FR2869027A1 - Systeme d'enregistrement comportant une couche memoire et un reseau de micro-pointes - Google Patents
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Abstract
Le système d'enregistrement comporte un support d'enregistrement (1) comportant une couche mémoire (2) apte à stocker des informations. Un dispositif (4) de lecture et/ou écriture des informations comporte un réseau de micro-pointes (5) disposées dans un plan commun en regard de la couche mémoire (2). Le support d'enregistrement (1) comporte au moins une première électrode (6). Le dispositif (4) de lecture et/ou écriture comporte au moins une seconde électrode (7). La première électrode (6) est disposée en regard de la seconde électrode (7). Le système comporte des moyens de contrôle (C) de la distance (d) séparant le support d'enregistrement (1) du dispositif (4) de lecture et/ou écriture par application d'une différence de potentiel (Vd) entre les première (6) et seconde (7) électrodes. Le système comporte, de préférence, des moyens de détection des courants parcourant respectivement les micro-pointes (5) et des moyens de contrôle par asservissement de la différence de potentiel (Vd) entre les première (6) et seconde (7) électrodes audits courants.
Description
Système d'enregistrement comportant une couche mémoire et un réseau de
micro-pointes
Domaine technique de l'invention L'invention concerne un système d'enregistrement comportant un support d'enregistrement comportant une couche mémoire apte à stocker des informations et un dispositif de lecture et/ou écriture des informations comportant un réseau de micro- pointes disposées dans un plan commun en regard de la couche mémoire.
État de la technique Dans le domaine d'enregistrement de données à ultra haute densité par micro-pointes, l'information est écrite et lue au moyen des micro-pointes sur des zones de mémoires de taille nanométrique, par exemple de 20x20 nm2. Généralement, un réseau de micro-pointes est utilisé en contact ou quasi-contact avec la surface du média pour en modifier localement les propriétés. L'écart entre deux pointes est par exemple de l'ordre de 100 micromètres. Les forces de contact doivent être très faibles, de l'ordre du nano-Newton, pour ne pas endommager ni les micro-pointes ni la surface du média ce qui est difficile à contrôler. Simultanément, il est nécessaire de conserver la mobilité relative entre le média et les micro-pointes. Le système comporte généralement un actionneur pour le mouvement relatif latéral du média par rapport aux micro-pointes, permettant aux micro-pointes d'accéder aux différentes zones de mémoires.
La technique Millipede de la société IBM ( The Millipede - More than one thousand tips for future AFM data storage de P. Vettiger et al. dans IBM J. Res. Develop., Vol. 44, No. 3, May 2000) décrit des micro- pointes disposées sur un réseau de cantilevers permettant de faire appuyer les micro-pointes avec une force d'appui liée à la flexion des cantilevers. Cette force dépend alors de la hauteur d'une micro-pointe, cantilever inclus, qui peut varier d'une micro-pointe à l'autre. La valeur moyenne de la force d'appui est liée à la distance entre le réseau de cantilevers et le média. En cas de dérive en température, la force ne peut pas être adaptée ou contrôlée.
Objet de l'invention L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et, en particulier, d'éviter 15 un endommagement des micropointes et/ou du support d'enregistrement.
Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que le support d'enregistrement comporte au moins une première électrode et le dispositif de lecture et/ou écriture comporte au moins une seconde électrode, la première électrode étant disposée en regard de la seconde électrode, le système comportant des moyens de contrôle de la distance séparant le support d'enregistrement du dispositif de lecture et/ou écriture par application d'une différence de potentiel entre les première et seconde électrodes.
Selon un mode de réalisation particulier, la première électrode est constituée par une couche conductrice disposée sur une face arrière de la couche mémoire opposée à une face avant disposée en regard des micropointes.
Selon un mode de réalisation préférentiel, le système comporte une pluralité de secondes électrodes constituées par des plots conducteurs incorporés dans un support du réseau de micro-pointes.
Selon un autre mode de réalisation particulier, le système comporte une pluralité de premières électrodes constituée par une pluralité de plots conducteurs disposés sur une face arrière de la couche mémoire opposée à une face avant disposée en regard des micro-pointes.
io Selon un développement de l'invention, le dispositif de lecture et/ou écriture comporte des éléments en matériau souple élastique destinés à amortir le contact entre les micro-pointes et la couche mémoire.
