專利名稱：接觸探針儲(chǔ)存場(chǎng)效應(yīng)晶體管探測(cè)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及一種基于場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)的探測(cè)器，可對(duì)與產(chǎn)生電場(chǎng)的基片間的距離變化作出反應(yīng)，因其具有快速反應(yīng)特性，至少可應(yīng)用于接觸探針儲(chǔ)存(CPS)裝置。
背景技術(shù)：
到目前為止已提出利用支承在懸臂上的接觸可移動(dòng)介質(zhì)的探針來探測(cè)寫在可移動(dòng)介質(zhì)的數(shù)據(jù)。利用可移動(dòng)介質(zhì)和探針(或懸臂的一部分)之間的傳熱特性可確定移動(dòng)介質(zhì)與載有探針的懸臂之間距離的細(xì)微變化，并可利用這種方式作為讀出儲(chǔ)存在可移動(dòng)介質(zhì)的數(shù)據(jù)的方法。
在上述類型的裝置中，使用熱機(jī)械探測(cè)概念實(shí)現(xiàn)成像和讀出。設(shè)置在懸臂上用于寫入的加熱器，通過利用隨溫度變化的阻抗功能，也可用作熱讀出探測(cè)器。這就是說，當(dāng)熱值/溫度從室溫上升到500-700℃之間的峰值時(shí)，電阻(R)非線性增加。峰值溫度由加熱器平臺(tái)中的摻雜濃度決定，摻雜濃度在從1×1017至2×1018的范圍內(nèi)。在峰值溫度以上，隨著本征載流子數(shù)因熱激勵(lì)而增加，阻抗降低。
檢測(cè)時(shí)，電阻工作在大約200℃。該溫度不足以達(dá)到使聚合物介質(zhì)軟化的程度，而這是寫入數(shù)據(jù)所必需的，但卻能夠使分子能量在載有探針的懸臂和移動(dòng)介質(zhì)之間傳輸以帶走熱量，因此提供了一種參數(shù)，使得能夠測(cè)量載有探針的懸臂和探針在其上移動(dòng)的介質(zhì)之間的距離。
也就是說，這種熱檢測(cè)基于這樣的事實(shí)，即加熱器平臺(tái)和儲(chǔ)存基片之間的導(dǎo)熱性根據(jù)其間的距離而變化。懸臂和儲(chǔ)存基片之間的媒介，在這種情況下是空氣，將熱量從加熱器/懸臂傳輸?shù)絻?chǔ)存介質(zhì)/基片。當(dāng)加熱器和樣品之間的距離由于探針移動(dòng)到數(shù)據(jù)單元凹痕中而減小時(shí)，熱量能夠更加有效地通過空氣傳輸，從而使加熱器的溫度及其電阻降低。因此，當(dāng)懸臂在數(shù)據(jù)單元掃描時(shí)，連續(xù)加熱的電阻器的溫度變化被監(jiān)測(cè)，從而提供了一種探測(cè)數(shù)據(jù)的方法。
在一般的工作條件下，熱機(jī)械檢測(cè)的靈敏度比壓阻應(yīng)變檢測(cè)的靈敏度更高，因?yàn)榘雽?dǎo)體的熱效應(yīng)比應(yīng)變效應(yīng)更高。40納米尺寸的數(shù)據(jù)單元凹痕的圖像表現(xiàn)出大約10-4/納米的ΔR/R靈敏度。這比通過壓阻應(yīng)變技術(shù)取得的結(jié)果更好。
然而，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)熱反應(yīng)比所希望的慢很多，而且比懸臂機(jī)械跟隨寫入介質(zhì)的數(shù)據(jù)模式的能力慢很多。因此，如果不受檢測(cè)系統(tǒng)熱反應(yīng)限制的話，系統(tǒng)的讀出能力將會(huì)更快。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出一種探測(cè)裝置，包括懸臂，帶有可相對(duì)所述懸臂移動(dòng)的介質(zhì)；和器件，與所述懸臂和所述介質(zhì)其中之一相連，可對(duì)所述介質(zhì)和所述懸臂之間因所述介質(zhì)和所述懸臂間距改變引起的電場(chǎng)變化作出反應(yīng)。
本發(fā)明還提出一種讀出機(jī)構(gòu)，用于接觸原子分辨儲(chǔ)存系統(tǒng)，包括懸臂，帶有可相對(duì)所述懸臂移動(dòng)的介質(zhì)；所述懸臂設(shè)有探針，從所述懸臂延伸并遵循所述介質(zhì)的表示數(shù)據(jù)的表面特征與所述介質(zhì)的表面接觸；電路，可建立所述懸臂和支承所述介質(zhì)的導(dǎo)電基體之間的電連接，在所述懸臂和所述介質(zhì)之間間隙產(chǎn)生電場(chǎng)；和器件，與所述介質(zhì)相連，可對(duì)空氣隙中的電場(chǎng)變化作出反應(yīng)。
