專利名稱：存儲設(shè)備及操作存儲設(shè)備的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于存儲數(shù)據(jù)的存儲設(shè)備及操作存儲設(shè)備的方法。
背景技術(shù)：
在本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域中已知的是，使用納米尖頭來成像和研究下降到原子級的材料結(jié)構(gòu)。如EP 0223918B1和US4343993所公開的，該技術(shù)包括原子力顯微術(shù)(ATM)和掃描隧道顯微術(shù)(STM)。
基于掃描隧道顯微術(shù)和原子力顯微術(shù)的發(fā)展，受益于這些技術(shù)，在過去的幾年中已經(jīng)引入了新的存儲設(shè)計。引入具有納米級頭的探針用于修改地形和用于掃描適當(dāng)?shù)拇鎯橘|(zhì)。將數(shù)據(jù)寫為由地形標(biāo)記表示的位的序列，例如缺口標(biāo)記(indentation mark)和非缺口標(biāo)記。該頭包括具有更低納米范圍的半徑的頂尖，缺口標(biāo)記具有例如20到40nm的直徑。所以，這些存儲設(shè)計保證超高存儲區(qū)密度。
在IBM Journal Research Development，Vol.44，No.3，2000年3月由P.Vettiger等發(fā)表的“The millipede more than 1000 tips for future AFMdata storage”公開了基于AFM原理存儲數(shù)據(jù)的存儲設(shè)備。該存儲設(shè)備具有基于利用每個具有頭的探針的陣列對存儲介質(zhì)進行機械x-、y-掃描的讀寫功能。探針平行操作，在操作期間每個探針掃描存儲介質(zhì)的相關(guān)區(qū)域。從而可以獲得高數(shù)據(jù)率。存儲介質(zhì)包括薄的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)層。該頭以接觸模式移動通過聚合物層表面。通過給探針施加小的力，使得探針的頭可以接觸存儲介質(zhì)的表面，從而實現(xiàn)接觸模式。為此，探針包括在其端部承載尖頭的支架。由聚合物層中的缺口標(biāo)記或非缺口標(biāo)記表示位。當(dāng)它們沿表面移動時，支架響應(yīng)表面中的地形變化。通過熱機械記錄，在聚合物表面上形成缺口標(biāo)記。這通過如下實現(xiàn)，在接觸模式中使用電流或電壓脈沖加熱各探針，使得聚合物層在探針頭接觸聚合物層的地方局部軟化。從而在該層上形成納米級直徑的小缺口。
同樣通過熱機械設(shè)計來實現(xiàn)讀取。對加熱器支架提供一定量的電能，這使探針溫度升高到不足以高到在寫入時所需的使聚合物層軟化的溫度。熱傳感是基于這樣的事實，即當(dāng)探針在缺口中移動時，在探針和存儲介質(zhì)、尤其是存儲介質(zhì)上的襯底之間的導(dǎo)熱性變化，因為熱傳輸在這種情況下更有效。作為其結(jié)果，支架的溫度降低，并且其電阻變化。然后測量電阻的該變化并用作測量信號。
在STM中，將尖頭靠近表面掃描，在頭和表面之間施加的電壓引起取決于頭表面間隔的隧道電流。從數(shù)據(jù)存儲的觀點考慮，可以使用這樣的技術(shù)來成像或檢測在平坦介質(zhì)上的地形變化，即，用邏輯“0”和“1”表示存儲的信息。為了獲得適當(dāng)?shù)姆€(wěn)定電流，必須保持極小和相當(dāng)恒定的頭采樣間隔。在STM中，需要將被掃描的表面是導(dǎo)電材料。
日本專利摘要JP08297870公開了一種數(shù)據(jù)存儲設(shè)備，其中使探針頭與記錄層表面接觸，并施加記錄脈沖電壓。使電流在探針和襯底之間流通。通過電流產(chǎn)生的熱，使記錄層的溫度局部升高。這使記錄層軟化。隨后，通過排斥力將針頭推入記錄層以形成具有凹陷結(jié)構(gòu)的記錄位。
