DE60131558T2

DE60131558T2 - Auf rasterkraftmikroskopie basierende datenspeicherung und mikroskopie

Info

Publication number: DE60131558T2
Application number: DE60131558T
Authority: DE
Inventors: Gerd K. Binnig; Michel Despont; Peter Vettiger
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2000-11-03
Filing date: 2001-09-17
Publication date: 2008-09-25
Anticipated expiration: 2021-09-18
Also published as: CN1473330A; EP1330823B1; JP2004513466A; KR20030048086A; TW550622B; DE60131558D1; WO2002037488A1; EP1330823A1; CN1260721C; AU2001286156A1; JP4019188B2; KR100690415B1

Description

Diese Erfindung betrifft allgemein Datenspeicherungs- und Mikroskopiesysteme auf der Basis von Rasterkraftmikroskopen (Atomic Force Microscope, AFM). Besondere Ausführungsarten der Erfindung stellen Schreib-/Leseeinrichtungen für die Verwendung in Datenspeichervorrichtungen und Abtasteinrichtungen für die Verwendung in Rasterkraftmikroskopen bereit.
Das Rasterkraftmikroskop ist eine wohlbekannte Einrichtung, in der die Topografie einer Probe mittels einer am Ende eines Mikrocantilevers befestigten Spitze abgetastet wird. Während die Probe abgetastet wird, bewirkt die Interaktion von Atomkräften zwischen der nanometerscharfen Spitze und der Probenoberfläche eine Schwenkauslenkung des Cantilevers. Die Topografie der Probe wird durch Erfassen dieser Auslenkung bestimmt. Die AFM-Technologie wird außerdem im Bereich der Datenspeicherung eingesetzt im Hinblick auf die Bereitstellung einer neuen Generation von Datenspeichergeräten mit hoher Dichte und hoher Übertragungsgeschwindigkeit für Massenspeicheranwendungen. Die Datenspeicherung auf der Grundlage von AFM ist in IBM Journal of Research & Development, Band 44, Nr. 3, Mai 2000, Seiten 323–340, im Beitrag "The 'Millipede' – More Than One Thousand Tips for Future AFM Data Storage" von Vettiger et al. und den darin zitierten Referenzen detailliert beschrieben. Hier wird die am Cantilever befestigte Spitze zum Lesen und Schreiben von Daten von der bzw. auf die Oberfläche eines Datenspeichermediums verwendet. Die Grundprinzipien der Cantilevergestaltung und der Lese- und Schreiboperationen werden nachfolgend kurz zusammengefasst.
Eine Schreib-/Lesekomponente 1 der AFM-basierten Datenspeichervorrichtung ist in den 1a bis 1c der beigefügten Zeichnungen schematisch dargestellt. Die Komponente 1 umfasst einen im Allgemeinen U-förmigen Cantilever 2, der mit einer Trägerstruktur 3 (in den Figuren nur teilweise gezeigt) verbunden ist. Das Durchbiegen der Schenkel 2a, 2b des Cantilevers 2 sorgt im Wesentlichen für eine Schwenkbewegung des Cantilevers um eine Schwenkachse P. Die Schreib-/Lesespitze 4 ist auf einer Heizung 5 angebracht, die eine Plattform am Ende des Cantilevers 2 bildet. Die Cantileverschenkel 2a, 2b aus hoch dotiertem Silicium definieren einen Strompfad zum Anschließen der Heizplattform 5 zwischen zwei elektrischen Versorgungsleitungen (nicht gezeigt) auf der Trägerstruktur 3. Im Betriebszustand ist die Schreib-/Lesespitze 4 gegenüber der mit 6 schematisch angezeigten und hier im Querschnitt gezeigten Oberfläche eines Datenspeichermediums vorgespannt. Hierbei umfasst das Speichermedium ein Siliciumsubstrat 6a und eine 40 nm dicke Polymeroberflächenschicht 6b.
Im Schreibmodus kann die Heizplattform 5 durch Anlegen eines Schreibmoduspotentials an die Versorgungsleitungen auf eine Schreibtemperatur T_W aufgeheizt werden. Die folgende Erwärmung der Spitze 4 führt zu einer Wärmeübertragung auf die Polymeroberflächenschicht 6a, was ein lokales Schmelzen des Polymers bewirkt. Dadurch kann die Spitze 4 die Oberflächenschicht durchdringen, um eine Einkerbung oder Bit-Vertiefung 7 zu bilden, wie in 1a gezeigt. Eine derartige Einkerbung repräsentiert ein Bit mit dem Wert „1", wobei ein Bit des Wertes „0" durch das Fehlen einer Einkerbung repräsentiert wird. Das Speichermedium 6 kann relativ zur Schreib-/Lesekomponente 1 bewegt werden, wodurch die Spitze über ein Areal der Oberfläche, oder einen „Speicherbereich", Daten schreiben kann, das bzw. der dem Bewegungsbereich entspricht.
Im Lesemodus wird die Heizplattform 5 als Thermosensor verwendet, indem deren temperaturabhängiger Widerstand ausgenutzt wird. Ein Lesemoduspotential wird an die Versorgungsleitungen angelegt, um die Heizung auf eine Lesetemperatur T_R aufzuheizen, die geringer als die Schreibtemperatur T_W und nicht hoch genug ist, um ein Schmelzen des Polymers zu bewirken. Während der Speicherbereich durch die Spitze 4 abgetastet wird, unterscheidet sich die Schwenkposition des Cantilevers 2 an jeder Bitposition je nach Vorhandensein oder Fehlen einer Einkerbung 7. Bei Fehlen einer Einkerbung ist, wie in 1b gezeigt, der Abstand zwischen der Heizplattform 5 und dem Speichermedium 6 größer als der entsprechende Abstand bei vorhandener Einkerbung und die Spitze dringt in die Einkerbung ein, wie in 1c gezeigt. Die Wärmeübertragung über den Luftspalt zwischen der Heizung 5 und dem Speichermedium 6 ist somit effizienter, wenn an einer Bitposition eine Einkerbung vorhanden ist, und da in diesem Fall mehr Wärme an das Speichermedium abgegeben wird, ist die Temperatur der Heizung 5 und demzufolge deren Widerstand geringer. Somit werden, während der Speicherbereich abgetastet wird, die Datenbits detektiert, indem Änderungen der Temperatur der Heizung 5, in der Praxis Änderungen der Spannung über einem Reihenwiderstand in einer der Versorgungsleitungen, überwacht werden.
Obwohl der Betrieb einer einzelnen Schreib-/Lesekomponente 1 oben beschrieben wurde, wird in der Praxis eine Matrix solcher Komponenten wie im oben erwähnten Referenzartikel eingesetzt. Eine der zwei Versorgungsleitungen für jede Komponente ist eine Zeilenversorgungsleitung, die allen Komponenten in derselben Zeile der Matrix gemeinsam ist, und die andere Versorgungsleitung ist eine Spaltenversorgungsleitung, die allen Komponenten in derselben Spalte der Matrix gemeinsam ist. Auf diese Weise ist die Anzahl von Versorgungsleitungen minimiert und es wird ein einfaches x-y-Ansteuerungsschema (Zeile-Spalte) verwendet, um die Schreib-/Lesekomponenten mit Strom zu versorgen und die Heizungen 5 anzusteuern.
Somit ist bei der oben beschriebenen Einrichtung nur ein einziges Paar von Versorgungsleitungen erforderlich, um jede Komponente sowohl im Schreibmodus als auch im Lesemodus anzusteuern, wodurch die Verwendung einer einfachen Matrixstruktur mit x-y-Ansteuerung möglich ist. Jedoch ist die Gestaltung der Heizplattform bei den einzelnen Komponenten ein Kompromiss zwischen den Anforderungen zum Schreiben und den Anforderungen zum Lesen, und dieser Kompromiss schränkt die Betriebsleistung sowohl im Schreibmodus als auch im Lesemodus ein.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Schreib-/Lesekomponente für eine Datenspeichervorrichtung vorgesehen, wobei die Schreib-/Lesekomponente Folgendes umfasst:

– Hebelmittel und eine Trägerstruktur, wobei die Hebelmittel mit der Trägerstruktur verbunden sind, um im Wesentlichen eine Schwenkbewegung auszuführen und erste und zweite Strompfade zwischen einem Paar elektrischer Versorgungsleitungen auf der Trägerstruktur bereitzustellen, über welche die Hebelmittel im Betrieb mit Stromversorgungsmitteln verbunden werden können, die in einem Schreibmodus und in einem Lesemodus betriebsfähig sind;
– eine Schreibmodusheizung, die auf den Hebelmitteln im ersten Strompfad vorgesehen ist;
– eine Schreib-/Lesespitze, die auf der Schreibmodusheizung vorgesehen ist;
– eine Lesemodusheizung, die auf den Hebelmitteln im zweiten Strompfad vorgesehen ist, und
– Entkopplungsmittel, die dazu dienen, den Stromfluss über den ersten verwendeten Strompfad zur Schreibmodusheizung zu unterbinden, wenn die Stromversorgungsmittel im Lesemodus betrieben werden.

