DE2122645B2 - Einrichtung zum Speichern und Löschen von Informationen - Google Patents

Einrichtung zum Speichern und Löschen von Informationen

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DE2122645B2
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Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zum Speichern und Löschen von Informationen der im
Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Gattung,
Eine derartige Einrichtung ist bereits bekannt (DE-OS 14 48 772), Bei dem bekannten thermoplastischen Informationsspeicher werden Informationen dadurch in der thermoplastischen Speicherschicht gespeichert, daß diese bis zum Schmelzpunkt erwärmt und die derart aufgeweichten Bereiche einem elektrostatischen oder einem magnetischen Feld ausgesetzt werden, damit das elektrische oder magnetische Feld zu einer örtlichen Formänderung führt Zum Löschen der gespeicherten Informationen wird eine größere Energie angewendet, die das thermoplastische Material bis über den Schmelzpunkt erweicht, damit das thermoplastische Material flüssig wird und von sich aus die »eingedrückten« Bereiche ausglättet Die Speicherschicht besteht daher aus einem Material, das sich im erweichten Zustand unter der Kraft eines elektrischen oder magnetischen Feldes räumlich verändert, wozu insbesondere ferromagnetische Partikel dienen. Nachteilig ist, daß solche Materialien durch elektromagnetische Felder auch von Unbefugten in unerwünschter Weise beeinflußt werden können; darüber hinaus ist die zusätzliche Anwendung von elektrischen oder magnetischen bzw. elektromagnetischen Feldern oft unerwünscht
Darüber hinaus ist es bekannt, Nachrichten durch Anwendung chemischer Verfahren, beispielsweise auf fotografischem Wege, zu speichern Derartige chemische Verfahren sind jedoch irreversibel; es ist nicht möglich, die Filme wiederzuverwenden, noch die in diesen gespeicherten Nachrichten zu verändern; außerdem sind eine Reihe von verschiedenen Arbeitsschritten, wie das Entwickeln in einem flüssigen Bad oder das Erhitzen erforderlich, was verhältnismäßig zeitraubend ist
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Speichereinrichtung der eingangs genannten Gattung unter Verwendung thermoplastischer Speicherschichten zu schaffen, mit der auf einfache Weise, d. h. auch ohne Anwendung zusätzlicher elektrischer oder magnetischer Felder, sowohl gut gespeichert als auch gut gelöscht werden kann und mit der diese Vorgänge praktisch beliebig oft wiederholbar und in kurzer Zeit ausführbar sind.
Die Erfindung ist im Patentanspruch 1 gekennzeichnet und in Unteransprüchen sind weitere Ausbildungen derselben bansprucht
Bei der Erfindung wird ein Film aus amorphem, insbesondere glasartigem oder plastischem Material verwendet, das durch Wärmeeinwirkung erweichbar oder sogar verflüssigbar ist ohne daß es dabei zersetzt wird oder seine chemische Zusammensetzung unter der Wärmeeinwirkung verändert Durch Beaufschlagen ausgewählter Bereiche der Speicherschicht mit elektromagnetischer Energie, beispielsweise LASER-Strahlen, v/erden in dem amorphen Material blasenartige Hohlräume gebildet, die dadurch wieder beseitigt werden können, daß Energie in ausreichender Menge zugeführt wird, so daß die Speicherschicht erweicht und das Material zum Einfließen in die Hohlräume gelangt. Insofern ist die Einrichtung reversibel, da die amorphe Speicherschicht auch nach dem Löschen wiederverwendbar ist und da auch die gespeicherten Nachrichten geändert werden können. Zum Aufzeichnen von Informationen sind außer der einmaligen Anwendung elektromagnetischer Energie beim Schreiben keine zusätzlichen Verfahrensschritte erforderlich. Es ist sogar möglich, das Lesen gleichzeitig mit dem Schreiben durchzuführen, so daß Fehler sofort entdeckt und korrigiert werden können.
Die Einrichtung zum Speichern und Löschen von Informationen bedient sich also eines amorphen, dünnen Filmes, der durch Beaufschlagung gewählter Bereiche desselben mit Licht behandelt wird. Die Temperatur in diesen Bereichen wird auf einen Wert gesteigert bei dem der Film erweicht wird. Nach Beendigung der Beaufschlagung des Filmes mit Licht kehrt dieser wieder in die feste Phase zurück, und es bleiben in dem Film eingeschlossene Mangelstellen oder Hohlräume zurück. Das Lesen der in dem amorphen Film gespeicherten Nachrichten kann dadurch erfolgen, daß der Film mit Licht einer Wellenlänge in der Größenordnung der Abmessungen dieser Mangelstellen oder Hohlräume bestrahlt wird. Das Licht wird durch mehrfache Reflexion innerhalb der Hohlräume gestreut oder absorbiert so daß die gewählten Bereiche ohne weiteres feststellbar sind. Das Luschen der in dem amorphen Film gespeicherten Energie srfolgt durch Erhitzen bis zum Erweichungspunkt ohne daß jedoch dabei die beim Aufzeichnen verwendete Temperatur erreicht wird. Der erweichte amorphe Film fließt dann in die Mangelstellen oder Hohlräume zurück, und die gespeicherte Information wird gelöscht
In der Zeichnung sind bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beispielsweise dargestellt
F i g. 1 ist ein Schema zur Veranschuulichung einer Einrichtung gemäß der Erfindung, bei der zum Schreiben, Lesen und Löschen der Nachrichten an einem amorphen Film ein Laser verwendet wird;
Fig.2 ist eine schematische Darstellung einer Wellenform zur Veranschaulichung der Intensität und Breite der zum Schreiben, Lesen und Löschen von Informationen an dem amorphen Film der Einrichtung nach Fig. 1 verwendeten Laserimpulse;
F i g. 3 bis 5 sind auseinandergezogene Darstellungen von Aufzeichnungseinheiten mit einem amorphen Film zur Verwendung in der Einrichtung gemäß Fig. 1;
F i g. 6 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer anderen Einrichtung gemäß der Erfindung, bei der beim Lesevorgang ein Laserstrahl von einem amorphen Film reflektiert wird: und
F i g. 7 ist eine schematische Darstellung zur Veranschaulichung einer Einrichtung gemäß der Erfindung, bei der unter Verwendung einer breiten Lichtquelle Nachrichten an einem amorphen Film durch Parallelstrahlung aufgezeichnet werden.
