DE2235969A1

DE2235969A1 - Ferroelektrischer speicher und verfahren zu seinem betrieb

Info

Publication number: DE2235969A1
Application number: DE2235969A
Authority: DE
Inventors: Armand Prof Hadni; Robert Thomas
Original assignee: Agence National de Valorisation de la Recherche ANVAR
Current assignee: Bpifrance Financement SA
Priority date: 1971-07-23
Filing date: 1972-07-21
Publication date: 1973-02-01
Also published as: JPS4919739A; FR2146903B1; GB1339094A; FR2146903A1; NL7210149A; US3820088A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen ferroelektrischen Speicher und ein Verfahren zu seinem Betrieb. -

Bekanntlich hängt die Leistungsfähigkeit von elektronischen Rechenanlagen, Fernsprechvermittlungen und anderen Systemen zur Verarbeitung von Daten oder Informationen von der Kapazität, der Geschwindigkeit und der Betriebssicherheit ihres oder ihrer Speicher ab. .

Heuzutage werden vor allem magnetische Speicher, und zwar Magnetringkerne, Magnetbänder, Magnetplatten oder Magnetkarten, oder Speicher mit integrierten Schaltkreisen· mit MOS-Sransistoren verwendet. '

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Ein Nachteil heutiger schneller Speicher mit Magnetringkernen oder integrierten Schaltkreisen besteht darin, daß sie verhältnismäßig teuer werden, wenn es sich um das Speichern einer großen Anzahl von Daten handelt, wie es häufig der Pail ist. So kostet ein Ferritkernspeicher ungefähr PM 0,037binärer Informationseinheit oder bit.

Es ist daran gedacht worden, ferroelektrisch^ Speicher zu verwenden (wobei Ferroelektrizität die !Transposition des Magnetismus in den elektrischen Bereich ist, und ein ferroelektrisches Material einem ferromagnetischen Material entspricht), aber diese Speicher besitzen, abgesehen von ihren hohen Herstellkosten pro bit, bislang die beiden Nachteile, daß ihre Kapazität verhältnismäßig gering und das Lesen zerstörend ist (das gelesene bit wird gelöscht), was auf ihren Aufbau zurückzuführen ist.

Eine Ausführungsform eines ferroelektrisch^ Speichers bekannter Bauart ist in Pig. 1 der Zeichnung perspektivisch dargestellt.

Dieser Speicher umfaßt im wesentlichen ein Plättchen A aus einem ferroelektrischen Material, das im allgemeinen die Form eines den drei senkrecht aufeinander stehenden Achsen OXYZ folgenden rechtwinkligen Parallelepipeds besitzt und senkrecht zu seiner ferroelektrischen Achse OY zugeschnitten ist, und zwei Systeme paralleler Leiter, deren erstes (System der Leiter B₁, Bg, B^...) parallel zur Achse OX auf der unteren Fläche des Plättchens A angebracht ist und deren zweites (System der Leiter C^, Cp» C, ) parallel zur Achse OZ auf der oberen Fläche des Plättchens A angebracht ist. Auf diese Weise wird auf dem Plättchen A eine Matrix von Prismen der Achse OY festgelegt, wie etwa das Prisma D.c zwischen dem Leiter B, und dem Leiter Cc.

Wird zwischen den Leitern B„ und Cr- eine Potentialdifferenz von bestimmtem Wert angelegt und befindet sich der Leiter B.

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auf dem positiven. Potential, so.wird das Prisma JD^ einem in der Richtung OY ausgerichteten elektrischen PeId unterworfen und polarisiert sich daher in die Richtung OY, was definitionsgemäß dem Einschreiben einer "1" in den Matrizenspeicher entspricht, der ri'.m. -Positionen aufweist, wenn η die Anzahl der Leiter B und m die Anzahl der leiter C bezeichnet. ' In ihrer anfänglichen Polarisation in der Richtung YO stellen die Prismen andererseits eine "0" dar.

Bei einem derartigen Speicher erfolgt das lesen, indem durch Anlegen einer Potentialdifferenz umgekehrter Polarität zwischen

den leitern B. und Gv- in dem Prisma D._c ein elektrisches Feld 4 i> 4?

erzeugt wird, dessen Richtung der Richtung beim Einschreiben entgegengesetzt ist und - da eine "1" eingeschrieben war - durch Umkippen der Polarisation des Prismas hervorgerufene Strom festgestellt wird. Da es jedoch bei der Ferroelektrizität kein wirkliches Koerzitivfeld gibt, wie dies beim Ferromagnetismus der Pail ist, führt ein über längere Zeit oder durch wiederholte Impulse angelegtes schwaches Feld von umgekehrter Richtung (yo) zum endgültigen Umkippen des ferroelektrischen Bereichs des einzelnen Prismas und daher zum löschen der eingeschriebenen "1'¹V Das lesen, zumindest das wiederholte lesen, ist also zerstörend. Schließlich ist ein derartiger Speicher nicht sicher, was einen schwerwiegenden Hachteil darstellt.

