Оптические вычисления - Арратуна Р.
Скачать (прямая ссылка):
ионами В+ (рис. 1.20). Имплантация ионов вызывает внутренние напряжения,
направленные перпендикулярно плоскости пленки и параллельно оси поля
анизотропии. Эти напряжения снижают поле анизотропии. На рис. 1.21
показано типичное уменьшение величины переключающего поля в зависимости
от индуцированных напряжений.
Ионно-имплантированная область переключающей ячейки в "лайтмоде", имеющем
пониженные переключающие поля, расположена вблизи точки пересечения х- и
у-адресных шин (рис. 1.20). При подаче токовых импульсов / по адресным
шинам поле в центре имплантированной области определяется как
^=-7"- (1Л6)
где й\ - расстояние от центра адресной шины до центра имплантированной
области. Для образования домена с обратным направлением намагниченности
это поле по величине должно по меньшей мере превосходить переключающее
поле. И если приложенное поле оказывается достаточно большим, чтобы
продвинуть доменную стенку по ячейке, то новый возникший домен за счет
движения стенок начинает увеличиваться в размерах. И опять-таки ячейка
переходит в насыщенное состояние, если приложенное поле превышает поле
насыщения по всей площади ячейки. Чтобы избежать переключения соседней
ячейки по отношению к адресуемой, ток, пропускаемый по шине выбора
ячейки, не должен превышать в два раза минимальное значение, необходимое
для переключения в адресуемой точке пересечения шин. Условием
селективного переключения, таким образом, является
ЯМИ"<-^<2ЯМИН. (1.17)
В реальных устройствах следует принимать во внимание статистический
разброс переключающего поля в имплантированной области.
Глубина имплантации ионов составляет величину, близкую
44
Часть I. Пространственные модуляторы света
Переключающим Первый процесс начинается проводящий в углу ячейки слой X
\^(зарождение домена) /
Ячейк^а^Нчейка|Намагничен+ | ность ¦-ИГ
подложка
Поля проводников воздействуют в данном углу
Второй проводник У
+Ч^е{4^Ячейка
^-Доменная стенка движется влево до полного переключения (насыщения)
Рис. 1.20. Конструкция "лайтмод" с х- и "/-адресующими шинами и ионно-
имплантированными областями, расположенными вблизи от точек пересечения
х- и "/-шин.
Н (А/м)
Индуцированное напряжение
Рис. 1.21. Снижение переключающего поля с помощью имплантации ионов В+ и
отжига (при 450 °С в течение 1/2 ч в атмосфере N2) в зависимости от
величины индуцированных напряжений.
Глава 1. Магнитооптические модуляторы света
45
0,5 мкм. Детальный анализ процесса зарождения доменов и величины поля,
требуемого для продвижения возникшей доменной стенки из имплантированной
в неимплантированную область ячейки, показывает, что минимальные
переключающие поля Ямин должны составлять приблизительно 12 кА/м [10].
Из-за сильного градиента поля анизотропии в центре и на границе
имплантированной области возникает градиент энергии магнитной доменной
стенки. Это приводит к появлению силы, оказывающей "давление" на стенку,
направленной от центра имплантированной области и заставляющей домен
снова сжиматься. Чтобы преодолеть это сжатие, требуется минимальное
переключающее поле Ямин, даже если величина | Hk-М"| уменьшена до нуля за
счет высокой дозы имплантации в центре имплантированной области. Время
переключения в основном определяется скоростью движения доменной стенки.
Наблюдавшиеся времена переключения находятся в пределах 1 мкс, что
соответствует скорости движения стенки около 100 м/с [10]. Переключение,
таким образом, происходит намного быстрее, чем у термически адресуемых
модуляторов, обсуждавшихся в подразд. 1.5.1, где время переключения
ограничено тепловыми процессами. Устройство "лайтмод" с 256X256
элементами, смонтированное на керамической подложке с межсоединениями,
показано на рис. 1.2.2.
1.5.3.2. Управляющие токи, проблемы теплоотвода и электромиграция
Для матрицы в 100X100 ячеек с шагом 100 мкм и шириной канавок 10 мкм
минимальные переключающие поля в х- и "/-адресных шинах, составляющие
Я"ин=12 кА/м, требуют пропускания импульсов тока величиной около
/ = #itd1 = 380 мА. (1-18)
Расстояние d\ от центра шин до центра имплантированной области в данном
случае составляет приблизительно 10 мкм.
Соответствующие омические потери мощности в адресных шинах длиной I тогда
составляют
P.-pZZ&l, (1.19)
wh
где wh- поперечное сечение шин (см. рис. 1.20). Толщина адресных шин
может быть доведена до значения толщины пленки (обычно составляющая 5
мкм). Для рассмотренного численного примера результирующие потери
мощности в золотой шине длиной 1 см составляют около 2,5 Вт. Переключение
с максимальной скоростью (1 элемент/мкс) требует подвода мощности около 5
Вт (сумма по х- и у-шинам) к рассматри-
46
Часть I. Пространственные модуляторы света
ваемой матрице в 100X100 элементов. В принципе ряды элементов также могут
переключаться одновременно за счет одновременного включения у-шин. Однако
в этом случае помимо проблемы создания перекрестных помех смежными шинами
с одинаковым направлением тока возникает еще и проблема, связанная с
