(57)【要約】【課題】情報を記憶するための記憶装置および方法を提供する。【解決手段】情報を記憶するための記憶装置および方法が開示される。多ビットフォーマットの情報記憶方法および多ビットフォーマットで記憶された情報を有する記憶装置も開示される。記憶された情報の読み取り方法がさらに開示される。頂部表面と底部表面を有する電場プログラマブルフィルムを提供し；少なくとも１つのスタイラスを用いて電場プログラマブルフィルムに頂部表面から底部表面に書き込み電圧を印加して電場プログラマブルフィルムに情報を書き込むこと：を含む電場プログラマブルフィルムに情報を記憶する方法であって、書き込み電圧が電場プログラマブルフィルム内の分極の持続的ドメインを誘起し、電場プログラマブルフィルムが少なくとも２つの利用可能な情報状態を含み、各利用可能な情報状態が異なる分極に対応する方法。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
頂部表面と底部表面を有する電場プログラマブルフィルムを提供するステップと；
少なくとも１つのスタイラスを用いて電場プログラマブルフィルムに頂部表面から底部表面に書き込み電圧を印加することによって電場プログラマブルフィルムに情報を書き込むステップと：
を含む電場プログラマブルフィルムに情報を記憶する方法であって、
前記書き込み電圧が電場プログラマブルフィルム内の分極の持続的ドメインを誘起し、および
前記電場プログラマブルフィルムが少なくとも２つの利用可能な情報状態を含み、各利用可能な情報状態が異なる分極に対応する方法。
【請求項２】
基体を提供するステップと；
頂部表面と底部表面を有する電場プログラマブルフィルムを提供し、底部表面が基体に電気的に結合され、電場プログラマブルフィルムが１つ以上の部分を含み、各部分が少なくとも２つの利用可能な情報状態を有する記憶位置に対応し、各利用可能な情報状態が電場プログラマブルフィルムの異なる分極に対応するステップと；
少なくとも１つのスタイラスを提供するステップと；
少なくとも１つの記憶位置でスタイラスと基体との間に書き込み電圧を印加することによって少なくとも１つの記憶位置に情報を書き込み、前記書き込み電圧が電場プログラマブルフィルム内に分極の持続的ドメインを誘起するステップと：
を含む、電場プログラマブルフィルムに情報を記憶する方法。
【請求項３】
少なくとも１つのスタイラスがスタイラスのアレイである請求項２記載の方法。
【請求項４】
電場プログラマブルフィルムに書き込まれた情報を読み取るステップをさらに含み、情報の読み取りがスタイラス上の力の測定を含む請求項２記載の方法。
【請求項５】
各記憶位置が少なくとも３つの利用可能な情報状態を有し、かつ情報が少なくとも１つの記憶位置に多ビット情報として書き込まれる請求項２記載の方法。
【請求項６】
電場プログラマブルフィルムを含む記憶装置であって、前記電場プログラマブルフィルムが複数の個々の記憶位置に対応する複数の個々のマッピングされた部分を含み、前記記憶装置が多ビット情報として記憶された情報を含む記憶装置。
【請求項７】
少なくとも１つのスタイラスをさらに含む請求項６記載の記憶装置。
【請求項８】
少なくとも１つのスタイラスおよび電場プログラマブルフィルムが、複数の個々の記憶位置の読み取りと書き込みの少なくとも１つを容易にするために、互いに再配置可能である請求項７記載の記憶装置。
【請求項９】
スタイラスの少なくとも１つのアレイをさらに含み、スタイラスのアレイを用いて、記憶装置に情報がプログラムされるか、および記憶装置から情報が読み取られるかの少なくとも１つであることができるように、スタイラスのアレイに電場プログラマブルフィルムが動作可能に付随する請求項６に記載の記憶装置。
【請求項１０】
少なくとも１つの記憶位置に記憶された情報を含む電場プログラマブルフィルムを提供し、前記電場プログラマブルフィルムが少なくとも２つの利用可能な情報状態を含み、各利用可能な情報状態が異なる分極に対応するステップと；
少なくとも１つのスタイラスを提供するステップと；
少なくとも１つの記憶位置に対応する前記スタイラスと前記電場プログラマブルフィルムとの間の力を測定することによって、少なくとも１つの記憶位置の情報状態を決定するステップと：
を含む、電場プログラマブルフィルムに記憶された情報を読み取る方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は情報を電場プログラマブルフィルムに書き込む方法に関する。また、本発明は記憶された情報を読み取る方法に関する。さらに、本発明は本発明の方法を用いる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査プローブ顕微鏡は材料表面を原子レベルで分析するために広く用いられている技術である。走査プローブ顕微鏡の従来の例は可撓性カンチレバーに搭載された微小製作チップを有するプローブまたはスタイラスを用いる原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）である。このチップは典型的にＳｉ３Ｎ４またはＳｉから製造される。運転中、プローブまたはスタイラスは材料の表面をゆっくり走査する。いくつかの用途において、プローブまたはスタイラスは材料の表面から数オングストロームの距離離れて、すなわち非接触モードに維持される。いくつかの用途において、プローブまたはスタイラスは材料の表面に接触して、すなわち接触モードに維持される。材料表面上の原子とチップ上の原子との間に与えられた力は材料表面のある種の特性を示唆し、測定することができる。例えば、いくつかの用途において、この力は材料表面に対してプローブまたはスタイラスを動かす。動きの方向と大きさは検出し測定することができる。動きの検出／測定の最も一般的な技術は、カンチレバーの頂部に焦点を合わせ、光検出器上に反射されるレーザーを用いる。光検出器の信号は原子規模およびナノ規模以下の解像度で材料表面の所定の特性をマッピングするのに用いられる。それらの装置において、プローブまたはスタイラスのサンプルに対する横方向および縦方向の動きは、動きに比例する電圧差を生成する圧電変換器およびフィードバックループを用いて制御される。
【０００３】
バイナリデータを高いデータ容量で記憶する装置および方法はＢｉｎｎｉｎｇらの米国特許出願公開第２００４／０２５７８８７に開示される。Ｂｉｎｎｉｎｇらは、その上に摂動の形で情報を記憶することの可能な情報層を有するテープと、プローブがテープ表面を走査するように機能的にテープに面するプローブのアレイと、プローブを経由して選択的に摂動を形成する手段と、プローブを経由して摂動の存在を検出する手段と、テープをプローブのアレイに対して動かす駆動手段とを含む装置を開示する。
【特許文献１】米国特許出願公開第２００４／０２５７８８７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
情報の書き込みおよび読み取り方法の新しい方法ならびにそれらの新しい方法を用いる記憶装置がやはり必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様において、頂部表面と底部表面を有する電場プログラマブルフィルムを提供するステップと、少なくとも１つのスタイラスを用いて電場プログラマブルフィルムに頂部表面から底部表面へ書き込み電圧を印加することによって電場プログラマブルフィルムに情報を書き込み、書き込み電圧が電場プログラマブルフィルム内に分極の持続的ドメインを誘起し；および電場プログラマブルフィルムが少なくとも２つの利用可能な情報状態を含み、各利用可能な情報状態が異なる分極に対応するステップとを含む、電場プログラマブルフィルムに情報を記憶する方法が提供される。
【０００６】
本発明の他の態様において、基体を提供するステップと；、頂部表面と底部表面を有する電場プログラマブルフィルムを提供し、底部表面が基体に電気的に結合され、電場プログラマブルフィルムが１つ以上の部分を含み、各部分が少なくとも２つの利用可能な情報状態を有する記憶位置に対応し、各利用可能な情報状態が電場プログラマブルフィルムの異なる分極に対応するステップと；少なくとも１つのスタイラスを提供するステップと；少なくとも１つの記憶位置でスタイラスと基体との間に書き込み電圧を印加することによって少なくとも１つの記憶位置に情報を書き込み、書き込み電圧が電場プログラマブルフィルム内に分極の持続的ドメインを誘起するステップと：を含む、電場プログラマブルフィルムに情報を記憶する方法が提供される。
【０００７】
本発明の他の態様において、電場プログラマブルフィルムを含む記憶装置が提供され、電場プログラマブルフィルムは複数の個々の記憶位置に対応する複数の個々のマッピングされた部分を含み、記憶装置は多ビット情報として記憶された情報を含む。
【０００８】
本発明の他の態様において、少なくとも１つの記憶位置に記憶された情報を含む電場プログラマブルフィルムを提供し、電場プログラマブルフィルムが少なくとも２つの利用可能な情報状態を含み、各利用可能な情報状態が異なる分極に対応するステップと；少なくとも１つのスタイラスを提供するステップと；少なくとも１つの記憶位置に対応するスタイラスと電場プログラマブルフィルムの間の力を測定することによって、少なくとも１つの記憶位置の情報状態を求めるステップとを含む、電場プログラマブルフィルムに記憶された情報を読み取る方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
