EP1938335A1 - Reading/writing tip, head and device, and use thereof, and method for making same - Google Patents

Reading/writing tip, head and device, and use thereof, and method for making same

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Publication number
EP1938335A1
EP1938335A1 EP06820155A EP06820155A EP1938335A1 EP 1938335 A1 EP1938335 A1 EP 1938335A1 EP 06820155 A EP06820155 A EP 06820155A EP 06820155 A EP06820155 A EP 06820155A EP 1938335 A1 EP1938335 A1 EP 1938335A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
needle
tip
electrically conductive
substrate
conductive material
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06820155A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jacques Gierak
David Martrou
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP1938335A1 publication Critical patent/EP1938335A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B9/00Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
    • G11B9/12Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
    • G11B9/14Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
    • G11B9/1409Heads
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B9/00Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
    • G11B9/12Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
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    • G11B9/1463Record carriers for recording or reproduction involving the use of microscopic probe means
    • G11B9/149Record carriers for recording or reproduction involving the use of microscopic probe means characterised by the memorising material or structure
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01QSCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
    • G01Q80/00Applications, other than SPM, of scanning-probe techniques

Definitions

  • the present invention relates to tips and heads of read / write devices, read / write devices, and methods of making such devices.
  • Such a source generally comprises a tip configured in the form of a needle formed of a core of a refractory material (in this article, tungsten) partially covered with a layer of electrically conductive material (in this article, gallium ), said needle having a connection portion to an electric generator for applying an electric potential to the needle, said needle being adapted to be placed in an electrostatic optical system itself in vis-à-vis an electrically conductive substrate having a surface, said needle being adapted to emit a charged particle, of a first polarity, from the layer of electrically conductive material, towards the surface of the substrate under the effect of a difference in electric potential applied by the electrical generator between the substrate and the needle, to form said surface of the substrate, said tip compresses further comprising a reservoir comprising a reserve of the electrically
  • the needle used in such processes is generally of coarse geometry (of the order of 0.4 millimeter in diameter). It makes it possible to generate an ion beam and / or to deposit clusters of material of size of the order of ten or one hundred nanometers on the substrate. The departure of material from the tip on the substrate leads to erosion which is compensated by the flow of material from the reservoir, which material is kept fluid by the heat transfer device.
  • Binnig and Rohrer have presented, for example, in Scanning Tunneling Microscopy from birth to Adolescence, Review of Modem Physics, Vol. 59, No. 3, Part 1, July 1987, tunneling electron microscopes which include a tip connected to a generator adapted to generate a potential difference between the tip and substrate, to snatch an electron at the tip. Such microscopes can determine information on the surface of the substrate from the measured current flowing between the tip and the substrate.
  • the invention relates mainly to a read / write tip configured in the form of a needle formed of a core of a refractory material at least partially covered by a layer of electrically conductive material, said needle having a portion of connection to an electric generator for applying an electric potential to the needle, said needle being adapted to be placed in an operating position in the vicinity of an electrically conductive substrate having a surface, said needle having an external geometry of a microscope needle by tunnel effect, and being adapted to be connected, in a reading mode, to a detection system for obtaining information relating to said surface by tunneling microscopy under the effect of a first electric potential difference applied by the electric generator between the substrate and the needle, and said needle being adapted to transmit, in a write mode, a charged particle of a first polarity from the layer of electrically conductive material towards the surface of the substrate under the effect of a second applied electrical potential difference by the electrical generator between the substrate and the needle, of opposite sign to the first potential difference, for forming said surface of the substrate, said tip further compris
  • the same tip can be used both as the tip of a tunneling microscope, to implement a read operation of characteristics of the surface of the substrate, and as a writing tip, to form the surface of the substrate, as a source of liquid or solid metal ions.
  • a tip has the advantage of being able to easily alternate the steps of writing and reading, which is interesting in practice to be able to easily locate the place where the writing is to be done without having to use an external microscopy system .
  • the fluidity of the metal covering the core makes it possible to maintain a geometry of the tip which will always be suitable for a subsequent reading.
  • the invention proposes a tip adapted to implement three functions that were previously implemented each by means independent.
  • the needle has a pointed end adapted to be placed facing said surface, said pointed end having a radius of curvature substantially between 0.1 and 2 micrometers ( ⁇ m);
  • the core has a tapered body of diameter between 0.1 and 0.4 millimeters (mm) extending through a tapered end of decreasing diameter as the distance to the body increases;
  • the core is made of a material having a substantially higher melting temperature than the electrically conductive material of the layer, said heat transfer device being adapted, when activated, to bring the needle and the reservoir to a temperature between the melting temperatures of the electrically conductive material and the core material;
  • the core is made of a columnar material having a longitudinal micro-channel shaped roughness adapted to allow both the flow of liquefied electrically conductive material along the core at said temperature between the melting temperatures of the electrically conductive material and core material, and retention of the electrically conductive material on the core by capillarity;
  • the reservoir comprises a bubble of the electrically conductive
  • the invention relates to a read / write device head comprising a support carrying at least one such point, the support comprising a first connection zone electrically connected to said connection portion of the needle, and adapted to be connected to an electric generator for applying an electric potential to the needle.
  • the invention relates to a read / write device head comprising a plurality of supports each carrying such a tip, each support comprising a first connection zone electrically connected to the connection portion of the respective needle. , and adapted to be connected to an electric generator for the application of an independent electric potential to each needle.
  • the invention relates to a read / write device comprising: such a read / write device head, a sample holder adapted to receive a substrate comprising a surface portion opposite each tip, a displacement system adapted to generate a relative displacement of the surface and points, an electrical generator connected to the connection portion of each tip for applying a first independent electrical potential difference between the point considered and the surface portion opposite, and a second difference of independent electric potential between the considered tip and the facing surface portion, the second electrical potential difference being of opposite sign to the first electrical potential difference for the tip in question, said electric generator being electrically connected to the heat transfer device to activate it.
  • provision may furthermore be made for such a device to comprise a detection system electrically connected to the needle and adapted to obtain information relating to said surface by tunneling microscopy under the effect of said first electric potential difference.
  • the invention relates to a writing method in which
  • an electrical generator applies a second electrical potential difference between the substrate and the needle, of opposite sign to the first potential difference, said needle emitting a charged particle of said first polarity from the layer of electrically conductive material, in direction of the surface of the substrate to form said surface of the substrate.
  • one and / or the other of the following provisions may also be provided: during step (b) the surface is formed by depositing on the surface a particle of electrically conductive metal wrenched from the layer of the tip under the effect of said second potential difference; during step (b), the heat transfer device maintains the solid state of the electrically conductive material contained in the reservoir and the along the tip; during step (b) the surface is formed by etching the surface by impact of an electrically conductive metal particle torn off from the tip layer, under the effect of said second potential difference; during step (b), the heat transfer device maintains in the liquid state the electrically conductive material contained in the reservoir and along the tip; the electric generator applies to the heat transfer device sufficient electrical power to maintain in the liquid state the electrically conductive material of the reservoir and the layer; during step (a), a plurality of such read / write tips are placed in the operating position in the vicinity of an electrically conductive substrate having a surface, each being connected to an electrical generator for application an independent electric potential for each needle, and the step
  • the invention relates to a method of regenerating such a read / write tip, in which a step (c) is implemented in which the heat transfer device liquefies the material electrically. conduct contained in the tank, and flows it along the tip.
  • the invention relates to a reading method in which
  • an electric generator applies between the substrate and the needle a first electrical potential difference
  • a detection system connected to said needle obtains information relating to said surface by tunneling microscopy under the effect of said first electric potential difference.
  • provision can further be made for applying a movement relative to the tip and the substrate, and steps (d), (e), and (f) are repeated.
  • the invention relates to a surface treatment method in which at least one such reading method is implemented successively with the same point and a method chosen from among such a writing method and such a method. regeneration.
  • the invention relates to a computer program comprising portions of program code for executing the steps of such a method when said program is executed on a computer.
  • the invention relates to a method of manufacturing a read / write tip in which:
  • the core is at least partially covered with a layer of electrically conductive material, to form a needle a connection portion to an electric generator for applying an electric potential to the needle, being defined in said needle said needle being adapted to be placed in an operating position in the vicinity of an electrically conductive substrate having a surface,
  • the needle is given the external geometry of a tunneling microscope needle, said needle being adapted to be connected in a read mode to a detection system for obtaining a surface-related information by tunneling microscopy under the effect of a first electric potential difference applied by the electric generator between the substrate and the needle, and said needle being adapted to emit, in a writing mode, a particle charged with a first polarity from the layer of electrically conductive material, in direction of the surface of the substrate under the effect of a second electric potential difference applied by the electric generator between the substrate and the needle, of sign opposite to the first potential difference, for forming said surface of the substrate,
  • steps (w) and (y) are simultaneously performed by immersing in a bath of electrically conductive material melted the core having a filament having: a connection portion to a generator electrical connector adapted to circulate in the filament electrical power adapted to liquefy the electrically conductive material of the reservoir, and
  • FIG. 1 is a partial schematic view of a read / write tip
  • FIG. 2 is a schematic perspective view of a read / write head incorporating the tip of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a schematic view of a read / write device incorporating the head of FIG. 2;
  • FIG. 4 is a block diagram of the read / write device of FIG. 3,
  • FIGS. 5a, 5b, 5c and 5d are diagrams corresponding to FIG. 4 of the reading / writing device, respectively in liquid metal ion source writing modes, ion source mode writing modes; of solid metal, in read mode, and in regeneration mode,
  • FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG. 3 of a read / write device according to a second embodiment
  • FIGS. 7a and 7b are diagrams each representative of a step of manufacturing a read / write tip
  • FIG. 8a represents an example of peak geometry according to two embodiments, taken by scanning electron microscopy, and - Figure 8b shows an enlargement of the end of the first embodiment of Figure 8a.
  • FIG. 1 partially represents a reading / writing tip.
  • This tip 1 is generally in the form of a needle 2 having a substantially cylindrical body 3 extending both in a proximal portion 4 and a medial portion 5 of the tip, and a pointed end 6 extending into a distal portion 7 of the tip in extension of the body 3.
  • the external geometry of the pointed end 6, which extends over a few tenths of a millimeter is that of a tunneling microscope tip.
  • the end radius of curvature of the tip is substantially between 0.1 and 2 micrometers, preferably between 0.3 and 1 micrometer, as measured by scanning microscopy.
  • the outer surface 6a of the pointed end 6 will be given any suitable geometry for the use of the read / write head as a tunneling microscope needle.
  • the needle 2 comprises a long tapered core 8 of a refractory material, such as for example tungsten and covered with a thin layer 9 of an electrically conductive material, such as for example gold.
  • the core 8 is formed of a 0.25 mm diameter tungsten wire covered at least partially, and at least in the distal portion 7, with a film of gold a few microns thick.
  • turns 10a, 10b, 10c of an electric filament 10 are wound around the axis longitudinal of the needle 2 in the middle portion and are for example made of a tungsten wire of about 0.1 mm in diameter.
  • the turns form a circle with a diameter of about 0.5 mm surrounding a reservoir 11 of the electrically conductive material.
  • the tip 1 which has just been described is mounted on a read / write device head 12 such as, for example, a tunneling microscopy head with an outside diameter of a few millimeters.
  • a read / write device head 12 such as, for example, a tunneling microscopy head with an outside diameter of a few millimeters.
  • a head 12 comprises for example a central capillary 13 adapted to be connected to an electric generator (not shown in Figure 2) and a plurality of cross members 14a, 14c electrically isolated from each other.
  • the tip 1, shown in Figure 1, comprising the needle 2 and the filament 10 having a first end 10d and a second end 10e between which the turns 10a, 10b, 10c extend is electrically connected to the head 12, D firstly, the proximal portion 4 of the tip is electrically connected to the central capillary 13 fed from the first cross member 14a.
  • the first end 10d of the filament 10 is electrically connected to the needle 2 to form a single point of electrical contact.
  • the second end 10e of the filament 10 is electrically connected to one of the insulated crosspieces, for example the cross member 14b, for example by crimping, or by spot welding.
  • the first and second cross 14a, 14c are connected to an electric generator 15 which will be described in more detail later in relation to Figures 4 and 5a to 5d.
  • the cross member 14c is electrically connected to the capillary 13.
  • the read / write head 12 is placed near a sample holder 16 which carries a substrate 17 having a surface 17a oriented towards the tip 1 and intended to be read or formed by the tip 1.
  • the distance between the tip 1 and the surface 17a is for example of the order of one hundred microns.
  • the electric generator 15 is also electrically connected to the sample holder 16 for the application of a potential difference between the substrate 17 and the tip 1.
