DE1068918B - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

PATENTSCHRIFT 1 068 INTERNATIONALE KL.

GlIc 11/26,13/00

ANMELDETAG: 26.JUNI1958

BEKANNTMACHUNG DERANMELDUNG UND AUSGABE DER AUSLEGESCHRIFT:

AUSGABE DER PATENTSCHRIFT:

12. NOVEMBER 1959

30. J U L I 1970 WEICHTAB

AUSLEGESCHRIFT

P 10 68 918.6-53 (G 24818)

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Anordnung zur Datenspeicherung, insbesondere auf Speicher hoher Speicherdichte und Kapazität.

Die Registrierung von Informationen in leicht zugänglicher Form und auf gerinstmoglichem Volumen wird zu einem wichtigen und in einigen Fällen entscheidenden Erfordernis der fortschreitenden Technik. Die Rechenmaschinentechnik und das Gebiet der Automation verlangen z. B. stets verbesserte Daten-Speichereinrichtungen zur Ausschöpfung aller ihrer Möglichkeiten. So nähert sich die weitere Verbesserung der Rechenmaschinen aus Mangel an größerer »Speicherkapazität«, die einen schnellen Zugriff gestattet und eine genügend große Speicherdichte hat, um die Verwendung von Speicherelementen kleiner äußerer Abmessungen zu erlauben, einer asymptotischen Grenze. Die Unmöglichkeit, mit bisher bekannten Systemen all die gewünschten Eigenschaften, wie Schnelligkeit, große Kapazität und kleine Abmessungen, zu erreichen, stellt eine schwerwiegende Grenze für technische Fortschritte auf diesen Gebieten dar.

Zur Zeit hat die Technik eine Stufe erreicht, wo Datenspeichersysteme benötigt werden, die 10® Bits oder mehr speichern können, also eine Kapazität, die zur Zeit als ül>er den praktisch erreichbaren Grenzen liegend betrachtet wird. Von den augenblicklich verfügbaren Systemen haben Magnetbänder und Magnettrommeln eine Speicherdichte von etwa 1000 Bits/cm², l>enötigen dementsprechend ungefähr 1000 cm² Speicherplatz für die gewünschte Kapazität und sind daher in untragbarer Weise umfangreich. Eine weitere Folge dieser geringen Speicherdichte ist die, daß eine im wesentlichen lange Zugriffszeit in der Größenordnung von Millisekunden beim Lesen der gespeicherten Daten benötigt wird, die für solche Speicher in Rechenmaschinen äußerst lästig ist, wo sofortiger Zugriff zu den gespeicherten Daten in wenigen Mikrosekunden von höchster Wichtigkeit ist. Zusätzlich muß man, da ein großes Stück des Magnetbandes abgetastet werden muß, um Zugriff zu allen Daten zu erhalten, vorübergehend HilfsSpeicher verwenden, um die während des Lesevorganges erhaltene Information zu speichern.

Bariumtitanatkerne haben andererseits zwar kurze Zugriffszeiten, sind aber im ganzen äußerst kompliziert, wenn große Speicherkapazitäten benötigt werden. Bei Verwendung von Bariumtitanatkernen für eine große Speicherkapazität muß also ein außerordentlich kompliziertes Verdrahtungssystem vorgesehen sein, das durch seinen Irrgarten an Leitungsdrähten sehr schwerfällig und wenig anziehend wirkt. Daher m'ihI Bariumtitanatkerne nur so lange gut zur Verfahren und Anordnung zur Datenspeicherung in Mikroräumen

Patentiert für:

General Electric Company, Schenectady, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter:
Dr.-Ing. W. Reichet, Patentanwalt, 6000 Frankfurt

Beanspruchte Priorität: V. St. v. Amerika vom 27. Juni 1957

Sterling Price Newberry,

Schenectady, N. Y. (V. St. A.),

ist als Erfinder genannt worden

Datenspeicherung geeignet, als nur kleine Speicherkapazitäten nötig sind.

Elektrostatische Speicherröhren stellen eine andere wichtige Gruppe der l>ekannten Speichersysteme dar. Solche elektrostatischen Speichersysteme sind, obwohl sie für viele Zwecke geeignet sind, im Speichervolumen- stark begrenzt. Obwohl sie zuverlässig und schnell sind, sind sie auf eine Speicherung von etwa 2 · 10³ Bits je Speicherröhre begrenzt, und die einzige Methode, mit der man die gesamte Speicherkapazität solcher elektrostatischen Systeme vergrößern kann, ist die, mehrere Einheiten parallel zu schalten. In dem Bereich der hier diskutierten Speicherkapazitäten von etwa 10^e Bits müssen jedoch 500 solcher Röhren zur Erreichung der verlangten Kapazität parallel geschaltet werden. So sind infolge des begrenzten Speichervolumens je Einheit solche Systeme auf dem hier zur Diskussion stehenden Gebiet völlig unbrauchbar.

Da elektrostatische Speichersysteme auf der Sekundäremissionscharakteristik einer Schicht beruhen, besteht außerdem das Problem der Erhaltung der Ladungsverteilung auf der Oberfläche, durch die die Daten darstellenden gesonderten Potentialinseln innerhalb von Millisekunden zerstört werden, falls die Ladungsverteilung nicht durch geringe Spannung erhaltende Strahlen, zur Erzeugung von zusätzlichen Sekundärladungen, am Ausgleich verhindert wird; oder die Daten werden ständig neu geschrieben. So müssen zur Erreichung der gewünschten Zuverlässig-

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keit, da diese Systeme in stärkerem Maß auf sekundären Erscheinungen als auf dem primären Effekt eines Korpuskularstrahles beruhen, verhältnismäßig komplizierte Einrichtungen verwendet werden.

Zur Erreichung von Speicherdichten in der Größenordnung von 10^e Bits pro cm² und mehr müssen Gebiete und einzelne Speicherzellen betrachtet werden, die so klein sind, daß sie Begriffe und Verfahren umschließen, die außerhalb der gewöhnlichen Erfahrungen auf diesem Gebiet liegen. Um ein solches Speichersystem von den bisher bekannten zu unterscheiden, erscheint es wünschenswert, eine unterschiedliche Benennung zu verwenden. Folglich werden solche Speicher in der weiteren Beschreibung zweckmäßig als »Mikroflächenspeicher« bezeichnet. Bei dieser willkürlichen Definition ist eine »Mikrofläche« ein idealisierter, zweidimensionaler Raum, der den festen Oberflächen oder »dünnen« Körpern zugeordnet ist und dessen lineare Abmessungen unter dem Auflösungsvermögen optischer Hilfsmittel liegen; er hat eine solche Größe, daß er nur eine zufällige Abhängigkeit von physikalischen Form- und Polierverfahren besitzt und kann dementsprechend nur mit Hilfe der Elektronenmikroskoptechnik aufgelöst werden.

Man hat herausgefunden, daß fokussierte Korpuskularstrahlen, wie z.B. solche aus Elektronen, Protonen, Ionen usw., mit Fleckdurchmessern in der Größenordnung von lOOÄ oder weniger (lern= 10⁸A) herstellbar sind, so daß Daten auf Speicherplätzen gespeichert werden können, deren Abmessungen bloß einige 100 Ä oder weniger betragen. Außerdem ergibt das hohe Auflösungsvermögen der Elektronenmikroskopoptiken, die jetzt regelmäßig weniger als 20 Ä auflösen, ergänzend die Möglichkeit, solche gespeicherte Daten wieder zu lesen. Auf diese Weise ist es möglich, in Verbindung mit verbesserten Speichermedien Speicher mit, nicht zu weitgehend gesagt, 10¹⁰ Speicherplätzen pro cm² herzustellen.

Es ist daher Gegenstand dieser Erfindung, ein Datenspeichersystem mit einer Speicherkapazität herzustellen, die um viele Größenordnungen höher als die der bisher bekannten Systeme liegt.

Ein noch weiteres Ziel dieser Erfindung ist die Herstellung eines Datenspeichersystems mit einer solch hohen Speicherdichte, daß Zugriffszeit, Kap^a~ zität, Speicherzeit, Schreib- und Lesezeit optimal werden.

Diese Ziele werden durch die Schaffung eines Mikroflächenspeichersystems erreicht, das den Vorteil von Strahlabtastungen mit sehr intensiven, kleinen Partikeln, die durch die elektronenoptischen Systeme der Röntgenstrahlmikroskope entwickelt werden, zur Datenspeicherung und den Vorteil des hohen Auflösungsvermögens der Elektronenmikroskopoptiken beim Ablesen der gespeicherten Daten ausnutzt. Es werden Speicherelemente verwendet, deren Speicherwirkung auf dem Primäreffekt der Ladungsteilchenstrahlen beruhen. Die Erfindung besteht demnach darin, daß der Strahl auf einen in der Größenordnung des Auflösungsvermögens elektronenmikroskopischer Optiken liegenden Fleckdurchmesser unterhalb 300A fokussiert ist, der also unter der Auflösung lichtoptischer Geräte liegt, und daß bei Lenkung des Strahles auf das Speichermedium der physikalische oder chemische Zustand gesonderter Bereiche dieses Mediums von den primären Strahlungseffekten beeinflußt wird.

Außerdem werden Speicherelemente verwendet, deren Speicherwirkung auf dem Primäreffekt der Ladungsteilchenstrahlen beruhen. Eine diskrete Polarisation ferroelektrischer Stoffe, Kristallgitterverschiebungen in einem Halbleiter, das unmittelbare Kleben von Ladungsträgern auf einer Isolatoroberfläche, die Polymerisation von Kohlenwasserstoffdämpfen, chemische Veränderungen, wie sie bei der Photographic stattfinden, und das Aufbringen von Fremdstoffen auf die Speicheroberfläche zeigen die verschiedenen verwendbaren Speicherverfahren.

Fig. 1 zeigt eine Anordnung zur Erzeugung der

ίο sehr kleinen fokussierten Korpuskularstrahlen zum Speichern und Lesen der Information;

Fig. 2 zeigt eine Teilansicht einer anderen Ausführungsform der Lese- und Schreibanordnung nach Fig. 1; Fig. 3 zeigt eine Teilansicht einer Einrichtung zur Erzeugung eines Strahls aus ionisierten Teilchen, der gemäß der Erfindung verwendet wird;

Fig. 4 ist ein Schema einer Informationsmatrix;
Fig. 5 zeigt eine Auftragung der ferroelektrischen Hysteresisschleife eines dielektrischen Speichermaterials, ζ. B. von Bariumtitanat;

Fig. 6 besteht aus drei schematischen Darstellungen 6a, 6b und 6c, die den Polarisationseffekt eines fokussierten Korpuskularstrahls auf einem Bariumtitanatspeicherelement zeigen;

Fig. 7 zeigt schematisch die Wirkung eines direkt auftreffenden fokussierten Korpuskularstrahls auf ein Bariumtitanatspeicherelement;

Fig. 8 a und 8 b zeigen, wie die auf einem polarisierten Speicherelement gespeicherte Information mit Hilfe der z. B. in Fig. 2 gezeigten Anordnung abgelesen werden kann; '

Fig. 9a und 9b zeigen den Aufbau potographischer Speicherelemente, die in der vorliegenden Anordnung Verwendung finden können;

Fig. 10a bis 10c"zeigen schematisch ein Speicherelement, das direkt Teilchen aus dem fokussierten Ladungsträgerstrahl aufnimmt und festhält;

Fig. 11 zeigt eine Teilansicht einer weiteren Ausführungsform der Anordnung.

