DE2549848A1 - INFORMATION STORAGE DEVICE - Google Patents
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Description
THOMSON - CSF
173, Bd. Haussmann
75008 Paris / Frankreich THOMSON - CSF
173, vol. Haussmann
75008 Paris / France
Unser Zeichen: T 1878Our reference: T 1878
InformationsspeichervorrichtungInformation storage device
Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet der Informationsspeicherung und betrifft insbesondere eine Vorrichtung, bei welcher Wechselwirkungen zwischen elastischen Wellen und elektromagnetischen Wellen für das Speichern von elektrischen Signalen ausgenutzt werden.The invention relates to the field of information storage and particularly relates to a device in which interactions between elastic Waves and electromagnetic waves can be exploited for storing electrical signals.
Es sind bereits verschiedene Vorrichtungen vorgeschlagen worden, bei welchen die Wechselwirkungen zwischen elastischen Wellen, d.h. zwischen Druck- oder Scherschwingungsbewegungen unterschiedlicher Frequenzen zum Zwecke der Amplituden- und Frequenzanalyse von optischen oder elektrischen Bildern , die in elastische Wellen umgewandelt worden sind,ausgenutzt werden, aber ohne Speichereffekt. Beispiele dieser Vorrichtungen sind insbesondere in denVarious devices have already been proposed in which the interactions between elastic Waves, i.e. between pressure or shear vibration movements of different frequencies for the purpose of Amplitude and frequency analysis of optical or electrical images converted into elastic waves have been exploited, but without a memory effect. Examples of these devices are in particular in
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deutschen Patentanmeldungen P 24 51 590.9 und P 25 13 166.2 beschrieben.German patent applications P 24 51 590.9 and P 25 13 166.2 described.
Die Erfindung betrifft eine Informationsspeichervorrichtung, bei welcher solche Wechselwirkungen ausgenutzt werden, um räumlich unterschiedene, periodische, die Information darstellende Bereiche erscheinen zu lassen, und bei welcher Einrichtungen verwendet werden zum Modifizieren des Ausbreitungsmediums der elastischen Wellen auf der Höhe dieser Bereiche, um die Information zu speichern.The invention relates to an information storage device in which such interactions are used, to make spatially different, periodic areas that represent the information appear, and which facilities are used to modify of the medium of propagation of the elastic waves at the level of these areas in order to convey the information to save.
Zu diesem Zweck enthält die Vorrichtung nach der Erfindung: For this purpose the device according to the invention contains:
- ein piezoelektrisches Substrat;- a piezoelectric substrate;
- wenigstens einen elektromechanischen Wandler, der die Information in Form von elektrischen Signalen empfängt und eine sich an der Oberfläche oder in dem Substrat ausbreitende elastische Welle liefert;- At least one electromechanical converter that receives the information in the form of electrical signals and one on the surface or in the substrate propagating elastic wave supplies;
- Einrichtungen zum Anregen eines elektromagnetischen Feldes in dem Substrat, wobei dieses Feld in nichtlinearer Weise mit der elastischen Welle in Wechselwirkung tritt, um die Information darstellende Bereiche erscheinen zu lassen;- Means for exciting an electromagnetic field in the substrate, this field interacting in a non-linear manner with the elastic wave steps to make areas representing the information appear;
- und Einrichtungen zum Modifizieren der physikalischen Eigenschaften des Wellenausbreitungsmediums auf der Höhe dieser Bereiche mit Hilfe von beispielsweise ferroelektrischen, Halbleiter- oder magnetoelastischen Effekten.and means for modifying the physical properties of the wave propagation medium on the Height of these areas with the help of for example ferroelectric, semiconductor or magnetoelastic effects.
Das Lesen der auf diese Weise aufgezeichneten Information erfolgt durch Emission eines elektromagnetischen Feldes . in dem Substrat, wobei dieses Feld in nichtlinearer Weise mit den Bereichen in Wechselwirkung tritt, um die. elastische Anfangswelle wiederzuerzeugen, die von dem Wandler, der sie ausgesandt hat, empfangen wird.Reading the information recorded in this way occurs through the emission of an electromagnetic field. in the substrate, this field being in a non-linear manner interacts with the areas to make the. elastic initial wave to regenerate that of the Converter who sent it is received.
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Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:Several exemplary embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are described below described in more detail. Show it:
Fig. 1 ' das Schema eines Speichers nach derFig. 1 'the scheme of a memory according to the
Erfindung, bei welchem elastische Oberflächenwellen ausgenutzt werden,Invention, in which elastic surface waves are used,
die Fig. 2 und 3 die Form der bei dem Betrieb der Vorrichtung nach der Erfindung benutzten elektrischen Signale,Figures 2 and 3 show the shape of the device used in the operation of the device according to the invention electrical signals,
Fig. 4 eine abgewandelte Ausführung einesFig. 4 shows a modified embodiment of a
Teils der Vorrichtung von Fig. 1,Part of the device of Fig. 1,
Fig. 5 eine Ausführungsform des Schemas vonFIG. 5 shows an embodiment of the scheme of FIG
Fig.■1, undFig. ■ 1, and
Fig. 6 das Schema eines Speichers nach der6 shows the diagram of a memory according to FIG
Erfindung, bei welchem elastische Volumenwellen ausgenutzt werden.Invention in which elastic bulk waves are used.
