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Speicherelement für einen Permanentspeicher Die Erfindung bezieht
sich auf ein neuartiges Speicherelement für einen löschbaren digitalen PermanentspeicherO
Es
sind mehrere physikalische Erscheinungen bekannt, auf deren Basis Systeme zur digitalen
Speicherung von Inforkationen aufgebaut werden könnten oder bereits verwirklicht
sind0 Sämtliche bisher in der Praxis angewandten Systeme für löschbare Massenspeicher
beruhen jedoch auf dem Prinzip der magnetischen Remanenz0 In den letzten Jahren
wurde eine Reihe neuer Speichermethoden beschrieben, die z0T0 intensiv entwickelt
werden0 Jede dieser Technologien hat ihre speziellen Vorteile und Reize, die sie
für besondere Anwendungsbefelcsse prädestinierenO Diesen Vorteilen stehen aber stets
auch Nachteile gegenüber, wie etwa spezielle Arbeitsbedingungen (zoBo tiefe Temperaturen),
spezielle Arbeitsweisen (zoBo Schieberegister) oder die Notwendigkeit umfangreicher
externer Apparaturen zur Steuerung (optische Speicher)0 Die physikalisch und technologisch
bedingten Möglichkeiten eines Teils dieser Speichermethoden legen hinsichtlich ihrer
Anwendungsgebiete eine Unterteilung in Massenspeicher und Schnellspeicher nahe0
Erstere sind im allgemeinen holographische Systeme mit dem Ziel des wahlfreien Zugriffs
zu Datenmengen von über 1010 bit ohne mechanische Zwischenbewegung
Schnellspeicher
sind dagegen meist integrierte Halbleitersysteme, deren ZugriffsX und Transferzeiten
im Nanosekundenbereich liegend Dies sind jedoch im allgemeinen keine Permanentspeicher,
so daß ihr Anwendungsbereich mehr in der Kurzzeitspeicherung relativ geringer Datenmengen
liegt.
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Zwischen diesen beiden Extremen sind noch eine Reihe von Verfahren
in Entwicklung, die für Speicherkapazitäten von ca0 108 bit projektiert sind und
Arbeitszeiten der Größenordnung von 1 /us aufweisen (RoEo Matickg Proc. IEEE 60,
3, So 226 (1972))o Besonders weit fortgeschritten ist die Entwicklung des sogenannten
"magnetic bubble"-Speichers, der bei Verwendung von Permanentmagneten ein echter
Permanentspeicher isto Ein Nachteil ist der Schieberegisterbetrieb.
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Beim Bau größerer Speicher muß schon aus Kostengründen die Registerlänge
relativ groß seine Bei Schiebefrequenzen von 0,1 bis 4 0 106 bit/s ergeben sich
mittlere Zugriffszeiten von 0,1 bis 1 ms (F. Perzefall, Elektronik So 39 (1974))o
Ferner befinden sich, um nur einige zu benennen, noch das Halbpermanente MNOS-System
(KoEo Lundström, C0M0 Svensson, IEEE Trans of Electronic Devices 199 6, So 826 (1972))
und
Speicher auf dem Prinzip elektrischer Verzögerungsleitungen /R.M. White, Proc. IEEE
58, S. 1238 (1970)) in der Entwicklung.
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Bei optisch adressierten Speichern, die z.B. den Faraday-bzwo den
Kerreffekt an ferromagnetischen bzwo ferroelektrischen Materialien ausnützen, besteht
ein Mangel an geeigneten Lichtablenkern, die ohne mechanische Zwischenbewegung eine
genügend große Anzahl diskreter Positionen ansteuern könnens Schließlich wurden
auch schon vor vielen Jahren Speicherelemente auf der Basis der Ferroelektrizität
beschrieben (J.L.Moll, Z.Tarni, IEEE Trans. Electr. Devices voll.
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ED-14, no. 10, S. 338 (1963); S.S. Perlman, K.-H. Ludewig, IEEE Trans.
