專利名稱：基于二極管和陰極導(dǎo)電性以及陰極發(fā)光的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能夠?qū){米尺寸的數(shù)據(jù)存儲區(qū)域進(jìn)行存儲、讀出和寫入數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲裝置。
背景技術(shù)：
近來，科學(xué)家們一直研制另一種超高密度存儲裝置和用于操作超高密度的數(shù)據(jù)存儲裝置的技術(shù)。這些裝置和技術(shù)在尺寸為納米級的存儲區(qū)域內(nèi)存儲數(shù)據(jù)位，其和常規(guī)的數(shù)據(jù)存儲裝置相比具有許多優(yōu)點(diǎn)。所述優(yōu)點(diǎn)包括較快地存取數(shù)據(jù)位，每位具有較低的成本，和使得能夠制造較小的電子裝置。


圖1說明按照相關(guān)技術(shù)的超高密度數(shù)據(jù)存儲裝置的結(jié)構(gòu)，其包括存儲介質(zhì)40，其被分成許多存儲區(qū)域(所示為在存儲介質(zhì)40上的矩形)，在每個存儲區(qū)域上能夠存儲一個數(shù)據(jù)位。圖1說明兩種類型的存儲區(qū)域，未修改的區(qū)域140，其一般用于存儲表示值0的數(shù)據(jù)位，和修改的區(qū)域130，其一般用于存儲表示值1的數(shù)據(jù)位。在這些裝置中在任何兩個存儲區(qū)域之間的周期性的范圍在1和100納米之間。
圖1還示意地表示位于存儲介質(zhì)40上方的發(fā)射器350和在發(fā)射器350與存儲介質(zhì)40之間的間隙。發(fā)射器350能夠發(fā)射電子束，并被設(shè)置在可動的發(fā)射器陣列支撐360(也被稱為微動器)上，所述支撐可以保持呈并聯(lián)結(jié)構(gòu)的數(shù)百甚至數(shù)千的發(fā)射器350。發(fā)射器陣列支撐360用于借助于在發(fā)射器陣列支撐360的上表面上的導(dǎo)線提供和每個發(fā)射器350的電連接，如圖中示意地表示的那樣。
相關(guān)領(lǐng)域(超高密度的數(shù)據(jù)存儲器件)發(fā)射器陣列支撐360可以相對于存儲介質(zhì)40移動發(fā)射器350，借以使每個發(fā)射器350能夠掃描存儲介質(zhì)40上的許多存儲區(qū)域。在后一種情況下，存儲介質(zhì)40可被置于一個能夠使所述存儲介質(zhì)40相對于發(fā)射器陣列支撐360運(yùn)動的平臺上。所述平臺可以用靜電方式、磁方式、或者利用壓電現(xiàn)象被致動，并且根據(jù)發(fā)射器陣列支撐360相對于存儲介質(zhì)40之間的運(yùn)動范圍，每個發(fā)射器350可以訪問數(shù)萬個甚至百萬個數(shù)據(jù)存儲區(qū)域中的數(shù)據(jù)位。
上面討論的超高密度數(shù)據(jù)存儲裝置的一些特定實(shí)施例在Gibson等人的美國專利5557596(Gibson’596)中披露了，該專利的全文在此列為參考。
在GIBSON’596專利中披露的裝置包括具有修改區(qū)域130和未修改區(qū)域140的存儲介質(zhì)40，發(fā)射器350和發(fā)射器陣列支撐360。GIBSON’596專利的裝置提供了一種費(fèi)用相當(dāng)?shù)土址奖愕挠糜谏a(chǎn)超高密度數(shù)據(jù)存儲裝置的方法，所述存儲裝置可以利用非常成熟的已經(jīng)使用的半導(dǎo)體處理技術(shù)制造。此外，在GIBSON’596專利中披露的一些裝置對發(fā)射器噪聲和在裝置操作期間發(fā)射器350相對于存儲介質(zhì)40運(yùn)動時發(fā)生的發(fā)射器350與存儲介質(zhì)40之間的間距的改變不敏感。其原因例如和在GIBSON’596專利中披露的二極管器件的性質(zhì)有關(guān)，因?yàn)樗龆O管使得恒定的電流源能夠和發(fā)射器350相連，并且使得電子束的能量能夠獨(dú)立于信號電流被監(jiān)視，以便對信號進(jìn)行標(biāo)稱化，如GIBSON’596專利所述。不過，在GIBSON’596專利中披露的裝置必須在苛刻的真空條件下操作。
按照GIBSON’596專利，存儲介質(zhì)40可以用若干種形式來實(shí)現(xiàn)。例如，存儲介質(zhì)40可以基于二極管例如p-n結(jié)或肖特基勢壘。此外，存儲介質(zhì)40可以包括光二極管和熒光層例如氧化鋅的組合。這種類型的結(jié)構(gòu)依賴于監(jiān)視存儲介質(zhì)40的陰極發(fā)光的改變，以便檢測寫入位的狀態(tài)。此外，按照GIBSON’596專利，存儲介質(zhì)40可以被保持在和發(fā)射器350不同的電位上，以便加速或減速從發(fā)射器350發(fā)出的電子。
