(57)【要約】本発明の態様による媒体デバイスは、高密度データ記憶を行うことができる。一態様では、このような媒体デバイスは、媒体にデータが書き込まれた場合に比抵抗が変化する相変化媒体を含んでよい。媒体は、媒体に対する書込みまたは読取りに用いられる分子メモリ集積回路内のカンチレバー・チップなどのデバイスから媒体に加えられる物理的な損傷を軽減するオーバーコートを含む。媒体に書き込まれたデータは、複数の状態で存在する（たとえば、複数の比抵抗測定値を有する）ことができ、したがって、デジタルおよび／またはアナログ・データを媒体上に記憶するのが可能になる。本発明の他の目的、局面、および利点は、図、明細書、および特許請求の範囲を検討することによって得ることができる。この説明は、本発明を完全に説明するものでも、本発明の範囲を制限するものでもない。
2006516171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原子プローブ先端が、媒体上でのデータの書込み、消去、もしくは書換えを行うか、または媒体からデータを読み取るように適合されている、媒体上にデータを高密度に記憶する媒体デバイス。
【請求項２】
原子プローブ先端が、媒体上でのデータの書込み、消去、もしくは書換えを行うか、または媒体からデータを読み取るために、媒体に接触させられるかまたはほぼ接触させられる、請求項1記載の媒体デバイス。
【請求項３】
高密度データ記憶用の媒体デバイスであって、
媒体と、
媒体に接続され、導体を含むオーバーコートとを含み、
データは、原子プローブ先端によってオーバーコートを通して媒体に書き込まれるか、媒体から消去されるか、または媒体に対して書き換えられる媒体デバイス。
【請求項４】
データは、原子プローブ先端によって媒体から読み取られる、請求項3記載の媒体デバイス。
【請求項５】
媒体は相変化媒体である、請求項4記載の媒体デバイス。
【請求項６】
オーバーコートに結合された潤滑剤を含む、請求項4記載の媒体デバイス。
【請求項７】
媒体に結合されたアンダーコートを含む、請求項4記載の媒体デバイス。
【請求項８】
媒体に結合された基板を含む、請求項4記載の媒体デバイス。
【請求項９】
オーバーコートは、媒体の硬度よりも高い硬度を有する、請求項4記載の媒体デバイス。
【請求項１０】
オーバーコートは原子プローブ先端よりも柔らかい、請求項4記載の媒体デバイス。
【請求項１１】
オーバーコートは炭素を含む、請求項10記載の媒体デバイス。
【請求項１２】
オーバーコートに窒素が添加される、請求項11記載の媒体デバイス。
【請求項１３】
オーバーコートは窒化チタンを含む、請求項10記載の媒体デバイス。
【請求項１４】
アンダーコートは導体である、請求項6記載の媒体デバイス。
【請求項１５】
アンダーコートは、タングステン、白金、金、アルミニウム、および銅のうちの1つまたは複数を含む、請求項14記載の媒体デバイス。
【請求項１６】
アンダーコートは絶縁体である、請求項6記載の媒体デバイス。
【請求項１７】
アンダーコートが窒化物および酸化物の一方を含む、請求項16記載の媒体デバイス。
【請求項１８】
原子プローブ先端によって媒体に正電流が印加されると、媒体上に電荷が蓄積される、請求項4記載の媒体デバイス。
【請求項１９】
原子プローブ先端によって媒体に負電流が印加されると、媒体から電荷が抄出される、請求項18記載の媒体デバイス。
【請求項２０】
媒体の一部の温度を、原子プローブ先端とこの部分との相互作用によって周囲温度から第1の温度まで上昇させ、その後、原子プローブ先端とこの部分との相互作用を除去することによって周囲温度まで低下させたときに、この部分の比抵抗が第1の比抵抗から第2の比抵抗に変化する、請求項4記載の媒体デバイス。
【請求項２１】
部分の温度を、原子プローブ先端とこの部分との相互作用によって周囲温度から第3の温度まで上昇させ、その後、プローブ先端とこの部分との相互作用を除去することによって周囲温度まで下降させたときに、この部分の比抵抗が第2の比抵抗から概ね第1の比抵抗に変化する、請求項20記載の媒体デバイス。
【請求項２２】
媒体上に高密度にデータを記憶する媒体デバイスにデータを記憶する方法であって、
原子プローブ先端から媒体の一部を通して電流を流す段階を含む方法。
【請求項２３】
媒体は相変化媒体である、請求項22記載の方法。
【請求項２４】
媒体の部分に正電流が流されたときに、媒体のこの部分に電荷が蓄積される、請求項22記載の方法。
【請求項２５】
媒体の部分に負電流が流されたときに、媒体のこの部分から電荷が放出される、請求項24記載の方法。
【請求項２６】
第1の電流が原子プローブ先端から媒体の部分を通して流されたときに、媒体のこの部分の温度が第1の温度から第2の温度まで上昇する、請求項22記載の方法。
【請求項２７】
媒体の部分から第1の電流が除去されたときに、媒体のこの部分の温度が第2の温度から下降し始め、周囲温度に達する、請求項26記載の方法。
【請求項２８】
第2の温度は、170℃もしくは200℃、または170℃から200℃の間である、請求項27記載の方法。
【請求項２９】
第2の電流が原子プローブ先端から媒体の部分を通して流されたときに、媒体のこの部分の温度が周囲温度から第3の温度まで上昇する、請求項27記載の方法。
【請求項３０】
媒体の部分から第2の電流が除去されたときに、媒体のこの部分の温度が第3の温度から下降し始め、周囲温度に達する、請求項29記載の方法。
【請求項３１】
第3の温度は少なくとも600℃である、請求項29記載の方法。
【請求項３２】
媒体の部分の温度が第1の温度であるとき、媒体のこの部分は第1の比抵抗を有する、請求項30記載の方法。
