专利名称：高密度数据存储装置和利用该装置的数据记录或再现方法
高密度数据存储装置和利用该装置的数据记录或再现方法技术领域按照本发明的方法和设备，涉及一种高密度数据存储装置和一种使用该 装置的数据记录或再现方法，尤其涉及这样一种高密度数据存储装置和使用 该装置的数据记录或再现方法，所述装置可在无接触的情况下记录和再现高 密度数据，从而能够防止由于接触而造成的数据错误。现有技术随着国际互联网相关的技术的发展，对于能够记录包括电影的大容量信 息的记录介质以及能够自由传送和利用存储与记录介质中的信息的方法的 需求也随之增长。这是指引信息记录介质的以后发展的许多个重要因素之当前，可以将轻便储存装置主要地分类为，例如闪存(flash memories) 的固态存储装置器和例如硬盘的碟式储存装置。然而，因为固态存储装置的 容量只有几十GB，因而固态存储装置很难作为大规模数据存储装置使用。 而且，在近期，安装在轻便装置上的硬盘也期望具有几十GB的容量。但是， 可以预料的是，要获得大于几十GB的磁记录密度将十分困难。为了克服这样的限制，已经提出了 一种使用扫描探针或探针来记录和再 现高密度数据的技术。也就是说，已经提出了一种方法，该方法使用扫描探 针显微镜(SPM)技术将记录介质细分为几纳米(nm)到几十纳米的区域，从而 记录高密度的数据。特别地，例如，在美国专利Nos.5374493、 5535185以及6985377所公 开的内容，其中提出了一种具有多样的结构的高密度数据存储装置，能够利 用探针来记录或再现高密度数据。图1是剖面图，其示意性地图解了用于相关技术的高密度数据存储装置 中的结构。如图1所示，在上述相关技术的高密度数据存储装置记录或再现信息 时，探针10的顶端与记录介质20直接接触。例如，探针10的顶端与数据
部分21和22接触。该接触允许在该记录介质20中部分和差别地成形阻抗， 从而再现记录在记录介质20中的数据。在相关技术的高密度数据存储装置中，在为了再现存储于记录介质20 中的数据而使得探针10与记录介质20接触时，传感器50检测到穿过电源 40和连接到探针10的传感器50的路径的电流，上述路径包括该探针10、 记录介质20以及电连接到记录介质20的下部的导电薄膜30。然而，在相关技术的高密度数据存储装置记录或再现记录于记录介质 20上的数据时，探针10必须与记录介质20接触。此时，记录或再现的特性 依据探针10与记录介质20接触的条件或环境而变化。因此，相关技术的高 密度数据存储装置中记录或再现的数据可能发生变化。在探针10与第一和第二数据部分21和22接触时，为了检测阻抗或电 流，连接到第一个第二数据部分21和22以及电源40或传感器50的导电薄 膜30的长度发生变化。因此，依据数据的数据记录位置，阻抗可以变化并 从而再现数据。发明内容按照本发明的示范性实施例，能够克服上述缺点及其它上文中未叙述的 缺点。同时，本发明没有被要求必须克服上述的缺点，因此本发明的示范性 实施例可以不克服上文中所述的任何问题。因此，本发明提供一种高密度数据存储装置，其能够在记录介质和探针 无接触的情况下进行操作，从而消除由于记录介质和探针的接触而产生的记 录或再现的不稳定性，并且能够没有错误地稳定地从/向记录介质中记录或再 现数据。因此，按照本发明的 一个方面，提供一种记录或再现高密度数据的方法， 其中在记录介质和探针无接触的情况下能够从/向记录介质记录或再现数据， 从而能够稳定地记录或再现高密度数据，不使高密度数据存储装置产生的错 误，所述高密度数据存储装置使用记录介质和探针。按照本发明的另 一个方面，提供一种使用记录介质和探针的高密度数据 存储装置，该高密度数据存储装置包括记录介质，所述记录介质形成为由 相变材料或氧化物阻抗变化材料制造的薄膜；和探针，所述探针具有成形于 其下部的尖端，该尖端在与记录介质的顶部间隔开的情况下移动。