In den verschiedenen Figuren beziehen sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile und die Vorrichtung und die Signale sind zur besseren Übersichtlichkeit der Zeichnung in einem willkürlichen und insgesamt vergrösserten Maßstab dargestellt worden.In the various figures, the same reference symbols relate to the same parts and the device and For the sake of clarity in the drawing, the signals are arbitrary and enlarged overall Scale has been shown.
In dem Schema von Fig. 1 sind dargestellt: ein piezoelektrisches Substrat 1, beispielsweise in Form eines Plättchens, an dessen Oberfläche sich elastische Wellen ausbreiten können; mehrere elektromechanische Wandler, wie etwa der Wandler 5, die auf die Oberfläche des Substrats 1 aufgebracht sind; eine oder mehrere insgesamt mit der Bezugszahl 4 bezeichnete und aus einem Material, dessen Beschaffenheit und Aufgabe weiter unten näher erläutert werden, bestehende Schichten, die auf das Substrat 1 auf derIn the diagram of Fig. 1 are shown: a piezoelectric substrate 1, for example in the form of a Platelet, on the surface of which elastic waves can propagate; several electromechanical converters, such as the transducer 5 applied to the surface of the substrate 1; one or more in total denoted by the reference number 4 and made of a material, the nature and function of which will be explained in more detail below are, existing layers that are on the substrate 1 on the
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Seite der Wandler 5 und um diese'herum aufgebracht sind; Elektroden 2 und 3, welche die großen Seiten des Substrats 1 ganz oder teilweise bedecken, wobei öffnungen in der Elektrode 3 wie in der Schicht 4 an der Stelle der Wandler 5 vorgesehen sind. Die Elektroden 2 und 3 sind mit einem Generator 6 verbunden, der ein elektrisches Signal P erzeugt, dessen Form in Fig. 3 angegeben ist.Side of the transducer 5 and around these are applied; Electrodes 2 and 3, which completely or partially cover the large sides of the substrate 1, with openings are provided in the electrode 3 as in the layer 4 at the location of the transducers 5. Electrodes 2 and 3 are connected to a generator 6 which generates an electrical signal P, the form of which is shown in FIG is.
Die Wandler 5 sind beispielsweise interdigital angeordnete Kämme. In dem Fall (in Fig. 1 dargestellt), in welchem die verschiedenen Schichten in zu der Ebene des Plättchens parallelen Ebenen isotrop sind, können diese Wandler mit einer beliebigen Orientierung auf der Oberfläche des Substrats angeordnet werden. Die Wandler 5 werden jeweils durch amplitudenmodulierte elektrische Signale S der Kreisfrequenz α erregt. Ein Beispiel für ein solches Signal ist in Fig. 2 angegeben. Diese elektrischen Signale stellen die zu speichernde Information dar. Die auf diese Weise erregten Wandler erzeugen an der Oberfläche des Substrats 1 elastische Wellen, die sich derart ausbreiten, daß sie eine gewisse Zeit nach ihrer Aussendung im wesentlichen kreisförmige Flächen einnehmen, deren Zentrum in ihrem Ursprungswandler liegt.The transducers 5 are arranged, for example, interdigitally Combs. In the case (shown in Fig. 1) in which the various layers in to the plane of the platelet's parallel planes are isotropic, these transducers can point to any orientation the surface of the substrate are arranged. The transducers 5 are each amplitude-modulated electrical signals S of the angular frequency α excited. An example of such a signal is given in FIG. These electrical signals represent the information to be stored. The excited in this way Transducers generate elastic waves on the surface of the substrate 1 which propagate in such a way that for a certain time after their emission they occupy essentially circular areas, the center of which lies in their original converter.
Es ist anzumerken, daß die verschiedenen Wandler gleichzeitig erregt werden können und daß die vorgenannten Flächen sich überlappen und interferieren können, ohne daß sich eine nachteilige Auswirkung auf den korrekten Betrieb der Vorrichtung ergibt, wie es in der folgenden Beschreibung dargelegt ist.It should be noted that the various transducers can be energized simultaneously and that the aforesaid Surfaces can overlap and interfere without adversely affecting the correct Operation of the device results as set forth in the following description.
