(57)【要約】【課題】分子記憶媒体および分子メモリ集積回路を提供することを目的とする。【解決手段】メディア表面（２３００）を有する分子メモリ・メディアと、電気磁気放射生成ソース（２３１０）を備えたプラットフォームと、電気磁気放射レセプタ（２３２０）。プラットフォーム及びメディアは、追加、除去、及び、メディアの表面の電荷、原子、電子の再配置のうちの一つをすることができるように移動される。メディアに対する読み書きの電荷又は偏差が存在するとき、メディアは、フェーズシフトされた自由スペース値で共鳴する振動チップセンサを使用して検出可能である。【選択図】図１
2004518235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏差を配置するための表面を有する可動なメディアと、
可動なプラットフォームと、前記可動なプラットフォームに取り付けられて、前記メディアの表面に偏差を書き込み及び偏差を読み込みような形態とした少なくとも１つのファインティップ部分と、前記可動なメディアに取り付けられて、メディア制御信号に応答して前記メディアを移動させるような形態としたメディア移動機構と、前記プラットフォームに取り付けられて、プラットフォーム制御信号に応答して前記プラットフォームを移動させるような形態としたプラットフォーム移動機構とを備えた可動なメディアな読み書き機構とを有し、
前記少なくとも１つのファインティップ部分は、分子的な異常、原子的な異常、分子方向性、原子方向性、電子方向性、磁界方向性、原子或いは分子の荷電、分子レベルの空隙、原子レベルの空隙、磁界の空隙、分子レベルの結合状態及び少なくとも前記メディア表面上の結晶格子構造のうちの少なくとも１つを前記偏差として引き起こすような形態とした読み書き装置を有する、
ことを特徴とする記憶装置。
【請求項２】
データが読み込まれる或いは書き込まれるものである前記メディア表面の領域に相当するアドレスを識別するためのアドレスポートと、
前記少なくも１つのファインティップ部分を経由して読み込まれるべき及び書き込まれるべきデータの１つを前記メディア表面に転送するための入出力ポートと、
制御信号を前記メディア及びプラットフォーム移動機構の各々に送り、前記少なくも１つのファインティップ部分が、前記アドレスポートで識別されるアドレスに相当する前記メディア表面上の領域を通過するような形態としたアドレス制御装置とを備えた入出力装置をさらに有する、
請求項１に記載の記憶装置。
【請求項３】
前記書き込み用ファインティップ部分は、電磁放射エネルギー源を有する、請求項１に記載の記憶装置。
【請求項４】
前記読み込み用ファインティップ部分は、電磁放射感応レセプターを有する、請求項１に記載の記憶装置。
【請求項５】
前記書き込み用ファインティップ部分は、機械的力、化学的力、静電力、電磁放射及び磁界のうちの少なくとも１つからなる再位置決め力を加えて、前記偏差を引き起こす、請求項１に記載の記憶装置。
【請求項６】
前記書き込み用ファインティップ部分は、前記偏差を引き起こすために前記メディア表面より上、メディア表面上及び前記メディア表面より下において、原子、分子、電子のうちの少なくとも１つの取り出し及び再位置決めの少なくとも１つに対して、前記再位置決め力を利用する請求項５に記載の記憶装置。
【請求項７】
前記読み込み用ファインティップ部分は、前記偏差によって引き起こされ、或いは影響を受けたものの１つである、電流、電圧、電磁気放射、振動パラメータ（位相及び振幅）の少なくとも１つを検出するような形態としている、請求項１に記載の記憶装置。
【請求項８】
前記読み込み用ファインティップ部分と前記メディア表面との間の電流のパターン、刺激に反応して、前記メディア表面から受け入れた電気磁気放射のパターン、前記読み込み用細かい先端の振動の位相変化のパターン、前記読み込み用細かい先端の振幅変化のパターン、前記読み込み用細かい先端と前記メディア表面との間の電流及び電圧のうち少なくとも１つのパターンのうち少なくとも１つを分析するような形態とした分析装置をさらに有する請求項１に記載の記憶装置。
【請求項９】
前記メディア移動機構と前記プラットフォーム移動機構のうち少なくとも１つが、
加えられる静電位に基づいて、前記メディア及び前記プラットフォームのうち少なくとも１つを移動させるように構成した静電気装置と、
前記アドレス制御装置に接続され、且つ静電位を前記静電気装置に加えて、前記メディア及び前記プラットフォームのうちの少なくとも１つを移動させ、前記アドレス制御装置によって送信された制御信号によって前記メディア表面上の前記領域を通過するような形態とした前記静電気制御及び供給装置と、
を有する請求項１に記載の記憶装置。
【請求項１０】
前記静電気装置は、一連のプロングの組を有し、
前記プロングの組は、直列に取り付けられ、第１の前記プロングの組は、第１端において前記装置の固定位置に取り付けられ、前記第１の前記プロングの組の第２端は、第２の前記プロングの組の第１端に連結され、これを繰り返して最後の前記プロングの組が、第１端においてその前のプロングの組の第２端に取り付けられ、且つ前記最後の前記プロングの組の第２端が、前記メディア及び前記プラットフォームのうちの１つに取り付けられ、
各プロングの組は、少なくとも２つの一連のプロングを有し、組内の各プロングは、同じ組の別のプロングからギャップを隔てて分離されて、各プロングは、少なくとも１つのコンダクターから構成され、且つ前記静電供給源に接続され、前記静電供給によって反対の静電力が同じ組内の前記プロングに交互に加えられ、
前記反対の静電気力が前記プロングの組のどれかに加えられるとき、前記静電気的に荷電したプロングの組における前記ギャップは、前記反対の静電気力の大きさに基づく量に亘ってつぶれて、前記一連のプロングの組をして前記メディア及び前記プラットフォームのうちの１つをつぶし、且つ移動させる、
ことを特徴とする請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記静電制御及び供給装置は、前記静電気装置に加えるべき静電位の大きさを計算するような形態としている、請求項１０に記載の記憶装置。
【請求項１２】
前記メディア及び前記プラットフォームを動作の全範囲に亘って移動させ、前記プラットフォームに対する複数の位置に前記メディアを移動させるのに必要な静電力の大きさを決定するような形態とした較正機構を有する、請求項９に記載の記憶装置。
【請求項１３】
前記静電気装置は、
Ｘ方向に突出するフィンガーを有する固定コームと、
Ｘ方向に突出し、且つ前記固定コームの前記フィンガーの間でインターリーブされるフィンガーを有する移動コームと、
前記移動コームに取り付けられたバーとを有し、このバーはＹ方向に剛で、Ｘ方向に可撓性であり、Ｘ方向への前記移動コームの動作を可能にするが、前記固定及び移動フィンガーのＹ方向への分離を維持し、
前記移動コーム及び前記メディア及び前記プラットフォームのうちの１つに取り付けられたカップリングロッドと、
電気経路を前記固定及び移動コームとの間に配置できるように、前記固定コームに連結された電気経路及び前記移動コームに連結された電気経路とを有する、請求項１０に記載の記憶装置。
【請求項１４】
前記固定コームと前記移動コームの前記フィンガーは、切り欠かかれて、前記固定コームの前記フィンガーと前記移動コームの前記フィンガーとの間の対向表面の表面領域を増大する、
請求項１３に記載の記憶装置。
【請求項１５】
前記固定コームの前記フィンガーと前記移動コームの前記フィンガーとの間の前記切り欠きは、互い違いである、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記メディア移動機構及び前記プラットフォーム移動機構のうちの少なくとも１つは、
固定フィンガーを有する固定コームと、
前記固定フィンガーとの間でインタリーブされた移動フィンガーを有する移動コームと、
前記移動コームに連結された曲げ可能なロッドと、
前記固定及び前記移動コームの各々に接続され、且つ前記固定コームと前記移動コームとの間に静電力を加えるような形態としたインプットと、
を有する請求項１０に記載の装置。
【請求項１７】
前記固定コーム及び前記移動コームの前記フィンガーの各々は、切り欠きを有し、
前記固定フィンガー上の切り欠きの位置は、前記移動フィンガー上の前記切り欠きの位置とずれている、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
前記静電気装置は、
前絶縁体の間の少なくとも２層の導電材料と、前記静電気装置から前記導電材料へ電位を接続する電気経路とを備えたバネアクチュエータ組立て体を有し、
前記バネアクチュエータは、静電力が前記導電層へ加えられるとき、Ｘ方向に移動し、さらに前記バネアクチュエータは、前記メディア及び前記プラットフォームのうちの少なくとも１つが、前記静電力に基づいて、前記Ｘ及びＹ方向に自由に移動するように、前記第１方向に対して直角方向にコンプライアントである、請求項１６に記載の装置。
【請求項１９】
前記アクチュエータアセンブリが、層間に絶縁体を有する伝導性パターンを付けた薄いフィルムの多層フィルムを有することを特徴とする請求項１６記載の装置。
【請求項２０】
前記メディア移動機構及び前記プラットホーム移動機構の少なくとも一方が、熱駆動機構を有し、
該熱駆動機構が、
少なくとも１つの熱アクチュエータのセットと、
少なくとも１つの熱アクチュエータのセットの各々と前記メディア及び前記プラットホームの一方とに取付けられた結合ロッドと、
前記熱アクチュエータ各々への電気径路と、を有し、
前記電気径路を介して供給された電荷が前記熱アクチュエータに熱膨張を引起こし、それが前記結合ロッドを移動させることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項２１】
前記熱アクチュエータの移動量を検出するように構成されたセンサを更に有し、
前記センサが、供給された電荷の量を調整する制御デバイスへのフィードバックを提供することを特徴とする請求項２０記載の装置。
【請求項２２】
前記センサが容量センサからなり、該容量センサが、
Ｘ軸方向に突出するフィンガーを有する固定コームと、
前記結合ロッドに連結され、Ｘ軸方向に突出するフィンガーを有し、このフィンガーが前記固定コームのフィンガーの間に挟み込まれた移動コームと、
前記Ｘ軸方向の前記移動コームの移動は許容するが、Ｙ軸方向には前記固定コームと前記移動コームとのフィンガーの分離を維持するように、Ｙ軸方向には剛であり、Ｘ軸方向には可撓性のある、前記移動コームに取付けられたバーと、
前記固定コームに接続された電気径路と、前記移動コームに接続された電気径路と、前記固定コームと前記移動コームとの間の容量を測定するように構成された容量測定デバイスと、
を有することを特徴とする請求項２０記載の装置。
【請求項２３】
請求項１記載の装置であって、
前記メディア移動機構及び前記プラットホーム移動機構の前記少なくとも一方が、容量コームアレイを有し、
該容量コームアレイが、
各々他方のフィンガーのセットの間に挟み込まれたフィンガーのセットを有する固定コーム及び移動コームと、
前記コームアレイの有する容量の測定ができるようになった容量出力部と、を有し、
前記装置が、更に、
前記移動コームに取付けられ、熱膨張によって前記移動コームを移動させるように構成された少なくとも１つの熱活性ブロックと、
前記移動コーム、及び、前記メディアと前記プラットホームとの一方に連結されたアクチュエータと、を有することを特徴とする装置。
【請求項２４】
前記メディアが、前記メディアの表面テクスチャーを残して塗付され、除去されたテクスチャーコーティングを有する基材から構成されることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項２５】
前記メディアが、テクスチャーマークのある表面をもった基板を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項２６】
前記メディアが、トラックマーク及びセクタマークのある表面をもった基板を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項２７】
前記少なくとも１つのファインチップ部分が前記トラックマーク及びセクタマークを横切って移動し、前記少なくとも１つのファインチップ部分による前記トラックマーク及びセクタマークの検出に基づいて前記メディア移動機構を較正するように、前記メディア及び前記プラットホームを移動するように構成されたアライメントデバイスを更に有することを特徴とする請求項２３記載の装置。
【請求項２８】
前記少なくとも１つのファインチップ部分が、強磁性体材料でコートされた面取りしたチップを備えたアームを有し、
前記ファインチップ部分が、磁気領域の少なくとも１つを検出するように構成され、磁気領域は前記メディア面を空にすることを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項２９】
前記メディア表面上の、少なくとも各偏差を除去するように構成されたリプランニングデバイスを更に有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３０】
前記プラットホーム及び少なくとも１つのファインチップ部分に取付けられた少なくとも１つの位置決め機構を更に有し、
前記位置決め機構が、読み込み中、前記ファインチップ部分を前記メディア表面に、メディア表面上方、又は、下方の何れかに位置決めし、書き込み中、前記ファインチップ部分を前記メディア表面に、メディア表面上方、又は、下方の何れかに位置決めするように構成されたことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３１】
各ファインチップ部分が、各ファインチップ部分に取付けられたカンチレバーと、
各カンチレバーに連結された作動／ピックアップデバイスと、を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３２】
前記作動／ピックアップデバイスが、少なくとも静電的に或いは容量的に作動され、前記カンチレバーをその共振振動数近傍で振動させ、
前記作動／ピックアップ機構が、電気的、磁気的、又は、物理的力のか少なくとも何れか１つによって前記ファインチップが前記メディア表面と相互作用することによる前記カンチレバーの振動の位相変化を検出するように構成されていることを特徴とする請求項３１記載の装置。
【請求項３３】
前記ファインチップから不必要な粒子を除去するように構成されたクリーニングデバイスを更に有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３４】
前記ファインチップ部分が、
電磁的放射を生成するように構成されたソースと、
前記放射を前記メディア表面上の所定の場所に差し向けるように構成された合焦デバイスと、を有することを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３５】
前記メディア表面上からの前記放射の反射を受けるように構成されたレセプターを更に有することを特徴とする請求項３４記載の装置。
【請求項３６】
前記ソースが、発光ダイオード及びレーザーの一方からなり、
前記合焦デバイスが、前記ファインチップからの細いビームを差し向けるように構成された導波管を有することを特徴とする請求項３４記載の装置。
【請求項３７】
前記レセプターが偏光フィルム及びフォトダイオードを有することを特徴とする請求項３６記載の装置。
【請求項３８】
前記ファインチップ部分及び前記プラットホームの少なくとも一方に連結されたＺ軸機構を更に有し、
前記Ｚ軸機構が、前記ファインチップ部分の少なくとも１つを前記メディア表面上、又は表面近傍の少なくとも一方に配置するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項３９】
各ファインチップ部分が、
面取りしたチップを有するカンチレバーと、
前記プラットホームに取付けられ、前記カンチレバーに連結されたＺ軸駆動機構と、を有し、
前記Ｚ軸駆動機構が、前記カンチレバーを前記メディア表面上、又は、前記メディア表面に非常に近接して配置するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の装置。
【請求項４０】
前記Ｚ軸駆動機構が、
一端で前記ファインチップ部分（１０５０）に連結され、前記プラットホームに回転可能に取付けられた少なくとも１セットのコームフィンガーに連結されたカンチレバー（１０４０）であって、少なくともＺ軸方向に前記カンチレバー及び前記ファインチップ部分の移動を許容し、
更に、前記Ｚ軸駆動機構が、前記プラットホームに取付けられ、前記回転可能に取付けられたコームフィンガーのフィンガーの間に挟み込まれた少なくとも１セットの固定コームフィンガーと、
前記固定及び回転可能コームフィンガーの各々に取付けられ、前記固定及び回転可能コームフィンガー間で静電気力を作用させるように構成された静電気ソースと、
前記固定及び回転可能コームフィンガーに作用させる前記静電気力の量を制御するように構成された制御デバイスと、を有し、
前記静電気ソースによって前記固定及び回転可能コームフィンガーの間に作用する静電気力が前記回転可能コームフィンガーの移動を引起こし、前記カンチレバー及び前記ファインチップ部分を少なくともＺ軸方向に移動させることを特徴とする請求項３８記載の装置。
【請求項４１】
上記ｚ軸駆動機構は、