本明細書および付随する請求項中に用いられる用語「電気的結合（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ  ｃｏｕｐｌｉｎｇ）」は、オーミック接触、容量性結合および／または誘導性結合を包含する。
【００１０】
本明細書および付随する請求項中に用いられる用語「化学結合」は、共有結合、イオン結合、および水素結合を包含する。
【００１１】
電子ドナーまたは電子アクセプターを参照して本明細書および付随する請求項中に用いられる用語「誘導体」は、参照した電子ドナーまたは電子アクセプターの化学的修飾および類似体（例えば、異性体、化学的置換など）、ならびに電子ドナーまたは電子アクセプターがバインダーに化学的に結合されるか、あるいはモノマーユニットとしてバインダーに組み込まれる場合を包含する。
【００１２】
本明細書および付随する請求項中に用いられる用語「情報」は、ユーザーデータ、コード化ユーザーデータ（例えば、圧縮目的でコード化されたユーザーデータ）、サーボデータなどの装置「ハウスキーピング（ｈｏｕｓｅｋｅｅｐｉｎｇ）」データ、トラックまたはセクター情報、フィードバック信号、クロック信号、またはスタイラスおよび／または基体の位置に関するデータ、ならびに他のデータ源（例えば、エラーチェック、補正ビット、または装置「ハウスキーピング」データ）と組合わされたユーザーデータおよび／またはコード化ユーザーデータを包含する。
【００１３】
本明細書および付随する請求項中に用いられる用語「グラウンド信号」および「グラウンド電位」は主電圧が印加される相対電圧を意味する。グラウンド信号またはグラウンド電位は、「アースグラウンド」、ロジックグラウンド、または経時的に一定の、経時的に変化する、またはその組み合わせの任意の他の印加電圧とすることができる。
【００１４】
電場プログラマブルフィルムの「分極」は、用語が本明細書および付随する請求項中に用いられるとき、方向と大きさの両方を含むベクトル量である。本発明のいくつかの実施形態において、分極は多ビット情報を記憶するのに用いられる。
【００１５】
本明細書および付随する請求項中に用いられる用語「多ビット情報（ｍｕｌｔｉ−ｂｉｔ  ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ）」は、記憶位置あたり２つを超える利用可能な情報状態を用いて記憶された情報を意味する。
【００１６】
本発明のいくつかの実施形態において、少なくとも１つのスタイラスには１つのカンチレバーが動作可能に付随する。スタイラスと共に用いられるカンチレバーは、市場で利用可能な既知構造の要素である。これらの実施形態のいくつかの態様において、カンチレバーは既存の製造技術を用いて調製される。当業者の一人であれば、構造の材料、共鳴周波数、力定数、長さ、幅、可塑性、電気的感度、磁気的感度、前面コーティング、裏面コーティング、不純物ドーピングのレベル、電気抵抗、厚さ、チップの直径、コーティング材料、可撓性、チップの幾何形状（等方性または異方性）、チップの高さ、前面角度、裏面角度、側部角度、傾き、スパイク高さ、スパイク幅、オーバーハングおよび有効ネックなどのカンチレバーのパラメータを変更することによって、所与の用途のためのカンチレバーを如何にして特定の要件に適合させるかを理解するであろう。
【００１７】
本発明のいくつかの実施形態において、スタイラスは静止モードで運転される。
【００１８】
本発明のいくつかの実施形態において、スタイラスは動的モードで運転される。
【００１９】
本発明のいくつかの実施形態において、少なくとも１つのスタイラスはカンチレバーアレイに付随するスタイラスのアレイである。これらの実施形態のいくつかの態様において、カンチレバーアレイはシリコン基体の部分をエッチング除去して作られる。これらの実施形態のいくつかの態様において、シリコン基体はエチルジアミンピロカテコールまたはＫＯＨ溶液を用いて湿式エッチングされる。当業者であれば、湿式エッチング技術は典型的に基体の結晶方位に依存し、これは結晶軸に沿って良好なエッチストップを容易にし、良好に画定されたエッチ面を生じさせることを理解するであろう。これらの実施形態のいくつかの態様において、シリコン基体はドライエッチングされる。これらの実施形態のいくつかの態様において、反応性イオンエッチングが用いられる。これらの実施形態のいくつかの態様において、化学援用イオンビームエッチング技術が用いられる。これらの実施形態のいくつかの態様において、マイクロウェーブ援用プラズマエッチング技術が用いられる。これらの実施形態のいくつかの態様において、カンチレバーは、矩形、円形、楕円形、多角形、およびその組み合わせから選択される断面形状を示す。これらの実施形態のいくつかの態様において、カンチレバーはシリコンおよびガリウムヒ素から選択される材料から調製される。
【００２０】
本発明のいくつかの実施形態において、少なくとも１つのスタイラスはチップを有する。これらの実施形態のいくつかの態様において、チップは単結晶材料の酸化と組み合わせた等方性湿式エッチングまたはドライエッチングによって形成される。これらの実施形態のいくつかの態様において、単結晶材料はシリコンである。これらの実施形態のいくつかの態様において、少なくとも１つのスタイラスを製造するのに用いられる材料は、タングステン、タングステン合金、白金、モリブデン、ドープされたシリコン、ドープされていないシリコン、ドープされたダイアモンド、耐熱金属および導電性セラミックから選択される。これらの実施形態のいくつかの態様において、非常に鋭い、先のとがった円錐形状チップを提供するために湿式エッチングまたはドライエッチングおよびリフトオフと酸化の組み合わせが用いられる。当業者であれば、チップが鋭いほどより密に情報を記憶することができ、かつ所与の装置の記憶容量がより高くなることを理解するであろう。
【００２１】
本発明のいくつかの実施形態において、少なくとも１つのスタイラスは金属でコーティングされる。これらの実施形態のいくつかの態様において、少なくとも１つのスタイラスは金でコーティングされる。
【００２２】
本発明のいくつかの実施形態において、少なくとも１つのスタイラスには電場プログラマブルフィルムへの情報の書き込みを容易にする電子機器が動作可能に付随する。
【００２３】
本発明のいくつかの実施形態において、少なくとも１つのスタイラスには電場プログラマブルフィルムに記憶された情報の読み取りを容易にする電子機器が動作可能に付随する。
【００２４】
本発明のいくつかの実施形態において、少なくとも１つのスタイラスには、駆動回路、プリアンプ、ワイヤ、およびその組み合わせから選択される電子機器が動作可能に付随する。
【００２５】
当業者であれば、本発明の方法による情報の書き込みおよび読み取りに必要な回路を提供するために、如何にして半導体および固体素子産業に一般的な既存の工具および工程を用いるかを知っているであろう。本発明のいくつかの実施形態において、少なくとも１つのスタイラスには、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）システムおよび原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）システムに用いられるものなどの電子機器が動作可能に付随する。これらの実施形態のいくつかの態様において、少なくとも１つのスタイラスには、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）システムの電子機器が動作可能に付随する。これらの実施形態のいくつかの態様において、少なくとも１つのスタイラスには、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）システムの電子機器が動作可能に付随する。
【００２６】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルムは情報を記憶するための記憶位置を画定する部分に区分され、分割され、および／またはマッピングされる。これらの実施形態のいくつかの態様において、記憶位置は物理的、ロジック的、またはその組み合わせによって画定される。これらの実施形態のいくつかの態様において、情報は、個々の記憶位置に対応する電場プログラマブルフィルムの分極を操作することによって個々の記憶位置に記憶される。当業者の一人であれば、電場プログラマブルフィルムがより高密度に区分されるほど、記憶密度は高いことを理解するであろう。しかしながら、当業者であれば、隣接する記憶位置間に所定距離を維持することによって、これらの隣接する記憶位置に記憶された情報が識別可能に維持されることを確実にすることを助けることを理解するであろう。
【００２７】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルムと少なくとも１つのスタイラスを含む記憶装置が提供され、少なくとも１つのスタイラスは電場プログラマブルフィルムの単一マッピングされた部分にアドレスする。
【００２８】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルムと少なくとも１つのスタイラスを含む記憶装置が提供され、少なくとも１つのスタイラスは電場プログラマブルフィルムの複数のマッピングされた部分にアドレスする。