Zur Vereinfachung werden die von einem Wandler, wie etwa dem Wandler 5 ausgesandten elastischen Wellen mit S bezeichnet und durch das Paar (a, Tc) gekennzeichnet, wobei "k" der der Wellenzahl k = ~ zugeordnete Wellenvektor ist und wobei ν die AusbreitungsgeschwindigkeitFor the sake of simplicity, the elastic waves transmitted from a transducer such as transducer 5 are denoted by S. and identified by the pair (a, Tc), where "k" is the wave vector assigned to the wave number k = ~ and where ν is the speed of propagation
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der elastischen Welle auf dem Substrat 1 ist.of the elastic wave on the substrate 1.
Nach einer Zeit T, an deren Ende die von einem Signal S um seinen Ausgangswandler (beispielsweise den Wandler 5) herum eingenommene Fläche ausreichend groß ist, wird an die Elektroden 2 und 3 ein sehr kurzer Impuls P der Kreisfrequenz α angelegt. Die elektromagnetische Welle, die sich in dem Substrat ausbreitet, wird - ebenfalls zur Vereinfachung - mit P bezeichnet und durch das Paar (α,ο) gekennzeichnet, wobei das zweite Glied den Wellenvektor der Welle P darstellt, der ihrer Wellenzahl zugeordnet ist und gegenüber k als vernachlässigbar angesehen wird, da die Lichtgeschwindigkeit gegenüber der Ausbreitungsgeschwindigkeit ν der elastischen Wellen sehr groß ist. .After a time T, at the end of which the signals from a signal S around its output transducer (for example the transducer 5) is sufficiently large around, is to the Electrodes 2 and 3 a very short pulse P of the angular frequency α is applied. The electromagnetic wave that spreads in the substrate is - also for the sake of simplicity - denoted by P and by the pair (α, ο) characterized, wherein the second term represents the wave vector of the wave P associated with its wave number and is considered to be negligible compared to k, since the speed of light compared to The speed of propagation ν of the elastic waves is very large. .
Dieser Impuls erzeugt auf der gesamten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats 1, die unter der Elektrode 3 liegt, ein elektrisches Feld, welches in nichtlinearer Weise mit dem Feld in Wechselwirkung tritt, das sich aufgrund des piezoelektrischen Effekts aus dem durch die elastische Welle S hervorgerufenen Raster von mechanischen Spannungen ergibt. Diese Wechselwirkung induziert Oberflächenwellen, welche durch die Paare (Kreisfrequenz, Wellenvektor) gekennzeichnet werden können, die sich aus der Summe und der Differenz der Paare ergeben, die die in Wechselwirkung tretenden Wellen kennzeichnen. Man erhält so:This pulse is generated on the entire surface of the piezoelectric substrate 1, which lies under the electrode 3, an electric field which is in nonlinear Way with the field interacts, which is due to the piezoelectric effect from the through the elastic wave S results in the grid of mechanical stresses caused. This induces interaction Surface waves generated by the pairs (angular frequency, Wave vector) resulting from the sum and the difference of the pairs, which characterize the interacting waves. This is how you get:
(2a, Ic) (o, Tc) (o, -Ic)(2a, Ic) (o, Tc) (o, -Ic)
Die physikalische Interpretation dafür lautet: - der erste Fall entspricht der Bildung einer nichtfortschreitenden Schwingung (wobei k gleich — ist), d.h. einer Schwingung,die nur während der Dauer der Wechselwirkung vorhanden ist,auf die Wechselwirkungszone begrenzt ist und sich zeitlich mit doppelter Kreisfrequenz 2a derThe physical interpretation for this is: - the first case corresponds to the formation of a non-progressive one Oscillation (where k is equal to -), i.e. an oscillation that only occurs during the duration of the interaction is present, is limited to the interaction zone and temporally with double the angular frequency 2a of
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Signale S und P ändert.Sie kann somit vernachlässigt werden.Signals S and P changes. It can thus be neglected will.
- der zweite Fall entspricht einem Zustand von diskreten Potentialen, die von der Zeit unabhängig sind, mit dem Schritt 2n/k räumlich periodisch sind und während der Wechselwirkungsdauer der Signale S und P in der oben genannten Fläche um den Ausgangswandler des Signals S herum vorhanden sind.- the second case corresponds to a state of discrete potentials that are independent of time, with step 2n / k are spatially periodic and during the interaction period of the signals S and P in of the above-mentioned area around the output transducer of the signal S.
- der dritte Fall ist mit dem vorhergehenden identisch, denn man weiß, daß bei der hier verwendeten Schreibweise Paare (a,k) und (-α, -k) die gleiche Oberflächenwelle darstellen, die sich in derselben Richtung ausbreitet. - the third case is identical to the previous one, because we know that with the notation used here Pairs (a, k) and (-α, -k) represent the same surface wave propagating in the same direction.
