JP2006527448A - マイクロチップ及び記録媒体を有するデータ記録装置 - Google Patents

マイクロチップ及び記録媒体を有するデータ記録装置 Download PDF

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Abstract

本発明は、マイクロチップ(3)及び記録媒体(2)を有するデータ記録装置(1)に関する。記録媒体(2)は、好適には炭素から成る抵抗層(5)が被着された基板(4)を有し、上記抵抗層(5)、活性層(6)で被覆されている。本発明によれば、上記活性層(6)は、電圧をマイクロチップ(3)と対向電極との問に印加すると、第1の電気抵抗値から第2の電気抵抗値に移ることができる。本発明のデータ記録装置(1)は、活性層(6)とマイクロチップ(3)との間に設けられた少なくとも1つの炭素から成る抵抗素子(7)を更に有する。

Description

発明の詳細な説明
〔発明の背景〕
本発明は、マイクロチップ及び記録媒体を有するデータ記録装置であって、記録媒体が、抵抗層が被着された基板を有し、抵抗層が、マイクロチップと対向電極との問に印加された電圧の作用により第1の電気抵抗率値から第2の電気抵抗率値に切り換わることができる活性層によって被覆されているデータ記録装置に関する。
〔技術の現状〕
コンピュータ分野とマルチメディア分野の両方におけるデータ記録は、容量に関する要望の高まりに応えなければならず、したがって、記憶密度の増大を必要としている。最近、チップ効果型顕微鏡、例えば原子問力顕微鏡(AFM)や走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）で用いられる形式と同一形式のマイクロチップを実現することにより約1テラビット/cm2の大記憶容量が得られた。かくして、H.カド(H.Kado)他著,「カルコゲニドフィルム上への原子問力顕微鏡を用いたナノメータスケール・レコーディング(Nanometer-scale recording on chalcogenide films with an atomic force microscope)」,アプライド・フィジクス(Appl.Phys.)レター(Letter) 66(2),1995年5月, 2961〜2962ページには、活性GeSb2Te4膜を有する記録媒体上にデータを記録するためのマイクロチップの使用法が記載されている。
かくして、マイクロチップから対向電極に流れる電流は、記録媒体の活性層を通って流れ、活性層中に電気抵抗率の互いに異なるゾーンを形成する。例えば、電圧の印加により誘起される電流により、活性層をこれが好ましくはジュール効果による加熱によって局所的に第1の物理的状態から第2の物理的状態に切り換わるよう形成できる。
活性層は一般に、相変化材料、例えば光学式記録分野で既に用いられているGeSbTe及びAgInSbTe型のカルコゲニドで作られる。かくして、活性層中に形成されるメモリポイント(ビット)の読取りは、接触モードで、即ち、マイクロチップが記録媒体と接触しているとき、記録媒体の電気抵抗の局所的変化を検出することにより実施できる。
しかしながら、電気抵抗の変化は、書込み段階では、マイクロチップ及び記録媒体に対し悪影響を生じさせる場合がある。事実、マイクロチップ及び(又は)記録媒体は、書込み段階の際に、マイクロチップの下に誘起された過剰電流により損傷する場合がある。かかる問題を回避するため、特に、活性層と基板との問の電流を制限する抵抗膜を配置することが特許文献である米国特許第5,751,686号明細書において提案され、かかる抵抗膜は、例えば、酸化シリコン又は窒化シリコンである場合がある。
日本国特開平10-112083号公報の要約書は、ダイヤモンド又はダイヤモンド様炭素の保護層を半導体GeSb2Te4の薄膜により形成された活性層に被着して、チップが活性層を含む記録媒体と接触しているときの研磨及び摩耗により引き起こされる損傷から保護することを提案している。