その一端が上記細いチップ部に結合されたカンチレバーであって、上記プラットフォームに回転可能に取り付けられた少なくとも１組の櫛形フィンガにより、上記カンチレバーと上記細いチップ部が少なくともｚ軸方向に移動可能である上記カンチレバーと、
上記プラットフォームに取り付けられ且つ上記回転可能に取り付けられた櫛形フィンガの間をインターリーブされた少なくとも１組の固定櫛形フィンガと、
上記固定櫛形フィンガ及び回転可能な櫛形フィンガの各々に取り付けられ、且つ、これらの固定櫛形フィンガ及び回転可能な櫛形フィンガの間のキャパシタンスの量を決定するように構成されたキャパシタンス検出機構と、を有し、
このキャパシタンス検出機構が、固定櫛形フィンガ及び回転可能な櫛形フィンガの間のキャパシタンスの量を検出し、上記細いチップ部のｚ軸方向位置を決定するようになっている請求項３８記載の装置。
【請求項４２】
上記ｚ軸駆動機構は、更に、上記カンチレバー及び上記細いチップ部を上記媒体表面に近接した囲いの少なくとも上部又は内部に移動させるように構成した移動装置を有する請求項４１記載の装置。
【請求項４３】
上記ｚ軸駆動機構は、その一端が上記細いチップ部に接続されているレバーと、
上記レバーの第２端が接続されているトーションバーと、
上記レバーの第２端と上記トーションバーの一方と接続されている分離ブリッジと、
この分離ブリッジと接続されている第２トーションバーと、
上記分離ブリッジと上記第２トーションバーの一方と接続されている移動面と、
この移動面の下方に配置されている固定面と、
を有し、
上記分離ブリッジが、上記レバー、並びに、上記第２トーションバート及び上記移動面の少なくとも一方を、電気的に分離し、
上記固定面及び移動面に印加された静電力が、上記移動面に作用して、上記第１及び第２のトーションバーの少なくとも一方を捩じり、さらに、上記分離ブリッジ及び上記レバーの少なくとも一方をｚ軸方向に移動させるようにする請求項３８記載の装置。
【請求項４４】
上記固定面及び移動面の少なくとも一方は、グリッドを有する請求項４３記載の装置。
【請求項４５】
上記ｚ軸駆動機構は、一端が上記細いチップ部に接続されたレバーと、
ヒータ及び膨張係数の異なる少なくとも２つの材料を備えた熱バイモルフと、
を有し、
上記ヒータに印加された電流がバイモルフの温度まで上昇し、それにより、バイモルフが、膨張し、又は、収縮し、さらに、上記レバー及び細いチップ部をｚ軸方向に移動させる請求項３８記載の装置。
【請求項４６】
上記ヒータは、ポリシリコンレジスタである請求項４５記載の装置。
【請求項４７】
媒体面に読み出し及び書き込みの少なくとも一方に利用される読み出し用の細いチップを操作する方法であって、
上記細いチップから媒体面に向って電磁放射信号を発信する工程と、
上記細いチップからオフセットされたレセプタにより戻り電磁放射信号を受信する工程と、
上記レセプラと上記戻り電磁放射信号の発信点との間の物体により生じた上記戻り電磁放射信号においてパターンを判定する工程と、
このパターンから上記物体の位置を計算する工程と、
上記細いチップが上記物体に接触しないように上記細いチップを上記媒体より高く調整する工程と、
を有する方法。
【請求項４８】
上記パターン判定工程は、上記物体により生じた少なくとも１つの影及び半影を上記戻り信号において認識する工程を有する請求項４７記載の方法。
【請求項４９】
上記ｚ軸駆動機構は、
第１端部に取り付けられた上記細いチップを備えたカンチレバーと、
このカンチレバーに取り付けられた移動アセンブリと、を有し、
この移動アセンブリは、
上記カンチレバーから電気的に分離され且つカンチレバーに取り付けられたトーションバーと、
上記カンチレバーに取り付けられ且つ上記カンチレバーに力を作用させるように構成された力受け部と、
この力受け部に力を作用させるように構成された力付与部と、
上記トーションバーを支持すると共に上記力受け部に上記の力が作用したとき上記ションバー、上記カンチレバー及び上記力受け部の移動を許容するように構成されたベースと、
を有する請求項３８記載の装置。
【請求項５０】
上記力受け部は、１組のカンチレバーフィンガを有し、
上記力付与部は、これらのカンチレバーフィンガの間の空間にある１組の固定フィンガを有し、
上記南地レバー及び固定フィンガは、導電性であり、
上記力は、上記カンチレバーと固定フィンガとの間に付与された電位である請求項４９記載の装置。
【請求項５１】
上記トーションバーは、上記カンチレバーに支点で取り付けられており、
上記カンチレバーは、
上記支点の細いチップ端で上記カンチレバーに取り付けられた第１組のカンチレバーフィンガと、
上記支点の上記反対端部で上記カンチレバーに取り付けられた第２組のカンチレバーフィンガと、を有し、
上記固定フィンガは、
上記第１組のカンチレバーフィンガの間にある第１組の固定フィンガと、
上記第２組のカンチレバーフィンガの間にある第２組の固定フィンガと、を有し、
上記第１及び第２の組のカンチレバー及び固定フィンガは、上記カンチレバーを支点の回りに動かせるような反対方向（下方及び上方）に力を作用させる請求項５０記載の装置。
【請求項５２】
上記媒体の表面上の偏った形態のデータを格納する媒体を製造する方法であって、上記媒体の表面をテクスチャする工程を有する方法。
【請求項５３】
上記テクスチャ工程は、上記媒体面に材料をコーティングする工程と、このコーティング材料を取り除く工程を有する請求項５２記載の方法。
【請求項５４】
上記テクスチャ工程は、上記媒体面上に塊りのパターンを生成する請求項５３記載の方法。
【請求項５５】
上記テクスチャ工程により製造されたテクスチャは、約３０−５０ナノメータの間隔で上記媒体面上にランダムパターンが形成されているテクスチャを有する請求項５２記載の方法。
【請求項５６】
上記材料は、ＰＭＭＡ材料である請求項５３記載の方法。
【請求項５７】
更に、上記プラットフォームの上記媒体に対する移動のためのベアリングを提供する、上記媒体と上記プラットホームとの間に配置されたナッブを有する請求項１記載の方法。
【請求項５８】
上記媒体は、上記媒体の両端部の電極及び上記チップにより作動する制御領域を備えた増幅媒体を有する請求項１記載の装置。
【請求項５９】
上記媒体は、上記媒体上にデータを格納するための、増大したキャパシタンスを持つエネルギーウェルを備えた材料を有する請求項１記載の装置。
【請求項６０】
上記媒体は、その上にピットが配置され基板と、ドープされた材料と上記媒体を覆う複数の絶縁物の複数の層を有する請求項５９記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はメモリ読出し装置および書込み装置に関する。本発明は、具体的には、メモリの読出しと書込みを行うための単一の原子または分子、および、原子または分子の群に対する操作を利用するメモリ読出し装置および書込み装置に関する。
【０００２】
参考文献
本出願は参考文献として以下の文書をその全体の形で取り入れている。
（１）  米国特許５，４５３，９７０、（Ｒｕｓｔ他）
（２）  “ＡＦＭはちっぽけなトランジスタを製造する”（サイエンス第２６６巻、１９９４年１０月２８日、ｐ．５４３）
（３）  “走査型トンネル顕微鏡チップからの金の蒸着”（Ｈ．Ｊ． Ｍａｍｉｎ， Ｓ． Ｃｈｉａｎｇ， Ｈ． Ｂｉｒｋ， Ｐ．Ｈ． Ｇｕｅｔｈｎｅｒ， ａｎｄ Ｄ． Ｒｕｇａｒ， Ｊ． Ｖａｃ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈ． Ｂ９  （２） １９９１年３月／４月 ｐ．１３９８）
（４）  ”金に対するナノ特性の時間的振舞”（Ｈ．Ｐ． Ｈａｇａｎ， Ｐ．Ａ． Ｃａｍｐｂｅｌｌ， Ｋ．Ｗ． Ｓｍｉｔｈ， Ｒ．Ｊ． Ｔｕｒｎｅｒ ａｎｄ Ｄ．Ｇ． Ｗａｌｍｓｌｅｙ， 超顕微鏡法  ４２−４４ １９９２年 ｐ．５８７．）
（５）  “走査型トンネル顕微鏡を用いるグラファイト上へのナノメータ−スケールの正孔構成”（Ｔ．Ｒ． Ａｌｂｒｅｃｈｔ， Ｍ．Ｍ． Ｄｏｖｅｋ， Ｄ． Ｋｉｒｋ， Ｃ．Ａ． Ｌａｎｇ， Ｃ．Ｆ． Ｑｕａｔｅ， Ｄ．Ｐ．Ｅ． Ｓｍｉｔｈ， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ５５ （１７） １９８９年１０月２３日 ｐ．１７２７．）
（６）  “走査型トンネル顕微鏡法によるグラファイト表面上へのナノメータ−スケール製造”（Ｋ． Ｕｅｓｕｇｉ ａｎｄ Ｔ． Ｙａｏ， 超顕微鏡法， ４２−４４ １９９２年 ｐ． １４４３．）
（７）  “走査型トンネル顕微鏡を用いるグラファイトに対するイオン照射効果”（Ｔ．Ｃ． Ｓｈｅｎ， Ｒ．Ｔ． Ｂｒｏｃｋｅｎｂｒｏｕｇｈ， Ｊ．Ｓ． Ｈｕａｃｅｋ， Ｊ．Ｒ． Ｔｕｃｋｅｒ， ａｎｄ Ｊ．Ｗ． Ｌｙｄｉｎｇ， Ｊ． Ｖａｃ． Ｓｃｉ． Ｔｅｃｈ． Ｂ９ （２） １９９１年３月／４月 ｐ． １３７６．）
（８）  “走査型トンネル顕微鏡を用いるナノ構造のテーラリング”（Ｕ． Ｓｔａｕｆｅｒ， Ｌ． Ｓｃａｎｄｅｌｌａ， Ｈ． Ｒｕｄｉｎ， Ｈ．Ｊ． Ｇｕｎｔｈｅｒｏｄｔ， ａｎｄ Ｎ． Ｇａｒｃｉａ， Ｊ． Ｖａｃ． Ｓｃｉ． Ｒｅｃｈ． Ｂ９ （２） １９９１年３月／４月 ｐ． １３８９．）
（９）  “日本は原子レベルの処理へ向かって動き始めたか”（Ｍ． Ａｏｎｏ， Ｓｃｉｅｎｃｅ， Ｖｏｌ． ２５８， １９９２年１０月２３日， ｐ． ５８６．）
（１０）  “原子顕微鏡を用いるナノメータ−スケール・リソグラフィ”（Ａ Ｍａｊｕｍｄａｒ， Ｐ．Ｉ． Ｏｄｅｎ， Ｊ．Ｐ． Ｃａｒｒｅｊｏ， Ｌ．Ａ． Ｎａｇａｈａｒａ， Ｊ．Ｊ． Ｇｒａｈａｍ ａｎｄ Ｊ． Ａｌｅｘａｎｄｅｒ， Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． ５１ （１９） １９９２年１１月９日 ｐ．２２９３．）
（１１）  “原子力顕微鏡チップを用いる熱力学的書込み”（Ｈ．Ｊ． Ｍａｍｉｎ ａｎｄ Ｄ． Ｒｕｇｅｒ， Ａｐｐ． Ｐｈｙｓ． Ｌｅｔｔ． Ｖｏｌ． ６１ Ｎｏ． ８， １９９２年８月２４日 ｐ． １００１．）
（１２）  “キャパシタンス顕微鏡法による大規模電荷蓄積”（Ｒ．Ｃ． Ｂａｒｒｅｔｔ ａｎｄ Ｃ．Ｆ． Ｑｕａｔｅ， Ｕｌｔｒａｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ４２−４４ （１９９２年） ｐ．２６２．）
（１３）  “近位プローブ技術を用いる高密度データ保存”（ＩＢＭ研究開発ジャーナル  Ｖｏｌｕｍｅ ３９， ＃６， １９９５年１１月）
（１４）  “ディスク／トレンド”（Ｊｉｍ Ｐｏｒｔｅｒとの個人的会話， １９９６年８月）
（１５）  “薄膜磁気走査プローブを利用する記録媒体についてのサブミクロン研究”（応用物理学レターズに掲載前のコピー、１９９５年４月）
（１６）  “原子力顕微鏡ベースのデータ保存：トラックサーボおよびウェア研究”（ＩＢＭ Ａｌｍａｄｅｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ， ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ ＳＴＭ ９７）
（１７）  米国特許５，２１６，６３１および５，３０７，３１１（Ｓｉｌｗａ， Ｊｒ．）
【０００３】
【従来の技術】
現在の高密度固体メモリ技術において、データの保存と読出しを行う様々な手段が利用されている。
【０００４】
この分野の従来の特許出願の概要については、Ｔｈｏｍａｓ Ｆ． ＲｕｓｔとＪｏａｎｎｅ Ｐ． Ｃｕｌｖｅｒによる“トンネル型プローブを用いて情報を保存するための分子記憶媒体及び分子メモリ・ディスク駆動装置”という名称の米国特許Ｎｏ．５，４５３，９７０にそのリストの記載がある。
【０００５】
原子と分子の運動を利用する現在の技術（分子スケール技術）は実際的なものではない。なぜなら、本発明者の問題とする点は、媒体材料に対する効率的読出しおよび書込み（高密度保存の維持を含む）に関するものであるからである。現在のデバイスに関するさらなる問題点として、既存のツールを用いて構成することが困難な、あるいは不可能な構造が含まれる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明は、（媒体に保存された分子／原子の運動を介して、及び／又は電気的属性（荷電、抵抗、キャパシタンス、インダクタンス、磁気属性のいずれをも含む）の変更を介して）媒体に保存された？を実行することにより、基板上での読出し及び／又は書込みが可能なデバイスを提供するものである。
【０００７】
本発明には、媒体上の分子／原子の運動を介して及び／又は媒体上での電気的属性の変更を介して、高密度のデータ・ビットの保存用として準備される媒体が含まれる。
【０００８】
本発明は、その様々な実施例において、以下の特徴を示す多くの特徴を有する。例えば、
１）  本発明は、各々独立に可動な複数の表面が存在する各々の移動プラットフォーム表面上の複数のチップを利用するものである。
２）  本発明のメモリ操作はトンネルモードのみに依拠するものではない。
３）  本発明はＺアクチュエータの共用に依拠するものではない。
４）  本発明は、有用な広い領域にわたって媒体表面を原子的に平らに（＜１オングストローム）形成することが非常に困難であるという事実、および、トンネル電流がおよそ１０オングストローム以下だけでしか役に立たないという事実と関連する問題を解決するものである。
５）  本発明は、完全な同期性を伴って作動する複数の共振列に依拠するものではない。共振列の同期性と関連する１つの問題点として、サイズの小さな差に起因して、わずかに異なる周波数で列の共振が生じるという点が挙げられる。この位相は副調波周波数による歪みに対して非常に敏感である。わずかな変化でさえ、大きな位相差が列間に急速に現れることを意味することになり、製造上の困難が列の製造時に生じる。
６）  ほとんどの分子媒体は時折大きな粒子欠陥を生じることがある。これらの欠陥粒子は、チップを通り過ぎるとき、チップを破壊することになる。チップあるいは媒体のいずれかが一定の横運動状態になり、このような欠陥の防止を困難にしている。本明細書では、これらの問題点を解決する方法とデバイスが提供される。
７）  本発明では非常に低い質量のプラットフォームが利用される。その結果、本発明では高速のアクセス・スピードが提供される。
【０００９】
分子メモリ集積回路（ＩＣ）は非常に多量の情報の保存用デバイスであり、この情報の非常に高いデータ・レートをＩＣへおよびＩＣから一意的に出力することが可能となる。現在のＩＣのコストと同等で、しかも、同量の記憶容量の達成に必要な数分の１のコストで分子メモリＩＣの製造が可能である。分子メモリＩＣは、記憶媒体として現在使用されている多くのデバイスにとって替わる可能性がある。分子メモリＩＣは、コンピュータ・システムのディスク駆動装置や、ビデオおよびオーディオ・テープレコーダの磁気テープ・システムや、情報の保存用として現在使用されている写真フィルムに替わって使用され、さらに、アクセス・タイムに優先的重要性がない、ＥＥＰＲＯＭ（電気的に消去可能なリード・オンリー・メモリ）、ＶＲＡＭ（ビデオ・ランダム・アクセスメモリ）、および、ＤＲＡＭ（ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ）までもとって替わって使用されるようになるかもしれない。データ転送レートはＩＣで使用されるアーキテクチャに依存し、全メモリ容量対最大待ち時間の間のトレードオフを伴う場合もある。１．６ｃｍ２の典型的分子メモリＩＣに８６０メガバイト以上のデータが保存される。分子ＩＣは、カムコーダー内の磁気テープ、デジタルおよびアナログのオーディオ・テープ、ビデオ・テープ、および、ＣＤ−ＲＯＭプレーヤにとって替わる可能性がある。１つの実施例では、本発明は、レーザー削摩ダイヤモンド媒体を用いて製造され、以下の仕様で分子配列読出し／書込みエンジン（ＭＡＲＥ）ＩＣが形成される。
所与条件：
領域間隔  ０．０３０ミクロン
ハチの巣状データ構造を用いるコンパクション機能比１．１５
スペース利用  ２２：１（使用可能媒体に対するＩＣの総面積比）
結果：
１平方センチメートル当たりビット数＝１１１０億ビット任意のビットへの最大待ち時間は５００マイクロ秒である。
１．２平方センチメートルＩＣの総容量は８６０メガバイトである。
１プラットフォーム当たり１２個の読出し／書込み用ヘッドを備えた４５個のプラットフォームは、合計５４０個のヘッドを持つ。
ビット／チップ当たり９０ＫＨｚの走査速度
プラットフォームの厚さは４ミクロン、プラットフォームとアクチュエータ・セルのサイズは１９００ｕ×１４００ｕである。
６メガバイト／データ転送レート
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、１以上の細いチップ部分を有する入力セクションを有するメモリ装置と、高密度記録を達成する手段である、該入力セクションを制御する制御手段と、同様の細いチップ、または、同一の細いチップを有する出力セクションと、複数のセットの分子、原子、電子、または、複数のセットの分子、原子または電子によって残された空孔を有する、固定したまたは移動する単数または複数の基板表面とが提供され、各セットまたは空孔の位置、あるいは、分子、原子または電子の配向によって、メモリ領域の状態が画定される。
【００１１】
