專利名稱：數(shù)據(jù)記錄介質(zhì)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過在相變介質(zhì)中掃描電子束的數(shù)據(jù)記錄/復(fù)制方法，采用該方法的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，以及用于該系統(tǒng)的介質(zhì)。
背景技術(shù)：
其中利用激光記錄和復(fù)制數(shù)據(jù)的只讀光盤(CD)和數(shù)字通用盤(DVD)由于激光波長的限制而具有有限的數(shù)據(jù)記錄密度。具有相對高記錄密度的利用垂直磁性記錄方法的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)由于用于接近介質(zhì)并記錄或復(fù)制數(shù)據(jù)的探頭的大小也具有有限的記錄密度。
為了克服記錄密度的限制，存在利用接近或接觸介質(zhì)的尖端記錄和復(fù)制數(shù)據(jù)的方法，如原子力顯微鏡(AFM)方法和掃描探針顯微鏡方法，但是這些方法較慢，并由于尖端的摩擦和振動而有可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失或錯誤。
優(yōu)選地是，利用電子束的掃描電子顯微鏡(SEM)方法和透射電子顯微鏡(TEM)方法可以實(shí)現(xiàn)非常高的數(shù)據(jù)記錄密度。然而，這些方法需要非常大規(guī)模的設(shè)備，并因此不能實(shí)際應(yīng)用于便攜數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)中。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述問題，本發(fā)明的第一目的是提供一種利用電子束和相變介質(zhì)的高密度數(shù)據(jù)記錄/復(fù)制/跟蹤(tracking)方法、采用該方法的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)和用于該系統(tǒng)的介質(zhì)。
本發(fā)明的第二目的是提供一種具有較高記錄密度并可以小型化的數(shù)據(jù)記錄/復(fù)制/跟蹤方法、采用該方法的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)和用于該系統(tǒng)的介質(zhì)。
于是，為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種數(shù)據(jù)記錄方法。該方法包括以下步驟制備具有數(shù)據(jù)記錄層的介質(zhì)，其中通過吸收電子而產(chǎn)生相變；在與數(shù)據(jù)記錄層分隔預(yù)定間隔的位置處，根據(jù)用于記錄的數(shù)據(jù)，利用電子發(fā)生源產(chǎn)生電子；在電子路徑上形成磁場并回旋加速移動電子；以及將回旋加速移動的電子發(fā)射到數(shù)據(jù)記錄層上，并通過電子被數(shù)據(jù)記錄層吸收所造成的局部熔化和冷卻來進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。
優(yōu)選地是，電子發(fā)生源和數(shù)據(jù)記錄層之間的間隔被控制成在電子由電子發(fā)生源發(fā)射后，在回旋加速移動過程中電子旋轉(zhuǎn)一次或整數(shù)倍次。
同樣優(yōu)選地是，包括發(fā)射電子用的微型尖端和置于微型尖端和數(shù)據(jù)記錄層之間的柵極電極的電場形成裝置被用作電子發(fā)生源。
同樣優(yōu)選地是，電子路徑上的磁場垂直于數(shù)據(jù)記錄層，而磁場由位于電子發(fā)生源和介質(zhì)兩側(cè)的直流(DC)磁場形成裝置形成。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供了一種數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括具有數(shù)據(jù)記錄層的介質(zhì)，其中相變通過吸收電子而產(chǎn)生；安裝在與數(shù)據(jù)記錄層分隔預(yù)定間隔處的電子發(fā)生源，用于根據(jù)用于記錄的數(shù)據(jù)將電子發(fā)射到數(shù)據(jù)記錄層上；以及磁場產(chǎn)生源，用于在電子發(fā)生源和介質(zhì)之間的電子路徑上形成電子回旋加速移動的磁場。