所述尖端可以具有场效应晶体管(FET)的沟道结构。 所述相变材料可以包括GeSbTe化合物或InSbTe化合物，而所述氧化物阻抗变化材料可以包括过渡金属氧化物(transition metal oxide )。所述记录介质可以具有形成于其下部的导电薄膜，并且所述探针与所述导电薄膜电连接。按照本发明的另一个方面，提供一种高密度数据的记录或再现方法，该 方法包括在基底上形成为薄膜的记录介质以及与记录介质的表面间隔开地 移动的探针，该方法包括与记录介质的表面间隔开地移动所述探针；对所 述探针施加具有不同大小的第一和第二电压，从而从探针的尖端发出热量； 通过尖端所发出的热量，改变在所述探针之下的记录介质的结晶相(crystal phase )。所述尖端可以具有场效应晶体管(FET)的沟道结构。 按照本发明的另一个方面，提供一种高密度数据的记录或再现方法，该 方法包括在下电极上形成为薄膜的记录介质以及与记录介质的表面间隔开 地移动的探针，该方法包括与记录介质的表面间隔开地移动所述探针；在 探针和下电极之间施加电压，从而在探针的尖端和所述下电极之间产生电 场；通过所述尖端和所述下电极之间的电场，改变在探针之下的记录介质的 阻抗。按照本发明的另一个方面，提供一种高密度数据的记录或再现方法，该 方法包括在基底上形成为薄膜的记录介质以及与记录介质的表面间隔开地 移动的探针，该方法包括与记录介质的表面间隔开地移动所述探针；对所 述探针施加不同的大小的第一和第二电压，从而从探针的尖端发出热量；通 过探针之下的记录介质的热传导特性来改变从所述探针尖端发出的热量的 量，从而通过施加到探针上的电压而导致将检测到的在尖端上的阻抗变化。按照本发明的另一个方面，提供一种高密度数据的记录或再现方法，该 方法同时包括在下电极上形成为薄膜的记录介质以及与记录介质的表面间 隔开地移动的探针，该方法包括与记录介质的表面间隔开地移动所述探针； 在探针和下电极之间施加了电压的状态下通过记录介质的阻抗来改变所述 记录介质的表面电场，从而改变探针尖端的阻抗；对所述探针施加不同大小 的第一和第二电压，从而导致将被检测到的在探针尖端上的阻抗变化。
通过下文中结合附图的详细说明，能够更为清楚地理解本发明的上述及其它各方面，附图中图1是示意地图解了相关技术中高密度数据存储装置的结构的剖面图； 图2是按照本发明的第一示范性实施例的高密度数据存储装置的剖面图；图3是按照本发明的第二示范性实施例的高密度数据存储装置的剖面 图；和图4是按照本发明的第三示范性实施例的高密度数据存储装置的剖面图。
具体实施方式
下面，将参考附图描述按照本发明的示范性实施例。图2是按照本发明的第 一 示范性实施例的高密度数据存储装置的剖面图。如图2所示，所述按照本发明的示范性实施例的高密度数据存储装置包 括记录介质200和探针100。记录介质200形成为基底(未示出)上的由相 变材料制造的薄膜，探针100具有成形在其下部的尖端14,所述尖端移动并 且与所述记录介质200间隔开。优选地，所述探针100被与其连接的控制器(未示出)所控制，使其能 够与记录介质200的表面间隔开，并且能够在记录介质表面上的全部的数据 记录位置之间移动。按照本发明的示范性实施例所使用的探针100具有与例如，在韩国专利 No.10-0366701和10-0468849所公开的具有场效应晶体管(FET)沟道结构的 扫描探针显微镜(SPM)相同的形状。优选地，探针的尖端具有FET沟道结构。探针100的尖端140包括突出部分130的顶点，并且所述尖端成形为 FET沟道。第一区域110和第二区域120与所述伸出部分130电连接，并分 别地相应于FET的源区和漏区。优选地，探针100具有一种结构，其中第一 电压VI和第二电压V2分别被施加到第一区域U0和第二区域120。而且，探针100内部存在第三区域150,也就是说，在第一区域U0和 第二区域120之间存在第三区域。第三区域150掺杂有掺杂剂(dopant)，