在GIBSON’596專利中披露的發(fā)射器350是電子發(fā)射場發(fā)射器，其由半導(dǎo)體顯微制造技術(shù)制造，并發(fā)出非常窄的電子束。這些發(fā)射器可以是硅場發(fā)射器，但是也可以是Spindt發(fā)射器，其一般包括鉬錐形發(fā)射器，相應(yīng)的門和在每個發(fā)射器與其相應(yīng)的門之間的預(yù)定的電位差。GIBSON’596專利還披露了一種靜電偏轉(zhuǎn)器，有時用于偏置來自發(fā)射器350的電子束。
按照GIBSON’596專利，發(fā)射器陣列支撐360可以包括100×100個發(fā)射器350陣列，其中發(fā)射器350在X和Y方向上的間距為50微米。發(fā)射器陣列支撐360，如同發(fā)射器350一樣，可以由標(biāo)準(zhǔn)的成本效果比好的半導(dǎo)體顯微制造技術(shù)制造。此外，因?yàn)榘l(fā)射器陣列支撐360的運(yùn)動范圍可以有50微米之多，每個發(fā)射器350可以位于數(shù)萬個乃至數(shù)百萬個存儲區(qū)域的任何一個的上方。此外，發(fā)射器陣列支撐360可以同時尋址所有的發(fā)射器350，也可以用多工操作的方式尋址。
在操作期間，發(fā)射器350借助于發(fā)射器陣列支撐360在許多存儲區(qū)域上方被掃描，并且一旦位于所需的存儲區(qū)域上方，發(fā)射器350便可以被操作利用大功率密度的電子束或者利用小功率密度的電子束撞擊存儲區(qū)域。當(dāng)發(fā)射器350和存儲介質(zhì)40之間的間隙變寬時，電子束的光點(diǎn)尺寸也變寬。不過，發(fā)射器350必須產(chǎn)生足夠窄的電子束，以便和一個存儲區(qū)域相互作用。因此，有時需要包括電子光學(xué)系統(tǒng)，經(jīng)常需要復(fù)雜而昂貴的制造技術(shù)，用于使電子束聚焦。
如果發(fā)射器350利用足夠功率密度的電子束撞擊存儲區(qū)域，則電子束便有效地對存儲介質(zhì)40進(jìn)行寫操作，并把被撞擊的存儲區(qū)域從未被修改的區(qū)域140改變?yōu)樾薷牡膮^(qū)域130。當(dāng)來自大功率密度的電子束的電子撞擊存儲區(qū)域時發(fā)生這種寫操作，并且使被撞擊的區(qū)域經(jīng)受狀態(tài)的改變，例如從晶體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o定形結(jié)構(gòu)，或者從未被破壞的狀態(tài)改變?yōu)楸粺崞茐牡臓顟B(tài)。
所述狀態(tài)的改變可以借助于撞擊電子本身引起，尤其是當(dāng)在電子和介質(zhì)原子之間的撞擊使原子重新排列時，但是也可以由大功率密度的電子束把電子的能量傳遞給存儲區(qū)域因而引起局部發(fā)熱引起狀態(tài)的改變。對于在晶體和無定形狀態(tài)之間的改變，如果被加熱之后被快速冷卻，則可以實(shí)現(xiàn)無定形狀態(tài)。相反，借助于加熱被撞擊的存儲區(qū)域，然后讓其退火，可以使無定形狀態(tài)變?yōu)榫w狀態(tài)。
上述的寫處理最好在選擇的存儲介質(zhì)40含有可以在晶體和無定形狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的存儲區(qū)域時進(jìn)行，其中所述的改變引起材料性能的改變。例如，帶結(jié)構(gòu)、晶體學(xué)、和二次電子發(fā)射系數(shù)(SEEC)以及反向散射電子系數(shù)(BEC)都可以被改變。按照GIBSON’596專利所述的裝置，這些材料性能的改變可以被檢測，并且使得能夠進(jìn)行讀操作，如下所述。
當(dāng)利用二極管作為存儲介質(zhì)40時，大功率密度的撞擊電子束局部地使二極管表面上的存儲區(qū)域在晶體狀態(tài)和無定形狀態(tài)之間改變。根據(jù)無定形材料和晶體材料具有不同的電子性能這個事實(shí)，使得能夠進(jìn)行讀操作，下面還要詳細(xì)說明。
當(dāng)在由光二極管和熒光材料構(gòu)成的存儲介質(zhì)40上進(jìn)行寫操作時，發(fā)射器350利用大功率密度的電子束撞擊熒光材料的區(qū)域并因而改變其狀態(tài)。這種撞擊局部地改變輻射的和非輻射的再組合中心的密度，借以局部地改變熒光層的被撞擊區(qū)域的發(fā)光性能，從而使得能夠利用下面要討論的另一種方法進(jìn)行讀操作。
一旦數(shù)據(jù)位被寫入存儲介質(zhì)40中，讀操作便可以恢復(fù)存儲的數(shù)據(jù)。和在寫處理中使用大功率密度電子束相反，讀處理利用較低功率密度的電子束撞擊在存儲介質(zhì)40上的存儲區(qū)域。較低功率密度的電子束不改變其撞擊的存儲區(qū)域的狀態(tài)，但是它們或者被存儲介質(zhì)40改變，或者在其中產(chǎn)生信號電流。這些電子束改變的大小或者信號電流的大小取決于存儲區(qū)域的狀態(tài)(例如晶體和非晶體)，并且所述改變極大地取決于被撞擊的存儲區(qū)域是修改的區(qū)域130或者是未被修改的區(qū)域140。