代替実施例では、細い電磁放射源及び／又は細いチップと、これにより、高密度記録を達成する手段である、入力セクションを制御する制御手段と、細いチップ及び／又は電磁放射に感度の良いレセプタを備える出力セクションと、複数のセットの分子、原子、または電子、あるいは、複数のセットの分子、原子、または電子によって残された空孔を有する、固定したまたは移動する単数または複数の基板表面を有する入力セクションを有するメモリ装置が提供され、各セットまたは分子、原子、または、電子の空孔の位置によってメモリ領域の状態が画定される。光磁気効果も考慮される。
【００１２】
代替実施例では、強磁性膜被覆加工を施した細いチップを有する入力セクションと、高密度記録を達成する手段である、該入力セクションを制御する制御手段と、感度の良い磁気レセプタを備えた細いチップを有する出力セクションと、複数のセットの磁気領域を有する固定したまたは移動する単数または複数の基板表面を有するメモリ装置が提供され、各セットまた空孔領域の位置によってメモリ領域の状態が画定される。
【００１３】
一般に、情報の記録は、分子媒体の表面の真上、表面上あるいは表面の真下のいずれかの領域からの原子、分子、電子または磁気領域の追加、除去あるいは再配置によって行われる。この除去あるいは再配置を行う力として、機械的力、化学反応（化学結合の相互作用時や触媒内などのような）、静電力、電磁放射；ＤＣまたはＡＣの磁場、電流、または熱の力のうちのいずれかが挙げられる。上述のこれらの力の組合せが分子媒体への書込みに関与する。情報の読出しは、以下の中の１つまたはその組合せからなる方法の１つによって行われる：
ａ）  細いチップと分子媒体の表面との間の電流（磁界放射電流、トンネリング電流、または、純粋に抵抗性のある電流）のパターン分析
ｂ）  刺激に応じて分子媒体の表面から受信される、レセプタを介する電磁放射のパターン分析
ｃ）  振動チップ内の位相ずれのパターン分析
ｄ）  振動チップの変化する振幅のパターン分析
ｅ）  保存された情報への非常に高速なアクセスを実行するために動的に計算される、媒体表面に関するトポロジー情報と関連して、各ビットの読出し時間中変動する、細いチップと分子媒体の表面との間の電流及び／又は電圧のパターン分析
１回以上の書込み能力を与える再書込み能力のための方法の１つはメモリー表面の再平面化に関係する。
【００１４】
分子メモリ表面の媒体は、多くの種類の材料の中の任意の１つとすることができる。本発明は、いくつかの異なる材料と、それらの材料の読出しと書込みを行うためのいくつかの異なる方法について説明するものである。本発明は、非常に高速に比較的平らではない表面の上空を飛び回る読出し／書込み能力と、情報の読出しと書込みに利用される広い範囲の力との助けによって、メモリー表面として使用する多くの種類の材料を処理するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明によれば、分子メモリ集積回路装置は１以上のスタックされたシステムを有し、各システムは、１以上の媒体表面を有する記憶素子と、上記媒体表面の中に埋め込まれたオプションのサーボトラッキング・マークと、媒体表面の位置決めを行うための位置決めメカニズムと、該位置決めメカニズムを制御する制御手段と、上記記憶媒体表面の方へ向けられた細いチップ部分を有する少なくとも１つのヘッドを有する入出力セクションと、単数または複数の記憶媒体表面の上方で単数または複数のヘッドの位置決めを行う位置決めメカニズムと、該位置決めメカニズムを制御する制御手段と、アナログ信号またはデジタル信号を変換して情報を書き込む書込みセクションと、入力セクションをアナログまたはディジタル情報に変換するセンス・セクションと、位置情報をアナログまたはディジタル情報に変換するオプションのセンス・セクションと、不要粒子を除去するオプションのクリーニング・セクションと、不要粒子の除去及び／又はチップへの追加を行うオプションの先鋭化領域と、細いチップ・アラインメント・セクションとを有する。
【００１６】
上記制御セクションは、ヘッドのチップ部分を記憶媒体の表面に近づけ、それによって位置決めを実行する手段と、チップ部分がメモリを走査することを可能にする手段と、走査中チップと記憶媒体との間の距離を制御する手段と、上記記憶媒体の表面で、上記記憶媒体の表面の上方において、または、上記記憶媒体の表面の下方において、チップの位置決めを行う手段と、を有する。単複のヘッドは、共振ピークでまたはその近辺で作動する発振メカニズムに取り付けられた細いチップ部分を具有し、チップがメモリー表面の近辺で作動すると、発振の位相がその自由空間値からシフトするようになされる。媒体までのチップの最も近い位置でメモリとチップ間の距離が減少するにつれて、この位相シフトの量は増加する。さらに、チップの下のデータ・ビットの状態は自由空間値の上下に発振の位相をシフトさせる場合がある。
トンネルモード代替実施例についての説明
本発明によれば、分子メモリ集積回路装置は、１以上の媒体表面を有する記憶素子と、上記記憶媒体表面の方へ向けられた細いチップ部分を持つ少なくとも１つのヘッドを有する入出力セクションと、上記記憶媒体表面の上方で単複のヘッドの位置決めを行う位置決めメカニズムと、位置決めメカニズムを制御する制御手段と、入力セクションをアナログまたはディジタル情報に変換するセンス・セクションと、不要粒子を除去するオプションのクリーニング・セクションと、不要粒子の除去及び／又はチップへの追加が行われるオプションの先鋭化領域と、細いチップのアラインメント・セクションとを有する。
【００１７】
上記制御セクションは、ヘッドのチップ部分を記憶媒体の表面に近づけ、それによって位置決めを実行する手段と、チップ部分がメモリを走査することを可能にする手段と、走査中チップと記憶媒体との間の距離を制御する手段と、上記記憶媒体の表面で、上記記憶媒体の表面の上方において、または、上記記憶媒体の表面の下方において、チップの位置決めを行う手段と、を有する。電流がチップ部分とメモリー表面との間に流れるようにするために上記単複のヘッドは細いチップ部分を有する。この電流の量はメモリとチップとの間の距離を示す。
【００１８】
フォース・モード代替実施例についての説明
本発明によれば、分子メモリ集積回路装置は、１以上の媒体表面を有する記憶素子と、上記記憶媒体表面の方へ向けられた細いチップ部分を持つ少なくとも１つのヘッドを有する入出力セクションと、上記記憶媒体表面の上方で単複のヘッドの位置決めを行う位置決めメカニズムと、位置決めメカニズムを制御する制御手段と、入力セクションをアナログまたはディジタル情報に変換するセンス・セクションと、不要粒子を除去するオプションのクリーニング・セクションと、不要粒子の除去及び／又はチップへの追加が行われるオプションの先鋭化領域と、細いチップのアラインメント・セクションとを有する。
【００１９】
上記制御セクションは、ヘッドのチップ部分を記憶媒体の表面に近づけ、それによって位置決めを実行する手段と、チップ部分がメモリを走査することを可能にする手段と、走査中チップと記憶媒体との間の距離を制御する手段と、上記記憶媒体の表面で、上記記憶媒体の表面の上方において、または、上記記憶媒体の表面の下方において、チップの位置決めを行う手段と、を有する。単複のヘッドはカンチレバーに取り付けられた細いチップ部分を有する。このカンチレバーは振動していてもよいし、チップがわずかに表面に触れるようにしてもよいし、あるいは、媒体表面上に直接チップを配置するようにしてもよい。カンチレバーは、静電および容量性Ｚ軸駆動メカニズムと接続されたり、Ｚ軸用の別個の容量性センサを備えていてもよい。振動モードでは、振動カンチレバーの共振の位相変化は、チップが、メモリー表面に接触していること、または、メモリー表面の近くに在ることを示す。ドラッギング・モードでは、表面によるカンチレバーの偏倚は駆動電極のキャパシタンスを変化させ、この変化は位置を指示している。
【００２０】
この場合、本明細書で説明した実施例のいずれの個々の部分も入れ替えて、本発明に準拠する分子記憶装置の形成が可能であることに留意することが重要である。
【００２１】
電磁放射源／レセプタの代替実施例についての説明
図２３は、この実施例のヘッド部分の横断面を示す。本発明によれば、分子メモリ集積回路装置は、１以上の媒体表面２３００を有する記憶素子と、少なくとも１つの細い電磁放射発生源２３１０及び／又は上記記憶媒体表面の方へ向けられた電磁放射レセプタ２３２０（以後ヘッドと呼ぶ）を有する入出力セクションと、上記記憶媒体表面の上方でヘッドの位置決めを行う位置決めメカニズムと、位置決めメカニズムを制御する制御手段と、入力セクションをアナログまたはディジタル情報に変換するセンス・セクションと、不要粒子を除去するクリーニング・セクションと、不要粒子の除去及び／又はチップへの追加が行われる先鋭化領域と、細いチップのアラインメント・セクションとを有する。この図の電磁放射源とレセプタとは逆にしてもよい。
【００２２】
上記制御セクションは、ヘッドを記憶媒体の表面に近づけ、それによって位置決めを実行する手段と、ヘッドがメモリを走査することを可能にする手段と、走査中ヘッドと記憶媒体との間の距離を制御する手段と、上記記憶媒体の表面の上方においてヘッドの位置決めを行う手段と、を有する。
【００２３】
細いチップとしての電磁放射源
１つのバージョンでは、電磁放射源２３２０は、偏光フィルム２３４０の中を通り抜け、次いで、材料２３５０、２３６０とオプションの２３７０とから成る導波管構造の中を通ってパイプすることができる発光ダイオードやレーザー２３３０等の源から構成される。導波管によって電磁放射は細いチップ部分２３５５へ合焦されて、狭いビームがチップ部分から放射し、記憶素子２３０５に衝突し、電磁放射の変調されたバージョン（帰還電磁放射）が記憶素子から放射するように成される。記憶媒体のいくつかのバージョンでは、光磁気材料の場合と同じように電磁放射の偏光を変更することにより電磁放射の修正が行われる。上記帰還電磁放射はフィルタリング偏光フィルム２３９０の中を再び通過し、次いで、フォトダイオード２３８０のような電磁放射レセプタによって感知される。バージョンによっては、材料２３５０、２３６０、２３７０の中の１以上の材料が導電性を有する場合もあり、チップがトンネルモードで感知用として用いられ、及び／又は、チップを用いて、このようなチップを用いて任意のメモリ修正方法を利用して記憶素子の修正が行われる。この場合、媒体を読み出すセンサとして電磁放射を利用することができる。
【００２４】
細いチップとしての電磁放射レセプタ
別のバージョンでは、電磁放射源２３１０は、偏光フィルム２３９０の中を通り抜けることができる発光ダイオードやレーザー２３８０等の源から構成され、広域ビームとして放射する。このビームは記憶素子２３０５と衝突し、電磁放射の変調されたバージョン（帰還電磁放射）が記憶素子から放射する。記憶媒体のいくつかのバージョンでは、光磁気材料の場合と同じように電磁放射の偏光を変更することにより電磁放射の修正が行われる。帰還電磁放射は、材料２３５０、２３６０およびオプションの２３７０から成る導波管構造の中を通ってパイプされる。導波管によって電磁放射はオプションのフィルタリング偏光フィルム２３４０の中へ向けられ、次いで、フォトダイオード２３３０等の電磁放射レセプタによって感知される。バージョンによっては、材料２３５０、２３６０、２３７０の中の１以上の材料が導電性を有する場合もあり、チップがトンネルモードで感知用として用いられ、及び／又は、チップを用いて、このようなチップを用いて任意のメモリ修正方法を利用して記憶素子の修正が行われる。この場合、媒体を読み出すセンサとして電磁放射を利用することができる。
【００２５】
上記バージョンはまた、図２４に示すように、大きな粒子の感知時に追加的利点をも有する。大きな粒子２４００は、領域２４１０の中に完全なシャドウ・エリアを落とし、領域２４２０内に半影を落とす。これらの影の形状は放射される光子の量子効果に起因して変化する。媒体がヘッドに対して相対的に右側へ移動するにつれて、チップ・アセンブリ２４３０は、妨害の存在（ビームのパス内の粒子）を示す光の強い減少を感知する。制御システムは、その妨害を叩かずに、それがヘッド・アセンブリの下を通るようにヘッド・アセンブリに上昇を指示する。
【００２６】
メモリ技術
以下の説明では、まず、メモリー表面の読出しおよび書込みを行うための様々な技術について解説し、次いで分子メモリ集積回路用装置の説明を行う。
【００２７】
電荷蓄積読出し／書込みメモリー・システムについての詳細な説明
以下の説明は１つのチップ／ヘッドについての説明である。一般に、すべてのプラットフォームとチップ／ヘッドは同時に操作され、送信ゲートの多重化を通じてＡ／ＤおよびＤ／Ａの相互の間で時分割多重化を行うことによりデータの多重化が行われる。あるいは、すべてのチップ／ヘッドを備えたプラットフォームの１つの列を同時に操作することもできる。あるいは、１プラットフォームにつきただ１つのチップ／ヘッドを同時に操作することもできる。
【００２８】
さらに、パワーが最初にシステムに印加されたとき、較正シーケンスが入力される（較正参照）。
【００２９】
注記：ＸＹアクチュエータは対を成して作動する。通常、この対の一方だけがいつでもアクティブ制御信号を受信する。例えば、極端に左側の方へ移動するためには、左側のアクチュエータが信号を受信して、最大位置（通常５０ｕ）まで移動し、右側アクチュエータは停止される。
典型的な読取り動作：
１）ディジタル信号プロセッサは、何処の走査セクタ／トラック（Ｘ，Ｙ座標）が開始位置に関しているというデータを受け、所望の座標に対するランプを開始させるパラメータをロードする。通常は、これはＸ軸上の“セクタ”マーク付近の位置に関しており、Ｙ位置は所望の“トラック”である。媒体は、典型的には１ｕ幅のトレンチまたは高くした領域からなる一連のマーク（何等のデータも含まないがデータのブロックの始まりを識別するために使用される）を有している。更に、運動媒体を有するシステムにおいては、制御システムは媒体を、通常は９位置、Ｘ及びＹの＋／中心／−からなる位置の１つへ運動させる。
【００３０】
２）開始位置に到達すると、チップ／ヘッドは共振から僅かにずれた周波数で振動し始め、媒体へ向かう運動を開始する。一実施の形態においては、チップ／ヘッドの振動は、共振周波数の電流が供給されている熱ヒーターを介して発生される。熱ヒーターは、ヘッドチップに取付けられているカンチレバーアーム内に埋込まれ、チップを振動させる。例えば、図４７のＡのカンチレバーアームは、酸化物及びアルミニウム導体で構成されている（他の導体、または絶縁材料も使用できる）。加熱素子４７５１は、酸化物層のトップに取付けられている（加熱素子の他の位置、及び取付けも適当である）。アルミニウムは、カンチレバーアームの適切な共振周波数で加熱素子に印加される電流を介して加熱される。アルミニウム導体の熱膨張及び収縮が、カンチレバー及びチップをその共振周波数で振動させる。
【００３１】
他の材料でＡｌを置換することができる。一実施の形態ではＴｉが使用され、他の置換物はポリＳｉ、ＮｉＣｒ、または他の高ｒ材料を含む。
【００３２】
チップ／ヘッドのフィードバックループは、チップ／ヘッドカンチレバー上の圧電抵抗センサから戻される媒体表面への接近を指示する信号内の位相シフトを捜す。一実施の形態では、このフィードバック信号は、単結晶（またはポリシリコン）のドープされたシリコンの抵抗が、フィルム（例えば、図４７の４７５０。これは、圧電抵抗に加わる応力による振動カンチレバー／ヘッドの位相変化、及びカンチレバーの位置変化を検出する）内の応力によって変化することによって生成される。
【００３３】
３）プラットフォーム上の全てのチップ／ヘッドが媒体と係合すると、直ちに走査を開始することができる。ランプ（電圧の同時印加に対抗してアクチュエータを新しい位置へ運動させ、それによってアクチュエータのオーバーシュートを防ぐためのランプ電圧を発生させるＤＳＰ機能）に類似するＤＳＰ最適化された制御信号がＸアクチュエータへ印加される。各チップ／ヘッドから戻されるデータは、Ｚアクチュエータの公称（または、自由空間付近の）駆動周波数からの位相シフトを表している。更に、チップが媒体表面に接近したことによる位相シフトも存在する（これは、チップが媒体に向かって走行する時の最短距離の間隙に依存する）。またこの位相シフトに加えて、チップ電位及びチップの下のドメインの電荷電位に依存する大きさを有するデータに起因する位相シフトが存在する。これら２つの媒体表面に起因する位相シフトは、いろいろな目的に使用される。第１に、媒体表面に起因する位相シフトは、始めにヘッドを表面に対して位置決めするために使用される。第２に、位相シフトはデータを取得するために使用される。
【００３４】
図４７に示す一実施の形態では、カンチレバーを介してのヘッドの位置決めが示されている。Ａでは、カンチレバーは真っ直ぐな位置にある。ある量の電流が加熱層（例えば、抵抗からなる）を通して送られ、酸化物層及びＡｌ層を加熱する。アルミニウム層は酸化物層よりも大きい膨張係数を有しており、酸化物層は電流を介して生成される熱による影響を比較的受けにくい。アルミニウム及び酸化物は異なる率で膨張し、Ｂに示すように、カンチレバーアセンブリにカール効果を生じさせる。カンチレバー内に埋込まれたセンサ層は、カンチレバーがどれ程大きく運動したかを検出する。一実施の形態では、センサは１組の圧電抵抗４７５０からなり、一方の圧電抵抗はカンチレバー内のある位置に配置されていてカンチレバーのカーリング中にそれが第２の圧電抵抗よりも大きく曲げられるようになっている。各圧電抵抗は、温度変化によっても抵抗が変化する。２つの圧電抵抗によって形成されているブリッジが、加熱による圧電抵抗の変化の効果を打ち消す（両抵抗は温度変化から同じ影響を受ける）手段になっている。しかしながら、カーリングに起因して、フィルム応力の変化によって一方の圧電抵抗がより強く影響されるから、結果としてブリッジにまたがる電位に正味の変化が現れる。これは応力のみによるものであり、温度変化によるものではない。
