專(zhuān)利名稱(chēng)：新型基于電子束的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置及其使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置及其使用方法。
背景技術(shù)：
數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置可用于電腦和其它電子設(shè)備中以數(shù)據(jù)位的形式存儲(chǔ)信息。早期的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置包括電腦穿孔卡，卡上數(shù)據(jù)由毫米大小的孔組成。將穿孔卡饋入電腦，就可讀出穿孔卡上的數(shù)據(jù)。如今，穿孔卡已由半導(dǎo)體芯片代替，毫米大小的孔已由小得多的數(shù)據(jù)位代替。
隨著數(shù)據(jù)位不斷變得越來(lái)越小，數(shù)據(jù)位就可以放置得相互更為靠近，在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置上存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)密度就可增加。當(dāng)數(shù)據(jù)位為微米級(jí)，亞微米級(jí)，或毫微米級(jí)時(shí)，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置可以稱(chēng)為超高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置。
圖1示出超高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置10的透視圖。超高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置10包括一組場(chǎng)發(fā)射器100；位于場(chǎng)發(fā)射器100下面的無(wú)機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層110；微移動(dòng)器120，它將無(wú)機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層110固定在場(chǎng)發(fā)射器100下面，而且可將無(wú)機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層110放置在相對(duì)場(chǎng)發(fā)射器100的任何所需的位置上；以及能向場(chǎng)發(fā)射器100提供能量的電連接線130。場(chǎng)發(fā)射器100在供有能量時(shí)能用電子束轟擊無(wú)機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層110，并能將無(wú)機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層110的毫微米級(jí)部分從未寫(xiě)入數(shù)據(jù)位(圖1中以參考數(shù)字140表示)轉(zhuǎn)變成寫(xiě)入數(shù)據(jù)位(圖1中以參考數(shù)字150表示)。這種轉(zhuǎn)變通過(guò)寫(xiě)入過(guò)程發(fā)生，以下將作討論。
如上述，向無(wú)機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層110寫(xiě)入數(shù)據(jù)時(shí)，所選的場(chǎng)發(fā)射器100通過(guò)電連接線130受激勵(lì)，使之用電子束轟擊所選的未寫(xiě)入數(shù)據(jù)位140。在寫(xiě)入過(guò)程中，電子束具有足夠的能量密度使受轟擊的未寫(xiě)入數(shù)據(jù)位140在適當(dāng)冷卻后從第一材料狀態(tài)(例如結(jié)晶狀態(tài)，可賦值為“0”)轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙牧蠣顟B(tài)(例如非晶體狀態(tài)，可賦值為“1”)。這樣，轟擊結(jié)晶態(tài)的未寫(xiě)入數(shù)據(jù)位140，并適當(dāng)冷卻該未寫(xiě)入數(shù)據(jù)位140以形成非晶態(tài)的寫(xiě)入數(shù)據(jù)位150，就可將具有數(shù)值“1”的數(shù)據(jù)位寫(xiě)入并存儲(chǔ)在無(wú)機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層110上。