Es sind somit in dem zweiten Fall periodische und unterschiedene "Bereiche" erzielt worden, welche das Signal S darstellen. Weil sie nur während der Wechselwirkungsdauer vorhanden sind, ist es jedoch erforderlich, Einrichtungen zum Modifizieren der physikalischen Eigenschaften des Ausbreitungsmediums vorzusehen, damit diese Bereiche gespeichert werden. Diese Zustandsänderungen müssen eine Zeitkonstante haben, die gegenüber der Dauer des Impulses P klein ist. Zu diesem Zweck können ferroelektrische, magnetoelastische oder Halbleiter-Effekte ausgenutzt werden, je nach der Art des Substrats 1 und der Zusammensetzung der Schichten 4. Ausführungsbeispiele sind weiter unten angegeben.In the second case, periodic and differentiated "areas" have thus been achieved which contain the signal S represent. However, because they are only present during the interaction period, it is necessary to To provide means for modifying the physical properties of the propagation medium therewith these areas are saved. These changes of state must have a time constant that is opposite the duration of the pulse P is small. For this purpose, ferroelectric, magnetoelastic or semiconductor effects can be used can be used, depending on the type of substrate 1 and the composition of the layers 4. Exemplary embodiments are given below.
Zum Lesen der auf diese Weise gespeicherten Information läßt man eine elektromagnetische Welle mit den gespeicherten Bereichen in Wechselwirkung treten. Die elektromagnetische Welle wird, wie zuvor, durch Anlegen eines Impulses, wie etwa des Impulses P an die Elektroden 2 und erzeugt.To read the information stored in this way, an electromagnetic wave is left with the stored information Areas interact. As before, the electromagnetic wave is generated by applying a pulse, such as the pulse P to the electrodes 2 and generated.
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"7 " 7549848" 7 " 7549848
Die nichtlineare Wechselwirkung ist durch die Paare (Kreisfrequenz, Wellenvektor) gekennzeichnet, die sich aus der Summe und der Differenz der Paare ergeben, die in Wechselwirkung treten, nämlich (o, k) für die gespeicherten Bereiche und (α, ο) für das Signal P. Man erhält so:The nonlinear interaction is given by the pairs (angular frequency, Wave vector), which result from the sum and the difference of the pairs that interact occur, namely (o, k) for the stored areas and (α, ο) for the signal P. This gives:
(α, t) (α, t)
- Der erste Fall stellt eine elastische Welle dar, die sich unter Entfernung von dem Ausgangswandler 5 zu der Peripherie des Substrats ausbreitet, wobei sie in der Struktur gedämpft wird; bei mehreren Hin- und. Herläufen induziert sie nur Signale ohne Phasenkohärenz, die eventuell den Wandler erreichen können; - The first case is an elastic wave propagating to remove from the output transducer 5 to the periphery of the substrate, whereby it is attenuated in the structure; with several outward and backward. It only induces signals without phase coherence, which can possibly reach the converter;
- Das zweite und das dritte Paar entsprechen in Wirklichkeit ein und demselben Fall und stellen eine elastische Welle dar, die sich in kohärenter Weise an der Oberfläche des Substrats zurück zu dem Ausgangswandler fortpflanzt und dann zum Lesen benutzt wird.- The second and third pair correspond in reality to the same case and represent an elastic one Wave that is in a coherent manner on the surface of the substrate is propagated back to the output transducer and then used for reading.
Man stellt deshalb fest, daß jeder der auf dem Substrat 1 angeordneten Wandler nach der nichtlinearen Lesewechselwirkung in kohärenter Weise nur das von ihm selbst ausgesandte Signal S empfängt, während die anderen Signale, die er empfangen kann, untereinander keine Kohärenz aufweisen und somit nur einen Rauschfaktor darstellen. Diese Rückkehr des gespeicherten Signals zu seinem Sendewandler erbringt den Vorteil, einen Wandler beliebiger Form zu gestatten (von welchem in Fig. 4 ein Beispiel dargestellt ist) und den gleichzeitigen Betrieb von mehreren Wandlern zu erlauben.It is therefore found that each of the transducers arranged on the substrate 1 according to the non-linear reading interaction receives in a coherent way only the signal S sent by itself, while the other signals, which it can receive do not have any coherence with one another and thus only represent a noise factor. These Returning the stored signal to its transmitting transducer has the advantage of using a transducer of any shape allow (an example of which is shown in Fig. 4) and the simultaneous operation of multiple converters to allow.
Es ist anzumerken, daß das nach der Speicherung durch seinen Ausgangswandler 5 gelesene Signal. S zeitlich umgedreht ist.It should be noted that the signal read by its output transducer 5 after storage. S reversed in time is.
