УСТРОЙСТВО ПЛОТНОЙ ЗАПИСИ ИНФОРМАЦИИ НА ЭЛЕКТРЕТНОМ НОСИТЕЛЕ

Полезная модель относится к технике накопления информации, а более конкретно к устройствам записи информации на электретном 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 - электретной наноразмерной пленкой, зонд из электропроводящего материала, закрепленный на торце трехкоординатного пьезопривода таким образом, что его острие находится в непосредственной близости от поверхности электретной наноразмерной пленки, цифроаналоговый 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 цифроаналогового 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 трехкоординатный пьезопривод и прозрачный держатель, установленные один над другим, фотодиэлектрическую пластину, размещенную на прозрачном держателе и покрытую снизу токопроводящей пленкой из оптически прозрачного материала, а сверху - электретной наноразмерной пленкой, зонд из электропроводящего материала, закрепленный на торце трехкоординатного пьезопривода таким образом, что его острие находится в непосредственной близости от поверхности электретной наноразмерной пленки, источник импульсного напряжения, обеспечивающий электрическую связь зонда с токопроводящей пленкой, блок питания и электрически связанный с ним источник оптического излучения, создающий световой поток, направленный на фотодиэлектрическую пластину, двухканальный цифроаналоговый 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 трехкоординатного пьезопривода, стабилизатор туннельного зазора, взаимодействующий с составляющей Z трехкоординатного пьезопривода и электрически связанный с зондом и токопроводящей пленкой, и ЭВМ, координирующую работу двухканального цифроаналогового преобразователя, стабилизатора туннельного зазора и формирователя строк и кадров [патент на ПМ №153527 РФ от 27.07.2015 г. (прототип)].
Недостатком прототипа является низкая плотность записи информации и дестабилизация ранее записанных данных, обусловленные проведением операции облучения световым потоком всей площади фотодиэлектрической пластины в известном устройстве записи информации на диэлектрическом носителе.
В основу полезной модели положена задача увеличения плотности записи информации и обеспечения сохранности ранее записанных данных.
Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве записи информации на диэлектрическом носителе, содержащем неподвижное основание, жестко связанные с ним трехкоординатный пьезопривод и прозрачный держатель, установленные один над другим, фотодиэлектрическую пластину, размещенную на прозрачном держателе и покрытую снизу токопроводящей пленкой из оптически прозрачного материала, а сверху - электретной наноразмерной пленкой, зонд из электропроводящего материала, закрепленный на торце трехкоординатного пьезопривода таким образом, что его острие находится в непосредственной близости от поверхности электретной наноразмерной пленки, источник импульсного напряжения, обеспечивающий электрическую связь зонда с токопроводящей пленкой, блок питания и электрически связанный с ним источник оптического излучения, создающий световой поток, направленный на фотодиэлектрическую пластину, двухканальный цифроаналоговый 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 трехкоординатного пьезопривода, стабилизатор туннельного зазора, взаимодействующий с составляющей Z трехкоординатного пьезопривода и электрически связанный с зондом и токопроводящей пленкой, и ЭВМ, координирующую работу двухканального цифроаналогового преобразователя, стабилизатора туннельного зазора и формирователя строк и кадров, согласно предложенной полезной модели блок питания и источник оптического излучения выполнены импульсными, источник оптического излучения установлен соосно с зондом и создает остросфокусированный световой поток для формирования тонкого электропроводящего канала в фотодиэлектрической пластине, устройство дополнительно содержит синхронизирующую электрическую связь между источником импульсного напряжения и блоком питания, а также жесткую механическую связь между зондом и источником оптического излучения.
Выполнение блока питания и источника оптического излучения импульсными позволяет создавать интенсивный световой поток короткой длительности.
Установка источника оптического излучения соосно с зондом позволяет совместить оптическую ось светового потока с осью зонда.
Остросфокусированный световой поток реализует локализованное электрическое шунтирование фотодиэлектрической пластины за счет формирования во время записи тонкого электропроводящего канала, возникающего при облучении фотодиэлектрической пластины узким практически не расходящимся лучом в присутствии внешнего электрического поля, приложенного между острием зонда и токопроводящей пленкой.
Введение синхронизирующей электрической связи между блоком питания и источником импульсного напряжения позволяет добиться одновременного прохождения процессов генерации электрического сигнала записи и возбуждения светового потока.
Введение жесткой механической связи источника оптического излучения с зондом обеспечивает их совместное перемещение.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором схематично изображено устройство плотной записи информации на электретном носителе.