【００２９】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルムは複数のマッピングされた記憶位置を有する。これらの実施形態のいくつかの態様において、記憶位置は物理的および／またはロジック的にマッピングされる。これらの実施形態のいくつかの態様において、記憶位置はリソグラフ的に画定される。これらの実施形態のいくつかの態様において、基準位置決め標識が全体的なまたは区分的な位置合わせを提供する。これらの実施形態のいくつかの態様において、標識は電場プログラマブルフィルム中の刻印である。これらの実施形態のいくつかの態様において、刻印は少なくとも１つのスタイラスを用いて形成される。これらの実施形態のいくつかの態様において、刻印は電場プログラマブルフィルムの軟化点温度より低い温度で少なくとも１つのスタイラスを用いて形成される。
【００３０】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルムは実質上平行なトラックを含む部分に分割される。
【００３１】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルムは１つ以上の螺旋トラックを含む部分に分割される。
【００３２】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルムは同心の実質上円形のトラックを含む部分に分割される。
【００３３】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルムは第１軸に平行な方向に前後に動くことができる。これらの実施形態のいくつかの態様において、電場プログラマブルフィルムは第１軸に垂直の方向にも前後に動くことができる。これらの実施形態のいくつかの態様において、少なくとも１つのスタイラスは第１軸に平行な記憶位置の第１列を走査し、次いで、少なくとも１つのスタイラスは第１軸に垂直方向に段階的に動き、ついで、少なくとも１つのスタイラスは第１軸に平行な記憶位置の第２列を走査し、これを続ける。これらの実施形態のいくつかの態様において、記憶位置は籠織り様式に走査される。これらの実施形態のいくつかの態様において、パルス走査様式が用いられる。これらの実施形態のいくつかの態様において、連続走査様式が用いられる。
【００３４】
本発明のいくつかの実施形態において、少なくとも１つのスタイラスには、電場プログラマブルフィルム中または上に、電場プログラマブルフィルムに対する少なくとも１つのスタイラスのトラッキングを容易にする構造が付随する。これらの実施形態のいくつかの態様において、トラッキングは少なくとも１つのスタイラスを所定の通路に沿って案内する機械的手段を用いて達成される。これらの実施形態のいくつかの態様において、トラッキングは光または他の非接触手段を用いて達成される。これらの実施形態のいくつかの態様において、少なくとも１つのスタイラスに付随する偏向センサーが、電場プログラマブルフィルムに付随する相手方構造と相互作用して、少なくとも１つのスタイラスと電場プログラマブルフィルムの互いに対する正確な動きを容易にするように配置される。これらの実施形態のいくつかの態様において、電場プログラマブルフィルムの境界を画定するためにトラッキングマークが用いられる。これらの実施形態のいくつかの態様において、少なくとも１つのスタイラスと電場プログラマブルフィルムの互いに対する動きの方向の変更をトリガーするためにトラッキングマークは用いられる。
【００３５】
本発明のいくつかの実施形態において、少なくとも１つのスタイラスと電場プログラマブルフィルムを互いに動かすためにアクチュエーターが用いられる。これらの実施形態のいくつかの態様において、少なくとも１つのスタイラスは電場プログラマブルフィルムを横断するその動きを容易にするためのアクチュエーターを有する。これらの実施形態のいくつかの態様において、少なくとも１つのスタイラスはスタイラスアレイである。これらの実施形態のいくつかの態様において、少なくとも１つのスタイラスは複数のスタイラスアレイであり、各スタイラスアレイは電場プログラマブルフィルムを横断する動きを容易にするためのそれ自体のアクチュエーターを有する。これらの実施形態のいくつかの態様において、アクチュエーターはアクチュエーター配線とアクチュエーター駆動回路を含む。
【００３６】
本発明のいくつかの実施形態において、各カンチレバーは弛緩した位置から偏向位置へ変位するため、またはその逆に移動するためにそれ自体のアクチュエーターを有する。これらの実施形態のいくつかの態様において、アクチュエーターを用いて達成した変位は減衰される。
【００３７】
本発明のいくつかの実施形態において、各カンチレバーはスタイラスを複数の面での変位を提供できるそれ自体のアクチュエーターを有する。これらの実施形態のいくつかの態様において、アクチュエーターは圧電アクチュエーターまたは変換器である。これらの実施形態のいくつかの態様において、少なくとも１つのスタイラスは個々に動くことのできるスタイラスのアレイであり、スタイラスのアレイが全体として電場プログラマブルフィルムを走査するとき、各個々の可動スタイラスはその個々の到達できる可動範囲内のサブエリアをさらに走査する。
【００３８】
本発明のいくつかの実施形態において、少なくとも１つのスタイラスには粗動アクチュエーターが付随し、これは電場プログラマブルフィルムに対する少なくとも１つのスタイラスの巨視的な距離の調節を容易にする。これらの実施形態のいくつかの態様において、粗動アクチュエーターは少なくとも１つのスタイラスが電場プログラマブルフィルムの近傍に動くのを容易にするために用いられ、かつ少なくとも１つのスタイラスに付随した個々のカンチレバーが付随する精細アクチュエーターは書き込みおよび読み取り動作中の間隔制御を容易にする。これらの実施形態のいくつかの態様において、粗動アクチュエーターは、空転時の停止位置と書き込みまたは読み取り時の書き込みまたは読み取り位置との間に少なくとも１つのスタイラスを動かすために用いられる。
【００３９】
本発明のいくつかの実施形態において、粗動アクチュエーターは圧電セラミック材料アクチュエーターおよびチタン酸ジルコン酸鉛アクチュエーターから選択される。
【００４０】
本発明のいくつかの実施形態において、粗動アクチュエーターは精密レバーとマイクロメートルねじを含む。
【００４１】
本発明のいくつかの実施形態において、粗動アクチュエーターは粗動アクチュエーター駆動回路を含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、粗動アクチュエーター駆動回路は、記憶装置に一体化される。これらの実施形態のいくつかの態様において、粗動アクチュエーター駆動回路は記憶装置に一体化されない。
【００４２】
本発明のいくつかの実施形態において、少なくとも１つのスタイラスには、書き込み／読み取り電子機器が動作可能に付随する。これらの実施形態のいくつかの態様において、書き込み／読み取り電子機器は、マイクロプロセッサ、エンコーダー／デコーダー、補償器、自動利得制御、フィルター／イコライザー、データ検出器、弁別器／量子化器、マルチプレクサー／デマルチプレクサー、並列−直列変換器、直列−並列変換器、デジタル−アナログ変換器、およびアナログ−デジタル変換器の少なくとも１つを含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、書き込み／読み取り電子機器は、エラー補正手段を含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、書き込み／読み取り機能は、記憶装置全ての活動を統合する単一の集積マイクロプロセッサを用いて行われる。これらの実施形態のいくつかの態様において、書き込み／読み取り機能は、記憶装置が相互作用されるコンピュータのマイクロプロセッサを用いて行われる。
【００４３】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルムは連続層またはピクセル化層のいずれかで提供される。これらの実施形態のいくつかの態様において、電場プログラマブルフィルムは頂部表面と底部表面を有し、頂部表面と底部表面は実質上平行である。
【００４４】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルムはバインダーと、電子ドナーと、電子アクセプターとを含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、電子ドナーは電子ドナーの組み合わせを含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、電子アクセプターは電子アクセプターの組み合わせを含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、電子ドナーおよび電子アクセプターはドナー−アクセプター複合体を含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、電場プログラマブルフィルムはドナー−アクセプター複合体をさらに含む。
【００４５】
