DE2549848C3 - Information storage device using elastic waves - Google Patents
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Description
dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung außerdem Einrichtungen zum Lesen der Information enthält, die aus zweiten Einrichtungen (2, 3) bestehen zum Anregen eines zweiten elektromagnetischen Feldes quer durch das Substrat (1), wobei das zweite elektromagnetische Feld in Wechselwirkung mit den Bereichen tritt, um zum Lesen eine zweite elastische Welle (P)mit denselben Kenndaten wie die erste elastische Welle (S) zu erzeugen, die »ich aber in umgekehrter Richtung zu dem Wandler (5) hin fortpflanz·characterized in that the device further comprises means for reading the information which consist of second means (2, 3) for exciting a second electromagnetic field across the substrate (1), the second electromagnetic field interacting with the areas, in order to generate a second elastic wave (P) for reading with the same characteristics as the first elastic wave (S) , but which I propagate in the opposite direction to the transducer (5) ·
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Anrcjmgseinrichtungen zwei Elektroden (2, 3) enthalten, die beiderseits des Substrats (I) angebracht sind, wobei wenigstens eine der Elektroden von dem Substrat durch eine Isolierschicht (4) getrennt ist und wobei an die Elektroden ein impulsförmiges elektrisches Signal (P) mit derselben Kreisfrequenz wie die elastische Welle ^angelegt wird.2. Device according to claim 1, characterized in that the first Anrcjmgseinrichtungen two electrodes (2, 3) which are attached to both sides of the substrate (I), wherein at least one of the electrodes is separated from the substrate by an insulating layer (4) and a pulse-shaped electrical signal (P) with the same angular frequency as the elastic wave ^ is applied to the electrodes.
3. Vorrichtung nach Anspruch I oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Einrichtungen (2, 3) zum Anregen eines ersten elektromagnetischen Feldes und die zweiten Einrichtungen (2, 3) zum Anregen eines zweiten elektromagnetischen Feldes identisch sind.3. Apparatus according to claim I or 2, characterized in that the first devices (2, 3) for exciting a first electromagnetic field and the second devices (2, 3) for Exciting a second electromagnetic field are identical.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (5) elastische Oberflächenwellen aussendet.4. Device according to one of claims I to 3, characterized in that the converter (5) emits elastic surface waves.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Wandler (5) um einen Wandlertyp mit interdigital angeordneten Kämmen (51, 52) handelt, welche ungeradlinige parallele Zinken (53) haben.5. Apparatus according to claim 4, characterized in that the transducer (5) is one Converter type with interdigitally arranged combs (51, 52), which are odd, parallel Have tines (53).
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (50) elastische Volumenwellen aussendet.6. Device according to one of claims I to 3, characterized in that the converter (50) emits elastic bulk waves.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Wandler (50) Elektroden (54, 56) mit nichtebenen Oberflächen enthält.7. Apparatus according to claim 6, characterized in that the transducer (50) electrodes (54, 56) with non-planar surfaces.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 7. dadurch gekennzeichnet, daß die elastische Lcsewel-Ic (P) einer Wechselwirkung mit einer dritten elastischen Welle zum Einschreiben ausgesetzt ist, die durch denselben Wandler (5) und mil der gleichen Kreisfrequen/ wie die erste elastische Welle erzeugt wird, wobei durch diese Weehsclwir-8. Device according to one of claims I to 7, characterized in that the elastic Lcsewel-Ic (P) is exposed to an interaction with a third elastic wave for writing, which by the same transducer (5) and mil the same circular frequencies / as the first elastic wave is generated, whereby by this Weehsclwir-
kung zweite Bereiche erzeugt werden, die mit Hilfe der Festlegungseinrichtungen festgehalten werden.kung, second areas can be generated, which are recorded with the help of the fixing devices.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 4, 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Festlegen der Bereiche aus einer dielektrischen Schicht (41) bestehen, die gegenüber der den Wandler (5) tragenden Oberfläche des Substrats (1) und ohne Berührung mit der Oberfläche angeordnet ist und nacheinander mit wenigstens einer Halbleiterschicht (42) und einer mit einem äußeren Vorspannungspotential verbundenen metallischen Schicht (43) bedeckt ist.9. Device according to one of claims 1, 4, 5, characterized in that the devices for Defining the areas consist of a dielectric layer (41) opposite the Transducer (5) bearing surface of the substrate (1) and arranged without contact with the surface is and successively with at least one semiconductor layer (42) and one with an outer Bias potential connected metallic layer (43) is covered.
10. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine (3) der Elektroden mittels eines elektrischen Isolators (44) auf die metallische Schicht (43) aufgebracht ist.10. Device according to claims 2 and 9, characterized in that one (3) of the electrodes is applied to the metallic layer (43) by means of an electrical insulator (44).
11. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß sie außerdem eine zweite Halbleiterschicht, deren Leitfähigkeit sich von der der ersten Halbleiterschicht (42) unterscheidet, enthält, die zwischen der ersten Schicht (4i) und der metallischen Schicht (43) angeordnet ist.11. The device according to claim 9, characterized in that it also has a second Semiconductor layer, the conductivity of which differs from that of the first semiconductor layer (42), contains, which is arranged between the first layer (4i) and the metallic layer (43).
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Festlegen der Bereiche durch das aus piezoelektrischer Keramik hergestellte Substrat (1) gebildet sind, wobei die Festlegung durch ferroelektrischen Effekt erfolgt.12. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the devices for Defining the areas formed by the substrate (1) made of piezoelectric ceramic are, whereby the determination is made by the ferroelectric effect.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Festlegen der Bereiche durch das aus Cadmiumsulfid hergestellte Substrat (1) gebildet sind, wobei die Festlegung durch einen Fangstelleneffekt für die Ladungsträger erfolgt.13. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the means for defining the areas are made of cadmium sulfide produced substrate (1) are formed, the definition by a trap effect for the Load carrier takes place.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Festlegungseinrichtungen durch das Substrat (I) gebildet sind, welches aus Keramik vom Yt'.rium-Aluminium-Granatr.der Yttrium-Eisen-Cranat-Typ hergestellt ist. wobei die Festlegung durch magnetoelastischen Effekt erfolgt.14. Device according to one of claims 1 to 8, characterized in that the fixing devices are formed by the substrate (I), which is made of ceramic from Yt'.rium-Aluminum-Garnet.der Yttrium iron cranate type is made. being fixed by magnetoelastic Effect occurs.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie mehrere unabhängige elektromechanische Wandler (5; 50) enthält.15. Device according to one of claims 1 to 14, characterized in that there are several contains independent electromechanical transducers (5; 50).
V) f)ic Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art Z-Jr Informationsspeicherung unter Verwendung von elastischen Wellen.V) f) ic invention relates to a device of the type specified in the preamble of patent claim 1 - Jr information storage using elastic waves.
Es sind bereits verschiedene Vorrichtungen vorge-Various devices are already in place
-,-, schlagen worden, bei welchen die Wechselwirkungen zwischen elastischen Wellen, d. h. zwischen Druck- oder Scherschwingungsbew€gungen unterschiedlicher Frequenzen zum Zwecke der Amplituden- und Frequenzanalyse von optischen oder elektrischen Bildern, die in-, -, have been suggested, in which the interactions between elastic waves, d. H. between pressure or shear vibration movements of different frequencies for the purpose of amplitude and frequency analysis of optical or electrical images that are stored in
M) elastische Wellen umgewandelt worden sind, ausgenutzt werden, bei welchen aber ohne Spcichercffckt gearbeitet wird. Beispiele dieser Vorrichtungen sind insbesondere in den deutschen Patentanmeldungen P 24 51 590.9 und P 25 13 166.2 beschrieben.M) elastic waves have been converted, exploited which, however, work without memory will. Examples of these devices are in particular in German patent applications P 24 51 590.9 and P 25 13 166.2.
h', Weiter ist cine mil mechanischen Spanniingswcllcn arbeitende magnetische Speichervorrichtung bekannt (DE-AS 14 74 455), die ein Magnetmaterial enthält. Eine elastische Welle oder Schallwelle ändert bekanntlich dieThere is also a mechanical tensioning mechanism working magnetic storage device known (DE-AS 14 74 455), which contains a magnetic material. One elastic wave or sound wave is known to change the
magnetischen Eigenschaften des Magnetmaierials. Das Einschreiben in dieses Material erfolgt durch die gleichzeitige Einwirkung eines elektrischen Stromimpulses und einer elastischen Welle, deren Wirkungen sich addieren und den Materialzustand ändern, d. h. die Richtung des magnetischen Flusses umkehren. Die Amplitude des elektrischen Stromimpulses reicht allein, d.h. ohne die elastische Welle nicht aus. um den magnetischen Fluß umzukehren, während sie dort, wo das magnetische Material unter mechanischer Span- w nung steht, d. h. wo die elastische Welle vorhanden ist, zur Umkehrung des magnetischen Flusses ausreicht. Diese bekannte Speichervorrichtung kann nur binäre Signale speichern und benötigt für diesen Zweck eine Anzahl von diskreten Speicherelementen in Form von Stäben. In diese Stäbe werden die Bits seriell eingeschrieben. Jeder Stab besteht dabei aus drei Elementen, nämlich einem magnetischen Material, einem Material, das die elastischen Wellen leiten kann (z. B. Glas oder Quarz), und einem elektrischen Leiter, der den elektrischen Stromimpuls weiterleitet.magnetic properties of the magnetic material. The writing in this material takes place through the simultaneous action of an electric current pulse and an elastic wave, the effects of which add up and change the state of the material, ie reverse the direction of the magnetic flux. The amplitude of the electrical current pulse is sufficient on its own, ie not sufficient without the elastic wave. to the magnetic flux to reverse while it is where the magnetic material under mechanical chip w voltage, that is, where the elastic wave is present, is sufficient to reverse the magnetic flux. This known memory device can only store binary signals and for this purpose requires a number of discrete memory elements in the form of bars. The bits are written serially into these bars. Each rod consists of three elements, namely a magnetic material, a material that can conduct the elastic waves (e.g. glass or quartz), and an electrical conductor that transmits the electrical current pulse.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs I angegebenen Art so auszubilden, daß sie sowohl binäre als auch analoge Signale speichern kann, ohne dabei diskrete Speicherelemente zu benötigen.The object of the invention is to provide a device of the im To train the preamble of claim I specified type so that they are both binary and analog Can store signals without the need for discrete storage elements.
Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im Kennzeichen des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention by the features indicated in the characterizing part of claim 1 Features solved.
Die Speichervorrichtung nach der Erfindung arbeitet jo statt mit einem magnetischen Material mit einem piezoelektrischen Material, an dessen Oberfläche eine elastische Welle erzeugt wird, die ein zu speicherndes Signal darstellt, das binär oder analog sein kann. Dieses Signal wird aufgrund des Piezoeffekts durch mechanisehe Spannungen und ein elektrisches Potentialrelief ausgedrückt. Es wird ein impulsförmiges elektromagnetisches Feld erzeugt, das nichtlinear mit diesem Potential piezoelektrischen Ursprungs in Wechselwirkung tritt und eine von der Zeit unabhängige räumliche Verteilung des elektrischen Potentials, die von der Form der elastischen Welle unabhängig ist, während der gesamten Dauer der Wechselwirkung erzeugt. Die räumlich unterschiedenen, periodischen Bereiche, die am Ende der Wechselwirkung vorliegen, stellen die Information dar, die durch Modifizieren der physikalischen Eigenschaften, beispielsweise mit Hilfe von ferroelektrischen, Halbleiter- oder magnetoeiasticchen Effekten, des Ausbreitungsmediums der elastischen Wellen in diesen Bereichen gespeichert wird. Das Lesen der auf diese Weise gespeicherten 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. Die Speichervorrichtung nach der Erfindung hat dabei den Vorteil, daß sie auch die Speicherung von analogen Signalen gestattet und keine langgestreckten Speicherelemente in Form von Stäben benötigt, sondern mit bo einem durchgehenden Medium völlig auskommt.The memory device according to the invention works jo instead of a magnetic material with a piezoelectric material, on the surface of a elastic wave is generated, which represents a signal to be stored, which can be binary or analog. This Due to the piezo effect, the signal is generated by mechanical stresses and an electrical potential relief expressed. A pulsed electromagnetic field is generated that is non-linear with it Potential of piezoelectric origin interacts and a spatial one that is independent of time Distribution of electrical potential, which is independent of the shape of the elastic wave, during the the entire duration of the interaction. The spatially distinct, periodic areas that present at the end of the interaction represent the information obtained by modifying the physical Properties, for example with the help of ferroelectric, semiconductor or magnetoeiasticchen Effects, the medium of propagation of the elastic waves is stored in these areas. The reading the information stored in this way is carried out by emitting an electromagnetic field in the substrate, this field interacting in a non-linear manner with the areas around the to regenerate the initial elastic wave received by the transducer that sent it. the Storage device according to the invention has the advantage that it can also store analog Signals allowed and no elongated storage elements in the form of rods required, but with bo one continuous medium gets by completely.
Mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigtSeveral exemplary embodiments of the invention are illustrated in the drawings and are described below described in more detail. It shows
F i g. I das Schema einer Vorrichtung nach der v> Erfindung, bei welcher elastische Oberflächenwellen ausgenutzt werden, dieF i g. I the scheme of a device according to the v> Invention, in which elastic surface waves are used, the
F i g. 2 und 3 die Form der bei dem Betrieb der Vorrichtung nach der Erfindung benutzten elektrischen Signale,F i g. Figures 2 and 3 show the shape of the electrical used in the operation of the device according to the invention Signals,
F i g. 4 eine abgewandelte Ausführung eines Teils der Vorrichtung von Fig. 1,F i g. 4 shows a modified embodiment of part of the device from FIG. 1,
F i g. 5 eine Ausführungsform des Schemas von F i g. I undF i g. 5 shows an embodiment of the scheme of FIG. I. and
Fig.6 das Schema einer Vorrichtung nach der Erfindung, bei welcher elastische Volumenwellen ausgenutzt werden.6 shows the diagram of a device according to the invention, in which elastic bulk waves be exploited.
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 of the drawing, the signals are in an arbitrary and overall manner enlarged scale has been shown.
