DE69223183T2

DE69223183T2 - Nichtflüchtige Speicheranordnung

Info

Publication number: DE69223183T2
Application number: DE69223183T
Authority: DE
Inventors: Yutaka Ishii; Yoshitaka Yamamoto
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1991-06-10
Filing date: 1992-06-10
Publication date: 1998-07-23
Anticipated expiration: 2012-06-11
Also published as: DE69223183D1; EP0521623B1; EP0521623A2; US5515316A; EP0521623A3

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine nichtflüchtige Speicheranordnung, die zur Verwendung in einem Computer, einer Speicherkarte, einem Textprozessor und dergleichen ausgebildet ist. Genauer gesagt, betrifft die Erfindung eine nichtflüchtige Speicheranordnung mit großem Fassungsvermögen mit hoher Dichte, die Information elektrisch schreiben und lesen kann.

2. Beschreibung des Stands der Technik

Als nichtflüchtige Speicheranordnungen sind die folgenden vier Anordnungen wohlbekannt, und sie werden in weitem Umfang verwendet:
(1) Magnetbänder;
(2) Magnetplatten;
(3) nichtflüchtige IC-Speicher wie EPROMs und EEPROMs; sowie
(4) optomagnetische Platten.
Jede dieser Speicheranordnungen wird nun spezieller beschrieben.

(1) Magnetbänder

Dies ist eine typische nichtflüchtige Speicheranordnung für austauschbare Daten, und sie befindet sich wegen ihrer Billigkeit in weiter Verwendung für Audiobänder und Videobänder. Außerdem wird sie, wegen ihres großen Fassungsvermägens, als Backupspeicher in Computern verwendet. Die Nachteile eines Magnetbands liegen darin, dass die Funktion, die es ausführen kann, nur das Schreiben und Lesen von Information ist und dass die Zugriffszeit beim Schreiben und Lesen lang ist.

(2) Magnetplatten

Magnetplatten befinden sich als externe Speicheranordnungen für Computer und Textprozessoren in weitem Gebrauch. Zu Magnetplatten gehören Disketten, die handlich und billig sind, sowie Festplatten mit großem Speichervermögen, die jedoch schwierig zu handhaben sind und die teuer sind. Die Vorteile bestehen darin, dass Direktzugriff mit hoher Geschwindigkeit möglich ist und dass Schreib- und Lesevorgänge leicht ausführbar sind. Eine Diskette von 3,5 Zoll hat ein Speichervermögen von ungefähr 1 Megabyte (MBytes), während eine Festplatte von 3,5 Zoll ein Fassungsvermögen von ungefähr 40 MBytes hat. Jedoch können die Kapazität und die Dichte nicht weiter erhöht werden.

(3) EPROMs und EEPROMs

Jeder dieser Speicher ist ein typisches Beispiel einer nichtflüchtigen IC- Speicheranordnung, die leichten Austausch von Daten und Speicherung mit hoher Dichte ermöglicht. Es existieren zwei Typen: EEPROMs, bei denen das Schreiben elektrisch bewirkt wird und das Löschen durch Ultraviolettstrahlung bewirkt wird, und EEPROMs, bei denen das Schreiben und Löschen elektrisch bewirkt werden. In vorteilhafter Weise verfügt dieser Typ von nichtflüchtiger IC-Speicheranordnung über Kleinheit und leichtes Gewicht, bei kurzer Zugriffszeit, und sie ist energiesparend.
Unter Bezugnahme auf Fig. 9 werden das Schreiben und Löschen bei einem EEPROM-System beschrieben.
Information wird dadurch aufgezeichnet, dass eine Spannung zwischen einen Drainbereich 6 und ein Steuergate 2 angelegt wird und Ladungsträger in ein potentialungebundenes Gate 4 injiziert werden. Die aufgezeichnete Information wird dadurch gelöscht, dass eine Spannung zwischen den Sourcebereich 8 und das Steuergate 2 gelegt wird und die Ladungsträger gemäß dem Fowler- Nordheim(NF)-Tunneleffekt entfernt werden. Die aufgezeichnete Information wird dadurch gelesen, dass mittels einer Schwellenspannung mit umgekehrter Spannung der EIN- oder AUS-Zustand beurteilt wird. Da Ladungsträger durch eine Gateoxidschicht injiziert und entfernt werden, beeinflussen die Qualität und die Dicke der Schicht die Qualität des EEPROM. Zum Beispiel verfügt ein EEPROM mit einer Speicherkapazität von 1 Megabit (MBit) über eine Gateoxidschicht mit einer Dicke von 20 nm. Es ist schwierig, Schichten mit derartig geringer Dicke herzustellen, wodurch die Ausbeute bei der Herstellung abnimmt. Im Ergebnis sind die Herstellkosten erhöht. Ein Chip verfügt normalerweise über Seiten mit einer Länge von 7 bis 10 mm, und um die Speicherkapazität zu erhöhen, wird die Fläche eines Chips erhöht, was jedoch die Herstellausbeute verringert. Im Ergebnis sind die Herstellkosten erhöht.
Wegen dieser Nachteile kann die Speicherkapazität eines EEPROM nicht über eine bestimmte Grenze erhöht werden. In den letzten Jahren liegt die mittlere Speicherkapazität von EEPROMs im Bereich von 1 bis 4 MBit, was kleiner als die von Magnetplatten und optomagnetischen Platten ist.

