Щука А.А. Электроника (2005) (1152091), страница 144
Текст из файла (страница 144)
Часть Вб Функциональная электроника Такие достаточно надежные и помехоустойчивые Устройства могут использоваться для задания времени срабатывания. Описанные ЗУ отличаются простотой в обращении, име. ют малую стоимость, простую конструкцию, высокую радиационную стойкость. Со вр менем эта конструкция стимулировала развитие идеи создания пьезоэлектрической „ы числительной среды !ПЭВС) с функциями запоминающих устройств. При этом использо вьлось два типа динамических неоднородностей — сегнетоэлектрические домены для хранения информации и акустические волны для обработки информации. Важно отметить, что в этом случае решается принципиально новая технологическая зада ча; активная диэлектрическая континуальная среда в виде твердых тел заменяется анаяо.
гичной пленочной структурой. При этом необходимо воспроизвести сегнетоэлектрц. ческие свойства в тонких континуьльных слоях. Сложность закл1очается в том, что физи. ческая природа сегнетаэлектричества формируется дальнодействующими силами диполь. ного происхождения. Радиус действия таких снл определяется корреляционной длиной В этом случае толщина слоев сегнетоэлектрика должна на порядок превышать корреля цианную длину н составлять 100 †5 нм При этом необходимо достаточно точно вос. произвести стехиометрии трех-, четырех- и более компонентного состава. В этих пленках должны быть сохранены физические свойства объемного материала.
При этом одновременно уменьшаются управляющие электрические и механические напряжения, оптические и акустические потери, улучшаются другие потребительские свойства. Вопросы получения промышленных пленок сегнетоэлектриков являются специальной, технологической проблемой. Информационным значениям "0" или "1" соответствует разность фаз считываемого сигнала в 2я, что соответствует направлениям поляризации + Р, в отдельных ячейках памяти. Разработанные кьсзокерампчгские лгалпрьаы (ПКМ) функционируют на принципе импульсного нли резонансного считывания информации и напоминают конструкцию, рассмотренную на рис. 3.5. Считывание информации происходит без ее разрушения с тактовой частотой до ! МГц, определяемой временем переполяризации (- 50 люкс). Допускается 1Π— 1О циклов перезаписи информации.
Разработаны интегральные ПКМ ел1костью более 512 бит с напряжением перезаписи — 4 В, работающие в интервале температур 80 — 200 'С, выдерживающие ударные нагрузки до Зх10 д и отличающиеся высокой радиационной стойкостью. Следует отметить возможность увеличения на порядок плотности записи информации без увеличения числа ячеек памяти. В основе лежит ф1шический принцип переключения по. лЯРизации из состоЯниЯ вЂ” Р, в состоЯние + Ра Из-за отсУтствиа абсолютного поРога пере ключения можно один бит информации, например "1", разложить на амплитудный мне гоуровневый аналоговый сигнал и воспользоваться законами многозначной логики. 1 ах в ПКМ достаточно легко обеспечить 20 уровней ч- ЬР, во всем диапазоне ч Р; с Разре шепнем цифроаналогового преобразования 10-' В Одним из основных требований к сег. нетоэлектрическим материалам таких ПКМ является обеспечение коэффициента прямо угольности петли диэлектрического гистерезиса 0,85 < Ктп = р ) Рь к 1.
Весьма перспективным материалом для Ву являются сегнетоэлектрические пленки , на еэе основе нитрата ктшия !К)чОз]. Они отличаются мтшым временем переключения - 1 высокой талтовой частотой — 10 Гц. малыми геометрическими размерами доменов. пэ зволяющими получить размер ячейки — 20 мкм и, соответственно. достичь степени ин" нтеграции 10" — 10 бит)см . Емкостные элементы функциональной электроники нашли пер спективное применение в устройствах памяти схемотехнической электроники.
3. Функциональная диэлектрическая электроника Известно, что одним из существенных недостатков существующих схем памяти является отсутствие энергозависимости. Разработано несколько подходов к созданию энергонезависимых схем памяти. Лучший результат дает технология осаждении на поверхность тонкой пленки цирконата титаната свинца (ЦТС или Р7Т), с помощью которой формируются сегнетоэлектрические конденсаторы. Такие конденсаторы соответствующим образом поляризуются и, имея высокое значение диэлектрической проницаемости (е а 1200), обеспечивают определенное состояние ЗУ при частом отключении питания. Керамика цирконат титанат свинца (Р77) обладает высоким удельным сопротивлением (изолятор), термической и химической стойкосзью, высокой механической прочностью.