  • a displacement device 18 is adapted to apply a relative movement of the surface 17a and the tip 1 in one, two or three dimensions.
  • a displacement device may conventionally be a displacement device of the type used in tunneling microscopy, such as, for example, a device based on piezoelectric elements capable of elongating under the effect of the passage of a current. electric in the material.
  • the sample holder can be moved along the three directions relative to the read / write head which remains fixed.
  • Other alternative embodiments are possible.
  • the adjustment of the height of the tip 1 relative to the surface 17a of the substrate can be carried out by moving in the Z direction the head 12 relative to the sample holder remaining fixed in this direction, while the "horizontal" movement Along the X or Y directions is carried out at the level of the sample holder 16.
  • the electric generator 15 comprises firstly a current generator 19 connected to the two crosspieces 14a and 14c for circulating a heating current in the filament 10.
  • the electric generator 15 also comprises a voltage generator 20 adapted to apply a potential difference of a first sign between the tip and the substrate 17, or a potential difference of a second sign opposite the first sign between these two elements.
  • a switch 21 makes it possible to control the choice of the generator 20a or the generator 20b, depending on whether it is positioned on the terminals a or b of the switch.
  • the first voltage generator 20a is adapted to use the write mode read / write device (liquid or solid metal ion source). As such, one can for example use a generator of the type applying to the tip 1 a positive voltage of the order of 0 to 5 kilovolts, the sample holder 16 being connected to ground.
  • the current delivered by the first generator 20a is of the order of 1 to 10 microamps for example.
  • a second voltage generator 20b it can apply a negative voltage of the order of a few volts to the tip 1 while the sample holder 16 is connected to the substrate.
  • a current that can be less than 1 pico ampere, up to about 300 nanoamperes can then flow between the tip and the substrate.
  • the read / write device just described can be used in write mode as a source of liquid metal ion, as shown in Fig. 5a.
  • the first generator 20a applies a positive potential difference of the order of a few kilovolts between the tip 1 and the substrate 17.
  • the current generator 19 activates the transfer device. heat by circulating in the filament 10 a sufficient current (for example of the order of a few amperes for the geometry presented) to heat, at level of turns, the electrically conductive material at a temperature at least equal to its melting temperature. With the geometry shown, a power of 1.5 W is sufficient to reach a temperature of 1000 0 C at the reservoir.
  • the read / write device can be used in write mode, by emitting a solid metal ion beam 23 by placing switch 21 in position a. In this position, the first voltage generator 20a applies a positive potential difference of a few kilovolts between the tip
  • the current generator emits a current in the filament adapted to heat the electrically conductive material of the reservoir.
  • the second voltage generator 20b applies a negative potential difference of a few volts between the tip 1 and the substrate 17 for a reading mode operation by microscopy. tunnel effect. Under the effect of this potential difference, a current of the order of the nanoampère for example flows between the tip 1 and the substrate 17, and the tip 1 then operates as a tunneling microscopy tip.
  • a suitable detection device 24 of the type used in tunneling microscopy to derive information relating to the surface 17a of the substrate 17 from the measured current is used to detect this information.
  • Such a detection device being conventional in the field of tunnel microscopy, it will not be described in more detail here. Atomic resolution can be obtained on a Gallium Arsenide substrate, with the system described here.
  • the outer geometry of the end of the needle 2 can be renewed. Indeed, for example following the writing in solid metal ion emission mode, the end of the tip 1 may have been subjected to strong erosion, and it is appropriate to renew the geometry of this end for the subsequent uses of the tip 1.
  • the electrically conductive material contained in the tank is liquefied by heating applied by the current generator 19, to flow this material along the tip until it returns to its original geometry.
  • the head 12 is placed opposite the sample holder 16,
  • alignment marks are formed by ion etching, while possibly making a relative horizontal displacement (perpendicular to the direction of the ion emissions) of the tip by relation to the substrate,
  • the marks previously formed are detected, then the tip is moved relative to the sample 16, to the point where a structure is to be formed in the substrate 16,
  • the surface of the substrate 17 is formed in the desired manner, then
  • the external geometry of the needle 2 is regenerated for a subsequent reading or writing.
  • many read / write heads 12 can work in parallel with respect to a single substrate 17 to form the surface of this substrate.
  • the needles of these heads may all have the same electrically conductive material, or drop different.
  • the operating mode of each head 12, as well as its position in the transmission direction Z can be set independently by a central unit 25 according to a pre-established method.
  • the central unit 25 can also control the movement in the two other directions X and Y of the substrate 17. It will be noted that the automation and the systematization of the operations which have just been described can be predefined and controlled by a computer program loaded with memory of the central unit 25.
  • an acceleration device 26 comprising a mask 27 pierced with openings 28, for example a few nanometers in diameter.
  • This acceleration device may also comprise electrodes 29a, 29b on the upper faces (facing the needle 2) and lower faces (facing the substrate 17) brought to polarities adapted to accelerate the beam of light. ions emitted from the needle 2.
  • the substrate 17 it is possible, for example, to provide, in biology, for the substrate 17 to be a biological molecule or a cell into which one or several atoms, whose influence on the studied structure is to be evaluated, and that a change in the properties of the studied cell is detected in reading mode following the deposit previously made.
  • the device of FIG. 6 it is thus possible to carry out a battery of tests in parallel using very small quantities of reagents.
  • nanoscale data storage is provided by storing information on the surface in write mode and accessing them in read mode.
  • the heating regeneration function can be implemented before each read or write operation to regenerate the external geometry of the tip, if necessary, or to rid the tip, by thermal evaporation, of impurities (by example oxides) that have been deposited on them since its last use.
  • a wire in a refractory material for forming the core of the needle For example, a tungsten wire is produced by hot pressing of tungsten powder in an extruder. The outer surface of the wire thus formed is roughened to increase the capillarity of this surface. This roughening may for example be carried out by electrolytic etching of the wire in a soda bath for a few minutes in alternating current. This step makes it possible to form a nano-colon structure in the surface of the core which allows the flow of the molten metal along the surface, and its retention.
  • the filament is for example made as a tungsten wire having the previously described geometry and is wound around the core, and the assembly can be fixed on the head of the device 12 as shown in Figure 7a.
  • the elongated form of the distal end of the core is obtained by a suitable method, for example by electrochemistry.
  • a heating current is circulated in the filament, in order to purify the core in particular oxides present on the surface of the nucleus.
  • the material in question which will be the material deposited in the writing mode, preferably has a melting temperature which is substantially lower than the melting temperature of the refractory material forming the core, so that it is possible to melt only this material while bearing this at a suitable temperature lower than the melting temperature of the core material.
  • the electrically conductive material in question it will be possible to choose a material that does not form an alloy with the refractory material of the core.
  • the crucible 30 contains molten gold by circulating a high current, for example of the order of one hundred amperes, in a filament 31 surrounding the crucible 30.
  • the gold is deposited by capillarity on the core, to form the layer 9 of electrically conductive material.
  • the reservoir 11 is formed by capillary action of the gold on the one hand on the core 8 in the median portion and on the other hand on the turns 10a, 10b and 10c of the filament 10.
  • FIG. 8a represents, on the left, the end of a tungsten core, taken by scanning electron microscopy, at a magnification 44, the scale representing 500 microns, before immersion in a bath of molten gold, for a first embodiment of concave core. On the right, a convex variant.
  • Figure 8b shows a magnification of the first embodiment at 2774 magnification, the scale being 10 microns.
  • the columnar structures formed in the core in the form of longitudinal micro-channels are distinguishable on this scale, as shown schematically by broken lines on Figure 8b.
  • the liquefied electrically conductive material flows in these channels, which protects it from external contaminations.

Landscapes

  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)

Abstract

The invention concerns a reading/writing tip configured in the shape of a needle consisting of a core (3) of refractory material covered with a coating (9) of electrically conductive material, and having an outer microscope needle geometry by tunnel effect, to obtain an information concerning a surface (17a) through tunnel-effect microscopy. The needle (2) emits a charged particle from the layer (9) of electrically conductive material, to form the surface. The tip comprises a reservoir (11) capable of being liquefied to flow along the tip.

Description

POINTE, TETE ET DISPOSITIF DE LECTURE/ECRITURE, ET SON UTILISATION, ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN TEL DISPOSITIF TIP, HEAD, AND DEVICE FOR READING / WRITING, AND ITS USE, AND METHOD FOR MANUFACTURING SUCH A DEVICE
La présente invention est relative aux pointes et aux têtes de dispositifs de lecture/écriture, à des dispositifs de lecture/écriture, et aux procédés de fabrication de tels dispositifs.The present invention relates to tips and heads of read / write devices, read / write devices, and methods of making such devices.
L'article « An improved gallium liquid métal ion source geometry for nanotechnology », Van Es et al., Microelectronic Engineering 73-74, (2004) ; 132-138 décrit un exemple d'une source d'ions de métaux liquides. Une telle source comporte généralement une pointe configurée sous la forme d'une aiguille formée d'un noyau d'un matériau réfractaire (dans cet article, du tungstène) recouvert partiellement d'une couche de matériau électriquement conducteur (dans cet article, du Gallium) , ladite aiguille présentant une portion de connexion à un générateur électrique pour l'application d'un potentiel électrique à l'aiguille, ladite aiguille étant adaptée pour être placée dans un système d'optique électrostatique lui-même en vis-à-vis d'un substrat électriquement conducteur présentant une surface, ladite aiguille étant adaptée pour émettre une particule chargée, d'une première polarité, depuis la couche de matériau électriquement conducteur, en direction de la surface du substrat sous l'effet d'une différence de potentiel électrique appliquée par le générateur électrique entre le substrat et l'aiguille, pour former ladite surface du substrat , ladite pointe comprenant en outre un réservoir comprenant une réserve du matériau électriquement conducteur formant ladite couche, ledit réservoir étant en communication fluide avec ladite couche, et un dispositif de transfert de chaleur adapté pour être relié à un générateur de chaleur (dans cet article, le générateur électrique) et pour liquéfier le matériau électriquement conducteur contenu dans le réservoir pour le faire s'écouler le long de la pointe sous l'action du générateur de chaleur.The article "An improved gallium liquid metal ion source geometry for nanotechnology", Van Es et al., Microelectronic Engineering 73-74, (2004); 132-138 describes an example of a source of liquid metal ions. Such a source generally comprises a tip configured in the form of a needle formed of a core of a refractory material (in this article, tungsten) partially covered with a layer of electrically conductive material (in this article, gallium ), said needle having a connection portion to an electric generator for applying an electric potential to the needle, said needle being adapted to be placed in an electrostatic optical system itself in vis-à-vis an electrically conductive substrate having a surface, said needle being adapted to emit a charged particle, of a first polarity, from the layer of electrically conductive material, towards the surface of the substrate under the effect of a difference in electric potential applied by the electrical generator between the substrate and the needle, to form said surface of the substrate, said tip compresses further comprising a reservoir comprising a reserve of the electrically conductive material forming said layer, said reservoir being in fluid communication with said layer, and a heat transfer device adapted to be connected to a heat generator (in this article, the electric generator) and to liquefy the electrically conductive material contained in the reservoir to flow along the tip under the action of the heat generator.
L'aiguille utilisée dans de tels procédés est généralement de géométrie grossière (de l'ordre de 0,4 millimètre de diamètre) . Elle permet de générer un faisceau d'ions et/ou de déposer des amas de matière de taille de l'ordre de la dizaine ou centaine de nanomètres sur le substrat. Le départ de matière de la pointe sur le substrat conduit à une érosion qui est compensée par l'écoulement de matériau depuis le réservoir, ce matériau étant maintenu fluide par le dispositif de transfert de chaleur.The needle used in such processes is generally of coarse geometry (of the order of 0.4 millimeter in diameter). It makes it possible to generate an ion beam and / or to deposit clusters of material of size of the order of ten or one hundred nanometers on the substrate. The departure of material from the tip on the substrate leads to erosion which is compensated by the flow of material from the reservoir, which material is kept fluid by the heat transfer device.
