СПОСОБ СТИРАНИЯ ЗАПИСАННОЙ ИНФОРМАЦИИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF ERASING RECORDED INFORMATION AND DEVICE FOR REALISING SAID METHOD

Изобретение относится к технике приборостроения и может быть использовано для стирания записей с неоднородных полупроводниковых носителей информации (микросхем), в частности устройств энергонезависимой памяти, флэш-памяти и т.п.
Типичная ячейка флэш-памяти состоит из транзисторов особой архитектуры и не содержит конденсаторов, чем она и отличается от других типов полупроводниковой памяти. Ячейка флэш-памяти прекрасно масштабируется. Данные флэш-память хранит в ячейках памяти и при отключенном питании. Записанная на флэш-память информация может храниться длительное время и способна выдерживать значительные механические нагрузки, в силу ее защищенности от внешних воздействий.
тн
Основной принцип работы полупроводниковых устройств энергозависимой памяти состоит в хранении заряда в изолированном затворе, например, МОП-транзистора. Если в изолированном затворе хранится заряд, то пороговое напряжение U транзистора может изменяться между двумя значениями - «0» и «1». Пороговое напряжение изменяется в зависимости от величины заряда, хранимого в изолированном затворе на определенном расстоянии от него [1].
Информация, содержащаяся в устройстве, обнаруживается путем приложения напряжения к затвору, значение которого лежит между двумя возможными пороговыми значениями напряжений. В одном состоянии транзистор проводит ток, в то время как в другом не проводит, заперт. В устройстве хранения заряда с изолированным затвором транзистора осуществляется двумя способами. Один основан на хранении заряда в проводящем или полупроводящем слое, окруженном диэлектриком, обычно окисью кремния [1], с плавающим затвором [2, 3]. Другой тип приборов основан на хранении заряда на дискретных центрах (ловушках) соответствующего диэлектрического слоя. Эти устройства обычно называют приборами захвата [4, 5].
тн
Для стирания записанной информации в виде остаточной проводимости необходимо восстановить исходную величину потенциального барьера для носителей заряда, пороговое напряжение которого U равно значению стертого состояния, предшествующему значению записи. Это означает, что должен произойти процесс, при котором заряд Qт, хранимый на дискретных центрах или плавающем затворе на расстоянии L, от затвора должен, как минимум, принять значение, равное «0», а фиксированные значения заряда на поверхности раздела, например, кремний-изолятор и заряд в обедненном слое кремния принять исходное значение, предшествующей записи.
По истечении времени происходит естественный процесс восстановления, длительность которого велика и является временем существования остаточной проводимости, т.е. временем заполнения информации. Информация, записанная на флэш-память, может храниться длительное время (20-100 лет). Стирание информации представляет собой процесс восстановления состояния предшествующей записи.
Наиболее распространенным способом стирания записи являются аппаратные, физические повреждения чипа механическими методами (удар, прокол), освещение носителя ИК-светом и нагревом до температуры, выше которой происходит повреждение информации, адсорбирование пара или газа на носитель и затем десорбирование путем приложения электрического поля.
Известен способ стирания путем освещения носителя ИК-светом и нагреванием до температуры, выше которой происходит повреждение информации [6]. Недостатком этого способа является то, что он только ускоряет процесс восстановления равновесного заполнения, однако для надежной степени стирания необходимы мощные источники ИК-света, низкая энергетическая эффективность. Для реализации способа требуется специальное дорогостоящее оборудование и высокоточный контроль над температурой нагревания носителя информации, что технически трудно осуществимо [7], а незначительное превышение температуры приводит к необратимому изменению свойств носителей и к повторному термовозбуждению остаточной проводимости, время стирания, которое определяется временем, затрачиваемым для нагревания носителя информации.
Известен способ [8] стирания записи, при котором на неоднородный полупроводниковый слой адсорбируют пар или газ, формируют р-связь с полупроводником n-типа или n-связь с полупроводником р-типа, после чего осуществляют процесс десорбирования. Этот способ является энергоемким, а недостатком этого способа является то, что время стирания определяется временем осуществления операций адсорбирования, десорбирования и временем подготовки для проведения этих операций. Перед операцией адсорбирования полупроводниковый слой помещают в специальную вакуумную камеру при определенном давлении, остаточную проводимость возбуждают светом от лампы накаливания (в течение 20-60 с), контролируют проводимость слоя, затем осуществляют адсорбацию в камере при изменении давления паров (в течение 1 с). Для осуществления десорбации понижают давление в камере до начального значения. В данном способе стирание осуществляется за счет импульса давления адсорбата, поэтому наличие герметичной камеры и специального оборудования обязательно.
Недостатком этого способа является ограниченная область применения. Этот способ применим только для стирания записанной информации на безкорпусных полупроводниковых носителях, обладает низкой энергетической эффективностью, для реализации требуется дорогостоящее оборудование, большое время стирания записи и качество стирания зависит от точного выполнения в определенной последовательности большого количества сложно контролируемых операций.
Известен способ стирания записи путем приложения электрического поля к носителю информации. Он облегчает процесс переноса носителей через барьер для восстановления исходной величины барьера [9]. Недостатком этого способа является то, что он обеспечивает относительно низкое качество стирания, он только ускоряет процесс восстановления, и наибольшая степень стирания достигается в случае подачи высокого напряжения на выводы микросхемы. А это позволяет либо полностью уничтожить систему адресации микросхемы или вызвать повторное электровозбуждение остаточной проводимости. Этот способ ограниченно применим для стирания записи с неоднородных полупроводниковых носителей информации с последовательным доступом, например USB. В этом случае подача высокого напряжения может привести к повреждению некоторых связей внутри микросхемы, не повредив при этом записанную информацию, которая в дальнейшем, при наличии специального оборудования, может быть восстановлена.
