專利名稱：數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)和使用數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及包括記錄介質(zhì)和數(shù)據(jù)讀和/或?qū)懷b置的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，該記錄介質(zhì)包括可以存儲數(shù)據(jù)的存儲層，該數(shù)據(jù)包括面對存儲層設置的微尖陣列(an array micro-tips)的讀和/或?qū)懷b置。
背景技術：
在微尖情況下的數(shù)據(jù)記錄可以采用許多方法，例如通過磁、光、電或熱效應。一般而言，微尖陣列與數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)取得接觸或取得準接觸，以局部地改變其中的特性以便對數(shù)據(jù)編碼。這些技術基于數(shù)據(jù)編碼，該數(shù)據(jù)編碼采取如塑料材料層上的孔或相變材料的不同結晶狀態(tài)下的各種形式。然后借助微尖讀取，即探測數(shù)據(jù)。
IBM公司的Millipede技術，例如，利用微尖陣列以在由通過熱機方法(thermo-mechanical method)由聚合體制成的支持介質(zhì)上讀和寫數(shù)據(jù)(“Millipede-More than one thousand tips for future AFM data storage”作者P.Vettiger et al.于IBM J.Res.Develop.，卷44，第3號，2000年5月)。然而，此技術需要大量的熱能以加熱該微尖到大約400℃的溫度。
另一技術通過電寫入來利用相變材料的傳導變化。然而，讀取如此存儲點需要復雜的耗能電子裝置。
E.A.Boer et al發(fā)表的文章“采用原子力顯微鏡法的單晶硅Si微晶體的充電(Charging of single Si nanocrystals by atomic force microscopy)”(AppliedPhysics Letters，Vol.78，NO.20，2001年5月14日)描述了設置在絕緣表面上的微晶體中的電荷注入和通過原子力顯微鏡(AFM)方法的電荷探測。
D.M..Schaadt et al發(fā)表的文章“采用掃描力顯微鏡方法埋入在SiO2中的鈷Co納米串中的電荷存儲(Charge storage in Co nanoclusters embedded inSiO2 by scanning force microscopy)”(Applied Physics Letters，Vol.78，NO.3，1999年1月18日)描述了嵌入在硅石中的納米串中的電荷存儲和通過微尖方法的電荷探測。通過在微尖和串之間施加電壓脈沖給串充電。
M.J.Yoo et al.發(fā)表的文章“掃描單電子晶體管顯微鏡方法成像單體電荷(Scanning Single-Electron Transistor MicroscopyImaging IndividualCharges)”，(Science，Vol.276，1997年4月25日)描述了在頂點上包括單電子晶體管(SET)的突出，其中能分配在標本表面上探測到的電荷。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目標是補救這些缺點，特別是，實現(xiàn)使記錄系統(tǒng)具有高存儲密度。
根據(jù)本發(fā)明，該目標通過所附權利要求來實現(xiàn)，特別是，通過這樣的事實來實現(xiàn)，即存儲層包括被設計來根據(jù)要存儲的數(shù)據(jù)存儲電荷并建立相應的電場的多個被電絕緣的傳導點，每個微尖包括集成到連接源和漏的晶體管溝道上的高電容率元件，該溝道具有可由面對高電容率元件設置的該點的電荷建立的電場改變的電導系數(shù)，該系統(tǒng)包括相對于微尖的電荷相對位移的方法。