所述掺杂剂与第一区域110和第二区域120的掺杂剂不同。例如，如果第一区域110和第二区域120用N型掺杂剂掺杂，则第三区域150用P型导电掺 杂剂掺杂。第一到第三区域110、 120和150的掺杂浓度可以依据探针100 的操作条件而变化，而所述尖端140 (沟道部分)是相对的低浓度区域，并 且所述尖端具有不同的掺杂浓度。所述用于记录介质200的相变材料是一种结晶相按照温度变化在无定 形(amorphous)的和结晶形态(crystalline)之间部分地变化的材料。例如， 所述相变材料包括GeSbTe化合物、InSbTe化合物，等等。在由相变材料作制造的薄膜用作基底上的记录介质200时，由于施加在 探针100的第一区域110和第二区域120上的第一电压VI和第二电压V2 之间的差异，所以在两个终端(terminal)之间产生电流脉沖，所以由尖端 140发出热量，所述尖端是FET沟道。所发出的热量被转移到围绕尖端140 的记录介质200上，所以所述记录介质200的结晶相能够发生变化。所述记 录介质距离所述尖端140最多几十纳米。因此，由于记录介质200的结晶相 的变化，数据被记录在记录介质200里，并且从而形成数据部分210。通过 调整施加到探针IOO上的电流的大小而获得的温度变化，记录介质的结晶相 200能够由结晶形态变为无定形，反之亦然。在记录介质200中，所述记录介质的结晶相依据用这种方式记录的数据 的位置而已变化。由于第一电压VI和第二电压V2之间的差异使得电压被 施加到尖端140上，尖端140发出的热量的量可以根据探针IOO之下的结晶 相而变化。通过由尖端140发出的热量的变化，所述所述尖端140的温度发 生变化，并且从而导致形成在尖端140上的FET的温度可能变化。由于上述 温度变化，导致FET沟道的阻抗变化，所以检测到在第一区域IIO和第二区 域120之间的电流的变化。因此，记录介质的结晶相200被邻近的探针100 所检测，从而导致数据的再现。因此，按照本发明的示范性实施例的存储装置，能够在记录介质200和 探针100之间无直接接触的情况下，向/从记录介质200记录或再现数据。图3是按照本发明的第二示范性实施例的高密度数据存储装置的剖面图。如图3所示，所述按照本发明的示范性实施例的高密度数据存储装置包 括记录介质200、探针100和导电薄膜300。记录介质200形成为在基底(未
示出)上的由氧化物阻抗变化材料制成的薄膜，探针100具有成形在其下部的尖端140，所述尖端在与所述记录介质200顶部间隔开的情况下移动。导 电薄膜300形成于在基底上记录介质200的下部。探针100具有和第一示范性的实施例描述的探针IOO相同的结构，并且 导电薄膜300起到记录介质200的下部的下电极的作用。所述记录介质200所使用的氧化物阻抗变化材料，是一种其中具有部分 地通过电场而形成导电纤维(filament)的材料。例如，氧化物阻抗变化材 料包括NiO、 A1203、 Ti02等等过渡金属氧化物。当由过渡金属氧化物(氧化物阻抗变化材料)制成的薄膜用作在基底的 导电薄膜300上的记录介质200时，如果通过在探针100的第一个区域110 或第二区域120和导电薄膜300之间施加电压从而在探针100的尖端140和 导电薄膜300之间产生电场，那么，部分地成形于记录介质200 (绝缘体) 上的导电纤维距离所述尖端140最多几十纳米。其中已经形成导电的纤维的 记录介质200的阻抗部分地变化，所以在记录介质200上形成数据区域210， 由于阻抗的部分地变化数据被记录于其中。相同的电压被用于第一区域110 和第二区域120，使得第一区域110和第二区域120起到相对于上述下电极 的电极的作用。