Bei der Einrichtung gemäß F i g. 1 wird eine Speichereinheit 10 mit einem auf einem Glasträger 14 aufgebrachten amorphen Film 12 verwendet Auf die TrrnnflJi;he zwischen dem Film 12 und dem Träger 14 wird mittels einer Linse 18 ein Laserstrahl 16 konzentriert. Der laserstrahl 16 geht dvjrch die Speichereinheit 10 hindurch und wird mittels einer weiteren Linse 20 auf einem Fühler oder Detektor 22 gesammelt
Der Laserstrahl 16 wird in einer Laserquelle 24 erzeugt. Ein Impulsformer 26 formt den Strahl 16 zu den in F i g. 2 dargestellten Impulsen um. Der Strahl 1* wird durch einen Strahlenlenker 28 hindurchgeschickt, der den Strahl 16 auf ausgewählte Bereiche der Speichereinheit 10 richtet. Die Sp?ichereinheit 10 kann die Gestalt eines Rechteckes, eines Kreises oder einer sonstigen zweidimensionalen Figur haben, und dementsprechend ist der Strahlenlenker 28 geeignet, den Strahl 16 in zwei Dimensionen zu lenken.
Ein Steuergerät 30 liefert Signale über eine Gruppe von Leitungen 32—34 zur Laserquelle 24, zum Impulsformer 26 bzw. zum Strahlenlenker 28. Die auf die Leitung 32 aufgegebenen Signale vermögen die Frequenz oder die Energie der Laserquelle 24 zu verändern, während die auf die Leitungen 33, 34 aufgegebenen Signale die Form der Laserimpulse beeinflussen bzw. den Bereich der Speichereinheit 10 bestimmen, an dem der Strahl 16 auftrifft. Wie aus F i g. 2 ersichtlich, wird ein hoher Impuls 36 zum Schreiben der Nachricht auf der Speichereinheit 10 verwendet, während zum Löschen der Information von der Speichereinheit 10 ein geringerer Impuls 38 verwendet wird. Die Frequenz der Lichtenergie in den Impulsen 36, 38 ist derart gewählt, daß der Träger 14 gegenüber dieser Frequenz durchlässig ist, während der Film 12 Licht dieser Frequenz absorbiert. Dementsprechend wird während des Schreib- und Löschvorganges nur sehr weniu l.irht rliirrh Hip ^npi^hprpinhpit Ifl
durchgelassen. Wenn von einem gewählten Bereich der Speichereinheit 10 eine Nachricht gelesen werden soll, wird an diesem Bereich ein Leseimpuls 40 zur Wirkung gebracht. Die Frequenz der Laserquelle 14 wird so eingestellt, daß der Laserstrahl 16 sowohl durch den Träger 14 als auch durch den Film 12 hindurchgeht, ohne daß «iine Absorption oder eine nennenswerte Absorption auftritt. Dementsprechend kann ein Leseimpuls von niedrigerer Intensität verwendet werden. Jedoch würde auch ein Impuls hoher Intensität befriedigend wirken. Nach dem Hindurchtreten des Leseimpulses 40 durch die Speichereinheit 10 und Konzentrieren desselben mittels der Linse 20 auf dem Fühler 22 wird auf eine Leitung 42 ein Signal aufgegeben, das zum Steuergerät 30 zurückgeführt wird. Die Form des Signals in der Leitung 42 hängt von dem Zustand des amorphen Filmes 12 in dem Bereich ab, auf den der Strahl 16 gerichtet ist. Der Zustand des Filmes 12 in diesem Bereich hängt seinerseits davon ab. ob daran vorher ein Schreibimpuls 36 bzw. ein Löschimpuls 38 zur Wirkung sebracht worden ist oder nicht. Wenn ein Schreibimpuls 36 zur Wirkung gebracht worden ist, ist die Intensität des Leseimpulses 40, wenn dieser den Fühler 22 erreicht, bedeutend geringer, als wenn in diesem Bereich des Filmes 12 ein Löschimpuls 38 bzw. kein Schreibimpuls 36 zur Wirkung gebracht worden ist.