In Fig. 1 ist eine Anordnung zur Datenspeicherung gemäß der Erfindung gezeigt, in der ein Strahl von geladenen Teilchen erzeugt, fokussiert und zur Einwirkung auf ein Datenspeicherelement derart gebracht wird, daß diskrete datentragende Teile in Matrixform erzeugt werden. Die Anordnung der Fig. 1 kann ebenso dazu benutzt werden, derartige gespeicherte Daten abzulesen und daraus eine Reihe von elektrischen Ausgangsimpulsen zu erzeugen, die die gespeicherten Daten wiedergeben.

Ein Gehäuse 1, vorzugsweise zylindrischer Form, ist an der Stelle Io an eine Vakuumpumpeneinrichtung (nicht gezeigt) angeschlossen, um im Gehäuse ein Vakuum aufrechtzuerhalten. Im unteren Teil des Gehäuses 1 ist eine Ladungsträgerstrahlquelle 2 angeordnet, die zur Erzeugung eines Elektronenstrahles dient. Die Quelle 2 besteht aus einem Elektronen emittierenden Faden 3, einer mit einer öffnung versehenen Blendenelektrode 4 und einer ebensolchen Beschleunigungselektrode 5. Die Elektroden 4 und 5 sind über dem Heizfaden 3 so ausgerichtet, daß die emittierten Elektronen einen Elektronenstrahl bilden, der in den öffnungen beschleunigt wird.

Der elektronenemittierende Heizfaden 3 ist zwecks Heizstromzufuhr mit einem Transformator 6 verbunden. Das negative Potential des Heizfadens gegenüber einem Bezugspotential, z. B. Erde, wird mit einem Spannungsteiler 7 hergestellt, der mit dem Heizfaden und einer Buchse 8, die auf -HV gehalten wird, verbunden ist.

Die Blendenelektrode 4 ist mit der Buchse 8 über

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einen Regelwiderstand 9 verbunden und wird auf 12a, 12Z> bzw. 13a und 13b liegen, können irgendwie negativem Potential gegenüber Erde gehalten. Die einer Spannungsquelle entnommen und zugeführt Elektrode 4 ist außerdem mjt einem Schaltkreis ver- werden, so daß die gewünschte Abtastung der Speibunden, der den Elektronenstrahl periodisch ausblen- cheroberfläche in horizontalen und vertikalen Ebenen det. Dieser Schaltkreis liefert feine periodische Span- 5 erfolgt. Zum Beispiel kann die bekannte Sägezahnnung zur Ausblendung des Strahls, deren Zweck im ablenkung mit vorherbestimmter Ablenkfrequenz und einzelnen später in Verbindung mit einer Beschrei- Synchronisation Anwendung finden, wenn die Anordbung der Mikrofläche und der Art und Weise, darin _nung _zür Speicherung von Informationen auf der AufDaten zu speichern, erklärt wird. fangplatte benutzt wird. Andererseits können, falls

Am Weg des Elektronenstrahls entlang ist eine 10 gewünscht, die Ablenkspannungen und daher die Kollimationseinrichtung angeordnet, die die Bahn der Strahlstellung unmittelbar von einem den Speicher vom· der Quelle 2 ausgesandten Elektronen beeinflußt benützenden Gerät, z. B. einer Rechenmaschine und dazu dient, diese divergierenden Elektronen zu od. dgl., gesteuert werden. Außerdem können auch einem Strahlbündel aus im wesentlichen parallelen andere Ablenkspannungen als die normalen Sägezahn- oder leicht konvergierenden Strahlen zu formen, Zu die- 15 spannungen, z.B. eine stufenförmige Spannung, die sem Zweck ist ein Satz mit öffnungen versehener, ein in Lichtpunktabtastgeräten verwendet wird, an Stelle elektrostatisches Feld erzeugender Linsenelemente 10 des Sägezahns Verwendung finden, je nachdem welche unmittelbar über der Elektronenstrahlquelle 2 auge- Ablenkung gewünscht wird. Es genügt jedoch, festzuordnetr. Die Elemente dieser Anordnung weisen je stellen, daß die Ablenkspannung, ihre Wiederholungseine zentrale öffnung auf, die so gegenüber dem Elek- 20 frequenz und Form so gewählt werden, daß damit die tronenstrahlweg ausgerichtet ist, daß eine Elektronen- gewünschte Abtastung eines vorherbestimmten Gestrahl-Kondensorlinsen-Anordnung gebildet ist. Die bietes durch den Elektionenstrahl in horizontaler und beiden äußeren Glieder dieser Anordnung sind mit vertikaler Ebene gewährleistet ist.
einem Bezugspotential, wie z. B. Erde, über die ge- Ein elektrostatisches Objektivlinsensystem 14 ist erdete Wandung 1 des Gehäuses der Röhre verbunden. 35 gegenüber der Elektronenstrahlquelle am Ende des Das mittlere, mit öffnung versehene Element ist mit Gehäuses 1 angeordnet und im Elektronenstrahlweg einem ein Feld erzeugenden Potential -HV2 ver- ausgerichtet; dieses System fokussiert die parallelen bunden und erzeugt zusammen mit den anderen EIe- Elektronenstrahlen des Strahlbüschels. Es beeinflußt menten der Anordnung ein elektrostatisches Feld, das dabei die Bahnen der Elektronenstrahlen und fokusauf den hindurchgehenden Elektronenstrahl so ein- 30 siert den Strahl auf einen äußerst kleinen Fleckdurchwirkt, daß die gewünschte Bahnänderung erfolgt. messer und wird aus einem zweiten, mit öffnungen

Kurz gesagt, der Kondensorlinsensatz bringt die versehenen Satz ein elektrostatisches Feld erzeugen-Elektronenstrahlen während des Durchgangs auf ge- der Platten 15 und 16 gebildet, von denen die Platten krümmte Bahnen. Die von der Quelle 2 ausgehenden 16 mit einer Spannungsquelle verbunden sind, die eine divergierenden Elektronenstrahlen werden so in ein 35 sehr hohe negative Spannung gegenüber Erde liefert; Strahlbündel im wesentlichen paralleler oder leicht diese Spannung ist ungefähr gleich der des Heizkonvergierender Strahlen gebracht. fadens 3.

Es seinen hier folgende Bücher genannt; »Electron I_m Brennpunkt dieses Objektivlinsensystems ist

microscope« von D. Gaber, herausgegeben von der eine Antikathode angeordnet, die ein Datenspeicher-

Chemical Publishing Company Inc., 1948, Brooklyn, 40 element enthält, das auf Grund von Primäreffekten

New York, und zwar insbesondere die Kapitel 2 und 3, des fokussierten Elektronenstrahls speichert. Dazu ist

und »Electron Microscopy« von V. S. Cosslett, eine leitende rückwärtige Platte 17 angeordnet, auf

Academic Press Inc., London und New York (1951). der ein Speicherelement 18 befestigt ist, das infolge

Am Strahlweg entlang und auf der der Strahlquelle des Auftreffens des fokussierten Elektronenstrahls abgewandten Seite des Kondensorlinsensatzes ist eine 45 diskrete, infolge der Strahleinwirkung so umgeformte Strahlablenkeinrichtung 11 angeordnet, die den Elek- Gebiete aufweist, daß eine Matrix diskreter Gebiete tronenstrahl in vorgeschriebener Weise und Reihen- entsteht, die die zu speichernden Daten wiedergibt, folge in horizontaler und vertikaler Richtung ablenkt, Da, wie vorher betont, elektronenoptische Einrichtundamit der Strahl über die auffangenden Speicher- gen, z. B. das Objektivlinsensystem, imstande sind, elemente geführ-t wird. Die Ablenkeinrichtung 11 ent- 50 einen fokussierten Strahl von extrem kleinem Fleckhält zwei horizontale Ablenkplattenpaare 12a und 126 durchmesser zu erzeugen, können Daten enthaltende, und vertikale Ablenkplattenpaare 13a und 13b. Je diskrete Teile des Speicherelements von der Größenein Paar vertikaler und horizontaler Ablenkplatten Ordnung des Fleckdurchmessers hergestellt werden, sind notwendig, um sicherzugehen, daß der Elek- die dann auch wieder von ähnlichen elektronenoptitronenstrahl in allen Ablenklagen durch den Mittel- 55 sehen Einrichtungen aufgelöst werden können,
punkt des Objektivlinsensystems geht, so daß Linsen- Mit der Halteplatte 17 ist ein Ausgangskreis 20 fehlerprobleme ausgeschaltet werden. Wenn nur ein verbunden, der selektiv so gesteuert werden kann, daß einziges Plattenpaar benutzt wird, würden bei der so die Anordnung nach Fig. 1 abwechselnd zum Speierzeugten Strahlablenkung die Elektronen durch die ehern und Lesen von Daten benutzt werden kann. Randgebiete der Linsenöffnungen hindurchgehen, wo- 60 Zwei einpolige Schalter 21 und 22 mit einer Schaltbei Aberrationsprobleme auftreten. Durch Anlegen stellung bilden die Speicher- und Lesesteuerungsvon Ablenkspannungen einander entgegengesetzter schalter, die selektiv während der Speicher- und Lese-Polarität an die Plattenpaare in einer bestimmten zeiten betätigt werden. Der Schalter 21 verbindet, Ebene kann man diese vermeiden. Beide Ablenk- wenn er geschlossen ist, die leitende Halteplatte mit plattenpaare lenken den Elektronenstrahl je in ein- 65 einer Spannungsquelle, die etwas weniger negativ ais ander entgegengesetzte Richtungen ab, wodurch eine der Heizfaden der Elektronenstrahlquelle ist, und resultierende Elektronenbahn für eine vorgegebene bringt so die Platte 17 während des Registriervor-Ablenkstellung entsteht, die durch den Mittelpunkt gangs auf die dazu nötige Spannung. Der einpolige des Objektivlinsensystems geht. Schalter 22 ist andererseits mit dem Gitterkreis einer

Die Ablenkspannungen, die ah den Ablenkplatten 70 Röhre 23 verbunden, die die Stromimpulse verstärkt»

die in der leitenden Platte 17 durch das Auftreffen des Elektronenstrahls auf die diskreten Gebiete des Speicherelements 18 während des Lesevorgangs hervorgerufen werden. Die verstärkten Ausgangsimpulse des Verstärkers 23 können dann beliebig, z. B. in Rechenmaschinen od. dgl., verwendet werden.

