JPH03228294A

JPH03228294A - 電子線記憶方法および電子線記憶素子とその製造方法

Info

Publication number: JPH03228294A
Application number: JP2411990A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Yanagisawa; 雅広柳沢
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-02-01
Filing date: 1990-02-01
Publication date: 1991-10-09
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: JP2773350B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、情報を電子線により媒体に記録・書換・再生
を行う電子線記憶素子およびその製造方法に関する。

（従来の技術）過去に、第５図に示すようなウィリアムス管５１とよば
れる陰極管を用いた記憶装置が使用されたことがあった
。これは陰極管（ブラウン管）５２を用いて電子銃５３
から発生させた電子線５４を偏向コイル５５により蛍光
膜５６に当て、焦点を絞った時と焦点をぼかした時の蛍
光膜の電荷を変化させて情報を記録し、陰極管の外側に
設けたピックアップ電極５７に発生する電圧波形の違い
で情報を再生するものである。

（発明が解決しようとする課題）しかしウィリアムス管は蛍光膜上の電荷が短時間に散逸
してしまうので、電子線を常に走査していないと記憶を
保持できない。即ち揮発性の記憶装置である。また陰極
管が大型のため装置の小型化に限界があった。

本発明の目的は、ウィリアムス管の欠点の解決を図った
電子線記憶素子を提供することにある。

（課題を解決するための手段）本発明は、非晶質と結晶質とで電子線の透過率の異なる
記憶媒体を用い、この記憶媒体に記憶媒体の融点以上に
加熱可能な強度で電子線を短時間照射し急冷することに
より非晶質化し、記憶媒体の結晶化温度以上かつ融点以
下に加熱可能な強度で電子線を長時間照射し結晶化させ
、情報の記録・消去を行い、この記憶媒体に記憶媒体の
結晶化温度を越えない強度の電子線を照射し、その透過
量を検出することにより情報の再生を行うことを特徴と
する電子線記憶方法である。

本発明は、基板と、この基板上に形成されこの基板と垂
直方向に電子線を発射する電子銃と、この電子銃と外部
電源とを接続する電極と、前記電子銃の周囲に絶縁層を
介して積層された電子レンズおよび偏向電極と、前記電
子銃と対向して形成された記憶媒体と、この記憶媒体の
前記電子銃とは反対側の面に設けられ電子銃に対して正
の電位をかける電極とからなることを特徴とする電子線
記憶素子である。

電界レンズは、絶縁層を介して積層された３層のリング
状電極によって構成することができる。また、偏向電極
は、リング状電極を２分割して半円形状の電極としても
良いし、４分割としても良い。２分割とした場合は、電
子ビームを一次元方向に偏向することが可能であり、４
分割とした場合は二次元方向に偏向することができる。

記憶媒体としては、電子線の照射により電子線の透過率
が変化する媒体を用いる。このような媒体としては、イ
ンジウム、シリコン、ゲルマニウム、セレン、ガリウム
、テルル、錫、鉛、タリウム、亜鉛、カドミウム、ビス
マス、ひそ、アンチモン、硫黄、ポロニウム、燐、ニッ
ケル、燐などがある。

また、本発明の電子線記憶素子を同一基板上に複数形成
することによって、記憶容量を増大させることができる
。

なお、本発明の電子線記憶素子は、ガラス管等に封入さ
れ、真空中で使用される。

次に、本発明の電子線記憶素子の製造方法は、基板上に
電子銃および電極を形成する金属を成長する工程と、該
金属を電極形状にパターニングする工程と、パターニン
グされた金属の電子銃を形成する位置にレジストパター
ンを形成し、該金属をエツチングし、電子銃を形成する
工程と、該電子銃の上にレジストを塗布し、電子銃以外
の領域のレジストを除去する工程と、その上に絶縁層を
介して電界レンズおよび偏向電極を積層し、前記電子銃
の上のレジストを除去する工程と、前記基板と対向配置
させる基板上に電極と記憶媒体とを積層する工程と、前
記２枚の基板を対向して接着する工程とからなることを
特徴とする。