In Fig. 3 ist eine auseinandergezogene Darstellung eines Teiles der Speichereinheit 10 veranschaulicht. Der Laserstrahl 16 ist. wie dargestellt, auf einen typischen Bereich des Fümes i2 gerichtet. (Übereinstimmende Teile sind in Fig. 1 bis 7 mit gleichen Bezugszeichen bfciiichnet.) Durch Beaufschlagung des Filmes 12 mit einem Schreibimpuls 36 wird in einer noch eingehend zu beschreibenden Weise eine Gruppe von Maneelstellen oder Hohlräumen 44 gebildet Wenn dann an dem Bereich des Filmes 12, der diese Hohlräume 44 enthält, ein Leseimpuls 40 zur Wirkung gebracht wird, wird der Laserstrahl 16 von den Hohlräumen gestreut oder absorbiert, so daß an dem Fühler 22 nur eine geringe Energiemenge gesammelt wird.
Bei einem Fall der Anwendung der Einrichtung nach Fig. 1 können in der Speichereinheit 10 binäre Nachrichtenbits gespeichert werden, indem der Film 12 in eine Matrix von Speicherplätzen unterteilt wird, deren jeder ein Nachrichtenbit aufnimmt, dessen Ausmaß nur ein μπι beträgt, so daß bis zu 135 - 107 N'achrichtenbits auf 1 cm2 (108 je square inch) gespeichert werden können. Jedesmal, wenn ein Nachrichtenbit »1« des Binärsystems geschrieben werden soll, kann das Steuergerät 30, das seine Steuersignale von einem Magnetband, einer Platte, einer Datenübertragungsleitung oder einem anderen Datenverarbeitungssystem oder einem peripheren Gerät beziehen kann, Signale auf die Leitungen 32—34 aufgeben, und in Abhängigkeit von diesen Signalen kann an einem entsprechenden Speicherplatz des Films 12 ein Schreibimpuls 36 zur Wirkung gebracht werden. Eine »0« kann auf den Film 12 geschrieben werden, indem entweder kein Schreibimpuls 36 zur Wirkung gebracht wird, oder, wenn an dem ausgewählten Speicherplatz des Filmes 12 bereits Hohlräume 44 bestehen, ein Löschimpuls 38 zur Wirkung gebracht wird, der in noch eingehend zu beschreibender Weise die Hohlräume 44 zum Verschwinden bringt. Das Lesen der Matrix von an dem Speicherfilm 12 binär gespeicherten Nachrichten kann beispielsweise dadurch erfolgen, daß an einer gewählten Zeile oder Spalte eine Reihe von Leseimpulsen 40 zur wiri/uno »pbrscht wird. Dis über die Leitu"? 42 rückgespeisten Signale werden in dem Steuergerät 30 ausgewertet, indem diese Signale mit den Positionssignalen in der Leitung 34 synchronisiert werden. Die von der Speichereinheit 10 abgerufenen Daten können von dem Steuergerät 32 einem Datenverarbeitungssystem, einem Datenübertragungssystem oder einem sonstigen peripheren Gerät zugelieferl werden.
Ein amorpher Film 12, der sich als geeignet für die Verwendurj gemäß der Erfindung erwiesen hat, besteht aus einer Selenlegierung mit etwa 2,5 Atom-Gew.-% Schwefel. Diese Legierung kann auf einem Träger 14 aus Coming-Glas 7059 durch Kathodenzerstäubung aufgebracht werden. Eine befriedigende Dicke für den Glasträger 14 beträgt 1 mm, und der durch Kathodenzerstäubung aufgebrachte Film 12 kann 5 μιη dick sein. Der Schreibimpuls 36 für diese Speichereinheit 10 kann die Breite von 4 μβ und eine Intensität von 200 mW haben und an dem gewählten Speicherplatz des Films 12 800 NJ zur Wirkung bringen. Durch Verwendung einer lOX-Objektivlinse 18 wird der Laserstrahl 16 auf einem Fleck von etwa 15 μπι Durchmesser konzentriert Die Energieverteilung in dem Impuls 36 an diesem Fleck ist sehr ungleichmäßig, beruht jedoch möglicherweise auf dem Gaußschen Fehler, wobei ein scharf ausgeprägtes Maximum im Mittelpunkt vorhanden ist Die Gruppe von Hohlräumen 44 wird üblicherweise im Mittelpunkt dieses Fleckes gebildet und sammelt sich in einem Bereich von der Größenordnung von 1 bis 3 μιτι Durchmesser. Die angemessene Größe jedes dieser Hohlräume 44 ist in der Größenordnung der Wellenlänge der Energie des Leseimpulses 40. Wenn beispielsweise der Laserstrahl 16 eine Wellenlänge von 6000 A hat, reichen zum Streuen oder Absorbieren eines bedeutenden Teiles der Energie des Impulses 40 Hohlräume mit einer in Richtung des Strahles 16 gemessenen
Querschnittsabmessung von lOOOÄ. Durch Streuung wird der Strahl 16 von der Bahn abgelenkt, auf der er am Fühler 22 eintreffen würde. Die Absorption ist eine Folge der totalen inneren Reflexion des Laserlichtes innerhalb jedes der Hohlräume 44, durch die eine Vielzahl verlustreicher Innenreflexionen erzeugt wird. Zur Erzielung guter Streu- und Absorptionswirkungen ist ein hoher Brechungsindex des amorphen Films 12 vorzuziehen. Ein Brechungsindex von etwa 3,2 ist für einen befriedigenden Betrieb ausreichend.