Par ailleurs, on connaît, de l'article « Atom-probe field-ion microscopy of a high intensity gallium ion source » de Culbertson et al . , une pointe du type décrit ci-dessus, dans lequel l'émission d'ions est effectuée à une température inférieure à la température de fusion du matériau à déposer. On peut ainsi mettre en œuvre une émission d'ions à partir de métaux en phase solide . Pour de telles pointes, une précision quasiment atomique de la formation de la surface du substrat peut être obtenue. Toutefois, l'autonomie de telles sources reste relativement limitée, du fait du caractère solide du matériau à évaporer lorsqu'il est présent sur l'aiguille. Ce caractère solide empêche l'écoulement du matériau jusqu'au site actif de l'aiguille. Par conséquent, un réservoir n'est pas utilisé pour ce type de pointe .Furthermore, it is known from the article "Atom-probe field-ion microscopy of high intensity gallium ion source" of Culbertson et al. , a tip of the type described above, wherein the ion emission is carried out at a temperature below the melting temperature of the material to be deposited. It is thus possible to implement ion emission from solid-phase metals. For such peaks, near-atomic accuracy of substrate surface formation can be achieved. However, the autonomy of such sources remains relatively limited, because of the solid nature of the material to be evaporated when it is present on the needle. This solid character prevents the flow of material to the active site of the needle. Therefore, a tank is not used for this type of tip.
Par ailleurs, Binnig et Rohrer ont présenté, par exemple dans « Scanning tunnelling microscopy- from birth to adolescence », Review of Modem Physics, vol. 59, no 3, Part 1, juillet 1987, des microscopes électroniques à effet tunnel qui comportent une pointe connectée à un générateur adapté pour générer une différence de potentiel entre la pointe et le substrat, pour arracher un électron à la pointe. De tels microscopes peuvent déterminer une information sur la surface du substrat à partir du courant mesuré s 'écoulant entre la pointe et le substratIn addition, Binnig and Rohrer have presented, for example, in Scanning Tunneling Microscopy from Birth to Adolescence, Review of Modem Physics, Vol. 59, No. 3, Part 1, July 1987, tunneling electron microscopes which include a tip connected to a generator adapted to generate a potential difference between the tip and substrate, to snatch an electron at the tip. Such microscopes can determine information on the surface of the substrate from the measured current flowing between the tip and the substrate.
Chacune de ces fonctions est toutefois mise en œuvre aujourd'hui par un dispositif distinct.Each of these functions, however, is implemented today by a separate device.
L'invention se rapporte principalement à une pointe de lecture/écriture configurée sous la forme d'une aiguille formée d'un noyau d'un matériau réfractaire recouvert au moins partiellement d'une couche de matériau électriquement conducteur, ladite aiguille présentant une portion de connexion à un générateur électrique pour l'application d'un potentiel électrique à l'aiguille, ladite aiguille étant adaptée pour être placée dans une position d'opération au voisinage d'un substrat électriquement conducteur présentant une surface, ladite aiguille présentant une géométrie externe d'aiguille de microscope par effet tunnel, et étant adaptée pour être connectée, dans un mode de lecture, à un système de détection pour l'obtention d'une information relative à ladite surface par microscopie par effet tunnel sous l'effet d'une première différence de potentiel électrique appliqué par le générateur électrique entre le substrat et l'aiguille, et ladite aiguille étant adaptée pour émettre, dans un mode d'écriture, une particule chargée, d'une première polarité, depuis la couche de matériau électriquement conducteur, en direction de la surface du substrat sous l'effet d'une deuxième différence de potentiel électrique appliqué par le générateur électrique entre le substrat et l'aiguille, de signe opposé à la première différence de potentiel, pour former ladite surface du substrat, ladite pointe comprenant en outre un réservoir comprenant une réserve du matériau électriquement conducteur formant ladite couche, ledit réservoir étant en communication fluide avec ladite couche, et un dispositif de transfert de chaleur adapté pour, lorsqu'il est activé, liquéfier le matériau électriquement conducteur contenu dans le réservoir pour le faire s'écouler le long de la pointe. Le matériau s'écoule par capillarité le long de la pointe .The invention relates mainly to a read / write tip configured in the form of a needle formed of a core of a refractory material at least partially covered by a layer of electrically conductive material, said needle having a portion of connection to an electric generator for applying an electric potential to the needle, said needle being adapted to be placed in an operating position in the vicinity of an electrically conductive substrate having a surface, said needle having an external geometry of a microscope needle by tunnel effect, and being adapted to be connected, in a reading mode, to a detection system for obtaining information relating to said surface by tunneling microscopy under the effect of a first electric potential difference applied by the electric generator between the substrate and the needle, and said needle being adapted to transmit, in a write mode, a charged particle of a first polarity from the layer of electrically conductive material towards the surface of the substrate under the effect of a second applied electrical potential difference by the electrical generator between the substrate and the needle, of opposite sign to the first potential difference, for forming said surface of the substrate, said tip further comprising a reservoir comprising a reserve of the electrically material conductor forming said layer, said reservoir being in fluid communication with said layer, and a heat transfer device adapted to, when activated, liquefying the electrically conductive material contained in the reservoir to flow along the point. The material flows by capillarity along the tip.
Grâce à ces dispositions, une même pointe peut être utilisée à la fois comme la pointe d'un microscope à effet tunnel, pour mettre en œuvre une opération de lecture de caractéristiques de la surface du substrat, et comme pointe d'écriture, pour former la surface du substrat, en tant que source d'ions de métal liquide ou solide. Une telle pointe présente pour avantage de pouvoir facilement alterner des étapes d'écriture et de lecture, ce qui est intéressant en pratique pour pouvoir facilement repérer l'endroit où l'écriture est à réaliser sans avoir à faire appel à un système de microscopie extérieur.Thanks to these arrangements, the same tip can be used both as the tip of a tunneling microscope, to implement a read operation of characteristics of the surface of the substrate, and as a writing tip, to form the surface of the substrate, as a source of liquid or solid metal ions. Such a tip has the advantage of being able to easily alternate the steps of writing and reading, which is interesting in practice to be able to easily locate the place where the writing is to be done without having to use an external microscopy system .
Pour passer d'une fonction de lecture à une fonction d'écriture, il suffit d'inverser la différence de potentiel appliquée entre la pointe et le substrat.To switch from a read function to a write function, simply reverse the potential difference applied between the tip and the substrate.
Lors d'une écriture en mode d'émission d'ions de métal liquide, la fluidité du métal recouvrant le noyau permet de conserver une géométrie de la pointe qui sera toujours adaptée pour une lecture ultérieure.When writing in liquid metal ion emission mode, the fluidity of the metal covering the core makes it possible to maintain a geometry of the tip which will always be suitable for a subsequent reading.
Après une écriture en mode d'émission d'ions de métal solide (à température plus faible) , un phénomène d'érosion locale peut être obtenu au niveau de la pointe. Par le dispositif de transfert de chaleur, on peut mettre en œuvre une opération de régénération de la pointe pour lui faire retrouver sa géométrie initiale, adaptée pour le mode lecture.After writing in solid metal ion emission mode (at lower temperature), a local erosion phenomenon can be obtained at the tip. By the heat transfer device, it is possible to implement a regeneration operation of the tip to make it recover its initial geometry, suitable for the reading mode.
Par conséquent, l'invention propose une pointe adaptée pour mettre en œuvre trois fonctions qui étaient jusqu'alors mises en œuvre chacune par des moyens indépendants .Therefore, the invention proposes a tip adapted to implement three functions that were previously implemented each by means independent.
Dans des modes de réalisation préférés de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions suivantes : l'aiguille comporte une extrémité pointue adaptée pour être placée en regard de ladite surface, ladite extrémité pointue présentant un rayon de courbure sensiblement compris entre 0,1 et 2 micromètres (μm) ; le noyau comporte un corps effilé de diamètre compris entre 0,1 et 0,4 millimètres (mm) se prolongeant par une extrémité effilée de diamètre diminuant à mesure que la distance au corps augmente ; le noyau est réalisé dans un matériau présentant une température de fusion sensiblement plus élevée que le matériau électriquement conducteur de la couche, ledit dispositif de transfert de chaleur étant adapté, lorsqu'il est activé, pour porter l'aiguille et le réservoir à une température comprise entre les températures de fusion du matériau électriquement conducteur et du matériau du noyau ; le noyau est réalisé dans un matériau colonnaire présentant une rugosité en forme de micro-canaux longitudinaux adaptés pour permettre à la fois l'écoulement du matériau électriquement conducteur liquéfié le long du noyau à ladite température comprise entre les températures de fusion du matériau électriquement conducteur et du matériau du noyau, et la rétention du matériau électriquement conducteur sur le noyau par capillarité ; le réservoir comprend une bulle du matériau électriquement conducteur entourant l'aiguille en communication fluide avec la couche, et le dispositif de transfert de chaleur comprend un filament comprenant : au moins une spire entourant l'aiguille et noyée dans le réservoir de matériau électriquement conducteur, et une portion de connexion à un générateur électrique adapté pour faire circuler dans le filament une puissance électrique adaptée pour liquéfier le matériau électriquement conducteur du réservoir par effet de type Joule ; ladite particule chargée d'une première polarité est un cation.In preferred embodiments of the invention, one or more of the following arrangements may also be used: the needle has a pointed end adapted to be placed facing said surface, said pointed end having a radius of curvature substantially between 0.1 and 2 micrometers (μm); the core has a tapered body of diameter between 0.1 and 0.4 millimeters (mm) extending through a tapered end of decreasing diameter as the distance to the body increases; the core is made of a material having a substantially higher melting temperature than the electrically conductive material of the layer, said heat transfer device being adapted, when activated, to bring the needle and the reservoir to a temperature between the melting temperatures of the electrically conductive material and the core material; the core is made of a columnar material having a longitudinal micro-channel shaped roughness adapted to allow both the flow of liquefied electrically conductive material along the core at said temperature between the melting temperatures of the electrically conductive material and core material, and retention of the electrically conductive material on the core by capillarity; the reservoir comprises a bubble of the electrically conductive material surrounding the needle in fluid communication with the layer, and the heat transfer device comprises a filament comprising: at least one turn surrounding the needle and embedded in the reservoir of electrically conductive material, and a connection portion to a generator electrical connector adapted to circulate in the filament electrical power adapted to liquefy the electrically conductive material of the reservoir by Joule type effect; said charged particle of a first polarity is a cation.
Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à une tête de dispositif de lecture/écriture comprenant un support portant au moins une telle pointe, le support comprenant une première zone de connexion connectée électriquement à ladite portion de connexion de l'aiguille, et adaptée pour être connectée à un générateur électrique pour l'application d'un potentiel électrique à l'aiguille.According to another aspect, the invention relates to a read / write device head comprising a support carrying at least one such point, the support comprising a first connection zone electrically connected to said connection portion of the needle, and adapted to be connected to an electric generator for applying an electric potential to the needle.
Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à une tête de dispositif de lecture/écriture comprenant une pluralité de supports portant chacun une telle pointe, chaque support comprenant une première zone de connexion connectée électriquement à la portion de connexion de l'aiguille respective, et adaptée pour être connectée à un générateur électrique pour l'application d'un potentiel électrique indépendant à chaque aiguille.According to another aspect, the invention relates to a read / write device head comprising a plurality of supports each carrying such a tip, each support comprising a first connection zone electrically connected to the connection portion of the respective needle. , and adapted to be connected to an electric generator for the application of an independent electric potential to each needle.
Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un dispositif de lecture/écriture comportant : une telle tête de dispositif de lecture/écriture, un porte-échantillon adapté pour recevoir un substrat comportant une portion de surface en regard de chaque pointe, un système de déplacement adapté pour générer un déplacement relatif de la surface et des pointes, un générateur électrique connecté à la portion de connexion de chaque pointe pour appliquer une première différence de potentiel électrique indépendant entre la pointe considérée et la portion de surface en regard, et une deuxième différence de potentiel électrique indépendant entre la pointe considérée et la portion de surface en regard, la deuxième différence de potentiel électrique étant de signe opposé à la première différence de potentiel électrique pour la pointe considérée, ledit générateur électrique étant connecté électriquement au dispositif de transfert de chaleur pour activer celui-ci.According to another aspect, the invention relates to a read / write device comprising: such a read / write device head, a sample holder adapted to receive a substrate comprising a surface portion opposite each tip, a displacement system adapted to generate a relative displacement of the surface and points, an electrical generator connected to the connection portion of each tip for applying a first independent electrical potential difference between the point considered and the surface portion opposite, and a second difference of independent electric potential between the considered tip and the facing surface portion, the second electrical potential difference being of opposite sign to the first electrical potential difference for the tip in question, said electric generator being electrically connected to the heat transfer device to activate it. this.
Dans un mode de réalisation préféré, on peut en outre prévoir qu'un tel dispositif comprend un système de détection connecté électriquement à l'aiguille et adapté pour obtenir une information relative à ladite surface par microscopie par effet tunnel sous l'effet de ladite première différence de potentiel électrique.In a preferred embodiment, provision may furthermore be made for such a device to comprise a detection system electrically connected to the needle and adapted to obtain information relating to said surface by tunneling microscopy under the effect of said first electric potential difference.
Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un procédé d'écriture dans lequelAccording to another aspect, the invention relates to a writing method in which
(a) on place dans une position d'opération au voisinage d'un substrat électriquement conducteur présentant une surface une telle pointe de lecture/écriture,(a) placing in such an operating position in the vicinity of an electrically conductive substrate having a surface such a reading / writing tip,
(b) un générateur électrique applique une deuxième différence de potentiel électrique entre le substrat et l'aiguille, de signe opposé à la première différence de potentiel, ladite aiguille émettant une particule chargée de ladite première polarité depuis la couche de matériau électriquement conducteur, en direction de la surface du substrat pour former ladite surface du substrat .(b) an electrical generator applies a second electrical potential difference between the substrate and the needle, of opposite sign to the first potential difference, said needle emitting a charged particle of said first polarity from the layer of electrically conductive material, in direction of the surface of the substrate to form said surface of the substrate.
Dans certains modes de réalisation, on peut en outre prévoir l'une et/ou l'autre des dispositions suivantes : au cours de l'étape (b) on forme la surface en déposant sur la surface une particule de métal électriquement conducteur arrachée à la couche de la pointe sous l'effet de ladite deuxième différence de potentiel ; au cours de l'étape (b) , le dispositif de transfert de chaleur maintient à l'état solide le matériau électriquement conducteur contenu dans le réservoir et le long de la pointe ; au cours de l'étape (b) on forme la surface en gravant la surface par impact d'une particule de métal électriquement conducteur arrachée à la couche de la pointe, sous l'effet de ladite deuxième différence de potentiel ; au cours de l'étape (b) , le dispositif de transfert de chaleur maintient à l'état liquide le matériau électriquement conducteur contenu dans le réservoir et le long de la pointe ; le générateur électrique applique au dispositif de transfert de chaleur une puissance électrique suffisante pour maintenir à l'état liquide le matériau électriquement conducteur du réservoir et de la couche ; au cours de l'étape (a), on place dans la position d'opération au voisinage d'un substrat électriquement conducteur présentant une surface une pluralité de telles pointes de lecture/écriture, chacune étant connectée à un générateur électrique pour l'application d'un potentiel électrique indépendant à chaque aiguille, et l'étape (b) est mise en œuvre de manière indépendante pour chaque aiguille ; entre deux étapes (b) successives, on applique un mouvement relatif au substrat et à au moins une pointe.In some embodiments, one and / or the other of the following provisions may also be provided: during step (b) the surface is formed by depositing on the surface a particle of electrically conductive metal wrenched from the layer of the tip under the effect of said second potential difference; during step (b), the heat transfer device maintains the solid state of the electrically conductive material contained in the reservoir and the along the tip; during step (b) the surface is formed by etching the surface by impact of an electrically conductive metal particle torn off from the tip layer, under the effect of said second potential difference; during step (b), the heat transfer device maintains in the liquid state the electrically conductive material contained in the reservoir and along the tip; the electric generator applies to the heat transfer device sufficient electrical power to maintain in the liquid state the electrically conductive material of the reservoir and the layer; during step (a), a plurality of such read / write tips are placed in the operating position in the vicinity of an electrically conductive substrate having a surface, each being connected to an electrical generator for application an independent electric potential for each needle, and the step (b) is implemented independently for each needle; between two successive steps (b), a relative movement is applied to the substrate and to at least one point.
Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un procédé de régénération d'une telle pointe de lecture/écriture, dans lequel on met en œuvre une étape (c) au cours de laquelle le dispositif de transfert de chaleur liquéfie le matériau électriquement conducteur contenu dans le réservoir, et fait s'écouler celui-ci le long de la pointe .According to another aspect, the invention relates to a method of regenerating such a read / write tip, in which a step (c) is implemented in which the heat transfer device liquefies the material electrically. conduct contained in the tank, and flows it along the tip.
Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un procédé de lecture dans lequelAccording to another aspect, the invention relates to a reading method in which
(d) on place dans une position d'opération au voisinage d'un substrat électriquement conducteur présentant une surface une telle pointe,(d) place in an operating position at adjacent an electrically conductive substrate having a surface such a tip,
(e) un générateur électrique applique entre le substrat et l'aiguille une première différence de potentiel électrique,(e) an electric generator applies between the substrate and the needle a first electrical potential difference,
(f) un système de détection connecté à ladite aiguille obtient une information relative à ladite surface par microscopie par effet tunnel sous l'effet de ladite première différence de potentiel électrique.(f) a detection system connected to said needle obtains information relating to said surface by tunneling microscopy under the effect of said first electric potential difference.
Dans un mode de réalisation, on peut en outre prévoir qu'on applique un mouvement relatif à la pointe et au substrat, et on réitère les étapes (d) , (e) , et (f) .In one embodiment, provision can further be made for applying a movement relative to the tip and the substrate, and steps (d), (e), and (f) are repeated.
Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un procédé de traitement de surface dans lequel on met en œuvre successivement avec une même pointe au moins un tel procédé de lecture et un procédé choisi parmi un tel procédé d'écriture et un tel procédé de régénération.According to another aspect, the invention relates to a surface treatment method in which at least one such reading method is implemented successively with the same point and a method chosen from among such a writing method and such a method. regeneration.
Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un programme d'ordinateur comprenant des portions de code de programme pour l'exécution des étapes d'un tel procédé lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur.According to another aspect, the invention relates to a computer program comprising portions of program code for executing the steps of such a method when said program is executed on a computer.
Selon un autre aspect, l'invention se rapporte à un procédé de fabrication d'une pointe de lecture/écriture dans lequel :According to another aspect, the invention relates to a method of manufacturing a read / write tip in which:
(z) on forme un noyau d'un matériau réfractaire,(z) forming a core of a refractory material,
(y) on recouvre le noyau au moins partiellement d'une couche de matériau électriquement conducteur, pour former une aiguille une portion de connexion à un générateur électrique pour l'application d'un potentiel électrique à l'aiguille, étant définie dans ladite aiguille, ladite aiguille étant adaptée pour être placée dans une position d'opération au voisinage d'un substrat électriquement conducteur présentant une surface,(y) the core is at least partially covered with a layer of electrically conductive material, to form a needle a connection portion to an electric generator for applying an electric potential to the needle, being defined in said needle said needle being adapted to be placed in an operating position in the vicinity of an electrically conductive substrate having a surface,
(x) on donne à l'aiguille la géométrie externe d'une aiguille de microscope pour effet tunnel, ladite aiguille étant adaptée pour être connectée dans un mode de lecture à un système de détection pour l'obtention d'une information relative à la surface par microscopie par effet tunnel sous l'effet d'une première différence de potentiel électrique appliqué par le générateur électrique entre le substrat et l'aiguille, et ladite aiguille étant adaptée pour émettre, dans un mode d'écriture une particule chargée d'une première polarité depuis la couche de matériau électriquement conducteur, en direction de la surface du substrat sous l'effet d'une deuxième différence de potentiel électrique appliquée par le générateur électrique entre le substrat et l'aiguille, de signe opposé à la première différence de potentiel, pour former ladite surface du substrat,(x) the needle is given the external geometry of a tunneling microscope needle, said needle being adapted to be connected in a read mode to a detection system for obtaining a surface-related information by tunneling microscopy under the effect of a first electric potential difference applied by the electric generator between the substrate and the needle, and said needle being adapted to emit, in a writing mode, a particle charged with a first polarity from the layer of electrically conductive material, in direction of the surface of the substrate under the effect of a second electric potential difference applied by the electric generator between the substrate and the needle, of sign opposite to the first potential difference, for forming said surface of the substrate,
(w) on place en communication fluide avec ladite couche un réservoir comprenant une réserve du matériau électriquement conducteur formant ladite couche, et (v) on lie à ladite aiguille un dispositif de transfert de chaleur adapté pour, lorsqu'il est activé, liquéfier le matériau électriquement conducteur contenu dans le réservoir et pour le faire s'écouler le long de la pointe.(w) placing in a fluid communication with said layer a reservoir comprising a reserve of the electrically conductive material forming said layer, and (v) binding to said needle a heat transfer device adapted to, when activated, liquefying the electrically conductive material contained in the reservoir and for flowing along the tip.
Dans certains modes de réalisation, on peut en outre prévoir de mettre en œuvre l'une et/ou l'autre des dispositions suivantes : au cours de l'étape (z) :In certain embodiments, it is furthermore possible to implement one and / or the other of the following provisions: during step (z):
(zl) on rugosifie le noyau par attaque chimique, pour augmenter la capillarité du noyau au matériau électriquement conducteur en y formant des micro-canaux longitudinaux, on met en œuvre les étapes (w) et (y) simultanément en immergeant dans un bain du matériau électriquement conducteur fondu le noyau doté d'un filament présentant : une portion de connexion à un générateur électrique adapté pour faire circuler dans le filament une puissance électrique adaptée pour liquéfier le matériau électriquement conducteur du réservoir, et(zl) the core is etched by chemical etching, to increase the capillarity of the core to the electrically conductive material by forming longitudinal micro-channels therein, steps (w) and (y) are simultaneously performed by immersing in a bath of electrically conductive material melted the core having a filament having: a connection portion to a generator electrical connector adapted to circulate in the filament electrical power adapted to liquefy the electrically conductive material of the reservoir, and
- au moins une spire entourant l'aiguille et noyée dans le réservoir de matériau électriquement conducteur.at least one turn surrounding the needle and embedded in the reservoir of electrically conductive material.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description suivante d'une de ses formes de réalisation, donnée à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints.Other features and advantages of the invention will become apparent from the following description of one of its embodiments, given by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings.
Sur les dessins :On the drawings:
- la figure 1 est une vue schématique partielle d'une pointe de lecture/écriture,FIG. 1 is a partial schematic view of a read / write tip,
- la figure 2 est une vue schématique en perspective d'une tête de lecture/écriture incorporant la pointe de la figure 1,FIG. 2 is a schematic perspective view of a read / write head incorporating the tip of FIG. 1;
- la figure 3 est une vue schématique d'un dispositif de lecture/écriture incorporant la tête de la figure 2 ,FIG. 3 is a schematic view of a read / write device incorporating the head of FIG. 2;
- la figure 4 est un schéma fonctionnel du dispositif de lecture/écriture de la figure 3,FIG. 4 is a block diagram of the read / write device of FIG. 3,
- les figures 5a, 5b, 5c et 5d sont des schémas correspondant à la figure 4 du dispositif de lecture/écriture, respectivement dans des modes d'écriture en source d'ion de métal liquide, d'écriture en mode source d'ion de métal solide, en mode lecture, et en mode régénération,FIGS. 5a, 5b, 5c and 5d are diagrams corresponding to FIG. 4 of the reading / writing device, respectively in liquid metal ion source writing modes, ion source mode writing modes; of solid metal, in read mode, and in regeneration mode,
- la figure 6 est un schéma correspondant à la figure 3 d'un dispositif de lecture/écriture selon un deuxième mode de réalisation,FIG. 6 is a diagram corresponding to FIG. 3 of a read / write device according to a second embodiment,
- les figures 7a et 7b sont des schémas représentatifs chacun d'une étape de fabrication d'une pointe de lecture/écriture, etFIGS. 7a and 7b are diagrams each representative of a step of manufacturing a read / write tip, and
- la figure 8a représente un exemple de géométrie de pointe selon deux modes de réalisation, prise par microscopie électronique à balayage, et - la figure 8b représente un agrandissement de l'extrémité du premier mode de réalisation de la figure 8a.FIG. 8a represents an example of peak geometry according to two embodiments, taken by scanning electron microscopy, and - Figure 8b shows an enlargement of the end of the first embodiment of Figure 8a.
Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.In the different figures, the same references designate identical or similar elements.
