запоминающий элемент

Формула изобретения

Запоминающий элемент, содержащий последовательно расположенные диэлектрическое основание и проводники первой группы, проводники второй группы, ортогональные проводникам первой группы, запоминающий слой, защитный слой, отличающийся тем, что содержит слой носителя заряда с электронно-ионной проводимостью, запоминающий слой выполнен из соединения с низкоразмерной структурой и нанесен на нижнюю поверхность проводников второй группы, на проводниках первой группы последовательно расположены слой носителя заряда с электронно-ионной проводимостью, проводники второй группы и защитный слой.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано в запоминающих устройствах ЭВМ, в разработке систем ассоциативных запоминающих устройств, создание банкой данных с прямым доступом, создание видео-аудио аппаратуры нового поколения.

В настоящее время использование полупроводниковой технологии в области микроэлектроники, создании электронных устройств ограничено тем, что имеет ограниченную подвижность электронов, большое тепловыделение и сложность производства [1, 2]

Сейчас идет интенсивный поиск новых принципов функционирования и производства электронных устройств с использованием супермолекулярных ансамблей, характеризующихся своими малыми размерами, разнообразием форм и которые под воздействием электрического, магнитного полей или светового облучения изменяют свои электрофизические или оптические характеристики.

Этот подход открывает перспективы создания электронных устройств нового поколения, основанных на новых механизмах хранения и преобразования информации и подборе соответствующих материалов. Устройств, которые могут обладать более высокой плотностью элементов, простой технологией и высокой надежностью.

Известно органическое запоминающее устройство, содержащее запоминающую матрицу на органическом компаунде, детектор, адресный дешифратор, регистр маски. Запоминающая матрица имеет пятислойную структуру [3] Недостатком данного устройства является сложность и громоздкость запоминающей матрицы и самого устройства, что весьма существенно при изготовлении и эксплуатации. Сложность и громоздкость обусловлены тем, что введен новый элемент регистр маски.

Наиболее близким к заявляемому является запоминающее устройство на органической основе, состоящее из источника питания, адресных шин (Х, Y - адреса), детектора и запоминающей матрицы. Запоминающий элемент матрицы состоит из диэлектрического основания, на которое нанесены два взаимно перпендикулярных слов проводников со слоем молекулярного носителя информации между ними и защитный слой [4] Слой молекулярного носителя информации выполнен из органической двухкомпонентной системы окислительно-восстановительной пары соединений, таких как ферроцен ферроцениум, ориентированных перпендикулярно диэлектрическому слою. Процесс записи основан на явлении туннелирования [4]

В известном устройстве процесс записи и стирания информации происходит посредством электрического поля, а считывание оптическим способом, что существенно усложняет механизм позиционирования, поэтому размеры запоминающего элемента и его информационная плотность при тех же топологических размерах металлической разводки определяется оптическим устройством, т. е. дальнейшее повышение плотности запоминающих элементов невозможно. Кроме того, оптическое считывание также снижает надежность работы запоминающего элемента вследствие сложности позиционирования оптического луча.

Задачей изобретения является повышение информационной плотности запоминающего элемента, повышения надежности его работы и простота изготовления.

Поставленная задача решается тем, что молекулярный запоминающий элемент, содержащий диэлектрическое основание, на которое нанесены два взаимно перпендикулярных слоя проводников со слоем молекулярного носителя информации между ними и защитный слой, на нижний слой проводников нанесен дополнительный слой носителя зарядов с электронно-ионной проводимостью с расположенным на нем слоем молекулярного носителя информации, выполненного из соединений с низкоразмерной структурой, дискретно изменяющим в рабочем диапазоне проводимость с записью цифровой или аналого-дискретной информации.

Отличительным от прототипа признаками является: нанесение дополнительного слоя носителя зарядов с электронно-ионной проводимостью; молекулярный носитель информации, расположенный на слое носителя зарядов, выполнен из соединения с низкоразмерной структурой, дискретно изменяющим в рабочем диапазоне проводимость с записью цифровой или аналого-дискретной информации.

Поиск по патентной и научно-техническим источникам информации, анализ уровня техники не выявил устройств, характеризующихся признаками, идентичными существенным признакам и совпадающих с отличительными признаками заявляемого изобретения, обеспечивающими достижение технического результата. Следовательно, заявляемое изобретение соответствует требованию "новизной" и "изобретательский уровень".