Wenn bei dem System gemäß Fig. 1 ein amorpher Füm 12 verwendet wird, der aus der obengenannten Legierung (Selen mit 1^Vo Schwefel) besteht, kann ein Löschimpuls 38 die Breite von 4 us und eine Intensität
von 7OmW haben und an dem amorphen Film 12 eine Energie von 280 NJ zur Wirkung bringen. Wenn ein solcher Löschimpuls 39 zur Wirkung gebracht wird, werden die Hohlräume 44 weggeglüht, so daß der amorphe Film 12 in seinen ursprünglichen Zustand vor Beaufschlagung mit einem Schreibimpuls 36 zurückgeführt wird Ein amorpher Film 12 aus der gleichen Legierung kann durch Kathodenzerstäubung auf einen Träger 14 aufgebracht werden, der aus Saphir besteht. Bei dieser Speichereinheit 10 sind stärkere Energieimpulse 36 bzw. 38 vorzuziehen. Beispielsweise sollte ein Schreibimpuls 36 4 μϊ breit sein und eine Intensität von etwa 225 mW haben, um an dem amorphen Film 12 900 NJ zur Wirkung zu bringen, und der Loschimpuls 38 mit einer Pulsbreite von 4 μβ kann eine Intensität von etwa 80 mW haben, um 320 NJ zur Wirkung zu bringen. Der Leseimpuls 40 kann eine Energie haben, die in einem mittels des Fühlers 22 feststellbaren Maß veränderbar ist.
In Fig.4 ist eine andere Speichereinheit 10 veranschaulicht, die einen Grundüberzug 46 aufweist, der zwischen dem Träger 14 und dem amorphen Film 12 sandwichartig eingeschlossen ist. Dieser Grundüberzug 46 kann eine durch Kathodenzerstäubung aufgebrachte Schicht aus AI2O3 oder eine dünne Schicht aus Polystyrol sein, die an dem Träger 14 durch Eintauchen desselben in eine Polystyrollösung aufgebracht ist. Der Grundüberzug 46 ist gegenüber dem Laserstrahl 16 durchlässig. Auf diesen Grundüberzug kann durch Kathodenzerstäubung ein amorpher Film 12, bestehend aus der obengenannten Legierung, bis zu einer Dicke von 5 μιτι aufgebracht werden, und der Träger 14 kann etwa 1 mm dick sein. Wenn der Grundüberzug 46 aus Polystyrol mit einer Dicke von etwa lOOOÄ und der Träger 14 aus Corning-Glas 7059 besteht, reicht für den Betrieb des Systems gemäß F i g. 1 ein Schreibimpuls 36 von 1 us Breite und einer Intensität von 105 mW aus, der an dem amorphen Film 12 105 NJ zur Wirkung bringt Der Löschimpuls 38 von 1 μ$ Breite kann eine Intensität von 17,5 mW haben und 17,5 NJ zur Wirkung bringen. Die gleiche Speicliereinheit 10 mit einem Träger 14 aus Saphir statt Glas kann mit einem Schreibimpuls 36 von 1 μ5 Breite und 90 mW Intensität, der 90 NJ zur Wirkung bringt, und einen Löschimpuls 38 von 1 us Breite und 35 mW Intensität, der 35 NJ zur Wirkung bringt, betrieben werden. Eine andere geeignete Speichereinheit 10 kann auf einem Träger 14 aus Corning-Glas 7059, einer durch Kathodenzerstäubung aufgebrachten Schicht aus AI2O3 und einem amorphen Film 12 aus der obengenannten Legierung bestehen. Ein geeigneter Schreibimpuls 36 für diese Speichereinheit 10 kann 4 us breit sein, 200 mW Leistung enthalten und 800 NJ zur Wirkung bringen. Der Löschimpuls 38 kann 4 μ5 breit sein, 70 mW leisten und etwa 280 NJ zur Wirkung bringen.
Ein weiterer amorpher Film 12, der sich für den Betrieb gemäß der Erfindung als geeignet erwiesen hat, besteht aus einer Legierung aus 88 Atom-Gew.-% Se und 12 Atom-Gew.-% Te, die in einer Dicke von 5 μπι auf einen Träger 14 aus Corning-Glas 7059 aufgebracht oder niedergeschlagen sein kann. Für diese Legierung kann ein Schreibimpuls 36 von 1 us Breite mit einer Intensität von 150 mW verwendet werden, der in dem amorphen Film eine Energie von 150 NJ zur Wirkung bringt Ein befriedigender Lcschirnpuls 38 kann 1 μ3 breit sein und eine Intensität von 50 mW haben und an dem amorphen Film 12 eine Energie von 50NJ zur Wirkung bringen.
