Brevet FR2134042A1 — publié le 19721201

i 2134042 L'invention concerne un réseau de photodétecteurs et, plus particulièrement, un réseau de paires de photodétecteurs. Un article intitulé "An Optical Read-Write Mass Memory" de J.A. Rajchman se trouvant dans "Applied Optics, Vol. 9, p. 2269, et un article 5 intitulé "Optics for a Read-Write Holographie Memory" de W.C. Stewart and L.S. Cosentino se trouvant à la page 2271 du même périodique, décrit un système de mémoire d'ordinateur comportant une mémoire à "page" semi-conductrice à accès aléatoire et électrique. La mémoire à page semi-conductrice comporte un réseau plan de bascules accessibles électriquement pour enregistrer 10 un nombre correspondant de bits binaires d'information. En outre, chaque bascule comporte un photodétecteur permettant de positionner la bascule en réponse à la lumière reçue, ainsi qu'un tube lumineux commandé par l'état de la bascule. Une source de lumière laser, un déflecteur lumineux ainsi qu'un système optique holographique créent un hologramme du réseau de tubes 15 lumineux sur l'unede nombreuses petites surfaces d'un support d'enregistrement holographique effaçable. Ensuite, l'hhlogramme peut être éclairé pour recréer et projeter l'image du réseau de tubes lumineux sur le réseau de photodétecteurs , pour renvoyer l'information aux bascules dans la mémoire à page semi-conductrice. De cette façon, cette mémoire est utilisée comme 20 une unité d'entrée-sortie électrique, à raison d'une page à la foiSj pour un grand nombre de pages d'information enregistrées optiquement sur le support d*enregistrement holographique effaçable.' Dans le système de mémoire décrit, l'information lue à partir du support d'enregistrement holographique est dirigée sous la forme d'un 25 réseau de spots lumineux binaires vers le réseau de photodétecteurs dais la mémoire à page semi-conductrice, pour positionner les bascules à des états représentant l'information. Cet échantillon lumineux est relativement faible, et les spots lumineux ne sont pas aussi précis et bien définis qu'il serait souhaitable. Ceci accroît la nécessité d'une sensibilité élevée et d'une 30 bonne discrimination dans les bascules à commande par photodétecteurs. Il a par conséquent été proposé de réaliser chaque bascule avec deux photodétecteurs branchés selon une manière différentielle ou équilibrée, de manière que la bascule soit positionnée à l'état "1" lorsque la lumière d'entrée frappe un photodétecteur, et à l'état "0" lorsque cette lumière 35 frappe l'autre photodétecteur. Une telle cellule de mémoire positionnable optiquement et équilibrée est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique N° 3.624.419 de Walter F. Kosonocky. Ce circuit comporte deux 72 14287 2134042 transistors â effet de champ à gâchette isolée, et à couplage croisé, et deux photodiodes branchées de façon équilibrée ou symétrique pour commander l'état des transistors en réponse à la différence entre deux signaux lumineux d'entrée. Le circuit équilibré est plus sensible que les montages 5 connus de 1'art antérieur fonctionnant en réponse à la présence ou à l'absence d'un seul signal lumineux d'entrée. Les spots lumineux binaires,envoyés par le support d'enregistrement holographique aux photodétecteurs> sont quelque peu diffusés ou étalés de manière que la lumière concernant un photodétecteur puisse frapper un 10 photodétecteur adjacent. Lorsque les deux photodétecteurs constituent une paire d'entrées pour un circuit bistable, la dispersion de la lumière provenant d'un photodétecteur sur l'autre photodétecteur de la paire est un "bruit" ordinaire , supprimé par la nature équilibrée ou différentielle du circuit. Cependant, la dispersion de la lumière vers les photodétecteurs 15 adjacents d'autres paires peut interférer avec le fonctionnement correct du système, et peut nécessiter entre les photodétecteurs et les circuits bistables un espacement supérieur à celui souhaité. Conformément à un exemple de l'invention, un réseau de paires de photodétecteurs est disposé de façon que chaque photodétecteur individuel 20 soit équidistant des deux photodétecteurs d'une paire adjacente de photodétecteurs. Par conséquent, la lumière destinée au photodétecteur individuel, qui se dirige vers la paire adjacente, est supprimée sous la forme d'un bruit ordinaire». En outre, la lumière destinée à la paire de photodétecteurs qui éclaire le photodétecteur individuel est équilibrée par la 25 dispersion de la lumière vers l'autre photodétecteur de la paire, cette lumière étant destinée à une autre paire de photodétecteurs. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description quiva suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel : 30 - la figure 1 est un schéma de paires de photodétecteurs reliées chacune à un circuit bistable et disposées de façon que l'effet de la lumière destinée à un photodétecteur individuel, qui se dirige vers un photodétecteur adjacent, soit annulé ; - la figure 2 est un schéma illustrant la dispersion non souhaitable 35 d'un spot lumineux incident du signal d'information ; - la figure 3 est un schéma de circuit bistable comportant des diodes photodétectrices permettant de positionner les circuits optiquement à l'état "1" ou à l'état "0" : 72 14287 3 2134042 - la figure 4 est une vue en plan d'un mode de réalisation de circuit intégré pour le circuit de la figure 3 ; - la figure 5 est une vue en coupe prise le long de la ligne 5-5 de la figure 4 ; et - la figure 6 estin schéma permettant d'expliquer comment éviter les effets marginaux dans le réseau. La figure 1 permet de décrire un montage physique d'éléments de mémoire, comportant chacun un circuit bistable et une paire de photodétecteurs espacés l'un de l'autre. Les photodétecteurs sont représentés par des cercles. Les deux photodétecteurs de chaque paire sont reliés par une diagonale qui représente un circuit semi-conducteur bistable correspondant. Par conséquent, chaque symbole'^double" représente un élément de mémoire bistable positionnable optiquement tel que ceux illustrés sur les figures3, 4 et 5. Sur la figure 1, les photodétecteurs individuels sont disposés selon une surface rectangulaire de rangées et de colonnes. Les photodétecteurs des rangées alternées sont représentés par B, et les photodétecteurs des rangées intermédiaires sont représentés par A. Chaque paire de photodétecteurs comporte un photodétecteur À et un photodétecteur B reliés par une diagonale représentant les circuits bistables. Chaque photodétecteur A forme une paire avec un photodétecteur B qui est situé dans une rangée adjacente et une colonne adjacente. Le montage des paires de photodétecteurs peut être décrit comme un montage dans lequel les paires sont disposées en 'fchevrons" entrelacés". Chaque photodétecteur est équidistant des deux photodétecteurs d'une paire adjacente. C'est-à-dire que le photodétecteur A^ est équidistant du photo-détecteur A2 et B2 de la paire adjacente. De façon similaire, le photodétecteur B^ est équidistant des photodétecteurs A^ et B^ de la paire adjacente. Ceci s'applique également à l'emplacement de chaque photodétecteur individuel par rapport à une paire adjacente de photodétecteurs Cependant, un cas spécial se produit à la pérfchérie du réseau. C'est-à-dire que les photodétecteurs situés sur les bords du réseau ne peuvent pas recevoir la lumière dispersée d'équilibrage^ de tous les côtés. Ce problème peut être résolu en dirigeant 1'éclairement vers les spots situés lî ls périphérie du réseau, en des emplacements où devraient se trouver des photodétecteurs adjacents. 72 14287 t, 2 T 340 42 La figure 6 représente un'réseau de paires de photodétecteurs quatre par quatre, dans lequel les paires de photodétecteurs sensibles à l'information sont représentées par des points pleins reliés par des traits pleins. Les positions des paires absentes à la périphérie, nécessaires pour 5 l'équilibrage, sont représentées par des cercles vides. Les paires d'informations sont équilibrées si un côté de chaque paire périphérique (tel que les côtés représentés par un "X") est éclairé par la lumière drintensité du signal provenant d'une source. La source (non représentée), d'où provient la lumière information qui est dirigée vers le réseau de photodétecteurs, peut 10 comporter un dispositif pour projeter cette lumière vers les emplacements marqués "x". Si le système de mémoire est tel que décrit dans le périodique "Applied Optics", dans lequel chaque élément de mémoire comporte non seulement une paire de photodétecteurs et un circuit bistable semi-conducteur, mais 15 encore une paire de tubes lumineux correspondant aux photodétecteurs, le réseau des éléments de mémoire peut comporter les éléments de mémoire périphériques représentés sur la figure 6, le circuit bistable de chaque élément étant fixé de façon permanente dans un état, tel que l'état dans lequel les tubes lumineux, disposés aux emplacements marqués "x", sont "buverts" en 20 permanence. Puis, les états fixes des éléments de mémoire périphériques sont enregistrés avec -l'information comportant