УСТРОЙСТВО ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ НА СЕГНЕТОЭЛЕКТРИЧЕСКОМ НОСИТЕЛЕ

Полезная модель относится к технике накопления информации, а более конкретно к устройствам записи информации на сегнетоэлектрическом носителе.
Известно устройство записи информации, содержащее неподвижное основание, жестко связанные с ним трехкоординатный пьезопривод и держатель, установленные один над другим, диэлектрическую пластину, размещенную на держателе и покрытую снизу токопроводящей пленкой, а сверху - диэлектрической наноразмерной пленкой, зонд из электропроводящего материала, закрепленный на торце трехкоординатного пьезопривода таким образом, что его острие находится в непосредственной близости от поверхности диэлектрической наноразмерной пленки, цифро-аналоговый преобразователь, электрически связанный с ним источник импульсного напряжения, обеспечивающий электрическую связь зонда с токопроводящей пленкой, формирователь строк и кадров, управляющий составляющими X и Y трехкоординатного пьезопривода, стабилизатор туннельного зазора, взаимодействующий с составляющей Z трехкоординатного пьезопривода и электрически связанный с зондом и токопроводящей пленкой, и ЭВМ, координирующую работу цифро-аналогового преобразователя, стабилизатора туннельного зазора и формирователя строк и кадров [патент на ПМ №80997 РФ от 27.02.2009 г. (аналог)].
Недостатком аналога является малое время жизни связанного заряда и низкая скорость записи информации, обусловленная необходимостью проведения операции предварительного заряжения диэлектрической пластины в известном устройстве записи информации.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство записи информации на диэлектрическом носителе, содержащее неподвижное основание, жестко связанные с ним координатный пьезопривод и прозрачный держатель, фотодиэлектрическую пластину, размещенную на прозрачном держателе и покрытую снизу прозрачной токопроводящей пленкой, а сверху - диэлектрической наноразмерной пленкой, источник импульсного напряжения, электрически связанный с прозрачной токопроводящей пленкой, блок питания и электрически связанный с ним источник оптического излучения, создающий световой поток, направленный на фотодиэлектрическую пластину, двухканальный цифро-аналоговый преобразователь, один из каналов которого электрически связан с источником импульсного напряжения, а другой канал - с блоком питания, формирователь строк и кадров, управляющий составляющими X и Y координатного пьезопривода, и ЭВМ, координирующую работу двухканального цифро-аналогового преобразователя и формирователя строк и кадров [патент на ПМ №153527 РФ от 27.07.2015 г. (прототип)].
В прототипе потенциальный рельеф находится на открытой поверхности, что приводит к адсорбции влаги и прямому негативному воздействию свободных зарядов внешней ионизованной среды. Более того, сам электретный материал, из которого выполнена диэлектрическая наноразмерная пленка, не предназначен для работы в экстремальных радиационных и климатических условиях, что обусловлено рекомбинацией связанных зарядов записанной информации со свободными зарядами, возникающими в результате ионизации как окружающей воздушной среды, так и диэлектрической наноразмерной пленки. Также при повышенной температуре ускоряются процессы релаксации связанных зарядов.
Таким образом, недостатком прототипа является нестабильность записанной информации при воздействии экстремальных факторов внешней среды, что не позволяет ему работать в условиях проникающей радиации, повышенных температур и влажности.