本發(fā)明提出一種使用探測(cè)裝置的方法，包括以下步驟相對(duì)介質(zhì)移動(dòng)支承于懸臂的探針，所述介質(zhì)具有所述探針遵循的顯示數(shù)據(jù)的表面特征，所述介質(zhì)連接到可產(chǎn)生電場(chǎng)的基體，和通過在所述懸臂形成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電流變化，探測(cè)所述懸臂和所述介質(zhì)之間距離的變化，其中電流變化是由所述基體和所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管之間電場(chǎng)的變化造成的。
本發(fā)明還提出一種制造探測(cè)裝置的方法，包括步驟形成懸臂；在所述懸臂形成場(chǎng)效應(yīng)晶體管；在所述懸臂形成不導(dǎo)電的探針；使所述探針能遵循介質(zhì)的表面特征，所述介質(zhì)可相對(duì)所述探針移動(dòng)并連接到基體，所述基體可產(chǎn)生用于選通所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電場(chǎng)。
本發(fā)明還提出一種探測(cè)裝置，包括懸臂；介質(zhì)，可相對(duì)所述懸臂移動(dòng)；產(chǎn)生電場(chǎng)裝置，設(shè)有第一懸臂和介質(zhì)，可在所述介質(zhì)和所述懸臂之間產(chǎn)生電場(chǎng)；和場(chǎng)效應(yīng)晶體管探測(cè)裝置，設(shè)有第二懸臂和介質(zhì)，可對(duì)所述介質(zhì)和所述懸臂之間因所述介質(zhì)和所述懸臂間距改變引起的電場(chǎng)變化作出反應(yīng)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的場(chǎng)效應(yīng)晶體管探測(cè)器裝置的實(shí)施例的示意性透視圖；圖2是沿圖3的剖面II-II的截面圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的裝置；圖3是圖1裝置的探針側(cè)平面圖；
圖4是沿圖5的剖面IV-IV的示意性截面圖，顯示了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的裝置；圖5是本發(fā)明第二實(shí)施例的底視平面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1-3示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例。圖2顯示了適當(dāng)?shù)慕橘|(zhì)101，如聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)層，其可在適當(dāng)?shù)闹С谢w102表面上形成。介質(zhì)101，在本實(shí)施例中是不導(dǎo)電的，已經(jīng)局部加熱(例如)通過形成介質(zhì)表面特征的變化寫入數(shù)據(jù)，介質(zhì)的表面特征可通過降低探針104到介質(zhì)來探測(cè)，探針在懸臂106的端部以圖1所示的方式形成。
盡管表面特征顯示出包括一連串的數(shù)據(jù)凹陷或凹痕101A，但也可以用突起來代替(未顯示)，或用凹陷和突起的組合來代替。應(yīng)當(dāng)注意到，這些突起(如果使用的話)應(yīng)當(dāng)與凹陷分開，以防止與突起環(huán)混在一起。突起環(huán)傾向于圍繞凹陷口形成，如同月球上的沖擊月坑。
因此，當(dāng)介質(zhì)或懸臂相對(duì)另一個(gè)移動(dòng)而確定準(zhǔn)確的坐標(biāo)關(guān)系時(shí)，可以使懸臂朝介質(zhì)移動(dòng)。如果有凹坑101A(或孤立的突起)位于探針104的下面，探針104進(jìn)入凹坑中(或與突起的頂部接合)表示存在數(shù)據(jù)單元。如果探針104沒有發(fā)現(xiàn)凹坑或突起，而是落在介質(zhì)的平面表面上，那么表示沒有數(shù)據(jù)單元。
而且，數(shù)據(jù)單元還可以這樣編碼，使得從某一狀態(tài)(凹陷、突起或平直表面)到另一狀態(tài)的特定變化表示一個(gè)數(shù)據(jù)單元，而其它狀態(tài)或變化表示沒有數(shù)據(jù)單元。本發(fā)明可以使用其它用于接觸儲(chǔ)存器探測(cè)模式的編碼技術(shù)，或探測(cè)器-介質(zhì)系統(tǒng)的反應(yīng)中主要的其他反應(yīng)。
