专利名称：具有尺寸小于写光波长的存储单元的存储设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有尺寸小于写光波长的存储单元的存储设备。
背景技术：
各种类型的存储媒体可用在计算机和其它类型的电子设备中。存储媒体的例子包括集成电路存储设备，诸如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)等。存储媒体还包括基于磁和光学的存储媒体，诸如软盘、硬盘、光盘(CD)、以及数字化视频光盘(DVD)。
光学DVD技术已经在相对小的磁盘上实现了相对大量的数据的存储。朝光学存储媒体(诸如DVD)上更高存储密度的持续趋势已经导致蓝光技术的发展，蓝光技术使用了蓝紫光激光取代红激光(其与常规DVD技术相关联)，以写入和读取DVD上的比特。蓝紫光激光具有比红激光更短的波长，这实现了当写入光学介质上的单元以及从该单元读取时激光的更好的聚焦和更高的精度。更短波长蓝紫光激光的使用实现了光学介质上数据的更高密度配置。
传统上，光学媒体上的存储单元是限制衍射的，这意味着存储单元的尺寸大于用于写入存储单元的激光的波长。因此，限制衍射存储媒体不能获得更高的存储密度。
发明内容
本发明的存储设备，包括基片，其具有记录层，所述记录层具有与各自的多个存储单元相关联的多个区域；以及光源，其产生具有写入存储单元的第一波长的写光，其中所述存储单元的尺寸小于所述第一波长。
图1示出根据本发明实施例的一部分存储设备；图2示出根据实施例、将数据写入存储设备或从存储设备读取数据的激光的使用；图3是示出根据实施例、用于将存储单元写入存储设备中的激光脉冲的时序图；图4是示出根据实施例、响应于写激光脉冲的存储单元区域的温度曲线的示意图；图5是根据实施例、结合存储设备的示例性系统的框图。
具体实施例方式
图1示出根据实施例、包括存储基片10的存储设备，该存储基片包含多个存储单元12。存储基片10包括在其上形成若干层的支承结构14。在支承结构14上形成的第一层16包括一般沿第一方向(图1中被表示为X方向)扩展的多个电极或导体18。根据一个实施例，导体18由反射电导体材料(例如铝硅)组成。
在第一层16上形成半导体层20(诸如P型硅层)。在半导体层20上形成相变层22。在一个例子中，相变层22是由n型材料组成。在备选实施例中，相变层22是由p型材料组成，而半导体层20是由n型材料组成。层20和22具有不同的掺杂类型(p掺杂类型或n掺杂类型)，以形成p-n结。
用于形成相变层22的相变材料的例子包括In2Se3、InSe、Ga2Se3、GaSbTe、GbSb以及AgGaSbTe。其它相变材料可用在其它实施例中。
在相变层22上形成另一个层24，其中层24包括沿第二方向(在图1中被表示为Y方向)扩展的电极26。图1中的X和Y方向一般彼此垂直。在不同的实施例中，电极18沿Y方向扩展，而电极26沿X方向扩展。
可在层24上形成抗反射涂层和保护层28。抗反射涂层允许激光(或者电子束)穿过并到达相变层22，以执行存储单元12的写和读。
出于示例性目的而提供图1中所示存储基片10的层。在其它实现中，其它配置和层可用于存储基片10。
相变层22实际上是可编程为将数据位存储在各个存储单元12中的记录层。对应于存储单元12的相变层22的每个区域具有至少两个相位晶相和非晶相。备选地，可取代非晶相而采用两个不同的晶相存储数据位。当存储单元12被编程为第一相位时，该存储单元包括具有第一数据状态或逻辑值的数据位。然而，如果存储单元12的相变层部分被编程为具有第二相位，则存储单元12包含具有不同的第二数据状态或逻辑值的数据位。