いくつかの実施形態において、バインダーは２〜１，０００の誘電率を有する。これらの実施形態のいくつかの態様において、本発明の方法は２〜１，０００の誘電率を有する基本的に非導電性バインダーを選択することをさらに含む。
【００４６】
いくつかの実施形態において、バインダーは、金属の堆積、エッチングバリア層、シード層、金属前躯体、フォトレジスト、および反射防止コーティングを含む工程に耐える十分な化学的および熱的耐性を示す。
【００４７】
本発明のいくつかの実施形態において、バインダーは、例えば、オリゴマー、ポリマー、イオノマー、デンドリマー；コポリマー、例えば、ブロックコポリマー、ランダムコポリマー、グラフトコポリマー、スターブロックコポリマーなど；無機物質、部分的無機物質、有機金属、およびその組み合わせから選択される。これらの実施形態のいくつかの態様において、バインダーは有機ポリマー、無機ポリマー、およびその組み合わせから選択される。これらの実施形態のいくつかの態様において、バインダーは有機ポリマーである。これらの実施形態のいくつかの態様において、バインダーは無機ポリマーである。これらの実施形態のいくつかの態様において、バインダーは有機および無機群を含む。
【００４８】
本発明のいくつかの実施形態において、バインダーは少なくとも１種の電子ドナーおよび／または少なくとも１種の電子アクセプターに化学的に結合し、あるいは共有結合する。これらの実施形態のいくつかの態様において、少なくとも１種の電子ドナーおよび／または少なくとも１種の電子アクセプターは化学的にバインダーに結合する。これらの実施形態のいくつかの態様において、少なくとも１種の電子ドナーおよび／または少なくとも１種の電子アクセプターはバインダーに共有結合する。
【００４９】
本発明のいくつかの実施形態において、バインダーは、例えば、ポリアセタール、ポリアクリル、ポリカーボナート、ポリスチレン、ポリエステル、ポリアミド、ポリアミドイミド、ポリアリーラート、ポリアリールスルホン、ポリエーテルスルホン、ポリフェニレンスルフィド、ポリスルホン、ポリイミド、ポリエーテルイミド、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリベンズオキサゾール、ポリオキサジアゾール、ポリベンゾチアジノフェノチアジン、ポリベンゾチアゾール、ポリピラジノキノキサリン、ポリピロメリットイミド、ポリキノキサリン、ポリベンズイミダゾール、ポリオキシインドール、ポリオキソイソインドリン、ポリジオキソイソインドリン、ポリトリアジン、ポリピリダジン、ポリピペラジン、ポリピリジン、ポリピペリジン、ポリトリアゾール、ポリピラゾール、ポリカルボラン、ポリオキサビシクロノナン、ポリジベンゾフラン、ポリフタリド、ポリアセタール、ポリアンヒドリド、ポリビニルエーテル、ポリビニルチオエーテル、ポリビニルアルコール、ポリビニルケトン、ポリビニルハライド、ポリビニルニトリル、ポリビニルエステル、ポリスルホナート、ポリスルフィド、ポリチオエステル、ポリスルホン、ポリスルホンアミド、ポリウレア、ポリフォスファゼン、ポリシラザン、ポリシロキサン、およびその組み合わせを含むポリマーから選択される。
【００５０】
本発明のいくつかの実施形態において、バインダーは、例えば、コポリエステルカーボナート、アクリロニトリルブタジエンスチレン、スチレンアクリロニトリル、ポリイミド−ポリシロキサン、ポリエステル−ポリエーテルイミド、ポリメチルメタクリラート−ポリシロキサン、ポリウレタン−ポリシロキサン、およびその組み合わせから選択されるコポリマーとすることができる。
【００５１】
本発明のいくつかの実施形態において、バインダーはポリマーの混合物から選択される。これらの実施形態のいくつかの態様において、ポリマーは架橋可能である。これらの実施形態のいくつかの態様において、バインダーは少なくとも２種のポリマーを含み、少なくとも２種のポリマーの１種は電子ドナーおよび／または電子アクセプターに化学的に結合し、あるいは共有結合し、少なくとも２種のポリマーの１種は電子ドナーまたは電子アクセプターのいずれにも化学的に結合せず、あるいは共有結合しない。これらの実施形態のいくつかの態様において、バインダーは少なくとも２種のポリマーを含み、少なくとも２種のポリマーの１種は電子ドナーに化学的に結合し、あるいは共有結合し、かつ少なくとも２種のポリマーの他の１種は電子アクセプターに化学的に結合し、あるいは共有結合する。それらのポリマーの混合物は電場プログラマブルフィルムの特性を精密に調整するのに用いることができる。例えば、ポリマー混合物は所与の電場プログラマブルフィルム組成物中の電荷キャリア密度を釣り合わせるのに用いることができる。
【００５２】
本発明のいくつかの実施形態において、バインダーはポリマー混合物である。これらの実施形態のいくつかの態様において、バインダーは、例えば、アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン／ナイロン、ポリカーボナート／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、アクリロニトリルブタジエンスチレン／ポリビニルクロリド、ポリフェニレンエーテル／ポリスチレン、ポリフェニレンエーテル／ナイロン、ポリスルホン／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリカーボナート／熱可塑性ウレタン、ポリカーボナート／ポリエチレンテレフタラート、ポリカーボナート／ポリブチレンテレフタラート熱可塑性エラストマーアロイ、ナイロン／エラストマー、ポリエステル／エラストマー、ポリエチレンテレフタラート／ポリブチレンテレフタラート、アセタール／エラストマー、スチレン−マレイン酸アンヒドリド／アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン、ポリエーテルエーテルケトン／ポリエーテルスルホン、ポリエチレン／ナイロン、ポリエチレン／ポリアセタール、およびその組み合わせから選択されるポリマー混合物から選択される。
【００５３】
本発明のいくつかの実施形態において、バインダーは無機または部分的無機材料である。これらの実施形態のいくつかの態様において、バインダーは、シリコーン、シルセスキオキサン、およびその組み合わせを含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、バインダーは、シリコーンまたはシルセスキオキサンを含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、バインダーは、シリコーンまたはシルセスキオキサンを含み、シリコーンまたはシルセスキオキサンは電子ドナーまたは電子アクセプターまたはその組み合わせに化学的に結合し、あるいは共有結合する。
【００５４】
本発明のいくつかの実施形態において、バインダーは架橋、電子ドナーとの化学結合、電子アクセプターとの化学結合、電子ドナーとの共有結合および電子アクセプターとの共有結合の少なくとも１つを容易にするために官能化される。本発明のいくつかの実施形態において、バインダーは５００〜１，０００，０００グラム／モルの数平均分子量を有するポリマーまたはポリマーの組み合わせである。本発明のいくつかの実施形態において、バインダーは３０００〜５００，０００グラム／モルの数平均分子量を有するポリマーまたはポリマーの組み合わせである。本発明のいくつかの実施形態において、バインダーは５，０００〜１００，０００グラム／モルの数平均分子量を有するポリマーまたはポリマーの組み合わせである。本発明のいくつかの実施形態において、バインダーは１０，０００〜３０，０００グラム／モルの数平均分子量を有するポリマーまたはポリマーの組み合わせである。
【００５５】
本発明のいくつかの実施形態において、バインダーは架橋可能である。これらの実施形態のいくつかの態様において、架橋はバインダーの主鎖に化学的に結合した、あるいは共有結合した官能基での反応によって行うことができる。これらの実施形態のいくつかの態様において、架橋は非共有結合によって行うことができる。これらの実施形態のいくつかの態様において、バインダーは、例えば、シラン、エチレン性不飽和樹脂、アミノプラスト樹脂、フェノール系、フェノール−ホルムアルデヒド樹脂、エポキシ、およびその組み合わせを含む架橋剤を用いて架橋することができる。
【００５６】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルム組成物は架橋剤を含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、電場プログラマブルフィルム組成物は０．０１〜２０重量％（総固体基準で）の架橋剤を含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、電場プログラマブルフィルム組成物は０．１〜１５重量％（総固体基準で）の架橋剤を含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、電場プログラマブルフィルム組成物は０．５〜１０重量％（総固体基準で）の架橋剤を含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、電場プログラマブルフィルム組成物は１〜７重量％（総固体基準で）の架橋剤を含む。
