Brevet FR2820873A1 — publié le 20020816

DISPOSITIF ET PROCEDE DE LECTURE PAR MESURE DE FLUX THERMIQUE, D'UN SUPPORT D'ENREGISTREMENT A DONNEES CODEES PAR CHANGEMENT DE PHASE. Domaine technique La présente invention concerne un dispositif et un procédé de lecture de données sur un support d'enregistrement susceptible de contenir des données codées par un phénomène de changement de phase d'un matériau. Ces supports de données comprennent généralement un matériau tel que GeSbTe, AgInSbTe, ou tout autre matériau susceptible de subir un changement de phase. Le changement de phase peut notamment être un changement de phase entre un état cristallin et un état amorphe. Sur un tel support, une succession de zones dans un état cristallin et de zones dans un état amorphe est représentative d'une succession d'états logiques qui codent des données ou des informations. Les supports à changement de phase présentent l'avantage d'autoriser des densités très élevées de stockage de données. L'invention peut être mise en oeuvre dans le domaine de l'enregistrement et de la lecture de données, notamment dans le cadre d'applications informatiques ou multimédia. Etat de la technique antérieure. Les supports d'enregistrement à changement de phase, dont certains présentent la faculté d'être réinscriptible, permettent de viser des densités de mémoire de l'ordre du Terabit par centimètre carré. Lors de l'écriture de données sur ces supports une succession de zones dans des phases différentes peut être formée par chauffage localisé du matériau à changement de phase. Le document (1), dont les références sont précisées à la fin de la présente description, propose de former une succession de zones cristallines et amorphes dans un matériau à changement de phase. L'écriture des données a lieu en faisant circuler un courant dans le matériau depuis une pointe, déplacée à la surface du support. Le passage du courant de la pointe vers le matériau du support d'enregistrement provoque, par effet joule, un échauffement suffisant pour provoquer des changements de phase localisés. La lecture des supports d'enregistrement fait également appel à des pointes conductrices de l'électricité au moyen desquelles on balaye la surface du support. La lecture a lieu par mesure de la résistivité des zones balayées en faisant passer un courant de mesure à travers la pointe et le support d'enregistrement. Les zones cristallines et les zones amorphes d'un même matériau présentent en effet des résistivités électriques suffisamment différentes pour autoriser la détection d'une alternance de ces zones et donc la lecture des données codées. La lecture des supports d'enregistrement à changement de phase est limitée par la nécessité d'un excellent contact électrique entre la pointe de lecture et le support. Des défauts de contact entre la pointe et le support sont en effet susceptibles de perturber les mesures. En particulier, la formation naturelle à la surface du support d'une couche isolante d'oxyde constitue ainsi un obstacle à la pérennité des informations mémorisées, ou tout au moins à la qualité de leur lecture. Une solution au problème posé par la mesure d'une résistivité électrique à la surface d'un support d'informations est résolu par un dispositif de lecture conforme au document (2) dont les références sont également précisées à la fin de la description. Le support d'enregistrement proposé dans le document (2) n'est pas du type à changement de phase. Le support d'enregistrement comprend un substrat pourvu d'une couche superficielle en un matériau polymère. Les données enregistrées sont codées en pratiquant dans la couche de polymère des indentations. La présence ou l'absence d'indentation constitue la base logique du codage. La lecture du support d'enregistrement proposé dans le document (2) a lieu en balayant la surface du support au moyen d'une pointe chauffée et en mesurant les déperditions de chaleur de cette pointe. Le principe de mesure repose sur une modification de la surface de contact entre une pointe et le support. Lorsque la pointe se situe hors d'une indentation, sa surface de contact avec le support est faible. Elle est thermiquement isolée du support d'enregistrement par une couche d'air. En revanche, lorsqu'elle est positionnée dans une indentation, elle est en contact thermique plus intime avec le support. Le refroidissement plus ou moins accentué de la pointe, lié à la surface d'échange thermique, est traduit en un signal de lecture. Exposé de l'invention L'invention a pour but