1 / 64

Memória: - elektromos - mágneses -optikai -MEMS

Memória: - elektromos - mágneses -optikai -MEMS. ELEKTRONIKAI TECHNOLÓGIA 5. Fotonikai elemek és technológiák 5/3. Jel (információ) jel (tárolt) jel (információ). Jel (információ) : elektromos impulzus , elektromágneses hullám, (fény!),

wyman
Download Presentation

Memória: - elektromos - mágneses -optikai -MEMS

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Memória:- elektromos - mágneses -optikai -MEMS ELEKTRONIKAI TECHNOLÓGIA 5. Fotonikai elemek és technológiák 5/3

  2. Jel (információ) jel (tárolt) jel (információ) Jel (információ) : elektromos impulzus, elektromágneses hullám, (fény!), mágneses tér, részecske, hő, vegyi hatás(tinta?), mechanikai erő. Jel (tárolt): lokalizált elektronok (elektromos tér, domének, polarizáció), hibák (vakanciák), mágneses domének , tőrésmutató, elnyelés, visszaverés, polarizáció, mechanikai deformáció Írás, tárolás, leolvasás (tőrlés?) Paraméterek: energia/jel,bit, cm2,.. sebesség (jel/s) (az írásnál és a leolvasásnál, hozzáférhetőség) sűrűség (jel/S) stabilitás vagy reverzibilitás, időállandó ár/jel !!!!

  3. memóriák Hierarchia: 1,-2-,3-szint, off-line Karakterisztika: illékonyság, differenciálhatóság, hozzáférhetőség, címzés, kapacitás Teljesítmény Technológia: Félvezető Mágneses, Optikai, Papír más

  4. Főbb típusok: - elektromos : RAM, ROM, EEPROM, Flash…. Tranzisztor! - mágneses: HDD, MD, magnetooptikai,…..Mágneses domén - optikai : CD, CD-DVD R, RW…text.. Optikai változások - mechanikai : számológép, MEMS, AFM,… Deformáció + más kombinációk, a kökorszaktól a mai napokig……. Technológia: lehetőleg az ismert mikroelektronikai !!!!

  5. Tárolási kapacitások fejlődése-integrált elektronika

  6. Elektromos: DRAM- dynamic random access memory, SRAM-static RAM CMOS-complementary MOS (p-MOS and n-MOS pair) ROM, PROM , EEPROM, FLASH

  7. Mágneses: A doménok térbeli képződése a rendszer összenergiáját minimalizálja A Bloch-falban a mágnesezettségi irány megváltozása sok dipóluson elosztva valósul meg dBW(Co)  60 nm (kb. 200 atomsík) Ferromágnesesség: Az atomi mágneses momentumok a Weiss-féle doméneken belül maguktól párhuzamosra állnak be A mágneses momentumok párhuzamos irányba, ellentétes irányba állása

  8. HDD

  9. Buborék memória

  10. OPTIKAI • Az információ ~80% az optikai csatornán jut át hozzánk • Az információt valós időléptékbenfeldolgozhatjuk • vagy tároljuk és későbben dolgozzuk fel,alkalmazzuk • Tárolás: analógésdigitális • képekIC mikroelektronika • fényképezés • ~ holográfia • CD, DVD optoelektronika • Általános probléma:többet, gyorsabban, biztonságosabban és olcsóbban • ésláthatóan…..

  11. Idő Ár Elsődleges tárolás Másodlagos tárolás

  12. elektronok mozgásaatomok mozgása • elektrofotográfiaAg-Halfázisátalakulások • (a-Se, a-Si:H, ZnO, szerves) (VO2 , SmS, polimerek) • fotókrom(KCL, üvegek) szerkezeti változások • fotórefrakció effektus (a – a, a – k, k - a, sűrűség) • (LiNbO3 : Fe+³, Sn2P2S6) (AsSe, Ge-Te-Sb, ChG) • magnetooptikai effektusdiffuzió, összetétel változása • (MnBi, CrTe, Y3Fe2O12 ) (Ag-As2S3, Se/As2S3 MLS )

