專利名稱：利用定向光束和近場光源的數(shù)據(jù)存儲媒體的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息存儲器的領(lǐng)域。更具體地說，本發(fā)明涉及采用光束發(fā)射器陣列或近場光源、在若干種新型信息存儲媒體中寫入和讀取數(shù)據(jù)的信息存儲器。
對這種需求的一個(gè)響應(yīng)是超高密度存儲裝置的開發(fā)，如1996年9月17日授于Gibson等人的美國專利No.5557596中所描述的。這種系統(tǒng)提供了多個(gè)電子發(fā)射器，向可移動平臺上的信息存儲媒體區(qū)域產(chǎn)生射束，從而存儲和檢索信息?；谖⑿碗姎鈾C(jī)械系統(tǒng)(MEMS)技術(shù)的微推進(jìn)器使平臺相對于電子發(fā)射器移動，實(shí)現(xiàn)與平臺上的所選存儲媒體區(qū)域的并行通信。在Gibson等人的專利中，電子束以不同的強(qiáng)度撞擊存儲媒體區(qū)域，選擇性地改變存儲材料的某些方面，比如在非晶相和晶相之間、或者在不同晶相之間改變存儲材料的狀態(tài)，這會影響例如二極管存儲媒體對讀回電子束的響應(yīng)。
存在對提高小型化程度和擴(kuò)展能力的不斷需求，以便在更高速度和甚至更緊湊的面積下來處理更大數(shù)量的更復(fù)雜數(shù)據(jù)。目前正在努力使Gibson等人的專利中公開的技術(shù)適合于實(shí)現(xiàn)在10毫微米(100埃)直到數(shù)百毫微米的等級上的數(shù)據(jù)存儲。
在這種等級上嘗試存儲數(shù)據(jù)存在幾個(gè)問題。信息存儲和檢索的處理變得越來越難，用電子束寫入數(shù)據(jù)也存在若干限制。在這種技術(shù)中，可以采用低能量電子來避免介質(zhì)擊穿、來自不希望的位置的場致發(fā)射以及需要相對較大和昂貴的電源的問題。但是，低能量的電子具有非常短的穿透深度，使得這種方法非常容易受到媒體表面條件的影響。而且，在存儲媒體的頂部只能存在非常薄的層，使得在存儲層上面很難使用保護(hù)層或?qū)щ婋姌O。另外，采用電子束讀回的存儲裝置的穩(wěn)定性和循環(huán)能力可能受到存儲媒體的自由面的機(jī)械性能和熱性能的限制。只有非常薄的保護(hù)覆層才能用于低能量電子束尋址方案，因?yàn)檫@些層會防礙低能量電子所作的存取。
在一些小型存儲裝置、如CD-RW(可讀寫小型光盤)和DVD-RW(可讀寫數(shù)字視盤)驅(qū)動器中，用光學(xué)器件、如激光器可逆地改變存儲媒體的光學(xué)反射率，從而寫入數(shù)據(jù)。激光器的衍射限制的光點(diǎn)尺寸對要寫入的位的大小設(shè)定了下限。已經(jīng)進(jìn)行了利用近場光源來避免衍射限制的嘗試，近場光源提供通過小孔發(fā)出的瞬逝光。通常，在這種方法中，來自激光器的光通過一個(gè)直徑比光波長小的孔發(fā)射出。或者，激光器與光纜相耦合，光纜逐漸變細(xì)直到直徑小于光波長并涂有金屬。在任何一種情況下，瞬逝場從孔中突出一段短的距離，使其可與設(shè)置在離孔的距離小于光波長的位置(近場)的存儲媒體進(jìn)行能量傳遞(瞬逝耦合)。參閱2001年2月6日授于Chen等人的美國專利No.6185051。在某些情況下，瞬逝耦合會產(chǎn)生非常高質(zhì)量的效果，誘發(fā)輻射源中超過50％的能量與近場中的材料耦合。也可能采用無孔的近場源來實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，諸如《Applied Physics Letters)》1994年第65卷(13)1623至1625頁中的F.Zenhausern、M.P.O’Boyle和H.K.Wickramasinghe的“無孔近場光學(xué)顯微鏡”中描述的。
雖然近場光學(xué)方法有希望用于以大大提高的密度寫入數(shù)據(jù)，但是這種方法在讀取數(shù)據(jù)的任務(wù)上存在問題。數(shù)據(jù)的讀出可以通過經(jīng)小孔反射回激光腔中的光來實(shí)現(xiàn)。此反射光使得激光器的輸出發(fā)生變化，可以監(jiān)測此變化以檢測反射率的變化，從而檢測位的存在。然而，反射光的量很小，使得在激光器的輸出功率上只有非常小的變化，導(dǎo)致檢測難以進(jìn)行，且容易發(fā)生錯(cuò)誤。