【００３５】
走査の始まりには、カンチレバーは媒体データを感知するモードに置かれる。案内マーク（サーボライン）が、トラックの始まりをマークする物理的トレンチ（典型的には１ｕ幅）を見分ける。インタフェースは、これを圧電位置センサからの位相シフトが自由空間値に向かうシフトとして感知する。それがシフトバックすると（センサがトレンチを通過すると）、トラックの読取りが開始される（カンチレバーは、表面を感知するモードからデータを感知するモードへ変化する）。
【００３６】
一実施の形態では、ある形状のＮＲＺでエンコードされている初期セットの帯電ドメイン（トラック（または、Ｙ）位置をエンコードしている）が存在している。これが読取られてデコードされると、それは所望位置と比較される。もしそれが正しくなければ、差情報を使用してプラットフォームを再位置決めし、再試行する。正確なトラックが走査進行内にあれば、位相シフト情報のストリームからデータをデコードすることができる。
【００３７】
精密なトラック位置メカニズムが、プラットフォームをトラック上に効果的に位置決めし続ける。
【００３８】
一実施の形態では、データ用トラックは、順次に位置決めされている（Ｙ内で）トラックデータが、先行トラックから９０°位相シフトするように最適に計画されている。これは、データの緊密なパッキングを可能にする。更に、ＮＲＺエンコードされたデータ内に埋込まれたクロックの位相が各トラック対の後に１８０°フリップするようになっている。これは、あるトラックの直ぐ隣のトラックの位相が１８０°離れていることを意味する。カンチレバーからのサンプルされるデータでは、チップがトラックを踏み外しても、データは隣接トラックから現れ始める。現トラックに対するこのデータの位相は、チップがトラックのどちらの側に迷い込んだのかを指示するので、逆の制御信号を供給してチップをトラックに戻すように運動させることができる。
【００３９】
Ｚ位置決めメカニズムは、表面を横切って走査している間に、平均位相シフト及び所望平均位相シフトを使用してチップ／ヘッドを上または下へ運動させ、振動中の最小チップ間隙点を一定の距離に維持する。共振方式は、表面と接触させてチップを引きずるよりも遅いが、共振方式は媒体との相互作用を完全に非接触にすることを可能にし、従ってチップの摩耗を最小にすることができる。
【００４０】
特定のトラックは、各トラック上にエンコードされたデータの最初の数ビット（各トラックを独特に識別する）を読取ることによって識別される。正しいトラックを独特に識別するための十分なビットだけが利用されるが、代替として、特定のセクタのための付加的なビットを識別することもできる。更に別の代替として、特定のセクタを識別するために最小数のビットを使用することができる。媒体からデータを読取るための準備として、カンチレバーはチップをスウィングダウンさせて媒体の表面を捕えさせる（図４４のチップ位置Ａに注目されたい）。表面を捕えた後に、チップは、それが案内マーク（サーボライン、またはサーボトレンチ）に遭遇するまで媒体上に書込まれたデータに向かう方向に運動する。案内マークは、振動するチップ／カンチレバーの自由空間値が認識されている故に検出されるのである。サーボラインを認識した後に、データを読取るためにチップの高さが調整される。自由空間値参照は、チップが媒体の表面を捕えた時に発生する振動からの位相シフトである。データを読取るためにチップの高さが調整された後に発生する何等かの新しい位相シフトは、サーボラインの後の媒体上に記憶されているデータによるものである。
【００４１】
一実施の形態では、チップがトラックの間をドリフトしているか否かを決定するためのメカニズムは、所定の同期ビット領域内にセットされている１組の同期ビットを使用して各トラック間を所定の間隔にセットしている。同期ビットは、図４３の同期ビット領域内に示されているように予め書込まれている。同期ビットは、トラック２を参照して説明したように利用される。同期ビット領域の第１の境界に遭遇した時に、トラック２上のチップは、同期ビット領域内のトラック２上の第２のビットに遭遇するまではほぼ自由空間値で振動すべきである。トラック２の同期ビット領域内の第２のビットは、書込まれた（高）同期ビットであり（トラック２上の同期ビット領域内に黒丸で表されている）、チップが書込まれた（高）同期ビット上を通過すると、チップは書込まれた（高）同期ビットとの相互作用に従って振動する。チップがトラック２上の第３の同期ビット上を通過すると、チップはそのほぼ自由空間値へ戻る（ミラーが媒体、環境等と相互作用するので、ほぼである）。もし、トラック２上の同期ビット領域に遭遇した時にチップが自由空間値で振動せず、代わりに書込まれたビットを示すものと近い周波数で振動すれば、それは同期ビット領域内のトラック１上の高ビットを表す第１の黒丸を読取っていることになるので、チップがトラック１に向かってドリフトしていることを示している。しかしながら、もしチップがトラック３に向かってドリフトしているのであれば、それでもチップ及びカンチレバーは、チップが第２のビットの位置に到達するまでは自由空間値で振動し、トラック２から外れていることを指示する。この場合には、チップ及びカンチレバーは自由空間値で振動せず、トラック３内に配置されている最初の黒丸（高ビット）に極めて接近しているために自由空間値よりも僅かに高いことを指示する。以上のように、ドリフトを決定するために、同期ビット領域内の１つより多くのビット位置が使用される。
【００４２】
同期ビットは、チップが媒体表面上の適切な高さに位置決めされることを保証するためにも使用することができる。例えば、トラック２を辿っていて同期ビット領域に入った時に、もしチップが自由空間値以外で振動すれば、それはチップが近づき過ぎており、同期ビット領域内に書込まれているビットを取得するのではなく媒体を捕えていることを指示する。同様に、もし同期ビット領域内の第２のビット位置（及び、従って同期ビット領域内のトラック２上の最初の黒丸、即ち高ビット）において、チップが、データが書込まれていることを指示する周波数で振動せず、代わりに自由空間値で振動すれば、これはチップが媒体表面から離れ過ぎていることを指示している。図４３に示す同期ビットに示すような同期ビット領域は、チップを運動させるハードウェアの位置精度に基づいてトラック上にチップを維持するように、ある間隔で設けることができる。例えば、精密なハードウェアは各セクタ内に１つの同期ビット領域だけを必要とするのに対して、それ程精密ではないハードウェアは各セクタ内に付加的な同期ビット領域を必要としよう。一実施の形態では、カンチレバー及びチップを指定されたトラック上に維持するために、３２ビットおきに同期ビット領域が維持されている。同期ビットはトラック間で僅かに異ならせて位置決めされているので、チップが同期ビット領域内の指定された位置を通過すると、トラック間のドリフティングを検出することができる。
書込み動作：
書込み動作は、以下の差を除いて、読取りと本質的に同一である。即ち、
一実施の形態では、チップがトラックのデータ部分に到達し、媒体表面に近接する点までスウィングダウンする度に、適切な極性の書込みパルスがチップに印加される。もし電荷が既に存在していれば、逆極性のパルスがその電荷を除去する（データ点を自由空間値にする、即ちチップがそのデータ点を通過した時に、チップを自由空間値で振動させることを意味する）。もし電荷が存在していなければ、適切なパルスが電荷を蓄積させる。代替モードでは、書込み中、チップは表面と接触し続けることができる。
較正：
電源を投入した後に、システムは較正シーケンスを遂行する。これは、以下のものを含む。
【００４３】
１）自由空間内の全てのＺアクチュエータ（媒体から十分に上）をある走査範囲（７０−１３０ｋＨｚ及びそれ以上の走査範囲）にわたって駆動し、各チップ／ヘッド／アクチュエータシステムの共振周波数を決定し、駆動周波数表を相応に設定する。
【００４４】
２）全てのプラットフォームを最端隅の位置まで運動させ、走査を開始させ、最端の走査位置及び中心位置（例えば、Ｙ内の）の座標を決定してＹ位置制御をランプさせるための係数をセットする。このプロセスは、ｘ及びｙの両位置制御において遂行される。制御システムは、先ず左から右への走査を遂行し、位置の両端にわたって格子マークから格子マークまでの走査を計時する。これは、高い精度のための通常速度よりも遅い速度で遂行することができる。このタイミング情報は、Ｘ速度制御並びにＸ位置制御を調整するために使用することができる。走査は異なるＹ位置において、及び同様にＹ軸内で遂行することができる。これは、Ｘ及びＹ位置決め及び速度制御を較正する。
【００４５】
以上のように、ヘッドを駆動し、サーボマーク間のタイミングを決定することによって、媒体及びプラットフォームを指定された位置に配置するようにアクチュエータを駆動するためにはどれ程の力（電流／電圧）が必要かを数学的に計算することができる。この情報は、表または他のデータ記憶装置内に維持される。ＤＳＰは、ｘ−ｙアクチュエータを駆動するために格納されたデータを使用し、媒体及びプラットフォームを位置決めするためにアクチュエータに送るランプを決定するために共振周波数を使用する。
【００４６】
ＤＳＰは、各カンチレバーにいろいろな周波数の電流を印加して各カンチレバーの共振周波数を決定する（振幅ピークにより）ための試験を行う。これらの共振周波数は、ハードウェアによって、または表内のソフトウェアによって維持され、チップ動作（例えば、読取り）に使用される。
フォーマッティング：
不揮発性メモリと同様に、システムはフォーマットする必要がある。フォーマッティングのプロセスを援助するために、１組の案内（サーボ）マークが媒体の表面内にエッチングされる。一実施の形態では、これらのマークは主として１ｕラインの格子パターンからなる。次いで、一連のトラック書込みが実行されて既知のデータ及びトラック位置情報が全てのトラックに書込まれる。
磁気読取り／書込みメモリシステムの詳細な説明
磁気システムは、以下の相違を除いて、電荷蓄積システムと殆ど類似する。
典型的な書込み動作：
位相シフトがカンチレバーのチップ上に被膜された磁性材料と、チップの下及び媒体内の磁気ドメインとの相互作用によることを除いて、上述した１、２、及び３（電荷蓄積システムの典型的な読取り）と同一である。
書込み動作：
書込み動作は、以下の相違を除いて、読取りと本質的に同一である。即ち、
チップが、トラックのデータ位置に到達し、媒体表面の最寄り点に近接する点までスウィングダウンする度に、適切な極性の書込みパルスが書込み／センスコイルに印加される。これは、第一鉄で被膜されたチップ（例えば、Ｃｏ）内に磁場を誘起させる磁場を発生させ、この磁場はチップ直下のドメインの極性をフリップさせる。このパルスの持続時間は、チップを媒体内に突入させないように十分に短く、しかもドメインをフリップさせる（幸いなことには、短い時間スパンで達成することができる）ために十分に長くしなければならない。同じ理由から、強度を制御しなければならない。例えば図３７は、分子メモリデバイス（デバイスの読取り／書込み部分）全体にバイアス磁場を放出するバイアスコイル３７００を示している。対応するチップ３７２０に極めて近接している個々の書込みセンスコイル３７１０は、媒体に書込むための磁場を発生する。チップ３７２０は、書込みを行う点にバイアス磁場及び書込み磁場を集め、集中させる。
代替書込み動作技術−同期書込み
全てのチップ、またはチップのブロックは、トラックのデータ部分に到達すると媒体に向かって運動し、ある状態のビットをそのビットのために書込む場合に限って最寄り点に位置決めされる。もしあるビットのために逆の状態が予定されていれば、チップは媒体から遠去かるように運動する。適切な状態の全てのチップが媒体表面のそれらの最寄り点にあれば、適切な極性の書込みパルスが外部コイルから印加される。これにより、Ｃｏ被膜されたチップ内に磁場を誘起させる磁場が発生し、誘起された磁場はチップの直下のドメインの極性をフリップさせる。次いで、第２のパスが開始され、逆状態の全てのビットが書込まれる。Ｚヘッド／チップアセンブリは、アセンブリが未だ所望のトラックを正しく辿っていることを確認するために（一実施の形態では、同期ビットを読取ることによって）、共振感知モードへ周期的にスイッチバックすることができる。
【００４７】
この技術は、大きい界磁コイルに置換することによって、個々の書込みコイルにより発生する可能性がある小さい磁場を打破する長所を有している。この技術は、書込み時間が遅いことが欠点である。
電流の流れ及び細かいチップを使用するメモリ技術
上述した技術では、チップ／媒体の相互作用は、公称で１乃至１０Å のチップと媒体との間の距離をトンネリング方式で動作する。より大きい距離を、典型的にはフィールド放出方式と呼ぶ。この方式においては、公称的には小さい電流が流れるが、この電流は環境ガスの存否によっても大きく影響を受ける。小さい距離を我々は純抵抗方式と呼ぶことにする。この方式では、チップの１つまたはより多くの原子は、実質的な電流をチップと媒体との間に流すことを可能にする範囲内にある。
【００４８】
フィールド放出方式でも、エレクトロニクスが十分高感度であれば、センスメカニズムは全て上述したメモリ技術で動作する。また電圧が十分に高い値まで高められるものとすれば、記憶素子変更メカニズムは、動作するのに静電力を必要とするこれらの技術でも完全に動作する。
【００４９】
純抵抗方式では、センスエレクトロニクスの感度は遙かに低くてよいので、センスエレクトロニクスは遙かに簡単になる。抵抗方式において重要なことは、媒体を感知または変更している間、チップは一般的に媒体表面上を横方向に運動せず、チップの摩耗を減少させていることである。この場合も、動作させるのに静電力を必要とする技術と全て同じメカニズムで動作する。
【００５０】
前記特許（Ｒｕｓｔらの米国特許第５，４５３，９７０号）に既に開示されているメモリ技術に追加されるものは、以下の技術である。
メモリ技術１
この技術の場合、例示表面及び記憶素子はドープされたダイヤモンドである。メモリ変更技術は、前記応用の技術６と同一である。
【００５１】
図１９に示すこの技術では、前記特許出願に記載されているディスクドライブ装置またはＭＡＲＥ  ＩＣの何れか一方が使用され、分子メモリは原子または分子からなり、記憶素子は回転ディスクの表面、またはＭＡＲＥ  ＩＣ上の固定された、または運動する面と同一の面上に存在する原子または分子からなる。
【００５２】
２３Ｖより高いパルスが典型的には１００ｎｓ印加されると、ダイヤモンドの新しい格子状態は、図２０に示すように、典型的には３０ｎｍ幅×１０ｎｍ高のドーナッツ形２０００の形状になる。
メモリ技術２
この技術の場合、例示表面はシリコンであり、記憶素子は二酸化シリコンのような薄い絶縁体上に蓄積された電子または電子空乏（正孔）である。
【００５３】
図２６Ａ−Ｄに示すこの技術では、電子または正孔からなる記憶素子は、回転ディスクの表面、または固定された、または運動する表面上に薄い層として存在する。
書込まれない状態を図２６Ａに示す。
【００５４】
メモリを書込まれた状態にするためには、ヘッドチップ２６００を絶縁体２６１０の面の上に、または面に位置決めする。データのビットを書込むことを望む時には、チップと記憶素子２６２０との間にバイアス電圧を印加する。バイアス電圧は、記憶素子として電子または正孔２６３０の形状で電荷を蓄積する。より高い、またはより低いバイアス電圧を使用することによってアナログ情報を蓄積することが可能である。
【００５５】
蓄積された情報を読取るためには、チップは、書込みと同じ技法で表面上を通過する。エレクトロニクスは、読取りモードにされる。読取りエレクトロニクスは、電子または正孔を放電させて情報を感知する。次いで、その後の再書込みで情報が再蓄積される。
【００５６】
この技術の欠陥は、毎読取りの後に情報を再書込みを必要とすることである。
メモリ技術３
図２５に示すこの技術の場合、例示基体表面はシリコン（Ｓ）２４５０であり、記憶素子は窒化シリコン（Ｎ）２５１０のような薄い材料上に蓄積された電子または電子空乏（正孔）２５３０である。トップ層材料の下は、二酸化シリコン（Ｏ）２５５０のようなトンネリング絶縁体である。トンネリング絶縁体は、もししきい値バイアスを越えれば導電性になる材料の薄い層である。これを、ＮＯＳ構造と称する。
【００５７】
更に、この構造の性能を改善するために、幾つかの技術の１つが使用されている。１つの形状では、基体２５４０内に一連のトレンチが形成され、トレンチの表面上にＮＯまたはＯＮＯ構造が形成されている。これは、媒体の書込まれた領域と書込なれていない領域との間の容量（蓄積された電荷）に大きい変化をもたらす大きいファクタによって、構造の実効容量を増加させる効果を有している。更に、予め形成されたトレンチの構造は、トラッキングサーボメカニズムのための案内として役立つ。
【００５８】
別の形状では、ＮＯ領域Ｎ  ２５１０及びＯ  ２５５０を離散した島にエッチングするために、処理技術が使用されている。別の技術では、島を形成することに加えて、島の間の領域内に付加的なドーピングを注入する。これら両技術は、より小さいビットを形成可能にする効果を有している。
書込まれていない状態を図２５Ａに示す。
【００５９】
メモリ内に書込まれていない状態を得るために、ヘッドチップ２５００は、２５２０において絶縁体２５１０の面の上に、または面に位置決めする。データのビットを書込むことを望む時には、チップ２５００と基体２５４０との間にあるしきい値を越えるバイアス電圧を印加し、記憶素子２５３０を発生させる。電子は基体材料へ／基体材料からトンネルし、絶縁体２５１０上に記憶素子として電子または正孔の形状で電荷を蓄積する。より高い、またはより低いバイアス電圧を使用することによってアナログ情報を蓄積することが可能である。