當(dāng)在這樣的存儲介質(zhì)40上進(jìn)行讀操作時，所述存儲介質(zhì)40具有可以在晶體和無定形結(jié)構(gòu)之間改變的存儲區(qū)域，并且所述改變和材料的性能相關(guān)，所述信號電流可以取反向散射的形式，或者取由從存儲介質(zhì)被移開的檢測器收集的電子組成的二次電子發(fā)射電流的形式。因?yàn)闊o定形材料和晶體材料的SEEC和BEC系數(shù)是不同的，所以由檢測器收集的電流的強(qiáng)度根據(jù)較低功率密度的電子束撞擊修改的區(qū)域130或者撞擊未被修改的區(qū)域140而改變。借助于監(jiān)視這個差別，就可以確定被撞擊的存儲區(qū)域是相應(yīng)于1或者相應(yīng)于0的數(shù)據(jù)位。
當(dāng)選擇二極管作為存儲介質(zhì)40時，產(chǎn)生的信號電流由當(dāng)較低功率密度的電子束撞擊存儲區(qū)域因而激發(fā)電子空穴對時形成的少數(shù)載流子構(gòu)成。這種類型的信號電流尤其由能夠跨過二極管的界面遷移的并能夠作為電流被測量的少數(shù)載流子構(gòu)成。因?yàn)檫@種少數(shù)載流子的數(shù)量在很大程度上受材料的晶體結(jié)構(gòu)的影響，所以借助于在電子束撞擊不同的存儲區(qū)域時跟蹤信號電流的相對大小就可以確定較低功率密度的電子束撞擊的是修改的區(qū)域130還是未被修改的區(qū)域140。
在利用光二極管和熒光材料作為存儲介質(zhì)40的情況下，用于讀處理的較低功率密度的電子束激發(fā)熒光材料的光子發(fā)射。根據(jù)被撞擊的區(qū)域是修改的區(qū)域130(例如熱修改)或者是未被修改的區(qū)域140，在熒光材料中被激發(fā)的光子并由光二極管采集的的數(shù)量具有明顯的不同。這便使得通過激發(fā)光子在光二極管中產(chǎn)生不同數(shù)量的少數(shù)載流子，因而當(dāng)電子束撞擊不同的存儲區(qū)域時引起大小不同的通過光二極管界面的電流。
在上述的許多實(shí)施例中，在寫處理之后，可以進(jìn)行整體的擦除操作，從而使在存儲介質(zhì)40存在的所有修改的區(qū)域130復(fù)位。例如，如果整個半導(dǎo)體存儲介質(zhì)40被合適地加熱和冷卻，則整個存儲介質(zhì)40就可以并被復(fù)位到其原始的晶體或無定形結(jié)構(gòu)，從而有效地擦除在其中寫入的數(shù)據(jù)位。關(guān)于光二極管存儲介質(zhì)40，整體的熱處理可以復(fù)位例如由退火處理引起熱改變的區(qū)域。
相關(guān)領(lǐng)域原子力顯微鏡(AFM)圖2表示按照相關(guān)技術(shù)的一種典型的AFM探針10的頂視圖，其包括尖部20，支撐著尖部20并且本身又被AFM的其它元件(未示出)支撐著的順從支撐30和被設(shè)置在順從的懸浮體30的頂面上的壓電材料50。
探針10可以用本領(lǐng)域中熟知的接觸方式、非接觸方式或輕拍(間歇接觸)AFM方式操作，此處只作簡短的討論。接觸方式允許尖部20和存儲介質(zhì)40之間直接接觸，而非接觸方式(未示出)則把尖部20保持在存儲介質(zhì)40附近(一般為100納米的數(shù)量級或更小)。輕拍方式允許順從懸浮體30沿著垂直于存儲介質(zhì)40的表面的方向振動，而探針10沿平行于存儲介質(zhì)40的方向運(yùn)動，因此，尖部20以間歇的方式和存儲介質(zhì)40接觸或幾乎接觸，并在和存儲介質(zhì)40直接接觸以及在其鄰近的位置之間運(yùn)動。
尖部20一般(雖然不是唯一的)按照通用的半導(dǎo)體制造技術(shù)由硅或者硅的化合物制成。雖然尖部20一般用于測量在襯底上的表面特征的尺寸，例如上述的存儲介質(zhì)40，但是尖部20也可以用于測量存儲介質(zhì)40的電性能。
如上所述，在圖2中尖部20被固定在順從懸浮體30上，順從懸浮體30具有足夠的柔性，以便根據(jù)間歇接觸或輕拍方式的要求振動，或者按照為適應(yīng)在掃描期間產(chǎn)生的不希望的尖部懸浮體相對于存儲介質(zhì)的非平行運(yùn)動的要求振動(從而把尖部懸浮體保持接觸或者保持處于一個合適的工作距離)。順從懸浮體30一般在一端保持尖部20，在另一端被固定到AFM或STM的其余部分上并被所述其余部分支撐著。在一般的AFM結(jié)構(gòu)中，存儲介質(zhì)40位于一個相對于尖部20運(yùn)動的平臺上，從而使得在平臺運(yùn)動時尖部20能夠掃描存儲介質(zhì)40。
圖2示出了被設(shè)置在順從懸浮體30的頂面上的壓電材料50。當(dāng)尖部20掃描存儲介質(zhì)40時，尖部20使順從懸浮體30按照存儲介質(zhì)40的表面的改變上下運(yùn)動。這個運(yùn)動又引起壓電材料50的壓縮或伸展，因而在其中產(chǎn)生電流，或者引起可檢測的電壓變化。所述電壓或電流被一個檢測器(未示出)監(jiān)視，并被AFM或STM的其它元件處理，從而產(chǎn)生被掃描的區(qū)域的表面拓?fù)涞膱D像。