優(yōu)選地是，電子發(fā)生源和數(shù)據(jù)記錄層之間的間隔被控制成在電子被電子發(fā)生源發(fā)出后，在回旋加速移動過程中，電子旋轉(zhuǎn)一次或整數(shù)倍次。
同樣優(yōu)選地是，電子發(fā)生源包括利用電場發(fā)射電子的微型尖端，以及用于控制自微型尖端發(fā)射電子的柵極電極，而柵極電極和微型尖端之間的間隔和/或柵極電極和介質(zhì)之間的間隔可以得以控制。
磁場產(chǎn)生源形成垂直于數(shù)據(jù)記錄層的磁場。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，該系統(tǒng)包括由位于電子發(fā)生源和介質(zhì)兩側(cè)上的永磁鐵或電磁鐵形成的直流(DC)磁場形成裝置。
為了實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供一種用于數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的介質(zhì)。該介質(zhì)包括數(shù)據(jù)記錄層和用于支撐數(shù)據(jù)記錄層的導(dǎo)電襯底，在數(shù)據(jù)記錄層中，通過吸收電子而產(chǎn)生相變。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，數(shù)據(jù)記錄層包括形成在襯底整個表面上的相變材料層，和相變材料層上的絕緣層，絕緣層具有按預(yù)定間隔形成的溝槽。
根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)記錄方法和采用該方法的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)通過將電子束遠(yuǎn)程掃描到用于高密度數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)解碼的介質(zhì)中來存儲和擦除數(shù)據(jù)，通過將電子束掃描到所存儲的數(shù)據(jù)中來從介質(zhì)中探測電子束的散射，或探測流過記錄部分的電流，由此將數(shù)據(jù)解碼。


本發(fā)明的上述目的和優(yōu)點(diǎn)將從參照附圖對其優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述中得以明白，圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)記錄/復(fù)制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)，以解釋根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)存儲方法和系統(tǒng)；圖2是示出根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的示意結(jié)構(gòu)的透視圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施例的介質(zhì)的示意性橫截面圖；圖4示出在寫入過程中通過非晶化形成一部分的原理，而圖5示出在寫入過程中通過結(jié)晶形成一部分的原理；圖6示出在讀取過程中讀取非晶部分的原理，而圖7示出在讀取過程中讀取結(jié)晶部分的原理；圖8示出圖6和7中所示的讀取方法和根據(jù)其他電流變化讀取數(shù)據(jù)的原理；圖9A到9E是根據(jù)本發(fā)明的圖3所示的介質(zhì)的預(yù)格式化過程視圖；以及圖10A到10C示出在將圖3所示的介質(zhì)作為根據(jù)本發(fā)明的記錄介質(zhì)的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)中，根據(jù)電子束落點(diǎn)位置的跟蹤誤差類型。
具體實(shí)施例方式
