Квантовая суперпамять

006560 Область техники Изобретение относится к области электроники и информатики и может быть использовано в производстве внешней и оперативной памяти, вычислительных и всевозможных информационных устройствах. Уровень техники В ближайшее время основной проблемой развития мультимедийных технологий станет обработка и накопление терабитных объемов информации. Существующие в настоящее время носители информации: магнитные, оптические и кремниевые - почти исчерпали свои возможности как в физическом, так и в экономическом плане. В основе этих способов записи информации лежит принцип модуляции потока электронов или фотонов, взаимодействующих со средой-носителем информации. Широко применяемым способом хранения информации является хранение информации на электрических конденсаторах или хранение информации непосредственно в диэлектрике конденсатора на встроенных дефектах - ловушках электронов [1]. В связи с высокой степенью развитости кремниевой технологии обычно для хранения информации используются конденсаторы с диэлектриками из SiO2, Si3N4 и т.д. Они имеют низкую диэлектрическую проницаемость= 4, но высокую напряженность поля, при которой происходит пробой. В тонких 15 нанометровых пленках из-за уменьшения дефектов напряженность поля будет достигать E=6107B/cм [1,глава 7.3.4]. В таких конденсаторах удельная плотность энергии хранения информации составляет порядка W=3,5102 Дж/см 3. Однако реально нельзя получить такую плотность энергии из-за того, что пленка окисла находится непосредственно на полупроводнике. Так, например, в системе Si-SiO2, когда поле в кремнии достигает характерной для лавинного пробоя величины 3105 В/см, соответствующее поле в окисле примерно в три раза больше (106 В/см), поскольку Si/SiO2= 11,7/3,9 [1, глава 7.3.4]. Этот эффект,по крайней мере, на порядок уменьшает плотность энергии, запасаемой в конденсаторе. Высокая плотность энергии хранения информации позволяет увеличить отношение полезного сигнала к помехе и, следовательно, увеличить плотность записи информации до 1 Гбит/см 2. Однако из-за малой толщины пленок образуются высокие токи утечки. Например, при Е=6106 В/см плотность тока утечки составляет 410-11 А/см 2. Отметим, что токи утечки экспоненциально зависят от рабочей температуры прибора. Кроме того, при уменьшении толщины пленки меньше 8 нм в конденсаторе появляются туннельные токи. Следовательно, эти эффекты ограничивают время хранения заряда и область рабочих температур. Поэтому в процессе хранения информации, например, в ОЗУ заряд приходиться периодически восстанавливать - регенерировать. В таком режиме появляется мертвое время, необходимое на регенерацию заряда, и резко увеличивает потребляемую мощность операционной памяти. Кроме того, такая память при отключении питания теряет информацию. Для создания энергонезависимой памяти используются полупроводниковые полевые транзисторы с достаточно толстым подзатворным диэлектриком. Этот диэлектрик делается многослойным или в него встраиваются дефекты или дополнительные электроды. При подаче специального управляющего импульса диэлектрик пробивается, и в него вносятся заряды. Они захватываются ловушками в диэлектрике и могут храниться достаточно долго. Этот заряд изменяет статические характеристики транзистора, что используется для идентификации информации в каждой ячейке. Однако такие ячейки получаются достаточно большими. Это ограничивает возможность создания интегральных схем большой емкости [1,2]. Кроме цифровых интегральных схем с произвольным доступом широко используется аналоговая память с последовательным доступом на основе приборов с зарядовой связью (ПЗС) (Charge-coupled devices). Они обычно используются в фото и телевизионных приемниках для преобразования изображения в цифровую форму. Основным элементом ПЗС является МОП (металл-окисел-полупроводник) конденсатор, работающий в режиме глубокого обеднения. Это устройство представляет собой полупроводниковую подложку, покрытую однородным слоем изолятора (окисла), на котором достаточно близко друг к другу расположены затворы - электроды переноса. Здесь информация в виде зарядового пакета движется последовательно от ячейки к ячейке вдоль поверхности под действием тактовых импульсов, приложенных к электродам переноса. Однако количество таких сдвигов информации ограничено несколькими тысячами. В дальнейшем зарядовый пакет деградирует. При увеличении тактовой частоты больше чем 107 Гц, зарядовые пакеты также деградируют. В результате аналоговая информация теряется. Если ПЗС использовать в режиме хранения цифровой информации, то, закольцевав информацию в ПЗС, заряд периодически можно восстанавливать в виде 1 и 0. Ясно, что наличие одной дефектной ячейки в строке памяти приводит к выходу из строя всей строки. Поэтому процесс производства ПЗС приборов достаточно дорог. Кроме того, заряд в ПЗС хранится в достаточно большой области - в обедненном слое полупроводника, расположенном под окислом. Это на несколько порядков уменьшает удельную энергию хранения информации по сравнению с ОЗУ с произвольным доступом, что не позволяет уменьшить размер ячейки и получить плотность записи информации выше 10 Мегабит/см 2. В результате эти приборы не нашли широкого применения для создания внешней памяти из-за высокой стоимости хранения единицы информации [1].