Bei Ausführungsarten der vorliegenden Erfindung sind daher auf den Hebelmitteln separate Schreib- und Lesemodusheizungen in zugehörigen Strompfaden zwischen den Versorgungsleitungen auf der Trägerstruktur vorgesehen und Entkopplungsmittel unterbinden den Stromfluss über den Strompfad zur Schreibmodusheizung, wenn die Komponente im Lesemodus betrieben wird. Durch die Verwendung separater Schreib- und Leseheizungen in Verbindung mit der Entkopplung der Schreibheizung im Lesebetrieb kann die Gestaltung der Schreib- und Leseheizungen besser an die Erfordernisse der Operationen im Lese- und Schreibmodus angepasst werden, während nach wie vor nur ein einziges Paar von Versorgungsleitungen zur Ansteuerung der Komponente in den zwei Modi erforderlich ist. Beispielsweise kann die Schreibheizung klein ausgeführt sein, mit einem niedrigen Widerstand, um ein schnelles Niederspannungs-Schreibelement mit niedrigem Stromverbrauch bereitzustellen. Im Gegensatz dazu kann die Leseheizung groß ausgeführt sein, um die Wärmeempfindlichkeit und das Signal-Rausch-Verhältnis im Lesemodus zu erhöhen, während die Entkopplungsmittel hier dazu dienen, den Stromfluss zur Schreibheizung und demzufolge deren Erwärmung zu unterbinden und somit zu verhindern, dass diese Heizung die Schreibtemperatur erreicht. Die Leistung der Komponente, beispielsweise bezüglich der Schreibgeschwindigkeit, der Leistungsaufnahme und der Leseempfindlichkeit, kann somit erheblich verbessert werden, ohne dass zusätzliche Versorgungsleitungen für den Betrieb in zwei Modi erforderlich sind, wodurch eine geeignete Implementierung einer oben beschriebenen einfachen Matrixanordnung mit x-y-Ansteuerung möglich ist.
Bei Ausführungsarten, bei denen die Entkopplungsmittel nur dazu dienen, im Lesemodus den Stromfluss zur Schreibheizung zu unterbinden, wird die Leseheizung im Schreibmodus etwas erwärmt, während die Schreibheizung auf T_W aufgeheizt wird. Obwohl dieser Energieverlust nicht entscheidend sein mag, dienen die Entkopplungsmittel in bevorzugten Ausführungsarten zusätzlich dazu, den Stromfluss über den zweiten verwendeten Strompfad zur Schreibmodusheizung zu unterbinden, wenn die Stromversorgungsmittel im Schreibmodus betrieben werden. Bei derartigen Ausführungsarten sind die Lese- und Schreibheizung effektiv unabhängig voneinander ansteuerbar, wodurch aus der Optimierung von Lese- und Schreibheizung der maximale Leistungsgewinn erreicht wird.
Es können Anordnungen angestrebt werden, bei denen die Entkopplungsmittel eine Art stromversorgungsgesteuerten Schalter zum Schalten zwischen den zwei Strompfaden je nach Betriebsart umfassen. Der Einfachheit halber umfassen in bevorzugten Ausführungsarten die Entkopplungsmittel jedoch Schreibentkopplungsmittel, die den Stromfluss zur Schreibmodusheizung unterbinden, wenn die Stromversorgungsmittel im Lesemodus betrieben werden, sowie Leseentkopplungsmittel, die den Stromfluss zur Lesemodusheizung unterbinden, wenn die Stromversorgungsmittel im Schreibmodus betrieben werden. Wie nachfolgend erläutert wird, hängt die Position der Entkopplungsmittel an der Komponente von der jeweiligen Gestaltung der Hebelmittel ab.
Die Hebelmittel können als Cantilever konfiguriert sein, und obwohl Ausführungsarten angestrebt werden können, bei denen die Strompfade als Leiterbahnen auf dem Cantileverkörper vorgesehen sind, ist der Cantilever in geeigneter Weise als leitfähige Struktur ausgebildet, bei der die Strompfade allgemein aufgrund ihrer Form gebildet sind. Bei einem Beispiel umfasst der Cantilever zwei seitlich angeordnete Schenkelteilbereiche, die an den jeweils entsprechenden Enden mit der Trägerstruktur verbunden sind, und erste und zweite Überbrückungsteilbereiche, die jeweils die zwei Schenkelteilbereiche verbinden. Hierbei umfasst der erste Überbrückungsteilbereich die Schreibmodusheizung und der zweite Überbrückungsteilbereich umfasst die Lesemodusheizung. In diesem Beispiel können die Schenkelteilbereiche und der erste Überbrückungsteilbereich an sich den ersten Strompfad definieren, wobei der zweite Strompfad in ähnlicher Weise durch die Schenkelteilbereiche und den zweiten Überbrückungsteilbereich definiert ist. Eine derartige Ausführungsart wird nachfolgend eingehender beschrieben und in diesem Fall befinden sich die Entkopplungsmittel auf dem Cantilever. In einem anderen Beispiel umfasst der Cantilever drei seitlich angeordnete Schenkelteilbereiche, die an den jeweils entsprechenden Enden mit der Trägerstruktur verbunden sind, einen ersten Überbrückungsteilbereich, der den mittleren Schenkelteilbereich mit einem ersten der äußeren Schenkelteilbereiche verbindet, und einen zweiten Überbrückungsteilbereich, der den mittleren Schenkelteilbereich mit dem zweiten äußeren Schenkelteilbereich verbindet. Noch einmal wird erwähnt, dass der erste Überbrückungsteilbereich die Schreibmodusheizung und der zweite Überbrückungsteilbereich die Lesemodusheizung umfasst. In diesem Fall jedoch definieren der erste äußere Schenkelteilbereich, der erste Überbrückungsteilbereich und der mittlere Schenkelteilbereich den ersten Strompfad und der zweite äußere Schenkelteilbereich, der zweite Überbrückungsteilbereich und der mittlere Schenkelteilbereich definieren den zweiten Strompfad. Bei dieser Konstruktion können die Entkopplungsmittel in geeigneter Weise auf der Trägerstruktur platziert werden, was nachfolgend dargelegt wird.
In einer alternativen Anordnung umfassen die Hebelmittel anstelle der Konfiguration als Cantilever wie in den bisherigen Vorschlägen einen länglichen Hebelkörper und zwei Verbindungsarme, die sich an beiden Seiten des Hebelkörpers nach außen erstrecken, den Hebelkörper mit der Trägerstruktur verbinden und versetzt von den Enden des Hebelkörpers eine Schwenkachse definieren, um die der Hebelkörper im Betrieb schwenkt. In dieser „Schwinghebel"-Anordnung sind die Schreibmodusheizung und die Lesemodusheizung an gegenüberliegenden Seiten der Schwenkachse an den oder nahe den Enden des Hebelkörpers angeordnet. Noch einmal wird erwähnt, dass der Hebelkörper geformt sein kann, um die zwei Strompfade zu definieren, und ein Beispiel einer derartigen Ausführungsart wird nachfolgend eingehend beschrieben.
Ungeachtet der jeweiligen Konstruktion der Hebelmittel ist in bevorzugten Ausführungsarten die Lesemodusheizung weiter von der Achse der Schwenkbewegung der Hebelmittel entfernt als die Schreibmodusheizung. Dieses Merkmal stellt einen mechanischen Verstärkungsmechanismus in der Weise bereit, dass die von der Lesemodusheizung beschriebene Schwenkbewegung im Vergleich zu der von der Schreib-/Lesespitze beschriebenen Bewegung verstärkt wird, wodurch im Vergleich zu vorher beschriebenen Anordnungen noch weitere Verbesserungen der Rückleseempfindlichkeit möglich sind.
Die Entkopplungsmittel selbst können unter anderem abhängig von der Art, in der die Stromversorgungsmittel in den zwei unterschiedlichen Modi betrieben werden, verschiedene Formen annehmen. In einem besonders einfachen System können die Stromversorgungsmittel dazu dienen, dass den Versorgungsleitungen im Schreibmodus ein Potential einer Polarität und im Lesemodus ein Potential der entgegengesetzten Polarität auferlegt wird. In einer Schreib-/Lesekomponente für die Verwendung in einem derartigen System können die Schreibentkopplungsmittel den Stromfluss zur Schreibmodusheizung in der Richtung des Stromflusses, der aus dem Anlegen des Lesemoduspotentials resultiert, einfach unterbinden, und die Leseentkopplungsmittel können den Stromfluss zur Lesemodusheizung in der Richtung des Stromflusses, der aus dem Anlegen des Schreibmoduspotentials resultiert, einfach unterbinden.
Bei oben beschriebenen Ausführungsarten der Erfindung kann zusätzlich eine neuartige Leseabtastanordnung eingesetzt werden. Insbesondere kann sich die Trägerstruktur zumindest teilweise um die Hebelmittel herum in einer Ebene erstrecken, die im Wesentlichen parallel zur Achse der Schwenkbewegung verläuft, und die Lesemodusheizung kann sich über eine Oberfläche der Trägerstruktur um die Hebelmittel herum erstrecken, um einen Spalt zwischen der Lesemodusheizung und der Oberfläche in der Weise bereitzustellen, dass die Breite des Spalts mit der Schwenkbewegung der Hebelmittel variiert. Bei dieser Anordnung kann, im Gegensatz zur Verwendung des Speichermediums als Wärmesenke für das thermische Leseabtastsystem wie bei Geräten nach dem Stand der Technik, die Trägerstruktur als Wärmesenke verwendet werden. Bei Ausführungsarten, in denen diese Anordnung eingesetzt wird, kann die Lesemodusheizung bei höheren Temperaturen betrieben werden, ohne dass ein Risiko des Schmelzens des Polymers und demzufolge des möglichen Löschens von Daten besteht. Beim Herstellen der Komponente kann der Spalt zwischen der Lesemodusheizung und der Trägerstruktur klein ausgeführt und exakt gesteuert werden, beispielsweise durch Verwenden eines Opferschichtverfahrens. Diese Anordnung ermöglicht eine noch weitergehende Verbesserung der Empfindlichkeit im Lesemodus.
Bei oben beschriebenen Ausführungsarten des ersten Aspekts der Erfindung sind Entkopplungsmittel vorgesehen, um den Stromfluss und somit das Erwärmen zumindest der Schreibmodusheizung in der Lesebetriebsart zu unterbinden. Ein zweiter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Schreib-/Lesekomponente für eine Datenspeichervorrichtung bereit, wobei die Schreib-/Lesekomponente Folgendes umfasst:

– Hebelmittel und eine Trägerstruktur, wobei die Hebelmittel mit der Trägerstruktur verbunden sind, um im Wesentlichen eine Schwenkbewegung auszuführen und mindestens einen Strompfad zwischen einem Paar elektrischer Versorgungsleitungen auf der Trägerstruktur bereitzustellen;
– eine Schreibmodusheizung, die auf den Hebelmitteln in dem oder in einem Strompfad vorgesehen ist;
– eine Schreib-/Lesespitze, die auf der Schreibmodusheizung vorgesehen ist, und
– einen Lesemodussensor, der auf den Hebelmitteln in dem oder in einem Strompfad vorgesehen ist;

_W

_R

_W

Bei Ausführungsarten des zweiten Aspekts der Erfindung ist daher wie zuvor ein Lesemodussensor getrennt von der Schreibmodusheizung vorgesehen, jedoch handelt es sich hierbei um einen thermischen anstelle eines elektrischen Entkopplungsmechanismus. Insbesondere ist die Anordnung bei diesen Ausführungsarten so beschaffen, dass die thermischen Eigenschaften der Schreibmodusheizung, des Lesemodussensors und der angrenzenden Bereiche der Hebelmittel Folgendes ermöglichen: (a) die Schreibmodusheizung durch einen ersten Signalimpuls auf T_W aufzuheizen, während die Temperatur des Lesemodussensors unter T_W bleibt und (b) den Lesemodussensor durch einen zweiten, kleineren, jedoch längeren Signalimpuls auf T_R aufzuheizen, während die Temperatur der Schreibmodusheizung unter T_W bleibt. Somit ist die Schreibmodusheizung im Lesemodus in dem Maße wirksam thermisch entkoppelt, dass sie sich als Reaktion auf den vergleichsweise langen Lesemodusimpuls kleiner Amplitude nicht auf T_W aufheizt. In ähnlicher Weise ist die Lesemodusheizung im Schreibmodus in dem Maße wirksam thermisch entkoppelt, dass sie sich als Reaktion auf den vergleichsweise kurzen Schreibmodusimpuls großer Amplitude nicht auf T_W aufheizt. Wie bei den oben beschriebenen elektrisch entkoppelten Ausführungsarten ist daher der Lesemodussensor getrennt von der Schreibmodusheizung vorgesehen, die Komponente kann jedoch nach wie vor sowohl im Schreib- als auch im Lesemodus unter Verwendung nur eines einzigen Paares von Versorgungsleitungen angesteuert werden. Entsprechende Vorteile werden daher durch Ausführungsarten bereitgestellt, bei denen dieser thermische Entkopplungsmechanismus angewendet wird.
Für den Fachmann ist klar, dass verschiedene Gestaltungsaspekte wie beispielsweise die Konstruktion, Anordnung, Form, Größe und das Material von Elementen der Hebelmittel entsprechend ausgewählt werden können, um die geforderten thermischen Eigenschaften bereitzustellen. Beispielsweise ist die Wärmekapazität eines gegebenen Elements ein Indikator für die Energiemenge, die benötigt wird, um das Element auf eine vorgegebene Temperatur aufzuheizen, und hängt vom Material und dem Volumen des Elements ab. In ähnlicher Weise hängt die Wärmezeitkonstante eines Elements von der Geschwindigkeit des Wärmeverlustes über die Oberflächen des Elements und vom Wirkungsgrad des Wärmetransports angrenzender Elemente und somit von Faktoren wie der Größe, den Abmessungen, dem Querschnitt und dem Material ab. Durch geeignete Auswahl verschiedener Merkmale können somit unterschiedlich starke thermische Kopplungen zwischen der Schreibmodusheizung und der Umgebung sowie zwischen der Lesemodusheizung und der Umgebung erreicht werden.
In bevorzugten Ausführungsarten ist die Schreibmodusheizung kleiner als der Lesemodussensor und die an die Schreibmodusheizung angrenzenden Bereiche der Hebelmittel bieten eine relativ hohe Wärmeverlustrate über die verwendete Schreibmodusheizung, während die an den Lesemodussensor angrenzenden Bereiche der Hebelmittel eine relativ niedrige Wärmeverlustrate über den verwendeten Lesemodussensor bieten. Beispielsweise umfassen die an den Lesemodussensor angrenzenden Bereiche der Hebelmittel in dem besonders bevorzugten Fall, bei dem die Hebelmittel im Wesentlichen aus leitfähigem Material gebildet sind, das geformt ist, um diesen mindestens einen Strompfad zu bilden, vorzugsweise Verengungen, um Wärmeverlust über den verwendeten Lesemodussensor zu unterbinden.
Die Hebelmittel können wie bei den elektrisch entkoppelten Ausführungsarten verschiedene Konfigurationen aufweisen, als Cantilever oder anderweitige Konfigurationen, obwohl nachfolgend eine besonders zweckmäßige Cantileverkonfiguration beschrieben wird. Darüber hinaus kann in Ausführungsarten dieses Aspekts der Erfindung die oben erörterte neuartige Leseabtastanordnung eingesetzt werden, welche die Trägerstruktur als Wärmesenke nutzt, und die mechanische Verstärkung kann ausgenutzt werden, die dadurch zur Verfügung steht, dass der Lesemodussensor weiter von der Schwenkachse entfernt ist als die Schreibheizung. Bei einigen Ausführungsarten kann der Lesemodussensor wie zuvor selbst eine Heizung umfassen. Bei anderen Ausführungsarten kann der Lesemodussensor jedoch einfach einen Thermistorsensor umfassen, der sich nahe genug an der Schreibmodusheizung befindet, sodass der Wärmeverlust über die Schreibmodusheizung während der Anwendung des verwendeten Lesemodussignalimpulses das Aufheizen des Lesemodussensors auf die Lesetemperatur T_R bewirkt.
Durch Ausnutzen des Grundprinzips der oben beschriebenen neuartigen Leseabtasteinrichtung wird die effiziente Implementierung von Schreib-/Lesekomponenten realisierbar, die verschiedene Leseabtastmechanismen verwenden. Somit wird gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Schreib-/Lesekomponente für eine Datenspeichervorrichtung bereitgestellt, wobei die Schreib-/Lesekomponente Folgendes umfasst:

– Hebelmittel und eine Trägerstruktur, wobei die Hebelmittel mit der Trägerstruktur verbunden sind, um im Wesentlichen eine Schwenkbewegung auszuführen und einen ersten Strompfad zwischen einem Paar elektrischer Versorgungsleitungen auf der Trägerstruktur bereitzustellen, wobei sich die Trägerstruktur zumindest teilweise um die Hebelmittel herum in einer Ebene erstreckt, die im Wesentlichen parallel zur Achse der Schwenkbewegung verläuft;
– eine Schreibmodusheizung, die auf den Hebelmitteln im ersten Strompfad vorgesehen ist;
– eine Schreib-/Lesespitze, die auf der Schreibmodusheizung vorgesehen ist;
– ein erstes Näherungssensorelement, das auf einem Teilbereich der Trägerstruktur um die Hebelmittel herum vorgesehen ist, und
– ein zweites Näherungssensorelement, das auf den Hebelmitteln vorgesehen und so über dem ersten Näherungssensorelement angeordnet ist, dass der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Näherungssensorelement mit der Schwenkbewegung der Hebelmittel variiert;

Beispiele von Schreib-/Lesekomponenten, die diesen Aspekt der Erfindung verkörpern, werden nachfolgend beschrieben. Es ist klar, dass in Ausführungsarten dieses Aspekts der Erfindung Entkopplungsmittel wie oben beschrieben eingesetzt werden können, um insbesondere den Stromfluss mindestens zur Schreibmodusheizung im Lesebetrieb zu unterbinden, und um vorzugsweise auch den Stromfluss zur Leseabtasteinrichtung im Schreibmodus bei Bedarf zu unterbinden. Darüber hinaus können wie zuvor verschiedene Konfigurationen von Hebelmitteln angestrebt werden, obwohl nachfolgend eine besonders bevorzugte Anordnung eingehend beschrieben wird.
Obwohl sich die obigen Darlegungen speziell auf Datenspeicheranwendungen konzentrieren, können verschiedene Merkmale der oben beschriebenen Komponenten und vor allem die neuartige Leseabtastanordnung auch bei Rasterkraftmikroskopieanwendungen erhebliche Vorteile bieten. Die AFM-Technologie ist in der Technik wohlbekannt und braucht hier nicht eingehender beschrieben zu werden, jedoch ist die Berücksichtigung der nachfolgenden grundlegenden Beschreibung der Funktionsprinzipien hilfreich.
2 der beiliegenden Zeichnungen ist eine schematische Darstellung eines AFM, welche in derselben Grafik die drei im Stand der Technik angewendeten grundlegenden Detektionsmechanismen veranschaulicht. Die Abtasteinrichtung 10 des AFM umfasst einen Mikrocantilever 11, der mit einer Trägerstruktur 12 verbunden ist, um im Wesentlichen eine Schwenkbewegung um eine Schwenkachse P auszuführen, wobei wie zuvor mittels Durchbiegens des Cantileverkörpers für diese Bewegung gesorgt wird. Die Abtastspitze 13 ist von der Trägerstruktur 12 entfernt am Ende des Cantilevers angeordnet. Im Betriebszustand ist eine zu untersuchende Probe 14 auf einem Probenträger 15 platziert. Ein Antriebsmechanismus, der schematisch mit 16 angegeben ist, bewirkt eine relative Bewegung des Probenträgers 15 und der Abtasteinrichtung 10, sodass die Probe von der Spitze 13 abgetastet wird. Während des Abtastens bewirkt die Interaktion von Atomkräften zwischen der Spitze und der Probenoberfläche eine Schwenkbewegung des Cantilevers 11 und die Topografie der Probe wird durch Detektieren dieser Bewegung offenbart. Die drei grundlegenden Detektionssysteme sind allgemein mit 17, 18 und 19 angegeben. (In der Praxis wird selbstverständlich nur eines dieser Detektionssysteme angewendet.) Im ersten System wird ein optischer Mechanismus verwendet, um die Auslenkung des Cantilevers zu detektieren, wie schematisch mit 17 in der Figur angegeben. Im zweiten System wird ein piezoelektrisches Element 18 verwendet, das die Belastung detektiert, die durch die Schwenkauslenkung des Cantilevers verursacht wird. Im dritten System wird eine über dem Cantilever 11 befestigte Inline-Elektrode 19 verwendet. Diese dient als Näherungssensor für den Cantilever 11, wobei der Abstand zwischen dem Cantilever und der Inline-Elektrode 19 mit der Auslenkung des Cantilevers variiert.
Mit den oben beschriebenen AFM-Systemen sind verschiedene Probleme verbunden. Die Inline-Elektrodenanordnung 19 ist schwierig herzustellen, wohingegen die Bereitstellung des optischen Abtastmechanismus 17 zu einer relativ komplexen Anordnung führt. Wird der piezoelektrische Mechanismus 18 verwendet, hängt die Empfindlichkeit von der mittels Durchbiegens des Cantilevers induzierten Belastung ab und diese Belastung erhöht sich mit der Biegesteifigkeit des Cantilevers. Ein Cantilever mit höherer Biegesteifigkeit sorgt für eine höhere Empfindlichkeit, jedoch ist dann für dieselbe Auslenkung ein höherer Kontaktdruck Spitze-Probe erforderlich, was zu erhöhtem Verschleiß an der Spitze und zu einer möglichen Beschädigung der Probe führt.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Abtasteinrichtung für ein Rasterkraftmikroskop vorgesehen, wobei die Einrichtung Folgendes umfasst:

– Hebelmittel und eine Trägerstruktur, wobei die Hebelmittel mit der Trägerstruktur verbunden sind, um im Wesentlichen eine Schwenkbewegung auszuführen und sich die Trägerstruktur zumindest teilweise um die Hebelmittel herum in einer Ebene erstreckt, die im Wesentlichen parallel zur Achse der Schwenkbewegung verläuft, und
– eine Abtastspitze, die in der Weise an den Hebelmitteln vorgesehen ist, dass die Interaktion von Atomkräften zwischen der Spitze und einer von ihr abgetasteten Probe im Betrieb die Schwenkbewegung der Hebelmittel verursacht;