參照圖1和2，包括柵極電極12和微型尖端11的電子發(fā)生源10位于介質(zhì)20之上，介質(zhì)20包括具有如GeTeSb的相變材料形成的數(shù)據(jù)記錄區(qū)的數(shù)據(jù)記錄層22和用于支撐數(shù)據(jù)記錄層22的襯底21。如圖2所示，微型尖端11固定在導(dǎo)電懸臂11a的端部，而通過磁場產(chǎn)生源30形成垂直磁場B。同時，構(gòu)成磁場產(chǎn)生源30的上部磁場產(chǎn)生源31和下部磁場產(chǎn)生源32分別定位在電子發(fā)生源10之上和介質(zhì)20之下。微型尖端11和微型尖端11之下的柵極電極12基本采用電場發(fā)射結(jié)構(gòu)。用于通過電場發(fā)射電子的發(fā)射器，即，微型尖端11之下的柵極電極12具有柵極孔12a，電子穿過該孔。用于探測電子彈離數(shù)據(jù)記錄層22而產(chǎn)生的散射電子或二次電子(secondaryelectron)的電子探測器60和60a定位在柵極電極12之下。柵極電極12控制微型尖端11引發(fā)的電子發(fā)射，并同時在柵極孔12a周圍，基本在柵極孔12a下部附近匯聚所發(fā)射的電子形成的電子束。
微型尖端11由驅(qū)動電路40偏置為負(fù)電壓，而預(yù)定的正電壓施加到柵極電極12上。另外，介質(zhì)20的襯底21為一種集電極(collector)，并且比柵極電壓高的正襯底電壓施加到襯底21上。柵極電壓和襯底電壓通過驅(qū)動電路40適當(dāng)?shù)馗淖?，由此控制來自微型尖?1的電子發(fā)射以及電子與介質(zhì)20的數(shù)據(jù)記錄層22的碰撞。電壓加載結(jié)構(gòu)取自傳統(tǒng)的具有三個電極的場發(fā)射結(jié)構(gòu)，因此將不再進(jìn)一步描述。
磁場產(chǎn)生源30的上部和下部磁場產(chǎn)生源31和32采用永磁鐵或電磁鐵，形成垂直穿過介質(zhì)20的磁力線。由于柵極電極12和介質(zhì)20之間的磁力線和電場，電子束50在柵極電極12和介質(zhì)20之間產(chǎn)生回旋加速運(yùn)動。即，從微型尖端11發(fā)射后穿過柵極電極12的電子由磁場和平行于磁場的電場旋轉(zhuǎn)，并進(jìn)入數(shù)據(jù)記錄層22中。
同樣，如果電子通過回旋加速運(yùn)動以高動能與數(shù)據(jù)記錄層22碰撞，并吸收到數(shù)據(jù)記錄層22中，數(shù)據(jù)記錄層22被局部熔化并冷卻。結(jié)果，在數(shù)據(jù)記錄層22中產(chǎn)生局部非晶部分22a。根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例，非晶部分(即數(shù)據(jù)點(diǎn))22a形成在數(shù)據(jù)記錄層22的填充以相變材料的小孔或溝槽中，這將在后面描述。
本發(fā)明必須通過回旋加速運(yùn)動而賦予電子高動能，使得電子與數(shù)據(jù)記錄層22碰撞，從而形成非晶/結(jié)晶部分的數(shù)據(jù)點(diǎn)，并記錄數(shù)據(jù)。在這種情況下，電子碰撞形成的數(shù)據(jù)部分的尺寸反比于數(shù)據(jù)記錄密度。也就是說，如果數(shù)據(jù)部分較大，則數(shù)據(jù)記錄密度較低，而在相反情況下，數(shù)據(jù)記錄密度較高。在此，根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例，通過恰當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)柵極電極12和數(shù)據(jù)記錄層22之間的距離，數(shù)據(jù)部分的尺寸可以是原子大小的所謂的量子點(diǎn)(quantum dot)。為此目的，柵極電極12和數(shù)據(jù)記錄層22之間的距離被設(shè)定，使得從微型尖端11發(fā)射并以旋渦形式前進(jìn)的旋轉(zhuǎn)電子在一轉(zhuǎn)之后到達(dá)數(shù)據(jù)記錄層22，但如果情況需要，也可以設(shè)定為該距離的倍數(shù)。
圖3是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的介質(zhì)的示意性橫截面圖。本實(shí)施例中的介質(zhì)20包括形成在導(dǎo)電襯底21上的相變材料層22和以預(yù)定間隔形成在相變材料層22上的條帶形狀的介電材料層22a。在此，未被介電材料層22a覆蓋的部分對應(yīng)于溝槽22b，在其中通過電子e-記錄數(shù)據(jù)。
如上，如果磁場被控制成電子在微型尖端11和襯底21之間的距離內(nèi)旋轉(zhuǎn)一次，則從微型尖端11發(fā)射的電子由柵極電極12和襯底21之間的電場和平行于電場的磁場回旋移動，并以相應(yīng)于電子產(chǎn)生的位置的一對一的方式匯聚到一點(diǎn)上，而與電子束的散射無關(guān)。在這種情況下，電子的動能使他們穿透相變材料形成的數(shù)據(jù)記錄層，并產(chǎn)生熱量，改變吸收電子的部分的相。電子的動能由柵極電極12和襯底21之間的電壓控制。穿過電子路徑的磁場的大小由柵極電極12的表面和數(shù)據(jù)記錄層22的表面之間的電壓和距離決定。從而，優(yōu)選地是，柵極電極12和數(shù)據(jù)記錄層22之間的距離保持恒定，并且通過電場和磁場的變化而控制數(shù)據(jù)記錄層22上的記錄數(shù)據(jù)。
