半导体探头以及采用其写入和读取信息的方法技术

提供了一种半导体探头和一种利用所述半导体探头写入和读取信息的方法。所述半导体探头包括悬臂和形成于所述悬臂的一个末端部分上的尖端，从而在位于形成了电极的表面上的铁电媒质上写入信息或从其上读取信息。所述尖端包括轻度掺杂了半导体杂质的电阻性区域和重度掺杂了半导体杂质的导电区域。所述悬臂包括形成于面对所述媒质的底面上的静电力生成电极。通过在形成于所述铁电媒质上的电极和所述静电力生成电极之间有选择地施加电压调整所述尖端和所述媒质之间的接触力。从而使尖端的磨损降至最低，并确保高记录密度下的写入／读取性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于扫描探头显微术(SPM)的半导体探头以及采用所述半导体探头写入和读出信息的方法，更具体而言，涉及一种具有能够调整尖端和媒质之间的接触力的悬臂结构的半导体探头以及采用所述半导体探头写入和读取信息的方法。
技术介绍
探头应用于各种SPM技术当中。例如，探头应用于扫视透射式显微镜(STM)，其通过检测视探头和样品之间的电压差而定的电流读取信息；原子力显微镜(AFM)，其利用探头和样品之间产生的原子力；磁力显微镜(MFM)，其利用样品的磁场和被磁化的探头之间产生的力；扫描近场光学显微镜(SNOM)，其改善了由可见光的波长引起的分辨率限制；静电力显微镜(EFM)，其利用样品和探头之间产生的静电力；等等。最近，开发出了一项利用STM写入/读取信息的技术。在几十年的时间内，诸如硬盘驱动器的典型磁写入/读取装置的记录密度一直在急剧增大。此外，由于优化了头和磁盘之间的界面的摩擦特性，实现了写入/读取装置的高可靠性。例如，在纵向磁记录中取得了100Gbit/in2的记录密度，在垂直磁记录中取得了100Gbit/in2以上的记录密度。但是，由于超顺磁性的限制，磁记录技术在提高记录密度方面受到了制约。随着能够利用极为尖锐的探头尖端对表面属性进行纳米级测量的SPM的提出，预计将使Tbit/in2级的记录密度成为可能。由于采用SPM的记录技术具有降低写入/读取装置的尺寸的优点，因此其作为下一代记录技术而崭露头角。但是，与探头尖端和记录媒质之间的界面摩擦特性相关的可靠性是一项有待解决的技术问题。图1是说明根据相关技术由悬臂的弯曲产生的，在探头中起着接触力作用的机械力的示意图。探头包括尖端3和悬臂5。尖端3利用悬臂5的弯曲接触媒质7。就此而言，弯曲程度根据所需的接触力确定。例如，在采用具有电阻性(resistive)尖端的半导体探头实施信息的写入和读取时，需要较高的接触力才能利用所施加的值较小的电压稳定地写入和读取信息。就此而言，当接触力仅由机械力决定时，问题在于，写入过程中施加的接触力与复制过程中施加的接触力相同。在提高接触力以实现稳定写入时，探头尖端可能被磨损。特别地，在采用诸如PbZrTio(PZT)的铁电体作为记录媒质时，提高了记录媒质的表面硬度。在这种情况下，进一步增大了尖端的磨损。在采用极为尖锐的尖端时，增大了尖端与媒质的接触压力。在这种情况下，尖端可能易于损坏，磨损产物的量增大，引起污染。一项发现表明，在沿滑移方向将尖端设计成钝头时，降低了尖端的磨损速度。但是，在这种情况下，降低了记录密度。因此，为了提高尖端的接触力，必须在考虑记录密度、滑动速度和媒质材料的情况下优化尖端的设计。为了确保尖端的耐磨损，可以采用诸如金刚石的保护材料包覆尖端或媒质。韩国公开专利No.1999-069113公开一种采用金刚石包覆尖端的方法。但是，在利用铁电体写入和读取时，在尖端或媒质上包覆不同材料劣化了写入/读取性能。在响应适于稳定写入的接触力而确定悬臂的弯曲时，由于尖端磨损的恶化，将导致写入和复制属性的劣化。在根据能够使尖端的磨损降至最低的接触力确定悬臂的弯曲时，所导致的不稳定记录劣化了写入/读取性能。因此，必须在考虑上述问题的情况下，适当确定尖端和媒质之间的接触力。但是，如上所述，当接触力仅由(例如)悬臂弯曲产生的机械力确定时，问题在于，在写入过程中施加的接触力与复制过程中施加的接触力相同。因此，很难同时满足使尖端的磨损降至最低的微弱接触力条件和实现稳定记录的强接触力条件。
技术实现思路
本专利技术提供了一种半导体探头，所述半导体探头调整尖端和媒质之间的接触力，从而使尖端的磨损降至最低，并确保高记录密度下的写入/读取性能，本专利技术还提供了一种采用所述半导体探头写入和读取信息的方法。根据本专利技术的一方面，提供了一种半导体探头，其包括悬臂；以及形成于所述悬臂的末端部分上的尖端，用于在位于形成了电极的表面上的铁电媒质上写入信息或从其上读取信息，所述尖端包括轻度掺杂了半导体杂质的电阻性区域和重度掺杂了半导体杂质的导电区域，其中，所述悬臂包括在面对所述媒质的底面上形成的静电力生成电极，通过在形成于所述铁电媒质上的电极和所述静电力生成电极之间有选择地施加电压调整所述尖端和所述媒质之间的接触力。根据本专利技术的另一方面，提供了一种利用半导体探头在铁电媒质上写入信息或从其上读取信息的方法，所述半导体探头包括悬臂和电阻性尖端，所述悬臂具有在面对所述铁电媒质的表面上形成的静电力生成电极，所述铁电媒质位于形成了电极的表面上，所述电阻性尖端具有轻度掺杂的电阻性区域和电连接到所述静电力生成电极的重掺杂导电区域，所述方法包括在写入操作中，在所述铁电媒质的所述电极和所述电阻性尖端的所述重掺杂导电区域之间施加电压，从而通过在所述铁电媒质的所述电极和所述悬臂的所述静电力生成电极之间产生静电力而增大所述铁电媒质和所述电阻性尖端之间的接触力。根据本专利技术的又一方面，提供了一种利用半导体探头在铁电媒质上写入信息或从其上读取信息的方法，所述半导体探头包括悬臂和电阻性尖端，所述悬臂具有在面对所述铁电媒质的表面上形成的静电力生成电极，所述铁电媒质位于形成了电极的表面上，所述电阻性尖端具有轻度掺杂的电阻性区域和没有电连接到所述静电力生成电极的重掺杂导电区域，所述方法包括在写入操作中，在所述铁电媒质的所述电极和所述重掺杂导电区域之间，以及在所述铁电媒质的所述电极和所述悬臂的所述静电力生成电极之间施加电压，从而通过在所述静电力生成电极和所述铁电媒质的所述电极之间产生静电力而增大所述铁电媒质和所述电阻性尖端之间的接触力。根据本专利技术的又一个方面，提供了一种检测媒质信息的探头，所述媒质具有关于电场的信息并且位于形成了电极的表面上，所述探头包括尖端；以及悬臂，所述悬臂包括在面对所述媒质的底面上形成的静电力生成电极，用于通过在形成于所述铁电媒质上的所述电极和所述静电力生成电极之间有选择地施加电压而调整所述尖端和所述媒质之间的接触力。附图说明通过参考附图详细描述其示范性实施例，本专利技术的以上和其他特征和益处将变得更加显见，附图中图1是说明根据相关技术由悬臂的弯曲产生的，在探头中起着接触力作用的机械力的示意图；图2A是说明根据本专利技术实施例在媒质和半导体探头的尖端之间产生的接触力的示意图；图2B是说明根据本专利技术另一实施例在媒质和半导体探头的尖端之间产生的接触力的示意图；图3A和图3B是说明利用具有电阻性尖端的半导体探头写入和读取信息的原理的示意图；图4A和图4B是图3A的虚线圆部分的放大图，用于说明媒质和尖端之间的接触力与数据点(dot)尺寸之间的关系；图5A是说明根据本专利技术的实施例采用连续模式(continuous-mode)型半导体探头写入和读取信息的方法的截面图；图5B是说明在采用图5A所示的连续模式型半导体探头写入和读取信息的过程中，写入电压、静电力生成电压和接触力的曲线图；图6A是说明根据本专利技术的另一实施例采用不连续模式型半导体探头写入和读取信息的方法的截面图；图6B是说明在采用图6A所示的不连续模式型半导体探头写入和读取信息的过程中，写入电压、静电力生成电压和接触力的曲线图。具体实施例方式现在将参考附图更为充分地描述本专利技术，附图中展示了本专利技术的示范性图2A是说明根据本专利技术实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体探头，包括：悬臂；以及形成于所述悬臂的末端部分上的尖端，用于在包括电极的铁电媒质上写入信息或从其上读取信息，所述尖端包括轻度掺杂了杂质的电阻性区域和重度掺杂了杂质的导电区域，其中，所述悬臂包括在面对所述媒质 的所述悬臂的表面上形成的静电力生成电极，通过在所述铁电媒质的所述电极和所述悬臂的所述静电力生成电极之间有选择地施加电压而调整所述尖端和所述媒质之间的接触力。

