CN1473330A - 基于afm的数据存储和显微镜 - Google Patents

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Abstract

提供了基于AFM的数据存储设备的读/写部件。在具体实施例中，读/写部件(30、45、50、65、80)包括杠杆装置(31、51、66、82)和支承结构(32、52、67、81)，杠杆装置被连接到支承结构以便进行基本为枢轴式的运动。杠杆装置(31、51、66、82)在支承结构上的一对供电线(R、C)之间提供第一和第二电流路径，当使用时，杠杆装置通过供电线可以连接到可在写模式和读模式工作的供电装置。写模式加热器(36、47、56、73)被提供在杠杆装置上并且位于第一电流路径中，读/写探头(37、57、74、84)被提供在写模式加热器上。读模式加热器(39、46、58、75、83)被提供在杠杆装置上并且位于第二电流路径中。在使用时，当供电装置工作在读模式时，去耦装置(38a、38b、40a、40b、60、61、77a、77b、78a、78b)被用来禁止电流通过第一电流路径流向写模式加热器。于是在读和写模式中通过单对供电线可以寻址具有分立写和读模式加热器的部件。其它实施例提供使用热去耦机构和读/写部件(80)的读/写部件(100)，其中通过杠杆装置和支承结构之间的接近探测结构进行读探测。还提供用于原子力显微镜的探测装置(115)，其中通过类似的接近探测结构可以检测探头运动。

Description

基于AFM的数据存储和显微镜
技术领域
本发明涉及基于AFM(原子力显微镜)的数据存储和显微镜系统。本发明的具体实施例提供了用于数据存储设备的读/写装置和用于原子力显微镜的探测装置。
背景技术
原子力显微镜现在是众所周知的设备，其中通过安装在微悬臂端部的探头探测样本的形貌。当扫描样本时，灵敏到纳米的探头和样本表面之间的原子力相互作用导致悬臂的枢轴偏转。通过检测这个偏转来确定样本形貌。AFM技术也被应用于数据存储领域，以期提供用于大容量存储器应用的新一代高密度高数据速率数据存储设备。在IBM研究与开发杂志，卷44，No.3，2000年5月，pp323-340，″The′Millipede′-More Than One Thousand Tips for Future AFM DataStorage″，Vettiger等人中详细描述了基于AFM的数据存储，这里参考引用了该文献。这里，悬臂上安装的探头被用于在数据存储介质表面上读取和写入数据。下面简要概述悬臂设计和读写操作的基本原理。
在附图1a到1c中示意性地示出了基于AFM的数据存储设备的读/写部件1。部件1包括通常为U形的悬臂2，悬臂2被连接到支承结构3(附图中只部分示出)。悬臂2的支架2a，2b的挠曲限定了悬臂相对中枢轴P的基本为枢轴式的运动。在加热器5上提供读/写探头4，加热器5在悬臂2的端部构成平台。高掺杂硅悬臂支架2a，2b限定出电流路径，电流路径在支承结构3上一对供电线(未示出)之间连接加热器平台5。在操作过程中，偏置读/写探头4以面对数据存储介质的表面，图中数据存储介质由附图标记6指示，并且通过横截面视图示出。这里，存储介质包括硅质基底6a和40nm厚的聚合物表面层6b。
在写模式中，通过在供电线上施加写模式电压可以将加热器平台5加热到写温度Tw。探头4的加热导致针对聚合物表面层6a的热传递，致使聚合物局部融化。如附图1a所示，这允许探头4刺入表面层以形成凹坑或比特凹槽7。这种凹坑表示数值″1″的比特，而不存在凹坑则表示数值″0″的比特。存储介质6可以相对读/写部件1移动，从而允许探头在对应于移动域的表面区域或″存储域″上写数据。
在读模式中，通过使用其热变电阻，加热器平台5被用作热传感器。在供电线上施加读模式电压以便将加热器加热到读温度TR，读温度TR小于写温度Tw，并且不足以使聚合物融化。当探头4扫描存储域时，悬臂2在各个比特位置的枢轴位置因凹坑7的存在或不存在而有所不同。如附图1b所示，在没有凹坑时，加热器平台5和存储介质6之间的距离大于如附图1c所示出现凹坑并且探头进入凹坑时的对应距离。于是，当凹坑出现在比特位置上时，穿过加热器5和存储介质6之间的气隙的热传送更加有效，并且由于有更多的热量散失到存储介质，加热器5的温度及其电阻值会降低。于是，在扫描存储域时，通过监视加热器5的温度变化，实际上通过监视供电线中的一个的串联电阻器上的电压，来检测数据比特。
虽然前面描述了单独读/写部件1的操作，然而实际上在前面提到的文献中使用了这种部件的阵列。各个部件的2个供电线中的一个是阵列的相同行中所有部件共用的行供电线，另一个供电线是阵列的相同列中所有部件共用的列供电线。通过这种方式，供电线的数量最小，并且简单的x-y(行-列)寻址方案被用来向读/写部件供电以驱动加热器5。
于是，通过上述装置，在写模式和读模式下寻址各个部件只需要单对供电线，从而允许使用简单x-y寻址阵列结构。然而在各个部件中，加热器平台设计必须在写入需求和读取需求之间取得折衷，并且这限制了写模式和读模式下的工作效率。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供用于数据存储设备的读/写部件，读/写部件包括：
杠杆装置和支承结构，杠杆装置被连接到支承结构以便进行基本为枢轴式的运动，并且在支承结构上的一对供电线之间提供第一和第二电流路径，其中在使用时通过所述供电线可将杠杆装置连接到供电装置，所述供电装置可在写模式和读模式下工作；
在杠杆装置上提供并且位于第一电流路径中的写模式加热器；
在写模式加热器上提供的读/写探头；
在杠杆装置上提供并且位于第二电流路径中的读模式加热器；和
去耦装置，在使用时，当供电装置工作于读模式时，去耦装置被用来禁止电流通过第一电流路径流向写模式加热器。
因此在本发明的实施例中，分立的写和读模式加热器被提供在杠杆装置上，并且位于支承结构上的供电线之间的相应电流路径中，而在部件工作于读模式时，去耦装置禁止电流通过电流路径流动到写模式加热器。使用分立读和写加热器并且在读模式操作中去耦写加热器的方式允许写和读加热器的设计更加接近写和读模式操作的要求，同时在2个模式中仍然只需要单对供电线以寻址部件。例如，可以使写加热器较小并且具有低电阻值，从而提供快速、低电压、低功率写元件。相反，可以使读加热器较大，以便提高读模式中的热灵敏度和信噪比，同时去耦装置在这里用于禁止电流流向写加热器，从而禁止写加热器的加热，以便防止这个加热器达到写温度。于是，对于双模式操作，部件的效率(例如写入速度、功耗和读取灵敏度)可以明显改进，并且不需要额外的供电线，从而允许方便地实现如上所述的简单x-y寻址阵列结构。
在去耦装置只用于在读模式下禁止电流流向写加热器的实施例中，在写模式下，在写加热器加热到Tw期间读加热器会出现某种程度的加热。虽然这个能量损失不会很关键，然而在优选实施例中，当使用时，当供电装置工作于写模式时，去耦装置还被用来禁止电流通过第二电流路径流向读模式加热器。在这种实施例中，读和写加热器可有效地独立寻址，从而允许从读和写加热器优化中获得最大的性能收益。
可以考虑各种结构，其中去耦装置包括某种形式的供电控制开关，供电控制开关根据操作模式在2个电流路径之间切换。然而为了简单，在优选实施例中，去耦装置包括写去耦装置和读去耦装置，当供电装置工作于读模式时，写去耦装置禁止电流流向写模式加热器，而当供电装置工作于写模式时，读去耦装置禁止电流流向读模式加热器。此外如下所述，去耦装置在部件上的位置取决于杠杆装置的具体设计。