(4) Optomagnetische Platten

Es handelt sich um ein typisches Beispiel einer optischen Platte mit nichtflüchtiger Datenspeicherung, großer Kapazität und austauschbaren Daten.
Gemäß den Fig. 10 verwendet dieser Typ einer Platte einen Laserstrahl 20 zum Aufzeichnen von Daten, und der Vorteil besteht darin, dass, da die Daten in kontaktfreiem Zustand durch ein Substrat 12 aus transparentem Glas aufgezeichnet werden, es unwahrscheinlich ist, dass auf der Aufzeichnungsfläche 23 vorhandener Staub das Aufzeichnen von Daten behindert. Da der Laserstrahl nicht auf das Substrat 22 fokussiert wird und er einen großen Durchmesser von einigen hundert pm aufweist, beeinflusst das Vorhandensein von Staub das Aufzeichnen von Daten nicht ernstlich. Optisch-elektromagnetische Platten haben eine relativ große Speicherkapazität, da der fokussierte Laserstrahl 20 Aufzeichnungs- und Abspielvorgänge ausführt, und dadurch wird Datenaufzeichnung mit hoher Dichte erzielt. Zum Beispiel verfügt eine Platte von 3,5 Zoll über eine Speicherkapazität von ungefähr 120 MBytes.
Einer der Nachteile besteht darin, dass zum Drehen des Lasergenerators, des Magnets und der Platte zum Schreiben und Lesen der Information eine Rotationsvorrichtung erforderlich ist, was eine relativ große Peripherievorrichtung benötigt und die Herstellkosten erhöht.
Für einen idealen Typ einer nichtflüchtigen Speicheranordnung müssen die folgenden Erfordernisse (a) bis (d) erfüllt sein:
(a) große Kapazität mit dichter Speicherung kann erzielt werden;
(b) Antistoß- und Antischwingungseigenschaften können gewährleistet werden;
(c) die Größe kann kompakt und einfach sein, und der Preis muss billig sein; und
(d) Lesen und Schreiben mit hoher Geschwindigkeit sind möglich.
Die oben aufgelisteten bekannten Speicheranordnungen (a) bis (d) erfüllen nicht alle diese Erfordernisse.
Das Dokument GB-2 188 809, auf den die Oberbegriffe der Ansprüche 1 und 2 beruhen, offenbart eine nichtflüchtige Speicheranordnung mit folgendem: einem Speichermediums, das aus einem elektrisch leitenden Polymerflüssigkristall besteht; einer Heizeinrichtung zum Erwärmen des Speichermediums, um dadurch die Phase desselben zu ändern; und einer Ausleseeinrichtung zum Lesen der in das Speichermedium eingeschriebenen Daten durch elektrisches Erfassen einer Eigenschaft des Speichermediums. Das Erwärmen des Flüssigkristalls ruft eine Änderung der elektrischen Leitfähigkeit des Flüssigkristalls hervor.
Das Dokument US-A-3,836,243 offenbart eine Flüssigkristallzelle, in die Information durch selektives Erwärmen des Flüssigkristalls eingeschrieben werden kann. Wenn der Flüssigkristall abkühlt, entstehen in den erwärmten Bereichen Streuzentren, die demgemäß undurchsichtig werden.
"Optical computing and processing", 1991, Vol 1, No. 1, Seiten 13 - 21, offenbart die Verwendung von Flüssigkristallpolymeren als Speichermedien.
Die Erfindung schafft eine nichtflüchtige Speicheranordnung mit einem Speichermedium, das aus einem elektrisch leitenden Polymerflüssigkristall mit mit einer Polymerkette verbundenen Flüssigkristallkomponenten besteht; einer Heizeinrichtung zum Erwärmen des Speichermediums, um dadurch eine Phase desselben zu ändern; und einer Ausleseeinrichtung zum Lesen der in das Speichermedium eingeschriebenen Daten durch elektrisches Erfassen einer Eigenschaft des Speichermediums;
wobei die Heizeinrichtung ein Paar Elektrodenschichten und eine zwischen diesen vorhandene Wärmeerzeugungsschicht aufweist, die thermisch mit dem Speichermediums gekoppelt ist; wobei die Vorrichtung ferner eine Schreibeinrichtung zum Einschreiben von Daten in das Speichermedium aufweist, die eine Gegenelektrode umfasst, die auf der Seite des Speichermediums liegt, die von der einen Elektrode abgewandt ist, um während des Abkühlens des Speichermediums eine Schreibspannung an dieses anzulegen, um dadurch die Eigenschaft des Speichermediums zu ändern.
Die Erfindung schafft auch eine Speicheranordnung, wie sie oben spezifiziert ist, bei der die Ausleseeinrichtung einen Phasenübergang im Speichermedium optisch erfasst.
Bevorzugte Merkmale der Erfindung sind in Ansprüchen 3 bis 8 dargelegt.
So ermöglicht es die hier beschriebene Erfindung, das Ziel zu erreichen, eine Speicheranordnung zu schaffen, die über große Speicherkapazität verfügt, Information mit großer Stabilität über eine lange Zeitperiode aufrechterhalten kann, und die auf Grund vereinfachter Struktur einfach und wirtschaftlich hergestellt werden kann.
Die Erfindung kann unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen vom Fachmann besser verstanden werden und ihre zahlreichen Aufgaben und Vorteile werden daraus ersichtlich.
Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die die Vorderseite der erfindungsgemäßen Speicheranordnung zeigt;
Fig. 2 ist eine perspektivische Ansicht, die die Aufzeichnungseinrichtung der Speicheranordnung von Fig. 1 zeigt;
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht, die die Temperaturverteilung um eine Wärmeerzeugungszone zeigt;
Fig. 4 ist eine schematische Ansicht, die den chemischen Aufbau eines elektrisch leitenden Polymerflüssigkristalls zeigt;
Fig. 5A und 5B sind schematische Vergleichsansichten, die geordnete und ungeordnete Zustände eines Mesogenabschnitts bzw. von Komplexen elektrischer Ladungsträger eines elektrisch leitenden Polymerflüssigkristalls zeigen;
Fig. 6 ist eine schematische Ansicht, die einen elektrisch leitenden Polymerflüssigkristall zeigt, bei dem sowohl der Mesogenabschnitt als auch die Komplexe elektrischer Ladungsträger geordnet sind;