【００５７】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルム組成物は任意選択的な酸および／または酸発生剤の添加を含む。酸および／または酸発生剤の添加は電場プログラマブルフィルム組成物の硬化中にバインダーの架橋を触媒作用または容易にすることができる。これらの実施形態のいくつかの態様において、酸は、例えば、芳香族スルホン酸（例えば、トルエンスルホン酸、ベンゼンスルホン酸、ｐ−ドデシルベンゼンスルホン酸）、フッ素化アルキルまたは芳香族スルホン酸（例えば、ｏ−トリフルオロメチルベンゼンスルホン酸、トリフリック酸、ペルフルオロブタンスルホン酸、ペルフルオロオクタンスルホン酸）、およびその組み合わせから選択される。これらの実施形態のいくつかの態様において、酸発生剤は、例えば、２，４，４，６−テトラブロモシクロヘキサジエノン、ベンゾイントシラート、２−ニトロベンジルトシラート、４−ニトロベンジルトシラート、およびその組み合わせから選択される熱的酸発生剤である。これらの実施形態のいくつかの態様において、電場プログラマブルフィルム組成物は０．０１〜１０重量％の酸発生剤（総固体基準で）を含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、電場プログラマブルフィルム組成物は０．１〜８重量％の酸発生剤（総固体基準で）を含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、電場プログラマブルフィルム組成物は０．５〜５重量％の酸発生剤（総固体基準で）を含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、電場プログラマブルフィルム組成物は１〜３重量％の酸発生剤（総固体基準で）を含む。
【００５８】
本発明のいくつかの実施形態において、電子ドナーは、例えば、アントラセン、テトラチアフルバレン、４，４’ ，５−トリメチルテトラチアフルバレン、ビス（エチレンジチオ）テトラチアフルバレン、ｐ−フェニレンジアミン、カルバゾール、置換カルバゾール（例えば、Ｎ−ビニルカルバゾール）、テトラチオテトラセン、ヘキサメチルベンゼン、テトラメチルテトラセレノフルバレン、ヘキサメチレンテトラセレノフルバレン、８−ヒドロキシキノリン、フェニルアゾレコルシノールおよび類似のアゾ染料、Ｎ，Ｎ’ −ビス（３−メチルフェニル）−Ｎ，Ｎ ’−ジフェニルベンジジン、フェノチアジン、置換フェノチアジン（例えば、Ｎ−ビニルフェノチアジン）、ピレン、アセナフチレン、アクリジン、トリフェニレン、フタロシアニン、２−アミノ−１Ｈ−イミダゾール−４，５−ジカルボニトリル（ＡＩＤＣＮ）、置換ＡＩＤＣＮ（例えば、Ｎ−ビニルＡＩＤＣＮ）、その誘導体、およびその組み合わせから選択される。
【００５９】
本発明のいくつかの実施形態において、電子ドナーはバインダーに化学的に結合した電子ドナー誘導体である（以降、および請求項において「電子ドナー誘導体バインダー」と称する）。これらの実施形態のいくつかの態様において、電子ドナー誘導体バインダーは、例えば、９−アントラセンメチルメタクリラート／２−ヒドロキシエチルメタクリラート／３−（トリメトキシシリル）プロピルメタクリラートターポリマー；キノリンー８−イルメタクリラート／２−ヒドロキシエチルメタクリラートコポリマー；９−アントラセンメチル  メタクリラート／２−ヒドロキシエチルメタクリラートコポリマー；キノリンー８−イルメタクリラート／２−ヒドロキシメチルメタクリラート／３−（トリメトキシシリル）プロピルメタクリラートターポリマー；９−アントラセンメチルメタクリラート；キノリン−８−イルメタクリラート；およびその組み合わせから選択される。
【００６０】
本発明のいくつかの実施形態において、電子アクセプターは、例えば、ペンタフルオロアニリン、フタロシアニン、ペルフルオロフタロシアニン、テトラフェニルポルフィン、２−（９−ジシアノメチレン−スピロ［５．５］ウンデク−３−イリデン）−マロノニトリル、４−フェニルアゾ−ベンゼン−１，３−ジオール、４−（ピリジン−２−イルアゾ）−ベンゼン−１，３−ジオール、ベンゾ［１，２，５］チアジアゾール−４，７−ジカルボニトリル、テトラシアノキノジメタン、キノリン、クロルプロマジン、フレレンＣ６０（例えば、バックミンスターフレレンＣ６０）、フレレンＣ７０（例えば、バックミンスターフレレンＣ７０）、ペリレン−３，４：９，１０−テトラカルボキシジイミド、トリニトロベンゼン、２−（３−ニトロベンジリデン）−マロノニトリル、ヘキサシアノブタジエン、アンヒドリド、誘導体、およびその組み合わせから選択される。本発明のいくつかの実施形態において、電子アクセプターは、フレレンＣ６０、フレレンＣ７０、その誘導体、およびその組み合わせから選択される。
【００６１】
本発明のいくつかの実施形態において、電子アクセプターは、例えば、アンヒドリド、ジアンヒドリド、イミドおよびジイミド（例えば、フタル酸、特に環上に４ハロゲンを有するもの、ピロメリット酸ジアンヒドリド、ナフタレン−テトラカルボン酸−ジアンヒドリド（ＮＴＣＤＡ）、ペリレン−テトラカルボン酸−ジアンヒドリド（ＰＴＣＤＡ））、ベンゾキノン（例えば、四ハロゲン化および四シアノ化誘導体）、ナフトキノン、アントラキノン、シアノ−化合物（例えば、テトラシアノエチレン（ＴＣＮＥ）、テトラシアノキノジメタン（ＴＣＮＱ）、ＡＩＤＣＮ）、少なくとも３つのニトロ基を有するニトロ化合物（例えば、ベンゼン、ナフタレン、トリニトロフルオレノン、ジベンゾチオフェンジオキシド硝酸塩、フェニルスルホン硝酸塩）、ポリスルホン（例えば、１，４−ビス（フェニルスルホニル）ベンゼン）、ビオロゲン、ビオロゲン塩、１，３，５−トリアジン（例えば、そのハロゲンおよびシアノ誘導体）、アルファジケトン（例えば、インダントリオン）、硫黄、誘導体、およびその組み合わせから選択される。
【００６２】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルム組成物は、＜１重量％、または＜０．５重量％、または≦０．４重量％、または≦０．３重量％、または≦０．２５重量％、または≦０．２重量％、または≦０．１重量％、または≦０．０９重量％、または≦０．０７５重量％、または≦０．０５重量％の電子ドナー（総固体基準）を含む。
【００６３】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルム組成物は、＜１重量％、または＜０．５重量％、または≦０．４重量％、または≦０．３重量％、または≦０．２５重量％、または≦０．２重量％、または≦０．１重量％、または≦０．０９重量％、または≦０．０７５重量％、または≦０．０５重量％の電子アクセプター（総固体基準）を含む。
【００６４】
本発明のいくつかの実施形態において、電子ドナーまたは電子アクセプターはいずれも比較的過剰に提供される。本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルム組成物は電子アクセプターの濃度に対してより高い電子ドナー濃度を含むであろう。本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルム組成物は電子ドナーの濃度に対してより高い電子アクセプター濃度を含むであろう。本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルム組成物中の電子ドナーの濃度は、０．００２〜０．１μモル／ｈｇ、または０．００５〜０．１μモル／ｈｇ、または０．００５〜０．０５μモル／ｈｇ、または０．０１〜０．０５μモル／ｈｇであり；および、電場プログラマブルフィルム組成物中の電子アクセプターの濃度は、１０〜３００μモル／ｈｇ、または１０〜２００μモル／ｈｇ、または１０〜１５０μモル／ｈｇ、または２５〜１２５μモル／ｈｇ、または２５〜１００μモル／ｈｇ、または５０〜１００μモル／ｈｇである。本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルム組成物中の電子アクセプターの濃度は、０．００２〜０．１μモル／ｈｇ、または０．００５〜０．１μモル／ｈｇ、または０．００５〜０．０５μモル／ｈｇ、または０．０１〜０．０５μモル／ｈｇであり、電場プログラマブルフィルム組成物中の電子ドナーの濃度は、１０〜３００μモル／ｈｇ、または１０〜２００μモル／ｈｇ、または１０〜１５０μモル／ｈｇ、または２５〜１２５μモル／ｈｇ、または２５〜１００μモル／ｈｇ、または５０〜１００μモル／ｈｇである。比較的過剰に電子ドナーを提供するかまたは電子アクセプターを提供するかの選択は、用いられる特定の電子アクセプターおよび電子ドナーに依存する。
【００６５】
本発明のいくつかの実施形態において、電子アクセプターは＞０．８ｅＶの電子親和性、あるいは＞１．２ｅＶの電子親和性を示す分子または誘導体から選択される。これらの実施形態のいくつかの態様において、最適電子アクセプターの選択はそのイオン化電位に影響される。これらの実施形態のいくつかの態様において、少なくとも２種の電子アクセプターが用いられる。
【００６６】
