DE1963374A1

DE1963374A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Speicherung von Information

Info

Publication number: DE1963374A1
Application number: DE19691963374
Authority: DE
Inventors: Derek Pooley
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1968-06-21
Filing date: 1969-12-18
Publication date: 1970-12-10
Also published as: CH526832A; FR2062127A5; US3631295A; GB1281991A; AT310824B; NL6919115A

Description

PATENTANWÄLTE Telefon: (0271)32409

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Filialen Siegen u. Oberhausen (RhId.)

69 174 Zw/A 17. 12. I969

UNITED KINGDOM ATOMIC ENERGY AUTHORITY 11, Charles II Street, London S.W.1, England

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der britischen Patentanmeldung Nr. 28605/69 vom 5. Juni 1969 beansprucht»

Verfahren und Vorrichtung zur Speicherung von Information

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur. Speicherung von Information.

Die Erfindung ist insbesondere anwendbar zur Speicherung und Wiedergabe von Information in den technischen Zweigen der digitalen Komputerspeicher, Speicheroszillographen und visuellen Wiedergabeeinrichtungen, wie beispielsweise Radar, alphanumerische, graphische und videophone Wiedergaben

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Im Vergleich, zu bestehenden Einrichtungen und Techniken zur Informationsspeicherung und Wiedergabe in den erwähnten Zweigen der Technik werden folgende Vorteile in Zusammenhang mit der Erfindung erzielt.

1. Bei digitalen Komputerspeiehern findet die Erfindung sowohl Anwendung bei Hauptspeichern als auch bei kleineren Ergänzungsspeichern. Es wird geschätzt, daß bei vergleichbaren Kosten die Speicher nach der Erfindung eine größere Kapazität, eine schnellere Zugriffzeit und eine größere Über-

fc tragungsgeschwindigkeit aufweisen, als die besten zur Zeit existierenden Speicher.

2. Die Anwendung der Erfindung auf dem Gebiet der Speicheroszillographen und visuellen Wiedergabeeinrichtungen läßt eine lange Lebensdauer der gespeicherten Information erwarten, und die Information kann wiederholt entweder durch Elektronenstrahl beauf schlagung oder durch Beaufschlagung mit ultraviolettem Licht wiedergegeben werden. Die letztere Technik hat den Vorzug der größeren Lebensdauer der gespeicherten Information. Weiterhin können gegebenenfalls Teile der gespeicherten Information auf den neuesten Stand gebracht werden, ohne daß andere Teile zerstört werden müssen.

3. Die Erfindung beruht auf der Anwendung folgender Phänomene:

Wenn Leuchtstoffe durch Elektronen angeregt werden, lumineszieren sie; jedoch werden gleichzeitig Fehl- oder Defektstellen erzeugt, welche die Lumineszenz löschen. Diese Fehlstellen können jedoch durch Erhitzen während einer entsprechenden Zeitspanne beseitigt oder "geheilt" werden. Beispielsweise leuchtet der Leuchtstoff Kl/Tl — mit Thallium dotiertes Kaliumiodid — bei Raumtemperatur

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genügend stark, wenn dieser Leuchtstoff durch hochenergetiöche Elektronen angeregt wird, Das Licht wird in einem breiten Band mit Spitze hei 400 ran (Nanometer) ausgesendet, kann jedoch du eh derartige Elektronen his zur Auslöschung der Lumineszenz um einen Faktor von mehr als 100 "beeinträchtigt oder "beschädigt¹¹ v/erden. Im Folgenden wird von "Strahlungsdefekt" (der lumineszenten Strahlung) gesprochen. Ein El ektronenstrahl kann auch dazu verwendet werden, den Strahlungsdefekt rückgängig zu machen oder zu "heilen", und den Leuchtstoff in seinen ursprünglichen lumineszenten Zustand zurückzuführen.

Erfindungsgemäß werden die oben beschriebenen Erscheinungen zum Zwecke der Speicherung von Information durch Bildung von Bereichen unterschiedlicher Grade von otrahlungsdefekten auf der Oberfläche eines elektronenlumiiieszenten Leuchtstoffes ausgenutzt.

Während als Leuchtstoff ein elektronenlumineszenter Leuchtstoff bevorzugt wird, umfaßt die Erfindung ein Verfahren der Speicherung von Information durch -Bildung von Bereichen untrrechiedlicher Grade von Strahlungsdefekten auf einer Oberfläche eines lumineszenten Leuchtstoffes. In diesem Fall ist es wichtig, daß der Leuchtstoff so ausgewählt vird, daß ciie Lumineszenz, die durch Bestrahlung des Leuchtstoffen mit ultraviolettem Lieht erregt werden kann, in -Bereichen, welche Strahlenschädigungen ausgesetzt ist, gelöscht wordc?η kann.

Bei der Anwendung der Erfindung nur Speicherung von i;inür digitaler Information ist Schreiben und Lesen mit hoher -!eGehwii.digkoit ein wesentliches Erfordernis, und „in Merkmal der Erfindung beruht auf der Tatsache, daß zwei üra^e 'lc'r Lumine.;κ;->η:;, die sich genügend deutlich unterscheiden,

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um bei hohen Geschwindigkeiten mittels eines abtastenden Elektronenstrahles gelesen werden zu können, durch die Verfahren der ElektronenstrahlSchädigung und der Elektronenerhitzung eingeschrieben werden können, und daß beide, insbesondere das letztere, mit einer praktische Erfordernisse erfüllenden Schreibgeschwindigkeit durchgeführt werden kann. Es kann gezeigt werden, daß eine Einschreibzeit . in der Größenordnung von 2 /us (MikrοSekunden) pro Bit möglich ist.