les états des éléments intérieurs de la mémoire sur un support d'enregistrement électrooptique au bismuth et au manganèse (non représenté), et les signaux optiques reproduits à partir du support d'enregistrement éclairent le réseau de la figure' 6, de manière 25 à produire des effets d'équilibrage de la lumière pour tous les éléments de mémoire sensibles à l'information. La figure 2 permet de décrire la nature des signaux lumineux d'entrée frappant chaque photodétecteur dans la surface de la figure 1. La taille du spot lumineux primitif,enregistré sur un support d'enregistrement 30 holographique dans le système de mémoire de masse, peut Être représentée par le cercle hachuré ayant un diamètre "d". Lorsque l'information enregistrée graphiquement est lue à partir du support d'enregistrement et dirigée vers l'un des photodétecteurs représentés sur la figure 1, la répartition de la lumière peut avoir une intensité I telle qu'une quantité appréciable de 35 lumière soit dispersée à l'intérieur de la surface d'un cercle ayaitt tin diamètre D. Par conséquent, la lumière destinée à un photodétecteur peut s'étendre à, et affecter, un photodétecteur adjacent. 72 14287 5 2134042 Bien que l'effet de diffusion ou d'agrandissement du signal de spot lumineux puisse être compensé en plaçant les photodétecteurs suffisamment éloignés l'un de l'autre, ceci présente un inconvénient en ce sens que la densité d'enregistrement de bits pouvant être atteinte sur le support d'enregistrement holographique est réduite. Cette densité pouvant être atteinte sur le support est proportionnelle au carré du rapport du diamètre de spot de bit à l'espace bit à bit des tubes lumineux à travers lesquels la lumière est projetée pour créer les hologrammes sur le support d'enregistrement holographique. Lorsque l'espace entre bits croît, la densité d'enregistrement de bits décroît. Le réseau de photodétecteurs doit avoir les mêmes proportions que le réseau des tubes lumineux. Par conséquent, un espacement faible entre les bits dans le système peut être atteint lorsque le réseau de photodétecteurs est disposé selon le schéma de la figure 1, de manière que l'effet de la lumière destinée à un photodétecteur donné, qui se disperse vers un photodétecteur adjacent, n'affecte pas l'élément de mémoire bistable semi-conducteur relié à ce photodétecteur adjacent. On se référera maintenant aux figures 3, 4 et 5 pour une description d'un élément de mémoire semi-conducteur comportant un circuit à bascule bistable et deux photodétecteurs correspondant à chaque symbole "double" de la figure 1, et ceci à titre d'exemple. La figure 3 est un sché ma d'un circuit., bistable positionnable optiquement et électriquement ou d'une bascule. Chaque symbole "double" de la figure 1 peut être constitué par la partie de la figure 3 renfermée dans le rectangle en traits interrompus 6. Le reste de la figure 3 est commun avec tout le réseau de la figure 1. La partie de bascule du circuit comporte des transistors et à couplage croisé, et des transistors à impédance de charge T.. et Tg pour les transistors et T2, respectivement. Les transistors Tj et Tg sont reliés à une source commutable de potentiel de polarisation pouvant appliquer soit un potentiel de pdarisation -V soit un potentiel de référence ou le potentiel de la masse. Les transistors T^, T2, et Tg sont représentés sous la forme de transistors à effet de champ à gâchette isolée du type P, MOS (métal-oxyde-semi-conducteur). Chaque transistor comporte, comme représenté pour le transistor T2j une source 7, un drain 8, et une gâchette 9. Le circuit décrit comportant les transistors T-^, T2, T,. et Tg constitue- un circuit bistable connu ou bascule. La bascule est représentée branchée comme une cellule de mémoire dans un réseau de cellules qui comporte un dispositif pour enregistrer électriquement un bit d'information dans la cellule de mémoire et lire 72 14287 2 T 3 404 2 un bit d'information à partir da cette cellule. Le,moyen d'accès comporte un circuit de commande numérique'et.de détection J>S^ relié à une ligne dQ de colonne numérique, et un circuit excitateur numérique de détection DS^ relié à une ligne d^ de colonne numérique. Le moyen d'accès comporte 5 également un excitateur de mots WQ relié à une ligne de rangée de mots, et un excitateur de mots relié à une ligne de rangée de mots. Les lignes de mots séparées wq et sont représentées sur la figure 3, car elles peuvent Stre nécessaires pour assurer la symétrie géométrique dans le circuit réel, tel que le circuit de la