Наиболее близким аналогом способа является способ стирания записи методом квантомеханического туннелирования Фаулера-Нордхейна (Fouler-Nordhein) [10, 11], путем снятия заряда с «плавающего» затвора, помещенного в ячейку памяти методом инжекции «горячих» электронов. При эффекте туннелирования используются волновые свойства электрона. Сам эффект заключается в преодолении электроном потенциального барьера малой «толщины» [12]. При стирании записей высокое напряжение подается на исток МОП-транзистора. На управляющий затвор выборочно (опционно) подается высокое отрицательное напряжение. Электроны туннелируют на исток. Преодолеть потенциальный барьер и слой диэлектрика обычным способом электрон не может, так как ему не хватает энергии. Но при создании определенных условий электрон проскакивает слой диэлектрика (туннелирует сквозь него), создавая ток.
Известно три основных типа доступа к флэш-памяти:
- произвольный асинхронный (Conventional) доступ к ячейкам памяти;
- синхронный (Burst), данные читаются параллельно, блоками по 16 или 32 слова, считанные данные передаются последовательно;
- асинхронный (Page), по 4 или 8 слов.
Для обеспечения доступа к флэш-памяти необходим программно-аппаратный комплекс хост, контроллер-посредник между хостом и устройствами на шине. Программные функции (перечисление устройств и их конфигурирование, управление энергопотреблением, процессами передачи, устройствами на шине и самой шиной) возложены на операционную систему.
Наиболее распространенной операционной системой, в которой реализована поддержка доступа к флэш-памяти в полном объеме, является Windows 98 Second Edition.
Недостатком этого способа стирания записи с устройств энергозависимой памяти, флэш-памяти, является низкая энергетическая эффективность, для стирания информации необходимо иметь программно-аппаратный комплекс, операционную систему, определенный тип доступа к памяти, который определяет относительно большое время стирания информации, возможность восстановления информации при использовании программно-аппаратных средств ПЭВМ.
Общим недостатком указанных выше способов является низкое качество стирания информации с неоднородных полупроводниковых носителей информации с энергонезависимой памятью, защищенных от внешних воздействий, большие энергоемкость и время стирания записанной информации и необходимость дополнительного дорогостоящего оборудования.
-3
-1
-1
-1
св
Известно устройство для стирания записанной информации на неоднородных полупроводниковых носителях [8]. Оно содержит: затемненную вакуумную камеру, устройство для создания пара, компрессор для изменения давления паров, лампу накаливания 30 Вт, электромагнитный вентиль, насос для обеспечения быстрого напуска адсорбата, устройство для изменения расстояния лампы накаливания, устройство измерения проводимости пленки, устройство для измерения давления паров воды в камере, устройство для измерения времени и источник питания. Источником питания, при начальном давлении остаточной атмосферы 10÷1 мм рт ст, возбуждают остаточную проводимость светом лампы накаливания, расположенной на расстоянии 10 см от поверхности пленки - полупроводникового носителя информации. В течение 20÷60 с измеряют проводимость пленки. За время возбуждения проводимость пленки достигает стационарного значения δ~10 Ом·см.
Адсорбцию осуществляют путем повышения давления с помощью компрессора паров воды, поступающих из устройства создания пара в вакуумную камеру с давлением пара до 10÷1000 мм рт ст за время ~1 с, контролируемое специальным устройством измерения времени. При увеличении проводимости пленки проводят десорбацию путем понижения давления до начального уровня.
Быстрый впуск и выпуск адсорбата осуществляют с помощью насоса и электромагнитного вентиля. Стирание осуществляют импульсом давления адсорбата, которое постоянно контролируется устройством измерения импульсного давления, создаваемого в затемненной вакуумной камере.
Недостатком этого устройства является сложность конструкции, применение дорогостоящего оборудования, большое энергопотребление, много времени требуется на подготовку процесса стирания, необходимо специальное контрольное оборудование для контроля параметров составных частей устройства, ограниченность применения.
Наиболее близким (прототип) к заявляемому устройству по технической сущности и техническому результату является устройство [13] для стирания записей с неоднородных полупроводниковых носителей информации с энергонезависимой памятью, флэш-памяти (устройство, имеющее специальный USB разъем для подключения к компьютеру) и др. Это устройство содержит источник питания и делитель напряжения, соединенные параллельно, блок управления,
четырехконтактный соединитель - коннектор, четырехпроводной кабель, концами первого, второго, третьего и четвертого проводов соединены к таким же выводам коннектора, а другими концами первого и четвертого проводов кабеля соединены с первым выводом первого источника питания и с выходом делителя напряжения соответственно.
Кроме того, устройство содержит полебразующую систему, состоящую из двух цилиндрических и двух кольцевых дросселей, два ключа с одним нормально открытым (НОК) и одним нормально закрытым (НЗК) контактами каждый и датчик. Причем первый вывод первого источника питания, первого конденсатора, первого цилиндрического дросселя соединены вместе, вторые выводы первого источника питания и первого конденсатора через НЗК первого ключа соединены вместе, а второй вывод первого дросселя соединен с НОК первого ключа. Кроме того, один вывод последовательно соединенных кольцевых дросселей, один вывод второго конденсатора и один вывод второго источника питания соединены вместе, вторые выводы второго конденсатора и второго источника питания через НЗК второго ключа соединены вместе, второй вывод последовательно соединенных кольцевых дросселей соединен с одним входным выводом датчика, второй входной вывод которого соединен с НОК второго ключа, выход датчика соединен с входом блока управления. Выход блока управления соединен с устройством управления подвижным контактом первого ключа, третий конденсатор и второй цилиндрический дроссель соединены параллельно, а их общие выводы соединены с концами второго и третьего проводов четырехпроводного кабеля. Причем второй цилиндрический дроссель имеет диаметр полости больше поперечных размеров подложки с записанной информацией и расположен соосно внутри первого цилиндрического дросселя, а первый и второй кольцевые дроссели расположены соосно с противоположных боковых сторон первого цилиндрического дросселя и так, что ось первого и второго кольцевых дросселей ортогональна оси цилиндрических дросселей.
