JP2773350B2 - 電子線記憶方法および電子線記憶素子とその製造方法 - Google Patents

電子線記憶方法および電子線記憶素子とその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、情報を電子線により媒体に記録・書換・再
生を行う電子線記憶素子およびその製造方法に関する。
(従来の技術) 過去に、第5図で示すようなウイリアムス管51とよば
れる陰極管を用いた記憶装置が使用されたことがあっ
た。これは陰極管(ブラウン管)52を用いて電子銃53か
ら発生させた電子線54を偏向コイル55により蛍光膜56に
当て、焦点を絞った時と焦点をぼかした時の蛍光膜の電
荷を変化させて情報を記録し、陰極管の外側に設けたピ
ックアップ電極57に発生する電圧波形の違いで情報を再
生するものである。
(発明が解決しようとする課題) しかしウイリアムス管は蛍光膜上の電荷が短時間に散
逸してしまうので、電子線を常に走査していないと記憶
を保持できない。即ち揮発性の記憶装置である。また陰
極管が大型のため装置の小型化に限界があった。
本発明の目的は、ウイリアムス管の欠点の解決を図っ
た電子線記憶素子を提供することにある。
(課題を解決するための手段) 本発明は、基板と、この基板上に形成されこの基板と
垂直方向に電子線を発射する電子銃と、この電子銃と外
部電源とを接続する電極と、前記電子銃の周囲に絶縁層
を介して積層された電界レンズおよび偏向電極と、前記
電子銃と対向して形成された記憶媒体と、この記憶媒体
の前記電子銃とは反対側の面に設けられ電子銃に対して
正の電位をかける電極とからなることを特徴とする電子
線記憶素子である。
電界レンズは、絶縁層を介して積層された3層のリン
グ状電極によって構成することができる。また偏向電極
は、リング状電極を2分割して半円形状の電極としても
良いし、4分割としても良い。2分割とした場合は、電
子ビームを一次元方向に偏向することが可能であり、4
分割とした場合は二次元方向に偏向することができる。
記憶媒体としては、電子線の照射により電子線の透過
率が変化する媒体を用いる。このような媒体としては、
インジウム、シリコン、ゲルマニウム、セレン、ガリウ
ム、テルル、錫、鉛、タリウム、亜鉛、カドミウム、ビ
スマス、ひそ、アンチモン、硫黄、ポロニウム、燐、ニ
ッケル・燐などがある。
また、本発明の電子線記憶素子を同一基板上に複数形
成することによって、記憶容量を増大させることができ
る。
なお、本発明の電子線記憶素子は、ガラス管等に封入
され、真空中で使用される。
次に、本発明の電子線記憶素子の製造方法は、基板上
に電子銃および電極を形成する金属を成長する工程と、
該金属を電極形状にパターニングする工程と、パターニ
ングされた金属の電子銃を形成する位置にレジストパタ
ーンを形成し、該金属をエッチングし、電子銃を形成す
る工程と、該電子銃の上にレジストを塗布し、電子銃以
外の領域のレジストを除去する工程と、その上に絶縁層
を介して電界レンズおよび偏向電極を積層し、前記電子
銃の上のレジストを除去する工程と、前記基板と対向配
置させる基板上に電極と記憶媒体とを積層する工程と、
前記2枚の基板を対向して接着する工程とからなること
を特徴とする。
また、その他の製造方法は、基板上に電極を形成する
工程と、原料ガス雰囲気中または、原料金属塩溶液中で
前記電極上の電子銃形成箇所に光を照射し、選択的に金
属を成長させて電子銃を形成する工程と、該電子銃の上
にレジストを塗布し、電子銃以外の領域のレジストを除
去する工程と、その上に絶縁層を介して電界レンズおよ
び偏向電極を積層し、前記電子銃上のレジストを除去す
る工程と、前記基板と対向配置させる基板上に電極と記
憶媒体とを積層する工程と、前記2枚の基板を対向に接
着する工程とからなることを特徴とする。
さらに上記製造方法の電子銃形成工程は、以下のよう
に変えることもできる。電極を形成した基板を原料金属
塩溶液中で金属針を近付け、電界を掛けることにより、
この電極上に選択的に金属を析出・成長させて電子銃を
形成する。これ以降の工程は上記と同様に行う。
(作用) 本発明の素子では、先端をとがらせた電子銃と記憶媒
体裏面の電極との間に電圧を印加することによって電子
線を放出している。放出された電子線は電界レンズまた
は磁界レンズによって記憶媒体上に収束する。収束する
位置は偏向電極によって制御可能である。
以上のような電子線記憶素子は、本発明の製造方法に
より容易に作成できる。
(実施例) 第1図は本発明の電子線記憶素子25の一実施例を示す
図である。基板1の上に電子銃3が形成されており、電
極2を介して電極16との間に電源19から電圧がかけられ
ると電子線12が放射される。電子線12は3つの電極A、
B、C(それぞれ9、7、5)からなる電界レンズ10に
よって絞られ、また偏向電極13によって記憶媒体15の所
定の位置に照射され、記録領域A、B(それぞれ18、1
7)に情報が記録される。
