DE2012962A1 - Dünnschichtspeicher - Google Patents

Description

6900-69/Kö/S
RCA 61,328
Convention Date:
March 21, 1969

RCA Corporation, New York, NvY..., V.St.A.

Dünnschichtspeicher

Die Erfindung betrifft einen Dünnschichtspeicher.

Für elektronische Datenverarbeitungsanlagen benötigt man Speicher großer Kapazität und annehmbar hoher Arbeitsgeschwindigkeit, deren Informationsinhalt ohne weiteres verändert werden kann. Holographische Speichereinrichtungen (Hologrammspeicher)' wären an sich für diesen Zweck geeignet, da sie eine extrem hohe Bit-Packungsdichte ermöglichen. Das derzeit brauchbarste Speiche£ medium hierfür, nämlich photographischer Film, erlaubt jedoch offenbar nur eine Permanentspeicherung. Es wurde auch bereits die Verwendung von photochromischen (heliochromisehen) Materialien als Speichermedium für die Speicherung von Hologrammen vorgeschlagen. Diese Materialien sind zwar löschbar, befinden sich aber noch in einem frühen Entwicklungsstadium und sind für den technischen Gebrauch nicht geeignet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Speicher und ein Betriebsverfahren hierfür anzugeben, womit dieses Problem gelöst wird.

Der erfindungsgeeäöe Speicher ist ein Dünnschichtspeicher, der Informationen in For« eines Kontpurmusters, das den Intensitäteänderungen eines einfallenden Lichtmustera entsj>richfc,

speichert. Das Kontourmuster kann beispielsweise ein Phasenhologramm sein und mit kohärentem Licht abgelesen werden. Um einzelne Speicherstellen zu löschen, kann man die Speicherschicht an den betreffenden Stellen auf beispielsweise Verdarapfungstemperatur erhitzen. Die Erneuerung einer Speicherstelle erfolgt dadurch, daß man an der betreffenden Stelle eine neue Dünnschicht aufdampft .

In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 das Schema einer Hologrammspeicheranordnung gemäß ^ dem Stand der Technik;

Figur 2 und 3 schematische Darstellungen von Teilen der Anordnung nach Figur Ij

Figur 4 in teilweise perspektivischer Darstellung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Speichers; und

Figur 5 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Teils des Speichers nach Figur 4·

Die bekannte Speicheranordnung nach Figur 1 enthält einen Laserstrahler 12, der das Ablenksystem 16 durch einen halbversilberten Spiegel 14 mit einem Teil eines kohärenten Lichtbündels beaufschlagt. Der andere Teil des Lichtbündels wird vom Spiegel L· durch eine Optik, schematisch angedeutet durch die beiden Linsen l8 und 20, auf einen Spiegel 22 reflektiert. Bei einer Ausführungsform dieser Anordnung reflektiert der Spiegel das Verbreiter^ te Lichtbündel durch einen Diffusor (Lichtstreuungskörper) 24 und das Objekt 26 auf die Maske 28. Die Maske hat eine Öffnung 30, durch die der Bezugsstrahl 32 und ein Teil des Objekt- oder Informationsstrahls 34 hindurchtreten.

Das Objekt 26 kann aus einer "Seite" von Binärinformationen bestehen, wie in Figur 2 veranschaulicht* Während hier nur 16 Bits gezeigt sind, kann diese Seite in der Praxis 10 bis 10 Bits ent halten. Es werden dabei ein Bit des einen Binärwertes, beispiels weise eine binäre "1", durch ein transparentes Quadrat und ein Bit des anderen Binärwortes, in diesem Fall eine binäre "0% durch

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ein opakes Quadrat dargestellt.

Die Maske 28 ist durch einen mechanischen Antrieb in zwei Richtungen verschiebbar, so daß sämtliche der z.B. 10 bis 10 Speicherstellen auf dem Speichermedium 10^;einzeln zugänglich gemacht werden können. Natürlich kann man, wenn in eine andere Speicherstelle eingeschrieben werden soll, jeweils eine andere Seite bei 26 einsetzen. Die Öffnung der Maske oder Blende und die dadurch definierte Speicherstelle können sehr klein sein, z.B.

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in der Größenordnung von einigen mm oder kleiner.