In dem Schema von Fig. 1 sind dargestellt: ein piezoelektrisches Substrat t, 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 aufgebra *'.:t sind; eine oder mehrere insgesamt mit der Bezugszdi! 4 bezeichnete und aus einem Material, dessen Beschaffenheit und Aufgabe weiter unten näher erläutert werden, bestehende Schichten, die auf das Substrat 1 auf der Sehe 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. Pie Elektroden 2 und 3 sind mit einem Generator 6 verbunden, der ein elektrisches Signal P erzeugt, dessen Form in F i g. 3 angegeben ist.The diagram of FIG. 1 shows: a piezoelectric substrate t, for example in the form of a plate, on the surface of which elastic waves can propagate; a plurality of electromechanical transducers such as the transducer 5 applied to the surface of the substrate 1: t; one or more in total with the reference zdi! 4 and made of a material, the nature and function of which will be explained in more detail below, consisting of layers that are applied to the substrate 1 on the side of the transducer 5 and around them; Electrodes 2 and 3 which completely or partially cover the large sides of the substrate 1, openings being provided in the electrode 3 as in the layer 4 at the location of the transducers 5. Pie electrodes 2 and 3 are connected to a generator 6 which generates an electrical signal P , the form of which is shown in FIG. 3 is specified.
Die Wandler 5 sind beispielsweise interdigital angeordnete Kämme. In dem Fall (in Fi g. 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 verder Die Wandler 5 werden jeweils durch amplitudenmodulierte elektrische Signale 5 der Kreisfrequenz λ erregt. Ein Be.'-.piel 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, for example, interdigitally arranged combs. In the case (shown in Fig. 1), in which the various layers are isotropic in planes parallel to the plane of the plate these transducers are arranged with any orientation on the surface of the substrate verder die The transducers 5 are each excited by amplitude-modulated electrical signals 5 of the angular frequency λ. A Example for such a signal is given in FIG. These electrical signals represent the information to be stored. The transducers excited in this way generate elastic waves on the surface of the substrate 1, which propagate in such a way that they have a certain Time after their emission, occupy essentially circular areas with their center in their Original converter lies.
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 the aforementioned surfaces can overlap and interfere without any adverse effect on the correct operation of the device, as set out in the following description.
Zur Vereinfachung werden die von einem Wandler, wie etwa dem Wandler 5 ausgesandten elastischen Wellen mit 5 bezeichnet und durch das Paar (λ, £)For the sake of simplicity, those sent from a transducer such as transducer 5 are elastic Waves denoted by 5 and by the pair (λ, £)
gekennzeichnet, wobei k der der Wellenzahl k=- where k is the wave number k = -
zugeordnet Wellenvektor ist und wobei ν die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elastischen Welle auf dem Substrat 1 ist.is assigned wave vector and where ν is the speed of propagation 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 λ angelegt. Die elektromagnetische Welle, die sich in dem SubstratAfter a time T. at the end of which the area occupied by a signal S around its output transducer (for example transducer 5) is sufficiently large, a very short pulse P of angular frequency λ is applied to electrodes 2 and 3. The electromagnetic wave that is in the substrate
ausbreitet, wird — ebenfalls zur Vereinfachung — mit P bezeichnet und durch das Paar (\. O) gekennzeichnet, wobei das zweite Glied den Wellenvcklor der Welle /' darstellt, der ihrer Wellenzahl zugeordnet ist und gegenüber Ar als vernachlässigbar angesehen wird, da die -, Lichtgeschwindigkeit gegenüber der Ausbicitungsgeschwindigkeit ider elastischen Wellen sehr groß ist.spreads, is - also for the sake of simplicity - denoted by P and characterized by the pair (\. O), whereby the second term represents the wave vector of the wave / ', which is assigned to its wave number and is viewed as negligible compared to Ar, since the - The speed of light is very large compared to the speed of deflection in elastic waves.
Dieser Impuls erzeugt auf der gesamten Oberfläche des piezoelektrischen Substrats I. die unter der Elektrode 3 liegt, ein elektrisches Feld, welches in in nichtlinearer Weise mit dem Feld in Wechselwirkung tritt, das sich aufgrund des piezoelektrischen Effektes aus dem durch die elastische Welle S hervorgerufenen Raster von mechanischen Spannungen ergibt. Diese Wechselwirkung induziert Oberflächenwellen, welche r, 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 generates an electric field on the entire surface of the piezoelectric substrate I. which lies under the electrode 3, which interacts in a non-linear manner with the field that is created by the piezoelectric effect in the grid caused by the elastic wave S. of mechanical stresses. This interaction induces surface waves, which can be characterized by the pairs (angular frequency, wave vector) that result from the sum and the difference of the pairs that characterize the interacting waves. This is how you get:
(2.Λ. V) (0. V) (0. - k) :"(2.Λ. V) (0. V) (0. - k) : "
Die physikalische Interpretation dafür lautet:The physical interpretation for this is:
— der erste Fall entspricht der Bildung einer nichtfortschreitenden Schwingung (wobei k gleich >">- the first case corresponds to the formation of a non-progressive oscillation (where k equals>">
jrist). d.h. einer Schwingung, die nur während derjrist). i.e. an oscillation that only occurs during the
Dauer der Wechselwirkung vorhanden ist. auf die Wechselwirkungszone begrenzt ist und sich zeitlich mit doppelter Kreisfrequenz 2\ der Signale Sund P m ändert. Sie kann somit vernachlässigt werden.Duration of interaction is present. is limited to the interaction zone and changes over time with twice the angular frequency 2 \ of the signals S and P m. It can therefore be neglected.
