Brevet FR2832845A1 — publié le 20030530

SUPPORT D'ENREGISTREMENT A TRANSITION DE PHASE ET SYSTEME D'ENREGISTREMENT UTILISANT UN TEL SUPPORT. Domaine technique La présente invention concerne un support d'enregistrement à transition de phase et un système d'enregistrement utilisant un tel support. On entend par support d'enregistrement à transition, de phase un support comprenant une ou plusieurs couches en un matériau susceptible d'occuper des états correspondant à au moins deux phases distinctes et présentant au moins une propriété physique distincte dans les deux états. Sur un tel support, des données peuvent être enregistrées en faisant subir localement à la couche de matériau des changements de phase qui codent les données. La lecture des données enregistrées a lieu par mesure de la propriété physique qui caractérise les phases du matériau. L'invention trouve des applications dans divers domaines faisant appel à un enregistrement de données à haute densité comme, par exemple, le stockage informatique, ou l'enregistrement d'images ou de vidéos. Etat de la technique antérieure et problèmes posés. Une illustration de l'état de la technique est donnée par la figure 1 annexée, de même que par l'enseignement du document (1) dont la référence est précisée à la fin de la description. La figure 1 montre un système d'enregistrement de type connu. Le système comporte un support d'enregistrement 10 pourvu d'une couche de support 12, d'une électrode enterrée 14, et d'une couche superficielle à changement de phase 16. Le système comprend par ailleurs un équipement d'enregistrement avec une pointe conductrice 32 à bras de levier et un mécanisme 34, représenté sommairement avec des. flèches, susceptible d'effectuer un déplacement relatif de la pointe 32 et du support 10 pour balayer la surface du support. La pointe peut être utilisée comme un organe d'écriture ou un organe de lecture des données enregistrées. Dans l'exemple illustré par la figure 1, la pointe est utilisée pour l'écriture. Comme indiqué précédemment, l'écriture de données consiste, lors du balayage, à imprimer un codage spatial à la couche à transition de phase. A titre d'exemple, la couche à transition de phase peut être une couche initialement amorphe dans laquelle on pratique localement des régions cristallines. La succession de régions cristallines et amorphes permet de coder l'information enregistrée. Bien que la lecture de l'information enregistrée ne fasse pas directement partie de l'objet de l'invention, on peut préciser qu'elle résulte, dans l'exemple décrit, de la mesure de sauts de résistivité de la couche à transition de phase, lors d'un nouveau balayage parcourant la succession de régions amorphes et cristallines. La lecture peut aussi être optique dans certains cas. La transition de phase, qui permet de générer les régions cristallines, a lieu par échauffement local de la couche à transition de phase 16. Plus précisément, l'échauffement est provoqué par effet Joule en faisant circuler un courant a travers la couche à transition de phase. La pointe 32 est reliée à une première borne d'un générateur électrique 36 modulé par un signal numérique d'écriture. La deuxième borne du générateur est connectée à l'électrode enterrée 14. Ainsi, la pointe permet de focaliser un courant d'écriture sur une très petite surface de la couche 16 et donc de former des régions cristallines de petite taille. La référence 38 désigne une résistance électrique qui est par exemple la résistance interne du générateur électrique 34. Le système d'enregistrement de la figure 1 présente un certain nombre de difficultés ou de limitations, et notamment une grande sensibilité du support d'enregistrement 10. On observe en effet un risque important de destruction de la couche à transition de phase et un état cristallinien imparfaitement défini. Ces effets indésirables sont dus à un effondrement local et rapide de la résistivité du matériau de la couche à transition de phase dans l'axe de la pointe 32. Pour une tension d'écriture U donnée, la puissance appliquée à la couche à transition de phase 16 est de la forme P= U2/R. Elle s'accroît rapidement lorsque la résistance de R de la couche à transition de phase diminue. L'effondrement de la résistivité, amorcée avec la cristallisation, a pour effet de faire croître anormalement le courant d'enregistrement et de porter la couche à transition de phase 16 à une température excessive. De plus, la cristallisation des zones d'écriture n'est pas homogène. A priori, ce problème pourrait être résolu en dotant le système d'un générateur électrique 36 sous la forme d'une source de courant contrôlée, permettant de limiter, au moyen d'un circuit approprié, la valeur maximum de l'intensité du courant fourni. On constate toutefois