ЭЛЕКТРОННО-ЛУЧЕВОЕ ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
ELECTRON-BEAM STORAGE

Предлагаемое изобретение относится к области вакуумной эмиссионной электроники и вычислительной техники и предназначено для записи, хранения и считывания информации. По принципу действия устройство относится к эмиссионной электронике, а по результатам действия - к постоянным запоминающим устройствам.
Известно электронно-лучевое устройство, содержащее вакуумную колбу и расположенные в ней электронную пушку, экран и геттер. Недостатком такого устройства является то, что облучение экрана электронным пучком вызывает свечение небольшой длительности послесвечения, до единиц секунд.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является электронно-лучевое устройство, содержащее вакуумный корпус и расположенные в ней электронную пушку, экран и геттер, называемый потенциалоскопом или иконоскопом и используемый для записи и считывания информации. Проектируемое извне световое изображение на экран вакуумного прибора создает с вакуумной стороны экрана электрическую зарядку полупрозрачного диэлектрического слоя поверхности. Электронный луч электронной пушки, расположенной внутри прибора, разворачиваемый в растр по диэлектрическому покрытию экрана, вызывает вторичную эмиссию различной интенсивности, зависящей от степени заряженности каждой точки, в которой находится луч. Величина тока вторичных электронов оказывается пропорциональной величине предварительного освещения экрана извне. В зависимости от свойств диэлектрического покрытия время хранения информации ограничено свойствами утечки заряда диэлектрического покрытия и ограничивается единицами часов. Даже при очень хороших диэлектрических свойствах заряд диэлектрического покрытия нейтрализуется фоновым космическим излучением.
Техническое решение направлено на увеличение времени хранения информации.
Техническое решение достигается тем, что электронно-лучевое запоминающее устройство, содержащее вакуумную колбу и расположенные в ней электронную пушку, экран и геттер, дополнительно содержит коллектор, расположенный между экраном и электронной пушкой, формирователь электрического поля, расположенный между коллектором и экраном, при этом экран выполнен и виде прозрачной пленки окисленного олова на увиолевом стекле, покрытой полупрозрачным эмиссионно-активным окисным слоем бария.
Схема предлагаемого электронно-лучевого запоминающего устройства приведена на чертеже.
Предлагаемое электронно-лучевое запоминающее устройство (далее - устройство) содержит вакуумный корпус 1, расположенные в корпусе геттер 2, электронную пушку 3, коллектор 4, полеобразующие электроды 5, экран 6, светофильтр 8, источник света 9, электрические выводы 10 вакуумных электродов.
Электронная пушка 3 содержит катод с модулятором 11, фокусирующую оптику 12, отклоняющие системы 13, экранирующий электрод 17. Коллектор выполнен из двух микроканальных пластин 15 и 16 с шевронной ориентацией и координатно-чувствительного электрода 14. Полеобразующий электрод 6 содержит несколько кольцевых проводников на диэлектрическом цилиндре, между которыми напылена высокоомная резистивная пленка. Экран содержит основу 21 из увиолевого стекла, герметически соединенную с торцом корпуса 1, прозрачную проводящую пленку из окисла олова 20, нанесенную на внутренней поверхности стекла 21, и полупрозрачную пленку 19 окиси бария, нанесенную на проводящей пленке 20 окиси олова. При электронной бомбардировке окиси бария на ее поверхности образуется пленка 18 свободных атомов бария. Проводящая пленка 20 имеет форму круга и по периферии имеет несколько электрических выводов для равномерного пропускания тока через пленку. К вакуумному корпусу 1 присоединен держатель 7, к которому присоединены источник света 9 с равномерной интенсивностью по площади экрана, и светофильтр 8, расположенный между экраном 6 и источником света 9.
Устройства питания, источник сигнала, подаваемого на модулятор, и процессорное устройство регистрации сигнала с коллектора 4 на чертеже не приведены.
Принцип действия прибора основан на эффекте диссоциации пленки 20 окиси бария под действием электронной бомбардировки пушкой 3 и уменьшения работы выхода с поверхности, то есть увеличения фотоэмиссии с участков пленки 20, подвергнутых бомбардировке. Такое состояние поверхности пленки 20 сохраняется длительное время. Восстановление поверхности может осуществляться нагревом, окислением атомами свободного кислорода и облучением низкоэнергетическим пучком.
