JP2009501435A - 高度に分解されたドメインを書き込むための媒体 - Google Patents

Abstract

本発明によるシステムは、媒体と結合可能なチップを含むことができ、媒体は、基板とオーバーコートとの間に配置された、一実施形態においては相変化材料（或いは、他の実施形態においては極性依存メモリ材料又は他のメモリ材料）を含む。オーバーコートは、導電部分と実質的に非導電部分とを有する共堆積された膜であり、この共堆積膜は、オーバーコートを横切るよりもオーバーコートを貫通する方が電流をより効果的に導通する。オーバーコートは、材料の構造が無秩序になるのに十分な温度までチップの真下の相変化材料の部分を加熱するように、電流を実質的に導く。次に、電流が相変化材料から除去され、相変化材料が急速に冷却され、結晶バルク構造よりも高い抵抗率を有するドメインを形成する。

Description

本発明は、分子メモリ集積回路を用いる高密度データ記憶装置に関する。
（著作権表示）
本特許文献の開示の一部には、著作権保護を受けた材料が含まれる。著作権者は、特許商標局の特許ファイル又は記録に示される場合に、特許文書又は特許開示の如何なる人による複製にも異議はないが、そうでない場合には、全ての著作権を保有する。
（優先権主張）
本出願は、次の米国特許仮出願及び米国特許出願、すなわち：
２００５年６月２４日に出願された「Ｍｅｄｉａ ｆｏｒ Ｗｒｉｔｉｎｇ Ｈｉｇｈｌｙ Ｒｅｓｏｌｖｅｄ Ｄｏｍａｉｎｓ」という名称の米国特許仮出願第６０／６９３，９５０号（代理人整理番号第ＬＡＺＥ−０１０３２ＵＳ０）
２００５年７月８日に出願された「Ｍｅｄｉａ ｆｏｒ Ｗｒｉｔｉｎｇ Ｈｉｇｈｌｙ Ｒｅｓｏｌｖｅｄ Ｄｏｍａｉｎｓ」という名称の米国特許出願第１１／１７７，５５０号（代理人整理番号第ＬＡＺＥ−０１０３２ＵＳ１）
に基づく優先権を主張する。

１９６５年に、Ｇｏｒｄｏｎ Ｍｏｏｒｅ氏は、集積回路におけるトランジスタの数の指数関数的な増加を観察し、この傾向が続くことを予測し、そしてそのようになった。ソフトウェア開発者は、各世代の集積回路をその能力の限界まで推し進め、例えば、常により精巧な、よりデータ集約型アプリケーション、並びにグラフィック集約型アプリケーション及びオペレーティング・システム（ＯＳ）を着々と開発した。アプリケーション又はＯＳの各世代は、常に、計算サークルにおいて「メモリを喰うもの（ｍｅｍｏｒｙ ｈｏｇ）」であるという嘲笑的レッテルが貼られると思われる。こうしたアプリケーション用のコードを格納するために、揮発性及び不揮発性の両方についてより高容量のデータ記憶装置が絶えず求められている。この容量への必要性に加えて、ｉＰｏｄ、パーソナル・デジタル・アシスタント（ＰＤＡ）、精巧な携帯電話、及びラップトップ・コンピュータのようなパーソナルＭＰ３プレーヤの形態のパーソナル・コンピュータ及び家庭用電化製品が合流し、コンパクトさと信頼性に重きが置かれた。

今日使用されているほぼ全てのパーソナル・コンピュータ及びサーバは、頻繁にアクセスされるデータを恒久的に格納するために、１つ又はそれ以上のハードディスク・ドライブを収容している。どのメインフレーム及びスーパーコンピュータも、何百ものハードディスク・ドライブに接続される。家庭用電化製品は、カムコーダからＴｉＶｏ（登録商標）に至るまで、ハードディスク・ドライブを使用している。ハードディスク・ドライブは大量のデータを格納するが、それらは、多量の電力を消費し、長いアクセス時間を必要とし、電源投入時の「回転立ち上げ（ｓｐｉｎ−ｕｐ）」時間を必要とする。フラッシュ・メモリは、より容易にアクセス可能な形態のデータ記憶装置であり、ハードディスク・ドライブに本来ある遅延時間及び大電力消費の問題に対するソリッドステート解決法である。ハードディスク・ドライブと同様に、フラッシュ・メモリは、不揮発性形態でデータを格納できるが、メガバイト当たりのコストが、ハードディスク・ドライブの同等の空間量のメガバイト当たりのコストよりも劇的に高く、よって、控えめに使用される。

データ記憶装置産業では、磁気レコーダのような慣習的な記録装置（テープレコーダ及びハードディスク・ドライブ）、並びにソリッドステート・トランジスタ（ＥＥＰＲＯＭ及びＦＬＡＳＨ）に代わるものとして、相変化媒体が用いられている。ＣＤ−ＲＷデータ記憶ディスク及び記録ドライブは、相変化技術を使用して、コンパクトディスク型媒体形式での書き込み・消去能力を可能にする。ＣＤ−ＲＷは、相変化材料を加熱して、結晶状態からアモルファス状態への相変化を引き起こしたときに光学特性（例えば、反射率）が変化するという利点を取り入れたものである。相変化材料が後にレーザの下に通されたときに「ビット」が読み取られ、その反射は、材料の光学特性に依存する。残念なことに、現在の技術は、レーザの波長により制限され、今日の大容量の携帯用電子機器、並びに、システム・オン・ア・チップ（ｓｙｓｔｅｍｓ−ｏｎ−ａ−ｃｈｉｐ）及びマイクロエレクトロニック・メカニカル・システム（ＭＥＭＳ）といった明日の次世代技術に用いるのに必要な非常に高い密度を得ることができない。したがって、より高い密度のデータ記憶を可能にしながら、現在の相変化媒体式解決法の融通性を依然として提供する解決法に対する必要性がある。

添付の図面を用いて、本発明を更に詳細に説明する。

相変化材料を含む媒体
図１Ａは、本発明によるシステム及び方法の実施形態と共に用いるための媒体デバイス１５０の一部を非書き込み状態で示す断面図である。媒体デバイス１５０は、基板１５２と、基板１５２の上に配置された下層（ｕｎｄｅｒ−ｌａｙｅｒ）１５４と、下層の上に形成された記録媒体１５６と、記録媒体１５６の上に形成された上層（ｏｖｅｒ−ｌａｙｅｒ）１５８とを含む。基板１５２は、シリコン（Ｓｉ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、又は他の何らかの半導体材料を含むことができる。下層１５４は、高導電性材料を含むことができ、記録媒体１５６から熱を引き出して、記録媒体１５６の急速冷却を容易にする。一実施形態においては、下層１５４は、タングステンを含むことができ、他の実施形態においては、下層１５４は、プラチナ、金、アルミニウム、及び銅のうちの１つ又はそれ以上を含むことができる。さらに他の実施形態においては、下層１５４は、高導電性の他の何らかの材料を含むことができる。下層１５４を形成する材料はさらに、熱膨張特性（低い熱膨張係数が好ましい）、接着特性（高い接着性が好ましい）、堆積の均一性、平滑性等といった付加的な特性に基づいて選択されることが望ましい。当業者であれば、下層を形成するために、高い導電性と、１つ又はそれ以上の好適な特性とを有する無数の異なる材料を認識することができる。下層１５４を基板１５２から絶縁することが望ましい場合には、下層１５４と基板１５２との間に絶縁層１８６を配置してもよい。例えば、一実施形態においては、絶縁層１８６は、酸化物材料及び窒化物材料の一方を含むことができる。絶縁層１８６は、媒体１５６を基板１５２から熱的にも電気的にも絶縁する。

一実施形態においては、記録媒体１５６は、ゲルマニウム（Ｇｅ）、アンチモン（Ｓｂ）、及びテルル（Ｔｅ）のうちの１つ又はそれ以上を含む、カルコゲニドのような相変化材料（ここでは「ＧＳＴ」とも呼ばれ、「ＧＳＴ」は定比及び不定比ＧｅＳｂＴｅ合金とも呼ばれる）を含むことができる。相変化材料の一部分が、ある閾値温度を超えて加熱され、次いで、非常に急速に冷却される（すなわち、急冷される）ときには、材料の相が結晶状態から無秩序状態へと変化する。逆に、相変化材料がある閾値を超えて加熱され、次いで、ゆっくり冷却することが可能な場合には、材料が再結晶化する傾向がある。これらの相変化の結果として、相変化材料の抵抗率が変化する。この抵抗率の変化は、相変化材料において極めて大きなものであり、導電性のチップ又は導電性コーティングを含むチップ１４２（図１Ｂ参照）により、そのチップ（ｔｉｐ）１４２及び媒体デバイス１５０に電流を流すことで、検出することができる。相変化材料は、当該技術分野ではよく知られており、例えば、両方ともＯｖｓｈｉｎｓｋｙに付与され、引用によりここに組み込まれる、米国特許第３，２７１，５９１号及び第３，５３０，４４１号のような多くの参考文献に開示を見出すことができる。他の実施形態においては、以下に詳細に示されるように、記録媒体は、極性依存メモリ材料のような代替的な材料とすることができる。

媒体デバイス１５０は、チップ１４２が上層１５８に接触したときに記録媒体１５６及び／又はチップ１４２への物理的損傷を防止するように選択される材料を含む上層１５８をさらに含む。上層１５８は、上層１５８及び／又はチップ１４２の寿命を延ばすように、耐磨耗性材料を含むことができる。上層１５８は、低い導電特性及び高い硬度特性を有することができる。例えば、一実施形態においては、上層１５８は、導通性がよくない硬い材料である窒化チタン（ＴｉＮ）を含むことができる。しかしながら、膜を横切るよりも膜を貫通する方が電流をより容易に導通する材料を使用することが有利である（以下に詳細に説明するように）ことに留意すべきである。窒化モリブデン（ＭｏＮ）及びＴｉＮのような幾つかの金属窒化物は、ある程度こうした特性を示すことができる異方性の柱状材料である。

さらに他の実施形態においては、例えば、極性依存メモリ層が記録媒体として用いられる場合、上層１５８は、ダイアモンド状炭素（ＤＬＣ）を含むことができ、このダイアモンド状炭素は、製造プロセスにおいて種々の技術により調整することができる導電特性を有する。こうした技術の１つは、ＤＬＣの生成において窒素のようなドーパントを用いることを含む。さらに別の実施形態においては、上層１５８は、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）又は酸化シリコンなどの絶縁体を含むことができる。絶縁体が上層１５８として用いられる場合、チップから媒体デバイス１５０に与えられる電流は、記録媒体１５６に到達する前に、上層１５８をトンネル通過しなければならず、そのため、上層１５８は、電流が記録媒体１５６と相互作用し得る前に必要とされるトンネル作用の量を制限するように十分に薄くすべきである。例えば、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）がトンネル酸化物として用いられる場合、上層１５８を約１０ｎｍよりも小さいものにすることができる。

媒体デバイス１５０は、例えば、堆積チャンバ（例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ、プラズマ気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ）及び／又は炉を用いて膜層を順番に堆積又は成長させるための通常の半導体製造プロセスを用いて形成することができる。代替的に、媒体デバイス１５０は、シャドー・マスクを用いて形成することもできる。シャドー・マスクを用いる場合には、最終的なウェハの上に少なくとも１つのアパーチャを含むマスク・ウェハを配置し、媒体デバイス１５０を形成する。次に、マスク・ウェハ及び最終ウェハに堆積プロセスが施される。堆積プロセス中、化学物質がシャドー・マスクを貫通し、媒体デバイス１５０を形成するように堆積される。さらに、リフトオフ・レジスト層の上に媒体及び／又は媒体スタックを堆積させることができる。レジスト層及び過剰な媒体スタックは、媒体デバイス１５０が形成されたウェハを溶媒浴中に入れて、レジストを溶解し、過剰な材料の除去を可能にすることによって除去することができる。当業者であれば、媒体デバイス１５０を形成するための無数の異なる技術を認識することができる。

さらに別の実施形態においては、上層１５８は、上層１５８を横切る電流の分路を制限するために、サーメット状材料を含むことができる。サーメットは、絶縁体と、マトリクスを形成する金属導体とを組み合わせたものである。マトリクスは、コンクリート状構造を有することができ、ここで、金属は、コンクリート内の小石に類似し、絶縁体は、小石を一緒に保持する「接着剤」に類似している。マトリクスはまた、ＴｉＮに非常によく似た柱状構造を有することもできる。いずれの形態も、電流が膜を横切って横方向に流れるのではなく膜を貫通して流れるのが好ましいような、相対的に異方性の導電性を可能にする。さらに他の実施形態においては、記録媒体１５６は、導体として、絶縁体のマトリクスで囲まれた相変化材料を含むサーメットとすることができる。さらに他の実施形態においては、記録媒体１５６は、絶縁材料で囲まれた、相変化材料の分離したドットを含むことができる。隣接するドットから電気的に絶縁された別個の導体をドット上に配置することができる。さらに他の実施形態においては、上層１５８は、電圧と共に非直線形の導電特性を示す材料、特に、高い電位で導電率が増加する材料を含むことができる。こうした材料には、酸化スズ（ＳｎＯ）がある。さらに別の実施形態においては、上層１５８は、温度と共に非直線形の導電特性を示す材料、特に高い温度で導電率が増加する材料を含むことができる。こうした材料には、シリコンのような多くの半導体がある。これらの代替的な材料の多くは、その組み合わせで上層の異方性の導電特性を高めるように一緒に用いることができる。さらに、これらの上層材料は、一緒に混合するのではなく、順次に使用して、上層１５８の性能特性を向上させることもできる。例えば、ＴｉＮの上に炭素の非常に薄い層を付加して、酸化に対する障壁を形成すると共に、表面の潤滑性を改善することができる。

図１Ｂは、本発明による媒体デバイス１５０の実施形態と共に用いるための共堆積された膜を含む１つのこうした上層１５８の一部の拡大図である。上層１５８は、記録媒体１５６の上に配置され、かつ、非常に異方性の導電特性を有する、連続した又は不連続のカバー層を含むことができる。共堆積膜は、例えば、Ｍａｒｄｉｌｏｖｉｃｈ他への米国特許第６，７７０，３５３号及びＡｖｎｉｅｌ他への米国特許第６，５４１，３９２号に記載されており、両方とも引用によりここに組み入れる。こうした参考文献は、多数の材料が交互にスパッタリングされた多数のターゲットを用いる共堆積膜の堆積を教示している。当技術分野においては、単一の複合ターゲットから、絶縁体で囲まれた第二鉄粒子を有する粒状膜を製造することがさらに知られている。例えば、引用によりここに組み入れられる、Ｋａｉｔｓｕ他による「Ｍａｇｎｅｔｉｃ Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ （Ｃｏ−ａｌｌｏｙ）−ＳｉＯ２ Ｇｒａｎｕｌａｒ Ｆｉｌｍｓ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ，第３２巻、第５、１９９６年９月を参照されたい。本発明による方法の実施形態は、単一の金属及び一連のプロセス・ステップにおける誘電体複合ターゲットから、図１Ｂ及び図４Ａに概略的に示される構造体に材料をスパッタリングすることによって、金属及び誘電体を共堆積することを含むことができる。これらの図面に見られるように、共堆積膜は、不連続の導電性構造を有する連続した非導電性膜を含むことができる。こうした共堆積膜は、実質的に分路を制限することができ、膜を貫通する（すなわち、垂直方向の）電気抵抗に対して、膜を横切る（すなわち、横方向の）高い電気抵抗を示す。このように、共堆積膜は方向に依存した導電性を好む（好まれる方向は、共堆積膜を横切るよりも共堆積膜を貫通する方向である）ため、共堆積膜の導電性は実質的に「異方性」であると言うことができる。抵抗率、

を有する等方性の導電特性を有する上層において最大の抵抗コントラストに近づくことができる。異方性の導電特性を有する上層は、抵抗率、

を有するべきである。例えば、ＧＳＴは、

となるように変化する抵抗率を有する。

導電性部分１５８ａは、導電性酸化物を有する金属のような環境上頑強な材料を含むことが好ましい。例えば、金属は、モリブデン（Ｍｏ）、イリジウム（Ｉｒ）、及びルテニウム（Ｒｕ）、又は他の何らかの高融点金属のうちの１つ又はそれ以上を含むことができる。絶縁部分１５８ｂは、高密度で硬い誘電体を含むことが好ましい。例えば、誘電体は、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）、窒化シリコン（ＳｉＮ_x）、又は酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）を含むことができる。さらに、導電性部分１５８ａの粒径及び粒子間隔は、チップ１４２の曲率半径に対して十分に小さいことが好ましく（必須ではない）、チップ１４２により、相当な数の導電性部分１５８ａが「見える」。例えば、約５０又はそれより多い粒子である。したがって、好ましい実施形態においては、１ビット（又は、印）が２５ｎｍの直径を有する場合、各々の粒径は、約４ｎｍ又はそれより小さくなければならず、導電性部分１５８ａの幅と絶縁部分１５８ｂのマトリクス内の導電性部分１５８ａ間の距離の１：１の比が与えられるべきである。十分に小さい粒径を有する金属酸化物の堆積は、例えば、引用によりここに組み入れられる、Ｕｗａｚｕｍｉ他による「ＣｏＰｔＣｒ−ＳｉＯ２ Ｇｒａｎｕｌａｒ Ｍｅｄｉａ ｆｏｒ Ｈｉｇｈ−Ｄｅｎｓｉｔｙ Ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ」、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ、第３９巻、第４、ｐ．１９１４、２００３年７月に記載されている。