Andere amorphe Filme 12, die sich für die Verwendung als geeignet erwiesen haben, bestehen aus Selen-Schwefel-Legierungen mit einem Gehalt von I bis 10% Schwefel sowie Selenlegierungen mit von 5 bis 15% Tellur.
Zahlreiche andere amorphe Materialien und Legierungen eignen sich ebenfalls zur Verwendung gemäß der Erfindung. Beispielsweise zeigen chalcogenide Gläser, Kunststoffe, Harze und amorphe Halbleitermaterialien die für die Eignung erforderlichen Eigenschaften. Viele der in der US-PS 32 71 591 beschriebenen amorphen Halbleitermaterialien zeichnen sich durch die thermodynamischen Eigenschaften aus, die zu der Bildung von Hohlräumen 44 in Abhängigkeit von der Zufuhr elektromagnetischer Energie führen. Eine bevorzugte Eigenschaft des amorphen Filmes 12 ist seine Fähigkeit, unter Hitze zu erweichen, sich jedoch selbst bei Verflüssigung oder Verdampfung nicht zu zersetzen. Beispielsweise beträgt die Glasübergangstemperatur, bei der eine Legierung zu erweichen beginnt und fließfähig wird, für Legierungen, die hauptsächlich aus Selen bestehen, etwa 50°C. Bei etwa 700°C beginnt Selen zu sieden und entwickelt einen wesentlichen Dampfdruck. Bei diesen hohen Temperaturen können Dampfblasen entstehen und sich in der weichen oder verflüssigten Legierung ausdehnen. So lange der amorphe Film 12 dick genug ist, können die Dampfblasen nicht aus der Trennfläche zwischen dem Träger 14 und dem amorphen Film 12 der Speichereinheit gemäß F i g. 3 bzw. zwischen dem amorphen Film 12 und dem Grundüberzug 46 der Speichereinheit 10 gemäß Fig.4 entweichen. Wenn die Erhitzung durch einen Schreibimpuls; 36 verursacht wird, der eine steile Hinterflanke hat nimmt die Wärme in der Gegend der Dampfblasen rasch ab und veranlaßt den amorphen Film 12, aus dem erweichten oder flüssigen Zustand, während welchem die Dampfblasen sich gebildet haben, in den glasigen Zustand zurückzukehren. Eine erwünschte Eigenschaft des amorphen Films 12 ist ein sehr enger Bereich der Glasübergangstemperaturen. Materialien, die diese Eigenschaft aufweisen, erstarren beim Abkühlen des Materials auf die kritische Temperatur in den Dampfblasen sehr schnell, und die Hohlräume 44 bleiben erhalten. Je nach den mechanischen Eigenschaften des amorphen Films 12 bei Raumtemperatur oder in deren Gegend brechen die Dampfblasen entweder zu einer Gruppe von Scheibenformen zusammen oder bleiben im wesentlichen in ihrer kugeligen Form. Amorphe Filme 12, die hauptsächlich aus Selenlegierungen zusammengesetzt sind, sind in der Gegend der Raumtemperatur sehr duktil, und die Dampfblasen werden beim Kondensieren des Dampfes an den Innenwänden der Blasen bei sinkendem Dampfdruck in eine scheibenähnliche Form gepreßt Andere Legierungen, beispielsweise solche mit Germanium, Arsen, Schwefel, Tellur und Selen, die eine höhere Glasübergangstemperatur im Bereich von etwa 150 bis 2000C haben, entwickeln nach Beendigung des Schreibimpulses 36 schnell eine spröde Blasenschale, so daß die Dampfblase in einer im wesentlichen kugeligen Form erhalten bleibt
Die so gebildeten Hohlräume 44 können beseitigt, d. h. gelöscht werden, indem der amorphe Film auf einen Erweichungspunkt erhitzt wird, der beispielsweise bei Selenlegieningen etwa 50° C (Giasübergangstemperatur) beträgt und dies hat zur Folge, daß das duktile Material, das die Hohlräume umgibt, zusammenbricht Bei dieser Temperatur fließt also amorphes Material in
die Hohlräume 44 ein und glüht oder schmilzt die Hohlräume 44 fort, so daß die eingeschriebene Nachricht gelöscht wird.
Die Hohlräume 44 können auch in manchen amorphen Filmen als Änderung der Dichte des amorphen Films 12 unter der Einwirkung von Wärme von einem Laserstrahl 16 entstehen (Mangelstellen). Bei Anlegen eines Schreibimpulses 36 dehnt sich der amorphe Film lic in dem Bereich der Einwirkung der Energie aus, und dies hat zur Folge, daß die Außenfläche des Films 12 sich infolge des weich-duktilen Zustandes des Filmes 12 oberhalb der Glasübergangstemperatur nach außen aufwölbt. Beim Abkühlen wird die Außenfläche des Filmes 12 rasch abgekühlt, so daß dieser in die feste Phase zurückkehrt und in der ausgewölbten Form erstarrt. Da der innere Teil des Filmes 12 in der Nähe der Trennfläche gegenüber dem Träger 14 gemäß F i g. 3 bzw. dem Grundüberzug 46 eemäß F i g. 4 sich abzukühlen beginn», zieht sich der Film 12 dort zusammen, so daß die Hohlräume 44 (Mangelstellen) entstehen. Wie oben beschrieben, wird durch den Löschimpuls 38 hingegen die Temperatur nur genügend erhöht, um den amorphen Film duktil zu machen, so daß die Hohlräume 44 zum Verschwinden gebracht werden. Ein weiterer Faktor, der zur Trennung des amorphen Filmes 12 von dem Träger 14 (Fig.3) bzw. dem Grundüberzug 46 (Fig.4) beiträgt, ist die Änderung der Oberflächenadhäsion. Bei Raumtemperatur oder in deren Nähe haftet der amorphe Film 12 sehr gut an dem Träger 14 bzw. dem Grundüberzug 46. Wenn jedoch die Temperatur über den Glasübergangspunkt hinaus gesteigert wird, nimmt die Haftfähigkeit ab, so daß eine Trennung auftritt.