電界レンズ10は、電極A、Cが接地され、電極Bが電
源20と接続され、正電位にバイアスされている。この電
場の作用により電子は力を受けて収束される。なお、電
界レンズ10は、他の形状でも良いし、磁界レンズに変え
ることもできる。
偏向電極13をXY面で切った場合の形状を第1図(b)
(c)に示す。図(b)のようにリング状電極を2分割
した形状では一次元方向に偏向可能であり、図(c)で
は2次元状に偏向可能である。偏向量は電源21の電圧値
によって任意にできる。
電子銃3、電界レンズ10、偏向電極13の電圧は、制御
回路22により外部バス24からのデータに基づいて制御さ
れる。情報の記録は電子線12の強度を強くかつ短時間に
照射して、記録媒体の融点以上に加熱し急冷することに
より記憶媒体15を非晶質にすると電子線の透過率が高ま
ることによりなされる。一方、情報の消去は電子線12の
強度を弱くかつ長時間照射して、結晶化温度以上かつ融
点以下で加熱すると結晶質に相変態し電子線の透過率が
低くなることによりなされる。情報の再生は電子線12の
強度を弱く結晶化温度を超えないように照射して、記憶
媒体15が結晶質か非晶質かを電子線の透過率の差から電
流形23により検出し情報の識別を行う。電流値の差は制
御回路22を介して2値化された情報として外部バス24か
ら出力される。
第2図は本発明の電子線記憶素子1の別の実施例をを
示す図ある。基板1から絶縁層14までは第1図の電子線
記憶素子と同じ構造であるが、同一基板上に存在する個
々の電子線記憶素子間の隔壁が記憶媒体近傍で存在せ
ず、1つの電子線記憶素子の電子銃からの電子線と隣の
電子線記憶素子からの電子線との間隔が隔壁の厚みの分
だけ小さくでき、記憶密度をより大きくできる。
本発明の電子線記憶素子の製造には、第3図(a)か
ら(m)に示すプロセスを用いる。
絶縁体基板としてガラス基板25上に金属薄膜26として
タングステンを設け(b)、レジスト27を被覆したのち
露光、エッチングを行う(c)。その上に絶縁体として
SiO228を被覆したのち残存するレジストを除去して電極
26を形成する(d)。以下の工程は電子銃の作成である
が、4種類の作成法を説明する。
第一の方法は(d)タングステン電極26の上に再びレ
ジスト29を塗布し(e)、電極部の上のレジスト部に露
光した後エッチングして円錐状のレジスト部29′を形成
する(f)。全体をイオンエッチングにより該レジスト
部が無くなるまでエッチングし、電極の上に金属からな
る円錐状の電子銃となるW針30を形成する(g)。W針
の先端の曲率半径は0.1μm程度であれば良い。また、
電子銃はW以外の金属や、TiC、TaC、SiCなどの炭化物
や、TiNのような窒化物でもよい。
第二の方法は、(n)に示すように、タングステン電
極26の上にW(CO)660のガス気流中で紫外線レーザー6
1を照射して光化学反応を利用して金属タングステンを
針状に成長させて電子銃30を形成する。
第三の方法は、(n)と同様にタングステン電極26の
上に塩化タングステン水溶液中でYAGレーザーを照射
し、金属タングステンを針状に成長させて電子銃を形成
した。
第四の方法では、(O)に示すように塩化タングステ
ン水溶液62中で白金針63をタングステン電極26の上に近
付け、電界を掛けることにより金属タングステンを針状
に析出させ、電子銃30を形成した。以上の方法ではSiO2
28を形成してから電子銃を形成しているが、SiO228はこ
の後の絶縁体32と同時に形成してもかまわない。
上記4つのいづれかの方法で電子銃を形成した後、そ
の上にレジスト31を塗布し(h)、電子銃の上の部分、
直径10μmの領域に露光し、その他の部分を溶媒で除去
する(i)。絶縁体32を成膜した後、金属33、35、37と
絶縁体34、36、38の順に3回成膜を繰り返して電界レン
ズを形成する。その上に金属としてCu39を被覆し偏向電
極を形成する(j)。その上に絶縁層40を形成したのち
溶媒によりレジストを除去し、電子銃の上に孔を形成す
る(k)。成膜方法としては、スパッタ法が望ましい
が、蒸着法や、CVD法等でもよい。別に作製した、ガラ
スからなる基板61の上にスパッタリングにより被覆した
アルミニウム電極膜42上のインジウム・セレン合金薄膜
からなる記憶媒体41を該孔を覆うように接着し(1)、
全体45を絶縁体として封入ガラス44で真空状態中に封入
する(m)ことにより作製した。このように作製した素
子を第4図に示すように硝子基板46上に多数集積化する
ことで記憶容量の大きい電子線記憶素子が得られる。直
径10μmの素子を作製し、素子の間隔を10μm取った場
合、1cm×1cmの基板上に250,000個の素子が存在する。
(発明の効果) 次に、実施例で得られた電子線記憶素子について動作
試験を行ったところ、アクセス時間200μs、記録密度
平方mm当たり105ビットにおいて情報の記録・書換・再
生が確認された。また素子全体の大きさは2cm×2cm×0.
