專利名稱：具有尺寸小于寫光波長的存儲單元的存儲設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有尺寸小于寫光波長的存儲單元的存儲設(shè)備。
背景技術(shù)：
各種類型的存儲媒體可用在計算機和其它類型的電子設(shè)備中。存儲媒體的例子包括集成電路存儲設(shè)備，諸如動態(tài)隨機存取存儲器(DRAM)、靜態(tài)隨機存取存儲器(SRAM)、電可擦可編程只讀存儲器(EEPROM)等。存儲媒體還包括基于磁和光學的存儲媒體，諸如軟盤、硬盤、光盤(CD)、以及數(shù)字化視頻光盤(DVD)。
光學DVD技術(shù)已經(jīng)在相對小的磁盤上實現(xiàn)了相對大量的數(shù)據(jù)的存儲。朝光學存儲媒體(諸如DVD)上更高存儲密度的持續(xù)趨勢已經(jīng)導致藍光技術(shù)的發(fā)展，藍光技術(shù)使用了藍紫光激光取代紅激光(其與常規(guī)DVD技術(shù)相關(guān)聯(lián))，以寫入和讀取DVD上的比特。藍紫光激光具有比紅激光更短的波長，這實現(xiàn)了當寫入光學介質(zhì)上的單元以及從該單元讀取時激光的更好的聚焦和更高的精度。更短波長藍紫光激光的使用實現(xiàn)了光學介質(zhì)上數(shù)據(jù)的更高密度配置。
傳統(tǒng)上，光學媒體上的存儲單元是限制衍射的，這意味著存儲單元的尺寸大于用于寫入存儲單元的激光的波長。因此，限制衍射存儲媒體不能獲得更高的存儲密度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的存儲設(shè)備，包括基片，其具有記錄層，所述記錄層具有與各自的多個存儲單元相關(guān)聯(lián)的多個區(qū)域；以及光源，其產(chǎn)生具有寫入存儲單元的第一波長的寫光，其中所述存儲單元的尺寸小于所述第一波長。


圖1示出根據(jù)本發(fā)明實施例的一部分存儲設(shè)備；圖2示出根據(jù)實施例、將數(shù)據(jù)寫入存儲設(shè)備或從存儲設(shè)備讀取數(shù)據(jù)的激光的使用；圖3是示出根據(jù)實施例、用于將存儲單元寫入存儲設(shè)備中的激光脈沖的時序圖；圖4是示出根據(jù)實施例、響應于寫激光脈沖的存儲單元區(qū)域的溫度曲線的示意圖；圖5是根據(jù)實施例、結(jié)合存儲設(shè)備的示例性系統(tǒng)的框圖。
具體實施例方式
圖1示出根據(jù)實施例、包括存儲基片10的存儲設(shè)備，該存儲基片包含多個存儲單元12。存儲基片10包括在其上形成若干層的支承結(jié)構(gòu)14。在支承結(jié)構(gòu)14上形成的第一層16包括一般沿第一方向(圖1中被表示為X方向)擴展的多個電極或?qū)w18。根據(jù)一個實施例，導體18由反射電導體材料(例如鋁硅)組成。
在第一層16上形成半導體層20(諸如P型硅層)。在半導體層20上形成相變層22。在一個例子中，相變層22是由n型材料組成。在備選實施例中，相變層22是由p型材料組成，而半導體層20是由n型材料組成。層20和22具有不同的摻雜類型(p摻雜類型或n摻雜類型)，以形成p-n結(jié)。
用于形成相變層22的相變材料的例子包括In2Se3、InSe、Ga2Se3、GaSbTe、GbSb以及AgGaSbTe。其它相變材料可用在其它實施例中。
在相變層22上形成另一個層24，其中層24包括沿第二方向(在圖1中被表示為Y方向)擴展的電極26。圖1中的X和Y方向一般彼此垂直。在不同的實施例中，電極18沿Y方向擴展，而電極26沿X方向擴展。
可在層24上形成抗反射涂層和保護層28?？狗瓷渫繉釉试S激光(或者電子束)穿過并到達相變層22，以執(zhí)行存儲單元12的寫和讀。