相關(guān)技術(shù)的不足之處一般超高密度數(shù)據(jù)存儲裝置(即在GIBSON’596專利中披露的裝置以及上述的AFM/STM裝置)在生產(chǎn)高密度的數(shù)據(jù)存儲裝置時具有幾個缺點(diǎn)。
例如，使超高密度數(shù)據(jù)存儲裝置至少具有一個下述的缺點(diǎn)相對小的信號電流，相對大的電子束光點(diǎn)尺寸和相對差的信噪比。
造成相對差的信噪比這個缺點(diǎn)的原因包括利用非接觸方法的裝置(例如場發(fā)射器或STM尖部)對于在發(fā)射器350和存儲介質(zhì)40之間的間隙距離在發(fā)射器350相對于存儲介質(zhì)40運(yùn)動時產(chǎn)生的變化的敏感性。這些間隙距離的改變導(dǎo)致信號電流強(qiáng)度的改變，而不會改變被撞擊的存儲區(qū)域的狀態(tài)，因而增加了噪聲。
相對大的光點(diǎn)尺寸至少部分地是由于電子束通過間隙距離時的擴(kuò)散引起的。為了獲得較小的光點(diǎn)尺寸，有時使用電子光學(xué)系統(tǒng)使電子束聚焦。不過，這種結(jié)構(gòu)的缺點(diǎn)是更加復(fù)雜，因此更難于制造，并且制造費(fèi)用更高。
利用非接觸方法的當(dāng)前的超高密度存儲裝置的其它缺點(diǎn)是，它們不能使得存儲介質(zhì)40和發(fā)射器350之間的間隙距離被順從地控制。而且，因?yàn)榘l(fā)射器350和存儲介質(zhì)40不直接接觸，所以需要連續(xù)地監(jiān)視并保持發(fā)射器350和存儲介質(zhì)40之間的間隙距離，以便確保所有的存儲區(qū)域利用基本上濃度相同的電子束中的電子被寫上和讀出。
超高密度數(shù)據(jù)存儲裝置的另一個缺點(diǎn)是，這種裝置需要至少在局部的真空條件下操作，并且通常在苛刻的真空條件下才能有效地操作。
因而，需要一種超高密度存儲裝置，其提供相對大的信號電流，能夠很好地使電子束聚焦以便撞擊存儲介質(zhì)，而不需要昂貴的聚焦光學(xué)系統(tǒng)，并具有相對好的信噪比。
需要一種用于對存儲介質(zhì)進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)的裝置和方法，其中基本上不需要監(jiān)視并動態(tài)地控制所述裝置的存儲介質(zhì)和發(fā)射器之間的距離，或者控制發(fā)射器的聚焦。
需要一種用于對存儲介質(zhì)進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)的裝置和方法，其中不需要在發(fā)射器周圍的真空環(huán)境，或者減少所需的真空度。
需要一種用于對存儲介質(zhì)進(jìn)行讀寫數(shù)據(jù)的裝置和方法，其能夠使在發(fā)射器和存儲介質(zhì)之間的電子束的通量更加保持恒定。
需要一種用于超高密度數(shù)據(jù)存儲的快速的，可靠的，成本效果比好的，利用常規(guī)方法制造和操作的數(shù)據(jù)存儲裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一些實(shí)施例涉及一種數(shù)據(jù)存儲裝置，其包括具有整流結(jié)區(qū)域的存儲介質(zhì)，在整流結(jié)區(qū)域附近的至少一個納米級的未修改的區(qū)域，在整流結(jié)區(qū)域附近的至少一個納米級的修改的區(qū)域和位于存儲介質(zhì)的表面鄰近的至少一個能量發(fā)射探針。
本發(fā)明的一些實(shí)施例還涉及一種數(shù)據(jù)存儲的方法，包括提供一種包括整流結(jié)區(qū)域和納米級的未修改的區(qū)域的存儲介質(zhì)，把能量溝通元件設(shè)置在存儲介質(zhì)附近，并把納米級的未修改的區(qū)域轉(zhuǎn)換成納米級的修改的區(qū)域。
本發(fā)明的一些實(shí)施例提供一種超高密度的裝置，其提供相對大的信號電流，使得相對好地聚焦的能量束能夠撞擊到存儲介質(zhì)上而不需昂貴的聚焦光學(xué)系統(tǒng)，并提供相對好的信噪比。
本發(fā)明的一些實(shí)施例提供一種用于從存儲介質(zhì)讀寫數(shù)據(jù)的裝置和方法，其中不需要把發(fā)射器周圍抽成真空，或者減少所需的真空度。
本發(fā)明的一些實(shí)施例提供一種用于從存儲介質(zhì)讀寫數(shù)據(jù)的裝置和方法，其能夠在發(fā)射器和存儲介質(zhì)之間保持更加恒定的能量束通量。
本發(fā)明的一些實(shí)施例提供一種快速的、可靠的、成本效果比好的、并且能夠用常規(guī)方法制造和操作的數(shù)據(jù)存儲裝置，用于進(jìn)行超高密度的數(shù)據(jù)存儲。