Daher kann bei Ausführungsarten dieses Aspekts der Erfindung die Bewegung der Spitze überwacht werden, indem einfach die relative Nähe der jeweiligen Teile der oben beschriebenen Hebelmittel und Trägerstruktur detektiert wird. Dies bietet einen einfachen und dennoch sehr effizienten Näherungsabtastmechanismus, mit dem die Nachteile der oben diskutierten existierenden Systeme umgangen werden.
Es ist klar, dass die Näherungsänderungen der oben erwähnten Teile der Einrichtung auf verschiedene Weise detektiert werden können, wofür nachfolgend spezielle Beispiele beschrieben werden. Vorzugsweise jedoch stellt zumindest eines der Teile ein Näherungssensorelement zum Abtasten derartiger Änderungen bereit. In besonders bevorzugten Ausführungsarten wird ähnlich wie in den zuvor beschriebenen Datenspeicherkomponenten die thermische Näherungsabtastung verwendet. Hierbei kann dieser Teil der Hebelmittel eine Heizung umfassen, wobei die Hebelmittel einen Strompfad bereitstellen, der die Heizung über die verwendete Trägerstruktur mit einer Stromversorgung verbindet, wodurch dieser Teil der Trägerstruktur in der Weise als Wärmesenke dient, dass die Temperatur der Heizung mit den Änderungen des Abstands variiert. Mit der als Wärmesenke dienenden Trägerstruktur kann die Heizung bei relativ hoher Temperatur betrieben werden, ohne dass das Risiko der Beschädigung der Probe besteht, bei der es sich beispielsweise um eine biologische Probe handeln kann. Welches Näherungsabtastsystem auch verwendet wird, der oben erwähnte Teil der Hebelmittel befindet sich vorzugsweise entfernt von der Achse der Schwenkbewegung am oder nahe dem Ende der Hebelmittel, um die Empfindlichkeit zu erhöhen. Wie bei den oben beschriebenen Schreib-/Lesekomponenten können die Hebelmittel verschiedene Konfigurationen aufweisen, obwohl hierbei die Schwinghebelkonfiguration mit mechanischer Verstärkung besonders vorteilhaft ist. Wie nachfolgend beschrieben können verschiedene andere in Bezug auf Schreib-/Lesekomponenten oben diskutierte Merkmale vorteilhaft in Ausführungsarten der Abtasteinrichtung verwendet werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein Rasterkraftmikroskop bereit, das die oben beschriebene Abtasteinrichtung umfasst. Entsprechende weitere Aspekte der Erfindung stellen Einrichtungen bereit, die eine Matrix aus Schreib-/Lesekomponenten gemäß dem ersten, zweiten und dritten Aspekt der Erfindung sowie Datenspeichervorrichtungen mit derartigen Matrizes umfassen.
Bevorzugte Ausführungsarten der Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen exemplarisch beschrieben, wobei:
die 1a bis 1c die Konstruktion und Funktion einer Schreib-/Lesekomponente nach dem Stand der Technik für eine Datenspeichervorrichtung veranschaulichen;
2 eine schematische Darstellung eines Rasterkraftmikroskops ist, welche die grundlegenden Detektionsmechanismen veranschaulicht, die in Systemen nach dem Stand der Technik verwendet werden;
3 eine schematische Darstellung einer Datenspeichervorrichtung ist, bei der Schreib-/Lesekomponenten verwendet werden können, welche die Erfindung verkörpern;
4a eine schematische Abbildung einer ersten Schreib-/Lesekomponente ist, welche die Erfindung verkörpert;
4b die elektrische Ersatzschaltung für die Schreib-/Lesekomponente von 4a zeigt;
5 eine schematische Abbildung einer zweiten Ausführungsart einer Schreib-/Lesekomponente ist;
6a eine schematische Abbildung einer dritten Ausführungsart einer Schreib-/Lesekomponente ist;
6b die elektrische Ersatzschaltung für die Schreib-/Lesekomponente von 6a zeigt;
7a eine schematische Abbildung einer vierten Ausführungsart einer Schreib-/Lesekomponente ist;
7b die elektrische Ersatzschaltung für die Schreib-/Lesekomponente von 7a zeigt;
8 eine schematische Abbildung einer fünften Ausführungsart einer Schreib-/Lesekomponente ist;
die 9a bis 9e verschiedene Näherungssensoranordnungen für die Verwendung in Ausführungsarten der Erfindung veranschaulichen;
10a eine schematische Abbildung einer sechsten Ausführungsart einer Schreib-/Lesekomponente ist;
10b die elektrische Ersatzschaltung für die Schreib-/Lesekomponente von 10a zeigt;
10c Lese- und Schreibmodussignalimpulse zum Ansteuern der Komponente von 10a veranschaulicht und
11 eine schematische Darstellung einer AFM-Abtasteinrichtung ist, welche die Erfindung verkörpert.
Unter Bezugnahme zunächst auf 3 umfasst die Datenspeichervorrichtung 20 ein Datenspeichermedium 21 und eine Schreib-/Leseeinrichtung in Form einer Matrix 22 aus Schreib-/Lesekomponenten 23. (Verschiedene Ausführungsarten für die Verwendung als Schreib-/Lesekomponenten 23 werden nachfolgend eingehend beschrieben. Es ist jedoch klar, dass diese Komponenten bei Bedarf zusätzliche Schaltungen, beispielsweise Verstärker, umfassen können, obwohl diese zusätzlichen Schaltungen für Ausführungsarten der Erfindung nicht von zentraler Bedeutung sind und daher in den nachfolgenden Beschreibungen weggelassen werden.) Jede Schreib-/Lesekomponente 23 ist mit zwei Versorgungsleitungen verbunden, einer Zeilenversorgungsleitung R und einer Spaltenversorgungsleitung C, wie in der Figur schematisch angegeben. Alle Komponenten 23 in derselben Zeile der Matrix teilen sich dieselbe Zeilenversorgungsleitung R. In ähnlicher Weise teilen sich alle Komponenten in derselben Spalte der Matrix dieselbe Spaltenversorgungsleitung C. Die mit 24 schematisch angegebenen Antriebsmittel ermöglichen die relative Bewegung der Matrix und des Speichermediums, wodurch die Matrix in ihrer Betriebsposition gegenüber dem Speichermedium exakt positioniert wird und jede Komponente 23 wie oben beschrieben während des Betriebs ihren individuellen Speicherbereich abtasten kann.
Die Zeilen- und Spaltenleitungen R, C der Matrix 22 sind mit Stromversorgungs- und Lesedetektionsschaltungen verbunden, wie allgemein mit 25 angegeben. Die Schaltungen 25 dienen dazu, die Komponenten der Matrix 22 mit Strom zu versorgen, wobei die einzelnen Komponenten 23 durch ihre Zeilen- und Spaltenleitungen in bekannter Art und Weise über Zeilen- und Spaltenmultiplexer (nicht separat gezeigt) der Schaltungen 25 angesteuert werden. Jede Komponente 23 kann sowohl in einem Schreib- als auch in einem Lesemodus angesteuert werden, wobei die Stromversorgungsschaltungen im Schreibmodus ein Schreibmodussignal und im Lesemodus ein Lesemodussignal über die Versorgungsleitungen liefern. Die Lesedetektionsschaltungen des Blocks 25 dienen im Lesemodus dazu, die Bitwerte zu detektieren, die durch die Leseabtastmechanismen der Komponenten 23 angezeigt werden. Im Allgemeinen kann diese Lesedetektion auf verschiedene Art und Weise durchgeführt werden, wie für den Fachmann offensichtlich ist. In den nachfolgend beschriebenen speziellen Ausführungsarten wird die Lesedetektion jedoch zweckmäßigerweise wie in Systemen nach dem Stand der Technik durchgeführt, indem die Spannung über Reihenwiderstände gemessen wird, die mit den Leitungen C der Matrix 22 verbunden sind.
4a veranschaulicht eine erste Ausführungsart einer Schreib-/Lesekomponente 30, die in einer Matrix aus ähnlichen Komponenten wie in Matrix 22 in der Datenspeichervorrichtung von 3 eingesetzt werden kann. Die Komponente 30 umfasst Hebelmittel in Form eines Cantilevers 31, die mit einer Trägerstruktur 32 verbunden sind, von der nur ein Teil in der Figur gezeigt ist. (Eine integrierte Trägerstruktur ist de facto für alle Komponenten in der Matrix vorgesehen, wobei die gesamte Matrix unter Verwendung eines Halbleiterverarbeitungsverfahrens einer allgemein bekannten Art als integrierte Schaltung hergestellt ist, sodass der Hauptkörper des Chips die Trägerstruktur 32 für alle Cantilever 31 in der Matrix bereitstellt.) Der Cantilever 31 ist durch zwei seitlich angeordnete Cantileverschenkel 33a, 33b gebildet, die durch erste und zweite Überbrückungsteilbereiche 34 bzw. 35 miteinander verbunden sind. Eine Schreibmodusheizung 36 ist mittig auf dem ersten Überbrückungsteilbereich 34, der einen relativ kleinen Querschnitt aufweist, angeordnet und bildet eine Plattform für die Schreib-/Lesespitze 37. Ein Diodenpaar 38a und 38b, von dem sich jeweils eine Diode auf jeder Seite der Heizung 36 befindet, ist in den Überbrückungsteilbereich 34 integriert. Diese Dioden 38a, 38b bilden Schreibentkopplungsmittel, wie nachfolgend beschrieben. Der zweite Überbrückungsteilbereich 35 ist durch eine Lesemodusheizung 39 gebildet, die beträchtlich größer als die Schreibmodusheizung 36 ist, und verbindet entfernt von der Verbindung mit der Trägerstruktur die Enden der Cantileverschenkel 33a, 33b miteinander. Ein weiteres Diodenpaar 40a und 40b, von dem sich jeweils eine Diode auf jeder Seite der Lesemodusheizung 39 befindet, ist in die Abschnitte der Cantileverschenkel zwischen dem ersten und zweiten Überbrückungsteilbereich integriert. Diese Dioden 40a, 40b bilden Leseentkopplungsmittel, wie nachfolgend beschrieben.
Aufgrund der Flexibilität der Schenkel 33a, 33b des Cantilevers kann der Cantilever im Wesentlichen eine Schwenkbewegung um eine Schwenkachse P an der Verbindung mit der Trägerstruktur beschreiben. (Da mittels des Durchbiegens der Cantileverschenkel für diese Bewegung gesorgt wird, ist selbstverständlich klar, dass dies keine strikte Schwenkbewegung um eine Schwenkachse wie bei einem festen Körper ist, der an einen Schwenkzapfen montiert ist. Der Effekt ist jedoch im Wesentlichen derselbe und die hierin verwendeten Ausdrücke „Schwenkbewegung" und „Schwenkachse" sollten entsprechend ausgelegt werden.) Während der Herstellung der Matrix werden die verschiedenen Elemente der Cantileverstruktur durch bekannte Halbleiterverarbeitungsverfahren gebildet. Die Cantileverschenkel 33a, 33b werden hierbei aus hoch dotiertem Silicium gebildet, um leitfähige Verbindungen zwischen der Schreib- und der Leseheizung 36, 39 sowie den Zeilen- und Spaltenversorgungsleitungen R und C auf der Trägerstruktur 32 bereitzustellen. Es ist zu erkennen, dass der Cantilever 31 aufgrund seiner Form zwei Strompfade zwischen den Versorgungsleitungen R, C definiert. Die Cantileverschenkel 33a, 33b und der erste Überbrückungsteilbereich 34 stellen den ersten Strompfad bereit, der die Dioden 38a, 38b und die Schreibheizung 36 enthält. Die Schenkel 33a, 33b und der zweite Überbrückungsteilbereich 35 stellen den zweiten Strompfad bereit, der die Dioden 40a, 40b und die Leseheizung 39 enthält. 4b zeigt die elektrische Ersatzschaltung für die Komponente 30. Aus dieser Figur ist zu erkennen, dass das Diodenpaar 38a, 38b so geschaltet ist, dass der Stromfluss zwischen den Versorgungsleitungen in einer Richtung unterbunden wird, wohingegen das Diodenpaar 40a, 40b so geschaltet ist, dass der Stromfluss in der Gegenrichtung unterbunden wird.