在存储基片10上设置数据检测器32，以便执行包含在存储单元12中的数据位的回读。数据检测器32被电连接到电极18和26，以便检测每对电极18、26两端的电压。如果存储单元12包含第一数据状态，则数据检测器32检测第一电压。然而，如果存储单元12包含第二数据状态，则数据检测器32检测第二电压。虽然数据检测器32被示为一个逻辑块32，但该数据检测器实际上可具有多个数据检测器电路，每个电路用于各组(列或行)存储单元。
图1还示出在第二基片36上设置的写/读机构34。第二基片36和存储基片10可相对于彼此移动，以便在编程(写)或读取存储单元的选择存储单元上定位写/读机构32。注意可移动第二基片36、存储基片10或两者，以便实现写/读机构34和存储单元12之间的相对移动。根据一个实施例，写/读机构34包括用于出于执行存储单元12的读和写的目的而将激光传播到存储基片10上的激光源。在一个实施例中，写/读机构34包括写激光源(用于执行写)和读激光源(用于执行读)。备选地，写/读机构34可包括用于执行读的电子束发射器(而非读激光源)和用于执行写的写激光源。更一般地说，写/读机构34中的读激光源或电子束发射器被称为“读照明束发生器”，该发生器能够发射激光或电子束。
根据本发明的一些实施例，写/读机构34的每个写/激光源能够将数据位写到尺寸不是限制衍射的存储单元12上。换言之，写激光源能够写入每个的尺寸(“子波长尺寸”)小于写激光源产生的激光的波长的存储单元12。其尺寸小于写激光的波长的存储单元12被称为子波长存储单元。如果(1)存储单元的直径，或者(2)存储单元的宽度或长度，或者(3)存储单元的任何其它尺寸小于写激光的波长，则存储单元的尺寸小于写激光的波长。
通过产生具有功率幅度和持续时间的写激光脉冲来提供实现子波长存储单元的能力，即使目标存储单元的相变层区域小于写激光的波长，该写激光脉冲也不引起处于目标存储单元的相变层区域外部的相变层22部分中的相变。以下进一步描述实现写入子波长存储单元和从子波长存储单元读取的写激光脉冲的特性。
图2是一部分存储基片10和第二基片36的侧视图。在第二基片36的下表面101上设置写激光源102。此外，还在第二基片36的下表面101上形成读照明束源100(其可以是电子束发射器或激光源)。写激光源102和读照明束源100是写/读机构34(图1)的一部分。虽然在图2中示出了多个写激光源102和读照明束源100，但其它的实施例可使用单个写激光源100和/或单个读照明束源102。
在一个示例性实施例中，每个写激光源100产生的写激光具有大约399纳米(nm)的波长，而每个读激光源产生的读激光具有大约422nm的波长。具有大约为以上的示例性波长值的写和读激光的波长是蓝激光的波长(其包括蓝激光和蓝紫光激光)。在其它实施例中，其它波长可用于写和读激光。
在图2中，第一写激光源102产生将要导向第一存储单元12A的激光束105A，而第二写激光源102产生将要导向第二存储单元12B的激光束105A。图2还示出产生各个第一和第二读激光束104A、104B的第一和第二读激光源100。在图2所示的位置中，为了执行读，相对于存储单元12A、12B调节读激光源100，以使来自读激光源100的激光束104A、104B能够照射各个存储单元12A、12B。为了执行写，将相对于存储单元12A、12B调节(通过存储基片10和第二基片36的相对移动)写激光源102，以便使来自写激光源102的激光束105A、105B导向存储单元12A、12B。
在图2的示例中，导向存储单元12A的写激光束105A使相变层22的区域(其是存储单元12A的一部分)保持或变为第一相位(例如晶相)。另一方面，导向存储单元12B的写激光束105B使相变层22的区域(其是存储单元12B的一部分)保持或变为第二相位(例如非晶相)。是存储单元12A的一部分的、相变层22的区域被表示为结晶区114，而是存储单元12B的一部分的、相变层22的区域被表示为非晶区112。在其它示例中，存储单元12A可被编程为非晶相，而存储单元12B可被编程为晶相。