de proposer un procédé et un dispositif de lecture d'un support à changement de phase qui ne soient pas tributaires d'un contact électrique entre les moyens de mesure et le support. Un autre but est de proposer un dispositif pouvant être utilisé non seulement pour la lecture, mais aussi pour l'écriture de donnée sur le support. Un but est enfin de proposer un dispositif économique capable de lire des supports à forte densité de mémoire. Pour atteindre ces buts, l'invention a plus précisément pour objet un procédé de lecture d'un support d'enregistrement susceptible de contenir des données codées par changement de phase d'un matériau, dans lequel on balaye ledit support au moyen d'un palpeur maintenu à une température différente du support et dans lequel on détecte les changements de phase par mesure des variations d'un flux thermique entre le palpeur et le support d'enregistrement, les variations du flux thermique étant induites par des variations de la résistivité thermique du matériau dans des régions de phases différentes. Contrairement aux documents cités précédemment, le principe de mesure de l'invention ne repose ni sur la détection de variations d'une résistivité électrique ni sur la variation de la surface de contact d'une pointe avec le support d'enregistrement. Grâce à l'invention aucun contact électrique n'est nécessaire avec le support d'enregistrement. De même, il n'est pas nécessaire que le support soit en un matériau conducteur de l'électricité. Le principe de mesure repose sur la détection de variations locales de la résistivité thermique du matériau du support thermique. Les variations de la résistivité thermique peuvent être relevées en maintenant le palpeur à une température différente de celle du support d'enregistrement et en enregistrant des flux de chaleur du palpeur vers le support ou éventuellement du support vers le palpeur. Il est a priori possible de maintenir le palpeur à une température inférieure à celle du support, en le refroidissant. Ceci peut avoir lieu, par exemple, en y installant une des deux jonctions d'un système Peltier. Il est toutefois préférable d'en chauffer au moins une partie susceptible d'être en contact avec le support, pour la maintenir à une température supérieure au support. Les variations du flux thermique peuvent être déterminées par la mesure de la variation de la température d'une extrémité du palpeur en appui sur le support. D'autre possibilités sont toutefois envisageables. On peut, par exemple, mesurer la quantité de chaleur à apporter à l'extrémité du palpeur pour la maintenir à une température constante. On peut aussi mesurer les variations de la température d'une source de chaleur en contact thermique avec une extrémité du palpeur en appui sur le support d'enregistrement. On peut encore mesurer les variations d'une différence de température entre une extrémité du palpeur en appui sur le support d'enregistrement et le support d'enregistrement. Le procédé de l'invention s'applique en particulier à des matériaux dont le changement de phase s'opère entre un état cristallin et un état amorphe. La résistivité thermique des matériaux est plus élevée dans l'état amorphe que dans l'état cristallin. La différence peut être d'un facteur 2 ou plus. A titre d'exemple, les résistivités de Ge2Sb2Te5 sont respectivement de 2. 10-3 et 5. 10-3 J/cm/s/K dans l'état cristallin et dans l'état amorphe. Le procédé de l'invention peut aussi être mis en oeuvre avec des matériaux à changement de phase entre deux phases chimiques. A titre d'exemple, une phase Fe304 et une phase yFe203. L'invention concerne également un dispositif de lecture d'un support d'enregistrement susceptible de contenir des données codées par changement de phase d'un matériau. Le dispositif comprend : - au moins un palpeur susceptible d'être mis en contact thermique avec le support d'enregistrement, - des moyens de déplacement relatif entre le palpeur et le support d'enregistrement, de façon à effectuer un balayage du support, - des moyens de mesure de variations d'un flux thermique entre le palpeur et le support d'enregistrement lors du balayage, induites par des variations de la résistivité thermique du matériau dans des régions de phase différente. Les moyens de déplacement peuvent être du type de ceux utilisés dans des lecteurs de disques à tête optique, lorsque le support d'enregistrement se présente sous la forme d'un disque. Des moyens moteurs peuvent également être prévus pour effectuer des translations relatives du support