  13. Mit észlelünk? • Az optikai jellemzők változását • (abszorpció), R (visszaverődés), n (refrakció), P (polarizáció) d (méret) • [ amplitúdó] vagy[amplitúdó-fázis ] • optikai írás • Választhatunk: egy- vagy többlépcsős folyamat - egy lépcső, valós idő

  14. Az emberi szem Érzékenység: 10-8 – 104 W/m2 = 400 – 700 nm

  15. sűrűség ( max. ~100 Mbit/cm² ) • érzékenység ( 1 J/cm², 1 nJ /bit ), • hullámhossz-tartomány (1 - 2 ) • moduláció (0 ~10-100, R/R0 5, • n ~0.1-0.001, d ~200 nm) • ismételhetőség (  1 millió átírás) de…!!! • Stabilitás (több évtized is!) • - Gyorsaság (adattovábbítás) ( 10 – 100 MHz……)

  16. Optikai relief (kép) • Amplitúdó moduláció • Fázis moduláció • Fázis moduláció (méret)

  17. Optikai írás (memória): folyamatok • FOTOKÉMIA: klasszikus fotográfia, litográfia • (fejlett technológia, kiváló érzékenység, • de : nedves folyamatok, kétlépcsős eljárás, nem stabil…) • FOTÓFIZIKA: elektrofotográfia, DVD, CD (kompatíbilis a többi mikroelektronikai eszközzel, nagy a sűrűség, stabilitás, másolhatóság…)

  18. Fotokémiai folyamatok • A fény (hullám, kvantum) hatására kémiai folyamatok • indulnak be az anyagban : • -fotoszintézis • oxidálás-redukció (donor-akceptor komplexumok átalakulása) • polimerizáció • Ag-Hal. anyagokban az ezüst kiválása ( klasszikus fotográfia) • A képet általában egy külön folyamatban előhívják Figyelem: alapjában itt is a fizikai folyamatok (elektronok gerjesztése, kötések átalakulása) határozzák meg a folyamatokat

  19. Ag-Hal fotográfia (az ezüst szemcsék képződése) Ag-szemcsék + zselatin, exponálás előtt Ag-szemcsék előhívás után • AgBr ionok felbomlása a fény hatására (1 !!), Ag+ és J-. • Neutrális Ag, kristályok növekedése (+ előhívó= erősítés! 106) • Bitek max. sűrűsége: nmax1/ 4r2, r- a mag sugara

  20. Fotokémia • Fotó-oxidáció, polimerizáció,… • Reoxán oxidációja Stilben modifikálása

  21. Fotokémia fotófizika Különböző Corning-típusú fotokróm üvegek sötétedése és kivilágosodása. Mechanizmus: 50-200 nm Ag kristályok növekedése és lebomlása, halogének részvételével

  22. A fotókróm üvegek sötétedése • Lassú folyamat • E= 1.0 J/cm² • Kvantum hatásfok < 1

  23. Fotokémia fotófizika • Bakteriarodopszin- egy unikális szerves fényérzékeny anyag • Technológiája:áttetsző üveg hordozón vastag rétegeket alakítanak ki BR+zselatin mátrix keverékből 10-7 - 10 s !

  24. Fotofizika: A fény (hullám, kvantum) hatására fizikai folyamatok indulnak be az anyagban : -elektronok gerjesztése elektron-fonon kölcsönhatás, melegítés Fázisátalakulások A képet általában nem kell előhívni, illetve lehet, különböző reliefek előállítása céljából

  25. Jelenség: spin-foton kölcsönhatás, a fény polarizációs síkjának a forgatása=V.B.l (V- Verdet - állandó) Írás: a Hmaxcsökken, mivel a fókuszált lézersugár melegíti a réteget MnBi:T=360 C Gd3Fe2O12 réteg: +T=3 C, Q1 mJ /cm² • FOTOMÁGNESES ANYAGOK PÉLDÁJA

  26. Védő VO2 Tükör Hordozó Fázisátalakulások példája • Érzékenység 0.3 J/cm² • Reverzibilis! (RW CD)

  27. Fotófizikai folyamatok: egyszerű hőhatások Q=c m T + m, egy nagyon egyszerű modellben, hő-veszteség nélkül , kiszámítható az egy bit írásához szükséges energia Abláció: kiégetünk, elpárologtatunk egy-egy pontot DE: el kell gondolkodni a felbontásról, az írás sebességéről, a zajokról, a stabilitásról!