在存储单元12B的非晶区112中，读激光束104A引起电子空穴对的创建。然而，由于非晶区112中的电子空穴对趋向于以相对快速的速率重新组合，因此很少或没有电流响应于读激光束104B而从非晶区112通过半导体层20流到电极18。然而，在结晶区114中，电极对的重新组合以比非晶区112中更慢的速率发生；因此，响应于读激光束104A，引起电流106从结晶区114通过半导体层20流到电极18。彼此相邻的P型相变层22和n型半导体层20实际上提供起二极管作用的p-n结。
在备选实施例中，存储单元可被编程为两个不同的晶相一第一晶相和第二晶相。对于电子空穴载流子对(自由载流子)而言，这两个晶相具有不同的重新组合速率，以便响应于读激光束104A、104B而感应不同的电流。
通过p-n结的电流引起由p-n结表征的二极管两端的压降。压降出现在电极26和18的两端。电极26被连接到运算放大器108的正输入，而电极18被连接到运算放大器108的负输入。运算放大器108是数据检测器32的一部分。运算放大器108检验电极26和18两端的压降。如果第一压降(其对应于选择存储单元的相变层区域的第一相位)出现在电极26和18之间，则运算放大器108将第一值输出到信号Data_Out。然而，如果运算放大器108检测到电极26和18两端不同的第二压降(其对应于选择存储单元的相变层区域的第二相位)，则该运算放大器108将第二值输出到信号Data_Out。在一个实施例中，电阻器110是与运算放大器108相关联的反馈回路的一部分。在其它实施例中，可使用其它类型的用于检测电极26和18两端压降(或电流)的电路。虽然在图1中示出一个运算放大器108，但多个运算放大器108可以是数据检测器32的一部分，以便检测对应的多个存储单元的数据状态。
图3是示出用于对存储基片10(图1)的存储单元(或多个存储单元)执行写的写激光束的两个脉冲200、202的时序图。第一脉冲200(其具有功率幅度P1和脉冲宽度t1)用于将存储单元编程为非晶相。具有功率幅度P2和脉冲宽度t2的第二脉冲202用于将存储单元编程为晶相。
图3中所示脉冲200和202中每一个的功率幅度和脉冲宽度被选择为加热目标存储单元中的相变层区域，以使该相变层区域中的温度具有类似于图4中所示曲线300的温度曲线。图4中所示的温度曲线一般将存储单元的相变层区域中的温度表示为距离的函数。温度曲线300一般具有高斯形状。换言之，温度曲线300一般是正态曲线，该曲线是正态分布的对称钟形曲线。更一般地说，温度曲线300具有一般的钟形曲线。一般的钟形曲线的峰值(其表示目标存储单元的相变层区域中感应的最大温度)一般位于或接近存储单元的中心(在图4中被表示为点DC)。远离该中心或接近存储单元中中心位置DC的温度根据图4的一般的钟形曲线从峰值降低。
写激光的波长由λ表示。如图4中所示，一般的钟形温度曲线的一部分在水平虚线表示的、相变层的熔化温度(Tmelting)的上方。在熔化温度上方的温度曲线部分具有宽度W，该宽度小于写激光的波长λ。结果，响应于写激光，仅温度高于Tmelting的相变层区域被编程。因此，可使存储单元的尺寸(直径、宽度或其它尺寸)与图4中所示的宽度W一样小。宽度W的值小于波长λ，以根据一些实施例实现子波长存储单元的形成。
在一个例子中，具有3.5毫瓦(mW)功率幅度和50纳秒(ns)脉冲宽度的399nm写激光脉冲可用于形成直径大约为170nm的存储单元。在其它例子中，可以在2-10mW之间调节功率幅度，并且脉冲宽度可以在10-50ns或更高值之间变化。以上给出的值是处于示例性目的。在其它实现中，写激光的其它功率幅度和脉冲宽度值可用于有效地写入子波长存储单元。