図１Ｂ及び図１Ｃは、印１６０（これは、データビットを表すことができ、便宜上、ここではデータビットと呼ばれる）が形成された図１Ａの媒体デバイス１５０の一部の断面図である。一実施形態においては、データビット１６０は、上層１５８に接触するか又はほぼ接触した状態で配置されたチップ１４２から記録媒体１５６に電流を通過させ、チップ１４２の付近で記録媒体１５６を加熱することにより形成することができる。上述したように、相変化材料の温度が閾値温度を超えたとき、相変化材料は、半溶融又は溶融状態となり、これを急冷して無秩序ビットを形成することができる。他の実施形態においては、バルク相変化材料が無秩序構造を有することができ、これを加熱したときに、更にゆっくり冷却させて、結晶構造を形成することができる。図２は、カルコゲニドの媒体デバイスの特性を示すチャートである。閾値温度は、等電力線Ｐ_tに沿って交差する電圧でＧＳＴ材料内に生じた温度に対応する。見られるように、カルコゲニドの無秩序領域にわたって傾斜した電圧は、無秩序領域を冷却して結晶構造を形成する前に、閾値電圧Ｖ_t（等電力線Ｐ_tに沿って定められる）を超えなければならない。

急冷とは、溶融又は半溶融の相変化材料から、無秩序構造又は部分的非結晶構造を達成する冷却の速度として定義される。冷却、低速冷却、又は単純な冷却は、相変化材料が溶融又は半溶融材料から結晶構造を形成するのに十分なほどゆっくりした冷却の速度として定義される。一実施形態においては、急冷は、加熱部分から電流を取り去り、導電性の下層が加熱部分から熱を取り去るのを可能にすることによって達成することができ、一方、単純な冷却は、加熱部分から電流を減少させ、導電性の下層１５４が加熱部分から熱を取り去るのを可能にすることによって達成することができる。他の実施形態においては、急冷は、電流を取り去るだけでなく、電流を加熱部分からクランプ（以下に述べられる）を介して転向することによって達成することができ、一方、単純な冷却は、加熱部分から電流を取り去ることを含むことができる。急冷を達成する厳密な技術は、相変化材料、下層１５４の導電率、及びその部分が加熱される温度、並びに環境及び他の要因によって決まり得る。さらに、多数の抵抗状態が用いられる（すなわち、データが非バイナリ形式で格納される）場合には、冷却及び急冷は、種々の冷却速度をもつことができると共に、加熱温度と組み合わせて、所望の及び設計された多数の異なる抵抗状態を達成することができる。

バイナリ・システムでは、データビット１６０は、記録媒体１５６の周囲のバルク相変化材料に対する不調和抵抗を有し、その不調和性が、媒体デバイス１５０に格納されたデータを表す。媒体デバイス１５０からデータビット１６０を消去するために、データビット１６０を含む記録媒体１５６の部分に、第２の電流を付与して、その部分を加熱し、その部分を適切に冷却して、バルク相変化材料の構造体を形成する（無秩序であるか又は結晶であるかに関わらず）。その結果、データビット１６０の抵抗率は、非書き込み状態の抵抗率に変化する。例えば、バルク相変化材料が無秩序構造を有する場合には、結晶ビット１６０を含む相変化材料の部分を、結晶ビット１６０を形成するために適用された温度よりも高い第２の温度まで加熱することによって、結晶ビット１６０を消去することができる。次に、この部分を周囲温度へと急冷して、この部分が、バルク相変化材料の元の抵抗率と同様の抵抗率を有する無秩序構造を形成するようにさせる。

例えば、本発明による媒体デバイス１５０の一実施形態においては、相変化材料は、カルコゲニドを含むことができる。相変化材料のバルクは、結晶構造を有することができ、非書き込み状態に対応することができる。データビット１６０を書き込み状態に設定するために、相変化材料のターゲット部分に第１の電流を付与し、相変化材料のターゲット部分を閾値温度（相変化材料の溶融温度とすることができる）に加熱させることができ、この閾値温度は、カルコゲニドの一実施形態においては、約６００℃とすることができる。相変化材料を周囲温度に急冷することができ、閾値温度に加熱された相変化材料の部分は、その低効率がバルクの非書き込みの相変化材料よりも高くなり、これにより、データビット１６０として解釈できる印が形成される。こうした実施形態においては、急冷は、１０ナノ秒から１００ナノ秒までの範囲の速度で第１の電流を除去することによって達成できるが、この速度及び時間は、実質的に変化し得る。データビット１６０を非書き込み状態（ここでは、リセット状態及び消去状態とも呼ばれる）にリセットするために、第２の電流を記録媒体１５６に付与して、相変化材料の部分を１７０℃から２５０℃まで又はそれ以上（閾値温度までを含む）の範囲の温度にほぼ等しい温度に加熱する。温度範囲は、カルコゲニドの組成によって決まり、幾つかの実施形態においては、１００℃から２５０℃又はそれ以上といった他の範囲を有することもできる。相変化材料の部分が周囲温度に冷却されると、データビット１６０が結晶構造を有するように形成され、結晶構造は、バルクの非書き込みの相変化材料の抵抗率に近い抵抗率を有する。データビット１６０を書き込み、消去する動作範囲を調整するために、記録媒体１５６の相変化材料に対して異なる材料を使用することができる。カルコゲニド中の元素の割合を変えることは、書き込み及び消去温度を変える１つの方法である。

温度についてある程度具体的に説明したが、熱を加える部分の状態は、一般に、その部分の冷却速度に最も影響されることに留意すべきである。冷却速度は、加熱部分に流れる電流を加熱部分から除去する速度、及び、いかに急速に加熱部分から熱を運び去ることができるか（すなわち、媒体デバイス１５０スタックの材料の伝導率）によって影響され得る。最低温度に到達し（すなわち、上述の実施形態では、約１７０℃の結晶化温度）、これが維持される場合には、材料を再結晶化し得るのに十分なほどゆっくりと材料を冷却できると主として考えられる。こうした冷却は、加熱部分に付与される電流を減少することを含む多くの異なる技術を用いて達成することができる。幾つかの実施形態においては、電流を段階的に減少すると共に、加熱部分を所望の時間中所望の温度レベルに維持することができ、よって、実質的に全部分にわたって結晶化を達成することができる。当業者であれば、記録媒体１５６として用いるための相変化材料の異なる用途、及び相変化材料の材料特性の変化を達成するための技術を認識することができる。

他の実施形態においては、相変化材料は、そのバルクが非書き込み状態に対応する無秩序構造を含むようなカルコゲニドを含むことができる。こうした実施形態においては、相変化材料のターゲット部分を加熱してゆっくりと冷却し、その部分が結晶化して、書き込み状態を有するデータビット１６０として解釈できる印を形成することができる。本発明によるシステム及び方法は、ここに開示される慣例、或いは、説明された温度範囲又は材料特性に限定されるものと解釈すべきではない。本発明によるシステム及び方法は、材料特性に対応する印を有する相変化材料１５６の全てのこうした用途に適用することを意味する。

上記の実施形態に説明されたように、無秩序データビット１６０を消去するために、データビット１６０を含む相変化材料の部分に第２の電流を付与することができる。この部分が冷却するときに、この部分の抵抗率は、バルク相変化材料の元の値にほぼ等しい値に戻り、これにより、データビット１６０が消去される。媒体デバイス１５０の広範囲の領域に熱を加えることにより、多数のデータビット１６０を非書き込み状態にリセットすることができる。例えば、媒体デバイス１５０は、媒体デバイス１５０の下に埋め込まれたヒータに電流を付与することができる。この熱を媒体デバイス１５０の全てのメモリ位置又は媒体デバイス１５０の一部分に加えて、相変化材料の加熱部分の抵抗率を非書き込み値に戻すことができる。例えば、一実施形態においては、媒体デバイス１５０内のバンドを加熱するストリップ・ヒータを配置することができる。さらに他の実施形態においては、媒体デバイス１５０の少なくとも一部分にレーザを適用して、その部分を加熱することができる。例えば、プラットフォームが二酸化シリコンのような透明材料を含む場合には、プラットフォーム１０８を貫通してレーザを当て、媒体デバイス１５０を加熱することができる。さらに他の実施形態においては、媒体デバイス１５０の部分を選択的に加熱するように、ダイオード・ヒータのマトリクスを形成することができる。こうしたバルク消去は、チップ磨耗の減少といった利点を潜在的に与えることができる。

本発明による媒体デバイス１５０のさらに別の実施形態においては、相変化材料は、複数の抵抗状態を有することができる。例えば、非書き込み状態において、相変化材料は第１の抵抗率を有することができる。次に、相変化材料を異なる温度に加熱して急冷し、相変化材料の抵抗率を変化させることができる。一実施形態においては、チップ１４２及び記録媒体１５６にわたって読み取り電圧を印加し、相変化材料の抵抗率がバルク相変化材料についての初期の非書き込み状態又はそれに近い状態になるか、或いは非書き込み状態以外の状態として測定されるのに十分なほど異なる状態にあるかを感知することができる。相変化材料は、初期状態又は非書き込み状態において第１の抵抗率特性を有することができる。次に、記録媒体１５６に第１の電流を付与し、相変化材料を第１の温度に加熱することができる。記録媒体１５６から第１の電流を除去し、相変化材料を冷却し、第２の抵抗率特性を有する構造体を形成することができる。一実施形態においては、この第２の状態における相変化材料の抵抗率を測定することができる。この第２の抵抗率は、相変化材料が第１の電流によって加熱される温度と、相変化材料の冷却時間とに応じて変わり得る。抵抗率測定範囲は、データ値に対応することができ、異なる範囲が異なるデータ値に対応する。例えば、バイナリ以外のデータ記憶スキームを用いて、複数の抵抗率範囲を複数のデータ値として用いることができる。一実施形態においては、３つのデータ値を含むデータ記憶スキームは、データを格納するのにバイナリ・システムではなくベース３システムを用いることができる。各データセルについて４つの異なる抵抗状態が可能である別のデータ記憶スキームにおいては、各データセルは２ビットを含むことができる（例えば、各々が、００、０１、１０、又は１１を含むことができる）。代替的に、相変化材料についての抵抗率特性の正確な値を、より正確なアナログデータ記憶のために測定することができる。抵抗率の測定値は、媒体の第１の状態に関する測定値をとることで優先的に得られるが、絶対値測定をとることで得ることもできる。別の測定方法は、測定データの導関数としてデータを抽出する。

相変化材料は、抵抗状態について広いダイナミックレンジを有することができ、したがって、アナログデータの記憶が可能になる。相変化材料の抵抗率特性についてのダイナミックレンジは、およそ３桁から４桁の大きさとすることができる（すなわち、１０００〜１０，０００倍）。例えば、ＧＳＴの抵抗率は、０．１オーム・センチメートル以下から１０００オーム・センチメートル以上までの範囲とすることができる。しかしながら、一実施形態においては、相変化材料上のチップ１４２からの熱が、相変化材料の非常に僅かな面積しかその抵抗率の変化を受けさせないようにすることがある。この形態においては、相変化材料の小さい領域しか変えられないので、小さなダイナミックレンジを観察することができる。媒体システムは、一般に、最初に堆積される状態においてある値の範囲を表示し、測定された抵抗値が異なる位置で変化するようにする。さらに、記録媒体１５６及び上層１５８の厚さのばらつきは、チップ１４２を通して感知される測定抵抗の差を形成し得る。これらの差は、チップ１４２からの信号読み取り値におけるノイズとして現れる。ノイズを減少させる１つの方法は、記録媒体のアナログの性質を使用するものである。最初に、例えば、部分の抵抗率を測定することによって、チップ１４２の下の媒体デバイス１５０のその部分の状態を検出することができる。次に、チップ１４２に電圧波形を印加して、記録媒体１５６を加熱して、冷却し、記録媒体１５６の状態を変化させる。次に、チップ１４２の下の媒体デバイス１５０の部分を再び読み取る。値が、その位置についての所望のノイズ許容範囲内にない場合には、別の電圧波形を印加して、値を所望の許容範囲内に変化させる。波形は、結晶パルス、又はアモルファス・パルス、或いはそうしたパルスの何らかの組み合わせで構成することができる。多数の読み取り及び書き込みサイクルを用いて、値を所望の許容範囲へ推進させることができる。このように、媒体デバイス１５０に適応書き込みを行なって、その後のリード・バック信号のノイズを減少させることができる。代替的に、記録媒体１５６を所望の状態へ駆動するのに用いられる波形は、加熱及び冷却中に抵抗状態を測定することによって、加熱及び冷却プロセス自体の間に動作することができる。

一実施形態においては、後述するように形成されたチップ１４２は、曲率半径が約２５ｎｍの遠位端を含むことができる。一実施形態においては、チップ１４２が表面に接触状態又はほぼ接触した状態で媒体デバイス１５０の表面を横切って移動するときに、チップ１４２が磨耗して、ある初期期間の後、遠位端の公称曲率半径が、５０ｎｍから１００ｎｍ（又はそれ以上）になる。記録媒体１５６にわたって電圧を印加して、低（又は高）抵抗率のドメインを形成する。チップ１４２の遠位端は、典型的には、完全に平坦ではなく、したがって、遠位端は、記録媒体１５６（又は存在する場合には上層１５８）との接触状態又はほぼ接触した状態が均一なものとならない可能性が高い。媒体デバイス１５０の表面に接触又はほぼ接触した状態にある遠位端の部分は、遠位端の曲率半径により制限される。接触状態又はほぼ接触した状態にあるチップ１４２の部分は、ここでは、チップ１４２の終端部とも呼ばれる。遠位端は、曲率半径を有するものとして説明されたが、遠位端は、終端部が完全な弧に沿って存在するような形状にする必要がないことに留意すべきである。曲率半径は、チップの遠位端の幅が終端部から増加したものであると考えることができ、ここに言及されるように、遠位端が滑らかな弧形状を含む幾何学的形状に限定されることを意味するものではない。例えば、遠位端は、放物線形状、台形形状、又は不均一な形状を有することができる。チップ１４２は導電性であり、チップ１４２と媒体デバイス１５０との間に電位が印加されると、電流は、チップ１４２から上層１５８及び記録媒体１５６を通り、下にある基板１５２へと流れる（チップ１４２が電圧シンクではなく電圧源である場合）。媒体デバイス１５０とチップ１４２との間を流れる電流は、チップ１４２と媒体デバイス１５０との間の電場が媒体デバイス１５０の表面からの距離とは反比例して減少するので、曲率半径にわたって変化する。

チップ１４２から媒体デバイス１５０に流れる電流は、チップ１４２付近の相変化材料を加熱する。記録媒体１５６、上層１５８、記録媒体／上層界面、及びチップ／上層界面は、抵抗器として働く。媒体デバイス１５０にわたる電位が増加するにつれて、電流も増加し、相変化材料の温度も上がる。図３は、本発明の一実施形態に従った、媒体デバイス１５０にわたって電位が印加されるときの例示的な媒体デバイス１５０の加熱特性の一次モデルである。この例示的な媒体デバイス１５０は、相変化材料を含む記録媒体１５６の上に堆積された、窒化チタンの上層１５８を有する膜スタックを含む。電流で発生した熱は、チップ１４２と媒体デバイス１５０の表面とが接触又はほぼ接触する点から、実質的に放物線状に分布され得る。膜スタックの表面付近の相変化材料の小さな部分（第１の等容量（ｉｓｏｖｏｌｕｍｅ）１６４）が、７８０Ｋより高く加熱され、第１の等容量１６４から第２の等容量１６２を囲む材料は、７８０Ｋから５００Ｋまでの範囲に及ぶ。一実施形態においては、約５７５Ｋより高く加熱された相変化材料の部分は、溶融又は半溶融状態になる。バルク相変化媒体が無秩序である場合には、半溶融／溶融部分がゆっくりと冷却されて、バルク相変化材料の抵抗率よりも数桁低い相対的抵抗率を有する結晶構造を形成することができる。バルク相変化材料が結晶構造を有する場合には、半溶融／溶融部分を迅速に急冷して、半溶融／溶融部分が主として無秩序状態になるようにし、バルク相変化材料の抵抗率よりも数桁高い相対的抵抗率を有するようにすることができる。加熱中に達成される温度及び冷却特性は、相変化材料の組成によって決まり、著しく変化し得る。

図３に見られるように、溶融状態に加熱された後に適切に冷却されて、バルク相変化材料とは実質的に異なる抵抗率を有するドメインを形成する記録媒体１５６の部分は、チップ１４２の曲率半径に対して幅を実質的に狭くすることができる。例えば、本発明による方法を適用して、記録媒体１５６とチップ１４２との間に電位を生じさせる場合には、おおよそ５０ｎｍから１００ｎｍの範囲に及ぶ曲率半径を有するチップ１４２で、幅がおおよそ１５ｎｍのドメインを発生できることが実証された。このドメインは、「超分解された（ｓｕｐｅｒ ｓｏｌｖｅｄ）」と言うことができる。このような超分解能は、電流を膜を横切るよりも膜を貫通して良好に導通する異方性の導電性（上述のような）を有する材料とすることができる、上層の特性から部分的に得ることができる。この特性は、電子の流れをチップ１４２の中心付近に集束させることができる。さらに、チップ１４２の中心付近の相変化材料の部分が最初に加熱され、その結果、この部分は、非加熱の結晶材料でも、周囲の媒体より低い抵抗を示す。電子の流れは、最も低い抵抗に追従するので、電子の流れがさらに集束される。

記録媒体１５６を通る電流の集束量（よって、結果として得られるドメインのサイズ）は、記録媒体１５６にわたる電位、及びチップ１４２と媒体デバイス１５０の表面との間の圧力と共に変化し得る。電位は、電流がアークを生じ得る空隙のサイズを決定することができ、空隙が存在する場合（すなわち、曲率のためにチップが媒体に直接接触した状態にない場合）チップ１４２と記録媒体１５６との間に電流が流れてもよいし、流れなくてもよい。同様に、チップ１４２により表面に対して加えられる圧力も、表面に直接接触するチップ１４２の部分と、チップが表面から遠ざかるように湾曲する空隙のサイズとに影響を及ぼし得る。