為了讀取微型數(shù)據(jù)位，希望采用一種能夠產(chǎn)生大得多的信號的技術(shù)。因此，需要存儲和讀取高密度數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)和方法，以便更容易地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)檢測。
在本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例中，數(shù)據(jù)存儲裝置包括具有多個(gè)數(shù)據(jù)存儲區(qū)的數(shù)據(jù)存儲層，在其上分別在讀和寫階段中存儲和讀取數(shù)據(jù)。在極接近于數(shù)據(jù)存儲層之處設(shè)置了定向光束發(fā)射器陣列，以便在寫階段中選擇性地將處于第一能級的第一光束引向數(shù)據(jù)存儲層，從而在一定存儲區(qū)中寫入數(shù)據(jù)，以及在讀階段中選擇性地將處于第二功率密度級或能級的第二光束引向數(shù)據(jù)存儲區(qū)，從而在一定數(shù)據(jù)存儲區(qū)中讀取數(shù)據(jù)。第一和第二光束可以從相同或不同的源發(fā)出。在數(shù)據(jù)存儲區(qū)上設(shè)有媒體，它可以通過第一光束在多種狀態(tài)之間改變。所述多種狀態(tài)在響應(yīng)第二定向光束而產(chǎn)生的電子空穴載流子對的數(shù)目方面存在顯著差異，和/或在根據(jù)其中產(chǎn)生電子空穴對的存儲區(qū)的狀態(tài)而在外部電路中產(chǎn)生的信號方面存在顯著差異。提供了與數(shù)據(jù)存儲區(qū)相聯(lián)系的檢測區(qū)域，用于確定讀階段中的電子空穴對的活動性，所述電子空穴對的活動性與各存儲區(qū)的狀態(tài)相關(guān)。檢測器檢測電子空穴對的活動性，從而確定各存儲區(qū)的狀態(tài)。
在上述實(shí)施例的另一種形式中，光束發(fā)射器陣列包括與數(shù)據(jù)存儲層以小于光波長的間距隔開的近場光發(fā)射器。近場光發(fā)射器選擇性地把來自所選光發(fā)射器的瞬逝場引到數(shù)據(jù)存儲層上，從而在數(shù)據(jù)存儲區(qū)中寫入和讀取數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的另一實(shí)施例包括在數(shù)據(jù)存儲裝置中寫入和讀取數(shù)據(jù)的方法，其中，在數(shù)據(jù)存儲裝置中設(shè)有數(shù)據(jù)存儲層，數(shù)據(jù)存儲層具有在其上面設(shè)置媒體的數(shù)據(jù)存儲區(qū)，所述媒體容易響應(yīng)用于在其上存儲和讀取數(shù)據(jù)的光束能量而改變狀態(tài)。在寫階段中，采用在極接近數(shù)據(jù)存儲層之處設(shè)置的光發(fā)射器，將第一光束引到媒體上，通過改變媒體的狀態(tài)，在一定數(shù)據(jù)存儲區(qū)中寫入數(shù)據(jù)。將第二或相同的光束(最好在足夠低的功率密度下操作，以免改變存儲媒體的狀態(tài))引到媒體上，通過產(chǎn)生數(shù)目與媒體狀態(tài)相關(guān)的電子空穴對，在一定的數(shù)據(jù)存儲區(qū)中讀取數(shù)據(jù)。電子空穴對諸如通過電流、電壓或光輻射的變化來為檢測提供活動性或響應(yīng)，以便確定存儲媒體中存儲的數(shù)據(jù)。在讀階段中確定電子空穴對的活動性，從而檢測存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)位的存在。