Um auf dem Element 18 Daten zu speichern, muß eine Matrix diskreter Gebiete hergestellt werden, die selektiv durch die Primäreffekte des fokussierten Elektronenstrahls umgeformt werden, wobei die dislcreten Gebiete Daten in binärer Form wiedergeben. Daher muß zur Herstellung einer Matrix dieser Form der Strahl abgeblendet werden, wenn der eine binäre Zustand gespeichert werden soll, und auf das Speicherelement für die andere binäre Aussteuerung auffallen können. Wenn also z. B. willkürlich eine umgewandelte Zone dem Binärsymbol »1« entsprechen M)Il, muß zwangläufig eine nicht umgewandelte Zone das Binärsymbol »0« wiedergeben; der Strahl muß dai... .selektiv ausgeblendet werden.

Zu diesem Zweck ist das Fokussier- und Steuergitter 4 während des Speicherns über eineii Koppelkondensator 25 und einen Schalter 26 mit einer Klemme 27 verbunden, die mit einer Austastspanntingsquelle, z. B. einer Rechenmaschine, in Verbindung steht.

Die Klemme 27 kann z.B. mit einer Signalausgangsklemme einer Rechenmaschine verbunden sein, die binäre Informationen als »Impuls- und Fehlimpulsfolge« liefert, wobei die Impulsfolge dann zur Austastung des Elektronenstrahls benutzt wird.

Falls die Strahlanstpstung direkt durch eine Rechenmaschine gesteuert werden soll, kann es erwünscht sein, die Ablenkspannungen, die an die Ablenkplatten 12a, 12b, 13o, 13/' usw. zu legen sind, direkt von der Rechenmaschine aus zu synchronisieren, wobei das Rcchenmaschinen-Zeitwcrkimpulssystem als Synchronisierimpulsquelle benutzt werden kann.

Das Speicherelement 18, das im Brennpunkt des Objektivlinsensystems 14 angeordnet ist und die Gegenelektrode des Elektronenstrahls bildet, ist so aufgebaut, daß der Aufprall des fokussierten Elektronenstrahls auf seine diskreten Teile diese so umwandelt, daß sie sich von den übrigen unbeeinflußten Teilen unterscheiden. Eine Matrix solcher diskrete Informationen tragender Gebiete kann auf dem Speicherelement erzeugt werden, deren einzelne diskrete Gebiete in der Größenordnung liegen, die vom Fleckdiirchmosser eines fokussierten Korpuskularstrahles herstellbar ist. Die verschiedenen als Speicherelemente in solch einer Apparatur verwendbaren Stoffe müssen die Eigenschaft besitzen, daß diskrete Gebiete von ihnen durch die Primäreffekte eines fokussierten Ladungsträgerstrahl umgewandelt werden können und (lit- Begrenzung der Wirkung des Ladungsträgerstrahl* auf die diskreten Gebiete so weit möglich ist. dall diese sich den- Abmessungen des Flcckdurchmesscrs annähern·, jedoch müssen sie derart unempfindlich sein, daß sie nicht unter der Einwirkung von Hitze oder anderen Erscheinungen eines so starken fokussierteti Korpuskularstrahls leiden. Es hat sich ergeben, daß eine Anzahl verschiedener Stoffe und Kiemente all die notwendigen Eigenschaften besitzen, damit sie z.B. als Datenspeichermedium oder-element benutzt werden können. So wurde festgestellt, daß gewisse ferroelektrisch^ Stoffe, unter denen Bariumtitanat ein hervorstechendes Beispiel ist, mit Hilfe eines solchen fokussierten Korpuskularstrahls selektiv polarisiert werden kann, so dall ausgewählte Gebiete entstehen, die entgegengesetzt zum restlichen Teil polarisiert sind. Außerdem hat man gefunden, daß solche ferroelektrischen Stoffe eine sehr scharfe Grenzlinie zwischen entgegengesetzt polarisierten EIementen besitzen, die für die Lokalisierung der Einwirkbng des Korpuskularstrahls und die Erzeugung kleinster diskreter Gebiete entgegengesetzter Polarisation äußerst nützlich ist.

Außerdem hat man gefunden, daß gewisse Arten

ίο poröser dielektrischer Stoffe,, z. B. Glas, in Verbindung mit einem fokussierten Korpuskularstrahl benutzt werden können, damit die Teilchen des Strahls auf der Isolatoroberfläche aufgefangen werden.

Gewisse Halbleiter erleiden, wenn sie von einem fokussierten Ladungsträgerstrahl getroffen werden, Kristallgitterstörungen am Auftreffpunkt, die eine äußerst kleine Fläche einnehmen und zur Datenspeicherung verwendet werden können.

Die Ablagerung oder Befestigung eines polymerisierten Kohlenwasserstoffdampfes auf einer Oberfläche mit einem fokussierten Ladungsträgerstrahl stellt eine weitere Möglichkeit zur Datenspeicherung in diskreten Gebieten auf einer Oberfläche dar.

Der Niederschlag von Fremdstoffen auf eine Speicherelementol>erfläche mit einem Ionenstrahl, dessen Ionen auf dem zur Ablagerung bestimmten Stoff l)ostehen, stellt eine äußerst wirkungsvolle Möglichkeit für die vorliegende Aufgabe dar, da mit Hilfe dieses Verfahrens äußerst kleine Mengen eines solchen Fremdstoffes al)gelagert werden können.

Schließlich können photographische Emulsionen als Speicherelemente verwendet werden. Unbelichtete Gebiete können selektiv von fokussierten Ladungsträgerstrahlen derart belichtet werden, daß darauf Gebiete entstehen, deren Abmessungen um Größenordnungen unter denen liegen, die mit lichtoptischen Methoden herstellbar sind. Infolge des kleinen Fleckdurchmessers, der mit solchen Ladungsträgerstrahlen erzeugbar ist, kann das Speichern und Lesen in luftdicht verschlossenen Einheiten erfolgen, wodurch die durch Staub und Verkratzungen entstehenden Probleme beseitigt sind, die bisher die Auflösung der Datenspeicherung photographischer Elemente begrenzt haben.

Die Apparatur in Fig. 1 beruht im wesentlichen auf dem Prinzip, daß sowohl zur Speicherung als auch zum Lesen der Daten ein fokussierter Elektronenstrahl auf ein Speicherelement auffällt. Infolge des direkten Auftreffen's des fokussierten Elektronen-Strahls auf das Speicherelement kann es im Fall einer permanenten Speicherung nötig sein, die Nachricht nach dem Herauslesen erneut einzuspeichern, da der direkte Aufprall des Strahles die gespeicherten Daten auslöscht. Ein solches erneutes Schreiben erfolgt allgemein z. B. bei allen elektrostatischen Röhrenspeiche rsystemen.

In der Apparatur der Fig. 1 sind sowohl die Nachrichtenspeicherung auf dem Speicherelement als auch der Mechanismus des Heraiislesens der gespeicherten Nachrichten von dem Aufprall des fokussierten Strahls geladener Teilchen, ζ B. von Elektronen, auf der Oberfläche des Speicherelements abhängig. Es kann wünschenswert sein, zum Speichern und Lesen ein System zu verwenden, das von dem Aufprall des fokussierten Strahls auf der Speicheroberfläche unabhängig ist.

Solch eine Apparatur zeigt Fig. 2. in der das von dem fokussierten Korpuskularstrahl erzeugte Feld auf das Speicherelement zum Zweck des Speicherns oder I.esens von Daten einwirkt. I'm dieses Ergebnis zu

9 ίο

erzielen, besteht der Objektivlinsensatz aus Hohl- ladener Metallionen. Ein Gehäuse 51 derselben Art, spiegeln, wobei das elektrostatische Feld die Bahn des wie bereits bei Fig. 1 und 2 erläutert, hat in seinem Elektronenstrahls so beeinflußt, daß der Strahl fokus- unteren Teil eine Quelle positiver Ionen 52, die einen siert, aber reflektiert wird, und über die Linsen- Heizfaden 53 mit einem Überzug 54 aus einem geanordnung, ohne auf das Speicherelement zu treffen, 5 eigneten Stoff, z. B. Lithium, Natrium oder Silber, zurückkehrt. Die Anordnung in Fig. 2 enthält ein Ge- als Ionenquelle enthält. Der Heizstrom, der das Verhäuse 31, das mit einer Vakuumpumpe an der Stelle dampfen der Ionen am Heizfaden bewirkt, wird von 31 ο verbunden ist, um das Gehäuse unter Vakuum zu einem Transformator 57 geliefert, dessen Sekundärhalten. Die Elektronenstrahlquelle, Austastschaltung, wicklung mit dem Heizfaden 53 verbunden ist. Außer-Kondensorlinsenanordnung und Ablenkschaltung der io dem wird der Heizfaden 53 über einen Spannungs-Anordnung in Fig. 2 sind mit denen in Fig. 1 iden- teiler 58, dessen Mittelabgriff an einer Klemme 59 tisch. Diese Elemente wirken in derselben Weise, wie einer Hochspannungsquelle +HV liegt, auf einem im Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben ist, so daß positiven Potential gegenüber einem Bezugspotential, ein Elektronenstrahl, wie in Fig. 2 als gestrichelte z.B. Erde, gehalten.