figure 4. Sans quoi, un excitateur de mots 10 unique et une ligne de mots unique peuvent remplacer les excitateurs Wq et et les lignes de mots et w^. La ligne numérique d^ est couplée à travers un transistor T^ au drain 22 ou à la sortie A du transistor T^, et à la gâchette 9 du transistor Tg. ke transistor est validé par un signal appliqué à sa gâchette 15 provenant de la ligne de mots w^. La ligne numérique d^ est couplée à travers un transistor T^ au drain 8 ou à la sortie B du transistor Tg, et à la gâchette 11 du transistor T^. Le transistor est validé par un signal provenant de la ligne de mots w^. Le circuit de la figure 3 comporte également un photodétecteur 20 se présentant sous la forme d'une diode PN Dg ayant, d'une part, une anode 13 reliée au drain 22 ou sortie A du transistor Tp et à la gâchette 9 du transistor Tg et, d'autre part, une cathode 14 reliée à un point de référence de potentiel constitué par le substrat au silicium du transistor T-^. Lorsque le circuit est réalisé sous forme intégrée, le substrat de silicium est 25 commun également aux transistors Tg à Tg. L' anode d'une seconde photodiode est reliée au drain 8 du transistor Tg et à la gâchette du transistor T^. Les figures 4 et 5 représentent une réalisation physique de l'élément de mémoire positionnable électriquement et optiquement représenté sur le circuit de la figure 3. Le circuit est réalisé sur un substrat en 30 silicium de type N 20, dans lequel des régions de silicium pf sont formées pour servir de source et de drain pour les transistors. Les régions P+ et les régions comprises entre elles sont recouvertes d'une couche de bioxyde de silicium, SiOg, permettant l'isolement électrique. Des gâchettes conductrices sont formées sur les régions isolées entre les sources et les 35 drains respectifs. Des conducteurs électriques, formés sur la couche de bioxyde de silicium,comportent des régions de contact, telles que 24, traversant des ouvertures pratiquées dans la couche de 'bioxyde de silicium jusqu'aux régions pf situées au-dessous. 72 14287 2134042 Les transistors T à T représotés sur la figure 3 sont i 6 indiqués sur la figure:4 par les mêmes références T^ à Tg. Sur les figures 4 et 5, le transistor T^ comporte une source de type P+ 21, séparée d'un drain de type P+ 22. Une couche mince de bioxyde de silicium recouvrant la 5 surface comprise entre la source 21 et le drain 22 forme une région isolante au-dessus de laquelle est disposée une gâchette conductrice 11. Les lignes conductrices numériques d^ et d^ sont représentées au-dessus de la couche en bioxyde de silicium. Une ligne de terre g. est représentée sur la couche en bioxyde de silicium, avec une région de contact 24 traversant la couche 10 de bioxyde de silicium pour réaliser le contact électrique avec le matériau P+ formant la source 21 du transistor T-,. Les transistors T_ et T,, ainsi 1 3 4 que les transistors à-impédance de charge T^ et Tg, sont également représentés sur la figure 4. Les transistors Tj et Tg ont des dimensions importantes et une 15 impédance faible par rapport aux transistors T^ et T^ qui, à leur tour, ont des dimensions importantes et une impédance faible par rapport aux transistors à impédance de charge T^ et Tg. L'impédance d'un transistor métal-oxyde-semi-conducteur est déterminéepar le rapport de la largeur du canal à la longueur du canal. En fonction de ces considérations, les 20 transistors T-^ et Tg de la figure 4 présentent des canaux relativement larges et courts. En outre, les transistors T^ et T^ ont des canaux relativement étroits et longs. Le drain 22 du transistor T^ est représenté sur les figures 4 et 5 comme un matériau P+ situé le long du substrat de type N 203 sur une surface 25 rectangulaire relativement importante pour former la photodiode Dg. le matériau P+ de cette surface forme l'anode 13 de la photodiode Dg, et le matériau de substrat de type N 20 forme 1 â"- cathode 14 de la photodiode D. ■ f'v* La surface importante du matériau P+ formant la photodiode Dg est recouverte d'une couche mince de bioxyde de silicium ayant une épaisseur égale à un 30 quart de longueur d'onde du signal lumineux Lg, de manière que les réflexions du signal luminëuxà la surface du silicium soient réduites. La photodiode D^ est réalisée de façon similaire au transistor Tg pour Être symétrique par rapport à la photodiode Dg et au transistor T^. Pour terminer la description de structure, la surface du fond 35 du silicium de type N 20 peut comporter une couche mince N+ 26 sur laquelle est formée une couche