(57)【要約】【課題】比較的簡単、廉価で高エネルギーの集中ができる電子ビームの集合スポットにより書き込み・読み出しが可能なデータ記憶装置とその付随装置例えば電子放出器の提供。【解決手段】データ記憶装置のための放出器クラスタ（１５２）は、複数の電子源（１５４、１５６）を含み、該電子源はそれぞれ電子ビーム（１５８、１６０）を発生し、記憶媒体（１０６）上に集合スポット（１６２）を形成する。【選択図】図５
2004327022.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ記憶装置のための放出器クラスタであって、複数の電子源を含み、該電子源はそれぞれ電子ビームを発生し、記憶媒体上に集合スポットを形成する放出器クラスタ。
【請求項２】
前記複数の電子源から放出されるそれぞれの前記電子ビームは相互に集束するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の放出器クラスタ。
【請求項３】
前記複数の電子源の少なくとも１つは平坦放出器であることを特徴とする請求項１に記載の放出器クラスタ。
【請求項４】
前記複数の電子源は、複数の衛星電子放出器によって包囲される少なくとも１つの中央電子放出器を含むことを特徴とする請求項１に記載の放出器クラスタ。
【請求項５】
少なくとも１つのデータ記憶場所を有する記憶媒体と、前記データ記憶場所上に集合スポットを形成するように融合する複数の電子ビームを発生するように構成される複数の電子源とを含むデータ記憶装置。
【請求項６】
複数の電子放出器を有し、それぞれの前記電子放出器はそれぞれの電子ビームを発生するように構成される、放出器クラスタと、
前記放出器クラスタからの前記電子ビームを誘導するように構成される少なくとも１つの電極と、
前記放出器クラスタからの前記電子ビームを受け取るように構成されるデータ記憶場所を有する記憶媒体であって、前記電子ビームは該データ記憶場所上に集合スポットを形成する、該記憶媒体と
を備えるデータ記憶装置。
【請求項７】
電子ビームを放出するように構成される第１の電子放出器と、
前記第１の電子放出器に極めて近接して配置され、電子ビームを放出するように構成される第２の電子放出器と、
データ記憶場所を有する記憶媒体と、
前記第１の電子放出器からの前記電子ビームを前記第２の電子放出器からの前記電子ビームに向けて誘導し、前記データ記憶場所上に集合スポットを形成するように構成されるビーム位置決め装置と
を備えるデータ記憶装置。
【請求項８】
記憶媒体上に集合スポットを形成する方法であって、
複数の電子ビームを発生するように構成された放出器クラスタを前記記憶媒体上のデータ記憶場所と整列させるステップと、
前記電子ビームを集束して前記データ記憶場所上に集合スポットを形成するステップと、
を含むスポット形成方法。
【請求項９】
記憶媒体上でデータの読み出しあるいは書き込みをおこなう方法であって、
放出器クラスタ内の第１の電子放出器から第１の電子ビームを発生するステップと、
前記放出器クラスタ内の前記第１の電子放出器に近接して配置される第２の電子放出器から第２の電子ビームを発生するステップと、
前記第１、第２の電子ビームを誘導して集束させて前記記憶媒体のデータ記憶場所上に集合スポットを形成するステップと、
前記データ記憶場所の状態を決定するステップと
を含むデータ読み書き方法。
【請求項１０】
データを格納するための手段と、
第１の電子ビームおよび第２の電子ビームを発生するための手段と、
前記第１、第２の電子ビームを誘導して、前記データを格納するための手段の上に集合スポットを形成するための手段と
を含むデータ記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してデータ記憶技術に関し、特に電子ビームにより記録、再生をおこなう記憶技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
光記憶装置、磁気記憶装置および電子記憶装置を含む種々のタイプのデータ記憶装置が知られている。これらの記憶装置はそれぞれ、記憶密度と市場要求に合うコストとの間で最適なバランスをとるように努力されている。
【０００３】