-1 006560 Для увеличения плотности записи информации 1 Гбит/см 2 необходимо уменьшить размер ячеек хранения вплоть до размеров, позволяющих хранить 1 электрон [3,4]. Однако эксперименты показали,что уменьшение размеров ячейки приводит к уменьшению рабочих температур ниже 4 K. Это связано с тем, что с уменьшением размеров ячеек активных элементов одновременно увеличивается паразитная удельная емкость управляющих электродов. Это соответственно увеличивает паразитный шумовой заряд, который разрушает полезную информацию, хранимую в ячейке [5]. В этом плане встает вопрос, можно ли создать энергонезависимую память на конденсаторах с большой удельной энергией хранения информации для получения высокой плотности записи информации, одновременно работающую в широком диапазоне температур и с высоким быстродействием. Известны электрические конденсаторы, обладающие большой удельной емкостью на основе твердых диэлектриков, например конденсаторы на диэлектриках ВаТiO3 имеют большую диэлектрическую проницаемость 1000 и удельную емкость порядка 0,3 Ф/см 3. Для увеличения удельной емкости применяют разные методы. Наиболее эффективным является наноструктурирование диэлектриков типа ВаТiO3 путем создания наноразмерных кластеров с оболочкой [6] или создание тонких наноразмерных пленок с легированием их металлом [7]. С помощью такого подхода, по утверждению авторов, удалось увеличить диэлектрическую проницаемость до =105-106 и достигнуть удельной емкости 100-1000 Ф/см 3. В результате удалось получить удельную энергию, запасаемую в конденсаторе 102-1,3104 Дж/см 3. В конденсаторах, выполненных по перечисленным выше патентам, используется титанат бария с высокой степенью легирования металлами. Это приводит к трансформации диэлектрика в полупроводник. В результате появляются большие токи утечки, что приводит к быстрой потере накопленной энергии. Кроме того,при увеличении плотности энергии более чем 103 Дж/см 3 начинается процесс растрескивания 100 нанометровых пленок. Следовательно, применять такие конденсаторы для долговременного хранения энергии не эффективно. В перечисленных выше твердотельных конденсаторах используется механизм переноса ионов. Так,в ВаТiO3 ионы сдвигаются относительно кристаллической решетки. Такой процесс движения тяжелых ионов ограничивает скоростные характеристики. Поэтому такие конденсаторы нельзя применять в элементах памяти сверхбыстродействующих интегральных схем. Раскрытие изобретения Задачей изобретения является создание ячеек памяти с предельно достижимыми параметрами по плотности записи информации,по скорости обращения информации,по времени хранения информации,по рабочим температурам. На основе таких ячеек предполагается создание операционной памяти с произвольным доступом и внешней памяти с последовательным доступом. При этом предполагается использование существующих современных технологий электронной промышленности с достигнутой в настоящее время разрешающей способностью литографии 130 нм. При усовершенствовании литографии до разрешения 15-30 нм предполагается последовательный переход к предельно достижимым параметрам, ограниченным фундаментальными законами физики. Для увеличения отношения сигнал/помеха необходимо увеличить удельную энергию хранения информации. Увеличить удельную энергию хранения информации в конденсаторе можно двумя путями: либо увеличивая , либо, что более эффективно, увеличивая напряженность поля Е, так как энергия возрастает в Е 2. Однако увеличение напряженности поля Е приводит к необратимому пробою диэлектрика[8]. Пробой в твердых диэлектриках происходит за счет эмиссии электронов в диэлектрик с обкладок конденсатора. Например, в пленках SiO2 при полях порядка 3105 В/см электронные и дырочные проводимости незначительны. Однако уже при этих полях в окислах может идти дрейф подвижных ионов, что приводит к нестабильности характеристик приборов. В нанометровых слоях толщиной меньше 8 нм начинают сказываться туннельные эффекты. Отметим, что проводимость Si3N4 и Аl2O3 обычно на много превышает проводимость SiO2. Для толстых микрометровых диэлектриков при превышении напряжения 3105 В/см эмитированные в диэлектрик электроны под действием ускоряющего электрического поля движутся от катода к аноду. На своем пути они испытывают многократные соударения, что приводит к образованию лавины электронов, т.