從無(wú)機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層110上擦除數(shù)據(jù)時(shí)，所選的場(chǎng)發(fā)射器100通過(guò)電連接線130受激勵(lì)，使之用電子束轟擊所選的寫(xiě)入數(shù)據(jù)位150。在擦除過(guò)程中，電子束具有足夠的能量密度使受轟擊的寫(xiě)入數(shù)據(jù)位150在施加具有適當(dāng)時(shí)間和空間特性的加熱脈沖后從第二材料狀態(tài)(例如非晶體狀態(tài)，可賦值為“1”)轉(zhuǎn)變?yōu)榈谝徊牧蠣顟B(tài)(例如結(jié)晶狀態(tài)，可賦值為“0”)。例如，轟擊非晶態(tài)的寫(xiě)入數(shù)據(jù)位150并適當(dāng)加熱和退火該寫(xiě)入數(shù)據(jù)位150，就可恢復(fù)無(wú)機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層110上具有數(shù)值“0”的數(shù)據(jù)位。
從無(wú)機(jī)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層110上讀出數(shù)據(jù)時(shí)，場(chǎng)發(fā)射器100又用電子束轟擊數(shù)據(jù)位140、150。但，現(xiàn)在場(chǎng)發(fā)射器100不是用上述具有足夠的能量密度可使數(shù)據(jù)位在第一和第二材料狀態(tài)間轉(zhuǎn)變的電子束來(lái)來(lái)轟擊數(shù)據(jù)位140、150，而是用具有相對(duì)較低能量密度的電子束來(lái)轟擊數(shù)據(jù)位140、150，這些電子束不能實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)變但卻可實(shí)現(xiàn)識(shí)別。這樣，監(jiān)控低能量密度電子束和數(shù)據(jù)位140、150之間的交互作用就可讀出數(shù)據(jù)。
由于低能量密度電子束與未寫(xiě)入數(shù)據(jù)位140的交互作用不同于與寫(xiě)入數(shù)據(jù)位150的交互作用，在讀出過(guò)程中所監(jiān)控的交互作用就會(huì)發(fā)生區(qū)別。例如，低能量密度電子束在轟擊非晶態(tài)寫(xiě)入數(shù)據(jù)位150時(shí)所產(chǎn)生的二次電子比轟擊結(jié)晶態(tài)未寫(xiě)入數(shù)據(jù)位140時(shí)要少。所以，監(jiān)控相對(duì)較低能量密度的電子束和其轟擊的數(shù)據(jù)位140、150之間的交互作用(例如監(jiān)控所產(chǎn)生的二次電子數(shù))就可確定受轟擊的數(shù)據(jù)位140、150存儲(chǔ)的是“0”還是“1”，從而讀出在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層110所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。
通常用在圖1所示的存儲(chǔ)介質(zhì)110中的許多存儲(chǔ)材料，例如無(wú)機(jī)相變材料，都要求有相當(dāng)大的能量才能使未寫(xiě)入數(shù)據(jù)位140轉(zhuǎn)變?yōu)閷?xiě)入數(shù)據(jù)位150，反之亦然。此外，傳統(tǒng)的存儲(chǔ)介質(zhì)通常在真空設(shè)備中用蒸發(fā)或?yàn)R射過(guò)程淀積。因此為了在寫(xiě)入或擦除過(guò)程中節(jié)省能量并簡(jiǎn)化制造過(guò)程，最好能找到要求較低的轉(zhuǎn)變能量而且不用真空設(shè)備處理的代替存儲(chǔ)介質(zhì)。原有技術(shù)的這些缺點(diǎn)可用下述實(shí)施例來(lái)克服。

發(fā)明內(nèi)容
一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，包括第一電極和第二電極；位于在第一電極和第二電極之間的存儲(chǔ)介質(zhì)，其特點(diǎn)在于該存儲(chǔ)介質(zhì)包括一種有機(jī)材料；以及位于該存儲(chǔ)介質(zhì)附近的發(fā)射器，其特點(diǎn)在于該發(fā)射器能將具有亞微米級(jí)光點(diǎn)大小的能量束發(fā)射到存儲(chǔ)介質(zhì)的表面上。
在一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)的方法，該數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置包括有第一電極和第二電極；位于第一電極和第二電極之間的存儲(chǔ)介質(zhì)，該存儲(chǔ)介質(zhì)包括一種有機(jī)材料；以及位于該存儲(chǔ)介質(zhì)附近的發(fā)射器，該發(fā)射器能將具有亞微米級(jí)光點(diǎn)大小的能量束發(fā)射到存儲(chǔ)介質(zhì)的表面上。