【請求項３３】
第1の温度は周囲温度である、請求項32記載の方法。
【請求項３４】
媒体の部分の温度が第2の温度から周囲温度まで下降すると、媒体の一部の比抵抗は第2の比抵抗になる、請求項32記載の方法。
【請求項３５】
媒体の部分の温度が第3の温度から周囲温度まで下降すると、媒体の一部の比抵抗は第3の比抵抗になる、請求項34記載の方法。
【請求項３６】
高密度データ記憶用の媒体デバイスであって、
基板と、
基板に結合された媒体と、
媒体に接続され、導体を含むオーバーコートとを含み、
データは、原子プローブ先端によってオーバーコートを通して媒体に書き込まれるか、媒体から消去されるか、または媒体に対して書き換えられる媒体デバイス。
【請求項３７】
データは、原子プローブ先端によって媒体から読み取られる、請求項36記載の媒体デバイス。
【請求項３８】
オーバーコートの硬度は、媒体の硬度よりも高い、請求項37記載の媒体デバイス。
【請求項３９】
オーバーコートの硬度は原子プローブ先端の硬度よりも低い、請求項37記載の媒体デバイス。
【請求項４０】
潤滑剤を含む、請求項36記載の媒体デバイス。
【請求項４１】
媒体上にデータを高密度に記憶する媒体デバイスにおいてデータを消去する方法であって、
媒体の温度が第1の温度から、第1の温度よりも高い第2の温度に変化するように、電流を原子プローブ先端から媒体を通して流す段階と、
媒体の温度が第2の温度から、第2の温度よりも低い周囲温度に変化するように、電流を媒体から除去する段階とを含む方法。
【請求項４２】
媒体は、媒体の温度が第1の温度であるときに第1の比抵抗を有し、
媒体は、媒体の温度が第2の温度から周囲温度に変化したときに第2の比抵抗を有し、
第2の比抵抗は第1の比抵抗よりも大きい、請求項41記載の方法。
【請求項４３】
媒体の温度が周囲温度から、周囲温度よりも高い第3の温度に変化するように、第2の電流を原子プローブ先端から媒体を通して流す段階と、
媒体の温度が第3の温度から周囲温度に変化するように電流を媒体から除去する段階とを含む、請求項41記載の方法。
【請求項４４】
媒体は、媒体の温度が第3の温度から周囲温度に変化したときに第3の比抵抗を有する、請求項43記載の方法。
【請求項４５】
第2の温度は、170℃もしくは200℃、または170℃から200℃の間であり、第3の温度600℃以上である、請求項43記載の方法。
【請求項４６】
媒体上にデータを高密度に記憶する媒体デバイスにデータを記録する方法であって、
媒体の温度が第1の温度から、第1の温度よりも高い第2の温度に変化するように、電流を原子プローブ先端から媒体を通して流す段階と、
媒体の温度が第2の温度から、第2の温度よりも低い第3の温度に変化するように、電流を媒体から除去する段階とを含む方法。
【請求項４７】
媒体上にデータを高密度に記憶する媒体デバイスにデータを記録する方法であって、
媒体の温度が周囲温度から、周囲温度よりも高い第2の温度に変化するように、電流を原子プローブ先端から媒体を通して流す段階と、
媒体の温度が第2の温度から周囲温度に変化するように、電流を媒体から除去する段階とを含む方法。
【請求項４８】
第2の温度は、170℃もしくは200℃、または170℃から200℃の間である、請求項47記載の方法。
【請求項４９】
記録されたデータは、媒体が温度を第2の温度よりも高い第3の温度に変化させるように、電流を原子プローブから媒体を通して流し、さらに、媒体が周囲温度に戻るように電流を媒体を通して除去することによって消去される、請求項47記載の方法。
【請求項５０】
第3の温度は600℃以上である、請求項49記載の方法。
【請求項５１】
媒体上にデータを高密度に記憶する媒体デバイスにデータを記録する方法であって、
媒体の温度が周囲温度から、周囲温度よりも高いがしきい値温度よりも低い温度になるように、電流を原子プローブ先端から媒体を通して流す段階と、
媒体が周囲温度に戻るように、電流を媒体から除去する段階とを含む方法。
【請求項５２】
記録されたデータは、媒体の温度がしきい値温度以上の温度に変化するように、電流を原子プローブから媒体を通して流し、さらに、媒体の温度が周囲温度に戻るように電流を除去することによって消去される、請求項51記載の方法。
【請求項５３】
媒体上にデータを高密度に記憶する媒体デバイスにおいてデータを消去する方法であって、
媒体上の結晶ビットの温度が上昇するように、電流を原子プローブ先端から結晶ビットを通して流す段階と、
結晶ビットの温度が下降するにつれて、結晶ビットが非晶質ビットになるように、電流を結晶ビットから除去する段階とを含む方法。
【請求項５４】
媒体上にデータを高密度に記憶する媒体デバイスにデータを記録する方法であって、
相変化媒体の非晶質部分の温度が上昇するように、電流を原子プローブ先端から非晶質部分を通して流す段階と、
非晶質部分の温度が下降するにつれて、非晶質部分が非晶質ビットになるように、電流を非晶質部分から除去する段階とを含む方法。
【請求項５５】
記録されたデータは、結晶ビットの温度がしきい値温度以上の温度に変化するように、電流を原子プローブから結晶ビットを通して流し、さらに、媒体の温度が周囲温度に戻ったときに、結晶ビットが非晶質ビットになるように電流を除去することによって消去される、請求項54記載の方法。
【請求項５６】
媒体上にデータを高密度に記憶する媒体デバイスにデータを記憶する方法であって、
電流を原子プローブ先端から媒体を通して流す段階と、
電流を媒体から除去する段階とを含み、
媒体の、電流が通過する部分の比抵抗は、媒体のこの部分が電流によって加熱される温度に対して変化する方法。
【請求項５７】