また、その他の製造方法は、基板上に電極を形成する工
程と、原料ガス雰囲気中または、原料金属塩溶液中で前
記電極上の電子銃形成箇所に光を照射し、選択的に金属
を成長させて電子銃を形成する工程と、該電子銃の上に
レジストを塗布し、電子銃以外の領域のレジストを除去
する工程と、その上に絶縁層を介して電界レンズおよび
偏向電極を積層し、前記電子銃上のレジストを除去する
工程と、前記基板と対向配置させる基板上に電極と記憶
媒体とを積層する工程と、前記２枚の基板を対向に接着
する工程とからなることを特徴とする。

さらに上記製造方法の電子銃形成工程は、以下のように
変えることもできる。電極を形成した基板を原料金属塩
溶液中で金属針を近付け、電界を掛けることにより、こ
の電極上に選択的に金属を析出・成長させて電子銃を形
成する。これ以降の工程は上記と同様に行う。

（作用）本発明の電子線記憶方法では、非晶質と結晶質とで電子
線の透過量の異なる記憶媒体を用い、相変化によって情
報の記録・消去を行っているため、電子線を常に走査す
る必要はない。また、電子線記憶素子を本発明の構成と
することにより小型化が可能である。

本発明の素子では、先端をとがらせた電子銃と記憶媒体
裏面の電極との間に電圧を印加することによって電子線
を放出している。放出された電子線は電界レンズまたは
磁界レンズによって記憶媒体上に収束する。収束する位
置は偏向電極によって制御可能である。

以上のような電子線記憶素子は、本発明の製造方法によ
り容易に作製できる。

（実施例）第１図は本発明の電子線記憶素子２５の一実施例を示す
図である。基板１の上に電子銃３が形成されており、電
極２を介して電極１６との間に電源１９がら電圧がかけ
られると電子線１２が放射される。電子線１２は３つの
電極Ａ、　Ｂ、　Ｃ（それぞれ９．７．５）からなる電
界レンズ１０によって絞られ、また偏向電極１３によっ
て記憶媒体１５の所定の位置に照射され、記録領域Ａ、
　Ｂ（それぞれ１８．１７）に情報が記録される。

電界レンズ１０は、電極Ａ、　Ｃが接地され、電極Ｂが
電源２０と接続され、正電位にバイアスされている。こ
の電場の作用により電子は力を受は収束される。なお、
電界レンズ１０は、他の形状でも良いし、磁界レンズに
変えることもできる。

偏向電極１３をＸＹ面で切った場合の形状を第１図（ｂ
）（ｃ）に示す。図（ｂ）のようにリング状電極を２分
割した形状では一次元方向に偏向可能であり、図（ｃ）
では２次元状に偏向可能である。偏向量は電源２１の電
圧値によって任意にできる。

電子銃３、電界レンズ１０、偏向電極１３の電圧は、制
御回路２２により外部バス２４からのデータに基づいて
制御される。情報の記録は電子線１２の強度を強くかつ
短時間に照射して、記録媒体の融点以上に加熱し急冷す
ることにより記憶媒体１５を非晶質にすると電子線の透
過率が高まることによりなされる。一方、情報の消去は
電子線１２の強度を弱くかつ長時間照射して、結晶化温
度以上かつ融点以下で加熱すると結晶質に相変態し電子
線の透過率が低くなることによりなされる。情報の再生
は電子線１２の強度を弱く結晶化温度を越えないように
照射して、記憶媒体１５が結晶質か非晶質かを電子線の
透過率の差から電流形２３により検出し情報の識別を行
う。電流値の差は制御回路２２を介して２値化された情
報として外部バス２４から出力される。

第２図は本発明の電子線記憶素子１の別の実施例をを示
す図ある。基板１から絶縁層１４までは第１図の電子線
記憶素子と同じ構造であるが、同一基板上に存在する個
々の電子線記憶素子間の隔壁が記憶媒体近傍で存在せず
、１つの電子線記憶素子の電子銃からの電子線と隣の電
子線記憶素子からの電子線との間隔が隔壁の厚みの分だ
け小さくでき、記憶密度をより大きくできる。

本発明の電子線記憶素子の製造には、第３図（ａ）から
（ｍ）に示すプロセスを用いる。

絶縁体基板としてガラス基板２５上に金属薄膜２６とし
てタングステンを設け（ｂ）、レジスト２７を被覆した
のち露光、エツチングを行う（Ｃ）。その上に絶縁体と
して５ｉ０２２８を被覆したのち残存するレジストを除
去して電極２６を形成する（ｄ）。以下の工程は電子銃
の作成であるが、４種類の作成法を説明する。