【００６０】
一実施の形態では、蓄積された情報を読取るためには、チップは共振モードで動作するカンチレバー上で動作する。チップが蓄積された電荷の領域上を通過すると、チップ電位及び電荷電位に基づいて、チップと蓄積された電荷との間に力が加えられ、カンチレバーの位相を変更する。
【００６１】
代替実施の形態では、チップは、書込みと同じ技法で表面上を通過する。エレクトロニクスは、読取りモードにされる。電荷の存在が、基体２５４０内に空乏層を形成し、基体と表面との間の領域の相対容量を実効的に変化させる。書込まれた状態と書込まれていない状態の容量の差を感知する読取り技術を使用することができる。
メモリ技術４
この技術は、図１８及び１９に示されている。この技術の場合、例示基体表面はシリコン（Ｓ）１８７０及び１９７０であり、記憶素子は窒化シリコン（Ｎ）１８１０及び１９１０のような薄い材料上に蓄積された電子または電子空乏（正孔）１８３０及び１９３０である。トップ層材料の下は、二酸化シリコン（Ｏ）１８４０及び１９４０のようなトンネリング絶縁体である。トンネリング絶縁体は、もししきい値バイアスを越えれば導電性になる材料の薄い層である。これを、ＮＯＳ構造と称する。更に、基体のトップ層内には、（バルク基体とは）逆にドープされた領域が形成されている。電極１８０５及び１８１５が、電荷が蓄積される領域の両側の２つの場所内のこのドープされた領域への接点を形成するように配置されている。その結果、ＮＯの下に能動ゲート領域が形成される。
書込まれていない状態を図１９Ａに示す。
【００６２】
メモリ内に書込まれた状態を発生させるためには、ヘッドチップ１８００／１９００を絶縁体１８２０／１９２０の面の上に、または面に位置決めする。データのビットを書込むことを望む時には、チップ１８００／１９００と基体１８７０／１９７０との間にあるしきい値を越えるバイアス電圧を印加し、１８２０／１９２０の下に記憶素子を発生させる。電子は基体材料１９７０へ／基体材料１９７０からトンネルし、絶縁体１９１０上に記憶素子として電子または正孔の形状で電荷を蓄積する。より高い、またはより低いバイアス電圧を使用することによってアナログ情報を蓄積することが可能である。
【００６３】
蓄積された情報を読取るためには、チップは書込みと同じ技法で表面上を通過させる。読取りモードでは、チップはあるバイアス電圧にセットされる。電位が２つの電極間に印加される。蓄積された電荷１８３０／１９３０の存在が、ドープされた領域内に空乏層を形成する。読取りモードバイアスの存在が、誘起されたフィールドに加わり、ドープされた領域１８６０／１９６０内に反転領域を形成するのに十分にフィールドを高める。反転領域の存在は、チップにより誘起されたフィールドが存在しない場合に発生するよりも大きい電流を、電極１８０５と１８１５との間に流させる。
【００６４】
これは、この型のメモリデバイスのために必要なエレクトロニクスを大幅に簡易化する。
【００６５】
この技術の代替実施の形態では、ドープされた領域は、複数のセットの２つの電極の間の狭いチャネル内に形成される。複数のセットの狭いチャネルの存在により、電極を選択することによって、読取るべき、または書込むべき領域がどれかを選択する能力が与えられる。
【００６６】
一実施の形態では、先行図面（例えば、図１８及び１９）に示したものと類似の層を堆積させる（但し、基体は、ビットが媒体内に蓄積されない位置に多くのウェル（または、ピット）を有するように変更されている）ことによって、分子メモリ媒体（蓄積媒体）を発生させている。例えば、図４６には、所定の間隔でウェル（または、ピット）４６００を有する基体が示されている。次いで、基体は、先行図面に示したものと類似のドープされた領域及びいろいろな絶縁体で被膜される（層４６１０）。ウェルは、各正孔に蓄積される電荷のために増加した容量を有する構造を与え、従って、増加した電荷保持、及び書込まれたデータビットの容易な検出を可能にする。一実施の形態では、ウェル（または、ピット）は、付加的な層４６１０を堆積させる前に、基体の表面から基体内にパターン化（または、それ以外に形成）される。別の実施の形態では、ウェルは、基体材料から作られたハネカム状の形状である。次いで、層４６１０をハネカム形状の上に堆積させる。
メモリ技術５
代替媒体実施の形態では、媒体は、量子ドットを形成している構造からなる。これらは、複数量子ウェル（ＭＱＷ）技術を使用して形成することができる。媒体は、捕捉された量子ウェル領域内の電子状態エネルギを変化させるのに十分な電圧パルスを印加することによって書込まれる。
メモリ技術６
この技術では、メモリ基体はシリコン（Ｓｉ）のような材料からなる。基体は、隣接する層内の原子または分子の層（記憶素子）と２つまたはそれ以上の結合インタフェース状態の特性を有している。
【００６７】
この技術は、前述した応用のメモリ技術６に類似しているが、記憶素子の読取り及び書込み方法に幾つかの相違がある。
【００６８】
メモリ内に書込まれた状態を発生させるためには、ヘッドチップ１９００を記憶素子層の面の上に、または面に位置決めする。データのビットを書込むことを望む時には、記憶素子層に対してチップを、チップ速度に対するあるレートＴＶで横方向に運動させる。同時に、記憶素子を運動させるのに十分な振幅の周期的に変動するバイアス電圧（ＶＢＦ）を印加する。変動するバイアスは、選択された媒体材料のエネルギレベルに整合させる。所望の状態の１つにおける基体・記憶素子結合の結合中心が、ＤＢＣＳ１（距離結合中心状態１）である。
【００６９】
ＶＢＦは、ＴＶ／ＤＢＣＳ１の調波関係にある周波数である。（代替として、ＴＶは、ＶＢＦ対媒体の格子構造に整合させることができる。）ある位相関係を加えて記憶素子を持ち上げ、次いでその状態に対応付けられた最小結合用バリヤーエネルギウェル内に落ち込ませるように、そしてそれによりその状態を有する構造を形成するように、結合中心に対して力を正しく加えることができる。これは、１つのビット状態Ｂ０（ビット値０）のビットを形成させる。
【００７０】
異なる周波数及び位相を有するＶＢＦが印加される。但し、ＶＢＦはＴＶ／ＤＢＣＳ２の調波関係にある周波数であり、ＤＢＣＳ２（距離結合中心状態２）は別の安定状態ビット値１（Ｂ１）である。もし２つより多くの安定状態が存在すれば、記憶素子は１ディジットビットより多くを保持することができる。
【００７１】
メモリを読取るためには、幾つかの読取り形状の何れかを使用してチップに表面上を通過させ、記憶素子の位置を指示する電流またはトポロジカル情報の何れかを読み戻させる。データＢを指示する信号は何等かの形状のフィルタへ印加され、フィルタは記憶素子の各状態の特性周波数の間を弁別する。例えば、２状態システムでは、２つの状態の特性周波数の間にカットオフ周波数を有するローパスフィルタ、それに続く積分器及びコンパレータが１つの状態に対して１つの電圧（ビット）を出力し、別の状態に対して別の電圧を出力する。それら自体の積分器及びコンパレータを各々が有している２つのバンドパスフィルタを使用すると、有効データ状態及び無効データ状態を指示するようになる。
メモリ技術７
図４８及び４９に示すこの技術の場合、例示基体表面はシリコン（Ｓ）４８７０であり、記憶素子は二酸化シリコン（Ｏ）４８４０、及び基体のトップ層（逆にドープされた領域４８６０）のような薄い材料の絶縁体上に蓄積された電子及び電子空乏（正孔）の組合わせである。薄い材料の絶縁体または逆にドープされた領域の何れかは電子を蓄積することができ、また他方は正孔を蓄積することができ、または基体に対するチップの極性に依存してその逆に蓄積することができる。電荷電極４８０５及び４８１５が、電荷が蓄積される領域の両側の２つの場所内のこのドープされた領域への接点を形成するように配置されている。その結果、酸化物の下に能動ゲート領域が形成される。
書込まれていない状態を図４９Ａに示す。
【００７２】
メモリ内に書込まれた状態を発生させるために、ヘッドチップ４８００を絶縁体４８２０の面の上に、または面に位置決めする。データのビットを書込むことを望む時には、チップ４８００と記憶素子４８２０との間にあるしきい値を越えるバイアス電圧を印加する。電子は基体材料４８７０へ／基体材料４８７０からトンネルし、絶縁体４８４０及び４８３０における逆にドープされた領域４８６０上に記憶素子として電子または正孔の形状で電荷を蓄積する。より高い、またはより低いバイアス電圧を使用することによってアナログ情報を蓄積することが可能である。
【００７３】
蓄積された情報を読取るためには、チップを書込みと同じ技法で表面上を通過させる。読取りモードでは、チップはあるバイアス電圧にセットされる。電位は２つの電極間に印加される。４８３０に蓄積された電荷の存在が、ドープされた領域４８６０内に空乏層を形成する。読取りモードバイアスの存在が誘起されたフィールドに加わり、ドープされた領域４８６０内に反転領域を形成するのに十分にフィールドを高める。反転領域の存在は、チップにより誘起されたフィールドが存在しない場合に発生するよりも大きい電流を、電極４８０５と４８１５との間に流させる。これは、この型のメモリデバイスのために必要なエレクトロニクスを大幅に簡易化する。
【００７４】
この技術の代替実施の形態では、ドープされた領域は、複数のセットの２つの電極の間の狭いチャネル内に形成される。複数のセットの狭いチャネルの存在により、電極を選択することによって、読取るべき、または書込むべき領域がどれかを選択する能力が与えられる。この技術は、消去時間が典型的には遙かに速く、また極めて薄い単一の材料であり、従ってトンネリングを遂行させるために必要な電位を低い電圧にすることができるので、プログラミング電圧を遙かに低くできることが、技術５よりも有利な点である。
メモリ技術８
メモリ媒体は、強磁性薄膜層からなる。Ｚカンチレバーのチップは、強磁性材料のチップ領域からなり、このチップ領域は非磁性の硬いバッファ材料（典型的には窒化シリコンのような硬い絶縁体である）によって取り囲むことができる。この装置は、パルス化された磁場内に配置される。
【００７５】
ビットを書込むためには、チップを媒体に接近させてから磁場をパルス化させる。ビットを読取るためには、共振周波数で振動させながらチップを媒体に接近させる。書込みビットによってもたらされる磁気吸引力または反撥力が共振周波数を変化させ、振動の位相がシフトする。
ドライブ装置１
図３０は、本発明による分子アレー読出し及び又は書込みエンジン（ＭＡＲＥ）メモリー集積回路のアレーの１つのセルの１つの実施形態を示す。ＭＡＲＥデバイスの上に置かれる媒体自体は示されていない。外部電子装置はＩ／Ｏパッド（図示せず）を介してインターフェースで連結する。これらのパッドは、アナグロ情報とディジタル情報の両方をＭＡＲＥに／ＭＡＲＥから通す。この情報は、書き込まれるべきデータ及びメモリーから読み出されるデータ、アクチュエータのための位置情報、アクチュエータからの位置フィドバック情報を含む。セルは、対のＸアクチュエータ３２００及び３２１０、Ｙアクチュエータ３２２０及び３２３０、接続用リード線３２４０、３２５０、３２６０、３２７０、及びプラットホーム３３００を含み、該は、カンチレバー付のＺアクチュエータ、微細チップ付のヘッド、位置センサー、読出し／書込みコイル３４００、３４１０、３４２０、３４４０、３４５０、３４６０、３４７０、３４８０、３４９０、３５００、３５１０、ナブアセンブリー３６００、３６１０、３６２０、３６３０、３６４０、３６５０、３６６０、３６７０からなる１２組のアセンブリーからなる。Ｘ形状（例えば、３６７１）のパターンはプラットホームに設けられた穴であり、この穴により、エッチング用腐蝕液をプラットホームの下に流れさせ、プラットホームをより急速に離れさせる。
【００７６】
カンチレバー付のＺアクチュエータ、微細チップ付のヘッド、位置センサー、及び読出し／書込みコイルを図３１、３２、及び３３に詳細に示す。スプリング及びアクチュエータアセンブリーは、パターンをなした高導電性の薄いフィルム（典型的には、アルミニウム、他の材料（例えば、銅）の多層フィルムが満足であり、絶縁体（典型的には、二酸化シリコン）を層の間に設ける）である。Ｚ運動（プラットホームの表面の平面の及びその外の）は静電力によって行われる。２組の非可動フィンガー４０２０及び４０３０の間に組み合わされた２組の可動フィンガー４０００及び４０１０がある。可動フィンガーは互いに機械的に結ばれ、カンチレバー４０９０に結ばれ、そして一対の電気的に隔絶されたトーションバー４０４０及び４０５０に機械的に結合される。トーションバーを横切り、且つトーションバー４０４０から電気的に隔絶された導体プレート４０５５が、トーションバー４０５０でもあるＺドライブ導体に電気的に接続されている。トーションバーは、点４０６０及び４０７０で機械的にクランプされている。カンチレバー４０９０はトーションバー４０４０及び先端領域４１００に電気的に接続されている。フィンガー４０００及び４０１０、トーションバー４０４０及び４０５０、導体プレート４０５５、カンチレバー４０９０、及び先端たょ宇域４１００からなる可動アセンブリーは、点４０６０、４０７０間で回転してトーションバー４０４０及び４０５０を捩じるシーソーアセンブリーを形成する。
【００７７】
フィンガーアセンブリーの横断面を図１３に示す。可動フィンガーの導電性部分は絶縁体１３２０の頂にある導体１３００である。固定導体は１３１０である。静電電位が導体１３００と１３１０との間に加えられる。引力が、図１３のフィンガー１３３０、図３２のフィンガー４０１０を下方に引く。支点の他の側では反対の配列が構成されている。持ち上げられた導体は固定導体フィンガーであり、下げられた導体は可動導体である。これは、フィンガー４０００に作用する持ち上げ力を形成する作用を生じさせる。ネット効果は２つの力であり、１つはトーションバーの４０１０側に作用する下向きの力であり、もう１つはトーションバーによって形成された支点の４０００側に作用する上向きの力である。この運動は典型的には、１ミクロンの何分の１である。この動きはカンチレバー４０９０によって増幅されて、典型的には、５−１０ミクロンの先端４１００運動を形成する。先端領域４１００（図３１を参照、図３３に拡大）はコイル４１１０で囲まれる。先端領域はＣｏ（Ｃｏｂａｌｔ）のような磁性材料でコートされ、磁性材料の追加の厚さが、先端４１２０に隣接した領域に加えられる。先端領域の、コイルの平面での及びその外の運動はコイルに電流を誘導し、この電流は、先端の位置、先端の表面への接近、及び先端の下の磁区の強さ及び方向を感知するのに使用することができる。加えて、外部からコイルに加えられる電流は、磁界を作り、この磁界は先端領域に集中磁界を誘導する。外部バイアス磁界もコイルの小さい磁界を増強するために加えられる。集中磁界は、媒体の磁区の近くにあるとき、磁区の磁界の方向を書込み磁界の方向と整列させ、媒体の点保磁力に打ち勝つ。
【００７８】
図３２のアクチュエータを再び参照すると、アクチュエータは他の実施形態に比していくつかの利点を有する。アクチュエータは、２つの材料、即ち導体、典型的にはアルミニウム又はポリ−シリコン及び絶縁体、典型的には、シリコン酸化物から作ることができる。その工程は、頂金属層がマスクを形成する点で事故整列である。引き続く異方性酸化エッチが可動部分の間の不必要なブリッジを除去する。通常、このアクチュエータはシリコン基板の上に形成される。
【００７９】
図１０のアクチュエータに比してこのアクチュエータの他の顕著な利点は、フィンガーの、Ｚ平面での上下の移動か、図１０におけるように、上プレート１５００と下ブレート１５１０との接触によって制限されないことである。他の利点は、上導体と下導体との間に接触がないことであり、この接触は、図１０の場合には、プレートを短絡させ、引力の電位を除去し、プレート及び関連した電子装置を潜在的に損傷させてしまう。
【００８０】
微小機械的デバイスの典型的な問題は、付着（ステックション）である。構成部品が一旦触れると、構成部品は、該部品を離すのに不釣り合いに大きな力を必要とする傾向がある。図３２の実施形態では、フィンガーが移動の終りでも触れないから、付着は問題ではない。
【００８１】
Ｘアクチュエータ及びＹアクチュエータを平面図の図３４Ａに、また横断面の図３４Ｂに詳細に示す。各アーム４２００は３つのプロング４２１０、４２２０、４２３０からなる。端プロング４２１０、４２３０は各々、任意の底誘電ＯＸ１  ４３００（図３４Ｂ参照）、導体Ｍ１  ４３１０、誘電ＯＸ２  ４３２０、導体Ｍ２  ４３３０、及び任意の頂誘電ＯＸ３  ４３４０の積層物で作られている。追加の誘電体をＺ平面における剛さを増すかめに加えても良く、これはフィルムの応力によるアクチュエータの曲がりを減ずるのを助ける。
【００８２】
導体の極性は、Ｍ１及びＭ２について中央プロング４２２０で逆にされる。電圧電位が２つの導体にくわえられるとき、静電力が引き起こされ、端プロングを中央プロングに引き寄せる。作動が増すと、隙間（プロング間の）は小さくなる（例えば、４２０１、４２０２）。一緒に作用するプロングの全ては、アクチュエータを圧縮させせて隙間を全て減ずる傾向がある力を発生させる。加えて、互いにある角度で及び作動軸線とある角度で整列されたアームは、反対の軸線でバネ定数を低くする。
【００８３】