部分は、複数の比抵抗測定値を有してよく、それによって媒体がアナログ・データを記憶するのが可能になる、請求項56記載の方法。
【請求項５８】
部分は、2つの比抵抗測定値の一方を有してよく、それによって媒体がデジタル・データを記憶するのが可能になる、請求項56記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
優先権の主張
本出願は、以下の米国特許仮出願に対する優先権を主張する：
【０００２】
2002年10月15日に出願された「Phase Change Media for High Density Data Storage」、Attorney Docket No. LAZE-01019US0という名称の米国特許仮出願第60/418,619号。
【０００３】
関連特許出願の相互参照
本出願は、以下の同時係属中の出願のすべてを参照として本明細書に組み入れる：
【０００４】
同時出願された「Molecular Memory Integrated Circuit Utilizing Non-Vibrating Cantilevers」、Attorney Docket No. LAZE-01011US1という名称の米国特許出願第 号;
【０００５】
同時出願された「Atomic Probes and Media for high Density Data Storage」、Attorney Docket No. LAZE-01014US1という名称の米国特許出願第 号;
【０００６】
同時出願された「Fault Tolerant Micro-Electro Mechanical Actuators」、Attorney Docket No. LAZE-01015US1という名称の米国特許出願第 号;
【０００７】
2002年10月15日に出願された「Molecular Memory Integrated Circuit Utilizing Non-Vibrating Cantilevers」、Attorney Docket No. LAZE-01011US0という名称の米国特許出願第60/418,616号;
【０００８】
2002年10月15日に出願された「Atomic Probes and Media for high Density Data Storage」、Attorney Docket No. LAZE-01014US0という名称の米国特許出願第60/418,923号;
【０００９】
2002年10月15日に出願された「Fault Tolerant Micro-Electro Mechanical Actuators」、Attorney Docket No. LAZE-01015US0という名称の米国特許出願第60/418,612号;および
【００１０】
2002年10月15日に出願された「Molecular Memory Integrated Circuit」、Attorney Docket No. LAZE-01016US0という名称の米国特許出願第60/418,618号。
【００１１】
発明の背景
発明の分野
本発明は、超小型電子機械システム（MEMS）に用いられる分子メモリ集積回路における高密度データ記憶用の媒体に関する。
【背景技術】
【００１２】
関連技術の説明
相変化媒体は、磁気レコーダ（テープ・レコーダやハード・ディスク・ドライブ）や固体トランジスタ（EEPROMやFLASH）のような従来の記録装置に代わるものとしてデータ記憶産業界で用いられている。CD-RWデータ記憶ディスクおよび記録装置は、相変化技術を用いてコンパクト・ディスク式媒体フォーマットに対する書込み−消去機能を実行可能にする。相変化媒体技術と同様に、CD-RWは、媒体材料が周囲温度よりも高い温度で加熱され、結晶状態から非晶質状態への相変化を生じさせたときの光学特性の変化を利用する。
【００１３】
光学相変化を用いたデータ記憶装置は、融通性に富んだ消去・書換え機能による廉価な中密度記憶を実現にしている。残念なことに、現在の技術では、今日の高容量携帯電子機器およびシステム・オン先端やMEMのような将来の次世代技術に用いられる必要な超高密度は実現しない。したがって、より高密度のデータ記憶を可能にし、しかも現在の相変化媒体方式の融通性を有する方法が必要である。
【発明の開示】
【００１４】
発明の概要
高密度データ記憶には、データを記憶する媒体が必要である。1つのそのような媒体は、データが媒体に書き込まれるときにその比抵抗を変化させる相変化媒体である。この媒体はオーバーコートを含んでよい。オーバーコートは、媒体に対する読取りまたは書込みを行うのに用いられる分子メモリ集積回路内のカンチレバー・チップなどのデバイスから媒体に与えられる物理的な損傷を軽減するのを助けることができる。さらに、媒体に書き込まれたデータは多数の状態をとることができる。したがって、この媒体はデジタル・データおよび／またはアナログ・データを記憶することができる。
【００１５】
本発明の他の目的、局面、および利点は、図、明細書、および特許請求の範囲を検討することによって得ることができる。
【００１６】
本発明のさらなる詳細については、添付の図面の助けを得て説明する。
【００１７】
図面の詳細な説明
図1は、非書込み状態の媒体デバイス100を示す、本発明の態様の断面図である。媒体デバイス100は、基板102、アンダーコート104、媒体106、およびオーバーコート108を含んでいる。基板102は媒体デバイスを支持している。アンダーコート104は、基板102上に形成することができるが、アンダーコート104はなくてもよい。次に、媒体106を形成し、次いで媒体106上にオーバーコート108を配置する。