Eine andere Form einer Speichereinheit 10 ist in F i g. 5 veranschaulicht. Dort wird eine einzige Schicht des amorphen Filmes 12 ohne Träger 14 verwendet. Dieser amorphe Film 12 sollte aus einer Legierung bestehen, die sich zusätzlich zu den obigen Eigenschaften durch mechanische Steifheit auszeichnet. Die Frequenz der Schreib- und Löschimpulse 36 bzw. 38 sollte so gewählt sein, daß der amorphe Film 12 teilweise transparent ist und das Eindringen des konzentrierten Laserstrahles 16 bis unter die Außenfläche des Filmes 12 gestattet. Dementsprechend tritt die von dem Laserstrahl 16 erzeugte maximale Wärmemenge in demjenigen Bereich auf, in dem die Hohlräume 44 gebildet werden sollen. Jeglicher Dampfdruck, der in diesem Bereich entwickelt wird, ist innerhalb des Filmes 12 fest eingeschlossen.
F i g. 6 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der der Fühler 22 dazu verwendet wird, die von der Speichereinheit 10 reflektierte Laserenergie zu sammeln. Beim Lesevorgang wird der auf Hohlräume 44 auftreffende Laserstrahl 16 in zahlreiche Richtungen gestreut und dies hat zur Folge, daß ein Teil dis Lichtes von dem Fühler 22 gesammelt wird. Wenn der Laserstrahl 16 hingegen auf einen Bereich des amorphen Filmes 12 gerichtet wird, an dem sich keine Hohlräume befinden, erfolgt die Reflexion im wesentlichen spiegelnd, und der reflektierte Strahl trifft den Fühler 22 nicht Das Schreiben und das Löschen erfolgen bei dem System gemäß Fig.6 in ähnlicher Weise wie oben an Hand des Systems gemäß F i g. 1 beschrieben. Der Leseimpuls 40 braucht jedoch bei dem System gemäß F i g. 6 nicht von anderer Frequenz als der Schreibimpuls 36 und der Löschimpuls 38 zu sein, da es nicht erforderlich ist daß der Leseimpuls 40 durch den amorphen Film 12 hindurchgelassen wird, wie bei dem System gemäß Fig. 1. Weitere Einzelheiten des Betriebes des Systems gemäß Fig.6 sind der DE-OS 21 02 635 zu entnehmen. Weitere Einzelheiten bezüglich des in Fig. I veranschaulichten Systems sind der DE-OS 2102 215 sowie der DE-OS 2103 044 zu entnehmen.
F i g. 7 zeigt eine weitere Ausführungsform der Erfindung, bei der eine Speichereinheit 10 verwendet wird, mit deren amorphem Film 12 ein Heizelement 48
ίο in Berührung steht. Das Heizelement 48 hat einen darin eingebetteten Widerstand 50, der bei Stromdurchgang Wärme erzeugt. Die Wärme wird dazu verwendet, den ganzen amorphen Film 12 durch Beseitigung der Hohlräume 44 in gleicher Weise zu löschen, wie ein Löschimpuls 38 die Hohlräume 44 bei den Systemen gemäß F i g. 1 und 6 löscht. Das Schreiben erfolgt durch Parallelstrahlung, indem ein Lichtstrahl 52 durch ein transparentes Negativ 54 hindurchgeschickt wird, das d?*c einzuzeichnend? Muster oder Abbild enthält. Das durch das Negativ 54 hindurchtretende Licht erzeugt die Hohlräume 44 in der gleichen Weise, wie an Hand der F i g. 1 bis 6 beschrieben. Das Licht 52 kann von einer Punktlichtquelle 56, beispielsweise einer Bogenlampe, erzeugt werden und wird durch eine Linse 58 in Parallelstrahlung umgewandelt. Das Licht 52 von der punktförmigen Lichtquelle 56 kann zum Lesen der in der Speichereinheit 10 gespeicherten Nachricht verwendet werden, indem seine Intensität bis unter einen Schwellenwert gesenkt wird, bei dem die Hohlräume 44 sich zu bilden beginnen. Von den Hohlräumen 44 gestreutes Licht erreicht eine Abtastvorrichtung 60, die die gesamte Fläche der Speichereinheit 10 abtastet und das von dieser reflektierte Licht in eine entsprechende Reihe elektrischer Signale umwandelt und auf eine Leitung 62 aufgibt, über die sie einem Datenverarbeitungssystem, einem Nachrichtenübermittlungssystem oder anderem peripheren Gerät zugeliefert werden können.