Fig. 7A und 7B sind schematische Vergleichsansichten, die einen elektrisch leitenden Polymerflüssigkristall in vergrößertem Maßstab zeigen, bei dem der Mesogenabschnitt und die Komplexe elektrischer Ladungsträger geordnet bzw. ungeordnet vorliegen;
Fig. 8 ist eine Ersatzschaltung einer Speicherzelle bei der erfindungsgemäßen Speicheranordnung;
Fig. 9 ist eine Ansicht, die den Aufbau eines bekannten EEPROM zeigt; und
Fig. 10 ist eine Ansicht, die den Aufbau einer bekannten optomagnetischen Platte zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Gemäß Fig. 1 umfasst die beispielhafte Speicheranordnung eine Eingabe/Ausgabe-Signalsteuerung 31 mit zwei Funktionen, nämlich (1) Liefern eines Eingangssignals nach dem Verarbeiten desselben an eine Aufzeichnungseinrichtung 34 (geschriebene Information) und (2) Senden eines von der Aufzeichnungseinrichtung 34 ausgelesenen Signals an eine andere Vorrichtung. Alle Signale in der Speicheranordnung werden durch eine Logiksteuerung 32 gesteuert. Eine Treiberschaltung 33 ermöglicht es, dass abhängig von der Logiksteuerung 32 ein Strom zum Liefern eines elektrischen Signais an die Aufzeichnungseinrichtung 34 fließt. Die Aufzeichnungseinrichtung 34 speichert Signale von der Logiksteuerung 32 als aufgezeichnete Information.
Unter Bezugnahme auf Fig. 2 wird nun der Aufbau der Aufzeichnungseinrichtung 34 beschrieben.
Die Aufzeichnungseinrichtung 34 umfasst eine Wärmeerzeugungsschicht 44 zur Verwendung beim Schreiben von Information und zum Löschen aufgezeichneter Information sowie ein Siliziumsubstrat 55 mit zwei Arten von Elektroden, um es zu ermöglichen, dass ein Strom durch die Wärmeerzeugungsschicht 44 läuft, und ein Glassubstrat 52 mit einem Flüssigkristall 53 als Speichermedium, der zwischen dem Siliziumsubstrat 55 und dem Glassubstrat 52 eingeschlossen ist.
Das Glassubstrat 52 ist mit parallelen Gegenelektroden 51 versehen, auf denen eine Ausrichtungsschicht 56 ausgebildet ist. Das Siliziumsubstrat 55 ist mit einer Feldisolierschicht 57 bedeckt, auf der zwei Arten von Elektroden ausgebildet sind, zwischen denen die Wärmeerzeugungsschicht 44 eingebettet ist. Eine untere Elektrode 42 liegt auf der Isolierschicht 57, und eine obere Elektrode 41 liegt auf der unteren Elektrode 42, wobei die Wärmeerzeugungsschicht 44 dazwischen eingebettet ist. Die Feldisolierschicht 57 bedeckt das Siliziumsubstrat 55, um zu verhindern, dass der Treiberstrom zwischen der oberen Elektrode 41 und der unteren Elektrode 42 ausleckt.
Die obere Elektrode 41, die untere Elektrode 42 und die Wärmeerzeugungsschicht 44 bilden eine Heizeinrichtung; nachfolgend werden diese Teile allgemein als "Heizeinrichtung" bezeichnet. Eine Vielzahl von Heizeinrichtungen ist mit gleichen Abständen rechtwinklig zu den Gegenelektroden 51 auf dem Glassubstrat 52 angeordnet. Schreib- und Lesevorgänge werden in solchen Bereichen des Flüssigkristalls bewirkt, in denen die Heizeinrichtungen und die Gegenelektroden 51 einander überlappen; nachfolgend werden diese Bereiche als "Speicherzellen" bezeichnet. Es besteht die Wahrscheinlichkeit, dass die Verwendung der Heizeinrichtung zu schädlichem Übersprechen auf Grund von Wärme führt, weswegen es erforderlich ist, das Auftreten eines thermischen Übersprechens zu beseitigen.
Die oberen Elektroden 41 und die unteren Elektroden 42 sind parallel zueinander so angeordnet, dass die Wärmeerzeugungsschichten 44 dazwischen eingebettet ist. Das Anlegen einer Spannung erzeugt Wärme entlang der Wärmeerzeugungsschicht 44, jedoch sind die benachbarten Elektroden voneinander getrennt, so dass in der Richtung rechtwinklig zu den Elektroden kein Übersprechen dazwischen auftritt. Übersprechen in horizontaler Richtung bezogen auf die Anordnung der Elektroden stellt kein Problem dar, da die Wärmeerzeugungsschichten 44 gleichzeitig mit dem Einschreiben von Införmation erwärmt werden. Benachbarte Heizeinrichtungen sind durch ein Isoliermaterial 58 voneinander getrennt, das verhindert, dass Wärme von einer Speicherzelle zur nächsten übertragen wird, was andernfalls Übersprechen hervorrufen würde.
Fig. 3 zeigt die Temperaturverteilung im Heizabschnitt. Der Abfall der Isothermen 10 zeigt, dass die Temperaturen des Flüssigkristalls 53 abnehmen, wenn der Abstand vom Heizabschnitt größer wird. Die zu erwärmenden Speicherzellen verursachen in der Richtung rechtwinklig zur Ausrichtung der Heizeinrichtung kein thermischen Übersprechen zwischen benachbarten Spei cherzellen. Speicherzellen, die in der Ausrichtungsrichtung der Heizeinrichtungen zueinander benachbart liegen, werden in gleicher Weise erwärmt, so dass in dieser Richtung kein thermisches Übersprechen auftritt.
Beim veranschaulichten Ausführungsbeispiel sind die oberen Elektroden 41 und die unteren Elektroden 42 in derselben Richtung angeordnet, jedoch ist es möglich, sie rechtwinklig zueinander anzuordnen&sub1; ohne dass Übersprechen hervorgerufen wird, in welchem Fall es erforderlich ist, überflüssige Teile zu entfernen, z. B. durch Verengen der Breiten einer der Elektroden 41 oder 42 oder beider, die zwischen den Heizeinrichtungen liegen. Auf den oberen Elektroden 41 und den Wärmeerzeugungsschichten 44 werden Ausrichtungsschichten 56 ausgebildet, und der Flüssigkristall 53 wird in Kontakt mit der Ausrichtungsschicht 56 gehalten.
Die Aufzeichnungseinrichtung 34 wird auf die folgende Weise hergestellt.
Für das Siliziumsubstrat 55 wurde ein einkristalliner (100)-Wafer aus p- Silizium (6 Zoll) mit zugesetzten Fremdstoffen zum Einstellen von Widerstandswerten verwendet. Das Siliziumsubstrat 55 wurde mit einer Dicke von 800 nm mit einer Feldisolierschicht 57 überzogen. Diese Feldisolierschicht bestand aus Si&sub3;O&sub4; oder SiO&sub2;. Dann wurde durch ein Vakuum-CVD-Verfahren eine Wolframschicht mit einer Dicke von 1,2 um hergestellt. Diese Wolframschicht wurde einer Photolithographiebehandlung und einem Trockenätzen unterzogen, um überflüssige Abschnitte zu entfernen und um die unteren Elektroden 42 mit einem Muster herzustellen.