d'enregistrement et/ou du palpeur, parallèlement à la surface du support. Le palpeur peut être équipé d'une source de chaleur, ou éventuellement d'une source de refroidissement. Conformément à une réalisation particulière du dispositif, le palpeur peut présenter, en une extrémité libre, une pointe susceptible d'être mise en appui sur le support d'enregistrement. La pointe est en contact thermique avec la source de chaleur et les moyens de mesure de la variation du flux thermique. On peut relever à ce sujet que la source de chaleur peut également faire partie des moyens de mesure de la variation du flux thermique. Ces moyens peuvent comporter, en outre, une thermistance ou un thermocouple, ou tout autre capteur sensible à la température. L'invention concerne enfin, et de façon plus générale, l'utilisation d'une pointe pour l'écriture de données sur un support d'enregistrement susceptible de contenir des données codées par changement de phase d'un matériau du support, en association avec des moyens de mesure de la température de ladite pointe, pour la lecture desdites données, par mesure d'une variation d'un flux thermique entre la pointe et le support. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en référence à la figure du dessin annexé. Cette description est donnée à titre purement illustratif et non limitatif. Brève description de la figure La figure unique est une représentation schématique simplifiée d'un dispositif de lecture conforme à l'invention et illustre son utilisation pour la lecture de données sur un support d'enregistrement à changement de phase. Description détaillée de modes de mise en oeuvre de l'invention. La référence 10 de la figure indique un support d'enregistrement. Celui-ci comporte un substrat de support 12, recouvert d'une couche superficielle 14 de matériau à changement de phase. Il s'agit, par exemple, d'une couche d'un matériau cristallin dans laquelle on a réalisé localement des zones amorphes, ou, inversement, des zones cristallines dans un matériau amorphe. Ainsi, on trouve dans la couche superficielle 14, une succession de zones cristallines 14c et de zones amorphes 14a. L'ordre de succession de ces zones, et éventuellement leur extension, correspond à des données codées. Par exemple, une zone amorphe peut correspondre à un premier état logique tandis qu'une zone cristalline peut correspondre à un deuxième état logique complémentaire du premier. Des moyens moteurs, indiqués sommairement avec la référence 20, permettent d'effectuer un déplacement relatif entre le support d'enregistrement et un palpeur 30. Le mouvement relatif est destiné à effectuer un balayage d'au moins une région du support d'enregistrement avec le palpeur. Une pluralité de palpeurs peut être prévue pour l'exploration d'une pluralité de régions de la surface du support d'enregistrement, de façon simultanée ou non. Le palpeur 30 présente une extrémité libre pourvue d'une pointe 32, de préférence en un matériau conduisant bien la chaleur, tel que le silicium, le diamant,.... La pointe vient en appui sur la surface du support d'enregistrement pour en balayer les zones cristallines et amorphes 14a, 14c. Elle est en contact thermique avec une thermistance 34. Plus précisément la thermistance 34 est disposée entre la pointe 32 et un bras de support du palpeur. On peut noter que la thermistance peut aussi être disposée à l'extrémité de la pointe en contact avec le support d'enregistrement. La thermistance a une double fonction. Une première fonction est de chauffer la pointe et de la maintenir à une température supérieure à celle du support d'enregistrement. Elle est, à cet effet, alimentée par une source de courant 36. Une deuxième fonction est de mesurer les variations de la température, et donc les variations du flux thermique, de la pointe vers le support d'enregistrement. A cet effet la thermistance 34, alimentée par un courant constant délivré par la source 38, est reliée à un dispositif de sortie 40 capable d'enregistrer les variations de la tension à ses bornes. La variation de la tension est représentative de la variation de la température de la thermistance et donc de la pointe. Après mise en forme, elle peut être délivrée comme un signal de lecture qui traduit le fait que la pointe est en contact avec une zone présentant une faible résistivité thermique, ou une zone présentant une forte résistivité thermique. La succession de ces zones, détectées comme des ponts ou des thermiques, constitue des données codées. A titre d'alternative, il