— der zweite Fall entspricht einem Zustand von diskreten Potentialen, die von der Zeit unabhängig sind, mit dem Schritt 2.17Ar räumlich periodisch sind und während der Wechselwirkungsdauer der Signa- π le .S" und P in der oben genannten Fläche um den Ausgangswandler des Signals 5 herum vorhanden sind:- The second case corresponds to a state of discrete potentials that are independent of time, are spatially periodic with step 2.17Ar and during the interaction period of the signals .S "and P in the above-mentioned area around the output transducer of the signal 5 are available around:
— der dritte Fall ist mit dem vorhergehenden identisch, denn man weiß, daß bei der hier verwendeten an ^.rhrpihu. php P:i:irpf\ Ic) iinrl I — λ — jl·) Hip alpirhp- the third case is identical to the previous one, because we know that an ^ .rhrpihu. php P: i: irpf \ Ic) iinrl I - λ - jl ·) Hip alpirhp
Oberflächenwelle darstellen, die sich in derselben Richtung ausbreitet.Represent surface waves that are in the same Direction spreads.
Es sind somit in dem zweiten Fall periodische und α-, unterschiedene > Bereiche«' erzieh worden, welche das Signal S darstellen. Weil sie nur während der Wechselwirkungsdauer vorhanden sind, ist es jedoch erfoiuerlich. Einrichtungen zum Modifizieren der physikalischen Einschalten des Ausbreitungsmediums vorzusehen, damit diese Bereiche gespeichert werden. Diese Zustandsänderungen müssen eine Zeitkorstante haben, die gegenüber der Dauer des Impulses Pklein ist. Zu diesem Zweck können ferroelektrische. magnetoelastische oder Halbleiter-Effekte ausgenutzt werden, je nach der Art des Substrats I und der Zusammensetzung der Schichten 4. Ausführungsbeispiele sind weiter unten angegeben.Thus, in the second case, periodic and .alpha. "Differentiated" areas "have been created which represent the signal S. However, because they are only present during the interaction period, it is necessary. Provide means for modifying the physical activation of the propagation medium to store these areas. These changes of state must have a time constant which is small compared to the duration of the pulse P. For this purpose, ferroelectric. Magnetoelastic or semiconductor effects are used, depending on the type of substrate I and the composition of the layers 4. Embodiments are given below.
Zum Lesen der auf diese Weise gespeicherten Information läßt man eine elektromagnetische Welle to 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 3 erzeugt.To read the information stored in this way, an electromagnetic wave to interact with the stored areas. The electromagnetic wave is generated by applying a pulse such as pulse P to electrodes 2 and 3 as before.
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 (0.Ar^ für die gespeicherten Bereiche und (λ. 0) für das Signal /'. Mai erhält so:The non-linear interaction is characterized by the pairs ^ (angular frequency, wave vector), which result from the sum and the difference of the pairs ^. which interact, namely (0.Ar ^ for the stored areas and (λ. 0) for the signal / '. Mai gets so:
Λ. k) Λ. k)
- X. k) - X. k)
— Der erste Fall stellt eine elastische Welle dar. die siel unter Entfernung von dem Ausgangswandler 5 zi der Peripherie des Substrats ausbreitet, wobei sie 11 der Struktur gedämpft wird: bei mehreren I lin- um Herlaufen induziert sie nur Signale ohne Phascnko härenz, die eventuell den Wandler erreichen können- The first case represents an elastic wave that fell at a distance from the output transducer 5 zi the periphery of the substrate, where it 11 the structure is attenuated: if there are several linear movements around it, it only induces signals without phascnko harshness that may possibly reach the converter
— Das zweite und das d1 Ute Paar entsprechen ir Wirklichkeit ein und demselben Fall und stellen eiiu elastische Welle dar, die sich in kohärenter Weise ar der Oberfläche des Substrats zurück /u den Ausgangswandler fortpflanzt und dann zum Leser benutzt wird.- The second and d 1 correspond Ute pair ir fact, one and the same case and are eiiu elastic wave propagating in a coherent manner the back surface of the substrate ar / u output transducer propagates and is then used to readers.