本発明のいくつかの実施形態において、電子ドナーは＜８．５ｅＶのイオン化電位、あるいは＜８．０ｅＶのイオン化電位を示す分子または誘導体から選択される。これらの実施形態のいくつかの態様において、最適電子ドナーの選択はそのイオン化電位に影響される。これらの実施形態のいくつかの態様において、少なくとも２種の電子ドナーが用いられる。
【００６７】
本発明のいくつかの実施形態において、電子ドナーの総モル濃度は、≧１０、または≧１００、または≧１，０００、または≧１０，０００倍の倍率で電子アクセプターの総モル濃度を超える。
【００６８】
本発明のいくつかの実施形態において、電子アクセプターの総モル濃度は、≧１０、または≧１００、または≧１，０００、または≧１０，０００倍の倍率で電子ドナーの総モル濃度を超える。
【００６９】
これらの実施形態のいくつかの態様において、電子ドナー原子または分子濃度は１０１４〜１０２１（原子または分子）／ｃｍ３、あるいは、１０１６〜１０１９（原子または分子）／ｃｍ３である。これらの実施形態のいくつかの態様において、電子アクセプター原子または分子濃度は１０１４〜１０２１（原子または分子）／ｃｍ３、あるいは、１０１６〜１０１９（原子または分子）／ｃｍ３である。
【００７０】
いくつかの分子または誘導体は、電場プログラマブルフィルム組成物の他の成分の選択に応じて、それらが電子ドナーまたは電子アクセプターのいずれにも機能することのできるように（例えば、フタロシアニン）、電子親和性とイオン化電位を有することに留意されたい。理論に拘束されることは望まないが、分子または誘導体を比較すると、イオン化電位のより低い分子または誘導体は通常電子ドナーであると考えられ、電子親和性のより高いものは通常電子アクセプターであると考えられる。
【００７１】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルム組成物は、任意選択的なドナー−アクセプター複合体をさらに含み、フィルムを所与の利用可能な情報状態に設定するために必要なフィルムの特性、例えば、電圧の調節を行う。これらの実施形態のいくつかの態様において、電場プログラマブルフィルム組成物は０．０５〜５重量％、または０．５〜４重量％、または１〜３．５重量％、または１．５〜３重量％の任意選択的なドナー−アクセプター複合体を含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、電場プログラマブルフィルム組成物は、例えば、テトラチアフルバレン−テトラシアノキノジメタン、ヘキサメチレン−テトラチアフルバレン−テトラシアノキノジメタン、テトラセレナフルバレン−テトラシアノキノジメタン、ヘキサメチレンテトラセレナフルバレン−テトラシアノキノジメタン、メチルカルバゾール−テトラシアノキノジメタン、テトラメチルテトラセレノフルバレン−テトラシアノキノジメタン、フェロセン−テトラシアノキノジメタン、（テトラチオテトラセン、テトラメチル−ｐ−フェニレンジアミン、またはヘキサメチルベンゼン）−テトラシアノキノジメタン、（テトラチアフルバレン、ヘキサメチレンテトラチアフルバレン、テトラセレナフルバレン、ヘキサメチレンテトラセレナフルバレン、またはテトラメチルテトラセレノフルバレン）−Ｎ−アルキルカルバゾール（Ｃ１〜Ｃ１０、直鎖または分岐）、（テトラチオテトラセン、テトラメチル−ｐ−フェニレンジアミン、またはヘキサメチルベンゼン）−バックミンスターフレレンＣ６０、（テトラチオテトラセン、テトラメチル−ｐ−フェニレンジアミン、またはヘキサメチルベンゼン）−バックミンスターフレレンＣ７０、（テトラチオテトラセン、テトラメチル−ｐ−フェニレンジアミン、またはヘキサメチルベンゼン）−テトラシアノベンゼン、（テトラチオテトラセン、テトラメチル−ｐ−フェニレンジアミン、またはヘキサメチルベンゼン）−テトラシアノエチレン、（テトラチオテトラセン、テトラメチル−ｐ−フェニレンジアミン、またはヘキサメチルベンゼン）−ｐ−クロラニル、およびその組み合わせから選択される任意選択的なドナー−アクセプター複合体を含む。
【００７２】
本発明のいくつかの実施形態において、電子ドナーおよび電子アクセプターはドナー−アクセプター複合体として提供され、またはバインダーに加えられるときインサイチューにドナー−アクセプター複合体を形成する。これらの実施形態のいくつかの態様において、電子ドナーと電子アクセプターがドナー−アクセプター複合体をインサイチューに形成する程度は質量作用の法則に依存する。これらの実施形態のいくつかの態様において、ドナー−アクセプター複合体は、バインダーに加えられるとき、インサイチューに不均化を起こし、非イオン化電子ドナーと電子アクセプターをもたらす。
【００７３】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルム組成物は、例えば、界面活性剤、離型剤、促進剤、酸化防止剤、熱安定剤、耐オゾン剤、充填剤および繊維を含む処理剤を任意選択的に含む。
【００７４】
電場プログラマブルフィルムは、多くの従来方法によって製造することができる。例えば、一方法において、本発明の電場プログラマブルフィルム組成物は基体上に堆積される。次いで、堆積されたフィルム組成物は乾燥され、および／または硬化されて電場プログラマブルフィルムを形成する。他の方法において、電場プログラマブルフィルム組成物は任意選択的な溶剤を含む。次いで、溶剤が揮発すると電場プログラマブルフィルム組成物から電場プログラマブルフィルムが成形される。フィルム成形のいくつかの方法は、例えば、スピンコーティング、スプレーコーティング、静電コーティング、浸漬コーティング、ブレードコーティング、およびスロットコーティングを含む。他の方法において、電場プログラマブルフィルムは、例えば、射出成型、真空成型、ブロー成型、圧縮成型、および印刷工程（例えば、インクジェット、オフセット、インタグリオ、スクリーン、およびグラビア）を含む工程によって製造される。
【００７５】
本発明に用いるのに適した基体は、例えば、半導体基体（例えば、ドープされたシリコンウェーハ）、および導電性基体（例えば、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、銅、亜鉛、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、銀、カドミウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、レニウム、オスミウム、イリジウム、白金、金、水銀、スズ、ゲルマニウム、鉛、およびその合金）を含む。本発明の実施形態のいくつかの態様において、少なくとも１つの基体および電場プログラマブルフィルムはパターン形成される。
【００７６】
本発明のいくつかの実施形態において、少なくとも１つのスタイラスは電圧バイアスをかけたスタイラスである。これらの実施形態のいくつかの態様において、少なくとも１つのスタイラスは電圧バイアスをかけた原子間力顕微鏡プローブである。
【００７７】
本発明のいくつかの実施形態において、少なくとも１つのスタイラスは電場プログラマブルフィルムへの情報の書き込みと電場プログラマブルフィルムに書き込まれた情報の読み取りを容易にするための付随の電子機器と構造を有する。これらの実施形態のいくつかの態様において、付随電子機器および構造は、半導体および固体素子センサー産業に通常用いられる既存の工具および工程を用いる。これらの実施形態のいくつかの態様において、付随電子機器および構造は、走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）および原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）の実施に用いられるようなリード／ライトヘッド電子機器回路を含む。
【００７８】
本発明のいくつかの実施形態において、少なくとも１つのスタイラスはスタイラスの少なくとも１つのアレイを含む。
【００７９】
本発明のいくつかの実施形態において、少なくとも１つのスタイラスは電場プログラマブルフィルムの表面を横方向に動くことができる。これらの実施形態のいくつかの態様において、少なくとも１つのスタイラスは電場プログラマブルフィルムの１つの記憶位置から他の記憶位置へ動くことができる。
【００８０】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルムに情報を記憶する方法は電場プログラマブルフィルムに書き込まれた情報の読み取りをさらに含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、電場プログラマブルフィルムに書き込まれた情報の読み取りは、静電電位にバイアスをかけたスタイラス上の力の測定を含み、スタイラスは電場プログラマブルフィルムの表面から０〜５０ｎｍにある。これらの実施形態のいくつかの態様において、スタイラスは電場プログラマブルフィルムの表面から１〜５０ｎｍにある。これらの実施形態のいくつかの態様において、スタイラスは電場プログラマブルフィルムの表面から５〜２０ｎｍにある。これらの実施形態のいくつかの態様において、スタイラスは電場プログラマブルフィルムの表面から８〜１５ｎｍにある。