在另一優(yōu)選實(shí)施例中，提供了一種用于讀取數(shù)據(jù)存儲裝置中存儲的數(shù)據(jù)的裝置，所述數(shù)據(jù)存儲裝置具有數(shù)據(jù)存儲層，數(shù)據(jù)存儲層具有包含上面設(shè)置的媒體的多個(gè)數(shù)據(jù)存儲區(qū)，所述媒體易于響應(yīng)施加給該媒體的能量而改變狀態(tài)。在極接近數(shù)據(jù)存儲層之處設(shè)置了定向光束發(fā)射器陣列，它通過引導(dǎo)光束激發(fā)數(shù)據(jù)存儲區(qū)中的媒體、并產(chǎn)生數(shù)目與各數(shù)據(jù)存儲區(qū)中的媒體狀態(tài)有關(guān)的電子空穴對，從而選擇性地讀取存儲在數(shù)據(jù)存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)。電子空穴對通過代表存儲區(qū)中存儲的數(shù)據(jù)的電壓、電流或光輻射變化來產(chǎn)生響應(yīng)。檢測器測量電子空穴對的活動性，從而確定存儲在數(shù)據(jù)存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)。
通過下文的詳細(xì)描述，結(jié)合以示例方式說明了本發(fā)明原理的附圖，可以明白本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點(diǎn)。
在讀出過程中和在采用激光器寫入的過程中，從激光發(fā)射元件13中發(fā)出激光束，并通過光通道器件14輻射到光透射孔16?？?6的直徑小于激光束的波長，使得瞬逝光場20從孔16中突出，如圖2所示。記錄層23最好設(shè)置在瞬逝光場20可達(dá)到的范圍內(nèi)，其距離通常小于光束的波長。
在

圖1所示的先有技術(shù)裝置中，在讀出過程中，一部分照射到記錄層23上的光通過孔16反射回來，并直接進(jìn)入接近孔16的帶有偏振器27的光電檢測器26中。檢測器26輸出與來自記錄層23的反射光的偏振角變化相對應(yīng)的信號，它又與存儲在記錄層23中的數(shù)據(jù)位相對應(yīng)。從與存儲在記錄層23中的數(shù)據(jù)相對應(yīng)的光電轉(zhuǎn)換元件28輸出可再現(xiàn)的信號。
圖2中表示用于通過孔31發(fā)射光能的先有技術(shù)的近場裝置30，孔31的直徑小于光束的波長。這種結(jié)構(gòu)通過在孔的附近產(chǎn)生瞬逝光場32而克服了將光聚集到物體上的衍射限制。瞬逝場從孔中突出一段短距離，使其可與設(shè)置在離孔尖端的距離小于光波長的位置處的存儲媒體33進(jìn)行能量傳遞(瞬逝耦合)。
先有技術(shù)的近場裝置30由入射表面34、底面35和反射側(cè)面37定義。入射表面和底面通常均為平的，并相互平行地設(shè)置。反射側(cè)面37可以為拋物形，并涂有反射表面。已校準(zhǔn)的激光束38照射在入射表面34上并從中穿過而到達(dá)側(cè)面37。然后激光束38被側(cè)面37反射，形成照射到底面35上的焦點(diǎn)36處的聚焦射束39。焦點(diǎn)位于十分接近存儲媒體33的中心軸線P上，使得局部化的瞬逝光場32與媒體33相互作用，從而使數(shù)據(jù)通過近場耦合傳遞到存儲媒體33和從存儲媒體33中傳出。
光敏存儲層本發(fā)明最好在存儲層的存儲區(qū)中采用光敏媒體，它容易響應(yīng)定向光束而改變狀態(tài)?？梢岳斫?，這里使用的術(shù)語“光束”包括由近場光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生的瞬逝場。光敏媒體的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例是響應(yīng)光束而根據(jù)光束的量、強(qiáng)度和持續(xù)時(shí)間在非晶態(tài)和晶態(tài)之間改變的材料。這種響應(yīng)電子束的狀態(tài)改變的更詳細(xì)討論見于美國專利No.5557596(Gibson等人)。對定向光束來說，最佳材料包括具有硫族元素硫、硒或碲的相變化合物。在相關(guān)文獻(xiàn)中已知各種這類化合物，可通過加熱將它們可逆地從晶態(tài)變化到非晶態(tài)。在傳統(tǒng)的相變光記錄技術(shù)中使用的這種化合物的實(shí)例包括GeTeSe和AgInSbSe。除了在非晶態(tài)和晶態(tài)之間變化外，該媒體還能在不同的晶相之間變化，或者在一種化學(xué)組成和另一種化學(xué)組成之間變化。