附圖簡介圖1表示按照相關(guān)技術(shù)的超高密度數(shù)據(jù)存儲裝置；圖2是按照相關(guān)技術(shù)的AFM探針結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；圖3a是按照本發(fā)明的一個實(shí)施例的數(shù)據(jù)存儲裝置的側(cè)視圖，其中使用AFM接觸操作方式，還表示尖部的第一實(shí)施例；圖3b是按照本發(fā)明的一個實(shí)施例的能夠記錄陰極導(dǎo)電性的度量的數(shù)據(jù)存儲裝置的視圖；圖4a表示按照本發(fā)明的一個實(shí)施例的側(cè)視圖，其中使用AFM非接觸或輕拍操作方式，還表示和圖3a不同的尖部；圖4b表示本發(fā)明的另一個實(shí)施例，其中的尖部具有和存儲介質(zhì)接觸的部分和離開存儲介質(zhì)的部分；圖5表示本發(fā)明的另一個實(shí)施例，其中在順從的懸浮體上具有兩個尖部，一個尖部和存儲介質(zhì)接觸，而另一個尖部和存儲介質(zhì)不接觸；圖6a表示按照本發(fā)明的一個實(shí)施例的二極管型存儲介質(zhì)；圖6b表示按照本發(fā)明的一個實(shí)施例的熒光材料/光二極管型的存儲介質(zhì)。
詳細(xì)描述圖3a表示在本發(fā)明的某個實(shí)施例的范圍內(nèi)的能量發(fā)射探針105。雖然圖3a中示出了一個探針105，但是本發(fā)明的一些實(shí)施例的超高密度數(shù)據(jù)存儲裝置中，多個探針105被固定在如上面討論的發(fā)射器陣列支撐360上。
除去在GIBSON’596專利披露的發(fā)射器陣列支撐360之外，本發(fā)明的某些實(shí)施例包括不和真空殼體相連的發(fā)射器陣列支撐360結(jié)構(gòu)，因?yàn)楸景l(fā)明的某些實(shí)施例可以在例如1個大氣壓的壓力下或者在10-5乇以上的其它壓力下操作。按照這些實(shí)施例，發(fā)射器陣列支撐360被一般由包含在AFM/STM結(jié)構(gòu)內(nèi)的元件支撐著，或者由本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的元件支撐著，以便使發(fā)射器陣列支撐360位于存儲介質(zhì)40上方所需的位置。此外，在發(fā)射器陣列支撐360上的探針105可以在一個存儲區(qū)域進(jìn)行讀寫操作，或者可以掃描數(shù)以百萬計的存儲區(qū)域。此外，按照本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的發(fā)射器陣列支撐360的結(jié)構(gòu)，其可以具有大于50微米的運(yùn)動范圍。此外，按照本發(fā)明的存儲介質(zhì)40可包括一個或幾個整流結(jié)。
按照本發(fā)明的一些實(shí)施例，由發(fā)射器陣列支撐360支撐著的能量發(fā)射探針105可以同時或者以多工方式被尋址，并且對所述探針的寫入不受圖1所示的一根導(dǎo)線的限制。根據(jù)不同的實(shí)施例，可以使用一根或多根導(dǎo)線。
按照本發(fā)明的一些實(shí)施例，每個探針105包括順從懸浮體110，其具有連接部分80。該連接部分從探針105到存儲介質(zhì)40直接或間接地將能源150與尖部120或其它物理的能量溝道部件連接。能源150使尖部120能夠提供局部的能源，并且，按照本發(fā)明的一些實(shí)施例，可以發(fā)射能夠改變存儲介質(zhì)40的被所述電子束撞擊的區(qū)域的狀態(tài)的大功率密度電子束。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，尖部120可以直接和存儲介質(zhì)40接觸，或者可以和存儲介質(zhì)40離開一個在非接觸方式下或者在間歇接觸方式下一般用于AFM結(jié)構(gòu)的距離。
在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，尖部120能夠發(fā)射能量束，其形式包括但不限于電子、光、熱或其它的能量形式，其能夠按照上述通過改變存儲介質(zhì)的狀態(tài)把未被修改的區(qū)域140轉(zhuǎn)換成修改的區(qū)域130。雖然上面討論的數(shù)據(jù)位在其意義上，例如是無定形狀態(tài)或是晶體狀態(tài)，是被熱修改的或者是未被熱修改的，是二進(jìn)制的，但是本發(fā)明的一些實(shí)施例包括非二進(jìn)制數(shù)據(jù)，例如數(shù)據(jù)位的狀態(tài)可以選擇是無定形狀態(tài)或者是幾個晶體狀態(tài)之一。
按照本發(fā)明的一些實(shí)施例，除去上面討論的存儲介質(zhì)40的實(shí)施例之外，可以使用p+-p結(jié)，n+-n結(jié)，和在GIBSON’596專利中沒有專門披露的整流結(jié)。此外，按照本發(fā)明的一些實(shí)施例，也可以使用半導(dǎo)體硫族化物可逆相改變材料作為存儲介質(zhì)40的部分。按照本發(fā)明的一些其它的實(shí)施例，最好使用基于直接能帶隙III-VI硫族化物的相改變材料。
