DE3041414C2 - Signalaufzeichnungs- und -wiedergabevorrichtung - Google Patents
Signalaufzeichnungs- und -wiedergabevorrichtungInfo
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Description
60
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufzeichnung bzw. Aufnahme und Wiedergabe eines Ton-, Bildo,
dgl. Informationssignals unter Verwendung einer Halbleiterschicht.
Als Signalaufzeichnungsträger sind z. B. Schallplatten, auf denen Signale auf mechanischem Wege
aufgezeichnet werden, Bildplatten, Magnetplatten für elektronische Rechner usw. bekannt. Die bisherigen
Schall- und Bildplatten können jedoch normalerweise nur für die Signalwiedergabe benutzt werden, d, h. die
Signale können nicht nach Belieben aufgezeichnet und gelöscht werden. Während bei Magnetplatten eine
beliebige Signalaufzeichnung und -löschung möglich ist, ist es dabei schwierig, eine Aufzeichnung mit hoher
Dichte zu erreichen. Die Aufzeichnungskapazität einer Magnetplatte mit einem Durchmesser von z. B. 30 cm
liegt in der Größenordnung von einigen Sekunden.
In neuerer Zeit ist dank der Großintegrations- bzw.
LSI-Technik ein Halbleiterspeicher großer Aufzeichnungskapazität realisiert worden. Wenn ein solcher
Halbleiterspeicher als Aufzeichnungsträger benutzt wird, können einerseiis Signale mit hoher Dichte
aufgezeichnet und andererseits Signale beliebig aufgezeichnet und gelöscht werden. Ein solcher Halbleiterspeicher
erfordert andererseits normalerweise einen Elektrodenanschluß, und bei vergrößerten Abmessungen
des Speichers wird die Anordnung kompliziert, worunter die Zuverlässigkeit leidet
Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung einer Signalaufzeichnungs- und -wiedergabevorrichtung
mit einem Aufzeichnungsträger, auf dem unter Verwendung eineir Halbleiterschicht Signale mit
hoher Dichte und ohne Notwendigkeit für einen komplizierten Anodenanschluß aufgezeichnet werden
können und der eine beliebige Aufzeichnung, Wiedergabe und Löschung vor, Signalen ermöglicht
Diese Aufgabe wird bei der Signalaufzeichnungs- und -wiedergabevorrichtung unter Verwendung einer Halbleiterschicht
erfindungsgemäß gelöst durch eine Halbleiterschicht, eine auf letzterer ausgebildete Isolierschicht
mit der Fähigkeit zur Speicherung elektrischer Ladungen, durch eine Einrichtung zum Bewegen eines
elektrisch leitfähigen Aufzeichnungs- bzw. Aufnahmekopfes, an den ein aufzuzeichnendes Signal anlegbar ist,
relativ zur Isolierschicht auf dieser und zum Injizieren von elektrischen Ladungen in die Isolierschicht zwecks
Signalaufzeichnung, und durch sine Einrichtung, um einen elektrisch leitfähigen Wiedergabekopf relativ zu
einer Aufzeichnungsspur zu bewegen, in welcher ein Signal aufgezeichnet ist, und zum Abgreifen ener
Änderung der elektrischen Eigenschaften) der Halbleiterschicht aufgrund des aufgezeichneten Signals zu
dessen Wiedergabe.
Als Isolierschicht mit Ladungsspeicherfunktion ist beispielsweise eine sich wie ein Elektret verhaltende
Isolierschicht als Aufzeichnungsträger auf die Halbleiterschicht aufgetragen. Die Signalaufzeichnung bzw.
-aufnahme erfolgt durch Injektion von elektrischen Ladungen entsprechend einem aufzuzeichnenden Signal
in die Isolierschicht mittels eines elektrisch leitenden A'ifzeichnungskopfes. Die so injizierten Ladungen
werden in der Isolierschicht halbfest (semipermanently) gespeichert, mit dem Ergebnis, daß die Isolierschicht zu
einem Elektret wird. Eine Verarmungsschicht dehnt sich unter dem elektrischen Feld des Elektrets in die
Halbleiterschicht aus. Die Signalwiedergabe erfolgt beispielsweise durch Erfassung bzw. Abgreifen einer
Änderung der elektrostatischen Kapazität der Verarmungsschicht längs einer Aufzeichnungsspur mittels
eines elektrisch leitenden Wiedergabekopfes.
