DE112006002693T5

DE112006002693T5 - Informationsspeichervorrichtung

Info

Publication number: DE112006002693T5
Application number: DE112006002693T
Authority: DE
Inventors: Jihui Lakeshore Yang; Dexter D. Birmingham Snyder; Yang-Tse Rochester Hills Cheng
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-10-12
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2008-08-28
Also published as: WO2007047049A2; US7443003B2; US20070081444A1; CN101484940B; WO2007047049A3; CN101484940A

Abstract

Informationsspeichervorrichtung, umfassend:
ein Substrat;
einen Formgedächtnislegierungs-Film, der auf dem Substrat hergestellt ist, wobei der Formgedächtnislegierungs-Film eingerichtet ist, digitale Informationen zu empfangen und/oder zuzuführen und/oder zu speichern; und
zumindest ein thermoelektrisches Modul, das durch Nanoprägen zwischen dem Substrat und dem Formgedächtnislegierungs-Film vorgesehen ist, wobei das zumindest eine thermoelektrische Modul eingerichtet ist, zumindest einige der digitalen Informationen selektiv von dem Formgedächtnislegierungs-Film zu löschen.

Description

TECHISCHES GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft im Allgemeinen Informationsspeichervorrichtungen, und im Besonderen Informationsspeichervorrichtungen mit thermoelektrischen Modulen.
HINTERGRUND
Formgedächtnislegierungen (SMA von shape memory alloys) sind teilweise wegen ihrer Fähigkeit, eine reversible Phasentransformation zu erfahren, bei einer breiten Vielfalt von Anwendungen angewandt worden. Es ist gezeigt worden, dass die thermisch induzierte Martensittransformation von geprägten SMA-Filmen eine beinahe vollständige Prägungswiederherstellung im Nanomaßstab erlaubt. Wenn ein solcher Film als Informationsspeichermedium verwendet werden würde, würde das Löschen und Wiederschreiben von Informationen auf dem Film im Allgemeinen ein schnelles Erwärmen und Abkühlen der SMA umfassen, sodass die Temperatur der Prägungen sich über und unter die Martensittransformationstemperatur der SMA bewegen würde. Eine passive Abkühlung würde jedoch wahrscheinlich nicht die gewünschte Temperaturantwort erreichen. Ferner würde eine derartige Abkühlung keine stellenweise Wegnahme von gespeicherten Informationen zulassen.
Daher wäre es erwünscht, eine hochdichte Informationsspeichervorrichtung zu besitzen, die die Fähigkeit für ein relativ schnelles, örtlich festgelegtes Erwärmen und Abkühlen aufweist.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung löst bzw. beseitigt im Wesentlichen die oben beschriebenen Probleme und/oder Nachteile, indem sie eine Informationsspeichervorrichtung mit einer relativ hohen Speicherdichte und einer Wiederbeschreibbarkeit mit einer relativ hohen Geschwindigkeit bereitstellt. Die Informationsspeichervorrichtung umfasst ein Substrat und einen Formgedächtnislegierungs-Film, der auf dem Substrat hergestellt ist. Der Formgedächtnislegierungs-Film kann digitale Informationen empfangen, zuführen und speichern. Ein thermoelektrisches Modul oder mehrere thermoelektrische Module ist/sind zwischen dem Substrat und dem Formgedächtnislegierungs-Film durch Nanoprägen oder Prägelithographie hergestellt. Das thermoelektrische Modul/die thermoelektrischen Module ist/sind ausgebildet, um zumindest einige der digitalen Informationen selektiv von dem Formgedächtnislegierungs-Film zu löschen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Ziele, Merkmale und Vorteile von Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung können unter Bezugnahme auf die folgenden ausführliche Beschreibung und Zeichnungen deutlich werden, in denen:
1 eine halb schematische Explosionsperspektivansicht einer Ausführungsform der Informationsspeichervorrichtung ist; und
2 ein Flussdiagramm ist, das eine Ausführungsform des Verfahrens der Verwendung einer Ausführungsform der Informationsspeichervorrichtung zeigt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kombinieren vorteilhaft Nanoprägen oder Prägelithographie, einen Formgedächtnislegierungs-Film und thermoelektrische Module in einer Informationsspeichervorrichtung. Man nimmt an, dass die Kombination aus Nanoprägen, dem SMA-Film und den thermoelektrischen Modulen eine hochdichte Speicherung und ein schnelles Löschen und eine schnelle Wiederbeschreibbarkeit von digitalen Informationen zulässt.
Nun ist in 1 eine Ausführungsform der Informationsspeichervorrichtung 10 gezeigt. Die Vorrichtung 10 umfasst im Allgemeinen ein Substrat 12, einen Formgedächtnislegierungs-Film (SMA-Film) 14, der auf dem Substrat 12 hergestellt ist, und ein oder mehrere thermoelektrische Module 16, die zwischen dem Substrat 12 und dem SMA-Film 14 durch Nanoprägen vorgesehen sind.
Es ist zu verstehen, dass jedes geeignete Substrat 12, auf dem thermoelektrische Module durch Nanoprägen vorgesehen werden können, gewählt werden kann. In einer Ausführungsform ist das Substrat 12 Silizium.
Wie es gezeigt ist, sind auf dem Substrat 12 ein oder mehrere thermoelektrische Module 16 durch Nanoprägen vorgesehen. Es ist zu verstehen, dass jedes geeignete Nanoprägeverfahren dazu verwendet werden kann, das Modul/die Module 16 herzustellen. Ein nicht einschränkendes Beispiel eines derartigen Verfahrens umfasst Elektronenstrahllithographie. Es ist darüber hinaus zu verstehen, dass die thermoelektrischen Module 16 in jedem gewünschten Muster und/oder in jeder gewünschten Konfigu ration auf der Oberfläche des Substrats 12 durch Nanoprägen vorgesehen sein können. Darüber hinaus kann/können das thermoelektrische Modul/die thermoelektrischen Module 16 irgendeine geeignete Dicke haben.
In einer Ausführungsform ist/sind das thermoelektrische Modul/die thermoelektrischen Module 16 als ein Dünnfilmmodul hergestellt. Im Allgemeinen ist das thermoelektrische Dünnfilmmodul 16 auf einem Substrat 12 hergestellt, und das Modul 16 kann im Allgemeinen eine Dicke aufweisen, die im Bereich von etwa einem Zehntel Mikrometer bis etwa zehn Mikrometer liegt.
Wie es nachstehend ausführlicher beschrieben wird, ist/sind das thermoelektrische Modul/die thermoelektrischen Module 16 ausgebildet, um digitale Informationen, die in dem SMA-Film 14 gespeichert sind, selektiv, entweder lokal oder global, zu löschen. Daher können die thermoelektrischen Module 16 elektrische Leitungen 18, 20 aufweisen, die funktional daran angeschlossen sind, sodass diesen elektrischer Strom zugeführt werden kann. Der elektrische Strom unterstützt vorteilhaft das Löschen der gespeicherten Informationen.