出于示例性目的而提供圖1中所示存儲基片10的層。在其它實現(xiàn)中，其它配置和層可用于存儲基片10。
相變層22實際上是可編程為將數(shù)據(jù)位存儲在各個存儲單元12中的記錄層。對應于存儲單元12的相變層22的每個區(qū)域具有至少兩個相位晶相和非晶相。備選地，可取代非晶相而采用兩個不同的晶相存儲數(shù)據(jù)位。當存儲單元12被編程為第一相位時，該存儲單元包括具有第一數(shù)據(jù)狀態(tài)或邏輯值的數(shù)據(jù)位。然而，如果存儲單元12的相變層部分被編程為具有第二相位，則存儲單元12包含具有不同的第二數(shù)據(jù)狀態(tài)或邏輯值的數(shù)據(jù)位。
在存儲基片10上設(shè)置數(shù)據(jù)檢測器32，以便執(zhí)行包含在存儲單元12中的數(shù)據(jù)位的回讀。數(shù)據(jù)檢測器32被電連接到電極18和26，以便檢測每對電極18、26兩端的電壓。如果存儲單元12包含第一數(shù)據(jù)狀態(tài)，則數(shù)據(jù)檢測器32檢測第一電壓。然而，如果存儲單元12包含第二數(shù)據(jù)狀態(tài)，則數(shù)據(jù)檢測器32檢測第二電壓。雖然數(shù)據(jù)檢測器32被示為一個邏輯塊32，但該數(shù)據(jù)檢測器實際上可具有多個數(shù)據(jù)檢測器電路，每個電路用于各組(列或行)存儲單元。
圖1還示出在第二基片36上設(shè)置的寫/讀機構(gòu)34。第二基片36和存儲基片10可相對于彼此移動，以便在編程(寫)或讀取存儲單元的選擇存儲單元上定位寫/讀機構(gòu)32。注意可移動第二基片36、存儲基片10或兩者，以便實現(xiàn)寫/讀機構(gòu)34和存儲單元12之間的相對移動。根據(jù)一個實施例，寫/讀機構(gòu)34包括用于出于執(zhí)行存儲單元12的讀和寫的目的而將激光傳播到存儲基片10上的激光源。在一個實施例中，寫/讀機構(gòu)34包括寫激光源(用于執(zhí)行寫)和讀激光源(用于執(zhí)行讀)。備選地，寫/讀機構(gòu)34可包括用于執(zhí)行讀的電子束發(fā)射器(而非讀激光源)和用于執(zhí)行寫的寫激光源。更一般地說，寫/讀機構(gòu)34中的讀激光源或電子束發(fā)射器被稱為“讀照明束發(fā)生器”，該發(fā)生器能夠發(fā)射激光或電子束。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，寫/讀機構(gòu)34的每個寫/激光源能夠?qū)?shù)據(jù)位寫到尺寸不是限制衍射的存儲單元12上。換言之，寫激光源能夠?qū)懭朊總€的尺寸(“子波長尺寸”)小于寫激光源產(chǎn)生的激光的波長的存儲單元12。其尺寸小于寫激光的波長的存儲單元12被稱為子波長存儲單元。如果(1)存儲單元的直徑，或者(2)存儲單元的寬度或長度，或者(3)存儲單元的任何其它尺寸小于寫激光的波長，則存儲單元的尺寸小于寫激光的波長。
通過產(chǎn)生具有功率幅度和持續(xù)時間的寫激光脈沖來提供實現(xiàn)子波長存儲單元的能力，即使目標存儲單元的相變層區(qū)域小于寫激光的波長，該寫激光脈沖也不引起處于目標存儲單元的相變層區(qū)域外部的相變層22部分中的相變。以下進一步描述實現(xiàn)寫入子波長存儲單元和從子波長存儲單元讀取的寫激光脈沖的特性。
圖2是一部分存儲基片10和第二基片36的側(cè)視圖。在第二基片36的下表面101上設(shè)置寫激光源102。此外，還在第二基片36的下表面101上形成讀照明束源100(其可以是電子束發(fā)射器或激光源)。寫激光源102和讀照明束源100是寫/讀機構(gòu)34(圖1)的一部分。雖然在圖2中示出了多個寫激光源102和讀照明束源100，但其它的實施例可使用單個寫激光源100和/或單個讀照明束源102。