Erfindungsgemäß ist der Aufzeichnungsträger ohne Anordnung eines komplizierten Elektrodenanschlusses
auf der Halbleiterschicht ausgebildet, wobei das Aufzeichnen und Löschen von· Signalen auf elektrischem
Wege beliebig möglich ist. Da im Vergleich zu einer Magnetplatte ein größeres Wiedergabeausgangs-
signal geliefert wird, können die Signale durch Verkleinerung der Breite der Aufzeichnungsspur mit
größerer Dichte aufgezeichnet werden.
Im folgenden sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es
zeigt
Fig.! eine schematische Schnittansicht zur Erläuterung
der Aufnahmebetriebsart bei einer Vorrichtung gemäß der Erfindung,
Fi g. 2 eine Fi g. 1 ähnelnde Darstellung zur Erläute- in
rung der Wiedergabebetriebsart bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig.3 ein Schaltbild einer Schaltung für eine andere
Wiedergabebetriebsart bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
Fig.4 eine perspektivische Teildarstellung zur
Erläuterung der Aufzeichnungsbetriebsart bei einer Abwandlung der erfindungsgemäßen Vorrichtung und
F i g. 5 eine F i g. 4 ähnelnde Darstellung zur Erläuterung der Wiedergabebetriebsart bei der Vorrichtung
nach F i g. 4.
F i g. 1 veranschaulicht die Arbeitsweise ernes arfindungsgemäßen
Aufzeichnungsträgers in der Aufzeichnungs- bzw. Aufnahmebetriebsart. Der Aufzeichnungsträger
wird in der Weise hergestellt, daß auf die Oberfläche einer Halbleiterschicht 1 eines p-Typ-Siliziumsubstrats
o. dgl. eine Isolierschicht 2, z. B. aus einem Tetrafluoräthylenharz, aufgetragen wird, die sich wie
ein Elektret verhält Die Isolierschicht 2 kann auf die Gesamtoberfläche der Halbleiterschicht 1 oder aber
selektiv in spiraliger oder konzentrischer Form auf die einer Aufzeichnungsspur entsprechende Fläche aufgetragen
werden. Auf die Rückseite der Halbleiterschicht t wird eine elektrisch leitende Schicht 3 aus z.B.
Aluminium aufgebracht
Für die Signalaufzeichnung wird ein elektrisch leitender Aufnahmekopf 4 mit der Isolierschicht 2 des
Aufzeichnungsträgers in Berührung gebracht und durch eine geeignete Führungseinrichtung auf die durch den
Pfeil angedeutete Weise relativ zur Isolierschicht 2 über diese geführt Ein aufzuzeichnendes Signal 5 wird
zwischen den Aufnahmekopf 4 und die elektrisch leitende bzw. Leiterschicht 3 angelegt Dieses Signal 5
besitzt dabei eine so große Spannung, daß vom Vorderende des Aufzeichnungskopfes 4 eine Koronaentladung
ausgeht Wenn die Isolierschicht ζ. Β. etwa 0,1 μΐπ dick ist, besitzt das aufzuzeichnende Signal eine
Spannung entsprechend einem Mehrfachen von 10 V.
Bei fortlaufender Bewegung des Aufnahmekopfes 4 wird auf diese Weise das aufzuzeichnende Signal 5 >o
sequentiell angelegt, wobei elektrische Ladungen entsprechend diesem Signal 5 in die Isolierschicht 2
injiziert werden, damit sich die Isolierschicht als Elektret verhalten kann. Das Elektret vermag die
elektrischen Ladungen halbfest (semipermanently) zu speichern. Bei diesem Vorgang werden die elektrischen
Eigenschaften der Halbleiterschicht 1 unter einem elektrischen Feld variiert, das durch die Elektret-Isolierschicht
2 erzeugt wird. Wenn die Halbieiterschicht 1 vom p-Typ ist und die in die Isolierschicht 2 injizierten
elektrischen Ladungen positiv sind, bildet sich eine Verarmungsschicht 6, deren Dicke von der Intensität
des elektrischen Felds des Elektrets abhängt, d. h. von der Größe der mittels des Signals 5 in die Isolierschicht
2 injizierten elektrischen Ladungen. Bei dieser Ausführungsform wird mithin das Signal in Form einer
Dickenänderung der Verarmungsschicht, d. h. als Änderung der Größe der elektrostatischen Kapazität
aufgezeichnet
Die Wiedergabe des aufgezeichneten Signals erfolgt durch elektrische Abtastung einer Änderung der
elektrischen Eigenschaften längs der Aufzeichnungsspur der Halbleiterschicht 1. Insbesondere wird dabei
gemäß Fig.2 zwischen einen elektrisch leitfähigen
Wiedergabekopf 7 und die Leiterschicht 3 ein Hochfrequenzsignal 8 angelegt, wobei eine Änderung in
der elektrostatischen Kapazität der Verarmungsschicht 6 abgegriffen werden kann, während der Wiedergabekopf
7 relativ zur Aufzeichnungsspur bewegt wird.