Устройство плотной записи информации на электретном носителе содержит неподвижное основание 1, жестко связанные с ним трехкоординатный пьезопривод 2 и прозрачный держатель 3, установленные один над другим. На прозрачном держателе 3 размещена фотодиэлектрическая пластина 4, покрытая снизу токопроводящей пленкой 5 из оптически прозрачного материала, а сверху - электретной наноразмерной пленкой 6. На торце 7 трехкоординатного пьезопривода 2 закреплен зонд 8 из электропроводящего материала. Зонд 8 закреплен таким образом, что его острие 9 находится в непосредственной близости от поверхности 10 электретной наноразмерной пленки 6. Электрическую связь зонда 8 с токопроводящей пленкой 5 обеспечивает источник импульсного напряжения (ИИН) 11. Также устройство содержит блок питания (БП) 12 и электрически связанный с ним источник оптического излучения (ИОИ) 13, создающий световой поток 14, направленный на фотодиэлектрическую пластину 4. Источник импульсного напряжения 11 и блок питания 12 электрически связаны с отдельными каналами двухканального цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 15. Составляющими X 16 и Y 17 трехкоординатного пьезопривода 2 управляет формирователь строк и кадров (ФСК) 18, а составляющей Z 19 - стабилизатор туннельного зазора (СТЗ) 20. Последний электрически связан с зондом 8 и токопроводящей пленкой 5. Работу двухканального цифроаналогового преобразователя 15, стабилизатора туннельного зазора 20 и формирователя строк и кадров 18 координирует ЭВМ 21. Блок питания 12 и источник оптического излучения 13 выполнены импульсными. Источник оптического излучения 13 установлен соосно с зондом 8 и создает остросфокусированный световой поток 14 для формирования тонкого электропроводящего канала 22 в фотодиэлектрической пластине 4. Устройство дополнительно содержит синхронизирующую электрическую связь 23 между источником импульсного напряжения 11 и блоком питания 12, а также жесткую механическую связь 24 между зондом 8 и источником оптического излучения 13.
Устройство плотной записи информации на электретном носителе работает следующим образом.
В соответствии с заданной программой ЭВМ 21 посредством двухканального цифроаналогового преобразователя 15 управляет источником импульсного напряжения 11 и блоком питания 12.
Во время записи информации источник импульсного напряжения 11 подает электрический импульс записи между токопроводящей пленкой 5 и зондом 8 таким образом, что последний оказывается отрицательно заряженным, а токопроводящая пленка 5 - положительно заряженной. В результате между острием 9 и токопроводящей пленкой 5 возникает электрическое поле. Благодаря синхронизирующей электрической связи 23 в это же время блок питания 12 посылает электрический импульс источнику оптического излучения 13, где возбуждается интенсивный остросфокусированный световой поток 14 короткой длительности, направленный на прозрачный держатель 3. Проходя через прозрачный держатель 3 и токопроводящую пленку 5 из оптически прозрачного материала, остросфокусированный световой поток 14 попадает в фотодиэлектрическую пластину 4. В области проникновения светового потока 14 происходит локализованное электрическое шунтирование фотодиэлектрической пластины 4 за счет формирования в ней тонкого электропроводящего канала 22. Последний замыкает электрическую цепь зонд 8 - электретная наноразмерная пленка 6 - фотодиэлектрическая пластина 4 - токопроводящая пленка 5 - источник импульсного напряжения 11, что способствует процессу туннелирования (или коронирования в газовой среде) электронов эмиссии из острия 9 в электретную наноразмерную пленку 6, где они локализуются на энергетических ловушках запрещенной зоны вблизи поверхности 10. Одновременно с этим инжектируемые из фотодиэлектрической пластины 4 заряды фотопроводимости положительного знака (дырки) закрепляются на энергетических ловушках запрещенной зоны электретной наноразмерной пленки 6 вблизи соответствующей границы раздела. Таким образом, в электретной наноразмерной пленке 6 возникает локальная область поляризации связанного заряда.
При хранении записанной информации ввиду отсутствия остросфокусированного светового потока 14 и внешнего электрического поля диэлектрические свойства фотодиэлектрической пластины 4 восстанавливаются и электретная наноразмерная пленка 6 в течение длительного времени сохраняет локальную поляризацию в электрическом поле собственного заряда.
Локализация поляризуемой области электретной наноразмерной пленки 6 обеспечивается благодаря жесткой механической связи 24 между зондом 8 и источником оптического излучения 13 вкупе с их соосной установкой.
Запись информации по всей площади электретной наноразмерной пленки 6, в соответствии с заданной программой, осуществляется посредством формирователя строк и кадров 18, управляющего составляющими X 16 и Y 17 трехкоординатного пьезопривода 2, на торце 7 которого закреплен зонд 8.
Постоянство заданного зазора между острием 9 и электретной наноразмерной пленкой 6 поддерживается ЭВМ 21 посредством стабилизатора туннельного зазора 20, который постоянно регистрирует электрическую емкость между зондом 8 и токопроводящей пленкой 5. Отклик реализованной таким образом обратной связи управляет составляющей Z 19 трехкоординатного пьезопривода 2, жестко связанного с неподвижным основанием 1.
Таким образом, запись заданного программой потенциального рельефа осуществляется путем последовательного создания локальной поляризации или сохранения ее отсутствия, что позволяет различать записанную информацию как логические «1» и «0» соответственно.
Увеличение плотности записи информации достигается за счет существенного уменьшения области записи, локализированной между острием 9 и тонким электропроводящим каналом 22, - так называемое взаимодействие «игла-игла», в отличие от прототипа, в котором реализовано так называемое взаимодействие «игла-плоскость». Различия приведенных выше взаимодействий проиллюстрированы на правой и левой вставках к чертежу соответственно.
Сохранность ранее записанных данных обеспечивается за счет устранения необходимости многократного облучения световым потоком 14 всей площади фотодиэлектрической пластины 4 при записи новой информации. Частое воздействие такого облучения вызывает постепенную дестабилизацию ранее записанных данных, представляющую собой локальные области поляризации связанного заряда в электретной наноразмерной пленке 6.
Таким образом, применение предложенного устройства позволяет не только увеличить плотность записи информации, но и обеспечить сохранность ранее записанных данных, а следовательно, увеличить емкость и надежность соответствующих устройств.