Wenn der Laserstrahler 12 eingeschaltet ist, wird durch das Ablenksystem 16, das z.B. irgendein elektronisches, akustisches oder elektromechanisches Ablenksystem bekannter Art sein kann, der Laserstrahl durch die Öffnung 30 in der Blende 28 auf eine Speicherstelle auf dem Speichermedium 10 gerichtet. Die gleiche Speicher stelle wird außerdem durch einen Teil des Informationsstrahls ausgeleuchtet. Durch die gleichzeitige Ausleuchtung der Oberfläche des Speichermediums 10 mit dem Bezugsstrahl und dem Informationsstrahl wird ein Interferenzmuster erzeugt, das als Hologramm im Speichermedium gespeichert wird.

Als Speichermedium kann u.a. beispielsweise ein photographischer Film verwendet werden, der ein den Lichtstärkeänderungen des Interferenzmusters entsprechendes photographisches Muster speichert. Das Speichermedium 10 kann aber auch einfach ein dünner Metallfilm sein, der durch den Bezugsstrahl und den Informationsstrahl soweit erhitzt wird, daß seine Oberfläche sich verwirft. Und zwar verdampft die Oberfläche selektiv entsprechend dem Intensitätsprofil des Interferenzmusters, so daß ein Dickeprofil verbleibt, das eine Entsprechung des Intensitätsprofils des auf die Oberfläche auftreffenden Lichtes ist. Diese Art von Hologrammuster kann auf Filmen aus Materialien wie Wismut, Mangan oder anderen Metallen oder nichtmetallischen Materialien auf einer Glas- oder Quarzunterlage gebildet werden.

Bei einer bevorzugten Anordnung zur Bildung von Dickeprof11-Hologrammen der genannten Art «kann^; die Bl^nde^ MJ entf allen; Dabei

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hat der Objektstrahl, der hochintensiv ist und einen sehr kleinen Querschnitt hat, einen Hauptteil der für die Bildung des Hologramms erforderlichen Energie, während der diffusere Objektstrahl in dem Bereich, wo die beiden Strahlen auf dem Film sich treffen, weniger Energie hat. Es ist daher das Zusammentreffen der beiden Strahlen erforderlich, um ein Kontourmuster auf dem Bereich des Filmes zu
erzeugen, der weit weniger stark ausgeleuchtet ist, d.h. der Bereich, auf den nur der Objektstrahl auftrifft, wird durch den Objektstrahl nicht beeinflußt. Es ist natürlich vorteilhaft, wenn
die Blende und die mechanische Einrichtung für ihre Einstellung
- entfallen können.

Ein Phasenhologramm der oben beschriebenen Art kann mit Hilfe des Teils 12, 16 der Anordnung nach Figur 1 sowie einer Ableseanordnung 40 abgelesen werden. Die übrigen Elemente 14, 18, 20, 22, 24, 26 können entfernt werden. Der Laserstrahl mit relativ geringer Intensität wird auf eine gewünschte Stelle des Speichermediums gerichtet. Die Ableseanordnung 40 kann an einem zum Ort der Seite 26 beim Einschreiben der Information konjugierten Ort angeordnet
sein. An dieser Stelle ergibt sich das rekonstruierte Bild aus
dem Lichtdurchtritt durch das Hologramm. Stattdessen kann man die Ableseanordnung auch am Ort 26, d.h. am Ort der Seite 26, anordnen, was im Zusammenhang mit der Erfindung vorzuziehen ist. In
fe diesem Fall entsteht das rekonstruierte reelle Bild durch Lichtreflexion vom Hologramm.

Die Ableseanordnung 40 kann u.a. beispielsweise aus einer
Anordnung von Photozellen bestehen, die entsprechend den Informationsbits auf der Seite angeordnet sind. Im vorliegenden Fall
sind 16 solche Photozellen, jeweils axt P bezeichnet, vorgesehen.

Die oben erläuterten bekannten Anordnungen sind zwar an sich brauchbar, haben jedoch in bestimmten Anwendungsfällen einen
schwerwiegenden Nachteil, der sich daraus ergibt, daß die Inform« tion permanent gespeichert wird und folglich der Inhalt des
Speichers nicht ohne weiteres geändert werden kann. Bei de« erfindungsgemäßen Speicher kann dagegen jede Speicheretelle selektiv

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gelöscht und anschließend wieder mit neuer Information besetzt werden.