В основу полезной модели положена задача обеспечения сохранности записанной информации при воздействии проникающей радиации, повышенных температур и влажности.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве записи информации на диэлектрическом носителе, содержащем неподвижное основание, жестко связанные с ним координатный пьезопривод и прозрачный держатель, фотодиэлектрическую пластину, размещенную на прозрачном держателе и покрытую снизу прозрачной токопроводящей пленкой, а сверху - диэлектрической наноразмерной пленкой, источник импульсного напряжения, электрически связанный с прозрачной токопроводящей пленкой, блок питания и электрически связанный с ним источник оптического излучения, создающий световой поток, направленный на фотодиэлектрическую пластину, двухканальный цифро-аналоговый преобразователь, один из каналов которого электрически связан с источником импульсного напряжения, а другой канал - с блоком питания, формирователь строк и кадров, управляющий составляющими X и Y координатного пьезопривода, и ЭВМ, координирующую работу двухканального цифро-аналогового преобразователя и формирователя строк и кадров, согласно предложенной полезной модели блок питания и источник оптического излучения выполнены импульсными, источник оптического излучения закреплен на торце координатного пьезопривода таким образом, что световой поток направлен на прозрачный держатель и перпендикулярен его поверхности, источник оптического излучения создает остросфокусированный световой поток для формирования тонкого электропроводящего канала в фотодиэлектрической пластине, диэлектрическая наноразмерная пленка выполнена из сегнетоэлектрического материала, устройство дополнительно содержит: синхронизирующую электрическую связь между источником импульсного напряжения и блоком питания; защитный электрод, покрывающий диэлектрическую наноразмерную пленку; заземление, электрически связанное с защитным электродом.
Выполнение блока питания и источника оптического излучения импульсными позволяет создавать интенсивный световой поток короткой длительности.
Закрепление источника оптического излучения на торце координатного пьезопривода таким образом, что световой поток направлен на прозрачный держатель и перпендикулярен его поверхности, обеспечивает попадание светового потока в фотодиэлектрическую пластину и его перемещение по всей площади фотодиэлектрической пластины.
Остросфокусированный световой поток реализует локализованное электрическое шунтирование фотодиэлектрической пластины за счет формирования во время записи тонкого электропроводящего канала, возникающего при облучении фотодиэлектрической пластины узким нерасходящимся лучом в присутствии внешнего электрического поля, приложенного между прозрачной токопроводящей пленкой и защитным электродом.
Выполнение диэлектрической наноразмерной пленки из сегнетоэлектрического материала, например цирконата-титаната свинца (ЦТС), обеспечивает устойчивость остаточной поляризации к экстремальным радиационным и климатическим условиям.
Введение синхронизирующей электрической связи между блоком питания и источником импульсного напряжения позволяет добиться одновременного прохождения процессов генерации электрического сигнала записи и возбуждения светового потока.
Защитный электрод, покрывающий диэлектрическую наноразмерную пленку, исключает негативное воздействие влажности внешней среды и уменьшает дестабилизирующее влияние ионизирующего излучения за счет экранирования зарядов внешней среды.
Заземление, электрически связанное с защитным электродом, обеспечивает стекание на землю свободных зарядов, возникающих при ионизации внешней среды и объема диэлектрической наноразмерной пленки, а также стекание статического электричества.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематично изображено устройство записи информации на сегнетоэлектрическом носителе.
Устройство записи информации на сегнетоэлектрическом носителе содержит неподвижное основание 1, жестко связанные с ним координатный пьезопривод 2 и прозрачный держатель 3. На прозрачном держателе 3 размещена фотодиэлектрическая пластина 4, покрытая снизу прозрачной токопроводящей пленкой 5, а сверху - диэлектрической наноразмерной пленкой 6. Прозрачная токопроводящая пленка 5 электрически связана с источником импульсного напряжения (ИИН) 7. Также устройство содержит блок питания (БП) 8 и электрически связанный с ним источник оптического излучения (ИОИ) 9, выполненные импульсными. Источник оптического излучения 9 создает световой поток 10, направленный на фотодиэлектрическую пластину 4. Источник импульсного напряжения 7 и блок питания 8 электрически связаны с отдельными каналами двухканального цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) 11. Составляющими X 12 и Y 13 координатного пьезопривода 2 управляет формирователь строк и кадров (ФСК) 14. Работу двухканального цифро-аналогового преобразователя 11 и формирователя строк и кадров 14 координирует ЭВМ 15. Источник оптического излучения 9 закреплен на торце 16 координатного пьезопривода 2 таким образом, что световой поток 10 направлен на прозрачный держатель 3 и перпендикулярен его поверхности 17. Источник оптического излучения 9 создает остросфокусированный световой поток 10 для формирования тонкого электропроводящего канала 18 в фотодиэлектрической пластине 4. Диэлектрическая наноразмерная пленка 6 выполнена из сегнетоэлектрического материала.