Недостатком этого устройства является применение энергоемкого оборудования, большое энергопотребление, необходимость в накапливании энергии на блоках конденсаторов, наличие двух источников питания, необходимого время на зарядку конденсаторных батарей, реализация всего процесса стирания зависит от точности настройки датчика и синхронизации процессов, происходящих в дросселях полеобразующей системы.
Заявляемое изобретение решает задачу улучшения качества - надежности стирания информации без возможности ее восстановления, сокращения времени стирания, снижения энергопотребления и упрощения устройства за счет исключения сложного и дорогостоящего программно-аппаратного комплекса.
Техническим результатом изобретения является увеличение надежности стирания информации при уменьшении времени стирания и энергетических затрат.
Сущность изобретения поясняется чертежами.
На фиг.1а, б показаны требуемые ориентации векторов сумм импульсных магнитных полей двух дроссельных систем ДС1 и ДС2 полеобразующей системы устройства стирания записей, где обозначено:
пер
Н - векторы суммарных импульсных магнитных полей первой и второй дроссельных систем, перпендикулярные плоскости подложки неоднородного полупроводникового носителя информации фиг.1а.
пар
Н - векторы суммарных импульсных магнитных полей первой и второй дроссельных систем, параллельные плоскости подложки неоднородного полупроводникового носителя информации фиг.1б.
На фиг.2 показаны временные диаграммы электрических импульсов на выходах разных преобразователей устройства стирания записанной информации (t - текущее время).
г
На фиг.2а показана форма двух полярных прямоугольных электрических импульсов на выходе генератора электрических импульсов ГПИ 7, где τ - длительность и Тг - период повторения импульсов.
к
На фиг.2б показана форма однополярных прямоугольных электрических импульсов на выходе формирователя прямоугольных электрических импульсов ФИ 9, где τ - длительность и Тг - период повторения импульсов.
u1
u2
u3
u1
u2
u3
На фиг.2в, г, д показаны формы коротких однополярных электрических импульсов на выходах трех формирователей коротких импульсов ФКИ1 12, ФКИ2 13 и ФКИ3 13, где τ, τ и τ - длительности и T T и T - периоды повторения импульсов.
На фиг.2е, ж, з показаны формы коротких двухполярных электрических импульсов на выходах трехполосовых фильтров ПФ1 15, ПФ2 16 и ПФ3 17.
c1
с2
с3
На фиг.2и, к, л показаны формы серий коротких электрических импульсов на выходах трех усилителей мощности УМ 18, УМ2 19 и УМ3 20, где T, Т, Т - длительности серий коротких импульсов.
c
c1
с2
c1
с2
с3
cn
cm
На фиг.2м, н показаны формы электрических импульсов и длительность сформированных серий импульсов на входах двух дроссельных систем ДС1 2 и ДС2 3, где τ, τ, τ - длительность серий импульсов, T, Т, Т - периоды следования серий импульсов, T и T - время одного воздействия сверхкоротким магнитным полем на неоднородный магнитный носитель информации.
un
u
cn
На фиг.2о показаны формы электрических импульсов на выходе детектора Д 23, где τ - длительность сверхкоротких импульсов, T - период повторения сверхкоротких импульсов и T - время одного воздействия сверхкоротким магнитным полем на неоднородный магнитный носитель.
um
cm
На фиг.2п показаны формы импульсов на выходе детектора Д 23 и дроссельной системы ДС2 3, где τ - длительность сверхкоротких импульсов и T - время одного воздействия сверхкоротким магнитным полем на неоднородный магнитный носитель (микросхему).
На фиг.3 приведена блок-схема устройства стирания записей.
На фиг.4 приведена электрическая схема соединений дросселей дроссельных систем ДС1 2 и ДС2 3 с ключом управляемым КУ2.
На фиг.5 приведен чертеж четырехзаходной спирали спирального дросселя.
На фиг.6 приведена эпюра суммарного магнитного поля полеобразующей системы при воздействии на ее входы сверхкоротких электрических импульсов.
На чертежах все блоки устройства пронумерованы: 1 - неоднородный полупроводниковый носитель информации (микросхема); 2 - первая дроссельная система (ДС1); 3 - вторая дроссельная система (ДС2); 4 - источник питания (ИП); 5 - первый ключ, управляемый (КУ1); 6 - делитель напряжения (ДН); 7 - генератор двухполярных прямоугольных электрических импульсов (ГПИ); 8 - микропроцессор (МП); 9 - формирователь однополярных прямоугольных электрических импульсов (ФИ); 10 - программируемая линия задержки (ПЛЗ); 11 - включатель питания (ВП); 12, 13, 14 - первый, второй и третий формирователи сверхкоротких электрических импульсов (ФКИ1), (ФКИ2) и (ФКИ3); 15, 16 и 17 - первый, второй и третий полосовые фильтры (ПФ1), (ПФ2) и (ПФ3); 18, 19 и 20 - первый, второй и третий усилители мощности (УМ1), (УМ2) и (УМ3) электрических импульсов; 21 - полеобразующая система (ПС); 22 - второй ключ управляемый (КУ2); 23 - детектор (Д); 24 - кабель (К); 25 - соединитель (С) (коннектор).