Ｘアクチュエータ３２００及び３２１０及びＹアクチュエータ３２２０及び３２３０（例えば、図３０）の対の各々のうちの、対の一方は、他方が作動されているときには、通常は、作動されない。例えば、３２００はプラットホームを左に引き、３２１０はプラットホームを右に引き、３２２０は上方に引き、３２３０は下方に引く。しかしながら、加えて、対のうちの通常オフのアクチュエータはブレーキとして作用するように作動され、かくして、減速性能を改善する。
【００８４】
各プラットホームはまた１組のナブアセンブリー３６００、３６１０、３６２０、３６３０、３６４０、３６５０、３６６０、及び３６７０を含む。ナブは、典型的には、カンチレバーの先端と同じ形態の１つ又はそれ以上の鋭い先端のアレーからなるプラットホームである。媒体表面がＭＡＲＥの上に置かれるとき、プラットホームが、これを媒体表面に向かって曲げるどんな曲がりでも有していれば、ナブの先端は媒体表面に触れ、かくして、プラットホームを媒体に対して一定距離に保つ。先端の大変小さい表面積はプラットホームと媒体との間の摩擦を減じる。
【００８５】
カンチレバー付の上記のＺアクチュエータ及び微細な先端付のヘッドと同様の別の媒体導体アセンブリー３１００は、媒体との物理的及び電気的接触を電気的に制御するための手段を提供する。入力パッドに高い十分な値の制御電圧が与えられるとき、先端は、媒体に向かって適所へ持ち上げられ、別の入力パッドによる媒体との電気接続が達成される。パッドに電圧が加えられないときには、Ｚアクチュエータはオフ位置のままであり、媒体は、安全手段として媒体バイアス電圧から電気的に隔絶される。これは、電気接続を必要とする媒体にのみ適用する。１つ以上のアクチュエータが、バックアップとして、或いは媒体における電流の流れをより均一にするために実行される。変形例として、媒体との電気接続は、媒体ウエハの後側に結合することによって行われても良い。
【００８６】
上記のこれらのセルの各々は、ドライブの能力を増すために、一体にされてセルのアレーになる。最も簡単な形態では、各セルを個々にアドレスさせ或いは縦横セレクターによってアドレスさせるために、各セルにダイオードが置かれる。変形形態では、各セルの近くにインターフェース電子装置を埋め込む。
変形形態のドライブ装置２
図３５は、Ｘ及びＹアクチュエータのために修正された静電コームドライブをりようするプラットホームのアレーを備えたＭＡＲＥデバイスき実施形態を示す。このアクチュエータは、ドライブ装置１と等しく、違いはＸ、Ｙアクチュエータのタイプである。図３５Ｂ及び３５Ｃはこのアクチュエータを詳細に示す。アクチュエータは、固定コーム４６００、可動コーム４６１０、コームとの撓みロッドカップラー４６２５、カップリング撓みロッド４６２０、カップリングバー４６３０及び４６４０、細い撓みロッド４６５０、４６５５、４６６０、４６６５、４６７０、４６７５、４６８０、４６８５、及び固定ホルダー４６９０及び４７００からなる。
【００８７】
電圧が入力部４７１０と４７２０との間に加えられるとき、電圧は、導体によって、細い撓みロッド及びカップリングバーを通して可動コームに運ばれるので、電圧は２つのコームの間に現れる。図３５Ｃには、コームのフィンガーの詳細が示されている。これらのフィンガーは通常のコームドライブとは異なる構成を採用している。各フィンガーにノッチを採用することによって、コームの表面積を増大させる（図３５Ｃの実施形態では、ほぼ、２の増大ファクターが起こり、幾何学形状及び寸法を変える事によって他の増大ファクターを実現することができる）、かくして、表面積の増大に匹敵する量だけ静電力を増大させる。
【００８８】
ノッチに面するノッチ及びバーに面するノッチからの隙間距離の違いによって生ずる非線形効果を誘発させるためにノッチの位置がジグザグにされる。静電力はコームを一緒に引く。力は細い撓みロッドによってカップリングバー４６３０及び４６４０に伝えられ、カップリングバーは可動コームの約１／２の措置度で移動する。この構造はＹ軸に大きな剛性を有し、かくして、コームフィンガーがＹ軸に移動し且つ触れるのを防止する。加えて、細い撓みロッド及びカップリングバーのばね作用はコーム及びカッブリング撓みロッドをそのもとの位置へ戻す。作動運動は４６２５からカップリング撓みロッド４６２０に伝えられ、カップリッグ撓みロッドの端はプラットホームに取り付けられる。この撓みロッドは、プラットホームをＹ軸に移動させるとき、Ｙ軸で曲がることができるように設計されている。
【００８９】
ここに記載したノッチ技術のうちの任意のものを、ここに記載した静電デバイス及びドライバーのいずれかによって利用してもよい。
変形態様のドライブ装置３
図３６は、Ｘ、Ｙアクチュエータのためにキャパシタンスセンサー付のサーマルドライブを利用するプラットホームのアレーを備えたＭＡＲＥデバイスの実施形態を示す。この装置はドライブ１と同様であって、１つの違いはＸ、Ｙアクチュエータのタイプである。図３６Ｂ及び３６Ｃはこのアクチュエータを詳細に示す。アクチュエータは４組のサーマルアクチュエータ５０００、５０１０、５０２０、５０３０、キャパシタンスセンサー５０４０の固定コーム部分、接続ブロック５０６０、可撓性カップリッグロッド５０７０、及び固定ブロック５０８０及び５０９０からなる。
【００９０】
サーマルアクチュエータの１つの実施形態の横断面を図３６Ｃに示す。サーマルアクチュエータは、任意の誘電体５２００、５２０５、金属１  ５２１０、５２１５、誘電体５２２０、５２２５、任意の金属２  ５２３０、５２３５、及び任意の誘電体５２４０、５２４５からなる。ブロック５２６０の総合サーマル特性は、ブロックがブロック５２７０よりも冷えたままであり、従って、ブロック５２７０が５２６０よりも膨張する様な特性である。その結果、組み合わされた郡は図３６Ｂにおいて左の方に押す。４つのアクチュエータを並列に又は直列に電気的に作動するすることができる。それらの総合力は、可動コームセンサー５０５０、接続ブロック５０６０、及びカップリッグロッド５０７０を左の方に押す。ロッド５０７０の端に取り付けられたプラットホーム（図示せず）は左に引かれることになる。可動コーム５０５０がコーム５０４０の内側の隙間を減ずると、アセンブリーのキャパシタンスは増大することになる。このキャパシタンスを使用してアクチュエータの位置を検知することができる。
変形態様のドライブ装置４
図１は本発明による分子アレー読出し／書込みエンジン（ＭＡＲＥ）メモリー集積回路の１つの実施形態を示す。外部電子装置がＩ／Ｏパッド１０を介してスンターフェースする。これらのパッドは、アナグロ情報とディジタル情報の両方をＭＡＲＥに／ＭＡＲＥから通す。この情報は、書き込まれるべきデータ及びメモリーから読み出されるデータ、アクチュエータのための位置情報、状態エンジンのための制御情報を含む。入力パッド２０は、論理回路Ｏが、パッドから３−状態２方向緩衝増幅器５０を介してプラットホームアセンブリー４０に情報の伝達を可能にするときに入力可能である。入力パッド３０は、論理回路Ｏが、プラットホームーアセンブリー４０から３−状態２方向緩衝増幅器５０を介してＩ／Ｏパッド１０に情報の伝達を可能にするときに出力可能である。
【００９１】
クロックリセットされた入力パッド６０は、アセンブリー７０によって緩衝される３−状態及びリセット信号をプラットホームの各々に伝達する。Ｘ−Ｙアクチュエータのための別の制御信号を入力パッド（図１に図示せず）を介して任意に供給してもよい。電力が、＋のためにバッド８０、−のためにパッド９０を介して加えられる。Ｚアクチュエータと同様な別の一対の媒体接触子アセンブリー１００が媒体との物理的及び電気的接触を電気的に制御するための手段を提供する。入力パッド１１０及び１２０は、接触子を媒体に向かう位置へ持ち上げる制御電圧とパッド１２０を経て媒体との電気接続へ持ち上げる制御電圧の両方を提供する。電力がこれらのパッドに加えられないときには、媒体は、安全手段として媒体バイアス電圧から電気的に隔絶される。
【００９２】
データ、制御及び電力情報は、図２に詳細に示すプラットホームアセンブリー４０に運ばれる。スプリング及びアクチュエータアセンブリーは、絶縁体（典型的には二酸化シリコン）を層の間に設けた、パターンをなした高導電性の薄いフィルム（典型的には、アルミニウム）の多層フィルムである。典型的には、少なくとも２つの導電層があり、一方の層は電力（＋又は−）又はクロックリセットを提供し、他方の層は制御及びデータを提供する。フィルムの任意の２つの層の間に電位差が存在するときには、静電力が、発生した静電力線ち対する方向に及ぼされる。この力により、スプリングアクチュエータを膨張させるか収縮させるかする。この膨張又は収縮を使用して、４つのスプリングアセンブリーの間に懸架された中央プラットホーム２１０を移動させる。各スプリングは又、膨張／収縮作動と直角な方向にコンプライアンスを具体化し、中央プラットホームをＸ軸とＹ軸の両方に自由に移動させる。アクチュエータによって発生される運動は典型的には−５０乃至＋５０ミクロンの移動を制御できる。
【００９３】
別の実施例では、第３の層がＸ−Ｙ静電制御電圧を運ぶために使用される層を例示する。第３層が他の電子素子からの電気絶縁の利点を有する。代表的なＣＭＯＳデバイスは、最大１５まで動作する。熱酸化物の破壊電圧は、通常６００Ｖ／ミクロンである。第３層の金属は、通常、１ミクロンの酸化物スペーシングを有する。従って、最大３００Ｖまでの制御電圧（従って適当なマージン付きの）を、この別の層に加えることができる。静電力は、電圧の２乗により増大するのでより高い電圧が明確な利点となる。
【００９４】
別の実施例では、アクチュエータが、ヒータ（通常ポリシリコン抵抗器）と、異なる膨張係数を有する２つの材料とから成るサーマルバイモルフであって、一方の側に１つの材料を他方の側に第２の材料をパターン化させ（図１２及び図１５の断面図参照）、それにより、ヒータに電流を加えることによりバイモルフの温度を上昇させ、バイモルフに膨張又は圧縮を引き起こすようになっている。ヒータは通常ポリシリコンで形成される。導体及び高い膨張係数を有する材料１５２０及び１５３０は、通常アルミニウムである。アセンブリは、通常、酸化物１５１０で包まれている。加熱により、図１２のエンド１２５０は、左へ移動する。サーマルバイモルフは、より低い電圧で動作するという利点を有する。それは、高い電力消費、遅い応答（熱の伝導対流に起因する）及び大きなドリフトという欠点を有する。
別の実施例では、スプリング／アクチュエータが電磁気的に制御される。
別の実施例では、スプリング／アクチュエータが形状記憶合金デバイスにより制御される。
【００９５】
実施例のすべてが、プラットホームの周りに円形に通常１２０度の間隔で配置された４つのアクチュエータ／スプリングアセンブリの代わりに３つのアクチュエータ／スプリングアセンブリを使用してもよい。、
プラットホームアセンブリの上に、制御及び状態エンジン電子素子２２０及び１つ以上のＺアクチュエータチップアセンブリ２３０（この場合８つのアセンブリ）が配置されてもよい。Ｚアクチュエータ／チップアセンブリが図４に示されている。これらのアセンブリは、静電アクチュエータ３００、電気絶縁されたチップアセンブリ、１つ又は複数のブリッチ３２０で成る。アクチュエータ３００は、通常ドープされた井戸又はポリシリコンで（二重ポリ処理で）製造される下部電極３３０と、通常ポリシリコンで製造される上部電極３４０から成る。
【００９６】
電極３４０と３３０の間及びチップアセンブリの下の酸化物を除去する後処理の後、上部電極、チップ及びブリッジが点３５０に固定された下部基体の上で浮遊する。通常パッシベーションガラスで形成されるブリッジ３２０が、アクチュエータをチップアセンブリに結合する。電極３３０及び３４０に電位が加えられると、静電的な斥力が上部電極を上方へ押し上げる。チップアセンブリも、ブリッジを介して同様に上方へ持ち上げられる。
【００９７】
アクチュエータのエッジを越えてチップを延長することにより、チップが、その延長がアクチュエータに比べて何倍長いかにほぼ基づく高さ因子に乗じた分だけ持ち上げられる。静電力は、ギャップの２乗に逆比例して減少するので、この持ち上げ力は、チップに大きな移動を与えるのに必要とされる。
【００９８】
オルタネート実施例では、静電アクチュエータ及び／又はチップアセンブリは、スペースを維持するために折り重ねられる。
別の実施例では、Ｚアクチュエータにサーマルバイモルフが形成される。
別の実施例では、Ｚアクチュエータは、電磁気的制御される。
別の実施例では、Ｚアクチュエータは、形状記憶合金デバイスにより制御される。
チップ領域は、製造後、メディアとの相互作用のために読み／書き及びセンス領域として有用な十分小さな曲率半径を持つエッジを有してもよい。更なる補強として、フォーカスされたイオンビーム（ＦＩＢ）付着マシンが使用されて制御された微細なチップ材料、通常、タングステン又はプラチナを付着させて、１０ナノメートルのレンジの曲率半径を持つチップ領域を設けてもよい。
【００９９】
ＦＩＢマシンは、チップ領域を形成するように付着された材料を粉砕するために使用されてもよい。加えて、これらのマシンは、得られたチップをその後分析して適正なチップ製造を確保するために使用されてもよい。これとは別に、チップが開口を介してチップ材料をスパッタリングすることにより精製され、微細チップ領域を形成してもよい。これとば別に、チップば、チップ領域の上方で開口を介してエッチングすることにより精製されてもよい。
【０１００】
オルタネートＺアクチュエータ／チップアセンブリでは、通常＜１００＞配向シリコンから作られる付加的な圧電抵抗器がアクチュエータに挿入される。この抵抗器は、アクチュエータの曲げにより生じるストレスに応じて抵抗を変化させる（例えば、図４７参照）。これは、通常、動作中に増幅されてリードバックされる。この情報は、アクチュエータの高さを検出するために使用できる。
【０１０１】
オルタネート実施例では、チップをＡＦＭモードで動作させてもよい。このモードにおいて、チップがメディア表面上で共振モードとなるように設定されてもよい。共振モードは、最小発振制御電圧振幅に対する移動の最大振幅により表される。チップがその表面に近づくと、チップに接続されたリードバック発振高さ検出増幅器５０１０からわずかな位相シフトが生じる。
【０１０２】
オルタネートＺアクチュエータ／チップアセンブリが図１０に示されている。このデバイスは、選択的にＺ軸について容量位置センサ（図示されていないが図９に示されたものと同じである）を含んでもよい。Ｚ方向移動（図から紙面の内外へ）が静電力により実行される。固定プレート１５１０の上方には移動グリッド１５００が設けられている。移動グリッドは、機械的に相互に結合され、フローティングトーションバーに接続され、そのフローティングトーションバーは、別個の電気絶縁されたトーションバー１５２０及び１５３０と、それらのトーションバーと交差し且つチップトーションバーから電気絶縁されているブリッジ１５４０とから成っている。
【０１０３】
トーションバーは、点１５５０及び１５６０において機械的にクランプされている。最後に、レバー１５７０がトーションバー１５３０とチップ領域１５８０に電気的に接続されている。グリッド１５００、トーションバー１５２０及び１５３０、ブリッジ１５４０、レバー１５７０及びチップ１５８０が、トーションバー１５２０及び１５３０により形成されたＹ軸のまわりに回転するシーソーアセンブリを形成する。導電体１５００及び１５１０の間に静電電位が加えられる。引力がグリッド１５００を下方へ引張る。支点（図示せず）の左側に上昇力を与えるために支点の他の側に逆の構成が設けられてもよい。正味の効果は、１つ又は２つの力、すなわち、一方が図１０の右側に下方への力、他方がトーションバーにより形成された支点の左側に選択的な上方への力である。この移動は、通常，
１ミクロンの数分の一である。この移動は、レバー１５７０により増幅されチップ１５８０の移動を通常数ミクロンにする。
【０１０４】
このアクチュエータは、図９のアクチュエータの上にＺ軸に沿ったＺ力を極近接し且つより良く配列することにより面積当たりの力がより大きくなるという利点を有する。
オルタネートドライブ装置５
図３８及び３９は、Ｘ、Ｙ及びＺアクチュエータのためのサーマルドライブ及び別の移動メディアを利用するプラットフォームのアレイを有するメモリデバイスの実施例を示す。図３８は、Ｚアクチュエータ、Ｚ位置センサ、カンチレバー及びチップを有するプラットフォームを示す。図３９は、図３８と同様に移動するメディアプラットフォームを示す。図３９は、通常の動作において図３８上に配置されたものである。この装置は、ドライブ装置１と同じであるが、Ｘ、Ｙ及びＺアクチュエータのタイプである点が異なる。図３８は、図３９のように固定メディア又は移動メディアのいずれかとともに使用されてもよい。Ｘ及びＹのアクチュエータは、容量位置センサを除き図３６Ｂ及び図３６Ｃのドライブと同じである。加えて、これらのアクチュエータは、２つのステージに配置され、各ステージは、並列動作する４つのアクチュエータから成り、それにより、ステージ１の位置がステージ２の位置に加わってこのアクチュエータの移動が２倍になる。
【０１０５】
図３８は、Ｘアクチュエータ３８００、３８１０及びＹアクチュエータ３８０５、３８１５から成る。中心エリアの移動プラットフォームはＺアセンブリ３８２０、３８２２、３８２４、３８２６、３８２８、３８３０、３８３２、３８３４、３８３６、３８３８から成る。これらは、図４０に詳細に示されている。Ｚアセンブリは、固定位置３８５０、３８５２、３８５４、３８５６から出て移動プラットフォームに接続している絶縁ワイヤを介して電気的に接続されている。これらのワイヤは、位置３８４０、３８４２、３８４４、３８４６に固定されているチップの組の下を通過してそのチップの組に物理的に接続されている。これらのチップは、選択的溝３９５０、３９５２、３９５４、３９５６を有する対応するプレートに対してベアリングとして働く。これらは、図３８のプラットフォームと図３９のメディアとの間に固定スペースを維持する。プレートの溝は、図３８からのプラットフォームの図３９のメディアとのスペーシングを、与えられたトラックに残す手段として使用され、それによりトラック位置の電子サーボ制御を簡単化してもよい。