【００８１】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルムに情報を記憶する方法は、電場プログラマブルフィルムに書き込まれた情報の読み取りをさらに含み、少なくとも１つのスタイラスは電圧バイアスをかけたスタイラスであり、情報の読み取りは電圧バイアスをかけたスタイラス上の力の測定を含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、破壊的読み取りが用いられる。すなわち、情報が電場プログラマブルフィルムから読み取られるとき、記憶位置の分極は摂動されるか、または破壊される（すなわち、情報読み取り後の記憶位置の情報状態は読み取り前の情報状態をもはや示すことができない）。これらの実施形態のいくつかの態様において、装置は情報読み取り後に再書き込みが行われて、装置にその読み取り前の情報状態が再記憶される。これらの実施形態のいくつかの態様において、電圧バイアスをかけたスタイラスはトンネルモードまたは接触モードで運転される。
【００８２】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルムに情報を記憶する方法は、電場プログラマブルフィルムに書き込まれた情報の読み取りをさらに含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、スタイラスに与えられる力の大きさおよびその方向（例えば、反発／誘引）は両方とも電場プログラマブルフィルムの情報状態の指標となるものである。電場プログラマブルフィルム中の各利用可能な情報状態は力の大きさと方向に対応する。これらの実施形態のいくつかの態様において、力は用いられるカンチレバーの力定数を用いて比例的に測定される。これらの実施形態のいくつかの態様において、力は米国特許第６，１８５，９９１号に記載されるように、直流モードまたはロックイン増幅モードで測定される。これらの実施形態のいくつかの態様において、電場プログラマブルフィルムは少なくとも２つの利用可能な情報状態を含み、各利用可能な情報状態は電場プログラマブルフィルムの異なる分極に対応する。これらの実施形態のいくつかの態様において、電場プログラマブルフィルムは第１の利用可能な情報状態と第２の利用可能な情報状態を含み、第１の利用可能な情報状態は電場プログラマブルフィルムの第１分極に対応し、第２の利用可能な情報状態は電場プログラマブルフィルムの第２分極に対応する。これらの実施形態のいくつかの態様において、電場プログラマブルフィルムは少なくとも３つの利用可能な情報状態を含み、各利用可能な情報状態は電場プログラマブルフィルムの異なる分極に対応する。これらの実施形態のいくつかの態様において、電場プログラマブルフィルムは第１の利用可能な情報状態と、第２の利用可能な情報状態と、第３の利用可能な情報状態とを含み、第１の利用可能な情報状態は電場プログラマブルフィルムの第１分極に対応し、第２の利用可能な情報状態は電場プログラマブルフィルムの第２分極に対応し、第３の利用可能な情報状態は電場プログラマブルフィルムの第３分極に対応する。これらの実施形態のいくつかの態様において、電場プログラマブルフィルムは少なくとも４つの利用可能な情報状態を含み、各利用可能な情報状態は電場プログラマブルフィルムの異なる分極に対応する。これらの実施形態のいくつかの態様において、電場プログラマブルフィルムは第１の利用可能な情報状態と、第２の利用可能な情報状態と、第３の利用可能な情報状態と、第４の利用可能な情報状態とを含み、第１の利用可能な情報状態は電場プログラマブルフィルムの第１分極に対応し、第２の利用可能な情報状態は電場プログラマブルフィルムの第２分極に対応し、第３の利用可能な情報状態は電場プログラマブルフィルムの第３分極に対応し、第４の利用可能な情報状態は電場プログラマブルフィルムの第４分極に対応する。当業者の一人であれば、如何にして適切なバンドおよびデッドゾーンを確立し、特定の電場プログラマブルフィルムのために様々な記憶状態を確立するかを理解するであろう。
【００８３】
本発明のいくつかの実施形態において、プログラム電圧は、（ａ）（ｉ）電場プログラマブルフィルム内に持続する分極を誘起するか、または（ｉｉ）電場プログラマブルフィルム内の持続する分極を変化させて電場プログラマブルフィルムを異なる利用可能な情報状態にするには十分高いが、（ｂ）電場プログラマブルフィルムが電流を伝導し始める閾値電圧未満である。
【００８４】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルム記憶装置に情報を記憶する方法は、電場プログラマブルフィルムを誘導する電場プログラマブルフィルム組成物の選択をさらに含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、方法は処方Ａと処方Ｂから電場プログラマブルフィルム組成物を選択することを含み、処方Ａはバインダーと、電子ドナーと、電子アクセプターとを含み、電子ドナーと電子アクセプターの少なくとも１つはバインダーに化学的に結合し、処方Ｂはバインダーと、電子ドナーと、電子アクセプターとを含み、処方Ｂは電子ドナーと電子アクセプターの少なくとも１つを０．０５重量％未満含む。
【００８５】
本発明のいくつかの実施形態において、基体を提供するステップと；頂部表面と底部表面を有する電場プログラマブルフィルムを提供し、底部表面が基体に電気的に結合され、電場プログラマブルフィルムが１つ以上の部分を含み、各部分が少なくとも２つの利用可能な情報状態を有する記憶位置に対応し、各利用可能な情報状態が電場プログラマブルフィルムの異なる分極に対応するステップと；少なくとも１つのスタイラスを提供するステップと；少なくとも１つの記憶位置でスタイラスと基体との間に書き込み電圧を印加することによって少なくとも１つの記憶位置に情報を書き込み；書き込み電圧が電場プログラマブルフィルム内に持続的な分極を誘起するステップと：を含む、電場プログラマブルフィルムに情報を記憶する方法が提供される。これらの実施形態のいくつかの態様において、各記憶位置は少なくとも３つの利用可能な情報状態を有する。これらの実施形態のいくつかの態様において、各記憶位置は少なくとも４つの利用可能な情報状態を有する。これらの実施形態のいくつかの態様において、各記憶位置は３〜８つの利用可能な情報状態を有する。これらの実施形態のいくつかの態様において、各記憶位置は３〜５つの利用可能な情報状態を有する。これらの実施形態のいくつかの態様において、各記憶位置は３つの利用可能な情報状態を有する。これらの実施形態のいくつかの態様において、各記憶位置は４つの利用可能な情報状態を有する。
【００８６】
本発明のいくつかの実施形態において、基体は導電性または半導電性である。これらの実施形態のいくつかの態様において、基体は導電性である。これらの実施形態のいくつかの態様において、基体は半導電性である。
【００８７】
本発明のいくつかの実施形態において、少なくとも１つのスタイラスは、導電性材料および半導電性材料の少なくとも１種を含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、スタイラスは導電性材料から作られる。これらの実施形態のいくつかの態様において、スタイラスは半導電性材料から作られる。
【００８８】
本発明のいくつかの実施形態において、少なくとも１つのスタイラスは非導電性材料を含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、スタイラスは非導電性材料から作られる。
【００８９】
本発明のいくつかの実施形態において、基体を提供するステップと；頂部表面と底部表面を有する電場プログラマブルフィルムを提供し、底部表面が基体に電気的に結合され、電場プログラマブルフィルムが１つ以上の部分を含み、各部分が少なくとも２つの利用可能な情報状態を有する記憶位置に対応し、各利用可能な情報状態が電場プログラマブルフィルムの異なる分極に対応するステップと；少なくとも１つのスタイラスを提供するステップと；スタイラスを記憶位置に対応する電場プログラマブルフィルムの頂部表面の近傍に配置し、あるいは接触させて、スタイラスと基体との間に電圧差を印加することによって少なくとも１つの記憶位置に情報を書き込み、電圧差の大きさが電場プログラマブルフィルム内に持続的に分極を誘起するのに十分高いステップと：を含む、電場プログラマブルフィルム中に情報を記憶する方法が提供される。これらの実施形態のいくつかの態様において、各記憶位置は少なくとも３つの利用可能な情報状態を有する。これらの実施形態のいくつかの態様において、各記憶位置は３〜８つの利用可能な情報状態を有する。これらの実施形態のいくつかの態様において、各記憶位置は３つの利用可能な情報状態を有する。これらの実施形態のいくつかの態様において、各記憶位置は４つの利用可能な情報状態を有する。
【００９０】
本発明のいくつかの実施形態において、基体を提供するステップと；頂部表面と底部表面を有する電場プログラマブルフィルムを提供し、底部表面が基体に電気的に結合され、電場プログラマブルフィルムが１つ以上の部分を含み、各部分が少なくとも３つの利用可能な情報状態を有する記憶位置に対応するステップと；少なくとも１つの電圧バイアスをかけた導電性原子間力顕微鏡プローブを提供するステップと；プローブを記憶位置に対応する電場プログラマブルフィルムの頂部表面の近傍に配置し、あるいは接触させて、プローブと基体との間に電圧差を印加することによって少なくとも１つの記憶位置に情報を書き込み、電圧差の大きさが電場プログラマブルフィルム内に持続的な分極を誘起するのに十分高く；電場プログラマブルフィルム組成物は処方Ａと処方Ｂから選択され；処方Ａはバインダーと、電子ドナーと、電子アクセプターとを含み；電子ドナーと電子アクセプターの少なくとも１つはバインダーに化学的に結合し；処方Ｂはバインダーと、電子ドナーと、電子アクセプターとを含み、処方Ｂは電子ドナーと電子アクセプターの少なくとも１つを０．０５重量％未満含む、電場プログラマブルフィルムにおいて多ビット情報を記憶する方法が提供される。