Der Formgedächtnislegierungs-Film 14 ist auf dem Substrat 12 derart hergestellt, dass er das Substrat 12 und jegliche durch Nanoprägen darauf hergestellten thermoelektrischen Module 16 im Wesentlichen berührt. Es kann jede geeignete Formgedächtnislegierung verwendet werden. In einer Ausführungsform enthält der SMA-Film 14 zumindest eine Legierung von Legierungen auf Aluminiumbasis, Legierungen auf Eisenbasis, Legierungen auf Kupferbasis, Legierungen auf Nickelbasis und Mischungen davon.
Es kann jede geeignete Abscheidungstechnik dazu verwendet werden, den SMA-Film 14 herzustellen. Nicht einschränkende Beispiele derartiger Abscheidungstechniken umfassen Abscheidung aus der Dampfphase (PVD) (wobei nicht einschränkende Beispiele davon Sputtern, gepulste Laserabscheidung und dergleichen umfassen), chemische Abscheidung aus der Dampfphase (CVD), elektrochemische Abscheidung, stromlose Abscheidung und/oder Kombinationen davon.
Der SMA-Film 14 ist in der Lage, digitale Informationen 22 zu empfangen, zuzuführen und/oder zu speichern. In einer Ausführungsform werden die digitalen Informationen 22 dem SMA-Film 14 über eine Nanoprägevorrichtung 24 zugeführt. Es ist zu verstehen, dass die Nanoprägevorrichtung 24 auch beispielsweise in einem Kartierungs- oder Abbildungsmodus verwendet werden kann, um gespeicherte Daten von verschiedenen Stellen auf dem SMA-Film 14 abzurufen. In einem nicht einschränkenden Beispiel weist der SMA-Film 14 eine Speicherdichte auf, die in einem Bereich von etwa siebenhundert Gbit/in² bis etwa neunhundert Gbit/in² liegt.
Nun ist in 2 eine Ausführungsform eines Verfahrens zum Verwenden der Vorrichtung 10 gezeigt. Im Allgemeinen umfasst das Verfahren, dass Informationen 22 durch Nanoprägen in den SMA-Film 14 hinein geschrieben wird (wie es vorstehend beschrieben wurde), wie es bei Bezugszeichen 26 gezeigt ist, und ein Löschen von einigen oder allen Informationen 22 von dem SMA-Film 14 bewirkt wird, wie es bei Bezugszeichen 28 gezeigt ist. Das Verfahren kann ferner umfassen, dass neue Informationen in den SMA-Film 14 wiedereingeschrieben werden, wie es bei Bezugszeichen 30 gezeigt ist.
Genauer wird ein Löschen von einigen oder allen Informationen 22 von dem SMA-Film 14 bewerkstelligt, indem ein elektrischer Strom mit einer Polarität selektiv einem oder mehreren der thermoelektrischen Module 16, die durch Nanoprägen auf dem Substrat 12 vorgesehen sind, zugeführt wird. Der elektrische Strom mit einer Polarität kann zu dem thermoelektrischen Modul/zu den thermoelektrischen Modulen 16 über die funktional angeschlossenen elektrischen Leitungen 18, 20 übertragen werden. Es ist zu verstehen, dass die Informationen 22 an einem Bereich des SMA-Films 14 benachbart zu dem thermoelektrischen Modul/den thermoelektrischen Modulen 16, das/die den Strom mit einer vorbestimmten Polarität empfängt/empfangen, gelöscht werden. Daher können die Informationen 22 lokal oder global zumindest teilweise davon abhängig gelöscht werden, welches thermoelektrische Modul/welche thermoelektrischen Module 16 den elektrischen Strom mit einer Polarität empfängt/empfangen.