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Bei einer abgewandelten Verwendung der Vorrichtung von Fig.1 ist es möglich, das Signal S bei seiner Rückkehr zu seinem Ausgangswandler 5, das heißt nach einer ersten Speicherung zu speichern. Zu diesem Zweck läßt man das rückkehrende Signal S, das durch das Paar (a, -k") gekennzeichnet ist, und eine elastische Oberflächenwelle in Wechselwirkung treten, die durch den Ausgangswandle'r 5 des Signals S in Form eines Impulses der Kreisfrequenz α ausgesandt worden ist, dessen Form in Fig. 3 angegeben ist, und die durch das Paar (α, k) gekennzeichnet ist. Wie zuvor erhält man drei mögliche Fälle:With a modified use of the device of FIG. 1, it is possible to use the signal S on its return to its output transducer 5, that is to say after a first storage. For this purpose one leaves that returning signal S, identified by the pair (a, -k ") is, and an elastic surface wave interacting through the output transducer 5 of the signal S has been sent out in the form of a pulse of the angular frequency α, the form of which is shown in FIG and which is characterized by the pair (α, k). As before, you get three possible cases:
(2a, o)(2a, o)
(o, 2t) - (o, 2t) -
(o, -T (o, -T
von denen der erste vernachlässigt werden kann und von denen die beiden anderen denselben Zustand von diskreten, zeitunabhängigen Potentialen der räumlichen Periodizität 2 π /2k darstellen.of which the first can be neglected and of which the other two have the same state of discrete, represent time-independent potentials of spatial periodicity 2 π / 2k.
Dieser Zustand, der aus unterschiedlichen Bereichen besteht, wird in der gleichen Weise gespeichert, nämlich durch Zustandsänderung des Ausbreitungsmediums.This state, which consists of different areas, is saved in the same way, namely by Change of state of the propagation medium.
Das Lesen der Information erfolgt durch nichtlineare Wechselwirkung zwischen den gespeicherten Bereichen (o, 2k) und einer in Fig. 3 dargestellten impulsförmigen elastischen Oberflächenwelle (α, k), die von dem Wandler 5 ausgesandt wird. Die Wechselwirkung liefert einen ersten Ausdruck (α, 3k), der, da er nichtfortschreitend ist, vernachlässigt wird, und zwei weitere Ausdrücke (-α, k) und (α, -k), bei welchen es sich um zwei äquivalente Ausdrücke derselben Oberflächenwelle handelt, die bei ihrer Rückkehr zu dem Wandler 5, der sie zuerst ausgesandt hat, das Signal S darstellt. The information is read through non-linear interaction between the stored areas (o, 2k) and a pulse-shaped elastic shown in Fig. 3 Surface wave (α, k) emitted by the transducer 5. The interaction provides a first expression (α, 3k), which, because it is not progressive, is neglected, and two further expressions (-α, k) and (α, -k), at which are two equivalent expressions of the same surface wave that return to the Converter 5, which sent it out first, represents the signal S.
Fig. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Wandler,Fig. 4 shows a modified embodiment of the converter,
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wie etwa des Wandlers 5, die an der Oberfläche des Substrats 1 (Fig. 1) angeordnet sind.such as the transducer 5, which are arranged on the surface of the substrate 1 (Fig. 1).
Er ist ebenfalls vom Interdigitaltyp, das heißt er enthält zwei Kämme 51 und 52, deren Zinken 53 parallel und ineinandergeschoben sind, wobei die Zinken 53 selbst aber die Form einer Kurve mit Wendepunkt annehmen.It is also of the interdigital type, i.e. it contains two combs 51 and 52, the prongs 53 of which are parallel and pushed into one another, the prongs 53 themselves but take the form of a curve with a turning point.
Die ungeradlinige Form der Zinken 53 ist dafür bestimmt, die eventuelle Kohärenz der elastischen Wellen zu zerstören, welche bei ihrer Ausbreitung auf dem Substrat 1 nach Reflexion parasitäre Wege benutzen.The irregular shape of the prongs 53 is intended to destroy the possible coherence of the elastic waves, which use parasitic paths as they propagate on the substrate 1 after reflection.
Fig. 5 zeigt eine Ausführungsform des in Fig. 1 dargestellten, mit elastischen Oberflächenwellen arbeitenden Speichers, bei der die Speicherung der durch nichtlineare Wechselwirkungen erzeugten Potentialbereiche durch MOS (Metall-Oxid-Halbleiter)-Effekt erfolgt.FIG. 5 shows an embodiment of the one shown in FIG. 1 which operates with elastic surface waves Memory, in which the storage of the potential areas generated by non-linear interactions by MOS (Metal-oxide-semiconductor) effect takes place.