qu'un tel contrôle du courant est difficile à réaliser, essentiellement en raison de la cinétique du processus thermique mis en jeu pour l'écriture de données. En particulier, la durée d'écriture d'une zone cristalline doit être de l'ordre de quelques nanosecondes et est incompatible avec un contrôle du courant. Une autre solution envisageable pour limiter le courant d'écriture serait d'augmenter la valeur de la résistance électrique 38 qui se trouve en série avec le générateur 36. Cependant, la capacité parasite, existant entre les électrodes, se charge et est susceptible de libérer une énergie importante. Or, comme la puissance d'écriture d'une zone est très faible, de l'ordre de 10 pW, il suffit d'une capacité parasite même minime pour amener une énergie destructive sur la zone considérée de la couche à transition de phase. A titre d'exemple, sous une tension d'écriture de 3 volts, une capacité parasite de 2 pF peut avoir un effet destructeur. De plus, l'augmentation de la valeur de la résistance 38, couplée à cette capacité parasite, augmente la constante de temps de chargement de la capacité, ce qui limite ainsi les possibilités de modulation du dispositif. Exposé de l'invention L'invention a pour but de proposer un système d'enregistrement ne présentant pas les difficultés et limitations mentionnées ci-dessus. Un autre but est de proposer un système d'enregistrement permettant d'éviter une élévation de température excessive de la couche à transition de phase. Un but de l'invention est aussi de proposer un système d'enregistrement fiable permettant la formation de zones à transition de phase homogènes. L'invention a également pour but de proposer un support d'enregistrement adapté. Pour atteindre ces buts l'invention concerne plus précisément un système d'enregistrement de données comprenant un support d'enregistrement avec une couche à transition de phase et un équipement d'enregistrement à pointe d'écriture pour appliquer un courant d'écriture à la couche de transition de phase. Conformément à l'invention, le système comporte en outre des moyens résistifs de dispersion locale du courant d'écriture. On qualifie de résistif un matériau ou un organe susceptible de conduire un courant électrique, mais qui présente une résistivité supérieure à celle des métaux (Au, Cu, Al...) utilisés communément pour le câblage électrique. A titre d'exemple, les moyens résistifs de dispersion locale du courant peuvent comporter un matériau choisi parmi W2C, TiN, ITO, Cr, le silicium, amorphe, cristallin ou polycristallin, le carbone, sous forme de graphite, de diamant ou mixte, de même que toute combinaison de ces matériaux. D'autres matériaux présentant. une résistivité suffisante pour éviter la focalisation du courant dans la couche à transition de phase, et non énumérés ici, peuvent également être retenus. De préférence, les moyens résistifs présentent une résistivité comprise entre les valeurs de résistivité du matériau à changement de phase respectivement dans les deux phases utilisées pour le codage du signal. Dans le cas d'un matériau amorphe susceptible d'être cristallisé localement lors de l'enregistrement de données, il s'agit respectivement des valeurs de résistivité dans l'état amorphe et l'état cristallin du matériau. Grâce aux moyens résistifs de dispersion locale du courant d'écriture il est possible d'éviter de focaliser le passage de courant d'écriture en une seule ligne correspondant à l'axe de la pointe d'écriture. Pour une même intensité du courant d'écriture, un échauffement ponctuel destructeur de la couche à transition de phase peut ainsi être évité et une transition de phase homogène peut être obtenue. Bien que l'invention puisse s'appliquer à tout type de couche à transition de phase, elle s'applique plus particulièrement aux couches à transition de phase dont le matériau est susceptible de subir une transition totale de son état amorphe à son état cristallin, ou réciproquement. En effet, il peut être aussi envisagé de graduer le codage en fonction des proportions d'un des états cristalliniens. Les moyens de dispersion locale du courant d'écriture peuvent comporter un matériau résistif disposé de préférence à l'interface de la pointe d'écriture et du support d'enregistrement. De préférence, il s'agit d'une couche superficielle de matériau résistif recouvrant la couche à transition de phase sur le support d'enregistrement. Le matériau résistif peut aussi garnir ou constituer la pointe d'écriture. L'invention concerne également un support d'enregistrement comprenant une couche à transition de phase, et une couche de matériau résistif sur au moins un côté de la couche à transition de phase. La couche à transition de phase est, par exemple, en un matériau choisi parmi les chalcogénures. La