しかしながら、これら互いに異なる解決策によっては、電気的、熱的及び機械的性質の観点からは満足のゆく記録装置を得ることができない。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、上述の欠点を解決し、データの読取りの際の検出コントラストを保つどころかこれを高めながら高い記憶密度を備えたデータ記録装置を提供することにある。
本発明によれば、この目的は、請求項に記載された技術的特徴によって達成される。
具体的に述べると、この目的は、炭素で作られた少なくとも1つの抵抗素子が、活性層とマイクロチップとの問に配置され、抵抗素子が、活性層の第1の電気抵抗率値と第2の電気抵抗率値との間の制御された電気抵抗率を有するという特徴によって達成される。
本発明の開発例によれば、抵抗層は、炭素で作られている。
本発明の別の開発例によれば、抵抗素子は、活性層の第1の電気抵抗率値と第2の電気抵抗率値との間の制御された電気抵抗率を有する。
好ましい実施形態によれば、抵抗素子は、抵抗素子の電気抵抗率を調節するよう設計されたドーピング元素を含み、ドーピング元素は、瑚素及び燐から選択される。
本発明の別の特徴によれば、抵抗層は、活性層の第1の電気抵抗率値と第2の電気抵抗率値との問の電気抵抗率を有する。
本発明の別の開発例によれば、抵抗層は、抵抗層の電気抵抗率を調節するよう設計されたドーピング元素を含み、ドーピング元素は、瑚素、燐、銀及び銅から選択される。
他の利点及び特徴は、非限定的な例として与えられているに過ぎず、添付の図面に記載
された本発明の特定の実施形態についての詳細な説明から明らかになろう。
〔特定の実施形態の説明〕
図1に示す特定の実施形態では、データ記録装置1は、記録媒体2及びマイクロチップ3を有している。記録媒体2は、抵抗層5が被着された基板4を有している。抵抗層5は好ましくは、炭素で作られ、又は例えばカルコゲニドのような別の材料で作られ、この抵抗層は、マイクロチップ3からの電流の流れによってメモリポイント(ビット)を記録できる活性層6によって被覆されている。かくして、活性層6は、マイクロチップと対向電極との間に印加された電圧の作用により第1の電気抵抗率値から第2の電気抵抗率値に切り換わることができる。対向電極4は、例えば基板が導電性である場合、基板4によって形成されたものであるのがよい。かくして、基板4を、例えば、0.01〜1Ω・cmの電気抵抗率を達成するようアンチモン又は瑚素をドープしたドープドシリコンで作るのがよい。基板4を絶縁材料で作る場合、対向電極を基板4に被着した導電層で構成するのがよい。記録装置1は、活性層とマイクロチップ3との問に配置され、好ましくは、厚さが約1nmの少なくとも1つの抵抗素子7を更に有する。図1では、カーボンで作られた抵抗素子7は、活性層6に被着された層によって構成される。
活性層6の厚さは好ましくは50nm以下であり、この活性層6は好ましくは、相変化材料、例えば、ゲルマニウム・アンチモン・テルル化合物、例えばGe2Sb2Te5又は銀・インジウム・アンチモン・テルル化合物(AgInSbTe)で構成される。電圧の印加により誘起される電流の流れによって生じるジュール効果加熱の作用下で、かかる相変化材料は事実、第1の電気抵抗率値を示す第1の相から第1の値とは異なる第2の電気抵抗率値を示す第2の相に切り換わることができる。例えば、書込み後、Ge2Sb2Te5化合物の活性層は、非晶質Ge2Sb2Te5Ge2Sb2Te5により構成された複数の第1のゾーン及びメモリポイント(ビット)を形成し、結晶質Ge2Sb2Te5により構成された複数の第2のゾーンを有する。結晶質Ge2Sb2Te5の電気抵抗率は、約0.1Ω・cmであり、これに対し、非晶質Ge2Sb2Te5の抵抗率は、約100Ω・cmである。
炭素で作られた抵抗層5の厚さは好ましくは、5nm〜50nmであり、この抵抗層は、電流が制御された強さでマイクロチップ3から基板4に流れることができるようにする電気抵抗率を示す。抵抗層5を例えば陰極スパッタリングによって形成することができ、この技術により、抵抗層5の電気抵抗率を制御することができる。かくして、抵抗層5の電気抵抗率は、銀及び銅については0.1%〜10%、瑚素及び燐については1ppm〜0.1%の割合で棚素、銀、燐及び銅から選択されたドーピング元素を炭素から成る抵抗層5中へ添加することによ.り設定値に調節できる。ドーピングは特に、ドーピング元素により形成された直径が約1cm2のパッドを炭素スパッタリング標的に追加することにより実施できる。かくして、このようにドーピングを行うことにより、抵抗層5の電気抵抗率を制御して活性層6の第1の電気抵抗率値と第2の電気抵抗率値との問の電気抵抗率を得ることができる。活性層5の電気抵抗率は好ましくは、約1Ω・cmである。