WO02/077988A2公開了一種用于通過頭將數(shù)據(jù)寫到表面上的位置或從其讀取數(shù)據(jù)的方法和裝置。將該裝置設(shè)計成在表面的位置之間移動頭。在每個位置，通過頭將能量選擇性地施加到表面，并且與能量的選擇性施加同步地迫使頭和表面選擇性地在一起。通過選擇性地產(chǎn)生包括電場的力場，獲得將頭移入或移出與表面的接觸。
WO02/37488A1公開了用于基于AFM的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備的讀/寫元件。所述讀/寫元件包括杠桿裝置和支撐結(jié)構(gòu)。將杠桿裝置連接到支撐結(jié)構(gòu)用于基本上樞軸的移動。杠桿裝置在支撐結(jié)構(gòu)上的一對供電線之間提供第一和第二電流通路，通過其可以在使用時將杠桿裝置連接到電源裝置，使其可以在寫模式和讀模式下工作。在第一電流通路中在杠桿裝置中提供寫模式加熱器，在寫模式加熱器上提供讀/寫頭。在第二電流通路中在杠桿裝置上提供讀模式加熱器。
對于存儲設(shè)備來說，相當(dāng)長的壽命是重要的。所以，挑戰(zhàn)性的是，提供基于局部探針技術(shù)的數(shù)據(jù)存儲設(shè)備和基于局部探針技術(shù)的存儲設(shè)備的操作方法，其允許長期的可靠操作而不顯著磨損介質(zhì)或頭。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方案，提供一種存儲設(shè)備，包括用于以標(biāo)記的形式存儲數(shù)據(jù)的存儲介質(zhì)，例如地形或磁性標(biāo)記，但不必限于這些。將至少一個探針安裝在共用框架上，將共用框架和存儲介質(zhì)設(shè)計成相對于彼此移動，以產(chǎn)生或檢測標(biāo)記。優(yōu)選標(biāo)記表示數(shù)據(jù)邏輯“1”，而優(yōu)選無標(biāo)記表示邏輯“0”。
每個探針包括，具有面對存儲介質(zhì)的納米級頂尖的頭、讀傳感元件和寫元件。每個探針還包括電容性平臺，其形成第一電極，并被設(shè)計成，使得可以將電壓電勢施加到電容性平臺，所述電勢獨立于用于讀傳感元件的控制信號，并獨立于用于寫傳感元件的控制信號。物理上可將電容性平臺形成多個部分。由第一電極、第一和第二電極之間的介質(zhì)、以及第二電極形成第一電容器，第一電容器被設(shè)置在相對于存儲介質(zhì)的固定位置。
存儲設(shè)備具有這樣的優(yōu)點，可以設(shè)定電容性平臺的電壓電勢，以便控制在頭的頂尖和存儲介質(zhì)表面之間的距離、和/或利用由所述電容性平臺和所述第二電極之間的電場產(chǎn)生的電場力來控制由存儲介質(zhì)上的頭的頂尖施加的力。優(yōu)選存儲介質(zhì)包括多于一個的探針，因為這提高了用于寫或讀數(shù)據(jù)的可能的數(shù)據(jù)率。存儲設(shè)備使得能夠通過給探針的各電容性平臺施加各電壓電勢，而單獨控制每個單獨探針或一組探針的距離。如果第二電極對于至少一些探針是共用的(優(yōu)選該情況以易于制造)，甚至可以單獨控制頭的頂尖和存儲介質(zhì)表面的距離。該單獨或成組控制使得能夠控制空閑的探針與介質(zhì)隔開希望的距離，這顯著降低了頭的磨損并減小了摩擦。電容性平臺可以用作部分寫元件，同時使得能夠控制探針和存儲介質(zhì)之間的距離。
如果存儲介質(zhì)是由適于形成電極的材料制成，即存儲介質(zhì)是導(dǎo)電的，則第二電極也可以是存儲介質(zhì)。如果第二電極不是由存儲介質(zhì)形成，則可以這樣設(shè)置第二電極，即將存儲介質(zhì)設(shè)置在第二電極和第一電極之間。然而，可以這樣將其設(shè)置在相對于存儲介質(zhì)的固定位置，使得第一電極位于第二電極和存儲介質(zhì)之間。通過調(diào)整電容性平臺的電壓電勢可以容易地校正未對齊的探針陣列。
在存儲設(shè)備的優(yōu)選實施例中，電容性平臺與讀傳感元件電絕緣，并與寫加熱元件電絕緣。這使得能夠使用僅提供單極電壓的電源，并簡化了用于將電壓分配給存儲設(shè)備的各個端子所需的電路。
在存儲設(shè)備的另一個優(yōu)選實施例中，讀傳感元件是依賴于溫度的電阻器。這使得能夠通過傳感從依賴于溫度的電阻器的散熱的變化來檢測地形標(biāo)記。