Linie gezeigt, entsteht. 15 Direkt über dem Heizfaden 53 liegt eine mit Öff-Eine Sammellinsenanordnung32 und eine Speicher- nung versehene Fokussier- und Abtastelektrode 55, elementanordnung 36 an der Gegenelektrode sind so die über einen Widerstand 60 mit der positiven Spangebaut, daß die gewünschte Elektronenstrahlfokussie- nungsquelle +HV an der Klemme 59 verbunden ist. rung und Bahnbeeinflussung zustande kommt. Diese Auf diese Weise wird die Austastelektrode 55 auf Objektivlinsenanordnung 32 besteht aus einem Satz 20 einer in ein wenig positiveren Spannung als der Heizmit öffnungen versehener Platten 33 und 34, die ein faden 53 gehalten. Außerdem ist die Austastelektrode elektrostatisches Feld erzeugen und den Elektronen- durch eine Leitung 61 mit einer Austastspanmmgsstrahl in der Umgebung der Gegenelektrode fokus- quelle verbunden, die den Ionenstrahl periodisch untersieren. Die Platte 34 ist über eine Klemme 37, die bricht.

eine negative Spannung gegen Erde führt, mit einer 35 Über der Fokussier- und Austastelektrode 55 begeeigneten Spannungsquelle verbunden. Eine leitende findet sich noch eine andere mit einer öffnung ver-Halteplatte 35, auf der ein Speicherelement 36 be- sehene Elektrode 56, die gegenüber dieser ausgerichtet festigt ist, wird auf einem Potential gehalten, das sehr ist und eine Beschleunigungselektrode bildet, so daß nahe bei dem des Heizfadens liegt und ein wenig die emittierten Ionen zu einem Ionenstrahl gebündelt negativer als das der mit öffnung versehenen Objek- 30 werden, der zu den verschiedenen öffnungen hin enttivplatte 34 ist, so daß zwischen den Platten 34 und lang der optischen Achse der Anordnung beschleunigt 35 ein elektrostatisches Feld entsteht, das die Bahn wird. Die Beschleunigungselektrode 56 ist mit der des fokussieren Elektronenstrahls so beeinflußt, daß Wand 51 des Gehäuses verbunden, das auf einer Besieh dieser Strahl der Oberfläche des Speicher- zugsspannung, z. B. Erde, liegt und zusammen mit elements nähert, aber nicht auf ihr auffällt. Eine 35 den übrigen Elektroden der Ionenquelle ein elektro-Spannungsquelle 38, wie z. B. eine Batterie, und ein statisches Feld erzeugt, das die Ionen entlang der mit dieser verbundener Spannungsteiler 39 erzeugen optischen Achse bildet und beschleunigt,
die Vorspannung für das Speicherelement. Ein be- Die Schaltung zur Erzeugung der Austastspannunweglicher Abgriff des Spannungsteilers 39 ist über gen gleicht der im Zusammenhang in Fig. 1 beschrieeine Leitung 40 mit der Halteplatte 35 verbunden, so 40 benen und wird hier deshalb nicht noch einmal bedaß dieselbe auf einem Potential liegt, das negativ schrieben. Jedoch ist es verständlich, daß in einer begegenüber dem der Objektivlinsenplatte 34 ist. Es ist liebigen Apparatur, die eine Ionenquelle benutzt, klar, daß bei Veränderung der Stellung des veränder- solch eine Austastspannungsquelle während des liehen Abgriffs des Teilers 39 die Vorspannung der Speichervorgangs benutzt wird. Der Ionenstrahl kann Platte 35 reguliert weiden kann, die wiederum eine 45 metallische Ionen auf die Oberfläche werfen, wobei Regulierung der Elektronenannäherung an der Ober- die Ionen ihre Ladung auf der Oberfläche des fläche ermöglicht. Speicherelements verlieren und haftenbleiben. Die

In das Gehäuse 31 ist ein Impulsumsetzer einge- haftengebliebenen Fremdstoffe können mit Hilfe eines

führt, der so angeordnet ist, daß er den reflektierten Spiegelelektronenmikroskops, z. B. mit dem in Fig. 2,

Elektronenstrahl abfängt und so auf dem Speicher- 5° festgestellt werden, das eine so große Empfindlichkeit

element gespeicherte Daten als Ausgangsimpulse lie- hat, daß das von Kontaktpotentialen zwischen dem

fert. Hierzu ragt durch die Wand des Gehäuses 31 Fremdstoff und einem metallischen Speicherelement

eine Elektronenvervielfacheranordnung 41 normaler herrührende oder durch die Ladungsdifferenz, wenn

Ausführung, die eine Kathode 42 und mehrere Ver- das Speicherelement ein Nichtleiter ist, entstehende

vielfältigungsflächenelemente mit Sekundäremission- 55 Feld angezeigt wird.

eigenschaften enthält. Ein Deckel 43, der einen Ein- Falls der Ionenstrahl genügend beschleunigt wird, trittssteuerspalt 44, der auf die Kathode 42 ausge- kann er andererseits dazu benutzt werden, die Gitterrichtet ist, enthält, bildet ein Mittel, den Zutritt des struktur eines Halbleiterspeicherelements durch Her-Elektronenstrahls zur Vervielfacheranordnung zu ausschlagen von Atomen oder Hinzufügen fremder steuern. Je nachdem, ob der von dem Speicherelement 60 Atome zu verändern; diese Veränderungen können beeinflußte Strahl durch den Spalt 44 geht oder nicht, dann durch ein besonderes Ätzmittel verstärkt wererscheinen am Ausgang des Vervielfachers die binären den, so daß diskrete Gebiete erzeugt werden, die dann »Impuls-« oder »Fehlinipulssignale«. mit Hilfe eines Spiegelelektronenmikroskops nachge-

In den Anordnungen, die in Fig. 1 und 2 gezeigt wiesen und aufgelöst werden können. Ein Ionenstrahl sind, sind die Ladungsträger der Strahlen Elektronen; 65 kann auch" zur Ätzung diskreter Narben oder Löcher man kann jedoch ebensogut andere Ladungsträger zur auf der Oberfläche benutzt werden, die wiederum mit Erzielung der gewünschten Ergebnisse verwenden. So überempfindlichen Spiegelelektronenmikroskopen anlassen sich auch Strahlen aus negativen oder positiven gezeigt werden können. Die verschiedenen Arten von Ionen verwenden, zu denen auch Protonen zählen. Speicherelementen und die Art und Weise, wie die

Fig. 3 ist eine Teilansicht einer Quelle positiv ge- 70 Oberfläche zur Datenspeicherung verändert wird,

wird später ausführlicher beschrieben, wenn die genaue Beschreibung der Speicherelemente als solche erfolgt.

Wenn auch in der in Fig. 3 erläuterten Ausführungsform ein überzogener Heizfaden angegeben wird, so ist es für den Fachmann naheliegend, daß offensichtlich auch verschiedene andere Ionenquellen verwendet werden können. So ist es beispielsweise bekannt, daß Hochfrequenzbögen zur Erzeugung starker Ionenstrahlen benutzt werden können Eine vollständigere Beschreibung einer solchen Hochfrequenzbogenionenquelle ist in »Simple Radio Frequency Ion Source«, Review of Scientific Instruments, 27, S. 285 bis 288, Mai 1956, enthalten.

In ähnlicher Weise weiß man, daß Kanalstrahl ionenquellen Strahlen positiver Ionen erzeugen. Solche Kanalstrahlquellen sind im wesentlichen lange, enge Kanäle, die von einem unter Druck stehenden Gehäuse ausgehen, das eine Kaltkathodenentladung enthält. Eine gute Beschreibung solcher Anlagen findet man im »Journal of Scientific Instrumens«, 32, S.407, Oktober 1955:

Unter gewissen Umständen kann in gleicher Weise an Stelle eines Ionenstrahls ein Protonenstrahl" benutzt werden. Zum Beispiel kann zur Erzeugung einer unmittelbaren Gitterstörstelle in einem Halbleiterspeicherelement ein Protonenstrahl, der durch eine Gasentladung erzeugt wird, an Stelle des Ionenstrahls verwendet werden.

Bei der Erklärung der Anordnungen nach den Fig. 1, 2 und 3 wurde Wert auf die Einrichtungen gelegt, die zur Erzeugung der fokussierten Korpuskularstrahlen dienen, während die Speicherelemente als solche nur insoweit beschrieben wurden, als das zum Verständnis des Ganzen notwendig war. Jedoch ist es zum vollen Verständnis dieser Erfindung und zur Unterscheidung von den bekannten Speicherröhren, die auf dem Sekundäremissionsprinzip beruhen, notwendig, genauer die Speicherelemente, ihren Aufbau, ihre Zusammensetzung und ihren Mechanismus zu beschreiben, mit denen die Primärwirkungen eines fokussierten Ladungsträgerstrahls zur Ausbildung diskreter Abschnitte des Elements ausgenutzt werden.

Wie bereits festgestellt, kann man durch Verwendung von Elektronenoptiken (d. h. Kondensor- und Objektivlinsensystemen) ähnlich denen der Elektronen- und Röntgenmikroskope fokussierte Korpuskularstrahlen mit äußerst kleinem Prüfdurchmesser in der Größenordnung von 100 A oder weniger er-· halten. Die Folgen dieser geringer Fleckgröße sind vielleicht nicht ohne weiteres klar, jedoch kann eine nicht sehr weitgehende Ausnutzung dieses Auslösungsvermögens eine Vergrößerung der Speicherleistung um den Faktor 10^e bringen. So ist es z. B. möglich, wie in Fig. 4 dargestellt, wenn die Fleckgröße zu 300A angenommen wird, was eine nicht sehr weitgehende Ausnutzung des Strahldurchmessers bedeutet, und wenn die Punkte in vertikaler und horizontaler Richtung 1000 A voneinander entfernt sind, 10¹⁰ solcher Speicherplätze auf einer Fläche von 1 cm? unterzubringen. Ein Speicherelement mit einer Speicherdichte dieser Größenordnung kann leicht mit einem 100 A breiten Strahl bei einer Leseauflösung von 50 A gelesen werden, was eine nicht sehr weitgehende Ausnutzung des Auflösungsvermögens der Elektronenoptik bedeutet, da es heute Gewohnheit ist, weniger als 20 A aufzulösen. Wie in Fig. 4 schematisch dargestellt ist, ist also ein Speicherelement aus einer Matrix diskreter Gebiete α mit der gewünschten Speicherdichte möglich, vorausgesetzt, daß entsprechende Medien verfügbar sind, die sich durch den Primäreffekt eines fokussierten Ladungsträgerstrahls selektiv umwandeln lassen.

- Permanente dielektrische Polarisation

Zu den Stoffen, die besonders gut als Mikroflächenspeichermedien verwendbar sind, gehört eine Klasse kristalliner Stoffe, die alsFerroelektrika bekannt sind. Einer der bekanntesten dieser Stoffe und zugleich der,

ίο auf den sich die folgende Erläuterung bezieht, ist Bariumtitanat (BaTiO₃), neben dem es jedoch viele andere Stoffe gleicher Eigenschaften gibt, die ebensogut verwendet werden können. Das ferroelektrische Verhalten gewisser kristalliner Stoffe, z. B. von Bariumtitanat, ist von so großer Bedeutung für das Verständnis der Erfindung, daß eine Erklärung desselben notwendig ist. Der Name »ferroelektrisch« veranschaulicht die Tatsache, daß die elektrischen Eigenschaften solcher Stoffe den magnetischen Eigenschaften ferromagnetischer Stoffe analog sind. Die ferroelektrischen Stoffe zeigen also dieselbe nicht lineare Abhängigkeit zwischen elektrischer Polarisation und dem angelegten elektrischen Feld, wie sie die ferromagnetischen Stoffe zwischen magnetischer Induktion

*5 und magnetischer Feldstärke besitzen.