抵抗層5は又、活性層6の電気抵抗率の局所的変化を促進し、特に、相変化材料で作られた活性層6の場合、一方の相から他方の相への移行を促進することができる。かくして、抵抗層は好ましくは、活性層6において一方の相から別の相への移行に適した温度を保証することができる熱抵抗を有する。加うるに、抵抗層5は、活性層6において深さ方向の加熱が行われるようにし、それにより活性層6中の相変化により影響を受ける体積部又は領域を増加させることができ、したがって得られたメモリポイントの読取りの際の電気抵抗コントラストが促進される。
抵抗層5の熱抵抗は、図2に示すように基板4と活性層6との間に配置された断熱層8によっても促進できる。断熱層8を例えば任意公知の形式の熱プロセス、例えば一部が二成分化合物、例えばGeTeで作られた記録媒体の瞬時加熱によって結晶化ゲルマニウム・アンチモン・テルル化合物によって形成できる。断熱層は又、基板が断熱性である場合、基板に代わって対向電極としても働くことができる。
抵抗素子7は、電気的接触を活性層6とマイクロチップ3との間に生じさせることができる制御された電気抵抗率を示す。かくして、抵抗素子7の電気抵抗率の値は好ましくは、活性層6の第1の電気抵抗率値と第2の電気抵抗率値の間にあり、抵抗素子7の厚さは好ましくは、約1nmである。抵抗素子7のこのような電気抵抗率の値及び厚さにより、記録媒体の読取りを行う際、適当な電気抵抗コントラストを互いに異なる電気抵抗率を持つゾーン相互間で得ることができる。
かくして、抵抗素子7の電気抵抗率を任意の形式の公知手段により、特に瑚素及び燐から選択されたドーピング元素を抵抗素子にドープすることにより調節できる。例えば、活性層がGeSbTeで作られている場合、抵抗素子7の電気抵抗率は、1Ω・cm〜10Ω・cmであり、その厚さは約1nmである。抵抗素子7の電気抵抗率を容易に制御するため、プラズマの圧力及び組成を調節することにより陰極スパッタリング法により又はプラズマ増速(促進)化学気相成長法(PECVD)タイプのガス分解蒸着法によって抵抗素子7を達成でき、ガスは、例えばメタン又は一酸化炭素であるのがよい。
したがって、抵抗素子7の電気抵抗率は、制御された強さでのマイクロチップから活性層6への十分な電流入力を可能にするよう調節される。抵抗素子7は又、電圧を印加したときに相変化を活性層中に生じさせることができる熱抵抗を有する。抵抗素子7は又、活性層6を表面汚染現象、例えば酸化効果から保護することができる。また、炭素の保護層9を抵抗素子7に被着して(図2)抵抗素子7の減摩特性を高めるのがよい。
かくして、抵抗層5及び抵抗素子7のそれぞれの電気抵抗率は、活性層6の見掛けの抵抗コントラストに応じて調節される。これにより、特に、記録媒体の読取りを行う際、活性層6の互いに異なる状態の2つのゾーンの見掛けの電気抵抗率相互のコントラストが低くなるという恐れを軽減させることができる。活性層に被着された層中のリード電流の一部が側方へ逸れることが起こるのは珍しいことではなく、これにより電気抵抗率コントラストが低くなる。
抵抗層5及び抵抗素子7は又、十分な加熱を活性層6の全体にわたって行わせて電流が書込み段階で注入されているとき、所要の状態変化を誘発させることができる。状態変化により影響を受ける体積部又は領域の幾何学的形状はデータの読取りを行う際のコントラストに影響を及ぼすので、抵抗層5により活性層の厚さ全体にわたって加熱を達成することができる。加うるに、かかる装置は、活性層6が低抵抗率状態に切り換わると、活性層6中に注入される電流の過剰増加を回避することができる。
本発明のデータ記録装置の第1の実施形態の概略断面図である。 本発明の装置の第2の実施形態の概略断面図である。