Les éléments en matériau souple élastique peuvent être constitués par des micro-billes réparties aléatoirement dans le plan des micro-pointes ou par des plots disposés en quinconce par rapport aux micro-pointes.
Selon un mode de réalisation préférentiel, les plots en matériau souple élastique ont une forme tronconique dont la surface sommitale est sensiblement supérieure à la surface des micro-pointes destinée à venir en contact avec la couche mémoire.
Selon un développement de l'invention, le système comporte des moyens de détection de grandeurs de mesure représentatives des écarts entre les micro- pointes et la couche mémoire et des moyens de contrôle par asservissement de la différence de potentiel entre les première et seconde électrodes aux grandeurs de mesure.
Selon un mode de réalisation particulier, le système comportant une pluralité de secondes électrodes associées à au moins une première électrode, les moyens de contrôle par asservissement de la différence de potentiel entre la première et chaque seconde électrode sont sélectifs.
Selon un mode de réalisation préférentiel, les grandeurs de mesure sont des courants parcourant respectivement les micro-pointes.
Selon un autre mode de réalisation particulier, les secondes électrodes sont o constituées par les micro-pointes.
Description sommaire des dessins
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 représente schématiquement un mode de réalisation particulier d'un système d'enregistrement selon l'invention.
Les figures 2 et 3 représentent, respectivement en coupe et selon l'axe AA, un autre mode de réalisation particulier d'un système d'enregistrement selon l'invention.
La figure 4 illustre un mode de réalisation particulier d'un système d'enregistrement selon l'invention comportant des moyens sélectifs de contrôle par asservissement.
La figure 5 représente schématiquement un mode de réalisation particulier d'un système d'enregistrement selon l'invention.
Description de modes particuliers de réalisation
Sur la figure 1, un système d'enregistrement comporte un support d'enregistrement 1 comportant une couche mémoire 2 apte à stocker des o informations. La couche mémoire 2 peut être rigide ou souple et déformable. Le système d'enregistrement comporte, de plus, un dispositif 4 de lecture et/ou écriture des informations comportant un réseau de micro-pointes 5 (5a, 5b, 5c) disposées dans un plan commun en regard de la couche mémoire 2. Les micro-pointes 5 peuvent être toute sorte de micro-pointes, par exemple des micro- pointes comportant des cantilevers, susceptibles de permettre la lecture et/ou l'écriture d'informations, par effet de champ, par effet thermique, etc...
Sur la figure 1, le support d'enregistrement 1 comporte une première électrode 6 et le dispositif 4 de lecture et/ou écriture comporte une seconde électrode 7. La première électrode 6 est disposée en regard de la seconde électrode 7. Le système comporte un dispositif de contrôle C, par exemple un circuit de commande, de la distance d séparant le support d'enregistrement 1 du dispositif 4 de lecture et/ou écriture par application d'une différence de potentiel Vd entre les première 6 et seconde 7 électrodes.
Sur la figure 1, la première électrode 6 est constituée par une couche conductrice disposée sur une face arrière 8 de la couche mémoire 2 opposée à une face avant 9, disposée en regard des micro-pointes 5. La seconde électrode 7 peut également être constituée par une couche conductrice, incorporée dans un support 10 du réseau de micro-pointes 5, éventuellement de manière à ce que la seconde électrode 7 affleure la surface sur laquelle sont disposées les micro-pointes 5.
L'application de la différence de potentiel Vd entre les première 6 et seconde 7 électrodes créé une force entre le support d'enregistrement 1 et le dispositif 4 de lecture et/ou écriture. La force par unité de surface est de l'ordre de 50 nano-Newton par 100 m2 pour une différence de potentiel Vd de IV et pour un écart, typique, de 100 nm entre les micro-pointes 5 et la couche mémoire 2. La force io peut être augmentée en augmentant la tension appliquée.
Comme représenté à la figure 2, le support d'enregistrement 1 peut comporter une pluralité de premières électrodes 6 (6a, 6b, 6c) constituée par une pluralité de plots conducteurs disposés sur une face arrière 8 de la couche mémoire 2 opposée à la face avant 9 disposée en regard des micro-pointes 5. Sur la figure 2, le dispositif 4 de lecture et/ou écriture comporte une pluralité de secondes électrodes 7 constituées par des plots conducteurs enterrés dans le support 10 du réseau de micropointes 5. Ainsi, les premières électrodes 6 sont respectivement disposées en regard des secondes électrodes 7. Le système comporte, de préférence, une première électrode 6 unique et une pluralité de secondes électrodes 7.