  28. 4. Fotófizikai folyamatok: a sokoldalú kalkogenidek példája 1. 2. 1,2/s 3. ChG 2 ChG, 1,2? ChG 1 NML Rec. Rec. Rec. Rec. Read Read Read Read Erase, thermo Erase Erase ? Erase ? Etching, Copy Embossing

  29. Chalcogenide glasses for optical recording: • As-based : As2S3, AsSe,… • Ge-based : GeS, GeSe, Ge2Se3, … • pure or doped Se, SexTe1-x, , … • multicomponent materials: Ge-Sb-Te, … Main parameters:spectral range, changes of α, n, R, d !? spatial resolution ! (μm nm) reversibility – stability recording in a real time scale As – Se system is the simplest, model one !

  30. Periódus Csoport** 1IA1A 18VIIIA8A 1 1H1.008 2IIA2A 13IIIA3A 14IVA4A 15VA5A 16VIA6A 17VIIA7A 2He4.003 2 3Li6.941 4Be9.012 5B10.81 6C12.01 7N14.01 8O16.00 9F19.00 10Ne20.18 3 11Na22.99 12Mg24.31 3IIIB3B 4IVB4B 5VB5B 6VIB6B 7VIIB7B 8 9 10 11IB1B 12IIB2B 13Al26.98 14Si28.09 15P30.97 16S32.07 17Cl35.45 18Ar39.95 ------- VIII -------------- 8 ------- 4 19K39.10 20Ca40.08 21Sc44.96 22Ti47.88 23V50.94 24Cr52.00 25Mn54.94 26Fe55.85 27Co58.47 28Ni58.69 29Cu63.55 30Zn65.39 31Ga69.72 32Ge72.59 33As74.92 34Se78.96 35Br79.90 36Kr83.80 5 37Rb85.47 38Sr87.62 39Y88.91 40Zr91.22 41Nb92.91 42Mo95.94 43Tc(98) 44Ru101.1 45Rh102.9 46Pd106.4 47Ag107.9 48Cd112.4 49In114.8 50Sn118.7 51Sb121.8 52Te127.6 53I126.9 54Xe131.3 6 55Cs132.9 56Ba137.3 57La*138.9 72Hf178.5 73Ta180.9 74W183.9 75Re186.2 76Os190.2 77Ir190.2 78Pt195.1 79Au197.0 80Hg200.5 81Tl204.4 82Pb207.2 83Bi209.0 84Po(210) 85At(210) 86Rn(222) 7 87Fr(223) 88Ra(226) 89Ac~(227) 104Rf(257) 105Db(260) 106Sg(263) 107Bh(262) 108Hs(265) 109Mt(266) 110---() 111---() 112---() 114---() 116---() 118---() Lantanidok* 58Ce140.1 59Pr140.9 60Nd144.2 61Pm(147) 62Sm150.4 63Eu152.0 64Gd157.3 65Tb158.9 66Dy162.5 67Ho164.9 68Er167.3 69Tm 168.9 70Yb173.0 71Lu175.0 Actinidok~ 90Th232.0 91Pa(231) 92U(238) 93Np(237) 94Pu(242) 95Am(243) 96Cm(247) 97Bk(247) 98Cf(249) 99Es(254) 100Fm(253) 101Md(256) 102No(254) 103Lr(257) Kalkogenidek- S,Se, Te-tartalmú anyagok (minket az amorf kalkogenidek érdekelnek)

  31. Fénymásolás Fotovezető anyag: a-Se, ZnO, AsSe, CdS, a-Si:H, Szerves anyagok Lényeg: egy fotovezető, de magasellenállású anyag, amelyet korona-kisüléssel töltenek fel , elektrosztatikus képeket alkotnak a jelek megvilágíítása alapján ( elektrostatikus relief a felületen), majd festő porral hívják elő. A port átviszik egy papir lapra amelyet majd fixálnak (melegítéssel rátapasztják a papirra).