Für das Abtasten bzw. Abgreifen uiner Änderung der
elektrostatischen Kapazität der Verarmungsschicht 6 bietet sich ein Verfahren unter Verwendung eines
Resonanzkreises an, wie es bei einem handelsüblichen Bildplattenabspielgerät des elektrostatischen Kapazitätstyps
angewandt wird. Die grundsätzliche Anordnung hierfür ist in F i g. 3 dargestellt Der Resonanzkreis
11 besteht aus einem zwischen dem Wiedergabekopf 7 und der Leiterschicht 3 angeordneten Kondensator 9
unter Einbeziehung der elektrostatischen Kapazität der Verarmungsschicht 6 sowie einer an den Wiedergabekopf
7 angeschlossenen Induktivität- bzw. Drosselspule 10. Die Resonanzfrequenz des Resonanzkreises 11
ändert sich in Abhängigkeit von der Änderung der elektrostatischen Kapazität der Verarmungsschicht 6
im Verlauf der Bewegung des Wiedergabekopfes 7. Von einem Bezugsoszillator 12 wird ein Erregungs- oder
Anregungssignal dem Resonanzkreis 11 eingespeist und das Ausgangssignal des Resonanzkreises 11 wird
über einen Spitzenwertgleichrichterkreis (peak detection circuit) 16 aus einer Diode 13, einem Widerstand 14
und einem Kondensator 15 abgenommen. Auf diese Weise kann eine Änderung der Resonanzfrequenz
aufgrund einer Änderung der elektrostatischen Kapazität der Verarmungsschicht 6 als Amplitudenänderung
eines Meß- bzw. Abgreifausgangssignals erfaßt werden, so daß hierdurch die Wiedergabe des aufgezeichneten
Signals möglich wird.
Das Löschen des aufgezeichneten Signals erfolgt dup-h Anlegung eines Gleichspannungssignals, welches
eine dem Signal bei der Aufzeichnung entgegengesetzte Polarität besitzt, oder eines Hochfrequerraignals bei
Bewegung eines elektrisch leitenden Löschkopfes über die Aufzeichnungsspur. Der Löschkopf kann gutrennt
vom Aufnahmekopf angeordnet oder mit diesem als kombinierter Lösch/Aufnahmekopf zusammengefaßt
sein.
Bei der erfindungsgemäßen Aufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung ist somit, wie im Fall einer
Magnetplatte, ein beiiebiges Aufzeichnen, Wiedergeben und Löschen von Signalen möglich. Wenn der
Aufzeichnungsträger als Scheibe bzw. Platte ausgelegt is. und die Aufzeichnungsspur eine spiralförmige oder
konzentrische Form besitzt, kann hierdurch eine Signalaufzeichnungsplatte für Aufzeichnung und
Wiedergabe realisiert werden, wie sie bisher durch die herkömmlichen Schallplatten und Bildplatten nicht zur
Verfügung gestellt werden konnte. Bei dieser Vorrichtung kann ohne weiteres ein größeres Wiedergabeausgangssignal
als bei der herkömmlichen Magnetplatte erzielt werden. Aus diesem Grund kann die Breite der
Aufzeichnungsspur verkleinert werden, so daß eine Signalaufzeichnung mit hoher Dichte möglich ist. Da die
SignalaufzeichnungS' und -Wiedergabevorgänge mittels eines Aufnahme- und eines Wiedergabekopfes erfolgen
und der Aufzeichnungsträger einen einfachen Aufbau besitzt, bei dem eine Isolierschicht auf eine Halbleiter-
schicht aufgetragen bzw. aufgestrichen ist, benötigt die erfindungsgemäße Vorrichtung keine komplizierten
Elektrodenanschlüsse, wie beim Halbleiterspeicher, so
daß eine Massenfertigung bei hoher Zuverlässigkeit bzw. Betriebssicherheit ohne weiteres möglich ist.