Es ist festgestellt worden, daß bestimmte ferroelektrische Materialien, wie Glykokollsulfat, nur ein teilweises und vorübergehendes Umkippen erfahren, wenn das elektrische Feld umgekehrter ■ Richtung nur für eine Zeit angelegt wird, die kurzer als einkritischer Zeitwert t* ist (G.¥.Taylor - Utilization of the t* partial Switching Properties of Ferroelectrics in Memory Devices - IEEE Trans, on Electronic Computers, Bd. EC-I4, Nr.6 (1965) 881). Aufgrund dessen wird jedes lesen bei einem derartigen ferroelektrischen Material durchgeführt, indem das umgekehrt gerichtete Feld beim lesen weniger lange.als t* angelegt wird.

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Es kann also mehrmaliges Lesen ohne Löschen erfolgen. Jedoch erfordert eine derartige Technik nicht nur sehr empfindliche und schnell ansprechende Einrichtungen zum Lesen (um während der kurzen Lesezeit, die kleiner als t* ist, das Lesesignal nachzuweisen), sondern vor allem das Vorhandensein der Systeme von Leitern B und C, was zu einer Begrenzung der auf einer gegebenen Oberfläche einschreibbaren bits und hohen Herstellkosten führt , da es erforderlich ist, die Pptentialdifferenzen zwischen einem bestimmten Leiter B und einem bestimmten Leiter C jedes Systems selektiv anzulegen. Daher haben sich die ferroelektrisDhen Speicher, sogar bei Anwendung des t*-Effekts, nicht entwickelt.

Ziel der Erfindung ist, unter Beseitigung der genannten Nachteile, ein ferroelektrischer Speicher von einfachem Aufbau und großer bit-Dichte/cm (da er die beiden Netze orthogonaler Leiter nicht aufweist) zum nicht zerstörenden und empfindlichen Lesen, bei dem im Prinzip keine Potentialdifferenz angelegt wird, welche die Gefahr des Umklappens der Polarisation der verschiedenen Prismen mit sich bringt. Der Speicher arbeitet überdies schnell und sicher.

Ein gemäß der Erfindung ausgebildetet Speicher kann auch zum Anzeigen und zum Speichern von Bildern verwendet werden.

Der erfindungsgemäße ferroelektrische Speicher ist gekennzeichnet durch ein dünnes Plättchen aus einem ferroelektrischen Material, das senkrecht zu seiner ferroelektrischen Achse zugeschnitten und auf seinen beiden, zu dieser Achse senkrechten großen Oberflächen metallisiert ist, durch eine Einrichtung, die zwischen diese beiden Oberflächen wahlweise eine erste oder eine zweite Potentialdifferenz verschiedenen Betrags und entgegengesetzter Richtung anlegt, durch einen zwischen die beiden metallisierten Oberflächen des Plättchens schaltbaren Belastungswiderstand, durch eine Einrichtung, die den Lichtpunkt eines

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Laserstrahls gewünschter Intensität auf die eine der beiden metallisierten Oberflächen des Plattehens bündelt, wobei diese Oberfläche aktiv ist, und mit dem Lichtpunkt diese aktive Oberfläche des Plättchens überstreicht, wobei der Strahl sowohl zum Einschreiben wie zum Lesen von Informationen des Speichers vorgesehen ist, und durch eine Einrichtung, die das Fließen und die Richtung des Fließens eines Stroms in dem Widerstand feststellt, wenn dieser zwischen die beiden Oberflächen geschaltet ist.

Vorzugsweise ist der Betrag der zweiten Potentialdifferenz, deren Richtung der der ersten entgegengesetzt ist, etwas geiinger als, der einem Koerzitivfeld entsprechende Betrag, bei dem die Polarisationen der Bereiche des Plättchens umkippen würden, wobei die Intensität des auf einen Bereich gebündelten Laserstrahls bei Anlegen dieser zweiten. Potentialdifferenz das Herabsetzen des Koerzitivfelds bis zum Umkippen der Polarisation des beleuchteten Bereichs gestattet.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb des Speichers für das Einschreiben und das Lesen von Informationen in Form der Binärziffern O oder 1 ist dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die metallisierten Oberflächen die erste Potentialdifferenz, deren Betrag am höchsten ist, angelegt wird, so daß alle ferroelektrischen Bereiche des Plättchens in derselben Richtung polarisiert werden, daß für das Einschreiben einer der beiden Binärziffern einerseits die zweite Potentialdifferenz, deren Richtung der der ersten entgegengesetzt ist, zwischen die metallisierten Oberflächen angelegt wird, und andererseits der Lichtpunkt des Laserstrahls auf den Punkt oder die Speicherzelle der aktiven Oberfläche gerichtet wird, auf die das Einschreiben der Binärziffer erfolgen soll, so daß der unter dem Punkt liegende ferroelektrisch^ Bereich zum Umkippen aus seiner vorherigen Polarisationsrichtung in die. entgegengesetzte Polarisationsrichtung gebracht wird, und daß für das Lesen einerseits der Laserstrahl