因此介質(zhì)101的表面特征使得介質(zhì)101與上面設(shè)有探針104的懸臂106之間的距離或空氣隙發(fā)生變化。這種距離變化使得設(shè)置在懸臂106端部靠近探針104的場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)108能夠?qū)?02和懸臂106之間產(chǎn)生的電場(chǎng)變化作出反應(yīng)，從而根據(jù)介質(zhì)101和懸臂106之間的間隙量對(duì)通過場(chǎng)效應(yīng)晶體管108的電流形式的信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。
探測(cè)器電路110還可以設(shè)置成對(duì)通過場(chǎng)效應(yīng)晶體管108的電流變化作出反應(yīng)，以探測(cè)懸臂106和基片101之間的距離變化。
具體地，在第一實(shí)施例中，源極、漏極和基體102的連接電路如圖2示意性顯示，可在場(chǎng)效應(yīng)晶體管108的源極、漏極和介質(zhì)101之間施加偏壓。這樣使得與基體102的接近可有效地選通場(chǎng)效應(yīng)晶體管108，并對(duì)從源極經(jīng)過溝道流到漏極的電流量進(jìn)行調(diào)制，其中溝道連接源極和漏極。
此外，由于探針104在不導(dǎo)電的介質(zhì)101上移動(dòng)或接觸，對(duì)通過場(chǎng)效應(yīng)晶體管108的電流的調(diào)制主要由于懸臂106和基體102之間產(chǎn)生的電場(chǎng)變化，當(dāng)然基體必須足夠?qū)щ娨员憬⒁蟮碾妶?chǎng)。在這個(gè)實(shí)施例中，懸臂106是由硅制成的，并用已知的方式進(jìn)行摻雜而形成導(dǎo)電線路或跡線118A、118B、源極、漏極和溝道120。
在所示實(shí)施例中的場(chǎng)效應(yīng)晶體管108是一種耗盡型N溝道場(chǎng)效應(yīng)晶體管。但是，本實(shí)施例并不限于這種場(chǎng)效應(yīng)晶體管，如果需要的話也可以用P溝道型來代替。在耗盡型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，溝道是通過在溝道區(qū)中摻雜而形成的。通過調(diào)整柵壓可以改變場(chǎng)效應(yīng)晶體管的導(dǎo)電量。如果使柵壓足夠負(fù)，將從溝道趕走載流子而使場(chǎng)效應(yīng)晶體管停止導(dǎo)電。
探針(104)是用硅或其他適當(dāng)?shù)牟牧闲纬桑捎眠m當(dāng)?shù)难谀：臀g刻技術(shù)來形成。
在圖1-3所示的實(shí)施例中，介質(zhì)101與懸臂106可(用機(jī)械方法)相互連接，因此通過用119表示的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)(在圖2中示意性地示出)可以選擇性地使介質(zhì)101相對(duì)懸臂106移動(dòng)。該機(jī)構(gòu)設(shè)置成可使兩個(gè)部件(即懸臂106和介質(zhì)101)相對(duì)移動(dòng)，而呈現(xiàn)出選定的坐標(biāo)關(guān)系，并使探針104處于這樣的位置，能夠探測(cè)在此坐標(biāo)系中是否存在表示數(shù)據(jù)變化的表面特征(如凹陷101A)。
懸臂106是通過蝕刻硅形成的，如圖1所示，懸臂從基座106A延伸，并設(shè)有激活材料層106B，激活材料106由帶有固有應(yīng)力的材料形成，用于使懸臂106產(chǎn)生彎曲，使探針104相對(duì)介質(zhì)101移動(dòng)。摻雜跡線118A和118B的端部位于基座106A，并設(shè)有電觸點(diǎn)118E。但激活材料106B并不限于使用帶固有應(yīng)力的材料，而是如果需要可用壓電材料來形成。
因?yàn)樯厦嫣岬降膿诫s和蝕刻技術(shù)屬于半導(dǎo)體制造領(lǐng)域的技術(shù)人員熟知的技術(shù)，為了簡(jiǎn)化下面不作進(jìn)一步的介紹。