在存儲設(shè)備的另一個優(yōu)選實施例中，讀傳感元件是另一個形成第三電極的讀電容性平臺。通過第二和第三電極以及第二和第三電極之間的介質(zhì)而形成另一個電容器。這具有在讀數(shù)據(jù)時的回讀處理的低功耗的優(yōu)點。它還具有熱時間常數(shù)不限制讀數(shù)據(jù)的速度的優(yōu)點，如在依賴于溫度的電阻器的情況下。
根據(jù)本發(fā)明的第二個方案，提供一種存儲設(shè)備，包括以地形標(biāo)記的形式存儲數(shù)據(jù)的導(dǎo)電存儲介質(zhì)。在共用框架上安裝至少一個探針。將共用框架和存儲介質(zhì)設(shè)計成彼此相對移動，以產(chǎn)生或檢測地形標(biāo)記。在這種情況下，同樣優(yōu)選提供探針陣列。每個探針包括面對存儲介質(zhì)的導(dǎo)電納米級的頭，并且至少在讀操作中，所述頭被控制在到導(dǎo)電存儲介質(zhì)的電子隧道距離內(nèi)。每個探針還包括寫元件和電容性平臺，所述平臺形成第一電極，并被設(shè)計成，將獨立于用于寫元件的控制信號的電壓電勢施加到其上。將第二電極設(shè)置在相對于存儲介質(zhì)的固定位置，其與第一電極以及第一和第二電極之間的介質(zhì)一起形成電容器。優(yōu)選第二電極由導(dǎo)電的存儲介質(zhì)形成。然而，它也可以用上面的本發(fā)明第一方案的內(nèi)容描述的方式形成。
在本發(fā)明第二個方案的優(yōu)選實施例中，電容性平臺與寫元件電絕緣。這使得能夠使用僅提供單極電壓的電源，并簡化了用于將電壓分配給存儲設(shè)備的各個端子所需的電路。
根據(jù)本發(fā)明的第三方案，要求一種操作存儲設(shè)備的方法，包括根據(jù)頭和存儲介質(zhì)之間的所需距離、或根據(jù)由頭的頂尖施加到存儲介質(zhì)上的所需的力，而改變施加給電容性平臺的電壓電勢，并將第二電極接地。這樣可以簡單地單獨控制每個探針或一組探針的距離和/或力。這使得能夠控制當(dāng)前既不進行寫也不進行讀過程的探針與介質(zhì)隔開希望的距離，這顯著降低了對頭的磨損并減小了摩擦。通過調(diào)整電容性平臺的電壓電勢可以容易地校正未對齊的探針。僅需要施加單極電壓，這降低了相關(guān)控制電路的復(fù)雜性。
在用于操作具有至少兩個探針的存儲設(shè)備的方法的優(yōu)選實施例中，在讀模式期間，僅有效探針的電容性平臺被提供給定持續(xù)時間的給定電壓脈沖。有效探針是指當(dāng)前被控制以形成標(biāo)記或讀標(biāo)記的探針。通過適當(dāng)?shù)剡x擇電壓電勢和電壓脈沖的持續(xù)時間，這以容易的方法確保了對頭的磨損和摩擦的減小。
在具有包括至少兩個探針的存儲設(shè)備的方法的優(yōu)選實施例中，在寫模式期間，僅有效探針的電容性平臺被提供給定持續(xù)時間的另一個給定電壓脈沖。通過適當(dāng)?shù)剡x擇電壓電勢和另一電壓脈沖的持續(xù)時間，可以調(diào)整用于形成各地形標(biāo)記的適當(dāng)?shù)牧?。這允許所謂的冷寫模式，其中地形標(biāo)記的形成不需要由另外加熱存儲元件來協(xié)助。所以，在這種情況下，寫加熱元件變得過時。
在所述方法的另一優(yōu)選實施例中，將探針分到各探針子集，并用相對于它們各自的電容性平臺的相同的控制參數(shù)來控制每組探針。控制參數(shù)包括施加給電容性平臺的電壓。這使得可以更少復(fù)雜性地進行電路控制，另一方面能提供更完善的控制。到各子集的分組還取決于屬于一個子集的探針的共同特性，例如彈簧特性，以及/或者相關(guān)于存儲介質(zhì)的距離特性。


通過結(jié)合附圖、參考對根據(jù)本發(fā)明的目前優(yōu)選但是說明性的實施例的詳細(xì)描述，將更充分地理解本發(fā)明及其實施例。
示出的附圖為圖1為存儲設(shè)備的透視圖；圖2為根據(jù)圖1的部分存儲設(shè)備的截面圖；圖3為設(shè)置在根據(jù)圖1的存儲設(shè)備中的探針的示意俯視圖；圖4-7為根據(jù)圖3的探針的不同實施例，其集中于探針的電特性；以及圖8-12為探針的不同實施例，示出了探針的物理特性。