【００１８】
媒体デバイス100は、様々な材料で作ることができる。たとえば、一態様では、媒体デバイス100はアンダーコート104を含んでよい。アンダーコート104は基板上に配置することができる。基板は通常、低導電率を有する材料である。一態様では、アンダーコート104は高導電率材料である。たとえば、一態様は、タングステンを含むアンダーコート104用の材料を使用する。アンダーコート104の他の態様は、白金を含む。アンダーコート104の他の態様は金、アルミニウム、または銅を含んでよい。
【００１９】
アンダーコート104を高導電率材料として説明したが、アンダーコート104は絶縁体であってもよい。たとえば、アンダーコート104を酸化物または窒化物材料で作り、それによって媒体106を基板102から絶縁することができる。
【００２０】
他の態様では、媒体デバイス100はオーバーコート108を含む。オーバーコート108は媒体106とは異なる材料で作られる。オーバーコート108としては、プローブ先端がオーバーコート108に接触したときに媒体またはプローブ先端に対する物理的な損傷を防止するものが選択される。オーバーコートとしては、長期間にわたるオーバーコートおよびプローブ先端の磨耗を低減させるものが選択される。オーバーコート108は通常、低コンダクタンス特性を有するが、高硬度特性を有する。たとえば、一態様では、オーバーコート108は、不十分な導体であるが堅い窒化チタンで作られる。他の態様では、オーバーコート108をダイヤモンド様炭素で作ることができる。ダイヤモンド様炭素の導電率は、製造プロセスにおいて様々な技術によって調整することができる。1つのそのような技術には、ダイヤモンド様炭素の形成時に窒素などのドーパントを用いることが含まれる。
【００２１】
媒体デバイス100の他の態様では、オーバーコート108は絶縁体であってよい。たとえば、オーバーコート108は、窒化物、たとえば窒化ケイ素などの絶縁体であってよい。オーバーコート108用に絶縁体を使用する場合、メモリ・デバイス100に印加された任意の電流は、媒体106に達する前にこの絶縁体を抜ける。したがって、一態様では、オーバーコート108用に使用される絶縁体は、比較的厚い状態に維持され、それによって、電流が媒体106と相互作用できるようにするのに必要なトネリングの量が少なくなる。他の態様では、オーバーコート108用の絶縁体は酸化物である。いくつかの異なる絶縁体はオーバーコート108に有用であり、これらの絶縁体は非常に堅いという利点を有する。
【００２２】
媒体デバイス100の他の態様では、媒体106は相変化材料である。媒体デバイス100のさらに別の態様では、媒体106は、ゲルマニウム、テルル、および／またはアンチモンなどの相変化材料であり、一般にカルコゲニドと呼ばれている。相変化材料を様々な温度にさらすと、材料の相は結晶状態と非晶質状態との間で変化する。この相変化の結果として、材料の比抵抗が変化する。この比抵抗変化は、相変化材料ではかなり大きく、導電コーティングを有するプローブ先端により、先端および媒体に電流を流すことによって容易に検出することができる。相変化材料は、当技術分野で公知であり、多数の文献、たとえば、共にOvshinskyに発行され参照として本明細書に組み入れられる米国特許第3,271,591号および第3,530,441号に開示されている。
【００２３】
媒体デバイス100のさらに別の態様では、媒体106は磁気光学材料であってもよい。
【００２４】
媒体デバイス100は、オーバーコート108だけでなく、オーバーコート108上に配置された潤滑剤101を含んでよい。たとえば、一態様では、潤滑剤101は液体であってよい。潤滑剤101は、任意の数の薄い液体であってもよい。潤滑剤101は、多数の異なる方法によってオーバーコート108に塗布することができる。一態様では、潤滑剤101は、付着プロセスを用いてオーバーコート108上に付着させられる。他の態様では、潤滑剤101はオーバーコート108上に噴霧される。
【００２５】
媒体デバイス100を製造する方法の1つとして、従来の半導体製造プロセスによる方法がある。媒体デバイス100を製造するさらに別の方法では、シャドー・マスクが使用される。したがって、少なくとも1つの開口を含むマスク・ウェハが、メモリ・デバイス100を含むことになる最終的なウェハ上に配置される。次いで、マスク・ウェハおよび最終的なウェハに付着プロセスが施される。付着プロセス中に、化学物質がシャドー・マスクを通過し、付着して媒体デバイス100を形成する。
【００２６】
図2は、データ・ビットを含む媒体デバイス200を示す、本発明の他の態様の断面図である。媒体デバイス200は、基板202、任意のアンダーコート204、媒体206、およびオーバーコート208を含んでいる。媒体206は、メモリ・デバイス200に記憶されているデータを表すデータ・ビット210をさらに含んでいる。
【００２７】
媒体は多数の異なる種類の媒体であってよい。一態様では、媒体デバイス200は電荷蓄積型媒体206を含んでいる。電荷蓄積媒体は、誘電体にトラップされた電荷としてデータを記憶する。したがって、電荷蓄積媒体の場合、媒体206は、媒体206が書込み状態を含むときに電荷をトラップする誘電材料である。媒体206を非書込み状態に戻すには、トラップされている電荷を除去するだけでよい。たとえば、正の電流を用いて媒体206に電荷を蓄積することができる。次いで、負の電荷を用いて、蓄積されている電荷を媒体206から除去することができる。
【００２８】
