DE1964058A1 - Speicherplatte fuer eine elektrostatlsche Ladungsspeicherroehre - Google Patents

Speicherplatte fuer eine elektrostatlsche Ladungsspeicherroehre

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Description

OR-INQ. DIPL.-INQ. M. SC. DIHL.-F-I-.VS. OR. DIPU-PHYl. HOGER-STELLRECHT-GRIESSBACH-HAECKER PATENTANWÄLTE IN STUTTGART
Aü37 888h 1964058
19. XII. 1969
U.S.S.No. 840,698
PRINCETON ELECTRONIC PRODUCTS, INC.,
Princeton, New Jersey, V.St.ν.A.
Speicherplatte für eine elektrostatische Ladungsspeicherröhre.
Die Erfindung betrifft eine Speicherplatte für eine elektrostatische Ladungsspeicherröhre mit einer Vielzahl von Speicherbereichen aus dielektrischem Material und einer in unmittelbarer Nachbarschaft der Speicherbereiche angeordneten und mit dem Ausgang der
Ladungsspeicherröhre verbindbaren, gitterförmigen Auffangelektrode.
Elektrostatische Ladungsspeicherröhren zum Speichern eines ein
Fernsehbild oder numerische Daten darstellenden Ladungsbildes bestehen im wesentlichen aus einer Speicherplatte zum Speichern der Information eines Schreibsignales, einer Ablenkeinrichtung zum
Auslenken des Schreibsignales, das für gewöhnlich ein Elektronenstrahl ist, auf die Speicherplatte und einerAbleseeinrichtung für die gespeicherte Information am Ausgang der Ladungsspeicherröhre.
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Es ist bekannt, solche Speicherplatten für elektrostatische Ladungsspeicherröhren aus einen Gitter aus leitendem Material herzustellen, das mit einen dünnen Isolierfilm bedeckt ist, oder aus einer kontinuierlichen Schicht aus dielektrischen Material, über die ein Gitter aus leitendem Material gelegt wird. Diese Speicherplatten haben den Nachteil, daß sie wegen der Schichtdicke des Isolierfilmes beziehungsweise des unvermeidbaren Abstandes des leitenden Gitters von der dielektrischen Schicht nur eine begrenzte Empfindlichkeit und wegen des aus fertigungstechnischen Gründen relativ großen Abstandes der einzelnen Gitterdrähte untereinander nur ein begrenztes Auflösungsvermögen aufweisen.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Speicherplatte zu schaffen, die einfach und in Massenfabrikation herstellbar ist, die eine höhere Empfindlichkeit und ein größeres Auflösungsvermögen aufweist, als die bisher bekannten Speicherplatten, und die erschütterungsunempfindlich ist und damit äußerst betriebssicher arbeitet.
Dies wird bei einer Speicherplatte der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß die Auffangelektrode und die Speicherbereiche als rasterförmig verteilte, abwechselnd leitende und isolierende Bereiche in im wesentlichen koplanaren dünnen Schichten ausgebildet und daß die leitenden Bereiche elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Die vorteilhaften Eigenschaften dieser Speicherplatte lassen sich nach einem anderen Merkmal der Erfindung noch dadurch weiter steigern, daß die leitenden Bereiche aus Silizium und die isolierenden Bereiche aus Silizium-Dioxid bestehen. Dies hat den Vorteil, daß sich infolge der hohen Sekundärelektronenausbeute
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eine besonders hohe Enpfindlichkeit erzielen läßt. Darüberhinaus gibt diese Maßnahme die Möglichkeit, ein gespeichertes Ladungsbild ohne Regenerierung über einen Zeitraum von etwa IO Minuten hinweg kontinuierlich auszulesen oder für einen Zeitraun, der eine troche übersteigt, zu speichern.
Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung lassen sich dadurch besonders geringe Abmessungen der einzelnen Bereiche und damit ein noch höheres /Auflösungsvermögen erzielen, daß die isolierenden Bereiche genetisch aus einer Schicht des Materials der leitenden Bereiche gebildet sind.
Die Speicherplatte kann aus einer leitenden und einer isolierenden Schicht bestehen, die ohne Zwischenraum übereinanderliegen. Dabei können dann entweder die leitenden Bereiche durch öffnungen in der isolierenden Schicht oder die isolierenden Bereiche durch öffnungen in der leitenden Schicht gebildet sein.