La figure 1 (pas à l'échelle afin de faciliter la compréhension) représente partiellement une pointe de lecture/écriture. Cette pointe 1 se présente généralement sous la forme d'une aiguille 2 présentant un corps 3 sensiblement cylindrique s' étendant à la fois dans une portion proximale 4 et une portion médiane 5 de la pointe, et une extrémité pointue 6 s 'étendant dans une portion distale 7 de la pointe en prolongement du corps 3. La géométrie externe de l'extrémité pointue 6, qui s'étend sur quelques dixièmes de millimètres est celle d'une pointe de microscope à effet tunnel. Le rayon de courbure terminal de la pointe est sensiblement compris entre 0,1 et 2 micromètres, de préférence entre 0,3 et 1 micromètre, tel que mesuré par microscopie à balayage. A ce titre, on donnera à la surface externe 6a de l ' extrémité pointue 6 toute géométrie adaptée pour l'utilisation de la tête de lecture/écriture comme aiguille de microscope à effet tunnel .Figure 1 (not to scale for ease of understanding) partially represents a reading / writing tip. This tip 1 is generally in the form of a needle 2 having a substantially cylindrical body 3 extending both in a proximal portion 4 and a medial portion 5 of the tip, and a pointed end 6 extending into a distal portion 7 of the tip in extension of the body 3. The external geometry of the pointed end 6, which extends over a few tenths of a millimeter is that of a tunneling microscope tip. The end radius of curvature of the tip is substantially between 0.1 and 2 micrometers, preferably between 0.3 and 1 micrometer, as measured by scanning microscopy. As such, the outer surface 6a of the pointed end 6 will be given any suitable geometry for the use of the read / write head as a tunneling microscope needle.
L'aiguille 2 comporte un long noyau effilé 8 d'un matériau réfractaire, tel que par exemple du tungstène et, recouvert d'une fine couche 9 d'un matériau électriquement conducteur, tel que par exemple de l'or. A titre d'exemple, dans le mode de réalisation présenté, le noyau 8 est formé d'un fil de tungstène de 0,25 mm de diamètre recouvert au moins partiellement, et au moins dans la portion distale 7, d'un film d'or de quelques microns d' épaisseur.The needle 2 comprises a long tapered core 8 of a refractory material, such as for example tungsten and covered with a thin layer 9 of an electrically conductive material, such as for example gold. By way of example, in the embodiment shown, the core 8 is formed of a 0.25 mm diameter tungsten wire covered at least partially, and at least in the distal portion 7, with a film of gold a few microns thick.
Dans la portion médiane 5 de la pointe 1 se trouvent quelques spires 10a, 10b, 10c d'un filament électrique 10. Ces spires, au nombre de trois sur la figure 1, à titre d'exemple, sont enroulées autour de l'axe longitudinal de l'aiguille 2 dans la portion médiane et sont par exemple réalisées d'un fil de tungstène d'environ 0,1 mm de diamètre. Dans l'exemple présenté, les spires forment un cercle de diamètre d'environ 0,5 mm qui entoure un réservoir 11 du matériau électriquement conducteur.In the middle portion 5 of the tip 1 are a few turns 10a, 10b, 10c of an electric filament 10. These turns, three in number in Figure 1, for example, are wound around the axis longitudinal of the needle 2 in the middle portion and are for example made of a tungsten wire of about 0.1 mm in diameter. In the example shown, the turns form a circle with a diameter of about 0.5 mm surrounding a reservoir 11 of the electrically conductive material.
Comme représenté sur la figure 2, la pointe 1 qui vient d'être décrite est montée sur une tête 12 de dispositif de lecture/écriture telle que par exemple une tête de microscopie à effet tunnel de diamètre extérieur de quelques millimètres. Une telle tête 12 comporte par exemple un capillaire central 13 adapté à être relié à un générateur électrique (non représenté sur la figure 2) ainsi qu'une pluralité de traverses 14a, 14c isolées électriquement les unes des autres.As shown in FIG. 2, the tip 1 which has just been described is mounted on a read / write device head 12 such as, for example, a tunneling microscopy head with an outside diameter of a few millimeters. Such a head 12 comprises for example a central capillary 13 adapted to be connected to an electric generator (not shown in Figure 2) and a plurality of cross members 14a, 14c electrically isolated from each other.
La pointe 1, représentée sur la figure 1, comportant l'aiguille 2 et le filament 10 comportant une première extrémité 1Od et une deuxième extrémité 10e entre lesquelles s'étendent les spires 10a, 10b, 10c est connectée électriquement à la tête 12, D'une part, la portion proximale 4 de la pointe est connectée électriquement au capillaire central 13 alimenté depuis la première traverse 14a. A ce niveau, la première extrémité 1Od du filament 10 est connectée électriquement à l'aiguille 2, pour former un seul point de contact électrique. Pour refermer le circuit électrique de chauffage, la deuxième extrémité 10e du filament 10 est reliée électriquement à une des traverses isolées, par exemple la traverse 14b, par exemple par sertissage, ou par soudure par points.The tip 1, shown in Figure 1, comprising the needle 2 and the filament 10 having a first end 10d and a second end 10e between which the turns 10a, 10b, 10c extend is electrically connected to the head 12, D firstly, the proximal portion 4 of the tip is electrically connected to the central capillary 13 fed from the first cross member 14a. At this point, the first end 10d of the filament 10 is electrically connected to the needle 2 to form a single point of electrical contact. To close the electric heating circuit, the second end 10e of the filament 10 is electrically connected to one of the insulated crosspieces, for example the cross member 14b, for example by crimping, or by spot welding.
Comme représenté sur la figure 3, les première et deuxième traverses 14a, 14c sont reliées à un générateur électrique 15 qui sera décrit plus en détail par la suite en relation avec les figures 4 et 5a à 5d. La traverse 14c est quant à elle reliée électriquement au capillaire 13. La tête de lecture/écriture 12 est placée à proximité d'un porte-échantillons 16 qui porte un substrat 17 comportant une surface 17a orientée vers la pointe 1 et destinée à être lue ou formée par la pointe 1. La distance entre la pointe 1 et la surface 17a est par exemple de l'ordre de la centaine de microns. Le générateur électrique 15 est également connecté électriquement au porte-échantillon 16 pour l'application d'une différence de potentiel entre le substrat 17 et la pointe 1.As shown in Figure 3, the first and second cross 14a, 14c are connected to an electric generator 15 which will be described in more detail later in relation to Figures 4 and 5a to 5d. The cross member 14c is electrically connected to the capillary 13. The read / write head 12 is placed near a sample holder 16 which carries a substrate 17 having a surface 17a oriented towards the tip 1 and intended to be read or formed by the tip 1. The distance between the tip 1 and the surface 17a is for example of the order of one hundred microns. The electric generator 15 is also electrically connected to the sample holder 16 for the application of a potential difference between the substrate 17 and the tip 1.
Un dispositif de déplacement 18 est adapté pour appliquer un mouvement relatif de la surface 17a et de la pointe 1 selon une, deux ou trois dimensions. Un tel dispositif de déplacement peut être classiquement un dispositif de déplacement du type utilisé en microscopie par effet tunnel, tel que par exemple un dispositif à base d'éléments piézo-électriques capables de s'allonger sous l'effet du passage d'un courant électrique dans le matériau. Dans l'exemple présenté, comme représenté par les trois flèches, X, Y, Z, le porte-échantillons peut être soumis à un déplacement selon les trois directions par rapport à la tête de lecture/écriture qui reste fixe. D'autres variantes de réalisation sont possibles. En particulier, le réglage de la hauteur de la pointe 1 par rapport à la surface 17a du substrat peut être effectué en déplaçant selon la direction Z la tête 12 par rapport au porte-échantillons restant fixe dans cette direction, alors que le déplacement « horizontal » le long des directions X ou Y est réalisé au niveau du porte-échantillons 16.A displacement device 18 is adapted to apply a relative movement of the surface 17a and the tip 1 in one, two or three dimensions. Such a displacement device may conventionally be a displacement device of the type used in tunneling microscopy, such as, for example, a device based on piezoelectric elements capable of elongating under the effect of the passage of a current. electric in the material. In the example shown, as represented by the three arrows, X, Y, Z, the sample holder can be moved along the three directions relative to the read / write head which remains fixed. Other alternative embodiments are possible. In particular, the adjustment of the height of the tip 1 relative to the surface 17a of the substrate can be carried out by moving in the Z direction the head 12 relative to the sample holder remaining fixed in this direction, while the "horizontal" movement Along the X or Y directions is carried out at the level of the sample holder 16.
Dans l'exemple présenté, le générateur électrique 15 comporte d'une part un générateur de courant 19 relié aux deux traverses 14a et 14c pour faire circuler un courant de chauffage dans le filament 10. Le générateur électrique 15 comporte également un générateur de tension 20 adapté pour appliquer une différence de potentiel d'un premier signe entre la pointe et le substrat 17, ou une différence de potentiel d'un deuxième signe opposé au premier signe entre ces deux éléments.In the example presented, the electric generator 15 comprises firstly a current generator 19 connected to the two crosspieces 14a and 14c for circulating a heating current in the filament 10. The electric generator 15 also comprises a voltage generator 20 adapted to apply a potential difference of a first sign between the tip and the substrate 17, or a potential difference of a second sign opposite the first sign between these two elements.
A ce titre, on pourrait prévoir simplement d'inverser la polarisation d'un générateur de tension unique. Selon une variante, tel que représenté sur la figure 4, on peut utiliser deux générateurs de tension 20a, 20b, indépendants de polarité inversée. Un interrupteur 21 permet de commander le choix du générateur 20a ou du générateur 20b, selon qu'il est positionné sur les bornes a ou b de l'interrupteur.As such, one could simply provide to reverse the polarization of a single voltage generator. According to a variant, as shown in FIG. 4, it is possible to use two voltage generators 20a, 20b, independent of reversed polarity. A switch 21 makes it possible to control the choice of the generator 20a or the generator 20b, depending on whether it is positioned on the terminals a or b of the switch.
Le premier générateur de tension 20a est adapté pour utiliser le dispositif de lecture/écriture en mode d'écriture (source d'ion de métal liquide ou solide) . A ce titre, on peut par exemple utiliser un générateur du type appliquant à la pointe 1 une tension positive de l'ordre de 0 à 5 kilovolts, le porte-échantillons 16 étant relié à la masse. Le courant délivré par le premier générateur 20a est de l'ordre de 1 à 10 micro ampères par exemple.The first voltage generator 20a is adapted to use the write mode read / write device (liquid or solid metal ion source). As such, one can for example use a generator of the type applying to the tip 1 a positive voltage of the order of 0 to 5 kilovolts, the sample holder 16 being connected to ground. The current delivered by the first generator 20a is of the order of 1 to 10 microamps for example.
A titre de second générateur de tension 20b, celui- ci peut appliquer une tension négative de l'ordre de quelques volts à la pointe 1 tandis que le porte- échantillons 16 est relié au substrat. Un courant pouvant être inférieur à 1 pico ampère, jusqu'à de l'ordre de 300 nanoampères peut alors circuler entre la pointe et le substrat .As a second voltage generator 20b, it can apply a negative voltage of the order of a few volts to the tip 1 while the sample holder 16 is connected to the substrate. A current that can be less than 1 pico ampere, up to about 300 nanoamperes can then flow between the tip and the substrate.
Le dispositif de lecture/écriture qui vient d'être décrit peut être utilisé en mode écriture en tant que source d'ion de métal liquide, comme représenté sur la figure 5a. En plaçant l'interrupteur 21 sur la position a, le premier générateur 20a applique une différence de potentiel positive de l'ordre de quelques kilovolts entre la pointe 1 et le substrat 17. Simultanément, le générateur de courant 19 active le dispositif de transfert de chaleur en faisant circuler dans le filament 10 un courant suffisant (par exemple de l'ordre de quelques ampères pour la géométrie présentée) pour chauffer, au niveau des spires, le matériau électriquement conducteur à une température au moins égale à sa température de fusion. Avec la géométrie présentée, une puissance de 1,5 W suffit à atteindre une température de 10000C environ au niveau du réservoir. Dans ce mode de fonctionnement, en mode écriture par émission d'ions liquides, un cône de Taylor se forme à l'extrémité de la pointe, du fait des actions opposées du champ électrique appliqué, qui tend à arracher des ions de la pointe, et de la tension de surface du film de métal liquide recouvrant l'aiguille. La différence de potentiel appliquée entre la pointe 1 et le substrat 17 forme un faisceau d'ions du métal électriquement conducteur de la couche 9 par évaporation de champ. Ceux-ci vont former la portion en regard du substrat 17. Celle-ci est par exemple gravée sous l'impact des ions en question. Des motifs de résolution de l'ordre de la centaine de nanomètres peuvent être formés ainsi. L'érosion due à l'extraction de matière depuis la pointe 1 est compensée par l'écoulement le long de l'aiguille du matériau électriquement conducteur du réservoir 11 liquéfié par les spires du filament qui transfèrent l'énergie en provenance du générateur de courant 19. La matière située à l'extrémité de l'aiguille est ainsi renouvelée en permanence, ce qui permet de disposer d'un mode écriture possédant une grande longévité. Comme représenté sur la figure 5b, le dispositif de lecture/écriture peut être utilisé en mode d'écriture, par émission d'un faisceau d'ions de métal solide 23 en plaçant l'interrupteur 21 en position a. Dans cette position, le premier générateur de tension 20a applique une différence de potentiel positif de quelques kilovolts entre la pointeThe read / write device just described can be used in write mode as a source of liquid metal ion, as shown in Fig. 5a. By placing the switch 21 on the position a, the first generator 20a applies a positive potential difference of the order of a few kilovolts between the tip 1 and the substrate 17. Simultaneously, the current generator 19 activates the transfer device. heat by circulating in the filament 10 a sufficient current (for example of the order of a few amperes for the geometry presented) to heat, at level of turns, the electrically conductive material at a temperature at least equal to its melting temperature. With the geometry shown, a power of 1.5 W is sufficient to reach a temperature of 1000 0 C at the reservoir. In this mode of operation, in liquid ion emission writing mode, a Taylor cone is formed at the end of the tip, due to the opposite actions of the applied electric field, which tends to pull ions from the tip, and the surface tension of the liquid metal film covering the needle. The potential difference applied between the tip 1 and the substrate 17 forms an ion beam of the electrically conductive metal of the layer 9 by field evaporation. These will form the portion facing the substrate 17. This is for example etched under the impact of the ions in question. Resolution patterns of the order of one hundred nanometers can be formed as well. The erosion due to the extraction of material from the tip 1 is compensated by the flow along the needle of the electrically conductive material of the liquefied tank 11 by the turns of the filament which transfer energy from the current generator 19. The material located at the end of the needle is thus renewed continuously, which makes it possible to have a write mode having a long life. As shown in FIG. 5b, the read / write device can be used in write mode, by emitting a solid metal ion beam 23 by placing switch 21 in position a. In this position, the first voltage generator 20a applies a positive potential difference of a few kilovolts between the tip
I et le substrat 17. Dans ce mode, le générateur de courant émet dans le filament un courant adapté pour chauffer le matériau électriquement conducteur du réservoirI and the substrate 17. In this mode, the current generator emits a current in the filament adapted to heat the electrically conductive material of the reservoir.