他の態様では、媒体デバイス200は相変化媒体である。したがって、媒体206は、周囲状態で抵抗特性を有する材料を含んでよいが、抵抗特性は温度の変化に応じて変化する。たとえば、電流を、媒体206を通過するように印加すると、媒体206の温度が上昇する。媒体206が所定の温度まで加熱された後、媒体206から電流が除去され、媒体206の温度は媒体206の周囲状態に戻る。媒体206の冷却時に、媒体206の比抵抗はその最初の状態、すなわち、電流が印加される前の状態から変化する。この抵抗変化は、結晶ビットの熱書込みによって起こる。媒体206の抵抗特性がその最初の状態から変化したとき、媒体206は書込み状態または結晶状態になったと言う。書込み状態をメモリ206から消去するときは、媒体206に第2の電流が印加される。第2の電流は、媒体206を第2のより高い温度まで加熱する。次いで、第2の電流が媒体206から除去され、媒体206は冷却され周囲温度に戻る。媒体206が冷却されると、媒体206の比抵抗は、媒体206がその最初の非晶質状態のときの比抵抗、または媒体206の最初の比抵抗に近い値に戻る。
【００２９】
媒体206用の相変化材料の他の態様では、書込み状態を存在させるのに媒体206をより高い温度まで加熱する必要がある。たとえば、媒体206が概ね170℃から200℃に等しい温度まで加熱されるように第1の電流が印加される。媒体206が冷却されて周囲状態に戻ると、媒体206の比抵抗が低下する。媒体206を非書込み状態にリセットするときは、媒体206に第2の電流が印加され、媒体206は600℃の範囲内のある温度まで加熱される。媒体206が冷却され周囲状態に戻ると、媒体206の、第2の電流が印加され600℃まで加熱された領域への任意の書込み状態は、その媒体206が書込み状態に変更される前に有していた比抵抗に戻る。
【００３０】
媒体206に様々な材料を用いて、メモリ書込みおよび非書込み状態への媒体206のリセットに関する動作範囲を調整することができる。カルコゲニドの各要素の比率を変更することは、書込み温度および消去温度を変更する1つの方法である。
【００３１】
媒体デバイス200の他の態様は、媒体206が自己失活も行うことを除いて、媒体206の比抵抗が同様に変化する。したがって、媒体206は最初非書込み周囲状態である。第1の電流が媒体206に印加され、それによって媒体206を所定の温度まで加熱する。たとえば、書込み動作では、媒体206を少なくとも170℃の温度まで加熱しなければならないことがある。その場合、第1の電流が媒体206から除去され、媒体206の冷却が開始する。媒体206が冷却されるにつれて、媒体206の比抵抗は、新しい比抵抗特性を書込み状態として解釈できるように変化する。この状態は、媒体206に用いられる材料に応じて媒体206の比抵抗を増減させることができる。その後、媒体206に書き込まれたメモリを消去するときは、媒体206に第2の電流が印加される。媒体206は第2の温度まで加熱される（たとえば、媒体206は少なくとも600℃の温度まで加熱することができる）。媒体206が冷却されると、媒体206の比抵抗は、概ね媒体206の最初の状態に等しい状態に戻り、それによって、媒体206に書き込まれているデータが消去される。
【００３２】
しかし、メモリ・デバイス200の大きな領域を加熱することによって、媒体206内の書込み状態を媒体206の周囲状態または非書込み状態に戻すこともできる。たとえば、メモリ・デバイス200はメモリ・デバイス200の下の埋め込みヒータに電流を印加することができる。この熱は、媒体206の比抵抗特性がメモリ・デバイス200全体にわたって周囲状態に戻るようにメモリ・デバイス200内のすべてのメモリ位置に加えることができる。
【００３３】
上記に媒体デバイス200の様々な態様のいくつかにおいて説明したように、メモリ・デバイス200の周囲状態または非書込み状態では、媒体206は高い比抵抗を有し、媒体206の書込み状態では低い比抵抗を有する。他の態様では、メモリ・デバイス200の周囲状態または非書込み状態で媒体206が低い比抵抗を有し、書込み状態で媒体206が高い比抵抗を有するように、これらの状態を反転させることができる。
【００３４】
メモリ・デバイス200の他の態様は、複数の比抵抗状態を持つことのできる媒体206を有することができる。たとえば、周囲状態では、メモリ・デバイス200の媒体206は第1の比抵抗を有することができる。次いで、媒体206を様々な温度まで加熱し、次いで冷却し、それによって媒体206の比抵抗を変化させることができる。一態様は、媒体206の比抵抗が媒体206の周囲状態もしくはそれに近い状態であるか、または周囲状態や非書込み状態とは異なる状態として測定するのに十分な程度に異なる何らかの状態であるかを検知する。他の態様は、媒体206が有することのできる複数の比抵抗状態を検知することができる。
【００３５】
たとえば、媒体206は最初、周囲状態または非書込み状態である第1の比抵抗特性を有する。次いで、媒体206に第1の電流が印加され、それによって媒体206は第1の温度まで加熱される。次いで、媒体206から第1の電流が除去され、それによって媒体206の冷却が開始する。媒体206が冷却されると、媒体206は第2の比抵抗特性を得る。一態様では、媒体206の第2の比抵抗特性は、単に第2の比抵抗特性が第1の比抵抗特性と異なるかどうかよりも厳密に測定することができる。第2の比抵抗特性は、媒体206が第1の電流によって加熱される温度に応じて変化することができる。したがって、第2の比抵抗特性によって表すことのできる様々な比抵抗特性は、ある範囲のデータ値を表すことができる。この範囲のデータ値は、各アナログ値を表す離散した範囲に分類することができる。または、より厳密なアナログ・データ記憶が可能になるように媒体206の比抵抗特性の厳密な値を測定することができる。比抵抗の測定値は、媒体の第1の状態に対する測定値を得ることによって優先的に得られるが、絶対値測定を行うことによって得ることもできる。他の測定方法は、データを測定データの導関数として抽出する。