ELectr. Devices vol. ED-14, S. 816 (1967); G.G. Teather, L.Young, Sol. State Electron.
Devices voll. 11, S. 527 (1968); J.C. Crawford, F.L. Englisch, IEEE Trans.
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Electron. Devices, vol. ED-16, no 6,S. 525 (1969)). Ihre Entwicklung
erlahmte aber wegen offensichtlich unüberwindbarer Materialprobleme (schlechte definierte
Koerzitivkraft, Ermüdung der schaltbaren Ladung, langsame Schaltprozesse
usw0)0
Solche ferroelektrischen Speicherelemente bestehen grundsätzlich aus einem Feldeffekttransistors
der auf den als Speichermedium dienenden ferroelektrischen Körper aufgesetzt wird;
der elektrische Widerstand der Transistor-Halbleiterschicht ist dann von der Polarisation
des elektrischen Feldes des Ferroelektrikums abhängig, die wiederum von dem Speicherzustand
bestimmt wird0 Derartige Bauelemente haben jedoch grundsätzlich den Nachteil, daß
die remanente Polarisation innerhalb weniger Wochen verschwinden, weshalb solche
Systeme für Permanentspeicher ohne weiteres nicht geeignet sind0 Eine neuere Arbeit
(RoRo Methan B0D0 Silvermang J0T0 Jacobs, Jo Applo Phys., voll 44s noO 8s So 3379
(1973)) kommt zu dem Schluß, daß die Depolarisation darauf zurückzuführen ist, daß
durch Unterschiede in der Schwerpunktlage der ferroelektrischen Polarisationsladungen
und der freien Kompensationsladungen Gegenfelder entstehen, welche die ferroelektrischen
Domänen zurückklappen0 Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Speicherelement
für einen löschbaren digitalen Permanentspeicher zu schaffen, bei dem der Speicherzustand
über ausreichend lange
Zeit erhalten bleibt0 Gewünscht war des weiteren
ein möglichst einfacher, in wirtschaftlicher Weise realisierbarer Aufbau des gesamten
Speichers 9 was auch die Forderung nach einfachem kzwo mit einfachen Einrichtungen
durchzuführendem Einschreiben, Lesen und Löschen der Informationen mit einschließt
Hohe Speicherdichten und kurze Zugriffs zeiten sollten ebenfalls gewährleistet sein0
Es hat sich nun gezeigt, daß diese Aufgabe mit dem im beigefügten Anspruch 1 beschriebenen
Speicherelement in überraschend einfacher und technisch sehr fortschrittlicher Weise
gelöst werden kann0 Danach besteht die Erfindung in einem Speicherelement, dessen
Speichermedium aus einer bipolar aufgeladenen Elektretfolie besteht, auf deren Oberfläche
auf einer Seite eine dünne elektrisch leitfähig Schicht aufgedampft ist, während
auf der gegenüberliegenden Seite der Elektretfolie eine Glimmstrecke angeordnet
ist, bei deren Zündung - je nach Polarität der Zündspannung - der Ladungszustand
auf der ihr zugewandten Seite der Elektretfolie veränderbar ist, wodurch in der
leitfähigen Schicht eine Ladung influenziert oder die bereits vorhandene Influenzladung
freigegeben wird; das
Vorhandensein einer Influenzladung in der
leitfähigen Schicht bzw0 das Abfließen der Ladung beim Zünden der Glimmstrecke läßt
sich bei dem erfindungsgemäßen Speicherelement als Information über den Speicherzustand
auswerten, wobei das Abfragen der Information mit Hilfe eines Lese-Schreib-Impuls
es durchführbar isto Eine Reihe von vorteilhaften Ausführungsarten des be schriebenen
Speicherelement es nach der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 genannt0
Die Verwendung sogenannter kalter Kathoden" oder Dreischicht-Elektroden gemäß Anspruch
6 hat den Vorteil, daß ständig Ladungsträger vorhanden sind, so daß bei Anlegung
der Zündspannung die Glimmentladung unverzögert einsetzt0 Mit dem erfindungsgemäßen
Speicherelement läßt sich ein sogenannter Random-Access Permanentspeicher aufbauen,
bei dem als Speichermedium eine ausgedehnte, für zahlreiche Speicherelemente gemeinsame
Elektretfolie dient0 Das Schreiben, Lesen und Löschen erfolgt durch Mikroplasmaentladungen
mit Hilfe der in jedem Speicherelement vorhandenen Glimmstrecke. Dabei werden auf
der einen Oberfläche
der Elektretfolie Ladungen aufgebracht bzw0
neutralisiert und dadurch in der leitfähigen Schicht, die auf der gegenüberliegenden
Oberfläche der Elektretfolie auf gedampft ist, Ladungen influenziert oder freigegeben.