Wenn der leuchtstoff Zl/Tl durch Bestrahlung beschädigt worden ist, muß er über einige hundert Gelsiusgrade erhitzt werden, wenn die Beschädigung bzw. der Strahlungsdefekt ih weniger als einigen Sekunden ausgeheilt werden soll. Daher kann die Verkleinerung des Lichtausgangsimpulses um einen großen Paktor für einen gegebenen Leseimpuls, was als Schreiben von 1 >0 bezeichnet wird, mittels eines gepulsten

Elektronenstrahls durchgeführt werden, der eine solche Energiehöhe und Leistung pro Impuls aufweist, daß die Temperatur des betroffenen Volumens des Leuchtstoffes nicht über einige hundert Celsiusgrade erhöht wird, wobei optimale Strahlungsdefekte und minimales Ausheilen erzeugt werden. Es kann gezeigt werden, daß beispielsweise eine Dosis von 500 Jcm in dem Leuchtstoff KI/Tl mittels eines Strahles von 20 kV (Kilovolt) und 6,4· mW (Milliwatt) innerhalb eines Volumens, welches von einer Halbkugel von 2 /Um (Mikron) Durchmesser dargestellt wird, in /5 /US hineingebracht werden kann, ohne daß die Ausheil tenjcratur überschritten werden würde, wobei jedoch die Dosis eine genügend starke Strahlungsintensität darstellt, um die gewünschten Defekte

zu erzielen. Das Schreiben von 0 ^1 kann ebenfalls mit

einem gepulsten Elektronenstrahl, vorzugsweise von der gleichen Quelle, aber bei höherer Leistungsebene pro Impuls durchgeführt werden, so daß die Temperatur des betroffenen

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Volumens des Leuchtstoffes (der im Sinne der 'Einsehreinrichtung 1 *0 beschädigt ist) bis in die Nähe des Schmelzpunktes des Leuchtstoffes steigt.

Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird die

Geschwindigkeit der Ausheilung vergrößert und die 0 M

Einschreibzeit zu einem kleinen Wert reduziert, indem ein Puls von einer Energie angewendet wird, die nur zur Ausheilung von ungefähr der Hälfte der Defekte ausreicht. Es kann gezeigt werden, daß die nunmehr benötigte Zeit um einen Faktor von ungefähr 1/100 im Verhältnis zu der zur Beseitigung von ungefähr 99 ⁽ß> der Defekte benötigten Zeit reduziert wird, und daß der Wechsel oder Unterschied der Lumineszenz trotzdem so groß ist, daß zwei Zustände unterschieden werden können.

Wenn ein elektronenlumineszenter Leuchtstoff verwendet wird, kann das Auslesen durch gepulste Elektronenstrahlen relativ niedriger Intensität, vorzugweise von der gleichen Quelle» bewirkt werden. Dabei werden von den beschädigten oder ausge*- heilten Bereichen jeweils ein kleiner bzw. ein großer Photonenimpuls erzeugt, von dem wiederum mittels einer Photokathode ein entsprechender Stromimpuls abgeleitet wird.

Wenn beispielsweise ein entsprechender photolumineszenter Leuchtstoff verwendet wird, kann der Strahlungsdefekt

und die Ausheilung zum Einschreiben von 1 *O und Q »

wie oben beschrieben mittels Elektronenstrahlen erfolgen, während das Auslesen mit einer die Lumineszenz erregenden Strahlung, beispielsweise ultraviolettem Licht, durchgeführt werden würde.

Die Verwendung eines elektronenlumineszenten Leuchtstoffes undda3 Auslesen mit einem Elektronenstrahl niedriger Intensität wird deshalb bevorzugt, weil die gleiche Elektronenatrahlquelle sowohl zum Auslesen wie Einschreiben verwendet werden kann.

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Weitere Merkmale der Erfindung beruhen in der Vorrichtung zur Ausführung der zuvor erläuterten Verfahren,

Die Einrichtung kann eine Elektronenkanone zusammen mit dem zugehörigen Strahlablenkungssystem, ein Target, das eine Platte aus lumineszentem Leuchtstoff aufweist, welcher mittels Elektronen der Elektronenkanone während der erforderlichen Einschreibzeit beschädigt und geheilt werden kann, eine Einrichtung zum Pulsen des Strahls bei verschiedenen Stromwerten, eine Einrichtung zur Lenkung des aus der erregenden Strahlung bestehenden Strahles zum Leuchtstofftarget und eine lumineszenzempfindliche Einrichtung, vorzugsweise eine Photokathode, zur.Ableitung von Auslesesignalen aus dem Leuchtstoff umfassen.

Vorzugsweise ist der Leuchtstoff elektronenlumineszent und' das Auslesen wird durch die Erregung von Lumineszenz mit einem von der Elektronenkanone stammenden Elektronenstrahl niedriger Intensität bewirkt.

Die Kanone und das Target sind innerhalb einer Vakuumkammer angeordnet, aber die Fotokathode liegt vorzugsweise in einer getrennten Kammer und kann Teil eines bekannten Photomultipliers sein.