此外，存儲介質(zhì)40可以用圖3b所示的方式構(gòu)成，其使得能夠記錄陰極導(dǎo)電性的度量。在本發(fā)明的這種實(shí)施例中，構(gòu)成存儲介質(zhì)40的材料可以是陰極導(dǎo)電的基于硫族化物的相改變材料，所述材料至少由下述材料的一種構(gòu)成Se，Te，S，Sb，Sg，In和Ga。
如圖3b所示，修改的區(qū)域130和未被修改的區(qū)域140位于和存儲介質(zhì)40接觸的電極125，135之間。電極125，135可以位于修改的區(qū)域130和未被修改的區(qū)域140的上方、下方或側(cè)部，并且在存儲介質(zhì)40中可以具有一對以上的電極125，135。當(dāng)偏壓被施加于電極125，135時，便在陰極導(dǎo)電的存儲介質(zhì)40的平面內(nèi)感應(yīng)一個電場E，因而暗電流在電極125，135之間流動。
當(dāng)進(jìn)行陰極導(dǎo)電性的測量時，修改的區(qū)域130和未被修改的區(qū)域140被從尖部120發(fā)射的電子束撞擊，產(chǎn)生電子載流子和空穴載流子，電場E使自由載流子朝向電極125，135加速，并由和一個電極相連的傳感器(未示出)檢測由電子和空穴的運(yùn)動引起的信號電流。因?yàn)樽矒粜薷牡膮^(qū)域130和未被修改的區(qū)域140會產(chǎn)生并收集不同濃度的載流子，所以通過根據(jù)尖部120的位置監(jiān)視信號電流的大小便可以進(jìn)行讀操作。
按照本發(fā)明的一些實(shí)施例，除去上述的發(fā)射器350之外，也可以使用例如但不限于扁陰極發(fā)射器作為發(fā)射器350，用于產(chǎn)生對存儲介質(zhì)40進(jìn)行讀寫操作所需的能量束。
雖然圖3a，3b所示的尖部120處于接觸的AFM方式，但是尖部120也可以用非接觸方式或者輕拍AFM方式操作。此外，順從懸浮體110可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的其它幾何形狀，以便和本發(fā)明的其它實(shí)施例中的其它元件兼容。
除去圖3a，3b所示的尖部120的幾何形狀之外，本發(fā)明的一些實(shí)施例可以包括其它的元件或其它的幾何形狀的尖部，其中的一些例子在Gibson等人的美國專利5936243中披露了，該專利的內(nèi)容在此全部列為參考。在本發(fā)明的實(shí)施例中使用的元件或尖部可以具有本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的能夠用于本發(fā)明的任何幾何形狀，并且所述幾何形狀應(yīng)當(dāng)由經(jīng)得起當(dāng)通過上述的大功率密度電子束時導(dǎo)致的溫度條件的材料制成。
所述元件例如圖3a，3b所示的尖部120可以包括具有不同類型的顆粒的合成材料，例如但不限于，耐磨顆粒(當(dāng)尖部120在和存儲介質(zhì)接觸下運(yùn)動時延長其壽命)，減磨顆粒(防止刮磨存儲介質(zhì)40)和導(dǎo)電顆粒。這些合成材料使得尖部120成為導(dǎo)電的，并用于發(fā)射大功率密度的能量束，同時延長尖部120和存儲介質(zhì)40的壽命。
本發(fā)明的一些其它的實(shí)施例，如圖4a所示，可以包括有護(hù)套的尖部160。圖4a表示可以用接觸方式、非接觸方式或者輕拍方式操作的能量發(fā)射探針155。在所示的非接觸方式下，尖部160和存儲介質(zhì)40之間的距離小于100納米。在輕拍方式下，可以使用對于AFM操作通用的幅值和頻率范圍。
圖4a的尖部160包括由導(dǎo)電材料制成的芯部170，其能夠發(fā)射具有足夠功率密度的能量束，用于把未被修改的區(qū)域140轉(zhuǎn)換成修改的區(qū)域130，如前所述。尖部160還包括包層180，其由耐磨材料或者磨損減少材料制成，并從順從懸浮體110上伸出基本上和芯部170相同的距離。包層180的作用在于，當(dāng)探針155以輕拍或者以接觸的AFM方式操作時，延長尖部160的壽命。
圖4b說明和存儲介質(zhì)40接觸的能量發(fā)射探針215。雖然探針215也可以用輕拍方式和非接觸方式操作，但在所示的接觸方式下，接觸護(hù)套230伸出順從懸浮體110。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，接觸護(hù)套230比非接觸的芯部220大約伸出100納米或更多。因?yàn)榻佑|的護(hù)套230由耐磨或磨損減少材料制成，接觸護(hù)套230通過不使非接觸的芯部220直接和存儲介質(zhì)40接觸并磨損，可以延長尖部225的壽命。非接觸芯部220發(fā)射大功率密度的能量束，并和能源150(未示出)相連。