詳細(xì)說(shuō)明將參閱以下附圖，其中相同數(shù)字代表相同元件，附圖包括圖1示出按照有關(guān)技術(shù)的超高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置的透視圖，該裝置包括一種無(wú)機(jī)材料作為存儲(chǔ)介質(zhì)；圖2示出一種超高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置的截面圖，該裝置在存儲(chǔ)介質(zhì)中包括有機(jī)材料，其中有機(jī)材料尚未被寫(xiě)入；圖3示出一種超高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置的截面圖，該裝置在存儲(chǔ)介質(zhì)中包括有機(jī)材料，其中有機(jī)材料已被寫(xiě)入；圖4示出一種超高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置的截面圖，該裝置在存儲(chǔ)介質(zhì)中包括有機(jī)材料，它既是存儲(chǔ)材料也提供信號(hào)電極功能；圖5示出在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)的示范方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式
如上述，完全由無(wú)機(jī)材料構(gòu)成的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)一般需要相當(dāng)大的能量才可在其上寫(xiě)入/形成數(shù)據(jù)位。為了減少向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)寫(xiě)入數(shù)據(jù)位所需要的能量，可以在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)中包括進(jìn)有機(jī)材料。所需能量的減少通常與有機(jī)材料相對(duì)于無(wú)機(jī)材料來(lái)說(shuō)具有較低的結(jié)合強(qiáng)度有關(guān)。
圖2和圖3示出一種示范超高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置20的截面圖，它在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210中包括有機(jī)材料200。圖2中，整個(gè)有機(jī)材料200具有基本有序的結(jié)構(gòu)，尚未被寫(xiě)入。但，在圖3中，部分有機(jī)材料200變混亂或交聯(lián)，表示數(shù)據(jù)位已寫(xiě)入有機(jī)材料200。
圖2和圖3所示的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210包括第一電極220和第二電極230。這些電極220、230分別位于有機(jī)材料200的兩側(cè)。一系列發(fā)射器240位于存儲(chǔ)介質(zhì)210的附近(即幾個(gè)微米之內(nèi)或更近)，第二電極230位于有機(jī)材料200和發(fā)射器240之間，第一電極位于有機(jī)材料200的下面。存儲(chǔ)介質(zhì)210、電極220、230以及發(fā)射器240的其它結(jié)構(gòu)也是可能的，對(duì)本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)在使用此處所討論的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置20后這一點(diǎn)是顯而易見(jiàn)的。
發(fā)射器240由微移動(dòng)器250支承，它可相對(duì)存儲(chǔ)介質(zhì)210移動(dòng)發(fā)射器240。在不同的實(shí)施例中，發(fā)射器240放在固定的結(jié)構(gòu)上，而微移動(dòng)器250支承數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210并相對(duì)發(fā)射器240移動(dòng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210。從使用上述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置20，使發(fā)射器240相對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210移動(dòng)的其它裝置對(duì)本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)就是顯而易見(jiàn)的，這些裝置也在本裝置和方法的范圍之內(nèi)。