ドメインが記録媒体１５６内に定められると、ドメインを含む媒体デバイス１５０の部分にわたって小さい電位（例えば、一実施形態においては、１ボルト未満）を印加し、その部分に流れる電流を測定することによって、ドメインの抵抗率を求めることができる。小さい電位は、その部分を結晶化温度又は閾値温度まで加熱するには不十分な小さい電流を推進させる。したがって、ドメインを含む部分の抵抗値（及び抵抗率）は、相変化材料を実質的に加熱して、相変化材料の電気的特性を変えることなく、測定することができる。

媒体デバイス１５０は、随意的に、上層１５８の上に形成され、堆積され、付着され、又は他の方法で配置され、位置決めされ、或いは塗布された潤滑剤１５１（図１Ａ参照）を含むことができる。幾つかの実施形態においては、潤滑剤１５１は、液体とすることができるが、他の実施形態においては、潤滑剤１５１は、二硫化モリブデンのような非液体とすることができる。さらに他の実施形態においては、潤滑剤１５１は、炭素の形態とすることができる。潤滑剤１５１は、無数の異なる技術を用いて上層１５８に塗布することができる。一実施形態においては、潤滑剤１５１は、堆積プロセスを用いてを上層１５８上に堆積させることができる。別の実施形態においては、潤滑剤１５１は、上層１５８の上に噴霧することができる。

図４Ａ及び図４Ｂを参照すると、好ましい実施形態においては、潤滑剤１５１は、複数のポリマー鎖を含む単層であり、ポリマー鎖は、記録媒体１５６、上層１５８、又は代替的に何らかの接着層に結合するように適合される。単層は、磨耗を減少させ、チップ及び／又は媒体スタックの作動寿命を延長させ、チップ・媒体界面のパラメータを改善させる。こうした実施形態においては、記録媒体１５６又は上層１５８の上に、アモルファス炭素、窒素化されたアモルファス炭素、水素化されたアモルファス炭素、及びＤＬＣといった潤滑剤接着層２５９を配置することが好ましい。ポリマー鎖を潤滑剤接着層２５９に優先的に結合させて、ポリマー鎖が接触部（すなわち、チップ１４２）に付着しにくくするか、或いは、接触部との摩擦及び静摩擦の一方又は両方の結果として移動されにくくすることができる。図４Ｂに示されるように、ポリマー鎖が優先的に結合できる表面を提供しながら分路を制限できるように、選択的導電性の上層１５８の上に潤滑剤接着層２５９を配置することができる。ポリマー鎖はさらに、ポリマー鎖の近位端１９０、２９０で結合され、かつ、媒体デバイス１５０、２５０の表面の毛又は睫毛のように見える。潤滑剤１５１及び潤滑剤接着層２５９は、チップ／潤滑剤／接着層／上層界面において電流の流れが妨げられず、熱が過剰に発生しないように、十分に導電性であることが好ましい。代替的に、電流が潤滑剤１５１及び潤滑剤接着層２５９をトンネル通過しなければならないように、潤滑剤１５１及び潤滑剤接着層２５９を実質的に非導電性としてもよい。

代替的な実施形態においては、潤滑剤１５１は、複数のポリマー鎖の１つ以上の層を含み、１つの層からのポリマー鎖が別の層のポリマー鎖に結合するように適合される。こうした潤滑剤１５１は、媒体表面と「可動」層との間に配置された別の潤滑剤層の上を「浮動する」又は移動する層を有することができる。可動層は、接着層２５９（又は、接着層２５９が存在しない場合には、代替的に記録媒体１５６又は上層１５８）に選択的に結合し、チップと媒体の相対的運動によって生じる表面の欠陥を回復させることができる。

さらに別の実施形態においては、潤滑剤１５１は、結合相及び可動相の両方を有する単層とすることが望ましい。例えば、添加剤を有するＦｏｍｂｌｉｎ Ｚ−ＤＯＬは、ハードディスク・ドライブ（ＨＤＤ）の磁気ディスクの表面の潤滑剤として従来より用いられてきた、結合相及び可動相を有する潤滑剤システムである。潤滑剤は、読み取り／書き込み（Ｒ／Ｗ）ヘッドがディスク表面と衝突するときに生じる損傷を制限する。こうした潤滑剤は、高温で有効な自己回復面を提供することができる。結合相及び可動相の両方を有する単層は、結合された単層よりも耐磨耗性がより良好であることが実証された。しかしながら、引用によりここに組み入れる、Ｌｅｉ他による「Ｔｈｅｒｍａｌ Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｆｏｍｂｌｉｎ Ｚ ａｎｄ Ｆｏｍｂｌｉｎ Ｚｄｏｌ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍｓ ｏｎ Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ Ｈｙｄｒｏｇｅｎａｔｅｄ Ｃａｒｂｏｎ」、Ｔｒｉｂｏｌｏｇｙ Ｌｅｔｔｅｒｓ、第１１巻、第１、２００１年に説明されているように、可動（非結合）潤滑剤の脱着ピークは、結合潤滑剤の脱着ピークよりも低温（例えば、６４５Ｋ）において生じ、そのことは、相変化を引き起こすために相変化材料を６００℃より高温に加熱しなければならない場合には、望ましいことも、望ましくないこともある。当業者であれば、チップと媒体デバイス１５０との間に望ましい関係を与えるために用い得る無数の異なる潤滑剤と、そうした潤滑剤１５１を塗布するための無数の異なる技術とを認識するであろう。

極性依存メモリ層を含む媒体
他の実施形態においては、本発明によるシステム及び方法と共に用いるための媒体デバイス３５０が、極性依存メモリ層３８０を有する記録媒体を含むことができる。図５Ａから図５Ｃまでは、基板１５２と、基板１５２の上に配置された随意的な絶縁層１８６と、（存在する場合には）絶縁層１８６の上に配置された下層（極性依存メモリ層を含む実施形態を参照するときは下部電極と呼ばれる）１５４と、下部電極１５４の上に配置された極性依存メモリ層３８０と、極性依存メモリ層３８０の上に配置された上層（極性依存メモリ層を含む実施形態を参照するときは上部電極と呼ばれる）１５８とを含む媒体デバイス３５０を示す。

上述のように、基板１５２は、シリコン（Ｓｉ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、又は他の何らかの半導体材料を含むことができる。幾つかの用途においては、基板１５２から下部電極１５４及び記録媒体を電気的及び熱的に分離するのを保証することが望ましい。付加的な分離を与えるために、下部電極１５４と基板１５２との間に絶縁層１８６を配置することができる。絶縁層１８６は、二酸化シリコン（ＳｉＯ₂）のような酸化物、又は、熱的及び電気的な絶縁特性を有する他の何らかの材料とすることができる。下部電極１５４は、導電性金属、又は類似した電気的性質を有する他の何らかの材料を含むことができる。一実施形態においては、下部電極１５４は、タングステン、プラチナ、金、アルミニウム、及び銅のうちの１つ又はそれ以上を含むことができる。下部電極１５４を形成するために選択される材料は、接着特性及び堆積の一様性等といった付加的な特性に基づいて、さらに選択されることが望ましい。当業者であれば、良好な導電性と、下部電極１５４を形成するための１つ又はそれ以上の好ましい特性とを有する無数の異なる材料を認識することができる。下部電極１５４は、極性依存メモリ層３８０を貫通する良好な導電性をもたらすべきであるが、相変化材料を含む記録媒体を有する実施形態におけるものと同様に効率良く熱を引き出す必要はない。極性依存メモリ層３８０が用いられる場合には、媒体デバイス３５０に非常に低い電流を付与することができ、材料は、非常に低い温度に加熱される。

極性依存メモリ層３８０の上に、上部電極１５８が配置される。上部電極１５８は、イオンが、極性依存メモリ層３８０から上部電極１５８の中に意図せずに移動するのを防止するためのイオン障壁を提供すべきである。上述のように、上部電極１５８は、連続していても、不連続であってもよい。上部電極１５８が連続している場合には、上部電極１５８は、異方性の抵抗率特性を提供し、電圧が媒体デバイス１５０にわたって印加されたときに電気化学的に不活性な材料を含むことが好ましい。例えば、上述のように、上部電極１５８は、導電性金属酸化物のような導電性材料と、二酸化シリコンのような絶縁材料とを含む共堆積膜を含むことができる。電流は、上部電極１５８と接触した状態又は上部電極１５８の上に配置された導電層（潤滑剤１５１のような）と接触した状態でチップ１４２から媒体デバイス１５０に流される。

極性依存メモリ層３８０は、イオン源層３８４と、固体電解質層３８２とを含む。こうした極性依存メモリ層は、例えば、引用によりここに組み入れられる、Ｋｏｚｉｃｋｉ他による「Ｎｏｎ−Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ｂａｓｅｄ Ｓｏｌｉｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ２００４ Ｎｏｎ−Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ、１０−１７（２００４年）に記載されている。好ましい実施形態においては、イオン源層３８４は、銀（Ａｇ）を含むが、他の実施形態においては、イオン源層３８４は、銅（Ｃｕ）のような可動イオンを有する他の何らかの金属を含むことができる。固体電解質層３８２は、イオン源層３８４の上に配置され、好ましい実施形態においては、ＡｇＧｅＳ又はＡｇＧｅＳｅを含むが、他の実施形態においては、固体電解質層３８２は、概ね非導電性のマトリクス内で同様の金属イオン可動特性を示す他の何らかの金属カルコゲニドを含むことができる。代替的に、固体電解質層３８２は、ＡｇＷＯ₃又はＣｕＷＯ₃といった酸化物ベースの電解質を含むこともできる。こうした材料は、金属カルコゲニドに匹敵する等しく満足できる結果を示すこともあるし、示さないこともある。好ましい実施形態においては、イオン源層３８４の上にＧｅＳ又はＧｅＳｅといったカルコゲニド層を堆積し、材料に紫外（ＵＶ）光を適用してＡｇイオンをカルコゲニド層内に拡散させることによって、イオン源層３８４を堆積した後に固体電解質層３８２を形成することができる。代替的に、アニール処理によって、Ａｇイオンをカルコゲニド層内に拡散させるように促すことができる。代替的に、固体電解質層３８２は、別個のＡｇ及びＧｅＳ又はＧｅＳｅターゲットからスパッタリングされた共堆積膜を含むことができ、或いは、固体電解質層３８２は、単一のＡｇＧｅＳ又はＡｇＧｅＳｅ合金ターゲットからスパッタリングされた共堆積膜とすることができる。

固体電解質層３８２は、固体電解質層３８２内に含有される正電荷をもつ金属イオン３８３が豊富であり、可動性が高いという点で有用である。逆に、負電荷をもつ対イオンは、固体内に固定される。図５Ｂを参照すると、下部電極１５４は、アノード（すなわち、電解回路における正極）として働き、正電圧を下部電極１５４に印加することができ、或いは代替的に、下部電極１５４を接地することができる。上部電極１５８は、カソード（すなわち、電解回路における負極）として働き、負電圧を上部電極１５８に印加することができる。数百ｍＶのような低い印加電圧は、カソード（すなわち、上部電極１５８）において金属原子を形成するようにイオンを減少させ、アノード（すなわち、下部電極１５４）と電気的に接触するように配置されたイオン源層３８４における酸化を介して、イオンを固体電解質層３８２の中に注ぎ込む。電荷の中立性は、イオン源層３８４を介して酸化と還元のバランスをとることによって保持され、さもなければ電着プロセスを停止させることになる電荷の蓄積を防止する。固体電解質層３８２は、膜全体にわたってイオンを含むように作製することができる。上部電極１５８付近のイオンは、上部電極１５８に向けて移動し、最初に減少される。上部電極１５８において核生成が行われ、最大電場の源として成長を支持する核生成部位からイオンが減少し続ける。減少したイオンの葉脈が上部電極１５８から下部電極１５４に向けて広がり、樹枝状構造を有する金属フィラメント３８５を形成する。このように、電着プロセスは、上部電極１５８を固体電解質層３８２内に効果的に延長させる。フィラメント３８５の抵抗率は、バルク固体電解質層３８２よりも数桁小さく、フィラメント３８５が上部電極１５８から導電性イオン源層３８４まで成長したとき、フィラメント３８５を通る媒体デバイス３５０の抵抗率は大きく低下する。

図５Ｃを参照すると、電着プロセスを逆にすることができ、印加電圧バイアスの極性を変え、正電圧をチップ１４２に、よって上部電極１５８及びフィラメント３８５に印加することによって、フィラメント３８５が「分解される」。フィラメント３８５はアノードになり、酸化により溶解する。溶解したイオンは、元の発生源構造体（すなわち、固体電解質層３８２及びイオン源層３８４）に戻される。フィラメント３８５の分解によって、上部電極１５８と下部電極１５４との間の導電性リンクが壊され、もともとフィラメント３８５を含有する部分を通る媒体デバイス３５０の抵抗率を著しく増加させる。

異方性の導電率を有する上部電極１５８（例えば、共堆積膜）を使用し、記録媒体３８０にわたって低い電位（相変化媒体１５６を加熱するために印加される電位に対して）を印加することにより、フィラメント３８５の幅とフィラメントの構造の樹枝状の性質を縮小することによって、記録媒体３８０内にフィラメント３８５を高密度に配置することが可能になる。低い電位はまた、書き込み・読み取りプロセスにおいて消費される電力量を低減させ、パッケージの設計を簡単化し、こうした媒体デバイス３５０を含む携帯機器の書き込み・読み取りプロセスによって消費されるバッテリ電力量を低減させ、熱応力を減少させることによって媒体デバイス３５０の作動寿命を潜在的に改善することもできる。

上述のように、媒体デバイス３５０は、随意的に、上部電極１５８の上に形成され、堆積され、付着され、又は他の方法で配置され、位置決めされ、或いは塗布される潤滑剤１５１を含むことができる。幾つかの実施形態においては、潤滑剤１５１は、液体とすることができるが、他の実施形態においては、潤滑剤１５１は、二硫化モリブデンのような非液体とすることができる。さらに他の実施形態においては、潤滑剤１５１は、炭素の形態とすることができる。無数の異なる技術を用いて、潤滑剤１５１を上部電極１５８に塗布することができる。一実施形態においては、堆積プロセスを用いて、潤滑剤を上部電極１５８上に堆積させることができる。別の実施形態においては、潤滑剤１５１を上部電極１５８の上に噴霧することができる。好ましい実施形態においては、潤滑剤は、複数のポリマー鎖を含む単層であり、ポリマー鎖は、上部電極１５８に結合するように適合されている。上部電極１５８の上に、アモルファス炭素、窒素化アモルファス炭素、水素化アモルファス炭素、及びＤＬＣといった潤滑剤接着層を配置することがさらに好ましい。ポリマー鎖が優先的に結合する表面を提供しながら分路を制限できるように、選択的導電性の上部電極１５８の上に潤滑剤接着層を配置することができる。さらに別の実施形態においては、潤滑剤は、結合相及び可動相の両方を有する単層であることが望ましい。当業者であれば、チップと媒体デバイス３５０との間に所望の関係を与えるために用い得る無数の異なる潤滑剤と、そうした潤滑剤を塗布するための無数の異なる技術とを認識するであろう。

他の実施形態においては、記録媒体は、相変化材料以外の媒体、又は極性依存メモリ層とすることができる。例えば、媒体デバイスは、電荷蓄積型媒体とすることができる。電荷蓄積媒体は、誘電体内に捕捉された電荷としてデータを格納する。したがって、電荷蓄積媒体の場合、媒体は、書き込み状態のときに電荷を捕捉する誘電体材料である。媒体を再び非書き込み状態に変えるには、捕捉された電荷を除去することを必要とするだけである。例えば、正の電流を用いて媒体内に電荷を蓄積することができる。次に、負の電流を用いて、媒体から蓄積された電荷を除去することができる。

パターン形成された媒体
図６Ａ、図６Ｊ、及び図７Ａは、本発明によるシステム及び方法のさらに別の実施形態と共に用いるためのパターン形成された媒体デバイスの断面図である。媒体デバイス４５０／５５０／６５０は、基板１５２と、基板１５２の上に配置された下層１５４と、基板１５２と下層１５４との間に配置された随意的な絶縁層１８６と、下層１５４の上に形成された記録媒体１５６／４５６／６５６の連続した層又は不連続の層と、記録媒体１５６／４５６／６５６の上に形成された不連続の上層４５８／５５８／６５８と、媒体デバイス４５０／５５０／６５０の表面の上に配置された潤滑剤１５１と、潤滑剤１５１と媒体デバイス４５０／５５０／６５０の表面との間に配置された随意的な潤滑剤接着層２５９とを含む。上述のように、基板１５２は、シリコン（Ｓｉ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、又は他の何らかの半導体材料を含むことができる。随意的に、下層１５４を基板１５２から絶縁することが望ましい場所に、絶縁層１８６を含ませることができる。絶縁層１８６は、酸化物材料及び窒化物材料の一方を含むことができ、これにより記録媒体１５６／４５６／６５６が基板１５２から絶縁される。下層１５４は、記録媒体１５６／４５６／６５６の急速冷却を容易にするために、記録媒体１５６／４５６／６５６から熱を引き出す高伝導性の材料を含むことができる。一実施形態においては、下層１５４はタングステンを含むことができ、他の実施形態においては、下層１５４は、プラチナ、金、アルミニウム、及び銅のうちの１つ又はそれ以上を含むことができる。さらに他の実施形態においては、下層１５４は、高い伝導性をもつ他の何らかの材料を含むことができる。下層１５４を形成する材料はさらに、熱膨張特性、粘着特性、及び堆積の均一性等のような付加的な特性に基づいて選択されることが望ましい。当業者であれば、高伝導性と、下層１５４を形成するのに好適な１つ又はそれ以上の特性とを有する無数の異なる材料を認識することができる。