Das Auslesen der Information erfolgt dynamisch mit Hilfe an sich bekannter Lese-Schreib-ImpulseO
Bei Ansteuerung eines mit den erfindungsgemäßen Elementen aufgebauten "Random-Access"-Permanentspeichers
über Wählermatrizen sind nur relativ wenige externe Verbindungen notwendige Die
zum Schreiben, Lesen und Löschen benötigten Zeiten, insbesondere auch die Zugriffszeiten,
liegen bei Verwendung von Speicherelementen der erfindungsgemäßen Art bei ca0 1
µs. Die Speicherdichte ist im wesentlichen durch die Möglichkeiten der Dünnfilmtechnik
begrenzt und liegt bei ca0 104 bis 105 bit/cm20 Da das gesamte Speicherelement,
doho Elektretfolie mit aufgedampfter Schicht und Glimmstrecke, relativ dünn hergestellt
werden kann, lassen sich (bei Plattendicken von etwa 0,5 bis 1 mm durch Übereinanderstapeln
Speicherdichten von 106 bit/cm3 erreichen0 Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten
der
Erfindung gehen aus der folgenden Erläuterung weiterer Einzelheiten
des erfindungsgemäßen Elementes, der physikalischen Vorgänge und der Zusammenwirkung
mit anderen Speicherelementen anhand der beigefügten Abbildungen hervor0 Es zeigen
Figur 1 schematisch den Verlauf des elektrischen Feldes in einem Elektreten und
dessen Beeinflussung durch außerhalb des Elektreten angeordnete leitfähige Platten,
Figur 2a9 b ebenfalls schematisch eine Ausführungsart des erfindungsgemäßen Speicherelementes
und den Feldlinienverlauf bzw0 die Ladungsverteilung bei verschiedenem Speicherzustand
- mit symbolischer Andeutung der zugehörigen Zünd-und Meßschaltung, Figur 3agb9c
eine Ersatzschaltung des Speicherelementes nach Figur 2 und die Ladestromkennlinie
bei Zündung der Glimmstrecke (Figur 3c)9 Figur 4 im Diagramm die Abhängigkeit der
Spannung zwischen einem Elektret und einer äußeren Elektrode vom Luftspalt zwischen
beiden, und
Figur 5 in perspektivischer Darstellung den Ausschnitt
aus einer Speichermatrix, die aus Speicherelementen gemäß Figur 2 besteht0 Zum besseren
Verständnis der Wirkungsweise des erfindungs gemäßen Speicherelementes sollen zunächst
einige Eigenschaften von Elektreten näher erläutert werden0 Bei den in letzten Jahren
durch Verwendung geeigneterer Kunststoffe erheblich verbesserten Elektreten handelt
es sich meist um sogenannte RaumladungselektreteO Alle Dielektrika enthalten eine
gewisse Anzahl freier elektrischer Ladungsträger, doho Ionen, Elektronen oder beides0
Normalerweise sitzen diese in tiefen, energetischen Haftstellen, und zwar statistisch
verteilt, so daß nach außen kein resultierendes elektrisches Feld auftreten kann0
Diese Ladungsträger können aber zOBo thermisch aus ihren Haftstellen befreit werden
und durch Anlegen eines äußeren elektrischen Feldes zu den entsprechenden Elektroden
hin wandern, wo sie sich an den Grenzflächen anreichern0 Durch Abkühlen des Dielektrikums
unter anliegendem Feld wird dieser Zustand eingefroren, doho die Ladungsträger befinden
sich
wieder in tiefen Haftstellen, aus denen sie nur durch Zuführung eines gewissen Energiebetrages
befreit werden können0 Es gibt mehrere Herstellungs- (Formulierungs-) methoden für
ElektreteO Insbesondere können die Ladungsträger auch von außen zugeführt werden,
wie zoBo durch Elektronen strahlbeschuß, über Flüssigkeitskontakte oder durch Gasentladung0
Besonders in den beiden letztgenannten Fällen werden die Ladungsträger in Oberflächenhaftstellen
fest gehalten0 Als besonders geeignet für die Herstellung von Elektretfolien hat
sich FEP (Polyfluoäthylenpropylen) erwiesen.