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auf den zu lesenden Punkt oder die zu lesende Zelle gerichtet wird, und andererseits der Widerstand zwischen die beiden metallisierten Oberflächen geschaltet wird, so daß ein Strom durch den Widerstand hindurchfließt, v/obei die Richtung des Stroms, die von der Polarisationsrichtung des unter dem Lichtpunkt liegenden ferroelektrischen Bereichs abhängt, die auf den Punkt eingeschriebene Binärziffer anzeigt, und wobei das Lesen durch eine Einrichtung ausgeführt wird, die das Fließen und die Richtung des Fließens des Stroms feststellt.

Die Binärziffer 1 wird beispielsweise den Punkten zugeordnet, auf die der Lichtpunkt des Lasers aufgetroffen ist und bei denen infolgedessen die Polarisationsrichtung des entsprechenden ferroelektrischen Bereichs umgekippt ist. Dann entsprechen die 0 den Bereichen, die ihre anfängliche Polarisationsrichtung beibehalten haben, d.h. die Punkte, auf die der Lichtpunkt des Lasers nicht aufgetroffen ist.

Bei einem Plättchen aus Glykokolsulfat, dessen zwei zur ferroelektrischen Achse senkrechten Oberflächen jeweils mit einer Metallschicht bedeckt sind, wobei die eine Metallschicht eine zum Absorbieren der Strahlung ausreichend geringe Dicke besitzt und dessen ferroelelcfcrische Bereiche in die gleiche Richtung polarisiert sind, ist überraschend festgestellt worden, daß ein Umkippen des entsprechenden Bereichs durch Richtungsänderung seiner Polarisation erfolgt, wenn dieses Plättchen gleichzeitig

- einer intensiven und eingegrenzten Bestrahlung auf die mit der dünnen, absorbierenden Schicht bedeckte Oberfläche und

einer zwischen den beiden Metal!schichten angelegten Potential differenz von geeignetem Betrag und geeigneter Richtung

ausgesetzt wird. Unter der Voraussetzung, daß der Laserstrahl Wirksam eingesetzt wird, d.h. beim Einschreiben einer "1" nicht verdeckt wird, läßt sich sagen, daß das Umkippen eines Bereichs dem Einschreiben einer "1" entspricht. Andererseits genügt es,

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den Laserstrahl im Verlauf seines ÜberStreichens zu unterbrechen, wenn eine "O" eingeschrieben werden soll. In diesem Pail kippt der Bereich nicht um, auch wenn die vorstehend genannte Potentialdifferenze vorhanden ist, was darauf zurückzuführen ist, daß zum Umkippen eines Bereichs die intensive Beleuchtung und das Anlegen der geeigneten Potentialdifferenz gleichzeitig erforderlich sind. ·

Weiterhin ist gefunden worden, daß nach dem Einschreiben der gewünschten "1" oder "O" in die verschiedenen Punkte· oder Zellen des Plättchens beim sukzessiven Beleuchten jedes dieser Punkte oder jeder dieser Zellen ein zwischen die beiden Metallschichten geschalteter Widerstand (beispielsweise in der Größenordnung von 1000 0hm) von einem elektrischen Strom durchflossen wird, dessen Richtung von der Polarisationsrichtung des Bereichs abhängt, der sich in demselben Augenblick unter dem Lichtpunkt des Lasers befindet* Es ist also auf sehr einfache Weise möglich, jede Speicherzelle mit Hilfe einer Einrichtung zu lesen, die das Fließen des Stroms und die Richtung des Stromflusses in dem Widerstand feststellt.

Außerdem hat sich gezeigt, daß der Speicher sowohl zum Einschreiben wie zum Lesen unter den besten Bedingungen arbeitet, wenn der Laserstrahl moduliert wird. '

Die Erfindung wird im folgenden anhand von beispielsweisen Ausführungsfonnen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Pig. 1 den bereits beschriebenen Stand der Technik;

Pig. 2 und 3 zwei Ausführungsformeii des erfindungsgemäßen Speichers;

Pig. 4 ein dünnes Plättchen aus ferroelektrischem Material in vergrößertem Maßstab; - ·

Pig. 5,6 und 8 die Vorbereitung des Plättchens des Speichers, das Einschreiben einer "1" auf das Plättchen und das Lesen

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des Plättchens;

Fig. 7 und 9 die Änderung des Koerzitivfelds E_Q und der Polarisation P₀ jeweils in Abhängigkeit von der Temperatur T;

Pig. 10 das Antwortsignal beim lesen, mit dem die Empfindlichkeit steigernden Spitzen, mit der Zeit ± als Abszisse und der Spannung V als Ordinate;

Pig. 11 in einer Draufsicht die Unterteilung der oberen Flache des Plättchens in Elementarbereiche und das sukzessive Überstreichen dieser Bereiche.