Fig.4 zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei der eine sich als Elektret verhaltende
Isolierschicht 22 nur auf dem Aufnahmespurbereich der Oberfläche einer Halbleiterschicht 21, etwa aus
n-Typ-Silicium, aufgetragen ist. Die gesamte Rückseite der Halbleiterschicht 21 ist mit einer elektrisch
leitenden bzw. I.citerschicht 23 versehen. Die Signalaufzeichnung erfolgt bei dieser Ausführungsform auf
dieselbe Weise wie bei der vorher beschriebenen Ausführungsform. Dies bedeutet, da3 elektrische Ladüngen
entsprechend einem aufzuzeichnenden Signal durch einen elektrisch leitenden Aufnahmekopf 24 in die
Isolierschicht 22 injiziert werden, die sich dabei als Elektret verhält.
LJa bei dieser Austüfirungstorm die Siignaiwiedergabe 21)
durch Stromabtastung bzw. -erfassung erfolgt, sind in der Halbleiterschicht 21 zwei mit Fremdatomen
dotierte Zonen 23 und 26. die eine der Halbleiterschicht 21 entgegengesetzte elektrische Leitfähigkeit besitzen,
so ausgebildet, daß sie sich auf beiden Seiten einer aus der Isolierschicht 22 bestehenden Aufzeichnungsspur
befinden. An die Oberfläche der zweiten Fremdatomdotierungszone 26 ist ständig eine Elektrode 27 angeschlossen.
Die Wiedergabe erfolgt dadurch, daß ein elektrisch leitfähiger Wiedergabekopf 28 in Gleitberührung mit
der Oberfläche der ersten Fremdatomdotierungszone 25 gebracht und über einen Lastwiderstand 29 eine
negative Auslesespannung VR an den Wiedergabekopf
28 angelegt wird, während die Elektrode 27 am Massepegel liegt. Hierbei bildet sich in einer Position, in
welcher elektrische Ladungen (im vorliegenden Fall negative Ladungen) beim Aufnahmevorgang in der
Isolierschicht 22 gespeichert worden sind, ein Kanal zwischen den beiden Fremdatomdotierungszonen 25 λο
und 26. Wenn somit der Wiedergabekopf 28 diese Position erreicht, fließt ein elektrischer Strom zwischen
dieser, beiden Zonen 25 und 26. An den Stellen, wo keine
elektrischen Ladungen gespeichert sind, fließt auch kein elektrischer Strom. Die Signalwiedergabe erfolgt durch
Relativbewegung des Wiedergabekopfes 28 zur Aufzeichnung^pur
und Erfassung der Änderungen der Ausgangsspannung V„„r.
Da bei dieser Ausführungsform die beiden Fremdatomdotierungszonen 25 und 26 kontinuierlich längs der vi
Aufzeichnungsspur ausgebildet sind, tritt selbst dann, wenn sich der Wiedergabekopf 28 in einer Position
befindet, in welcher kein Kanal gebildet ist, ein Fremdstrom von der Kanalbildungsposition auf. Der
Einfluß dieses Fremdstroms kann vermieden werden, wenn der spezifische Widerstand oder Flächenwiderstand der ersten Fremdatomdotierungszone 23 etwas
größer gewählt wird, Wenn sich der Einfluß des Fremdstroms nicht vernachlässigen läßt, kann beispielsweise die erste Fremdatomdotierungszone 25 diskontinuierlich, d. h. unterbrochen ausgebildet werden, und es
kann ein Isoliermaterial zwischen die Zone 25 und die benachbarte Fremd.· tomdotierungszone eingefügt werden.
Da bei dieser Ausführungsform der .Stromabgriff über
zwei vorgesehene Fremdatomdotierungszonen 25 und 26 erfolgt, wird der Aufbau der Vorrichtung im
Vergleich zur vorher beschriebenen Ausführungsform etwas komplizierter, wobei auch keine hohe Aufzeichnungsdichte
realisiert werden kann. Andererseits lassen sich jedoch dieselben Wirkungen wie bei der vorher
beschriebenen Ausführungsform erzielen.