在上述結(jié)構(gòu)中，微型尖端11相對于微型尖端11之下的柵極電極12的位置固定，而數(shù)據(jù)記錄層22可以移動。該結(jié)構(gòu)可以用于傳統(tǒng)的垂直磁性記錄方法或傳統(tǒng)的磁性記錄方法中。
下面，將描述根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)記錄和復(fù)制原理。
圖4示出在施加寫入磁場Bw的狀態(tài)下寫入過程中通過非晶化形成一個部分的原理，而圖5示出在施加擦除磁場Be的狀態(tài)下寫入過程中(具體地說，擦除過程中)的結(jié)晶。
構(gòu)成數(shù)據(jù)記錄層22的相變材料的相由入射電子的動能決定。從而，如圖4所示，在通過上部和下部永磁鐵31和32施加最大記錄電壓Vw的情況下，到達(dá)數(shù)據(jù)記錄層22表面的電子的動能為eVw。在此，e為1.6×10-19庫侖。從而，記錄電壓Vw得以確定，使得eVw的能量足以將相變材料熔化。熔化部分立即冷卻，并因此成為非晶狀態(tài)。這就是通過非晶化記錄數(shù)據(jù)的過程。
為了擦除數(shù)據(jù)，如圖5所示，施加低于記錄電壓Vw的擦除電壓Ve，并且與數(shù)據(jù)記錄層22表面相碰撞的電子被吸收，以產(chǎn)生足以使數(shù)據(jù)記錄層22結(jié)晶的熱量。
圖6示出施加垂直讀取磁場Br時讀取非晶部分的原理，而圖7示出讀取結(jié)晶部分的原理。
為了識別數(shù)據(jù)記錄層22中非晶部分和結(jié)晶部分處的數(shù)據(jù)，如圖6和圖7所示，施加最低的讀取電壓Vr。在這種情況下，讀取電壓Vr具有足夠小的電勢，從而動能eVr在數(shù)據(jù)記錄層22上不會導(dǎo)致相變。以eVR能量與數(shù)據(jù)記錄層22的襯底21碰撞的電子被散射并被吸收，產(chǎn)生二次電子。在這種情況下，電子的散射程度根據(jù)電子撞擊部分的相而變化。也就是說，如圖6所示，在非晶部分電子散射非常強(qiáng)烈，而如圖7所示，在結(jié)晶部分電子散射不太強(qiáng)烈。從而，電子撞擊部分的相可以通過安裝在電子散射區(qū)附近的上述電子探測器，根據(jù)電子的散射加以探測。
圖8說明了圖6和圖7所示的讀取方法，和根據(jù)另一種電流變化讀取數(shù)據(jù)的原理。
該方法探測柵極電極12和介質(zhì)20之間由入射電子造成的電子束電流的變化，并由此用作數(shù)據(jù)。
換句話說，用于探測電流的探測器，如安培計(jì)70或傳感器，設(shè)置在介質(zhì)20的導(dǎo)電襯底21和柵極電極12之間的電路上。從而，如果電子束由讀取電壓Vr賦予能量eVr，并發(fā)射到數(shù)據(jù)記錄層22上，那么介質(zhì)20和柵極電極12之間的電流會根據(jù)結(jié)晶和非晶部分而變化。在這種情況下，電流的大小和變化較小，因此優(yōu)選地是安培計(jì)70具有單獨(dú)的電流放大器。
在數(shù)據(jù)記錄層22由單獨(dú)一層形成的情況下，如參照圖3所解釋的介質(zhì)20那樣，優(yōu)選地是數(shù)據(jù)記錄區(qū)由介電層或電絕緣層限定，由此將記錄實(shí)際數(shù)據(jù)的一部分或是形成在受限大小的溝槽內(nèi)，或被絕緣層暴露出來，從而使電子束撞擊的部分可以精確地跟蹤。這被稱為預(yù)格式化。
下面，將描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖3所示的介質(zhì)的制造方法。
將參照圖9A到9E描述制造根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的圖3所示的介質(zhì)的過程。
如圖9A所示，相變材料層22形成在制備好的導(dǎo)電襯底21上。
如圖9B所示，絕緣層22a形成在相變材料層22上，且聚合物層80形成在絕緣層22a上。
如圖9C所示，通過用具有以預(yù)定間隔形成的突起的印模90模沖，將用于記錄數(shù)據(jù)的溝槽形成在絕緣層22a上。
如圖9D所示，聚合物層80的較薄部分首先通過蝕刻而蝕刻形成，由此蝕刻聚合物層80之下的絕緣層22a，并且相變材料22在溝槽的底部露出。
