存储设备及操作存储设备的方法技术

一种存储设备，包括存储介质，其用于以地形标记或磁性标记的形式存储数据。至少一个探针被安装在共用框架上，共用框架和存储介质被设计成相对于彼此移动，以产生或检测所述标记。每个探针包括面对存储介质的头（３４）、读传感元件（４２）、写元件（３８）以及电容性平台（４６），所述平台形成第一电极、并被设计为，施加到其上的电压电势独立于用于所述读传感元件（４２）的控制信号，以及施加到所述电容性平台（４６）上的所述电压电势独立于用于所述写加热元件（３８）的控制信号。所述设备还包括第二电极，其被设置在相对于存储介质的固定位置，并与所述第一电极、第一和第二电极之间的介质一起形成第一电容器。通过这样操作所述存储设备：根据头（３４）和所述介质之间的希望距离，改变施加给电容性平台（４６）电压电势，并将第二电极接地。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于存储数据的。
技术介绍
在本专利技术的
中已知的是，使用纳米尖头来成像和研究下降到原子级的材料结构。如EP 0223918B1和US4343993所公开的，该技术包括原子力显微术(ATM)和扫描隧道显微术(STM)。基于扫描隧道显微术和原子力显微术的发展，受益于这些技术，在过去的几年中已经引入了新的存储设计。引入具有纳米级头的探针用于修改地形和用于扫描适当的存储介质。将数据写为由地形标记表示的位的序列，例如缺口标记(indentation mark)和非缺口标记。该头包括具有更低纳米范围的半径的顶尖，缺口标记具有例如20到40nm的直径。所以，这些存储设计保证超高存储区密度。在IBM Journal Research Development，Vol.44，No.3，2000年3月由P.Vettiger等发表的“The millipede more than 1000 tips for future AFMdata storage”公开了基于AFM原理存储数据的存储设备。该存储设备具有基于利用每个具有头的探针的阵列对存储介质进行机械x-、y-扫描的读写功能。探针平行操作，在操作期间每个探针扫描存储介质的相关区域。从而可以获得高数据率。存储介质包括薄的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)层。该头以接触模式移动通过聚合物层表面。通过给探针施加小的力，使得探针的头可以接触存储介质的表面，从而实现接触模式。为此，探针包括在其端部承载尖头的支架。由聚合物层中的缺口标记或非缺口标记表示位。当它们沿表面移动时，支架响应表面中的地形变化。通过热机械记录，在聚合物表面上形成缺口标记。这通过如下实现，在接触模式中使用电流或电压脉冲加热各探针，使得聚合物层在探针头接触聚合物层的地方局部软化。从而在该层上形成纳米级直径的小缺口。同样通过热机械设计来实现读取。对加热器支架提供一定量的电能，这使探针温度升高到不足以高到在写入时所需的使聚合物层软化的温度。热传感是基于这样的事实，即当探针在缺口中移动时，在探针和存储介质、尤其是存储介质上的衬底之间的导热性变化，因为热传输在这种情况下更有效。作为其结果，支架的温度降低，并且其电阻变化。然后测量电阻的该变化并用作测量信号。在STM中，将尖头靠近表面扫描，在头和表面之间施加的电压引起取决于头表面间隔的隧道电流。从数据存储的观点考虑，可以使用这样的技术来成像或检测在平坦介质上的地形变化，即，用逻辑“0”和“1”表示存储的信息。为了获得适当的稳定电流，必须保持极小和相当恒定的头采样间隔。在STM中，需要将被扫描的表面是导电材料。日本专利摘要JP08297870公开了一种数据存储设备，其中使探针头与记录层表面接触，并施加记录脉冲电压。使电流在探针和衬底之间流通。通过电流产生的热，使记录层的温度局部升高。这使记录层软化。随后，通过排斥力将针头推入记录层以形成具有凹陷结构的记录位。WO02/077988A2公开了一种用于通过头将数据写到表面上的位置或从其读取数据的方法和装置。将该装置设计成在表面的位置之间移动头。在每个位置，通过头将能量选择性地施加到表面，并且与能量的选择性施加同步地迫使头和表面选择性地在一起。通过选择性地产生包括电场的力场，获得将头移入或移出与表面的接触。WO02/37488A1公开了用于基于AFM的数据存储设备的读/写元件。所述读/写元件包括杠杆装置和支撑结构。将杠杆装置连接到支撑结构用于基本上枢轴的移动。杠杆装置在支撑结构上的一对供电线之间提供第一和第二电流通路，通过其可以在使用时将杠杆装置连接到电源装置，使其可以在写模式和读模式下工作。在第一电流通路中在杠杆装置中提供写模式加热器，在写模式加热器上提供读/写头。在第二电流通路中在杠杆装置上提供读模式加热器。对于存储设备来说，相当长的寿命是重要的。所以，挑战性的是，提供基于局部探针技术的数据存储设备和基于局部探针技术的存储设备的操作方法，其允许长期的可靠操作而不显著磨损介质或头。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方案，提供一种存储设备，包括用于以标记的形式存储数据的存储介质，例如地形或磁性标记，但不必限于这些。将至少一个探针安装在共用框架上，将共用框架和存储介质设计成相对于彼此移动，以产生或检测标记。优选标记表示数据逻辑“1”，而优选无标记表示逻辑“0”。每个探针包括，具有面对存储介质的纳米级顶尖的头、读传感元件和写元件。