Das Verfahren kann wahlweise umfassen, dass neue Informationen in den SMA-Film 14 wiedereingeschrieben werden. Das Wiedereinschreiben kann bewerkstelligt werden, indem zuerst ein elektrischer Strom mit einer entgegengesetzten Polarität selektiv dem gleichen thermoelektrischen Modul/den gleichen thermoelektrischen Modulen 16, das/die den elektrischen Strom mit einer Polarität empfing/empfingen, zugeführt wird. Der elektrische Strom mit der entgegengesetzten Polarität kann dem thermoelektrischen Modul/den thermoelektrischen Modulen 16 über die funktional angeschlossenen elektrischen Leitungen 18, 20 zugeführt werden. Dies wird im Wesentlichen sicherstellen, dass die lokale Temperatur des SMA-Films 14 schnell unter die Martensitübergangstemperatur abgekühlt wird. Der SMA-Film 14 kann dann durch Nanoprägen mit neuen Informationen versehen werden.
Es ist zu verstehen, dass das thermoelektrische Modul/die thermoelektrischen Module 16 den Peltier-Effekt erfahren kann/können. In einem Peltier-Schaltkreis kann ein elektrischer Strom mit einer Polarität in einer Richtung angelegt werden, und infolge dessen erzeugt eine Seite des Schaltkreises Wärme, während die andere Wärme absorbiert. Es ist zu verstehen, dass das Umschalten der Polarität des Stromes den entgegengesetzten Effekt schafft. Ein Erwärmen und Abkühlen des thermoelektrischen Moduls/der thermoelektrischen Module 16 tritt relativ schnell auf. Es ist zu verstehen, dass der SMA-Film 14 benachbart zu dem thermoelektrischen Modul/den thermoelektrischen Modulen 16 folglich schnell erwärmt oder abgekühlt wird, wenn die thermoelektrischen Module 16 elektrischen Strom mit einer vorbestimmten Polarität empfangen. Daher kann das Löschen gespeicherter Informationen 22 und das Wiedereinschreiben neuer Informationen in dem SMA-Film 14 mit einer relativ schnellen Rate bewerkstelligt werden. In einem nicht einschränkenden Beispiel kann das Löschen und Wiedereinschreiben in einem Zeitrahmen bewerkstelligt werden, der von etwa einer Mikrosekunde bis etwa neunhundert Mikrosekunden liegt. Im Allgemeinen dauert ein passives Abkühlen unter Umgebungsbedingungen von etwa 3 Minuten bis etwa 5 Minuten, bevor die Temperatur der SMA auf unter die Martensitübergangstemperatur abkühlt, wann ein Wiedereinschreiben erfolgen kann.
Ausführungsformen der Vorrichtung und des Verfahrens/der Verfahren umfassen die folgenden Vorteile, sind aber nicht darauf beschränkt. Die Kombination aus Nanoprägen, dem SMA-Film 14 und den thermoelektrischen Modulen 16 erlaubt eine hochdichte Speicherung und ein schnelles Löschen und eine schnelle Weidereinschreibbarkeit digitaler Informationen 22.
Obgleich mehrere Ausführungsformen ausführlich beschrieben worden sind, werden Fachleute feststellen, dass die offenbarten Ausführungsformen abgewandelt werden können. Daher soll die vorstehende Beschreibung vielmehr als beispielhaft denn als einschränkend angesehen werden.
Zusammenfassung
Eine Informationsspeichervorrichtung umfasst ein Substrat und einen auf dem Substrat hergestellten Formgedächtnislegierungs-Film. Der Formgedächtnislegierungs-Film kann digitale Informationen empfangen, zuführen und speichern. Ein thermoelektrisches Modul oder mehrere thermoelektrische Module ist/sind zwischen dem Substrat und dem Formgedächtnislegierungs-Film durch Nanoprägen vorgesehen. Das thermoelektrische Modul/die thermoelektrischen Module ist/sind eingerichtet, zumindest einige der digitalen Informationen von dem Formgedächtnislegierungs-Film selektiv zu löschen.