II à une température inférieure à la température de fusion de ce matériau, et typiquement d'environ % fois la température de fusion pour activer le phénomène de diffusion de surface. Dans ce mode, un faisceau d'ions 23 est arraché depuis un site de taille atomique situé à l'extrémité de la pointe 1 en direction du substrat 17, pour former la surface 17a de celui-ci, pour y déposer des ions du matériau en question. La résolution des motifs ainsi formés peut atteindre quelques nanomètres. Un tel mode ne présente pas une très grande longévité, du fait du caractère solide de la couche dans ce mode, qui empêche l'écoulement du matériau le long de l'aiguille.II at a temperature below the melting temperature of this material, and typically about melting temperature to activate the surface diffusion phenomenon. In this mode, an ion beam 23 is torn off from an atomically sized site located at the end of the tip 1 towards the substrate 17, to form the surface 17a thereof, to deposit ions of the material therein. in question. The resolution of the patterns thus formed can reach a few nanometers. Such a mode does not have a very long life, because of the solid nature of the layer in this mode, which prevents the flow of material along the needle.
Comme représenté sur la figure 5c, en plaçant l'interrupteur 21 dans la position b, le deuxième générateur de tension 20b applique une différence de potentiel négative de quelques volts entre la pointe 1 et le substrat 17 pour un fonctionnement en mode lecture par microscopie par effet tunnel. Sous l'effet de cette différence de potentiel, un courant de l'ordre du nanoampère par exemple circule entre la pointe 1 et le substrat 17, et la pointe 1 fonctionne alors comme une pointe de microscopie à effet tunnel. Un dispositif de détection adapté 24, du type de ceux utilisés en microscopie par effet tunnel pour déduire une information relative à la surface 17a du substrat 17 à partir du courant mesuré est utilisé pour détecter cette information. Un tel dispositif de détection étant classique dans le domaine de la microscopie par effet tunnel, il ne sera pas décrit plus en détail ici. Une résolution atomique peut être obtenue sur un substrat d'Arseniure de Gallium, avec le système décrit ici.As shown in FIG. 5c, by placing the switch 21 in the position b, the second voltage generator 20b applies a negative potential difference of a few volts between the tip 1 and the substrate 17 for a reading mode operation by microscopy. tunnel effect. Under the effect of this potential difference, a current of the order of the nanoampère for example flows between the tip 1 and the substrate 17, and the tip 1 then operates as a tunneling microscopy tip. A suitable detection device 24 of the type used in tunneling microscopy to derive information relating to the surface 17a of the substrate 17 from the measured current is used to detect this information. Such a detection device being conventional in the field of tunnel microscopy, it will not be described in more detail here. Atomic resolution can be obtained on a Gallium Arsenide substrate, with the system described here.
Comme représenté sur la figure 5d, dans un mode de régénération, la géométrie extérieure de l'extrémité de l'aiguille 2 peut être renouvelée. En effet, par exemple suite à l'écriture en mode d'émission d'ion de métal solide, l'extrémité de la pointe 1 peut avoir été soumise à une forte érosion, et il convient de renouveler la géométrie de cette extrémité pour les utilisations ultérieures de la pointe 1. Dans ce mode, sans appliquer de différence de potentiel entre la pointe 1 et le substrat 17, le matériau électriquement conducteur contenu dans le réservoir est liquéfié par chauffage appliqué par le générateur de courant 19, pour faire s'écouler ce matériau le long de la pointe jusqu'à ce que celle-ci retrouve sa géométrie originelle.As shown in Figure 5d, in a regeneration mode, the outer geometry of the end of the needle 2 can be renewed. Indeed, for example following the writing in solid metal ion emission mode, the end of the tip 1 may have been subjected to strong erosion, and it is appropriate to renew the geometry of this end for the subsequent uses of the tip 1. In this mode, without applying a potential difference between the tip 1 and the substrate 17, the electrically conductive material contained in the tank is liquefied by heating applied by the current generator 19, to flow this material along the tip until it returns to its original geometry.
A l'aide du dispositif qui vient d'être décrit, on peut par exemple réaliser le traitement de surface suivant :With the aid of the device which has just been described, it is possible, for example, to perform the following surface treatment:
- on place la tête 12 en regard du porte- échantillons 16,the head 12 is placed opposite the sample holder 16,
- en mode d'écriture par émission d'ion de métal liquide, on forme des marques d'alignement par gravure par ions, tout en effectuant éventuellement un déplacement relatif horizontal (perpendiculaire à la direction des émissions d'ions) de la pointe par rapport au substrat,in the liquid metal ion-emission writing mode, alignment marks are formed by ion etching, while possibly making a relative horizontal displacement (perpendicular to the direction of the ion emissions) of the tip by relation to the substrate,
- lors d'une utilisation ultérieure, en mode lecture, on détecte les marques précédemment formées, puis on déplace la pointe par rapport à l'échantillon 16, jusqu'à l'endroit où une structure est à former dans le substrat 16,when used later, in read mode, the marks previously formed are detected, then the tip is moved relative to the sample 16, to the point where a structure is to be formed in the substrate 16,
- en mode écriture par émission d'un faisceau d'ion de métal solide, on forme de la façon désirée la surface du substrat 17, puisin write mode by emission of a solid metal ion beam, the surface of the substrate 17 is formed in the desired manner, then
- en mode régénération, on régénère la géométrie externe de l'aiguille 2 pour une lecture ou une écriture ultérieure .in regeneration mode, the external geometry of the needle 2 is regenerated for a subsequent reading or writing.
Comme représenté sur la figure 6, de nombreuses têtes de lecture/écriture 12 (2 représentées sur la figure 6) peuvent travailler en parallèle au regard d'un substrat 17 unique pour former la surface de ce substrat. Les aiguilles de ces têtes peuvent présenter toutes le même matériau électriquement conducteur, ou des matériaux à déposer différents. Le mode de fonctionnement de chaque tête 12, ainsi que sa position dans la direction d'émission Z peuvent être réglées indépendamment par une unité centrale 25 selon un procédé pré-établi. L'unité centrale 25 peut également commander le déplacement dans les deux autres directions X et Y du substrat 17. On notera que l'automatisation et la systématisation des opérations qui viennent d'être décrites peuvent être prédéfinies et commandées par un programme informatique chargé en mémoire de l'unité centrale 25. Dans le dispositif de la figure 6, comme dans le dispositif présenté précédemment, on peut également prévoir un dispositif d'accélération 26 comportant un masque 27 percé d'ouvertures 28 par exemple de quelques nanomètres de diamètre en regard des aiguilles 2. Ce dispositif d'accélération peut également comporter des électrodes 29a, 29b sur les faces supérieures (en regard de l'aiguille 2) et inférieures (en regard du substrat 17) portées à des polarités adaptées pour accélérer le faisceau d'ions émis depuis l'aiguille 2.As shown in FIG. 6, many read / write heads 12 (2 shown in FIG. 6) can work in parallel with respect to a single substrate 17 to form the surface of this substrate. The needles of these heads may all have the same electrically conductive material, or drop different. The operating mode of each head 12, as well as its position in the transmission direction Z can be set independently by a central unit 25 according to a pre-established method. The central unit 25 can also control the movement in the two other directions X and Y of the substrate 17. It will be noted that the automation and the systematization of the operations which have just been described can be predefined and controlled by a computer program loaded with memory of the central unit 25. In the device of FIG. 6, as in the device presented above, it is also possible to provide an acceleration device 26 comprising a mask 27 pierced with openings 28, for example a few nanometers in diameter. 2. This acceleration device may also comprise electrodes 29a, 29b on the upper faces (facing the needle 2) and lower faces (facing the substrate 17) brought to polarities adapted to accelerate the beam of light. ions emitted from the needle 2.
Au titre des applications possibles du dispositif qui vient d'être décrit, on peut par exemple prévoir, en biologie, que le substrat 17 est une molécule biologique ou une cellule dans laquelle on introduit, ou sur laquelle on dépose en mode écriture, un ou plusieurs atomes, dont on veut évaluer l'influence sur la structure étudiée, et qu'on détecte, en mode lecture, un changement dans les propriétés de la cellule étudiée suite au dépôt précédemment effectué. A l'aide du dispositif de la figure 6, on peut ainsi réaliser une batterie de tests en parallèle en utilisant des quantités très réduites de réactifs.As regards the possible applications of the device which has just been described, it is possible, for example, to provide, in biology, for the substrate 17 to be a biological molecule or a cell into which one or several atoms, whose influence on the studied structure is to be evaluated, and that a change in the properties of the studied cell is detected in reading mode following the deposit previously made. With the aid of the device of FIG. 6, it is thus possible to carry out a battery of tests in parallel using very small quantities of reagents.
A titre d'application, on prévoit de réaliser un stockage de données à l'échelle nanométrique en stockant des informations sur la surface en mode écriture, puis en accédant à celles-ci en mode lecture.As an application, nanoscale data storage is provided by storing information on the surface in write mode and accessing them in read mode.
A titre d'application, on prévoit également, en mode lecture, de repérer l'emplacement d'un nano composant électronique sur un substrat, puis, en mode écriture, de former une structure électrique telle qu'un fil électrique reliant ce nano composant électronique à un composant électronique externe, ou autre, pour l'alimentation en courant électrique du nano composant .By way of application, provision is also made read mode, to locate the location of a nano electronic component on a substrate, then, in writing mode, to form an electrical structure such as a wire connecting this nano electronic component to an external electronic component, or other, for the power supply of the nano component.
On notera que la fonction de régénération par chauffage peut être mise en œuvre avant chaque opération de lecture ou d'écriture pour régénérer la géométrie externe de la pointe, si nécessaire, ou pour débarrasser la pointe, par évaporation thermique, d'impuretés (par exemple oxydes) qui auraient été déposées sur celles-ci depuis sa dernière utilisation.Note that the heating regeneration function can be implemented before each read or write operation to regenerate the external geometry of the tip, if necessary, or to rid the tip, by thermal evaporation, of impurities (by example oxides) that have been deposited on them since its last use.
Pour la fabrication d'une telle pointe, on peut commencer par réaliser un fil dans un matériau réfractaire destiné à former le noyau de l'aiguille. On réalise par exemple un fil de tungstène par pressage à chaud de poudre de tungstène dans une extrudeuse. La surface extérieure du fil ainsi formée est rugosifiée pour augmenter la capillarité de cette surface. Cette rugosification peut par exemple être effectuée par attaque électrolytique du fil dans un bain de soude pendant quelques minutes en courant alternatif. Cette étape permet de former dans la surface du noyau une structure nano-colonaire qui permette l'écoulement du métal fondu le long de la surface, et sa rétention.For the manufacture of such a tip, one can begin by making a wire in a refractory material for forming the core of the needle. For example, a tungsten wire is produced by hot pressing of tungsten powder in an extruder. The outer surface of the wire thus formed is roughened to increase the capillarity of this surface. This roughening may for example be carried out by electrolytic etching of the wire in a soda bath for a few minutes in alternating current. This step makes it possible to form a nano-colon structure in the surface of the core which allows the flow of the molten metal along the surface, and its retention.