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Die erreichharen Ladungsdichten liegen bei über 10-7 As/cm2.
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Diese Elektrete sind bis etwa 80 0C stabil0 Aus entsprechenden Messungen
wurde extrapoliert, so daß die Ladung bei niedriger relativer Luftfeuchtigkeit und
25 0C etwa 200 Jahre lang erhalten bleiben würde0 Wie Figur la zeigen soll, ist
bei Abwesenheit äußerer Elektroden das durch die Ladung hervorgerufene Feld im Inneren
des Elektreten geschlossen, doho es tritt nach
außen kein Feld
auf 0 Bei der angegebenen Ladungsdichte 6.- 10-7 As/cm2, der Dielektrizitätskonstante
E=2, der Influenzkonstant e
beträgt das im Inneren herrschende Feld
Bringt man den Elektreten gemäß Figur ic zwischen zwei leitende oder halbleitende
Platten 223, so werden dort Influenzladungen erzeugt0 Bei genügend kleinem Abstand
dieser Platten von den entsprechenden Oberflächen des Elektreten kann nahezu das
ganze Feld nach außen abgezogen werden, allerdings nur bis zur Durchschlagsfeldffl
stärke des umgebenden Gases0 Nach Entfernen der Platten 2,3 ist das Feld wieder
im Inneren des Elektreten geschlossen.
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Letzteres gilt auch, wenn nur eine der beiden Platten 1,2 entfernt
wird0 Dies läßt sich anhand von Figur 1b aus folgender Überlegung ableiten: Die
Platten sollen zur Elektretoberfläche einen Abstand d bzw0 d3 besitzen und außen
miteinander verbunden sein, so
daß ein geschlossener Kreis gebildet
wird, es gilt dann oder
Die Ladungsdichte auf dem Elektreten sei C 0O Die auf den Platten influenzierten
Ladungsdichten sind auf beiden Platten gleich groß (=6ç). Dann folgt
Für d3>d1 und
Diese Feststellung ist für die Funktion des erfindungsgemäßen Speicherelementes
wesentlich0 Der prinzipielle Aufbau eines Speicherelement es der erfin dungsgemäßen
Art ist aus Figur 2 ersichtlich0 Auf der oberen Seite einer bipolar aufgeladenen
Elektretfolie 1 ist eine dünne elektrisch leitfähige Schicht 2 aufgedampft0 Auf
der gegenüberliegenden Seite der Elektretfolie 1 befindet
sich
eine Glistrecke, die im wesentlichen aus der Elektrode 3, dem Gasraum 4 und der
im geringen Abstand von der Elektrode 3 angeordneten Gegenelektrode 5 besteht0 Diese
Gli-strecke dient zum Schreiben, Lesen und Löschen der InforoationO Bei dem in Figur
2a dargestellten Zustand des erfindungsgemäßen Speicherelement es findet die negative
Ladung der bipolar ausgeladenen El ektret folie 1 keine Gegenladung, so daß das
Feld fast nur im Inneren der Elektretfolie besteht0 Dadurch wird auch nur eine sehr
kleine Ladung in der aufgedampften leitfähigen Schicht 2 influenziertO Die Schicht
2 ist über ein Elektrometer 6 mit Masse verbunden0 Auf der dieser Schicht 2 gegenüberliegenden
Seite der Elektretfolie 1 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel der Erfindung
eine Ringelektrode 3 ausgedampft, die zusammen itt dem Gasraum 4 und der Gegenelektrode
5 eine Glimmstrecke bildet0 Diese Glimmelektroden 3,5 werden symmetrisch zur Masse