【００３６】
媒体206は、比抵抗状態の広い動的範囲を有することができ、それによってアナログ・データ記憶が可能になる。媒体206の比抵抗特性の動的範囲は概ね1000〜10,000（すなわち10^3〜10^4）オーダーであってよい。しかし、一態様では、相変化材料上のプローブからの加熱によって、媒体206の非常に小さな面積のみにおいてその比抵抗を変化させることができる。この形態では、媒体の小さな領域のみが変更されるため、より小さな動的範囲を観測することができる。
【００３７】
図3は、原子プローブ311の態様が媒体デバイス300に接触しているデータ・ビットを含む媒体デバイス300を示す、本発明の他の態様の断面図である。原子プローブ311は、コア310およびコーティング312を含んでいる。媒体デバイス300は、アンダーコート304に接続された基板302を含んでいる。メモリ・デバイス300のアンダーコート304は、媒体306に接続されている。媒体306はデータ・ビット314を含んでいる。媒体306およびデータ・ビット314はオーバーコート308に接続されている。原子プローブ311はオーバーコート308に接触している。メモリ・デバイス300は、上記に図1および2で説明した態様のうちのどれか1つであってよい。
【００３８】
原子プローブ311の一態様は、概ね円錐形状を有するコア310およびコーティング312を含んでいる。たとえば、原子プローブ311は概ね円錐形状を有しているが、原子プローブ311は概ね台形を有するものとして説明することもできる。原子プローブ311は数ナノメートルから50ナノメートル以上までの曲率半径313を有してよい。曲率半径313は、概ね原子プローブ311の中心に沿って延びる線309から測定される。原子プローブ311は線309に沿って概ね対称的であるが、以下に示されているように、原子プローブ311は線309に沿って対称的なものとは限らない。
【００３９】
一態様では、データ・ビット314への書込みまたはデータ・ビットからメモリ・デバイス300への読出しを行うときに、原子プローブ311はメモリ・デバイス300に接触する必要がある。この接触は、原子プローブ311がメモリ・デバイス300のオーバーコート308に接触する状態で行うことができる。原子プローブ311上の接触点は一般に導電性を有する。したがって、一態様では、原子プローブ311は、導電コーティング312によって部分的に覆われた絶縁体であるコア310を含んでいる。原子プローブ311のコーティング312は、メモリ・デバイス300のアクセス時にメモリ・デバイス300のオーバーコート308に接触する。
【００４０】
本発明の他の態様では、読取り動作時に、原子プローブ311がメモリ・デバイス300のオーバーコート308に直接接触する必要はない。その代わり、原子プローブ311は、データ314が存在するかどうかをコーティング312が検知できるようにメモリ・デバイス300に接近させられる。たとえば、メモリ・デバイス300が電荷蓄積型メモリである場合、原子プローブ311は、データ314の電界強度および／または磁界強度をコーティング312を通して検知する。
【００４１】
一態様では、原子プローブ311のコア310は、酸化物、非晶質シリコン、またはその他の絶縁体を含んでよい。原子プローブ311のコーティング312は、導体であり、任意の数の異なる成分を含んでよい。たとえば、コーティング312は、窒化チタン、白金、金、アルミニウム、タングステン、炭化タングステン、酸化タングステン、ダイヤモンド様炭素、白金イリジウム、銅、ドープト・シリコン、またはそのような導体の混合物を含んでよい。原子プローブ311のコーティング312用の材料の選択は、原子プローブ311の選択される用途の影響を受ける。たとえば、用途によっては、コーティング312は白金のような例外的な導体である必要があり、一方、そのような高導電率を必要としない用途もある。窒化チタンは、コーティング312に使用することができ、用途において高導電率のコーティング312よりも堅いコーティング312が重視される場合に有益である。
【００４２】
本発明の一態様は、コーティング312の形状が長方形になるように制御する。したがって、メモリ・デバイス300に対する書込み機能の実行時に、形成されるデータ314は、球形ではなく概ね長方形になる。
【００４３】
図4は、他のカンチレバー・チップまたは原子プローブ411の他の態様が媒体に接続されているデータ・ビットを含む媒体を示す、本発明の他の態様の断面図である。この場合も、前述のメモリ・デバイスのいずれかであってよい媒体デバイス400が示されている。媒体デバイス400は、基板402、アンダーコート404、媒体406、およびオーバーコート408を含んでいる。図示のように、媒体デバイス400に書込みが行われ、データ414のビットが形成されている。原子プローブは、コーティング412に接続されたコア410を含んでいる。
【００４４】
図4には、原子プローブ411のコーティング412が原子プローブ411の1つの側面上のみに存在する本発明の態様が示されている。したがって、原子プローブ411が媒体デバイス400に接触すると、原子プローブ411のより小さな部分が媒体デバイス400に影響を与える可能性がある。たとえば、媒体400が相変化媒体である原子プローブ411による書込み動作時に、コーティング412は媒体デバイス400に電流を導通させる経路を形成する。コーティング412の接触面積は、図3のコーティング312の接触面積よりも小さい。したがって、コーティング412を通って流れる電流の影響を受ける可能性のある媒体406の量は、図3のコーティング312を通って流れる電流の影響を受ける可能性のある媒体306の量よりも少ない。