依据在探针100和导电薄膜300之间或在探针IOO和记录介质200之间 的电压滞后(hysteresis),记录介质200的阻抗可以变化。这是由氧化物阻 抗变化材料的 一般特性所导致。在记录介质200中，所述记录介质中的氧化物阻抗变化材料已经按照记 录数据的位置变化为绝缘体或导体，由于施加到探针100上的第一电压VI 和第二电压V2之间的差异，探针100的尖端140所发出的热量的量会按照 探针IOO之下的阻抗而变化。在由尖端140发出的热量依据记录介质200的 阻抗而变化时，尖端140的温度发生变化，并且从而导致形成在尖端140上 的FET沟道的温度可能变化，如第一示范性实施例。如此，由于温度变化引 起的FET沟道阻抗变化，所以检测到在第一区域IIO和第二区域120之间的 电流的变化。因此，记录介质200的导电状态被邻近的探针IOO检测到，从 而导致数据的再现。因此，按照本发明的示范性实施例，能够在记录介质200和探针IOO之 间无直接接触的情况下，向/从记录介质200记录或再现数据。
图4是按照本发明的第三示范性实施例的高密度数据存储装置的剖面图。如图4所示，按照本发明的示范性实施例的高密度数据存储装置包括记 录介质200、探针100和导电薄膜300。记录介质200形成为在基底(未示 出)上的由相变材料或氧化物阻抗变化材料制成的薄膜，探针100具有成形 在其下部的尖端140，所述尖端在与所述记录介质200顶部间隔开的情况下 移动。导电薄膜300形成于在基底上的记录介质200的下部。如此，探针100 和导电薄膜300被连接在电源VO上，使得探针100和导电薄膜300相互电 连接，并且能够在探针和导电薄膜上施加电压。所述探针100具有和第一示范性的实施例所描述的探针100相同的结 构，并且通过该探针实现的利用相变材料或氧化物阻抗变化材料在记录介质 200上记录数据的方法也与第 一或第二示范性实施例所描述的方法相同。在记录介质200的结晶相或阻抗按照记录在记录介质200里的数据变化 并且电源VO在探针100和导电薄膜300之间施加电压时，记录介质表面的 电场也根据所述接近探针100的记录介质200的结晶相或阻抗而变化。因此， 探针100的尖端140内的FET沟道的位相也从耗尽层变化为累积层。而且， 在沟道周围的电荷浓度(charge concentration)发生变化，这种变化将导致 沟道阻抗的变化。因此，通过分别施加到第一区域110和第二区域120上的 电压VI和电压V2之间的差异检测到所述沟道的阻抗，还检测到位于探针 IOO之下的记录介质200的结晶相或阻抗，从而实现数据的再现。因此，按照本发明的第三示范性实施例，能够在记录介质200和探针 100无直接接触的情况下，向/从记录介质200记录或再现数据。下文中将描述， 一种利用按照本发明的示范性实施例的高密度数据存储 装置的高密度数据的记录或再现方法。在上文中关于本发明的示范性实施例的高密度数据存储装置的描述中， 所描述的数据记录或再现方法的原则是依据按照第一至第三示范性实施例 的高密度数据存储装置的结构而变化。下文中将描述按照本发明的示范性实 施例的高密度数据存储装置的记录或再现方法，该方法依据所述高密度数据 存储装置的结构而变化。如第一示范性实施例所述，在包括形成为在基底上的薄膜的记录介质和 与记录介质200的表面间隔开地移动的探针100的高密度数据记录或再现方