這里所用的術(shù)語“狀態(tài)”意在包括不同的晶相和非晶態(tài)、以及化學(xué)組成或形態(tài)的變化、或者是俘獲電荷的密度、位置或?qū)傩缘母淖?，或者是影響相關(guān)電特性的缺陷的密度和種類。媒體還最好具有在受到定向光束撞擊時(shí)產(chǎn)生至少一種狀態(tài)的電子空穴對的特性。最好是，媒體的多種狀態(tài)在讀階段中產(chǎn)生的電子空穴載流子對的活動性方面具有顯著差異。此電子空穴載流子對的活動性可以由光束最初產(chǎn)生的載流子量來反映，和/或由產(chǎn)生的載流子中、流經(jīng)二極管結(jié)(二極管實(shí)施例)的、在發(fā)射輻射時(shí)復(fù)合(光致發(fā)光的實(shí)施例)的、或者改變存儲媒體的有效導(dǎo)電性(光電導(dǎo)性實(shí)施例)的載流子的份額來反映。因此，存儲在各數(shù)據(jù)存儲區(qū)中的數(shù)據(jù)屬性(由其狀態(tài)表示)由在讀取階段中、通過引至媒體的光束產(chǎn)生的電子空穴載流子對的數(shù)量和活動性上的顯著差異來反映。通常與寫光束相比，在較低級的強(qiáng)度下引導(dǎo)讀光束，以免引起存儲區(qū)中不希望的寫入。對于定向光束，對于這里描述的三種媒體類型，用來提供材料的不同狀態(tài)之間、在電子空穴載流子對的活動性方面的對比的適當(dāng)材料可包括各種硫基化合物。
如果光束、包括近場光學(xué)裝置、只用于讀取模式的話，本發(fā)明也同樣有效。因此，已經(jīng)借助光束以外的其它方式、如磁或電方式寫入數(shù)據(jù)的媒體仍可以采用本發(fā)明的光束系統(tǒng)來讀取，只要數(shù)據(jù)存儲媒體在下面描述的讀出方案之一中具有表現(xiàn)出顯著差異的能力。
半導(dǎo)體二極管現(xiàn)在來看圖3，圖中以采用半導(dǎo)體二極管41的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)40的形式，表示了本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例。在包括一層二極管41的數(shù)據(jù)存儲層42的上方設(shè)置了光發(fā)射裝置43，比如近場光學(xué)系統(tǒng)。層42設(shè)置在附加層44上以形成二極管41。二極管可以是提供內(nèi)建場以便分開電荷載流子的任意類型的二極管，如p-n結(jié)、PIN結(jié)或肖特基勢壘器件，隨所用的材料而定。
利用光發(fā)射裝置43對存儲層42中的存儲區(qū)45發(fā)射定向光束46，局部地改變存儲層42的區(qū)域45處的狀態(tài)，從而寫入數(shù)據(jù)位。在讀取功能的過程中，存儲區(qū)45的不同狀態(tài)必須提供位檢測上的對比。
存儲層42可包括如在光記錄中普遍使用的相變材料。這些材料可通過在預(yù)先選擇的時(shí)段內(nèi)以預(yù)定的溫度分布加熱，從晶態(tài)可逆地變化到非晶態(tài)?？梢杂米阋匀诨嘧儾牧系母邚?qiáng)度光束來加熱區(qū)域，然后快速降低光束強(qiáng)度以使該區(qū)域淬火，從而使該區(qū)域的狀態(tài)從晶態(tài)變化到非晶態(tài)。對相變材料進(jìn)行淬火使得材料快速地冷卻到非晶態(tài)，而沒有時(shí)間退火。可以采用光束加熱相變材料，時(shí)間正好足夠使材料發(fā)生退火，使存儲區(qū)的狀態(tài)從非晶態(tài)變化到晶態(tài)?；蛘?，也可以在不同的時(shí)段采用不同的溫度，使材料從一種晶態(tài)變化到另一種晶態(tài)?？梢哉{(diào)節(jié)近場瞬逝光場，以便應(yīng)用溫度-時(shí)間分布和改變相?？梢圆捎闷渌茉础⑷珉娮杓訜崞骰蛲饧拥碾妶龌虼艌?，以便偏置存儲層42的較大區(qū)域，從而幫助光束46局部地影響存儲區(qū)45中的相變。