Fig. 5 zeigt wieder das Substrat 1, welches durch die mit dem Generator 6 verbundenen Elektroden 2 und 3 bedeckt ist, wobei die Elektrode 3 von dem Substrat durch eine dünne Luftschicht 40 und durch eine Gruppe von in ihrer Gesamtheit mit der Bezugszahl 4 bezeichneten Schichten getrennt ist. Die Wandler, wie etwa der Wandler 5, die an der Oberfläche des Substrats 1 angeordnet sind, sind der Übersichtlichkeit halber in Fig. 5 nicht sichtbar.Fig. 5 shows again the substrate 1, which by the is covered with the generator 6 connected electrodes 2 and 3, the electrode 3 from the substrate by a thin air layer 40 and by a group of layers designated in their entirety by the reference number 4 is separated. The transducers such as the transducer 5 arranged on the surface of the substrate 1 are not visible in FIG. 5 for the sake of clarity.
Das Substrat 1 besteht aus einem piezoelektrischen Material, wie beispielsweise Lithiumniobat LiNbO3 oder Blei-Zirkonat-Titanat PZT. Der Zwischenraum 40 hat die Aufgabe, die Schichten 4 von dem Substrat 1 zu trennen, damit sich die elastischen Wellen an der Oberfläche des Substrats frei ausbreiten können.The substrate 1 consists of a piezoelectric material such as lithium niobate LiNbO 3 or lead zirconate titanate PZT. The intermediate space 40 has the task of separating the layers 4 from the substrate 1 so that the elastic waves can freely propagate on the surface of the substrate.
Die Gruppe von Schichten 4 besteht nacheinander und nach außen hin aus: einer Siliciumoxidschicht 41; einer SchichtThe group of layers 4 consists successively and outwardly of: a silicon oxide layer 41; one layer
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aus Silicium oder aus einem amorphen Halbleiter; einer metallischen Elektrode 43, die über einen Anschluß 45 mit einem äußeren Vorspannungspotential (nicht dargestellt) verbunden ist; und einer Isolierschicht 44.made of silicon or an amorphous semiconductor; a metallic electrode 43, which via a connection 45 connected to an external bias potential (not shown); and an insulating layer 44.
Zum Speichern der Bereiche wird, wenn die SiliciumschichtTo save the areas is when the silicon layer
42 N-leitend ist, die Elektrode 43 auf ein positives Potential gebracht. Sie erzeugt dann eine Verarmung an Majoritätsladungsträgern in der Siliciumschicht 42. Es existiert eine gewisse Schwellenpotentialdifferenz zwischen den beiden Seiten des Dielektrikums 41, oberhalb welcher Minoritätsladungsträger (in diesem Beispiel positive Minoritätsladungsträger) in der Siliciumschicht 42 sich an der Grenzfläche 41-42 ansammeln. Diese Erscheinung wird zum Speichern der Bereiche ausgenutzt, indem die Elektrode42 is N-conductive, the electrode 43 to a positive potential brought. It then creates an impoverishment of majority carriers in the silicon layer 42. There is some threshold potential difference between the two sides of the dielectric 41, above which Minority charge carriers (in this example positive minority charge carriers) accumulate in the silicon layer 42 at the interface 41-42. This appearance will to save the areas exploited by the electrode
43 derart (positiv) vorgespannt wird, wenn die Oberfläche des Substrats 1 auf einem gleichmäßigen Potential ist, daß sie gerade unter das Schwellenpotential gebracht wird. Wenn die Verteilung des Potentials an der Oberfläche des Substrats 1 ein positives Gebiet darstellt, bleibt die Potentialdifferenz zwischen den beiden Seiten der Schicht 41 unterhalb des Schwellenwertes und es erfolgt keine Besetzungsänderung der Ladungsträger. Dagegen wird einem negativen Gebiet gegenüber die Potentialdifferenz zwischen den beiden Seiten der Schicht 41 größer als der Schwellenwert und es findet eine Ansammlung von (positiven) Minoritätsladungsträgern an der Grenzfläche 41-42 statt, die das (negative) Potential des betreffenden Gebietes und, allgemeiner, die Verteilung des Potentials an der Oberfläche des Substrats 1 festhält, das auf diese Weise nach der Beendigung der nichtlinearen Wechselwirkung, von der sie erzeugt worden ist, fortbesteht. 43 is biased (positive) in such a way when the surface of the substrate 1 is at a uniform potential is that it is being brought just below the threshold potential. If the distribution of the potential at the Surface of the substrate 1 represents a positive area, the potential difference remains between the two sides of the layer 41 below the threshold value and there is no change in occupation of the charge carriers. Against it the potential difference between the two sides of the layer 41 becomes greater than that of a negative region Threshold value and there is an accumulation of (positive) minority charge carriers at the interface 41-42, which shows the (negative) potential of the area in question and, more generally, the distribution of the Holds the potential on the surface of the substrate 1, which continues in this way after the termination of the nonlinear interaction that produced it.