Figur 4 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Speichers. Während in der Praxis der Speicher voll umhüllt ist, ist in Figur 4 die Umhüllung teilweise entfernt. Der Speicher hat eine Glas- oder Quarzunterlage 50, an welcher eine Anzahl' von sehr kleinen Abteilen vorgesehen ist. Drei dieser Abteile 52, 54 und sind in der Zeichnung sichtbar. Die einzelnen Abteile sind von den Nachbarabteilen jeweils durch Wände aus z.B... einem Isoliermaterial wie Glas getrennt. In Figur 4 sind vier solche Wände 58, 60, 62 und 64 sichtbar. Wie man in Figur 5 sieht, können auch Wände vorgesehen sein, welche die Abteile in Spaltenrichtung trennen.

In jedem Abteil befindet sich ein Heizfaden. In Figur 4 sind drei solche Heizfäden 66, 68 und 70 sichtbar sowie zwei weitere bei 72 und 74 gestrichelt angedeutet. Die einzelnen Heizfäden können jeweils aus einer einzigen Drahtwindung aus hochschmelzendem Metall hohen Widerstands wie Wolfram, das mit dem Speichermaterial beschichtet ist, bestehen. Speichermaterialien, die sich als gut geeignet erwiesen haben, sind Wismut und Mangan. Auch andere Materialien wie Zink, Verbindungen von Wismut, Mangan und Zink in unterschiedlichen Kombinationen oder mit anderen Metallen sowie auch nichtmetallische Materialien sind ebenfalls geeignet. Im allgemeinen sollte das verwendete Material ein niedriges Wärmeleitvermögen und einen niedrigen Siedepunkt haben.

Der Speicher nach Figur 4 hat- außerdem eine Gruppe von X-Leitern, von denen drei Xl, X2 und X3 gezeigt sind, sowie eine Gruppe von Y-Leitern, von denen drei Yl, Y2 und Y3 gezeigt sind. Die einzelnen Heizfäden sind je an ein anderes Leiterpaar angeschlossen. Beispielsweise sind der Heizfaden 66 an die, Leiter Xl und Yl, der Heizfaden 72 an die Leiter Xl und Y2, der Heizfaden 68 an die Leiter X2 und Yl angeschlossen, und so fort. Die X-Lei— ter sind natürlich von den Y-Leitern, beispielsweise durch eine Schicht aus Isoliermaterial 76, isoliert.

Ein erster Treiber 78 ist über einen.Decodierer 80 an die Y-Leiter angeschlossen. Ein zweiter Treiber 82 ist über einen

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Decodierer 84 an die X-Leiter angeschlossen.

Im Betrieb wird der Speicher nach Figur4 am Ort des Speiche£ mediums 10 in Figur 1 mit gegen das Ablenksystem l6 gewandter Glas- oder Quarzplatte angeordnet. Die Ableseanordnung wird am Ort ,des reellen Bildes, d.h. bei 26 angeordnet. Es sei angenommen, daß die Innenseite der Platte 50 anfänglich mit einem dünnen Film aus Wismut beschichtet ist. Das Einschreiben von Information in eine gewünschte Speicherstelle kann in der bereits erläuterten Weise erfolgen, nämlich dadurch, daß ein Objektstrahl und ein Bezugsstrahl auf den Plattenbereich über einem entsprechenden der Ρ Abteile gerichtet werden. Die Strahlen sollten so kurze Dauer und hohe Intensität haben, daß auf dem Film ein Phasenhologramm entsteht.

Das Ablesen der einzelnen Speicherstellen erfolgt ebenfalls in herkömmlicher Weise. Und zwar wird auf die betreffende Speicher^ stelle ein energieschwacher Laserstrahl gerichtet, und die Ableseanordnung bei 26 empfängt das reelle Bild der holographisch gespeicherten Information.

Das Löschen einer Speicherstelle der erfindungsgemäßen Speicheranordnung erfolgt durch Anwendung von Wärme, indem auf die betreffende Stelle beispielsweise ein Bezugslaserstrahl von für w das Entfernen des Filmes an dieser Stelle ausreichender Intensität gerichtet wird.

Nachdem eine Speicherstelle gelöscht ist, kann sie dadurch wieder erneuert werden, daß ein gewählter X-Leiter und ein gewählter Y-Leiter durch die Treiber 78 und 82 mit Ansteuerströmen beaufschlagt werden.· Beispielsweise können der Leiter Xl mit einem Ansteuerstrom in Richtung des Pfeiles 90 und der Leiter Yl mit einem Ansteuerstrom in Richtung des Pfeiles 92 beaufschlagt werden. Wenn diese beiden Leiter durch die Decodierer 80 und 82 gewählt werden, fließt durch den Heizfaden 66 ein Strom, der ausreicht, um das Speicherschichtmetall wie Wismut, das den Wolframfaden imprägniert, durch Entspannen zu verdampfen und auf die Innenfläche der Platte 52 aufzudampfen.