Der Leuchtstoff kann größenordnungsmäßig 1 mm dick sein, und die Fläche hangt von der zu speichernden Anzahl von Bits und der gewählten Auflösung ab. Der Leuchtstoff kann aus einem Einkristall bestehen oder als polykristalline Masse hergestellt sein. Die Ausheilung kann durchgeführt werden, ohne daß der Leuchtstoff über seinen Schmelzpunkt gebracht wird, es kann jedoch erforderlichenfalls eine raschere Ausheilung erfolgen, indem das jedem Bit entsprechende Volumen partiell geschmolzen wird, Indem ein dünner Metallfilm hohen Schmelzpunktes auf die Oberfläche des von den Elektronen getroffenen

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Leuchtstoffes gebracht wird, kann dieses teilweise Schmelzen zugelassen werden. Der dünne Metallfilm hält den geschmolzenen Leuchtstoff zurück und hat den zusätzlichen Vorteil, die Photonenausbeute durch Reflexion zu vergrößern und unerwünschte elektrostatische Wirkungen gering zu halten.

Es wurde jedoch gefunden, daß die Ausheilung schon mit 400 bis 500⁰G erreichbar ist, trotz der Tatsache, daß bei diesen Temperaturen eine Ausheilung durch eine rein thermische Ursache nicht erwartet werden kann. Es wird angenommen, daß die Heilung durch vergrößerte Defektmobilität in dem Strahlungsfeld begünstigt wird.

Nach der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur kombinierten Speicherung und Wiedergabe von Information vorgesehen, die eine mit einem lumineszenten Leuchtstoff beschichtete Oberfläche, dessen Lumineszenz lokal durch eine Defektstrahlung, beispielsweise durch Bombardierung mit einem Elektronenstrahl, ausgelöscht werden kann, eine Einrichtung zur Bildung von Bereichs, unterschiedlicher Grade von Strahlungsdefekten des Leuchtstoffes an der Oberfläche und eine Einrichtung zur Anregung der Lumineszenz des Leuchtstoffes aufweist. Der Leuchtstoff kann beispielsweise elektronenlumineszent oder photolumineszent sein.

Vorzugsweise wird der Leuchtstoff als Schicht auf die Schirmoberfläche einer Kathodenstrahlröhre aufgebracht, beispielsweise indem diese mit pulverförmigem Leuchtstoff beschichtet und einer Wärmebehandlung ausgesetzt ("gebacken") wird.

Die Elektronenstrahleinrichtung der Kathodenstrahlröhre kann so eingerichtet sein, daß gesteuert ein Strahlungadefekt oder Heilen des Defektes auf der Leuchtstoffoberfläche stattfindet. Es sei jedoch darauf hingewiesen, daß eine raeche

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•ϊ es-1:9.6337.

Abtastung einer elektrononlumineszenten Leuchtstoffoberfläche mit einem Elektronnnotrahl relativ niedriger Intensität, die so stark ist, daß sie Lumineszenz auslöst, aber nicht so stark ist, daß ein Strahlungsdefekt auftreten würde möglich ist, und daß die Bereiche' der Oberfläche, wo "die Lumineszenz durch Strahlungsdefckt ausgelöscht worden in1, mit den Bereichen kontrastieren, wo die Lumineszenz'nicht gelöscht worden ist.

Durch entsprechende Steuerung des Schreibelektronenstra kann ein beliebiges Muster auf den Schirm für die "nachfolgen Wiedergabe aufgezeichnet werden; -^: " ■·■'' ^; ■' - -■^{; :} ·

Während es zum Zwecke der Wiedergabe möglich ist, daß der abtastende' Elektronenstrahl die Anregung liefert, beste*: eine weitere Erscheinung bei elektroneniumineszentcn-Leuchtstoffen, beispielsweise mit Thallium dotiertem-Kaliumiodid ^rdarin., daß die Lumineszenz auch durch Bestrahlung den Leuchi stoffes mit ultraviolettem Licht·-angeregt·:werden. kann,- Die ε erzeugte Lumineszenz unterließt der Löschung .an S/fcelle-n, an denen der durch- 'den Sehreib-lSlektronenstrahl/ erzqugte Strahlungsdefekt gegeben ist- In ähnlicher Weise wird !.die- -Lumineszenz an solchen..Stellen nicht sα geTöGclrt,. an.denen kein Strahlungsdefekt vorhanden- ist,., oder an._denen_;_der ^Strahl ungt defekt mindestens zu einoi, wesentlichen:Ausmaß (in der Größe Ordnung von 1/2 oder mehr) ^ausgeheilt ist. ..,. -,·..-. _

Daher weist eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindi eine Einrichtung zur Bestrahlung mit ultraviolettem Licht der mit Leuchtstoff beschichteten Oberfläche... Bei der Verwendung einer Kathoden^ «rahlröhre ist diese Einrichtung <jownh^lioh an Pinem Ppnstor in der Seitenwandung der Röhre bo-.jtigt, und eine ultraviol otte Lampe wird so angeordnet, iii durch daa Fenater auf den Suhirr· acheint.

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Der Leuchtstoff kann photolumineszent, und zwar unterschiedlich von der Elektronenlumineszenz sein, vorausgesetzt, daß der in dem photolumineszenten Leuchtstoff durch Elektronenstrahlbeschießung erzeugte Strahlungsdefekt ein lokales Auslöschen der Lumineszenz bei nachfolgender Anregungsstrahlung ergibt, beispielsweise mit ultraviolettem Licht.