Sehr vorteilhaft ist es, wenn die leitenden und isolierenden Bereiche als abwechselnd leitende und isolierende Streifen ausgebildet sind. Hierdurch wird einmal das für die Empfindlichkeit maßgebliche Verhältnis der Fläche der isolierenden Bereiche zu derjenigen der leitenden Bereiche un einen Faktor 3 vergrößert, aber vor allen wird das Auflösevernögen in Richtung der Streifen ganz erheblich gesteigert. Diese Maßnahme hat den v/eiteren Vorteil, daß durch sie die Gefahr von Störungen durch !lebenschlüsse zwischen und Risse in den isolierenden Bereichen beträchtlich verringert wird. In diesem Falle ist es besonders vorteilhaft, wenn die Speicherplatte in der Ladungsspeicherröhre in Richtung zu den isolierenden Streifen abtastbar ist. Die Erfindung ist jedoch mit Vorteil auch dann anzuwenden, wenn die isolierenden Bereiche allseitig von leitenden Bereichen umschlossen sind.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einiger in den beigefügten Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Schnitt durcheine elektrostatische
Ladungsspeicherröhre mit einer Speicherplatte nach der Erfindung,
Fig. 2 eine Draufsicht auf eine Speicherplatte mit
abv/echselnd leitenden und isolierenden Streifen,
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 nach Fig. 2,
Fig. 4 Schnittdarstellungen zur Erläuterung eines
Verfahrens zur. Herstellen der Speicherplatte nach der Erfindung,
Fig. 5 eine Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung,
Fig. 6 einen Schnitt entlang der Linie 6-6 nach Fig. 5 und
Fig. 7
und 8 einen Schnitt ähnlich den nach Fig. 6 durch zwei weitere Ausführungsbeispiele der Erfindung.
In Figur 1 ist eine allgemein nit IO bezeichnete elektrostatische Ladungsspeicherröhre dargestellt. Sie enthält eine Umhüllung 12., ein Steuergitter 14, eine Kathode 16, eine Eeschleunigungsanode eine Wandanode 20, eine Speicherplatte 22, welche aus einer Unterlage 24 und einer f!osaikschicht 26 besteht, eine Ablenkspule 28,
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eine Fokusierspule 30, einen Ausgangsanschluß 32 und ein Gitter 34.
Das Schreibsignal wird entweder durch Ablenkung des von der Kathode 16 ausgesandten Elektronenstrahles in XY-Richtung oder durch Z-Achsen-Modulation eines Abtastrasterstrahles an die Speicherplatte 22 angelegt. Das Lesesignal ist in beiden Fällen ein normaler, auf die Speicherplatte 22 gerichteter Abtastrasterstrahl. Beim Lesen kann an dem Ausgangsanschluß 32 ein Strom entnommen werden, der dem Ladungsbild auf· der Speicherplatte proportional ist, wenn der Abtastrasterstrahl über die Speicherplatte 22 geführt wird.
Während des Lesens v/irkt die isolierende Ilosaikschicht 26 der Speicherplatte 22 im wesentlichen wie ein koplanares Gitter, so daß der Strom in den leitenden Bereichen umso niedriger ist, je negativer das Potential in den isolierenden Bereichen ist. Durch ein ausreichend hohes negatives Potential in den isolierenden Bereichen ist es möglich, den Strom zu den leitenden Bereichen vollständig zu unterdrücken.
Um das gespeicherte Signal zu löschen, ist es notwendig, in der isolierenden Mosaikschicht wieder eine gleichförmige Ladung zu erzeugen. Diese Ladung kann positiv, negativ oder null sein, dies hängt von den Anforderungen des ibhreibverfahrens ab. Für das eben beschriebene Schnellschreibverfahren ist es. erforderlich, daß auf der isolierenden Mosaikschicht nach dem Löschen eine gleichförmige, stark negative Ladung vorhanden ist. Wenn das Langsamschreibverfahren, das sogenannte Gleichgewichtsverfahren, verwendet wird, muß nach dem Löschen auf der isolierenden Mosaikschicht die Ladung Null oder eine leicht negative Ladung vorhanden sein.
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In den Figuren 2 und 3 ist ein bevorzugstes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Sie zeigen eine Speicherplatte 4o, die aus einer leitenden Unterlage 42 und aus isolierenden Streifen 44 besteht. Die leitende Unterlage 42 kann aus einem Metall, wie Aluminium oder Tantal, oder aus einem dotierten Halbleiter, wie Silizium, bestehen. Das Silizium kann p- oder η-leitend sein. Die isolierenden Streifen bestehen vorzugsweise aus dem Oxid der leitenden Unterlage. Im Falle des Siliziums bestehen die isolierenden Bereiche aus Siliziumdioxid.