【００９１】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルムは大量の情報記憶媒体として用いられる。この実施形態の一態様において、電場プログラマブルフィルムは５〜５００ｎｍ、または１０〜２００ｎｍ、または１０〜１００ｎｍの厚さを有する。この実施形態のいくつかの態様において、フィルムは導電性または半導電性基体上に堆積される。
【００９２】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルムを含む記憶装置が提供され、電場プログラマブルフィルムは複数の個々の記憶位置に対応する複数の個々のマッピングされた部分を含み、情報は多ビット情報として記憶される。これらの実施形態のいくつかの態様において、個々の記憶位置は少なくとも３つの利用可能な情報状態を含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、個々の記憶位置は少なくとも４つの利用可能な情報状態を含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、記憶装置は少なくとも１つのスタイラスを含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、少なくとも１つのスタイラスと電場プログラマブルフィルムは、複数の個々の記憶位置の読み取りと書き込みの少なくとも１つを容易にするために、互いに再配置可能である。これらの実施形態のいくつかの態様において、記憶装置は、スタイラスの少なくとも１つのアレイをさらに含み、スタイラスのアレイを用いて、電場プログラマブルフィルムから情報の（ｉ）書き込みおよび（ｉｉ）読み取りの少なくとも１つを行えるように、スタイラスのアレイには電場プログラマブルフィルムが動作可能に付随する。これらの実施形態のいくつかの態様において、スタイラスの少なくとも１つのアレイは電場プログラマブルフィルムに対して動くことが可能である。
【００９３】
本発明のいくつかの実施形態において、電場プログラマブルフィルムを含む記憶装置が提供され、電場プログラマブルフィルムは複数の個々の記憶位置に対応する複数の個々にマッピングされた部分を含み；記憶装置は、異なる利用可能な情報状態に対応する、異なる分極を用いて個々の記憶位置に記憶された情報を含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、記憶装置は少なくとも１つのスタイラスをさらに含む。これらの実施形態のいくつかの態様において、少なくとも１つのスタイラスと電場プログラマブルフィルムは、複数の個々の記憶位置の読み取りと書き込みの少なくとも１つを容易にするために、互いに再配置可能である。これらの実施形態のいくつかの態様において、記憶装置はスタイラスの少なくとも１つのアレイをさらに含み、スタイラスのアレイを用いて、電場プログラマブルフィルムから情報の（ｉ）書き込みおよび（ｉｉ）読み取りの少なくとも１つを行えるように、スタイラスのアレイには電場プログラマブルフィルムが動作可能に付随する。これらの実施形態のいくつかの態様において、スタイラスの少なくとも１つのアレイは電場プログラマブルフィルムに対して動くことが可能である。
【００９４】
本発明のいくつかの実施形態を以下の実施例において詳細に説明する。
【実施例１】
【００９５】
（バインダー調製）
９−アントラセンメチルメタクリラート／２−ヒドロキシエチルメタクリラートコポリマーバインダーを以下の手順によって調製した。５００ｍｌの３首丸底フラスコに凝縮器とガス入り口を装着し、１５分間窒素でパージした。次いで、フロスコに脱気したテトラヒドロフラン（ＴＨＦ）（１２０ｍｌ）と、９−アントラセンメチルメタクリラート（ＡＮＴＭＡ、Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．，Ｍｉｌｗａｕｋｅｅ，ＷＩ．から市場で利用可能）（１０．０グラム、３６．２ミリモル）、および２−ヒドロキシエチルメタクリラート（ＨＥＭＡ）（９．３ｍｌ、１０．０グラム、７６．８ミリモル）を攪拌しながら装填した。次いで、この混合物に１，１’−アゾビス−（シクロヘキサンカルボニトリル）（ＤｕＰｏｎｔからＶＡＺＯ８８として市場で利用可能）（０．５７グラム、２．３３ミリモル、２．８５％ｗ／ｗ）を攪拌しながら加えた。次いで、フラスコ内容物を加熱して還流させた。２４時間還流の後、１，１’−アゾビス−（シクロヘキサンカルボニトリル）（０．８９グラム、３．６４ミリモル、４．４５％ ｗ／ｗ）の追加の部分を加えた。次いで、フラスコの内容物をさらに２４時間還流した。次いで、フラスコの内容物を室温まで冷却した。次いで、フラスコの内容物をエチルエーテル中２０容積％のヘキサンを含むヘキサン／エチルエーテル溶液５００ｍｌ中に注いでバインダーを沈殿させた。固体バインダーを吸引濾過によって集め、真空乾燥して１９．５ｇ（９８％）の綿毛状白色固体を得た。
【実施例２】
【００９６】
（電場プログラマブルフィルム組成物の調製）
実施例１からのバインダー（０．８８４ｇ）と、架橋剤（０．１１１ｇ、Ｃｙｔｅｃ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ製のＰｏｗｄｅｒｌｉｎｋ  １１７４グリコウリル架橋剤）と、触媒（０．００５ｇ、Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．製ｐ−トルエンスルホン酸一水和物（ＰＴＳＡ））と、電子アクセプター（０．２１６ｍｇ、Ａｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏ．製Ｃ６０−バックミンスターフレレン）と、溶媒（２４ｇ、メトキシベンゼンと２−へプタノンの５０／５０ｗ／ｗ混合物）とを一緒に溶解することによって電場プログラマブルフィルム組成物を調製した。溶解の後、溶液を０．２μｍの孔サイズのポリプロピレンフィルターを通して濾過し、電場プログラマブルフィルム組成物生成物を集めた。
【実施例３】
【００９７】
（電場プログラマブルフィルムの調製）
実施例２の生成物を直径１００ミリメートルで抵抗値が約０．０００１〜約０．１オーム・ｃｍのｐ−型シリコンウェーハ上にスピン速度約２，５００ｒｐｍでスピンコーティングすることによって電場プログラマブルフィルムを作製した。次いで、コーティングしたシリコンウェーハを熱板上で２５０℃で６０秒間ベークして、厚さ約５０ｎｍの電場プログラマブルフィルムを得た。
【実施例４】
【００９８】
（情報の書き込み）
実施例３のコーティングされたシリコンウェーハから７ｍｍ×７ｍｍのクーポンを切り出した。クーポンを磁気搭載ディスクの表面上に銀ペーストで接着した。得られたサンプルをＮａｎｏｓｃｏｐｅ  ＩＶ  コントローラーを備えるＶｅｅｃｏマルチモード原子間力顕微鏡に置いた。原子間力顕微鏡には３．０Ｎ／ｍの公称力定数および７５ｋＨｚの公称共鳴周波数を有するカンチレバー／スタイラス組み合わせを装備した。スタイラスは、金被覆シリコンから作られた。原子間力顕微鏡に搭載される際に、サンプルの底部、したがって電場プログラマブルフィルムの底部表面はグラウンド電位にした。電場プログラマブルフィルムは３つの利用可能な情報状態を含んでいた。次いで、選択的に−２．０Ｖ、−０．６Ｖ、または０ＶのＤＣバイアス電圧をスタイラス上にかけ、かつスタイラスを所与の記憶位置に対応する電場プログラマブルフィルムの頂部表面に接触させることにより、電場プログラマブルフィルム内の分極の持続的ドメイン（３つの利用可能な情報状態の１つに対応する）を形成することによって、所与の記憶位置をそれぞれ１、２、または３の情報状態に書き込むことによって、電場プログラマブルフィルムにおける複数の記憶位置に情報を書き込んだ。この情報記憶工程中、スタイラスを流れる感知できる電流は認められなかった。
【実施例５】
【００９９】
（情報の読み取り）
実施例４において電場プログラマブルフィルムに記憶された情報は、実施例４に説明したカンチレバー／スタイラス組み合わせを装備したＮａｎｏｓｃｏｐｅ  ＩＶ  コントローラーを備えるＶｅｅｃｏマルチモード原子間力顕微鏡を用いて読み取った。詳細には、＋５．０ＶのＤＣバイアス電圧をチップにかけ、次いで、これを１０ｎｍのフライ高さ（フィルムからの距離）で電場プログラマブルフィルム上を通過させた。Ｖｅｅｃｏマルチモード原子間力顕微鏡は、正にバイアスされたスタイラス上に付与される静電気反発を測定することによって、電場プログラマブルフィルムにおける複数の記憶位置に記憶された情報を読み取ることが可能であった。正にバイアスされたスタイラス上に付与される静電気反発は所与の記憶位置に書き込まれた情報状態の指標であった。
【外国語明細書】
2008059740000001.pdf
2008059740000002.pdf
2008059740000003.pdf