Es ist zu bemerken, daß die Siliciumschicht 42 in zwei einander überlagerte Schichten mit unterschiedlichem spezifischem Widerstand von beispielsweise 10 000 Qcm bzw. 10 Qcm zerlegt werden kann.It should be noted that the silicon layer 42 is divided into two superimposed layers with different resistivities of, for example, 10,000 Ωcm or 10 square centimeters can be dismantled.
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Selbstverständlich können die durch die Wechselwirkungen zwischen elastischer Welle und elektromagnetischer Welle erzeugten Bereiche durch andere Einrichtungen und insbesondere durch das Substrat selbst gespeichert werden. Es ist anzumerken, daß die Schicht 4 jedoch zur Isolierung der Oberfläche des Substrats 1 von der Elektrode 3 immer erforderlich ist. Als Beispiel kann die Ausnutzung von ferroelektrischen Effekten angeführt werden, die eine örtliche Verschiebung der Schwerpunkte der positiven bzw. negativen Ladungen hervorrufen, welche auf diese Weise den betreffenden Potentialbereich festhält, wobei das Substrat dann aus piezoelektrischer Keramik hergestellt ist. Weiter kann die Ausnutzung von magnetoelastischen Effekten angeführt werden, welche ein örtliches Kippen des Zustandes der Atome, insbesondere der Ausrichtung ihres Spins an der Stelle der zu speichernden Bereiche hervorrufen, wobei das Substrat 1 eine Keramik des YAG-Typs (Yttrium-Aluminium-Granat) oder des YIG-Typs (Yttrium-Eisen-Granat) ist, oder aber die Ausnutzung der Effekte der Erzeugung von Fangstellen für die Ladungsträger in einem piezoelektrischen und halbleitenden Substrat 1, beispielsweise aus Cadmiumsulfid, wobei die ausgenutzte Erscheinung dann der übergang der bewußten Ladungsträger in die verbotenen Energiebänder ist, wodurch diese Ladungsträger eingefangen werden.Of course, they can be caused by the interactions between elastic waves and electromagnetic waves generated areas are stored by other devices and in particular by the substrate itself. It should be noted that the layer 4 is always used to isolate the surface of the substrate 1 from the electrode 3 is required. As an example, the exploitation of ferroelectric effects can be cited, which have a local Shifting the centers of gravity of the positive or negative charges, which in this way causes the relevant potential area holds, wherein the substrate is then made of piezoelectric ceramic. Further the exploitation of magnetoelastic effects can be cited, which cause a local tilting of the state of the atoms, in particular the alignment of their spin at the location of the areas to be stored, wherein the substrate 1 is a ceramic of the YAG type (yttrium aluminum garnet) or the YIG type (yttrium iron garnet) is, or the use of the effects of creating trapping points for the load carriers in one piezoelectric and semiconducting substrate 1, for example made of cadmium sulfide, taking advantage of the phenomenon then the transition of the conscious charge carriers into the forbidden energy bands is what causes these charge carriers be captured.
Die mit elastischen Oberflächenwellen arbeitende Speichervorrichtung, die oben beschrieben worden ist, weist noch weitere Vorteile auf, von denen ein relativ hoher Wirkungsgrad für die nichtlinearen Wechselwirkungen aufgrund der Tatsache, daß die Energie an der Oberfläche der Vorrichtung konzentriert ist, und außerdem die Möglichkeit genannt werden kann, verschiedene Verarbeitungen der Signale ausführen zu können, die, da sie sich an der Oberfläche fortpflanzen, auf diese Weise verfügbar und zugänglich sind.The storage device working with elastic surface waves, which has been described above has other advantages, one of which is relatively high efficiency for the non-linear interactions due to the fact that the energy is concentrated on the surface of the device, and also called the possibility can be able to perform various processing operations on the signals as they are at the surface reproduce, are available and accessible in this way.
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Gemäß der Erfindung ist es außerdem möglich, einen mit elastischen Volumenwellen arbeitenden Speicher zu schaffen, der, wenn er nicht die oben genannten Vorteile aufweist, dagegen eine größere Kapazität gestattet. Das Schema eines solchen Speichers ist in Fig. 6 angegeben.According to the invention it is also possible to have a to create elastic bulk waves working memory, which, if it does not have the advantages mentioned above, on the other hand, a larger capacity is allowed. The scheme of such a memory is given in FIG.
Die Vorrichtung enthält ein piezoelektrisches Substrat 10, Wandler 50 für elastische Volumenwellen und zwei Elektroden 20 und 30, welche die Oberfläche des Substrats 10 um die Wandler 50 herum bedecken, ohne miteinander in Berührung zu sein. Die Elektroden 20 und 30 sind mit einem Generator 60 verbunden.The device includes a piezoelectric substrate 10, bulk elastic wave transducer 50, and two electrodes 20 and 30, which cover the surface of the substrate 10 around the transducers 50 without interfering with each other To be touch. The electrodes 20 and 30 are connected to a generator 60.