たとえば、電子記憶装置は、高い記憶密度が望まれる場合に用いることができる。そのような電子記憶装置は通常、電子放出器あるいは放出源と、電子ビームを発生し、集束するように構成された電子光学装置とを含む。これらの電子ビームを用いて、記憶媒体の表面上に像すなわちスポットを発生し、それにより記憶媒体からデータを読み出し、かつ／または記憶媒体上にデータを書き込む。電子ビームは通常、いくつかの光学式および／または機械式記録機構によって発生される大きな記録スポットに比べて、相対的に小さな記録スポットの読出しおよび／または書込みを行うことができることは理解されよう。そのように記録スポットが小さいことにより、電子記憶装置に記録される情報の密度を容易に高めることができる。
【０００４】
所望のエネルギー集中を達成するために、電子記憶装置は通常、電子放出器のサイズに重点を置いている。電子放出器のサイズは電子放出器から記憶媒体までのエネルギー伝達効率に影響を及ぼすようになる。したがって、数多くの入手可能な小型の電子放出器は比較的低い輝度を有し、記憶媒体において比較的低いエネルギーの集中しかできない。低エネルギーの集中により記録スポットを発生すると、記録密度、信号品質および／または記憶装置のエネルギー効率に悪影響を及ぼす場合があることは理解されよう。
【０００５】
いくつかの電子記憶装置では、放出源よりも著しく小さなスポットを発生するように構成できる縮小レンズを用いて、電子ビームを媒体上の焦点スポットまで縮小されることができる。そのように縮小することにより、装置上により多くのデータを記憶するのが容易になり、電子放出器そのものの欠陥を克服するように電子放出器から発生されるエネルギーを集中させることができる。しかしながら、そのようなレンズは法外にコストがかかる場合もあり、不必要に装置のサイズを大きくし、かつ／または装置を複雑にする場合もある。また既存の電子記憶装置は、おそらくビーム集束機構が不完全であることに起因して、焦点スポットにおいて収差が生じる場合もある。これらの収差の結果として、結像の品質が劣化し、その結果、焦点スポットが大きくなり、エネルギーの集中が小さくなる場合もある。またそのような収差によってスポットが不均一になる場合もあり、それにより信号対雑音比に悪影響を及ぼし、関連するデータ記憶場所においてデータを失う可能性もある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって本発明の目的は、比較的簡単、廉価で高エネルギーの集中ができる電子ビームの集合スポットにより記録（書き込み）・再生（読み出し）が可能なデータ記憶装置とその付随装置例えば電子放出器の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
各々の放出器クラスターが複数の電子源を含む、データ記憶装置のための放出器クラスタの実施形態が提供される。電子源はそれぞれ電子ビームを放出し、記憶媒体上に集合スポットを形成するようになされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
最初に図１を参照する。本発明の一実施例による電子記憶装置が全体として１００で示される。記憶装置１００は多数の放出器クラスタ１０２（以下にさらに詳細に記載される）を備え、各放出器クラスタは複数の電子ビーム１０４を発生するように構成される。電子ビームは、多数のデータ記憶領域あるいは記憶場所１０８を有する記憶媒体１０６上に集束される。
【０００９】
同じような記憶装置が、たとえばGibson他に付与された米国特許第５，５５７，５９６号の明細書に記載され、開示されている。それは、放出器クラスタが記載される記憶装置の文脈に含まれる。しかしながら、本明細書に開示される放出器クラスタは、電子ビームを用いて記憶媒体からデータを読み出し、かつ／または記憶媒体にデータを書き込む、種々の他の種類および／または構成の電子記憶装置において用い得ることに留意されたい。
【００１０】
筐体１１０は記憶媒体１０６を部分真空に保持するように機能する。具体的には、筐体１１０は、内部空間１１４を画定する複数の壁１１２を備えることができる。壁１１２は、内部空間１１４内で少なくとも部分真空が保持されることができるように互いに結合し得る。筐体１１０の異なる構成も考えられることは理解されたい。
【００１１】