Man sielii deshalb iesi, daß jcuei dei auf den Substrat 1 angeordneten Wandler 11,lh der nichtlinea ren Lesewechselwirkung in kohärenter Weise nur da' von ihm selbst ausgesandte Signal Sempfängt, währene die anderen Signale, die er empfangen kann, untereinan der keine Kohärenz aufweisen und somit nur einer Rauschfaktor darstellen. Diese Rückkehr des gespei cherten Signals zu seinem Sendewandler erbringt der Vorteil, einen Wandler beliebiger Form zu gestatter (von wcvhem in Fig. 4 ein Beispiel dargestellt ist) unc den gleichzeitigen Betrieb von mehreren Wandlern zi erlauben.One can therefore see that the transducer 11, arranged on the substrate 1, receives the non-linear reading interaction in a coherent manner only because the signal S transmitted by itself, while the other signals that it can receive do not have any coherence with one another and thus only represent a noise factor. This return of the stored signal to its transmission transducer has the advantage of allowing a transducer of any desired shape (an example of wcvhem is shown in FIG. 4) and of allowing the simultaneous operation of several transducers zi.
Es ist anzumerken, daß das nach der Speicherung durch seinen Ausgangswandler 5 gelesene Signal .< /eiiiiv-'h umgedreht ist.It should be noted that the signal read by its output transducer 5 after storage is reversed.
Bei einer abgewandelten Verwendung der Vorrich tung von Fig. I ist es möglich, das Signal S bei seinei Rückkehr zu seinem Ausgangswandler 5, das heißt nach einer ersten Speicherung zu speichern. Zu dieserr Zweck läßt man das rückkehrende Signal S. das durch das Paar (λ, -/^gekennzeichnet ist. und eine elastische Oberflächenwelle in Wechselwirkung treten, die durch den Ausgangswandler 5 des Signals 5 in Form eine? ImniiUp« Hpr Krpisfrequenz *\ aiifgesandt worden ist dessen Form in Fig. 3 angegeben ist. und die durch da? Paar (a. V) gekennzeichnet ist. Wie zuvor erhält mar drei mögliche Fälle:With a modified use of the device of FIG. I, it is possible to store the signal S on its return to its output transducer 5, that is to say after it has been stored for the first time. For this purpose, the returning signal S, which is characterized by the pair (λ, - / ^. And an elastic surface wave, interact, which is sent by the output transducer 5 of the signal 5 in the form of an "ImniiUp" Hpr pulse frequency * \ aiif the form of which is given in Fig. 3 and which is characterized by the pair (a. V) . As before, mar receives three possible cases:
(2'<.0) (0.2*) (0.-2A)(2 '<. 0) (0.2 *) (0.-2A)
von denen der erste vernachlässigt werden kann unc von denen die beiden anderen denselben Zustand vor diskreten, zeitunabhängigen Potentialen der räumlicher Periodizität 2.T/2A;darstellen.the first of which can be neglected and the other two of which have the same condition discrete, time-independent potentials of spatial periodicity 2.T / 2A;
Dieser Zustand, der aus unterschiedlichen Bereicher 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 changing the state of the propagation medium.
Das Lesen der Information erfolgt durch nichtlineare Wechselwirkung zwischen den gespeicherten Bereicher (0. 2V) und einer in Fi g. 3 dargestelltem impulsförmiger elastischen Oberflächenwelle (α, k), die von derr Wandler 5 ausgesandt wird._Die Wechselwirkung liefen einen ersten Ausdruck (α, 3ϊ), der. da er nichtfortschreitend ist. vernachlässigt wird, und zwei weitere Ausdrücke ( — <x. k) und (α, —k), bei welchen e; sich un" zwei äquivalente Ausdrücke derselben Oberflächenwelle handelt, die bei ihrer Rückkehr zu dem Wandler 5. der sie zuerst ausgesandt hat, das Signal Sdarstellt.The information is read through non-linear interaction between the stored area ( 0.2V) and one in FIG. 3 shown pulsed elastic surface wave (α, k), which is emitted by the transducer 5._The interaction ran a first expression (α, 3ϊ), the. since it is not progressive. is neglected, and two more expressions (- <x. k) and (α, -k), for which e; are un "two equivalent expressions of the same surface wave which represents the signal S on its return to the transducer 5. which sent it first.
F i g. 4 zeigt eine abgewandelte Ausführungsform der Wandler, wie etwa des Wandlers 5. die an dei Oberfläche des Substrats 1 (F i g. 1) angeordnet sind.F i g. 4 shows a modified embodiment of the transducers, such as the transducer 5 Surface of the substrate 1 (F i g. 1) are arranged.
Er ist ebenfalls vom Interdigitaltyp, das heißt erIt is also of the interdigital type, that is to say it
enthält zwei Kämme 51 und 52. deren Zinken 53 parallel und ineinandergeschoben sind, wobei die Zinken 51 selbst aber die Form einer Kurve mit Wendepunkt annehmen.contains two combs 51 and 52. their prongs 53 parallel and are pushed into one another, the prongs 51 but even take the form of a curve with a turning point.