Aufbau und Arbeitsweise des in bevorzugten Ausführungsformen dargestellten, erfindungsgemäßen ferroelektrischen Speichers, der ein nicht zerstörendes Lesen erlaubt und eine große Kapazi-* , tat besitzt (große bit-Dichte/cm ), sind wie folgt.

Gemäß den Pig. 2 bis 4 umfaßt der Speicher ein dünnes Plättchen

11 aus einem ferroelektrischen Material, welches Glykokolsulfat, ein anderes ferroelektrisches Kristall, eine ferroelektrische Keramik oder ein ferroelektrisch^ Kunststoffilm sein kann . Das Plättchen 11 ist senkrecht zu seiner ferroelektrischen Achse

12 zugeschnitten und auf seinen beiden großen, senkrecht zur Achse 12 verlaufenden Flächen, nämlich der oberen Fläche 13 und der unteren Fläche 14, metallisiert. Bei einem besonderen Beispiel liegt die Dicke des Plättchens in der Größenordnung von 20 bis 50 μηι, und die obere Metallschicht 15 ist einige tausend Angström stark, während die untere Metallschicht 16 eine Dicke in der Größenordnung von einigen μαι besitzt. Die Metallisierung kann beispielsweise mit Gold durchgeführt sein. In diesem Fall besitzt die obere Schicht einen Widerstand pro Quadratseinheitsfläche inker Größenordnung von 400 0hm.

Ein Umschalter 17 gestattet es, zwischen die Metallschichten 15 und 16 wahlweise eine erste Spannungsquelle 18, die zum Vorbereiten des Plättchens 11 im Hinblick auf weiteres Einschreiben dient, eine zweite Spannungequelle 19, die ein Einschreiben auf das Plättchen 11 möglich werden läßt, und schließlich

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einen Widerstand 20 zu schalten, der das lesen des auf dem Plättchen Eingeschriebenen gestattet.

Der Speicher umfaßt weiterhin, für das Einsehreiben wie für das Lesen, einen Laser 21, beispielsweise einen im roten Bereich arbeitenden Helium-Heon-Gaslaser, einen Kondensor 22 und eine Einrichtung 23, die ein Überstreichen der gesamten Oberfläche der Metallschicht 15 des Plättchens 11 mit dem durch den K'on-r densor 22 gebündelten Lichtpunkt 24 bewirkt, wie es später unter Bezugnahme auf die Pig. 11 beschrieben wird.

Die in den Pig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsformen der Einrichtung 23 sind verschieden.

Bei dem in Pig. 2 gezeigten Pail umfaßt diese Einrichtung zwei dünne Platten 25, 26 mit parallelen. Oberflächen, die sieh um ihre jeweilige Achse 25ik baw. 26a drehen können, wobei die Achsen senkrecht zueinander verlaufen. Jede der dünnen Platten und 26 ermöglicht es, den Laserstrahl 27 um eine dem Drehwinkel <· der dünnen Platte proportionale Strecke d. abzulenken. So dient die dünne Platte 25 dazu, das Überstreichen längs einer Zeile zu bewirken, während die langsamere Drehung der dünnen Platte 26 es ermöglicht, von einer überstrichenen Zeile auf die nächste zu wechseln, so daß das Überstreichen insgesamt mehr oder weniger wie bei einem Pernsehschirm erfolgt, und schließlich die gesamte, nutzbare Oberfläche des Plättchens 11 erfaßt (siehe Pig. 11).

Fach Pig. 2 ist die Ablenkung mechanisch, d.h. es müssen Mittel zur Drehung der dünnen Platten 25 und 26 vorgesehen seih. Daher kann die Ablenkung nicht mit sehr hoher Geschwindigkeit erfolgen. Um die Geschwindigkeit der Ablenkung zu steigern, kann eine elektrisch gesteuerte Ablenkung vorgesehen werden, wie sie beispielsweise in Pig. 3 dargestellt ist, nach der die Ablenkeinrichtung 23 durch zwei feststehende Prismen 28,29 gebildet

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ist, wobei der Brechungsindex jedes dieser Prismen durch Anlegen eines elektrischen Feldes zwischen seine beiden Oberflächen (28a und 28b_ für das Prisma 28) veränderbar ist. Systeme derartiger Prismen , die den Kerr-Effekt oder den Pockels-Effekt ausnutzen, sind in der Elektrooptik bekannt.

Bei den in den Fig. 2 und 3 dargestellten Ausführungsformen erfolgt das Überstreichen durch Verschieben des Laserstrahls, während das Plättchen 11 feststeht. Bei einer Abwandlung (nicht dargestellt) kann vorgesehen sein, daß umgekehrt der Laserstrahl feststeht (wobei die Einrichtung 23 entfällt) und das Plättchen 11 längs den zur ferroelektrischen Achse 12 senkrechten beiden Koordinatenachsen verschoben wird, so daß die verschiedenen Punkte oder Zellen des Plättchens 11 unter den Laserleuchtpunkt 24 gebracht werden.