Eine derartige Speicherplatte, in welcher die abwechselnd leitenden und isolierenden Bereiche als Streifen ausgebildet sind, hat gegenüber anderen Speicherplattenausführungen, wie sie zum Beispiel in den Figuren 5 bis 8 dargestellt sind, einige Vorteile. Wenn das Mosaik, wie in den Figuren 5 und 6 an einer Speicherplatte 50 dargestellt, aus kissenförmigen, isolierenden Bereichen 54 auf einer leitenden Unterlage 52 ausgebildet ist, kann eine solche Speicherplatte nur mit bestimmten Einschränkungen betrieben werden.
Die freiliegenden, leitenden Bereiche 52 bestehen aus einem sich kreuzenden Gitter von vertikalen und horizontalen Streifen. Bei einem solchen, gewissermaßen doppelten Gitter ist die Möglichkeit von Störungen durch überbrückungen oder Unterbrechungen der isolierenden Bereiche größer. Weiterhin wird durch die Struktur der Speicherplatte, und zwar durch die vertikalen und horizontalen Abstände, sowohl die horizontale als auch die vertikale Auflösung bestimmt.
Um eine möglichst große Auflösung in der Anordnung nach den Figuren 5 und 6 zu erreichen, müssen die horizontalen Abmessungen A und B der leitenden und der isolierenden Bereiche so klein v/is möglich gemacht werden. Wenn die minimale, mit der Kantenauf-
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lösung verträgliche Abmessung rait C bezeichnet wird, muß A = C und B=C, also A=B=C gemacht werden. Dann ist jedoch das Verhältnis der leitenden Fläche zu*der isolierenden Fläche 3:1, was für Cpeicherzvecke sehr ungünstig ist. Diese Diskrepanz zwischen den leitenden Bereichen und den isolierenden Bereichen bewirkt eine ungleichförmige und relativ schlechte Steuerung des Lesestrahles durch das gespeicherte Ladungsbild.
Bei der verbesserten Struktur der Anordnung nach den Figuren 2 und 3 ist die Breite der isolierenden Streifen 4 4 und der leitenden Streifen 43 etwa gleich. Bei dieser streifenförmigen Ausbildung können die Abmessungen zur Krzielung maximaler Auflösung gleich und so klein wie möglich gemacht werden, während gleichzeitig ein Flächenverhältnis von 1 : 1 aufrechterhalten wird. Dieses Verhältnis ist für die Steuerung des Lesestrahles optimal. Darüber hinaus besteht ein weiterer Vorteil darin, daß die Auflösung in Längsrichtung der Streifen nicht mehr durch die Struktur der Speicherplatte begrenzt ist, wenn der Elektronenstrahl die Speicherplatte senkrecht zu der Längsrichtung der Streifen abtastet, wodurch eine noch höhere Auflösung erzielt wird. Da gewissermaßen nur ein einziges Gitter verwendet wird, ist auch nur in einer Richtung das Auftreten von Unterbrechungen oder Uberbrückungen möglich, nämlich quer zu den Streifen.
Vorzugsweise wird die Speicherplatte nach den Figuren 2 und 3 aus dotiertem Silizium und Siliziumdioxid hergestellt. Die leitenden Bereiche bestehen dabei aus dotierten Silizium, das entweder p- oder η-leitend ist, und die isolierenden Bereiche aus Siliziumdioxid. Besonders ausgezeichnete Ergebnisse werden mit Speicherplatten dieser Art erzielt, wenn die Siliziumdioxidschicht genetisch aus dem Silizium gebildet wird. Unter einer genetisch gebildeten Schicht versteht man eine solche, in welcher die Isolierschicht aus dem leitenden Basis- oder Unterlagenmaterial gebildet
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ist. Dies kann zum Beispiel dadurch erfolgen, daß das Silizium in eine chemische Lösung, wie von η-Methyl- Azetamid oder einer ähnlichen Verbindung, getaucht und an das Silizium eine Spannung angelegt wird, wodurch das Silizium anodisch oxidiert wird. Zur genetischen Bildung der Isolierschicht können aber auch andere Verfahren verwendet werden.
In Figur 4 ist ein Verfahren zum Herstellen einer Speicherplatte nach der Erfindung mit genetisch gebildeter Isolierschicht dargestellt. Zunächst wird eine Scheibe aus dotiertem Silizium mit einem Lösungsmittel sorgfältig gereinigt, um alle Oberflächen-Störstellen und -verunreinigungen zu beseitigen. Dann wird die Scheibe bei einer Temperatur zwischen 1100 und 1250° C anodisch oxidiert, so daß auf einer Siliziumunterlage 60 eine Siliziumdioxidschicht 62 hoher Qualität gebildet wird. Die Schicht 62' ist ungefähr 1 Mikron stark.