ВаО
Ва
-10
-6
Разложение окиси бария может осуществляться бомбардировкой электронами с энергией электронов больше первого критического потенциала в три - пять раз, то есть больше 15-25 эВ. В результате диссоциации атомы кислорода уходят с первого монослоя атомов поверхности, а атомы бария остаются и создают монослойную пленку 20 на пробомбардированном участке. Участки, подвергнутые электронной бомбардировке, имеют состав поверхности Ва - ВаО, со структурой Ва на ВаО, а участки, не повергавшиеся воздействию электронного пучка, имеют равномерный состав ВаО. Работа выхода электрона с окиси бария равна еϕ = 5 эВ, а работа выхода бария еϕ = 2 эВ. При освещении экрана 6 светом равномерной интенсивности с участков, подвергнутых электронной бомбардировке, фотоэмиссия больше, чем с небомбардированных участков. Отличительной особенностью избирательно пробомбардированной поверхности является длительная стабильность состояния по составу, а соответственно по фотоэмиссионной способности при температурах ниже 100 °С. При нагреве экрана 6 выше 200 °С состав поверхности пленок 19 и 20 принимает исходное состояние с составом ВаО. В исходное состояние поверхность пленки окиси бария может быть приведена напуском из источника кислорода небольшой порции кислорода с повышением давления с 10 мм рт.ст. до 10 мм рт.ст. Избыточный кислород отбирается геттером 2. Третьим вариантом приведения поверхности пленки окиси бария в исходное состояние является бомбардировка поверхности электронным пучком электронной пушки 3 с энергией электронов ниже первого критического потенциала окиси бария, то есть с энергиями менее 4 эВ. Этот способ позволяет стирать информацию на выбранных участках экрана.
Устройство работает следующим образом. Для подготовки экрана 6 к записи информации электронная пушка 3 настраивается на режим с энергией пучка до 4 эВ, например 2 эВ. Разверткой пучка в растр с помощью отклоняющих систем 13 производится стирание всякой информации с поверхности. Затем электронная пушка 3 включается в режим записи на энергию пучка, например 3000 эВ. Для лучшей фокусировки пучка ускоряющая энергия пучка выбирается в пределах до 5 кэВ, соответственно изменяются потенциалы электродов фокусирующей 12 и отклоняющей 14 систем. При такой энергии можно сфокусировать пучок в размер до 0.1 мкм. Экранирующий электрод 17 стабилизирует работу электронной пушки 3 при малых энергиях пучка и позволяет без существенных возмущений вывести электронный пучок через электроды коллектора 4. Одновременно включается развертка пучка в растр, а на модулятор 11 пушки 3 подается записываемый сигнал. При наличии сигнала на модуляторе электронный пучок попадает на экран, в точку, определяемую координатами (напряжениями) отклоняющей системы 14 развертки пучка. При отсутствии сигнала модулятор 11 заперт, и пучок из пушки 3 не выходит.
8
Записанный сигнал сохраняется, как показал эксперимент, не менее месяца. При равномерном освещении экрана 6 источником 9 и светофильтром 8 светом синего диапазона на участках пленки 20, подвергнутых бомбардировке, фотоэмиссия больше в несколько раз (до 10 раз). Эмиттированные электроны с экрана попадают в электрическое поле коллектора 6, состоящего из микроканальных пластин 15 и 16, умножающих сигнал в 10 раз. Полеобразующий электрод 5 позволяет формировать плоскопараллельное поле между экраном 6 и коллектором 4, что обеспечивает прямой перенос электронного изображения экрана на входную пластину коллектора, а соответственно на координатно-чувствительный электрод 14. Эмиссионные свойства экрана при длительном освещении синим светом остаются неизменными. При освещении красным светом наблюдаются инерционный рост эмиссии после включения света и такой же инерционный спад при выключении света от микросекундны до секундных величин постоянной времени. В синем диапазоне временных изменений эмиссии не наблюдается, поэтому считывание записанной информации лучше осуществлять синим светом, Сигнал с координатно-чувствительного электрода 14 коллектора снимается последовательно для каждой точки экрана с дискретностью не хуже шага регистрации сигнала в процессорное устройство для использования по назначению. После коллектора 4 сигнал необходимо обработать дискриминаторами уровня по величине и длительности.
Полное стирание записи осуществляется пропусканием тока через проводящую пленку 21 и нагревом пленки 20 до 200-300 °С. Стирание информации с локальных участков экрана осуществляется с помощью электронного пучка с околонулевой энергией (1-2 эВ).
Сопоставительный анализ предлагаемого изобретения в сравнении с прототипом показал, что время ассоциации адсорбированных атомов бария с атомами кислорода при комнатной температуре значительно больше времени нейтрализации и утечки заряда с поверхности диэлектрика. Эксперимент показал, что эмиссионные свойства поверхности ВаО после бомбардировки и по абсолютной величине, и по отношению к небомбардированной поверхности в течение месяца изменений не претерпевают. За это время заряженные поверхности разряжаются полностью.
Технико-экономическое обоснование на предлагаемое изобретение «Электронно-лучевое запоминающее устройство», авторы: Волков С.С., Николин С.В. Ковальчук В.А., Дмитриев В.В., Пузевич Е.Н.
2
Предлагаемое изобретение позволяет осуществлять запись, хранение и считывание информации с большой плотностью на сплошных поверхностях, изготавливаемых без литографических операций. При диаметре пучка и разрешении координатно-чувствительного детектора 1 мкм плотность информации составит десятки Мбит/см.
Предлагаемое изобретение может быть реализовано без масштабной и дорогостоящей инфраструктуры литографических технологий производства изделий микроэлектроники.