Использование в молекулярном запоминающем элементе химических соединений с низкоразмерной структурой обусловлено тем, что соединения с низкоразмерной структурой характеризуются электронной структурной неустойчивостью и под воздействием критического электрического поля происходит обратимое электронно-структурное преобразование. Электронно-структурное преобразование под действием электрического поля происходит за счет переноса заряда из слоя с электронно-ионной проводимостью, приводящего к существенному изменению проводимости молекулярной системы: переход диэлектрик-металл или полупроводник.

На фиг. 1 представлена схема поперечного разреза молекулярного запоминающего элемента.

Запоминающий элемент содержит диэлектрическое основание 1, на которое нанесен слой проводников 2, поверх которого нанесен дополнительный дискретный слой носителей заряда с электронно-ионной проводимостью, например, LiNbS³. Слой молекулярного носителя информации 4, расположенный на слои носителя заряда, выполнен из ориентированного соединения с низкоразмерной структурой, например, из тетрацианхинодиметана (TSNG). Слой проводников 5 нанесен ортогонально слою проводников 2. Поверх структуры выполнен защитный слой 6.

Запоминающий элемент работает следующим образом. При записи логической "1" на проводники 2 и 4, которые являются Х и Y адресами запоминающей матрицы, подается импульсное напряжение Е_зап., превышающее пороговое напряжение E_пор., которое определяется конкретным составом используемых соединений. После записывающего электрического импульса сопротивление запоминающего элемента переходит из высокоомного состояния в низкоомное. При считывании информации на те же адресные проводники подается контрольное напряжение Е_cч., по величине меньше E_пор.. По величине протекаемого тока можно судить о состоянии запоминающего элемента: низкоомное состояние при записи логической "1", или высокоомное состояние при записи логического "0", или наоборот. При стирании информации на соответствующие выводы Х и Y подается импульсное напряжение E_ст.. Соответствующая диаграмма работы запоминающего элемента представлена на фиг. 2.

Процесс записи идет за счет того, что в молекулярной системе с низкоразмерной структурной под воздействием приложенного напряжения происходит изменение электронного распределения и переход из состояния с низкой проводимостью в состояние с высокой проводимостью молекулярной системы.

Количественные характеристики исходного и конечного состояния зависят от вида используемых соединений и степени воздействия на них. Задавая время и величину действия электрического поля можно получить заданное значение проводимости, т. е. задавая время и силу воздействия, подавая определенную величину заряда можно получить заданное изменение проводимости. Измеряя соответствующее сопротивление можно получить информацию в цифровом или аналого-цифровом виде, что в свою очередь увеличивает информационную плотность на единицу поверхности.

Результаты проверки работы опытного образца показали, что при различных значениях E_зап. и времени воздействия меняется проводимость слоя носителя информации, т.е. идет стабильная запись информации в цифровом или аналого-дискретном виде.

Считывание информации происходить путем измерения сопротивления известными методами.

Стирание производится подачей на запоминающий элемент электрического поля обратной полярности.

Выполнение заявляемого молекулярного запоминающего элемента, в виде сочетания в нем слоя из соединения с низкоразмерной структурой и слоя с электронно-ионной проводимостью позволяет:

1. повысить информационную плотность запоминающего устройства по сравнению с полупроводниковой технологией. В случае молекулярной технологии площадь занимаемая одним элементом памяти равна А² (А ширина проводника), в то время как для полупроводниковой технологии соответствующий элемент занимает площадь около 30 100 A². Изменяя величину E_зап. и время воздействия на слой носителя информации получают запись в цифровом или аналого-дискретном виде. Более того, в молекулярной технологии можно легко осуществлять сэндвичную структуру, переходить к многослойным запоминающим устройствам;

2. Такое выполнение запоминающего элемента позволяет повысить надежность работы и упростить его изготовление и эксплуатацию.

Надежность элемента памяти, основанная на молекулярном принципе, определяется, с одной стороны простой технологией изготовления. Процесс сборки регламентируется определенными физико-химическими условиями синтеза, что предопределяет простоту изготовления и идентичность создаваемых молекулярных образований и следовательно, проявления физических эффектов, определяющих явление запоминания.

С другой стороны, избыточное количество молекулярных ансамблей, находящихся между двумя ортогональными проводниками многократно дублируют друг друга. Кроме того, запоминающий элемент прост в эксплуатации, так как по одним и тем же проводникам происходит считывание, запись и стирание информации.

Заявляемое изобретение предназначено для использования в вычислительной технике.