當(dāng)接觸護(hù)套230直接和存儲介質(zhì)40接觸時，可以得到本發(fā)明的一些實(shí)施例的優(yōu)點(diǎn)，即，當(dāng)探針215掃描存儲介質(zhì)40時，用于發(fā)射能量的非接觸的芯部220離開存儲介質(zhì)40基本上恒定的距離。因而，即使束發(fā)射源離開存儲介質(zhì)40一個距離，根據(jù)具體的實(shí)施例，可能需要簡單的聚焦光學(xué)系統(tǒng)，借以使得容易制造，并容易控制寫操作。特別是，不需要進(jìn)行間隙的伺服控制，因而，可以簡化聚焦光學(xué)系統(tǒng)，在一些情況下，甚至可以取消聚焦光學(xué)系統(tǒng)。
圖5表示本發(fā)明的其它實(shí)施例，其中能量發(fā)射探針185包括兩個元件或尖部；非接觸的能量溝通元件或尖部190和接觸的定位元件或尖部200。如同上面和下面說明的探針那樣，探針185可以用于上面討論的任何AFM方式以及前面討論的任何存儲介質(zhì)40。實(shí)質(zhì)上，此處披露的本發(fā)明的所有實(shí)施例的所有元件都可以被組合和匹配，從而形成也在本發(fā)明的范圍內(nèi)的其它實(shí)施例。
接觸的尖部200由耐磨或磨損減少材料制成，以便延長發(fā)射能量束的非接觸尖部190的壽命，并且/或者延長存儲介質(zhì)的壽命。和接觸護(hù)套230一樣，接觸尖部200使得非接觸尖部190被定位在相對于存儲介質(zhì)40恒定的距離，因而不需要位置監(jiān)視和控制，因而簡化了對束聚焦光學(xué)系統(tǒng)的要求。此外，當(dāng)接觸尖部200由磨損減少材料制成時，則能夠減少在進(jìn)行讀寫操作時可能在存儲介質(zhì)40上產(chǎn)生的劃痕和槽。
圖5還示出了可以和圖5所示的本發(fā)明的一些實(shí)施例結(jié)合使用以及可用于上面和下面說明的本發(fā)明的許多實(shí)施例中的的表面層210。表面層210提供的優(yōu)點(diǎn)包括，在反復(fù)進(jìn)行讀寫操作時，能夠延長存儲介質(zhì)40的壽命。
表面層210可以由任何能夠減少存儲介質(zhì)40的磨損、蒸發(fā)/消融或材料流失以及和其相關(guān)的表面拓?fù)涓淖兊牟牧现瞥?。表面?10還可以由能夠防止尖部的任何污染的材料制成，這些都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，表面層210可以作為導(dǎo)電的表面電極。在另一些實(shí)施例中，表面層210可以由例如但不限于氧化硅或氧化鋁(Al2O3)制成。
表面層210的另一個優(yōu)點(diǎn)在于，因?yàn)橹瞥杀砻鎸拥牟牧暇哂斜却鎯橘|(zhì)40較高的熔融溫度，在上述的寫操作期間，表面層210的存在阻止存儲介質(zhì)40的材料淀積在本發(fā)明的探針上，即使探針被按照接觸AFM方式使用時。應(yīng)當(dāng)注意，尤其是如果使用光作為能量束時，表面層210的材料可以從透光的材料中選擇，并且，對于某種類型的能量束，可以在表面層210和存儲介質(zhì)40之間設(shè)置一層或幾層材料。
圖6a表示呈二極管240形式的存儲介質(zhì)40，其具有二極管界面290，少數(shù)載流子通過這個界面遷移。少數(shù)載流子的產(chǎn)生及其通過二極管界面290的遷移類似于在GIBSON’596專利中討論的二極管結(jié)構(gòu)。即，在修改的區(qū)域130和在未被修改的區(qū)域140產(chǎn)生不同數(shù)量的載流子。此外，在所產(chǎn)生的這些載流子當(dāng)中，由于在GIBSON’596專利中指出的原因，其收集效率可能不同。通過電流計250讀出總的電流，所述電流用于確定被撞擊的二極管240的存儲區(qū)域是修改的區(qū)域130或者是未被修改的區(qū)域140。應(yīng)當(dāng)注意，在圖6a中所示的二極管的結(jié)構(gòu)可以和本發(fā)明的實(shí)施例中的任何探針和部件結(jié)合使用。
圖6b表示本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中具有光二極管270，其中包括光二極管界面300和淀積在光二極管270上的熒光材料280。此外，示出了上述的表面層210，用于按照本發(fā)明的一些實(shí)施例保護(hù)熒光材料280。按照本發(fā)明的一些實(shí)施例，可以使用光二極管和光檢測器監(jiān)視由于電子束的撞擊而激發(fā)的光子發(fā)射。
本發(fā)明的熒光層280可以是氧化鋅，如上所述，不過也可以從以下的材料中選擇，例如但不限于，直接能帶隙III-VI基于硫族化物的相改變材料。熒光層280可以利用GIBSON’596專利所述的方法被寫入。此外，按照本發(fā)明的一些實(shí)施例，熒光層280也可以利用改變熒光層280的方法被寫入，從而例如修改材料的電子帶結(jié)構(gòu)(例如把材料從直接能帶隙材料修改為間接能帶隙材料)。按照本發(fā)明的一些實(shí)施例，熒光層280也可以例如通過改變發(fā)射的波長、產(chǎn)生的速度或者介質(zhì)的光學(xué)性能例如不同數(shù)量的光逸出被寫入。此外，本發(fā)明的一些實(shí)施例通過改變非輻射的重新組合點(diǎn)的濃度使熒光層280被寫入。