über die Schalter 7' und 7' angesteuert0 Figur 2b zeigt das Einschreiben der Information
durch Auf
bringen von positiv geladenen Ionen auf die von der Ringelektrode
3 eingeschlossene Oberfläche der Elektretfolie 1; dies geschieht durch Zündung der
Glimmentladung bei entsprechender Polung0 Auf die positiven Ionen der Glimmentladung
wirken hier bei genügender Annäherung auch die negativen Elektretladungen, so daß
ein Teil dieser Ionen zur Elektretoberfläche hin beschleunigt wird, wobei eine elektrische
Doppelschicht entsteht0 Damit werden nach der oben abgeleiteten Gleichung (2) die
Abstände d1 und d3 < d2 und somit 6m = 6'o' doho in der leitfähigen Schicht 2
wird etwa die gleiche Ladungsdichte influenziert, wie sie im Elektreten 1 vorhanden
isto Die folgenden Ausführungen zeigen, daß Spannungen von ca0 30 V bis SO V genügen,
um die Entladung zu zünden0 Hierzu soll die Figur Ib betrachtet werden0 Die im Abstand
d3 vom Elektreten entfernte Metallplatte entspricht etwa der unteren Elektrode der
Glimmstrecke in Figur 2o Dann besteht zwischen Elektret und Elektrode ein Feld
bzw0 eine Spannung
Einsetzen von (2) und (3) ergibt
oder wegen d1 # d3
Figur 4 stellt diese Beziehung U3 3 f(d3) mit cm und d2 als Parameter dar0 Diese
Abbildung ist einer Arbeit von Sessler und West entnommen (G.M.) Sessler, JoEo Weste
RevO Sci. Inst. 42q 1, So 15 (1971)). Die eingezeichnete Paschen-Kurve stellt eine
Grenzkurve dar, oberhalb deren die Durchbruchsfeldstärke der Luft bei 760 Torr überschritten
wird0 Bei vorgegebener Ladungsdichte des Elektreten kann man also durch geeignete
Wahl des Abstandes d3 sowie der Gasart und des Gasdrucks leicht einen "Arbeitspunkt"
finden, bei dem das vom Elektreten im Luftspalt d3 erzeugte Feld noch nicht ausreicht,
eine Entladung zu zünden0 Die Zündung geschieht dann durch Anlegen eines zusätzlichen
Feldes zwischen den beiden Elektroden 3,5 der Glimmstrecke. Die
hierfür
benötigten Spannungen können umso geringer sein, je näher der oben genannte Arbeitspunkt
an der Paschen-Kurve liegt0 Diese Annäherung darf allerdings nicht zu groß sein,
um einen selbständigen Durchbruch mit Sicherheit zu vermeiden0 In dem Zustand nach
Figur 2a ist das Feld der Elektretladung fast vollständig im Inneren geschlossen0
Durch die in der Elektrode 4 erzeugte kleine Influenzladung besteht jedoch zwischen
dieser Elektrode 4 und der unteren Elektretladung eine Spannung
Bei Festlegung der Parameter in der vorstehenden Gleichung sowie der Gasart und
des Gasdrucks für den Betrieb der Glimmstrecke ist deren Zündspannung Uz sowie U3
genau definiert0 Zur Vermeidung einer unselbständigen Entladung muß U3 < Uz sein0
Zum Einschreiben der Information wird die Glimmstrecke durch Schließen der Kontakte
7 9 72' und somit durch
Anlegen eines Spannungs impulses U >
U -U3 (5) zwischen den Elektroden 3 und 5 gezündet (siehe Figur 2b)0 Dadurch wird
die untere Ladung in der Elektretfolie 1 neutralisiert0 Die hierfür benötigte Impulsdauer
liegt bei einigen 10 7 sec0 Durch die Neutralisation der unteren Elektretladung