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In der Praxis können die Abteile 52, 54 usw. abgeschlossen

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sein und unter einem Vakuum von 10 mm Hg stehen. Das Wismut kann bei diesem Unterdruck vom Heizfaden bei einer Temperatur von etwa 600 C. verdampfen. Es wurde gefunden, daß eine aufgedampfte Schicht von ungefähr 50 A zufriedenstellend ist. Die für die Gewinnung einer solchen Schichtdicke benötigte Energiezufuhr zum Heizfaden beträgt ungefähr 4 Millijoule. Für das Aufdampfen einer Schicht dieser Dicke wird eine Zeit von ungefähr l/lO bis l/lOOO Sekunde, je nach der angewendeten Energiemenge, dem Abstand zwischen Heizfaden und Substrat usw., benötigt.

Die zeichnerische Darstellung in Figur 4 ist nicht maßstabgerecht und außerdem stark vergrößert. In Wirklichkeit kann der Heizfaden eine Länge von 1 mm oder weniger und einen Querschnitt von etwas weniger als 1 mm haben. Die Heizfäden können durch Anschweißen von Wolframdrähten an die aus der Isolieranordnung 100 herausstehenden Zuleitungsdrähte hergestellt werden.

Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch die Abteile nach Figur 4> wobei zu Erläuterungszwecken hier nur eine Speichermatrix mit neun Speicherstellen gezeigt ist und einander entsprechende Teile in beiden Figuren mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet sind.

Statt daß, wie bei der vorstehend beschriebenen Ausführungsform, das Speichermedium ortsfest angeordnet ist und die Wärme auf verschiedene Teile des Speichermediums gerichtet wird, kann das Speichermedium auch auf der Oberfläche einer Informationsspeicherkarte allgemein bekannter Art angebracht werden. In diesem Falle kann die Anordnung zum Erneuern des Filmes nach dem Löschen der alten Information eine feste Heizstation sein, der die Karte zwecks Oberflächenerneuerung zugeführt wird.

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Claims (7)

1. Patentansprüche

   {Ii Dünnschichtspeicher mit einem auf einem Substrat angebrachten Film, der an verschiedenen Stellen mit Information bespeicherbar ist, gekennzeichnet durch eine Anordnung zum selektiven Löschen der Speicherstellen durch selektives Erhitzen derselben; und durch eine Anordnung (66) zum Erneuern einer gelöschten Speicherstelle durch selektives Aufdampfen eines neuen Filmes an der betreffenden Stelle.
2. 2. Dünnschichtspeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die Anordnung zum selektiven Löschen die gewählte Stelle axt Licht einer für die Verdampfung des Filmes ausreichenden Intensität beaufschlagt.
3. 3. Speicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anordnung zum Erneuern einer gelöschten Speicherstelle aus einer Anordnung von je einem Heizfaden pro Speicherstelle besteht, wobei das aufzudampfende Metall jeweils auf dem Heizfaden angebracht ist.
4. 4· Verfahren zum Löschen und anschließenden Bespeichern eines Dünnschichtspeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ™ gekennzeichnet, daß zum Löschen einer bestimmten Speicherstelle diese mit einer für mindestens die Zerstörung der an dieser Stelle im Film gespeicherten Information ausreichenden Wärmemenge beaufschlagt wirdj daß durch Beaufschlagen einer unmittelbar bei der betreffenden Speicherstelle angeordneten Quelle des Materials, aus dem der Film besteht, mit Wärme ein dünner Film auf diese Speicherstelle aufgedampft wird; und daß an der betreffenden Speicherstelle Information in den Film eingespeichert wird.
5. 5. Verfahren nach Anspruch 4* dadurch gekennzeichnet , daß das Zerstören der gespeicherten Information durch Beaufschlagen der betreffenden Speicherstelle mit

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   - 9 hochintensivem Licht erfolgt.
6. 6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5> d a d u r c h g e"^ kennzeichnet , daß das Erhitzen des Materials durch Beaufschlagen des Materials mit elektrischer Energie erfolgt.
7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch g e k e η nzeichnet, daß das Einspeichern von Information durch Beaufschlagen des Filmes mit einem Lichtmuster von für die Erzeugung eines entsprechenden Kontourmusters im metallischen Film ausreichender Intensität erfolgt.

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