【０１０６】
図３９のメディアプラットフォームは、図３８と同じＸ及びＹのアクチュエータを有し、しかしながら、これらは線形の態様で動作される必要がない。それらは、簡単なオンオフ状態で動作されて、各軸について３つの位置の一つ、Ｘ軸について左、中心、右、及び、Ｙ軸について上、中心、下を与えてもよい。これは、図３８のＭＡＲＥデバイスに対するメディアのオフセットを与える。メディアブロック３９２０、３９２２、３９２４、３９２６、３９２８、３９３０、３９３２、３９３４、３９３６、３９３８は、メディア上のチップの位置決めを助けるために規則的に隔置されたマークを含んでもよい。メディアは、固定位置３９４０、３９４２、３９４４、３９４６に固定された絶縁ワイヤの組を介して電気的に接続された基板を有してもよい。
【０１０７】
図４０に示したＺアクチュエータ・アセンブリは、４０３５でベースに固定された片持ち梁ブロック４０００と、尖ったチップ４００５と、チップとの電気的接続４０２５と、ヒータ・エレメント４０２０と、高い熱膨張係数エレメント４０３０と、圧電センサ４０１０と、ピエゾ抵抗熱相殺センサ４０１５とを有する。Ｚアセンブリは、熱膨張エレメント４０３０を加熱するヒータ・エレメント４０２０を介して電流を印加することにより移動する。より低い熱膨張係数を有する、典型的には酸化珪素のような絶縁材料の層は示されていない。加熱の結果、片持ち梁は、入力パワーの全体的に線形移動でＺチップ移動まで曲がって上がる（若しくは下がる）。ピエゾ感応エレメント４０１０は、その抵抗が変換する圧力下に置かれる。
【０１０８】
センサと同じ材料で作られた相殺エレメント４０１５は、圧力に対して直角にエレメントの実質の部分を包含し、従って、移動による抵抗の変化に晒されない。しかしながら、両方のエレメントの抵抗は、加熱エレメントの熱変化によって、温度に比例して変化する。従って、温度による変化は、センサから戻ったデータから除去される。
【０１０９】
この用途を通じて示された各マスクは、デバイスを作るための実際のマスクである。マスクは、ネガである。
【０１１０】
サーボ・ラインは、プラットフォーム（ファイン・チップ）及びメディアの移動を較正する際に利用される。メディア及びプラットフォームを、最初に極大位置まで移動し、感知するようにチップをセットし、次いで、最初のサーボ・ラインがファイン・チップによって読まれるまで、プラットフォーム及びメディアを極大位置から戻すように移動させる。ファイン・チップがサーボ・ラインと交わるので、メディア及びプラットフォームの移動機構に要求される力の総量が計算される。
ＸＹアクチュエータおよびスプリング
種々なアクチュエータおよびスプリング構成を図３および図５から図８に示している。図３において、図２にも示されるように、曲折スプリングは、コンダクタとオプショナルインシュレータとのサンドイッチ構造に形成されている。コンダクタは１つというような少ない数としうる。ある静電電位がコンダクタに加えられるとき、静電反発力により、スプリングのリーフが離れるようにさせられ、スプリングの移動端２９０が固定端２８０から遠ざかるように押される。
【０１１１】
図５は、同様の型のスプリングを示しているが、この場合には、スプリングの各列の長さが同じ長さである点が違っている。固定端は、位置５００であり、移動端は、位置５１０である。これは、スプリングの面積当りのコンプライアンスがより高くなるという点で有利であるが、領域５２０の三角形のスペースが無駄になるという欠点がある。
【０１１２】
図７は、作動運動に対して直角な軸におけるコンプライアンスを相応のものとする最大運動用アクチュエータ／スプリングの一つの実施例を示している。このアクチュエータもまた、交互のコンダクタで形成され、フィンガー７００とフィンガー７１０との間の如く電位が異なる。このアクチュエータは、参照符号７２０で示すところが固定で、端部７１０が移動する。
【０１１３】
図８は、作動運動に対して直角な軸において高いコンプライアンスを有する中間運動用アクチュエータ／スプリングの実施例を示している。このアクチュエータは、Ｚ平面におけるベンディングのスチフネスを最大とするように設計されており、プラットフォームの反対側のもう一つ別の同一のスプリング／アクチュエータと共に使用されるとき、そのプラットフォームのためのＺ平面におけるスチフネスの主軸を形成する。このアクチュエータもまた、交互のコンダクタにて形成され、フィンガー毎（例えば、フィンガー８３０および８４０）に電位が異なる（ポテンシャル１、ポテンシャル２）。構造体８３５を互いに引きつける静電力は、隣接するフィンガーの間の静電力の和である。このアクチュエータは、参照番号８００で示すところが固定であり、端８１０が移動する。
【０１１４】
これらアクチュエータのすべては、オプションとして、ドライバとして、または、アクチュエータの位置を感知する容量型センサとして使用されうる付加的なコンダクタを含みうる。一つの実施例の断面を図１４に例示している。コンダクタ１４００、１４１０および１４２０がインシュレータ１４３０の間にサンドイッチされている。オプションとして、側壁部にもインシュレータを設けることができる。コンダクタ１４００は、１つの電位にセットされる。コンダクタ１４１０、およびオプションとしてコンダクタ１４２０は、異なる電位にセットされる。静電電位により、コンダクタフィンガー１４４０がコンダクタフィンガー１４５０の方へ引かれ、同様に、コンダクタフィンガー１４６０がコンダクタフィンガー１４５０の方へ引かれ、アクチュエータが圧縮される。オプションとして、コンダクタ１４２０または１４１０は、アクチュエータの膨張および収縮時のコンダクタ間の距離の変化による容量の変化を感知することによってアクチュエータの位置を決定するための容量型センサとして使用されうる。
【０１１５】
ここで注目すべき重要なことは、図３、図５および図７におけるアクチュエータにおいては、水平からある角度（これらの場合には３０度）は離れた軸に２つのセットのコンダクタを形成することにより、作動運動の軸に対して直角な軸におけるコンプライアンスが改善される（より低くされる）ということである。
ＸＹＺアクチュエータおよびチップの他の実施例
セルの他の実施例が図１１に示されている。これは、一対のＸアクチュエータ１１００および１１１０、Ｙアクチュエータ１１２０および１１３０、チップ１１４０を有する１２のＺアクチュエータおよびコネクターコンダクタ１１６０−１１９０のセットからなる。領域１１９５は、懸架構造のもとでエッチングして形成される領域である。
他の回転メディア集積回路
ナノチップの他のバージョンは図１７に示されるナノディスクおよびナノドライブデバイスである。ここで、アクチュエータ１７００−１７０３（図１６に示される）のセットは回転メディアナノディスク１７１０の周りに配置されている。各アクチュエータプラットフォームは、図１７における同心円の境界内に示される一組のトラックを動作させる。
【０１１６】
半径方向のポジショナー１６２０および１６３０を動作させることによって、個々のトラックを選択することができる。通常各プラットフォームから６つのチップの１つだけか一回に動作される。ディスクローテーションスピードが極めて遅いシステムでは、回転スピード補償アクチュエータ１６００および１６１０は必要ない。しかし、通常ディスクメディアスピードが、通常の非−移動型メディアスキャンが実行される（０．０３ｍ／ｓｅｃ）通常のスピードよりも極めて大きい（０．１から１ｍ／ｓｅｃ）．
たとえば図１７において、ディスクメディアは直径４ｍｍである。このディスク上の任意のデータのピースのラテンシー（ｌａｔｅｎｃｙ）を最小にするために、回転スピードは、１６ｍｓの最大ラテンシー少なくとも、３６００ｒｐｍすなわち６０ｒｅｖｓ／ｓｅｃでなければならない。最も内側および最も外側の有用なトラックは、半径１．９ｍｍおよび０．３ｍｍである。対応速度は、０．７ｍ／ｓｅｃおよび０．１１ｍ／ｓｅｃである。アクチュエータ１６００および１６１０は速度補償に使用することができるが、この場合には、ディスクの回転と同じ方向にプラットフォームを移動させる力を与えることによって、メディアに対するプラットフォームの相対スピードを減少させるようにする。
【０１１７】
次に、チップは、これまでの適用例で述べたと同じように動作される。あるいは、異なる形式のチップおよびメディアに関して、この適用例で述べた方法において動作される。補償装置が最大のトラベルに到達したとき、チップは、後退し、補償装置は、反対側の端部に移動し、当該プロセスが繰り返される。
他のバージョンでは、等間隔でディスクの周りに配置されるた多数チップアセンブリおよび同じトラックにアクセスするように設計された多数の組のチップがある。これによって、ディスク上の任意に位置へのアクセス時間がｎ分の１まで短縮される。ここでｎは各トラックのためのチップのセットの数である。そうでなければ、回転スピードを、回転スピード補償装置の必要がなくなる点まで遅くする。チップの数も、線速度がハブの付近まで遅くなるのに応じて、ディスクのハブの付近まで少なくすることができる。
行及び列コントローラ及び入／出力を有するアクチュエータアレイを使用する代替の実施の形態
代替の実施の形態が図２９に示される。以下において、行及び列の使用を入れ換えることができる。この実施の形態において、各々単一又は複数のチップを有する２次元アクチュエータアレイが配列される。ラインの対の一方の組を、各行毎の共通接続に接続し、この対の他方を、各行毎の共通ラインに接続するとこにより、各プラットフォーム毎のＸ及びＹコントロールを個別にドライブすることができるように、このアレイを接続することができる。
【０１１８】
代替的に、ドライブエレクトロニクス（駆動電子回路）は、各プラットフォーム毎に集積化することができる。ＭＡＲＥ上のアクティブな電子回路を必要とすることを無くすことは、ＭＡＲＥを製造するための製造工程数を大幅に減少し、従って、製造コスト及び時間を減少する。一つのみの列を、如何なる時にも、ドライブ可能であるが、システム固有の容量と、成分の慣性とにより、各セクションが、多重化（マルチプレックス）されることが可能になる。代替的に、全てのプラットフォームを、Ｘ及びＹコントロールの共通の組に電気的に接続することができるが、各プラットフォームへのフィードバックが可能でないと言う不利があり、従って、精度およびビット密度が減少する。
【０１１９】
列に沿ったアクチュエータのグループは、共通のＺドライブセクション（ＺＤ列）を有する。行に沿ったコントローラの組は、別のＺドライブ接続（ＺＤ行）を与える。ＺＤ列とＺＤ行との間に、大きな作動電圧を加えると、アクチュエータ上で交差する行及び列コントロールのＺアクチュエーションを可能にする。
代替的に、単一の列に沿った全てのアクチュエータが一つの列ドライブ及び全ての行ドライブでイネーブル（利用可能）にされる場合、該当行上の全てのＺアクチュエータがイネーブルにされる。各個別のＺドライブは、異なる高さ制御に適合するために、若干異なる値を有することができる。
【０１２０】
アクチュエータの先端（ｔｉｐ）は、各行に沿った組で、一緒に接続されている。トンネリング又は抵抗モードで使用される時、列に沿った先端の下のデータは、先端と基板との間の抵抗を介して読み出すことができる。それで、一つ列の下の全ての先端が、同時且つ個別に読出又は書込することかできる。
【０１２１】
代替の実施の形態においては、Ｘ及びＹコントロールの組を、複数のバンクに分離することができ、データの複数のブロックへの同時アクセスが可能になる。行及び列構成は、維持することができ、また、各バンク毎に列及び行の追加及び別の組を設けることができる。
【０１２２】
代替の実施の形態において、一つの「列」イネーブルだと、各アクチュエータプラットフォームから一つの先端がイネーブルされるだけであるように、列イネーブルは接続され、このイネーブルは、効果的に多数の先端が同時にアクセスされるように、複数のプフラットフォームに渡って、広がる。この実施の形態の利点は、Ｚアクチュエータが発振ＡＦＭモードで使用され、Ｚカンチレバーが高周波数で振動する場合に、最も顕著になる。このことは、作動されているプラトフォーム毎に一つのみのカンチレバーが振動することを可能にし、カンチレバー間の機械的機構と関連する問題を減少する。
【０１２３】
図１の装置での書込動作の達成
書込動作を達成するために、制御電圧位置決め信号がＩ／Ｏパッド１０又は制御アクチチュエータ制御入力パッドの何れかを通して加えられる。制御電圧は、入力イネーブル２０をイネーブルし、出力イネーブル３０をディセーブル（利用不可能）にすることにより、入力が可能となる。制御電圧の４つ（又は３つ）の組（各スプリング／アクチュエータ毎に一つ）は、スプリング／アクチュエータ、次に支持されているプラットフォームの動きを発生する力を生成する。
【０１２４】
この動きは、プラットフォームをスキャン開始位置、公称的には、Ｘ又はＹの端に先ず移動するように典型的に設計されている。本発明者は、スタート位置として、Ｘの左端を使用する。Ｙ位置は、書き込まれるトラックを決める。制御設定がプロラットフォームを、公称的には最大加速で、移動するために与えられ、プラットフォームを公称スキャン速度（典型的には、最大速度より若干下）までにする。一度公称速度が達成されると（例えば、３ｘ１０−２  ｍ／秒）、先端アクチュエータアッセンブリは、媒体表面に向かって、先端アッセンブリを上昇するように指示される。このモードにおいて、先端は、読出モードにあり、トラック、セクタ、及びデータ情報を検知する。
【０１２５】
読出モードにおいて、先端によって定められた、正しいトラックが、オプション的にはセクタ位置を伴って、検出されると、先端の動作が書込モードに切り換えられる。書込モードにおいて、先端のバイアス電圧は、バイアス電圧がメモリ表面に変化を及ばさない程十分に低い値のセンス読出モードと、バイアス電圧がメモリ表面に変化を及ぼす程十分な強い書込モードとの間で交互に切り換えられる。
【０１２６】
センス読出モード状態中、先端とメモリとの間の電流が測定される。電流が増大する場合、これは、先端がメモリ表面により近いことを示している。逆に、電流が減少する場合、これは、先端は、メモリ表面からより遠いことを示している。この情報はコンピュータによって処理されて、Ｚ軸ポジショナーに送られて、以下に記述される特定のメモリテクニックによって要求される高さを維持するように、先端をより高くしたりより低くするようにする。或る実施の形態における電流情報は、典型的には、５０のβを有する単純な２つのＣＭＯＳトランジスタアンプによって測定される。電流検出モードにおいて、先端は、アンプの出力電圧が＋と−電源の間の中間レンジであるように、公称入力電圧でまずバイアスされる。
【０１２７】
小電流が、媒体のバイアスに依存して、流れ始めると、センスアンプの出力は、上昇又は下降し始める。これは、先端が媒体に近づいていることを示している。代替の媒体の実施の形態において、情報は、電荷として、蓄積される。先端が媒体に近づく時、電荷は先端の容量に転送される。この電荷は、センスアンプのトランジスタによって増幅され、増幅器の出力電圧の突然の変化によって示され、電荷が先端に転送され、先端が媒体に近接していることを示している。
【０１２８】
メモリのデータ部分は、交代する制御電圧によって書き込まれ、データパターンが、トラック又はセクタパターンとは決して一致せず、更に、種々のデータビット状態内で、常に、或る状態から他の状態に交代するように、される。この様なパターンの例は、ノンリターン・トゥー・ゼロであり、ＮＲＺと称される。このフォームは、読出モードの時に自己クロッキング（計時）情報を供給する利点を有している（ＮＲＺフォーマットは、クロッキングに利用される矩形インターバルでの遷移を有する。）。また、この状態は、必要な表面高さ情報を得るためにしばしば十分な読出センス状態に戻ることが保証される。
【０１２９】
容量性電荷蓄積媒体方法において、上記の方法は、読出中にデータを破壊し、従って、後続の再書込を要求する。
【０１３０】
代替の実施の形態において、データは窒化物酸化物基板（即ち、ＮＯＳ）上の電荷として蓄積される。この実施の形態において、電荷は、先端を媒体（窒化物）表面に近く又は接触して位置することにより、書き込まれる。窒化物をトンネル通過するのに十分な振幅の電圧パルスが先端に加えられる。後続の電荷は、酸化物上に蓄積され、基板領域内にデプリーション（空乏）領域を形成する。このデプリーション領域は、先端の下の領域の有効容量を修正して、容量を実質的に下げる。容量内のこの電荷を読み出すために、容量敏感測定回路が採用される。この実施の形態は、各読出の後にデータビットが再書込みされることを要求しないので有利である。
【０１３１】
媒体の形態の多くは、連続シートから、複数の個別の小領域の２次元アレイに、媒体の表面の形状を、効果的に変更する処理工程の追加の組により、改良することができる。このことは、レーザ源の波長の１／２の間隔を有するグリッドを有効に発生する、それ自体に逆反射されるレーザビームからの干渉パターンを使用して、発生することができる。これは、一つの軸において、間隔を空けたラインを形成する。第一の組に対して直角で形成されて、グリットパターンが形成される。このことは、薄いレジストを露出するのに使用することができ、従って、媒体を実質的にパータン化するのに使用できる。１５７ｎｍ波長のエキシマーレーザの使用は、一例として、７８ｎｍ間隔のパターンを生ずる。