е. к пробою. В результате ударной ионизации создаются положительные ионы, остающиеся в следе лавины и образующие остаточный заряд. Кроме того, существует возможность активизации находящихся в ловушках материала диэлектрика электронов, которые также участвуют в лавинообразном пробое. Кроме того, при увеличении толщины диэлектриков возникает так называемый объемный эффект, т.е. резко снижается пробивное напряжение диэлектриков, что приводит к уменьшению накапливаемой удельной энергии. Лавинный пробой приводит к деструкции материала диэлектрика и образованию дефектного канала, который не восстанавливается. В результате конденсатор выходит из строя. В настоящее время существует много теорий механизма необратимого пробоя диэлектриков [8]. Но все они только приближенными способами решают отдельные частные задачи.-2 006560 Задачей изобретения является создание нового механизма накопления энергии во всем объеме твердых диэлектриков за счет управления механизмом пробоя и восстановления рабочих параметров материала диэлектрика. В предлагаемом изобретении для одновременного увеличенияи Е предлагается использовать новый механизм движения электронов в диэлектриках и полупроводниках с учетом пространственной структуры волны электрона, опубликованный в заявке РСТ [5]. В этой работе показано, что форма электрона - его зарядовая волна изменяется в зависимости от скорости движения электрона и структуры материала, в котором он движется. В наиболее простых случаях форму электрона можно представить в виде заряженного тора, вращающегося вокруг своей оси. Для электрона, находящегося в минимуме своей энергии, его можно представить в виде тонкого, равномерно заряженного кольца с зарядом е, вращающегося вокруг своей оси со скоростью a2c, где а - постоянная тонкой структуры, а с - скорость света. Причем электростатическое поле такого электрона сосредоточено в его же плоскости, т.е. он представляет собой поперечную заряженную волну. В результате сечение взаимодействия между такими электронами минимально. Такое состояние электрона можно наблюдать в вакууме при движении его со скоростью относительно лабораторной системы координат, меньшей a2 с,или при его движении в сверхпроводниках или тонких диэлектрических пленках на поверхности полупроводника при низких температурах (квантовый эффект Холла) [5]. Диаметр такого электрона находится из эксперимента при туннелировании электрона через вакуумный промежуток. Экспериментально установлено, что туннельный эффект исчезает при расстоянии между электродами около 8 нм [1, глава 9.4]; [9, глава 3]. Этот исключительно важный экспериментальный факт постоянно игнорируется. Тем не менее, на основе новой модели можно определить этот параметр и теоретически. Будем считать, что радиус такого кольцевого электрона связан с мировыми константами [5] Предлагаемая теоретическая модель кольцевого электрона позволяет описать с новых позиций большинство нестационарных и нелинейных процессов, возникающих в конденсированной среде. В определенных материалах можно искусственно создать условие формирования кольцевого электрона с помощью внешних воздействий и/или с помощью наноструктурирования среды. Тем самым создаются резонансные условия работы, позволяющие функционировать им при нормальных температурах и выше. За счет уменьшения сечения взаимодействия с ионами кристаллической решетки диэлектрика возможно увеличить рабочую температуру до величины Этой температуре соответствует потенциал перехода электрона через барьер Ue=0,09928 B. При спаривании электронов с однонаправленными спинами их энергия возрастает в два раза и т.д. Если спариваются электроны с противоположными спинами, то энергия связи за счет поворота в пространстве науменьшается до величины В зависимости от заданного режима работы температуры Тe и T являются критическими рабочими температурами. Частота вращения электронного кольца будет определять предельную рабочую частоту Предельно достижимая плотность тока Максимально допустимая напряженность поля, при котором начинает происходить пробой Сопротивление материала будет определять токи утечки, т.