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird nunmehr Bezug auf die Zeichnung genommen und zwar zeigen:

Fig. 1 eine skizzenmäßige Darstellung einer praktischen

Ausführungsform der Erfindung, die zur Speicherung von 10 Bits von digitalen Informationen ausgelegt ist.

Fig. 2 ist ein skizzenmäßiger Querschnitt einer zweiten Ausführungsform der Erfindung für die kombinierte Speicherung und Wiedergabe von Information, und

Fig. 3 eine skizzenmäßige Darstellung einer Modifikation der Einrichtung nach Fig. 1.

Ein Vakuummantel E (Fig. 1) enthält eine Miniaturelektronenkanone 2 und ein nach X und Y ablenkendes System 5 mit AbIenkungselektroden. Das Target der Kanone ist ein Leuchtstoff in der Form einer Platte 4 aus mit Thallium dotiertem Kaliumiodid (KI/Tl), Die Platte 4 weist 6 mm im Quadrat auf, ist ungefähr 1 mm dick und wird an der Endfläche des Man- . tels E befestigt. Die Thalliumkonzentration wird durch den gesamten Leuchtstoff innerhalb eines Bereiches von 1/100 bia 1/10 Gewichtsprozent gehalten, um eine im großen und· ganzen gleichförmige Luminosifcät sicherzustellen. Eine Miniaturphotomultiplierröhre 5 liegt eng an dieser Fläche an

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und weist eine Photokathode 6 aus GsSbO auf, dessen spektrale Empfänglichkeit der Emission des Leuchtstoffes ent— spricht.

Me Kanone 2 ist zur Emission eines Elektronenstrahls 7 von 15 kV eingerichtet, dessen Durchmesser "beim Leuchtstoff ungefähr 2 Mm ist und drei unterschiedliche Stromwerte, nämlich 1, 200 und 500 nA aufweist. Die Eindringtiefe eines Strahls von 15 kV in Kl/Tl ist ungefähr 1 mm, so daß ein ungefähr halbkreisförmiges Volumen von diesem Radius betroffen ist, unabhängig von der Größe des Stromes. Der Strahlenstrom wird auf diese Werte mittels eines Modulators M gesteuert, und zwar in Abhängigkeit davon, ob Leseimpulse

an die Klemme a oder Schreibimpulse für 1 K> an der

Klemme b oder Schreibimpulse für 0 >1 an der Klemme c angelegt werden.

Das Ablenkelektrodensystem 3 und die zugeordnete, nicht gezeigte elektronische Steuereinrichtung muß den Strahl 7 von 2 /um Durchmesser auf eine lineare Genauigkeit bei dem Leuchtstoff 4- von mindestens 1 zu 3000 steuern, damit zum Einschreiben und Auslesen 10' Bits auf eine Fläche von 6 auf 6 mm des Leuchtstoffes 4 untergebracht werden können.

Der Signalausgang des Photomultipliers 5 wird über eine geeignete Formungs- und Verstärkungsstufe A an eine Ausleseklemme d weitergeleitet.

Der Leuchtstoff 4 wird vorzugsweise über die gesamte Oberfläche vor der Montage gelöscht, so daß er den Zustand

0 einnimmt. Beim Betrieb verursacht das Strahlsteuersystem eine Abtastung des Leuchtstoffes bei einem Linienabstand von 2 /Um und einer Verweilzeit bei jeder Linie von ungefähr

1 /us. Um Information jede 2 /um einzuschreiben und zu speichern, werden die 0- oder 1-Signale jeweils den Klimmen b oder ο zugeführt. An die Klemme b angelegte O-Signale

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schalten den Strahlstrom auf 200 nA, welcher zu diesem Zeitpunkt keine Wirkung hat, da der Leuchtstoff ganz in dem O-Zustand ist. An der Klemme c zugeführte 1-Signale schalten den Strahlstrom auf 500 nA, welcher ausreicht, den Strahlungsdefekt an jeder derartigen Schreibposition auszuheilen. An der Klemme b nachfolgend angelegte O-Signale bewirken einen Strahlungsdefekt und reduzieren die Lumineszenz bei solchen Schreibstellen, die während des 0 ^1 Schreibschrittes geheilt worden sind. Während dieser Schreibfolgen ist der Photomultiplier abgeschaltet.

Zum Auslesen wird der Photomultiplier 5 angeschaltet, und eine kontinuierliche Folge von Impulsen wird an die Klemme a angelegt, was den Strahlstrom auf 1 nA schaltet. Dieser Wert des Strahlstromes reicht aus, um jedes einzelne Volumeristück des Leuchtstoffes auf eine hohe oder niedrige Intensität der Lumineszenz anzuregen, so daß ein entsprechendes elektri»ches Signal hoher oder niedriger Amplitude von dem Photomultiplier abgeleitet wird. Die Lumineszenzlebensdauer in dem Bereich von 0 bis 200⁰C liegt etwa zwischen 300 bis 100 ns. "

Wegen des leichteren Verständnisses wurden die obigen Arbeitsgänge des Schreibens und Lesens in Bezug auf Sequenzbzw. Serienzugriff beschrieben. Die Vorrichtung dieses Beispiels erlaubt jedoch auoh einen direkten Parallelzugriff.

Eine sehr vorteilhafte Einrichtung kann eine einzelne elektronische Steuereinrichtung zur Steuerung einer Mehrzahl von Speichern enthalten, beispielsweise der oben beschriebenen Auoführungsform. Vorzugsweise wird jedes Bit eines Wortes einem separaten Speicher zugeordnet, so daß die gesamte "inrichtung alle Bits eine3 Wortes gleichzeitig verarbeiten kann.