Le filament, est par exemple réalisé comme un fil de tungstène présentant la géométrie précédemment décrite et est enroulé autour du noyau, et l'ensemble peut être fixé sur la tête du dispositif 12 comme représenté sur la figure 7a. La forme allongée de l'extrémité distale du noyau est obtenue par un procédé adapté, comme par exemple par électrochimie. Puis, après avoir relié la tête 12 au générateur de courant, on fait circuler un courant de chauffage dans le filament, pour purifier le noyau en particulier des oxydes présents à la surface du noyau. Puis, comme représenté à la figure 7b, on dispose d'un creuset 30 contenant du matériau électriquement conducteur dont on veut revêtir le noyau. Le matériau en question, qui sera le matériau déposé en mode écriture, présente de préférence une température de fusion nettement inférieure à la température de fusion du matériau réfractaire formant le noyau, de sorte qu' il soit possible de faire fondre uniquement ce matériau en portant celui-ci à une température adaptée inférieure à la température de fusion du matériau du noyau. Egalement, pour le matériau électriquement conducteur en question, on pourra choisir un matériau ne formant pas d'alliage avec le matériau réfractaire du noyau. Dans l'exemple présenté, le creuset 30 contient de l'or maintenu en fusion en faisant circuler un courant élevé, par exemple de l'ordre de la centaine d'ampères, dans un filament 31 entourant le creuset 30. En trempant la pointe 1 dans le creuset d'or fondu, l'or se dépose par capillarité sur le noyau, pour former la couche 9 de matériau électriquement conducteur. De plus le réservoir 11 se forme par capillarité de l'or d'une part sur le noyau 8 dans la portion médiane et d'autre part sur les spires 10a, 10b et 10c du filament 10.The filament is for example made as a tungsten wire having the previously described geometry and is wound around the core, and the assembly can be fixed on the head of the device 12 as shown in Figure 7a. The elongated form of the distal end of the core is obtained by a suitable method, for example by electrochemistry. Then, after having connected the head 12 to the current generator, a heating current is circulated in the filament, in order to purify the core in particular oxides present on the surface of the nucleus. Then, as shown in Figure 7b, there is a crucible 30 containing electrically conductive material which is to be coated core. The material in question, which will be the material deposited in the writing mode, preferably has a melting temperature which is substantially lower than the melting temperature of the refractory material forming the core, so that it is possible to melt only this material while bearing this at a suitable temperature lower than the melting temperature of the core material. Also, for the electrically conductive material in question, it will be possible to choose a material that does not form an alloy with the refractory material of the core. In the example presented, the crucible 30 contains molten gold by circulating a high current, for example of the order of one hundred amperes, in a filament 31 surrounding the crucible 30. By soaking the tip 1 in the molten gold crucible, the gold is deposited by capillarity on the core, to form the layer 9 of electrically conductive material. In addition, the reservoir 11 is formed by capillary action of the gold on the one hand on the core 8 in the median portion and on the other hand on the turns 10a, 10b and 10c of the filament 10.
La figure 8a représente, à gauche, l'extrémité d'un noyau de tungstène, prise par microscopie électronique à balayage, à un grossissement 44, l'échelle représentant 500 microns, avant immersion dans un bain d'or fondu, pour un premier mode de réalisation de noyau concave. A droite, une variante de réalisation convexe.FIG. 8a represents, on the left, the end of a tungsten core, taken by scanning electron microscopy, at a magnification 44, the scale representing 500 microns, before immersion in a bath of molten gold, for a first embodiment of concave core. On the right, a convex variant.
La figure 8b représente un grossissement du premier mode de réalisation, à un grossissement 2774, l'échelle représentant 10 microns. Les structures colonnaires formées dans le noyau en forme de micro-canaux longitudinaux sont distinguables à cette échelle, comme représenté schématiquement par des traits interrompus sur la figure 8b. Le matériau électriquement conducteur liquéfié s'écoule dans ces canaux, ce qui le protège des contaminations extérieures. Figure 8b shows a magnification of the first embodiment at 2774 magnification, the scale being 10 microns. The columnar structures formed in the core in the form of longitudinal micro-channels are distinguishable on this scale, as shown schematically by broken lines on Figure 8b. The liquefied electrically conductive material flows in these channels, which protects it from external contaminations.

Claims

REVENDICATIONS
1. Pointe de lecture/écriture configurée sous la forme d'une aiguille (2) formée d'un noyau (3) d'un matériau réfractaire recouvert au moins partiellement d'une couche (9) de matériau électriquement conducteur, ladite aiguille présentant une portion de connexion (4) à un générateur électrique (15) pour l'application d'un potentiel électrique à l'aiguille, ladite aiguille étant adaptée pour être placée dans une position d'opération au voisinage d'un substrat électriquement conducteur présentant une surface (17a) , ladite aiguille présentant une géométrie externe d'aiguille de microscope par effet tunnel, et étant adaptée pour être connectée, dans un mode de lecture, à un système de détection (24) pour l'obtention d'une information relative à ladite surface par microscopie par effet tunnel sous l'effet d'une première différence de potentiel électrique appliqué par le générateur électrique (15) entre le substrat et l'aiguille, et ladite aiguille étant adaptée pour émettre, dans un mode d'écriture, une particule chargée, d'une première polarité, depuis la couche (9) de matériau électriquement conducteur, en direction de la surface (17a) du substrat sous l'effet d'une deuxième différence de potentiel électrique appliqué par le générateur électrique entre le substrat et l'aiguille, de signe opposé à la première différence de potentiel, pour former ladite surface du substrat, ladite pointe comprenant en outre un réservoir (11) comprenant une réserve du matériau électriquement conducteur formant ladite couche, ledit réservoir étant en communication fluide avec ladite couche, et un dispositif de transfert de chaleur (10) adapté, lorsqu'il est activé, pour liquéfier le matériau électriquement conducteur contenu dans le réservoir pour le faire s'écouler le long de la pointe.1. A read / write tip configured as a needle (2) formed of a core (3) of a refractory material at least partially covered by a layer (9) of electrically conductive material, said needle having a connection portion (4) to an electric generator (15) for applying an electric potential to the needle, said needle being adapted to be placed in an operating position in the vicinity of an electrically conductive substrate having a surface (17a), said needle having an external tunnel needle microscope needle geometry, and being adapted to be connected, in a reading mode, to a detection system (24) for obtaining information relative to said surface by tunneling microscopy under the effect of a first electric potential difference applied by the electric generator (15) between the substrate and the needle, and said needle being nt adapted to emit, in a writing mode, a charged particle, of a first polarity, from the layer (9) of electrically conductive material, towards the surface (17a) of the substrate under the effect of a second electric potential difference applied by the electrical generator between the substrate and the needle, of opposite sign to the first potential difference, for forming said surface of the substrate, said tip further comprising a reservoir (11) comprising a reserve of the material electrically conductive medium forming said layer, said reservoir being in fluid communication with said layer, and a heat transfer device (10) adapted, when activated, for liquefying the electrically conductive material contained in the tank to flow along the tip.
2. Pointe de lecture/écriture selon la revendication 1 dans laquelle l'aiguille comporte une extrémité pointue adaptée pour être placée en regard de ladite surface, ladite extrémité pointue présentant un rayon de courbure sensiblement compris entre 0,1 et 2 micromètres (μm) .2. The read / write tip of claim 1 wherein the needle has a pointed end adapted to be placed opposite said surface, said pointed end having a radius of curvature substantially between 0.1 and 2 micrometers (microns). .
3. Pointe de lecture/écriture selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans laquelle le noyau (3) comporte un corps effilé de diamètre compris entre 0,1 et 0,4 millimètres (mm) se prolongeant par une extrémité (6) effilée de diamètre diminuant à mesure que la distance au corps augmente.A read / write tip according to claim 1 or claim 2, wherein the core (3) comprises a tapered body having a diameter of between 0.1 and 0.4 millimeters (mm) extending at one end (6). tapered in diameter decreasing as the distance to the body increases.
4. Pointe de lecture/écriture selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le noyau (3) est réalisé dans un matériau présentant une température de fusion sensiblement plus élevée que le matériau électriquement conducteur de la couche, ledit dispositif de transfert de chaleur (10) étant adapté, lorsqu'il est activé, pour porter l'aiguille et le réservoir à une température comprise entre les températures de fusion du matériau électriquement conducteur et du matériau du noyau.4. Read / write tip according to one of the preceding claims wherein the core (3) is made of a material having a substantially higher melting temperature than the electrically conductive material of the layer, said heat transfer device ( 10) being adapted, when activated, to carry the needle and the reservoir at a temperature between the melting temperatures of the electrically conductive material and the core material.
5. Pointe de lecture/écriture selon la revendication 4 dans laquelle le noyau (3) est réalisé dans un matériau colonnaire présentant une rugosité en forme de micro-canaux longitudinaux adaptés pour permettre à la fois l'écoulement du matériau électriquement conducteur liquéfié le long du noyau à ladite température comprise entre les températures de fusion du matériau électriquement conducteur et du matériau du noyau, et la rétention du matériau électriquement conducteur sur le noyau par capillarité.A read / write tip according to claim 4 wherein the core (3) is made of a columnar material having a longitudinal micro-channel shaped roughness adapted to allow both the flow of liquefied electrically conductive material along the core at said temperature between the melting temperatures of the electrically conductive material and the core material, and the retention of the electrically conductive material on the core by capillarity.
6. Pointe de lecture/écriture selon l'une des revendications précédentes dans laquelle le réservoir (11) comprend une bulle du matériau électriquement conducteur entourant l'aiguille en communication fluide avec la couche (9) , et dans laquelle le dispositif de transfert de chaleur comprend un filament (10) comprenant : au moins une spire (10a, 10b, 10c) entourant l'aiguille et noyée dans le réservoir de matériau électriquement conducteur, et une portion de connexion à un générateur électrique (19) adapté pour faire circuler dans le filament une puissance électrique adaptée pour liquéfier le matériau électriquement conducteur du réservoir par effet de type Joule .6. Read / write tip according to one of preceding claim wherein the reservoir (11) comprises a bubble of the electrically conductive material surrounding the needle in fluid communication with the layer (9), and wherein the heat transfer device comprises a filament (10) comprising: at least one turn (10a, 10b, 10c) surrounding the needle and embedded in the reservoir of electrically conductive material, and a connecting portion to an electric generator (19) adapted to circulate in the filament electrical power adapted to liquefy the material electrically tank conductor by Joule type effect.
7. Pointe de lecture/écriture selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle ladite particule chargée d'une première polarité est un cation.The read / write tip of any one of the preceding claims, wherein said charged particle of a first polarity is a cation.
8. Tête de dispositif de lecture/écriture comprenant un support (12) portant au moins une pointe (1) selon l'une des revendications précédentes, le support comprenant une première zone de connexion (13) connectée électriquement à ladite portion de connexion de l'aiguille (2), et adaptée pour être connectée à un générateur électrique (15) pour l'application d'un potentiel électrique à l'aiguille.8. Read / write device head comprising a support (12) carrying at least one tip (1) according to one of the preceding claims, the support comprising a first connection zone (13) electrically connected to said connection portion of the needle (2), and adapted to be connected to an electric generator (15) for applying an electrical potential to the needle.
9. Tête de dispositif de lecture/écriture comprenant une pluralité de supports (12) portant chacun une pointe (1) selon l'une des revendications 1 à 7, chaque support comprenant une première zone de connexion connectée électriquement à la portion de connexion (13) de l'aiguille respective, et adaptée pour être connectée à un générateur électrique (15) pour l'application d'un potentiel électrique indépendant à chaque aiguille.9. Read / write device head comprising a plurality of supports (12) each carrying a tip (1) according to one of claims 1 to 7, each support comprising a first connection zone electrically connected to the connection portion ( 13) of the respective needle, and adapted to be connected to an electric generator (15) for the application of an independent electric potential to each needle.