Fig. 5 zeigt die auf der Ordinate aufgetragene Polarisation als Funktion der auf der Abszisse aufgetragenen elektrischen Feldstärke für einen Stoff wie Bariumtitanat. Man erkennt, daß die Kurve die Form der bekannten Hysteresisschleife hat. Der Schnittpunkt PR der Kurve mit der Ordinate wird als remanente Polarisation bezeichnet, während der horizontale Schnittpunkt EC als Koerzitivfeld bekannt ist Die Nichtlinearität des ferroelektrisehen Effekts ist leicht durch Vergleich mit einem normalen Dielektrikum zu erkennen, dessen Kurve als gestrichelte Linie in Form einer Geraden (deren Neigung der elektrischen Suszeptibilität oder der Dielektrizitätskonstanten proportional ist) erhalten wird.

Der Hysteresiseffekt in Bariumtitanat wird nur bei Temperaturen unterhalb des Curiepunktes (123° C) und in Einkristallen des Stoffes innerhalb eines Gebietes beobachtet, in dem die elektrischen Dipole senkrecht zur Kristalloberfläche stehen; diese Gebiete besitzen eine »C-Domänen-Orientierung«. Diese Art Ausrichtung legt die Dipole entweder parallel oder antiparallel zum elektrischen Feld um, wenn ein Potential quer zu den Knstalloberflächen angelegt wird, was von der relativen Polarisation der einzelnen Dipole im Kristall abhängt, wobei natürlich jeder Dipol ein positives und ein negatives Element enthält. Domänen, in denen die Dipole parallel zur Kristalloberfläche liegen, werden andererseits als »A-Domänen« bezeichnet, deren Verhalten nicht wesentlich von dem normaler Dielektrika verschieden ist.

Die zweite Eigenschaft ferroelektrischer Stoffe ist die Tatsache, daß Ferroelektrika nur zwei stabile Polarisationszustände der einzelnen elektrischen Dipole in einer Domäne besitzen. So ändert sich bei einem anfangs positiv polarisierten Dipol, dessen Zustand dem Punkt + PR in Fig. 5 entspricht, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird, dessen Stärke langsam von 0 nach — EC wächst, die Polarisation nicht wesentlich, bis der Punkt — EC erreicht ist. An diesem Punkt springt der Dipol fast augenblicklich um und wird negativ polarisiert. Dieses günstige Verhalten läßt sich einfach für Binärspeichersysteme anwenden, da man die beiden stabilen Zustände leicht zur Wiedergabe der Binärsymbole »1« und »0« benutzen kann.

Die zuvor beschriebene »Umschaltung« des Dipols

kann eine beliebige Anzahl von Dipolen innerhalb der Domäne beeinflussen; diese Zahl hängt nur von der Größe des Gebiets ab, in dem das angelegte Feld den Wert.EC erreicht. So sieht man, daß durch Verkleinerung des Gebiets, in dem die Feldstärke verändert wird, die Polarisation sehr weniger Dipole auf einmal und theoretisch aber die eines einzigen Dipols umgekehrt werden kann. Auf diese Weise ist diese Art ferroelektrischer Stoffe für fokussierte Korpuskularstrahlen brauchbar, wie sie in den Anordnungen der *° Fig;. 1, 2 und 3 erzeugt werden. Die dritte Eigenschaft ferroelektrischer Stoffe, die diese zusammen mit ihrer Fähigkeit, die Polarisation einer sehr geringen Anzahl von Dipolen umzukehren, zu einem zweckmäßigen Speicherelement macht, ist das Vorhandensein äußerst scharfer Grenzbedingungen zwischen Dipolen entgegengesetzter Polarisation. Die Grenzen zwischen Gebieten, in denen die Dipole innerhalb einer Domäne entgegengesetzt polarisiert sind, nennt man 180°-Wände, was um so leichter verständlich ist, ao wenn man die frühere Bezeichnung »parallel« und »antiparallel« betrachtet. Diese Grenz- oder Übergangszone zwischen den Dipolen ist im Gegensatz zum allmählichen Übergang zwischen entgegengesetzt polarisierten Gebieten in magnetischen Stoffen mit einer Kleinheit von nur einer Gitterkonstanten oder etwa 4 Angströmeinheiten berechnet worden. Infolge dieser geringen Wandstärke — in Bariumtitanat von nur einigen Angstrom — sind Systeme mit Speicherdichten von 10¹⁰ Plätzen pro cm² und einer notwendigen Auflösung von 50 A möglich, wenn dieser Stoff als Speicherelement benutzt wird.

In Fig. 6 a bis 6c ist ein Bariumtitanatspeicherelement zusammen mit verschiedenen anderen Teilen der Anordnung nach Fig. 2 gezeigt, um dieWirkungsweise der Datenspeicherung mit einem reflektierten Elektronenstrahl zu erklären, der sich dem Speicherelement nähert, aber nicht auf ihm aufprallt. Fig. 6a zeigt ein Bariumtitanatspeicherelement 36 vor der Datenspeicherung, das auf einer leitenden Halteplatte 35 befestigt ist und hinter einem Objektivlinsenelement 34 liegt, das nur zum Teil gezeichnet ist. Es handelt sich also um einen C-Domänen-Kristall, in dem alle Dipole von einem angelegten elektrischen Feld in einer einzigen Richtung zuvor polarisiert sind, was schematisch durch eine Reihe Pfeile angedeutet ist, wobei das positive Element des Dipols durch eine Pfeilspitze oben und das negative durch eine Pfeilspitze unten dargestellt ist. Da alle Dipole in Fig. 6a in derselben Richtung polarisiert sind, gibt es keine 180°-Wände, und es herrscht ein homogener Zustand im ganzen Element.

Fig. 6b zeigt die AVirkung eines sich nähernden Elektronenstrahls auf den einen Dipol an der rechten Seite des Bariumtitanatelements. Der fokussierte Ladungsträgerstrahl wird mit Hilfe eines elektrostatischen Feldes, das zwischen dem Element 34 und der Halteplatte 35 besteht, wie im Zusammenhang mit Fig. 2 erklärt ist, dicht an die Oberfläche des Bariumtitanats herangebracht und kurz vor Erreichung der Oberfläche zurückgelenkt. Die Wirkung des Elektronenstrahls und dessen Feldes läßt den Dipol umspringen, falls das angelegte Feld die Feldstärke EC erreicht. Folglich besteht im Bariumtitanatspeicherelement ein polarisiertes Dipolelement α' mit einer Polarisation, die der des benachbarten Dipols entgegengesetzt ist, wodurch eine 180°-Wand, wie in der Zeichnung gezeigt, entsteht. Durch selektive Strahlabtastung in horizontaler und vertikaler Richtung und Austastung in vorbestimmter Folge kann man natür-Hch eine Reihe diskreter Gebiete entgegengesetzter Polarisation herstellen,-die in einer binären Matrix angeordnet werden können, die die zu speichernde Information enthält, wie das in Fig. 6 c gezeigt ist.

In Fig. 7 a bis 7 c andererseits wird die Umkehr der Dipolpolarisation zur Erzeugung Informationen speichernder diskreter Gebiete erreicht, indem ein Elektronenstrahl direkt auf der Oberfläche des Bariumtitanatspeicherelements auftrifft. Fig. 7 a zeigt wieder ein Bariumtitanatspeicherelement, das auf einer leitenden Halteplatte befestigt ist und hinter einem mit öffnung versehenen Element einer Objektivlinsenanordnung des in Fig. 1 gezeigten Typs liegt. Wie in Fig. 6 a gehört das Bariumtitanat zum C-Domänen-Typ; alle Dipole sind darin vor der Speicherung durch ein elektrisches Feld in derselben Richtung ausgerichtet. In Fig. 7 b ist ein Elektronenstrahl gezeigt, der an einem einzigen Fleck auf der Oberfläche des Bariumtitanatelements auftrifft und Ladungen auf der Oberfläche innerhalb des getroffenen Bereichs ablagert, wodurch in der Halteplatte durch den Bariumtitanatkörper hindurch ein sich ausbreitendes kegelförmiges Feld erzeugt wird, wie durch gestrichelte Linien gezeigt ist. Die Elektronen häufen sich also an dem einen Fleck so lange, bis dessen Spannung gegenüber der Rückwand so groß ist, daß die Polarisation aller Dipole innerhalb des Bereichs umgekehrt wird. Dieser grundlegende Speichervorgang des Bariumtitanats ist eine unstetige Funktion des elektrischen Feldes, und nur in den Bereichen, wo die Feldstärke den Wert EC erreicht, wird die Polarisationsrichtung umgekehrt. Auf diese Weise ist es wiederum möglich, innerhalb des Bariumtitanatspeicherelements durch Abtastung der Oberfläche in horizontaler und vertikaler Richtung und Ausstattung in vorherbestimmter Folge mit dem Elektronenstrahl die Polarisation genau zu steuern, so daß diskrete Gebiete entgegengesetzter Polarisation entstehen. Fig. 7 c zeigt solche Bariumtitanatspeicherelemente mit der gewünschten datenspeichernden, selektiven Polarisation.

Die Fig. 6 und 7 zeigen, wie man Daten auf einem Bariumtitanatsspeicherelement durch selektive Änderung der Polarisation diskreter Gebiete beim Aufprall fokussierter Ladungsträgerstrahlen und andererseits mit einem reflektierten fokussierten Ladungsträgerstrahl speichert. Die Fig. 8 a und 8 b zeigen den Mechanismus, der beim Lesen eines Bariumtitanatspeicherelements unter Benutzung eines reflektierten Elektronenstrahls in einer Apparatur der in Fig. 2 gezeigten Art stattfindet. Fig. 8 a zeigt ein Bariumtitanatspeicherelement 36 mit unterschiedlich polarisierten Gebieten, die eine gespeicherte Information darstellen und durch Pfeile zur Angabe der Polarisationsrichtung des betreffenden Gebietes angedeutet sind. Ein Elektronenstrahl e nähert sich einem dieser diskreten, polarisierten Gebiete, und zwar einem, in dem sich das negative Element des Dipols nahe an der Oberfläche befindet.

Ein Elektronenvervielfacher 41 ist so angeordnet, daß er die reflektierten Elektronen abfängt; er besitzt eine Eintrittssteuerblende 44, durch die festgelegt wird, ob der Strahl auf die Sekundäremissionskathode 42 zur Erzeugung eines Ausgangsimpulses auftrifft oder nicht. In dem speziellen Beispiel der Fig. 8 a wird der Elektronenstrahl e bei Annäherung an die Oberfläche des Bariumtitanatspeicherelements durch das negativ« Ende des Dipols abgestoßen, da es dasselbe Vorzeichen wie der Elektronenstrahl besitzt. Folglich weist die Bahnkurve des reflektierten Strahls einen relativ kleinen Winkel α mit der opti-

sehen Achse des Strahls auf. Es ist einleuchtend, daß, je größer die abstoßende Kraft zwischen dem Strahl und dem polarisierten Gebiet des Bariumtitanats ist, der Winkel α um so spitzer wird und die Umlenkung des Strahls sich um so mehr einem Winkel von 180° annähert. Die Eintrittsblende 44 ist in diesem Beispiel so relativ zur Bahnkurve des Strahls angeordnet, daß er hindurchgeht und die Kathode 42 trifft, die eine Anzahl von Sekundärelektronen emittiert und in Verbindung mit Vervielfacherflächen einen Ausgangsimpuls hervorruft.