Claims (17)

  1. マイクロチップ(3)及び記録媒体(2)を有するデータ記録装置であって、前記記録媒体が、抵抗層(5)が被着された基板(4)を有し、前記抵抗層(5)が、マイクロチップ(3)と対向電極との問に印加された電圧の作用により第1の電気抵抗率値から第2の電気抵抗率値に切り換わることができる活性層(6)によって被覆されているデータ記録装置において、炭素で作られた少なくとも1つの抵抗素子(7)が、活性層(6)とマイクロチップ(3)との間に配置され、抵抗素子(7)は、活性層(6)の第1の電気抵抗率値と第2の電気抵抗率値との間の制御された電気抵抗率を有することを特徴とする記録装置。
  2. 抵抗層(5)は、炭素で作られていることを特徴とする請求項１に記載の記録装置。
  3. 抵抗素子(7)は、抵抗素子(7)の電気抵抗率を調節するよう設計されたドーピング元素を含み、ドーピング元素は、瑚素及び燐から選択されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の記録装置。
  4. 抵抗素子(7)の厚さは、約１ｎｍであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一に記載の記録装置。
  5. 抵抗素子(7)は、活性層(6)に被着された層であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一に記載の記録装置。
  6. 抵抗層(5)は、活性層(6)の第1の電気抵抗率値と第2の電気抵抗率値の間の電気抵抗率を有していることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一に記載の記録装置。
  7. 抵抗層(5)の厚さは、５〜５０ｎｍであることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一に記載の記録装置。
  8. 抵抗層(5)は、抵抗層(5)の電気抵抗率を調節するよう設計されたドーピング元素を含み、ドーピング元素は、瑚素、燐、銀及び銅から選択されていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一に記載の記録装置。
  9. 抵抗素子(7)に被着された炭素の保護層(10)を有することを特徴とする請求項１ないし８のうちいずれか一に記載の記録装置。
  10. 基板(4)と抵抗層(5)との間に配置された断熱層(8)を有することを特徴とする請求項１ないし９のいずれか一に記載の記録装置。
  11. 断熱層(8)は、結晶化ゲルマニウム・アンチモン・テルル化合物によって形成されていることを特徴とする請求項１０に記載の記録装置。
  12. 結晶化ゲルマニウム・アンチモン・テルル化合物は、部分的に達成された記録媒体(2)の瞬時加熱により得られることを特徴とする請求項１１に記載の記録装置。
  13. 結晶化ゲルマニウム・アンチモン・テルル化合物は、ゲルマニウムとテルルの２成分化合物から得られることを特徴とする請求項１１に記載の記録装置。
  14. 活性層(6)は、相変化材料により形成されていることを特徴とする請求項１ないし１３のいずれか一に記載の記録装置。
  15. 活性層(6)の厚さは、５０ｎｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし１ないし１４のいずれか一に記載の記録装置。
  16. 基板(4)は、導電性であり、前記基板(4)は、対向電極を構成していることを特徴とする請求項１ないし１５のいずれか一に記載の記録装置。
  17. 基板(4)は、ドープドシリコンで作られていることを特徴とする請求項１６に記載の記録装置。
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