Цифры внутри блоков, выполненные мелким шрифтом, обозначают номера их входов и выходов. В тексте описания изобретения эти цифры заключены в круглые скобки.
Устройство стирания записанной информации
Технический результат изобретения достигается благодаря тому, что устройство стирания записанной информации содержит (фиг.3): первую и вторую спиральные дроссельные системы ДС1 2 и ДС2 3, источник питания ИП 4, первый и второй ключи управляемые КУ1 5 и КУ2 22, делитель напряжения ДН 6, генератор двухполярных прямоугольных электрических импульсов ГПИ 7, микропроцессор МП 8, формирователь однополярных электрических импульсов ФИ 9, программируемую линию задержки ПЛЗ 10, включатель питания ВП 11, N-1 (N не менее четырех) формирователей сверхкоротких электрических импульсов (ФКИ1 12, ФКИ2 13 и ФКИ3 14), N-1 полосовых электрических фильтров (ПФ1 15, ПФ2 16 и ПФЗ 17); N-1 усилителей мощности электрических импульсов (УМ1 18, УМ2 19 и УМ3 20), полеобразующую систему ПС 21, детектор Д 23, кабель К 24 и соединитель С 25 (коннектор).
Полеобразующая система ПС 21 устройства стирания записанной информации содержит две дроссельные системы: первую ДС1 2 и вторую ДС2 3 (фиг.4). Каждая дроссельная система выполнена из N спиральных дросселей, причем N не менее четырех. Все дроссели выполнены в виде плоских многозаходных спиралей из проводника, закрепленных на плоских диэлектрических подложках. Дроссели могут быть выполнены на металлизированном стеклотекстолите методом травления или напыления металла на диэлектрик и защищены компаундом.
Все дроссели дроссельных систем собраны согласованно и соосно в одну жесткую конструкцию, выполняющую функцию полеобразующей системы ПС 21 и источника индуцированных сверхкоротких электрических импульсов.
Полеобразующая система ПС 21 имеет полость для размещения неоднородного полупроводникового носителя информации (микросхемы 1) (фиг.1).
N-1 дросселей (ДР1, ДР2, ДР3 и ДР5, ДР6, ДР7) каждой дроссельной системы ДС1 и ДС2 предназначены для создания суммарного импульсного магнитного поля, а один дроссель (ДР4 и ДР8) каждой дроссельной системы, назовем его индуктивным, связан магнитным полем с магнитными полями полеобразующих дросселей своей дроссельной системы и служит для возбуждения на его выходе индукционных сверхкоротких электрических импульсов. N-1 дросселей (ДР1, ДР2, ДР3 и ДР5, ДР6, ДР7) каждой дроссельной системы (ДС1 и ДС2) возбуждают сверхкороткие импульсы магнитного поля. Магнитные поля дросселей возбудителей магнитного поля каждой дроссельной системы суммируются векторно.
Первая дроссельная система ДС1 2 (фиг.3, 4) имеет N-1 сигнальных входов по числу дросселей возбудителей импульсного магнитного поля, которые предназначены для их электрического питания, два выхода сигнала индуктивного дросселя ДР4 и клемму общего нуля.
Вторая дроссельная система ДС2 3 (фиг.3, 4) имеет 2(N-1) сигнальных входов по числу, равному удвоенному числу дросселей возбудителей импульсного магнитного поля этой системы, которые предназначены для их электрического питания, и два выхода сигнала индуктивного дросселя ДР8.
Источник питания ИП 4 постоянного напряжения (фиг.3) имеет выход (1) (плюс) и общий выход нуля (2) (минус) с напряжением не менее 30В и максимальным током не менее 10А.
Первый ключ управляемый КУ1 5 (фиг.3) имеет два входа: первый (1) питания, второй (3) управления и выход (2) питания. Между входом (1) и выходом (2) КУ1 5 включен нормально открытый (НО) контакт ключа.
Второй ключ управляемый КУ2 22 (фиг.3) имеет: четыре входа: первые (1), второй (2), третий (3) - сигнальные и четвертый (11) управления, выходы сигнальные по числу, равному удвоенному числу 2(N-1) полеобразующих дросселей второй дроссельной системы ДС2 3, и клемму 4 общего нуля.
Делитель напряжения ДН 6 (фиг.3) имеет вход (1) питания и два выхода: управления (3) и питания (4) по 5±0,5 В.
г
г
Генератор прямоугольных импульсов ГПИ 7 (фиг.3) имеет вход (1) питания и сигнальный выход (2). Частота колебаний генератора находится в пределах от 500 Гц до 300 кГц, длительность импульсов τ находится в пределах от 0,1 до 1 мс, период повторения Т находится в пределах от 0,05 до 10 мс.
Микропроцессор МП 8 (фиг.3) имеет вход (1) и три выхода: первый (2) сигнальный для управления ПЛЗ 12, второй (3) управляющих импульсов переключением КУ 22 для изменения направления вектора напряженности импульсного магнитного поля в ДС2 3 и третий (4) сигнал управления работой устройства включения питания ВП 11.
Формирователь однополярных импульсов ФИ 9 (фиг.3) имеет сигнальный вход (1) и выход (2) и предназначен для формирования последовательности одинаковых прямоугольных импульсов длительностью меньше длительности импульсов генератора ГПИ 7, шириной переднего и заднего фронтов, лежащей в пределах от 1 до 3 нс.
Период повторения однополярных импульсов равен периоду колебаний генератора ГПИ 7.