【００４５】
図5A、5B、および5Cは、コア522の5つの側面上にコーティング524を有する他の原子プローブ520を示す本発明の他の態様を示している。図5は、原子プローブ520の3つの図を示している。図5Aは、コーティング524がコア522に接続されている原子プローブ520の側面図である。図5Aを見ると分かるように、コーティング524は原子プローブ520の側面全体を覆っている。図5Bは、原子プローブ520の平面図である。図5Bは、コーティング524が5つの表面に沿ってコア522を保護することを示している。図5Bの中央の正方形の部分は、媒体デバイスに接触する領域である。このような1つの媒体デバイスは、図3の媒体デバイス300に類似していてよい。図5Cは、原子プローブ520の三次元図を示している。図5Cを見ると分かるように、コーティング524はコア522から離れる方向に延びている。
【００４６】
図6A、6B、および6Cは、コア622の1つの側面上にコーティング624を有する他の原子プローブ620を示す本発明の他の態様を示している。図6は、原子プローブ620の3つの図を示している。図6Aは、コーティング624がコア622に接続されている原子プローブ620の側面図である。コーティング624は、図6ではコア622の1つの側面上にのみ存在する。さらに、コーティング624は、コア622の先端623を超えて延びるか、またはコア622の端部と同一平面を形成してもよい。したがって、原子プローブ620を媒体デバイスに接触させると、コーティング624が媒体デバイスに接触する。図6Bは、原子プローブ620の平面図を示し、図6Cは、コア622の1つの側面上にのみコーティング624を有する原子プローブ620の三次元図を示している。
【００４７】
他の態様では、コーティング624は、図4の原子プローブ411と同様に、コア622の先端623と同一平面を形成してよい。
【００４８】
本発明の他の態様では、図6Dのコーティング634は、図6Aに示されているものとは異なり、コア642の側面に固定されておらず、コーティング634はむしろ、コア642に埋め込まれている。この一例では、単結晶シリコン・コアの1つの側面に優先的なドーピングを施し、埋め込み領域を導電性にし、一方、コアを実質的に絶縁体のままにする。
【００４９】
図7A、7B、および7Cは、コア722の端部に形成されたコーティング724を有する他の原子プローブ720を示す本発明の他の態様を示している。図7に示されている本発明の態様では、コーティング724は概ねボタンの形状を有している。図5Cおよび6Cに示されている本発明の態様と異なり、図7Cのコーティング724は概ね円筒形状を有している。図7Bは原子プローブ720の平面図であり、図7Cは、原子プローブ720の三次元図である。
【００５０】
コーティング724に使用される材料は、前述の材料のうちのどれであってもよい。しかし、他の態様では、コーティング724はカーボン・ナノチューブを含んでよい。カーボン・ナノチューブは、既知の寸法を有し非常に小さいので有用である。したがって、カーボン・ナノチューブの断面は非常に小さい。さらに、カーボン・ナノチューブは非常に強靭であり、したがって、原子プローブの寿命を延ばすのに必要な硬度を与えることができる。さらに、カーボン・ナノチューブ・コーティングの構造は、600℃よりもかなり高い温度に対処することができる。
【００５１】
本発明の他の態様では、図7Dのコーティング734は、図7に示されているものとは異なり、コア742上に取り付けるのではなく、むしろ、コア742に埋め込まれている。
【００５２】
これらの態様では、コアは導電性であるか、または導電性コーティングで覆われ、したがって、炭素ナノチューブとプローブとの間に導電経路が存在する。原子プローブが配置されたカンチレバー導体への導電経路も存在する。
【００５３】
図8A、8B、および8Cは、コア824上に帯状に設けられたコーティング822を有する他の原子プローブ820を示す本発明の他の態様を示している。図8Aは、原子プローブ820のコア822上に設置されたコーティング824を示している。図8Bは、コーティング824がコア822の寸法と比べてどれだけ細い材料であるかを示している。図8Cは、コーティング824がコア822上にどのように設置されるかを示す、原子プローブ820の三次元図である。図8Dに示されている他の態様では、コーティング834がコア842に凸状に形成される。コーティング824またはコーティング834の接触面積が小さくなっているため、コーティング824またはコーティング834に信号を流し、コーティング824またはコーティング834が媒体デバイスに接触したときに、媒体デバイスの影響を受ける媒体の量が少なくなる。したがって、書込み動作時に、原子プローブ820の影響を受ける媒体の量は少ない。したがって、より大きな接触面積を持つコーティング824またはコーティング834を使用する場合よりも多くのデータを媒体デバイスに記憶することができる。
【００５４】
図9A、9B、および9Cは、保護材料926が接続されたコーティング924をコア922の1つの側面上に有する他の原子プローブ920を示す本発明の他の態様を示している。図9Aは、原子プローブ920の側面図を示している。コア922はコーティング924に接続されている。コーティング924は保護材料926にも接続されている。図9Bは、原子プローブ920の平面図を示し、図9Cは原子プローブ920の三次元図を示している。