In Fig. 8b ist andererseits die Situation dargestellt, wenn ein Lesestrahl sich einer unterschiedlich, also entgegengesetzt zu der in Fig. 8a polarisierten Zone nähert. In diesem Fall liegt das positive Ende des polarisierten Dipols nahe an der Oberfläche, sucht folglich die negativ geladenen Elektronen des fokussierten Strahls anzuziehen und beeinflußt deren Bahnkurve derart, daß der Strahl um den Winkel β abgelenkt wird. Die Blende 43 und der Schlitz 44 sind so an_tl .dnet. daß der Strahl auf dieser Bahn nicht durch den Schlitz auf die Kathode 42 gelangt. Es entsteht also kein Ausgangssignal am Elektronenvervielfacher. Auf diese Weise wird eine Reihe von Impulsen in binärer Form erzeugt (d. h. von »Impuls« oder »Fehliinpuls«), die die entsprechenden unterschiedlichen Stellen der gespeicherten Information wiedergeben.

Bei der Beschreibung der Fig. 8. die die Anwendung eines reflektierten Elektronenstrahls zum Lesen einer Information durch Beeinflussung der Bahnkurve wiedergibt, wurde die 1'-»'Schreibung des Mechanismus absichtlich begrenzt, \n\\ die Erklärung zu vereinfachen. Jedoch ist es kiar, daß ein solcher reflektierter Strahl auch in der Weise zum Lesen gespeicherter Nachrichten benutzt werden kann, indem ein intensiverer Strahl verwendet wird, dessen elektrisches ■ I⁷I-Id die Polarisation der entsprechenden Dipole umkehrt und dadurch Stromimpulse in der metallischen Halteplatte induziert. Auf diese Weise kann man die Impulsreihen, die die gespeicherten Nachrichten wiedergeben, der Haltcplatte und nicht dem Elektronenvervielfacher nach l⁷ig. 8 entnehmen und einen Impulsumformer und -verstärker und von dort einer Be lashing zuführen.

Außerdem können zur Steuerung der Annäherung des reflektierten Strahls an die Oberfläche des Speiclierelementes Stroinimpulse verschiedener Amplitude in Abhängigkeit von der Polarisation in der llalteplatte erzeugt werden, ohne daß die Dipole wirklich «umspringen«. So läßt sich der fokussierte, reflektierte Elektronenstrahl auf verschiedene Weise sowohl zum Speichern einer Information auf einem Element als auch zum Lesen verwenden. Falls der Elektronenstrahl derart zum Lesen benutzt wird, daß dabei die polarisierten Dipole umspringen, dann ist eine Rückkopplung·.- oder Rückspeicherschaltung für die Daten notwendig, falls die Daten permanent gespeichert werden sollen.

Bei Anwendung eines Lesesystems mit direktem Aufprall können in ähnlicher Weise Ausgangsinipulse an der llalteplatte entweder durch Umkehrung der Polarisation einiger Dipole oder durch bloße Indu-. zierung von Stroniiiiipulsen unterschiedlicher Amplitude ohne tatsächliche Polarisationsumkehr erzeugt werden. Wenn also der Strahl genügend stark ist, um eine Feldstärke UC zu erzeugen, weisen bestimmte Dipole eine umgekehrte Polarisation auf. und andere Dipole induzieren gerade keine Stroinimpulse unterschiedlicher Amplitude, die die Iiiipulsreihe in binärer Form bilden. Es hat sich jedoch herausgestellt, daß auch dann, wenn die Feldstärke £C/die zur Polarisationsumkehr nötig ist, nicht erreicht wird, in der Halteplatte Stromimpulse verschiedener Amplitude induziert werden, die durch die Polarisation der entsprechenden Speicherbezirke bestimmt sind. Es ist klar, daß bei Verwendung eines Strahls, der stark genug ist, die Dipole umzukehren, ein Rückkopplungssystem zum Wiedereinschreiben der ursprünglichen

ίο Information auf der Oberfläche des Speicherelementes notwendig ist, falls eine permanente Speicherung erwünscht ist. Bei Verwendung des nichtlöschenden, direkt auftreffenden Lesestrahls ist jedoch kein Rückspeichern der Information notwendig, da diese vom

»5 Lesestrahl nicht gelöscht ist.

Der Beschreibung läßt sich entnehmen, daß sich verschiedene ferroelektrische Stoffe, von denen Bariumtitanat nur ein bevorzugtes Beispiel ist, unter anderem auch z. B. die Rochellesatze, verwenden

ao lassen und ein Speicherelement äußerster Anpassungsfähigkeit, Genauigkeit und Leistungsfähigkeit liefern.

Photographisches Emulsionsspeicherelement

«5 Ein anderes, zusammen mit fokussieren Ladungsträgerstrahlenspeicher- und Lesevorrichtungen benutzbares Speicherelement nutzt die chemischen Veränderungen auf seiner Oberfläche infolge einer Pri-■ märwirkung des Elektronenstrahls aus. Die Wissenschaft der Photographic und photographischen Emulsionen einschließlich der dazugehörigen Verstärkung (Entwicklung), die sie gegenüber anderen chemischen Verfahren gesondert stellt, ist ein äußerst spezialisiertes und entwickeltes Betätigungsfeld der Chemie.

Eine als Speicherelement verwendete photographische Emulsion kann selektive Gebiete besitzen, die durch einen fokussieren Elektronenstrahl belichtet worden sind, der ein latentes Bild aus Silberkeimen in der photographischen Emulsion erzeugt, und zwar in einer Weise, die unabhängig vom die Elektronen enthaltenden Vakuum ist, da das in der Emulsion erzeugte latente Bild nicht von den Elektronen, sondern von den befreiten Silberatonien gebildet wird. Durch Verwendung fokussierter geladener Korpuskularstrahlen zur Erzeugung der belichteten Gebiete können Speicherplätze erzeugt werden, deren -Größe wesentlich unter der Auflösungsgrenze optischer Systeme liegt, die bisher zur Belichtung ausgenutzt werden.

Jedoch muß man, wenn fokussierte Ladungsträgerstrahlen zur Belichtung selektiver Gebiete und zum Datenspeichern benutzt werden sollen, photographische Elemente anwenden, die eine andere Bauart als die normalen, für Licht verwendeten besitzen. Ein normales photographisches Element besteht aus einer dünnen Emulsion aus einem Silberhalogenid, die von einer Schutzschicht aus Gelatine bedeckt ist. Das Vorhandensein der Gelatineschutzschicht verursacht jedoch ernste Probleme bei Verwendung solcher photographischer Elemente bei fokussieren Elektronenstrahlen. Um Speicher- und Ix-sestrahlen durch die (jelatineschicht zu bringen, ist ein Strahl sehr großer Intensität erforderlich, der eine starke Erwärmung für das Speicherelement nach sich zieht, die dasselbe zu zerstören oder wenigstens zu beschädigen droht.

Außerdem ist die Streuung des Elektronenstrahls in der Gelatine so groß, daß die Auflösung eigentlich verlorengeht. Es ist also nötig, photographische Elemente zu verwenden, die so aufgebaut sind, daß diese Schwierigkeiten nicht auftauchen.

Fig. °a zeigt eine Ausführung.-'form eine- photo-

graphischen Speicherelements, das sich zur Verwendung mit fokussieren Ladungsträgerstrahlen z.um Speichern und Lesen von Daten eignet. Ein photographisches Speicherelement 80 besteht aus einer festen Unterlage 81, die z.B. aus Glas besteht; jedoch können auch andere Stoffe, z. B. Metalle, Verwendung finden. Auf der Oberfläche der Unterlage 81 liegt eine sehr dünne Gelatineschicht 82. Über der Gelatineschicht befindet sich eine Silberhalogeniderriulsionsschicht 83, die so direkt dem Strahl zugänglich ist. Photographische Elemente dieser Art sind im Handel erhältlich und werden für UV-Spektroskopie angefertigt. Sie sind als SWR-Serie mit Emulsionen bekannt, die lichtempfindliche Teilchen in der Größenordnung von 100 A besitzen.

Dem Aufprall eines fokussierten Strahls geladener Teilchen auf die Emulsion 83 sind die getroffenen Gebiete ausgesetzt; dabei werden Silberatome aus der Silberhalogenidemulsion herausgeschlagen und entbunden, wodurch diskrete, belichtete Gebiete entstehen, die wesentlich kleiner als die durch optische Belichtung erhältlichen sind und etwa in der Größenordnung von 3000 Ä liegen, wodurch Speicherdichten in der Größenordnung von 10⁸ Speicherplätzen pro cm² zustande kommen. Einer der größten Vorteile einer so hohen Speicherdichte in einem photographischen Speicherelement ist der, daß das Speicherelement nun einer speziellen Behandlung, z. B. in einem luftdichten Verschluß, zugänglich ist, so daß die Auflösung nicht mehr durch Filmkratzer und Staubteilchen, wie das bei Verwendung optischer Einrichtungen der Fall ist, begrenzt wird. Bei optischer Speicherung ist die Speicherdichte so niedrig, da eine verhältnismäßig große Fläche zur Speicherung verwendet werden muß. Folglich ist eine besondere Behandlung des Speicherelcments unnötig; die Auflösung ist durch Filmkratzer und Staubteilchen wie bei allen Systemen begrenzt, in denen das Element nicht luftdicht abgeschlossen ist.

Das photographische Speicherelement 80 in Fig. 9 kann mit einer Anordnung nach Fig. 1 gespeicherte Daten enthalten, während zum Lesen der gespeicherten Information ein Spiegelelektronenmikroskop ähnlich dem in Fig. 1 und 2 verwendet werden kann.

Fig. 9b zeigt eine andere Ausführungsform eines photographisehen Speicherelements, das sich besonders zur Verwendung in einem Durchstrahlungselektronenmikroskop eignet. Bei Verwendung in einem Durchstrahlungselektronenmikroskop muß die Emulsion in Gelatine auf einem Gitter angeordnet werden, damit der fokussierte Korpuskularstrahl vollständig durchgehen kann, wie das bei solchen Geräten zu geschehen hat. Daher ist ein von einem Gitter abgestütztes photographisches Speicherelement 84 vorgesehen, das aus einem steifen Rahmenelement 85 und einem von diesem unterstützten Gitter 86 besteht, wie im Querschnitt gezeichnet ist. Eine sehr dünne Schicht Gelatine 82 liegt auf der Oberfläche des Gitters 86 und trägt ihrerseits eine dünne Schicht einer Silberhalogenidemulsion, die dieselbe Größenordnung wie die gewünschte Auflösung besitzt und die dem fokussierten Strahl direkt zugänglich ist.