  32. Fotofizikai folyamatok: felületi domborzatok fototermoplasztokban töltés exponálás előhívás fázismoduláció olvasás Fázis-moduláció, holográfia Anyagok: Egy réteg (polyvinilkarbazol ), vagy heterostruktúra, injekciós réteggel ( polyvinilkarbazol + CdS, As2Se3, STe,…) Felbontás 1000 1/mm, érzékenység 108cm²/J ha 1% DE (max. diffrakciós hatásfok DE  20% , felületi visszaverődési mód) Alkalmazás: interferometria, adatrögzítés

  33. A szerkezet változásával változik az elektronok spektruma, és ez már látható az optikai elnyelés változásában Fotofizikai folyamatok: elektronállapotok és szerkezeti változások

  34. Optikai írás amorf szerkezetben

  35. Fotofizikai folyamatok: alkalmazások sokszorosításban Kétlépcsős folyamat: (szelektív maratás NaOH, vagy más oldatokban, illetve plazmával ) • Írás– szelektív maratás –felületi domborzat • Írás (Ag -diffúzió)- maratás - domborzat • Mold gyártása – (Ni) – másolás (rácsok, CD, vagy akár kis sorozat névjegy, stb.) Mátrix (mold) másolás Fém (Ni) Eredeti írás

  36. CD szerkezete és gyártása • Az optikai adatrögzítés és leolvasás fejlődésében mérföldkövet jelentett a Philips és Sony által kidolgozott Compact Disc DigitalAudio(CD-DA) szabvány. Ez a mai napig minden CD formátum alapja. 1980-ban elkezdődött a hangtechnika digitalizálódása. • A szabványosított optikai adattároló lemezek családfája több mint 30 féle CD formátumot jelent. • A szórakoztató elektronikai piacon a kompakt lemezek (CD-DA gyakran CD-A-nak nevezik) terjedtek el. Ezek 120 mm átmérőjű és 1,2 mm vastagságú, áttetsző makrolon (polikarbonát) műanyagból fröccsöntéssel készült korongok. • A CD-DA kiszorította a hangtechnikából a mikrobarázdás lemezeket, amelyeket hasonlóképpen „préselték”.

  37. szélessége = 33 mm anyaga= polikarbonát: - kitűnő a fényáteresztő képessége, - nem öregszik. vastagság=1,2 mm Létezik mini-változat is, 80 mm

  38. A CD-DA szerkezete a CD lemez címke oldala tükröző réteg Al d=0,1 μm a címke felöl pit (gödör) míg az olvasási irányból dudor (bump) védőlakk (akril) réteg d= 5…10 μm land míg az olvasás felöl pit 0,11 μm 1,2 mm 15 mm v 0,5 μm polikarbonát korong átmérő=120 mm (4.8 inch) 1,2 m/s kerületi sebesség olvasó lézersugár hullámhossz = 780 nm A bump-ok belülről kifelé haladó archimedesi spirál alakú nyomvonal (track) mentén helyezkednek el (a spirál hosszúsága > 5 km). (kisméretű félvezető lézerdióda) A CD-DA rögzíthető 74 perc hosszúságú 44,1 kHz x 16 bit felbontású sztereó zene.

  39. bump-ok gödrö(pit-ek) 1,6 µm fényvisszaverő réteg (Al) A bump-ok szélessége 0,5 μm; hosszúsága min. 0,833 μm; vastagsága 0,11 μm ; menetemelkedése: 1,6 μm. A 74 perc hosszúságú zenei CD lemez kapacitása : 44.100 minta/csatorna/sec x 2 bit/minta x 2 csatorna x 74x60 sec = 783.216.000 bit A normál CD-DA adatátviteli sebessége = 4,3219 Mbit/s (a 4x CD meghajtók adatátviteli sebessége 4,8 Mbit/s).