Beim Betrieb der Komponente 30 in einer Matrix 22 der Speichervorrichtung von 3 dient die Stromversorgungsschaltung 25 dazu, im Schreibmodus ein Potential einer Polarität zwischen den Versorgungsleitungen R, C und im Lesemodus ein Potential der anderen Polarität zwischen den Versorgungsleitungen anzulegen. Somit fließt im Schreibmodus im ersten Strompfad Strom über die Dioden 38a und 38b zur Schreibheizung 36, das Fließen von Strom im zweiten Strompfad zur Leseheizung 39 wird durch die Dioden 40a und 40b jedoch unterbunden. In ähnlicher Weise fließt im Lesemodus im zweiten Strompfad Strom über die Dioden 40a und 40b zur Leseheizung 39, das Fließen von Strom im ersten Strompfad zur Schreibheizung 36 wird durch die Dioden 38a und 38b jedoch unterbunden. Im Schreibmodus kann daher die kleine Schreibheizung 36, die einen niedrigen Widerstand aufweist, im schmalen Überbrückungsteilbereich 34 sehr schnell auf die Schreibtemperatur T_W aufgeheizt werden, ohne an der Leseheizung 39 unnötig Energie aufzuwenden. Im Lesemodus bietet die relativ große Leseheizung 36 eine hohe Empfindlichkeit für den Wärmeabtastbetrieb und die Schreibheizung 36 ist während des Aufheizens auf die Lesetemperatur T_R durch den Entkopplungsvorgang der Dioden 38a und 38b vor dem Aufheizen geschützt. Die Spitze 37 und die Polymeroberflächenschicht des Speichermediums werden daher während des Lesens kühl gehalten, wodurch der Verschleiß des Polymers reduziert wird. Daher stellt die Komponente 30 insgesamt eine sehr effiziente Schreib-/Lesekomponente mit hoher Schreibgeschwindigkeit, geringer Leistungsaufnahme und hoher Leseempfindlichkeit bereit, die in beiden Modi über ein einziges Paar von Zeilen- und Spaltenversorgungsleitungen angesteuert werden kann.
Es ist klar, dass in dieser Ausführungsart nur eine Diode von jedem Paar 38a, 38b und 40a, 40b vorgesehen sein muss, um den elektrischen Entkopplungseffekt zu erreichen. In dieser bevorzugten Anordnung sind jedoch zwei Dioden von jedem Paar vorgesehen, um den Cantilever um seine Längsachse rechtwinklig zur Schwenkachse P auszubalancieren. Zu beachten ist außerdem, dass von den zwei Heizungen 36 und 39 die Leseheizung 39 auf dem am weitesten von der Schwenkachse P entfernten Überbrückungsteilbereich des Cantilevers 31 vorgesehen ist. Obwohl eine Anordnung in entgegengesetzter Weise möglich ist, gewährleistet diese Anordnung, dass die Schwenkbewegung der Schreibplattform aufgrund des Abtastens im Lesemodus durch die Spitze 37 bei der Bewegung der Leseplattform vergrößert ist. 5 veranschaulicht ein Beispiel einer Ausführungsart, bei der dieser Effekt weiter ausgenutzt wird. In der Komponente 45 dieser Ausführungsart entsprechen die verschiedenen Elemente des Cantilvers denen von 4a, jedoch ist das Verhältnis des Abstands d₁ zwischen der Leseheizung 46 und der Schwenkachse zum Abstand d₂ zwischen der Schreibheizung 47 und der Schwenkachse vergrößert, wodurch die Verstärkung der Schwenkbewegung der Spitze vergrößert ist, wie durch die Pfeile in der Figur angezeigt. Dieser mechanische Verstärkungsmechanismus bietet noch eine weitergehende Verbesserung der Leseempfindlichkeit der Komponente. Es ist klar, dass der in der Praxis für einen Abstand zwischen Spitze und Schwenkachse erreichbare Verstärkungsfaktor (d₁/d₂) von verschiedenen Aspekten der Komponentengestaltung wie beispielsweise von der Arbeitsgeschwindigkeit, Flexibilität und Resonanzfrequenz des Cantilevers abhängt. Jedoch kann ein Verstärkungsfaktor von mindestens 2 leicht erreicht werden und in bevorzugten Ausführungsarten kann der Verstärkungsfaktor je nach Gestaltungsvorgaben zwischen ca. 5 und ca. 10 liegen.
6a veranschaulicht eine dritte Ausführungsart einer Schreib-/Lesekomponente für die Verwendung in der Datenspeichervorrichtung von 3. Die Komponente 50 dieser Ausführungsart umfasst wiederum einen Cantilever 51, der mit einer Trägerstruktur 52 verbunden ist, um im Wesentlichen eine Schwenkbewegung um eine Schwenkachse P auszuführen. Hierbei weist der Cantilever jedoch drei seitlich angeordnete Schenkel 53a, 53b und 53c auf. Ein erster Überbrückungsteilbereich 54 verbindet den äußeren Schenkel 53a und den mittleren Schenkel 53b miteinander. Ein zweiter Überbrückungsteilbereich 55 verbindet den äußeren Schenkel 53c und den mittleren Schenkel 53b miteinander. Der erste Überbrückungsteilbereich ist durch eine Schreibmodusheizung 56 gebildet, die eine Plattform für die Schreib-/Lesespitze 57 bildet. Eine Lesemodusheizung 58 ist im zweiten Überbrückungsteilbereich 55 vorgesehen. Die leitfähigen Cantileverschenkel 53a, 53b, 53c stellen wie oben Verbindungen zu Zeilen- und Spaltenversorgungsleitungen R und C auf der Trägerstruktur 52 bereit, wie in der Figur angezeigt. Es ist zu erkennen, dass der Cantilever wiederum zwei Strompfade zwischen den Versorgungsleitungen R, C bereitstellt. Der erste Strompfad ist durch den äußeren Schenkel 53a, den ersten Überbrückungsteilbereich 54, der die Schreibheizung 56 enthält, und den mittleren Schenkel 53b definiert. Der zweite Strompfad ist durch den äußeren Schenkel 53c, den zweiten Überbrückungsteilbereich 55, der die Leseheizung 58 enthält, und den mittleren Schenkel 53b definiert. Wiederum sind Entkopplungsmittel vorgesehen, jedoch befinden sich die Entkopplungsmittel hierbei auf der Trägerstruktur. Insbesondere ist, wie in der Figur gezeigt, eine Schreibentkopplungsdiode 60 zwischen die Zeilenversorgungsleitung R und den äußeren Schenkel 53a geschaltet und eine Leseentkopplungsdiode 61 ist zwischen die Zeilenversorgungsleitung R und den äußeren Schenkel 53c geschaltet. Die elektrische Ersatzschaltung für diese Ausführungsart ist in 6b dargestellt, aus der erkennbar ist, dass die Dioden 60 und 61 geschaltet sind, um zwischen den Versorgungsleitungen R, C einen Stromfluss in Gegenrichtung zu unterbinden. Somit legt die Stromversorgungsschaltung bei Betrieb dieser Ausführungsart in der Datenspeichervorrichtung von 3 im Lese- und Schreibmodus wiederum Potentiale entgegengesetzter Polarität zwischen den Versorgungsleitungen an. Im Schreibmodus fließt im ersten Strompfad Strom über die Diode 60 zur Schreibheizung 56, jedoch wird das Fließen von Strom im zweiten Strompfad zur Leseheizung 58 durch die Diode 61 unterbunden. Im Lesemodus fließt im zweiten Strompfad Strom über die Diode 61 zur Schreibheizung 58, jedoch wird das Fließen von Strom im ersten Strompfad zur Schreibheizung 56 durch die Diode 60 unterbunden. Entsprechende Betriebsvorteile gelten daher für diese Ausführungsart hinsichtlich der Komponente 30 von 4a. Hierbei ist jedoch nur eine einzige Diode in jedem Strompfad vorgesehen. Darüber hinaus können die Entkopplungsmittel bei dieser Cantilevergestaltung in geeigneter Weise auf der Trägerstruktur anstatt auf dem Cantilever selbst angeordnet werden.
Obwohl bei den in den Zeichnungen veranschaulichten speziellen Ausführungsarten Dioden als elektrische Entkopplungsmechanismen eingesetzt werden, ist für den Fachmann klar, dass die elektrischen Entkopplungssysteme auf verschiedene andere Art und Weise implementiert werden können, beispielsweise durch Verwenden von Transistoren oder anderen Elementen, die dazu dienen, den gewünschten Entkopplungseffekt bereitzustellen. Darüber hinaus ist klar, dass, obwohl in den vorliegenden Beispielen Spannungen entgegengesetzter Polarität für die Schreib- und Lesebetriebsart verwendet werden, auch andere Systeme angestrebt werden können, beispielsweise durch Verwenden von unterschiedlich großen Spannungen sowie Schaltungselementen, die dazu dienen, den Stromfluss oberhalb, unterhalb, innerhalb oder außerhalb bestimmter Schwellwertpegel zu unterbinden. Obwohl der Entkopplungsmechanismus komplizierter als die hierin veranschaulichten einfachen Diodenanordnungen ist, kann die Eignung der Entkopplungsmittel zur Anordnung auf der Trägerstruktur besonders vorteilhaft sein. Die Cantilevergestaltung von 6a bietet daher eine besondere Flexibilität bei der Implementierung des Entkopplungssystems.
7a veranschaulicht eine vierte Ausführungsart einer Schreib-/Lesekomponente, bei der die Hebelmittel eine „Schwinghebel"-Konfiguration aufweisen. Insbesondere weisen die Hebelmittel in der Komponente 65 dieser Ausführungsart einen länglichen Hebelkörper 66 auf, der mittels zweier Verbindungsarme 68a und 68b mit der Trägerstruktur 67 (in der Figur wiederum nur teilweise gezeigt) verbunden ist. Die Torsion in diesen Verbindungsarmen sorgt für eine im Wesentlichen schwenkende Bewegung des Hebelkörpers 66 um eine Schwenkachse P, wie durch die Pfeile in der Figur angezeigt. Der Hebelkörper 66 umfasst zwei seitlich angeordnete Schenkelteilbereiche 70a und 70b, die an einem Ende durch einen ersten Überbrückungsteilbereich 71 und am anderen Ende durch einen zweiten Überbrückungsteilbereich 72 miteinander verbunden sind. Eine kleine Schreibmodusheizung 73 ist im ersten, relativ schmalen Überbrückungsteilbereich 71 angeordnet und stellt eine Plattform für die Schreib-/Lesespitze 74 bereit. Der zweite Überbrückungsteilbereich 72 ist durch eine relativ große Lesemodusheizung 75 gebildet. Der leitfähige Hebelkörper und die leitfähigen Verbindungsarme definieren zwei Strompfade zwischen den Zeilen- und Spaltenleitungen R und C auf der Trägerstruktur 67. Der erste Strompfad ist durch die Verbindungsarme 68a, 68b, die Abschnitte der Schenkel 70a, 70b zwischen den verbindungsarmen und dem ersten Überbrückungsteilbereich 71 und den ersten Überbrückungsteilbereich bereitgestellt, der die Schreibheizung 73 enthält. Der zweite Strompfad ist durch die Verbindungsarme 68a, 68b, die Abschnitte der Schenkel 70a, 70b zwischen den Verbindungsarmen und dem zweiten Überbrückungsteilbereich 72 und den zweiten Überbrückungsteilbereich bereitgestellt, der die Leseheizung 75 enthält. Entkopplungsmittel in Form von Schreibentkopplungsdioden 77a, 77b und Leseentkopplungsdioden 78a, 78b sind auf dem Hebelkörper 66 vorgesehen. Die Schreibentkopplungsdioden 77a, 77b sind zwischen den Verbindungsarmen und der Schreibheizung 73 symmetrisch um die Längsachse des Hebelkörpers angeordnet, und die Leseentkopplungsdioden 78a, 78b sind in ähnlicher Weise zwischen den Verbindungsarmen und der Leseheizung 75 angeordnet.