Claims

Informationsspeichervorrichtung, umfassend: ein Substrat; einen Formgedächtnislegierungs-Film, der auf dem Substrat hergestellt ist, wobei der Formgedächtnislegierungs-Film eingerichtet ist, digitale Informationen zu empfangen und/oder zuzuführen und/oder zu speichern; und zumindest ein thermoelektrisches Modul, das durch Nanoprägen zwischen dem Substrat und dem Formgedächtnislegierungs-Film vorgesehen ist, wobei das zumindest eine thermoelektrische Modul eingerichtet ist, zumindest einige der digitalen Informationen selektiv von dem Formgedächtnislegierungs-Film zu löschen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Formgedächtnislegierungs-Film digitale Informationen über eine Nanoprägevorrichtung empfängt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine thermoelektrische Modul ein thermoelektrisches Dünnfilmmodul ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das zumindest eine thermoelektrische Modul eingerichtet ist, elektrischen Strom mit einer Polarität und dann mit einer entgegengesetzten Polarität im Wesentlichen sequenziell und selektiv zu empfangen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Formgedächtnislegierungs-Film zumindest eine Legierung der folgenden enthält: Legierungen auf Aluminiumbasis, Legierungen auf Eisenbasis, Legierungen auf Kupferbasis, Legierungen auf Nickelbasis und Mischungen davon.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Formgedächtnislegierungs-Film eine Speicherdichte aufweist, die in einem Bereich von etwa siebenhundert Gbit/in² bis etwa neunhundert Gbit/in² liegt.
Verfahren zum Löschen von Informationen von einer Informationsspeichervorrichtung, die Information aufweist, die in einem Formgedächtnislegierungs-Film durch Nanoprägen vorgesehen ist, wobei das Verfahren umfasst, das zumindest einem thermoelektrischen Modul ein elektrischer Strom mit einer Polarität zugeführt wird, das zumindest eine thermoelektrische Modul auf einem Substrat durch Nanoprägen vorgesehen und zwischen dem Substrat und dem Formgedächtnislegierungs-Film angeordnet wird, wobei der elektrische Strom ein Löschen der Informationen an einem Bereich des Formgedächtnislegierungs-Films benachbart zu dem zumindest einen thermoelektrischen Modul, das den elektrischen Strom empfängt, bewirkt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Informationsspeichervorrichtung mehrere thermoelektrische Module umfasst, und wobei der elektrische Strom selektiv zumindest einem der mehreren thermoelektrischen Module zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der elektrische Strom jedem der mehreren thermoelektrischen Module zugeführt wird, wodurch im Wesentlichen alle in dem Formgedächtnislegierungs-Film gespeicherten Informationen gelöscht werden.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Formgedächtnislegierungs-Film erwärmt und/oder abgekühlt wird, wenn das zumindest eine thermoelektrische Modul elektrischen Strom mit einer vorbestimmten Polarität empfängt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verfahren nach dem Löschen ferner umfasst, dass Informationen neu in den Formgedächtnislegierungs-Film geschrieben werden, indem dem zumindest einen thermoelektrischen Modul ein elektrischer Strom mit einer entgegengesetzten Polarität zugeführt wird, und dann der Formgedächtnislegierungs-Film durch Nanoprägen mit neuen Informationen versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Zuführen des elektrischen Stromes bewerkstelligt wird, indem Strom zu dem zumindest einen thermoelektrischen Modul von zumindest einer daran funktional angeschlossenen elektrischen Leitung übertragen wird.
Verfahren zum Verwenden einer Informationsspeichervorrichtung, die zumindest ein thermoelektrisches Modul aufweist, das zwischen einem Substrat und einem Formgedächtnislegierungs-Film durch Nanoprägen vorgesehen ist, wobei das Verfahren umfasst, dass: Informationen durch Nanoprägen in den Formgedächtnislegierungs-Film eingeschrieben werden; und ein Löschen zumindest einiger der Informationen in einem Bereich des Formgedächtnislegierungs-Films benachbart zu dem zumindest einen thermoelektrischen Modul bewirkt wird, indem dem zumindest einen thermoelektrischen Modul ein elektrischer Strom mit einer Polarität zugeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner umfasst, dass neue Informationen in den Formgedächtnislegierungs-Film wiedereingeschrieben werden, indem dem zumindest einen thermoelektrischen Modul ein elektrischer Strom mit einer entgegengesetzten Polarität zugeführt wird, und dann der Formgedächtnislegierungs-Film durch Nanoprägen mit den neuen Informationen versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Zuführen des elektrischen Stromes mit einer Polarität und das Zuführen des elektrischen Stromes mit einer entgegengesetzten Polarität bewerkstelligt werden, indem zu dem zumindest einen thermoelektrischen Modul Strom von zumindest einer daran funktional angeschlossenen elektrischen Leitung übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei ein Bereich des Formgedächtnislegierungs-Films benachbart zu dem zumindest einen thermoelektrischen Modul erwärmt oder abgekühlt wird, wenn das zumindest eine thermoelektrische Modul elektrischen Strom mit einer vorbestimmten Polarität empfängt.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die Informationsspeichervorrichtung mehrere thermoelektrische Module umfasst, und wobei der elektrische Strom mit einer Polarität und/oder der elektrische Strom mit einer entgegengesetzten Polarität selektiv zumindest einigen der thermoelektrischen Modulen zugeführt wird/werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei, bevor das Löschen bewirkt wird, das Verfahren ferner umfasst, dass elektrische Leitungen an das zumindest eine thermoelektrische Modul funktional angeschlossen werden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei das Löschen und Wiedereinschreiben in einem Zeitrahmen erfolgt, der von etwa einer Mikrosekunde bis etwa neunhundert Mikrosekunden liegt.