按照本發(fā)明的一些實(shí)施例，可以使用上述的任何一種探針或者使用在本發(fā)明的某些實(shí)施例中的探針讀寫熒光層280或存儲介質(zhì)40的任何其它實(shí)施例。在讀操作期間，從熒光材料280的修改的區(qū)域130和未被修改的區(qū)域140發(fā)出不同數(shù)量的光子，導(dǎo)致產(chǎn)生不同數(shù)量的少數(shù)載流子通過光二極管界面300。使用電流計250，可以確定和光二極管結(jié)構(gòu)結(jié)合使用的探針的尖部發(fā)出的能量束是撞擊到修改的區(qū)域130還是撞擊到未被修改的區(qū)域140。
雖然上述的實(shí)施例代表本發(fā)明的一部分，顯然，本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)上述的說明可以作出許多其它實(shí)施例。因此，上述的說明只是一些例子，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)存儲裝置，包括具有整流結(jié)區(qū)域的存儲介質(zhì)(40)；在整流結(jié)區(qū)域附近的至少一個納米級的未修改的區(qū)域(140)；在整流結(jié)區(qū)域附近的至少一個納米級的修改的區(qū)域(130)；以及位于存儲介質(zhì)(40)的表面附近的至少一個能量發(fā)射探針(105)。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)存儲裝置，其中所述整流結(jié)包括至少一個從由以下元件構(gòu)成的組中選擇的元件連接有熒光層的光二極管，p-n結(jié)，p+-p結(jié)，n+-n結(jié)，至少具有兩個電極(125，135)的陰極導(dǎo)電材料，和肖特基勢壘。
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)存儲裝置，其中所述修改區(qū)域(130)包括和構(gòu)成未被修改的區(qū)域(140)的材料的物理狀態(tài)不同的材料。
4.如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)存儲裝置，其中能量發(fā)射探針(105)還包括能量溝通(channeling)元件(120)。
5.如權(quán)利要求4所述的數(shù)據(jù)存儲裝置，其中能量溝通元件(120)和存儲介質(zhì)(40)直接接觸。
6.如權(quán)利要求4所述的數(shù)據(jù)存儲裝置，其中能量溝通元件(120)包括一個芯部(220)和一個護(hù)套(230)。
7.如權(quán)利要求4所述的數(shù)據(jù)存儲裝置，其中能量發(fā)射探針(105)還包括定位元件(200)，其比能量溝通元件(120)進(jìn)一步向存儲介質(zhì)(40)的表面延伸。
8.一種數(shù)據(jù)存儲的方法，包括提供一種包括整流結(jié)區(qū)域和納米級的未修改的區(qū)域(140)的存儲介質(zhì)(40)；把能量溝通元件(120)設(shè)置在存儲介質(zhì)(40)附近；把納米級的未修改的區(qū)域(140)轉(zhuǎn)換成納米級的修改的區(qū)域(130)。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其中設(shè)置步驟包括使能量溝通元件(120)和存儲介質(zhì)(40)實(shí)現(xiàn)物理接觸的步驟。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其中轉(zhuǎn)換步驟在大于10-5乇的壓力下進(jìn)行。
全文摘要
本發(fā)明提供了基于二極管和陰極導(dǎo)電性以及陰極發(fā)光的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)。一種超高密度數(shù)據(jù)存儲裝置,包括至少一個能量溝通元件(120)和通常包括至少一個整流結(jié)的存儲介質(zhì)(40)。能量溝通元件(120)一般能夠發(fā)射例如但不限于熱能、光能和電子能。能量溝通元件一般位于存儲介質(zhì)附近或者和存儲介質(zhì)接觸。所述存儲介質(zhì)一般包括納米級的存儲區(qū)域(130,140)。
文檔編號H01L27/105GK1367534SQ0112474
公開日2002年9月4日 申請日期2001年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月1日
發(fā)明者G·A·吉布森 申請人:惠普公司