Direktes Auffangen von Elektronen durch Isolierstoffe

Das direkte Auffangen von Elektronen eines fokussieren Strahls durch einen Isolator mit einer großen Anzahl von ladunghaltenden Vertiefungen an der Oberfläche ergibt eine weitere sehr leistungsvolle .Speichermöglichkeit. Die Fig. 10 a bis 10c zeigen ein stark vergrößertes Schaubild der verschiedenen Merkmale eines solchen Speicherelements. Das Speicherelement besteht aus einem Isolierstoff 88, wie in Fig. 10 a gezeigt, z. B. Glas, mit einer großen Anzahl kleiner Poren oder Löcher 90, die über die Oberfläche verteilt sind. Die Poren 90 haben etwa die Abmessungen eines Moleküls, liegen in der Größenordnung von 50 A im Durchmesser und können Elektronen unmittelbar auffangen und festhalten.

Auf der Oberfläche des Isolierstoffes 88 befindet

ίο sich ein geladenes Schutzmittel 89 gegen eine weitere Verteilung der Ladungen, das aus einer dünnen Schicht eines korrosionsfesten Metalls, z. B. Chrom oder Platin, besteht. Dieses Mittel vermindert eine erneute Verschiebung des Ladungsbildes infolge der bei dem Auftreffen der Korpuskularstrahlen gebildeten Sekundärelektronen. Solche Sekundärelektronen haben das Bestreben, sich über die Oberfläche des Isolators 88 zu verteilen und würden dabei die in den verschiedenen Poren 90 aufgebauten diskreten La-

ao dungsgebiete zerstören, wenn sie nicht mit Hilfe des metallischen Schutzmittels 89 gegen eine Verteilung der Ladungen daran gehindert würden. Überdies sucht der Beschüß einer Isolatoroberfläche eine Oberflächenladung zu verursachen, die wiederum eine Verschiebung und Zerstörung der diskreten Aufladung des Djelektrikums bewirkt. Deshalb werden durch die Aufbringung einer dünnen Metallschicht auf der Oberfläche, die leitend mit der Masse oder einem anderen Vergleichspotential verbunden ist, alle Sekundärelektronen und Oberflächenladungen fortgeleitet und können die Ladung, die in den Poren 90 beim Auffangen der Elektronen entsteht, nicht beeinflussen.

Die Poren 90 sind, wie das in Fig. 10b noch klarer

gezeigt ist, klein im Vergleich zum Strahldurchmesser und so zahlreich, daß an jeder beliebigen Stelle mehrere von einem Strahldurchmesser umschlossen werden. Beim Aufprall des fokussierten Strahlflecks auf den Isolator können mehrere solcher Porenelemente 90 Elektronen auffangen, so daß eine schärfer bestimmte, diskret geladene Porengruppe gebildet wird. Der poröse Isolierstoff 88, der den Grundstoff für das Auffangen von Elektronen des fokussierten Strahles bildet, besteht aus Borsilikatglas, das einem Auslaugprozeß unterworfen wird, indem die Borkomponente daraus entfernt wird, so daß praktisch reines Siliziumdioxyd mit kleinen Poren von etwa Molekülgröße in der Größenordnung von 50 A im Durchmesser entsteht. Solch poröses Glas ist im Handel als Zwischenprodukt der Glasherstellung erhältlich.

Das Schutzmittel 89 gegen eine Verteilung der Ladungen, das unmittelbar auf der Oberseite des Glases mitten zwischen den Poren liegt, kann in einem normalen Vakuumaufdampfverfahren hergestellt werden. Um sicher zu gehen, daß das Metall nur auf der Oberfläche, nicht aber innerhalb der Poren abgelagert wird, muß der Dampf unter einem sehr spitzen Winkel zur Glasoberfläche aufgebracht werden, damit man das gewünschte Resultat erzielt.

J₀ Veränderung der Oberfläche eines Speicherelements mit einem Ionenstrahl

Es ist auch möglich, einen fokussierten Ionenstrahl zur Behandlung und Veränderung der Oberfläche eines Speicherelements zu benutzen, wobei ein Fremdstoff abgelagert wird. So verlieren die Ionen, wenn man einen Strahl positiver Ionen von genügender Energie herstellt, der aus Metallionen, z. B. Lithium-, Natrium- oder Silberionen, besteht, beim Auftreffen auf die Oberfläche, die metallisch oder dielektrisch sein kann, ihre Ladung und verbleiben auf der Ober-

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fläche als sehr kleine Gebiete von Fremdstoffen, die am Speichermaterial haften. Wenn der das Speicherelement bildende Stoff auf relativ niedriger Temperatur gehalten wird, z. B. etwa auf Zimmertemperatur, sind diese Fremdstoffgebiete wirklich an dem Speicherelement physikalisch gebunden.

Besteht das Speicherelement aus einem leitenden metallischen Stoff und werden durch den Ionenstrahl diskrete Gebiete von Metall auf Metall geschaffen, so ist ein Spiegelelektronenmikroskop nach Fig. 2 noch derart empfindlich, um die Kontaktpotentialdifferenz zwischen dem Speicherelement und den darauf gebundenen Fremdelementen anzuzeigen, und es stellt ein Mittel dar, das die diskreten Bereiche Fremdmaterial unterscheidet. Wenn andererseits die metallischen Fremdstoffteilchen auf einem dielektrischen oder Isolierstoffspeicherelement abgelagert sind, so reicht die Empfindlichkeit eine Spiegelelektronenmikroskops noch aus, um die durch die Ionen hervorgerufene Ladungsdifferenz festzustellen.

Wird ein negativer Ionenstrahl z. B. aus Chloroder Bromionen benutzt, so reagieren diese Ionen chemisch mit der Oberfläche und erzeugen diskrete Gebiete von unterschiedlicher Form, die sich von der übrigen Oberfläche unterscheiden, wobei im wesentliehen ein Ätz- oder Korrosionsprozeß stattfindet. So kann man, wie oben beschrieben, sowohl einen positiven als auch einen negativen Ionenstrahl zur Veränderung der Oberfläche des Speichermediums benutzen.

Gewisse Halbleiter erleiden starke Gitterveränderungen, wenn sie mit einem intensiven fokussierten Ionen- oder Protonenstrahl beschossen werden. Diese Halbleiter, z. B. Germanium, Silizium und Lithiumfluorid, sind Gitterstörungen oder -beschädungen entweder durch Herausschlagen von Atomen aus dem Halbleiter oder durch Hinzufügen fremder Atome und Herunterdrücken der ursprünglich an der Oberfläche befindlichen unterworfen. Außerdem hat sich herausgestellt, daß bestimmte besondere ätzende Substanzen vorzugsweise nur die gestörten Teile des Gitters angreifen und so diskrete Gebiete erzeugen, die sich durch Auftreten kleiner Löcher oder Grübchen am Platz der Gitterveränderung von der übrigen Oberfläche unterscheiden. Solch ein Ätzmittel für Lithiumfluorid und Germanium besteht z. B. aus

100 Volumteilen konzentrierter Flußsäure,
100 Volumteilen Eisessigsäure,

160 Volumteilen konzentrierter Salpetersäure und 5°' 2 Volumteilen flüssigen Broms.

Es ist in einem Aufsatz von Gilman in »Journal of Applied Physics«, Vol. Bd. 27, S. 1018, Sept. 1956, beschrieben. Die Ätzungen können dann mit Hilfe eines Spiegelelektronenmikroskops der in Fig. 2 gezeigten Art festgestellt werden.

Ein Vorteil der Datenspeicherung durch von Ionen induzierte Gitterveränderungen ist der, daß durch die Ätzwirkung eine chemische Verstärkung erfolgt, die den ursprünglichen Effekt vervielfacht und die Größe des Lesesignals erhöht. Man erkennt jedoch, daß dort, wo sofortiger Zugriff zu den gespeicherten Daten nötig ist, die Gitterveränderungsmethode nicht anwendbar ist, da das Speicherelement zuerst durch den zusätzlichen Ätzvorgang vorbereitet werden muß. Wo jedoch eine permanente Speicherung erwünscht und der sofortige Zugriff zur gespeicherten Nachricht nicht verlangt ist, ist die Gitterveränderungsmethode höchst wünschenswert und durchführbar.

Polymerisation von Kohlenwasserstoffdämpfen

Eine weitere, sehr schöne Methode zur Speicherung von Daten in Mikroräumen auf der Oberfläche eines Speicherelementes ist die Ablagerung oder Befestigung kleinster Bereiche polymerisierter Kohlenwasserstoffe auf der Oberfläche des Speichermediums durch Beschüß eines Kohlenwasserstoffdampfes mit einem fokussierten Ladungsträgerstrahl. Fig. 11 zeigt eine Einrichtung zur Erzeugung solcher befestigter Kohlenwasserstoffe. Es hat sich herausgestellt, daß, wenn Benzol- und andere reine Kohlenwasserstoffdämpfe von einem fokussierten Ladungsträgerstrahl bestrahlt werden, auf der Oberfläche ein kleines Gebiet mit einer wachsartigen festen Substanz entsteht, die fest auf der Oberfläche haftet und von der man annimmt, daß sie ein Polymerisationsprodukt des Kohlenwasser Stoffdampfes darstellt. Fig. 11 zeigt schematisch eine Einrichtung zur Erzeugung solcher Kohlenwasserstoffdämpfe in der Umgebung der Oberfläche eines Speicherelements, auf der die Dämpfe dann von einem fokussierten Ladungsträgerstrahl befestigt werden.