第一の方法は（ｄ）のタングステン電極２６の上に再び
レジスト２９を塗布しくｅ）、電極部の上のレジスト部
に露光した後エツチングして円錐状のレジスト部２９゛
を形成する（Ｏ０全体をイオンエツチングにより該レジ
スト部が無くなるまでエツチングし、電極の上に金属か
らなる円錐状の電子銃となるＷ針３０を形成する（ｇ）
。Ｗ針の先端の曲率半径は０．１ｐｍ程度であれば良い
。また、電子銃はＷ以外の金属や、ＴｉＣ，ＴａＣ，Ｓ
ｉＣなどの炭化物や、ＴｉＮのような窒化物でもよい。

第二の方法は、（ｎ）に示すように、タングステン電極
２６の上にＷ（Ｃｏ）６６０のガス気流中で紫外線レー
ザー６１を照射して光化学反応を利用して金属タングス
テンを針状に成長させて電子銃３０を形成する。

第三の方法は、（ｎ）と同様にタングステン電極２６の
上に塩化タングステン水溶液中でＹＡＧレーザーを照射
し、金属タングステンを針状に成長させて電子銃を形成
した。

第四の方法では、（０）に示すように塩化タングステン
水溶液６２中で白金針６３をタングステン電極２６の上
に近付け、電界を掛けることにより金属タングステンを
針状に析出させ、電子銃３０を形成した。以上の方法で
は５ｉ０２２８を形成してがら電子銃を形成しているが
、５ｉ０２２８はこの後の絶縁体３２と同時に形成して
もかまわない。

上記４つのいづれかの方法で電子銃を形成した後、その
上にレジスト３１を塗布しくｈ）、電子銃の上の部分、
直径１０ｐｍの領域に露光し、その他の部分を溶媒で除
去する（ｉ）。絶縁体３２を成膜した後、金属３３．３
５．３７と絶縁体３４．３６．３８の順に３回成膜を繰
り返して電界レンズを形成する。その上に金属としてＣ
ｕ３９を被覆し偏向電極を形成する（ｊ）。その上に絶
縁層４０を形成したのち溶媒によりレジストを除去し、
電子銃の上に孔を形成する（ｋ）。成膜方法としては、
スパッタ法が望ましいが、蒸着法や、ＣＶＤ法等でもよ
い。別に作製した、ガラスからなる基板６１の上にスパ
ッタリングにより被覆したフルミ：−ウム電極膜４２上
のインジウム・セレン合金薄膜からなる記憶媒体４１を
該孔を覆うように接着しく１）、全体４５を絶縁体とし
て封入ガラス４４で真空状態中に封入する（ｍ）ことに
より作製した。このように作製した素子を第４図に示す
ように硝子基板４６上に多数集積化することで記憶容量
の大きい電子線記憶素子が得られる。直径１０μｍの素
子を作製し、素子の間隔を１０ｐｍ取った場合、１ｃｍ
Ｘ１ｃｍの基板上に２５０，０００個の素子が存在する
。