verhält sich die obere Elektretladung (siehe Figur 2b) wie eine HomoladungO Aufgrund
ihrer geometrischen Nähe zur aufgedampften Schicht 2 wird in diese Schicht nahezu
eine gleich große Ladung mit entgegengesetzten Vorzeichen influenziertO Auf der
Elektrode 5 wird ebenfalls eine geringe Ladungsmenge influenziert, deren Polarität
umgekehrt ist im Vergleich zu dem Speicherzustand nach Figur 2aO Es entsteht eine
Spannung (siehe Figur 2b)
Dabei ist U'3* - U30 Dieser Zustand stellt den Zustand der gespeicherten
Information dar0 Zum Lesen der Information ist hier, ähnlich wie bei einem Kernspeicher,
ein Lese-Schreibzyklus erforderlich. Die Abfrage der Information beruht nämlich
darauf, daß im Zustand nach Figur 2a, also bei Fehlen einer Information, zwischen
der Elektretladung und der Elektrode 5 eine Spannung U3 (siehe Figur 2a), in dem
Zustand nach Figur 2b jedoch, doho bei Vorhandensein einer Information, eine Spannung
U'3 #- U3 ansteht0 Legt man nun zwischen den Elektroden 3 und 5 über die Schalter
79s 7'' eine Spannung
so zündet das Element nur dann, wenn es sich in dem Zustand nach Figur 2b (Speicherzustand)
befindet, nicht jedoch in dem Zustand nach Figur 2aO Dadurch wird das erfindungs
gemäße Speicherelement wieder in den Zustand nach Figur 2a gebracht0 Dies hat einerseits
zur Folge, daß die Influenzladung
von der aufgedampften Schicht
2 über das Meßgerät 6 nach Masse abfließt und damit angezeigt werden kann, andererseits
geht aber dabei die Information verloren und muß durch einen erneuten Spannungsimpuls
mit der Spannung Uz wieder eingeschrieben werden0 Das Vorhandensein von Information
wird also durch den Nachweis der auf der Schicht 2 freiwerdenden Influenzladung
angezeigt0 Die Höhe der Spannung Ui ist aufgrund der Koinzidenz schaltung (Figur
5) nach oben begrenzt0 Genauere Angaben über die maximale und zulässige Höhe von
U bringt das beigefügte Beispiel0 Allgemein läßt sich sagen, daß die maximale libhe
von U@, außer von der Zündspannung Uz und von U'3, von den örtlichen Schwankungen
der Ladungsdichte auf dem Elektreten abhängig isto Da die Glimmstrecke 3 - 5 nur
in dem Zustand nach Figur 2b, nicht aber in dem Zustand nach Figur 2a, durch Anlegen
einer Spannung U' gezündet werden kann, scheint es zunächst naheliegends die Abfrage
des Informationszustandes einfach durch eine Strommessung im Zündkreis vorzunehmen0
Eine solche Meßanordnung besitzt aber erhebliche Nachteile,
wie
anhand des Ersatzschaltbildes gemäß Figur 3a9 3b erläutern werden Soll Wird nämlich
zwischen den Elektroden 3 und 5 ein Impuls mit der Dauer to und der Spannung UO
w angelegt, so werden zuerst die Kapazitäten auf die Spannung UB aufgeladen0 Erst
danach zündet die GlimmstreckeO Der Ladestrom (siehe Figur 3c)
fließt also sowohl im Zustand des erfindungsgemäßen Speicherelement es nach Figur
2a als auch in dem Zustand nach Figur 2b 9 also sowohl beim Fehlen als auch beim
Vorhandensein einer Information0 Erst wenn die Glimmstrecke gezündet ist, unterscheiden