Die auf der Einheit 10 gemäß F i g. 7 aufgezeichneten Informationen sind für das menschliche Auge les- bzw. erkennbar und weisen mannigfaltige Graustufc" auf, die von der Intensität des die einzelnen Bereiche des amorphen Films treffenden Lichtes 52 abhängen. Legierungen, die in erster Linie aus Selen bestehen, können mit Vorteil dazu verwendet werden, den amorphen Film 12 von Systemen zu bilden, die für das menschliche Auge lesbare Informationen aufzeichnen, da solche Legierungen gegenüber Licht im sichtbaren Spektrum durchlässig sind. Bei sämtlichen Systemen
so gemäß Fig. 1, 6 oder 7 können auf der Speichereinheit 10 Analoginformationen aufgezeichnet werden. Obwohl bei den Systemen nach F i g. 1 und 6 eine Laserquelle 24 dargestellt ist könnte natürlich eine Elektronenstrahlen- oder Wärmequelle oder eine beliebige sonstige Einrichtung zum Beaufschlagen des amorphen Films 12 mit Energie verwendet werden. Vorzugsweise sollen beim Schreiben örtliche Bereiche des Films 12 mit Wärme beaufschlagt werden, die gegen benachbarte Bereiche, in denen andere Nachrichten aufgezeichnet werden sollen, thermisch isoliert sind. Diese Isolierung kann durch Wahl solcher Materialien erzielt werden, die eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweisen.
In manchen Anwendungsfällen kann es vorzuziehen sein, amorphe Filme 12 zu wählen, die aus Legierungen bestehen, deren eine Komponente flüchtiger ist als die übrigen Komponenten, so daß die flüchtigere Komponente ausgetrieben wird, wenn der amorphe Film 12 über die Glasübergangstemperatur hinaus erhitzt wird.
Damit die Speichereinheit 10 reversibel arbeiten kann, muß die flüchtigere Komponente beim Löschvorgang •vieder von der Legierung absorbierbar sein.
Bei der Aufgabe Ooen die Hohlräume 44 auf das durch den amorphen Fiim 12 hindurchtretende bzw. von diesem reflektierte Licht eine merkliche Wirkung aus. Es könnte jedoch Begleiteigenschaften des amorphen Films geben, die auch die Änderungen des zum Lesen der Nachrichten von dem Speicher 10 verwendeten Lichtes fördern bzw. zu diesen beitragen. Beispielsweise to kann die Ausbildung der Hohlräume 44 von einer Mikrokristallisation begleitet sein, oder es können andere Phasenänderungen auftreten. Außerdem kondensieren etwaige Dämpfe, die in den von dem Dampfdruck gebildeten Blasen enthalten sind, in Überzüge an der Innenseite der Hohlräume 44. Diese Überzüge können von unterschiedlicher Dichte sein und können daher einen unterschiedlichen Brechungsindex haben, WäS ZU Änderungen des düi'Cn uci'i änlüipMcii Film 12 hindurchtretenden bzw. von diesem reflektierten Lichtes beil, agen kann.
Es besteht auch bei manchen Anwendungsfällen die Möglichkeit, den amorphen Film 12 auf flexible Träger 14, beispielsweise Bänder, Bahnen, Platten oder sonstige bewegliche Medien für den Transport des amorphen Filmes 12 durch Lese-, Schreib- oder Löschstationen mannigfaltiger Nachrichtenaufzeichnungssysteme aufzubringen. Außerdem kann der Träger 14 aus anderen Glastypen mit niedrigerem Natriumgehalt als den obengenannten bestehen.
Ein weiterer Vorteil der Systeme gemäß F i g. 1 und 6 ist die Möglichkeit des gleichzeitigen Schreibens und Lesens von in der Speichereinheit 10 gespeicherten Datenbits. Beispielsweise können bei dem System gemäß F i g. 1 an dem gleichen ausgewählten Bereich gleichzeitig ein Schreibimpuls 36 einer Frequenz, die von dem amorphen Film 12 absorbiert wird, und ein Leseimpuls 40 einer Frequenz, die durch die Speichereinheit 10 durchgelassen wird, zur Wirkung gebracht werden. Dementsprechend erscheinen die in Rede stehenden Hohlräume 44 in dem ausgewählten Bereich der Speichereinheit 10, während gleichzeitig von dem Fühler 22 ein Signal entwickelt wird, das anzeigt, daß in dem ausgewählten Bereich nun ein Datenbit aufgezeichnet wird. Das Steuergerät 30 erhält ein solches Signal über die Leitung 42 und vergleicht dieses Signal mit den Steuersignalen in den Leitungen 33 und 34, so daß ein unverzügliches Korrekturlesen durchgeführt wird. Zwischen Schreiben und Lesen tritt gemäß der Erfindung keine Verzögerung infolge eines einzuschiebenden Entwicklungsschrittes auf. Eine Fehlerprüfung (ein Korrekturlesen) ist auch bei dem System gemäß F i g. 6 möglich.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (25)

  1. Patentansprüche;
    j. Einrichtung zum Speichern und Löschen von Informationen, bei der das Speichern durch Formäridern ausgewählter, diskreter Bereiche einer thermc«· plastischen Speicherschicht beim erhitzungsbedingten Erweichen und anschließenden Abkühlen zum Stabilisieren solcher Formänderungen und das Löschen durch erneutes Formändern solcher Bereiche erfolgt und bei der zum Speichern und gegebenenfalls zum Löschen elektromagnetische Energie, insbesondere in Form von Licht- bzw. LASER-Strahlen, dient, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherschicht ein aus amorphem Material bestehender Film (12) ist, daß 's die zum Speichern dienenden Energiestrahlen (16) eine so große Erhitzung oberhalb eines Schwellwertes in den betreffenden Bereichen des amorphen Films (12) bewirken, daß das amorphe Material mindestens^*eilweise in den gasförmigen Aggregat- M zustand fibergeht und sich im Film (12) blasenartige Hohlräume (44) bilden, und daß die zum Löschen dienende Energie den amorphen Film (12) mindestens in den betreffenden Bereichen nur so weit unterhalb des Schwellwertes erweicht, daß die Hohlräume (44) wieder ausgefüllt oder beseitigt werden.