Dann wurde auf der Feldisolierschicht 57 aus Si&sub3;N&sub4; oder SiO&sub2; eine andere Isolierschicht 57' hergestellt, die die untere Elektrode 42 bedeckte. Dann wurden durch Entfernen eines Abschnitts, der der Oberseite der unteren Elektroden 42 gegenüber der oberen Elektrode 41 entsprach, durch Photolithographie- und Trockenätzverfahren Löcher in der Isolierschicht 57' hergestellt. In die Löcher wurde durch ein Vakuum-CVD-Verfahren Polysilizium eingebracht, das einen spezifischen Widerstand von ungefähr 1000 Ωcm und eine Dicke von ungefähr 1,0 um aufwies. Auf diese Weise wurden die Wärmeerzeugungsschichten 44 hergestellt.
Polysilizium kann mit Fremdstoffen wie Bor und Phosphor dotiert werden, mit dem Ergebnis verringerter Widerstandswerte, wodurch die Wahrscheinlichkeit besteht, dass es der Wärmeerzeugungsschicht 44 beim Erwärmen nicht gelingt, eine vorbestimmte Temperatur zu erreichen. Der Reinheit der Materialien, mit denen das Vakuum-CVD-Verfahren ausgeführt wird, und der Reinheit der Ausrüstung muss spezielle Aufmerksamkeit gewidmet werden.
Als Material für Polysilizium kann bei Anwendung eines Vakuum-CVD-Verfahrens zum Herstellen der Wärmeerzeugungsschichten 44 hochreines Monosilangas verwendet werden, jedoch sind verschiedene andere Prozesse unter Verwendung anderer Siliziumverbindungen möglich, wenn sie wärmebeständig sind und den erforderlichen Widerstandswert aufweisen.
Dann werden überflüssige Abschnitte der unteren Elektroden 42, mit Ausnahme für die Wärmeerzeugungsschichten 44, durch ein Photolithographieverfahren und Trockenätzen entfernt.
Darauffolgend wird eine Wolframschicht mit einer Dicke von ungefähr 1,0 um durch ein Vakuum-CVD-Verfahren hergestellt, und diese Wolframschicht wird durch ein Photolithographieverfahren und Trockenätzen strukturiert, um die obere Elektrode 41 herzustellen. Wolfram kann die Wärmebeständigkeitseigenschaften der Elektroden 41 und 42 verbessern, jedoch kann jede beliebige andere geeignete Substanz wahlweise verwendet werden, wenn sie dieselben günstigen Effekte aufweist. Für die Verarbeitungsverfahren besteht keine Beschränkung auf Photolithographie und Trockenätzen, sondern es kann jeder andere Prozess ausgewählt werden, wenn er zum Herstellen von Schichten mit gleichmäßiger Dicke wirksam ist.
Dann wird auf die Öffnungen zwischen den benachbarten Heizeinrichtungen Polyimid aufgetragen, um Polyimidschichten 57' herzustellen, die dann an ihrer Oberfläche poliert werden. Auf diese Weise werden Isolierschichten 58 ausgebildet. Polyimid hat eine relativ niedrige Wärmediffusion, aus welchem Grund es zum Herstellen der Isolierschichten 58 wirkungsvoll ist. Die Oberfläche der oberen Elektroden 41 und diejenige der Isolierschichten 58 fluchten miteinander. Die Oberflächen der oberen Elektroden 41 und der Isolierschichten 48 werden durch Schleudern mit Polyimid beschichtet. Nachdem der Polyimidüberzug erwärmt wurde, um Polymerisation zu bewirken, werden überflüssige Abschnitte entfernt und die Polyimidschicht wird gerieben. Auf diese Weise wird die Ausrichtungsschicht 56 ausgebildet. Bei diesem Prozess verbleiben erforderliche Abschnitte der oberen Elektroden 41, der unteren Elektroden 42, der Wärmeerzeugungsschichten 44 und der Isolierschichten 57', wodurch die Möglichkeit verringert ist, dass thermisches Übersprechen hervorgerufen wird.
Wolfram, Polysilizium, Si&sub3;N&sub4;, SiO&sub2; weisen große Wärmediffusion auf, so dass dann, wenn überflüssige Abschnitte entfernt werden, die Übertragung von Wärme zwischen benachbarten Speicherzellen minimiert wird.
Nachdem das Glassubstrat 52 zur Gegenelektrode hin auf geeignete Größe beschnitten wurde, wird es durch Sputtern mit einer transparenten, elektrisch leitenden Schicht aus ITO (Indiumzinnoxid)-Mehrfachschichten überzogen. Überflüssige Abschnitt der ITO-Schicht werden durch ein Photolithographieverfahren und Ätzen entfernt, und es werden die Gegenelektroden 51 angeordnet. Die Zwischenräume zwischen den Gegenelektroden 51 und deren Dicke werden so bestimmt, dass optimale Bedingungen zum Schreiben und Lesen von Information gewährleistet sind. Die Gegenelektroden 51 werden durch ein Schleuderbeschichtungsverfahren mit Polyimid überzogen, und der Polyimidüberzug wird durch Wärme polymerisiert. Dann werden überflüssige Abschnitte entfernt und der Überzug wird durch Reiben behandelt, um die Ausrichtungsschicht 56 auszubilden.
Das Siliziumsubstrat 55 und das Glassubstrat 52 werden flächig so angeordnet, dass die jeweiligen Elektroden einander zugewandt sind und der Umfang der Aufzeichnungseinrichtung 34 wird abgedichtet.
Dann wird ein nematischer Polymerflüssigkristall vom Acryltyp (Ti = 106 ºC, Polymerisationsgrad: 150) mit Cyanobiphenyl mit Mesogenradikalen zwischen das Siliziumsubstrat 55 und das Glassubstrat 52 eingefüllt. An den nematischen Flüssigkristall wird eine Wechselspannung von 100 V (500 Hz) angelegt, und er wird allmählich von der isotropen Phase aus abgekühlt, um eine homöotrope Struktur zu erzeugen. Danach wird das fertiggestellte Siliziumsubstrat 55 einem Zerschneide- und Bondvorgang unterzogen und die Speicheranordnung wird in einem Gehäuse untergebracht.
Da die Aufzeichnungseinrichtung 34 aus einem einkristallinen Substrat 55 besteht, können periphere IC-Schaltungen innerhalb der Speicheranordnung untergebracht werden, um die Eingabe und Ausgabe von Information zu steuern, wodurch die Struktur verkleinert und vereinfacht wird, mit dem Ergebnis verringerter Herstellkosten. Die Peripherieschaltung kann aus einem anderen Material als die IC-Schaltung hergestellt werden, wenn sie auf dem einkristallinen Substrat 55 angebracht werden kann.