如圖2和圖3所示，代表性電子元件260可電連接到第一電極220和第二電極230。這些電子元件260包括能控制和/或測(cè)量電極220、230上的電壓和/或電流的任何元件。
按照這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置的某些實(shí)施例，第一電極220和第二電極230由電子元件保持在基本相同的電位。在電極220、230保持在基本相同的電位時(shí)，當(dāng)發(fā)射器240用電子轟擊有機(jī)材料200的未寫(xiě)入部分，電子以等重的深度分布停留在有機(jī)材料200中心的上面和下面時(shí)，基本上等量的電流流過(guò)第一電極220和第二電極230。但，只要對(duì)于均勻材料兩個(gè)電極中的電流比是恒定的，對(duì)讀出并不需要等重。這一點(diǎn)將在討論數(shù)據(jù)位如何從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210中讀出時(shí)再作進(jìn)一步討論。
雖然圖2和圖3示出發(fā)射器240在存儲(chǔ)介質(zhì)210的附近，上述發(fā)射器240也可位于能使特定發(fā)射器240發(fā)射的能量束僅與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210的所需區(qū)域交互的任何位置。按照某些實(shí)施例，發(fā)射器240位于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210的幾微米之內(nèi)。按照另一些實(shí)施例，發(fā)射器240直接與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210接觸。為了幫助在所需區(qū)域聚焦，可選擇性的使用電子束光學(xué)元件使電子束僅與存儲(chǔ)介質(zhì)210上的微米級(jí)或亞微米級(jí)的所需區(qū)域交互。
每個(gè)發(fā)射器240包括有能向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210讀出和/或?qū)懭霐?shù)據(jù)位的能量源，其方法在下面討論。每個(gè)發(fā)射器240例如可包括一個(gè)器件，例如但不限于，場(chǎng)發(fā)射器(例如硅場(chǎng)發(fā)射器)，Spindt發(fā)射器、熱發(fā)射器和/或光發(fā)射器。
圖2和圖3所示的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210中的有機(jī)材料200包括雙層Langmuir-Blodgett薄膜。但在另外的實(shí)施例中，有機(jī)材料200可包括單層Langmuir-Blodgett薄膜，或可包括不止兩層Langmuir-Blodget層。而且，其它有機(jī)材料，例如但不限于，導(dǎo)電聚合物和1-D陰極導(dǎo)體也可以用作部分或全部有機(jī)材料200。
Langmuir-Blodgett薄膜通常定義為兩親分子的機(jī)械組裝陣列。最常見(jiàn)的是，Langmuir-Blodgett薄膜的形成是將兩親分子壓縮在含水環(huán)境的表面上促進(jìn)分子組裝成有序、周期性的結(jié)構(gòu)。然后可以將組裝的兩親分子轉(zhuǎn)換成固體表面，例如上述電極220，230之一。
圖2和圖3所示單層Langmuir-Blodgett薄膜中的分子包括的尾區(qū)205，它們附著在頭部組207上。尾區(qū)205或是極性的，或是非極性的，通常由一個(gè)或多個(gè)碳鏈構(gòu)成，雖然正像本專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員所理解的，其它元素也可構(gòu)成此鏈。頭部組207也或是極性的，或是非極性的，可以是帶正電荷，負(fù)電荷或電中性的。
至少當(dāng)有機(jī)材料200中包括有Langmuir-Blodgett薄膜時(shí)，在第一電極220和第二電極230之間主要是一維導(dǎo)電成為可能。參閱圖2，一維導(dǎo)電發(fā)生在來(lái)自電子元件260并通過(guò)第一電極220的電子通過(guò)鄰近第一電極220的分子的尾部組205形成“通路”的時(shí)候。換句話說(shuō)，如果電子傾向沿尾部組205的方向向第二電極230運(yùn)動(dòng)而且如果這些電子不會(huì)“跳”到第一電極220上鄰近分子的尾部組205，則發(fā)生一維導(dǎo)電。同理，當(dāng)電子從第二電極230向第一電極220運(yùn)動(dòng)，也會(huì)發(fā)生一維導(dǎo)電。