est possible également d'alimenter la thermistance avec une tension constante et de mesurer les variations du courant qui la traverse. Dans ce cas, le signal de lecture est un signal en courant. D'autres moyens de mesure des variations de la température de la pointe, tels qu'un thermocouple, peuvent également équiper le palpeur. Il convient encore de noter que la connaissance de la température absolue de la pointe n'est pas indispensable. L'information codée est contenue dans les variations de la température. Ainsi, une éventuelle couche superficielle d'oxyde se formant à la surface du support n'entrave pas les mesures. L'utilisation pour la lecture d'un dispositif tel que décrit ci-dessus est particulièrement avantageux, car le même dispositif peut aussi être utilisé pour l'écriture des données sur le support. Dans ce cas, le chauffage de la thermistance est commandé pour provoquer, lors d'un balayage, des transitions de phase localisées de la couche superficielle du support d'enregistrement. Documents cités (1) Fabrication of microprobe array with sub lOOnm nano-heater for nanometreic thermal imaging and data storage. Dong Weon Lee et al. 14 th International Conference on Micro Electro Mechanical Systems INTERLAKEN-SWITZERLAND, January 21-25,2001 IEEE 2001 pages 204 à 207. (2) The millipede -More than thousand tips for future AFM data storage. P Vettiger et al. IBM J. Res. Develop. Vol 44 No 3 May 2000 Pages 323-338. REVENDICATIONS 1. Procédé de lecture d'un support d'enregistrement (10) susceptible de contenir des données codées par changement de phase d'un matériau, caractérisé en ce que l'on balaye ledit support au moyen d'un palpeur (30,32) maintenu à une température différente du support et en ce que l'on détecte les changements de phase par mesure des variations d'un flux thermique entre le palpeur et le support d'enregistrement, induites par des variations de la résistivité thermique du matériau dans des régions de phase différente. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel au moins une partie du palpeur susceptible d'être e-avec le support d'enregistrement est maintenue à une température supérieure à une température du support d'enregistrement. 3. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on mesure les variations du flux thermique par mesure d'une variation de la température d'une extrémité du palpeur en appui sur le support d'enregistrement. 4. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on mesure les variations du flux thermique par mesure d'une variation de la température d'une source de chaleur (34) en contact thermique avec une extrémité du palpeur en appui sur le support d'enregistrement. 5. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on mesure les variations du flux thermique par mesure d'une variation d'une différence de température entre une extrémité du palpeur en appui sur le support d'enregistrement et le support d'enregistrement. 6. Dispositif de lecture d'un support d'enregistrement (10) susceptible de contenir des données codées par changement de phase d'un matériau, comprenant : - au moins un palpeur (30) susceptible d'être mis en contact thermique avec le support d'enregistrement, - des moyens (20) de déplacement relatif entre le palpeur et le support d'enregistrement, de façon à effectuer un balayage du support, - des moyens (32, 34, 36, 40) de mesure de variations d'un flux thermique entre le palpeur et le support, d'enregistrement lors du balayage, induites par des variations de la résistivité thermique du matériau dans des régions de phase différente. 7. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les moyens de mesure comportent une source de chaleur (34). 8. Dispositif selon la revendication 6, dans lequel les moyens de mesure d'une variation du flux thermique comportent au moins un équipement choisi parmi une thermistance et un thermocouple. 9. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel le palpeur présente en une extrémité libre une pointe (32) susceptible d'être mise en appui sur le support d'enregistrement, la pointe étant en contact thermique avec les moyens de mesure de la variation du flux thermique. 10. Utilisation d'une pointe d'écriture de données sur un support d'enregistrement susceptible de contenir des données codées par changement de phase d'un matériau, en association avec des moyens de mesure de la température de ladite pointe, pour la lecture desdites données, par mesure d'une variation d'un flux thermique entre la pointe et le support.