Wie es in Fig. 4 dargestellt ist, kann der Flüssigkristall ein elektrisch leitender Polymerflüssigkristall mit Polymerhauptketten P, Mesogenradikalen (im Flüssigkristallabschnitt) A, elektrisch leitenden Donatorradikalen B und Abstandshaltern S sein. Das Mesogenradikal A ist über den Abstandshalter S mit der Polymerhauptkette P verbunden. Der Hauptkettenabschnitt ist ein Polymer wie ein Polymer auf Acrylbasis, ein Polymer auf Silikonbasis oder ein Polymer auf Methacrylbasis. Dieses Polymer ist hinsichtlich einer Fixierung der Enden des Mesogenradikais A und des elektrisch leitenden Donatorradikals wirkungsvoll, und es beeinflusst die Phasenübergangstemperaturen und die Ansprechgeschwindigkeiten. Das Mesogenradikal A ist eine Flüssigkristallverbinung wie eine Verbindung auf Azomethinbasis, auf Azoxybasis oder Biphenylbasis. Die Mesogenradikale werden ausgehend von der isotropen Phase abhängig von der Amplitude der angelegten Spannung beim Abkühlen ausgerichtet, und die elektrisch leitenden Donatorradikale B werden zu einer gerichteten Ordnung gezwungen. Die elektrisch leitenden Donatorradikale B sind Komplexe elektrischer Ladungsträger, und nur dann, wenn sie geordnet ausgerichtet sind, kann ein elektrischer Strom in der Anordnungsrichtung fließen, damit Information eingespeichert werden kann. Jeder Abstandshalter S ist ein Methylenkomplex, der den Freiheitsgrad des Mesogens bestimmt, und die Moleküllänge desselben beeinflusst die Ansprechgeschwindigkeit und andere Eigenschaften der Speicheranordnung. Beim Konzipieren der Molekülanordnung muss Sorgfalt dahingehend gewahrt werden, dass die Mesogenradikale und die elektrisch leitenden Donatorradikale B leicht ausgerichtet werden können. Die Abstandshalter S können weggelassen werden.
Gemäß Fig. 5A sind die Mesogenradikale A geordnet ausgerichtet, was die elektrisch leitenden Donatorradikale B dazu zwingt, sich ebenfalls auszurichten. Im Ergebnis fließt ein elektrischer Strom in der Richtung der Pfeile (oder der Gegenrichtung) durch die Komplexe elektrischer Ladungsträger, wodurch elektrische Leitfähigkeit erzielt wird. Fig. SB zeigt einen Zustand, in dem die Mesogenradikale A ungeordnet vorliegen. Daher sind auch die elektrisch leitenden Donatorradikale B ungeordnet, so dass kein Stromfluss erreicht wird und hoher Widerstand aufrechterhalten bleibt.
Ein elektrisch leitendes Polymer mit derartigen Eigenschaften wird zwischen das Siliziumsubstrat 55 und das Glassubstrat 52 eingefüllt, und ein wechselseitiges Umschalten zwischen dem leitenden und dem nichtleitenden Zustand kann dadurch erfolgen, dass der zwischen der oberen Elektrode 41 und der unteren Elektrode 42 fließende Strom und die Schreibspannung zwischen der oberen Elektrode 41 und der Gegenelektrode 51 gesteuert werden.
Nun wird unter Bezugnahme auf die Fig. 7A, 7B und 8 im einzelnen beschneben, wie Schreib- und Lesevorgänge ausgeführt werden.
Der zwischen die Substrate 55 und 52 eingefullte elektrisch leitende Polymerflüssigkristall wird in solchem Ausmaß erwärmt, dass der isotrope Zustand erreicht wird, und er wird schnell abgekühlt, während die Informationsschreibspannung angelegt ist. Im Ergebnis werden die Mesogenradikale A ausgerichtet. Die elektrisch leitenden Donatorradikale B werden dazu gezwungen, sich entsprechend der Ausrichtung der Mesogenradikale A auszurichten. Ladungen können durch die Komplexe elektrischer Ladungsträger laufen, was bedeutet, dass die Komplexe elektrisch leitend werden. Fig. 6 zeigt, dass der Flüssigkristall elektrisch leitend wird. Wenn als Mesogenradikale A ein Flüssigkristall verwendet wird, in dem negative Anisotropie induziert wird, zeigen die Mesogenradikale A homogene Ausrichtung. In ähnlicher Weise zeigen die elektrisch leitenden Donatorradikale B homogene Ausrichtung. Wenn die Komplexe elektrischer Ladungsträger einander überlappen, tritt in der Überlappungsrichtung Leitfähigkeit auf. Fig. 6 zeigt, dass die Gegenelektrode 51 und die obere Elektrode 41 leitend werden.
Wenn der Flüssigkristall im isotropen Zustand unter Anlegen der Schreibspannung abgekühlt wird, verbleiben die Mesogenradikale A ungeordnet, wodurch die elektrischen Ladungsträger ungeordnet gehalten werden. So wird der Flüssigkristall 53 nicht elektrisch leitend, sondern er bleibt widerstandsbehaftet.
Die Fig. 7A und 7B zeigen, dass der Flüssigkristall 53 einen hohen Widerstand einnimmt. In Fig. 7A liegen die Polymerhauptkette P, die Mesogenradikale A und die elektrisch leitenden Donatorradikale B ungeordnet vor. In Fig. 7B ist die Polymerhauptkette P geordnet, jedoch sind die Mesogenradikale A ungeordnet, was zu einer Unordnung der Komplexe elektrischer Ladungsträger führt. So kann kein elektrischer Strom fließen. Die oberen Elektroden 41 und die Gegenelektroden 51 befinden sich in einem Widerstandszustand. Die in den Fig. 7A und 7B dargestellten Zustände hängen von den Erwärmungstemperaturen, der Ausrichtungsbehandlung der Substrate und der Art des Flüssigkristalls 53 ab. Um die Ansprechgeschwindigkeit zu erhöhen, ist der Zustand von Fig. 7B bevorzugt.
Der oben genannte elektrisch leitende Zustand oder der Zustand mit hohem Widerstand wird dadurch ermittelt, dass eine Wechsel- oder Gleichspannung zwischen die oberen Elektroden 41 und die Gegenelektroden 51 gelegt wird und die Impedanz oder die Leitfähigkeit des Flüssigkristalls 53 gemessen wird.
Das Schreiben, Ersetzen und Lesen von Information werden wie folgt ausgeführt.