（発明の効果）次に、実施例で得られた電子線記憶素子について動作試
験を行ったところ、アクセス時間２００ｐｓ、記録密度
平方ｍｍ当たり１０５ビツトにおいて情報の記録・書換
・再生が確認された。また素子全体の大きさは２ｃｍＸ
２ｃｍＸ０．５ｃｍであり、ウィリアムス管の１０ｃｍ
Ｘ　１０ｃｍＸ　２０ｃｍに比べ極めて／ｈさい。さら
に、ウィリアムス管と異なり、絶えず走査する必要はな
いという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｃ）は本発明の電子線記憶素子の一実
施例を示す図、第２図は本発明の電子線記憶素子の別の
実施例を示す図、第３図（ａ）から（０）は本発明の電
子線記憶素子の製造方法を示す図、第４図は本発明の電
子線記憶素子の素子部が基板上にいくつか形成されてい
る様子を示す図である。第５図は従来の陰極管と蛍光膜を用いた記憶装置である
ウィリアムス管を示す図である。図に於て５１はウィリアムス管、５２は陰極管、５２は
電子銃、５４は電子線、５５は偏向コイル、５６は蛍光
膜、５７はピンクアンプ電極、５８は増幅・論理回路、
１は基板、２は電極、３は電子銃、４は絶縁層、５は電
極Ｃ１６は絶縁層、７は電極Ｂ、８は絶縁層、９は電極
Ａ、１０は電界レンズ、１１は絶縁層、１２は電子線、
１３は偏向電極、１４は絶縁層、１５ｆ記憶媒体、１６
は電極、１７は記憶領域Ｂ、１８は記憶領域Ａ、１９は
電源、２０は電源、２１は電源、２２は制御回路、２３
は電圧形、２４は外部バス、２５は硝子基板、２６はタ
ングステン薄膜、２７はレジスト膜、２８は５ｉ０２膜
、２９はレジスト膜、３０はＷ針、３１はレジスト膜、
３２は５ｉ０２膜、３３はＡ１膜、３４は５ｉ０２膜、
３５はＡＩ膜、３６は５ｉ０２膜、３７はＡＩ膜、３８
は５ｉ０２膜、３９はＣｕ膜、４０は５ｉ０２．４１は
ＩｎＳｅ膜、４２はＡＩ膜、４３は電極、４４は封入硝
子管、４５は電子線記憶素子、４６は基板、４７は素子
、４８は電極、６０はＷ（ＣＯ）６．６１はレーザー光
、６２は塩化タングステン水溶液、６３は白金針である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）非晶質と結晶質とで電子線の透過率の異なる記憶
媒体を用い、この記憶媒体に記憶媒体の融点以上に加熱
可能な強度で電子線を短時間照射し急冷することにより
非晶質化し、記憶媒体の結晶化温度以下かつ融点以上に
加熱可能な強度で電子線を長時間照射し結晶化させ、情
報の記憶・消去を行い、この記憶媒体に記憶媒体の結晶
化温度を越えない強度の電子線を照射し、その透過量を
検出することにより情報の再生を行うことを特徴とする
電子線記憶方法。
（２）基板と、この基板上に形成されこの基板と垂直方
向に電子線を発射する電子銃と、この電子銃と外部電源
とを接続する電極と、前記電子銃の周囲に絶縁層を介し
て積層された電子レンズおよび偏向電極と、前記電子銃
と対向して形成された記憶媒体と、この記憶媒体の前記
電子銃とは反対側の面に設けられ、電子銃に対して正の
電位をかける電極とからなることを特徴とする電子線記
憶素子。
（３）基板上に電子銃および電極を形成する金属を成長
する工程と、該金属を電極形状にパターニングする工程
と、パターニングされた金属の電子銃を形成する位置に
レジストパターンを形成し、該金属をエッチングし、電
子銃を形成する工程と、該電子銃の上にレジストを塗布
し、電子銃以外の領域のレジストを除去する工程と、そ
の上に絶縁層を介して電界レンズおよび偏向電極を積層
し、前記電子銃の上にレジストを除去する工程と、前記
基板と対向配置させる基板上に電極と記憶媒体とを積層
する工程と、前記２枚の基板を対向して接着する工程と
からなることを特徴とする電子線記憶素子の製造方法。
（４）基板上に電極を形成する工程と、原料ガス雰囲気
中または、原料金属塩溶液中で前記電極上の電子銃形成
箇所に光を照射し、選択的に金属を成長させて電子銃を
形成する工程と、該電子銃の上にレジストを塗布し、電
子銃以外の領域のレジストを除去する工程と、その上に
絶縁層を介して電界レンズおよび偏向電極を積層し、前
記電子銃上のレジストを除去する工程と、前記基板と対
向配置させる基板上に電極と記憶媒体とを積層する工程
と、前記２枚の基板を対向に接着する工程とからなるこ
とを特徴とする電子線記憶素子の製造方法。
（５）請求項３記載の電子線記憶素子の製造方法におい
て、前記電子銃を形成する工程に代えて、原料金属塩溶
液中で金属針を基板に近付け、電界を掛けることにより
選択的に金属を析出・成長させて電子銃を形成する工程
を含むことを特徴とする電子線記憶素子の製造方法。