Die ungeradlinigc Form der Zinken 53 ist dafür bestimmt, die eventuelle Kohärenz, der elastischen We!^-:n zu z.erstören, welche bei ihrer Ausbreitung auf dem Substrat I nach Reflexion parasitäre Wege benutzen.The irregular shape of the prongs 53 is intended for the eventual coherence, the elastic We! ^ -: n to destroy which in their spread to the substrate I use parasitic paths after reflection.
Fig. 5 /eigt eine Ausführungsform lies in Fig. I dargestellten, mit elastischen Oberflächenwellen arbeitenden Speichern, bei der die Speicherung der durch nichtlineare Wechselwirkungen erzeugten Potentialbereiche durch MOS (Metall-Oxid-Halbleiter)-Effekt erfolgt. Fig. 5 / Eigt an embodiment read in Fig. I. shown, working with elastic surface waves storage, in which the storage of by Non-linear interactions generated potential areas by MOS (metal-oxide-semiconductor) effect takes place.
F i g. 5 zeig! wieder das Substrat 1, welches durch die mit dem Generator 6 verbundenen Elektroden 2 und 3 bedeckt ist, wobei fi*p FlpktrmHp "i vrm ftptii S^bstr3.'. 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 Substrn ■s 1 angeordnet sind, sind der Übersichtlichkeit halber in Fig.5nicht sichtbar.F i g. 5 show! again the substrate 1, which is covered by the electrodes 2 and 3 connected to the generator 6 , where f i * p FlpktrmHp "i vrm ftptii S ^ bstr 3. '. by a thin layer of air 40 and by a group of in their entirety with the reference number 4. The transducers, such as the transducer 5, which are arranged on the surface of the substrate 1, are not visible in FIG. 5 for the sake of clarity.
Das Substrat ! besteht aus einem piezoelektrischen Material, wie beispielsweise Lithiumniobat LiNbOj 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 Or rfläche des Substrats frei ausbreiten können.The substrate! consists of a piezoelectric material such as lithium niobate or LiNbOj Lead zirconate titanate PZT. The intermediate space 40 has the task of closing the layers 4 away from the substrate 1 separate 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 Schicht 42 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.The group of layers 4 consists successively and outwardly of: a silicon oxide layer 41; a layer 42 of silicon or of an amorphous semiconductor; a metallic electrode 43, which over a terminal 45 is connected to an external bias potential (not shown); and one Insulating layer 44.
Zum Speichern der Bereiche wird, wenn die Siliciumschicht 42 N-Ieitend 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 Elektrode 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 nichtiinearen Wechselwirkung, von der sie erzeugt worden ist, fortbesteht.When the silicon layer 42 is N-conductive, it is used to store the regions. the electrode 43 on brought positive potential. It then creates a majority carrier depletion in the silicon layer 42. There is some threshold potential difference between the two sides of the dielectric 41. above which minority charge carrier (in In this example positive minority charge carriers) in the silicon layer 42 are located at the interface 41-42 accumulate. This phenomenon is used to store the areas by placing the electrode 43 in this way (positive) is biased when the surface of the substrate 1 is at a uniform potential that it is just brought below the threshold potential. If the distribution of the potential on the surface of the substrate 1 represents a positive region, the remains Potential difference between the two sides of the layer 41 is below the threshold value and it takes place no change in occupation of the load carriers. On the other hand, the potential difference is opposite to a negative area between the two sides of layer 41 is greater than the threshold and it finds one Accumulation of (positive) minority charge carriers takes place at the interface 41-42, which leads to the (negative) Potential of the area concerned and, more generally, the distribution of the potential on the surface of the Substrate 1 holds, in this way after the termination of the non-linear interaction of the it has been created persists.
Es ist zu bemerken, daß die Siliciumschicht 42 in zwei einander überlagerte Schichten mit unterschiedlichemIt should be noted that the silicon layer 42 is divided into two superimposed layers of different sizes
spezifischem Widerstand von beispielsweise ΙΟΟΟΟΩςτη bzw. 1ΟΩο*ιτι /erlegt werden kann.specific resistance of, for example, ΙΟΟΟΟΩςτη or 1ΟΩο * ιτι / can be imposed.
Selbstverständlich können die durch die Wechselwirkungen zwischen elastischer Welle und clektromagneti scher 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 7ii«tanHp« Ae.r 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 I1 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, the areas generated by the interactions between elastic waves and clektromagnetic waves can be stored by other devices and in particular by the substrate itself. It should be noted that the layer 4 is always required to isolate the surface of the substrate 1 from the electrode 3. As an example, the use of ferroelectric effects can be cited, which cause a local shift in the centers of gravity of the positive or negative charges, which in this way holds the relevant potential area in place, the substrate then being made of piezoelectric ceramic. The use of magnetoelastic effects can also be cited, which cause a local tilting of the 7ii "tanHp" Ae.r atoms, in particular the alignment of their spin at the location of the areas to be stored, the substrate 1 being a ceramic of the YAG type (yttrium Aluminum garnet) or of the YIG type (yttrium iron garnet), or the exploitation of the effects of generating trapping points for the charge carriers in a piezoelectric and semiconducting substrate I 1, for example made of cadmium sulfide, where the exploited phenomenon is then the The transition of the conscious charge carriers into the forbidden energy bands is what causes these charge carriers to be trapped.