Im allgemeinen erfolgt das Überstreichen stoßartig, wobei der Leuchtpunkt 24 des Lasers auf jeder Zelle anhält.

Schließlich umfaßt der Speicher eine Einrichtung (nicht dargestellt) zum Beseitigen des Laserstrahls 27, die entweder ein Gerät zur Erregung des Lasers 21 oder ein für den Laserstrahl 27 vorgesehenes Yerschlußteil sein kann, sowie eine Einrichtung (ebenfalls nicht dargestellt), die das Fließen eines Stroms durch den Y/iderstand 20 und die Richtung dieses Stroms feststellt.

Im Anschluß an diese Darstellung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen, ferroelektrischen Speichers wird im folgenden unter Bezugnahme auf die Fig. 5 bis 10 erläutert, auf welche Weise, nach einer vorausgehenden Vorbereitung des Plättchens 11, das Einschreiben und das Lesen von bits des Speichers erfolgt.

Zunächst wird das Plättchen vorbereitet, indem zwischen die Metallschichten 15 und 16 die Potentialdifferenz der Quelle

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angelegt wird, die einen derartigen Betrag und eine derartige Richtung besitzt, daß„sie die Polarisation aller Elementarbereiche des ferroelektrischen Plättchens 11 in Richtung des Pfeiles P sicherstellt. (In der Hg. 5 ist ein derartig vorbereitetes Plättchen 11 mit dem jedem Bereich 30 zugeordneten P olari sat ions vektor _f__ dargestellt, 'dessen Richtung mit der Richtung P übereinstimmt).

Wenn der Polarisationsvektor~j? eine suitere Ichs in die Richtung des Pfeils P ausgerichtet ist, entspricht dies definitionsgemäß einer ¹¹O".. Ein derart vorbereitetes Plättchen 11 weist an allen seinen Punkten oder Einschreibzellen nur "0" auf.

Der positive Pol der Spannungsquelle 18 ist an die Schicht 15 und der negative Pol an die Schicht 16 angeschlossen, und die Spannung der Spannungsquelle liegt im Bereich von 500 Y pro Zehntel mm Dicke des Plättchens. Gemäß einer bevorzugten Abwandlung erfolgt die Vorbereitung des Plättchens mit einer Spannungsquelle geringeren Potentials, aber in diesem Pail muß das Plättchen entweder durch Erwärmen oder durch Beleuchten auf eine Temperatur von etwa 60⁰C gebracht werden (oberhalb der Curie-Temperatur, die¹ für GlykokoUsulfat 50⁰C beträgt, verschwindet das Koerzitivfeld: siehe Fig. 7) und anschließend gekühlt werden, wobei das elektrische Feld der Polarisation noch aufrecht zu erhalten ist.

Das derart vorbereitete Plättchen ist zum Einschreiben von bits bereit, insbesondere von "1" auf .gewählte Punkte oder Zellen.

Das Einschreiben erfolgt (Pig. 6), indem gleichzeitig

einerseits eine Potentialdifferenz zwischen die Metallschichten 15 und 16 angelegt wird, wobei diese durch Verbinden mit der Spannungsquelle 19 erzeugte Potentialdifferenz in Richtung des Pfeiles P¹ ausgerichtet ist, die der Richtung des Pfeiles P

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der Fig. 5 entgegengesetzt ist, und einen Betrag von etwa 50 V pro Zehntel Millimeter Dicke des Plättchens 11 besitzt, und

andererseits,zum Einschreiben einer "1", der gebündelte Lichtpunkt 24 des Laserstrahls 27 auf die Metallschicht 15 gerichtet wird.

Diese gleichzeitige Anwendung bewirkt,daß der Polarisations-Yektor des sich unter dem Lichtpunkt 24 befindenden Bereichs (des Plättchens 11) umkippt, seine Richtung also von P- in I¹ ändert, wie es für den Polarisationsvektorj£7 gezeigt ist. Dieses Umklappen ist wahrscheinlich auf die Verminderung des Koerzitivfelds zurückzuführen, die durch die intensive Beleuchtung hervorgerufen wird.