法中，为了记录数据，在与记录介质200的表面间隔开后，所述探针100移 动到一个数据将要被记录的位置。然后，为了记录数据，不同大小的第一和第二电压的被施加到探针100上，从而由探针100的尖端140发出热量。因此，由于与记录介质200的表面间隔开的尖端140所发出的热量，所 以探针IOO之下的记录介质200的结晶相发生变化，这种变化将导致数据的 再现。此时，尖端140最好具有FET沟道结构，并且记录介质200被成形为 如上所述的由相变材料制成的薄膜。为了再现按照这种方式记录的数据，按照本发明的示范性实施例的高密 度数据记录或再现方法，探针IOO在与记录介质200的表面间隔开的情况下 移动，并且具有不同大小的第一和第二电压被施加到探针IOO上，使得探针 100的尖端140发出热量。其次，在记录介质200中，数据已经通过上述记录介质自身的结晶相的 变化而记录于其中，记录介质200的导热特性部分地按照探针100之下的结 晶相而变化，所以，探针100的尖端140所发出的热量的数值也按照记录介 质200的结晶相而变化。因此，如上文所述，尖端140出现阻抗变化。结果， 通过施加到探针IOO的电压，以电流变化的形式，检测到阻抗变化，这将导 致数据的再现。如第二示范性实施例所述，在包括形成为在下电极上的薄膜的记录介质 和瑟记录介质200的表面间隔开地移动的探针100的高密度数据记录或再现 方法中，为了记录数据，在与记录介质200的表面间隔开之后，所述探针100 移动到一个数据将要被记录的位置。然后，在所述探针IOO和所述下电极之 间施加电压，从而在探针100的尖端140和所述下电极之间产生一个电场。因此，由于尖端140和下电极之间所产生的电场，所以探针100之下的 记录介质200的阻抗发生变化，这种变化将导致数据的再现。在此，尖端最 好具有FET沟道结构，并且记录介质最好为氧化物阻抗变化材料，如上文所一种再现按照这种方式记录的数据的方法，按照与第 一示范性实施例所 描述顺序相同的顺序而执行。如第三示范性实施例所述，在包括形成为在下电极上的薄膜的记录介质 200和与记录介质200的表面间隔开地移动的探针100的高密度数据记录或 再现方法中，最好，按照被用于记录数据的记录介质200是采用相变材料还 是采用氧化物阻抗变化材料来使用第 一和第二示范性实施例所描述的方法。在这种情况下，为了再现所记录的数据，按照本发明的示范性实施例的 高密度数据记录或再现方法，探针100在与记录介质200的表面间隔开的情况下移动，并且通过连接在探针100和下电极之间的电源400施加 一个电压。 如此，通过施加在探针100和下电极之间的电压，在记录介质200的表 面上产生电场。因为所产生的电场依据记录介质200的阻抗或结晶相而变化， 所以记录介质200的表面电场依据记录在记录介质200中的数据而变化。由于记录介质的表面电场导致探针100的尖端140的电荷分布发生变 化，这引起探针100的尖端140的阻抗发生变化。当具有不同大小的第一和 第二电压被施加到探针100上时，通过电流的变化会检测到尖端140的阻抗 变化，使得记录介质200的数据通过探针100被再现出来。如此，探针IOO 的尖端140上的FET沟道的位相从耗尽层变化为累积层，并且记录介质200 的阻抗和结晶相依据所述电荷分布而变化。如上文所述，本发明的示范性实施例能够达到下述效果。 本发明的示范性实施例的高密度数据存储装置采用相变材料或氧化物 阻抗变化材料作为记录介质，采用具有FET结构的探针，通过电场或热量辐 射来完成数据的记录或再现，所述电场或热量辐射产生于探针100的尖端 140,不通过在记录介质200和100之间的直接接触，从而消除了起因于记 录介质200和探针100之间的接触的消除，实现没有错误地向/从记录介质 200稳定地记录或再现^:据。而且，按照本发明的示范性实施例的高密度数据记录或再现方法，数据 在记录介质200和探针100之间无接触的情况下被向/从记录介质200中记录 或再现，使得能够无错误地实现向/从记录介质200中高密度地记录或再现数 据。虽然本发明的示范性实施例是出于解释说明的目的，但是，本领域的技 术人员能够得益于此获得更多样的改变、附加方法、置换方法，而不脱离本 申请权利要求书所公开的范围和精神。本申请要求于2006年8月24日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请 第10-2006-0080530号的优先权，该篇申请所公开的内容全部并入本文作为 参考。
