JP2518622B2

JP2518622B2 - 論理演算方法

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Publication number: JP2518622B2
Application number: JP61191853A
Authority: JP
Inventors: 憲司中村; 文隆簡; 雅典竹之内; 直司早川; 昌彦奥貫
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1986-08-15
Filing date: 1986-08-15
Publication date: 1996-07-24
Anticipated expiration: 2011-07-24
Also published as: JPS6348012A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、特に固体電子線発生手段を含む平面上に二
次元的に配置した情報列に含まれる任意の２つ以上の情
報の間の演算を行う論理演算装置に関するものである。

［従来の技術］従来、電子線を用いた記憶素子として、例えば（G.W.
Ellis他,Applied Physics Letters,Vol.24,No.9,1974,4
19頁）などによりエレクトロンビームアドレスドMOSと
称されるものが知られている。これは、MOS（Metal Oxi
de Semiconductor）構造のキャパシタに、書き込み電子
線を入射させて絶縁層に正孔を蓄積させ、正孔の一部を
読み出し電子線により消失させることによって情報を読
み出すものである。

このような情報の読み出しにおいは情報が一部分破壊
されるため、そのままでは多数回の読み出しが不可能で
ある。また、多数回の読み出しを行うためには再書き込
みを要するため、必要な情報を入手するためには長い時
間がかかる上に、長時間の放置により情報が消失すると
いった欠点もある。更に、これらの電子線を用いた記憶
素子間で論理和、論理積などの論理演算を行う場合に、
情報を順次に読み出して半導体回路などで構成された論
理演算装置に入力し、その結果を再び順次に記憶素子に
書き込むといった繁雑な方法が必要であり、非常に長い
演算時間を要する。

他方、近年研究或いは実用化されている画像処理の分
野においては、近傍画素間の同一演算を全画素に渡って
行う処理が多い。従来ではこのような演算は論理演算を
行う場合と同様に、画素ごとに画像メモリから読み出し
て演算し、再び画像メモリに書きこむという動作を時系
列に行っているために演算に長い時間を要し、高速・並
列的に近傍画素間の演算を全画素に渡って行えるような
演算装置が要求されている。

更に、高度な二次元並列演算においては、二次元的に
配列された情報列に含まれる任意の２つ以上の情報の間
での論理演算も必要とされ、このような演算が可能な演
算方法も望まれている。

［発明の目的］本発明の目的は、電子線を利用する素子を用い、二次
元的に並列に配置された情報列に含まれる任意の２つ以
上の情報間の論理和及び論理積演算を選択して実行し、
容易に論理演算を行うことが可能な論理演算装置を提供
することにある。

［発明の概要］上述の目的を達成するための本発明の要旨は、電子線
源と電子線検出手段と該電子線検出手段の信号により前
記電子線源を駆動する駆動手段とを１単位とする単位を
複数有する２つのメモリユニットを用いて論理演算を行
う装置であって、前記電子線源から出射される電子線を
個々に偏向する偏向手段を有し、一方のメモリユニット
の少なくとも２つの電子線源からの電子線を個々に他方
のメモリユニットに指向させ、他方のメモリユニットの
少なくとも１つの同一電子線検出手段に入射させて論理
演算を行うことを特徴とする論理演算装置である。

［発明の実施例］本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する。

第１図は本発明に係る方法を実現するための概略構成
図であり、電子線検出手段Ｄと駆動手段Ｔと電子線源Ｅ
とから成る単位Ｕが複数個配されているメモリユニット
MU1とMU2とが対向して設置されている。そして、各単位
Ｕごとに電子線源Ｅから出射される電子線EBを任意の方
向に偏向できる図示しない偏向電極が設けられている。
なお、第１図においては説明の簡略化のため、メモリユ
ニットMU1とMU2とは単位U111、U121、U211、U221、U31
1、U321等から成る３行２列のマトリクスのメモリユニ
ットとして表示しているが、それぞれの単位Ｕはエピタ
キシャル成長、リソグラフィ等の半導体技術で形成する
ことができるので、非常に高密度に形成することが可能
となる。また、メモリユニットMU1とMU2との間には電源
VAが介挿されている。