図６Ａに見られるように、一実施形態においては、媒体デバイス４５０は、抑制マトリクス４８８内に配置された複数のセル４８７を含む。抑制マトリクス４８８は、実質的に非導電性の材料、又は絶縁材料、或いはより具体的には誘電体といった、電流の流れを抑制する材料を含むことができる。また、抑制マトリクス４８８は、熱膨張を抑制することが望ましく、よって断熱材料を含む。複数のセル４８７は、記録媒体４５６部分と上層４５８部分とを含む。したがって、記録媒体４５６は不連続層であると言うことができる。図１Ａ−図１Ｃの実施形態と同様に、記録媒体４５６は、ＧＳＴのような相変化材料を含むことができる。記録媒体４５６は、該記録媒体４５６を通して接触部（すなわち、チップ１４２）から電流を推進することによってある閾値温度以上に加熱され、次に急冷される際に、記録媒体４５６内の一部又は全ての相変化材料の構造が、結晶状態から無秩序状態に変化する。逆に、相変化材料がある閾値以上に加熱され、次にゆっくりと冷却されることが可能な場合、材料は、再結晶化する傾向がある。相変化材料の構造が変化した結果、記録媒体４５６の抵抗率が変化する。この抵抗率の変化は、相変化材料においては非常に大きく、チップ１４２及び媒体デバイス４５０に電流を流すことにより、導電性であるか又は導電性コーティングを含むチップ１４２によって容易に検出することができる。

さらに、上層４５８は不連続層であると言える。上述のように、上層４５８は、チップ１４２が上層４５８に接触したときの記録媒体４５６及び／又はチップへの物理的損傷を防止するように選択された材料を含むことができる。上層４５８は、耐磨耗性の材料を含むことができ、これにより、上層４５８及び／又はチップ１４２の寿命が延びる。上層４５８の材料は、抑制マトリクス４８８の磨耗特性と同様の磨耗特性を示し、媒体デバイス４５０を用いることで望ましくない非平面性が生じないことが好ましい。好ましい実施形態においては、上層４５８は、導電性金属のような高導電性の材料を含む。抑制マトリクス４８８による上層４５８の分離は、上層４５８に付与夜される電流が分路されにくくなり、そのため、上層４５８が低い横方向の導電性を有する必要がない。しかしながら、必要であれば、上層４５８は、低い導電特性と高い硬度特性とを有する材料を含むことができる。代替的に、上層４５８は、電流を、上述の共堆積膜のような膜を横切るのではなく膜を貫通してより容易に導通する異方性の柱状材料、或いは同様の特性を有するＴｉＮ又はＭｏＮのような何らかの金属窒化物を含むことができる。窒化チタン（ＴｉＮ）は、低導電性の硬質材料である。

さらに他の実施形態においては、上層４５８は絶縁体を含むことができる。絶縁体が上層４５８として用いられる場合には、チップ１４２から媒体デバイス４５０に付与された電流は、記録媒体４５６に到達する前に上層４５８をトンネル通過しなければならない。したがって、一実施形態においては、電流が記録媒体４５６と相互作用することができる前に必要とされるトンネル量が減少するように、上層４５８を（記録媒体４５６に対して）薄くすべきである。また、上層４５８が分離しているために、異方性の柱状材料、すなわち上層４５８における絶縁体の使用は不必要である。

図７Ａに見られるように、代替的な実施形態においては、複数のセル５８７が上層４５８を含む。こうした実施形態においては、抑制マトリクス５８８内に配置された複数のセル５８７は、連続する記録媒体１５６の上に配置される。上述のように、上層４５８は、チップ１４２が上層４５８に接触したときに、記録媒体１５６及び／又はチップ１４２への物理的損傷を防止するように選択される材料を含むことができる。

図６Ａ及び図７Ａに示されるように、媒体デバイス４５０／５５０は、随意的に、媒体デバイス４５０／５５０の表面の上に連続する膜を含む潤滑剤１５１を有することができる。媒体デバイス５５０の表面の上に潤滑剤１５１を形成し、堆積させ、付着し、又は他の方法で配置し、位置決めし、或いは塗布することができる。幾つかの実施形態においては、潤滑剤１５１は、液体とすることができるが、他の実施形態においては、潤滑剤１５１は、二硫化モリブデンのような非液体とすることができる。さらに他の実施形態においては、潤滑剤１５１は、炭素の形態とすることができる。無数の異なる技術を用いて、潤滑剤１５１を媒体デバイス４５０／５５０の表面に塗布することができる。一実施形態においては、堆積プロセスを用いて、潤滑剤１５１を媒体４５０／５５０の表面上に堆積させることができる。別の実施形態においては、潤滑剤１５１は、媒体４５０／５５０の表面の上に噴霧することができる。

好ましい実施形態においては、潤滑剤１５１と媒体デバイス４５０／５５０の表面との間に、例えば、アモルファス炭素、窒素化アモルファス炭素、水素化アモルファス炭素、及びＤＬＣのような潤滑剤接着層２５９が配置される。潤滑剤１５１は、複数のポリマー鎖を含む単層であり、ポリマー鎖は、潤滑剤接着層２５９に結合するように適合されている。ポリマー鎖を潤滑剤接着層２５９に優先的に結合させて、ポリマー鎖が接触部（すなわち、チップ１４２）に付着しにくくするか、或いは、接触部との摩擦及び静摩擦の一方又は両方の結果として移動されにくくすることができる。潤滑剤接着層２５９は、潤滑剤１５１が結合できる均一な表面を提供する。

さらに別の実施形態においては、潤滑剤１５１は、例えば、添加剤を有するＦｏｍｂｌｉｎ Ｚ−ＤＯＬのような、結合相及び可動相の両方を有する単層とすることが望ましい。上述のように、こうした潤滑剤は、高温で有効な自己回復面を提供できる。当業者であれば、チップ１４２と媒体デバイス４５０／５５０との間に望ましい関係を与えるために用い得る無数の異なる潤滑剤と、そうした潤滑剤１５１を塗布するための無数の異なる技術とを認識するであろう。

媒体デバイス４５０／５５０は、例えば、堆積チャンバ（例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ、プラズマ気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ）及び／又は炉を用いて膜層を順番に堆積又は成長させるための通常の半導体製造プロセスを用いて形成することができる。例えば、図６Ａの媒体デバイス４５０を参照すると、基板１５２の上に絶縁層１８６及び下層１５４が形成される。スタックの上に、絶縁材料（図６Ｂ）並びに記録媒体及び上層の両方（図６Ｆ）のうちの１つが形成される。図６Ｃを参照すると、スタックの上に絶縁材料が形成される場合、絶縁材料がパターン形成されエッチングされて、バイアを有する抑制マトリクス４８８を形成する。その後、記録媒体材料及び上層を連続的に形成することによってバイアが充填され、複数のセル４８７（図６Ｃ及び図６Ｄ）がもたらされる。代替的に、図６Ｇに示されるように、スタックの上に記録媒体及び上層の両方が形成される場合、記録媒体及び上層がパターン形成されエッチングされて、セル４８７を形成する。セル４８７の下に配置されていない下層１５４が露出される。露出された下層１５４の上に、絶縁特性を有する材料が堆積されるか、又は他の方法で形成され、抑制マトリクス４８８（図６Ｈ）をもたらす。媒体デバイス４５０／５５０の表面は、例えば、堆積ステップ（図６Ｃ、図６Ｄ、及び図６Ｈ）の後、化学機械研磨（ＣＭＰ）によって実質的に平坦化することができる。図６Ｄを参照すると、ＣＭＰステップは、絶縁マトリクス４８８の上部の過剰な上層材料４５８を除去する。図６Ｆ−図６Ｈに示される代替的なプロセスにおいては、上層４５８（図６Ｈに示されるような）の上部の過剰な絶縁材料４８８を除去するために、ＣＭＰステップが用いられる。次いで、媒体デバイス４５０の平坦化された表面の上に、潤滑剤接着層２５９及び潤滑剤１５１が形成される。
代替的に、ＣＭＰではなくドライ・エッチング又はイオン・ミリングによって、媒体デバイス４５０を平坦化することができる。

図６Ｉを参照すると、絶縁マトリクス４８８の上部から記録媒体材料４５６を除去するために、イオン・ミリングを効果的に行うことができる。このプロセスは、ＧＳＴを除去するときの酸化物／窒化物へのイオン・ミリング・プロセスの比較的高い選択性のために、例えば、ＧＳＴが記録媒体である場合に幾つかの利点を有する。例えば、各セルの高さと幅のアスペクト比が１対１である場合、処理中に媒体デバイス４５０に当たるイオンの入射角に対して４５度又はそれより大きい角度で、媒体デバイス４５０を配置することができる。セル４８７の側壁は、イオン衝撃からセル４８７内のＧＳＴをマスクし、抑制マトリクス４８８の上に堆積されたＧＳＴを除去しながら、セル４８７内にＧＳＴがエッチングされるのを防止する。イオン・ミリングは、図６Ｉに示されるようなバイア内のＧＳＴの堆積に続くＣＭＰステップと置き換えることができ、図６Ｃ及び図６Ｄに示されるステップの間に行われる。各セルの高さと幅のアスペクト比が１：１であるとき、媒体デバイス４５０の表面に対する法線とイオン・ミリング・ビーム６９０の方向との間の角度を調整し、これに応じて、キャビティ内に堆積されたＧＳＴを保護することができる。

図７Ａの媒体デバイス５５０を参照すると、基板１５２の上に、絶縁層１８６、下層１５４、及び記録媒体１５６が、連続層として形成される。図７Ｂ及び図７Ｃを参照すると、次いて、スタックの上に絶縁材料が形成される場合（図７Ｂ）、絶縁材料がパターン形成されエッチングされて、バイアを有する抑制マトリクス５８８を形成する。その後、バイア内に上層５５８を形成することによってバイアが充填され、複数のセル５８７がもたらされる。代替的に、スタックの上に上層５５８が形成される場合（図７Ｄ）、上層５５８がパターン形成されエッチングされて、セル５８７を形成する。残りの上層５５８の下に配置されていない記録媒体１５６が露出される。図７Ｅを参照すると、露出された記録媒体１５６の上に、絶縁特性を有する材料が堆積されるか又は他の方法で形成され、抑制マトリクス５８８を形成する。ＣＭＰによって媒体の表面を実質的に平坦化することができる。次いで、媒体デバイス５５０の平坦化された表面の上に、潤滑剤接着層２５９及び潤滑剤１５１が形成される。

図６Ａ及び図７Ａに示されるように、抑制マトリクス４８８／５８８とセル４８７／５８７の間の界面は、実質的に垂直壁を有する側壁である。こうした実質的な垂直壁は、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）のような異方性エッチング・プロセスによって形成される。当業者であれば、ほぼ垂直な側壁を有する媒体デバイス４５０／５５０を形成するための無数の異なる技術を認識することができる。しかしながら、図６Ｊを参照すると、セル６８７が下層１５４においてテーパするように、垂直（すなわち、約９０度）よりも小さい傾きを有する側壁を形成することが望ましい場合もある。好ましい実施形態においては、セル６８７の幅は、上部（すなわち、セル／チップ界面、セル／潤滑剤又はセル／上層界面に最も近い）では３０ｎｍであり、セル６８７のスタック厚は５０ｎｍであり、一方、セル６８７間のピッチは、およそ５０ｎｍである。最小側壁角は、記録媒体６５６と下層１５４が十分に電気的に接触するように形成された角度として定義することができる。例えば、一実施形態においては、セル６８７は、多くとも１６度だけテーパすることが可能である。半導体構造体内にテーパされた側壁を形成することは、フォトレジストの厚さを低減させ、絶縁材料に対する選択性を減少させる、ナノ・インプリンティング・リソグラフィ（ＮＩＬ）を含む多くの異なる技術によって達成可能であることが、他の技術分野において知られている。

セル６８７を通る電流は、セル６８７の形状によって集束される。こうした電流の集束は、信号コントラストを増加させ、例えば、マルチ・ビット記録の頑強性を増大させることができる。さらに、セル６８７は記録媒体６５６と下層１５４の界面付近でテーパするので、誘電体は、上層６５８を含むセルの部分と比べて、記録媒体６５６を含むセルの部分間でより厚くなる。絶縁材料の断面積と記録媒体６５６の断面積とのより高い比は、潜在的により低い熱干渉を意味する。

媒体デバイス４５０／５５０／６５０内にパターンを定めることは、０．１ｕｍ未満の寸法のフィーチャを描くための技術を必要とする。好ましい実施形態においては、媒体デバイス４５０／５５０／６５０のための必要なパターンを定めるために、ナノ・インプリンティング・リソグラフィ（ＮＩＬ）として知られているクラスのプロセス技術を用いることができる。ＮＩＬプロセス技術が用いられる場合には、構造体及び製造方法において、ナノ・スケールの位置合わせを必要としない。ＮＩＬプロセス技術は、熱ＮＩＬ、ＵＶ−ＮＩＬ、又はステップ・フラッシュ・インプリンティング・リソグラフィ（ＳＦＩＬ）を含むことができる。こうしたプロセス技術は、適正なコストでの適正な処理量により、１０ｎｍ未満の寸法を有するフィーチャを解像することが可能である。こうした技術を適用するための金型は、例えば、電子ビーム（「ｅ−ビーム」）リソグラフィ、又はイオン・ビーム・リソグラフィを用いて作製することができる。他の実施形態においては、光リソグラフィ技術を含む、他の何らかのプロセス技術又はプロセス技術のクラスを用いて、パターンを媒体デバイス４５０／５５０／６５０に転写することができる。こうした技術には、極紫外線リソグラフィ（ＥＵＶＬ）、Ｘ線リソグラフィ、電子ビーム・リソグラフィ、及びイオン・ビーム・リソグラフィがある。マルチ・ビット記録が用いられる場合、パターンの密度はあまり関係せず、適用されるパターン転写技術は、均一性及び歩留まりといった、フィーチャの幅以外の何らかの要因に基づいて選択することができる。当業者であれば、パターンを媒体デバイス４５０／５５０／６５０に転写するために異なる技術を適用する制限及び利点を認識し、そうした技術に適用できる変形を認識することができるであろう。そうした変形は、本発明の範囲内にあると考えられる。

図８Ａ−図８Ｃは、本発明によるシステム及び方法のさらに別の実施形態と共に用いるためのパターン形成された媒体デバイスの断面図である。媒体デバイス７５０／８５０は、基板１５２と、基板１５２の上に配置された随意的な絶縁層１８６と、基板１５２及び絶縁層１８６（存在する場合には）の上に配置された連続する下層（すなわち、下部電極）１５４と、下層１５４の上に配置された記録媒体７８０／８８０の不連続な層と、記録媒体７８０／８８０の上に形成された不連続な上層７５８／８５８（すなわち、上部電極）と、媒体デバイス７５０／８５０の表面の上に配置された潤滑剤１５１と、潤滑剤１５１と媒体デバイス７５０／８５０の表面との間に配置された随意的な潤滑剤接着層２５９とを含む。上述のように、基板１５２は、シリコン（Ｓｉ）、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）、又は他の何らかの半導体材料を含むことができる。随意的に、下部電極１５４を基板１５２から絶縁することが望ましい場所に、絶縁層１８６を含ませることができる。絶縁層１８６は、酸化物材料及び窒化物材料の一方、又は熱的及び電気的絶縁特性を有する他の何らかの材料を含むことができ、これにより記録媒体７８０／８８０が基板１５２から絶縁される。

図８Ａを参照すると、一実施形態においては、媒体デバイス７５０は、抑制マトリクス７８８内に配置された複数のセル７８７を含む。複数のセル８８７は、極性依存メモリ層７８０と、上部電極７５８とを含む。こうした実施形態においては、連続する下部電極１５４の上に、複数のセル８８７及び抑制マトリクス８８８が配置される。一実施形態においては、下部電極１５４は、タングステン、プラチナ、金、アルミニウム、及び銅のうちの１つ又はそれ以上を含むことができる。下部電極１５４を形成するために選択される材料はさらに、接着特性及び堆積の一様性等のような付加的な特性に基づいて選択されることが望ましい。当業者であれば、良好な導電性と、下部電極１５４を形成するための１つ又はそれ以上の好ましい特性とを有する無数の異なる材料を認識することができる。下部電極１５４は、極性依存メモリ層７８０を通る良好な導電性をもたらすべきであるが、記録媒体が相変化材料を含む実施形態におけるものと同様に効率良く熱を引き出す必要はない。極性依存メモリ層７８０が記録媒体として用いられる場合には、媒体デバイス７５０に非常に低い電流を付与することができ、材料は、非常に低い温度まで（付随的に）加熱される。極性依存メモリ層７８０は、イオン源層７８４及び固体電解質層７８２とを含む不連続層である。イオン源層７８４及び固体電解質層７８２は、図５Ａ−図５Ｃを参照して上述されたような材料を含むことができる。上述のように、下部電極１５４は、アノード（すなわち、電解回路における正極）として働き、下部電極１５４に正電圧を印加することができ、或いは代替的に、下部電極１５４を接地することができる。図８Ａに示されるように、イオン源層７８４の上に、固体電解質層７８２が配置される。しかしながら、他の実施形態においては、固体電解質層７８２の上にイオン源層７８４を配置することができる。便宜上、図８Ａ（及び以下の図８Ｄ）の実施形態のみが説明されるが、当業者であれば、極性依存メモリ層７８０／８８０の代替的な配置を認識するであろう。