在一個示例性實施例中，每個寫激光源100產(chǎn)生的寫激光具有大約399納米(nm)的波長，而每個讀激光源產(chǎn)生的讀激光具有大約422nm的波長。具有大約為以上的示例性波長值的寫和讀激光的波長是藍激光的波長(其包括藍激光和藍紫光激光)。在其它實施例中，其它波長可用于寫和讀激光。
在圖2中，第一寫激光源102產(chǎn)生將要導向第一存儲單元12A的激光束105A，而第二寫激光源102產(chǎn)生將要導向第二存儲單元12B的激光束105A。圖2還示出產(chǎn)生各個第一和第二讀激光束104A、104B的第一和第二讀激光源100。在圖2所示的位置中，為了執(zhí)行讀，相對于存儲單元12A、12B調(diào)節(jié)讀激光源100，以使來自讀激光源100的激光束104A、104B能夠照射各個存儲單元12A、12B。為了執(zhí)行寫，將相對于存儲單元12A、12B調(diào)節(jié)(通過存儲基片10和第二基片36的相對移動)寫激光源102，以便使來自寫激光源102的激光束105A、105B導向存儲單元12A、12B。
在圖2的示例中，導向存儲單元12A的寫激光束105A使相變層22的區(qū)域(其是存儲單元12A的一部分)保持或變?yōu)榈谝幌辔?例如晶相)。另一方面，導向存儲單元12B的寫激光束105B使相變層22的區(qū)域(其是存儲單元12B的一部分)保持或變?yōu)榈诙辔?例如非晶相)。是存儲單元12A的一部分的、相變層22的區(qū)域被表示為結(jié)晶區(qū)114，而是存儲單元12B的一部分的、相變層22的區(qū)域被表示為非晶區(qū)112。在其它示例中，存儲單元12A可被編程為非晶相，而存儲單元12B可被編程為晶相。
在存儲單元12B的非晶區(qū)112中，讀激光束104A引起電子空穴對的創(chuàng)建。然而，由于非晶區(qū)112中的電子空穴對趨向于以相對快速的速率重新組合，因此很少或沒有電流響應于讀激光束104B而從非晶區(qū)112通過半導體層20流到電極18。然而，在結(jié)晶區(qū)114中，電極對的重新組合以比非晶區(qū)112中更慢的速率發(fā)生；因此，響應于讀激光束104A，引起電流106從結(jié)晶區(qū)114通過半導體層20流到電極18。彼此相鄰的P型相變層22和n型半導體層20實際上提供起二極管作用的p-n結(jié)。
在備選實施例中，存儲單元可被編程為兩個不同的晶相一第一晶相和第二晶相。對于電子空穴載流子對(自由載流子)而言，這兩個晶相具有不同的重新組合速率，以便響應于讀激光束104A、104B而感應不同的電流。
通過p-n結(jié)的電流引起由p-n結(jié)表征的二極管兩端的壓降。壓降出現(xiàn)在電極26和18的兩端。電極26被連接到運算放大器108的正輸入，而電極18被連接到運算放大器108的負輸入。運算放大器108是數(shù)據(jù)檢測器32的一部分。運算放大器108檢驗電極26和18兩端的壓降。如果第一壓降(其對應于選擇存儲單元的相變層區(qū)域的第一相位)出現(xiàn)在電極26和18之間，則運算放大器108將第一值輸出到信號Data_Out。然而，如果運算放大器108檢測到電極26和18兩端不同的第二壓降(其對應于選擇存儲單元的相變層區(qū)域的第二相位)，則該運算放大器108將第二值輸出到信號Data_Out。在一個實施例中，電阻器110是與運算放大器108相關(guān)聯(lián)的反饋回路的一部分。在其它實施例中，可使用其它類型的用于檢測電極26和18兩端壓降(或電流)的電路。雖然在圖1中示出一個運算放大器108，但多個運算放大器108可以是數(shù)據(jù)檢測器32的一部分，以便檢測對應的多個存儲單元的數(shù)據(jù)狀態(tài)。