本發(fā)明的另一目標是提供利用根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的方法，包括寫步驟，其包括通過在控制電極和源之間施加電勢差注入電荷到存儲層中。


結合附圖，通過下面對本發(fā)明的特定實施例而非限制性例子的描述，本發(fā)明的其它優(yōu)點和特征將變得更加明了，其中圖1圖解了根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的特定實施例。
圖2至4描繪了根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的微尖的三個特定實施例。
圖5圖解了根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的特定實施例，包括電極矩陣。
圖6圖解了圖5所示電極矩陣建立的電勢的變化。
具體實施例方式
圖1所示的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)包括記錄介質(zhì)1，該記錄介質(zhì)1包括設計成可以存儲數(shù)據(jù)的存儲層2。存儲層2包括多個被電絕緣的傳導點3，使產(chǎn)生相應電場的正或負電荷能存儲在點3上。電荷依賴于待存儲的數(shù)據(jù)，例如荷負電點3相應于二進制數(shù)位“1”，而電中性點3相應于二進制數(shù)位“0”。表述“傳導點(conductive dot)”還意味著半傳導點(semi-conductive dots)，例如由硅制造，以及具有低傳導性的點，例如由碳制造。
數(shù)據(jù)讀和/或?qū)懷b置4包括面對存儲層2設置的微尖陣列5。每個微尖5包括集成到連接源8和漏9的晶體管溝道7上的高電容率元件6。高電容率元件6優(yōu)選具有截頂?shù)睦忮F或圓錐的形狀，其底部集成到晶體管7上。每個溝道7的電導系數(shù)，能通過面對高電容率元件6設置的點3的電荷產(chǎn)生的電場來改變。因此，所述點3的電荷狀態(tài)通過測量從源8流到漏9的電流來測得。
點3具有比晶體管溝道7直徑還小的相當小的直徑，并且?guī)讉€點3可以與每個微尖5聯(lián)合且因此與每個溝道7關聯(lián)。在圖1所示的實施例中，如箭頭10所示，借助于致動器11，存儲層2可以相對于微尖5橫向移位。從而，設置在點3上的電荷隨同點3一起相對于微尖5移位。借助致動器也可以移動該排微尖5，以相對于微尖5獲得該點和電荷的相對移位。從而，不同點3上的電荷可以通過與該點3聯(lián)合的單微尖5探測，即使兩個相鄰點之間的距離小于5納米，且因此遠小于溝道7的寬度，利用最先進技術溝道7的寬度可以大約為20納米。
存儲層2可以例如通過鋁制成的傳導粒子形成，該粒子形成點3并插入到絕緣材料中，例如氧化物，例如氧化鋁。作為選擇，存儲層2可以由硅石形成，該硅石例如呈富硅氧化物(SRO)的形式，并且傳導粒子可以主要包括硅。依賴于存儲層的特定制作條件，傳導粒子的分布可以是隨機的。此外，幾個傳導粒子可以形成點3，和/或幾個點3可以形成公用存儲區(qū)，用于存儲例如表示二進制數(shù)位的電荷。
在圖1所示的特定實施例中，晶體管溝道7由第一類型摻雜所摻雜的材料形成，例如N型(相對于P型)，而源8和漏9由第二類型摻雜所摻雜的材料形成，例如P型(相對于N型)。這樣，溝道7、源8和漏9同MOSFET晶體管的溝道、源和漏呈現(xiàn)相同的結構，點3履行晶體管柵極功能，并且高電容元件6擔任晶體管柵絕緣體的角色，特別地，一方面用于點3和溝道7之間的電絕緣，而另一方面保證點3和溝道7之間電場線的高效傳輸。因此，由溝道7、源8、漏9、點3和元件6形成的組件如MOSFET晶體管樣工作。
當執(zhí)行讀時，點3和溝道7之間的有效距離，一定不能超過由等價于大約1納米硅石所決定的一定的界限，其相應于20納米的高電容率材料，如HfO2、GdO2或Y3O3。點3優(yōu)選位于非常接近存儲層2的表面。高電容率元件6的高度因而可以為約20納米，其約與溝道7的寬度相同。點3也可以埋入存儲層2中，在可由高電容率材料制成的絕緣層之下使點3得以保護，特別是在存儲層2相對于微尖5的相對位移為預定的情況下。