不同的圖可以包含相同的標(biāo)號，其表示具有類似或相同內(nèi)容的元件。
具體實施例方式
圖1示出了用于存儲數(shù)據(jù)的存儲設(shè)備的透視圖。優(yōu)選由薄聚合物層形成存儲介質(zhì)2?？梢杂杀〉木奂谆┧峒柞?PMMA)層形成聚合物層。然而，存儲介質(zhì)2也可以由不同的材料構(gòu)成，如導(dǎo)電材料或構(gòu)圖的磁性材料。由襯底4支撐存儲介質(zhì)2。優(yōu)選由硅形成襯底4。
在普通的框架8上安裝探針6的陣列。圖1中僅示出了一些探針。然而，存儲設(shè)備可以包括大量的探針，例如1024或甚至更大數(shù)量的探針。然而，存儲設(shè)備也可以僅包括一個探針6。
每個探針6包括端子，優(yōu)選為第一到第四端子10、12、14、16(圖3)，它們通過導(dǎo)電線被電連接到控制和信息處理單元19。端子10-16都可以單獨連接到控制和信息處理單元19。然而，為了降低布線的復(fù)雜性，也可以通過行線18和列線20、并可以通過未示出的多路轉(zhuǎn)換器將端子連接到控制和信息處理單元19。
將控制和信息處理單元19設(shè)計成，通過端子10、12、14、16產(chǎn)生施加到探針的控制參數(shù)、或檢測出現(xiàn)在端子10-16的參數(shù)，例如電流或電壓電勢，以用于寫或讀方式。將控制和信息處理單元19進一步設(shè)計成，用于控制存儲介質(zhì)2和襯底4相對于框架8在x和y方向上的移動。通過掃描器24完成該動作。
因此，存儲介質(zhì)2與包括探針6的框架8相對于彼此移動。如下文的詳細(xì)所述，通過在探針6上施加各個靜電力而實現(xiàn)在z方向上的相對移動。
在存儲介質(zhì)2中具有標(biāo)記26到30，其表示邏輯信息。它們優(yōu)選形成地形(topographic)標(biāo)記，并可以表示為缺口標(biāo)記邏輯“1”，而無缺口標(biāo)記可以表示邏輯“0”。標(biāo)記26到30具有納米尺度直徑。在圖1中，僅示出幾個標(biāo)記26到30，這同樣并不代表它們實際的物理特征。幾個標(biāo)記26-30只是示例示出。
圖2示出了根據(jù)圖1的存儲設(shè)備的截面圖。示出了探針6的部分。探針6包括彈簧支架32，在其上安裝頭34，頭34具有頂尖36，所述頂尖具有低納米范圍的半徑，優(yōu)選在100nm或更小的范圍內(nèi)，在另一個優(yōu)選實施例中在50nm或更小的范圍內(nèi)，在更優(yōu)選的實施例中在10nm或更小的范圍內(nèi)，根據(jù)另一個優(yōu)選實施例，其在20到40nm的范圍內(nèi)。通過將頭的頂尖36推入存儲介質(zhì)2而形成示為缺口標(biāo)記的標(biāo)記26到30。
探針6包括彈簧支架32，其可以包括多個腿，例如第一到第五腿51-55(圖3)。圖3中探針的表示是探針的非常示意性的表示。彈簧支架32的物理特征的實際設(shè)計可以在形式上變化。一些或所有的腿51到55包括端子10到16，其用作將端子電連接到控制和信息處理單元的導(dǎo)電線的連接點。優(yōu)選將行線18和列線20連接到端子10到16。在實際的設(shè)計中，端子的數(shù)量可以變化，如下文的詳細(xì)描述。
將第一和第五腿51-55設(shè)計成，為彈簧支架32提供具有給定的彈簧常數(shù)的彈簧特性。為了良好的熱和機械穩(wěn)定性，它們優(yōu)選全部由硅制造。彈簧支架32的第一到第五腿51到55優(yōu)選被高度摻雜以最小化電阻，因為它們也用于電連接到寫加熱元件38、讀傳感元件42和電容性平臺46的目的。寫加熱元件38、讀傳感元件42和電容性平臺46也優(yōu)選由硅制造。寫加熱元件38和讀傳感元件42優(yōu)選分別包括取決于溫度的寫電阻器40和取決于溫度的讀電阻器44，它們由較少摻雜的硅形成，其產(chǎn)生具有例如11千歐的高電阻。在探針上安裝頭34，使其具有到寫加熱元件38的良好熱連接。它也可以由硅制造。