極性依存メモリ層７８０の上に、上部電極７５８が配置される。上部電極７５８は、イオンが、極性依存メモリ層７８０から上部電極７５８の中に意図せず移動するのを防止するためのイオン障壁を提供すきである。上述のように、上部電極７５８は、チップ１４２が上部電極７５８に接触したときの記録媒体７８０及び／又はチップへの物理的損傷を防止するように選択される材料を含むことができる。上部電極７５８は、耐磨耗性の材料を含むことができ、これにより、上部電極７５８及び／又はチップ１４２の寿命が延びる。好ましい実施形態においては、上部電極７５８は、例えば、高融点金属（例えば、モリブデン、インジウム、プラチナ、イリジウム、及び酸化イリジウム等）といった高導電性の材料を含む。しかしながら、極性依存メモリ層内の印は、温度依存プロセスの結果とは限らないか、又は一般的には温度依存プロセスの結果であるため、材料のクラスを必ずしも媒体デバイスの最大温度によって定める必要はない。抑制マトリクス７８８によるセル７８７の分離は、上部電極７５８に付与される電流が分路されにくくなり、そのため、上部電極７５８が低い横方向の導電性を有する必要はない。しかしながら、必要であれば、上部電極７５８は、低い導電特性と高い硬度特性とを有する材料を含むことができる。代替的に、上部電極７５８は、電流を、上述の共堆積膜のような膜を横切るのではなく膜を貫通して容易に導通する異方性の柱状材料、又は同様の特性を有するＴｉＮ又はＭｏＮのような何らかの金属窒化物を含むことができる。窒化チタン（ＴｉＮ）は、低導電性の硬質材料である。

上述のように、媒体デバイス７５０は、随意的に、媒体デバイス７５０の表面の上に連続する膜を含む潤滑剤１５１を有することができる。媒体デバイス７５０の表面の上に、潤滑剤１５１を形成し、堆積させ、付着し、又は他の方法で配置し、位置決めし、或いは塗布することができる。幾つかの実施形態においては、潤滑剤１５１は、液体とすることができるが、他の実施形態においては、潤滑剤１５１は、二硫化モリブデンのような非液体とすることができる。さらに他の実施形態においては、潤滑剤１５１は、炭素の形態とすることができる。無数の異なる技術を用いて、潤滑剤１５１を媒体デバイス７５０の表面に塗布することができる。一実施形態においては、堆積プロセスを用いて、潤滑剤１５１を媒体デバイス７５０の表面上に堆積させることができる。別の実施形態においては、潤滑剤１５１は、媒体デバイス７５０の表面の上に噴霧することができる。

好ましい実施形態においては、潤滑剤１５１と媒体デバイス７５０の表面との間に、例えば、アモルファス炭素、窒素化アモルファス炭素、水素化アモルファス炭素、及びＤＬＣなどの潤滑剤接着層２５９が配置される。潤滑剤１５１は、複数のポリマー鎖を含む単層であり、ポリマー鎖は、潤滑剤接着層２５９に結合するように適合されている。ポリマー鎖を潤滑剤接着層２５９に優先的に結合させて、ポリマー鎖が接触部（すなわち、チップ１４２）に付着しにくくするか、或いは、接触部との摩擦及び静摩擦の一方又は両方の結果として移動されにくくすることができる。潤滑剤接着層２５９は、潤滑剤１５１が結合できる均一な表面を提供する。

さらに別の実施形態においては、潤滑剤１５１は、例えば、添加剤を有するＦｏｍｂｌｉｎ Ｚ−ＤＯＬのような、結合相及び可動相の両方を有する単層とすることが望ましい。上述のように、こうした潤滑剤は、高温で有効な自己回復面を提供できる。当業者であれば、チップ１４２と媒体デバイス７５０／８５０との間に望ましい関係を与えるために用い得る無数の異なる潤滑剤と、そうした潤滑剤１５１を塗布するための無数の異なる技術とを認識するであろう。

媒体デバイス７５０は、例えば、堆積チャンバ（例えば、化学気相堆積（ＣＶＤ）チャンバ、プラズマ気相堆積（ＰＶＤ）チャンバ）及び／又は炉を用いて膜層を順番に堆積又は成長させるための通常の半導体製造プロセスを用いて形成することができる。例えば、図８Ａの媒体デバイス７５０を参照すると、連続した層として、基板１５２の上に絶縁層１８６及び下部電極１５４が形成される。下部電極１５４の上に、絶縁材料、並びに記録媒体及び上層の両方のうちの一方が形成される。図８Ｂ及び図８Ｃを参照すると、好ましい実施形態においては、下部電極１５４の上に、極性依存メモリ層７８０及び上部電極７５８が形成される。極性依存メモリ層７８０及び上部電極７５８が、パターン形成されエッチングされて、セル７８７を形成する。セル７８７の下に配置されていない下層１５４が露出される。露出された下層１５４の上に、絶縁特性を有する材料が堆積されるか、又は他の方法で形成され、抑制マトリクス７８８をもたらす。代替的に、下部電極１５４の上に絶縁材料が形成される場合には、絶縁材料がパターン形成されエッチングされて、バイアを有する抑制マトリクス７８８を形成する。その後、極性依存メモリ層７８０（上述のような多数のプロセス・ステップを必要とする）及び上部電極７５８を連続的に形成することによって、バイアが充填され、複数のセル７８７をもたらす。ＣＭＰによって、媒体デバイス７５０の表面を実質的に平坦化することができる。次いで、媒体デバイス７５０の平坦化された表面の上に、潤滑剤接着層２５９及び潤滑剤１５１が形成される。

図８Ａに示されるように、抑制マトリクス７８８とセル７８７の間の界面は、媒体デバイス７５０の平坦な面に対して実質的に垂直な構成を有する側壁である。こうした実質的に垂直な壁は、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）のような異方性エッチング・プロセスによって形成される。当業者であれば、ほぼ垂直な側壁を有する媒体デバイス７５０を形成するための無数の異なる技術を認識することができる。しかしながら、図８Ｄを参照すると、セル８８７が下部電極１５４においてテーパするように、垂直（すなわち、約９０度）よりも小さい傾きを有する側壁を形成することが望ましい場合もある。好ましい実施形態においては、セル８８７の幅は、上部（すなわち、セル／チップ界面、セル／潤滑剤又はセル／上層界面に最も近い）では３０ｎｍであり、セル８８７のスタック厚は５０ｎｍであり、一方、セル８８７間のピッチは、およそ５０ｎｍである。最小側壁角は、記録媒体８５６と下層１５４が十分に電気的に接触するように形成された角度として定義することができる。例えば、一実施形態においては、セル８８７は、多くとも１６度だけテーパさせることができる。半導体構造体内にテーパされた側壁を形成することは、フォトレジストの厚さを低減させ、絶縁材料に対する選択性を減少させる、ナノ・インプリンティング・リソグラフィ（ＮＩＬ）を含む多くの異なる技術によって達成可能であることが、他の技術分野において知られている。

セル８８７を通る電流は、セル８８７の形状によって集束される。こうした電流の集束は、信号コントラストを増加させ、例えば、マルチ・ビット記録の頑強性を増大させることができる。さらに、セル８８７は記録媒体８５６と下層１５４の界面付近でテーパされるので、誘電体は、上層８５８を含むセルの部分と比べて、記録媒体８５６を含むセルの部分間でより厚くなる。絶縁材料の断面積と記録媒体８５６の断面積とのより高い比は、潜在的により低い熱干渉を意味する。

上述のように、好ましい実施形態においては、ナノ・インプリンティング・リソグラフィ（ＮＩＬ）を適用することによって、媒体デバイス７５０／８５０内にパターンを定めることができる。他の実施形態においては、極紫外線リソグラフィ（ＥＵＶＬ）、Ｘ線リソグラフィ、電子ビーム・リソグラフィ、及びイオン・ビーム・リソグラフィのような光リソグラフィ技術を含む他の何らかのプロセス技術又はプロセス技術のクラスを用いて、パターンを媒体デバイス７５０／８５０に転写することができる。上述のように、ＮＩＬプロセス技術が用いられる場合には、構造体及び製造方法において、ナノ・スケールの位置合わせを必要としない。マルチ・ビット記録が用いられる場合、パターンの密度はあまり関係せず、適用されるパターン転写技術は、均一性及び歩留まりといった、フィーチャの幅以外の要因に基づいて選択することができる。当業者であれば、パターンを媒体デバイス７５０／８５０に転写するために異なる技術を適用する制限及び利点を認識し、そうした技術に適用できる変形を認識することができるであろう。そうした変形は、本発明の範囲内にあると考えられる。

他の実施形態においては、パターン形成された媒体が用いられる場合、連続する媒体と同様に、記録媒体は、相変化材料以外の媒体、又は極性依存メモリ層とすることができる。例えば、媒体デバイスは、電荷蓄積型媒体とすることができる。電荷蓄積媒体は、誘電体内に捕捉された電荷としてデータを格納する。したがって、電荷蓄積媒体の場合、媒体は、書き込み状態のときに電荷を捕捉する誘電体材料である。媒体を再び非書き込み状態に変えるには、捕捉された電荷を除去することを必要とするだけである。例えば、正の電流を用いて電荷を媒体内に格納することができる。次に、負の電流を用いて、媒体から格納された電荷を除去することができる。

抑制マトリクス内でセルを分離することにより、分路を実質的に最小にすることができ、これにより、潜在的に信号対ノイズ比が増大される。信号対ノイズ比が高いと、データを記録するためにマルチ・ビット記録スキームを適用するシステムの頑強性を改善することができる。印当たり２ビットを格納するために、最小で４つの抵抗レベル（００、０１、１０、１１）が必要とされる。互いから電気的に絶縁したセルを形成するために媒体をパターン形成することにより、ＧＳＴ又は他の相変化材料、並びに極性依存メモリ材料を含む記録媒体において４つのレベルの記録を達成するのに十分な信号対ノイズ比が提供され得る。

サーボ情報及びタイミング情報を定義するパターン媒体
パターン形成するステップを含ませることは、パターン全体の中にサーボ情報及びタイミング情報を予め定めることを可能にするという利点を提供することを可能にする。予め定められたサーボ情報及びタイミング情報は、サーボ情報及びタイミング情報を連続する媒体に書き込む必要性をなくすことによって、製造プロセスを簡単化することができる。予め定められたサーボ情報及びタイミング情報を含ませることはまた、こうした情報を位置決めする際のばらつきを減少させ、サーボ技術を簡単化してデータの発見及び回復をより堅固なものにすることができる。

本発明によるパターン形成された媒体内に情報を定めるためのシステム及び方法の実施形態においては、パターンのピッチ内にタイミング情報を含ませることができる。例えば、セル間の領域が比較的高い抵抗値（Ｒ_max）であり、かつ、記録媒体が常にセル間の領域よりも低い抵抗値を有する（例えば、０．１Ｒ_maxから０．８Ｒ_maxまでといった範囲の）ようにプログラムされる場合には、チップから記録媒体まで流れる電流が最小値を上回ることを感知することにより、セル上のチップの位置を検出することができる。一実施形態においては、クロック情報は、ビット周波数を二倍（又はその他の倍数）にすることができ、このため、抵抗レベルのシフトと組み合わせてクロックを検出するための周波数弁別が可能となる。これは、走査速度が正しいテンポでジッタする場合でも、データの書き込み及び読み取りを制御するセルフ・クロッキングための簡単な技術を提供する。

代替的な実施形態においては、比較器回路によってチップの電流が感知され、チップがセル上にあるときには「高い」値として測定され、チップがセル間にあるときには「低い」値として測定されるデジタル信号を生成することができる。チップを媒体に対して動かすときに、デジタル信号の期間を測定し、速度を制御するためのフィードバック信号として用いることができる。より正確には、多数のチップの幾つかの比較器回路からの出力を平均することができる。

パターン形成するステップを適用して、サーボ情報及びタイミング情報に対応する無数の異なるフィーチャを定めることができる。こうしたフィーチャは、単にデジタル情報をエンコードするためにセルをなくすことによって、マスター・パターン内に設計することができる。読み取り／書き込みセルの代わりに、読み取り専用（ＲＯ）セルをパターン形成することができる。ＲＯセルは、十分に導電性の領域で構成され、媒体表面と下層又は基板との間に低い抵抗を生じさせ得る。一実施形態においては、ＲＯセルの抵抗は、記録媒体を有するセル内の最低限の印よりも低い値に設定することができる。データセルのラインに挿入されたＲＯセル又は一連のＲＯセルを容易に検出することができる。さらに、検出の信号対ノイズ比を改善することができる。データセルと同様にトラックＩＤ情報及び同期マークを含ませて、サーボの位置決め検証を助け、データの書き込み及び読み取りにおけるエラーを防止することができる。トラックＩＤ及び同期パターンをＲＯセル・パターン内に格納することによって、チップが常に所望のトラック上にあること、及びチップが適正なダウン・トラック領域で開始することを検証することが可能になる。ダウン・トラック方向に沿ってトラックＩＤ及び同期パターンの幾つかのコピーを離間配置し、チップがセルと位置合わせされた状態のままであることを保証することができる。

ＲＯセルを含む方法及びシステムに対してマスク・ステップが低減された、システム及び方法の代替的な実施形態を適用することもできる。こうした実施形態においては、セルが容易に変更可能であり、よって「追記型」（ＷＯ）セルとして機能するように、幾つかの媒体セルをプログラムすることができる。例えば、非常に小さい抵抗（例えば、約１ｍＡの大電流に対して１００オームのオーダーの−通常の書き込み電流は１００未満の係数である）を生じさせるように、極性依存メモリ層を含む記録媒体に書き込みを行なうことができる。こうした実施形態においては、オフ・トラックのサーボ・バースト・パターンを用いてチップを位置合わせし、ダウン・トラック位置の識別を助けることができる。サーボ・トラッキングを用いて、所望のトラックＩＤ及び他の情報を媒体セルに恒久的に書き込むことによって、セルの特定のグループをフォーマットすることができる。こうした方法及びシステムは、改善された信号対ノイズ比を達成し、データセルを省略することによって同期及びＩＤ情報をエンコードする技術と比べて、同期及びＩＤ情報をエンコードする効率を改善することができる。こうした方法はまた、このような領域にわたってチップの最初の横断時に大きい書き込み電流を付与し、リード・バック品質を改善することによって、サーボ・バースト・パターンを強化するために用いることもできる。

パターン形成するステップは、例えば、フレーム・マーク、同期（ｓｙｎｃ）マーク、トラック識別（ＩＤ）コード、及び、データ・パターンと混合されるか又は随意的に専用サーボ使用のための別の領域に配置される位置誤差信号（ＰＥＳ）を測定するためのサーボ・バースト・パターンといった、特別なフィーチャの付加を可能にすることができる。フレーム・マークは、データ・トラックの開始及び終了の識別を可能にする。同期マークは、データ・トラックの領域の識別を可能にする。トラックＩＤは、トラックのグループにおける個々のトラックの識別を可能にする。１つ又はそれ以上のトラック内のこうしたサーボ情報及びタイミング情報の構成の１つの実施形態が、図１１Ａに表される。この図は、トラック上に位置合わせされたチップを維持するためのＰＥＳブロック、タイミングのための同期マーク・ブロック、及びトラックＩＤブロックを含む。タイミング及び位置決めのために、所望のレベル又は必要なレベルの処理を達成するように、サーボ情報及びタイミング情報を配置することができる。図１１Ａに図示されたサーボ情報及びタイミング情報の構成は、無数の異なる構成のうちの１つにすぎない。他の実施形態においては、所望の結果を達成するために、より多い又はより少ないブロックを同様に又は異なるように配置することができる。例えば、専用のサーボ構造体がデータ記憶構造体と並列して用いられる場合、サーボ情報及びタイミング情報専用のより少ないブロックを有するデータ記憶構造体の設計が望ましい。複数のチップを形成する際の精度もまた、サーボ及びタイミングの構成に影響を及ぼすことがあり、こうした情報をＰＥＳブロックとして使用することが、ある程度重要になる。さらに、構成は、必要な要素の組み合わせを示すことを意図するわけではない。例えば、トラックＩＤブロックをＰＥＳブロックの先に置く必要も、ＰＥＳブロックの後に置く必要もなく、或いは、ユーザ・データ・ブロックが多数の同期マーク・ブロックを含む必要はない。

図１１Ｂは、複数のトラックにわたってユーザ・データ・ブロック内に配置されたトラックＩＤブロックの拡大図である。図示のように、ユーザ・データ・ブロックは、２つのレベルの情報（低抵抗状態９９０及び高抵抗状態９９２）を含むことができるが、上述のように、各々のセル（又は、後述するような混合された連続する／パターン形成された媒体内のドメイン）は、実際には、単一のセル（又はドメイン）内に２又はそれ以上のビットを格納するために、複数の抵抗レベル又は抵抗状態の範囲を有することができる。図示されるトラックＩＤブロックは、トラックの長さにわたって読み取られたとき、トラック・ナンバーを求めるために用いることができる低抵抗セル（又はドメイン）９９４のパターンを含む。トラックＩＤブロックは、トラックを満足に識別するのに必要なだけトラックに沿って利用可能な表面の大部分にわたることができるので、トラックＩＤブロックは、図１１Ｂに示されるよりも少ない又は多いセル（又はドメイン）を含むことができる。