Schreiben und Lesen von Information

Die von außen her eingegebene Information wird in einen Pufferspeicher in der Eingangs/Ausgangs-Signalsteuerung 51 eingegeben, und nach geeigneter Verarbeitung wird sie in die Aufzeichnungseinrichtung 34 eingeschrieben. Das Einschreiben wird dadurch bewirkt, dass der Flüssigkristall 53 durch Anlegen einer Spannung an die Wärmeerzeugungsschicht 44 zwischen den oberen Elektroden 41 und den unteren Elektroden 42 auf dem Siliziumsubstrat 55 erwärmt wird. Wenn der Flüssigkristall 53 isometrisch wird, wird das Anle gen der Spannung beendet, während die Schreibspannung zwischen die obere Elektrode 41 und die Gegenelektrode 51 gelegt wird, damit der Flüssigkristall 53 abkühlen kann. Auf diese Weise wird der Flüssigkristall 53 elektrisch leitend. In diesem Stadium hat der Flüssigkristall 53 einen spezifischen Widerstand von 10&sup6; bis 10&sup8; Ωcm.
Alternativ wird, nachdem der Flüssigkristall 53 isometrisch wurde, derselbe ohne Anlegen einer Informationsschreibspannung an ihn abgekühlt. So erhält der Flüssigkristall 53 hohen Widerstand, und er hat einen spezifischen Widerstand von 10¹² bis 10¹³ Ωcm.
Der leitende Zustand und der nichtleitende Zustand sind gegeneinander austauschbar. Die Informationsschreibposition in Beziehung zu den Speicherzellen in der Aufzeichnungseinrichtung 34 kann wahlfrei gewählt werden, wodurch Direktzugriff auf praxisgerechte Weise möglich ist.