Une force d'appui moyenne peut être définie par une valeur unique de la différence de potentiel Vd, par application d'un même premier potentiel à toutes les premières électrodes 6 et d'un même second potentiel à toutes les secondes électrodes 7. Les forces d'appui peuvent également être contrôlées localement en appliquant des potentiels spécifiques aux différentes électrodes 6 et 7, pour contrôler, par exemple, la déformation de la couche mémoire 2 et compenser, par une déformation de la couche mémoire 2, une dispersion des hauteurs des micro-pointes 5, notamment par asservissement des différences de potentiel à une grandeur de mesure représentative de l'écart entre les micro-pointes 5 et la couche mémoire 2, comme par exemple un courant électrique passant par une micro-pointe comme décrit ci-dessous. L'écart entre les micro-pointes 5 et la couche mémoire 2 peut également être déterminé par détection de la température des micro-pointes lors des phases d'écriture et de lecture.
Il peut être avantageux d'introduire des forces de rappel entre le support d'enregistrement 1 et le dispositif 4 de lecture et/ou écriture, pour écarter la couche mémoire 2 des micro-pointes 5, que ce soit lors de phases de repos du système ou lors du fonctionnement en lecture ou en écriture. Le dispositif 4 de lecture et/ou écriture comporte, de préférence, des éléments en matériau souple élastique, c'est-à-dire déformables et aptes à reprendre leurs formes initiales, destinés à amortir le contact entre les micro-pointes 5 et la couche mémoire 2.
Le matériau souple élastique peut être un élastomère, par exemple du Polydiméthylsiloxane (PDMS) ou un matériau composite élastique comportant un matériau rigide et un matériau élastique déformable. Par exemple, un élément en matériau souple élastique peut comporter une couche souple entourant un noyau dur ou une couche dure recouvrant un noyau souple.
Dans un premier mode de réalisation particulier, représenté à la figure 1, les éléments en matériau souple élastique sont constitués par des microbilles 11 réparties aléatoirement dans le plan des micro-pointes. Sur la figure 1, les micro-billes 11 sont disposées sur le support 10 du réseau de micro-pointes 5.
Les micro-billes ont un diamètre légèrement supérieur à la hauteur des micro-pointes 5 et à la distance souhaitée entre la couche mémoire 2 et le support 10, par exemple un diamètre de 150nm pour une distance de 100nm entre la couche mémoire 2 et le support 10. Les micro-billes 11 sont réparties avec une densité surfacique moyenne telle que, en moyenne, plusieurs micro-billes 11 soient disposées autour d'une micro-pointe 5. Les micro-billes, par exemple des billes en latex, peuvent être réparties en solution liquide qui peut être évaporée complètement ou partiellement.
Dans un second mode de réalisation particulier, représenté aux figures 2 et 3, les éléments en matériau souple élastique sont constitués par des plots 12 disposés en quinconce par rapport aux micro-pointes 5. Les plots 12 en matériau souple élastique ont, de préférence, une forme tronconique dont la surface sommitale 13 est sensiblement supérieure à la surface 14 des micro-pointes destinée à venir en contact avec la couche mémoire 2. Les plots 12 ont, de préférence, une hauteur supérieure à la hauteur des micro-pointes et peuvent être reliés à la masse électrique. Afin de pouvoir contrôler les différentes hauteurs lors de la fabrication, les plots 12 et les micro-pointes 5 sont, de préférence, réalisés dans une même étape de fabrication, par exemple par dépôt de tungstène suivi d'une planarisation, par exemple un polissage mécano-chimique, et d'une étape de gravure délimitant les micro-pointes 5 et les plots 12. Comme représenté à la figure 2, les plots 12 sont plus larges que les micro- pointes 5 et les micro-pointes 5 sont gravées de manière à obtenir une forme conique pointue ce qui réduit automatiquement, de manière contrôlée, la hauteur des micro-pointes 5.