通過該實(shí)施例，可以預(yù)期有良好的探測(cè)器帶寬，因?yàn)殡妶?chǎng)的響應(yīng)速度與懸臂的運(yùn)動(dòng)速度一樣快。因此場(chǎng)效應(yīng)晶體管能夠?qū)﹄妶?chǎng)強(qiáng)度的變化快速作出反應(yīng)，從而有可能使懸臂的機(jī)械結(jié)構(gòu)成為帶寬的限制因素?？梢灶A(yù)期這種裝置的信噪比(SNR)與上述熱動(dòng)式探測(cè)器相比能夠提高，因?yàn)楹笳叩脑S多有用信號(hào)由于熱低通作用而濾掉。
由于場(chǎng)效應(yīng)晶體管能夠產(chǎn)生增益，所以可以預(yù)期探測(cè)器相對(duì)各種噪聲源能夠產(chǎn)生較大的輸出信號(hào)，從而減少因這些噪音引起的信號(hào)降低。此外，由于探測(cè)器要求加熱進(jìn)行工作，可以預(yù)期能量消耗可有很大降低。
圖4和圖5顯示了本發(fā)明的使用另一種類型的場(chǎng)效應(yīng)晶體管208的第二實(shí)施例。該場(chǎng)效應(yīng)晶體管是感應(yīng)溝道型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，與第一實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)晶體管108不同，此感應(yīng)溝道或增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管沒有本征溝道，漏極到源極的電導(dǎo)非常低，直到柵壓施加。當(dāng)柵壓超過給定閾值時(shí)，足夠多的載流子被拉入溝道區(qū)使器件開始導(dǎo)電。在N溝道增強(qiáng)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管中，溝道是p型材料，當(dāng)施加有足夠正的柵壓時(shí)可形成導(dǎo)帶。當(dāng)導(dǎo)電時(shí)，這種溝道表現(xiàn)出n型材料的性質(zhì)。
第二個(gè)實(shí)施例的感應(yīng)溝道型場(chǎng)效應(yīng)晶體管208可響應(yīng)電場(chǎng)從源極傳導(dǎo)電流到漏極。當(dāng)施加電壓到柵極(即基體102)和通過自由電子遷移感應(yīng)生成了溝道時(shí)形成電場(chǎng)。對(duì)于第一實(shí)施例的場(chǎng)效應(yīng)晶體管，只要源極和漏極電壓保持恒定，選通信號(hào)確定了流過溝道的電流數(shù)量。當(dāng)柵極電壓是零時(shí)，基本上沒有電流流過，柵極電壓對(duì)于形成溝道是必須的。
雖然已經(jīng)參考一些實(shí)施例介紹了本發(fā)明，但是在不脫離本發(fā)明范圍的情況下可以作出各種修改和變化，本發(fā)明的范圍只由所附權(quán)利要求來限定，對(duì)于原子分辨儲(chǔ)存(ARS)和接觸探針儲(chǔ)存(CPS)技術(shù)領(lǐng)域的專業(yè)人員是不言而喻的。盡管本發(fā)明的實(shí)施例馬上可以用于大容量存貯器，要制造大量的懸臂于單個(gè)讀出單元，以同時(shí)讀出存在/不存在的表示數(shù)據(jù)的介質(zhì)表面特征變化，但應(yīng)當(dāng)理解上述場(chǎng)效應(yīng)晶體管裝置可與傳感器相連，比如壓力傳感器、加速度(G)傳感器、擴(kuò)音器和位置控制系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1.一種探測(cè)裝置，包括懸臂(106)，帶有可相對(duì)所述懸臂(106)移動(dòng)的介質(zhì)(101)；和器件(108、208)，與所述懸臂(106)和所述介質(zhì)(101)其中之一相連，可對(duì)所述介質(zhì)和所述懸臂之間因所述介質(zhì)和所述懸臂間距改變引起的電場(chǎng)變化作出反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測(cè)裝置，其特征在于，所述懸臂(106)包括從所述懸臂延伸出的探針(104)，可與具有表面特征(101A)的所述介質(zhì)表面接觸，所述表面特征使所述懸臂和所述介質(zhì)之間的距離發(fā)生變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測(cè)裝置，其特征在于，所述器件是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的探測(cè)裝置，其特征在于，所述介質(zhì)(101)是不導(dǎo)電的，支承于導(dǎo)電的基體(102)，其中所述基體(102)通過電路連接到場(chǎng)效應(yīng)晶體管，所述介質(zhì)(101)和所述懸臂(106)之間距離改變引起的電場(chǎng)變化可造成通過所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電流變化，產(chǎn)生讀出信號(hào)。