在圖2中，如果電子由鄰近第一電極220的分子的尾部組205形成“通路”后，隨后又由鄰近第二電極230的分子的尾部組205形成“通路”，一維導(dǎo)電通路的長(zhǎng)度就可延長(zhǎng)。在有更多Langmuir-Blodgett層時(shí)，如果在附加Langmuir-Blodgett層中的分子的尾部組205也導(dǎo)通電子的話，一維導(dǎo)電通路的長(zhǎng)度就可進(jìn)一步延長(zhǎng)。
上述電極220、230可以包括任何導(dǎo)電材料，例如但不限于難熔金屬。當(dāng)?shù)诙姌O230位于有機(jī)材料200和發(fā)射器240之間時(shí)，常需要第二電極230由對(duì)低能量電子具有長(zhǎng)穿透深度的材料制成。這些材料一般具有低原子數(shù)或低質(zhì)量密度。在發(fā)射器240發(fā)射電子束時(shí)，對(duì)低能量電子具有長(zhǎng)穿透深度的材料有利于電子從發(fā)射器240運(yùn)動(dòng)到有機(jī)材料200。
雖然可以使用較厚的電極220、230，但也可以用非常薄的薄膜作為第二電極230，以更便于電子從發(fā)射器240運(yùn)動(dòng)到第二電極230。例如，可以使用厚度在100毫微米或10毫微米數(shù)量級(jí)或更薄的薄膜。
按照某些實(shí)施例，例如圖4所示，電極220、230可以非常薄，僅由Langmuir-Blodgett層的分子的頭部組207構(gòu)成。在這些實(shí)施例中，頭部組207通常從有機(jī)材料200的中心面向外。雖然這種結(jié)構(gòu)脆弱易碎，但更便于電子束電子從發(fā)射器240運(yùn)動(dòng)到有機(jī)材料200中。
工作時(shí)，如上述，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置可以將數(shù)據(jù)位寫(xiě)入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210并可從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210讀出數(shù)據(jù)位。以下將討論寫(xiě)入過(guò)程和讀出過(guò)程。
用一個(gè)或多個(gè)發(fā)射器240發(fā)射的一個(gè)或多個(gè)相對(duì)高能量密度射束(例如電子束，光束，或熱輻射)轟擊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210，就可寫(xiě)入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210。這種轟擊可以發(fā)生在有機(jī)材料200的亞微米區(qū)(例如，在大小大約為1和500毫微米之間的區(qū)域)、微米區(qū)(例如，在大小大約為0.5和100微米之間的區(qū)域)，或更大一些的區(qū)域?？梢灾饌€(gè)選擇發(fā)射器240來(lái)向數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210寫(xiě)入，或選擇一組發(fā)射器240同時(shí)寫(xiě)入數(shù)據(jù)位。
當(dāng)一個(gè)或多個(gè)發(fā)射器240轟擊如圖2所示的Langmuir-Blodgett薄膜時(shí)，Langmuir-Blodgett薄膜所發(fā)生的物理變化可由圖3表示。亦即，尾部組205中的鍵被高能量密度射束(例如熱輻射，或電子或光子束)打斷，至少部分?jǐn)嗔选铱盏逆I會(huì)形成新的鍵，從而使局部有機(jī)材料200聚合?；蛘撸^部組207會(huì)分解或與尾部組205分離。圖2中的有序結(jié)構(gòu)或物相在有機(jī)材料200的局部區(qū)域就會(huì)被圖3中無(wú)序、部分聚合的結(jié)構(gòu)或物相所代替。
在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)時(shí)，可以認(rèn)為圖2所示的有序、未寫(xiě)入的結(jié)構(gòu)為“0”數(shù)據(jù)位。圖3所示的無(wú)序、寫(xiě)入的結(jié)構(gòu)為“1”數(shù)據(jù)位。或者，可以用高能密度射束將無(wú)序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為有序結(jié)構(gòu)。一種可能性是對(duì)該結(jié)構(gòu)加電場(chǎng)來(lái)完成轉(zhuǎn)換。例如，在電極220和230上互相相對(duì)加偏壓，同時(shí)用射束局部加熱無(wú)序區(qū)域，在適當(dāng)溫度下一些極性分子就可用電場(chǎng)排齊。在這種情況下，無(wú)序結(jié)構(gòu)可以認(rèn)為是“0”數(shù)據(jù)位，有序結(jié)構(gòu)是“1”數(shù)據(jù)位。局部被改為無(wú)序狀態(tài)后不易恢復(fù)成有序狀態(tài)的材料仍可用來(lái)創(chuàng)建“一次性寫(xiě)入”、非擦除型的這種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置。