sich die beiden Zustände dadurch, daß in dem Zustand nach Figur 2b dem Ladestrom
der Glimmstrom überlagert wird0 Dauert der Impuls UO lange genug, dann ist der Ladestrom
abgeklungen und es fließt nur noch der GlimmstromO Wird also der durch das Instrument
6 fließende Strom J1 (siehe Figur 3b) erst nach dem Abklingen des Ladestroms für
die Kapazitäten gemessen, dann lassen sich beide Speicher zustände deutlich unterscheiden0
Diese
Arbeitsweise wird bereits in ähnlicher Form bei den sogenannten Wechselstrom Plasma
Panels angewandt0 Dort kommt es allerdings darauf an, die Glimmentladung optisch
sichtbar zu machen, was hier ohne Bedeutung ist0 Da die Ulladung der Elektretoberfläche
bereits während des Lawinenaufbaus (unselbßtändige Entladung) vor der eigenem lichen
Zündung der selbständigen Ladung erfolgt, kann ein Faktor 5-10 an Arbeitsgeschwindigkeit
gewonnen werden, wenn die Uxladung der Elektretoberfläche direkt verfolgt werden
kann0 Dies ist möglich, wie anhand von Figur 3b erläutert werden sollOEs ist ersichtlich,
das das Instrument J1 in einer Brücke liegt, gebildet aus den beiden erdsymmetrischen
Spannungsquellen und den Kapazitäten C2 und C30 Da die Geometrie des Speicherelements
so gewählt werden kann, daß C2 = C3 wird, bleibt J1 während des Auf ladens der Kapazitäten
stromlos0 Die Influenzladung auf der Elektrode 2s die gleichzeitig die erdseitige
Platte der Kondensatoren C2 und C3 darstellt, wird während des Umladevorgangs an
der unteren Elektretoberfläche frei und fließt über J1
nach Masse
abO Bei einer Ladungsdichte von 10 7 Cb/cm2 und einer aktiven Fläche des Elements
von (30 µ)2 = 9010 6 cm2 beträgt die abfließende Ladungsmenge 901013 Cbo Da die
Umladung nur einige 10 7 s dauert, fließt ein Strom von einigen uA, der mit dem
Amperemeter 6' leicht gemessen werden kann0 Die Brückenschaltung nach Figur 3b bietet
also die wesentlichen Vorteile, daß bei abgeglichener Brücke nur dann ein Strom
durch J1 fließt, wenn das Speicherelement im Zustand nach Figur 2 ist, und daß die
Arbeitsgeschwindigkeit um einen Faktor 5 10 größer ist als bei Messungen des Stromes
Jz der Glimmentladung mit dem Instrument 8s die Dauer der Abfrageimpulse kann daher
entsprechend kürzer sein0 Ein weiterer, sehr wesentlicher Vorteil liegt darin, daß
der Leseimpuls gegen Masse gemessen werden kann, während zur direkten Messung des
Entladungsstroms die Meßschaltung gegen Masse isoliert sein muß0 Beim Abfragen geht
jedoch die Information verloren und muß
durch einen Impuls umgekehrter
Polarität zwischen den Elektroden 3 und 5 wieder eingeschrieben werden0 Die erfindungsgemäßen
Speicherelemente können nun in Matrixanordnungen zu Speichersystemen zusammengefügt
werden0 Figur 5 zeigt einen Ausschnitt aus einer solchen Speichermatrix0 In dieser
Darstellung befindet sich auf der Ob erseite das beschriebene Schreib-, Lese- und
Löschsystem, daß im wesentlichen aus den zeilen- und spaltenweise hintereinandergeschalteten
Elektroden 3,5 besteht0 Darunter befindet sich die Elektretfolie 1, die auf der