圖3是示出用于對存儲基片10(圖1)的存儲單元(或多個存儲單元)執(zhí)行寫的寫激光束的兩個脈沖200、202的時序圖。第一脈沖200(其具有功率幅度P1和脈沖寬度t1)用于將存儲單元編程為非晶相。具有功率幅度P2和脈沖寬度t2的第二脈沖202用于將存儲單元編程為晶相。
圖3中所示脈沖200和202中每一個的功率幅度和脈沖寬度被選擇為加熱目標存儲單元中的相變層區(qū)域，以使該相變層區(qū)域中的溫度具有類似于圖4中所示曲線300的溫度曲線。圖4中所示的溫度曲線一般將存儲單元的相變層區(qū)域中的溫度表示為距離的函數(shù)。溫度曲線300一般具有高斯形狀。換言之，溫度曲線300一般是正態(tài)曲線，該曲線是正態(tài)分布的對稱鐘形曲線。更一般地說，溫度曲線300具有一般的鐘形曲線。一般的鐘形曲線的峰值(其表示目標存儲單元的相變層區(qū)域中感應的最大溫度)一般位于或接近存儲單元的中心(在圖4中被表示為點DC)。遠離該中心或接近存儲單元中中心位置DC的溫度根據(jù)圖4的一般的鐘形曲線從峰值降低。
寫激光的波長由λ表示。如圖4中所示，一般的鐘形溫度曲線的一部分在水平虛線表示的、相變層的熔化溫度(Tmelting)的上方。在熔化溫度上方的溫度曲線部分具有寬度W，該寬度小于寫激光的波長λ。結(jié)果，響應于寫激光，僅溫度高于Tmelting的相變層區(qū)域被編程。因此，可使存儲單元的尺寸(直徑、寬度或其它尺寸)與圖4中所示的寬度W一樣小。寬度W的值小于波長λ，以根據(jù)一些實施例實現(xiàn)子波長存儲單元的形成。
在一個例子中，具有3.5毫瓦(mW)功率幅度和50納秒(ns)脈沖寬度的399nm寫激光脈沖可用于形成直徑大約為170nm的存儲單元。在其它例子中，可以在2-10mW之間調(diào)節(jié)功率幅度，并且脈沖寬度可以在10-50ns或更高值之間變化。以上給出的值是處于示例性目的。在其它實現(xiàn)中，寫激光的其它功率幅度和脈沖寬度值可用于有效地寫入子波長存儲單元。
以上根據(jù)一些實施例描述的存儲設(shè)備可被封裝，以便用在計算設(shè)備204(例如桌面型計算機、便攜式或筆記本計算機、服務器計算機、手持設(shè)備、諸如照相機的消費電子設(shè)備和器械等)中。例如，如圖5中所示，根據(jù)一些實施例的存儲設(shè)備被稱為高密度存儲設(shè)備200，該高密度存儲設(shè)備可被連接到計算設(shè)備204的I/O(輸入/輸出)端口202。I/O端口202可以是USB端口、并行端口、或任何其它類型的I/O端口。在計算設(shè)備204內(nèi)部，I/O端口202被連接到I/O接口206，該I/O接口再連接到總線208?？偩€208連接到處理器210、處理器212以及海量存儲器214。其它構(gòu)件可被包括在計算設(shè)備204中。計算設(shè)備204的該配置是被作為例子提供，并且并不用于限制本發(fā)明的保護范圍。在備選實施例中，高密度存儲設(shè)備200可被安裝(直接或通過插座)在計算設(shè)備204的主電路板上，而不是連接到計算系統(tǒng)的I/O端口。
在前文的描述中，闡述了許多細節(jié)，以提供本發(fā)明的理解。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解可在沒有這些細節(jié)的情況下實踐本發(fā)明。雖然已經(jīng)就有限個實施例公開了本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解從該實施例的許多修改和變更。希望在落入本發(fā)明的真正精神和保護范圍內(nèi)時所附權(quán)利要求覆蓋這些修改和變更。