  2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (12) aus amorphem Halbleitermaterial besteht
  3. 3. Einrichtur.jj nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das amorphe Halbleitermaterial Selen enthält.
  4. 4. Einrichtung nach Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, daß der Film (12) aus einer Selen-Schwefel- Legierung mit 1 — 10 Gewichtsprozent Schwefel besteht.
  5. 5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (12) 2,5 Gewichtsprozent Schwefel aufweist
  6. 6. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (12) aus einer Selen-Tellur-Legierung mit 5—15 Gewichtsprozent Tellur besteht
  7. 7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn- 4ä zeichnet, daß der Film (12) 12 Gewichtsprozent Tellur aufweist
  8. 8. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (12) aus chalcogenidem Glas besteht.
  9. 9. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1—8, dadurch gekennzeichnet, daß der Film (12) einen hohen Brechungsindex aufweist.
  10. 10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einer Leseeinrichtung zum Lesen der gespeicherten Informationen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseeinrichtung elektromagnetische Energie auf ausgewählte Bereiche des Films (12) richtet und eine Fühleinrichtung zum Ermitteln der durch den relativen Unterschied im physikalischen w Verhalten, insbesondere im Brechungskoeffizienten, zwischen dem Film (12) und den Hohlräumen (44) erzeugten Änderungen in der elektromagnetischen Energie aufweist
  11. 11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leseeinrichtung mit einer Energiequelle versehen ist, die Licht einer Wellenlänge in der Größenordnung der Hohlraumabmes- sungen aussendet,
  12. 12, Einrichtung nach Anspruch U, dadurch gekennzeichnet, daß als Energiequelle eine Laser-Quetie (24) dient
  13. 13ν Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß als Energiequelle eine Elektronenstrahlquelje dient,
  14. Hv Einrichtung nach einem der vorhergebenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Sperreinrichtung zum Verhindern des Entweichens von Dampf aus den Hohlräumen (44) und zum Kondensieren des Dampfes in den Hohlräumen (44).
  15. 15. Einrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperreinrichtung eine Fokussiereinrichtung zum Sammeln der elektromagnetischen Energie an einem Punkt innerhalb des Films (12) enthält, der von jeder Außenfläche des Films (12) genügend weit entfernt ist um ein Austreten der Dampfblasen durch den Film (12) zu dessen Außenfläche zu verhindern.
  16. 16. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der amorphe Film (12) auf einem gegenüber der Energie transparenten Träger (14) aufgetragen ist
  17. 17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet daß der transpareEte Träger (14) und der Film \i2) an der Grenzfläche eine Oberflächenadhäsion aufweisen und die Erwärmung der Filmbereiche auf den Schwellwert an dieser Grenzfläche erfolgt
  18. 18. Einrichtung nach einem der Ansprüche 14—17, dadurch gekennzeichnet daß die Sperreinrichtung aus einem gegenüber der Energie transparenten Grundüberzug (46) besteht
  19. 19. Einrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundüberzug (46) auf einem Träger (14) aus Glas angeordnet ist und als Unterlage für den Film (12) dient
  20. 20. Einrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Grundüberzug (46) aus AI2O3 oder Polystyrol besteht
  21. 21. Einrichtung nach einem der Ansprüche 18—20, dadurch gekennzeichnet daß der Grundüberzug (46) eine Dicke von etwa 1000 A aufweist
  22. 22. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß der Film (12) eine Dicke von etwa 5 μπι aufweist
  23. 23. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet daß die Energiestrahlen als Schreib- bzw. Speicherimpulse und zwar jeweils jeder Speicherimpuls (36) auf einen anderen der diskreten Bereiche des Films (12) gerichtet sind.
  24. 24. Einrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Schreibimpulse (36) einen größeren Gehalt an elektromagnetischer Energie als am Film (12) zur Wirkung gebrachte Löschimpulse (38) haben.
  25. 25. Speichersystem nach einem der vorhergehen' den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zum Löschen ein Heizelement (48) dient, das mit dem Film (12) in Berührung bringbar ist.
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