7b zeigt die elektrische Ersatzschaltung für die Komponente 65 dieser Ausführungsart. Es ist hierbei wie oben zu erkennen, dass die Schreibentkopplungsdioden 77a, 77b geschaltet sind, um Strom zwischen den Versorgungsleitungen R, C in entgegengesetzter Richtung zu den Leseentkopplungsdioden 78a, 78b zu unterbinden. Somit unterbinden die Leseentkopplungsdioden 78a, 78b beim Betrieb in der Datenspeichervorrichtung von 3 den Stromfluss zur Leseheizung 75, wenn ein Schreibmoduspotential zwischen den Versorgungsleitungen angelegt wird, um die Schreibheizung über den ersten Strompfad anzusteuern. In ähnlicher Weise unterbinden die Schreibentkopplungsdioden 77a, 77b den Stromfluss zur Schreibheizung 73, wenn ein Lesemoduspotential entgegengesetzter Polarität angelegt wird, um die Leseheizung 75 über den zweiten Strompfad anzusteuern. Entsprechende Betriebsvorteile gelten daher für diese Ausführungsart hinsichtlich der oben beschriebenen Cantileveranordnungen. Außerdem ist die Torsion der Verbindungsarme 68a, 68b, die einen kleinen Querschnitt aufweisen, sehr effektiv, um ohne wesentliches Durchbiegen der Cantileverschenkel 70a, 70b für eine Schwenkbewegung des Hebelkörpers zu sorgen. Zu beachten ist außerdem, dass der oben diskutierte mechanische Verstärkungsmechanismus problemlos in dieser Schwinghebelkonfiguration eingesetzt werden kann, wobei die Leseheizung 75 gegenüber der Schwenkachse P weiter versetzt ist als die Schreibmodusheizung mit der Spitze 74.
Bei den oben beschriebenen Ausführungsarten kann die Leseabtastung wie bei Systemen nach dem Stand der Technik durchgeführt werden, indem das Speichermedium 21 als Wärmesenke für die Leseheizung verwendet wird. 8 veranschaulicht jedoch ein Beispiel einer Schreib-/Lesekomponente, bei welcher die Hebelmittel und die Trägerstruktur dazu dienen, die thermische Leseabtastung durchzuführen, wobei die Trägerstruktur als Wärmesenke verwendet wird. Die Komponente 80 dieser Ausführungsart ähnelt generell der Schwinghebelausführungsart von 7a und es werden hier nur die Hauptunterschiede beschrieben. Als Erstes erstreckt sich bei dieser Ausführungsart wie in der Figur veranschaulicht die Trägerstruktur 81 um den Hebelkörper 82 herum in einer Ebene, die im Wesentlichen parallel zur Schwenkachse P und zur allgemeinen Ausdehnung des Hebelkörpers verläuft. (Selbstverständlich muss die Oberfläche der Trägerstruktur selbst nicht eben sein; die Ebene, auf die hier Bezug genommen wird, zeigt lediglich die allgemeine Orientierung an, in der sich die Trägerstruktur um den Hebelkörper erstreckt.) Als Zweites erstreckt sich ein Teil des Hebelkörpers 82, insbesondere die Lesemodusheizung 83, über einen Teil der Trägerstruktur 81, um einen Spalt G zwischen der Heizung und der zugewandten Oberfläche der Trägerstruktur bereitzustellen. Es ist aus der Figur zu erkennen, dass die Breite des Spalts G mit der Schwenkbewegung des Hebelkörpers variiert. Daher kann bei dieser Ausführungsart die durch den Körper des Matrixchips bereitgestellte Trägerstruktur als Wärmesenke für das thermische Leseabtastsystem verwendet werden. Dies ermöglicht noch eine weitere Verbesserung bei der Leseempfindlichkeit, da der Spalt G sehr klein ausgeführt und während der Herstellung der Komponente sehr exakt kontrolliert werden kann, beispielsweise durch ein Opferschichtverfahren, und die Lesemodusheizung bei einer höheren Temperatur betrieben werden kann, ohne dass das Risiko des Löschens von Daten besteht. Ein weiterer erwähnenswerter Unterschied hierbei besteht darin, dass der Hebelkörper 82 so geformt ist, dass die Schreibheizung im Verhältnis zur Oberfläche der Trägerstruktur, die der Leseheizung 83 zugewandt ist, weiter in Richtung der Spitze 84 als die Leseheizung versetzt ist. Bei dieser speziellen Ausführungsart wird dies wie in der Figur gezeigt durch den an der Spitzenseite der Verbindungsarme nach oben gebogenen Abschnitt des Hebelkörpers erreicht. Dieses Merkmal dient dazu, während des Betriebs den Zwischenraum zwischen Leseheizung und Speichermedium zu vergrößern und auf diese Weise die Auswirkung von Änderungen dieses Zwischenraums auf die Ergebnisse des Leseabtastbetriebs zu reduzieren und um des Weiteren die Leseempfindlichkeit zu erhöhen. (Ein ähnlicher Effekt könnte auf andere Weise bei anderen Anordnungen erreicht werden. Beispielsweise könnte bei einer eindimensionalen Matrix oder bei einem System mit einer Spitze wie der nachfolgend beschriebenen AFM-Abtasteinrichtung der Zwischenraum zwischen Leseheizung und Speichermedium (oder AFM-Äquivalent) vergrößert werden, indem einfach die Einrichtung relativ zum Medium geneigt wird, sodass die Leseheizung weiter vom Medium entfernt ist als die Spitze.)
Obwohl die Verwendung der Leseabtastanordnung von 8 bei Komponenten mit der Schwinghebelkonfiguration besonders zweckmäßig ist, ist klar, dass ähnliche Anordnungen in Cantileverausführungsarten wie den oben diskutierten eingesetzt werden könnten, indem die Trägerstruktur entsprechend konfiguriert wird. In derartigen Fällen könnte, wenn das gewünscht ist, die Schreibheizungsplattform relativ zur Leseheizung angehoben werden, um wie oben beschrieben den Zwischenraum zwischen Leseheizung und Speichermedium zu vergrößern. Außerdem könnte beispielsweise bei der Ausführungsart von 6a die Leseheizung gegenüber der Schwenkachse weiter versetzt sein als die Spitzenplattform, um die Verwendung der Trägerstruktur als Wärmesenke zu erleichtern und den zuvor diskutierten mechanischen Verstärkungsmechanismus auszunutzen. In jedem Fall ist bei Verwendung einer derartigen Leseabtasteinrichtung offensichtlich, dass sich die Trägerstruktur nicht vollständig um die Hebelmittel herum erstrecken muss, sondern nur ausreichend weit, um zu ermöglichen, dass die Struktur als Wärmesenke für die Leseheizung dient.
Bei der gerade beschriebenen Leseabtastanordnung wird die Näherungsabtastung zwischen der Leseheizung und der Trägerstruktur durchgeführt, indem die Leseheizung als thermischer Näherungssensor verwendet wird. Mit derselben Basisanordnung werden jedoch Leseabtastsysteme praktisch realisierbar, bei denen andere Näherungsabtastmechanismen verwendet werden. Im Allgemeinen können ein erstes Näherungssensorelement auf der Trägerstruktur angeordnet und ein zweites Näherungssensorelement auf den Hebelmittel vorgesehen sein, wobei dieses zweite Element über dem Element auf der Trägerstruktur angeordnet ist, sodass der Abstand zwischen beiden mit der Schwenkbewegung variiert. Die 9a bis 9d veranschaulichen Beispiele alternativer Näherungsabtastmechanismen, bei denen Elektroden als Näherungssensorelemente eingesetzt werden. In 9a ist anstelle der Leseheizung eine Elektrode 90 auf den Hebelmitteln vorgesehen und ein Elektrodenpaar 91a und 91b ist auf der Trägerstruktur vorgesehen. Jede der Elektroden 91a, 91b ist mit einer der Versorgungsleitungen R, C auf der Trägerstruktur verbunden. Luft im Spalt G dient somit als Dielektrikum zwischen der Hebel- und der Trägerstrukturelektrode, um eine variable Kapazität zu bilden, da die Breite des Spalts G mit der Schwenkbewegung des Hebels variiert. Änderungen dieser Kapazität können somit detektiert werden, um die Lesemodusausgabe bereitzustellen. Zu beachten ist, dass ein Strompfad zur Elektrode 90 über den Hebelkörper hierbei nicht erforderlich ist, da der Strompfad auf der Trägerstruktur zum Koppeln der Zeilen- und Spaltenleitungen im Lesemodus über die Kondensatorelektroden bereitgestellt wird. Die entgegengesetzte Anordnung ist in 9b veranschaulicht. Hierbei sind das Elektrodenpaar und Verbindungen zu den Zeilen- und Spaltenleitungen auf dem Hebel vorgesehen und die einzelne Elektrode ist auf der Trägerstruktur vorgesehen. 9c zeigt eine weitere Anordnung, bei der ein Kontaktelektrodenpaar 92a, 92b auf der Trägerstruktur und ein Überbrückungskontakt 93 auf dem Hebel vorgesehen sind. Diese Anordnung dient wirksam als Schalter, um ein digitales Auslesen zu ermöglichen: Besteht zwischen den Elektroden Kontakt, ist der Schalter eingeschaltet und zwischen den Versorgungsleitungen fließt Strom; besteht kein Kontakt zwischen den Elektroden, ist der Schalter ausgeschaltet und zwischen den Versorgungsleitungen fließt kein Strom. Hierbei wird der Strompfad für den Betrieb im Lesemodus wiederum zwischen den Versorgungsleitungen auf der Trägerstruktur bereitgestellt. 9d zeigt die äquivalente Anordnung, bei der die zwei Kontaktelektroden und somit der Strompfad zwischen den Versorgungsleitungen auf dem Hebel bereitgestellt werden. Es ist jedoch klar, dass eine Anordnung wie die in 9e gezeigte angestrebt werden kann, bei der eine Elektrode auf dem Hebel über den Hebelkörper mit einer der Versorgungsleitungen verbunden ist und eine Elektrode auf der Trägerstruktur über die Trägerstruktur mit der anderen Versorgungsleitung verbunden ist. In diesem Fall wird daher der Strompfad für den Betrieb im Lesemodus teilweise auf dem Hebel und teilweise auf der Trägerstruktur bereitgestellt. Selbstverständlich könnte es sich bei den Elektroden in 9e auch um Kontaktelektroden für den Betrieb als Schalter handeln.
Je nach dem jeweilig eingesetzten Leseabtastmechanismus kann eine elektrische Entkopplung nötig sein oder nicht. In bevorzugten Ausführungsarten sind jedoch zumindest Schreibentkopplungsmittel vorgesehen, um wie oben beschrieben bei Betrieb im Lesemodus Stromfluss zur Schreibmodusheizung zu unterbinden. Das Vorsehen von Leseentkopplungsmitteln, z. B. in der Schalteranordnung, kann weniger wichtig sein. Normalerweise ist es jedoch bevorzugt, auch Leseentkopplungsmittel vorzusehen, um bei Betrieb im Schreibmodus Stromfluss über den Strompfad zu den Näherungssensorelementen zu unterbinden. Derartige Leseentkopplungsmittel können je nachdem, wo sich wie oben beschrieben der Strompfad für den Betrieb im Lesemodus befindet, nach Bedarf auf dem Hebel oder auf der Trägerstruktur angeordnet werden. Im Allgemeinen können, selbst bei den oben beschriebenen Ausführungsarten mit thermischer Leseabtastung, in einigen Fällen nur Schreibentkopplungsmittel vorgesehen sein, obwohl bevorzugte Ausführungsarten die Entkopplung sowohl im Schreib- als auch im Lesemodus bereitstellen.