ここで、メモリユニットMU1及びMU2に配置されている
単位U111〜U322について第２図及び第３図により説明す
る。第２図は１単位Ｕの断面図を示しており、単位Ｕは
pn接合から成る電子線検出手段Ｄと駆動手段Ｔと電子線
源Ｅとから成り、ｐ型半導体で形成された基板SSの表面
に絶縁層INSが形成され、絶縁層INSの上部には各種電極
が取り付けられている。基板SS中に裏側からnpn接合さ
れて形成された電子線検出手段Ｄには、基準電圧を与え
る電極DN、正バイアスを与える電極DI、逆バイアスを与
える電極DPが取り付けられている。また、基板SSには絶
縁層INSの開口部を介して加速電極GNDが取り付けられて
いる。電子線検出手段Ｄの横には、基板SS中に裏側から
np⁺n⁺接合されて形成された駆動手段Ｔが配置されてお
り、この駆動手段Ｔには電極TB、TE、TCが取り付けられ
ている。更に駆動手段Ｔの横には、基板SS中に裏側から
np⁺pn⁺接合されて形成された電子線源Ｅが配置されてい
る。電子線源Ｅは例えば特公昭54−30274号、特開昭54
−111272号、特開昭56−15529号、特開昭57−38528号公
報等に開示されている固体電子線源がその好ましい一例
である。この電子線源Ｅは電極ENを電極EPに対し正電位
つまり逆方向バイアスを印加することによりアバランシ
ェ効果により電子を発生させ、正の電圧を印加すること
によりその開口部から電子を真空中に引き出す引き出し
電極EGが設けられている。また、このようなpn接合を利
用した固体電子線源として、順方向バイアスにより動作
させるネガティブワークファンクション形のもの、その
他の所謂電界放出形、熱電子放出形のものなどが使用で
きる。引き出し電極EGの開口部の近傍に偏向電極ED1、E
D2が配置され、電子線をEB1、EB2の方向に偏向できるよ
うになっている。

第３図は上述の各素子を駆動するためのブロック回路
図である。電子線検出手段Ｄの電極DIにはスイッチSW
I、電極DNにはスイッチSWN、電極DPにはスイッチSWPが
接続され、電子線検出手段Ｄに電子線EBを入射するモー
ドをＷモード、電子線源Ｅから電子線EBを出射するモー
ドをＲモードとしたとき、スイッチSWI、スイッチSWPに
は端子Ｗ及び端子Ｒがそれぞれ対向して設けられてお
り、スイッチSWIに対応した端子Ｗには電圧VWが、端子
Ｒには電圧VRが印加されるようになっている。そして、
スイッチSWNに対応した端子Ｗは接地電極GNDに接続さ
れ、端子Ｒは開放されている。スイッチSWPに対応した
端子Ｗには負電位VBが印加され、端子Ｒには入力端子IN
から外部の情報が入力されるようになっている。駆動手
段Ｔにおける電極TBは電極DPと接続されており、スイッ
チSWPにより端子Ｗ或いは端子Ｒに接続されるようにな
っている。また、駆動手段Ｔの電極TCには電流源ICが接
続されており、電極TEは電子線源Ｅの電極ENと接続さ
れ、電極TE、ENから出力端子OUTにより情報を外に取り
出すことができるようになっている。引き出し電極EGは
可変抵抗RVを介して電源VGと接続されており、電極EPは
接地電極GNDと接続されている。

先ず、Ｗモード時について考えてみると、スイッチSW
I、SWN、SWPはそれぞれ端子Ｗ側に接続されているの
で、電子線検出手段Ｄにおいて電極DNを基準電圧として
電極DIに正の電圧がバイアスとして印加され、電極DPに
逆バイアスが印加されることになる。また、電極DN、DP
間は逆バイアスのために電流は流れないようになってい
る。

ここで、電子線EBは電極DIを透過し絶縁層INS内で電
子・正孔対を生じ、この電子・正孔対のうちの正孔が絶
縁層INSとｎ層の界面に近い絶縁層INS内に蓄積される。
この正孔として蓄積された電荷は、電子線EBの照射がな
いときでも比較的安定に保存される。このとき、駆動手
段Ｔにおいては電極TBにもスイッチSWPを介して電極DP
と同様に、逆バイアス電圧VBが印加されているためカッ
トオフ状態であり電子線源Ｅも動作しないようになって
いる。

一方、Ｒモード時においてはスイッチSWI、SWN、SWP
はそれぞれ端子Ｒ側に接続されている。このとき、電子
線検出手段Ｄの状態を検知する方法としては、逆方向電
圧を電極DI、DP間に与えたときのブレークダウン電圧が
絶縁層INSに蓄積された電荷の有無に応じて異なる現象
を利用することが好ましい一方法である。即ち、電極DI
に書き込み時よりも更に高い正の電圧で、かつ絶縁層IN
Sに電荷が蓄積されていないときにはブレークダウンせ
ずに、絶縁層INSに電荷が或る閾値以上に蓄積されてい
るときには、ブレークダウンして電流が流れるような電
圧を与えることにより読み出しが行われる。このような
ブレークダウン効果を利用することにより、高感度の電
子線検出手段を得ることができる。