在讀操作中，光發(fā)射器43發(fā)出較低級的能量場，局部地激發(fā)二極管41的存儲區(qū)45中的電荷載流子。如果存儲層42中的載流子被激發(fā)，所產(chǎn)生的載流子的數(shù)目(“產(chǎn)生效率”)取決于光束46所入射的存儲區(qū)45的狀態(tài)。影響產(chǎn)生效率的一個(gè)因素是存儲層的能帶結(jié)構(gòu)。在內(nèi)建場的影響下，一種符號(電子或空穴)的所產(chǎn)生的載流子的一部分將掠過二極管界面47(收集效率)。可通過電壓源48在界面47上施加附加場?？梢酝ㄟ^從界面47上獲取的檢測信號49來監(jiān)測由穿過二極管界面47的載流子所產(chǎn)生的電流，以便確定數(shù)據(jù)存儲區(qū)45的狀態(tài)。收集效率主要取決于讀取光子入射區(qū)域中及附近的復(fù)合速率和活動性、以及內(nèi)建場的影響。
因此，由讀取光子在二極管41中產(chǎn)生的電流的變化可同時(shí)取決于局部產(chǎn)生效率和局部收集效率。這些因素均受到光子入射區(qū)域的狀態(tài)的影響。存儲層42的相變材料可包括許多具有適當(dāng)電特性(帶隙、漂移性、載流子壽命、載流子密度等)的相變材料，包括許多硫基相變材料。
光電導(dǎo)區(qū)域參考圖4，圖中描述了本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，其中利用光電導(dǎo)性來檢測所記錄的位。存儲裝置50包括電絕緣襯底52和光電導(dǎo)層54。襯底52可由具有氧化的頂層的硅制成。光電導(dǎo)層54設(shè)于氧化的頂層之上，最好由在不被能束照射時(shí)具有高的暗電阻率的硫基相變材料制成。光電導(dǎo)層54可包括單層光電導(dǎo)材料、多層相同類型的光電導(dǎo)材料或者多層不同的光電導(dǎo)材料。
多個(gè)間隔開的電極、如電極對56和57與同一光電導(dǎo)層54相接觸。層54的光電導(dǎo)材料可以沉積在電極56和57之上或之下。數(shù)據(jù)存儲區(qū)域位于電極56和57之間，包括多個(gè)間隔開的數(shù)據(jù)存儲區(qū)58，如圖4所示。存儲區(qū)可排列成行和列，各區(qū)的狀態(tài)由存儲在其中的數(shù)據(jù)決定。在一個(gè)實(shí)施例中，存儲區(qū)為亞微米級的，其直徑約為10到30納米，并間隔開大約50納米。
在光電導(dǎo)層54上設(shè)有光束發(fā)射器59的陣列。光束發(fā)射器59最好是如上所述的發(fā)射瞬逝光場的近場光學(xué)裝置。電子束55具有適當(dāng)?shù)臅r(shí)間和功率參數(shù)，從而如上所述地在非晶態(tài)和晶態(tài)之間或在不同的晶態(tài)之間改變存儲區(qū)58的狀態(tài)。在一些情況中，可以用恒定的電流或電壓源60來調(diào)節(jié)光束59的強(qiáng)度。最好采用微推進(jìn)器在存儲區(qū)58上掃描光束發(fā)射器陣列，如美國專利No.5986381中所述。
在讀操作期間，電源62對電極56和57施加偏置電壓。此偏壓在光電導(dǎo)層54的平面內(nèi)產(chǎn)生電場64。電源可以設(shè)置在襯底52上，或設(shè)置在芯片之外。
在存儲區(qū)58上進(jìn)行讀取操作期間，光束59在電極56和57之間掃描，同時(shí)對電極施加偏壓。當(dāng)光束59照射存儲區(qū)58時(shí)，電場56產(chǎn)生了電子載流子和空穴載流子，并將它們向電極56和57加速。電子和空穴的這種移動產(chǎn)生了電流，這可被讀取電路66檢測，從而提供輸出信號68。假定光束59的強(qiáng)度恒定，電子和空穴的產(chǎn)生速率取決于存儲區(qū)58的狀態(tài)。如果采用相變材料，在寫入?yún)^(qū)和未寫入?yún)^(qū)之間的材料屬性差異導(dǎo)致光電流幅值的反差。由于寫入?yún)^(qū)和未寫入?yún)^(qū)的成對復(fù)合速率不同，因此產(chǎn)生自由載流子的速度也不同。成對復(fù)合速率是指最初產(chǎn)生的電子空穴對在被分開成自由載流子之前復(fù)合的速率。對于寫入?yún)^(qū)和未寫入?yún)^(qū)，從自由載流子的壽命或漂移性上的差異可以得到進(jìn)一步的電流幅值反差。例如，通常與結(jié)晶材料相比，非晶體材料的漂移性更低，載流子壽命更短。從電阻率差異中可得到另外的反差，并影響寫入?yún)^(qū)和未寫入?yún)^(qū)之間的界面、如內(nèi)部場的產(chǎn)生。通過監(jiān)測光電流幅值的變化，可以確定存儲區(qū)58的狀態(tài)。如果需要，可以放大讀取電路66的輸出68，并從模擬值轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。