圖3的無(wú)序薄膜結(jié)構(gòu)一般高度局限在有機(jī)材料200的被高能量密度射束轟擊過(guò)的容積中。換句話說(shuō)，無(wú)序結(jié)構(gòu)不出現(xiàn)在整個(gè)有機(jī)材料200上，而是僅出現(xiàn)在高能密度射束已使鍵斷裂和/或使其與鄰近的斷裂鍵聚合的區(qū)域。在其它有機(jī)材料200中(例如導(dǎo)電聚合物)受高能量密度射束的轟擊后也可看到這種局部的無(wú)序。最好，使用的材料僅在局部引發(fā)的溫度或各個(gè)射束粒子的能量超過(guò)某個(gè)閾值時(shí)才會(huì)引起無(wú)序。否則，在讀出過(guò)程中會(huì)在存儲(chǔ)材料中引發(fā)累計(jì)的、不需要的變化。如果使用具有溫度閾值的材料，就可就不會(huì)將材料加熱到超過(guò)該閾值的低能量密度射束用作讀出。如果一種材料，大于某一能量的粒子會(huì)引起其無(wú)序(例如，使鍵斷裂或使之聚合)，則可將粒子能量低于該閾值的射束用作讀出。
無(wú)序的局部或容積(即寫(xiě)入數(shù)據(jù)位)通常具有和鄰近有序非聚合的部分(即未寫(xiě)入部分)不同的導(dǎo)電率。此外，無(wú)序的、聚合的部分通常沒(méi)有在一些各向異性的有序結(jié)構(gòu)中所觀察到的主要是一維的導(dǎo)電性。這樣，就可以用許多方法來(lái)檢測(cè)這些無(wú)序的、聚合的部分，如下述。
用發(fā)射器240發(fā)射的相對(duì)低能量密度射束(最好是電子束)轟擊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210，就可從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210讀出。低能量密度射束不會(huì)導(dǎo)致能顯著改變存儲(chǔ)介質(zhì)的溫度上升。而且，低能量密度射束中的粒子全部都具有非常低的能量，因此，它們不會(huì)顯著改變存儲(chǔ)介質(zhì)(例如使鍵斷裂或使之聚合)。所以，暴露在低能量密度讀出射束下不會(huì)改變數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210。有機(jī)材料200的結(jié)構(gòu)或物相在受低能量密度射束轟擊之前和之后保持不變。
從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210讀出時(shí)，第一電極220和第二電極可保持在基本相同的電位。這有助于減少電極間不需要的漏電流，漏電流會(huì)使監(jiān)控讀出射束引發(fā)的信號(hào)電流更為困難。在電極220、230保持在基本相同的電位時(shí)，當(dāng)(1)發(fā)射器240轟擊有機(jī)材料200，電子以等重的深度分布停留在有機(jī)材料200中心的上面和下面，以及(2)存儲(chǔ)介質(zhì)200尚未寫(xiě)入時(shí)，基本上等量的電流流過(guò)第一電極220和第二電極230。這種情況，即基本上等量的電流流過(guò)電極時(shí)，非常便于識(shí)別存儲(chǔ)介質(zhì)200尚未寫(xiě)入的區(qū)域。在寫(xiě)入?yún)^(qū)域，其電阻率相對(duì)存儲(chǔ)層的中心已有不對(duì)稱(chēng)的改變，處于上半層的電子就不再流到上電極。例如，如果在薄膜上半部的一部分電阻率局部增加，當(dāng)射束入射到該區(qū)域時(shí)讀出電流的大部分會(huì)流到下電極。于是，在不同位置轟擊數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210時(shí)，在各電極220、230上檢測(cè)到基本相等的電流時(shí)，可讀出“0”數(shù)據(jù)位，當(dāng)電流不等時(shí)，可讀出“1”數(shù)據(jù)位。
由于有機(jī)材料200的局部無(wú)序通常會(huì)改變有機(jī)材料200某一區(qū)域的局部電阻率，從數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210上讀出數(shù)據(jù)位的另一種方法包括在發(fā)射器240相對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210移動(dòng)時(shí)，監(jiān)控第一電極220的第一幅度的第一電流，監(jiān)控第二電極230的第二幅度的第二電流，并比較第一幅度和第二幅度。這種讀出方法不要求轟擊電子以等重的深度分布停留在有機(jī)材料200中心的上面和下面，雖然轟擊深度的基本恒定分布可減低信號(hào)噪聲。