In Pig. 7 ist die Änderung des Koerzitivfelds E in Abhängigkeit von der Temperatur T dargestellt, und sie zeigt, daß das Koerzitivfeld mit steigender !Temperatur abnimmt, (um für einen bestimmten Temperaturwert I , der als Curie-Punkt bezeichnet wird, den Wert 0 zu erreichen). Die Beleuchtung des sich unter dem Lichtpunkt 24 befindenden Bereichs 30 durch den gebündelten Laserstrahl führt zu seiner Erwärmung und damit zur Abnahme des Koerzitivsfelds, was ein leichteres Umklappen des Bereichs unter der Wirkung des durch die Spannungsquelle 19 erzeugten elektrischen .Felds erlaubt. Daher muß die Intensität des Laserstrahls einerseits und die Potentialdifferenz andererseits geregelt werden, damit

beim Ausbleiben des Laserstrahls und damit der Erwärmung des Bereichs 30 die Polarisation desselben nicht durch das elektrische Feld umgedreht wird, welches durch die mittels der Spannungsquelle 1S) zwischen die Metallschichten 15 und angelegte Potentialdifferenz hervorgerufen wird, und

andererseits im Pail der Beleuchtung dort ein Umklappen der Polarisation des Bereichs 30 unter der Wirkung desselben elektrischen Felds stattfindet.

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Die Erwärmung muß also ausreichend groß sein, um eine merkliche Änderung des Koerzitivfelds zu erzeugen, "beispielsweise von E_c1 nach E_c2 durch Temperaturerhöhung von I₁ auf T₂ (^iS* -7)» andererseits muß das elektrische PeId'etwas schwächer als der Betrag sein, der beim Ausbleiben der Strahlung das Umkippen hervorrufen würde.

So liegt beim Ausführungsbeispiel die Beleuchtung, die das Umkippen der Polarisation des Bereichs und damit das Einsehreiben einer "1" bewirkt, im Bereich von 100-Watt/cm ,während die Spannung 25 V für ein Plättchen von 0,05 mm-Dicke beträgt. Soll andererseits eine "0" eingeschrieben werden, so wird der Bereich, in den die "0" einzuschreiben ist, nicht beleuchtet, es findet kein Umkippen statt₅ und die Beleuchtung ist also

0 Watt.

Weiterhin ist gefunden worden, daß eine Modulatian der Amplitude der Beleuchtung bei einer beispielsweise zwischen, 1 kHz und

1 MHz liegenden Frequenz von Interesse ist.

Anhand der Pig.: 8 und 9 wird erläutert, wie nun das Lesen eines Speichers erfolgt, in den "Q"-.und "1" in verschiedene elementare Zellen eingeschriben worden sind« Fach Pig. 8 enthält die dem Bereich 3Oa. zugeordnete Zelle eine "!",während die durch den Bereich 30Tj gebildete Zelle eine "0" enthält.

Zum Lesen wird der Widerstand 20 zwischen die Schichten 15 und 16 geschlossen, und der zu "lesende" Bereich oder die zu "lesende" Zelle durch den Laserstrahl 27 beleuchtet, indem der Lichtpunkt 24 über dem Bereich gebündelt wird. Gegebenenfalls wird zwischen die Schichten 15 und 16 eine schwache Spannung gelegt, doch ist dies nicht unbedingt notwendig,

Bei Beleuchtung ändert sich durch den pyroelektrischen Effekt die Polarisation des beleuchteten Bereichs, wie etwa des Be-

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recjihs 3Qb,. In Pig. 9 ist die Änderung der Polarisation P₃ in Abhängigkeit von der Temperatur T dargestellt, wonach die Polarisation bis zu ihrem Verschwinden beim Curie-Punkt ϊ , (der derselbe wie in der Pig. 7 ist) abnimmt; diese Temperatur 3l· beträgt für Glykokollsulfat etwa 5O°C.

Einer Polarisation P entspricht eine künstliche Dichte von Ladungen über dem Bereich 30b, die gleich P₀ ist. Diese Dichte der Ladungen» die beim Bereich 30b_ in der Schicht 15 positiv und in der Schicht 16 negativ sind» entspricht dem Einschreiben einer "O" und erzeugt in dem Widerstand 20 und auf der Oberfläche des Bereichs einen elektrischen Strom, dessen Stärke der Dichte der Ladungen (also P) proportional ist und in Richtung des Pfeils G in dem Widerstand 20 fließt. Würde andererseits ein Bereich, etwa 3Qa, bleuchtet, indem eine "1" eingeschrieben ist, so befänden sich die positiven Ladungen in der Schicht 16 und die negativen Ladungen in der Schicht 15, so daß in dem Widerstand 20 ein Strom in entgegengesetzter Richtung des Pfeils G flosse. Es reicht also aus, das Vorhandensein eines Stroms und vor allem die Richtung desselben in dem Widerstand 20 oder vielmehr in dem diesen Widerstand aufweisenden elektrischen ilrsis festzustellen, indem beispielsweise ein Galvanometer oder ein elektronischer Verstärker mit dem Widerstand 20 in Reihe geschaltet wird, um zu bestimmen, ob sich der Laserstrahl über einem Bereich befindet, in dem eine "1" oder aber eine "0" eingeschrieben ist.

Das Lesen erfolgt also im Prinzip ohne Anwendung eines elektrischen Felds, so daß, auch bei wiederholtem Lesen, jegliche Änderung der Polarisationsrichtung der gelesenen Bereiche vermieden wird; das Lesen ist also nicht zerstörend.