以上根据一些实施例描述的存储设备可被封装，以便用在计算设备204(例如桌面型计算机、便携式或笔记本计算机、服务器计算机、手持设备、诸如照相机的消费电子设备和器械等)中。例如，如图5中所示，根据一些实施例的存储设备被称为高密度存储设备200，该高密度存储设备可被连接到计算设备204的I/O(输入/输出)端口202。I/O端口202可以是USB端口、并行端口、或任何其它类型的I/O端口。在计算设备204内部，I/O端口202被连接到I/O接口206，该I/O接口再连接到总线208。总线208连接到处理器210、处理器212以及海量存储器214。其它构件可被包括在计算设备204中。计算设备204的该配置是被作为例子提供，并且并不用于限制本发明的保护范围。在备选实施例中，高密度存储设备200可被安装(直接或通过插座)在计算设备204的主电路板上，而不是连接到计算系统的I/O端口。
在前文的描述中，阐述了许多细节，以提供本发明的理解。然而，本领域的技术人员将理解可在没有这些细节的情况下实践本发明。虽然已经就有限个实施例公开了本发明，本领域的技术人员将理解从该实施例的许多修改和变更。希望在落入本发明的真正精神和保护范围内时所附权利要求覆盖这些修改和变更。
权利要求
1.一种存储设备，包括基片(10)，其具有记录层(22)，所述记录层(22)具有与各自的多个存储单元(12)相关联的多个区域；以及光源(102)，其产生具有写入存储单元(12)的第一波长的写光(105A、105B)，其中所述存储单元(12)的尺寸小于所述第一波长。
2.如权利要求1所述的存储设备，其中所述光源(102)包括激光源。
3.如权利要求1所述的存储设备，其中所述记录层(22)包括由相变材料组成的层。
4.如权利要求1所述的存储设备，其中所述写光(105A、105B)导致各个存储单元(12)中所述记录层(22)区域的加热，以使所述记录层区域中的温度具有一般的钟形曲线(300)。
5.如权利要求1所述的存储设备，还包括第二光源(100)，其产生具有不同的第二波长的读光(104A，104B)，以便实现所述存储单元(12)的读取。
6.如权利要求5所述的存储设备，还包括检测存储单元(12)中由所述读光(104A，104B)感应的、所述基片中的电流的读电路(32)。
7.如权利要求6所述的存储设备，其中所述基片(10)具有与所述记录层(22)相邻的半导体层(20)，所述记录层和半导体层形成响应于所述电流提供电压的p-n结，所述电压可由所述读电路(32)检测。
8.如权利要求1所述的存储设备，其中在写期间每个存储单元(12)中的所述记录层(22)区域可被编程为第一相位和第二相位中的一个。
9.一种存储设备，包括支承结构(10)；记录层(22)，其是在所述支承结构(10)上形成；写机构，其通过使用具有波长的激光(105A，105B)选择性地在各个存储单元(12)中形成非晶相区域和晶相区域的方式写入所述记录层(22)中的存储单元，写入所述存储单元的所述写机构中每一个的尺寸小于所述激光的所述波长；以及读电路(32)，其检测所述非晶相和晶相区域中的电信号，以读取所述存储单元(12)的状态。
10.一种将数据存储在存储设备中的方法，包括使用激光源(102)产生目标为所述存储设备的存储单元(12)的激光(105A，105B)，所述存储单元(12)包括相变层(22)区域；以及将所述存储单元(12)中的区域编程为第一相位和第二相位中的一个，其中所述激光源产生的所述激光实现尺寸小于所述激光波长的所述存储单元中的所述区域的编程。
全文摘要
一种存储设备，包括具有记录层(22)的基片(10)，该记录层(22)具有与各自的多个存储单元(12)相关联的多个区域。光源(102)产生写入存储单元(12)的具有第一波长的写光，其中该存储单元(12)的尺寸小于第一波长。
文档编号G11B7/125GK1841537SQ20061007335
公开日2006年10月4日 申请日期2006年3月31日 优先权日2005年4月1日
发明者D·M·舒特, R·N·比克内尔, M·S·塞特拉, T·M·梅兰德, R·W·巴斯 申请人:惠普开发有限公司