Ein geeignetes Gehäuse 71 der in Fig. 1 und 2 gc zeigten Art ist vorgesehen, das irgendwie unter Vakuum gehalten wird. Elektronenoptische Linsensysteme und Teilchenquellen sind zur Erzeugung eines fokussierten Ladungsträgerstrahls vorgesehen, der der Einfachheit halber aus Elektronen besteht. Am Ende des Gehäuses liegt ein Speicherelement 73, im vorliegenden Fall eine metallische Substanz, die auf einer festen Rückwand 72 befestigt ist. Neben dem Speicherelement und der Rückwand befindet sich ein poröses Speicherelement 75, das mit dem gewünschten Kohlenwasserstoff gesättigt ist. Das Speicherelement 75 kann z. B. aus Ton oder einem gesinterten Metall bestehen, das infolge seines porösen Aufbaus mit Kohlenwasserstoff gesättigt werden kann. Der im Element 75 gesättigte Kohlenwasserstoff verdampft auf Grund des äußerst niedrigen Dampfdrucks im evakuierten Gehäuse. Auf diese Weise entsteht ein Kohlenwasserstoffnebel 74 über der Oberfläche des Speicherelements 73, der, wenn er vom Elektronenstrahl getroffen wird, auf dieser Oberfläche als wachsartige, feste Substanz abgelagert öder befestigt wird. Durch Ablenkung des Elektronenstrahls über die Oberfläche des Speicherelements 73 und geeignete Tastung des Strahls in vorbestimmter Folge wird auf der Oberfläche des Speicherelements eine Speichermatrix aus diesen kleinen diskreten Gebieten der festen, wachsartigen Substanz gebildet, die man für polymerisierte "Kohlenwasserstoffe hält.

Um eine Diffusion des Kohlenwasserstoffdampfes an der Oberfläche nach unten in Richtung auf die übrige elektronische Einrichtung und die Elektronenquelle sowie einen Überzug auf derselben und eine Beeinträchtigung von deren Funktion auszuschalten, liegt neben dem Speicherelement ein Absaugstutzen 76, der durch das Gehäuse 71 hindurchragt und z. B. mit einer Vakuumpumpe verbunden ist, die jeglichen überschüssigen Dampf von der Oberfläche des Speicherelements entfernt und so dessen Diffusion in die übrigen Teile der Apparatur verhindert.

Die so auf der Oberfläche des Speicherelements in Form dieser diskreten Gebiete aus wachsartigen Poly meriisationsprodukten gespeicherte Information kann nun mit Hilfe eines vorher beschriebenen Spiegelelektronenmikroskops gelesen werden, dessen Auflösung so hoch ist, daß diese Gebiete von der restlichen Speicheroberfläche unterschieden werden können.

Man sieht nun aus der vorhergehenden Beschrei-

bung, daß darin eine Apparatur und ein Verfahren zum Speichern und Lesen von Daten in Verbindung mit verschiedenen Speicherelementen offenbart sind; dabei sind Mittel zur Speicherung von Daten auf äußerst kleinem Raum und in äußerst großer Speicherdichte vorgesehen, die um Größenordnungen von den bisher bekannten Speichermethoden entfernt sind.

Claims (25)

PATENTANSPRÜCHE: IO

1. Verfahren zum Speichern von Daten, bei dem ein Ladungsträgerstrahl ein Spdehermedium abtastet, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl auf einen in der Größenordnung des Auflösungsvermögens elektronenmikroskopischer Optiken liegenden Fleckdurchmesser unterhalb 300 A fokussiert ist, der also unter der Auflösung lichtoptischer Geräte liegt, und daß 1km Lenkung des Strahles auf das Speichermedium der physikalische oder chemische Zustand gesonderter Bereiche dieses Mediums von den primären Strahlungseffekten beeinflußt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Fleckdurchmesser des Strahles gesteuert und dabei die Größe der l'rimäreffekte des Strahls auf das Speichermedium vorgegeben ' wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein feiroelektrischer Stoff mit C-Domänen als Speichermedium verwendet wird, daß alle elektrischen Dipole im ferroelektrischen Stoff mit C-Domänen in einer einzigen Richtung ausgerichtet werden und daß der Ladungsträgerstrahl in vorbestimmter Folge auf diskrete Gebiete des Stoffes gerichtet wird und auf diese einwirkt, so daß die Ausrichtung der Dipole in diesem Gebiet umgekehrt wird, wobei auf dem Stoff eine Daten wiedergebende Matrix ausgebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Halbleiter als Speichermedium verwendet wird, daß diskrete Gitterstörungsgebiete im Halbleiter-Speichermedium durch Aufprall eines fokussierten Ionenstrahls erzeugt werden und daß das Speichermedium vorzugsweise geätzt wird, so daß die Gitterstörstellen vergrößert werden.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein poröser Isolierstoff als Speichermedium verwendet wird und daß auf dem Isolierstoff unmittelbar Ladungsträger aufgefangen werden, wenn der Strahl auf die Isolatoroberfläche gerichtet und fokussiert wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Metall auf diskreten Gebieten des Speichermediums durch Fokussieren eines Strahls aus positiven Metallionen auf dem Speichermedium aufgebracht wird, so daß die Ionen ihre Ladung verlieren und die Metallteilchen auf der Oberfläche haften.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß diskrete Gebiete polymerisierten Kohlenwasserstoffe auf dem Speichermedium erzeugt werden und daß der Ladungsträgerstrahl auf das Speichermedium bei Anwesenheit dampfförmiger Kohlenwasserstoffe fokussiert wird, so daß der Kohlenwasserstoff polymerisiert und an der Speichermediumoberfläche zum Haften gebracht wird.

8. Anordnung zur Datenspeicherung (zur Ausführung eines Verfahrens nach Ansprüchen 1 bis 7) mit einer Ladungsträgerstrahlquelle und einem Datenspeichermedium, dadurch gekennzeichnet, daß das Datenspeichermedium im Strahlweg angeordnet ist und daß Fokussiereinrichtungen neben dem Speicherstoff angebracht sind, so daß im Speichermedium durch die primären Effekte des Strahls gesonderte, Informationen speichernde Gebiete erzeugt weiden.

9. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussiereinrichtungen eine Elektronenstrahllinse zur Fokussierung des Strahles auf das Speichermedium enthalten und daß Steuervorrichtungen vorgesehen sind, um mit dem Strahl selektiv zu tasten.

10. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussiereinrichtungen ein Spiegellinsensystem enthalten, um damit den Strahl zu fokussieren und ihn vor dem Auftreffen auf dem Speichermedium zu reflektieren, so daß das vom Strahl erzeugte Feld diskrete, informationen -enthaltende Gebiete hervorbringt.

11. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium ein Element aus einem polarisierten, ferroelektrischen Material enthält, das an dem Strahlweg entlang angeordnet ist, und daß die Dipole diskreter Teile des Elements durch den Primäreffekt des Korpuskularstrahls selektiv polarisiert sind.

12. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium ein Element aus einem porösen Isolierstoff ist, das so angeordnet ist, daß es den Strahl aus Ladungsträgern auffängt, die direkt zur Erzeugung diskreter Gebiete haftenbleiben.

13. Anordnung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium ein Halbleiterspeicherelement ist, das so angeordnet ist, daß es den Korpuskularstrahl auffängt, wobei der Strahl diskrete Gitterstörungsgebiete in diesem Element hervorruft.

14. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Ladungsträgerstrahlquelle positive Metallionen liefert, daß das Speicherelement so angeordnet ist, daß es den Ionenstrahl auffängt, und daß der fokussierte Strahl diskrete Gebiete auf der Oberfläche des Mediums abgelagerten Metalls hervorbringt.

15. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Quelle dampfförmigen Kohlenwasserstoffs enthält und daß der fokussierte Ladungsträgerstrahl diskrete Gebiete polymerisierten Kohlenwasserstoffs auf der Oberfläche des Spedchermediums erzeugt.

16. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermedium ein photographisches Speicherelement ist, das so angeordnet ist, daß es den Teilchenstrahl auffängt, daß das Element eine photographische Emulsion auf seiner Oberfläche trägt, die dem Strahl direkt zugänglich ist, und daß der fokussierte Strahl diskrete belichtete Gebiete aus photolisiertem Silber bildet.

17. Anordnung nach Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein mit dem Speichermedium verbundener elektrischer Schaltkreis ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, das bei einer Wechselwirkung zwischen dem Strahl und den Informationen enthaltenden Gebieten des Spei chermedifums selbst eine Information wiedergibt.

18. Anordnung nach Anspruch 8, bei der das Speichermedium ein. Element mit einer Informa

tionsmatrix aus diskreten Bereichen enthält, dadurch gekennzeichnet, daß eine stromleitende metallische Platte dieses Speicherelement abstützt und an einen äußeren elektrischen Schaltkreis angeschlosser ist, daß eine Strahlabtastschaltung elektrische Ausgangssignale an dieser Platte erzeugt, die die in dem Element gespeicherte Information wiedergeben, wenn der Strahl auf diskrete Gebiete des Elements selektiv fokussiert wird.

19. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch ge- ίο kennzeichnet, daß das Speicherelement und die Spiegellinse so zueinander angeordnet sind, daß die Bahn des reflektierten Strahls vom Zustand diskreter Gebiete des Speichermediums abhängt, daß Impulserzeugungseinrichtungen in Abhängigkeit von dem reflektierten Strahl selektiv betätigt werden und so angeordnet sand, daß sie vom Strahl je nach seiner Bahnkurve getroffen werden, wobei elektrische Ausgangssignale erzeugt werden, die "" in den diskreten Gebieten des Speichermediums so enthaltenen Informationen wiedergeben."

20. Speicherelement zur Datenspeicherung nach einem Verfahren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Daten wiedergebende Matrix aus diskreten Gebieten vorhanden ist, die ^a5 durch die primären Wirkungen eines Ladungsträgerstrahls umgewandelt werden, und daß diese diskreten Gebiete solche Abmessungen besitzen, wie sie von dem Fleckdurchmesser des fokussieren Korpuskularstrahls erzeugt werden.

21. Speicherelement nach Anspruch 20. dadurch

gekennzeichnet, daß es aus einem ferroelektrischen Speichermedium gegebener Polarisation besteht, das eine Matrix diskreter Gebiete aufweist, in denen die Dipole durch die primären Effekte eines Ladungsträgerstrahls entgegengesetzt polarisiert sind.

22. Speicherelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Bariumtitanat-Speichermedium mit . C-Domänen gegebener Polarisation besteht, das eine Matrix diskreter Gebiete entgegengesetzter polarisierter Dipole aufweist.

23. Speicherelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Halbleiterspeichermedium aus einer Matrix diskreter Gebiete mit durch Teilchenbeschuß induzierten Gitterstörungen besteht, die eine gespeicherte Information in binärer Form wiedergeben.

24. Speicherelement nach Anspruch 20, dadurch gekenzeichnet, daß es aus einem Speichermedium besteht, das diskrete Gebiete bestrahlter, fester Kohlenwasserstoffe auf seiner Oberfläche trägt.

25. Speicherelement nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einem Trägerelement von vorzugsweise gitterähnlicher Bauart besteht und daß eine Oberflächenschicht aus einer photographischen Emulsion auf dem Trägerelement derart angeordnet ist, daß die Emulsion einem Korpuskularabtaststrahl direkt zugänglich ist, wobei die Schicht vorzugsweise eine Dicke hat, die ungefähr gleich der gewünschten Datenauflösung ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

O 909 648 1S0 11.59 (009 63t 146 7 TO)