杠杆装置可以被构造成悬臂，虽然在实施例中可以考虑将电流路径提供成悬臂主体上的导电线，然而将悬臂构造成导电结构会比较方便，其中导电结构通常根据其形状限定电流路径。在一个例子中，悬臂包括2个横置支架部分，以及第一和第二桥接部分，支架部分在各自的对应端部连接到支承结构，而第一和第二桥接部分均互连2个支架部分。这里，第一桥接部分包括写模式加热器，而第二桥接部分包括读模式加热器。在这个例子中，支架部分和第一桥接部分本身可以限定第一电流路径，而类似地，支架部分和第二桥接部分可以限定第二电流路径。下面会更加详细地描述这种实施例，在这种情况下，去耦装置位于悬臂上。在另一个例子中，悬臂包括3个横置支架部分，以及第一桥接部分和第二桥接部分，其中支架部分在各自的对应端部连接到支承结构，第一桥接部分将中央支架部分互连到外支架部分中的第一外支架部分，而第二桥接部分将中央支架部分互连到第二外支架部分。并且，第一桥接部分包括写模式加热器，而第二桥接部分包括读模式加热器。然而在这种情况下，第一外支架部分、第一桥接部分和中央支架部分限定第一电流路径，而第二外支架部分、第二桥接部分和中央支架部分限定第二电流路径。对于这种构造，如下所述，去耦装置可以方便地位于支承结构上。
在可选结构中，不是象在前面的建议中那样构造成悬臂，杠杆装置包括延长杠杆主体和2个连接臂，连接臂在杠杆主体的任一侧向外延伸，将杠杆主体连接到支承结构并且限定中枢轴，中枢轴偏离杠杆主体的端部，而杠杆主体在使用中在中枢轴上做枢轴运动。在这种″摆动杠杆″结构中，写模式加热器和读模式加热器被配置在中枢轴的相对侧上，并且在杠杆主体的端部或该端部附近。并且，杠杆主体的形状可以限定2个电流路径，下面会详细描述这种实施例的例子。
无论杠杆装置的具体构造如何，在优选实施例中，读模式加热器偏离杠杆装置枢轴运动的轴的程度均大于写模式加热器。这个特征提供了机械放大机构，其中与读/写探头所做的运动相比，读模式加热器所做的枢轴运动被放大，因此与前面的结构相比，允许进一步改进回读灵敏度。
根据供电装置如何在2个不同模式中工作，去耦装置本身可以具有各种形式。在特别简单的系统中，供电装置可以被用来在写模式下向供电线之间施加一个极性的电压，并且在读模式下向供电线之间施加相反极性的电压。在用于这种系统的读/写部件中，写去耦装置可以简单地禁止电流沿着施加读模式电压所导致的电流流动方向流向写模式加热器，并且读去耦装置可以简单地禁止电流沿着施加写模式电压所导致的电流流动方向流向读模式加热器。
本发明如上所述的实施例还可以使用新颖的读探测结构。具体地，支承结构可以在基本并行于枢轴运动的轴的平面中至少部分地围绕杠杆装置延伸，而读模式加热器可以在围绕杠杆装置的支承结构的表面上方延伸，从而在读模式加热器和所述表面之间提供间隙，使得间隙的厚度随着杠杆装置的枢轴运动而改变。通过这种结构，不是象在前面的设备中那样将存储介质用作热读探测系统的吸热器，而是可以将支承结构用作吸热器。在使用这个结构的实施例中，读模式加热器可以在较高的温度上工作，并且没有融化聚合物以致擦除数据的风险。在制造部件时，读模式加热器和支承结构之间的间隙可以被做得较小，并且可以被精确控制，例如使用牺牲薄膜工艺。于是这个结构允许进一步改进读模式灵敏度。
在如上所述本发明第一方面的实施例中，提供去耦装置以禁止电流流动，于是在读模式操作中至少禁止写模式加热器的加热。根据本发明的第二方面，提供用于数据存储设备的读/写部件，读/写部件包括：
杠杆装置和支承结构，杠杆装置被连接到支承结构以便进行基本为枢轴式的运动，并且在支承结构上的一对供电线之间提供至少一个电流路径；
在杠杆装置上提供并且位于该电流路径或所述电流路径中的写模式加热器；
在写模式加热器上提供的读/写探头；和
在杠杆装置上提供并且位于该电流路径或所述电流路径中的读模式传感器；
其中杠杆装置的写模式加热器和相邻区域的热性质，以及杠杆装置的读模式传感器和相邻区域的热性质使得：在使用时，通过经供电线施加第一信号脉冲，写模式加热器可加热到写温度Tw，并且读模式传感器保持小于Tw的温度，而在使用时，通过经供电线施加幅度小于第一信号脉冲但持续时间长于第一信号脉冲的第二信号脉冲，读模式传感器可加热到读温度TR＜Tw，并且写模式加热器保持小于Tw的温度。
因此在本发明第二方面的实施例中，与上述写模式加热器分立地提供读模式传感器，但是这里的去耦机构是热工作的(而不是电工作的)。具体地，在这个实施例中，该结构使得杠杆装置的写模式加热器、读模式传感器和相邻区域的热性质允许：(a)写模式加热器被第一信号脉冲加热到Tw，而读模式传感器的温度保持低于Tw；和(b)读模式传感器被低而长的第二信号脉冲加热到TR，而写模式加热器温度保持低于Tw。于是，在读模式下，写模式加热器被有效地热去耦到不被时间较长但低幅度的读模式脉冲加热到Tw的程度。类似地，在写模式下，读模式传感器被有效地热去耦到不被时间较短但高幅度的写模式脉冲加热到Tw的程度。因此就象如上所述的电去耦实施例那样，与写模式加热器分立地提供读模式传感器，但是在读和写模式下仍然可以只使用单对供电线寻址部件。因此，通过使用这个热去耦机构的实施例可以提供相应的优点。
本领域的技术人员应当理解，可以适当选择杠杆装置的元件设计的各个方面(例如构造、结构、形状、尺寸和材料)，以便提供所需的热性质。例如，指定元件的热容量指示将元件加热到指定温度所需的能量量值，并且取决于元件的材料和体积。类似地，元件的热时间常数取决于元件表面的散热速率和相邻元件的热传送效率，于是取决于诸如大小、尺寸、横截面和材料的因素。因此通过适当选择各个特性，可以实现写模式加热器和环境之间，以及读模式加热器和环境之间的不同热耦合强度。
在优选实施例中，写模式加热器小于读模式传感器，在使用时，为杠杆装置中与写模式加热器相邻的区域提供相对较高的从写模式加热器散热的速率，并且在使用时，为杠杆装置中与读模式加热器相邻的区域提供相对较低的从读模式加热器散热的速率。例如，在特别优选的情况下，即在杠杆装置基本由导电材料构成并且导电材料的形状限定所述至少一个电流路径的情况下，杠杆装置中与读模式传感器相邻的区域最好包括在使用时禁止从读模式传感器散热的收缩部分。
象在电去耦实施例中那样，杠杆装置可以具有各种结构，即悬臂或其它结构，尽管下面会进一步描述尤其方便的悬臂结构。此外，本发明这个方面的实施例可以使用上述将支承结构用作吸热器的新颖读探测结构，并且可以利用通过使读模式传感器比写加热器更加远离中枢轴而得到的机械放大。在某些实施例中，读模式传感器本身可以如前所述包括加热器。然而在其它实施例中，读模式传感器可以简单地包括热阻传感器，热阻传感器足够接近写模式加热器，因此在使用时，在施加读模式信号脉冲期间从写模式加热器的散热导致读模式传感器加热到读温度TR。
通过使用如上所述的新颖读探测结构的基本原理，可以有效实现使用各种读探测机构的读/写部件。于是，根据本发明的第三方面，提供用于数据存储设备的读/写部件，读/写部件包括：
杠杆装置和支承结构，杠杆装置被连接到支承结构以便进行基本为枢轴式的运动，并且在支承结构上的一对供电线之间提供第一电流路径，其中支承结构在基本并行于所述枢轴运动的轴的平面中至少部分地围绕杠杆装置延伸；
在杠杆装置上提供并且位于第一电流路径中的写模式加热器；
在写模式加热器上提供的读/写探头；
在围绕杠杆装置的一部分支承结构上提供的第一接近传感器元件；和
第二接近传感器元件，提供在杠杆装置上并且位于第一接近传感器元件上方，使得第一和第二接近传感器元件之间的距离随着杠杆装置的枢轴运动而改变；
其中杠杆装置和支承结构中的至少一个提供第二电流路径，第二电流路径通过第一和第二接近传感器元件耦合供电线。
下面会进一步描述体现本发明的这个方面的读/写部件的例子。应当理解，本发明这个方面的实施例可以使用如上所述的去耦装置，去耦装置具体在读模式操作中至少禁止电流流动到写模式加热器，并且在需要时最好在写模式中禁止电流流向读探测结构。此外，象前面那样可以考虑杠杆装置的各种结构，尽管下面会详细描述尤其优选的结构。
虽然前面重点描述了数据存储应用，然而如上所述的部件的各种特性，尤其是新颖的读探测结构也可以在原子力显微镜应用中提供显著的优点。AFM技术是本领域众所周知的，这里不必详细描述，但是下面对工作原理的基本描述是有用的。