е. время хранения энергии. Ее можно вычислить в расчете на один кластер следующим образом При последовательном соединении таких кластеров сопротивление возрастает прямо пропорционально и, по существу, не сказывается на токи утечки, если напряженность поля меньше Ее и рабочая температура ниже Те. Для расчета энергетических параметров ячеек памяти на наноструктурированных материалах будем считать, что кластеры являются сферическими и вместе с туннельно прозрачной оболочкой имеют диаметр 2,17510-6 см. На 1 см 2 будет располагаться 2,11011 таких кластеров. Наиболее устойчивое состояние кластера будет в случае, когда в нем находится два электрона. Тогда в 1 см 3 материала может храниться заряд 2,4210-2 Кл. Если к этому кубику наноструктурированного материала приложить действующее напряжение 1,37105 В, то в соответствие мы имеем удельную запасенную энергию в нем We= 1,66103 Дж/см 3. Этой величине соответствует =2106.-3 006560 Предельная плотность информации при записи в память из таких кластеров составит 28 Гбайт/см 2. Этой плотности записи будет соответствовать предельная рабочая температура 878 С и предельная тактовая частота 175 ГГц. Важно, что электроны в виде колец могут образовывать цепочки с однонаправленными спинами или с периодически изменяющимися спинами [5]. В первом случае они определяют фазовый переход металл-полупроводник, а во втором случае - переход полупроводник-сверхпроводник. Однако в ряде других случаев, например, в особым образом наноструктурированных материалах или на поверхности металла при большой напряженности поля электронные цепочки замыкаются концами и образуют электронный кластер в виде тора. Такие торы могут быть диаметром до 2 мкм. Их называют экситоном. Они видны при выходе электронов в вакуум под действие внешнего поля [10]. Условия пространственной устойчивости таких экситонов определены теоремой, доказанной в работе [11]. Существенно то, что такие экситоны в твердом теле в виде уединенной волны - солитона могут двигаться, не разрушаясь под действием тянущих полей, и осуществлять соответствующую коммутацию электродов. Сущность изобретения заключается в следующем. Согласно одному из вариантов изобретения квантовая суперпамять характеризуется тем, что содержит по крайней мере одну ячейку памяти с двумя или более управляющими электродами, формирующими прямой или последовательный доступ к ячейкам памяти, причем сама ячейка памяти состоит по крайней мере из одного кластера и туннельно прозрачного промежутка, характеризующаяся тем, что кластер имеет по меньшей мере один характерный размер, определяемый из формулы где r0 определяют как кольцевой радиус волны электрона согласно формуле: где постоянная Планка,me - масса электрона, = 1/137,036 - постоянная тонкой структуры,с - скорость света,а - коэффициент, определяемый в пределах 1 а 4, причем толщина туннельно прозрачного промежутка не превышает r0, а расстояние между электродами превышает r0. В этом изобретении кластер может быть выполнен из материала, выбранного из группы, состоящей из материалов - полупроводника, проводника, сверхпроводника, высокомолекулярного органического материала (ВМОМ) или их комбинации. В ряде случаев кластер может быть выполнен в виде полости с оболочкой из туннельно прозрачного слоя, состоящего из полупроводника или диэлектрика. В другом варианте кластер имеет центрально симметричную форму. Или кластер может быть выполнен протяженным и иметь характерный поперечный размер, определяемый по формуле d=br0, где 2b4. А также кластер может быть выполнен протяженным вдоль оси и иметь регулярную структуру с периодом, определяемым по формуле= br0, где 1b4. В соответствии с дальнейшим развитием изобретения множество кластеров расположено регулярно по меньшей мере в одном слое, причем промежутки между кластерами являются туннельно прозрачными и не превышают r0. Электроды в соответствии с дальнейшим развитием изобретения могут быть также выполнены из проводящих материалов с различными электрическими свойствами, например с различной работой выхода электронов, проводящими и сверхпроводящими свойствами и т.п. Кроме того, множество кластеров с туннельно прозрачными промежутками могут располагаться регулярно в виде слоев, по меньшей мере в одном из слоев, параметры кластеров должны отличаться от параметров кластеров в соседних слоях, причем промежутки между кластерами должны быть туннельно прозрачными и не превышать r0. В другом варианте множество кластеров может выполняться в виде полости с оболочкой из туннельно прозрачного слоя. Они должны контактировать по крайней мере в двух точках полости с соседними кластерами и образовывать пеноподобный материал с открытыми порами. Оболочка кластеров должна быть выполнена или из полупроводника, или из диэлектрика, или из ВМОМ, а поры могут быть заполнены или газом, или полупроводником, или диэлектриком с отличными от материала оболочки свойствами. Развивая изобретение кластер или группа кластеров с туннельно прозрачными оболочками подключены по крайней мере к двум управляющим электродам, и совокупность таких кластеров с электродами образует матрицу запоминающих ячеек с произвольным доступом. В другом усовершенствовании кластер или группа кластеров с туннельно прозрачными оболочками подключаются по крайней мере к двум управляющим электродам, и совокупность таких кластеров с электродами образует матрицу перезаписываемых запоминающих ячеек с произвольным доступом.