Lesen von Information

Zwischen die oberen Elektroden 51 auf dem Siliziumsubstrat 55 und die Gegenelektroden 51 wird eine Wechsel- oder Gleichspannung gelegt, und die Leitfähigkeit oder die Impedanz des Flüssigkristalls 53 wird gemessen. Genauer gesagt, hat der Flüssigkristall 53 unterschiedliche spezifische Widerstände abhängig davon, ob die Mesogenradikale A ungeordnet vorliegen, mit dem Ergebnis, dass die elektrisch leitenden Donatorradikale B ungeordnet sind oder ob die Mesogenradikale A geordnet vorliegen, wobei die elektrisch leitenden Donatorradikale B immernoch ungeordnet sind. Diese Differenz hinsichtlich der Leitfähigkeit wird zum Lesen von Information verwendet. Es ist möglich, entweder den leitenden Zustand oder den nichtleitenden Zustand zum "EIN"-Zustand zu machen.
Beim veranschaulichten Ausführungsbeispiel wurde der leitende Polymerflüssigkristall 53 unter Verwendung elektrischer Ladungsträgerkomplexe für die elektrisch leitenden Donatorradikale B hergestellt. Ein derartiger leitenden Polymerflüssigkristall 53 ist in der japanischen Patentoffenlegungsveröffentlichtung Nr. 59-59 705 offenbart. Anstelle des Polymerflüssigkristalls 53 unter Verwendung elektrischer Ladungsträgerkomplexe für die elektrisch leitenden Donatorradikale B kann jede beliebige andere Flüssigkristallverbindung verwendet werden, wenn die elektrische Leitfähigkeit der Flüssigkristalle abhängig von einer Änderung der Ausrichtung und eines Phasenübergangs variiert. Beispiele sind ein Polymer unter Verwendung der Konjugierungseigenschaft von Hauptketten, wie in Polyacetylen oder dergleichen vorhanden oder ein organisches, leitendes Polymer unter Verwendung eines Komplexes aus einem derartigen Polymer und Metall.
Unter Verwendung einer derartigen leitenden Ausrichtungsschicht kann das EIN/AUS-Verhältnis (d.h. das S/R-Verhältnis) eines Lesesignals aus dem unten angegebenen Grund erhöht werden, um dadurch genaues Auslesen zu gewährleisten und den Verstärkungsfaktor eines in der Eingabe/Ausgabe-Signalsteuerung 31 vorhandenen Verstärkers zu verringern.
Unter Bezugnahme auf Fig. 8 wird nachfolgend das EIN/AUS-Verhältnis eines Lesesignals, wenn die Speicherzelle ein oder aus ist, beschrieben.
In der in Fig. 8 dargestellten Ersatzschaltung verfügt die Schaltung über eine Wechselspannungsquelle 100 zum Anlegen einer Lesespannung zwischen die Gegenelektrode 51 und die obere Elektrode 41, wobei C&sub1; die elektrostatischen Kapazitäten einer Ausrichtungsschicht 56 zur Gegenelektrode 51 angibt, C&sub2; die elektrostatische Kapazität des elektrisch leitenden Polymerflüssigkristalls 53 angibt und C&sub3; die elektrostatische Kapazität der Ausrichtungsschicht 56 gegen die obere Elektrode 41 angibt. Auf ähnliche Weise gibt R&sub1; den Widerstand einer Ausrichtungsschicht 56 zur Gegenelektrode 51 an, R&sub2; gibt den Widerstand des elektrisch leitenden Polymerflüssigkristalls 53 an und R&sub3; gibt den Widerstand der Ausrichtungsschicht 56 gegen die obere Elektrode 41 an.
Es ist dargestellt, dass die Fläche der Speicherzelle 5 ist, die Dicke der (dielektrischen) Polyimidschicht 56 T ist, die Dicke der elektrisch leitenden Polymerflüssigkristall-Schicht L ist, die spezifische Dielektrizitätskonstante der Polyimidschicht und des elektrisch leitenden Polymerflüssigkristalls 53 es ist, der spezifische Widerstand der Polyimidschicht und des elektrisch leitenden Polymerflüssiqkristalls 53 p ist. Nun sei angenommen, dass die folgenden Zahlen vorliegen:
S = 2 um × 2 um = 4 × 10¹² m²
t = 0,02 um = 2 × 10&supmin;&sup8; m
L = 1,0 um = 1 × 10&supmin;&sup6; m
es der Polyimidschicht = 3,3
es des Flüssigkristalls = 5,0
p der Polyimidschicht = 10¹&sup6; Ω cm
p des Flüssigkristalls im "AUS"-Zustand = 10¹² Ω cm
p des Flüssigkristalls im "EIN"-Zustand = 10&sup6; Ω cm
Die elektrische Kapazität Ci ( i = 1, 2 und 3) ist durch die folgende Gleichung wiedergegeben:
Ci = eO es S/t (1),
wobei e0 die spezifische Dielektrizitätskonstante mit dem Wert 8,9 Xx 10&supmin;¹² ist.
Durch Einsetzen der obigen Zahlen in die Gleichung (1) ergeben sich C1 = C3 = 5,9 ×x 10&supmin;¹&sup5;[F] und C2 = 1,8 × 10&supmin;¹&sup6;[F].
Die kapazitiven Reaktanzen RC1, RC2 und RC3 der Ausrichtungsschicht 56 zur Gegenelektrode 51, des elektrisch leitenden Polymerflüssigkristalls 53 und der Ausrichtungsschicht 56 zur oberen Elektrode 51 sind jeweils durch die folgenden Gleichungen angegeben:
RCi = 1 / (2πfCi) (2),
wobei f die Frequenz der Lesespannung ist, wie sie durch die Quelle 100 zwischen die Gegenelektrode 51 und die obere Elektrode 41 gelegt wird. Beim veranschaulichten Ausführungsbeispiel ist die Lesespannung eine Wechselspannung von 60 Hz.
Durch Einsetzen der Werte von C1, C2 und C3 in die Gleichung (2) werden RC1, RC2 und RC3 zu 5,0 × 10¹¹ Ω, 1,5 × 10¹³ Ω und 5,0 × 10¹¹ Ω berechnet.
Der Widerstand Ri wird durch die folgende Gleichtung (3) ausgedrückt:
Ri = p L / S (3).
Durch Einsetzen der oben angegebenen Zahlen in die Gleichung (3) werden R1 und R3 5,0 × 10¹&sup7; Ω, und RAUS2 ist 2,5 × 10¹&sup5; Ω (im "AUS-Zustand), und REIN2 ist 2,5 × 10&sup9; (im "EIN"-Zustand).
So werden, auf Grundlage der oben angegebenen Berechnungen, die Widerstände der Speicherzelle, wenn sie sich im "AUS"-und im "EIN"-Zustand befindet, durch die Gleichungen (4) und (5) berechnet:
RAUS = R1 RC1/(R1 + RC1) + RAUS2 RC2/(RAUS2 + RC2) + R3 RC3/(R3 + RC3) = 1,6 × 10¹³ Ω (4)
REIN = R1 RC1/(R1 + RC1) + REIN&sub2; RC²/(REIN2 + RC2) + R3 RC3/(R3 + RC3) = 1,0 × 10¹² Ω (5).
Aus den Gleichungen (4) und (5) ergibt sich das folgende Widerstandsverhältnis (1/Leitfähigkeit):
RAUS/REIN = 16 (6).
Aus der Gleichung (6) ist es ersichtlich, dass das Verhältnis zwischen den Widerständen der Speicherzellen in den Zuständen "aus" und "ein" verstärkt werden kann, mit dem Ergebnis, dass das AUS/EIN-Verhältnis der Lesespannung verstärkt ist. Dies erhöht die Lesegenauigkeit.
Wenn die Ausrichtungsschicht 56 aus einem elektrisch leitenden Material besteht, wird ein größeres AUS/EIN-Verhältnis erzielt. Im Ergebnis kann die Lesegenauigkeit noch mehr erhöht werden.
Genauer gesagt, wird eine kleine Menge an Kohlenstoff zum Polyimid hinzugefügt, aus dem die Ausrichtungsschicht besteht, um eine Ausrichtungsschicht mit einem spezifischen Widerstand p von 10³ Ωcm herzustellen. Aus der Gleichung (3) ergibt sich R1 = R3 = 5 × 10&sup4; Ω. Dann ergeben sich aus den Gleichungen (4) und (5) RAUS und REIN = 1,5 × 10¹³ Ω und 1,25 × 10&sup5; Ω. Daher ist das AUS/EIN-Widerstandsverhältnis 1,2 × 10&sup8;. Auf diese Weise kann das AUS/EIN-Verhältnis eines Lesesignals stärker erhöht werden.
Der Flüssigkristall 53 ist in einer Eindomänenstruktur durchsichtig, jedoch wird dieser Flüssigkristall 53 bei einer Polydomänenstruktur wegen Lichtstreuung undurchsichtig. Es ist möglich, Information durch Einstrahlen von Licht und Erfassen der Reflexion am Flüssigkristall 53 zu lesen. Dieses Verfahren erfordert eine optische Erfassungseinrichtung, jedoch ist auch eine Signalverarbeitungseinrichtung enthalten. Daher fällt diese insgesamt in die Kategorie elektrischer Informationsleseverfahren.
Gemäß der Erfindung werden die folgenden Vorteile erzielt:
(1) es ist kein sich drehender oder bewegender Mechanismus erforderlich, da optomagnetische Platten oder magnetische Platten weggelassen sind, was die Größe verringert, die Struktur vereinfacht und die Herstellkosten der Speicheranordnung verringert;
(2) die eingespeicherte Information kann stabil für eine lange Zeitperiode aufrechterhalten werden, und ohne Wahrscheinlichkeit einer Zerstörung auf Grund von Staub, Schwingungen und Schlägen, da komplizierte, empfindliche Mechanismen wie Laseraufnehmer oder -köpfe weggelassen sind;
(3) wegen der vereinfachten Struktur der Auf zeichnungseinrichtung im Vergleich mit einer nichtflüchtigen Speicheranordnung unter Verwendung eines nichtflüchtigen IC-Speichers kann eine große Speicherfläche erzielt werden;
(4) trotz der Erzeugung von Wärme ist das Auftreten elektrischen Übersprechens zwischen benachbarten Elektroden verhindert, was es ermöglicht, die Abstände zwischen Speicherzellen zu verkürzen.
Dem Fachmann sind verschiedene andere Modifizierungen erkennbar, und diese können von ihm leicht ausgeführt werden, ohne vom Schutzumfang der Ansprüche abzuweichen. Demgemäß soll der Schutzumfang der beigefügten Ansprüche nicht auf die hier dargelegte Beschreibung beschränkt sein.