5cmであり、ウイリアムス管の10cm×10cm×20cmに比べ
極めて小さい。さらに、ウイリアムス管と異なり、絶え
ず走査する必要はないという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(c)は本発明の電子線記憶素子の一実
施例を示す図、第2図は本発明の電子線記憶素子の別の
実施例を示す図、第3図(a)から(o)は本発明の電
子線記憶素子の製造方法を示す図、第4図は本発明の電
子線記憶素子の素子部が基板上にいくつか形成されてい
る様子を示す図である。 第5図は従来の陰極管と蛍光膜を用いた記憶装置である
ウイリアムス管を示す図である。 図に於て51はウイリアムス管、52は陰極管、52は電子
銃、54は電子線、55は偏向コイル、56は蛍光膜、57はピ
ックアップ電極、58は増幅・論理回路、1は基板、2は
電極、3は電子銃、4は絶縁層、5は電極C、6は絶縁
層、7は電極B、8は絶縁層、9は電極A、10は電界レ
ンズ、11は絶縁層、12は電子線、13は偏向電極、14は絶
縁層、15f記憶媒体、16は電極、17は記憶領域B、18は
記憶領域A、19は電源、20は電源、21は電源、22は制御
回路、23は電圧形、24は外部バス、25は硝子基板、26は
タングステン薄膜、27はレジスト膜、28はSiO2膜、29は
レジスト膜、30はW針、31はレジスト膜、32はSiO2膜、
33はAl膜、34はSiO2膜、35はAl膜、36はSiO2膜、37はAl
膜、38はSiO2膜、39はCu膜、40はSiO2、41はInSe膜、42
はAl膜、43は電極、44は封入硝子管、45は電子線記憶素
子、46は基板、47は素子、48は電極、60はW(CO)
61はレーザー光、62は塩化タングステン水溶液、63は白
金針である。

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板と、この基板上に形成されこの基板と
    垂直方向に電子線を発射する電子銃と、この電子銃と外
    部電源とを接続する電極と、前記電子銃の周囲に絶縁層
    を介して積層された電界レンズおよび偏向電極と、前記
    電子銃と対向して形成された記憶媒体と、この記憶媒体
    の前記電子銃とは反対側の面に設けられ、電子銃に対し
    て正の電位をかける電極とからなることを特徴とする電
    子線記憶素子。
  2. 【請求項2】基板上に電子銃および電極を形成する金属
    を成長する工程と、該金属を電極形状にパターニングす
    る工程と、パターニングされた金属の電子銃を形成する
    位置にレジストパターンを形成し、該金属をエッチング
    し、電子銃を形成する工程と、該電子銃の上にレジスト
    を塗布し、電子銃以外の領域のレジストを除去する工程
    と、その上に絶縁層を介して電界レンズおよび偏向電極
    を積層し、前記電子銃の上のレジストを除去する工程
    と、前記基板と対向配置させる基板上に電極と記憶媒体
    とを積層する工程と、前記2枚の基板を対向して接着す
    る工程とからなることを特徴とする電子線記憶素子の製
    造方法。
  3. 【請求項3】基板上に電極を形成する工程と、原料ガス
    雰囲気中または、原料金属塩溶液中で前記電極上の電子
    銃形成箇所に光を照射し、選択的に金属を成長させて電
    子銃を形成する工程と、該電子銃の上にレジストを塗布
    し、電子銃以外の領域のレジストを除去する工程と、そ
    の上に絶縁層を介して電界レンズおよび偏向電極を積層
    し、前記電子銃上のレジストを除去する工程と、前記基
    板と対向配置させる基板上に電極と記憶媒体とを積層す
    る工程と、前記2枚の基板を対向に接着する工程とから
    なることを特徴とする電子線記憶素子の製造方法。
  4. 【請求項4】請求項2記載の電子線記憶素子の製造方法
    において、前記電子銃を形成する工程に代えて、原料金
    属塩溶液中で金属針を基板に近付け、電界を掛けること
    により選択的に金属を析出・成長させて電子銃を形成す
    る工程を含むことを特徴とする電子線記憶素子の製造方
    法。
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