Программируемая линия задержки ПЛЗ 10 (фиг.3) имеет два входа: сигнальных импульсов запуска (1) и управления работой линии задержки ПЛЗ 10 (2) и N-1 выходов сигналов временных задержек для управления работой N-1 формирователей коротких электрических импульсов (ФКИ1 12, ФКИ 13 и ФКИ 14).
Включатель питания ВП 11 (фиг.3) имеет два входа: первый (1) питания, второй (2) сигнала управления и два выхода плюсовый (3) и минусовый (4) напряжения питания. На второй вход (2) поступают управляющие сигналы с выхода (4) МП 8.
N-1 формирователей коротких импульсов (ФКИ1 12, ФКИ2 13 и ФКИЗ 14) (фиг.3) каждый имеет сигнальный вход (1) и выход (2) сформированных сверхкоротких электрических импульсов.
N-1 полосовых фильтров (ПФ1 15, ПФ2 16 и ПФ3 17) (фиг.3) каждый имеет сигнальные вход (1) и выход (2).
N -1 усилителей мощности электрических сигналов (УМ1 18, УМ2 19 и УМ3 20) (фиг.3) каждый имеет пятидесятиомные сигнальные вход (1) и выход (2). Коэффициент усиления каждого усилителя мощности должен быть не менее 11 дБ.
Полеобразующая система ПС 21 (фиг.1, 3, 6) выполнена из первой и второй дроссельных систем ДС1 2 и ДС2 3 и имеет 3(N-1) сигнальных входов (1-9), четыре сигнальных выхода (10-13) и одну клемму (4) общего нуля. Входы и выходы ПС 21 являются входами и выходами дроссельных систем ДС1 2 и ДС2 3.
Детектор Д 23 (фиг.3) служит для формирования однополярных сверхкоротких импульсов длительностью от 1,7 до 3 нс одной полярности и имеет сигнальный вход (1) и выход (2).
Кабель К 24 четырехпроводной (фиг.3) имеет четыре входа и четыре выхода: входы (1), (4) и выходы (1), (4) питания, входы (2), (3) и выходы (2), (3) сигнальные.
Соединитель С 25 (фиг.3) имеет входы и выходы питания (1), (4) и сигнальные входы и выходы (2) и (3).
Электрические соединения устройства
Выход (1) источника питания ИП 4 соединен с входом (1) питания первого ключа управляемого КУ1 5, выход которого соединен с входом (1) генератора прямоугольных импульсов ГПИ 7, выход (2) которого соединен с входом (1) формирователя импульсов ФИ 9. Выход (2) формирователя ФИ 9 соединен с первым сигнальным входом (1) программируемой линии задержки ПЛЗ 10 (фиг.3).
Каждый из N-1 сигнальных выходов (3, 4 и 5) ПЛЗ 10 соединен с последовательно включенными формирователем коротких импульсов ФКИ, полосовым фильтром ПФ и усилителем мощности УМ. Выход (2) каждого усилителя УМ соединен с соответствующим входом первой дроссельной системы ДС1 2. Кроме того, выход каждого усилителя УМ соединен с соответствующим сигнальным входом (1, 2 и 3) второго ключа управляемого КУ2 22. 2(N-1) сигнальных выходов (5-10) ключа управляемого КУ2 22 соединены соответствующими 2(N-1) входами (1-6) второй дроссельной системы ДС2 3. Выход (4) КУ2 22 соединен с общим нулем.
Выход (1) источника питания ИП 4 соединен с входом (1) делителя напряжения ДН 6. Первый выход (2) делителя ДН 6 соединен с входом (3) управления ключа управляемого КУ1 5, а второй его выход (3) с входом (1) напряжения питания микропроцессора МП 13, а его третий выход (4) соединен с входом (1) выключателя питания ВП 11.
Второй выход (3) делителя напряжения ДН 6 соединен с входом напряжения питания микропроцессора МП 13, первый выход (2) МП 8 соединен со вторым входом (2) ПЛЗ 10. Второй выход (3) МП 8 соединен с четвертым входом (11) ключа управляемого КУ 2, а третий выход (4) МП 8 соединен со вторым входом включателя питания (2).
Первый выход (3) включателя питания ВП 11 соединен с первым входом (1) кабеля К 24 и последовательно с первым входом (1) соединителя 25.
Второй выход (4) включателя питания ВП 11 соединен с четвертым входом (4) кабеля К 24 и последовательно с четвертым входом (4) соединителя 25.
Выходы дроссельных систем ДС1 2 и ДС2 3 соединены параллельно, один их общий выход соединен через детектор Д 23 со вторым входом (2) кабеля 24 и последовательно со вторым входом (2) соединителя С 25. Второй общий выход систем ДС1 2 и ДС2 3 соединен с третьим входом (3) кабеля 24 и последовательно с третьим входом (3) соединителя 25.
Работа устройства
Микросхему - неоднородный полупроводниковый носитель информации 1 (фиг.1) устанавливают в полости полеобразующей системы ПС 21 между дроссельными системами ДС1 2 и ДС2 3 и с помощью соединителя С 25 и кабеля 24 (фиг.3) подключают вход микросхемы к устройству стирания записанной информации.
Источник питания ИП 4 устройства включен. При поступлении на вход (3) КУ1 5 управляющего напряжения с делителя ДН 6 НО контакт (1) и (2) КУ1 5 замыкается, что обеспечивает питание генератора ГПИ 7.
Напряжение питания на входе (1) ГПИ 7 обеспечивает на его выходе (2) последовательность электрических прямоугольных импульсов с периодом следования Тг, длительностью τг и амплитудой Uc (фиг.2а). Линия задержки ПЛЗ 10 (фиг.3) запускается управляющим сигналом с выхода микропроцессора МП 8, имеющим форму продифференцированного сигнала прямолинейной формы.