光致發(fā)光區(qū)域參考圖5，圖中表示了本發(fā)明的另一優(yōu)選實(shí)施例，其中在讀取過程中產(chǎn)生的電子空穴對的活動性可通過它們的輻射復(fù)合來檢測。在此實(shí)施例中，存儲層為處于其中一種狀態(tài)的光致發(fā)光材料，或者，如果采用多位記錄的話，材料可能處于多于一種的狀態(tài)?；蛘撸庵掳l(fā)光材料在其各狀態(tài)下可具有不同的發(fā)光性能。例如，材料可以在各狀態(tài)下發(fā)出不同波長的光?？梢杂霉怆姍z測器，例如光電二極管或微型光電倍增管來檢測光子。如圖5所示，光電二極管具有位于上層71和下層73之間的光電二極管界面72。在上層71的表面上設(shè)有由光致發(fā)光材料構(gòu)成的存儲層74。在存儲層74的表面附近設(shè)置了光發(fā)射器76，從而將光束78引到表面上。最好如上所述采用近場光源。
通過在所選擇的存儲區(qū)79中施加光束78，改變光致發(fā)光存儲層的發(fā)光性能，在存儲層74中存儲數(shù)據(jù)。光致發(fā)光材料可以是多種硫基相變材料中的任何一種。發(fā)光性能可通過多種不同方式來改變，例如改變電子能帶結(jié)構(gòu)、即從直接躍遷材料轉(zhuǎn)變?yōu)殚g接躍遷材料，改變非輻射與輻射復(fù)合速率之比，或者改變材料發(fā)出的光的波長或逸出效率。
在讀取模式中，光束78具有較低的功率強(qiáng)度，以防止不希望發(fā)生的寫入。已寫入的存儲區(qū)79會發(fā)射出與存儲層74上未寫入的其它區(qū)不同數(shù)目的光子。所發(fā)出的光子會在光電二極管中產(chǎn)生電子和空穴載流子的電流，其中一部分載流子會穿過光電二極管界面72。在光電二極管70的各層之間連接的儀表75在各存儲區(qū)受到光束照射時(shí)測量光電二極管界面72上的電流或電壓，從而確定各存儲區(qū)是否被改變以存儲數(shù)據(jù)位。
附加層由于采用光束，因此可以用電極覆蓋存儲層，而且這樣做較有利。例如，均勻的頂部和底部電極可提高在頂部電極和存儲層之間形成的偏置場的均勻性。也可設(shè)置背面電極，如果采用導(dǎo)電襯底，則背面電極設(shè)置在襯底與光源相對的一側(cè)，如果采用只提供機(jī)械支撐的電絕緣襯底，則背面電極設(shè)置在襯底頂部。采用光束時(shí)，可以采用頂部電極來覆蓋裝置的整個(gè)上表面。
還可用保護(hù)層覆蓋存儲層，以便防止在寫入模式中的化學(xué)變化，例如氧化或熱-機(jī)械改變、如形成凸起或凹陷，只要保護(hù)層薄得足以允許寫入小的數(shù)據(jù)位。保護(hù)層可以僅僅是鈍化層，或者是用于收集光產(chǎn)生的載流子的導(dǎo)電透明電極。
存儲層還可覆蓋有提高整個(gè)存儲媒體的熱性能的層。例如，如果存儲層為相變材料，則可能希望存儲層與在將材料狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榉蔷B(tài)時(shí)起散熱器作用以幫助熱淬火的層接觸。或者，或與覆蓋層相結(jié)合，最好在存儲層或相鄰層之下設(shè)有一層，該層提高熱性能、如淬火并使存儲層非晶化的能力。保護(hù)性襯墊層通過防止存儲層和襯底材料之間的相互擴(kuò)散，或者通過阻礙存儲層從襯底分層或脫濕，還可以提高裝置的堅(jiān)固性。
還可以用覆蓋存儲層的層、如防反射涂層來提高光學(xué)性能。這種涂層可以用來提高來自光源的被存儲層或相鄰層吸收的光的量?；蛘?，或與覆蓋層相結(jié)合，存儲層之下的層可用來提高光學(xué)性能。
在讀取模式中，可以根據(jù)需要來改變光束?？梢院愣Ｊ绞┘庸馐渲泄庠闯掷m(xù)亮著，取樣窗口通過平移或旋轉(zhuǎn)光源下的媒體來提供。或者，光源可以是脈沖或者經(jīng)過調(diào)制的，從而在二極管信號放大器電子裝置中采用相位選擇性的或頻率選擇性的信噪比提高技術(shù)。