图2是AFM的示意表示，其中通过相同图例图解了本领域使用的3个基本检测机构。AFM的探测装置10包括连接到支承结构12以便相对中枢轴P进行基本为枢轴式的运动的微悬臂11，象前面那样，通过悬臂主体的挠曲提供这个运动。探头13位于悬臂的远离支承结构12的端部。在操作时，要分析的样本14被放到样本支座15上。驱动机构16造成样本支座15和探测装置10的相对运动，使得探头13扫描样本。在扫描期间，探头和样本表面之间的原子力的相互作用造成悬臂11的枢轴运动，并且通过检测这个运动来揭示样本的形貌。3个基本检测系统如附图标记17、18和19所示。(当然，实际上只使用这些检测系统中的一个)。如附图中的附图标记17所示，第一系统使用光学机构检测悬臂的偏转。第二系统使用压电元件18，压电元件18检测悬臂的枢轴偏转导致的压力。第三系统使用安装在悬臂11上方的内嵌(in-line)电极19。这充当悬臂13的接近传感器，其中悬臂和内嵌电极19之间的距离随着悬臂的偏转而改变。
上述AFM系统存在各种问题。内嵌电极结构19难以制造，而提供光学探测机构17会导致相对复杂的结构。如果使用压电机构18，则灵敏度取决于悬臂挠曲造成的压力，并且这个压力随着悬臂刚性的提高而增加。更加刚性的悬臂提供更高的灵敏度，但是相同的偏转会需要更高的探头-样本接触压力，从而导致更高的探头损耗和对样本潜在的损伤。
根据本发明的第四方面，提供用于原子力显微镜的探测装置，探测装置包括：
杠杆装置和支承结构，杠杆装置被连接到支承结构以便进行基本为枢轴式的运动，并且支承结构在基本并行于所述枢轴运动的轴的平面中至少部分地围绕杠杆装置延伸；和
探头，提供在杠杆装置上，使得在使用时，探头和要扫描的样本之间的原子力的相互作用导致杠杆装置的所述枢轴运动；
其中杠杆装置部分在围绕杠杆装置的支承结构的部分上方延伸，使得所述部分之间的距离随着所述枢轴运动改变，以致在使用时，所述距离的变化指示探头扫描的样本的形貌。
因此在本发明这个方面的实施例中，只通过检测前面定义的杠杆装置和支承结构的特定部分的相对接近程度，就可以监视探头运动。这提供了简单然而高效的接近探测机构，从而消除了上述现有系统的缺点。
显然可以通过各种方式检测上述装置部分的接近程度的变化，下面会描述具体的例子。然而所述部分的至少一个最好提供用于探测这种变化的接近传感器元件。优选实施例使用与前述数据存储部件类似的热接近探测。这里，所述杠杆装置部分可以包括加热器，杠杆装置提供在使用时通过支承结构将加热器连接到电源的电流路径，而所述支承结构部分充当吸热器，使得加热器的温度随着所述距离的变化而改变。通过充当吸热器的支承结构，加热器可以在相对较高的温度上工作，并且没有损伤样本(例如生物样本)的风险。无论使用何种接近探测系统，为了提高灵敏度，上述杠杆装置部分最好位于或邻近杠杆装置中远离枢轴运动的轴的端部。就象前述读/写部件那样，杠杆装置可以具有各种结构，尽管这里具有机械放大的摆动杠杆结构尤其有利。如下所述，可以使用上述涉及读/写部件的各种其它特性，以便在探测装置的实施例中产生有利效果。
本发明的另一个方面提供了引入如上所述的探测装置的原子力显微镜。本发明的其它方面提供了包括基于本发明第一、第二和第三方面的读/写部件阵列的装置，和引入这种阵列的数据存储设备。
附图说明
现在参照附图并通过例子描述本发明的优选实施例，其中：
附图1a到1c图解了当前用于数据存储设备的读/写部件的构造和操作；
图2示出了原子力显微镜，其中图解了当前系统中使用的基本检测机构；
图3示出了数据存储设备，其中可以使用基于本发明的读/写部件；
图4a是基于本发明的第一读/写部件的示意图；
图4b示出了图4a的读/写部件的等价电路；
图5是读/写部件的第二实施例的示意图；
图6a是读/写部件的第三实施例的示意图；
图6b示出了图6a的读/写部件的等价电路；
图7a是读/写部件的第四实施例的示意图；
图7b示出了图7a的读/写部件的等价电路；
图8是读/写部件的第五实施例的示意图；
附图9a到9e图解了用于本发明实施例的各种接近传感器结构；
图10a是读/写部件的第六实施例的示意图；
图10b示出了图10a的读/写部件的等价电路；
附图10c图解了用于驱动附图10a的部件的读和写模式信号脉冲；而
图11示出了基于本发明的AFM探测装置。
具体实施方式
首先参照图3，数据存储设备20包含数据存储介质21和读/写装置，读/写装置具有读/写部件23的阵列22的形式。(下面详细描述用作读/写部件23的各种实施例。然而应当理解，如果需要，这些部件可以包含诸如放大器等等的附加电路，尽管这种附加电路不是本发明实施例的重点，因此在此后的描述中被省略)。如图所示，各个读/写部件23被连接到2个供电线，即行供电线R和列供电线C。阵列的相同行中的所有部件23共享相同的行供电线R。类似地，阵列的相同列中的所有部件共享相同的列供电线C。驱动装置24允许阵列和存储介质进行相对运动，其中相对存储介质可以将阵列精确地定位在其工作位置上，并且在操作期间，各个部件23可以如上所述扫描其各自的存储域。
阵列22的行和列线R、C被连接到供电和读检测电路25。电路25为阵列22的部件供电，其中按照已知方式通过电路25的行和列复用器(未示出)及其行和列线寻址各个部件23。可以在写模式和读模式中寻址各个部件23，供电电路在写模式下通过供电线提供写模式信号，并且在读模式下通过供电线提供读模式信号。框25的读检测电路在读模式下工作，以便检测部件23的读探测机构指示的比特值。通常，本领域的技术人员可以理解，可以通过各种方式完成这种读检测。然而在此后描述的具体实施例中，通过测量阵列22的列线C中连接的串联电阻上的电压，象在当前系统中那样方便地完成读检测。
图4a图解了读/写部件30的第一实施例，读/写部件30可以被用在具有与图3数据存储设备中的阵列22类似的部件的阵列中。部件30包括悬臂31形式的杠杆装置，杠杆装置被连接到支承结构32，图中只部分示出了支承结构32。(实际为阵列中的所有部件提供整体支承结构，使用通常已知的半导体处理技术将整个阵列制造成集成电路，使得芯片主体为阵列中的所有悬臂31提供支承结构32)。通过2个横置的悬臂支架33a、33b构成悬臂31，其中分别通过第一和第二桥接部分34和35互连悬臂支架33a、33b。写模式加热器36配置在区域相对较小的第一桥接部分34中央，并且构成读/写探头37的平台。一对二极管38a和38b被集成在桥接部分34中，加热器36的每侧均有一个。如下所述，二极管38a、38b构成写去耦装置。第二桥接部分35由明显大于写模式加热器36的读模式加热器39构成，并且连接悬臂支架33a、33b中远离支承结构的连接的端部。另一对二极管40a和40b被集成在第一和第二桥接部分之间的悬臂支架部分中，读模式加热器39的每侧均有一个。如下所述，二极管40a、40b构成读去耦装置。
利用悬臂的支架33a、33b的挠性，悬臂可以相对中枢轴P作基本为枢轴式的运动，其中中枢轴P位于针对支承结构的连接处。(当然应当理解，由于通过悬臂支架的挠曲提供这种运动，与枢轴上安装的刚性体不同，这种运动不是严格的相对中枢轴的枢轴运动。然而效果基本相同，并且这里使用的术语″枢轴运动″和″中枢轴″应当被视作等同)。
在制造阵列期间，通过已知的半导体加工技术形成悬臂结构的各种元件。这里的悬臂支架33a、33b由高掺杂硅组成，从而在写和读加热器36、39与支承结构32的行和列供电线R和C之间提供导电连接。由此可见，悬臂31通过其形状限定了供电线R、C之间的2个电流路径。悬臂支架33a、33b和第一桥接部分34提供第一电流路径，第一电流路径包含二极管38a、38b和写加热器36。支架33a、33b和第二桥接部分35提供第二电流路径，第二电流路径包含二极管40a、40b和读加热器39。图4b示出了部件30的等价电路。如图所示，连接二极管对38a、38b以便禁止电流在供电线之间的一个方向上流动，而连接二极管对40a、40b以便禁止电流在相反方向流动。