各放出器クラスタ１０２は、記憶媒体１０６上の１つあるいは複数のデータ記憶領域に対処するように構成し得る。上記のように、１つの放出器クラスタは複数の放出源（本明細書では電子放出器とも呼ばれる）を備える。これらの電子放出器は通常、本明細書では電子ビームとも呼ばれる電子ビーム電流を放出するように構成される。常時、各クラスタは、記憶媒体１０６上の１つのデータ記憶場所１０８に向けて誘導される複数の電子ビームを発生することができる。それにより、各記憶場所１０８は１つあるいは複数のデータビットを格納するように構成し得る。
【００１２】
放出器クラスタがそれぞれ多数の記憶領域に対して役割を担う場合、記憶装置１００は通常、放出器クラスタ１０２と記憶媒体１０６とを相対的に動かすようする。たとえば、マイクロムーバ１１６が、放出器クラスタに対して記憶媒体１０６を、あるいはその逆に走査あるいは動かすように構成される。したがって、マイクロムーバ１１６は媒体１０６を種々の場所に走査するようでき、それにより、放出器クラスタ１０２は種々のデータ記憶場所の上に配置されることができる。そのような構成を用いる場合、マイクロムーバ１１６を用いて、放出器クラスタに対して記憶媒体を概ね位置合わせすることができる。相対的な動きは、放出器クラスタを動かすことによって、あるいは放出器クラスタおよび記憶媒体の両方を動かすことによって達成できることも理解されたい。
【００１３】
いずれにしても、放出器クラスタ１０２は、放出器クラスタが発生する電子ビームを用いて、データ記憶場所１０８に対して読出しおよび／または書込みを行うように構成されることを理解されたい。したがって、記憶装置１００とともに用いるのに適した放出器クラスタは、記憶媒体１０６上で所望のデータビット密度を達成するほど十分に細い電子ビームを発生する。さらに、放出器クラスタは所望の読出し／書込み動作を実行するほど十分にエネルギーを集中した電子ビームを与える。記憶媒体から離隔して配置されるが、放出器クラスタからの電子ビームが多量のエネルギーを失うことなくデータ記憶場所に選択的に向けられるように、放出器クラスタはデータ記憶場所１０８に十分に近接して配置されることは理解されよう。
【００１４】
上記のように、放出器クラスタを用いて発生される電子ビームを用いて、記憶媒体からデータを読み出し、かつ／または記憶媒体にデータを書き込むことができる。いくつかの実施例では、書込みは、電子ビームがデータ記憶場所の表面状態を変更するように、電子ビームのエネルギー集中を一時的に高めることにより達成される。同様に、読出しは、電子ビームへのデータ記憶場所の作用を、あるいはデータ記憶場所への電子ビームの作用を観測することにより達成される。
【００１５】
たとえば、第１の状態のデータ記憶場所はビット「１」を表すことができ、第２の状態のデータ記憶場所はビット「０」を表すことができ、あるいはその逆にすることもできる。さらに、３ビット以上を表すように、データ記憶場所を異なる度合いに変更することもできる。表面状態は永久に変更することも、可逆的に（一時的に）変更することもできる。永久に変更される記憶媒体はＷＯＲＭ（write-once-read-many memory）のために適している。
【００１６】
いくつかの実施例では、記憶媒体１０６は、電子ビームを用いて、その構造的な状態を非晶質状態と結晶状態との間で選択的に変更することができる材料から構成されることができる。テルル化ゲルマニウム（ＧｅＴｅ）（およびＧｅＴｅを基にする三元合金）がそのような材料の代表的なものである。非晶質状態から結晶状態に変化させるために、ビームのエネルギー集中度を高め、その後、徐々に減少させる。この増加／減少は、非晶質領域を加熱し、その後、徐々に冷却して、その領域がアニールされて結晶状態になるだけの時間が経過できるようにする。結晶状態から非晶質状態に変化させるために、ビームのエネルギー集中度をあるレベルまで高め、その後、急速に低下させる。
【００１７】
図２は、図１に示される典型的な電子記憶装置の動作を図示しており、該記憶装置は、記憶媒体１０６をダイオード構造１１８の形で含むものとして示される。ダイオード構造１１８はｐｎ接合、ショットキー障壁、あるいは他の任意の種類の電子バルブの形をとることができ、それぞれが記憶場所のエネルギー状態に基づいてデータを記録すなわち格納するように構成される複数のデータ記憶場所（ここでは記憶場所１２０、１２２によって表される）を画定する。
【００１８】