métallique à la terre 28. Cette couche 28 est reliée extérieurement au conducteur de terre £ sur la surface supérieure du circuit intégré. La réalisation des circuits intégrés métal-oxyde-semi-conducteur 72 14287 8 2Î34Q42 étant généralement connue, il n'est pas nécessaire d e décrire plus en détail.le montage des figures 4 et 5. Lors du fonctionnement du montage de la figure 1, le signal lumineux numérique frappant une paire de photodétecteurs est tel que la lumière est dirigée vers un photodétecteur A lorsque l'information binaire transportée est un "1", et que la lumière est dirigée vers le photodétecteur B de la paire lorsque l'information binaire transportée est un "0". Le circuit bistable commandé par la paire respective de photodétecteurs est sensible de façon différentielle aux photodétecteurs pour enregistrer soit un "1" soit un "0". C'est-à-dire que le circuit est positionné à l'état "1" lorsque la lumière frappant le photodétecteur A a une intensité supérieure à la lumière frappant le photodétecteur B de la paire. Par conséquent, l'élément de mémoire supprime effectivement le signal lumineux d'entrée ordinaire constitué par les quantités égales de lumière qui peuvent frapper les deux photodétecteurs d'une paire. La lumière destinée au photodétecteur A^ peut également comporter de la lumière diffusée qui vient frapper les photodétecteurs de la paire adjacente Ag et B^. Puisque cette lumière affecte également les photodétecteurs Ag et Bg, l'effet de la lumière diffusée est supprimé dans l'élément de mémoire comportant les photodétecteurs A^ et Bg. De façon similaire, la lumière destinée au jiiotodétecteur B^, qui se disperse sur les photodétecteurs A^ et B^, est supprimée dans les circuits de l'élément de mémoire correspondant. Le montage de photodétecteurs représnté sur la figure 1 permet en outre d'annuler la lumière dispersée. C'est-à-dire que la lumière destinée au photodétecteur A^ et la lumière destinée au photodétecteur B^ se disperse et atteint le photodétecteur B^. La quantité de lumière atteignant ainsi le photodétecteur B^ est constante, car le photodétecteur A^ ou le photodétecteur B-^ est éclairé pour représenter un "1" ou un "0". La quantité de lumière destinée aux photodétecteurs A^ ou B^, qui se disperse et atteint le photodétecteur B^, est équilibrée par la lumière destinée aux photodétecteurs A^'ou^B^ qui se disperse et atteint le photodétecteur A^. Il apparaît donc que l'élément de mémoire comportant les photodétecteurs A^ et B^ reçoit des quantités égales de lumière dispersée qui sont supprimées dans le circuit bistable associé aux photodétecteurs A^ et B^. Ce qui a été dit concernant la suppression de la lumière diffusée par rapport aux photodétecteurs A-^, B^ à A^, B^ s'applique également à tous les photodétecteurs 72 14287 9 2134042 du réseau. Il apparaît donc que le montage de la figure 1 permet aux éléments de mémoire de posséder une bonne densité pour l'enregistrement d'une grande quantité d'information numérique, tout en empêchant la lumière destinée à un photodétecteur particulier d'affecter les photodétecteurs adjacents. Il va de soi que l'invention décrite est susceptible de nombreuses modifications ou variantes, sans pour autant sortir de son cadre. 72 14287 2134042 REVENDIC ATIONS 1. Réseau de paires de photodétecteurs dans lequel les photodétecteurs de chaque paire sont sensibles à un signal lumineux différentiel ; caractérisé en ce que les paires de photodétecteurs sont disposées dans le réseau, de façon que chaque photodétecteur individuel soit équidistant des deux photodétecteurs d'une paire adjacente de photodétecteurs. 2. Réseau selon la revendication 1, caractérisé en ce que les photodétecteurs individuels sont disposés en rangées et colonnes et en ce que les deux photodétecteurs individuels de chaque paire de photodétecteurs se trouvent dans des rangées et colonnes adjacentes différentes. 3. Réseau selon la revendication 1, dans lequel les photodétecteurs sont disposés en rangées et colonnes orthogonales qui se croisent; et caractérisé en œ que la moitié des paires de photodétecteurs sont parallèles à une première diagonale prise à travers les rangées et colonnes, et l'autre moitié des paires de photodétecteurs sont parallèles à la seconde diagonale prise à travers les rangées et les colonnes. 4. Réseau selon la revendication 3, caractérisé en ce que chaque paire de photodétecteurs est parallèle à la première diagonale et est entourée par quatre paires de photodétecteurs parallèles chacune à la seconde diagonale.