轟擊深度的分布由電子的初始能量和有機(jī)材料200的性質(zhì)決定。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)存儲(chǔ)介質(zhì)210被發(fā)射器240轟擊時(shí)，停留在存儲(chǔ)介質(zhì)210上半部的電子比停留在存儲(chǔ)介質(zhì)210下半部的電子要多(除非使用相當(dāng)高的射束能量)。這樣，即使在未寫(xiě)入?yún)^(qū)，上電極230也會(huì)收集更多的電流。為此，至少在一些情況下，只要監(jiān)控下電極220上所收集的電流或監(jiān)控兩個(gè)電極電流之差，這是有利的。
當(dāng)有機(jī)材料200中包括有Langmuir-Blodgett薄膜或可能有高度各向異性導(dǎo)電率的其它材料時(shí)，數(shù)據(jù)位之間的串?dāng)_就可減少。如果在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210的平面上有相當(dāng)可觀的導(dǎo)電率，而且如果一個(gè)數(shù)據(jù)位被讀出電子束詢問(wèn)，則引入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)210的部分電子就會(huì)橫向移動(dòng)，然后向上或向下通過(guò)鄰近的數(shù)據(jù)位到達(dá)電極230或220。這樣，當(dāng)射束打到既定數(shù)據(jù)位時(shí)，鄰近的數(shù)據(jù)位就會(huì)影響讀出電子束所產(chǎn)生的信號(hào)。真正的一維導(dǎo)體就可避免這種干擾，更易于緊密組裝數(shù)據(jù)位而沒(méi)有數(shù)據(jù)位的相互干擾。
另一種方法是在Langmuir-Blodgett薄膜中引發(fā)并監(jiān)控諧振效應(yīng)來(lái)讀出存儲(chǔ)在Langmuir-Blodgett薄膜中的數(shù)據(jù)位。寫(xiě)入時(shí)，如果有能影響鍵斷裂的特定入射電子能量，將大于該能量的電子照射用作寫(xiě)入，將小于該能量的電子照射用作讀出，就可增加寫(xiě)入和讀出之間的裕度。
圖5示出在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置中存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)的示范方法500的流程圖。按照某些實(shí)施例，在示范方法的步驟505，提供一個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，它包括第一電極、第二電極、位于第一和第二電極之間并含有有機(jī)材料的存儲(chǔ)介質(zhì)、以及位于存儲(chǔ)介質(zhì)附近并能以最大為微米級(jí)的光點(diǎn)向存儲(chǔ)介質(zhì)的表面發(fā)射能量束的發(fā)射器。
在示范方法的步驟510，用發(fā)射器的高能量密度射束轟擊存儲(chǔ)介質(zhì)，向存儲(chǔ)介質(zhì)寫(xiě)入。在示范方法的步驟520，用發(fā)射器的低能量密度射束轟擊存儲(chǔ)介質(zhì)，從存儲(chǔ)介質(zhì)讀出。
按照某些實(shí)施例，步驟510可包括用發(fā)射器的高能量密度射束轟擊有機(jī)材料的亞微米級(jí)區(qū)。而且，步驟510可包括改變有機(jī)材料某個(gè)區(qū)域的局部電阻率。另外，步驟510可包括局部改變有機(jī)材料中Langmuir-Blodgatt薄膜的結(jié)構(gòu)。甚至，步驟510可包括局部斷裂Langmuir-Blodgett薄膜中的分子鍵以形成懸掛鍵和/或聚合至少部分懸掛鍵。
在某些實(shí)施例中，步驟520可包括監(jiān)控一個(gè)電極的電流，或監(jiān)控兩個(gè)電極的電流并比較電流的大小。而且，步驟520可包括在存儲(chǔ)介質(zhì)中使用Langmuir-Blodgett薄膜以增強(qiáng)第一電極和第二電極之間的一維導(dǎo)電率。另外，步驟520可包括在從存儲(chǔ)介質(zhì)讀出時(shí)在Langmuir-Blodgett薄膜中引起諧振效應(yīng)以增加信噪比。如上述，步驟510可包括用高能量密度的電子束轟擊存儲(chǔ)介質(zhì)，而步驟520可包括用低能量密度的電子束轟擊存儲(chǔ)介質(zhì)。