先ず、電子線検出手段Ｄがブレークダウンした場合を
考えると、電極DIからDPへ電流が流れることになる。こ
の電流により、電極TBからTEへ順方向に電流が流し込ま
れるため駆動手段Ｔはオン状態となり、電子線源Ｅが駆
動手段Ｔにより駆動されることになる。このとき、電子
線線Ｅから放出される電子線EBの電流量は電子線源Ｅと
電源VGとの間に挿入された可変抵抗RVにより制御するこ
とが可能である。一方、電子線検出手段Ｄがブレークダ
ウンしない場合は、電極DIからDPの方向へ電流が流れず
駆動手段Ｔがオフ状態のままとなり、その結果として電
子線源Ｅから電子線EBは出射されないことになる。

なお、読み出し時に電子線検出手段Ｄに蓄積されてい
る電荷の殆ど全てを、外部に放出する条件で使用する完
全破壊読み出しのRDモードと、蓄積されている電圧の一
部のみを読み出し、閾値以上の電荷量を残す部分破壊読
み出しRNモードが設定できる。このRDモードとRNモード
との選択は、例えばRDモードにおいては蓄積電荷が放出
されるために十分な時間で読み出し、RNモードではそれ
に比較して短い時間で読み出す等の手段により容易に達
成できる。また、Ｒモード時には出力端子OUTから情報
の有無を電気的に読み出すことができ、入力端子INに強
制的に電圧を印加することにより情報を書き込むことが
できる。

上述した単位Ｕを配置したメモリユニットMUを用いた
本実施例の動作を再び第１図を用いて説明する。第１図
においては、メモリユニットMU1に記憶された情報に応
じてメモリユニットMU1からメモリユニットMU2へ情報が
転送される様子が示されている。例えば、メモリユニッ
トMU1の電子線源E111とE311から出射した電子線EBがそ
れぞれ個別に偏向されて、メモリユニットMU2の電子線
検出手段D312に入射し、また電子線源E221から出射した
電子線EBが電子線検出手段D222に入射している。単位U1
21においては、電子線源E121から電子線EBが出射されれ
ば、電子線検出手段D222に入射されるように第２図に示
す偏向電極EDに偏向電圧が印加されているが、単位U121
に記憶された情報に応じ、電子線源E121からは電子線EB
が出射されていない場合を例示しており、この状態を点
線で示してある。このとき、メモリユニットMU1はＲモ
ード、MU2はＷモードに設定されており、接地電極GND2
はGND1に対し電圧VAが印加され加速電極として作用して
おり、そのためメモリユニットMU1からMU2の方向へ加速
電界が形成されている。

このように電子線検出手段Ｄは入射した電子線EBの電
流量に応じた量の電荷を絶縁層INSに蓄積する。従っ
て、第１図に示した本実施例の動作後に、メモリユニッ
トMU2の各単位にはメモリユニットMU1の情報が、各単位
Ｕに対して与えられた偏向電圧に対応して重畳し、電荷
の形で蓄積される。例えば、電子線検出手段D312には電
子線源E111とE311の双方から電子線EBが同時に入射し、
電子線検出手段D222には電子線源E211のみから電子線EB
が入射するので、電子線検出手段D312には電子線検出手
段D222の２倍の電荷が蓄積される。

一方、前述したように電子線検出手段Ｄの読み出し時
には、蓄積された電荷量に閾値が存在し、閾値以上でな
いと読み出すことができない。この閾値を利用して、メ
モリユニットMU2の各単位において、メモリユニットMU1
の２つの単位の情報の論理和、論理積を行うことができ
る。

第４図は閾値と蓄積された電荷量及び論理和、論理積の
関係を示す説明図である。この第４図において、QTHは
閾値電荷量であり、Qor、Qandはそれぞれ論理和及び論
理積動作を行うときに、メモリユニットMU1の１つの単
位から入射した電子線EBによって誘起される蓄積電荷量
である。Ｉ、II、IIIはそれぞれメモリユニットMU1の２
つの単位Ｕのうち何れからも電子線EBが入射しない場
合、片方からのみ入射する場合、及び双方から電子線EB
が入射する場合を示している。この第４図から明らかな
ように、メモリユニットMU1の１つの単位Ｕから電子線
検出手段Ｄに入射する電子線EBの電流量又は電子線EBに
より誘起される電荷量を好適に制御することにより、出
力の有無つまり論理和又は論理積を選択して動作させる
ことが可能である。

