

18. Speicheranordnung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschicht (10) als Mantel oder Mantelteile einer drehbaren Trommel (37) ausgebildet ist.

19. Speicheranordnung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschicht (10) in Form ebener Flächen auf dem Mantel einer polygonförmigen Trommel ausgebildet ist.

20. Speicheranordnung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß rings um die Trommel (37) eine steuerbare Löscheinrichtung (38), die Energiequelle (45), ein elektrischer Ladungsgenerator (50), ein Druckmedienspender (45) und eine Abdnickfläche (60) angeordnet sind.

21. Speicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, gekennzeichnet durch die Anwendung zu Fotokopie- bzw. Mikrofilmzwecken, mit der Maßgabe, daß sich die Speicherschicht (10) beim Speichern bereichsweise hinsichtlich der physikalischen Zustände: Lichtbrechung, Lichtreflexion, Lichtabsorption und/oder Lichtdurchlässigkeit ändert.

22. Speicheranordnung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß monochromatische Lichtstrahlen (83', 83") durch die mit dem Informationsmuster ve^ehene Speicherschicht (10) auf ein lichtempfindliches Medium (86) gelangen.

23. Verfahren zum Speichern und Abfragen von Informationen bei einer Speicheranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zum Speichern das Halbleitermaterial des Speicherelements mittels Energie der Information, entsprechend in seiner Struktur, verändert und zum Abfragen die der veränderten Struktui entsprechende Zustandsgröße des Halbleitermaterials festgestellt und mit der der ursprünglichen Struktur entsprechenden Zustandsgröße verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daG

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rum Speichern ein Strahl oder Strahlen einer zum zum Speichern das Halbleitermaterial des Speicher-Strukturändern ausreichenden Energiemenge der- elements mittels Energie der Information, ent- »rt auf die das Speicherelement bildende Spei- sprechend in seiner Struktur verändert, und zum Abcherschicht geworfen werden, daß — dim Infor- tragen die der veränderten Struktur entsprechende mationsmuster entsprechend — diskrete Schicht- 5 Zustandsgröße des Halbleitermaterial festgestellt bereiche strukturell geändert werdea. und mit der der ursprünglichen Struktur entsprechen-

24. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch ge- den Zustandsgröße verglichen wird,
kennzeichnet, daß zum Abfragen die Verände- Eine Speicheranordnung der eingangs genannrung der elektrischen Leitfähigkeit der diskreten ten Art ist bereits bekannt (USA.-Patentschrift Schichtbereidie festgestellt wird. io 3 271 591). Hierbei ist das halbleitende Speicher-

25. Verfahren nach Anspruch 24, dadurch element mit Elektroden versehen und mit diesen so gekennzeichnet, daß zum Abfragen die Speicher- in einen Lastkreis eingeschaltet, daß durch Änderung schicht mit elektrisch geladenen Farbteilchen ver- des ohmschen Widerstands des Speicherelements die sehen und diese sich gemäß der Ladung verteilten Strom-Spannungs-Verhältnisse am Lastwiderstand Farbteilchen auf einer Abdruckfläche abgedruckt 15 ebenfalls änderbar sind. Die Änderung erfolgt über werden. einen Steuerkreis, dessen Elektroden ebenfalls mit

26. Verfahren nach Anspruch 23, dadurch dem halbleitenden Speicherelement verbunden sind, gekennzeichnet, daß zum Abfragen die Verände- Das halbleitende Speicherelement dient daher gewisrung des elektromagnetischen Brechungs-, Streu- sermaßen als Ersatz für beispielsweise klassische und/oder Renektionsvermögcns der diskreten 20 Widerstände bzw. Umschalter.

Schichtbereiche festgestellt wird. Darüber hinaus sind zum Speichern dienende Bau-

27. Verfahren nach Anspruch 26, dadurch elemente bekannt (USA. Patentschrift 3241009), die gekennzeichnet, daß zum Abfragen die Verände- aus amorphen halbleitenden Gläsern bestehen, die rung der Transparenz der diskreten Schicht- aus hochreinen Ausgangsmaterialien hergestellt sind, bereiche gegenüber Licht festgestellt wird. 25 Bei derartigen Elementen werden zum Spei "hern

28. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 Effekte ausgenutzt, die in der durch Formierung erbis 27, dadurch gekennzeichnet, daß zum Spei- zeugten Grenzschicht zwischen den ortsfesten Konchern Energieimpulse verwendet werden. taktelektroden und dem Halbleitermaterial ent-

29. Verfahren nach Anspruch 28, daduiih stehen. Hierbei sind unsymmetrische Verhältnisse gekennzeichnet, daß Energiesignale einer Länge 30 anzutreffen, das heißt, daß zum Löschen jeweils in der Größenordnung von 1 bis 100 ms verwendet Negativimpulse angewendet werden müssen. Ihre werden. Anwendung ist im übrigen nur auf langsam arbeitende

30. Verfahren nach Anspruch 28 oder 29, Speicher begrenzt.

dadurch gekennzeichnet, daß zum Löschen der Darüber hinaus ist eine molekulare Speicheranord-

Informationen kurze Energieimpulse in der 35 nung mit kemmagnetischen Resonanzeffekten auf

Größenordnung von bis zu etwa 10 ^s verwendet stereochemischer Basis bekannt (USA.-Patentschrift

werden. 3 119 099), bei der sich die Lage der Atome inner-

31. Verfahren nach einem der Ansprüche 23 halb der Moleküle verändert. Dabei treten unsymbis 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl metrische Polarisationseffekte auf. Sofern es sich um im Laufe einer bestimmten Zeit über praktisch 40 flüssige Speichermedien dieser Art handelt, ist es die gesamte Schichtoberfläche geführt und hin- nicht ohne weiteres möglich, eingespeicherte Inforsichtlich seiner Energie so gesteuert wird, daß mationsmuster beizubehalten.

jeweils die dem Informationsmuster entsprechen- Ferner sind quantenmechanische Speicheranord-

den Schichtbereiche strukturell geänd rt werden. nungen bekannt (USA.-Patentschrift 3 341 825), die

32. Verfahien nach einem der Ansprüche 23 45 von dotierten Halbleitern ausgehen und bei denen bis 30, dadurch gekennzeichnet, daß das Infor- Änderungen der elektronischen Energiezustände inmationsmuster durch gleichzeitiges Bestrahlen der nerhalb der Atome stattfinden. Beim Abfragen wird gesamten Speicherschicht gespeichert wird. die jeweils gespeicherte Information zerstört da die

Elektronen aus dem »Speicherband« in das Ur-