雖然上述實(shí)施例代表了本發(fā)明，但是對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言，顯然可以從對本說明書和所附權(quán)利要求書的考慮中，或者從所公開的本發(fā)明的實(shí)施例的實(shí)施中得出其它實(shí)施例。這里的說明和實(shí)施例應(yīng)當(dāng)被看作僅僅是示例，本發(fā)明由權(quán)利要求及其等效物來限定。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)存儲裝置，它包括具有多個(gè)數(shù)據(jù)存儲區(qū)(45)的數(shù)據(jù)存儲層(42)，用于分別在寫階段和讀階段中、在所述數(shù)據(jù)存儲區(qū)上存儲和讀取數(shù)據(jù)；極接近所述數(shù)據(jù)存儲層(42)的定向光束發(fā)射器(43)陣列，用以在所述寫階段中選擇性地將第一光束(46)引到所述數(shù)據(jù)存儲層(42)，從而在一定的數(shù)據(jù)存儲區(qū)(45)中寫入數(shù)據(jù)，以及在讀階段中選擇性地將第二光束(46)引到所述數(shù)據(jù)存儲層(42)，從而在一定的數(shù)據(jù)存儲區(qū)(45)中讀取數(shù)據(jù)；設(shè)置于所述數(shù)據(jù)存儲區(qū)(45)上的媒體，它在所述寫階段中響應(yīng)所述第一定向光束(46)而在多種狀態(tài)之間改變，并在所述讀階段中響應(yīng)所述第二定向光束(46)而產(chǎn)生電子空穴對，所述多種狀態(tài)在響應(yīng)所述第二定向光束(46)而產(chǎn)生的電子空穴載流子對的活動性上呈現(xiàn)出顯著差異；與所述數(shù)據(jù)存儲區(qū)(45)相聯(lián)系的檢測區(qū)域(41)，用于確定在所述讀階段中的所述電子空穴對的活動性，所述電子空穴對的活動性與所述各存儲區(qū)(45)的狀態(tài)相關(guān)；以及與所述檢測區(qū)域(41)相聯(lián)系的檢測器(48)，用于測量所述電子空穴載流子對的活動性，從而確定存儲在所述數(shù)據(jù)存儲區(qū)(45)中的數(shù)據(jù)。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)存儲裝置，其特征在于所述光束發(fā)射器(43)陣列包括近場光發(fā)射器，用于選擇性地將來自所述光發(fā)射器(43)的瞬逝場引到所述數(shù)據(jù)存儲層(42)上，從而在所述數(shù)據(jù)存儲區(qū)(45)中寫入數(shù)據(jù)和讀取所述數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)存儲裝置，其特征在于所述檢測區(qū)域是半導(dǎo)體二極管(41)的結(jié)(47)，所述電子空穴對的活動性包括流經(jīng)所述半導(dǎo)體二極管(41)的所述結(jié)(47)的電子空穴載流子對的數(shù)量。
4.如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)存儲裝置，其特征在于用于檢測所述電子空穴對的活動性的所述區(qū)域包括具有光電導(dǎo)材料的光電導(dǎo)區(qū)域(50)和兩個(gè)電極(56，57)，所述兩個(gè)電極之間存在電勢，從而將所述電極(56，57)之間的載流子流引入所述光電導(dǎo)材料。
5.如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)存儲裝置，其特征在于所述媒體是響應(yīng)所述第二光束(78)的光致發(fā)光材料(74)，用以響應(yīng)在所述讀階段中產(chǎn)生的電子空穴載流子對的復(fù)合而產(chǎn)生光子發(fā)射。
6.如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)存儲裝置，其特征在于所述媒體包括容易響應(yīng)所述第一定向光束而改變狀態(tài)的材料。