優(yōu)選將電容性平臺46高度摻雜以最小化其電阻。將電容性平臺46設(shè)置成基本上平行于存儲介質(zhì)2的表面。它用作第一電容器的第一電極，還包括第二電極，和在第一和第二電極之間的電介質(zhì)。如果存儲介質(zhì)2是導(dǎo)電材料，那么可以由存儲介質(zhì)2形成第二電極。然而，它也可以由襯底4形成，在由硅制造襯底4的情況下，其可以被分別摻雜，以提供低電阻。然而，也可以將第二電極形成于存儲介質(zhì)2和襯底4之間的獨立的層中，或者形成在面對襯底4的遠(yuǎn)離存儲介質(zhì)2的一側(cè)的獨立的層中。為了通過由分別給第一電容器充電產(chǎn)生的靜電力實現(xiàn)z控制，需要相對于存儲介質(zhì)2將第二電極設(shè)置在固定位置。通過在第一電極和存儲介質(zhì)之間的空氣間隙來形成第一和第二電極之間的介質(zhì)，并且，如果由襯底4形成第二電極，那么在第一和第二電極之間的介質(zhì)還包括存儲介質(zhì)2。
將寫電阻器40(圖4)電連接到第一端子10并在探針6的第一實施例中電連接到第二端子12。讀電阻器44一邊電連接到第四端子16，其另一邊電連接到第二端子12。將電容性平臺46電連接到第三端子14。在存儲設(shè)備工作期間將第二端子12接地。在存儲設(shè)備工作期間將第二電極也接地。
在寫模式期間，通過改變由控制和信息處理單元19提供到第三端子14的第一電極的電壓電勢，來控制頭34的頂尖36的z位置。此外，可以通過改變第一電極的電壓電勢來調(diào)節(jié)用于將頭壓到存儲介質(zhì)2上的力。這可以通過開或閉環(huán)控制來實現(xiàn)，優(yōu)選是閉環(huán)控制。在讀模式期間可以通過反饋信號獲得反饋。
在寫模式中，可以移動探針6跨過其的存儲設(shè)備2的分配區(qū)域。將頂尖和頭之間的距離控制成存儲介質(zhì)2和頭的頂尖之間的給定距離。只有當(dāng)要形成標(biāo)記26、28、30時，將各個其它電壓脈沖施加到電容性平臺46，這導(dǎo)致了將頭的頂尖36壓入存儲介質(zhì)2的所需的靜電力。在及時同步方式中，寫電阻器40在第一端子10上具有給定的加熱電流或電壓脈沖。這又導(dǎo)致形成加熱脈沖，所述脈沖局部加熱存儲介質(zhì)2并以此方式將其軟化。然后頭34形成小的缺口，其充當(dāng)標(biāo)記26到30。缺口具有較低納米范圍的直徑，例如大約30nm。以給定的速度沿存儲介質(zhì)2掃描探針。然而通過僅提供加熱電流或電壓脈沖、或通過僅將其它電壓脈沖提供給電容性平臺46，可以形成標(biāo)記26到30。
在存儲設(shè)備的讀模式期間，探針6在存儲介質(zhì)2的其分配區(qū)域上掃描。在該讀模式期間，可以設(shè)置第三端子14上、即第一電極46上的電壓電勢，使得頭34的頂尖36非?？拷亟佑|存儲介質(zhì)的表面地移動通過存儲介質(zhì)2。優(yōu)選然后設(shè)置電容性平臺46上的電壓電勢，使得用給定的力將具有頂尖36的頭34壓到存儲介質(zhì)2上。當(dāng)然后在地形標(biāo)記26到30上掃描頭34時，在缺口的情況下，將頭推入缺口。在進入標(biāo)記26到30的缺口的頭34的期望移動的及時同步中，通過第四端子16將各電壓脈沖施加到讀元件(這里為讀電阻器44)，這引起加熱讀電阻器44。當(dāng)頭移入代表標(biāo)記26到30的缺口時，讀電阻器44與介質(zhì)和襯底之間的距離減小。這導(dǎo)致從讀電阻器44的散熱變化，并可以由控制和信息處理單元19檢測。
在操作該存儲設(shè)備的可選實施例中，可以通過引起連續(xù)散熱的第四端子16將各電壓電勢連續(xù)提供給讀元件42(這里為讀電阻器44)。
代替上述，可以通過第三端子14將各電壓電勢連續(xù)提供給電容性平臺46，這導(dǎo)致只通過與讀事件同步的電壓脈沖提供給定的力，所述力將頭的頂尖36壓到存儲介質(zhì)2上，即只當(dāng)其移動靠近存儲介質(zhì)2上可能出現(xiàn)標(biāo)記26到30的位置時。這減小了頭34受到的摩擦。除此以外，優(yōu)選僅對于有效處于讀模式或?qū)懩Ｊ街械奶结?，通過其電容性平臺46上的第三端子14在該端子上將各電壓脈沖提供給所述探針?？臻e的并因此當(dāng)前沒有有效讀或?qū)懜鲾?shù)據(jù)的其它探針6，可以通過電容性平臺46上的第三端子14在該端子上將所述探針上接地。這樣，進一步減小頭34的摩擦。該作用在頭34上的摩擦的減小導(dǎo)致對頭34的磨損的減小，從而獲得頭34的更長的壽命。