  40. CD olvasófej felépítésének vázlata: Működés közben a lézerfény, áthaladva a tükörprizmán, fényereje a felére csökken. A CD-ről visszaverődő sugár fényereje szintén a felére csökken és az már nem elegendő az Al tükörfelületen való átjutáshoz. A kiinduláshoz képest csak negyedakkora fényerejű lézerfény jut a fotódetektorra. Léteznek más elrendezések is, egészen az integrált optikai eszközökig fényerő

  41. A CD lemezekenaz információ a spirális nyomvonal mentén különböző hosszúságú domborulatok (bump-ok) és sík részek sorozata. A kétféle felületről a lézersugár különböző intenzitással verődik vissza. Az intenzitás különbség megfelelő digitalizálás után fogja megadni a bináris 0 vagy 1 értéket. A CD-re az információt meghatározott kódrendszerben viszik fel. Nyomvonal közepe Az információ leolvasásához a lézerdióda egyetlen sugárnyalábjából előállított három lézersugarat használják. A spirális alakú nyomvonal ( a bump-ok) közepére fókuszált lézersugártól balra és jobbra egy-egy segéd lézersugár is található. Ha az olvasófej nyomvonal-követése helyes, akkor a hat-nyolc fotodiódából álló olvasófej az oldalsugarak jeleit egyformának érzékeli. Ha nem, a rendszer működteti a nyomvonaltartó szervorendszert. bump 1,6 µm

  42. A CD meghajtó felépítése: A lézerdióda és a fotódetektor elektronikája egy kocsin (laser pickup) helyezkedik el, a szükséges optikával és fókuszáló szervomechanikával együtt. Ezt a kocsit egy sávkövető szervomechanika mozgatja lineárisan a lemez középpontjától kifelé, sugárirányban a lemez síkjával párhuzamosan. Lemez helye Mozgató egységek Leolvasó Lemez-meghajtó Lézer-lencse Szervo-motor

  43. A CD-ROM gyártástechnológiája: 1. Premastering: a CD-ROM-on tárolandó információt feldolgozzák a mesterlemez által megkövetelt formátumban, digitális adathordozón (pl. CD-R lemezen) . 2. Mastering: üveglemezen a szubmikronos struktúra kialakítása (az üveglemezre felvitt fényérzékeny rétegen lézernyalábbal felírják a jeleket és maratással kialakítják a pit-eket,). 3. Electroforming: több lépéses galvanizálással előállítják Ni rétegből a nyomólemezt. 4. Préselés : a fröcssöntött 1,2 mm vastagságú polikarbonát korong egyik oldalán előállítják a mintázatot (bump-okat). 5. Reflektáló réteg (pl. Al) gőzölése majd ezt követően akril védőréteg felvitele és kikeményítése a korongon. 6. Feliratozás (pl. szitanyomtatás) és csomagolás.

  44. Újraírható (RW) lemezek hőmérséklet visszaverődés Író impulzus Az írott jelek kialakulása Írás-törlés-írás folyamat vázlata

  45. Újraírható, DVD lemez: hibák, törlés, stabilitás -Al-SiO2-ZnS-SiO2-GeTe-Sb2Te3-Sb-ZnS-SiO2— R=18-30%, R=0,6 , P=7-17 mW, r0,7 m, S26 MB/s polimer LÉZER Ohta T., JOAM, v.3, p.609(2001)

  46. A CD-R rétegszerkezete és írása: 1,6 μm címke réteg v= 30 μm UV kötésű védőlakk v= 3..5μm Au tükröző réteg v=50 nm kristályos infor. réteg v= 100-300 nm 0,11μm barázda (groove) amorf rész 0,6 μm 1,2 mm (~250 °C-on alakul ki). polikarbonát hordozó A lézerfény hő hatására az információ tároló kristályos szerves réteganyag amorffá válik. Az amorffá vált rész a kristályossal ellentétben rosszul veri vissza a fényt. lézer dióda: - olvasás: 1mW, - írás: 15..40 mW. + fáziseltolás

  47. Lemez részének szerkezeti vázlata

More Related