den Glimmstrecken gegenüberliegenden Seite die aufgedampfte leitfähige Schicht 2
trägt0 Die einzelnen Speicherelemente können mit einer Koinzidenzschaltung unmittelbar
angesteuert werden (Random°Access)O Die auf dem Elektreten 1 aufgedampften Elektrodenstreifen
3 sind im Bereich jedes einzelnen Speicherelementes gelocht, damit die Ladungsträger
der Glimmentladung zu der Elektretoberfläche Zutritt haben; jedes Loch stellt also
einen Speicherplatz dar (In Figur 5 wird das schwarz ausgefüllte Element angesteuert)0
Eine solche Anordnung läßt sich mit
Hilfe der Dünnfilmtechnik herstellen,
wobei das Erreichen einer Dichte von über 104 Glimmstrecken/cm2 keine Schwierigkeiten
bereitet0 Der Elektret besteht in dem Ausführungsbeispiel nach Figur 5 aus einer
Teflonfolie von 6925 Jum Dicke0 Die Schicht 2 und die Elektrode 3 sind direkt aufgedampft
und bestehen aus Alumunium. Die Elektrodenstreifen 3 sind 40 jum breit und besitzen
untereinander einen Abstand von 30 um Der Lochdurchmesser (Speicherplatz) in diesen
Streifen beträgt 30 /um, der Lochabstand 50 /um0 Die Folie ist auf der Seite der
Elektrode 3 auf eine Glasplatte aufgeklebt0 Auf der Unterseite einer zweiten Glasplatte
sind die Elektrodenstreifen 5 (25 /um breit) im Abstand von 50 1um aufgedampft.
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Der Abstand a = 50 /u zwischen den Elektroden 3 und 5 wird durch Abstandshalter
zwischen den beiden Glasplatten eingestellt0 Das Gas für die Glimmentladungen besteht
hier aus Neon + 0,1% Argon bei einem Druck von 500 Torr0 Der Elektret ist auf 2
e 10 8 Cb/cm2 aufgeladen0 Die örtliche Schwankung der Ladungsdichte ist < <
# 10%o Die Spannung U3 zwischen den Elektretladungen und den Elektroden 5 beträgt
im Ausgangszustand
67 V + 10%o Der Minimalwert von U3 liegt also
bei 60 V, der Maximalwert bei 74 V. Die Zündspannung Uz beträgt 105 V, so daß eine
Zusatzspannung U = 105 V - 60 V = 45 V, oder wegen der Koinzidenzschaltung, U =
+ 2295 V genügt, um die Zündung einzuleiten. Um eine Zündung derjenigen Elemente
zu vermeiden, die in derselben Reihe bzw0 Spalte liegen wie.das angesteuerte Element,
bei denen aber aufgrund der Koinzidenzschaltung nur jeweils eine der beiden Elektroden
3,5 an der Spannung U2 liegt, muß die Spannung U< + (105 V - 74 Y) oder U<
- 31 V seine Mit U = + 25 V ist eine sichere Zündung des angesteuerten Elements
gewährleistet und gleichzeitig eine Zündung der anderen genannten Elementes mit
Sicherheit vermieden0 Die zum Einschreiben, Lesen und Löschen benötigten Zeiten
liegen bei 1 Weil Gljcntladungen auf sehr kleinem Raum erzeugt werden können, ist
die Zahl der Speicherplätze pro Fläche im wesentlichen durch die Möglichkeiten der
Dünnfilmtechnik vorgegeben. Die bereits genannte erreichbare Speicherkapazität von
ca0 106 bit/cm2 läßt sich bisher
nur durch optische Speicher übertreffen,
die aber zur Ansteuerung des Speichermediums - im Gegensatz zu dem erfindungsgemäßen
Speicherelement - umfangreiche, sehr komplizierte externe Geräte benötigen0