另外，在已有各布線的情況下，可以單獨控制存儲設(shè)備各探針6的電容性平臺46。這樣，可以考慮各探針6的單獨的特性。然而，從通過導(dǎo)電線布線的復(fù)雜性出發(fā)，優(yōu)選的是，將探針6分配到各子集，以這種方式將探針分組，并至少在z位置控制上共同控制每個子集的探針。一方面，這允許在給定的計算功率的限制下，在控制和信息處理單元19中執(zhí)行更復(fù)雜的控制運算。另一方面，可以降低通過導(dǎo)電線布線的復(fù)雜性。到各子集的分配考慮到彈簧特性和/或相對于存儲介質(zhì)2的距離特性。
從上述描述中已經(jīng)很清楚，通過僅給第一、第三和第四端子10、14、16提供單極電壓的電子電路可以實現(xiàn)讀寫模式。這使得能夠使用成本效率高的技術(shù)，例如CMOS晶體管技術(shù)。
優(yōu)選將存儲介質(zhì)分成多個區(qū)域，對每個區(qū)域分配一個探針6。通過特別分配的時鐘區(qū)獲得用于同步化施加到第二、第三和第四端子12、14、16的各電壓或電流脈沖的各時序信息。優(yōu)選這樣控制掃描器24，使得分別在讀模式或?qū)懩Ｊ街?，以線性方式沿連續(xù)的軌道分別讀或?qū)憳?biāo)記。優(yōu)選，分別沿每個軌道以行寫入或者沿每個軌道按行讀出連續(xù)標(biāo)記。然而，為了讀或?qū)憯?shù)據(jù)，也可以用另一種方式控制掃描器24。
圖5示出了考慮探針6電特性的可選實施例。在該實施例中，讀傳感元件42包括讀電容性平臺56。該讀電容性平臺56形成第三電極，該第三電極與第二電極、以及第三電極和第二電極之間的介質(zhì)一起形成第二電容器。將第三電極即讀電容性平臺56電連接到第四端子16。在該實施例中，當(dāng)頭34移入標(biāo)記26到30時，通過檢測第二電容器的電容量變化來實現(xiàn)讀模式。為了保持在第四端子16上的給定的電壓電勢，這可以通過檢測需要提供到讀電容性平臺56的電荷量來實現(xiàn)。該電容性傳感原理具有低功耗的優(yōu)點。
圖8示出了具有根據(jù)圖4的實施例的電特性的探針6的第一可能的物理設(shè)計。設(shè)置具有另一個端子62的另一個腿61以提高支架彈簧32的機械特性。在存儲設(shè)備工作期間將另一個端子62接地，如同第二端子12的情形。通過另一個腿61將另一個端子62電連接到讀電阻器44。第一到第四腿和另一個腿51、52、53、55、61、電容性平臺46、寫電阻器40和讀電阻器44和頭34彼此機械耦合。為了獲得所需的電特性，設(shè)置電去耦結(jié)構(gòu)58、60。例如，它們可以通過限定用與其它支架結(jié)構(gòu)摻雜不同種類的摻雜劑的區(qū)以獲得p-n結(jié)(二極管)來獲得，所述p-n結(jié)當(dāng)被極化為反向偏置時，提供所需的電絕緣。獲得電去耦的另一個方式是，在支架結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電部分之間使用例如Si3N4或SiO2的絕緣材料而引進橋。同樣，接下來描述的探針6的其它設(shè)計包括這些電去耦結(jié)構(gòu)，它們通常由標(biāo)號58和60表示。
圖9示出具有根據(jù)圖4的實施例的電特性的探針6的設(shè)計的另一實施例。在該實施例中，通過第二腿52將寫電阻器40和讀電阻器44連接到第二端子12。將電容性平臺46相對于中央的第二腿52不對稱地設(shè)置。
在具有根據(jù)圖4的探針6的實施例的電特性的根據(jù)圖10的探針6的另一設(shè)計中，將電容性平臺46分為第一和第二部分66、68。通過第三腿53將第一部分66連接到第三端子14，而通過另外的腿70將第二部分68電連接到另外的端子64。在該情況下，將第一電容器分成具有第一部分第一電容器和第二部分第一電容器的兩個子電容器。在這種情況下優(yōu)選第二端子14和另外的端子64具有相同的電壓電勢。在圖11和12中示出了具有根據(jù)圖5的實施例的電特性的探針6的另一設(shè)計。兩個實施例的探針都包括讀電容性平臺56。