5.一種讀出機(jī)構(gòu)，用于接觸原子分辨儲(chǔ)存系統(tǒng)，包括懸臂(106)，帶有可相對(duì)所述懸臂(106)移動(dòng)的介質(zhì)(101)；所述懸臂(106)設(shè)有探針(104)，從所述懸臂延伸并遵循所述介質(zhì)的表示數(shù)據(jù)的表面特征與所述介質(zhì)(101)的表面接觸；電路(110)，可建立所述懸臂和支承所述介質(zhì)的導(dǎo)電基體(102)之間的電連接，在所述懸臂(106)和所述介質(zhì)(101)之間的間隙產(chǎn)生電場(chǎng)；和器件(108、208)，與所述介質(zhì)(101)相連，可對(duì)空氣隙中的電場(chǎng)變化作出反應(yīng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的讀出機(jī)構(gòu)，其特征在于，所述器件是場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)。
7.一種使用探測(cè)裝置的方法，包括以下步驟相對(duì)介質(zhì)(101)移動(dòng)支承于懸臂的探針(104)，所述介質(zhì)具有所述探針(104)遵循的顯示數(shù)據(jù)的表面特征(101A)，所述介質(zhì)連接到可產(chǎn)生電場(chǎng)的基體(102)，和通過在所述懸臂形成的場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電流變化，探測(cè)所述懸臂(106)和所述介質(zhì)(101)之間距離的變化，其中電流變化是由所述基體(102)和所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管之間電場(chǎng)的變化造成的。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法還包括利用電場(chǎng)變化來探測(cè)寫入所述介質(zhì)的數(shù)據(jù)單元的存在。
9.一種制造探測(cè)裝置的方法，包括步驟形成懸臂(106)；在所述懸臂(106)形成場(chǎng)效應(yīng)晶體管(108，208)；在所述懸臂形成不導(dǎo)電的探針(104)；使所述探針(104)能遵循介質(zhì)的表面特征，所述介質(zhì)可相對(duì)所述探針移動(dòng)并連接到基體，可產(chǎn)生用于選通所述場(chǎng)效應(yīng)晶體管的電場(chǎng)。
10.一種探測(cè)裝置，包括懸臂(106)；介質(zhì)(101)，可相對(duì)所述懸臂移動(dòng)；產(chǎn)生電場(chǎng)裝置(102，110)，設(shè)有第一懸臂(106)和介質(zhì)(101)，可在所述介質(zhì)和所述懸臂之間產(chǎn)生電場(chǎng)；和場(chǎng)效應(yīng)晶體管探測(cè)裝置(108，208)，設(shè)有第二懸臂(106)和介質(zhì)(208)，可對(duì)所述介質(zhì)和所述懸臂之間因所述介質(zhì)和所述懸臂間距改變引起的電場(chǎng)變化作出反應(yīng)。
全文摘要
一種探測(cè)器裝置，包括帶有介質(zhì)(101)的懸臂(106)，該介質(zhì)可相對(duì)所述懸臂(106)移動(dòng)；器件(108、208)，與懸臂(106)和介質(zhì)(101)其中之一相連，器件可對(duì)介質(zhì)和懸臂之間因介質(zhì)和懸臂間距改變引起的電場(chǎng)變化作出反應(yīng)。
文檔編號(hào)G01D5/18GK1629959SQ200410102019
公開日2005年6月22日 申請(qǐng)日期2004年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月17日
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