В то же время ток с делителя ДН 6 поступает на вход (1) включателя ВП 11, а после запуска микропроцессора МП 8, в соответствии с алгоритмом зашитой в него программы, с выхода (2), выхода (3) и выхода (4) выдает сигналы команды в соответствии с установленным протоколом.
Включатель ВП 11 при поступлении на его вход (2) сигнала с МП 8 обеспечивает питание по проводам (1) и (4) кабеля К 24 к контактам (1) и (4) соединителя С 25, к контактом которого подключен вход питания устройства флеш-памяти (микросхемы 1).
к
u1
u1
u2
u3
u1
Электрические сигналы прямоугольной формы (фиг.2а), например, в виде «меандра», с периодом следования импульсов Тг от 40 до 1000 нс поступают в формирователь импульсов ФИ 9, в котором формируются серии коротких импульсов по переднему фронту с длительностью τ не более 20 нс (фиг.2б). Эти импульсы поступают на вход (1) N-1 формирователей коротких импульсов (ФИ1 12, ФКИ2 13 и ФКИ3 14), которые формируют сверхкороткие однополярные импульсы τ с длительностью от 100 пс до 1 нс (фиг.2в, г, д). В то же время сигналы, поступающие с выхода (2) микропроцессора МП 8 на вход (2) линии задержки ПЛЗ 10 на управляющих выходах (3), (4) и (5) создают сигналы управления Uy, которые в определенной последовательности или попарно изменяют периоды T, T, T следования сверхкоротких электрических импульсов τ (фиг.2в, г, д), создавая серии сверхкоротких электрических импульсов с различными последовательностями.
В каждом из N-1 каналов разветвления серии сверхкоротких электрических импульсов проходят фильтрацию в полосовых фильтрах (ПФ1 15, ПФ2 16, ПФ3 17), а затем усиливаются в усилителях (УМ1 18, УМ2 19, УМ3 20) (фиг.2е, ж, з) и с выходов усилителей серии сверхкоротких электрических импульсов поступают в полеобразующую систему ПС 21 на входы (1), (2) и (3) и на такие же входы (фиг.2и) в спиральную дроссельную систему ДС1 2 (фиг.1, 4). N-1 дросселей (ДР1-ДР3) этой дроссельной системы создают первое суммарное импульсное магнитное поле, а на выходе индукционного дросселя (ДР4) индуцируются сверхкороткие электрические импульсы.
Одновременно эти серии сверхкоротких электрических импульсов (фиг.2к), через ключ управления КУ2 22, поступают (фиг.4) в полеобразующую систему ПС 21 на N-1 входов (1-6) дросселей (ДР5-ДР7) дроссельной системы ДС2 3 (фиг.4). N-1 дросселей (ДР5-ДР7) этой дроссельной системы создают второе суммарное импульсное магнитное поле, а на выходе индукционного дросселя (ДР8) индуцируются сверхкороткие электрические импульсы.
В рабочей полости размещен неоднородный полупроводниковый носитель информации (микросхема 1), в которой создаются короткие ударные магнитные импульсы с нано- и пикосекундной длительностью двух магнитных полей с векторами напряженности перпендикулярно и параллельно плоскости подложки микросхемы (фиг.1а).
В это же время на параллельно соединенных выходах спиральных дросселей-индукторов (ДР4 и ДР8) (фиг.4) каждой дроссельной системы индуцируются сверхкороткие электрические импульсы, которые через детектор Д 23 по проводам (2, 3) кабеля 24 поступают на контакты (2) и (3) соединителя С25 (фиг.3) и обеспечивают стирание записи методом квантово-механического туннелирования электронов, путем снятия заряда с «плавающего» затвора, помещенного в ячейку памяти микросхемы методом инжекции «горячих» электронов.
Воздействие импульсного магнитного поля на микросхему и электрических импульсов на ее входе обеспечивает технический результат изобретения - увеличение надежности стирания информации при уменьшении времени стирания и энергетических затрат.
Практическое выполнение устройства
Устройство выполнено по блок-схеме фиг.3 из восьми спиральных дросселей.
В качестве источника питания ИП 4 использован источник типа Б5-71 (номиналы: ток от 0 до 10 А, напряжение от 0 до 30 В).
Ключ управляемый КУ1 5 выполнен на симисторе ВТВ24 - 600 В. Делитель напряжения ДН 6 выполнен на резисторах типа С2 - 33. Генератор прямоугольных импульсов ГПИ 7 выполнен на микросхеме типа КР1006 ВИ со схемой включения в виде формирователя прямоугольных импульсов из сигнала произвольной формы.
Микропроцессор МП 8 выполнен на микросхеме типа КР581ИК1.
Формирователь импульсов ФИ 9 выполнен на RC-цепочке.
Программируемая линия задержки ПЛЗ 10 выполнена на микросхеме типа DS1045.
Включатель питания ВП 11 выполнен на микросхеме типа ВТВ24 - 600 В.
Три формирователя коротких импульсов ФКИ1 12, ФКИ2 13, ФКИ3 14 выполнены на микросхеме max 961.
Три полосовых фильтра ПФ1 15, ПФ2 16, ПФ3 17 выполнены на керамических фильтрах HFC11 и FCN.
Три усилителя мощности УМ1 18, УМ2 19, УМ3 20 выполнены на микросхемах типа MGA-52543.
Ключ управляемый КУ2 22 выполнен на реле типа РЭС-30.
Детектор выполнен на диоде типа 2Д.
Кабель К 24 представляет собой экранированную витую пару двух проводов.