圖6和7示出具有不同電特性的探針的另一可選實施例，其中端子數(shù)小于四。根據(jù)圖6，僅有兩個端子14和16是必要的。在該情況下，將電容性平臺46設(shè)置成用于z位置控制，用所謂的冷寫入工藝獲得標(biāo)記的寫入，即僅通過使用各個較大的力將頭34推入存儲介質(zhì)2而形成缺口標(biāo)記。讀傳感元件42存在于具有讀電容性平臺56的本實施例中，其連接到第四端子16。
在圖7的實施例中，將電容性平臺46電連接到電阻器40。在該實施例中，通過在第一端子10和第三端子14上具有的固定的電壓電勢差，并且通過相對于第二電極上的電勢改變端子10、14上的電勢，從而可以獲得獨立的z位置控制。
可以由磁性材料制造探針，這樣可以形成磁偶極。在存儲介質(zhì)2包含磁疇的前提下，以這種方式可以分別寫和讀磁性標(biāo)記。對于該基于磁的存儲設(shè)備，仍優(yōu)選具有寫加熱元件38，其同樣優(yōu)選是寫電阻器40并與頭34熱耦合。當(dāng)將產(chǎn)生磁性標(biāo)記時，加熱寫電阻器40，因為這支持對各個磁疇的希望的排列。在讀模式中，通過檢測在頭34和存儲介質(zhì)2之間相互作用的磁力來檢測磁性標(biāo)記26到30。
存儲設(shè)備的另一個實施例基于STM原理。在這種情況下，存儲介質(zhì)由導(dǎo)電材料構(gòu)成，例如相位變化介質(zhì)、鐵電或磁性材料。在該實施例中，可以以這樣的方式分別完成寫模式，即使用熱機械原理寫標(biāo)記，其中存儲介質(zhì)2由聚合物形成。在讀模式期間，通過由頭34檢測隧道電流，并且基于此設(shè)置提供到電容性平臺46的電壓電勢，從而以相對于存儲介質(zhì)2的給定隧道距離控制頭32。為了檢測標(biāo)記26到30，可以處理表示第一電容器或第二電容器電荷的信號。在該情況下，還可以通過寫元件或?qū)懠訜嵩?8或另一種寫元件完成寫入標(biāo)記26到30。這里，頭34由導(dǎo)電材料制造，例如高摻雜硅。
標(biāo)號2存儲介質(zhì)4襯底6探針8框架10、12、14、16第一到第四端子18行線20列線19控制和信息處理單元24掃描器xx方向yy方向26、28、30標(biāo)記
32彈簧支架34頭36頂尖38寫加熱元件40寫電阻器42讀傳感元件44讀電阻器46電容性平臺48電極層50電極體51-55支架的第一到第五腿56讀電容性平臺58、60電去耦結(jié)構(gòu)61另一個腿62、64端子66、68電容性平臺的第一、第二部分70額外的腿
權(quán)利要求
1.一種存儲設(shè)備，包括存儲介質(zhì)(2)，其用于以標(biāo)記(26，28，30)的形式存儲數(shù)據(jù)，至少一個探針(6)，其被安裝在共用框架(8)上，所述共用框架(8)和所述存儲介質(zhì)(2)被設(shè)計成相對于彼此移動，以產(chǎn)生或檢測所述標(biāo)記(26，28，30)，其中每個所述探針(6)包括面對所述存儲介質(zhì)(2)的頭(34)，讀傳感元件(42)，寫元件(38)，以及電容性平臺(46)，其形成第一電極，并且其被設(shè)計成，被施加到其上的電壓電勢獨立于用于所述讀傳感元件(42)的控制信號、以及被施加到其上的所述電壓電勢獨立于用于所述寫元件(38)的控制信號，第二電極，其被設(shè)置在相對于所述存儲介質(zhì)(2)的固定位置，并與所述第一電極、以及所述第一和第二電極之間的介質(zhì)一起形成第一電容器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的存儲設(shè)備，其中所述電容性平臺(46)與所述讀傳感元件(42)電絕緣，并且所述電容性平臺(46)與所述寫元件(38)電絕緣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的存儲設(shè)備，其中所述讀傳感元件(42)是依賴于溫度的電阻器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2中一項的存儲設(shè)備，其中所述讀傳感元件(42)是形成第三電極的讀電容性平臺(56)，所述第三電極與所述第二電極以及所述第二和第三電極之間的介質(zhì)一起形成第二電容器。