したがって、１ビットのデータは、ダイオードの表面を局部的に変更して、変更された領域すなわち書込み済みの領域（たとえば、記憶場所１２０において示される）付近で発生される少数キャリアのための収集効率が、変更されていない領域あるいは未書込みの領域（たとえば、記憶場所１２２において示される）の収集効率と異なるようにすることにより格納されることができる。少数キャリアのための収集効率は、バイアス用回路１２６によってバイアスをかけられるときに、ダイオード接合１２４を越えて移動する入射電子によって発生される少数キャリアの割合と定義することができる。
【００１９】
たとえば、図示される実施例では、記憶媒体は２つの層を有するダイオードとして構成される。一例として、層のうちの一方はｐ型であり、他方はｎ型である。その記憶媒体は、記憶媒体に逆方向バイアスをかける外部回路に接続されることができる。電荷キャリア（正孔あるいは電子）が記憶媒体内に存在することに留意されたい。より豊富に存在する電荷キャリアは多数キャリアと呼ばれ、少ない方の電荷キャリアは少数キャリアと呼ばれる。ｎ型半導体材料では、電子が多数キャリアであり、正孔は少数キャリアである。ｐ型半導体材料では、電子は少数キャリアであり、正孔は多数キャリアである。
【００２０】
図示のように、１つあるいは複数の電子ビームを加える際に、上記の少数キャリアによって、外部回路内に信号電流１２８が流れるようになる。少数キャリアによって生じる電流の大きさは、その電子ビームが入射するデータ記憶場所のエネルギー状態に依存する。たとえば、後方散乱あるいは二次電子を収集し、測定することを含む他の方法を用いて、記憶媒体に対してデータの読出しおよび書込みを行うことができることは理解されたい。
【００２１】
図２に示されるように、各放出器クラスタ１０２は記憶媒体の表面上に複数の細い電子ビーム１０４を放出するように構成される。その後、入射する電子は、電子ビームが入射するデータ記憶場所のダイオードの表面付近にある電子‐正孔対（図２においてｅ‐ｈ+によって表される）を励起する。本明細書において用いられるような正孔は、電子の電荷と大きさは同じであるが、極性が逆である正の電荷を有する電荷キャリアである。ダイオードは外部回路１２６によって逆方向バイアスをかけられ、入射する電子によって発生される少数キャリアはダイオード接合１２４越えて移動できるようになる。言い換えると、接合に達する前に多数キャリアと再結合しない少数キャリアが接合を越えて移動し、それにより外部バイアス回路１２６内に電流が流れるようになる。
【００２２】
概ね先に記載されたように、記憶媒体への書込みは、データ記憶場所に、そのデータ記憶場所のダイオード構造のある１つのあるいは複数の特性を局部的に変更するほど十分にエネルギーを集中させた電子ビーム（「書込み」電子ビームと呼ばれる）を照射することにより達成することができる。その変更は、同じ領域が、エネルギーの集中度が低い「読出し」電子ビームを照射される際に、接合１２４を越えて移動する少数キャリアの数に影響を及ぼす。
【００２３】
たとえば、書込み済みのデータ記憶場所１２０内の再結合率を未書込みのデータ記憶場所１２２内の再結合速度（再結合率）に対して増加させ、書込み済みのデータ記憶場所において発生される少数キャリアが、接合ダイオード１２４に達し、それを越えて移動する機会を得る前に、多数キャリアと再結合する確率が高くなるようにすることができる。それゆえ、「読出し」電子ビームが書込み済みのデータ記憶場所上に入射するときには、その「読出し」電子ビームが未書込みのデータ記憶場所上に入射するときよりも小さな電流がバイアス用回路１２６内に流れるようになる。しかしながら、最初にダイオード構造が高い再結合速度を有し、再結合速度を局部的に減少させることによりデータを書き込むこともできることは理解されよう。こうして、結果として発生される電流が、記憶場所のエネルギー状態を指示する出力信号１２８を構成することができる。
【００２４】
電子放出器のような電子源は、本明細書において放出器クラスタ１０２と呼ばれる機能的なグループに配列されることができる。電子放出器には、平坦（フラット）放出器およびポイント放出器を含む、任意の適当なタイプの電子源を用いることができる。簡単にするために、放出器クラスタ構成は最初に、平坦放出器を集団化する内容に沿って記載されるであろう。
【００２５】