Je geringer der Widerstand 20 ist, desto schneller ist das Ansprechen, so daß infolge dessen ein entsprechend schnelles Überstreichen der aufeinanderfolgenden Bereiche durch den Laser-

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strahl· ermöglicht ist, doch wird dann das Lesesignal schwächer. Als Lösung wird ein Mittelweg gewählt, in dem ein Widerstand von etwa 1000 Ohm verwendet wird.

Weiterhin ist gefunden worden, daß, zumindest beim Glykokollsul:-: fat, das Lesesignal (siehe Pig. 10) zusätzlich zu den normalen, einer "1" entsprechenden Impulsen 31.j Spitzen 32-j und 32g aufweist, welche die Empfindlichkeit erheblich steigern. Die Ursache für diese Spitzen ist bislang nicht vollständig geklärt, aber es scheint, daß das durch diese Spitzen repräsentierte zusätzliche Signal einem reversiblen Umkippen der Bereiche unter der Wirkung der Beleuchtung durch den Lichtpunkt 24 eines Lasers entspricht. Unter bestimmten Bedingungen gestatten es die Spitzen 32, die Intensität des Lesesignals auf das Zehnfache zu verstärken, wenn der Lichtpunkt 24 genügend stark ist. Dies erlaubt es, bei derselben Empfindlichkeit des Lesens, den Widerstand 20 zu reduzieren und infolgedessen die Geschwindigkeit des Überstreichens beim Lesen zu erhöhen₉ was einen wertvollen Zeitgewinn bedeutet. Auf diese Weise ist das Lesen mit einer Geschwindigkeit von einigen Mikrosekunden pro bit erreicht worden.

In Pig. 11 ist das Plättchen 11 mit seiner oberen Schicht 15 in der Draufsicht dargestellt, um die Anordnung der verschiedenen Bereiche 30 zu verdeutlichen«, welche eine rechtwinklige Matrix aus Speicherpunkten oder -zellen bilden. Jede Zelle ist durch die Größe des Lichtpunkts 24 bestimmt, die beispielsweise im Bereich von 10 μΐη im Durchmesser liegen kann (zur Vereinfachung der Darstellung sind die Bereiche als quadratische,, nicht als kreisförmige Ausschnitte dargestellt). Bei einem Ausführungsbeispiel besaßen die einzeln umklappbaren Elementarbereiche Ausschnitte dieser Größenordnung (10 μπι im Durchmesser), ohne daß zwischen benachbarten Bereichen derselben Ablenkzeile ader den folgenden Zeilen gegenseitige Beeinflussungen auftraten. Dann lassen sich in einem Plättchen von 50 χ 50 _mm ausnutzbarer Oberfläche 5000 χ 5000 = 25 000 000 bits speichern,

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wobei anstelle der 5000 + 5000 = 10 000 Leiter B und C, die bei einem in Pig. 1 dargestellten Matrizenspeicher bekannter Bauart erforderlich wären, nur die beiden durch die Schichten 15 und 16 gebildeten Elektroden vorhanden sind.

Das Überstreichen erfolgt längs den Zeilen 34, wobei der Lichtpunkt 24 des Lasers sukzessive auf die verschiedenen Zellen derselben Zeile auftritt. Am Ende jeder Zeile beginnt anschließend das Überstreichen der folgenden Zeile, und zwar entweder in der gleichen Richtung oder in der entgegengesetzten Richtung.

Der erfindungsgemäß ausgestaltete ferroelektrische Speicher weist eine Reihe von Vorteilen auf, insbesondere:

- die Einfachheit der Ausführung, da nur zwei Elektroden zum Einsatz kommen;

- die große Speicherkapazität, da eine erhöhte Dichte der Ein-

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schreib- und Lesezellen pro cm vorliegt;

- eine extreme Einfachheit des Schreibens und des Lesens, da lediglich das Überstreichen mittels eines gebündelten Laserstrahls und das Schalten einer Spannungsquelle oder eines Widerstands, der mit einer Einrichtung zum Peststellen der Richtung eines in demselben Widerstand fließenden Stroms verbunden ist, zwischen die beiden Elektroden erforderlich ist;

- die Möglichkeit eines schnellen Löschens des gesamten Speichers;

- die Möglichkeit, den Speicher ohne Inf orniationsverlust sehr oft zu lesen, was bedeutet, daß der Speicher sicher ist;

- die hohe Lesegeschwindigkeit, die einige Mikrosekunden pro bit erreichen kann.