5.一種存儲設(shè)備，包括導(dǎo)電存儲介質(zhì)(2)，其用于以地形標(biāo)記(26，28，30)的形式存儲數(shù)據(jù)，以及至少一個探針(6)，其被安裝在共用框架(8)上，所述共用框架(8)和所述存儲介質(zhì)(2)被設(shè)計成相對于彼此移動，以產(chǎn)生或檢測所述地形標(biāo)記(26，28，30)，其中每個所述探針(6)包括頭(34)，其面對所述存儲介質(zhì)(2)，并至少在讀操作中被控制在到所述導(dǎo)電存儲介質(zhì)(2)的電子隧道距離內(nèi)，寫元件，以及電容性平臺(46)，其形成第一電極，并且其被設(shè)計為，被施加到其上的電壓電勢獨立于用于所述寫元件的控制信號，第二電極，其被設(shè)置在相對于所述存儲介質(zhì)(2)的固定位置，并與所述第一電極以及所述第一和第二電極之間的介質(zhì)一起形成第一電容器。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的存儲設(shè)備，所述電容性平臺(46)與所述寫元件電絕緣。
7.一種用于操作根據(jù)權(quán)利要求1到6中的一項的存儲設(shè)備的方法，包括以下步驟根據(jù)所述頭(34)和所述存儲介質(zhì)(2)之間的所需距離、或根據(jù)由所述頭(32)施加到所述存儲介質(zhì)(2)上的所需的力，來改變施加給所述電容性平臺(46)的電壓電勢，以及將所述第二電極接地。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，所述存儲設(shè)備包括至少兩個探針，其中在讀模式期間，僅僅有效探針(6)的所述電容性平臺(46)具有給定持續(xù)時間的給定電壓脈沖。
9.根據(jù)權(quán)利要求7或8的方法，其中所述存儲設(shè)備包括至少兩個探針(6)，其中在寫模式期間，僅僅有效探針的所述電容性平臺(46)具有給定持續(xù)時間的給定的另一個電壓脈沖。
10.根據(jù)權(quán)利要求6到9中一項的方法，所述存儲設(shè)備包括至少兩個探針，其中所述探針(6)被分配到多個探針子集，并利用相關(guān)于所述探針的各自的電容性平臺的相同的控制參數(shù)來控制每個子集的探針。
全文摘要
一種存儲設(shè)備，包括存儲介質(zhì)，其用于以地形標(biāo)記或磁性標(biāo)記的形式存儲數(shù)據(jù)。至少一個探針被安裝在共用框架上，共用框架和存儲介質(zhì)被設(shè)計成相對于彼此移動，以產(chǎn)生或檢測所述標(biāo)記。每個探針包括面對存儲介質(zhì)的頭(34)、讀傳感元件(42)、寫元件(38)以及電容性平臺(46)，所述平臺形成第一電極、并被設(shè)計為，施加到其上的電壓電勢獨立于用于所述讀傳感元件(42)的控制信號，以及施加到所述電容性平臺(46)上的所述電壓電勢獨立于用于所述寫加熱元件(38)的控制信號。所述設(shè)備還包括第二電極，其被設(shè)置在相對于存儲介質(zhì)的固定位置，并與所述第一電極、第一和第二電極之間的介質(zhì)一起形成第一電容器。通過這樣操作所述存儲設(shè)備根據(jù)頭(34)和所述介質(zhì)之間的希望距離，改變施加給電容性平臺(46)電壓電勢，并將第二電極接地。
文檔編號G11B9/00GK1828749SQ20061000126
公開日2006年9月6日 申請日期2006年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月13日
發(fā)明者P·貝希托爾德, J·G·貝德諾爾茲, G·K·賓尼格, G·凱魯比尼, E·S·埃萊夫特里烏, M·德蓬 申請人:國際商業(yè)機器公司