-4 006560 В другом варианте два или более кластеров с туннельно прозрачными оболочками подключаются к питающим электродам по крайней мере через один резистивный слой и/или дополнительный кластерный слой из кластеров с туннельно прозрачными оболочками, и совокупность таких кластеров с электродами образует матрицу перезаписываемых запоминающих ячеек с произвольным доступом. Объединять кластеры в группы можно не только посредством контактов между собой, но и посредством электродов. Так, два или более кластеров с туннельно прозрачными оболочками можно объединить в группу в виде последовательной цепочки, четные элементы которой подключены через резистивные и/или кластерные слои к первому питающему электроду, а нечетные элементы подключены через резистивные и/или кластерные слои к второму питающему электроду. К входу этой цепочки подключается входной электрод, по которому подводится информация. А к выходу подключается выходной электрод, по которому снимается информация. В результате образуется перезаписываемая память с последовательным доступом - импульсный регистр сдвига. Наиболее перспективным вид усовершенствования будет, если два или более кластеров с туннельно прозрачными оболочками объединить в группу в виде последовательной цепочки, к которой подсоединить фигурные управляющие электроды, причем конфигурация электродов будет нести информацию о двоичном коде и одновременно определять выделенное направление движения информации. Причем к началу цепочки подключается дополнительный электрод, осуществляющий запуск движения уединенной волны - солитона. Этот солитон, двигаясь вдоль цепочки, считывает информацию с управляющих электродов. Такая конфигурация образует неперезаписываемую память с последовательным доступом. Снятие информации здесь осуществляется посредством измерения тока, протекающего по управляющим электродам. Для правильного выбора оптимальных режимов работы сформулируем следующие требования для перечисленных выше вариантов квантовой суперпамяти. Напряженность поля на один кластер для работы в режиме хранения не должна превышать ЕЕmax,где а напряженность поля в режиме заряда не должна превышать Е 2 Еmax. Предельная рабочая плотность тока не должна превышать Предельная тактовая частота управления памятью не должна превышать Квантовая суперпамять с последовательным доступом может работать при подаче на управляющие электроды, сдвинутые по времени противофазные импульсные напряжения, формирующие электрические поля, не превышающие 2 Еmax. В этом случае информация сдвигается вдоль электродов аналогично матрице ПЗС с двухфазным управлением. Для записи информации в регистр необходимо подать на входной электрод электрическое поле 2 Еmax-3 Еmax. Для неперезаписываемой памяти с последовательным доступом в активной наноструктурированной среде необходимо предварительно возбудить импульс - солитон, подав на дополнительный управляющий электрод электрическое поле 2 Еmax-3 Еmax. Примеры реализации этих устройств приведены ниже и изображены на чертежах. Перечень фигур Фиг. 1 - сферический элемент квантовой суперпамяти с туннельно прозрачной оболочкой; фиг. 2 - ячейка квантовой суперпамяти на основе центрально симметричных кластеров; фиг. 3 - ячейка квантовой суперпамяти на основе осесимметричных кластеров; фиг. 4 - фрагмент квантовой суперпамяти с произвольным доступом; фиг. 5 - фрагмент неперезаписываемой квантовой суперпамяти с последовательным доступом; фиг. 6 - фрагмент перезаписываемой квантовой суперпамяти с последовательным доступом. Краткое описание чертежей На фиг. 1 - сферический элемент квантовой суперпамяти с туннельно прозрачной оболочкой. Здесь 1 - кластер, который является квантоворазмерным резонатором для электронов. Добротность такого резонатора равна 1/; 2 - туннельно прозрачная оболочка кластера. Полость в кластере 1 может быть заполнена соответствующим материалом или газом для создания условий формирования кольцевого резонансного электрона. Туннельно прозрачная оболочка 2 разделяет кластеры между собой. Отметим, что кластер может быть осесимметричным. Главное, чтобы его полость обладала резонансными свойствами для электрона. На фиг. 2 показана ячейка квантовой суперпамяти на основе центрально симметричных кластеров. Здесь между электродами 3, 4 расположены кластеры 5 с туннельно прозрачными оболочками 6. На фиг. 3 показана ячейка квантовой суперпамяти на основе осесимметричных кластеров. Здесь между электродами 7, 8 расположены кластеры 9 с туннельно прозрачными оболочками 10. Параллельные электродам слои кластеров должны быть однородными, а перпендикулярные могут быть сделаны из слоев кластеров разной формы и материала.