Dans le cas où la couche mémoire 2 et les micro-pointes 5 sont conductrices, le système d'enregistrement peut comporter des détecteurs 15 (15a, 15b) mesurant des courants I (la et lb) parcourant respectivement les micro-pointes 5a et 5b et la partie de la couche mémoire 2 associée, comme représenté à la figure 4. Par analogie avec le fonctionnement d'un microscope tunnel par balayage (STM: Scanning tunneling microscope ) la distance entre une micro-pointe 5 et la couche mémoire 2 peut être piloté en fonction d'un courant tunnel mesuré. Le courant passant d'une micro-pointe 5 à la couche mémoire 2 dépend fortement de la distance entre la micro-pointe 5 et la couche mémoire 2. Un dispositif de contrôle 16a (16b) par asservissement permet de contrôler la différence de potentiel Vda (Vdb) entre les première 6a (6b) et seconde 7a (7b) électrodes par asservissement au courant la (lb). Ceci permet, dans le cas d'un courant I très faible, d'éviter un contact entre les micro-pointes et la couche mémoire 2 et, ainsi, d'éviter toute usure des micro-pointes 5 et de la couche mémoire 2 en mouvement relatif. En pratique, cependant, il peut être plus utile d'utiliser des courants plus forts, plus faciles à contrôler, au prix d'une très légère usure.
Le dispositif de contrôle 16 par asservissement peut comporter un circuit, par exemple de type proportionnel, intégral et dérivé (PID), qui régule la distance d sur une valeur moyenne glissante, par exemple, afin de permettre de détecter des variations rapides du courant I qui peuvent correspondre à un état binaire d'une zone de mémoire dans le cas ou l'information est codée par modulation de la résistivité locale de la couche mémoire. La raideur de l'asservissement est associée à la flexibilité de la couche mémoire 2, à l'amplitude des forces de rappel, à l'amplitude de la force électrostatique due à la différence de potentiel Vd et au réglage du circuit PID. Elle constitue un point clé du fonctionnement du système puisque la force d'appui des micro-pointes 5 sur la couche mémoire 2 peut être faible, de l'ordre de quelques nano- Newton, alors que la force nécessaire pour la déformation de la couche mémoire 2 peut être beaucoup plus élevée. Le dispositif de contrôle 16 par asservissement peut comporter des circuits associés aux micro-pointes 5 et disposés respectivement sous les micro-pointes 5.
Dans le mode de réalisation particulier représenté à la figure 4, le système comporte deux secondes électrodes 7a et 7b, associées respectivement aux premières électrodes 6a et 6b. Les dispositifs de contrôle 16 par asservissement des différences de potentiel Vd sont sélectifs, c'est-à-dire ils permettent de contrôler les différences de potentiel Vda et Vdb indépendamment en fonction des courants la et lb qui sont mesurés indépendamment. Pour des raisons de clarté, sur la figure 4 seuls deux premières électrodes 6 et deux secondes électrodes 7 associées sont représentées. Cependant, le système peut comporter une pluralité de secondes électrodes 7, associées respectivement à une pluralité de premières électrodes 6 et à une pluralité de dispositifs de contrôle 16 par asservissement. Le nombre de micro-pointes 5 n'est pas nécessairement identique au nombre de premières 6 et/ou secondes 7 électrodes. Lorsque le système comporte une première électrode 6 unique et une seconde électrode 7 unique, le système peut comporter un dispositif 16 unique de contrôle par asservissement, permettant de contrôler la différence de potentiel Vd entre la première 6 et la seconde 7 électrode par asservissement aux courants I, mesurés par l'intermédiaire d'une pluralité de détecteurs 15. Par ailleurs, une seconde électrode 7 peut être associée à plusieurs premières électrodes 6 ou vice versa.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 5, les secondes électrodes 7 sont constituées par les micro-pointes 5 ce qui est, par exemple, une solution intéressante, lorsque le principe d'écriture et/ou de lecture ne nécessite pas de contact intime entre la couche mémoire et les micro-pointes et/ou lorsque la couche mémoire 2 est, en surface, en un matériau non-conducteur. Sur la figure 5, les éléments en matériau souple élastique sont constitués par une couche 17 en matériau souple élastique disposée autour des micro-pointes, de manière à ce que les micro-pointes 5 fassent saillie sur la couche 17 en matériau souple élastique. Des secondes micro-billes 18, dures ou souples, sont disposées sur la couche 17. Ainsi, l'ensemble des secondes micro-billes 18 et de la couche 17 permet d'amortir le contact entre les micro-pointes 5 et la couche mémoire 2. Les différentes sortes d'éléments en matériau souple élastique, par exemple les plots 12 et la couche 17 en matériau souple élastique, peuvent être combinés, par exemple par structuration d'une couche en matériau souple élastique, de manière à obtenir une couche comportant des saillies.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés. En particulier les premières électrodes peuvent être enterrées dans la couche mémoire 2, disposées sur la face avant de la couche mémoire 2 ou constituées par celle-ci. Les secondes électrodes peuvent être enterrées dans le support 10 ou être disposées à la face avant ou arrière de celuici. Les électrodes peuvent avoir une forme quelconque, par exemple ronde, carrée, rectangulaire, hexagonale ou annulaire pour être disposées autour des micro-pointes. La forme des électrodes peut être optimisée pour servir d'écran de champs électriques créés par des circuits d'adressage et interagissant avec la couche mémoire 2. Les électrodes peuvent être réalisées par tout procédé classique, par exemple par dépôt et gravure d'un métal, par exemple du cuivre, de l'aluminium, du tungstène ou d'un nitrure ou d'un oxyde de tungstène.