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Es sei darauf hingewiesen, daß die Vorrichtung nach dem vorhergehenden Beispiel auch als Analogspeicher dienen kann, da die Lumineszenzintensität bei einer gegebenen Strahlungsdosis im wesentlichen eine lineare Punktion des Strahlströmes ist, und bei einem gegebenen Strom, eine expotentiell abnehmende Punktion der Dosis, Die konzentration von Verunreinigungen wird jedoch in einer derartigen Anwendung besonders wichtig und ein polykriatalliner Preßling in gepreßter Scheibentechnik bietet sich zur Erreichung einer genügend gleichförmigen Verunreinigungskonzentration in dem Leuchtstoff an.

In der Ausführungsform nach Fig. 2 ist der Schirm 12 einer Kathodenstrahlröhre 11 innen mit Leuchtstoff beschichtet, Der verwendete Leuchtstoff umfaßt vorzugsweise KMgJV(Mn), d.h. mit Mangan dotiertes Kalium-Magnesiumfluorid. Auch mit Kalium dotiertes Kaliumiodid kann Anwendung finden, aber für eine visuelle Wiedergabe hat mit Mangan dotiertes Kalium-Magnesiumfluorid den Vorzug, daß die Lumineszenz einen Spitzenwert bei einer Wellenlänge von ungefähr GOO lianometer aufweist. Dies ist im sichtbaren Bereich, in welchem das Auge besonders empfindlich ist. Der Machteil von KMgF-(Mn) im Vergleich zu KI/Tl besteht darin, daß der Kontrast zwischen dem geheilten und dem def€ "ten Stadium gering ist. Bei der Wahl des Leuchtstoffes kann dieser I-iachteil jedoch gegenüber der bei der Verwendung von ΚΙ/ΐΙ gegebenen Notwendigkeit der Umwandlung der Spitzenlumineszenzenergie in sichtbares Licht als ausgeglichen gelten.

Die Herstellung d — Leuchtstoff kristalle aus KMgIV(Mn) oder Kl/Tl ist unkompliziert, indem einfach die Bestandteile

aen notwendigen Proportionen zusammengeschmolzen werden, uxid Kristalle in der bekanixrn V-Ise gezogen werden. Ein ungefähr brauchbarer Bereich der Konzentration des reicht von 0,05 bis 0,5 Gewichtsprozent in dem

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Die Beschichtungstechnik, bei welcher pulversierter Leuchtstoff auf die Oberfläche aufgebacken wird, ist das bekannte Verfahren zur Beschichtung der Leuchtschirme der Kathodenstrahlröhren. Die Dicke der Leuchtstoffschicht soll so gewählt werden, daß sie beinahe, aber nicht ganz von dem Elektronenstrahl durchdrungen wird, welcher die Schicht bombardiert.

Innerhalb der von der Röhre 11 gebildeten Yakuumkammer sind die Elektronenkanone 13 und die X und Y Ablenkungselektroden 14 und 15 angeordnet.

Die Elektronenkanone 13 kann in ähnlicher Weise betrieben werden, wie unter Bezugnahme auf Fig. 1 beschrieben, und Pig. 2 zeigt skizzenmäßig einen Modulator Ma mit Steuerklemmen aa, ba und ca zur Steuerung der Inensität des Elektronenstrahls. Wenn zum Hinschreiben der wiederzugebenden Information die Strahlspitze eine Größe von 20 /um aufweisen soll, und der Elektronenstrahl durch 15kV beschleunigt wird, dann sind Strahlströme von 300 nA und 2 /uA erforderlioh.

Mit einem Strom bei 300 η A werden die auf dem Schirm der Bestrahlung durch den Strahl ausgesetzten Bereiche während der üinschreibzeit in der Größenordnung von 10 /us strahlungsbeschädigt. Bei einem Strahl von 2 /uA werden der Bestrahlung durch den Strahl ausgesetzte Bereiche auf dem Schirm 12

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während der Löschzeit in der G-rößenordnung von 10 /us entsprechend geheilt und leuchten hell im Vergleich zu den ausgelöschten Bereichen.

An der Seite der Kathodenstrahlröhre 11 ist ein Fenster 16 angeordnet, in dessen Nähe eine ultraviolette Lichtquelle, die "bei 17 skizzenmäßig angedeutet ist, angebracht ist.

Wenn der Schirm 12 mit ultraviolettem Licht bestrahlt wird, wird die in dem Schirm gespeicherte Information infolge des Kontrastes der Lumineszenz zwischen den defekten und den nichtdefekten oder geheilten Regionen wiedergegeben.

In dieser Weise in dem Schirm gespeicherte Information hat eine lange Lebensdauer und kann wiederholt durch Bestrahlung mit ultraviolettem Licht wiedergegeben werden. Gewisse Teile der wiedergegebenen Information können auf den neuesten Stand gebracht werden, ohne daß andere Teile zerstört werden müßten.

Vorausgesetzt, daß der Leuchtstoff elektronenlumineszent ist, besteht eine Alternativtechnik zur Wiedergabe der gespeicherten Information darin, den gesamten Schirm mit einem Elektronenstrahl von mäßigem G-esamtstrom zu überfluten. Die Klemme aa in Fig. 2 kann dazu dienen, den Modulator Ma zur Durchführung dieser Funktion zu steuern.