Температура фазового перехода Р7Т-керамики составляет 330 'С, и поэтому такие схемы могут работать в температурном диапазоне — 180 ...+ 320 'С. Пробивное напряжение таких схем составляет — 40 В, диэлектрическая проницаелюсть выше 1,2х10', что позволяет резко повысить плотность интеграции по сравнению с известными схемами ДОЗУ. Таким образом, динамические неоднородности в виде сегнетоэлектрических доменов, встроенных в устройства схемотехнической электроники, позволяют получить их новое качество, существенно улучшить выходные характеристики.
3.2.3. Процессоры Значительный интерес представляют процессоры для обработки больших информационных массивов, реализованные на принципах функциональной электроники. Это обусловлено тем, что такие устройства позволяют обрабатывать информацию в аналоговом виде, одномоментно либо весь массив, либо его часть. Результирующая информация может быть преобразована в цифровую форму.
Возможна операция выделения разносзной информации между двумя н более временными состояниями информационного массива. Процессоры можно реализовать на слоистых сзрукгурах типа "сегнегоэлектрик — фото- полупроводник". С обеих сторон такой структуры напыляются проводящие пленки, причем со стороны фотополупроводника пленка должна быть оптически прозрачной. При формировании на слое фотополупроводника оптического информационного массива на слоистую структуру одновременно подается "записывающий" импульс напряжения В освещенных участках сопротивление фотополупроводиика резко уменьшается, и все приложенное напряжение падает на слое сегнезозлектрика.
Под засвеченнылзи лзестами сегнетоэлектрик переполяризуется. В темных местах сопротивление фотополупроводника велико и все напряжение падает на него. Сегнетоэлектрик под темными местами не пере- поляризуется. Возникает пространственное распределение поляризации сегнстоэлсктрика, соответствующее распределению освещенности. Таким образом, оптический информационный массив преобразован в электрически заряженный информационный массив, который может быть легко считан.
Стирание записанной информации может быть осуществлено путем засветки всей поверхности фотополупроводника с одновременной подачей импульса напряжения, противоположного по знаку записывающему импульсу. Это позволяет перевести сегнетоэлектрик в исходное состояние. Такая структура является основой для создания опзических процессоров сигналов с промежуточным запоминанием информации, систем отображения информации. Оптоэлектронные свойства материалов определяются характером переориентации доченов над воздействием поляризующего электрического поля. Домены образуют зерна, размер которых определяется характерис1нкамн материала.
Так для цирконататнтаната свинца, легированного лантаном (ЦТСЛ, Р(.7Т), размер зерна составляет несколько мик- Часть !К Функциональная электроника 682 рон и включает в себя до десятка сегггетодоменов. Простейший тип переориентации до менов под действием электрического поля приводит к изменению вектора поляризации иа противоположное !180'). Однако режим поворота доменов каждого элемента сопрязкеи с трудностями нормирования чатрицы таких элементов с мнозкеством электродов. устройство на основе метода преимущественной ориентации доменов с помощью мехд нического напряжения, создаваемого деформацией пластины, получило название ФЕРПИК !ГЕРР!С, РЕцгое)есгг!с Р!С1ше). Его структура приведена на рис.
3.6. Проведем впали~ работы процессора в терминах модели прибора функциональной электроники. Рис. з.б, устройство обработки информации типа ФеРпик: т — прозрачные проводящие электроды; 2 — фотопровсдник; 3 — сегнетокерамике; 4 — прозрачная подложка; б — облучение через маску, б — облучение сканированием; 7 — переключатель режимов работы;  — источники напряжения В качестве основной континуальной среды используется сегнетоэлектрик 3 в виде 1)ТСЛ- керамики !(РЬзэкХгзззТ!а з)аяз1.асатО,! со средним размером зерна 1,0 — 1,5 мкм. В такой среде динамические неоднородности представляют собой субмикроиные сегнетоэлектрические домены.
Континуальная среда подвергается смещению деформацией, что позволяет сориентировать домены вдоль оси напряжения. Континуальная среда сопряжена, с одной стороны, фотополупроводником 7, с другой — прозрачным проводягцим электродом ! и прозрачной подложкой 4, несущей механические нагрузки. Прозрачный электрод ! нанесен и с другой стороны фотопроводящего слоя.
Запись информационного массива осуществляется путем освецзения устройства через транспарант 5, либо сканированием модулируемого по амплитуде (или по растру) ла~~р ного луча. управление записью осуществляется полями. На керамическую пластину по дается напряжение е 70 В, В местах засветки ученьшается сопротивление фотопроводя и!его слоя, и величина напряженности электрического поля достаточна для поворота до менов на 90'. Г!о окончании сканирования информационный массив записан в в'где распрелеления доменов различных направлений поляризации. В этом случае можно го гоаоРить, что одновременно произошло детектирование информационных сигналов Заметим, что огжическое пропускание устройства типа ФЕРПИК зависит от состо ° .ояиия доменов, ,тель у Записанную информацию можно считать, соединив электроцы !поставив переключате этом в срелнее положение и осветив устройство пучком кзонохроматического света).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