Die Wandler 50 können beispielsweise aus einer Gegenelektrode 54 bestehen, die auf das Substrat 10 aufgebracht und mit einer piezoelektrischen Schicht 55 bedeckt ist, welche ihrerseits mit einer Elektrode 56 bedeckt ist. Das zu speichernde elektrische Signal, das wie zuvor als Signal S bezeichnet wird, wird an die beiden Elektroden 54 und 56 angelegt.The transducers 50 can consist, for example, of a counter electrode 54 which is applied to the substrate 10 and is covered with a piezoelectric layer 55, which in turn is covered with an electrode 56. The electrical signal to be stored, which is referred to as signal S as before, is sent to the two electrodes 54 and 56 created.
Dieses Signal wird in analoger Weise gespeichert, das heißt nach der Erzeugung von Bereichen durch eine nichtlineare Wechselwirkung zwischen der durch den Wandler 50 erzeugten elastischen Volumenwelle und der elektromagnetischen Welle, welche die gleiche Kreisfrequenz hat und impulsförmig ist (oben mit P bezeichnet) und zwischen den Elektroden 20 und 30 erzeugt wird. Ebenso erfolgt das Lesen wie bei der mit Oberflächenwellen arbeitenden Vorrichtung. This signal is stored in an analog way, that is, after the generation of areas by a non-linear one Interaction between the elastic bulk wave generated by the transducer 50 and the electromagnetic one Wave that has the same angular frequency and is pulse-shaped (labeled P above) and between the electrodes 20 and 30 is generated. Reading takes place in the same way as in the case of the device operating with surface waves.
Diese Vorrichtung weist selbstverständlich die gleiche Charakteristik wie die von Fig. 1 auf: Die Wiedergewinnung des gespeicherten Signals erfolgt durch den Sendewandler mit den damit verbundenen Vorteilen.This device, of course, has the same characteristic as that of Fig. 1: the recovery of the stored signal is carried out by the transmitter converter with the associated advantages.
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Es besteht indessen ein Unterschied gegenüber der mit Oberflächenwellen arbeitenden Vorrichtung. Die erzeugten Bereiche sind nämlich dreidimensional und können somit nicht durch eine oder mehrere Oberflächenschichten, wie beispielsweise die Schicht 4 in Fig. 1, gespeichert werden. Sie müssen somit in dem Substrat 10 selbst gespeichert werden, indem beispielsweise von magnetoelastischen oder ferroelek tr i sehen Effekten oder aber von Effekten der Erzeugung von Fangstellen für die Ladungsträger Gebrauch gemacht wird, die weiter oben beschrieben worden sind.There is, however, a difference from the device operating with surface waves. The generated Areas are namely three-dimensional and can therefore not go through one or more surface layers, such as for example layer 4 in FIG. 1, can be stored. They must therefore be stored in the substrate 10 itself are, for example, by magnetoelastic or ferroelek tr i see effects or by effects of the generation use is made of trapping points for the load carriers, which have been described above.
Es ist anzumerken, daß aus denselben Gründen wie oben, das heißt zur Zerstörung jeglicher eventuellen Kohärenz der elastischen Störwellen, die Wandler, wie etwa der Wandler 50, vorzugsweise eine unregelmäßige Form haben, das heißt nichteben sind.It should be noted that for the same reasons as above, that is, to destroy any possible coherence the elastic interference waves, the transducers, such as the transducer 50, preferably have an irregular shape, that is, are not flat.
Die Erfindung ist nicht auf die oben lediglich als Beispiel gegebene und nicht als Einschränkung zu verstehende Beschreibung beschränkt. So bildet auch eine Abwandlung einen Teil der Erfindung, bei welcher das Medium zum Festhaltender Bereiche von dem Schallausbreitungsweg getrennt ist. Eine solche Abwandlung kann durch ein piezoelektrisches und halbleitendes Medium (CdS) realisiert werden, bei welchem die Speicherung durch Fangstellen erfolgt und welches mit dem Ausbreitungsweg der Schallwellen durch Leiterbahnen gekoppelt ist, die parallel zueinander mit einer Teilung angeordnet sind, die gegenüber der halben Wellenlänge der verwendeten elastischen Wellen klein ist.The invention is not to be construed as being limited to that given above merely as an example Description limited. Thus, a modification also forms part of the invention in which the medium is used to hold onto Areas is separated from the sound propagation path. Such a modification can be made by a piezoelectric and semiconducting medium (CdS) can be realized, in which the storage takes place through trapping points and which is coupled to the path of propagation of the sound waves through conductor tracks that are parallel to each other with a pitch are arranged which is small compared to half the wavelength of the elastic waves used.
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