每个探针还包括电容性平台，其形成第一电极，并被设计成，使得可以将电压电势施加到电容性平台，所述电势独立于用于读传感元件的控制信号，并独立于用于写传感元件的控制信号。物理上可将电容性平台形成多个部分。由第一电极、第一和第二电极之间的介质、以及第二电极形成第一电容器，第一电容器被设置在相对于存储介质的固定位置。存储设备具有这样的优点，可以设定电容性平台的电压电势，以便控制在头的顶尖和存储介质表面之间的距离、和/或利用由所述电容性平台和所述第二电极之间的电场产生的电场力来控制由存储介质上的头的顶尖施加的力。优选存储介质包括多于一个的探针，因为这提高了用于写或读数据的可能的数据率。存储设备使得能够通过给探针的各电容性平台施加各电压电势，而单独控制每个单独探针或一组探针的距离。如果第二电极对于至少一些探针是共用的(优选该情况以易于制造)，甚至可以单独控制头的顶尖和存储介质表面的距离。该单独或成组控制使得能够控制空闲的探针与介质隔开希望的距离，这显著降低了头的磨损并减小了摩擦。电容性平台可以用作部分写元件，同时使得能够控制探针和存储介质之间的距离。如果存储介质是由适于形成电极的材料制成，即存储介质是导电的，则第二电极也可以是存储介质。如果第二电极不是由存储介质形成，则可以这样设置第二电极，即将存储介质设置在第二电极和第一电极之间。然而，可以这样将其设置在相对于存储介质的固定位置，使得第一电极位于第二电极和存储介质之间。通过调整电容性平台的电压电势可以容易地校正未对齐的探针阵列。在存储设备的优选实施例中，电容性平台与读传感元件电绝缘，并与写加热元件电绝缘。这使得能够使用仅提供单极电压的电源，并简化了用于将电压分配给存储设备的各个端子所需的电路。在存储设备的另一个优选实施例中，读传感元件是依赖于温度的电阻器。这使得能够通过传感从依赖于温度的电阻器的散热的变化来检测地形标记。在存储设备的另一个优选实施例中，读传感元件是另一个形成第三电极的读电容性平台。通过第二和第三电极以及第二和第三电极之间的介质而形成另一个电容器。这具有在读数据时的回读处理的低功耗的优点。它还具有热时间常数不限制读数据的速度的优点，如在依赖于温度的电阻器的情况下。根据本专利技术的第二个方案，提供一种存储设备，包括以地形标记的形式存储数据的导电存储介质。在共用框架上安装至少一个探针。将共用框架和存储介质设计成彼此相对移动，以产生或检测地形标记。在这种情况下，同样优选提供探针阵列。每个探针包括面对存储介质的导电纳米级的头，并且至少在读操作中，所述头被控制在到导电存储介质的电子隧道距离内。每个探针还包括写元件和电容性平台，所述平台形成第一电极，并被设计成，将独立于用于写元件的控制信号的电压电势施加到其上。将第二电极设置在相对于存储介质的固定位置，其与本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种存储设备，包括：存储介质（２），其用于以标记（２６，２８，３０）的形式存储数据，至少一个探针（６），其被安装在共用框架（８）上，所述共用框架（８）和所述存储介质（２）被设计成相对于彼此移动，以产生或检测所述标记（２６，２８，３０），其中每个所述探针（６）包括：面对所述存储介质（２）的头（３４），读传感元件（４２），　写元件（３８），以及电容性平台（４６），其形成第一电极，并且其被设计成，被施加到其上的电压电势独立于用于所述读传感元件（４２）的控制信号、以及被施加到其上的所述电压电势独立于用于所述写元件（３８）的控制信号，第二电极，其被设置在相对于所述存储介质（２）的固定位置，并与所述第一电极、以及所述第一和第二电极之间的介质一起形成第一电容器。

【技术特征摘要】
EP 2005-1-13 05405016.61.一种存储设备，包括存储介质(2)，其用于以标记(26，28，30)的形式存储数据，至少一个探针(6)，其被安装在共用框架(8)上，所述共用框架(8)和所述存储介质(2)被设计成相对于彼此移动，以产生或检测所述标记(26，28，30)，其中每个所述探针(6)包括面对所述存储介质(2)的头(34)，读传感元件(42)，写元件(38)，以及电容性平台(46)，其形成第一电极，并且其被设计成，被施加到其上的电压电势独立于用于所述读传感元件(42)的控制信号、以及被施加到其上的所述电压电势独立于用于所述写元件(38)的控制信号，第二电极，其被设置在相对于所述存储介质(2)的固定位置，并与所述第一电极、以及所述第一和第二电极之间的介质一起形成第一电容器。2.根据权利要求1的存储设备，其中所述电容性平台(46)与所述读传感元件(42)电绝缘，并且所述电容性平台(46)与所述写元件(38)电绝缘。3.根据权利要求1或2的存储设备，其中所述读传感元件(42)是依赖于温度的电阻器。4.根据权利要求1或2中一项的存储设备，其中所述读传感元件(42)是形成第三电极的读电容性平台(56)，所述第三电极与所述第二电极以及所述第二和第三电极之间的介质一起形成第二电容器。5.一种存储设备，包括导电存储介质(2)，其用于以地形标记(26，28，30)的形式存储数据，以及至少一个探针(6)，其被安装在共用框架(8)上，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：P贝希托尔德，JG贝德诺尔兹，GK宾尼格，G凯鲁比尼，ES埃莱夫特里乌，M德蓬，
申请(专利权)人：国际商业机器公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]