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 surface elastic wave memory device described above has other advantages, one of which is a relatively high degree of efficiency for the nonlinear interactions due to the fact that the energy is concentrated on the surface of the device, and also the possibility of carrying out various processing of the signals can also be mentioned which, since they reproduce on the surface, are thus available and accessible.
Es ist außerdem möglich, einen mit elastischer, Volumenwellen arbeitenden Speicher zu schaffen, der, wenn er nicht die oben genannten Vorteile autweist, dagegen eine größere Kapazität gestattet. Das Schema eines solchen Speichers ist in F i g. 6 angegeben.It is also possible to create a storage system that works with elastic, volume waves, which, if it does not have the advantages mentioned above, it allows a larger capacity. The scheme such a memory is shown in FIG. 6 specified.
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, transducer 50 for bulk elastic waves and two electrodes 20 and 30 covering the surface of the substrate 10 around the transducers 50 without to be in touch with each other. 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 5 bezeichnet wird, wird an die beiden Elektroden 54 und 56 angelegtThe transducers 50 can consist, for example, of a counter electrode 54 which is placed on the substrate 10 applied and covered with a piezoelectric layer 55, which in turn with an electrode 56 is covered. The electrical signal to be stored, referred to as signal 5 as before, is sent to the both electrodes 54 and 56 applied
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 manner, that is, after the generation of areas by a non-linear interaction between the elastic bulk wave generated by the transducer 50 and the electromagnetic wave, which has the same angular frequency and is pulse-shaped ( designated P above) and between the Electrodes 20 and 30 is generated. Reading takes place in the same way as with the device working with surface waves.
Diese Vorrichtung weist selbstverständlich die gleiche Charakteristik wie die von F i g. 1 auf: DieThis device, of course, has the same characteristics as that of FIG. 1 on: The
Wiedergewinnung des gespeicherten Signals erfolgt durch den Sendewandler mit den damit verbundenen Vorteilen.The stored signal is recovered by the transmitting transducer with the associated ones Advantages.
Es besteht indessen ein Unterschied gegenüber der mit Oberflächenwcüen arbeilenden Vorrichtung. Die erzeugten Bereiche sind nämlich dreidimensional und können somit nitni durch eine oder mehrere Oberflächenschichten, wie beispielsweise die Schicht 4 in F i g. I. gespeichert werden. Sie müssen somit in dem Substrat 10 selbst gespeichert werden, indem beispielsweise von magnetoelastischen oder ferroelektrischen 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 using surface water. the Areas created are namely three-dimensional and can therefore be nitni through one or more surface layers, such as layer 4 in FIG. I. be saved. They must therefore be in the substrate 10 itself can be stored by, for example, magnetoelastic or ferroelectric effects or use is made of the effects of generating trapping points for the charge carriers that 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 eventual Coherence of the elastic interference waves, the transducers, such as the transducer 50, preferably an irregular one To have form, that is, to be non-flat.
Die Erfindung isl nicht auf die oben lediglich als Beispiel gegebene und nicht als Einschränkung zu verstehende Beschreibung beschrankt. So bildet auch eine Abwandlung einen Teil der Erfindung, bei welcher das Medium /um festhalten der Bereiche von dem Schallausbreitungsweg getrennt ist. Eine solche Abwandlung kann durch ein piezoelektrisches und hiilbleitendcs Medium (CdS) realisiert werden, bei welchem die Speicherung durch Fangslcllcn erfolgt und welches mi· dem Ausbreitungsweg der Schallwellen durch Leiterbahnen gekoppelt ist. die parallel zueinander mit einer Teilung ungeordnet sind, die gegenüber der halben Wellenlänge der verwendeten elastischen Wellen klein ist.The invention is not limited to the above merely as Example given and not to be understood as a limitation description is limited. So also educates a modification of part of the invention in which the medium / to hold the areas is separated from the sound propagation path. Such a variation can be realized by a piezoelectric and conductive medium (CdS) which the storage takes place by catchers and which with the path of propagation of the sound waves is coupled by conductor tracks. which are disordered parallel to each other with a pitch, the opposite half the wavelength of the elastic waves used is small.
Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings
Claims (1)
Applications Claiming Priority (1)
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DE2549848C3 true DE2549848C3 (en) | 1980-04-17 |
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Family Applications (1)
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Legal Events
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C3 | Grant after two publication steps (3rd publication) | ||
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