在圖2中，微尖5包括設置在微尖5側面上的高電容率層12，通過低電容率層13與高電容率元件6分隔。面對微尖5設置的預定點3a的電荷產(chǎn)生的電場從而傳輸?shù)綔系?，而由相鄰點3b產(chǎn)生的電場15被移位。高電容率層12事實上截取電場線，而且其從低電容率層13移位。低電容率層13和高電容率層12因而可以具有約1nm到5nm的厚度。這于是可以使場線被引導，并且僅預定點3a的電荷可探測到，特別是在兩個相鄰點之間的距離約為幾納米的情況下。
圖3所示的微尖5包括控制電極16，優(yōu)選設置在高電容率元件6的邊緣上和與漏9在同一測上，并且通過絕緣材料的層23與溝道7分開，該絕緣材料可以為元件6的材料為佳?？刂齐姌O16使得由溝道7、源8、漏9和點3形成的晶體管的操作點可調(diào)節(jié)。在其他階段，控制電極16被電絕緣，例如借助另外的MOSFET晶體管在高阻抗狀態(tài)下關閉，以避免因電流泄漏而使點3放電。
控制電極16也可以執(zhí)行寫步驟。寫步驟可以包括在控制電極16和源8之間施與電勢差而把電荷注入存儲層2中。因而，電流I從源8流到控制電極16，如圖3中箭頭所示。這部分電流通過隧道效應注入到面對微尖5設置的點3c中。控制電極16的電勢優(yōu)選為正并高于源8的電勢，以便在控制電極16的方向上，即在圖3中箭頭方向上獲得電流。
在圖4中，晶體管溝道7包括分別通過隧道結18和19連接到源8和漏9上的第二傳導點17。包括溝道7、源8、漏9和點3的組件因而形成單電子晶體管(SET)型晶體管。在這種情況下，微尖5優(yōu)選包括控制電極16(未在圖4中示出)，用于調(diào)節(jié)SET晶體管的控制點，若有必要，用于補償位于第二點17附近的電荷雜質(zhì)的影響。同樣地，微尖5可以在其表面上包括低電容率層13和高電容率層12為佳。
在圖5所示的特定實施例中，記錄介質(zhì)1和讀和/或?qū)懷b置4彼此集成在一起。在這種情況下，設置在點3上的電荷優(yōu)選借助施與存儲層2的電場來移位。在圖5中，由控制裝置C控制的電極矩陣20設置在存儲層2的后表面上，即面對微尖5的表面的背面。在圖5中，5個電極20a、20b、20c、20d和20e沿X軸設置。電荷可以借助該排電極20沿X軸從一個點3移位到另一個點，如圖5中箭頭21所示。例如，如圖5和6所示，在時間t1，電壓V-施與電極20a和20d上，電壓V0施與電極20b和20e上，而電壓V+施與電極20c上。從而在時間t2，沿X軸產(chǎn)生電勢阱，即偏壓。電荷然后跟隨勢阱，并以這種方式相對于微尖5移位，并且當它們位于面對微尖5設置的點3上時被探到。為了獲得二維電荷移置，二維矩陣的電極20設置在層2的后面上。
在圖5中，第二低電容率層22包圍所有微尖5，以便第二低電容率層22和微尖5形成公共平面。第二層22可以通過玻璃沉積實現(xiàn)，例如SOG(旋涂玻璃)方式。由第二低電容率層22和微尖5形成的組件優(yōu)選在普通平坦化步驟中整平，例如通過機械化學拋光。在記錄介質(zhì)1和讀設備4的相對位移是預定的情況下，第二層22保證均勻機械接觸從而使微尖5得以保護。在記錄介質(zhì)1和讀設備4彼此集成在一起的情況下，存儲層可以直接在讀設備4上實現(xiàn)。
微尖之間的距離越短，存儲數(shù)據(jù)的存取時間越短。兩個相鄰微尖之間的距離典型地約為幾微米。就電荷和微尖之間5毫米/秒的相對位移速度而言，存取時間因而基本小于一毫秒。減少微尖之間的斜度是另一個重要性，它同樣固定記錄介質(zhì)相對于裝置4的相對位移的振幅，從而固定了位移致動器設計準則。此外，小振幅是裝置4和存儲層表面良好接觸的關鍵。
本發(fā)明不限于所描繪的實施例。特別是，可以構想把存儲層2相對于微尖5的機械位移和電荷相對于點3的位移結合起來的情況。
權利要求