權(quán)利要求
1.一種存儲設(shè)備，包括基片(10)，其具有記錄層(22)，所述記錄層(22)具有與各自的多個存儲單元(12)相關(guān)聯(lián)的多個區(qū)域；以及光源(102)，其產(chǎn)生具有寫入存儲單元(12)的第一波長的寫光(105A、105B)，其中所述存儲單元(12)的尺寸小于所述第一波長。
2.如權(quán)利要求1所述的存儲設(shè)備，其中所述光源(102)包括激光源。
3.如權(quán)利要求1所述的存儲設(shè)備，其中所述記錄層(22)包括由相變材料組成的層。
4.如權(quán)利要求1所述的存儲設(shè)備，其中所述寫光(105A、105B)導致各個存儲單元(12)中所述記錄層(22)區(qū)域的加熱，以使所述記錄層區(qū)域中的溫度具有一般的鐘形曲線(300)。
5.如權(quán)利要求1所述的存儲設(shè)備，還包括第二光源(100)，其產(chǎn)生具有不同的第二波長的讀光(104A，104B)，以便實現(xiàn)所述存儲單元(12)的讀取。
6.如權(quán)利要求5所述的存儲設(shè)備，還包括檢測存儲單元(12)中由所述讀光(104A，104B)感應的、所述基片中的電流的讀電路(32)。
7.如權(quán)利要求6所述的存儲設(shè)備，其中所述基片(10)具有與所述記錄層(22)相鄰的半導體層(20)，所述記錄層和半導體層形成響應于所述電流提供電壓的p-n結(jié)，所述電壓可由所述讀電路(32)檢測。
8.如權(quán)利要求1所述的存儲設(shè)備，其中在寫期間每個存儲單元(12)中的所述記錄層(22)區(qū)域可被編程為第一相位和第二相位中的一個。
9.一種存儲設(shè)備，包括支承結(jié)構(gòu)(10)；記錄層(22)，其是在所述支承結(jié)構(gòu)(10)上形成；寫機構(gòu)，其通過使用具有波長的激光(105A，105B)選擇性地在各個存儲單元(12)中形成非晶相區(qū)域和晶相區(qū)域的方式寫入所述記錄層(22)中的存儲單元，寫入所述存儲單元的所述寫機構(gòu)中每一個的尺寸小于所述激光的所述波長；以及讀電路(32)，其檢測所述非晶相和晶相區(qū)域中的電信號，以讀取所述存儲單元(12)的狀態(tài)。
10.一種將數(shù)據(jù)存儲在存儲設(shè)備中的方法，包括使用激光源(102)產(chǎn)生目標為所述存儲設(shè)備的存儲單元(12)的激光(105A，105B)，所述存儲單元(12)包括相變層(22)區(qū)域；以及將所述存儲單元(12)中的區(qū)域編程為第一相位和第二相位中的一個，其中所述激光源產(chǎn)生的所述激光實現(xiàn)尺寸小于所述激光波長的所述存儲單元中的所述區(qū)域的編程。
全文摘要
一種存儲設(shè)備，包括具有記錄層(22)的基片(10)，該記錄層(22)具有與各自的多個存儲單元(12)相關(guān)聯(lián)的多個區(qū)域。光源(102)產(chǎn)生寫入存儲單元(12)的具有第一波長的寫光，其中該存儲單元(12)的尺寸小于第一波長。
文檔編號G11B7/125GK1841537SQ20061007335
公開日2006年10月4日 申請日期2006年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月1日
發(fā)明者D·M·舒特, R·N·比克內(nèi)爾, M·S·塞特拉, T·M·梅蘭德, R·W·巴斯 申請人:惠普開發(fā)有限公司