図３は典型的な平坦放出器１３０を示すが、平坦放出器１３０のための他の構成も実現可能であることは理解されたい。図３は、全体として１３１で示される電子放出構造を有する典型的な平坦放出器１３０を示す。電子放出構造は、シリコンのようなｎ++半導体から形成される基板１３２と、半導体層１３４とを備えることができる。基板１３２は、火山状、漏斗状あるいはノズル状の活性領域１３６を含むように形成されることができる。活性領域１３６は、活性領域が電子を放出することができる領域を制限する分離領域１３８によって包囲される。分離領域は、活性領域の形状を制限するほかに、いくつかの実施例では、その活性領域を隣接する活性領域から分離することができる。しかしながら、他の実施例では、隣接する電子放出器の活性領域が互いに接続されることもできることは理解されたい。
【００２６】
平坦放出器１３０はさらに、基板１３２の半導体層１３４上に形成される放出電極１４０を備えることができる。放出電極１４０を用いて、半導体層１３４に電圧を供給することができる。導電層１４２は通常、放出電極１４０と、放出表面１４４を含む半導体層の外側表面の一部とを覆う。導電層は放出表面上に電気的コンタクトを設け、電界が放出表面にわたってかけられるようにする。
【００２７】
いくつかの実施例では、平坦放出器１３０はさらに、基板の半導体層が形成される側とは反対側に形成される背面コンタクト１４６を備えることができる。背面コンタクトが設けられるとき、そのコンタクトは半導体基板の内部電界のための等電位表面を確立する。
【００２８】
動作中に、放出電極１４０および背面コンタクト１４６を介して、種々の電位を基板１３２にかけることができる（たとえば、チップ上あるいはチップ外のドライバを用いる）。次に、結果として発生されるその放出電極電圧によって、基板１３２の活性領域１３６から半導体層１３４の領域１４８に電子が注入されるようになる。電子は導電層１４２を通って放出表面１４４から放出される。電子が放出される結果として、電子ビーム１０４が、記憶媒体１０６上の選択された目標データ記憶場所に衝当するように誘導される。
【００２９】
電子放出器と記憶媒体との間の距離、電子放出器のタイプ（ポイント放出器、あるいは平坦（フラット）放出器など）、および所望のスポットサイズに応じて、電子光学装置あるいは他の集束構造１４９を用いて、所望のデータ記憶場所に電子ビームを集束することができる。例示にすぎないが、集束構造１４９はレンズ電極（本明細書では、集束電極あるいは集束レンズとも呼ばれる）と、絶縁層１５１と、導電層１５３とを含む。集束電極１５０は、電子ビームが通過することができる開口部を画定するように形成されることができる。たとえば、集束電極は、電子ビームが通過するリングを形成することができる。
【００３０】
いくつかの実施例では、集束電極１５０は、絶縁層１５１によって示されるように、放出表面１４４からある距離だけ離隔して配置される。したがって、絶縁層１５１は放出電極１４０を集束電極１５０から分離する。他の実施例では、集束電極は放出表面１４４に極めて近接して配置されることができる。導電層１４２と同じように、導電層１５３は対応する電極上にコンタクトを設け、その電極に電界をかけることができるようにする。１つの集束電極のみが示されるが、電子ビームを集束するために、任意の数の集束電極を用いることができることは理解されたい。
【００３１】
動作時に、集束電極１５０に電位がかけられ、電界が発生される。電子ビーム内の電子は負に帯電されるので、電子ビームに電界をかける結果として、静電力が発生される。ビームはかけられる電位に反応し、結果として発生される電界に応答して移動する。結果として発生される電界を用いて、電子ビーム内の放出された電子を、記憶媒体上の選択された場所に集束することができる。通常、この集束は、集束電極にかけられる電位を変化させることにより調整することができる。放出された電子を加速および／または減速するために、あるいは電子ビームの集束を支援するために、記憶媒体１０６に電圧を印加することもできる。
【００３２】
上記のように、放出器クラスタ１０２は通常、全て１つのデータ記憶場所に向けられる複数の電子ビーム１０４を発生するように構成される複数の電子放出器を備える。電子ビーム１０４は、複数の電子ビームによって発生される像（本明細書ではスポットとも呼ばれる）が融合し、データ記憶場所に１つの集合的なスポットを形成するように配置される。したがって、電子ビームは通常互いに向かって集束するようになされる。いくつかの実施例では、電子ビームは記憶媒体上の１つの点で集束し、各電子ビームが重なるか、あるいは概ね完全に重ね合わされる集合スポットを形成することができる。他の実施例では、電子ビームは実際には記憶媒体上では集束せず、代わりに、互いに極めて近接して記憶媒体の表面に達することができる。極めて近接したビームの集中が、上記の集合スポットを形成するように作用する。