Im Verhältnis zum Beispiel nach Fig. 1 sei erwähnt , daß die elektronische Steuereinrichtung den Strahl bis zu einer Genauigkeit von 1 zu 3000 in dem speziellen erwähnten Beispiel steuern muß. Es sei darauf hingewiesen, daß dies ein Minimalerfordernis ist, da beim Vorliegen eines ganzen Fehlers beispielsweise daa benachbarte Bit anstelle des adressierten

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Bits gelesen würde. Erwünscht ist, daß das Steuersystem für das angegebene Beispiel eine Genauigkeit in der Größenordnung von 1 : 1OOOO aufweisen sollte. Während derartige Genauigkeiten in vergleichbaren Entwürfen von elektronischen Steuereinrichtungen verlangt werden, wird ein derartiger Genauigkeitsgrad nicht als im allgemeinen erreichbar angesehen, wenn eine direkte Ablenkungssteuerung betrieben wird.

Bis zu diesem Haß begrenzt die erreichbare Genauigkeit der elektronischen Strahlsteuereinrichtung die Speicherkapazität. Es ist jedoch eine Technik zur Erzielung einer hohen Genauigkeit der Steuerung.von elektronischen Strahlen bekannt, ohne daß strenge Anforderungen an die elektronische Steuereinrichtung gestellt werden müßten. Dies ist das sogenannte "Fliegenauge", wobei der Elektronenstrahl in zwei Stadien"abgelenkt wird. Im ersten Stadium wird der Elektronenstrahl zu einem ausgewählten Loch in einer Maske geführt, die eine genaue Anordnung von Löchern aufweist. Auf der Ausgangsseite der Maske ist jedes Loch mit einem getrennten weiteren Strahlablenkungssystem versehen. So kann beispielsweise die Maske eine Anordnung von (128) Löcher in einer rechtwinkligen Matrix haben, und das Ablenkungssystem des zweiten Stadiums kann zur Ablenkung eines Strahles aus einem der Löcher zu einer

von beispielsweise (128) getrennten Stellen dienen, die innerhalb einer Fläche in einer Matrix aus getrennten Flächen

angeordnet sind, die jeweils einem der (128) Löcher in der Maske entsprechen.

Die erforderliche Genauigkeit für die erststufige Ablenkung ist daher in der Größenordnung von 1 zu 300 und die für die zweite Stufe in der Größenordnung von beispielsweise 1 zu 500. Mit diesen Genauigkeiten können sicher L ,_"l fehler vermieden werden. Dieses Maß an Genauigkeit bei einer Einrichtung zur elektronischen Ablenkungssteuerung kann

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erreicht warden und die "beschriebene Anordnung würde eine entsprechende Strahlsteuerung für einen Speicher mit einer Kapazität von ungefähr 268 χ 10 Bits liefern.

Die Art und Weise, in welcher die Technik des "Fliegenauges" zur Steuerung eines Elektronenstrahls für einen Binärspeicher in Übereinstimmung mit der Erfindung angewendet 'werden kann, ist in Fig. 3 dargestellt.

In Fig. 3 sind Bauteile, die solchen nach Fig. 1 entsprechen, mit entsprechenden Bezugszeichen, denen noch ein Suffix b zugefügt ist, versehen worden.

■ Ein Vakuumgefäß Eb enthält eine Miniaturelektronenkanone 2b. Das Target der Kanone ist ein Leuchtstoff in der Form einer Platte 4"b aus mit Kalium dotiertem Kaliumiodid. Das Target 4b, die Photokathode 6b, die Impulsformer- und Yerstärkerstufe Ab und die Ausleseklemme db entsprechen direkt der Anordnung nach Fig. 1, ebenso wie der Modulator Mb mit seinen Steuerklemmen ab, bb und cb.

Der von der Elektronenkanone 2b erzeugte Elektronenstrahl wird jedoch auf das Target 4b mittels eines "Fliegenauge"-Systems gesteuert, welches ein primäres X und Y Ablenkungssystem 21 und 22 aufweist, das zur Lenkung des Strahls auf eines aus einer Mehrzahl von Löchern 23 in einer Maske 24 dient.

Die Löcher 23 sind in einer rechtwinkligen Matrix angeordnet und sehr genau gearbeitet, um gleichförmigen Abstand und Größe sicherzustellen.

Auf der Ausgangsseite der Maske ist jedem Loch ein Miniatur-X-Y-Ablenkungssystem zugeordnet. Aus Zeichnungsgründen

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ist nur ein einziges derartiges Miniaturablenkungssystem bei 25 und 26 gezeigt.

Im Hinblick auf die Adresse der.Strahlsteuerung sind natürlich getrennte geeignete Ablenkungssteuersignale für die beiden Stufen der Strahlablenkung erforderlich. Abgesehen davon ist jedoch die Arbeitsweise der Einrichtung nach Fig. 3 genau die gleiche wie die der Fig. 1.

Die Einrichtung nach Pig. 3 kann auch in ein System eingebaut werden, in welchem eine einzige elektronische Steuereinrichtung eine Mehrzahl von Speichern steuert. Eine bevorzugte Anordnung zur Verarbeitung von Wörtern aus 32 Bits würde 32 Speicher umfassen, so daß jedes Bit eines Wortes in einem getrennten Speicher steht und die ganze Anordnung im Hinblick auf alle Bits eines Wortes gleichzeitig betrieben werden könnte.

Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der vorhergehenden Beispiele beschränkt. Während beispielsweise mit Thallium dotiertes Kaliumiodid der bevorzugte Leuchtstoff für don Speicher nach Fig. 1 und 3 ist, und mit Mangan dotiertes Kalium-magnesiumfluorid der bevorzugte Leuchtstoff für die kombinierte Speicher- und Wiedergabeeinrichtung nach Fig. 2 ist, können noch andere passende Leuchtstoffe angewendet werden.

Im allgemeinen kann der Leuchtstoff, welcher aus einem Grundmaterial und einem für die Dotierung vorgesehenen "verunreinigendem" Aktivator besteht, als Grundmaterial ein Alkalihalogenid eines Erdalkali oder eine Mischung oder Kombination dieser Gruppen enthalten, ferner hat der Leuchtstoff den Bedingungen zu genügen, daß er genügend durch Elektronenbestrahlung "beschädigt" und mittels eines Elektronenstrahles hoher Dichte wirksam geheilt werden kann. Das letzte Erfordernis

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impliziert ein System, in welchem Defekte rasch verschwinden, wenn eine thermische oder elektronische Anregung erfolgt. Es wird angenommen, daß der Leuchtstoff ein möglichst einfaches Material sein sollte, da ein kompliziertes Material bei der Ausheilung den ursprünglichen Zustand weniger wahrscheinlich wieder annimmt. Es ist wünschenswert, daß die Defekte bei Raumtemperatur stabil sind. Außerdem ist eine genügende Größe wirksamer Lumineszenz bei Raumtemperatur erforderlich und für einen Binärspeicher ist ein wirksamer Energxetransferprozess wünschenswert, der schnell reagiert und eine große Leuchtausbeute hat. Für die visuelle Wiedergabe ist die Schnelligkeit der Wiedergabe nicht so wichtig, da die G-renze im allgemeinen durch die Trägheit des Auges bedingt wird. Für eine visuelle Wiedergabe ist es wünschenswert, daß die lumineszente Emission des Leuchtstoffes im sichtbaren Teil des Spektrums liegt. Für einen Binärspeicher ist es wünschenswert, daß die Emission in einem Bereich des Spektrums liegt, wo der Detektor (Photokathode) am empfindlichsten ist.

Es wurde gefunden, daß KI/Tl den obig angeführten Erfordernissen für einen Binärspeicher am besten genügt. Ein leichter Nachteil liegt darin, daß zwar der größere Teil der Lumineszenz schnell ist, ein geringer Teil des Lichtes jedoch verzögert /more slowly/ emittiert wird. Dies kann bei gewissen Anwendungen zu Schwierigkeiten führen.

Es wurde gefunden, daß KMgFa(Mn) die obig angeführten Erfordernisse für einen kombinierten Speicher mit visueller Wiedergabe in zufriedenstellender Weise erfüllt.

Bezüglich des Defekt- oder Beschädigungsprozesses ist bemerkenswert, daß derartige Defektstellen beispielsweise durch Röntgenstrahlung oder Protonen anstelle durch Elektronen erzeugt werden können. Elektronenstrahlung wird jedoch in den· vorhergehenden Beispielen wegen der größeren Leichtigkeit der

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Erzeugung, Fokussierung und Steuerung verwendet.

Während die intensivere Elektronenstrahlung zur. Ausheilung der Defektregionen "bevorzugt wird, können auch andere Techniken, z.B. die Laserstrahltechnik, benutzt werden, falls erwünscht und falls damit die erforderlichen Punktionen ausgeführt werden können.

Wenn eine verhältnismäßig kurze Lebensdauer der Speicherung erforderlich ist, (beispielsweise bei der Radarsichtwiedergabe auf Leuchtschirmen) kann eine alternative Technik der Betriebsweise für kombinierte Speicher und Wiedergabe wie folgt verwendet werden: Die mit dem Leuchtstoff beschichtete Oberfläche wird kontinuierlich mit einer die Lumineszenz anregenden Bestrahlung überflutet, beispielsweise ultraviolettem Licht oder Elektronenstrahlung, während die einzuschreibende Information von einem getrennten fokussierten Elektronenstrahl geliefert wird, dessen Intensität zur Erzeugung der Defekte in dem Leuchtstoff ausreicht. Durch geeignete Wahl der Intensität der Überflutungsstrahlung und/oder durch Anordnung eines Zinnoxidfilmes unter dem Leuchtstoff und elektrischer Aufheizung dieses Films, kann die auf den Leuchtstoff einwirkende Wärme /heating effect/ daau benutzt werden, die von dem fokussierten Elektronenstrahl erzeugten Defektstellen relativ langsam auszuheilen.

Es sei darauf hingewiesen, daß die Zerfallsgeschwindigkeit der gespeicherten Information durch Steuerung der Aufheizung eingestellt werden kann.

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche -<rfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Patentansprüche

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Claims

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Patentansprüche

1· Verfahren zur Speicherung von Information, dadurch gekennzeichnet, daß Bereiche unterschiedlicher G-rade oder Zustände bezüglich Strahlungsdefekt auf der Oberfläche eines lumineszenten Leuchtstoffes gebildet werden.

2ο Verfahren zur Speicherung von Information nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff elektronenlumineszent ist.