作出上述詳細(xì)說(shuō)明僅為了理解本發(fā)明的示范實(shí)施例，不應(yīng)理解為必不可少的限制，因?yàn)樵诓槐畴x所附權(quán)利要求及其等效物的范圍對(duì)于本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，改動(dòng)是顯而易見(jiàn)的。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(20)，包括第一電極(220)和第二電極(230)；存儲(chǔ)介質(zhì)(210)，位于所述第一電極和所述第二電極之間，其中所述存儲(chǔ)介質(zhì)包括有機(jī)材料(200)；以及發(fā)射器(240)，位于所述存儲(chǔ)介質(zhì)附近，其中所述發(fā)射器能夠發(fā)射能量束。
2.如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述第一電極位于所述存儲(chǔ)介質(zhì)和所述發(fā)射器之間。
3.如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述發(fā)射器能夠以亞微米級(jí)光點(diǎn)大小發(fā)射能量束。
4.如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述有機(jī)材料包括Langmuir-Blodgett薄膜。
5.如權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述存儲(chǔ)介質(zhì)允許在所述第一電極和所述第二電極之間有高度各向異性的導(dǎo)電率，其特征在于所述高度各向異性的導(dǎo)電率具有較高的導(dǎo)電率。
6.一種在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置(20)中存儲(chǔ)和檢索數(shù)據(jù)的方法(500)，所述方法包括提供(505)所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置包括第一電極(220)；第二電極(230)；位于第一和第二電極之間并含有有機(jī)材料的存儲(chǔ)介質(zhì)(210)，以及位于存儲(chǔ)介質(zhì)附近并能發(fā)射能量束的發(fā)射器(240)；用所述發(fā)射器的高能量密度射束轟擊所述存儲(chǔ)介質(zhì)，向所述存儲(chǔ)介質(zhì)寫(xiě)入(510)；以及用所述發(fā)射器的低能量密度射束轟擊所述存儲(chǔ)介質(zhì)，從所述存儲(chǔ)介質(zhì)讀出(520)。
7.如權(quán)利要求6的方法，其特征在于所述寫(xiě)入步驟包括從所述發(fā)射器用所述高能量密度射束轟擊所述有機(jī)材料的毫微米級(jí)區(qū)域。
8.如權(quán)利要求6的方法，其特征在于所述讀出步驟包括以下步驟監(jiān)控所述第一電極和所述第二電極之一的電流。
9.如權(quán)利要求6的方法，其特征在于，所述寫(xiě)入步驟包括用高能量密度的電子束轟擊所述存儲(chǔ)介質(zhì)，且所述讀出步驟包括用低能量密度的電子束轟擊所述存儲(chǔ)介質(zhì)。
10.如權(quán)利要求6的方法，其特征在于所述寫(xiě)入步驟包括局部改變所述有機(jī)材料中含有的Langmuir-Blodgett薄膜的結(jié)構(gòu)。
全文摘要
一種超高密度數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置，它包括至少一個(gè)能量束發(fā)射器(240)和一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)(210)，該存儲(chǔ)介質(zhì)(210)本身包括有機(jī)材料。有機(jī)材料可包括一層或多層Langmuir－Blodgett層并可包括導(dǎo)電聚合物?？梢岳肔angmuir－Blodgett層中是否局部存在有局部無(wú)序來(lái)檢測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)中形成的數(shù)據(jù)位。也可利用在有機(jī)材料中是否存在一維導(dǎo)電率來(lái)讀出數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)中形成的數(shù)據(jù)位。
文檔編號(hào)G11B9/10GK1571047SQ200310122070
公開(kāi)日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2003年12月23日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月23日
發(fā)明者H·比雷基, H·－P·郭, S·-T·林, G·A·吉布森 申請(qǐng)人:惠普開(kāi)發(fā)有限公司