couche de matériau résistif a essentiellement pour rôle celui de la dispersion locale du courant d'écriture évoqué ci-dessus. Un autre rôle peut aussi être celui de la limitation du courant d'écriture. La couche de matériau résistif peut en effet être utilisée pour ajouter une résistance électrique dans le circuit d'écriture tout en minimisant l'effet de capacité parasite. Une couche de matériau résistif peut être prévue éventuellement sur les deux côtés de la couche à transition de phase. De façon particulièrement avantageuse, la couche de matériau résistif peut présenter une résistivité anisotrope avec une valeur de résistivité transverse inférieure à une valeur de résistivité en plan. Par exemple, un matériau à base de carbone est susceptible de présenter cette anisotropie en fonction de la structure cristalline. Dans une réalisation particulière du support, la couche de matériau résistif peut présenter une résistivité qui varie en décroissant en direction de la couche à transition de phase, pour atteindre continûment la valeur de résistivité de celle-ci. La couche de matériau résistif peut aussi être obtenue en modifiant la résistivité d'une partie de la couche à transition de phase, en particulier une partie superficielle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, en référence aux dessins annexés. Cette description est donnée à titre purement illustratif et non limitatif. Brève description des ficrures. - La figure 1, déjà décrite, est une représentation schématique simplifiée d'un système d'enregistrement de type connu. - La figure 2, est une représentation schématique simplifiée d'un système d'enregistrement conforme à l'invention. Description détaillée d'un mode de mise en oeuvre de l'invention. Dans la description qui suit, des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures sont repérées par les mêmes signes de référence pour faciliter le report entre les figures. Par ailleurs, et dans un souci de clarté des figures, tous les éléments ne sont pas représentés selon une échelle uniforme. La figure 2 montre un système d'enregistrement conforme à l'invention. Un support d'enregistrement 10 comporte une couche de support 12, une couche conductrice 14 formant une électrode enterrée, et une couche de matériau à transition de phase 16. La couche de support est, par exemple, une plaquette de silicium, de verre ou de matière plastique, par exemple du type PMMA (polyméthylméthacrylate), recouverte d'une couche conductrice de cuivre ou d'aluminium ou de tout autre matériau conducteur. Ces couches et leurs fonctions sont identiques à celles déjà décrites en référence à la figure 1. La couche à transition de phase est par exemple une couche de GeSbTe ou AgInSbTe qui se trouve initialement dans un état amorphe. Le matériau à transition de phase présente, dans son état amorphe, une résistivité de l'ordre de 100Q. cm et dans son état cristallin une résistivité de l'ordre de 0, ole. cm. Comme évoqué précédemment 1 l'information est enregistrée en formant dans la couche à transition de phase 16 des zones cristallines localisées, de sorte qu'une séquence de zones amorphes et cristallisées puisse coder l'information enregistrée. La cristallisation a lieu lors d'un balayage au moyen d'une pointe 32 reliée à un générateur électrique modulé, en l'occurrence un générateur de tension 36. Le courant qui traverse localement la couche à transition de phase pour rejoindre la couche conductrice enterrée, permet l'échauffement local de la couche à transition de phase et donc sa cristallisation. On observe que, comparativement au système de la figure 1, la couche conductrice enterrée 14 et la pointe sont reliées respectivement aux deux bornes du générateur électrique 36. Bien qu'elle n'ait pas de fonction particulière, une résistance série 38, représentée en trait discontinu, symbolise la résistance interne du générateur et du circuit électrique qui y est relié. Le système de la figure 2 comprend également des moyens de dispersion locale du courant d'écriture. Ceux-ci comportent une couche superficielle de matériau résistif 40, qui recouvre la couche à transition de phase 16 sur son côté d'écriture. Il s'agit par exemple d'une couche de carbone mixte encore désignée par DLC (Diamond-Like Carbon) rendu conducteur par exemple par dopage, recuit, implantation. Une telle couche présente non seulement les propriétés résistives souhaitées mais présente également une bonne résistance à l'abrasion. Les moyens de dispersion locale du courant d'écriture comportent en outre une couche de garniture 42 de la pointe 32, qui est représentée en coupe, de même qu'une couche enterrée 44 disposée entre l'électrode enterrée 14 et la couche à transition de phase 16. La couche de garniture 42 de la pointe 32 est, par