図１１Ｃ及び図１１Ｄは、複数のトラックにわたるユーザ・データ・ブロック内の同期マークの例の拡大図である。同期マークは、好ましくは（必ずしもではないが）トラックにわたって一様なパターンで配置できるが、同期マークは、図示されるよりも、同期マーク・ブロックのトラック方向の長さに沿ってずっと多くの低抵抗セル（又はドメイン）の組み合わせを含むことができる。図１１Ｄに示されるように、低抵抗セル（又はドメイン）を互いに隣接して配置する必要はない。同期マーク・ブロック内に同期マークを定める低抵抗セル（又はドメイン）の構成及び数を、複数の要因に基づいて決定し、好ましくは高い信号対ノイズ比を有する信号を生成することができる。さらに、同期マーク・ブロックの長さは、図１１Ｃ及び図１１Ｄに示される同期マーク・ブロックから変化することができる。

サーボ・システムは、トラックの（よって、セル又はドメインの）中心に置かれたチップを維持するための、横断方向トラック位置感知機構を含むことができる。ディスク・ドライブ産業においてサーボ位置情報を提供する一般的な方法は、Ｎデータビット毎にＡ−Ｂ−Ｃ−Ｄバーストのサーボ・パターンを挿入し、サーボ位置誤差信号（ＰＥＳ）の復調を可能にすることである。これらの方法は、データ・トラックから異なるオフ・トラック距離でマークのグループを配置することを必要とする。チップがこれらの領域を通過するとき、相対的な振幅又はタイミング情報を復調して、オフ・トラック距離に比例する信号を生成することができる。パターン形成された媒体がない場合、サーボ書き込みプログラム又はセルフ・サーボ書き込み方法を用いて、これらのマークを媒体に書き込む必要がある。このことは、多くの場合、マークの配置に付加的な位置センサを必要し、記憶装置の複雑さを増すことがある。図１１Ｅは、Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄバーストに対応する低抵抗セル（又はドメイン）を有するこうしたＰＥＳバースト構成の１つの拡大図であり、構成内の各バーストは、トラックに沿って互いに隣接する２つの低抵抗セル（又はドメイン）によって表される。

セルの中心に置かれたチップを維持するための横断方向トラック位置感知機構の代替的な実施形態が、図１１Ｆに示される。媒体のパターン形成は、低い、変化する、又は変化した抵抗のラインの画定を可能にすることができる。ジグザグ・パターンで配置された４つのＰＥＳライン９９６を含む図１１Ｆのサーボ構成においては、第１及び第２のライン（ページ上の左から右へ）が互いに逆にパターン形成されており、第３及び第４ラインが、互いに逆に、かつ、第１及び第２ラインに対して位相がずれた状態でパターン形成されている。トラックを横断するチップは、同期マークに遭遇し、同期マークとラインとの間のタイミング（ラインがジグザグであるためトラックにわたって変化する）を検出し、ラインに沿って、よってトラックにわたって、チップが配置される場所を判断することができる。図１１Ｅ及び図１１ＦのＰＥＳ構成は単なる例にすぎず、これらの教示に照らすとき、当業者であれば、本発明によるシステム及び方法の実施形態において用い得る１つ又はそれ以上のトラックにわたる、チップの詳細な位置決めを識別するためのＰＥＳセル（又はドメイン）、ライン、又は他のフィーチャの無数の異なる構成を認識するであろう。

さらに、各々のビット間の変位が予め定義され、チップの振動及び移動に起因する書き込みと読み取りの間に生じる誤差の伝播を減少させるので、抑制マトリクス内のセルの分離がジッタ・ノイズを減らすことができる。ノイズ及び所定のパターンの変動性は、チップの機構に起因するノイズ及び変動性よりも著しく小さいものになり得る。

部分的にパターン形成された媒体
さらに別の実施形態においては、パターン形成するステップを含ませてサーボ情報及びタイミング情報を定める一方で、データ格納のための連続する媒体を提供し、これにより、サーボ情報及びタイミング情報を連続する媒体に書き込む必要性がなくなり、連続する媒体によりデータ記憶装置の最大密度を制限できるようにすることが望ましい。

上述のように、好ましい実施形態においては、ナノ・インプリンティング・リソグラフィ（ＮＩＬ）によって、或いは、極紫外リソグラフィ（ＥＵＶＬ）、Ｘ線リソグラフィ、電子ビーム・リソグラフィ、及びイオン・ビーム・リソグラフィといった光リソグラフィ技術を含む他のプロセス技術又はプロセス技術のクラスを用いて、媒体デバイス内にサーボ及びタイミング・パターンを定めることができる。技術は、記録の密度及びコストとパターン転写技術の頑強性の間の利点のトレードオフに基づいて選択することができる。当業者であれば、サーボ及びタイミング・パターンを媒体デバイスに転写するために異なる技術を適用することの制限及び利点を認識し、そうした技術に適用できる変形を認識することができる。そうした変形は、本発明の範囲内にあると考えられる。

パターン形成されたサーボ情報及びタイミング情報と連続する媒体とのハイブリッド解決法を含む実施形態においては、上述のように、記録媒体は、相変化材料又は極性依存メモリ層、或いは電荷蓄積型媒体のような他の何らかの媒体とすることができる。

上述のように、本発明によるパターン形成された媒体内に情報を定めるためのシステム及び方法の実施形態においては、タイミング情報をパターンのピッチ内に含ませることができる。例えば、セル間の領域が比較的高い抵抗値（Ｒ_max）であり、かつ、記録媒体が常にセル間の領域よりも低い抵抗値を有する（例えば０．１Ｒ_maxから０．８Ｒ_maxまでといった範囲の）ようにプログラムされる場合には、チップから記録媒体まで流れる電流が最小値を上回ることを感知することによって、セル上のチップの位置を検出することができる。これは、走査速度が正しいテンポでジッタする場合でも、データの書き込み及び読み取りを制御するセルフ・クロッキングのための簡単な技術を提供する。

代替的な実施形態においては、比較器回路によってチップの電流が感知され、チップがセル上にあるときには「高い」値として測定され、チップがセル間にあるときには「低い」値として測定されるデジタル信号を生成することができる。チップを媒体に対して動かすとき、デジタル信号の期間を測定し、速度を制御するためのフィードバック信号として用いることができる。より正確には、多数のチップの幾つかの比較器回路からの出力を平均することができる。

読み取り／書き込みセルの代わりに、読み取り専用（ＲＯ）セルをパターン形成することができる。読み取り専用セルは、媒体表面と下層又は基板との間に低い抵抗を生じさせる十分に導電性の領域で構成され得る。一実施形態においては、ＲＯセルの抵抗は、記録媒体を有するセル内の最低限の印よりも低い値に設定することができる。データセルのラインに挿入されたＲＯセル又は一連のＲＯセルを容易に検出することができる。さらに、検出の信号対ノイズ比を改善することができる。データセルと同様にトラックＩＤ情報及び同期マークを含ませて、サーボの位置決め検証を助け、データの書き込み及び読み取りにおけるエラーを防止することができる。トラックＩＤ及び同期パターンをＲＯセル・パターン内に格納することによって、チップが常に所望のトラック上にあること、及びチップが適正なダウン・トラック領域で開始することを検証することが可能になる。ダウン・トラック方向に沿ってトラックＩＤ及び同期パターンの幾つかのコピーを離間配置し、チップがセルと位置合わせされた状態のままであることを保証することができる。

上述のように、ＲＯセルを含む方法及びシステムに対してマスク・ステップが低減された、システム及び方法の代替的な実施形態を適用することができる。こうした実施形態においては、セルが容易に変更可能であり、よって「追記型」（ＷＯ）セルとして機能するように、幾つかの媒体セルをプログラムすることができる。例えば、非常に低い抵抗（例えば、約１ｍＡの大電流に対して１００オームのオーダーの−通常の書き込み電流は、１００未満の係数である）を生じさせるように、極性依存メモリ層を含む記録媒体に書き込みを行うことができる。こうした実施形態においては、オフ・トラックのサーボ・バースト・パターンを用いてチップを位置合わせし、ダウン・トラック位置の識別を助けることができる。サーボ・トラッキングを用いて、所望のトラックＩＤ及び他の情報を媒体セルに恒久的に書き込むことによって、セルの特定のグループをフォーマットすることができる。こうした方法及びシステムは、改善された信号対ノイズ比を達成し、データセルを省略することによって同期及びＩＤ情報をエンコードする技術と比べて、同期及びＩＤ情報をエンコードする効率を改善することができる。こうした方法はまた、このような領域にわたってチップの最初の横断時に大きい書き込み電流を付与し、リード・バック品質を改善することによって、サーボ・バースト・パターンを強化するために用いることもできる。

上述のように、パターン形成するステップは、例えば、フレーム・マーク、同期マーク、トラック識別（トラックＩＤ）コード、及び、データ・パターンと混合されるか又は随意的に専用サーボ使用のための別の領域に配置されるサーボ・バースト・パターンといった特別なフィーチャを付加することを可能にすることができる。フレーム・マークは、データ・トラックの開始及び終了の識別を可能にする。同期マークは、データ・トラックの領域の識別を可能にする。トラックＩＤは、トラックのグループにおける個々のトラックの識別を可能にする。これらのパターンの全ては、単にデジタル情報をエンコードするためにセルをなくすことによって、マスター・パターンの中に設計することができる。

再び図１１Ａを参照すると、パターン形成されたサーボ及びタイミング情報と連続する媒体とのハイブリッド解決法が用いられる実施形態においては、ユーザ・データ・ブロックは、連続する媒体を含むことができ、よって、ユーザ・データ・ブロック内にセルはほとんど又は全く定められない。寧ろ、ユーザ・データ・ブロックにわたってドメインが定められる。連続する媒体の使用は、必ずしもトラックの幅にわたる必要はないが、少なくとも横断方向のトラックの長さに沿って、ユーザ・データの密度が増加することを可能にする。

金属カンチレバー式チップを形成する
本発明によるシステム及び方法と共に用いるためのカンチレバー式チップと、そうしたカンチレバー式チップを形成する方法の実施形態が、図９Ａ及び図９Ｂに示される。そうしたチップ２４２／３４２の実施形態は、自己配置可能とすることができ、導電性金属又は金属合金を含む接触面２４３／３４３を含むことができる。チップ２４２／３４２は、カンチレバー２４１によってプラットフォーム２４４と作動可能に関連付けられ、チップ２４２／３４２が媒体表面（例えば、表面上の潤滑剤１５１）に対して圧迫されるように付勢される。付勢されたカンチレバー２４１は、近位端で結合され、チップ２４２／３４２と関連した遠位端で切り離されるので、チップ２４２／３４２は、媒体デバイス１５０／３５０と電気的に連通した状態を維持しながら、プラットフォーム２４４に対して垂直平面内で動くことができる。

図９Ａを参照すると、ここでは「補強された」チップ２４２と呼ばれる、チップ２４２の実施形態が、相変化材料（例えば、ＧＳＴ）を含む記録媒体１５６を有する、図１Ａ〜図１Ｃに示されるような媒体デバイス１５０と電気的に連通した状態で示される。チップ２４２は、応力勾配の適用が可能な材料を含むカンチレバー２４１によって、チップ・プラットフォーム２４４と結合されるので、カンチレバー２４１は、媒体デバイス１５０の表面にバイアスをかけることができる板ばねを形成する。チップ２４２は、接触面２４３を含む。接触面２４３を形成する導電性層は、導電性であり、プラチナ、イリジウム、こうした金属の合金、或いは他の何らかの金属又は金属合金といった金属の層を含むことが好ましい。一実施形態においては、接触面２４３は、約１０ｎｍから２００ｎｍまでの間の範囲の厚さを有する。接触面２４３の後ろ（チップ・媒体表面の界面に対して）のチップ２４２の後面２４５は、ギザギザのある形状を有することができ、後面２４５内のギザギザ部は、ほぼ接触面２４３の形状である。チップ２４２にさらなる機械的強度を与えるために、後面２４５の上にシリコン１７４又は他の補強材料の部分が配置され、チップと媒体表面の界面に存在する力に起因するチップ２４２の変形及び屈曲に抵抗する。例えば、二酸化シリコンのような絶縁誘電体層１７５が、シリコンと後面２４５との間に配置された状態で示されている。こうした補強されたチップ２４２の信頼性は著しく高く、使用中の磨耗及び損傷を受けにくい。

補強されたチップ２４２をチップ・プラットフォーム２４４と作動可能に結合するカンチレバー２４１は、無数の異なる金属及び金属合金を含むことができる。例えば、カンチレバー２４１は、ニッケル、クロム、モリブデン、他の何らかの金属及び合金を含むことができる。カンチレバー材料は、高い降伏強度、良好な導電性、及び、補強されたチップ２４２とチップ・プラットフォーム２４４（及び関連した構造体）の製造中に適用される同時に行われるプロセス・ステップとの両立性を有するように選択すべきである。一実施形態においては、カンチレバーは、約１００ｎｍから１０００ｎｍまでの間、好ましくは２５０ｎｍから５００ｎｍまでの間の範囲の厚さを有することができる。

図９Ａは、補強されたチップ２４２が媒体デバイス１５０の表面と接触するように配置された、補強されたチップ２４２を示す。補強されたチップ２４２及び媒体デバイス１５０は、本発明によるシステムの実施形態の一部を含む。しかしながら、他の実施形態においては、システムは、ＧＳＴを含む記録媒体、或いは、パターン形成された又はパターン形成されていない極性依存メモリ層を含む記録媒体を有するパターン形成された媒体デバイスのような、他の何らかの媒体デバイスと作動可能に関連付けられた補強されたチップ２４２を含むことができる。ここでは複数の媒体デバイスが説明され、そうした教示から無数の他の媒体デバイスを得ることができる。全てのそうした媒体デバイスは、本発明のシステム及び方法の実施形態の範囲内となることが意図されている。同様に、そうしたシステム及び方法は、ここに含まれる教示を理解する際に当業者には変形が明白であるため、図９Ａに示される特定の幾何学的形状及び構造に限定されることが意図されていない。

図９Ｂを参照すると、ここでは「中空の」チップ３４２と呼ばれる、チップ３４２の代替的な実施形態が、極性依存メモリ層を含む記録媒体３８０を有する、図５Ａ〜図５Ｃに示されるような媒体デバイス３５０と電気的に連通した状態で示される。上述のように、チップ３４２は、応力勾配の適用が可能な材料を含むカンチレバー２４１によって、チップ・プラットフォーム２４４と結合されるので、カンチレバー２４１は、媒体デバイス１５０の表面にバイアスをかけることができる板ばねを形成する。チップ３４２は、接触面３４３を含む。接触面３４３を形成する導電性層は、導電性であり、プラチナ、イリジウム、こうした金属の合金、或いは他の何らかの又は金属合金といった金属の層を含むことが好ましい。チップ３４２の後面３４５は、ギザギザのある形状を有することができ、後面３４５内のギザギザ部は、ほぼ接触面３４３の形状である。しかしながら、チップ３４２は、接触面３４３を補強するシリコン部分１７４を有しておらず、したがって、図９Ａのチップ２４２の後面２４３と比較したとき、後面３４５は、「中空」であると考えることができる。一実施形態においては、接触面３４３を形成する導電性層は、約１０ｎｍから２００ｎｍまでの間の範囲の厚さを有する。中空のチップ３４２は、補強されたチップ２４２よりも著しく低い質量を有する。より低い質量を有するチップは、媒体デバイスとのより高い共振を有することができ、したがって、より高速で作動することができる。増大した速度は、より高いデータ転送速度をもたらし、短いアクセス時間が望まれる場合に有利であり得る。

中空のチップ３４２をチップ・プラットフォーム２４４と作動可能に結合するカンチレバー２４１は、無数の異なる金属及び金属合金を含むことができる。例えば、カンチレバー２４１は、ニッケル、クロム、モリブデン、他の何らかの金属及び合金を含むことができる。カンチレバー材料は、高い降伏強度、良好な導電性、及び、中空のチップ３４２とチップ・プラットフォーム２４４（及び関連した構造体）の製造中に適用される同時に行われるプロセス・ステップとの両立性を有するように選択すべきである。一実施形態においては、カンチレバーは、約１００ｎｍから１０００ｎｍまでの間、好ましくは２５０ｎｍから５００ｎｍまでの間の範囲の厚さを有することができる。

図９Ｂは、中空のチップ３４２が媒体デバイス３５０の表面と接触するように配置された、中空のチップ３４２を示す。中空のチップ３４２及び媒体デバイス３５０は、本発明によるシステムの実施形態の一部を含む。しかしながら、他の実施形態においては、システムは、極性依存メモリ層を含む記録媒体、或いは、パターン形成された又はパターン形成されていないＧＳＴを含む記録媒体を有するパターン形成された媒体デバイスのような、他の何らかの媒体デバイスと作動可能に関連付けられた中空のチップ３４２を含むことができる。ここでは複数の媒体デバイスが説明され、そうした教示から無数の他の媒体デバイスを得ることができる。全てのそうした媒体デバイスは、本発明のシステム及び方法の実施形態の範囲内となることが意図されている。同様に、そうしたシステム及び方法は、ここに含まれる教示を理解する際に当業者には変形が明白であるため、図９Ｂに示された特定の幾何学的形状及び構造体に限定されることが意図されていない。

上述されたもののようなチップ２４２／３４２は、通常の半導体プロセス技術を適用する多くの製造ステップによって形成することができる。例えば、図９Ａに示されるようなチップ２４２を形成する方法の実施形態が、図１０Ａ〜図１０Ｆのスタック図に示されており、これは、図９Ａに示される構造体を形成するための一連のプロセス・ステップの一例を示す。この方法は、シリコン基板ａの上に熱酸化物層ｂを成長させるステップを含むことができる。熱酸化物ｂは、例えば、周知の拡散プロセス技術を用いる拡散プロセスで成長させることができる。熱酸化物（二酸化シリコンのような）に対して高い選択性をもつ材料を熱酸化物ｂの上に堆積させて、ハードマスク層ｃを形成することができる。周知のフォトリソグラフィ技術を用いて、ハードマスクｃ内にパターンを定めることができる。パターンは、マスクされていないキャビティ領域により囲まれた、マスクされたチップ領域を定めることができ、ウェハは、浅いキャビティにより囲まれた初期のチップ構造体１７０が形成されるように、等方的にエッチングすることができる。第２の熱酸化物層ｂｂが成長され、鋭利なチップを定める構造体１７０の形成を助ける付加的なシリコンを消費し、図１０Ａに示されるような膜スタックを形成する。