Der erfindungsgemäße Speicher kann nicht nur als schneller Speicher in einem Elektronenrechner oder einer Pernsprechvermittlungszentrale dienen, sondern gleichermaßen in anderen Daten-oder Informationsverarbeitungsanlagen sowie für die Anzeige·

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oder Darstellung von Informationen in numerischer oder graphischer Form Verwendung finden. Der erfindungsgemäße Speicher kann ebenfalls beim Setzen in Druckereien verwendet werden. ,

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Claims

Patentansprüche

Ferroelektrischer Speicher, gekennzeichnet durch ein dünnes Plättchen aus einen ferroelektrischen Material, das senkrecht zu seiner ferroelektrischen Achse zugeschnitten und auf seinen beiden, zu dieser Achse senkrechten großen Oberflächen metallisiert ist, durch eine Einrichtung, die zwischen diese beiden Oberflächen wahlweise eine erste oder eine zweite Potentialdifferenz verschiedenen Betrags und entgegengesetzter Richtung anlegt, durch einen zwischen die beiden metallisierten Oberflächen des Plättchens schaltbaren Belastungswiderstand, durch eine Einrichtung, die den Lichtpunkt eines Laserstrahls gewünschter Intensität auf die eine der beiden metallisierten Oberflächen des Plättchens bündelt, wobei diese Oberfläche aktiv ist und mit dem Lichtpunkt diese aktive Oberfläche des Plättchens überstreicht, wobei der Strahl sowohl zum Einschreiben wie zum Lesen von Informationen des Speichers vorgesehen ist, und durch eine Einrichtung, die das Fließen und die Richtung des Fließens eines Stroms in dem Widerstand feststellt, wenn dieser zwischen die beiden Oberflächen geschaltet ist.
2. Perroelektrischer Speicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Potentialdifferenz, die eine der Richtung der ersten Potentialdifferenz entgegengesetzte Richtung aufweist, einen Betrag besitzt, der etwas niedriger als der einem Koezitivfeld entsprechende Betrag ist, bei welchem die Polarisationen der Bereiche des Plättchen^ umkippen wurden, und daß die Intensität der auf einen Bereich gebündelten Laserstrahlung bei Anliegen der zweiten Potentialdifferenz das Koerzitivfeld bis zum Umklappen der Polarisation des beleuchteten Bereichs vermindert.

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3. Ferroelektrischer Speicher nach. Anspruch 1 oder 2, dadurc-h gekennzeichnet, daß das Plättchen aus GlykokoHsulfat besteht.
4. Ferroelektriseher Speicher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch getennzeichnet, daß zur Ablenkung des Lichtpunkts des Laserstrahls zwei Prismen vorgesehen sind, bei denen der Kerr-Effekt oder der Pockels-Effekt ausgenutzt wird. ..-.-... . -'.S.Z..:. .
5. .Ferroelektrischer^Speicher nach einem der vorangehenden

Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Plättchen eine Dicke in der Größenordnung von einigen 10.pm besitzt, das die Metallschicht auf der aktiven Fläche mehrere 1000 Angström und die andere Metallschicht mehrere pm dick ist.
6. Ferroelektrischer Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Potentialdifferenz einen Betrag besitzt, der zur Polarisation aller Bereiche des Plättchens in die gleiche Richtung ausreicht, wenn sie zwischen die beiden Flächen geschaltet ist.
7. Perroelektrischer Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Potentialdifferenz in der Größenordnung von 500 V/10tel mm Dicke des Plättchens liegt, und daß die zweite Potentialdifferenz in der Größenordnung von 50 V/10tel mm Dicke des Plättchens liegt.
8. Perroelektrischer Speicher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstand in der Größenordnung von 1000 Ohm liegt.-
9. Verfahren zum Betrieb des ferroelektrischen Speichers nach Anspruch 1 für das Einschreiben und das Lesen von Infor-

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mationen in Form von Binärziffern 0 oder 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen die metallisierten Oberflächen die erste Potentialdifferenz, deren Betrag am höchsten ist, angelegt wird, so daß alle ferroelektrischen Bereiche des Plättchens in derselben Richtung polarisiert werden, daß für das Einschreiben einer der beiden Binärziffern einer-, seits die zweite Potentialdifferenz, deren Richtung der der ersten entgegengesetzt ist, zwischen die metallisierten Oberflächen angelegt wird, und andererseits der Lichtpunkt des Laserstrahls auf den Punkt oder die Speicherzelle der aktiven Oberfläche gerichtet wird, auf die das Einschreiben der Binärziffer erfolgen soll, so daß der unter dem Punkt liegende ferroelektrische Bereich zum Umkippen aus seiner vorherigen Polarisationsrichtung in die entgegengesetzte Polarisationsrichtung gebracht wird, und daß für das Lesen einerseits der Laserstrahl auf den zu lesenden Punkt oder dde zu lesende Zelle gerichtet wird, und andererseits der Widerstand zwischen die beiden metallisierten Oberflächen geschaltet wird, so daß ein Strom durch den Widerstand hindurchfließt, wobei die Richtung des Stroms, die von der Polarisationsrichtung des unter dem Lichtpunkt liegenden ferroelektrischen Bereichs abhängt, die auf den Punkt eingeschriebene Binärziffer anzeigt, und wobei das Lesen durch eine Einrichtung ausgeführt wird, die das Fließen und die Richtung des Fließens des Stroms feststellt.

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