-5 006560 Принцип работы приведенных на фиг. 2 и 3 ячеек памяти основан на зарядке всех кластеров во всем объеме под действием электрического напряжения, приложенного к электродам 3, 4 или 7, 8. Зарядка кластеров происходит при превышении напряженности поля Еmax посредством электронной волны, двигающейся от катода к аноду. На фиг. 4 показан фрагмент квантовой суперпамяти с произвольным доступом. Здесь на полупроводниковую или диэлектрическую подложку 11 нанесен наноструктурированный материал 12 и координатные электроды управления 13, 14. При подаче импульсных напряжений, превышающих критическое значение поля Еmax, на два любых ортогональных друг другу электродов происходит пробой ячейки памяти, расположенной между этими электродами. Часть кластеров ячейки заряжается на величину заряда,пропорционально времени действия импульса. В этом случае в ячейке может храниться информация в дискретно аналоговой форме. Если длительность импульса достаточно большая, то успеют зарядиться все кластеры. Тогда информация в ячейке будет в цифровой форме. Считывание информации с ячеек возможно двумя способами. При подаче на соответствующие ортогональные электроды напряжения,создающего поле меньше Еmax. В этом случае за счет индукции в электродах наводится переменный сигнал, пропорциональный величине заряда. Разряд ячейки происходит при подаче на электроды импульсного, противоположного по знаку напряжения. Напряжение должно быть такой величины, чтобы разрушить условия формирования кольцевых электронов. Если слои кластеров выполнить с разными резонансными параметрами для электрона, то считывание информации будет происходить послойно. Однако в каждой ячейке остается остаточный заряд. На фиг. 5 изображен фрагмент неперезаписываемой квантовой суперпамяти с последовательным доступом. Здесь на полупроводниковую или диэлектрическую подложку 15 нанесен наноструктурированный материал 16 и фигурные управляющие электроды 17, 18. Конфигурация электродов 17, 18 несет информацию о двоичном коде и определяет выделенное направление движения информации. К началу цепочки подключен дополнительный запускающий электрод 19. К управляющим электродам 17, 18 подключен генератор тактовых импульсов 20 через резистор 21. Такая конфигурация образует неперезаписываемую память с последовательным доступом. В начале каждого цикла к запускающему электроду 19 прикладывается импульсное напряжение для формирования электронного солитона в объеме наноструктурированного материала. Этот солитон начинает движение вдоль управляющих электродов 17, 18 под действием тактовых импульсов генератора 20. Конфигурация электрода 17 представляет собой регулярную периодическую структуру с формой заострений по направлению движения кластера. А конфигурация электрода 18 имеет структуру, отражающую аналоговую или двоичную информацию. Электронный солитон,двигаясь между электродами, формирует ток, пропорциональный двоичному коду, т.е. частично замыкает эти электроды. Проходящий по электродам ток формирует на резисторе 21 выходное напряжение U,пропорциональное аналоговой или двоичной информации. Такое постоянное запоминающее устройство удобно при массовом тиражировании аудио- и видеоинформации и больших объемов информации типа баз данных. На фиг. 6 изображен фрагмент перезаписываемой квантовой суперпамяти с последовательным доступом. Здесь на полупроводниковую или диэлектрическую подложку 22 нанесен наноструктурированный материал 23 и управляющие электроды 24, 25. К управляющему электроду 24 подключены четные фигурные электроды 26, а к управляющему электроду 25 подключены нечетные фигурные электроды 27. Система электродов 25, 27 образует вытянутую цепочку. Соответственно в начале цепочки сформирован входной информационный электрод 28, на конце цепочки сформирован выходной информационный электрод 29. К управляющим электродам 24, 25 подключен источник управляющих импульсов 30. Источник 30 формирует управляющие импульсы, которые последовательно сдвигают информацию вдоль цепочки справа налево. На входной информационный электрод 28 подается напряжение такой величины,чтобы сформировать логическую 1 или 0. Напряженность поля для формирования логической 1 должна быть больше Emax, а логического 0 - меньше Еmax. Двоичная информация