【００５５】
原子プローブ920が媒体デバイスに接触すると、原子プローブ920を媒体デバイスに沿って引っ張ることができる。このような作用によって、原子プローブ920、特にコーティング924上に機械的応力が生じる。保護材料926を付加すると、コーティング924に付加的な支持が与えられ、媒体デバイスとの接触によってコーティング924が損傷を受ける可能性が低くなる。
【００５６】
図10は、他の原子プローブを示す本発明の他の態様の走査電子顕微鏡図である。図10を見ると分かるように、原子プローブ1020は先端1030を有するように示されている。原子プローブ1020のベースの直径は、スケール1032によって分かるように2つのマイクロメータよりも小さい。
【００５７】
本発明の上記の説明は、例示および説明のために与えられている。上記の説明は、網羅的なものでも、本発明を開示された厳密な形態に制限するものでもない。当業者には多数の修正態様および変形態様が明らかであると思われる。各態様は、本発明の原則およびその実際的な適用についての最良の説明を与え、それによって当業者が、様々な態様と考えられる特定の使用に適した様々な修正態様とに関して本発明を理解するのを可能にするように選択されかつ説明が施されている。本発明の範囲は、特許請求の範囲およびその等価物によって定義される。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】非書込み状態の媒体デバイスを示す、本発明の態様の断面図である。
【図２】データ・ビットを含む媒体デバイスを示す、本発明の他の態様の断面図である。
【図３】データ・ビットを含みカンチレバー・チップの態様が媒体デバイスに接続される媒体デバイスを示す、本発明の他の態様の断面図である。
【図４】データ・ビットを含み他のカンチレバー・チップの他の態様が媒体デバイスに接続される媒体デバイスを示す、本発明の他の態様の断面図である。
【図５】図5A、5B、および5Cは、コアの5つの側面上にコーティングを有する他の原子プローブを示す本発明の他の態様の図である。
【図６】図6A、6B、および6Cは、コアの1つの側面上にコーティングを有する他の原子プローブを示す本発明の他の態様の図である。図6Dは、本発明のさらに別の態様を示す図である。
【図７】図7A、7B、および7Cは、コアの端部に形成されたコーティングを有する他の原子プローブを示す本発明の他の態様の図である。図7Dは、本発明のさらに別の態様を示す図である。
【図８】図8A、8B、および8Cは、コア上に帯状に設けられたコーティングを有する他の原子プローブを示す本発明の他の態様の図である。図8Dは、本発明のさらに別の態様を示す図である。
【図９】保護材料が接続されたコーティングをコアの1つの側面上に有する他の原子プローブを示す本発明の他の態様の図である。
【図１０】コーティングを有する他の原子プローブを示す本発明の他の態様の走査電子顕微鏡図である。
【図１】
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【図２】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年6月16日(2005.6.16)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高密度データ記憶用の媒体デバイスであって、
媒体と、
媒体に接続され、導体を含むオーバーコートとを含み、
データが、原子プローブ先端によってオーバーコートを通して媒体に書き込まれ、
データが、原子プローブ先端によってオーバーコートを通して媒体から読みとられる、媒体デバイス。
【請求項２】
媒体は相変化媒体である、請求項1記載の媒体デバイス。
【請求項３】
オーバーコートに結合された潤滑剤を含む、請求項1記載の媒体デバイス。
【請求項４】
媒体がオーバーコートと基板との間に配置されるよう取り付けられた基板と、
該媒体と該基板との間に配置されたアンダーコートとをさらに含む、請求項1記載の媒体デバイス。
【請求項５】
オーバーコートは、媒体の硬度よりも高い硬度を有する、請求項1記載の媒体デバイス。
【請求項６】
オーバーコートは原子プローブ先端よりも柔らかい、請求項1記載の媒体デバイス。
【請求項７】
オーバーコートは炭素および窒化チタンの一方または両方を含む、請求項6記載の媒体デバイス。
【請求項８】
オーバーコートに窒素が添加される、請求項7記載の媒体デバイス。
【請求項９】
アンダーコートは導体である、請求項4記載の媒体デバイス。
【請求項１０】
アンダーコートは、タングステン、白金、金、アルミニウム、および銅のうちの1つまたは複数を含む、請求項9記載の媒体デバイス。
【請求項１１】
アンダーコートは絶縁体である、請求項4記載の媒体デバイス。
【請求項１２】
アンダーコートが窒化物および酸化物の一方を含む、請求項11記載の媒体デバイス。
【請求項１３】
コアと、
該コアの少なくとも一部に結合されたコーティングとを含む、データ記憶媒体上に読みとりおよび書き込みを行うための原子プローブであって、
該コーティングが、データ記憶媒体とコアの少なくとも一部との間に配置される導体である、原子プローブ。
【請求項１４】
コーティングが、窒化チタン、白金、ダイアモンド様炭素、炭化タングステン、タングステン、および酸化タングステンのうちの一つまたは複数を含む、請求項13記載の原子プローブ。
【請求項１５】
コーティングが、該コーティングの導電性を高める微量添加物を含む、請求項13記載の原子プローブ。