Obgleich die Erfindung vorstehend in Verbindung mit einem Siliziumsubstrat als Halbleiterschicht beschrieben
ist, besteht im Hinblick auf die derzeitigen Herstellungsverfahren eine Beschränkung bezüglich der
Größe des Scheibendurchmessers, wenn ein Einkristall-Halbleiter verwendet wird. Bei Verwendung eines
polykristallinen oder amorphen Halbleiters ist es dagegen einfach, eine Scheibe mit einem Durchmesser
von 20 bis 30 cm zu formen, indem beispielsweise eine Halbleiterschicht durch chemisches Aufdampfen auf
einem Metallsubstrat hergestellt wird. Der Aufzeichnungsträger braucht nicht unbedingt eine Platten- bzw.
Scheibenform zu besitzen, vielmehr kann er auch als Halbleiterfilm, etwa als amorphe Halbleiterschicht, auf
einem bandförmigen Substrat ausgebildet sein. Da sich nach den derzeitigen LSI-Mikrominiaturbearbeitungsverfahren
ohne weiteres eine sehr feine, d. h. extrem schmale Spurrille herstellen läßt, läßt sich eine
Spurführungseinrichtung für die Signalaufzeichnung und -wiedergabe ohne Notwendigkeit für ein spezielles
Servo- bzw. Nachführsystem realisieren.
Die erfindungsgemäße Signalaufzeichnungs- und Wiedergabevorrichtung eignet sich somit vorteilhaft für
die wahlfreie bzw. beliebige Aufzeichnung und Wiedergabe von Ton-, Bild- und anderen Informationssignalen
mit hoher Aufzeichnungsdichte unter Verwendung eines Aufzeichnungsträgers einfachen Aufbaus.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Signalauizeichnungs- und -wiedergabevorrichtung
unter Verwendung einer Halbleiterschicht, gekennzeichnet durch eine Halbleiter- s
schicht (1; 21), eine auf letzterer ausgebildete Isolierschicht (2; 22) mit der Fähigkeit zur
Speicherung elektrischer Ladungen, durch eine Einrichtung zum Bewegen eines elektrisch leitfähigen
Aufzeichnungs- bzw. Aufnahmekopfes(4; 24), an den ein aufzuzeichnendes Signal anlegbar ist, relativ
zur Isolierschicht auf dieser und zum Injizieren von elektrischen Ladungen in die Isolierschicht zwecks
Signalaufzeichnung, und durch eine Einrichtung, um einen elektrisch leitfähigen Wiedergabekopf (7; 28) is
relativ zu einer Aufzeichnungsspur zu bewegen, in welcher ein Signal aufgezeichnet ist, und zum
Abgreifen einer Änderung der elektrischen Eigenschaften) der Halbleiterschicht (1) aufgrund des
aufgezeichneten Signals zu dessen Wiedergabe.
2. Vorricsnong nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Isolierschicht mit Ladungsspeicherfunktion eine sich als Elektret verhaltende Isolierschicht
ist
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abgreifen der
Änderung der elektrischen Eigenschaften) der Halbleiterschicht eine Änderung der elektrostatischen
Kapazität zwischen dem Wiedergabekopf und der Halbleiterschicht erfaßt, die auf einer Änderung
der elektrostatischen Kapazität einer in der Halbleiterscb'dit geformten Verarmungsschicht beruht
4. Vorrichtung nach Anspruch I1 dadurch gekennzeichnet,
daß die Einrichtung zum Abgreifen der Änderung der elektrischen Eigenschaften) der
Halbleiterschicht einen eine elektrostatische Kapazität einer in der Halbleiterschicht ausgebildeten
Verarmungsschicht einschließenden Resonanzkreis umfaßt und eine Änderung der Resonanzfrequenz
des Resonanzkreises abgreift bzw. erfaßt
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Abgreifen einer
Änderung der elektrischen Eigenschaft(en) der Halbleiterschicht zwei in deren Oberfläche zu »5
beiden Seiten der Aufzeichnungsspur ausgebildete Fremdatomdotierungszonen des der Halbleiterschicht
entgegengesetzten Leitfähigkeitstyps, eine ständig an die Oberfläche der einen dieser
Fremdatomdotierungszonen angeschlossene Elektrode und eine Einrichtung zum Bewegen des
elektrisch leitfähigen Wiedergabekopfes in Gleitoder Schleifberührung mit der Oberfläche der
anderen Fremdatomdotierungszone zum Abgreifen oder Erfassen eines elektrischen Stroms zwischen
den beiden Fremdatomdotierungszonen aufweist.
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