酸化物のエッチングは、第２の熱酸化物層ｂｂを除去し、チップ構造体１７０上に配置されたハードマスクｃを剥離させ、シリコンチップを残す。この酸化物エッチング・ステップの際に、ハードマスク層ｃの下で酸化物層がアンダーカットされ、酸化物層の垂下部を除去する。場合によっては、シリコンチップの高さ及び／又はシリコンチップの曲率半径を調整するために、付加的な熱酸化及び酸化物エッチング・ステップを適用することができる。

図１０Ｂを参照すると、第３の熱酸化物層ｂｂｂを成長させることができる。次のステップにおいて、選択的エッチングを用いて、ウェハからハードマスクｃが除去され、このことは二酸化シリコンに影響を及ぼさず、したがって鋭利なチップの形状を変化させない。例えば、二酸化シリコンのハードマスクは、二酸化シリコンも、シリコンもエッチングしないリン酸中で除去することができ、チップ構造体１７０の上に熱酸化物層ｂ／ｂｂｂを残す。例えば、スパッタリングによって、第１の金属層ｄを堆積させることができる。この第１の層ｄは、チップ領域を覆い、ここでは「チップ金属」とも呼ばれる。チップ金属ｄの厚さは、チップ２４２の接触面２４３の要求される曲率半径を提供するように選択される。チップ金属ｄは、高い導電性有し、耐磨耗性であり、化学的に不活性である。プラチナ、イリジウム、高融点金属、及びこれらの金属の組み合わせを、チップ金属材料に用いることができる。熱酸化物の下層ｂｂｂへの強い機械的結合を提供するために、チップ金属ｄは、接着層を含むことができる。チップ金属ｄをエッチングし、チップ２４２の接触面２４３を形成することができる。代替的に、チップ金属ｄのパターン形成のために、リフトオフ・プロセスを用いることもできる。図１０Ｃを参照すると、第２の金属層ｅ（ここではカンチレバー金属とも呼ばれる）をスタックの上に堆積させ、エッチングして、カンチレバー・パターンを形成することができる。カンチレバー・パターンは、浅いキャビティ領域１８０の内部に形成されることが好ましい。この場合、カンチレバーは解放後のステップを有さない。カンチレバー金属ｅは、チップ金属ｄと重なる。図１０Ｄに示されるように、カンチレバー・パターンが定められると、カンチレバー・パターンの上部に、誘電体層ｆ（ここでは安定化膜とも呼ばれる）が堆積される。誘電体は、高温（典型的には、３５０℃〜４００℃）でプラズマ強化化学気相堆積（ＰＥＣＶＤ）によって堆積された二酸化シリコン又は窒化シリコンであることが好ましい。

カンチレバー金属ｅに誘電体堆積プロセスを施すことにより、幾つかの利点がもたらされる。第１に、誘電体堆積プロセス中の高温により、チップ金属ｄとカンチレバー金属ｅとの間の金属原子の相互拡散が引き起こされ、チップ金属ｄとカンチレバー金属ｅとの間に良好な機械的及び電気的接続が与えられる。第２に、誘電体の堆積中にカンチレバー金属ｅを高温に曝し、その後冷却することにより、カンチレバー金属ｅと熱酸化物ｂ／ｂｂｂとの間、及び、カンチレバー金属ｅと堆積された誘電体層ｆとの間の界面に、大きな応力が生じる。これらの応力は、熱機械的性質を有し、カンチレバー金属ｅと熱酸化物ｂ／ｂｂｂ及び堆積された誘電体層ｆとの間の熱膨張係数の差に起因して生じる。熱機械的応力の大きさは、堆積プロセスによって生じたカンチレバー金属ｅにおける応力勾配に打ち勝つのに、又は著しく変化させるのに十分なだけ高い。周囲温度と堆積プロセス中に用いられる高温との間の温度差によって決まるため、誘電体堆積プロセス中に生じたカンチレバー金属ｅの熱機械的応力は、非常に再現可能である。したがって、誘電体層の堆積は、カンチレバー金属ｅのパラメータの安定化を可能にし、技術的プロセスの変動に起因する堆積された際のカンチレバー金属ｅにおける応力勾配変動の影響を減少させる。第３に、図１０Ｄから分かるように、カンチレバー金属ｅの下部は、ウェハの大部分と機械的に接触した状態にあり、カンチレバー金属ｅの上部層は、堆積された誘電体ｆの比較的薄い層に接触する。したがって、カンチレバー金属ｅの上部及び下部は異なる条件に曝され、カンチレバー金属ｅの上部の変形よりもカンチレバー金属ｅの下部の方が、熱機械的に大きく変形すると予想される。これは、解放後にカンチレバーの所望の面外初期屈曲を得るために用いることができるカンチレバー金属ｅにおける再現可能な応力勾配を生じさせる。他の実施形態においては、カンチレバー金属ｅにおける所望の応力勾配を生じさせ、チップ金属ｄとカンチレバー金属ｅとの間の良好な機械的及び電気的接続を実施する代替的な方法を用いることができる。こうした方法は、説明された誘電体堆積プロセス・ステップと組み合わせて、又は誘電体堆積ステップと置き換えて用いることができる。例えば、アルゴン又は窒素の不活性雰囲気中といった特定の雰囲気中での高温のアニーリングが、こうした代替的な方法の一例である。当業者であれば、こうした応力勾配を形成するための当技術分野において知られている異なる方法を認識するであろう。

ウェハをパターン形成し、エッチングして、カンチレバー及びチップ構造体の周りの堆積された酸化物層ｆ及び熱酸化物層ｂｂｂの一部を除去することができる。図１０Ｅを参照すると、誘電体層ｆ及びｂｂｂのエッチングの後にシリコン・エッチングが行われる。シリコン・エッチングは、２つのステップを含むことが好ましい。第１のステップは、カンチレバー及びチップの周りにトレンチを形成し、第２のステップは、カンチレバーをアンダーカットし、解放する。第１のステップにおいて、反応性イオン・エッチング（ＲＩＥ）を用いることが好ましい。第２のステップにおいては、シリコンの湿式異方性エッチングを用いることが好ましい。（例えば、第２のステップにおいては、水酸化カリウムの水性溶液を用いることができる。）堆積された酸化物層ｆは、第２のステップ中、マスクとして働き、カンチレバー金属ｅ及びチップ金属ｄを保護することができる。湿式異方性エッチングは、アンダーカットをより良好に制御し、したがってカンチレバーの長さ及び屈曲をより良好に制御することができる。代替的に、第２のステップにおいて、シリコンの等方性エッチングを用いることができる。誘電体エッチングのために定められた同じパターンが、第１のステップ及び第２のステップにおいても用いられることが好ましい。

シリコン・エッチングのために用いられるマスク・レイアウトに応じて、結果として得られる構造体は、図１０Ｅに示されるようなチップ１７０の下にシリコン片１７４を有するか、又は上述され、図９Ｂに示されるような中空のチップを有することができる。エッチングの終了時に、コーナー部補償構造体を用いる当技術分野において周知の技術を用いて、チップ１７０の下にシリコン片１７４及び熱酸化物ｂｂｂの一部を保持することができる。

カンチレバー／チップ製造プロセスにおける最終ステップは、誘電体層の湿式エッチングである。これは、カンチレバー２４１及び堆積された酸化物ｆの下側から露出された熱酸化物ｂｂｂを除去し、カンチレバー２４１を解放するために用いられ、カンチレバー２４１は、解放されたときに応力勾配によって付勢され、板ばねのようなほぼ弧状の形状を形成する。さらに、堆積された酸化物ｆを除去することにより、チップ２４２の接触面ｄが露出される。

代替的に、図９Ｂに示されるようなチップ３４２を形成する方法の実施形態が、図９Ｂに示される構造体を形成するための一連のプロセス・ステップの例を示す、図１０Ｇ−図１０Ｉのスタック図に示される。図１０Ａ−図１０Ｃに関して上述されたように、第２の金属層ｅが堆積され、エッチングされると、膜スタックの上に、例えば、ＰＥＣＶＤ酸化物のような堆積酸化物層ｆが形成され、カンチレバー構造体にわたって応力勾配が形成されるようにすることができる。ウェハをパターン形成し、エッチングして、カンチレバー及びチップ構造体の周りの堆積された酸化物層ｆ及び熱酸化物層ｂｂｂの一部を除去することができる。図１０Ｈを参照すると、シリコンの湿式異方性エッチングを用いて、カンチレバー２４１をアンダーカットすることができる。代替的に、次いで、等方性エッチングを行って、チップ３４２及びカンチレバー２４１をアンダーカットし、定めることができる。膜スタックをエッチングし、チップ３４２の接触面２４３の後ろから全てのシリコンが除去されるようにすることができる。図１０Ｉを参照すると、次いで、等方性エッチングを行い、チップ３４２及びカンチレバー２４１の下の堆積された酸化物層ｆ及び露出された熱酸化物層ｂｂｂを除去することができる。結果として得られる構造体は、カンチレバー２４１の端部に中空のチップ３４３を有し、カンチレバー２４１は、解放されたときに応力勾配によって付勢され、板ばねのようなほぼ弧状の形状を形成する。さらに、堆積された酸化物ｆを除去することにより、チップ３４２の接触面ｄが露出される。チップ３４２は、図９Ｂに示されるような中空の構造体である。

図１０Ａ−図１０Ｆの詳細な説明を提供する際に、プロセス・ステップについてある程度具体的に説明してきたが、本教示を検討した後、当業者であれば、図示され説明されたプロセス・ステップの多くの異なる変形が明白になることを認識するであろう。したがって、本発明の範囲は、上述され、図９Ａ及び図９Ｂに示されるチップ構造体を形成するための方法の特定の実施形態の説明と一致する説明されたプロセス・ステップ、膜スタック、及び構造体に制限することを意図するものではない。

本発明の上記の説明は、図示及び説明目的のために提供された。これは、網羅的であるか又は本発明を開示された精密な形態に制限することを意図するものではない。当業者には、多くの修正及び変形が明らかであろう。実施形態は、本発明の原理及びその実用的な用途を最もうまく説明するために述べられたものであり、したがって、当業者が種々の実施形態について及び考慮される特定の用途に適当な種々の修正をもって本発明を理解するようにするものである。本発明の範囲は、特許請求の範囲及びその均等物により定義されることが意図される。

本発明による、ＧＳＴからなる記録媒体を含む媒体デバイスの実施形態の、非書き込み状態にある部分の断面図である。 本発明による媒体と共に用いるための、実質的に異方性の抵抗率を有する上層の実施形態の断面図である。 データビットを含む図１Ａの部分の断面図である。 本発明によるシステム及び方法と共に用いるための例示的な相変化材料の相変化チャートである。 図１Ａの媒体デバイスの熱特性を示す。 本発明による媒体と共に用いるための潤滑剤の実施形態の斜視図である。 本発明による媒体と共に用いるための接着層の上に配置された潤滑剤の実施形態の斜視図である。 本発明による媒体デバイスの代替的な実施形態の、非書き込み状態にある部分の断面図である。 データビットを含む図５Ａの部分の断面図である。 ビットを含む部分が消去され、その部分が非書き込み状態にある、図５Ｂの部分の断面図である。 分離したセルを有する、本発明による媒体デバイスのさらに別の実施形態の部分の断面図である。 図６Ａの媒体デバイスを形成するための、本発明による方法の実施形態のプロセス・ステップの断面図である。 図６Ａの媒体デバイスを形成するための、本発明による方法の実施形態のプロセス・ステップの断面図である。 図６Ａの媒体デバイスを形成するための、本発明による方法の実施形態のプロセス・ステップの断面図である。 図６Ａの媒体デバイスを形成するための、本発明による方法の代替的な実施形態のプロセス・ステップの断面図である。 図６Ａの媒体デバイスを形成するための、本発明による方法の代替的な実施形態のプロセス・ステップの断面図である。 図６Ａの媒体デバイスを形成するための、本発明による方法の代替的な実施形態のプロセス・ステップの断面図である。 図６Ａの媒体デバイスを形成するための、本発明による方法のさらに別の実施形態において使用可能な、膜スタックの表面を平坦化するための代替的な技術を示す。 分離したセルがテーパした側壁を有する、本発明による媒体デバイスのさらに別の実施形態の部分の断面図である。 分離したセル及び連続した記録媒体を有する、本発明による媒体デバイスの代替的な実施形態の部分の断面図である。 図７Ａの媒体デバイスを形成するための、本発明による方法の実施形態のプロセス・ステップの断面図である。 図７Ａの媒体デバイスを形成するための、本発明による方法の実施形態のプロセス・ステップの断面図である。 図７Ａの媒体デバイスを形成するための、本発明による方法の代替的な実施形態のプロセス・ステップの断面図である。 図７Ａの媒体デバイスを形成するための、本発明による方法の代替的な実施形態のプロセス・ステップの断面図である。 極性依存メモリ層を備えた記録媒体を含む分離したセルを有する、本発明による媒体デバイスの代替的な実施形態の部分の断面図である。 図８Ａの媒体デバイスを形成するための、本発明による方法の実施形態のプロセス・ステップの断面図である。 図８Ａの媒体デバイスを形成するための、本発明による方法の実施形態のプロセス・ステップの断面図である。 分離したセルがテーパした側壁を有する、本発明による媒体デバイスのさらに別の実施形態の部分の断面図である。 本発明によるシステムの実施形態の部分の断面図である。 本発明によるシステムの代替的な実施形態の部分の断面図である。 本発明による媒体と共に用いるためのチップの実施形態を形成するための、漸進的な処理順序に配置された一連の膜スタックを示す。 本発明による媒体と共に用いるためのチップの実施形態を形成するための、漸進的な処理順序に配置された一連の膜スタックを示す。 本発明による媒体と共に用いるためのチップの実施形態を形成するための、漸進的な処理順序に配置された一連の膜スタックを示す。 本発明による媒体と共に用いるためのチップの実施形態を形成するための、漸進的な処理順序に配置された一連の膜スタックを示す。 本発明による媒体と共に用いるためのチップの実施形態を形成するための、漸進的な処理順序に配置された一連の膜スタックを示す。 本発明による媒体と共に用いるためのチップの実施形態を形成するための、漸進的な処理順序に配置された一連の膜スタックを示す。 本発明による媒体と共に用いるためのチップの代替的な実施形態を形成するための、漸進的な処理順序に配置された一連の膜スタックを示す。 本発明による媒体と共に用いるためのチップの代替的な実施形態を形成するための、漸進的な処理順序に配置された一連の膜スタックを示す。 本発明による媒体と共に用いるためのチップの代替的な実施形態を形成するための、漸進的な処理順序に配置された一連の膜スタックを示す。 本発明によるサンプル・トラック及びトラック内のサーボ情報構成の実施形態を表す。 トラックの範囲にわたる図１１Ａの表示からのトラック識別ブロックの拡大図である。 図１１Ａに示されるようなサーボ情報構成パターンに用い得る同期マーク・パターンの実施形態である。 図１１Ａに示されるようなサーボ情報構成パターンに用い得る同期マーク・パターンの実施形態である。 図１１Ａに示されるようなサーボ情報構成パターンに用い得る位置誤差信号（ＰＥＳ）スキームの実施形態である。 図１１Ａに示されるようなサーボ情報構成パターンに用い得る位置誤差信号（ＰＥＳ）スキームの実施形態である。

Claims (71)