Соединитель С 25 представляет собой четырехконтактный соединитель (коннектор) типа USB «А», который используется для подключения к ПК.
Восемь дросселей ДС1-ДС8 дроссельных систем ДС1 2 и ДС32 3 выполнены в виде плоских четырехзаходных спиралей из проводников, закрепленных на стеклотекстолитовых подложках соосно методом травления.
Полеобразующая система ПС 21 представляет собой жесткую конструкцию, собранную согласованно и соосно из дроссельных систем ДС1 2 и ДС2 3 и имеет полость для размещения неоднородного полупроводникового носителя информации (микросхемы) с габаритными размерами: ширина × длина × высота = 20×10×60 мм.
Способ стирания записанной информации
Способ стирания записанной на микросхеме информации с неоднородного полупроводникового носителя информации с энергонезависимой памятью основан на стирании записи методом квантово-механического туннелирования электронов, путем снятия заряда с «плавающего» затвора, помещенного в ячейку памяти микросхемы методом инжекции «горячих» электронов.
Способ состоит в том, что микросхему 1 помещают в полость полеобразующей системы ПС 21 (фиг.1), предназначенной для создания в ее полости импульсов ортогональных магнитных полей, на микросхему и управляющий затвор подают на время не менее 1,5 мс их номинальные напряжения питания.
пер
пар
пар
пер
Одновременно с подачей номинальных напряжений в полеобразующей системе ПС 21 последовательно возбуждают сверхкороткие импульсы ортогональных магнитных полей (Н и Н) длительностью импульсов в пределах от 100 пс до 1,0 нс, с векторами напряженности магнитного поля разной ориентации - одним вектором, параллельным плоскости подложки (Н) микросхемы, и другим (Н) - ортогонально ей.
В это же время, с помощью сверхкоротких импульсов магнитных полей, индуцируют две серии сверхкоротких электрических импульсов длительностью в пределах от 100 пс до 1,0 нс, с помощью микропроцессора МП 8 (фиг.3) последовательно и дискретно изменяют периоды их следования в пределах от 40 нс до 1000 пс и серии сверхкоротких электрических импульсов суммируют на микросхеме 1 в ячейках памяти.
пер
пар
Сверхкороткие электрические импульсы многократно, не менее 100 раз, подают на ячейку памяти микросхемы 1 и последовательно облучают микросхему сверхкороткими импульсами магнитного поля Н, перпендикулярно подложке микросхемы, а затем сверхкороткими импульсами магнитного поля Н, параллельного подложке микросхемы.
Длительности включения сверхкоротких электрических импульсов и облучения сверхкороткими импульсами магнитного поля должны быть меньше или равны длительности включения напряжения питания микросхемы.
Практическое осуществление способа
На выводы питания и управляющий затвор микросхемы 1  на время 1,5 мс подают номинальные напряжения питания, путем подключения контактов (1) с напряжением питания 5 В, контактов (2) и (3) сигнальных входов и контакта (4) - общий вывод соединителя С 25 (фиг.3).
пер
пар
Инжектируют горячие электроны в ячейку памяти путем 100-кратного облучения микросхемы 1 (фиг.1) изменяющимися в пространстве и во времени электромагнитными импульсами и сверхкороткими импульсами двух магнитных полей с последовательно изменяющимися ортогонально направленными по отношению к плоскости подложки неоднородного полупроводникового носителя информации векторами напряженности суммарных сверхкоротких импульсных магнитных полей (Н и Н).
пер
пар
пер
с2
пар
с2
Сверхкороткие суммарные магнитные поля Н и Н формируются сверхкороткими электромагнитными импульсами длительностью 1,0 нс с последовательно дискретно изменяющимся периодом следования в пределах от 40 нс до 1000 пс, суммируясь друг с другом, последовательно облучают микросхему в начале сверхкоротким импульсным магнитным полем Н, образованным сериями сверхкоротких электрических импульсов длительностью Т, (фиг.2г), а затем сверхкороткими импульсами магнитного поля Н, также образованного сериями импульсов длительностью Т.
с1
с2
cn
un
u
u
u
c
Ортогональные суммарные последовательности повторяющихся сверхкоротких импульсов магнитного поля, сформированные сериями Т и Т электрических импульсов, реализовывают импульсы с пикосекундной длительностью, соизмеримой с характеристическими временами отклика диэлектрических, полупроводниковых и металлических материалов, составляющих материальную базу неоднородного полупроводникового носителя информации, и вызывают ударные процессы нестационарного нелинейного преобразователя энергии сверхкоротких импульсов электромагнитного излучения в энергию отклика в полупроводниковых и диэлектрических материалах носителя информации. В результате такого ударного процесса облучения возникают деградационные, поляризационные и ионизационные эффекты, которые переводят в неустойчивое состояние заряды на затворах транзисторов микросхемы и приводят их в состояние возбуждения. Индукционные дроссели ДР4 и ДР8 создают сверхкороткие электрические импульсы в электрической цепи детектирования и формируют серию T сверхкоротких однополярных импульсов τ с изменяющимся периодом следования T. Эти импульсы, поступая на контакты (2, 3) соединителя С 25 (фиг.3), обеспечивают эффект замещения заряда и перемещения зарядов через изолированный затвор. Облучение суммарными повторяющимися сверхкороткими импульсами магнитных полей производят под углами 90 и 270 - 90 градусов, создавая направление вектора напряженности магнитного поля 360, 180 градусов последовательно к плоскости подложки микросхемы. Форма магнитных полей и их сумма изменяются в зависимости от параметров длительности импульса, период следования импульсов и серий импульсов τ, T, T. Магнитные поля создают в полеобразующей системе с помощью полеобразующей системы ПС 21 (фиг.6).