【００３３】
集合スポットを形成するために複数の電子放出器を用いることで、複数の比較的小さな電子放出器を用いて、より大きな電子放出器を用いて達成されるものと概ね同じようなエネルギーの集中と、それより小さなスポットサイズとを達成できるようになる。電子放出器を小型化することにより、大きな電子放出器よりも放出および集束を効率的に制御することができる。さらに、小型の電子放出器の熱特性は、単一の大型の電子放出器の熱特性よりも良好にすることができる。これによりさらに、小型の電子放出器が用いられる場合の局部的なエネルギー集中を高めることができる。さらに、小型の放出器は大型の放出器よりも容易に製造することができ、記憶媒体内の固有の結晶学的機構を利用できるようになる。
【００３４】
図４および図５は放出器クラスタのための１つの実現可能な構成を示す。具体的には、図４に全体として１５２で示される例示の放出器クラスタは複数の電子放出器１５４および１５６を備える。上記のように、放出器には、ポイント放出器あるいは平坦放出器を含む任意の適当なタイプの電子放出器を用いることができる。例示される構成では、本明細書において衛星電子放出器と呼ばれる電子放出器１５４が中央電子放出器１５６を包囲し、中央電子放出器の周囲にリングを形成する。１つの中央電子放出器および６つの衛星電子放出器のみが示されるが、任意の数の中央電子放出器および衛星電子放出器を用いることができることに留意されたい。
【００３５】
図４および図５に示されるように、衛星電子放出器１５４は中央電子放出器１５６から対称にオフセットされ、電子ビーム１５８および１６０が記憶媒体上で概ね重ね合わされ、集合スポット１６２が形成されるようにする。各衛星電子放出器はさらに、集束電極に対してもオフセットしてもよく（１５７で示される）、その電子ビームが放出器クラスタによって発生される他の電子ビームに向かって誘導されるようにする。衛星電子放出器はクラスタ内に対称に配置される必要はなく、１つあるいは複数の集束電極を用いて、非対称な配置の電子放出器の電子ビームを集束して、集合スポットを形成することもできることを理解されたい。
【００３６】
放出器クラスタ内の電子放出器の構成にかかわらず、電子放出器１５４および１５６によってそれぞれ発生される電子ビーム１５８および１６０は、ビームが同じ場所に向けられて記憶媒体１０６上に集合スポット１６２を形成するように、任意の適当な集束構造を用いて個別に集束および／または位置合わせされる。コヒーレントビームは除外されないが、単一の電子放出器内で、あるいは互いに対して、電子ビームがコヒーレントである必要はないことは理解されたい。したがって、放出器クラスタおよび電子光学装置は、協動して、電子ビームおよびその結果として発生されるスポットが概ね確実に重ね合わされるようにするものと理解することができる。複数の電子ビームによるスポットを重ね合わせる結果として、集合スポットが相対的に一様なエネルギー分布を有するようになる。
【００３７】
上記のように、いくつかの実施例では、電子放出器のうちの１つあるいは複数の放出器が、集束電極のような電子光学装置を用いて誘導されるか、位置決めされることができる。放出器クラスタの構成に応じて、種々のタイプおよび構成のそのような電子光学装置を用いることができる。たとえば、個々の電子放出器がそれぞれ個別の集束電極を備えても良い。加えて、あるいは別法では、いくつかの実施例において、単一の集束電極が多数の電子ビームを誘導するための役割を果たすこともできる。記憶媒体上への電子ビームの相対的な位置決めは、種々の集束電極にかけられる電位を変化させることにより調整することができる。
【００３８】
通常、放出器クラスタ毎に唯１つの電圧ドライバが用いられる。電圧ドライバは通常、集束電極に電源を供給し、集束電極が電界を発生できるようにする。しかしながら、いくつかの実施例では、多数の電圧ドライバを用いることもできる。たとえば、クラスタ内の各電子放出器あるいは電子放出器のグループが、個別の電圧ドライバで個別に駆動されるようにもできる。