3 ο Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Hinblick auf hohe Auslesegeschwindigkeit zwei genügend ausgeprägte Grade an Lumineszenz mittels eines abtastenden Elektronenstrahls durch das Verfahren der elektronischen Strahlungsbeschädigung bzw. Defektstellenerzeugung und Elektronenausheilung zur Speicherung binärer digitaler Information angewendet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 31 dadurch gekennzeichnet, daß das Einschreiben von 1—^ 0 mittels eines gepulsten Elektronenstrahls ausgeführt wird, der eine solche Energiehöhe und Leistung pro Impuls aufweist, daß die Temperatur des betroffenen Volumens des Leuchtstoffes über einige hundert G-rad Celsius steigt, wobei optimale Strahlungsbeschädigung bzw. Defektstellenerzeugung und minimale Ausheilung stattfinden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einschreiben von 0—^1 ein gepulster Elektronenstrahl bei einem höheren Leistungsniveau pro Impuls erzeugt wird, so daß die i'emperatur des betroffenen Volumens

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des Leuchtstoffes (welches in Sinne der Binschreibrichtung 1 ^"0 beschädigt ist) bis j~ä der Nähe des Schmelzpunktes des Leuchtstoffes gesteigert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie des Elektronenstrahlimpulses zum Einschreiben von 0—^M nur so groß ist, daß lediglich ein Bruchteil, mindestens jedoch die Hälfte der Strahlungsdefekte ausgeheilt werden.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, unter Verwendung von elektronenlumineszentem Leuchtstoff, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslesen mittels eines gepulsten Elektronenstrahls bewirkt wird, dessen Intensität klein ist, verglichen mit demjenigen des Schreibstrahles für 1—> 0, so daß jeweils von den Defektstellen bzw. geheilten Stellen ein kleiner bzw. ein großer Photonenimpuls abgeleitet wird.

{8ij Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem'der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Elektronenkanone (2, 2b) und ein zugehöriges Strahlablenkungssystem vorgesehen sind, daß ein !Target (4, 4b) eine Platte aus lumineszentem Leuchtstoff aufweist, der von den von der Kanone (2, 2b) stammenden Elektronen beschädigt bzw. innerhalb der erforderlichen Zeit ausgeheilt werden kann, und daß eine Einrichtung (M, Mb) zum Pulsen des Strahls bei verschiedenen Stromwerten, eine Einrichtung (3, 21, 22, 24, 25, 26) zur Lenkung eines Strahls von anregender Strahlung auf das Leuchtstoff target (4"b) und eine Einrichtung (6, 6b), die bezüglich Lumineszenz empfindlich ist und zur Ableitung von Auslesesignalen aus dem Leuchtstoff dient, vorgesehen sind.

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9 β Vorrichtung nach Anspruch 8, "bei welcher der Leuchtstoff elektronenlumineszent ist, dadurch gekennzeichnet, daß Auslesen durch Anregung der Lumineszenz mit einem Elektronenstrahl niedriger Intensität erregt wird, der von der Kanone (2, 2b) stammt.

1O₉ Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanone (2, 2b) und das Target (4, 4b) in einer Vakuumkammer (E, Eb) angeordnet sind, während die lumineszenzempfindliche Einrichtung (6, 6b) in einer getrennten Kammer (5, 5b) angeordnet ist.

11 ο Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Leuchtstoffes (4, 4b) in der Größenordnung von 1 mm ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff (4, 4b) mit einer dünnen Oberflächenschicht aus einem Metall hohen Schmelzpunktes versehen ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die auf Lumineszenz empfindliche Einrichtung eine Photokathode (6, 6b) aufweist.

14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welcher zur kombinierten Speicherung und Wiedergabe von Information eine mit einem lumineszenten Leuchtstoff beschichtete Oberfläche vorgesehen ist, dadurch geikennzeichnet, daß die Lumineszenz des Leuchtstoffes lokal durch einen Strahlungsdefekt gelöscht werden kann, welche beispielsweise durch Bombardierung mit einem Elektronenstrahl erzeugt wird, und daß eine Einrichtung (13» Ma) zur Bildung von Bereichen unterschiedlicher Grade an Strahlungsdefekten des Leuchtstoffes auf dessen Ober-

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fläche (12) und eine Einrichtung (16, 17 oder 13, Ma) zur Anregung der Lumineszenz des Leuchtstoffes vorgesehen sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff ein elektronenlumineszenter Leuchtstoff ist.

16· Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Leuchtstoff auf der Schinnfläche (12) einer Kathodenstrahlröhre (11) aufgeschichtet ist.

17β Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronenstrahlerzeugende und ablenkende System (13, 14» 15) der Kathodenstrahlröhre (11) zur Erzeugung kontrollierter Strahlungsdefekte oder zur De fekt.aushe ilung der Leuchtet off oberfläche dient.

18· Vorrichtung nach Anspruch 16, "bei der ein elektronenlumineszenter Leuchtstoff vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das elektronenstrahlerzeugende und ablenkende System (13,14,15) zur Wiedergabe der auf dem ^ohirm (12) gespeicherten Information dient, indem der Schirm (12) mit einer Elektronenstrahlung überflutet wird, deren Intensität gemäßigt ist.

19· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung (16, 17) zur Bestrahlung der mit Leuchtstoff beschichteten Oberfläche (12) mit ultraviolettem Licht vorgesehen ist·

20. Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenstrahlröhre (11) mit einem Fenster (16) und einer ultravioletten Lampe (17) versehen ist, die so angeordnet ist, daß sie den Schirm (12) durch daß Fenster (16) bescheint.

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21 β Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 "bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der leuchtstoff mit Mangan dotiertes Kalium-Magnesiumfluorid aufweist.

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