In den bislang veranschaulichten Ausführungsarten wird weitgehend ein elektrischer Entkopplungsmechanismus eingesetzt. Ein Beispiel einer Ausführungsart, die einen thermischen Entkopplungsmechanismus verwendet, wird nun unter Bezugnahme auf die 10a bis 10c beschrieben. Die Komponente 100 dieser Ausführungsart umfasst wiederum einen Cantilever 101, der mit einer Trägerstruktur 102 verbunden ist (die nur teilweise gezeigt ist), um im Wesentlichen ein Schwenkbewegung um eine Schwenkachse P auszuführen. Der Cantilever weist zwei seitlich angeordnete Schenkelteilbereiche 103a, 103b auf, die entfernt von der Schwenkachse an den Enden durch einen Überbrückungsteilbereich 104 miteinander verbunden sind. Bei diesem Beispiel definiert daher der leitfähige Cantilever 101 einen einzigen Strompfad zwischen den Versorgungsleitungen R, C auf der Trägerstruktur, wobei dieser Strompfad durch die Cantileverschenkel 103a, 103b und den Überbrückungsteilbereich 104 gebildet ist. Hierbei sind sowohl die Schreibmodusheizung 105 mit der Spitze 106 als auch die Lesemodusheizung 107 auf dem Überbrückungsteilbereich 104 angeordnet. Somit liegen sowohl die Schreibmodusheizung als auch die Lesemodusheizung im selben Strompfad, wie in der elektrischen Ersatzschaltung von 10b angezeigt.
Wenn die Komponente 100 in der Datenspeichervorrichtung von 3 eingesetzt wird, dient die Stromversorgungsschaltung 25 wie in 10c gezeigt dazu, im Schreib- und im Lesemodusbetrieb unterschiedliche Signalimpulse über die Versorgungsleitungen R, C anzulegen. Im Schreibmodus wird ein relativ kurzer Impuls S_W mit hoher Amplitude angelegt. Im Gegensatz dazu wird im Lesemodus ein relativ langer Impuls S_R mit niedriger Amplitude angelegt. Obwohl die Lese- und Schreibmodusheizung im selben Strompfad liegen, ist die Cantileverkonfiguration so gestaltet, dass die thermischen Eigenschaften der Heizungen und der angrenzenden Bereiche des Cantilevers einen dualen thermischen Entkopplungseffekt bereitstellen. Insbesondere führt das Anlegen des kurzen Schreibmodusimpulses S_W mit hoher Amplitude zum Aufheizen der Schreibheizung 105 auf die Schreibtemperatur T_W, die Leseheizung 107 heizt sich während dieses Vorgangs jedoch weniger stark auf und bleibt daher auf einer Temperatur unter T_W. In ähnlicher Weise führt das Anlegen des langen Lesemodusimpulses S_R mit niedriger Amplitude zum Aufheizen der Leseheizung 107 auf ihre Lesetemperatur T_R, das Aufheizen der Schreibheizung ist in diesem Modus jedoch weniger effizient, sodass die Schreibheizung auf einer Temperatur unter T_W bleibt. Die Merkmale der Cantilevergestaltung, welche die thermischen Eigenschaften verleihen, die für diesen Entkopplungseffekt sorgen, sind in 10a zu erkennen. Die Schreibheizung 105 ist im Vergleich zur Leseheizung 107 sehr klein, es liegt jedoch ein guter Wärmekontakt zwischen der Schreibheizung und den angrenzenden Bereichen 108, 109 des Cantilevers vor. Im Gegensatz dazu liegt ein relativ schlechter Wärmekontakt zwischen der großen Leseheizung 107 und den angrenzenden Bereichen 109, 110 des Cantilevers vor, wobei diese Bereiche 109, 110 im Vergleich zu den anliegenden Seiten der Leseheizung Verengungen darstellen. Während des Betriebs sorgen die Bereiche 109, 110 daher für eine vergleichsweise geringe Wärmeverlustrate der Leseheizung, wohingegen die Bereiche 108, 109 für eine vergleichsweise hohe Wärmeverlustrate der Schreibheizung sorgen. Somit heizt sich die Schreibheizung 105 schnell auf, verliert jedoch mit relativ hoher Rate Wärme an den Cantilever, wohingegen sich die Leseheizung 107 langsam aufheizt, jedoch mit relativ niedriger Rate Wärme an den Cantilever verliert. Die hohe Amplitude des Schreibmodusimpulses S_W ist daher erforderlich, um die Schreibheizung auf T_W aufzuheizen, dieser Impuls ist jedoch zu kurz, um ein wesentliches Aufheizen der Leseheizung zu bewirken. Im Gegensatz dazu ist der Lesemodusimpuls S_R ausreichend lang, um die Leseheizung auf T_R aufheizen zu können, die Amplitude ist jedoch zu niedrig, um ein wesentliches Aufheizen der Schreibheizung zu bewirken. Daher arbeitet der thermische Entkopplungsmechanismus in beiden Modi, wodurch die Komponente in beiden Modi über ein einziges Paar von Versorgungsleitungen R, C mit nur einem einzigen Strompfad angesteuert werden kann, der beide Heizungen auf dem Cantilever enthält.
Es ist selbstverständlich klar, dass, obwohl in 10c einfache Rechteckimpulse gezeigt sind, um das Funktionsprinzip zu veranschaulichen, dies keineswegs entscheidend ist. Es können verschiedene Signalimpulse angewendet werden, die dazu dienen, eine relativ hohe Leistung über einen kurzen Zeitraum bzw. eine niedrigere Leistung über einen längeren Zeitraum zu liefern. Somit kann die hierin erwähnte Impuls-„Amplitude” beispielsweise eher eine Mittelwert- oder RMS-Amplitude als ein konstanter Gleichstrompegel wie im einfachen Beispiel von 10c sein. Des Weiteren ist für den Fachmann klar, dass hierbei verschiedene andere Cantilevergestaltungen angestrebt werden können, um die erforderlichen thermischen Eigenschaften bereitzustellen. Außerdem kann der Lesesensor bei einigen Ausführungsarten anstelle einer Leseheizung, die sich in der Lesebetriebsart aktiv auf die Lesetemperatur T_R aufheizt, einfach ein Thermistorelement sein, das im Lesemodus hauptsächlich durch den Wärmeverlust der Schreibmodusheizung aufgeheizt wird. Darüber hinaus können verschiedene vorteilhafte Merkmale der oben beschriebenen elektrisch entkoppelten Ausführungsarten gleichermaßen vorteilhaft in thermisch entkoppelten Ausführungsarten eingesetzt werden. Bei einigen Gestaltungen kann beispielsweise der mechanische Verstärkungsmechanismus eingesetzt werden, indem der Lesesensor weiter entfernt von der Schwenkachse angeordnet wird als die Schreib-/Lesespitze. Als weiteres Beispiel kann die Leseabtastung bei einigen Ausführungsarten durchgeführt werden, indem der Chipkörper wie oben beschrieben als Wärmesenke verwendet wird.
Obwohl sich die obigen Darlegungen auf Datenspeicheranwendungen konzentrieren, können die Anordnungen, bei denen sich ein Teil des Hebels über einen Teil der Trägerstruktur um den Hebel herum erstreckt, ebenfalls vorteilhaft in AFM-Anwendungen eingesetzt werden. Die Schwinghebelkonfiguration ist hierbei besonders bevorzugt, und 11 veranschaulicht ein Beispiel einer Abtasteinrichtung, bei der diese Anordnung für die Verwendung im AFM von 2 eingesetzt wird. Hierbei ähnelt die Abtasteinrichtung 115 generell der Schreib-/Lesekomponente von 8 und umfasst einen Hebelkörper 116, der über Torsionsverbindungsarme 118a, 118b mit einer Trägerstruktur 117 verbunden ist, um eine Schwenkbewegung um eine Schwenkachse P auszuführen. Der Cantileverkörper 116 weist zwei seitlich angeordnete Schenkelteilbereiche 119a, 119b auf, die an ihren Enden durch erste und zweite Überbrückungsteilbereiche 120 bzw. 121 miteinander verbunden sind. Eine Abtastspitze 122 ist auf dem ersten Überbrückungsteilbereich 120 mittig angeordnet, obwohl keine Spitzenheizung für den AFM-Betrieb erforderlich ist; die Schwenkbewegung des Hebelkörpers wird im Betrieb durch Interaktion von Atomkräften zwischen der Spitze und der Probenoberfläche induziert. Die Trägerstruktur 117 erstreckt sich wie in 8 um den Hebelkörper herum und der zweite Überbrückungsteilbereich 121 des Hebels erstreckt sich über einen Teil der umgebenden Trägerstruktur, um einen kleinen Spalt G bereitzustellen, der mit der Schwenkbewegung des Hebels variiert. Somit kann die AFM-Ausgabe hierbei erhalten werden, indem die Änderungen des Spalts G während des Abtastens der Probe durch die Spitze 122 detektiert werden. Verschiedene Sensormechanismen können eingesetzt werden, um die Änderungen des Spalts G abzutasten, beispielsweise durch Einbeziehen von Näherungssensorelementen auf einem oder beiden der überlappenden Teile des Hebelkörpers und der Trägerstruktur, wie in den 9a bis 9e veranschaulicht. Bei dieser besonders bevorzugten Ausführungsart wird jedoch die thermische Näherungsabtastung wie oben durchgeführt, indem eine Heizung 125 im zweiten Überbrückungsteilbereich 121 des Hebelkörpers vorgesehen ist. Die Verbindungsarme 118a, 118b und die Abschnitte der Schenkel 119a, 119b zwischen den Verbindungsarmen und dem zweiten Überbrückungsteilbereich sind daher leitend und definieren einen Strompfad, um die Heizung 125 wie in der Figur angegeben über die Trägerstruktur mit den Stromversorgungs- und Detektorschaltungen zu verbinden. Somit dient die Trägerstruktur während des Abtastens durch die Abtastspitze 122 als Wärmesenke für die Heizung 125, wobei die Temperatur und daher der Widerstand der Heizung mit den Änderungen des Spalts G variieren. Die Detektorschaltung kann diese Änderungen wie oben überwachen, beispielsweise durch Detektieren der Spannung über einen Reihenwiderstand in der Schaltung zur Heizung 125.
Da bei dieser Anwendung kein Aufheizen der Abtastspitze 122 erforderlich ist, sind die Abschnitte der Schenkel 119a, 119b an der Spitzenseite des Hebelkörpers hochohmig ausgebildet, wodurch Mittel bereitgestellt werden, um während des Betriebs der Heizung 125 den Stromfluss zwischen den Verbindungsarmen über den ersten Überbrückungsteilbereich 120 zu unterbinden. (Selbstverständlich könnte die Abtastspitze auf andere Weise gegenüber dem Heizstrom isoliert sein, beispielsweise indem die gesamte Spitzenseite des Hebelkörpers oder Teile davon aus Oxid gebildet werden, um Leitfähigkeit zu verhindern, oder es könnten wie oben Entkopplungsdioden eingesetzt werden.) Die unterschiedlichen Eigenschaften der verschiedenen Teile des Hebelkörpers werden wie oben durch entsprechendes Dotieren von Halbleitermaterial während der Herstellung bereitgestellt. Hierbei bieten der an der Spitzenseite nach oben gebogene Abschnitt des Hebelkörpers und der vergrößerte Abstand zwischen Sensor und Schwenkachse die oben in Bezug auf die Datenspeicherausführungsarten erläuterten Vorteile. Insgesamt bietet diese Gestaltung daher eine einfache und dennoch effiziente und hoch empfindliche AFM-Sensorvorrichtung.
Es ist selbstverständlich klar, dass, obwohl besonders bevorzugte Ausführungsarten oben eingehend beschrieben wurden, viele Änderungen und Modifikationen an diesen Ausführungsarten vorgenommen werden können, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung, der in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, abzuweichen.