Die Oberfläche der Siliziumdioxidschicht 62 wird nun mit einem fotoempfindlichen Lack 64 abgedeckt. Dieser wird nun durch eine optische Maske mit dem gewünschten Muster belichtet und entwickelt, wobei die nicht belichteten Teile des fotoempfindlichen Lackes entfernt werden. Die nun freiliegenden Teile der Siliziumdioxidschicht 62 werden dann mit verdünnter Flußsäure entfernt und die belichteten Teile des fotoempfindlichen Lackes 64 von den Oberflächen der Siliziumdioxidstreifen abgezogen. Hierdurch ist die Unterlage aus leitendem Silizium mit einer Mosaikschicht aus isolierenden Siliziumdioxidstreifen versehen worden. In der Anordnung nach den Figuren 2 und 3 ist die Breite der Streifen 4 3 von der Größenordnung 3 bis 7 Mikron.
Obwohl die Erfindung vorzugsweise mit streifenförmigen Bereichen gemäß Figur 2 und 3 durchgeführt wird, läßt sie sich vorteilhaft auch rait dein in den Figuren 5 und 6 dargestellten Muster für das
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Silizium und das Siliziumdioxid auf der Speicherplatte anwenden.
In Figur 7 ist eine Speicherplatte dargestellt, in welcher eine leitende Unterlage 70 mit einem Isolierfilm 72 und dieser mit öffnungen 73 versehen ist. Diese öffnungen 73 bilden die leitenden Bereiche und die verbliebenen Teile der Isolierschicht 72 die isolierenden Teile der Speicherplatte.
Im Gegensatz hierzu ist in Figur 8 eine Unterlage 74 dargestellt,
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die aus isolierendem Material bsteht und eine leitende Schicht trägt, die mit öffnungen 77 versehen ist. Hier bilden die öffnungen 77 die isolierenden Bereiche und die verbliebenen Teile der leitenden Schicht 76 die leitenden Bereiche der Speicherplatte.
Die Anordnungen nach den Figuren 7 und 8 können mit den in den Figuren 2 und 5 dargestellten Mustern oder mit anderen gewünschten Mustern verwendet werden.
Die gemäß Vorstehendem ausgebildete Speicherplatte wird in eine elektrostatische Ladungsspeicherröhre bekannter Bauart eingesetzt. Im folgenden wird die Arbeitsweise der so gebildeten Anordnung kurz beschrieben.
Zum Schreiben wird die Speicherplatte 22 auf etv/a + 250 V und das Gitter 14 auf ungefähr -6OV gehalten. Die zu speichernde Information wird dem Gitter 14 als Signal mit ungefähr 10 V pp zugeführt. Unter diesen Umständen kann die gesamte Information einer Speicherplatte in einer dreißigstel Seikunde geschrieben werden, so daß diese gerade ein Fernsehbild speichern kann.
Zum Lesen wird die Spannung an der Speicherplatte 22 auf ungefähr + 8 V herabgesetzt. Die Speicherplatte 22 wird dann mit einem üblichen Abtastraster abgetastet. Dabei wird die Spannung am
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Gitter 14 so eingestellt, daß an dem Ausgangsanschluß 32 ein Ausgangsstrom von ungefähr 200 nA zur Verfügung steht. Unter diesen Umständen ist ein kontinuierliches Lesen für einen Zeitraum von mehr als 10 Minuten möglich. Wenn die Lesesignale kleiner gewählt v/erden, ist eine noch längere Speicherzeit erzielbar. Wegen der hohen dielektrischen Relaxationszeit des Siliziumdioxids kann die Speicherzeit bei abgeschaltetem Elektronenstrahl mehr als eine Woche betragen.
Das auf der Speicherplatte 22 gespeicherte Signal kann dadurch gelöscht werden, daß an die Speicherplatte 22 ungefähr + 20 V und an dan Gitter 14 ungefähr 0 V angelegt werden, v/odurch ein maximaler Strahlstron erreicht wird, und die zu löschende Fläche abgetastet wird. Nunmehr ist die gelöschte Fläche ohne einen weiteren Vorbereitungstakt für die Aufnahme neuer Information bereit.