在图3存储设备的阵列22的部件30的操作中，供电电路25在写模式中在供电线R、C之间施加一个极性的电压，而在读模式中在供电线之间施加另一个极性的电压。于是，在写模式中，电流通过二极管38a和38b在第一电流路径中流动到写加热器36，但是通过二极管40a和40b禁止电流在第二电流路径中流动到读加热器39。类似地，在读模式中，电流通过二极管40a和40b在第二电流路径中流动到读加热器39，但是通过二极管38a和38b禁止电流在第一电流路径中流动到写加热器36。因此在写模式中，窄桥接部分34中的小型低电阻值写加热器36可以被非常快速地加热到写温度Tw，并且不必在读加热器39上消耗能量。在读模式中，相对较大的读加热器36为热探测操作提供高灵敏度，并且在加热到读温度TR期间，通过二极管38a、38b的去耦动作防止写加热器36的加热。因此，探头37和存储介质的聚合物表面层在读取期间保持冷却，从而降低了聚合物上的损耗。因此，部件30在总体上提供了高效的读/写部件，这种读/写部件具有高写速度，低功耗和高读灵敏度，并且在两个模式中可以通过单对行和列供电线寻址。
显然，在这个实施例中只需要提供各个二极管对38a、38b和40a、40b中的一个二极管以实现电去耦效应。然而在这个优选结构中，提供各个双二极管对以便相对其垂直于中枢轴P的纵轴平衡悬臂。还应当注意，在2个加热器36和39中，读加热器39被提供在悬臂31中最远离中枢轴P的桥接部分上。虽然可以使用相反的结构，然而这个结构保证探头37的读模式扫描造成的写平台枢轴运动加强了读平台的运动。图5图解了进一步利用这种效应的实施例的例子。在这个实施例的部件45中，悬臂的各个元件对应于图4a的各种元件，但是如图中的箭头所示，读加热器46和中枢轴之间的距离d1与写加热器47和中枢轴之间的距离d2的比值被提高，从而增强了探头的枢轴运动的放大。这个机械放大机构进一步改进了部件的读灵敏度。显然，实际的探头-中枢轴距离可达到的放大系数(d1/d2)取决于部件设计的各个方面，例如悬臂的操作速度、挠性和谐振频率。然而可以容易地实现至少为2的放大系数，并且在优选实施例中，根据设计约束，放大系数可以从大约5到大约10。
附图6a图解了用于图3的数据存储设备的读/写部件的第三实施例。这个实施例的部件50仍然包括悬臂51，悬臂51连接到支承结构52以便相对中枢轴P进行基本为枢轴式的运动。然而，这里的悬臂具有3个横置的支架53a、53b和53c。第一桥接部分54互连外部支架53a和中央支架53b。第二桥接部分55互连外部支架53c和中央支架53b。第一桥接部分由写模式加热器56构成，写模式加热器56构成读/写探头57的平台。在第二桥接部分55中提供读模式加热器58。如附图所示，象前面那样，导电悬臂支架提供针对支承结构52上的行和列供电线R和C的连接。如图所示，悬臂仍然限定供电线R、C之间的2个电流路径。第一电流路径由外部支架53a、包含写加热器56的第一桥接部分54和中央支架53b限定。第二电流路径由外部支架53c、包含读加热器58的第二桥接部分55和中央支架53b限定。仍然提供去耦装置，但是这里的去耦装置位于支承结构上。具体如图所示，写去耦二极管60连接在行供电线R和外部支架53a之间，读去耦二极管61连接在行供电线R和外部支架53c之间。附图6b图解了这个实施例的等价电路，如图所示，连接二极管60和61以便禁止电流在供电线R、C之间的相反方向上流动。于是，在图3的数据存储设备的这个实施例的操作中，供电电路在读和写模式中仍然在供电线之间施加相反极性的电压。在写模式中，电流通过二极管60在第一电流路径中流动到写加热器56，但是通过二极管61禁止电流在第二电流路径中流动到读加热器58。在读模式中，电流通过二极管61在第二电流路径中流动到读加热器58，但是通过二极管60禁止电流在第一电流路径中流动到写加热器56。因此，图4a的部件30的相应操作优点也适用于这个实施例。然而这里在各个电流路径中只提供了单独的二极管。此外，通过这种悬臂设计，去耦装置可以方便地位于支承结构上，而不是位于悬臂本身中。
虽然在附图图解的具体实施例中二极管被用作电去耦机构，然而本领域的技术人员应当理解，可以通过各种其它方式实现电去耦系统，例如使用晶体管或其它被用来提供期望的去耦效果的元件。此外，虽然这里在针对读和写模式操作的例子中使用了相反极性的电压，然而显然可以考虑其它系统，例如使用不同电平的电压，和被用来禁止电流高于某种阈值水平，低于某种阈值水平，介于某些阈值水平之间或不在某些阈值水平之间的电路元件。虽然去耦机构比这里图解的简单二极管结构更加复杂，然而能够将去耦装置放置在支承结构上尤其有利。因此，附图6a的悬臂设计为去耦系统的实现提供了特别的灵活性。
图7a图解了读/写部件的第四实施例，其中杠杆装置具有″摆动杠杆″结构。具体地，在这个实施例的部件65中，杠杆装置具有延长杠杆主体66，延长杠杆主体66通过2个连接臂68a和68b被连接到支承结构67(图中只部分示出)。如附图中的箭头所示，这些连接臂的扭转为杠杆主体66提供相对中枢轴P的基本为枢轴式的运动。杠杆主体66包括2个横置的支架部分70a和70b，支架部分70a和70b通过第一桥接部分71在一端互连，并且通过第二桥接部分72在另一端互连。较小的写模式加热器73位于相对较窄的第一桥接部分71中，并且为读/写探头74提供平台。第二桥接部分72由相对较大的读模式加热器75构成。导电杠杆主体和连接臂在支承结构67上的行和列线R和C之间限定2个电流路径。通过连接臂68a、68b，支架70a、70b的介于连接臂和第一桥接部分71之间的部分，和包含写加热器73的第一桥接部分提供第一电流路径。通过连接臂68a、68b，支架70a、70b的介于连接臂和第二桥接部分72之间的部分，和包含读加热器75的第二桥接部分提供第二电流路径。在杠杆主体66上提供具有写去耦二极管77a、77b和读去耦二极管78a、78b的形式的去耦装置。写去耦二极管77a、77b在连接臂和写加热器73之间相对杠杆主体的纵轴对称配置，而类似地，读去耦二极管78a、78b配置在连接臂和读加热器75之间。
图7b示出了这个实施例的部件65的等价电路。这里如图所示，象前面那样，连接写去耦二极管77a、77b以便禁止电流在供电线R、C之间沿着相反方向流动到读去耦二极管78a、78b。于是在图3的数据存储设备的操作中，当在供电线之间施加写模式电压以便通过第一电流路径驱动写加热器时，读去耦二极管78a、78b禁止电流流向读加热器75。类似地，当施加相反极性的读模式电压以便通过第二电流路径驱动读加热器75时，写去耦二极管77a、77b禁止电流流向写加热器73。因此，如上所述的悬臂结构的相应操作优点也适用于这个实施例。另外，区域较小的连接臂68a、68b的扭转高效地提供杠杆主体的枢轴运动，并且悬臂支架70a、70b没有显著挠曲。还应当注意，在这个摆动杠杆结构中方便地使用上述机械放大机构，其中读加热器75偏离中枢轴P的程度甚于具有探头74的写模式加热器。
在如上所述的实施例中，通过将存储介质21用作读加热器的吸热器，可以象在当前系统中那样进行读探测。图8图解了读/写部件的例子，其中杠杆装置和支承结构被用于以支承结构作为吸热器的热读探测。这个实施例的部件80类似于图7a的摆动杠杆实施例，这里只描述关键差别。首先，如附图所示，这个实施例中的支承结构81在基本并行于中枢轴P和杠杆主体的主要范围的平面内围绕杠杆主体82延伸。(当然，支承结构表面本身不必是平面的，这里所指的平面只表明支承结构围绕杠杆主体延伸的一般取向)。其次，杠杆主体82的部分，具体为读模式加热器83在支承结构81的部分的上方延伸，从而在加热器和支承结构的正对表面之间提供间隙G。如图所示，间隙G的厚度会随着杠杆主体的枢轴运动而改变。因此在这个实施例中，阵列芯片主体提供的支承结构可以被用作热读探测系统的吸热器。这允许进一步改进读灵敏度，因为在部件制造期间通过例如牺牲薄膜工艺可以使间隙G非常小，并且可以精确控制间隙G，另外，读模式加热器可以在没有擦除数据的风险的情况下工作在较高温度上。这里，另一个显著差别在于，杠杆主体82的形状使得，相对支承结构中正对读加热器83的表面，写加热器在探头84的方向上偏离的程度大于读加热器。在这个特定实施例中，如图所示，通过杠杆主体中在连接臂的探头一侧的向上弯曲部分实现这个特性。在使用时，这个特性用于增加读加热器到存储介质的间隔，以便降低这个间隔的变化对读探测操作结果的影响，并且进一步提高读灵敏度。(可以通过不同结构以其它方式达到类似的效果。例如，在一维阵列中或如下所述的AFM探测装置的单探头系统中，通过使装置相对介质倾斜以使读加热器远离介质的程度大于探头，可以增加读加热器到存储介质的间隔(或AFM当量(AFM equivalent))。