7.一種用于在數(shù)據(jù)存儲裝置(40)中寫入和讀取數(shù)據(jù)的方法，所述數(shù)據(jù)存儲裝置包括數(shù)據(jù)存儲層(42)，所述數(shù)據(jù)存儲層具有用以分別在寫和讀階段中存儲和讀取數(shù)據(jù)的、上面設(shè)有媒體的多個(gè)數(shù)據(jù)存儲區(qū)(45)，所述媒體容易響應(yīng)光束能量(46)而改變狀態(tài)，所述方法包括在所述寫階段中，采用極接近所述數(shù)據(jù)存儲層的光束發(fā)射器(43)，選擇性地將第一光束(46)引到所述媒體上，通過改變所述媒體的狀態(tài)，在一定的數(shù)據(jù)存儲區(qū)(45)中寫入數(shù)據(jù)；在所述讀階段中，選擇性地將第二光束(46)引到所述數(shù)據(jù)存儲區(qū)(45)上的所述媒體上，通過產(chǎn)生電子空穴對在一定的數(shù)據(jù)存儲區(qū)(45)中讀取數(shù)據(jù)，所述電子空穴對的活動性與所述媒體的狀態(tài)相關(guān)；在所述讀階段中確定所述電子空穴對的活動性，所述活動性是在與所述數(shù)據(jù)存儲區(qū)(45)相聯(lián)系的檢測區(qū)域(41)中的，所述電子空穴對的活動性取決于所述各數(shù)據(jù)存儲區(qū)(45)的狀態(tài)；以及測量所述檢測區(qū)域(41)中的所述電子空穴載流子對的數(shù)量，從而檢測所述數(shù)據(jù)存儲區(qū)(45)中數(shù)據(jù)位的存在。
8.如權(quán)利要求7所述的存儲和讀取數(shù)據(jù)的方法，其特征在于所述選擇性地引入第一和第二光束的步驟包括安排近場光發(fā)射器(43)陣列，它與所述數(shù)據(jù)存儲層(42)以小于光波長的間距隔開；從所述近場光發(fā)射器(43)中產(chǎn)生與所述數(shù)據(jù)存儲層相接觸的多個(gè)瞬逝光場(46)，從而在所述寫階段中在所述數(shù)據(jù)存儲區(qū)(45)中的所述媒體上寫入數(shù)據(jù)，并且在所述讀階段中從所述數(shù)據(jù)存儲區(qū)(45)中讀取所述數(shù)據(jù)。
9.如權(quán)利要求7所述的存儲和讀取數(shù)據(jù)的方法，其特征在于所述電子空穴載流子對的活動性是通過響應(yīng)來自所述光束(46)的光而在所述數(shù)據(jù)存儲層(42)中產(chǎn)生的載流子而產(chǎn)生的。
10.如權(quán)利要求7所述的存儲和讀取數(shù)據(jù)的方法，其特征在于所述電子空穴載流子對的活動性是通過響應(yīng)來自所述光束(55)的光而在所述數(shù)據(jù)存儲層(54)中產(chǎn)生的光子而產(chǎn)生的。
全文摘要
一種具有帶多個(gè)存儲區(qū)(45)的數(shù)據(jù)存儲層(42)的數(shù)據(jù)存儲裝置(40)，存儲區(qū)上設(shè)有可在多種狀態(tài)之間變化以寫讀信息的媒體，該裝置包括與存儲層(42)相隔很近的光發(fā)射器(43)陣列、如激光探測器或近場光源，在寫和讀階段中選擇性地將光束(46)引到存儲層(42)。將第一光束(46)引至媒體以改變代表數(shù)據(jù)的狀態(tài)來存儲數(shù)據(jù)。用第二定向光束(46)在媒體上激發(fā)存儲區(qū)(45)來讀數(shù)據(jù)。寫或讀階段中的光能束可由產(chǎn)生瞬逝場的近場光學(xué)系統(tǒng)產(chǎn)生。媒體產(chǎn)生在各存儲區(qū)(45)中隨其狀態(tài)而有顯著不同活動性的電子空穴對。電子空穴對在與存儲區(qū)(45)相關(guān)的檢測區(qū)域(41)中產(chǎn)生活動性，測量此活動性來檢測數(shù)據(jù)的出現(xiàn)。
文檔編號G11B11/12GK1391214SQ0212203
公開日2003年1月15日 申請日期2002年5月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年5月25日
發(fā)明者G·A·吉布森, A·蔡肯 申請人:惠普公司