【技术特征摘要】
KR 2005-11-12 108294/051.一种半导体探头，包括悬臂；以及形成于所述悬臂的末端部分上的尖端，用于在包括电极的铁电媒质上写入信息或从其上读取信息，所述尖端包括轻度掺杂了杂质的电阻性区域和重度掺杂了杂质的导电区域，其中，所述悬臂包括在面对所述媒质的所述悬臂的表面上形成的静电力生成电极，通过在所述铁电媒质的所述电极和所述悬臂的所述静电力生成电极之间有选择地施加电压而调整所述尖端和所述媒质之间的接触力。2.根据权利要求1所述的半导体探头，所述静电力生成电极没有电连接到所述尖端的所述导电区域。3.根据权利要求1所述的半导体探头，其中，所述静电力生成电极电连接到所述尖端的所述导电区域。4.根据权利要求1所述的半导体探头，其中，面对所述媒质的所述悬臂的表面具有台阶。5.根据权利要求2所述的半导体探头，其中，面对所述媒质的所述悬臂的表面具有台阶。6.根据权利要求3所述的半导体探头，其中，面对所述媒质的所述悬臂的表面具有台阶。7.一种利用半导体探头在铁电媒质上写入信息或从其上读取信息的方法，所述半导体探头包括悬臂和电阻性尖端，所述悬臂具有在面对包括电极的所述铁电媒质的所述悬臂的表面上形成的静电力生成电极，所述电阻性尖端具有轻度掺杂的电阻性区域和电连接到所述静电力生成电极的重掺杂导电区域，所述方法包括在写入操作中，在所述铁电媒质的所述电极和所述电阻性尖端的所述重掺杂导电区域之间施加电压，从而通过在所述铁电媒质的所述电极和所述悬臂的所述静电力生成...

【专利技术属性】
技术研发人员：朴弘植，丁柱焕，高亨守，洪承范，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]