虽然图8的读探测结构尤其方便用于具有摆动杠杆结构的部件之中，然而应当理解，通过适当配置支承结构也可以在如上所述的悬臂实施例中使用类似结构。在这种情况下，如上所述，在必要时可以相对读加热器提高写加热器平台，以便增加读加热器到存储介质的间隔。并且，例如在附图6a的实施例中，读加热器偏离中枢轴的程度可以大于探头平台，从而利于将支承结构用作吸热器，以及使用如前所述的机械放大机构。无论怎样，虽然使用了这种读探测结构，然而应当理解，支承结构不必完全围绕杠杆装置延伸，而是以允许结构充当读加热器的吸热器为限。
对于刚刚描述的读探测结构，通过将读加热器用作热接近传感器，在读加热器和支承结构之间进行接近探测。然而对于相同的基本结构，使用其它接近探测机构的读探测系统也是可以实现的。通常，第一接近传感器元件可以被配置在支承结构上，而第二接近传感器元件可以被提供在杠杆装置上，其中这个第二元件被配置在支承结构上的元件的上方，使得二者之间的距离随着枢轴运动改变。附图9a到9d图解了可选接近探测机构的例子，其中电极被用作接近传感器元件。在附图9a中，电极90被提供在杠杆装置上的读加热器的位置上，并且在支承结构上提供一对电极91a和91b。各个电极91a、91b被连接到支承结构上的供电线R、C中的一个。间隙G中的空气于是充当杠杆和支承结构电极之间的电介质，从而提供可变电容，因为间隙G的厚度随着杠杆的枢轴运动而改变。于是可以检测这个电容的变化以提供读模式输出。注意，这里不需要通过杠杆主体到达电极90的电流路径，其中电流路径被提供在支承结构上，以便在读模式下通过电容器电极耦合行和列线。附图9b图解了相反的结构。这里，在杠杆上提供电极对和到达行和列线的连接，并且单个电极位于支承结构上。附图9c示出了另一个结构，其中在支承结构上提供一对接触电极92a、92b，并且在杠杆上提供桥接触点93。这个结构有效地充当提供数字读出的开关：当电极接触时，开关闭合并且电流在供电线之间流动；当电极不接触时，开关断开并且没有电流在供电线之间流动。这里，在支承结构上为读模式操作提供供电线之间的电流路径。附图9d示出了等价的结构，其中在杠杆上提供2个接触电极和供电线之间的电流路径。然而，显然可以考虑如附图9e所示的结构，其中杠杆上的电极通过杠杆主体被连接到供电线中的一个，支承结构上的电极通过支承结构被连接到另一个供电线。因此在这种情况下，用于读模式操作的电流路径一部分提供在杠杆上，另一部分提供在支承结构上。当然，附图9e中的电极也可以是用于开关操作的接触电极。
根据使用的具体读探测机构，电去耦可以是必要或不必要的。然而在优选实施例中，如前所述，在读模式操作中至少提供写去耦装置以禁止电流流向写模式加热器。提供读去耦装置可能不太重要，例如在开关结构中。然而，提供读去耦装置以便在写模式操作中禁止电流通过电流路径流动到接近传感器元件通常也是优选的。在适当的情况下，根据如上所述的读模式操作的电流路径的位置，这种读去耦装置可以位于杠杆或支承结构上。通常，即使在前面描述的热读探测实施例中，在某些情况下也可以只提供写去耦装置，尽管优选实施例会提供读和写模式去耦。
迄今为止图解的实施例均使用电去耦机构。现在参照附图10a到10c描述使用热去耦机构的实施例的例子。这个实施例的部件100仍然包括悬臂101，悬臂101连接到支承结构102(只部分示出)以便相对中枢轴P进行基本为枢轴式的运动。悬臂具有2个横置的支架部分103a、103b，支架部分103a、103b通过桥接部分104在远离中枢轴的端部互连。因此在这个例子中，导电悬臂101在支承结构上的供电线R、C之间限定单独的电流路径，其中通过悬臂支架103a、103b和桥接部分104提供这个电流路径。这里，具有探头106的写模式加热器105和读模式加热器107位于桥接部分104上。于是，如附图10b的等价电路所示，写模式加热器和读模式加热器位于相同的电流路径中。
当在图3的数据存储设备中使用部件100时，在附图10c所示的读和写模式操作中，供电电路25通过供电线R、C施加不同信号脉冲。在写模式下，施加相对较短的高振幅脉冲Sw。相反，在读模式中，施加相对较长的低振幅脉冲SR。虽然读和写模式加热器位于相同的电流路径中，然而悬臂结构使得加热器和悬臂的相邻区域的热性质提供双模式热去耦效果。具体地，施加较短的高振幅写模式脉冲Sw导致写加热器105加热到写温度Tw，但是在这个过程中读加热器107的加热较少，于是保持在小于Tw的温度上。类似地，施加较长的低振幅读模式脉冲SR导致读加热器107加热到其读温度TR，但是在这个模式中写加热器的加热较少，使得写加热器保持在小于Tw的温度上。从附图10a中可以发现提供产生这种去耦效果的热性质的悬臂设计的特征。与读加热器107相比，写加热器105非常小，但是在悬臂的写加热器和相邻区域108、109之间存在良好的热接触。相反，在悬臂的较大读加热器107和相邻区域109、110之间存在相对不良的热接触，与读加热器的相邻两侧相比，这些区域109、110构成收缩部分。因此在操作中，区域109、110为读加热器提供相对低速的散热，而区域108、109为写加热器提供相对高速的散热。于是，写加热器105快速加热，但是以相对较高的速率向悬臂散热，而读加热器107慢速加热，但是以相对较低的速率向悬臂散热。因此，将写加热器加热到Tw需要高振幅的写模式脉冲Sw，但是这个脉冲过短，以致不能显著加热读加热器。相反，读模式脉冲SR足够地长，以允许读加热器加热到TR，但是振幅过低，以致不能显著加热写加热器。因此，热去耦机构在两个模式下工作，允许在两个模式下通过悬臂上只具有单独电流路径的单对供电线R、C寻址部件。当然应当理解，虽然附图10c中为图解工作原理只示出简单的矩形脉冲，然而这不是必须的。可以使用分别在短周期上提供相对较高的功率，在长周期上提供较低功率的各种信号脉冲。于是，这里所指的脉冲″振幅″可以是平均或RMS振幅，而不是象在附图10c的简单例子中的固定dc电平。此外，本领域的技术人员可以理解，这里可以考虑各种其它悬臂设计以提供所需的热性质。另外，在某些实施例中，不是使用在读模式操作中主动加热到读温度TR的读加热器，读传感器可以只是在读模式下主要被写模式加热器的散热加热的热阻元件。此外，如上所述的电去耦实施例的各种有利特性同样可以被用来在热去耦实施例中发挥特点。例如，通过使读传感器远离中枢轴的程度大于读/写探头，可以在某些设计中使用机械放大机构。作为另一个例子，在某些实施例中如上所述通过将芯片主体用作吸热器，可以进行读探测。