Claims (13)
1. Système d'enregistrement comportant un support d'enregistrement (1) comportant une couche mémoire (2) apte à stocker des informations et un dispositif (4) de lecture et/ou écriture des informations comportant un réseau de micro-pointes (5) disposées dans un plan commun en regard de la couche mémoire (2), système caractérisé en ce que le support d'enregistrement (1) comporte au moins une première électrode (6) et le dispositif (4) de lecture et/ou écriture comporte au moins une seconde électrode (7), la première électrode (6) étant disposée en regard de la seconde électrode (7), le système comportant des moyens de contrôle (C) de la distance (d) séparant le support d'enregistrement (1) du dispositif (4) de lecture et/ou écriture par application d'une différence de potentiel (Vd) entre les première (6) et seconde (7) électrodes.
2. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première électrode (6) est constituée par une couche conductrice disposée sur une face arrière (8) de la couche mémoire (2) opposée à une face avant (9) disposée en regard des micro-pointes (5).
3. Système selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de secondes électrodes (7a, 7b, 7c) constituées par des plots conducteurs incorporés dans un support (10) du réseau de micro-pointes (5).
4. Système selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de premières électrodes (6a, 6b, 6c) constituées par des plots conducteurs disposés sur une face arrière (8) de la couche mémoire (2) opposée à une face avant (9) disposée en regard des micro-pointes (5).
5. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le dispositif (4) de lecture et/ou écriture comporte des éléments en matériau souple élastique destinés à amortir le contact entre les micro-pointes (5) et la couche mémoire (2).
6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments en 10 matériau souple élastique sont constitués par des micro-billes (11) réparties aléatoirement dans le plan des micro-pointes (5).
7. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments en matériau souple élastique sont constitués par des plots (12) disposés en 15 quinconce par rapport aux micro-pointes (5).
8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que les plots (12) en matériau souple élastique ont une forme tronconique dont la surface sommitale (13) est sensiblement supérieure à la surface (14) des micropointes (5) destinée à venir en contact avec la couche mémoire (2).
9. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que les éléments en matériau souple élastique comportent une couche (17) en matériau souple élastique disposée autour des micro-pointes (5), de manière à ce que les micro- pointes (5) fassent saillie sur la couche (17) en matériau souple élastique, des secondes micro-billes (18) étant disposées sur la couche (17) en matériau souple élastique.
10. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (15) de détection de grandeurs de mesure représentatives des écarts entre les micro-pointes (5) et la couche mémoire (2) et des moyens de contrôle (16) par asservissement de la différence de potentiel (Vd) entre les première (6) et seconde (7) électrodes aux grandeurs de mesure.
11. Système selon la revendication 10, caractérisé en ce que, le système comportant une pluralité de secondes électrodes (7), associées à au moins une première électrode (6), les moyens (16) de contrôle par asservissement de la 1a différence de potentiel (Vd) entre la première (6) et chaque seconde (7) électrode sont sélectifs.
12. Système selon l'une des revendications 10 et 11, caractérisé en ce que les grandeurs de mesure sont des courants (I) parcourant respectivement les micro-15 pointes (5).
13. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les secondes électrodes (7) sont constituées par les micropointes (5).
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