電子線検出手段Ｄに入射する電子線EBの電流量を制御
するには、メモリユニットMU1のそれぞれの単位Ｕに属
する電子線源Ｅから出射する電子線EBの電流量を制御す
ればよく、このためには上述したように第３図に示す可
変抵抗RVを変化すればよい。このような電子線検出手段
Ｄに入射する電子線EBの電流量によって、電子線検出手
段Ｄに誘起される電荷量を制御する方式は他にも種々考
えることができる。電流量を制御するにはメモリユニッ
トMU1の各単位Ｕの電子線源Ｅに、焦点を変えることが
可能な電子線収束手段を設け、これによりメモリユニッ
トMU2の電子線検出手段Ｄに入射する電子線EBの電流量
を制御することによっても可能である。即ち、電子線収
束手段により電子線検出手段Ｄの入射面上に電子線EBを
収束すれば、電子線検出手段Ｄに入射する電子線EBの電
流量は多くなり、また電子線検出手段Ｄの入射面上でこ
の入射面の面積よりも電子線EBの断面積が大きくなるよ
うに収束状態を緩くすれば、検出手段Ｄに入射する電子
線EBの電流量が少なくなる。このことを利用して、電子
線検出手段Ｄに入射する電子線EBの電流量を制御するこ
とができ、このような手段を用いれば第３図の可変抵抗
RVは不要となる。

また、入射電子線EBによって誘起される電荷量を制御
するには、「宇野・川上他、“電子透過記録管”、テレ
ビジョン、第23巻、第９号（1969）」な記述されている
ように、加速電圧による金属膜の電子線透過率の変化を
用いればよい。即ち、第２図の電子線検出手段Ｄにおい
て、電子線EBの入射面に形成された金属膜電極DIの膜厚
を好適に制御し、また第１図の実施例における加速電源
VAの電圧を変化させることにより、論理和及び論理積を
選択して行わせることができる。このときも第３図の可
変抵抗RVは不要となる。

これらの方法を用いることにより、二次元並列情報に
含まれる情報のうち、任意の２つ以上の情報の論理和又
は論理積を選択して演算することができる。例えば、第
１図の単位U312においては単位U111とU311に蓄積された
情報、単位U222においては単位U121とU221に蓄積された
情報の論理和又は論理積を選択して演算を行うことが可
能となる。

このように、上述の説明は１図の実施例を用いて行っ
たが本発明の実施については第１図以外の様々な変形が
考えられる。即ち、電子線検出手段Ｄの出力に対する蓄
積電荷量の閾値を固定として蓄積電荷量を変化させるこ
とにより、論理和と論理積を選択して動作させたが、入
射する電子線EBの電流及びそれによって誘起される電荷
量は固定とし、閾値を変化させることによって論理和、
論理積を選択することも可能である。この場合は、第２
図に示した駆動回路Ｔに同様の半導体技術で外部からの
電気的な制御により閾値を変化できるような弁別回路を
付加すればよい。

また、第１図、第４図ではメモリユニットMU1の２つ
の単位U111、U311から電子線EBが出射し、個別に偏向し
てメモリユニットMU2の１つの単位U312に入射して論理
演算を行う場合を述べたが、メモリユニットMU1の３つ
以上の単位から出射した電子線EBを個別に偏向して、メ
モリユニットMU2の１つの単位に入射する構成とし、第
４図の閾値を好適に設定することによって、多入力１出
力の論理演算が可能である。なお、第１図の実施例では
メモリユニットMU1から電子線EBを出射し、メモリユニ
ットMU2へ入射して演算を行う状態を説明したが、メモ
リユニットMU2から出射しメモリユニットMU2へ入射して
演算を行うことも当然可能である。この場合は加速電源
VAの電圧を逆方向に印加すればよいことは云うまでもな
い。

更に、第１図ではメモリユニットMU1の各単位Ｕから
出射した電子線EBをｘ方向へ偏向して演算を行う例を示
したが、本実施例に用い得る電子線源Ｅにおいては、偏
向電極を二次元的に設けることにより電子線EBを二次元
的に偏向することが可能であり、この機能を用いれば、
ｙ方向或いは（ｘ、ｙ）平面内の任意の方向に電子線EB
を偏向して演算を行うことができる。