exemple, une couche de W2C. Il convient de préciser que les moyens de dispersion du courant d'écriture peuvent se limiter à la pointe ou à l'une des couches résistives associées à la couche à transition de phase. La couche de garniture et la couche enterrée mentionnées ci-dessus sont en un matériau résistif. Comme la couche superficielle 40, elles présentent de préférence, une résistivité comprise entre 0,01 et 100 Q. cm, compte tenu du matériau retenu pour la couche à transition de phase. La résistivité des couches de garniture peut être ajustée par dopage ou par les conditions de pression lors de leur formation. Ceci est le cas notamment pour l'ITO (oxyde d'indium étain). Dans une réalisation particulière du support d'enregistrement, celui-ci peut comporter un substrat unique en silicium formant la couche conductrice enterrée 14, la couche de support 12 et éventuellement la couche enterrée de matériau résistif 44. Pour ajuster la résistivité du substrat aux différentes fonctions de ces couches, on peut effectuer des dopages affectant des zones plus ou moins profondes du substrat, par exemple par implantation de bore, phosphore, tungstène, etc. Dans ce cas, la variation de résistivité d'une couche à l'autre évolue de façon continue. La variation de résistivité peut aussi être obtenue lors de l'élaboration même des couches en faisant varier la composition, par exemple, du matériau à changement de phase. Par exemple, le matériau GeSbTe conducteur devient résistif lorsqu'il a la composition GeTe. DOCUMENTS CITES (1) Nanometer-scale recording ono chalcogenide films with an atomic force microscope de H. KADO et T. TOHDA, Appl. Phys. Lett. 66 (22), 29 May 1995 REVENDICATIONS 1. Système d'enregistrement de données comprenant un support d'enregistrement (10) avec une couche à transition de phase (16) et un équipement d'enregistrement à pointe d'écriture (32) pour appliquer un courant d'écriture à la couche de transition de phase, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens (40, 42, 44) résistifs de dispersion. locale du courant d'écriture. 2. Système selon la revendication 1, dans lequel les moyens de dispersion locale comportent une couche de matériau résistif (42) garnissant extérieurement la pointe d'écriture (32) de l'équipement d'enregistrement. 3. Système selon la revendication 1, dans lequel la pointe d'écriture (32) est en un matériau résistif. 4. Système selon la revendication 1, dans lequel le support d'enregistrement comporte au moins une couche de matériau résistif (40) recouvrant un coté d'écriture de la couche à changement de phase. 5. Système selon la revendication 1, dans lequel les moyens résistifs de dispersion locale du courant d'écriture présentent une résistivité comprise entre des valeurs de résistivité de la couche à changement de phase respectivement dans deux phases de codage d'un signal. 6. Système selon la revendication 1, dans lequel les moyens résistifs de dispersion locale du courant d'écriture comportent un matériau choisi parmi : W2C, TiN, ITO (oxyde d'indium-étain), Cr, Si et C (graphite ou diamant), ou une combinaison de ces matériaux. 7.'Support d'enregistrement comprenant une couche à transition de phase, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une couche de matériau résistif (40, 44) sur au moins un côté de la couche à transition de phase. 8. Support selon la revendication 7, dans lequel la couche de matériau résistif présente une résistivité décroissante en direction de la couche à transition de phase. 9. Support selon la revendication 7, dans lequel la couche à transition de phase présente une partie superficielle à résistivité modifiée qui forme la couche de matériau résistif. 10. Support d'enregistrement selon la revendication 7, comprenant une couche de matériau résistif (40,44) sur deux cotés opposés de la couche à transition de phase. 11. Support selon la revendication 7, dans lequel le matériau résistif est choisi parmi W2C, TiN, ITO (oxyde d'indium-étain), Si et C (graphite ou diamant), une combinaison de ces matériaux, ou le matériau de la couche à changement de phase de composition modifiée. 12. Support selon la revendication 7, dans lequel la couche de matériau résistif présente, dans au moins une direction, une résistivité comprise entre des valeurs de. résistivité de la couche à changement de phase, respectivement dans deux phases de codage d'un signal. 13. Support selon la revendication 12, dans lequel la couche de matériau résistif est une couche présentant une résistivité anisotrope avec une valeur de résistivité transverse inférieure à une valeur de résistivité en plan. 14. Support selon la revendication 7 comprenant un substrat de silicium avec moins une couche dopée formant le moyen résistif et/ou une électrode enterrée.