【００３９】
放出器クラスタ内に電子放出器を配置することにより、集合スポットからの軸外収差あるいは偏差を抑えることができる。たとえば、概ね１６４で示されるような、電子放出器間の間隔および／または概ね１６６で示されるような、電子放出器から記憶媒体までの間隔を最小限に抑えることにより、軸外収差を最小限に抑えるとともに、高いエネルギーを有するが、小さな集合スポットを確保できるようになる。電子放出器の放出表面を円形以外を用いて、軸外収差の影響を低減することもできる。同様に、多数の電子放出器を位置合わせして、エネルギー集中を相対的に高くした累積的な集合スポットを発生する結果として、１つの位置合わせ不良の電子放出器の影響を低減することができる。言い換えると、放出器クラスタ内の１つの電子放出器に位置合わせ不良があっても、放出器クラスタを用いて形成される集合スポットのエネルギー集中が大きく減少することはない。
【００４０】
通常、放出器クラスタ内の電子放出器１５４および１５６は、最適なスポット電力および均一性を得るために同時に動作させることができる。しかしながら、電子放出器のうちの１つあるいは複数の放出器が機能しなくなる場合でも、放出器クラスタ内の残りの動作中の電子放出器が、読出しおよび書込みのための十分なエネルギーを供給し続けることができることに留意されたい。したがって、１つの電子放出器が機能不良に陥る結果として、それに比例してエネルギーは減少するが、多数の電子放出器の冗長性によって、放出器クラスタは機能し続けることができる。放出器クラスタ内のそのような冗長性によって、関連する記憶装置の信頼性を高めることができる。
【００４１】
さらに、１つの電子放出器の障害は、放出器クラスタ内の電子放出器の物理的な構成に起因して、隣接する放出器クラスタには広がらないこともある。代わりに、放出器クラスタ内の一箇所の障害は、放出器クラスタ内の他の電子放出器に影響を及ぼさないように制限されることができる。放出器クラスタは、全てのそのような障害を分離し、障害が隣接する放出器クラスタ内の電子放出器に広がるのを防ぐように機能することができる。
【００４２】
電子放出器および集束電極の位置合わせは、電子放出器の一連の層を画定するフォトリソグラフィ工程においてなされることができる。それゆえ、いくつかの実施例では、放出器クラスタ内の全ての電子放出器のために、一度の位置合わせステップしか必要としないようにすることができる。通常、放出器クラスタ内の電子放出器を１つのグループとして位置合わせすることができる。したがって、これまでは個々の電子放出器毎に用いられてきた多数の位置合わせステップを減らすことができる。
【００４３】
図６は放出器クラスタのための別の構成を示す。上記のように、放出器クラスタは、対称あるいはランダム（非対称）パターンで分布する任意の数の電子放出器を備えることができる。通常、電子放出器は、放出器クラスタ内で近接して置かれるように配置することができる。そのように構成することにより、電子放出器によって発生される電子ビームが、記憶媒体上に集合スポットを形成するように互いに誘導される。たとえば、図６に示されるように、放出器クラスタ１６８は、５つの電子放出器１７０を含む多数の電子放出器を備える。電子放出器１７０は放出器クラスタ内で非対称に配置される。電子放出器を集束することは、１つあるいは複数の集束電極を用いることを含むことができる。そのような非対称な構成では、個々の集束電極、あるいは電子放出器のグループに対してまとめて設けられる集束電極のいずれかに関連付けられる、ある一定の軸外の対称な収差を低減することができる。
【００４４】
たとえば、各電子放出器は、放出器クラスタ内の他の電子放出器によって発生されるスポットと概ね重ね合わされるスポットを発生する電子ビームを放出するように実効的に位置合わせされる。いくつかの実施例では、単一の集束電極あるいはクラスタ電極１７２を用いて、電子放出器から放出される電子ビームを記憶媒体上に誘導することができる。別法では、他の実施例において、放出器クラスタ内の各電子放出器はそれぞれ、電子放出器から記憶媒体上の所定のスポット上に関連する電子ビームを集束するように構成される個々の集束電極を有することができる。
【００４５】