なお、第１図の実施例では電界を用いた偏向を例示し
たが、電子線EBの偏向は磁界でも可能であり、本発明に
利用することができる。また、第１図においてはメモリ
ユニットMU1の２つ以上の電子線源Ｅから出射された電
子線EBが個別にかつ同時に偏向されてメモリユニットMU
2の１つの電子線検出手段Ｄに入射する例を示したが、
前述した部分破壊読み出しのRNモードを用いて、メモリ
ユニットMU1の電子線源Ｅから出射した電子線EBを順次
に偏向し、メモリユニットMU1の同一電子線源Ｅからの
電子線EBがメモリユニットMU2の複数の電子線検出手段
Ｄに順次に入射するような動作としてもよい。第５図は
このような動作の一例を示したものであり、先ず第５図
（ａ）に示すように電子線源E111、E211から電子線検出
手段D112へ情報を取り込み、次いで（ｂ）に示すように
電子線源E111、E311から電子線検出手段D212へ情報を取
り込み、最後に（ｃ）に示すように電子線源E211、E311
から電子線検出手段D312へ情報を取り込む場合が示され
ている。即ち、部分破壊読み出しのRNモードにより
（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の課程を順次に行うことによ
り、単位U112ではU111とU211の、単位U212ではU111とU3
11の、単位U312ではU211とU311のそれぞれ論理和或いは
論理積が選択して行われることを示している。

［発明の効果］以上説明したように本発明に係る論理演算装置は、二
次元並列に配置された情報に応じて出射される電子線
を、電子線源上に設置された偏向電極により個別に偏向
して電子線検出手段に入射させ、電子線検出手段の閾値
を好適に利用することにより、二次元並列情報に含まれ
る情報のうち、任意の２つ以上の情報の論理和或いは論
理積を選択して演算することができ、演算能力を著しく
向上させるものである。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明に係る論理演算装置の実施例を示すもので
あり、第１図はその概略構成図、第２図は電子線検出手
段、駆動手段、電子線源の説明図、第３図はブロック回
路図、第４図は論理和、論理積の説明図、第５図は動作
例の説明図である。符号Ｄは電子線検出手段、Ｔは駆動手段、Ｅは電子線
源、ED1、ED2は偏向電極、MU1、MU2はメモリユニットで
ある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者早川直司東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (72)発明者奥貫昌彦東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (56)参考文献特開昭63−48011（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−48692（ＪＰ，Ａ)

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電子線源と電子線検出手段と該電子線検出
手段の信号により前記電子線源を駆動する駆動手段とを
１単位とする単位を複数有する２つのメモリユニットを
用いて論理演算を行う装置であって、前記電子線源から
出射される電子線を個々に偏向する偏向手段を有し、一
方のメモリユニットの少なくとも２つの電子線源からの
電子線を個々に他方のメモリユニットに指向させ、他方
のメモリユニットの少なくとも１つの同一電子線検出手
段に入射させて論理演算を行うことを特徴とする論理演
算装置。
【請求項２】前記メモリユニットを対向させて設置し、
これらメモリユニット間に電磁界を印加する手段を有す
る特許請求の範囲第１項に記載の論理演算装置。
【請求項３】少なくとも２つの前記電子線源からの電子
線を１つの前記電子線検出手段に入射して、前記電子線
検出手段に蓄積された電荷量によって論理和演算又は論
理積演算を行う特許請求の範囲第１項に記載の論理演算
装置。
【請求項４】前記論理和演算と論理積演算を前記電子線
源から発生する電子線の電流によって選択する電流可変
手段を設けた特許請求の範囲第３項に記載の論理演算装
置。
【請求項５】電子線検出手段又は前記駆動手段に閾値を
設定し、該閾値を変化させることによって前記論理和演
算と論理積演算を選択する特許請求の範囲第３項に記載
の論理演算装置。
【請求項６】前記電子線検出手段の電子線が入射する面
に入射する電子線の有するエネルギにより電子線の透過
率が異なるものとし、前記論理和演算と論理積演算を、
前記電子線検出手段の電子線が入射する面に入射する電
子線のエネルギを変化させることにより、電子線検出手
段に誘起される電荷量を変えて選択する特許請求の範囲
第３項に記載の論理演算装置。
【請求項７】前記電子線のエネルギの変化は、前記メモ
リユニット間に印加する電磁界の強度を変えることによ
って生じさせる特許請求の範囲第６項に記載の論理演算
装置。
【請求項８】前記電子線発生手段は可変焦点の電子集束
手段を有し、該電子集束手段により前記電子線検出手段
の入射面上で電子線密度を変えて前記論理和演算と論理
積演算を選択する特許請求の範囲第３項に記載の論理演
算装置。