虽然前面的描述侧重于数据存储应用，然而部分杠杆在围绕杠杆的支承结构的部分上方延伸的结构也可以被用来在AFM应用中发挥特点。摆动杠杆结构在这里是优选的，并且图11图解了使用这种用于图2的AFM的结构的探测装置的例子。这里的探测装置115通常类似于图8的读/写部件，包括杠杆主体116，杠杆主体116通过扭转连接臂118a、118b连接到支承结构117以便相对中枢轴P进行枢轴运动。悬臂主体116具有2个横置的支架部分119a、119b，支架部分119a、119b在其端部分别通过第一和第二桥接部分120和121互连。探头122配置在第一桥接部分120的中央，尽管AFM操作不需要探头加热器，其中在使用时通过探头和样本表面之间的原子力相互作用造成杠杆主体的枢轴运动。支承结构117象在图8中那样围绕杠杆主体延伸，并且杠杆的第二桥接部分121在周围支承结构的部分的上方延伸，以提供随着杠杆的枢轴运动而改变的较小间隙G。于是，在探头122扫描样本期间通过检测间隙G的变化可以得到AFM读取值。可以使用各种传感器机构探测间隙G的变化，例如在附图9a到9e所示的杠杆主体和支承结构的重叠部分中的一个或两个上引入接近传感器元件。然而在这个优选实施例中，如上所述通过在杠杆主体的第二桥接部分121中提供加热器125来进行热接近探测。因此如图所示，连接臂118a、118b，以及连接臂和第二桥接部分之间的支架119a、119b的部分是导电的，从而限定了通过支承结构将加热器125连接到供电和检测电路的电流路径。于是，在探头122的扫描期间，支承结构充当加热器125的吸热器，并且加热器的温度和阻值随着间隙G的变化而改变。检测电路可以象前面那样监视这些变化，例如通过检测到达加热器125的电路中的串联电阻上的电压。
由于在这个应用中不需要加热探头122，杠杆主体的探头一侧的支架119a、119b的部分被构造成具有高阻值，于是提供了在加热器125的操作期间禁止电流通过第一桥接部分120在连接臂之间流动的装置。(当然，探头可以和加热器电流隔离，例如通过将杠杆主体探头一侧的全部或部分构造在氧化物中以防止导电，或者可以象前面那样使用去耦二极管)。象前面那样，通过在制造期间适当地掺杂半导体材料，提供杠杆主体的各个部分的不同性质。这里，杠杆主体在探头一侧的向上弯曲部分和增加的传感器到中枢轴的距离提供了前面结合数据存储实施例说明的优点。因此，这种设计在总体上提供了简单然而有效和高度灵敏的AFM探测装置。
当然应当理解，虽然前面详细描述了优选实施例，然而在不偏离本发明范围的前提下可以对这些实施例进行各种改变和修改。

Claims (55)

1.用于数据存储设备(20)的读/写部件(30、45、50、65、80)，读/写部件包括：
杠杆装置(31、51、66、82)和支承结构(32、52、67、81)，杠杆装置被连接到支承结构以便进行基本为枢轴式的运动，并且在支承结构上的一对供电线(R、C)之间提供第一和第二电流路径，其中在使用时通过所述供电线可将杠杆装置连接到供电装置，所述供电装置可在写模式和读模式下工作；
在杠杆装置上提供并且位于第一电流路径中的写模式加热器(36、47、56、73)；
在写模式加热器上提供的读/写探头(37、57、74、84)；
在杠杆装置上提供并且位于第二电流路径中的读模式加热器(39、46、58、75、83)；和
去耦装置(38a、38b、40a、40b、60、61、77a、77b、78a、78b)，在使用时，当供电装置工作于读模式时，去耦装置被用来禁止电流通过第一电流路径流向写模式加热器。
2.如权利要求1所述的读/写部件，其中当使用时，当供电装置工作于写模式时，去耦装置(38a、38b、40a、40b、60、61、77a、77b、78a、78b)还被用来禁止电流通过第二电流路径流向读模式加热器(39、46、58、75、83)。
3.如权利要求2所述的读/写部件，其中去耦装置包括写去耦装置(38a、38b、60、77a、77b)和读去耦装置(40a、40b、61、78a、78b)，当供电装置工作于读模式时，写去耦装置禁止所述电流流向写模式加热器，而当供电装置工作于写模式时，读去耦装置禁止所述电流流向读模式加热器。
4.如前面权利要求中任何一个所述的读/写部件，其中杠杆装置被构造成悬臂(31、51)。
5.如权利要求4所述的读/写部件，其中读模式加热器(39、46)的位置远离悬臂(31、51)和支承结构(32、52)之间的连接的程度大于写模式加热器(36、47)。
6.如权利要求4或5所述的读/写部件，其中：
悬臂(31)包括2个横置支架部分(33a、33b)，以及第一和第二桥接部分(34、35)，支架部分在各自的对应端部连接到支承结构(32)，而第一和第二桥接部分均互连2个支架部分；
第一桥接部分(34)包括写模式加热器(36)，而第二桥接部分(35)包括读模式加热器(39)；
支架部分(33a、33b)和第一桥接部分(34)限定第一电流路径，而支架部分(33a、33b)和第二桥接部分(35)限定第二电流路径；并且
去耦装置(38a、38b、40a、40b)位于悬臂上。
7.根据从属于权利要求3和5时的权利要求6的读/写部件，其中在第一桥接部分(34)上的第一电流路径中提供写去耦装置(38a、38b)，在第一桥接部分(34)之外的第二电流路径中提供读去耦装置(40a、40b)。
8.如权利要求4或5所述的读/写部件，其中：
悬臂(51)包括3个横置支架部分(53a、53b、53c)，以及第一桥接部分(54)和第二桥接部分(55)，其中支架部分在各自的对应端部连接到支承结构(52)，第一桥接部分将中央支架部分(53b)互连到外支架部分中的第一外支架部分(53a)，而第二桥接部分将中央支架部分(53b)互连到第二外支架部分(53c)；
第一桥接部分(54)包括写模式加热器(56)，而第二桥接部分(55)包括读模式加热器(58)；
第一外支架部分(53a)、第一桥接部分(54)和中央支架部分(53b)限定第一电流路径；
第二外支架部分(53c)、第二桥接部分(55)和中央支架部分(53b)限定第二电流路径；而
去耦装置(60、61)位于支承结构(52)上。
9.根据从属于权利要求3时的权利要求8的读/写部件，其中写去耦装置(60)被连接在所述供电线(R)和第一外支架部分(53a)之间，而读去耦装置(61)被连接在供电线(R)和第二外支架部分(53c)之间。
10.如权利要求1到3中任何一个所述的读/写部件，其中杠杆装置包括延长杠杆主体(66、82)和2个连接臂(68a、68b)，连接臂从杠杆主体(66、82)的任一侧向外延伸，将杠杆主体连接到支承结构(67、81)并且限定中枢轴(P)，中枢轴偏离杠杆主体(66、82)的端部，而杠杆主体在使用中在中枢轴上做枢轴运动，其中写模式加热器(73)和读模式加热器(75、82)被配置在中枢轴(P)的相对侧上，并且在杠杆主体的端部或该端部附近。
11.如权利要求10所述读/写部件，其中读模式加热器(75、83)偏离中枢轴(P)的程度大于写模式加热器(73)。
12.如权利要求10或11所述的读/写部件，其中：
杠杆主体(66、82)包括2个横置支架部分(70a、70b)，在杠杆主体的一端或其附近互连支架部分(70a、70b)的第一桥接部分(71)，和在杠杆主体的另一端或其附近互连支架部分(70a、70b)的第二桥接部分(72)；
第一桥接部分(71)包括写模式加热器(73)，而第二桥接部分(72)包括读模式加热器(75)；
通过连接臂(68a、68b)，支架(70a、70b)的介于连接臂和第一桥接部分(71)之间的部分，和第一桥接部分(71)限定第一电流路径；
通过连接臂(68a、68b)，支架(70a、70b)的介于连接臂和第二桥接部分(72)之间的部分，和第二桥接部分(72)限定第二电流路径；并且
在杠杆主体上提供去耦装置(77a、77b、78a、78b)。
13.根据从属于权利要求3时的权利要求12的读/写部件，其中在连接臂(68a、68b)和写模式加热器(73)之间的第一电流路径中提供写去耦装置(77a、77b)，在连接臂(68a、68b)和读模式加热器(75)之间的第二电流路径中提供读去耦装置(78a、78b)。
14.如权利要求3、7、9和13中任何一个所述的读/写部件，与供电装置一起使用，供电装置在写模式下在供电线(R、C)之间施加一个极性的电压，而在读模式下在供电线(R、C)之间施加相反极性的电压，其中：
写去耦装置(38a、38b、61、77a、77b)在操作中禁止电流沿着施加读模式电压所导致的电流流动方向流向写模式加热器(36、47、56、73)，并且读去耦装置(48a、48b、60、78a、78b)在操作中禁止电流沿着施加写模式电压所导致的电流流动方向流向读模式加热器(39、46、58、75、83)。