в виде заряда будет сдвигаться между электродами аналогично ПЗС регистрам. При достижении заряда информационного электрода 29 он будет менять его потенциал, который можно зарегистрировать. Форма электродов 26, 27 сформирована таким образом, чтобы создать условия для движения информации только от входа к выходу. Таким образом, создается последовательный двоичный регистр. Объединяя вход и выход этого регистра через элементы управления, можно создать кольцевую перезаписываемую память. Объединяя необходимым образом такую кольцевую память, можно создать аналоги HDD для внешней памяти компьютера. Важно, что при отключении питания информация в таких регистрах сохраняется. При вновь включенном питании движение информации пойдет с предыдущего сохраненного состояния. Примеры осуществления изобретения Заявляемое изобретение открывает возможность создания энергонезависимой перезаписываемой памяти с плотностью записи до 28 Гбайт/см 2 с предельной рабочей температурой вплоть до 878 С и предельной тактовой частотой до 175 ГГц. Эти параметры определяют коммерческую реализуемость квантовой суперпамяти. Однако встает вопрос, можно ли использовать существующие в настоящее время-6 006560 технологии для производства предлагаемой суперпамяти и будут ли они рентабельны при массовом производстве таких приборов. Рассмотрим возможности технической реализации. Покажем, что создание предлагаемых наноструктурированных материалов для памяти в виде кластеров, разделенных туннельно прозрачными промежутками вполне осуществимо на современной технологической базе. Формирование сферических и сфероподобных частиц возможно двумя способами [12]. Первый способ - из газовой фазы формируются металлические или полупроводниковые кластеры диаметром до 37 нм с последующим их окислением в потоке кислорода или подобных химических реагентов. Образование таких частиц аналогично образованию градин в атмосфере Земли. Второй способ - коллоидный. Он основан на осаждении кластеров из растворов солей металлов с последующим их химическим покрытием соответствующими оболочками. Наноразмерные полые сферы из диоксида циркония автоматически получаются в процессе высокочастотной плазмо-химической денитрации, и их можно наносить на подложку непосредственно из плазмы [13]. Частицы 4-15 нм автоматически получаются в материале Mo2N [14]. Создание планарных вертикальных наноканалов основано на коллективных способах формирования. Например, по технологии электрохимического окисления Al, Та, Nb, Hf и др. Образовавшийся канал можно заполнить гальваническим способом металлом или полупроводником [15]. Приведенные примеры показывают, что существующие в настоящее время способы позволяют создавать наноструктурированные материалы для квантовой суперпамяти на основе существующих технологий. Кроме того, в микроэлектронике существуют отработанные способы создания гигабитной памяти. Для увеличения времени хранения и уменьшения размеров ячеек такой памяти можно применять наноструктурированный материал. Его можно непосредственно наносить на ячейки памяти из газовой фазы через вскрытые окна маски. В этом случае можно на той же поверхности кремния получить больший объем памяти или меньшее ее энергопотребление. Особенно важно, что можно получить энергонезависимую память. При этом минимально возможные ячейки памяти для перспективных интегральных схем не будут превышать размер одного кластера с оболочкой, т.е. порядка 30 нм. Важно, что этот размер является фундаментальным пределом для электронных схем, использующих в качестве носителей электроны. Ниже этого размера создать элементы интегральных схем невозможно из-за туннельных эффектов,возникающих между шинами управления. Литература 1. Sze S.M. Physics of Semiconductor Devices. A Wiley-Interscience Publication John WileySons. NewGrundlagen. Springer-Verlag, 1986. [Русск. перевод. Техника высоких напряжений: теоретические и практические основы применения: Пер. с нем./M. Бейер, В. Бк, К. Мллер, В. Цаенгль. - M.: Энергоатомиздат, 1989, 555 с.] 9. Бузанева Е.В. Микроструктуры интегральной электроники. M., Радио, 1990. [Buzaneva E.V. Microstructures of integral electronics. M. Radio. 1990] 10. Месяц Г.А. Эктон-лавина электронов из металла. УФН, 1995 г.6 11. Капитонов А.Н. и др. Релятивистское равновесие тороидальной среды в собственном поле. Препринт МИФИ, 1987 12. Петров Ю.И. Кластеры и малые частицы. M., Наука, 1986, 368 с. 13. Дедов Н.В. и др. Структурные исследования порошков на основе диоксида циркония, полученных методом ВЧ-плазмохимической денитрации. Стекло и керамика. 1991,10, с. 17-19 14. J. Phys. Chem. 18.15, 1994, Р. 4083 15. Аверьянов Е.