Während des Schreibens wird die Spannung an der Speicherplatte auf ungefähr + 250 V gehalten. Bei dieser Spannung erzeugen die auf die Siiiziumdioxidschicht 26 auftreffenden Elektronen des Elektronenstrahles Sekundärelektronen in einem Verhältnis von 5 : 1, so daß der resultierende Elektronenstrom auf das Siliziumdioxid negativ ist. Wenn die Spannung an der Speicherplatte weiter erhöht wird, verringert sich die Sekundärelektronenausbeute wiedar, weil die Sekundärolektronen tief im Innern der Siiiziumdioxidschicht gebildet werden und nur schwer aus dieser entweichen können. Das Schreiben wird im flachen Teil der Kennlinie durchgeführt, welche den Elektronenstrom zum Siliziumdioxid in Abhängigkeit von der Spannung an der Speicherplatte darstellt, und zwar bei ungefähr + 250 V. Zwischen lOOO und 2000 V weist die Kennlinie einen weiteren flachen Teil auf.
Das Schreiben wird im flachen Teil der Kennlinie durchgeführt, damit die Oberfläche des Siliziumdioxids positiv geladen wird.
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Die positive Ladung ist dabei der Anzahl der auf diesem Bereich der Speicherplatte auftreffenden Elektronen proportional. Hierdurch ergibt sich eine positive und lineare Abhängigkeit zwischen dem Strahlstrom und der positiven Ladung auf der Speicherplatte.
Während des Lesens wird die die Unterlage 24 bildende Siliziumscheibe und damit die leitenden Bereiche der Speicherplatte 22 auf ein Potential herabgesetzt, welches die isolierenden Bereiche 26 gegenüber der Kathode 16 negativ werden läßt. Die Gebiete, die stark negativ sind, verhindern einen Stronfluß zu dem Silizium völlig, was dem Schwarzwert des Bildes entspricht. Die Gebiete, die nur schwach negativ sind, ermöglichen jedoch einen beträchtlichen Stromfluß zu dem Silizium, was dann dem Weißwert entspricht. Da das Ausgangssignal der Speicherplatte 22 erforderlichenfalls elektrisch invertiert werden kann, können auch die stark negativen Gebiete, bei denen kein Strom fließt, dem Keißwert und die schwach negativen Gebiete mit einem beträchtlichen Stromfluß dem Schwarzwert entsprechen.
Beim Löschen wird die Oberfläche der isolierenden Bereiche gleichförmig auf einen negativen Wert aufgeladen, so daß wegen der abstoßenden Wirkung des koplanaren isolierenden Gitters kein Elektronenstrom auf die leitende Unterlage fließen kann.
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Claims (9)

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Patentansprüche
Speicherplatte für eine elektrostatische Ladungsspeicherröhre mit einer Vielzahl von Speicherbereichen aus dielektrischem Material und einer in unmittelbarer Nachbarschaft der Speicherbereiche angeordneten und mit dem Ausgang der Ladungsspeicherröhre verbindbaren, gitterförmigen Auffangelektrode, dadurch gekennzeichnet, daß die Auffangelektrode und die Speicherbereiche als rasterförmig verteilte, abv/echselnd leitende (43) und isolierende Bereiche (4 4) in in wesentlichen koplanaren dünnen Schichten ausgebildet und daß die leitenden Bereiche (43) elektrisch leitend miteinander verbunden sind. :
2. Speicherplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden Bereiche (43) aus Silizium und die isolierende Bereiche (44) aus Siliziun-Dioxid bestehen.
3. Speicherplatte nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierenden Bereiche(44) genetisch aus einer Schicht des Materiales der leitenden Dereiche (43) gebildet sind.
4. Speicherplatte nach Anspruch 1, 2 uJer 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherplatte aus einer leitenden Schicht (70) und einer darüverliegenden isolierenden Schicht (72) besteht
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und daß die leitenden Bereiche durch Öffnungen (73) in der isolierenden Schicht (72) gebildet sind.
5. Speicherplatte nach Anspruch 1,2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherplatte aus einer isolierenden Schicht (74) und einer darüberliegenden leitenden Schicht (76) besteht und daß die isolierenden Bereiche durch Öffnungen (77) in der leitenden Schicht (76) gebildet sind.
6. Speicherplatte nach einen der.vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die leitenden und isolierenden Bereiche als abwechselnd leitende (43) und isolierende Streifen (44) ausgebildet sind.
7. Speicherplatte nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherplatte (10) senkrecht zu den isolierenden Streifen (44) abtastbar ist.
8. Speicherplatte nach Anspruch 6 , dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherplatte in der Ladungsspeicherröhre (10) in Richtung der isolierenden Streifen (44) abtastbar ist.
9. Speicherplatte nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierenden Bereiche (54) allseitig von leitenden Bereichen (52) umschlossen sind.
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DE19691964058 1969-07-10 1969-12-22 Speicherplatte fuer eine elektrostatische ladungsspeicherroehre Withdrawn DE1964058B2 (de)

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