如圖9E所示，去除保留在絕緣層22a上的聚合物層80。
圖10A到10C示出在根據(jù)本發(fā)明的將圖3所示的介質(zhì)作為記錄介質(zhì)的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)中，取決于電子束撞擊位置而產(chǎn)生的跟蹤誤差的類型。
圖10A示出電子束精確撞擊溝槽中心的情況。電子的散射或二次電子在所有方向上均勻產(chǎn)生，從而在預(yù)定范圍之內(nèi)由電子散射區(qū)域之上的電子探測器探測到等量的電子，在這種情況下，沒有跟蹤誤差，從而不需要對電子發(fā)生源進(jìn)行跟蹤校正。
圖10B和10C示出電子束撞擊溝槽底部的一側(cè)或溝槽之上的絕緣層的情況。電子或二次電子在一個方向上劇烈散射。從而，電子散射區(qū)之上的兩個電子探測器中的一個探測到更多電子。在這種情況下，存在跟蹤誤差，從而必須對電子發(fā)生源進(jìn)行跟蹤校正，以便在檢測和糾偏之后回復(fù)到圖10A的狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明，在電子束與數(shù)據(jù)記錄層碰撞的同時微型尖端不接觸數(shù)據(jù)記錄層，并從而不會象傳統(tǒng)的AFM方法那樣由于微型尖端的消耗而造成損壞，并且數(shù)據(jù)記錄和復(fù)制非?？?。另外，電子束通過回旋加速運(yùn)動被回旋到數(shù)據(jù)記錄層上，從而可以通過適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)距離而使電子束到達(dá)的區(qū)域最小，由此使數(shù)據(jù)記錄密度最大。
雖然本發(fā)明參照其優(yōu)選實(shí)施例具體示出并描述，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解的是在不背離如所附權(quán)利要求書限定的本發(fā)明的精髓和范圍的前提下，可以在形式和細(xì)節(jié)上對其作出各種變化。
權(quán)利要求
1.一種用于數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的介質(zhì)，包括數(shù)據(jù)記錄層，其中通過電子吸收而產(chǎn)生相變，并且包括用于支撐數(shù)據(jù)記錄層的導(dǎo)電襯底。
2.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中，數(shù)據(jù)記錄層包括形成在襯底上的帶溝槽的介電層，和介電層溝槽中的相變材料。
3.如權(quán)利要求1所述的介質(zhì)，其中，數(shù)據(jù)記錄層包括形成在襯底整個表面上的相變材料層，和在相變材料層上的絕緣層，該絕緣層具有以預(yù)定間隔形成的溝槽。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種數(shù)據(jù)記錄/復(fù)制方法、采用該方法的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)以及用于該系統(tǒng)的介質(zhì)。該方法包括步驟制備具有數(shù)據(jù)記錄層的介質(zhì)，在該層中通過電子吸收產(chǎn)生相變；在離數(shù)據(jù)記錄層預(yù)定間隔處，根據(jù)用于記錄的數(shù)據(jù)，用電子發(fā)生源產(chǎn)生電子；在電子路徑上形成磁場，并回旋加速移動電子；以及將回旋移動的電子發(fā)射到數(shù)據(jù)記錄層上，以通過電子被數(shù)據(jù)記錄層吸收而導(dǎo)致的局部熔化和冷卻進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄。在電子束碰撞數(shù)據(jù)記錄層時微型尖端不接觸數(shù)據(jù)記錄層，因此不象傳統(tǒng)AFM方法那樣因微型尖端的消耗而造成損壞，且數(shù)據(jù)記錄和復(fù)制速度快。電子束通過回旋加速匯聚到數(shù)據(jù)記錄層上，于是可適當(dāng)調(diào)節(jié)距離而使電子束到達(dá)的區(qū)域最小，使得數(shù)據(jù)記錄密度最大。
文檔編號G11B9/00GK1801361SQ20051012474
公開日2006年7月12日 申請日期2002年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月22日
發(fā)明者柳寅儆, 崔原鳳, 辛鉉正 申請人:三星電子株式會社