c1
c2
с3
u1
un
пер
c1
cn
u
u
u
В плоскости, лежащей перпендикулярно подложке микросхемы, в каждом из плоских спиральных дросселей создаются серии T, T, Т электромагнитных импульсов, образующих короткоимпульсные магнитные поля, значения напряженности которых в пространстве облучения микросхемы изменяются с периодом следования импульсов от T до T, где n - число определяется алгоритмом зашитой программы в программируемой линии задержки и числом спиральных дросселей, составляющих полеобразующую систему с ориентацией вектора направленности сверхкоротких импульсов магнитного поля Н, направленного перпендикулярно подложке микросхемы. Эти магнитные поля в пространстве складываются векторно, создавая суммарное сверхкороткое импульсное магнитное поле, образованное сериями T или T, Т электромагнитных сверхкоротких импульсов длительностью τ с периодом следования T≥(1+n)τ, с направлением вектора магнитного поля перпендикулярно подложке микросхемы.
u
c1
с3,
Сверхкороткие импульсы магнитного поля с векторами напряженности, направленными параллельно подложке микросхемы, создаются путем векторного суммирования в пространстве в полости размещения микросхемы двух сверхкоротких импульсов магнитного поля, образованных векторной суммой повторяющихся серий импульсов магнитных полей, создаваемых сверхкороткими электрическими импульсами длительностью τ и с периодом следования, изменяющимся в пределах от T=40 нс до Т=1000 нс для N=4 спиральных дросселей в каждой дроссельной системе. Каждое из двух сверхкоротких импульсных магнитных полей имеет вектор направленности значения напряженности магнитного поля перпендикулярно плоскости подложки микросхемы, направленные ортогонально навстречу друг другу (фиг.1б) с направлением 270, 90 градусов.
При вектором сложении концентрически соосно совмещенных ортогонально направленных сверхкороткоимпульсных магнитных полей, созданных сверхкороткими электромагнитными импульсами с одинаковым периодом следования в противоположно размещенных спиральных дросселях, направление вектора суммарного магнитного поля изменяется на 90 градусов от оси совмещения магнитных полей и вектор напряженности суммарного магнитного поля примет направление положения радиуса спирали параллельно плоскости подложки микросхемы под углами 360-180 градусов. Значение амплитуды наведенного магнитного поля в спиральном дросселе, создающее в электрической цепи соединителя С 25 на контактах (2, 3) серию однополярных сверхкоротких импульсов, превышает в n раз значение амплитуды магнитного поля, образованного дросселем, возбуждающим заряды на затворах транзисторов микросхемы.
Длительность облучения равна длительности включения напряжения питания микросхемы.
Технический результат обеспечивается за счет создания n и m серий сверхкоротких импульсов преобразования энергии электромагнитных сверхкоротких импульсов этих серий, в сумме изменяющихся во времени и пространстве короткоимпульсных магнитных полей, воздействующих одновременно и последовательно с ортогонально направленным вектором напряженности внешних сверхкоротких импульсов магнитных полей на микросхему и на информационные контакты микросхемы серией сверхкоротких однополярных импульсов с параметрами, изменяющимися по законам изменения параметров суммарного сверхкороткого импульсного магнитного поля.
Литература
1. Nonvolatile Semiconductor Memory Technology. Edited by William D.Brown, Joe E.Brewer. IEEE Press.
2. D.Frohman-Bentchkowsky, «A fully decoded 2048-bit electrically programmable MOS-ROM», IEEE ISSCC Dig. Tech. Pap., p.80, 1971.
3. D.Frohman-Bentchkowsky, «Memory behaviour in a floating gate avalanche injection MOS (FAMOS) structure», Appl. Phys. Lett., vol.18, p.332, 1971.
4. H.A.R.Wegener, A.J.Lincoln, H.C.Pao, M.R.O'Connell, and R.E.Oleksiak, «The variable threshold transistor, a new electrically alterable, nondestructive read-only storage device», IEEE IEDM Tech. Dig., Washington, D.C., 1967.
5. D.Frohman-Bentchkowsky, «The metal-nitride-oxide-silicon (MNOS) - transistor - Characteristics and applications», Proc. IEEE, vol.58, p.1207, 1970.
6. Ризаханов М.А. Гашение высокотемпературной остаточной проводимости ИК-светом. Ученые записи Горьковского университета, серия физическая, 1971, вып.126, с.24.
7. Шейнкман М.К. и др. Долговременные релаксации и остаточная проводимость в полупроводниках. - «Физика и техника полупроводников». Вып.2, 1976, с.209.
8. Описание изобретения, №77680, кл. G11B 3/66, опубликовано 1980 г. «Способ стирания записанной информации».
9. Сандомирский В.Б. и др. Механизм остаточной проводимости. 1973, т.7, №7, стр.1314.
10. B.Rossler and R.Muller, «Electrically erasable and reprogrammable readonly memory using the n-channel SIMOS one-transistor cell», IEEE Trans. Elect. Dev., vol. ED-24, p.806, 1977.
11. D.Guterman, I.Rimawi, T.Chiu, R.Halvorson, and D.McElroy, «An electrically alterable nonvolatile memory cell using a floating gate structure», IEEE Trans. Elect. Dev., vol. ED-26, p.576, 1979.
12. M.Lenzlinger and E.H.Snow, «Fowler-Nordheim tunneling in thermally grown Si02», Appl. Phys., vol.40, p.278, 1969.
13. Патент на полезную модель №60255 от 10.01.2007 г. «Устройство стирания записанной информации», заявка №2006133987 от 26.09.2006 г.