15.如权利要求14所述的读/写部件，其中各个读和写去耦装置包括至少一个二极管。
16.根据从属于权利要求7或13时的权利要求15的读/写部件，其中各个读和写去耦装置包括一对二极管(38a、38b、40a、40b、77a、77b、78a、78b)，所述二极管对的位置能够相对其垂直于枢轴运动的轴的纵轴平衡杠杆装置(31、66)。
17.如权利要求4到16中任何一个所述的读/写部件，其中支承结构(81)在基本并行于杠杆装置(82)的枢轴运动的轴(P)的平面中至少部分地围绕杠杆装置延伸，而读模式加热器(83)在围绕杠杆装置的支承结构(81)的表面上方延伸，从而在读模式加热器(83)和所述表面之间提供间隙(G)，使得间隙(G)的厚度随着杠杆装置的枢轴运动而改变。
18.如权利要求17所述的读/写部件，其中杠杆装置(82)的形状使得写模式加热器在读/写探头(84)的方向上偏离所述表面的平面的程度大于读模式加热器。
19.用于数据存储设备(20)的读/写装置(22)，该装置包括如前面权利要求中任何一个所述的读/写部件的阵列(22)，各个部件的一个供电线是阵列(22)的相同行中所有部件共用的行供电线(R)，各个部件的另一个供电线是阵列(22)的相同列中所有部件共用的列供电线(C)。
20.一种数据存储设备(20)，包括：
数据存储介质(21)；
如权利要求19所述的读/写装置，该装置可相对数据存储介质(21)的表面定位，使得阵列(22)中的各个部件的读/写探头被偏置以面对表面；和
供电装置(25)，该供电装置可工作于所述写模式和所述读模式，以便在各个部件的供电线(R、C)之间施加电压；
其中数据存储介质(21)的所述表面使得，在使用中，当在所述部件的供电线(R、C)之间施加写模式电压时来自写模式加热器的热传递导致表面的局部融化，从而允许读/写探头刺入以形成凹坑，而当在供电线(R、C)之间施加读模式电压时，来自部件的读模式加热器的热传递不足以融化表面。
21.用于数据存储设备(20)的读/写部件(100)，读/写部件(100)包括：
杠杆装置(101)和支承结构(102)，杠杆装置被连接到支承结构以便进行基本为枢轴式的运动，并且在支承结构上的一对供电线(R、C)之间提供至少一个电流路径；
在杠杆装置(101)上提供并且位于该电流路径或所述电流路径中的写模式加热器(105)；
在写模式加热器(105)上提供的读/写探头(106)；和
在杠杆装置(101)上提供并且位于该电流路径或所述电流路径中的读模式传感器(107)；
其中杠杆装置的写模式加热器(105)和相邻区域(108、109)的热性质，以及杠杆装置的读模式传感器(107)和相邻区域(109、110)的热性质使得：在使用时，通过经供电线(R、C)施加第一信号脉冲(Sw)，写模式加热器(105)可加热到写温度Tw，并且读模式传感器(107)保持小于Tw的温度，而在使用时，通过经供电线(R、C)施加幅度小于第一信号脉冲(Sw)但持续时间长于第一信号脉冲(Sw)的第二信号脉冲(SR)，读模式传感器(107)可加热到读温度TR＜Tw，并且写模式加热器(105)保持小于Tw的温度。
22.如权利要求21所述的读/写部件(100)，其中写模式加热器(105)小于读模式传感器(107)，在使用时，杠杆装置中与写模式加热器(105)相邻的区域(108、109)提供相对较高的从写模式加热器散热的速率，并且在使用时，杠杆装置中与读模式加热器(107)相邻的区域(109、110)提供相对较低的从读模式加热器散热的速率。
23.如权利要求22所述的读/写部件(100)，其中杠杆装置(101)由导电材料构成并且导电材料的形状限定所述至少一个电流路径，杠杆装置中与读模式传感器(107)相邻的区域(109、110)包括在使用时禁止从读模式传感器散热的收缩部分。
24.如权利要求21到23中任何一个所述的读/写部件，其中杠杆装置(101)被构造成悬臂，悬臂包括2个横置支架部分(103a、103b)，以及桥接部分(104)，支架部分在各自的对应端部连接到支承结构(102)，而桥接部分互连支架部分(103a、103b)，支架部分和桥接部分限定单个所述电流路径，各个写模式加热器(105)和读模式传感器(107)被提供在桥接部分(104)上或其附近。
25.如权利要求21到24中任何一个所述的读/写部件，其中读模式传感器包括加热器。
26.如权利要求21到24中任何一个所述的读/写部件，其中读模式传感器包括热阻元件，热阻元件足够接近写模式加热器(105)，使得在使用时，在施加第二信号脉冲(SR)期间从写模式加热器的散热导致读模式传感器(107)加热到读温度TR。
27.如权利要求21到26中任何一个所述的读/写部件，其中读模式传感器(107)的位置远离所述枢轴运动的轴(P)的程度大于写模式加热器(105)。
28.如权利要求21到27中任何一个所述的读/写部件，其中支承结构在基本并行于杠杆装置的枢轴运动的轴(P)的平面中至少部分地围绕杠杆装置延伸，而读模式传感器在围绕杠杆装置的支承结构的表面上方延伸，从而在读模式传感器和所述表面之间提供间隙，使得间隙的厚度随着杠杆装置的枢轴运动而改变。
29.如权利要求28所述的读/写部件，其中杠杆装置的形状使得写模式加热器在读/写探头的方向上偏离所述表面的平面的程度大于读模式传感器。
30.用于数据存储设备的读/写装置(22)，该装置包括如权利要求21到29中任何一个所述的读/写部件(100)的阵列(22)，各个部件的一个供电线是阵列(22)的相同行中所有部件共用的行供电线(R)，各个部件的另一个供电线是阵列(22)的相同列中所有部件共用的列供电线(C)。
31.一种数据存储设备(20)，包括：
数据存储介质(21)；
如权利要求30所述的读/写装置(22)，该装置可相对数据存储介质(21)的表面定位，使得阵列中的各个部件(100)的读/写探头(106)被偏置以面对表面；和
供电装置(25)，该供电装置可工作于写模式以便通过其供电线(R、C)向各个部件(100)施加所述第一信号脉冲(Sw)，并且可工作于读模式以便通过其供电线(R、C)向各个部件(100)施加所述第二信号脉冲(SR)；
其中数据存储介质(21)的所述表面使得，在使用中，当将所述部件的写模式加热器(105)加热到Tw时，来自写模式加热器(105)的热传递导致表面的局部融化，从而允许读/写探头(106)刺入以形成凹坑，而当将部件的读模式传感器(107)加热到TR时，来自读模式传感器(107)的热传递不足以融化表面。
32.用于数据存储设备(20)的读/写部件(30、45、50、65、80)，读/写部件包括：
杠杆装置(31、51、66、82)和支承结构(32、52、67、81)，杠杆装置被连接到支承结构以便进行基本为枢轴式的运动，并且在支承结构上的一对供电线(R、C)之间提供第一电流路径，其中支承结构在基本并行于所述枢轴运动的轴(P)的平面中至少部分地围绕杠杆装置延伸；
在杠杆装置上提供并且位于第一电流路径中的写模式加热器(36、47、56、73)；
在写模式加热器上提供的读/写探头(37、57、56、84)；
在围绕杠杆装置的一部分支承结构上提供的第一接近传感器元件(91a、91b、92a、92b)；和
第二接近传感器元件(90、93)，提供在杠杆装置上并且配置在第一接近传感器元件上方，使得第一和第二接近传感器元件之间的距离随着杠杆装置的枢轴运动而改变；
其中杠杆装置和支承结构中的至少一个提供第二电流路径，第二电流路径通过第一和第二接近传感器元件耦合供电线(R、C)。
33.如权利要求32所述的读/写部件，其中第一和第二接近传感器元件中的一个包括一对接触电极(92a、92b)，所述接触电极均通过第二电流路径连接到所述供电线(R、C)中的相应一个，第一和第二接近传感器元件中的另一个包括桥接触点(93)，杠杆装置可在桥接触点(93)连接该对接触电极(92a、92b)的位置和桥接触点(93)与接触电极(92a、92b)断开的位置之间作枢轴运动。