Claims

1. Nichtflüchtige Speicheranordnung mit:

- einem Speichermedium (53), das aus einem elektrisch leitenden Polymerflüssigkristall besteht;

- einer Heizeinrichtung (41, 42, 44) zum Erwärmen des Speichermediums, um dadurch die Phase desselben zu ändern; und

- einer Ausleseeinrichtung zum Lesen der in das Speichermedium eingeschriebenen Daten durch elektrisches Erfassen einer Eigenschaft des Speichermediums;

dadurch gekennzeichnet, dass

- der Polymerflüssigkristall mit einer Polymerkette verbundene Flüssigkristallkomponenten (A) aufweist;

- die Heizeinrichtung ein Paar Elektrodenschichten (41, 42) und eine zwischen diesen vorhandene Wärmeerzeugungsschicht (44) aufweist, die thermisch mit dem Speichermedium gekoppelt ist; und

- die Anordnung ferner eine Schreibeinrichtung zum Einschreiben von Daten in das Speichermedium aufweist, die eine Gegenelektrode (51) umfasst, die auf der Seite des Speichermediums liegt, die von der einen Elektrode (41) abgewandt ist, um während des Abkühlens des Speichermediums eine Schreibspannung an dieses anzulegen, um dadurch die Eigenschaften des Speichermediums zu ändern.

2. Nichtflüchtige Speicheranordnung mit:

- einer Ausleseeinrichtung zum Auslesen der in das Speichermedium eingeschriebenen Daten;

dadurch gekennzeichnet, dass

- die Heizeinrichtung ein Paar Elektrodenschichten (41, 42) und eine zwischen diesen vorhandene Wärmeerzeugungsschicht (44) aufweist, die thermisch mit dem Speichermedium gekoppelt ist;

- die Ausleseeinrichtung einen Phasenübergang des Speichermediums optisch erfasst; und

3. Nichtflüchtige Speicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, ferner mit einem ersten Substrat (52) und einem zweiten Substrat (55);

- wobei das Speichermedium zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet ist;

- wobei das Paar Elektrodenschichten streifenförmige untere Elektroden (42), die zueinander parallel und gegeneinander isoliert auf dem zweiten Substrat (55) vorhanden sind, und streifenförmige obere Elektroden (41) aufweist, die parallel zueinander und gegeneinander isoliert angeordnet sind, wobei die oberen Elektroden rechtwinklig zu den unteren Elektroden verlaufen; und

- wobei die Wärmeerzeugungsschicht (44) zwischen die unteren Elektroden und die oberen Elektroden eingebettet ist.

4. Nichtflüchtige Speicheranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, ferner mit einem ersten Substrat (52) und einem zweiten Substrat (55);

- wobei das Paar Elektrodenschichten (41, 42) streifenförmige untere Elektroden (42), die parallel zueinander und gegeneinander isoliert auf dem zweiten Substrat vorhanden sind, und streifenförmige obere Elektroden (41) aufweist, wobei jede obere Elektrode eine jeweilige untere Elektrode (42) überlappt;

- wobei die Heizschicht (44) zwischen den unteren Elektroden und den oberen Elektroden eingebettet ist; und

- wobei das erste Substrat (52) Gegenelektroden (51) trägt, die parallel zueinander und gegeneinander isoliert angeordnet sind, und die rechtwinklig zu den oberen Elektroden angeordnet sind.

5. Nichtflüchtige Speicheranordnung nach Anspruch 4, bei der das zweite Substrat (55) ein Siliziumsubstrat ist.

6. Nichtflüchtige Speicheranordnung nach Anspruch 5, bei der das Siliziumsubstrat einen auf einer seiner Flächen vorhandenen Feldisolierfilm (57) aufweist, wobei diese Fläche die untere Elektrode (42) trägt.

7. Nichtflüchtige Speicheranordnung nach Anspruch 5, bei der die Wärmeerzeugungsschicht (44) in Streifen unterteilt ist, um nur zwischen jeder unteren Elektrode und der die untere Elektrode überlappenden oberen Elektrode zu sein, und zwischen benachbarten Baugruppen, die jeweils aus jeder unteren Elektrode, der die untere Elektrode überlappenden oberen Elektrode und einem zwischen die untere Elektrode und die obere Elektrode eingefügten Streifen der Wärmeerzeugungsschicht stehen, ein Isolierfilm (58) aus einem Material mit niedrigem Wärmediffusionsvermögen vorhanden ist.

8. Nichtflüchtige Speicheranordnung nach Anspruch 7, bei der die Seitenflächen der unteren Elektroden in Breitenrichtung mit einem Isolierfilm (57') bedeckt sind, der aus einem Material mit niedrigem Wärmediffusionsvermögen besteht.