mem ria elektromos m gneses optikai mems n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Memória: - elektromos - mágneses -optikai -MEMS PowerPoint Presentation
Download Presentation
Memória: - elektromos - mágneses -optikai -MEMS

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 64

Memória: - elektromos - mágneses -optikai -MEMS - PowerPoint PPT Presentation


  • 155 Views
  • Uploaded on

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!),

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
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.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 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