Claims

Schreib-/Lesekomponente (30, 45, 50, 65, 80) für eine Datenspeichervorrichtung (20), wobei die Schreib-/Lesekomponente Folgendes umfasst: – Hebelmittel (31, 51, 66, 82) und eine Trägerstruktur (32, 52, 67, 81), wobei die Hebelmittel mit der Trägerstruktur verbunden sind, um im Wesentlichen eine Schwenkbewegung auszuführen und erste und zweite Strompfade zwischen einem Paar elektrischer Versorgungsleitungen (R, C) auf der Trägerstruktur bereitzustellen, über welche die Hebelmittel im Betrieb mit Stromversorgungsmitteln verbunden werden können, die in einem Schreibmodus und in einem Lesemodus betriebsfähig sind, – eine Schreibmodusheizung (36, 47, 56, 73), die auf den Hebelmitteln im ersten Strompfad vorgesehen ist, – eine Schreib-/Lesespitze (37, 57, 74, 84), die auf der Schreibmodusheizung vorgesehen ist, – eine Lesemodusheizung (39, 46, 58, 75, 83), die auf den Hebelmitteln im zweiten Strompfad vorgesehen ist, und – Entkopplungsmittel (38a, 38b, 40a, 40b, 60, 61, 77a, 77b, 78a, 78b), die dazu dienen, den Stromfluss über den ersten verwendeten Strompfad zur Schreibmodusheizung zu unterbinden, wenn die Stromversorgungsmittel im Lesemodus betrieben werden.
Schreib-/Lesekomponente nach Anspruch 1, bei der die Entkopplungsmittel (38a, 38b, 40a, 40b, 60, 61, 77a, 77b, 78a, 78b) außerdem dazu dienen, den Stromfluss zur Lesemodusheizung (39, 46, 58, 75, 83) über den verwendeten zweiten Strompfad zu unterbinden, wenn die Stromversorgungsmittel im Schreibmodus betrieben werden.
Schreib-/Lesekomponente nach Anspruch 2, bei der die Entkopplungsmittel Schreibentkopplungsmittel (38a, 38b, 60, 77a, 77b) umfassen, um den Stromfluss zur Schreibmodusheizung zu unterbinden, wenn die Stromversorgungsmittel im Lesemodus betrieben werden, sowie Leseentkopplungsmittel (40a, 40b, 61, 78a, 78b), um den Stromfluss zur Lesemodusheizung zu unterbinden, wenn die Stromversorgungsmittel im Schreibmodus betrieben werden.
Schreib-/Lesekomponente nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die Hebelmittel als Cantilever (31, 51) konfiguriert sind.
Schreib-/Lesekomponente nach Anspruch 4, bei der die Lesemodusheizung (39, 46) von der Verbindung zwischen dem Cantilever (31) und der Trägerstruktur (32) weiter entfernt angeordnet ist als die Schreibmodusheizung (36, 47).
Schreib-/Lesekomponente nach Anspruch 4 oder 5, bei der: – der Cantilever (31) zwei seitlich angeordnete Schenkelteilbereiche (33a, 33b) umfasst, die an jeweils entsprechenden Enden der Trägerstruktur (32) verbunden sind, und erste und zweite Überbrückungsteilbereiche (34, 35), von denen jeder die zwei Schenkelteilbereiche miteinander verbindet, – der erste Überbrückungsteilbereich (34) die Schreibmodusheizung (36) umfasst und der zweite Überbrückungsteilbereich (35) die Lesemodusheizung (39) umfasst, – die Schenkelteilbereiche (33a, 33b) und der erste Überbrückungsteilbereich (34) den ersten Strompfad definieren und die Schenkelteilbereiche (33a, 33b) und der zweite Überbrückungsteilbereich (35) den zweiten Strompfad definieren und – die Entkopplungsmittel (38a, 38b, 40a, 40b) auf dem Cantilever angeordnet sind.
Schreib-/Lesekomponente nach Anspruch 6, sofern von Anspruch 3 und Anspruch 5 abhängig, bei der die Schreibentkopplungsmittel (38a, 38b) im ersten Strompfad auf dem ersten Überbrückungsteilbereich (34) vorgesehen sind, und die Leseentkopplungsmittel (40a, 40b) im zweiten Strompfad jenseits des ersten Überbrückungsteilbereichs (34) vorgesehen sind.
Schreib-/Lesekomponente nach Anspruch 4, bei der: – der Cantilever (51) drei seitlich angeordnete Schenkelteilbereiche (53a, 53b, 53c) umfasst, die an jeweils entsprechenden Enden mit der Trägerstruktur (52) verbunden sind, einen ersten Überbrückungsteilbereich (54), der den mittleren Schenkelteilbereich (53b) mit einem ersten der äußeren Schenkelteilbereiche (53a) verbindet, sowie einen zweiten Überbrückungsteilbereich (55), der den mittleren Schenkelteilbereich (53b) mit dem zweiten äußeren Schenkelteilbereich (53c) verbindet, – der erste Überbrückungsteilbereich (54) die Schreibmodusheizung (56) umfasst und der zweite Überbrückungsteilbereich (55) die Lesemodusheizung (58) umfasst, – der erste äußere Schenkelteilbereich (53a), der erste Überbrückungsteilbereich (54) und der mittlere Schenkelteilbereich (53b) den ersten Strompfad definieren, – der zweite äußere Schenkelteilbereich (53c), der zweite Überbrückungsteilbereich (55) und der mittlere Schenkelteilbereich (53b) den zweiten Strompfad definieren und – die Entkopplungsmittel (60, 61) auf der Trägerstruktur (52) angeordnet sind.
Schreib-/Lesekomponente nach Anspruch 8, sofern von Anspruch 3 abhängig, bei der die Schreibentkopplungsmittel (60) zwischen die Versorgungsleitung (R) und den ersten äußeren Schenkelteilbereich (53a) geschaltet sind, und die Leseentkopplungsmittel (61) zwischen diese Versorgungsleitung (R) und den zweiten äußeren Schenkelteilbereich (53c) geschaltet sind.
Schreib-/Lesekomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Hebelmittel einen länglichen Hebelkörper (66, 82) und zwei Verbindungsarme (68a, 68b) umfassen, die sich an beiden Seiten des Hebelkörpers (66, 82) nach außen erstrecken, den Hebelkörper mit der Trägerstruktur (67, 81) verbinden und versetzt von den Enden des Hebelkörpers (66, 82) eine Schwenkachse (P) definieren, um die der Hebelkörper im Betrieb schwenkt, und bei der die Schreibmodusheizung (73) und die Lesemodusheizung (75, 82) an gegenüberliegenden Seiten der Schwenkachse (P) an den oder nahe den Enden des Hebelkörpers angeordnet sind.
Schreib-/Lesekomponente nach Anspruch 10, bei der die Lesemodusheizung (75, 83) weiter von der Schwenkachse (P) versetzt ist als die Schreibmodusheizung (73).
Schreib-/Lesekomponente nach Anspruch 10 oder 11, bei der: – der Hebelkörper (66, 82) zwei seitlich angeordnete Schenkelteilbereiche (70a, 70b), einen ersten Überbrückungsteilbereich (71), der die Schenkelteilbereiche (70a, 70b) an oder nahe dem einen Ende des Hebelkörpers miteinander verbindet, sowie einen zweiten Überbrückungsteilbereich (72) der die Schenkelteilbereiche (70a, 70b) an oder nahe dem anderen Ende des Hebelkörpers miteinander verbindet, umfasst, – der erste Überbrückungsteilbereich (71) die Schreibmodusheizung (73) umfasst und der zweite Überbrückungsteilbereich (72) die Lesemodusheizung (75) umfasst, – der erste Strompfad durch die Verbindungsarme (68a, 68b), die Abschnitte der Schenkelteilbereiche (70a, 70b) zwischen den Verbindungsarmen und dem ersten Überbrückungsteilbereich (71) sowie den ersten Überbrückungsteilbereich (71) definiert ist, – der zweite Strompfad durch die Verbindungsarme (68a, 68b), die Abschnitte der Schenkelteilbereiche (70a, 70b) zwischen den Verbindungsarmen und dem zweiten Überbrückungsteilbereich (72) und den zweiten Überbrückungsteilbereich (72) definiert ist und – die Entkopplungsmittel (77a, 77b, 78a, 78b) auf dem Hebelkörper vorgesehen sind.
Schreib-/Lesekomponente nach Anspruch 12, sofern von Anspruch 3 abhängig, bei der die Schreibentkopplungsmittel (77a, 77b) im ersten Strompfad zwischen den Verbindungsarmen (68a, 68b) und der Schreibmodusheizung (73) vorgesehen sind, und die Leseentkopplungsmittel (78a, 78b) im zweiten Strompfad zwischen den Verbindungsarmen (68a, 68b) und der Lesemodusheizung (75) vorgesehen sind.
Schreib-/Lesekomponente nach einem der Ansprüche 3, 7, 9 und 13 für die Verwendung mit Stromversorgungsmitteln, die dazu dienen, im Schreibmodus ein Potential einer Polarität zwischen den Versorgungsleitungen (R, C) und im Lesemodus ein Potential der entgegengesetzten Polarität zwischen den Versorgungsleitungen (R, C) anzulegen, wobei: – die Schreibentkopplungsmittel (38a, 38b, 61, 77a, 77b) ausgebildet sind, um den Stromfluss zur Schreibmodusheizung (36, 47, 56, 73) in der Richtung des Stromflusses zu unterbinden, der aus dem Anlegen des Lesemoduspotentials resultiert, und die Leseentkopplungsmittel (48a, 48b, 60, 78a, 78b) ausgebildet sind, um den Stromfluss zur Lesemodusheizung (39, 46, 58, 75, 83) in der Richtung des Stromflusses zu unterbinden, der aus dem Anlegen des Schreibmoduspotentials resultiert.
Schreib-/Lesekomponente nach Anspruch 14, bei der jedes der Schreib- und Leseentkopplungsmittel mindestens eine Diode umfasst.
Schreib-/Lesekomponente nach Anspruch 15, sofern von Anspruch 7 oder Anspruch 13 abhängig, bei der jedes der Schreib- und Leseentkopplungsmittel ein Diodenpaar (38a, 38b, 40a, 40b, 77a, 77b, 78a, 78b) umfasst, dass so angeordnet ist, dass die Hebelmittel (31, 66) um deren Längsachse ausbalanciert sind, die rechtwinklig zur Achse der Schwenkbewegung ist.
Schreib-/Lesekomponente nach einem der Ansprüche 4 bis 16, bei der sich die Trägerstruktur (81) zumindest teilweise um die Hebelmittel (82) herum in einer Ebene erstrecken, die im Wesentlichen parallel zur Achse (P) der Schwenkbewegung verläuft, und bei der sich die Lesemodusheizung (83) über eine Oberfläche der Trägerstruktur (81) um die Hebelmittel herum erstreckt, um einen Spalt (G) zwischen der Lesemodusheizung (83) und der Oberfläche in der Weise bereitzustellen, dass die Breite des Spalts (G) mit der Schwenkbewegung der Hebelmittel variiert.
Schreib-/Lesekomponente nach Anspruch 17, bei der die Hebelmittel (82) so geformt sind, dass die Schreibmodusheizung von der Ebene der Oberfläche weiter in Richtung der Schreib-/Lesespitze (84) versetzt ist als die Lesemodusheizung.
Schreib-/Leseeinrichtung (22) für eine Datenspeichervorrichtung (20), wobei die Einrichtung eine Matrix (22) von Schreib-/Lesekomponenten nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfasst, wobei es sich bei einer Versorgungsleitung jeder Komponente um eine Zeilenversorgungsleitung (R) handelt, die allen Komponenten in derselben Reihe der Matrix (22) gemeinsam ist, und bei der anderen Versorgungsleitung jeder Komponente um eine Spaltenversorgungsleitung (C) handelt, die allen Komponenten in derselben Spalte der Matrix (22) gemeinsam ist.
Datenspeichervorrichtung (20), die Folgendes umfasst: – ein Datenspeichermedium (21), – Schreib-/Leseeinrichtung nach Anspruch 19, wobei die Einrichtung relativ zu einer Oberfläche des Datenspeichermediums (21) in der Weise positioniert werden kann, dass die Schreib-/Lesespitze jeder Komponente in der Matrix (22) gegenüber der Oberfläche vorgespannt ist und – Stromversorgungsmittel (25), die betriebsfähig sind, um im Schreibmodus und im Lesemodus ein Potential zwischen den Versorgungsleitungen (R, C) jeder Komponente anzulegen, wobei die Oberfläche des Datenspeichermediums (21) so beschaffen ist, dass im Betrieb beim Anlegen eines Schreibmoduspotentials zwischen den Versorgungsleitungen (R, C) einer Komponente der Wärmetransfer von der Schreibmodusheizung ein lokales Schmelzen der Oberfläche bewirkt, wodurch das Eindringen der Schreib-/Lesespitze ermöglicht wird, um eine Einkerbung zu bilden, wohingegen beim Anlegen eines Lesemoduspotentials zwischen den Versorgungsleitungen (R, C) der Wärmetransfer von der Lesemodusheizung der Komponente nicht ausreicht, um die Oberfläche zu schmelzen.
Schreib-/Lesekomponente (100) für eine Datenspeichervorrichtung (20), wobei die Schreib-/Lesekomponente (100) Folgendes umfasst: – Hebelmittel (101) und eine Trägerstruktur (102), wobei die Hebelmittel mit der Trägerstruktur verbunden sind, um im Wesentlichen eine Schwenkbewegung auszuführen und einen Strompfad zwischen einem Paar elektrischer Versorgungsleitungen (R, C) auf der Trägerstruktur bereitzustellen, – eine Schreibmodusheizung (105), die auf den Hebelmitteln (101) im Strompfad vorgesehen ist, – eine Schreib-/Lesespitze (106), die auf der Schreibmodusheizung (105) vorgesehen ist, und – einen Lesemodussensor (107), der auf den Hebelmitteln (101) im Strompfad vorgesehen ist, wobei die thermischen Eigenschaften der Schreibmodusheizung (105) und angrenzender Bereiche (108, 109) der Hebelmittel sowie des Lesemodussensors (107) und angrenzender Bereiche (109, 110) der Hebelmittel so beschaffen sind, dass durch Anlegen eines ersten Signalimpulses (S_W) über die verwendeten Versorgungsleitungen (R, C) die Schreibmodusheizung (105) auf eine Schreibtemperatur T_W aufgeheizt werden kann, während die Temperatur des Lesemodussensors unter T_W bleibt, und durch Anlegen eines zweiten Signalimpulses (S_R), der eine kleinere Amplitude und eine größere Dauer als der erste Signalimpuls (S_W) aufweist, über die verwendeten Versorgungsleitungen (R, C) der Lesemodussensor (107) auf eine Lesetemperatur T_R < T_W aufgeheizt werden kann, während die Temperatur der Schreibmodusheizung (105) unter T_W bleibt.
Schreib-/Leseeinrichtung (22) für eine Datenspeichervorrichtung, wobei die Einrichtung eine Matrix (22) von Schreib-/Lesekomponenten (100) nach Anspruch 21 umfasst, wobei es sich bei einer Versorgungsleitung jeder Komponente um eine Zeilenversorgungsleitung (R) handelt, die allen Komponenten in derselben Reihe der Matrix (22) gemeinsam ist, und bei der anderen Versorgungsleitung jeder Komponente um eine Spaltenversorgungsleitung (C) handelt, die allen Komponenten in derselben Spalte der Matrix (22) gemeinsam ist.
Datenspeichervorrichtung (20), die Folgendes umfasst: – ein Datenspeichermedium (21), – Schreib-/Leseeinrichtung (22) nach Anspruch 22, wobei die Einrichtung relativ zu einer Oberfläche des Datenspeichermediums (21) in der Weise positioniert werden kann, dass die Schreib-/Lesespitze (106) jeder Komponente (100) in der Matrix gegenüber der Oberfläche vorgespannt ist, und – Stromversorgungsmittel (25), die betriebsfähig sind, um im Schreibmodus an jede Komponente (100) über deren Versorgungsleitungen (R, C) einen ersten Signalimpuls (S_W) anzulegen, und um im Lesemodus an jede Komponente (100) über deren Versorgungsleitungen (R, C) einen zweiten Signalimpuls (S_R) anzulegen, wobei die Oberfläche des Datenspeichermediums (21) so beschaffen ist, dass im Betrieb beim Aufheizen der Schreibmodusheizung (105) der Komponente auf T_W der Wärmetransfer von der Schreibmodusheizung (105) ein lokales Schmelzen der Oberfläche bewirkt, wodurch das Eindringen der Schreib-/Lesespitze (106) ermöglicht wird, um eine Einkerbung zu bilden, wohingegen beim Aufheizen des Lesemodussensors (107) der Komponente auf T_R der Wärmetransfer vom Lesemodussensor (107) nicht ausreicht, um die Oberfläche zu schmelzen.
Schreib-/Lesekomponente (30, 45, 50, 65, 80) für eine Datenspeichervorrichtung (20), wobei die Schreib-/Lesekomponente Folgendes umfasst: – Hebelmittel (31, 51, 66, 82) und eine Trägerstruktur (32, 52, 67, 81), wobei die Hebelmittel mit der Trägerstruktur verbunden sind, um im Wesentlichen eine Schwenkbewegung auszuführen und einen ersten Strompfad zwischen einem Paar elektrischer Versorgungsleitungen (R, C) auf der Trägerstruktur bereitzustellen, wobei sich die Trägerstruktur zumindest teilweise um die Hebelmittel herum in einer Ebene erstreckt, die im Wesentlichen parallel zur Achse (P) der Schwenkbewegung verlauft, – eine Schreibmodusheizung (36, 47, 56, 73), die auf den Hebelmitteln im ersten Strompfad vorgesehen ist, – eine Schreib-/Lesespitze (37, 57, 74, 84), die auf der Schreibmodusheizung vorgesehen ist, – ein erstes Näherungssensorelement (91a, 91b, 92a, 92b), das auf einem Teilbereich der Trägerstruktur um die Hebelmittel herum vorgesehen ist, und – ein zweites Näherungssensorelement (90, 93), das auf den Hebelmitteln vorgesehen und so über dem ersten Näherungssensorelement angeordnet ist, dass der Abstand zwischen dem ersten und zweiten Näherungssensorelement mit der Schwenkbewegung der Hebelmittel variiert, wobei mindestens eines der Hebelmittel und die Trägerstruktur einen zweiten Strompfad zum Koppeln der Versorgungsleitungen (R, C) über das erste und zweite Näherungssensorelement bereitstellen.
Schreib-/Leseeinrichtung (22) für eine Datenspeichervorrichtung (20), wobei die Einrichtung eine Matrix (22) aus Schreib-/Lesekomponenten nach Anspruch 24 umfasst, wobei es sich bei einer Versorgungsleitung jeder Komponente um eine Zeilenversorgungsleitung (R) handelt, die allen Komponenten in derselben Reihe der Matrix gemeinsam ist, und bei der anderen Versorgungsleitung jeder Komponente um eine Spaltenversorgungsleitung (C) handelt, die allen Komponenten in derselben Spalte der Matrix gemeinsam ist.
Datenspeichervorrichtung (20), die Folgendes umfasst: – ein Datenspeichermedium (21), – Schreib-/Leseeinrichtung (22) nach Anspruch 25, wobei die Einrichtung relativ zu einer Oberfläche des Datenspeichermediums (21) in der Weise positioniert werden kann, dass die Schreib-/Lesespitze jeder Komponente in der Matrix gegenüber der Oberfläche vorgespannt ist, und – Stromversorgungsmittel (25), die betriebsfähig sind, um in einem Schreibmodus und in einem Lesemodus ein Potential an die Versorgungsleitungen jeder Komponente anzulegen, wobei die Oberfläche des Datenspeichermediums (21) so beschaffen ist, dass im Betrieb beim Anlegen eines Schreibmoduspotentials an die Versorgungsleitungen (R, C) der Komponente der Wärmetransfer von der Schreibmodusheizung ein lokales Schmelzen der Oberfläche bewirkt, wodurch das Eindringen der Schreib-/Lesespitze ermöglicht wird, um eine Einkerbung zu bilden.
Abtasteinrichtung (115) für ein Rasterkraftmikroskop, wobei die Einrichtung Folgendes umfasst: – Hebelmittel (116) und eine Trägerstruktur (117), wobei die Hebelmittel mit der Trägerstruktur verbunden sind, um im Wesentlichen eine Schwenkbewegung auszuführen und sich die Trägerstruktur (117) zumindest teilweise um die Hebelmittel (116) herum in einer Ebene erstreckt, die im Wesentlichen parallel zur Achse (P) der Schwenkbewegung verläuft, und – eine Abtastspitze (122), die in der Weise an den Hebelmitteln (116) vorgesehen ist, dass die Interaktion von Atomkräften zwischen der Spitze (122) und einer von ihr abgetasteten Probe (14) im Betrieb diese Schwenkbewegung der Hebelmittel verursacht, wobei sich ein Teil (125, 90, 93) der Hebelmittel (116) so über einen Teil der Trägerstruktur (117) um die Hebelmittel herum erstreckt, dass der Abstand (G) zwischen diesen Teilen mit der Schwenkbewegung variiert, wodurch die Topografie einer durch die verwendete Spitze abgetasteten Probe (14) durch Änderungen des Abstands (G) angezeigt wird.
Rasterkraftmikroskop, das Folgendes umfasst: – Abtasteinrichtung (115) nach Anspruch 27, – einen Probenträger (15) zum Platzieren einer Probe (14) in einer von der Abtastspitze (122) abzutastenden Position, – Mittel (16), um eine relative Bewegung des Probenträgers (15) und der Abtasteinrichtung (115) zum Abtasten der Probe (14) durch die Spitze (122) zu bewirken, und – Mittel (25) zum Detektieren von Änderungen des Abstands (G) während des Abtastens einer Probe (14), um eine Ausgabe bereitzustellen, welche die Topografie der Probe anzeigt.