1.一種數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，包括記錄介質(zhì)(1)，包括可以存儲數(shù)據(jù)的存儲層(2)和包括面對該存儲層(2)設置的微尖陣列(5)的數(shù)據(jù)讀和/或?qū)懷b置(4)，該系統(tǒng)的特征在于，該存儲層(2)包括多個被電絕緣的傳導點(3)，設計成根據(jù)要存儲的數(shù)據(jù)存儲電荷并建立相應的電場，每個微尖(5)包括集成到連接源(8)和漏(9)的晶體管溝道(7)上的高電容率元件(6)，該溝道(7)具有能通過面對該高電容率元件(6)設置的該點(3)的電荷產(chǎn)生的電場改變的電導系數(shù)，該系統(tǒng)包括相對于該微尖(5)電荷相對位移的裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，其包括用于該存儲層(2)相對于該微尖(5)的相對位移的裝置(11)。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，該記錄介質(zhì)(1)與該數(shù)據(jù)讀和/或?qū)懷b置(4)彼此集成，該系統(tǒng)包括電極矩陣(20)，設置在存儲層(2)的后面上，即面對該微尖(5)的面的背面，并且能夠引起該電荷從一點(3)到另一個點的位移。
4.根據(jù)權利要求1至3所述的系統(tǒng)，其特征在于，該存儲層(2)包括嵌入在絕緣材料中的傳導粒子。
5.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，特征在于，該絕緣材料包括硅石，并且該傳導粒子包括硅。
6.根據(jù)權利要求1至5中任何一項中所述的系統(tǒng)，其特征在于，該晶體管溝道(7)由第一型(N，相對于P)摻雜所摻雜的材料形成，并且該源(8)和漏(9)由第二型(P，相對于N)摻雜所摻雜的材料形成。
7.根據(jù)權利要求1至5中任何一項中所述的系統(tǒng)，其特征在于，該晶體管溝道(7)包括第二傳導點(17)，通過隧道結(18，19)分別連接到該源(8)和漏(9)上。
8.根據(jù)權利要求1至7中任何一項中所述的系統(tǒng)，其特征在于，該高電容率元件(6)具有截頂棱錐形狀，其底部集成到該晶體管溝道(7)上。
9.根據(jù)權利要求1至8中任何一項中所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個微尖(5)包括高電容率層(12)，其設置在該微尖(5)的側面上，并且通過低電容率層(13)與該高電容率元件(6)隔開。
10.根據(jù)權利要求1至9中任何一項中所述的系統(tǒng)，其特征在于，其包括第二低電容率層(22)，圍繞全部該微尖(5)，從而該第二低電容率層(22)和該微尖(5)形成公共平面。
11.根據(jù)權利要求1至10中任何一項中所述的系統(tǒng)，其特征在于，每個微尖(5)包括控制電極(16)。
12.一種使用根據(jù)權利要求11的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)的方法，其特征在于，其包括寫步驟，該步驟包括通過施與該控制電極(16)和該源(8)之間的電勢差把電荷注入該存儲層(2)中。
全文摘要
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，其中，存儲層(2)面對微尖陣列(5)設置。存儲層(2)包括適合于存儲電荷的多個絕緣的傳導點(3)。每個微尖(5)包括連接源(8)和漏(9)集成到晶體管溝道(7)上的高電容率元件(6)。溝道(7)具有能通過面對高電容率元件(6)設置的點(3)的電荷所產(chǎn)生的電場進行改變的電導系數(shù)。該系統(tǒng)包括致動器，使存儲層(2)相對于微尖(5)產(chǎn)生相對位移。該系統(tǒng)可以包括電極矩陣，能導致電荷從一個點(3)到另一個的位移。
文檔編號G11B9/08GK1950901SQ200580014378
公開日2007年4月18日 申請日期2005年4月29日 優(yōu)先權日2004年5月4日
發(fā)明者瑟奇·吉唐, 吉勒斯·勒卡瓦爾, 讓-弗雷德里克·克勒克 申請人:原子能委員會