34.如权利要求32所述的读/写部件，其中第一和第二接近传感器元件中的一个包括一对电极(91a、91b)，所述电极均通过第二电流路径连接到所述供电线(R、C)中的相应一个，第一和第二接近传感器元件中的另一个包括面对的电极(90)，面对的电极(90)被布置成与该对电极(91a、91b)相对以便提供其间的间隙，间隙的厚度随着杠杆装置的枢轴运动改变。
35.如权利要求33或34所述的读/写部件，其中第二接近传感器元件包括所述电极对(91a、91b、92a、92b)，借此通过杠杆装置提供第二电流路径。
36.如权利要求33到35中任何一个所述的读/写部件，与供电装置一起使用，供电装置可工作在写模式下，以便在供电线上施加写模式电压，并且可工作在读模式下，以便在供电线上施加读模式电压，其中部件(30、45、50、65、80)包含去耦装置(38a、38b、40a、40b、60、61、77a、77b、78a、78b)，其中在使用时，当供电装置工作于读模式时，去耦装置被用来禁止电流通过第一电流路径流向写模式加热器(36、47、56、73)。
37.如权利要求36所述的读/写部件，其中当使用时，当供电装置工作于写模式时，去耦装置(38a、38b、40a、40b、60、61、77a、77b、78a、78b)还被用来禁止电流通过第二电流路径流动。
38.如权利要求32到37中任何一个所述的读/写部件，其中杠杆装置包括延长杠杆主体(66、82)和2个连接臂(68a、68b)，连接臂从杠杆主体(66、82)的任一侧向外延伸，将杠杆主体连接到支承结构(67、81)并且限定轴(P)，而杠杆主体在使用中在轴(P)上做枢轴运动，其中所述轴(P)偏离杠杆主体的端部，写模式加热器(73)和第二接近传感器元件(90、93)被配置在轴(P)的相对侧上，并且在杠杆主体的端部或该端部附近。
39.如权利要求38所述读/写部件，其中第二接近传感器元件(90、93)偏离所述轴(P)的程度大于写模式加热器(73)。
40.如权利要求38或39所述的读/写部件，其中：
杠杆主体包括2个横置支架部分(70a、70b)，在杠杆主体的一端或其附近互连支架部分的第一桥接部分(71)，和在杠杆主体的另一端或其附近互连支架部分的第二桥接部分(72)；
第一桥接部分(71)包括写模式加热器(73)，而第二桥接部分(72)包括第二接近传感器元件(90、93)；和
通过连接臂(68a、68b)，支架(70a、70b)的介于连接臂和第一桥接部分(71)之间的部分，和第一桥接部分(71)限定第一电流路径。
41.用于数据存储设备(20)的读/写装置(22)，该装置包括如权利要求32到40中任何一个所述的读/写部件的阵列(22)，各个部件的一个供电线是阵列的相同行中所有部件共用的行供电线(R)，各个部件的另一个供电线是阵列的相同列中所有部件共用的列供电线(C)。
42.一种数据存储设备(20)，包括：
数据存储介质(21)；
如权利要求41所述的读/写装置(22)，该装置可相对数据存储介质(21)的表面定位，使得阵列中的各个部件的读/写探头被偏置以面对表面；和
供电装置(25)，该供电装置可工作于写模式和读模式，以便在各个部件的供电线(R、C)上施加电压；
其中在使用时，数据存储介质(21)的所述表面使得，当在所述部件的供电线(R、C)上施加写模式电压时来自写模式加热器的热传递导致表面的局部融化，从而允许读/写探头刺入以形成凹坑。
43.用于原子力显微镜的探测装置(115)，该装置包括：
杠杆装置(116)和支承结构(117)，杠杆装置被连接到支承结构以便进行基本为枢轴式的运动，并且支承结构(117)在基本并行于所述枢轴运动的轴(P)的平面中至少部分地围绕杠杆装置(116)延伸；和
探头(122)，提供在杠杆装置(116)上，使得在使用时，探头(122)和要扫描的样本(14)之间的原子力的相互作用导致杠杆装置的所述枢轴运动；
其中杠杆装置(116)的部分(125、90、93)在围绕杠杆装置的支承结构(117)的部分上方延伸，使得所述部分之间的距离(G)随着所述枢轴运动改变，以致在使用时，所述距离(G)的变化指示探头扫描的样本(14)的形貌。
44.如权利要求43所述的装置，其中杠杆装置的所述部分位于杠杆装置的远离枢轴运动的轴的端部或该端部的附近。
45.如权利要求43或44所述的装置，其中杠杆装置(116)的所述部分(125、90、93)包括加热器(125)，并且在使用时，杠杆装置提供通过支承结构(117)将加热器(125)连接到电源的电流路径，支承结构的所述部分充当吸热器，使得加热器(125)的温度随着所述距离的变化而改变。
46.如权利要求45所述的装置，其中在杠杆装置(116)的一部分上提供探头(122)，所述部分在探头(122)的方向上偏离支承结构(117)的所述部分的程度大于加热器(125)。
47.如权利要求43或44所述的装置，其中支承结构的所述部分包括第一接近传感器元件(91a、91b、92a、92b)，杠杆装置的所述部分包括第二接近传感器元件(90、93)，杠杆装置(116)和支承结构(117)的至少一个提供在使用时通过第一和第二接近传感器元件耦合电源的端子的电流路径。
48.如权利要求47所述的装置，其中第一和第二接近传感器元件中的一个包括一对电极(91a、91b)，所述电极在使用时均通过所述电流路径连接到所述端子中的相应一个，第一和第二接近传感器元件中的另一个包括面对的电极(90)，面对的电极(90)被布置成与该对电极(91a、91b)相对以便提供其间的间隙(G)，间隙的厚度随着杠杆装置的枢轴运动改变。
49.如权利要求48所述的装置，其中第二接近传感器元件包括所述电极对，借此通过杠杆装置(116)提供电流路径。
50.如权利要求43到49中任何一个所述的装置，其中杠杆装置包括延长杠杆主体(116)和2个连接臂(118a、118b)，连接臂从杠杆主体(116)的任一侧向外延伸，将杠杆主体连接到支承结构(117)并且限定轴(P)，而杠杆主体在使用中在轴(P)上做枢轴运动，其中所述轴(P)偏离杠杆主体的端部，杠杆装置的探头(122)和所述部分(125、90、93)被配置在轴(P)的相对侧上，并且在杠杆主体(116)的端部或端部附近。
51.如权利要求50所述的装置，其中杠杆装置的所述部分(125、90、93)偏离所述轴(P)的程度大于探头(122)。
52.如权利要求50或51所述的装置，其中：
杠杆主体包括2个横置支架部分(119a、119b)，在杠杆主体(116)的一端或其附近互连支架部分(119a、119b)的第一桥接部分(120)，和在杠杆主体(116)的另一端或其附近互连支架部分(119a、119b)的第二桥接部分(121)；
探头(122)被提供在第一桥接部分(120)上；并且
第二桥接部分(121)包括杠杆装置的所述部分(125、90、93)。
53.根据从属于权利要求45或49时的权利要求52的装置，其中所述电流路径由连接臂(118a、118b)，连接臂和第二桥接部分(121)之间的支架部分(119a、119b)的部分，和第二桥接部分(121)限定。
54.如权利要求53所述的装置，包含禁止连接臂(118a、118b)之间的电流通过第一桥接部分(120)流动的装置。
55.一种原子力显微镜，包括：
如权利要求43到54中任何一个所述的探测装置(115)；
样本支座(15)，用于在被探头(122)扫描的位置上支承样本(14)；
为了通过探头(122)扫描样本(14)进行样本支座(15)和探测装置(115)的相对运动的装置；和
在样本(14)的扫描期间检测所述距离(G)的变化以便提供指示样本形貌的输出的装置(25)。
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