10. Dispositif de lecture/écriture comportant : une tête de dispositif de lecture/écriture selon la revendication 8 ou la revendication 9, un porte-échantillons (16) adapté pour recevoir un substrat comportant une portion de surface (17a) en regard de chaque pointe, un système de déplacement (18) adapté pour générer un déplacement relatif de la surface et des pointes, un générateur électrique (15) connecté à la portion de connexion de chaque pointe pour appliquer une première différence de potentiel électrique indépendant entre la pointe considérée et la portion de surface en regard, et une deuxième différence de potentiel électrique indépendant entre la pointe considérée et la portion de surface en regard, la deuxième différence de potentiel électrique étant de signe opposé à la première différence de potentiel électrique pour la pointe considérée, ledit générateur électrique étant connecté électriquement au dispositif de transfert de chaleur (10) de la pointe considérée pour activer celui-ci.10. A read / write device comprising: a read / write device head according to claim 8 or claim 9, a sample holder (16) adapted to receive a substrate having a surface portion (17a) facing each tip, a displacement system (18) adapted to generate a relative displacement of the surface and spikes, an electrical generator (15) connected to the connection portion of each tip for applying a first independent electric potential difference between the considered tip and the facing surface portion, and a second independent electrical potential difference between the considered tip and the facing surface portion, the second electrical potential difference being opposite sign to the first electrical potential difference for the tip considered, said electrical generator being electrically connected to the heat transfer device (10) of the tip considered to activate this one.
11. Dispositif de lecture/écriture selon la revendication 10 comprenant un système de détection (24) connecté électriquement à l'aiguille et adapté pour obtenir une information relative à ladite surface par microscopie par effet tunnel sous l'effet de ladite première différence de potentiel électrique.11. A read / write device according to claim 10 comprising a detection system (24) electrically connected to the needle and adapted to obtain information relating to said surface by tunneling microscopy under the effect of said first potential difference electric.
12. Procédé d'écriture dans lequel12. Writing method in which
(a) on place dans une position d'opération au voisinage d'un substrat (17) électriquement conducteur présentant une surface une pointe (1) de lecture/écriture selon l'une des revendications 1 à 7,(a) placing in a working position in the vicinity of an electrically conductive substrate (17) having a surface a read / write tip (1) according to one of claims 1 to 7,
(b) un générateur électrique (15) applique une deuxième différence de potentiel électrique entre le substrat et l'aiguille, de signe opposé à la première différence de potentiel, ladite aiguille émettant une particule chargée de ladite première polarité depuis la couche de matériau électriquement conducteur, en direction de la surface du substrat pour former ladite surface du substrat .(b) an electric generator (15) applies a second electrical potential difference between the substrate and the needle, of opposite sign to the first potential difference, said needle emitting a charged particle of said first polarity from the layer of electrically conductive material, towards the surface of the substrate to form said surface of the substrate.
13. Procédé d'écriture selon la revendication 12 dans lequel, au cours de l'étape (b) on forme la surfaceThe writing method according to claim 12, wherein during step (b) the surface is formed.
(17a) en déposant sur la surface une particule de métal électriquement conducteur arrachée à la couche de la pointe sous l'effet de ladite deuxième différence de potentiel.(17a) by depositing on the surface a particle of electrically conductive metal torn from the layer of the tip under the effect of said second potential difference.
14. Procédé d'écriture selon la revendication 13, dans lequel, au cours de l'étape (b) , le dispositif de transfert de chaleur (10) maintient à l'état solide le matériau électriquement conducteur contenu dans le réservoir et le long de la pointe.A method of writing according to claim 13, wherein in step (b) the heat transfer device (10) maintains the electrically conductive material contained in the reservoir in the solid state and along the from the tip.
15. Procédé d'écriture selon la revendication 12 dans lequel, au cours de l'étape (b) on forme la surface en gravant la surface par impact d'une particule de métal électriquement conducteur arrachée à la couche (9) de la pointe, sous l'effet de ladite deuxième différence de potentiel .15. Writing method according to claim 12 wherein, during step (b) the surface is formed by etching the surface by impact of a particle of electrically conductive metal torn from the layer (9) of the tip under the effect of said second potential difference.
16. Procédé d'écriture selon la revendication 15, dans lequel, au cours de l'étape (b) , le dispositif de transfert de chaleur (10) maintient à l'état liquide le matériau électriquement conducteur contenu dans le réservoir et le long de la pointe.The writing method according to claim 15, wherein during step (b), the heat transfer device (10) maintains in the liquid state the electrically conductive material contained in the reservoir and along from the tip.
17. Procédé d'écriture selon la revendication 16, dans lequel, le générateur électrique (15) applique au dispositif de transfert de chaleur (10) une puissance électrique suffisante pour maintenir à l'état liquide le matériau électriquement conducteur du réservoir et de la couche .The writing method as claimed in claim 16, wherein the electric generator (15) applies to the heat transfer device (10) sufficient electric power to maintain in the liquid state the electrically conductive material of the reservoir and the layer .
18. Procédé d'écriture selon l'une des revendications 15 à 17, dans lequel, au cours de l'étape (a), on place dans la position d'opération au voisinage d'un substrat (17) électriquement conducteur présentant une surface une pluralité de pointes (1) de lecture/écriture selon l'une quelconque des revendications 1 à I1 chacune étant connectée à un générateur électrique (15) pour l'application d'un potentiel électrique indépendant à chaque aiguille, et dans lequel l'étape (b) est mise en œuvre de manière indépendante pour chaque aiguille.18. Writing method according to one of claims 15 to 17, wherein, during step (a), is placed in the operating position in the vicinity of a substrate (17) electrically conductive having a surface a plurality of spikes (1) read / write according to any one of claims 1 to I 1 each being connected to an electric generator (15) for applying an independent electric potential to each needle, and wherein the step (b) ) is implemented independently for each needle.
19. Procédé d'écriture selon l'une des revendications 12 à 18, dans lequel, entre deux étapes (b) successives, on applique un mouvement relatif au substrat (17) et a au moins une pointe (1) .19. Writing method according to one of claims 12 to 18, wherein between two steps (b) successive, applies a movement relative to the substrate (17) and has at least one tip (1).
20. Procédé de régénération d'une pointe de lecture/écriture selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel on met en œuvre une étape (c) au cours de laquelle le dispositif de transfert de chaleur (10) liquéfie le matériau électriquement conducteur contenu dans le réservoir, et fait s'écouler celui-ci le long de la pointe.20. A method of regenerating a read / write tip according to one of claims 1 to 7, wherein it implements a step (c) during which the heat transfer device (10) liquefies the material electrically conductive contained in the reservoir, and flows it along the tip.
21. Procédé de lecture dans lequel21. Reading method in which
(d) on place dans une position d'opération au voisinage d'un substrat électriquement conducteur présentant une surface une pointe de lecture/écriture selon l'une des revendications 1 à I1 (d) placing in a position of operation in the vicinity of an electrically conductive substrate having a surface a read / write tip according to one of claims 1 to I 1
(e) un générateur électrique applique entre le substrat et l'aiguille (2) une première différence de potentiel électrique,(e) an electric generator applies between the substrate and the needle (2) a first electric potential difference,
(f) un système de détection (24) connecté à ladite aiguille obtient une information relative à ladite surface par microscopie par effet tunnel sous l'effet de ladite première différence de potentiel électrique.(f) a detection system (24) connected to said needle obtains information relating to said surface by tunneling microscopy under the effect of said first electric potential difference.
22. Procédé de lecture selon la revendication 21, dans lequel on applique un mouvement relatif à la pointe et au substrat, et on réitère les étapes (d) , (e) , et (f) .22. A read method according to claim 21, wherein a relative motion is applied to the tip and the substrate, and steps (d), (e), and (f) are repeated.
23. Procédé de traitement de surface dans lequel on met en œuvre successivement avec une même pointe au moins un procédé de lecture selon l'une des revendications 21 à 22 et un procédé choisi parmi un procédé d'écriture selon l'une des revendications 12 à 19, et un procédé de régénération selon la revendication 20.23. A surface treatment method in which is carried out successively with the same tip at least one reading method according to one of claims 21 to 22 and a method selected from a write method according to one of claims 12 to 19, and a regeneration method according to claim 20.
24. Programme d'ordinateur comprenant des portions de code de programme pour l'exécution des étapes d'un procédé selon l'une quelconque des revendications 12 à 23 lorsque ledit programme est exécuté sur un ordinateur (25) .A computer program comprising portions of program code for performing the steps of a method according to any of claims 12 to 23 when said program is executed on a computer (25).
25. Procédé de fabrication d'une pointe de lecture/écriture dans lequel :25. A method of manufacturing a read / write tip in which:
(z)on forme un noyau (3) d'un matériau réfractaire,(z) forming a core (3) of a refractory material,
(y) on recouvre le noyau au moins partiellement d'une couche (9) de matériau électriquement conducteur, pour former une aiguille (2) une portion de connexion à un générateur électrique pour l'application d'un potentiel électrique à l'aiguille, étant définie dans ladite aiguille, ladite aiguille étant adaptée pour être placée dans une position d'opération au voisinage d'un substrat électriquement conducteur présentant une surface,(y) the core is at least partially covered with a layer (9) of electrically conductive material, to form a needle (2) a connection portion to an electric generator for the application of an electric potential to the needle , being defined in said needle, said needle being adapted to be placed in an operating position in the vicinity of an electrically conductive substrate having a surface,
(x) on donne à l'aiguille la géométrie externe d'une aiguille de microscope pour effet tunnel, ladite aiguille (2) étant adaptée pour être connectée dans un mode de lecture à un système de détection (24) pour l'obtention d'une information relative à la surface par microscopie par effet tunnel sous l'effet d'une première différence de potentiel électrique appliqué par le générateur électrique entre le substrat et l'aiguille, et ladite aiguille étant adaptée pour émettre, dans un mode d'écriture une particule chargée d'une première polarité depuis la couche (9) de matériau électriquement conducteur, en direction de la surface du substrat sous l'effet d'une deuxième différence de potentiel électrique appliquée par le générateur électrique entre le substrat et l'aiguille, de signe opposé à la première différence de potentiel, pour former ladite surface dυ substrat,(x) the needle is given the external geometry of a tunneling microscope needle, said needle (2) being adapted to be connected in a read mode to a detection system (24) for obtaining an information relating to the surface by tunneling microscopy under the effect of a first electric potential difference applied by the electrical generator between the substrate and the needle, and said needle being adapted to emit, in a mode of writing a charged particle of a first polarity from the layer (9) of electrically conductive material, towards the surface of the substrate under the effect of a second difference of electric potential applied by the electric generator between the substrate and the needle, of opposite sign to the first potential difference, for forming said substrate surface,
(w) on place en communication fluide avec ladite couche un réservoir (11) comprenant une réserve du matériau électriquement conducteur formant ladite couche, et (v) on lie à ladite aiguille un dispositif de transfert de chaleur (10) adapté, lorsqu'il est activé, pour liquéfier le matériau électriquement conducteur contenu dans le réservoir et pour le faire s'écouler le long de la pointe.(w) placing in fluid communication with said a reservoir (11) comprising a reserve of the electrically conductive material forming said layer, and (v) a suitable heat transfer device (10) is connected to said needle, when activated, to liquefy the electrically conductive material contained therein in the tank and to make it flow along the tip.
26. Procédé de fabrication d'une pointe de lecture/écriture selon la revendication 25, dans lequel au cours de l'étape (z) :A method of manufacturing a read / write tip according to claim 25, wherein in step (z):
(zl) on rugosifie le noyau (3) par attaque chimique, pour augmenter la capillarité du noyau au matériau électriquement conducteur en y formant des microcanaux longitudinaux.(zl) the core (3) is roughened by etching to increase the capillarity of the core to the electrically conductive material by forming longitudinal microchannels therein.
27. Procédé de fabrication d'une pointe de lecture/écriture selon l'une des revendications 25 à 26 dans lequel on met en œuvre les étapes (w) et (y) simultanément en immergeant dans un bain du matériau électriquement conducteur fondu le noyau (2) doté d'un filament (10) présentant : une portion de connexion (1Od) à un générateur électrique adapté pour faire circuler dans le filament une puissance électrique adaptée pour liquéfier le matériau électriquement conducteur du réservoir, et au moins une spire (10a) entourant l'aiguille et noyée dans le réservoir de matériau électriquement conducteur. 27. A method of manufacturing a read / write tip according to one of claims 25 to 26 wherein it implements the steps (w) and (y) simultaneously immersing in a bath of molten electrically conductive material the core (2) having a filament (10) having: a connection portion (10d) to an electric generator adapted to circulate in the filament electrical power adapted to liquefy the electrically conductive material of the reservoir, and at least one turn ( 10a) surrounding the needle and embedded in the reservoir of electrically conductive material.
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