上記のように、動作時に、放出器クラスタは、放出器クラスタ内の電子放出器から複数の電子ビームを発生する。電子ビームは記憶媒体上に集中し、集合スポットを形成する。集合スポットは、選択可能なデータ記憶場所と位置合わせされ、そのデータ記憶場所のエネルギー状態を決定および／または変更できるようにする。上記のように、データ記憶場所の状態は、放出器クラスタからの複数の電子ビームをデータ記憶場所に照射することか生じる信号電流あるいは後方散乱電子を測定することにより検出される。電子ビームを用いて、記憶媒体上で書込みを行い、データ記憶場所のエネルギー状態を永久にあるいは可逆的に変化させることができることは理解されたい。
【００４６】
図７および図８は本発明の別の実施例による放出器クラスタのための別の構成を示す。具体的には、図７および図８に示される放出器クラスタ１７４は、衛星放出器１７６および中央放出器１７８を含む複数のポイント放出器を備える。電子放出器１７６および１７８はそれぞれ、電子ビーム１８０および１８２を発生するように構成される。
【００４７】
チップ放出器とも呼ばれるポイント放出器は通常円錐形であり、電子の細く集束されたビームを放出することができる放出器先端部あるいはポイントを有する。動作中に、ポイント放出器と対応する抽出器電極１７９との間に、予め選択された電位差がかけられる。抽出器電極には、ポイント放出器を包囲する円形のゲートを用いることができる。ポイント放出器の先端部が先鋭であることに起因して、電子ビーム電流がポイント放出器から抽出され、データ記憶場所に向けて高い精度で誘導される。
【００４８】
図７および図８に示される構成では、集束電極を用いて、電子ビームを集束し、集合スポットを形成する。たとえば、集束電極１８６および１８８を用いて、電子放出器１７６および１７８によって発生される電子ビームを記憶媒体１０６上に集束し、集合スポット１８４を形成する。第１の電極１８６は最初に、電子ビームが電子放出器から発生される際に、電子ビームをコリメートする。第２の電極１８８は電子ビームを誘導して、それらの電子ビームが同じ場所に向けられて、記憶媒体上に集合スポットを形成できるようにする。
【００４９】
上記のように、動作時に、放出器クラスタ内の多数の電子放出器から多数の電子ビームが発生される。放出器クラスタから発生された電子ビームは、記憶媒体上の同じ場所に向けられ、選択されたデータ記憶場所上に集合スポットを形成するように集束されることができる。したがって、集束電極はビーム位置決め装置として働く。また、データ記憶場所の状態は、データ記憶場所の状態を読み出すこと、あるいはデータ記憶場所に書込みを行うことなどにより決定されることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施例による放出器クラスタを含む典型的な電子記憶装置の幾分概略的な断面図である。
【図２】図１に示される典型的なデータ記憶装置の動作を説明するための図である。
【図３】図１に示される放出器クラスタ内で用いるのに適した平坦放出器の一実施例の概略的な側面図である。
【図４】本発明の一実施例による中央電子放出器から対称にオフセットされた複数の衛星電子放出器を有する典型的な放出器クラスタの斜視図である。
【図５】単一の記録スポット上に集束される複数の電子ビームを発生する様子を説明するための、図４に示される放出器クラスタのより概略的な図である。
【図６】本発明の一実施例による別の放出器クラスタ構成の斜視図である。
【図７】本発明の一実施例による２つのタイプの集束電極を有する別の代替の放出器クラスタの平面図である。
【図８】単一の記録スポット上に集束される複数の電子ビームを発生する様子を説明するための、図７に示される放出器クラスタのより概略的な図である。
【符号の説明】
【００５１】
１００  データ記憶装置
１０２、１５２、１６８、１７４  放出器クラスタ
１３０、１５４、１５６、１７０、１７６、１７８  電子源
１０４、１５８、１６０、１８０、１８２  電子ビーム
１０６  記憶媒体
１６２，１８４  集合スポット
１０８、１２０、１２２データ記憶場所
１５０、１５７、１７２、１８６、１８８  集束電極、（ビーム位置決め装置）
【図１】
2004327022.tif 000003
【図２】
2004327022.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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