Е. Справочник по анодированию. M., Машиностроение, 1988 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Квантовая суперпамять, содержащая по меньшей мере два электрода, промежуток между которыми заполнен наноструктурированным в виде кластеров материалом, причем кластеры имеют характерный размер в интервале от 7,2517 до 29,0068 нм, а туннельно прозрачный промежуток между кластерами имеет толщину не более 7,2517 нм, отличающаяся тем, что кластеры расположены регулярно в виде слоев, при этом по меньшей мере в одном из слоев параметры кластеров отличаются от параметров кла-7 006560 стеров в соседних слоях, а промежутки между кластерами являются туннельно прозрачными и не превышают 7,2517 нм. 2. Суперпамять по п.1, отличающаяся тем, что кластер выполнен из материала, выбранного из группы материалов: полупроводника, проводника, сверхпроводника, высокомолекулярного органического материала (ВМОМ) или их комбинации. 3. Суперпамять, по п.1, отличающаяся тем, что кластер выполнен в виде полости с оболочкой из туннельно прозрачного слоя, состоящего из полупроводника или диэлектрика. 4. Суперпамять по п.1, отличающаяся тем, что кластер имеет центрально симметричную форму. 5. Суперпамять по п.1, отличающаяся тем, что кластер выполнен протяженным и имеет характерный поперечный размер, определяемый в интервале от 14,5034 до 29,0068 нм. 6. Суперпамять по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что электроды ячеек суперпамяти выполнены из проводящих материалов с различными электрическими свойствами. 7. Суперпамять по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что множество кластеров, выполненных в виде полостей с оболочками из туннельно прозрачного слоя, сообщаются по меньшей мере с одной из полостей соседних кластеров, образуя пеноподобный материал с открытыми порами, причем оболочка выполнена из полупроводника, или из диэлектрика, или из ВМОМ, или их комбинации, а поры заполнены или газом, или полупроводником, или диэлектриком с отличными от материала оболочки электрическими свойствами. 8. Суперпамять по п.1, отличающаяся тем, что два или более кластеров с туннельно прозрачными оболочками объединены в группу в виде последовательной цепочки, четные элементы которой подключены через резистивные и/или кластерные слои к первому питающему электроду, а нечетные элементы подключены через резистивные и/или кластерные слои к второму питающему электроду, причем к началу и концу цепочки подключены дополнительные информационные электроды, и такая конфигурация образует перезаписываемую суперпамять с последовательным доступом - импульсный регистр сдвига. 9. Суперпамять по п.1, отличающаяся тем, что два или более кластеров с туннельно прозрачными оболочками объединены в группу в виде последовательной цепочки, к которой подведены фигурные управляющие электроды, причем конфигурация электродов несет информацию о двоичном коде и определяет выделенное направление движения информации, а к началу цепочки подключен дополнительный запускающий электрод, и такая конфигурация образует неперезаписываемую суперпамять с последовательным доступом. 10. Способ работы квантовой суперпамяти по пп.1-9, имеющей по меньшей мере два электрода,промежуток между которыми заполнен наноструктурированным в виде кластеров материалом, причем кластеры имеют характерный размер в интервале от 7,2517 до 29,0068 нм, а туннельно прозрачный промежуток между кластерами имеет толщину не более 7,2517 нм, включающий приложение разности потенциалов к электродам, отличающийся тем, что к электродам прикладывают разность потенциалов, в режиме заряда создающую напряженность поля Е на один кластер, не превышающее 2 Еmax, в режиме хранения создающую напряженность поля Е на один кластер, не превышающее Еmax, где а предельные рабочие плотности тока ограничиваются величиной где постоянная Планка,me - масса электрона,е - заряд электрона, = 1/137,036 - постоянная тонкой структуры,с - скорость света. 11. Способ работы суперпамяти по п.10, отличающийся тем, что множество кластеров транзистора расположены регулярно по меньшей мере в одном слое, причем промежутки между кластерами являются туннельно прозрачными и не превышают 7,2517 нм. 12. Способ работы суперпамяти по пп.10, 11, включающий подачу сдвинутых по времени противофазных импульсных напряжений, формирующих электрические поля, не превышающие 2 Еmax. 13. Способ работы суперпамяти по пп.10, 11, включающий подачу на входной электрод для записи единицы информации электрического поля 2 Emax-3 Emax. 14. Способ работы суперпамяти по пп.10, 11, включающий подачу на дополнительный управляющий электрод электрического поля 2 Emax-3 Emax для запуска уединенной электронной волны (солитона) из группы кольцевых электронов.