权利要求
1.一种使用记录介质和探针的高密度数据存储装置，所述高密度数据存储装置包括记录介质，所述记录介质被成形为由相变材料或氧化物阻抗变化材料制成的薄膜；和探针，所述探针具有成形于其下部的尖端，所述尖端在与所述记录介质的顶部间隔开的情况下移动。
2. 如权利要求l所述的高密度数据存储装置，其中，所述相变材料包括 GeSbTe化合物或InSbTe化合物。
3. 如权利要求l所述的高密度数据存储装置，其中，所述相变材料包括 过渡金属氧化物。
4. 如权利要求l所述高密度数据存储装置，其中，所述尖端具有场效应 晶体管的沟道结构。
5. 如权利要求l所述高密度数据存储装置，其中，所述记录介质具有形 成在该记录介质下部的导电薄膜。
6. 如权利要求5所述高密度数据存储装置，其中，所述探针与所述导电 薄膜电连接。
7. —种高密度数据记录或再现方法，其使用在基底上形成为薄膜的记 录介质和与该记录介质的表面间隔开地移动的探针，所述方法包括与所述记录介质的表面间隔开地移动所述探针；对所述探针施加不同大小的第一和第二电压，使得从该探针的尖端发出 热量；和通过所述尖端发出的热量，改变所述记录介质的结晶相。
8. 如权利要求7所述方法，其中，所述尖端具有场效应晶体管的沟道结构。
9. 一种高密度数据记录或再现方法，其使用在下电极上形成为薄膜的 记录介质和与该记录介质的表面间隔开地移动的探针，所述方法包括与所述记录介质的表面间隔开地移动所述探针；在所述探针和所述下电极之间施加电压，从而在探针的尖端和所述下电 极之间产生一个电场； 通过所述尖端和所述下电极之间的电场，改变所述探针之下的记录介质 的阻抗。
10. —种高密度数据记录或再现方法，其使用在基底上形成为薄膜的记录介质和与该记录介质的表面间隔开地移动的探针，所述方法包括 与所述记录介质的表面间隔开地移动所述探针；对所述探针施加不同大小的第 一和第二电压，使得从探针的尖端发出热 量S禾口通过所述探针之下的记录介质的热传导特性来改变从所述探针尖端发 出的热量的量，从而通过施加到所述探针上的第一和第二电压而导致将检测 到的在所述尖端上的阻抗变化。
11. 一种高密度数据记录或再现方法，其使用在下电极上形成为薄膜的 记录介质和与该记录介质的表面间隔开地移动的探针，所述方法包括与所述记录介质的表面间隔开地移动所述探针；在探针和下电极之间施加了电压的状态下通过处于记录介质的阻抗来 改变所述记录介质的表面电场，从而改变探针尖端的阻抗；对所述探针施加不同大小的第一和第二电压，从而导致将检测到的在所 述尖端上的阻抗变化。
全文摘要
一种高密度数据存储装置以及利用该装置的数据记录或再现方法，所述装置和方法能够在无接触的情况下记录或再现高密度数据，从而防止由于接触而造成的数据错误。所述高密度数据存储装置使用记录介质和探针。记录介质是由相变材料或氧化物阻抗变化材料制成的的薄膜；探针具有成形在其下部的尖端，所述尖端在与所述记录介质顶部间隔开的情况下移动。而且，通过电场或热量辐射实现数据的记录或再现，所述电场和热量辐射在探针的顶端产生，记录介质和探针之间无直接接触，从而能够消除起因于在记录介质和探针之间的接触的不稳定性，也能够没有错误地稳定地实现向/从记录介质的数据记录或再现。
文档编号G11B9/06GK101131837SQ20071009609
公开日2008年2月27日 申请日期2007年4月13日 优先权日2006年8月24日
发明者丁柱焕, 洪承范, 高亨守 申请人:三星电子株式会社