Устройство дополнительно содержит:
- синхронизирующую электрическую связь 19 между источником импульсного напряжения 7 и блоком питания 8;
- защитный электрод 20, покрывающий диэлектрическую наноразмерную пленку 6;
- заземление 21, электрически связанное с защитным электродом 20.
Устройство записи информации на сегнетоэлектрическом носителе работает следующим образом.
В соответствии с заданной программой посредством двухканального цифро-аналогового преобразователя 11 ЭВМ 15 управляет источником импульсного напряжения 7 и блоком питания 8.
Во время записи информации источник импульсного напряжения 7 подает положительный или отрицательный электрический импульс записи на прозрачную токопроводящую пленку 5. В результате между заземленным защитным электродом 20 и прозрачной токопроводящей пленкой 5 возникает электрическое поле. Благодаря синхронизирующей электрической связи 19 в это же время блок питания 8 посылает электрический импульс источнику оптического излучения 9, где возбуждается интенсивный остросфокусированный световой поток 10 короткой длительности, направленный на прозрачный держатель 3 перпендикулярно его поверхности 17. Проходя через прозрачные держатель 3 и токопроводящую пленку 5, остросфокусированный световой поток 10 попадает в фотодиэлектрическую пластину 4. В области проникновения светового потока 10 происходит локализованное электрическое шунтирование фотодиэлектрической пластины 4 за счет формирования в ней тонкого электропроводящего канала 18. Последний замыкает электрическую цепь: источник импульсного напряжения 7 - прозрачная токопроводящая пленка 5 - фотодиэлектрическая пластина 4 - диэлектрическая наноразмерная пленка 6 из сегнетоэлектрического материала - защитный электрод 20 - заземление 21, что способствует переключению сегнетоэлектрика за счет ориентировки дипольных моментов элементарных ячеек в направлении вектора напряженности внешнего электрического поля. Таким образом, локальная область диэлектрической наноразмерной пленки 6 поляризуется в соответствии с полярностью поданного электрического импульса.
При хранении записанной информации, ввиду отсутствия остросфокусированного светового потока 10 и напряжения между защитным электродом 20 и прозрачной токопроводящей пленкой 5, диэлектрические свойства фотодиэлектрической пластины 4 восстанавливаются. При исчезновении внешнего электрического поля состояние поляризации локальной области диэлектрической наноразмерной пленки 6 в значительной степени сохраняется, причем на протяжении очень длительного времени (т.н. остаточная поляризация сегнетоэлектрика).
Запись информации по всей площади диэлектрической наноразмерной пленки 6 осуществляется посредством формирователя строк и кадров 14 и координатного пьезопривода 2, жестко связанного с неподвижным основанием 1. В соответствии с заданной программой формирователь строк и кадров 14 управляет составляющими X 12 и Y 13 координатного пьезопривода 2, на торце 16 которого закреплен источник оптического излучения 9.
Таким образом, запись информации осуществляется путем последовательного создания локальных областей в объеме диэлектрической наноразмерной пленки 6, вектор поляризации каждой из которых может принимать два противоположно ориентированных направления, что позволяет различать записанную информацию как логические «1» и «0».
Сохранение записанной информации в условиях дестабилизирующего воздействия ионизирующего излучения, повышенных температур и влажности обеспечивается за счет выполнения диэлектрической нанормазмерной пленки 6 из сегнетоэлектрического материала и наличия защитного электрода 20, электрически связанного с заземлением 21. Сегнетоэлектрический материал по своей природе отличается высокой стойкостью к радиационному излучению. Рабочая температура неорганических сегнетоэлектриков значительно выше рабочей температуры электретных материалов, используемых в прототипе. Заземленный защитный электрод 20 снижает дестабилизирующее влияние ионизирующего излучения и статического электричества, исключает негативное воздействие влажности внешней среды и обеспечивает стекание на землю свободных зарядов, возникающих во время ионизационных процессов.
Предложенное устройство обеспечивает сохранность записанной информации при воздействии проникающей радиации, повышенных температур и влажности, увеличивая надежность хранения информации.