【０１３２】
代替的に、このことは、金の様な金属の薄膜を媒体表面上に先ず堆積することによって、達成することができる。媒体は、次に、ゆっくりと加熱されて、薄い金属をビード（小粒）間に金属の無いビード状の領域に成形する。このビードは次に有効にマスクを形成する。典型的には、反応性イオンエンチング（ＲＩＥ）又は同様なドライエッチング技術を用いた異方性エッチングが、ビード間の開放領域の材料を除去する。
【０１３３】
代替の媒体の実施の形態においては、この媒体は、量子ドットを形成する構造からなる。これらは、多重量子井戸（ＭＱＷ）技術を使用して形成される。この媒体は、トラップされた量子井戸領域内の電子状態エネルギーを変化するのに十分な電圧パルスを加えることにより、書き込まれる。
製造技術
ここに記述する装置は、主に半導体処理技術で作るように設計されている。典型的な装置は、最初にＣＭＯＳ又はＢｉＣＭＯＳ製造プロセスで製造される。次に、ウェハ即ちダイは、シリコンエッチング液に入れられ、ＫＯＨ（水酸化カリウム）又はＴＭＡＨ（テトラメチル水酸化アンモニウム）等のウェット化学薬品を使用して処理後エッチングするか、又はＲＩＥ又はプラズマエッチングを使用して、移動する構造の下でエッチングが進行するように等方的にドライエッチングすることにより、リリースされる。
【０１３４】
代りに、デバイスは、ＸｅＦ２（２フッ化キセノン）又はＳＦ６（６フッ化硫黄）中のＲＩＥを使用して、リリースすることもできる。アクティブエレクトロニクスは、ガラス又は酸化層により保護される。チップは、基板内の単結晶Ｓｉ又は低温蒸着したシリコンにより形成され、次に、最後のリリースエッチング液を通さない薄いコーティングにより保護される。他の方法としては、チップはＦＩＢ技術により製造される。
【０１３５】
しかし、過去においては、殆どのマイクロエレクトロニクスの機械システム（ＭＥＮＳ）構造は、多結晶シリコン又は単結晶シリコンで製造されてきた。これらは、高いヤング率を有し、酸化物とアルミニウム等の材料より、薄膜層中で低い残留バイアスを有する傾向がある。ここに記述する殆どの構造は、与えられた酸化物が全ての構造を囲み、最終的シリコンエッチングを使用して、シリコン又は単結晶シリコンで製造されるかもしれない。
【０１３６】
しかし、ＭＥＭＳ構造用のアルミニウムと酸化物等の材料は、広いマージン（１７０×１０９でなく６９×１０９）により低いヤング率を有し、アルミニウムはより低い抵抗を有するので、マイクロ機械構造は金属相互接続と金属間誘電体に通常使用されるのと同じステップで製造することができる。残念なことに、殆どのプロセスは、これらの材料に極めて大きい残留バイアスを残す。しかし、幸いなことに異なる層のバイアスの方向は、異なる傾向がある。多層薄膜とそのバイアスを注意深く作り、１つ又はそれ以上の別のステップにより、残留応力の合計は、非常に低い値に減らすことができる。
【０１３７】
図２１は、多層薄膜の３つの例を示す。図２１Ａは、２層薄膜を示す。一方の層が正の応力Ｔ＋を有し、他層が負の応力Ｔ−を有し、Ｔ＋  ＋  Ｔ−＞０であれば、Ｔ＋を薄くすることにより、合計の応力をゼロ近くまで減らすことができる。
【０１３８】
一方の層が負の応力Ｔ−を有し、他層が正の応力Ｔ＋を有し、Ｔ＋  ＋  Ｔ−＜０であれば、Ｔ−を薄くすることにより、合計の応力をゼロ近くまで減らすことができる。薄くするのは、どの層に影響する必要があるかにより、等方的又は異方的に行うことができる。図２１Ｂと２１Ｃに示す３層又はそれ以上の層の膜では、正の応力の膜の合計がＴＮ＋で負の応力の膜の合計がＴＮ−で、ＴＮ＋  ＋  ＴＮ−＞０であれば、ＴＮ＋を薄くすることにより、合計の応力を減らすことができる。正の応力の膜の合計がＴＮ＋で負の応力の膜の合計がＴＮ−で、ＴＮ＋  ＋  ＴＮ−＜０であれば、ＴＮ−を薄くすることにより、合計の応力を減らすことができる。
【０１３９】
例として、典型的には２１１０、２１２０、２１４０、２１６０、２１８０は酸化物で、２１００、２１３０、２１５０、２１７０はアルミニウムである。ＨＦ又は緩衝したＨＦで酸化物をエッチングすることにより、薄くすることの結果は２２ａ−ｃのようになる。又は、合計の応力バイアスは、アニーリング後のステップにより減らすことができる。
表面欠陥の補償
本発明は、表面欠陥を補償する前の特許出願に以前に記述した何れの技術も使用することができる。又、多数のチップにより、メディアは、シングルヘッドのシステムで通常えられるよりずっと短い時間で走査することができる。
同様に、Ｒｕｓｔらの米国特許第５，４５３，９７０号に記載されたファインチップの鋭利化技術を使用して、ファインチップをデブリがないように保つことができる。
【０１４０】
メディア
以前の出願に記述した何れのメディアも、チップの現在の作動モードで使用するとき、この装置と共に使用することができる。書換え可能メディアの１実施例では、導体上の絶縁体上に電荷が貯えられる。これは、高誘電係数で非常に漏れの少ない絶縁体が好ましい。誘電体の例は、酸化珪素、酸化チタン、ＰＺＴ等の圧電性材料である。又は、電荷は、シリコン基板上の酸化珪素上の窒化珪素等のＮＯＳ材料のある表面の下の領域に保存することができる。
【０１４１】
ＮＯＳ等の別の容量性メディアでは、別の読み出し技術では、容量性ブリッジアンプを使用して、ブリッジの１つの足上の容量の小さい差を検知する（キャパシターはＮＯＳデータビットである）。これは、読み出し中にデータビットを破壊しないという利点がある。残念なことに、検知エレクトロニクスは、かなり複雑である。
データ圧縮の方法
図２７は、記憶したビットのオリエンテーションの典型的な構成を示す。図２８は、１５％記憶容量が改善されたハニカムデータ記憶構成を示す。ビット領域は、Ｄ−ビットの矩形アレー領域の直径、Ｄ２ハニカムアレー領域から、Ｄ２  Ｔａｎ（ｐｉ／３）／２即ち約０．８６Ｄ２に変化する。中心間距離は、同じであり、ガウス分布ビット形状は全て、この圧縮方法から利益を得ることができる。
リソグラフィ装置としてのＭＡＲＥ
０．２５ｕ．より小さい方式の生産スケールの電流を与えるには、Ｘ線は高価で、０．１ｕ．に限定され、イオンビーム放射は、まだ実験的システムであり、おそらく０．１ｕ．に限定される。これらのシステムは、両方とも露光用であり、結果を解析する計測学の能力はない。ナノチップのＭＡＲＥ部分は、それ自体で１０ｎｍまでの分解能の高速リソグラフィー器具である。ナノチップの固有の平行性により、６インチのウェハを約８分でパターニングすることができる（５×５ｃｍのナノチップ、データ速度１ＭＨｚ／チップ、３０ｎｍライン幅）。
さらに、ナノチップのリソグラフィ器具は、同じ器具で正確にパターニングをチェックすることができる。これを使用して、粒子の欠陥を検出することができ、不必要な処理を削減する尺度として使用することができる。また、マスク用のデータは、デジタル的に表現するようになっている、中間マスクを作る必要はない。
【０１４２】
さらに、双安定ガス、又はチップ領域により生じる電圧／電流スパイクの電界内で固体状態に変化する液体メジウムの存在下でチップを走査することにより、材料は表面上に同時に堆積し、蓄積して３次元の外径を形成する。ＳＴＭを使用して、フォトレジストをパターニングし、非常に細かい外径（１０ｎｍのライン）を形成し、さらにシリコン中に二酸化珪素が形成され、次にそれをマスクとして使用して、別の半導体処理ステップを行う。
【０１４３】
この出願のＭＡＲＥと分子メディア技術は、主に電界放射ディスプレー用のフラットパネルディスプレーを可能にする。ダイアモンドメディアは、非常に細かいドーナッツ型の小山を形成する。これらは、電界放射ベースのフラットパネルディスプレーの電界エミッターとして使用することができる。
【０１４４】
１実施例では、メディアは、電界保持能力を有する任意の材料のベースで構成することができる。例えば、電子を保持する任意の材料を適用することができる。次に、電荷保持能力は、メディア材料の粒界の増加により強化することができる。この増強は、材料コーティング（例えば、テクスチャーコーティング、ＰＭＭＡ）をメディア材料の表面に適用し、次にコーティングを除去することにより行われる。ピットのマーキングは、メディア材料の粒界を増強し、メディアの電荷保持能力を増強する。増強された粒界の例は、図４２Ａ−４２Ｅの写真に見ることができる。
【０１４５】
コンピュータ技術の当業者には明らかなように、本発明の一部は、通常の汎用又は特殊なデジタルコンピュータ、又は本発明の開示に従ってプログラムされたマイクロプロセッサを使用して、行うことができる。
【０１４６】
ソフトウェア技術の当業者には明らかなように、適当なソフトウェアコーディングは、本発明の開示の教示に基づいて、容易に準備することができる。当業者には明らかなように、本発明の一部は、特殊用途の集積回路により、又は従来の構成部品の回路の適当なネットワークにより実行することができる。
【０１４７】
本発明は、命令により、コンピュータにプログラムさせて本発明の任意のプロセスの実行させることができる命令を記憶した記憶媒体（メディア）であるコンピュータプログラム製品を含む。
【０１４８】
本発明は、コンピュータ読取り可能媒体（メディア）の任意の１つに記憶され、汎用／特殊コンピュータ又はマイクロプロセッサのハードウェアを制御し、コンピュータ又はマイクロプロセッサがユーザー又は本発明の結果を使用する他の機構と対話することができる。このようなソフトウェアには、デバイスドライバー、オペレーティングシステム、ユーザーのアプリケーションを含む。最終的には、このようなコンピュータ読取り可能媒体は、ソフトウェア支援及び制御デバイスと、本発明による機構を含む。
明らかに、本発明の多くの修正と変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
４つの移動プラットフォームを利用する、本発明に準拠する分子メモリ集積回路装置を図示する。各プラットフォームには、８個の細いチップ（媒体を下に向けたＩＣ（図示せず）上に配置される）と単一のメモリー表面が含まれる。
【図２】
ばねと、静電アクチュエータと、電子装置と、８個の細いチップ・アセンブリとを備えた上記プラットフォームの中の１つの拡大図を示す。
【図３】
ばね／アクチュエータ・アセンブリの中の１つの拡大図である。
【図４】
Ｚアクチュエータを備えた細いチップ・アセンブリの中の１つの拡大図である。
【図５】
代替ばねアクチュエータ・アセンブリの拡大図である。
【図６】
４つの移動プラットフォームを利用する、代替本発明に準拠する分子メモリ集積回路装置を図示する。各プラットフォームには１２個の細いチップと単一のメモリー表面（媒体を下に向けたＩＣ（図示せず）上に配置される）が含まれる。
【図７】
引力モード代替ばねアクチュエータ・アセンブリの拡大図である。
【図８】
Ｙ軸での短い操作とＸ軸での長いばねの運動を備えた、代替引力モード代替ばねアクチュエータ・アセンブリの拡大図である。
【図９】
容量性位置センサを用いる静電引力を利用する代替Ｚアクチュエータの拡大図である。
【図１０】
静電引力を利用する代替Ｚアクチュエータの拡大図である。
【図１１】
図９からの完全なセットの１２個のＺアクチュエータと、相互接続部を備えた、図７と８からの一対のアクチュエータとの拡大図である。
【図１２】
特別の導体を備えた熱バイモルフ・アクチュエータの拡大図である。
【図１３】
図９からの静電Ｚアクチュエータ部分のアクチュエータの横断面である。
【図１４】
静電アクチュエータ７と８のアクチュエータ部分の横断面である。
【図１５】
特別の導体を備えたアクチュエータの熱バイモルフの横断面である。
【図１６】
図９からの完全なセットの６個のＺアクチュエータと、回転ディスク・メモリを用いて使用するように設計された、相互接続部を備えた図７と８からの一対のアクチュエータの拡大図である。
【図１７】
回転ディスク・メモリの周りに配列された、図１６からの４個のデバイスの拡大図である。
【図１８】
増幅用記憶媒体の拡大横断面図である。
【図１９】
増幅用記憶媒体の３状態の拡大図である。
【図２０】
ドープされたダイヤモンド上に形成されたビットのＳＴＭ画像の拡大図である。
【図２１】
応力バイアスの低減処理前の薄膜多層を示す３つの図である。
【図２２】
応力バイアスの低減処理後の薄膜多層を示す３つの図である。
【図２３】
媒体を備えた電磁放射エミッタと電磁放射レセプタの拡大図である。
【図２４】
媒体と１つの粒子を備えた電磁放射エミッタと電磁放射レセプタの拡大図であり、シャドウ・パスを図示する。
【図２５】
シリコン記憶媒体上の窒化物の状態を示す拡大図である。
【図２６】
シリコン記憶媒体上の絶縁体の状態を示す拡大図である。
【図２７】
規則的な長方形のデータ保存スキームの拡大図である。
【図２８】
ハチの巣状データ保存スキームの拡大図である。
【図２９】
行と列および入出力部を備えて設計された、図１６からのアクチュエータの配列のコーナーの拡大図である。
【図３０】
シェブロン静電ＸＹアクチュエータを備えた分子配列読出し／書込みエンジンの１つのセルと、カンチレバーを備えた静電気作動Ｚアクチュエータと、細いチップを備えたヘッドと、位置センサと、読出し／書込みコイルと、接続ワイヤを用いて、１つのプラットフォーム上に集積された８個の離間用ナブ・アセンブリとから成る１２のセットのアセンブリとの拡大図である。
【図３１】
図３０からのチップの周りの領域の拡大図である。
【図３２】
図３０からのＺアクチュエータの拡大領域である。
【図３３】
図３１からのチップの拡大領域である。
【図３４ａ】
図３０からのＸアクチュエータの拡大領域である。
【図３４ｂ】
図３０からのＸアクチュエータの１つのアーム領域の横断面である。
【図３５】
拡張型静電コームＸとＹアクチュエータを備えた分子配列読出し／書込みエンジンのいくつかのセルと、カンチレバーを備えた静電作動Ｚアクチュエータと、細いチップを備えたヘッドと、位置センサと、読出し／書込みコイルと、接続ワイヤを用いて、１つのプラットフォーム上に集積された８個の離間用ナブ・アセンブリとから成る１２のセットのアセンブリとの拡大図である。
【図３５ｂ】
図３５からのＸアクチュエータの拡大領域である。
【図３５ｃ】
図３５ｂからのＸアクチュエータの櫛形フィンガーの拡大領域である。
【図３６】
キャパシタンス・センサを備えた熱Ｘアクチュエータの拡大領域である。
【図３６ｂ】
図３６からのＸアクチュエータの拡大領域である。
【図３６ｃ】
図３６からのＸアクチュエータの中の１つの横断面である。
【図３７】
図３０からのＺアクチュエータの拡大領域である。
【図３８】
熱２段直列と４段並列ＸＹアクチュエータ、並びに、カンチレバーを備えた熱作動Ｚアクチュエータと、細いチップを備えたヘッドと、圧電抵抗Ｚ位置センサと、接続ワイヤを用いて、１つのプラットフォーム上に集積された４個の離間用ナブ・アセンブリとから成る、複数のセットのアセンブリとを備えた分子配列読出し／書込みエンジンの１つのセルの拡大領域である。
【図３９】
熱２段直列と４段並列ＸＹアクチュエータと、接続ワイヤで各媒体基板とつながる、１つのプラットフォーム上に集積された４個のスペーサ・ベアリング・プレートを備えたサーボグリッド・アラインメント・マークを備えたＸＹ可動媒体の１つのセルの拡大領域である。
【図４０】
カンチレバーと、細い導電性チップを備えた導電性ヘッドと、圧電抵抗Ｚ位置センサと、熱ヒーター素子とを備えた熱作動Ｚアクチュエータの拡大領域である。
【図４１】
分子配列読出し／書込みエンジンの１つのセルと、ＸＹアクチュエータ／ばねと、カンチレバーを備えたＺアクチュエータと、細い導電性チップを備えた導電性ヘッドと、Ｚ位置センサと、ＸＹアクチュエータ／ばねから成る可動媒体と、媒体（図を明瞭にするために透明に図示）とから成る１２のセットのアセンブリの拡大ダイアグラム図である。
【図４２ａ】
３０〜６０ｎｍ領域（同じスケールではないＸＹ軸）を備えたＮＯ電荷蓄積媒体内に書き込まれる３ビットを示す共振で作動する導電性チップを用いる原子顕微鏡からの図である。
【図４２ｂ】
逆極性パルスを用いて消去されたセンター・ビットを備えた４２ａからの同じ領域である。
【図４２ｃ】
書き込まれた電荷蓄積ビットの拡大図である。
【図４２ｄ】
消去後の図４２ｃの領域図である。
【図４２ｅ】
再書込み後の４２ｄの領域図である。
【図４３】
媒体材料のトラックの内に保持される同期ビットの一例である。
【図４４】
媒体とデータとを取得する細いチップの一例である。
【図４５】
媒体材料のトラックとセクターのレイアウトの一例である。
【図４６】
媒体内に保存された荷電量を増加させるための容量性井戸を用いて構成された媒体材料の一例である。
【図４７】
カンチレバーの運動量を検出するための内蔵型圧電センサを備えた熱起動カンチレバーの構造例である。
【図４８】
増幅用媒体の一例である。
【図４９】
図４８の増幅用媒体の拡大図である。
【図５０】
媒体／プラットフォームと、カンチレバーと、チップとのインターフェースを行う制御装置例を示すブロック図である。
【図３７】
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【図４１】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図５０】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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