1. 記録媒体と、オーバーコートを貫通するよりもオーバーコートの面を横断する方が高い抵抗率を有する、前記記録媒体の上に配置されたオーバーコートとを含む媒体と、
   前記媒体と電気的に接続可能なチップと、
   を備え、
   前記媒体と前記チップとの間に電位が印加されたときに、前記オーバーコートは、実質的に該オーバーコートを通して電流を導き、前記チップの下の前記記録媒体の部分内に印が形成されることを特徴とするシステム。
2. 前記オーバーコートは、導電部分及び絶縁部分を有する共堆積された膜であり、
   前記導電部分は、モリブデン、イリジウム、及びルテニウムの１つ又はそれ以上から形成された金属酸化物であり、
   前記絶縁部分は、二酸化シリコン、窒化シリコン、又は酸化アルミニウムの１つ又はそれ以上であることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
3. 前記記録媒体が相変化材料であり、
   前記チップが少なくとも１つのセルの上に配置され、かつ、該チップに電位が印加されるとき、電流は前記少なくとも１つのセルを通して導かれ、前記相変化材料の少なくとも部分が閾値温度より高く加熱されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
4. 前記記録媒体が極性依存メモリ層であり、
   前記媒体と前記チップとの間に電位が印加されたとき、導電性構造体は、前記チップと前記下層との間の前記極性依存メモリ層の部分内に形成され、これにより該下層と該チップが電気的に架橋されることを特徴とする請求項１に記載のシステム。
5. 前記導電部分が粒状構造を有し、前記絶縁部分は、内部に前記粒状構造体が配置されるマトリクス構造を有することを特徴とする請求項２に記載のシステム。
6. 前記オーバーコートは、該オーバーコートの前記面を横断する前記電流の流れを制限することを特徴とする請求項１に記載のシステム。
7. 前記媒体が前記チップとヒータとの間に配置されるように構成されたヒータをさらに備え、
   前記ヒータは、前記媒体を加熱し、前記印が該記録媒体の前記部分から除去されるようになったことを特徴とする請求項１に記載のシステム。
8. 抑制マトリクスと、前記抑制マトリクス内に配置され、セルの少なくとも１つが記録媒体を含む複数のセルとを含む媒体と、
   前記媒体に対して配置されるように適合され、該媒体と電気的に接続可能なチップと、
   を備え、
   前記チップが前記少なくとも１つのセルの上に配置され、かつ、該チップに電位が印加されるとき、前記記録媒体内に印が形成されることを特徴とするシステム。
9. 前記媒体は、前記抑制マトリクス及び前記複数のセルの下に配置された下層をさらに含むことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
10. 前記記録媒体は極性依存メモリ層を含み、
    前記印は、前記チップと前記下層との間の極性依存メモリ層の部分内にある導電性構造体であり、該下層と該チップを電気的に架橋することを特徴とする請求項９に記載のシステム。
11. 前記印は、複数の抵抗状態の１つの中の抵抗率を有し、
    前記印の前記抵抗率は、前記導電性構造体の幅と共に変化することを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
12. 前記極性依存メモリ層は、イオン源層及び固体電解質層を含むことを特徴とする請求項１０に記載のシステム。
13. 前記記録媒体が相変化材料であり、
    前記印は、前記相変化材料の構造体内の変化であることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
14. 前記少なくとも１つのセルがセル集束構造体を有し、
    前記セル集束構造体は、前記チップに最も近い前記セルの部分の幅が該チップから最も遠い該セルの部分の幅よりも広くなるようにテーパする側壁プロファイルを含むことを特徴とする請求項８に記載のシステム。
15. 前記複数のセルは、前記チップの接触面に対して十分に大きいものであり、書き込み及び読み取りの少なくとも一方の間の該チップの移動が実質的に該セルの幅に制限されることを特徴とする請求項８に記載のシステム。
16. 高密度データ記憶装置に用いるためのパターン形成された媒体を形成する方法であって、
    導電層を堆積させ、
    前記導電層の上に誘電体層を堆積させ、
    フォトレジスト層を堆積させ、
    ナノ・インプリント・リソグラフィによって、複数の孔を定めるパターンを前記フォトレジスト層に転写し、
    前記誘電体層内に前記複数の孔が形成されて前記導電層の部分を露出させるように、前記誘電体層をエッチングし、
    記録媒体の第１の部分が前記孔の少なくとも１つの中に堆積され、記録媒体の第２の部分が前記誘電体層の部分の上に堆積されるように、記録媒体を堆積させ、
    前記誘電体層の上に配置された前記記録媒体の前記第２の部分を除去し、
    金属の第１の部分が前記孔の少なくとも１つの中に堆積され、金属の第２の部分が前記誘電体層の部分の上に堆積されるように、金属を堆積させ、
    前記誘電体層の上に配置された前記金属の前記第２の部分を除去する、
    ステップを含むことを特徴とする方法。
17. 高密度データ記憶装置に用いるためのパターン形成された媒体を形成する方法であって、
    導電層を堆積させ、
    前記導電層の上に記録媒体を堆積させ、
    前記記録媒体の上に金属を堆積させ、
    フォトレジスト層を堆積させ、
    ナノ・インプリント・リソグラフィを用いて、パターンを前記フォトレジスト層に転写し、
    複数のセルが形成され、かつ、前記複数のセルの下に配置されていない前記導電層及び前記記録媒体の一方を含む下にある部分が露出されるように、前記金属をエッチングし、
    誘電体材料の第１の部分が前記露出された部分の上に堆積され、誘電体材料の第２の部分が前記金属の上に堆積されるように、誘電体材料を堆積させ、
    前記金属上に配置された前記誘電体材料の前記第２の部分を除去する、
    ステップを含むことを特徴とする方法。
18. 前記記録媒体は、相変化材料及び極性依存材料の一方であることを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載の方法。
19. 基板を準備するステップをさらに含み、
    前記導電層は、前記基板の上に配置されることを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載の方法。
20. 前記基板の上に絶縁層を堆積させるステップをさらに含み、
    前記絶縁層は、前記基板と前記導電層との間に配置されることを特徴とする請求項１９に記載の方法。
21. 前記ナノ・インプリント・リソグラフィは、熱ナノ・インプリント・リソグラフィ、紫外線ナノ・インプリント・リソグラフィ、及びステップ・フラッシュ・インプリント・リソグラフィのうちの１つであることを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載の方法。
22. 前記誘電体層の上に配置された前記記録媒体の前記第２の部分を除去するステップは、該記録媒体の該第２の部分を化学機械研磨するステップ、及び、該記録媒体の該第２の部分をイオン・ミリングするステップの一方をさらに含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
23. 前記誘電体層の上に配置された前記金属の前記第２の部分を除去するステップは、該金属の該第２の部分を化学機械研磨するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載の方法。
24. 前記誘電体層の上に配置された前記金属の前記第２の部分を除去するステップは、前記媒体の表面を実質的に平坦化し、
    前記媒体の前記平坦化された表面の上に配置された上層を堆積させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１６又は請求項１７に記載の方法。
25. 前記複数の孔が形成されるように前記誘電体層をエッチングするステップは、該複数の孔が該誘電体層と前記導電層の界面に向けて狭くなるように該孔の側壁をテーパさせるステップを含むことを特徴とする請求項１６に記載の方法。
26. 媒体と、
    カンチレバーと、
    接触面と、
    前記接触面をほぼ補完する後面と、
    を含む、前記カンチレバーと作動可能に関連付けられたチップと、
    を備え、
    前記チップは、前記媒体に接触するようになっており、
    前記チップから前記媒体の少なくとも部分に電流を通すことによって、該媒体内に印が形成されることを特徴とするシステム。
27. 前記カンチレバーは、第１の金属材料で形成され、
    前記チップは、第２の金属材料で形成される、
    ことを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
28. 前記チップは、等方性エッチングに続いて行なわれる少なくとも１つの熱酸化ステップ及び少なくとも１つの熱酸化物エッチング・ステップによってほぼ定められる形状を有することを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
29. 前記チップの形状は、実質的に円錐状であることを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
30. 前記媒体は、相変化材料、極性依存メモリ材料、及び電荷蓄積材料のうちの１つを含むことを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
31. 前記第１の金属材料及び前記第２の金属材料の一方又は両方が接着層及び機能層を含み、
    前記接着層は、純金属又は金属合金のいずれかで形成され、
    前記機能層は、純金属又は金属合金のいずれかで形成される、
    ことを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
32. 第１の部材及び第２の部材をさらに備え、
    前記第１の部材及び前記第２の部材は、間隙によって分離され、かつ、システ作動中に互いに対して移動可能であり、
    前記カンチレバーは、前記第１の可動部材及び前記第２の部材の一方と作動可能に関連付けられ、
    前記媒体は、前記第１の可動部材及び前記第２の部材の他方と作動可能に関連付けられる、
    ことを特徴とする請求項２７に記載のシステム。
33. 前記カンチレバーは実質的に弧形状を有し、
    前記カンチレバーは、前記媒体への前記チップの付勢の結果として生じる応力勾配を含み、これにより、該チップと該媒体との間の電気的連通を維持しながら、前記第１の可動部材と前記第２の部材との間の間隙が変化し得ることを特徴とする請求項３２に記載のシステム。
34. 前記後面の上に少なくとも部分的に配置された補強材料の部分をさらに備えることを特徴とする請求項２６に記載のシステム。
35. 前記補強材料がシリコンであることを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
36. 前記チップは、前記後面と前記補強材料の前記部分との間に配置された絶縁材料をさらに含むことを特徴とする請求項３４に記載のシステム。
37. 媒体デバイスに電流を選択的に通すためのチップを形成する方法であって、
    基板を準備し、
    前記基板の第１の部分内にチップ構造体を形成し、
    前記基板上に第１の金属材料を堆積させ、
    第２の金属材料が前記チップ構造体の上に配置されるように、第２の金属材料を堆積させ、
    前記第１の金属材料の上に安定化膜を堆積させ、
    前記第１の金属材料、前記基板、及び前記安定化膜を高温に曝して、該第１の金属材料内に所望の応力勾配を生じさせ、
    第２の金属材料の下及び前記第１の金属材料の部分の下から第２の部分を除去するように前記基板の第２の部分をエッチングし、前記チップと結合された機械的構造体が解放されるように、
    前記第１の金属材料が配置されるように前記安定化膜をエッチングし、前記第１の金属材料内の前記所望の応力勾配のために前記チップが前記基板から遠ざかるように延びるようにする、
    ステップを含むことを特徴とする方法。
38. 前記チップ構造体を形成するステップは、
    前記基板上にハードマスク膜を堆積させ、
    前記ハードマスク膜をパターン形成して、前記基板の露出された部分によって囲まれた少なくとも１つのチップ領域を定め、
    前記ハードマスク膜をエッチングして、前記基板の部分を露出させ、
    前記基板の露出された部分をエッチングし、
    前記少なくとも１つのチップ領域において前記ハードマスクがアンダーカットされるように第１の熱酸化物膜を成長させ、
    前記第１の熱酸化物膜をエッチングし、
    前記基板内に前記チップ構造体が形成されるように第２の熱酸化物膜を成長させる、
    ステップを含むことを特徴とする請求項３７に記載の方法。
39. 媒体デバイスに電流を選択的に通すための構造体を形成する方法であって、
    基板を準備し、
    前記基板の第１の部分内にチップ構造体を形成し、
    前記第１の部分に少なくとも部分的に重なる前記基板の第２の部分の上に、第１の金属構造体を形成し、
    前記チップ構造体の上に第２の金属構造体を形成し、
    少なくとも前記第１の金属構造体の上に安定化膜を形成し、
    少なくとも前記第１の金属構造体、前記基板、及び前記安定化膜を高温に曝して、該第１の金属構造体内に所望の応力勾配を生じさせ、
    前記チップ構造体の下及び前記第１の金属構造体の部分の下の前記基板の第３の部分を除去し、前記チップを支持する機械的構造体が解放されるようにし、
    前記安定化膜を除去し、前記第１の金属構造体が撓んで前記チップを前記基板から遠ざかるように延ばす、
    ステップを含むことを特徴とする方法。
40. 前記チップ構造体を形成するステップは、
    前記基板の上にハードマスク膜を形成し、
    前記ハードマスク膜をパターン形成して、前記基板の露出された部分によって囲まれた少なくとも１つのチップ領域を定め、
    前記基板の前記露出された表面に基づいて該基板の部分を除去し、
    前記少なくとも１つのチップ領域において前記ハードマスクがアンダーカットされるように第１の熱酸化物膜を成長させ、
    前記酸化物膜の露出された表面に基づいて前記第１の熱酸化物膜を除去し、
    前記基板の第１の部分内に前記チップ構造体が形成されるように第２の熱酸化物膜を成長させる、
    ステップを含むことを特徴とする請求項３９に記載の方法。
41. 前記安定化膜は、ＰＥＣＶＤ二酸化シリコン、ＰＥＣＶＤ窒化シリコン、ＰＥＣＶＤ酸窒化シリコン、スパッタリングされた二酸化シリコン、スパッタリングされた窒化シリコン、及び蒸着された二酸化シリコンのうちの１つ又はそれ以上を含むことを特徴とする請求項３８又は請求項４０に記載の方法。
42. 前記ハードマスク膜が窒化シリコンを含むことを特徴とする請求項３８に記載の方法。
43. 接着層の堆積及び機能層の堆積によって、前記第１の金属材料及び前記第２の金属材料の少なくとも１つが形成され、
    前記接着層は、純金属層又は金属合金層の一方又は両方からの１つ又はそれ以上のタイプの材料を用いて形成され、
    前記機能層は、純金属層又は金属合金層の一方又は両方からの１つ又はそれ以上のタイプの材料を用いて形成される、
    ことを特徴とする請求項３７又は請求項３９に記載の方法。
44. 前記第１の金属材料は、ニッケル、コバルト、クロム鉄、ジルコニウム、ニオブ、バナジウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、及びモリブデンのうちの１つ又はそれ以上を含み、
    前記第２の金属材料は、クロム、プラチナ、オスミウム、ルテニウム、ロジウム、パラジウム、ハフニウム、タンタル、タングステン、及びイリジウムのうちの１つ又はそれ以上を含む、
    ことを特徴とする請求項３７又は請求項３９に記載の方法。
45. 前記第１の金属材料が配置されたとき、該第１の金属材料は、前記基板から遠ざかる方向に実質的に弧形状を形成することを特徴とする請求項３７又は請求項３９に記載の方法。
46. 前記第１の金属材料の上に安定化膜を堆積させ、少なくとも該第１の金属材料、前記基板、及び前記安定化膜を高温に曝すステップは、該安定化膜を高温で堆積させることによって１つのプロセス・ステップにおいて実現されることを特徴とする請求項３７又は請求項３９に記載の方法。
47. 補強構造体を提供する前記基板の第３の部分が前記第２の金属の下に保持されて、補強されたチップを形成することを特徴とする請求項３７に記載の方法。
48. 印を形成するためのシステムであって、
    下層及び前記下層の上に配置された極性依存メモリ層と、
    前記媒体と電気的に接続可能なチップと、
    を備え、
    前記媒体と前記チップとの間に電位が印加されたとき、該チップと前記下層との間の前記極性依存メモリ層の部分内に導電性構造体が形成され、これにより該下層及び該チップが電気的に架橋されることを特徴とするシステム。
49. 前記極性依存メモリ層の上に配置された上層をさらに備えることを特徴とする請求項４８に記載のシステム。
50. 前記極性依存メモリ層は、イオン源層及び固体電解質層を含むことを特徴とする請求項４８に記載のシステム。
51. 前記イオン源層は銀からなるものであり、
    前記固体電解質層は、ＡｇＧｅＳｅ、ＡｇＧｅＳ、Ａｇ₂Ｓｅ、及びＡｇＷＯ₃のうちの１つであることを特徴とする請求項５０に記載のシステム。
52. 前記イオン源層は銅であり、
    前記固体電解質層は、Ｃｕ₂Ｓ及びＣｕＷＯ₃の一方であることを特徴とする請求項５０に記載のシステム。
53. 前記導電性構造体を含む前記極性依存メモリ層の前記部分が印であることを特徴とする請求項４８に記載のシステム。
54. 前記印は、２つの抵抗状態の１つの中の抵抗率を有することを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
55. 前記導電性構造体の幅は電位と共に変化することを特徴とする請求項５３に記載のシステム。
56. 前記印は、複数の抵抗状態の１つの中の抵抗率を有し、
    前記印の抵抗率は、前記導電性構造体の幅と共に変化する、
    ことを特徴とする請求項５５に記載のシステム。
57. 前記印は、４つの抵抗状態の１つの中の抵抗率を有することを特徴とする請求項５６に記載のシステム。
58. チップ・プラットフォームと、
    前記チップ・プラットフォームと作動可能に関連付けられたカンチレバーと、
    をさらに備え、
    前記チップは、前記カンチレバーと結合されることを特徴とする請求項４８に記載のシステム。
59. 媒体プラットフォームをさらに備え、
    前記媒体は、前記媒体プラットフォームと作動可能に関連付けられ、
    前記チップ・プラットフォーム及び前記媒体プラットフォームの一方又は両方が、該チップ・プラットフォーム及び該媒体プラットフォームの他方に対して移動可能であることを特徴とする請求項５８に記載のシステム。
60. 印を形成する方法であって、
    下層及び前記下層の上に配置された極性依存メモリ層を含む媒体を使用し、
    導電性チップを前記媒体と電気的に連通した状態で配置し、該媒体及び該導電性チップの一方は該媒体及び該導電性チップの他方に対して移動可能であり、
    前記媒体と前記チップとの間に電位を印加して、該チップと前記下層との間の前記極性依存メモリ層の部分内に、幅を有する導電性構造体を形成し、該下層と該チップを電気的に架橋させる、
    ステップを含み、
    前記導電性構造体の幅が変化するように、前記媒体と前記チップとの間の電位の大きさを変えることができ、
    前記導電性構造体の抵抗率は該導電性構造体の幅と共に変化する、
    ことを特徴とする方法。
61. 前記電位を印加するステップは、
    前記チップに第１の電圧を印加し、前記極性依存メモリ層内の正電荷イオンが該チップに引き付けられるようにするステップを含むことを特徴とする請求項６０に記載の方法。
62. 前記媒体と前記チップとの間に第２の電位を印加し、前記極性依存メモリ層内の正電荷イオンが該チップから遠ざかるように引き付けられるようにすることによって、前記導電性構造体が分解されることを特徴とする請求項６０に記載の方法。
63. 前記導電性構造体は第１の幅を有し、
    第３の電位を印加することにより、第２の幅を有する導電性構造体が形成され、前記第２の幅を有する前記導電性構造体は、前記第１の幅を有する前記導電性構造体とは異なる抵抗率を有することを特徴とする請求項６０に記載の方法。
64. 記録媒体と、前記記録媒体の上に配置された、複数のポリマー鎖を含む潤滑剤とを含む媒体と、
    前記媒体と電気的に接続可能なチップと、
    を備え、
    前記チップは、前記潤滑剤によって支持され、かつ、前記ポリマー鎖に付着することなく該ポリマー鎖に沿って移動することができる、
    ことを特徴とするシステム。
65. 前記ポリマー鎖の１つ又はそれ以上が前記記録媒体に結合されることを特徴とする請求項６４に記載のシステム。
66. 前記媒体は、前記記録媒体と前記潤滑剤との間に配置されたオーバーコートをさらに含むことを特徴とする請求項６４に記載のシステム。
67. 前記ポリマー鎖の１つ又はそれ以上が前記オーバーコートに結合されることを特徴とする請求項６６に記載のシステム。
68. 前記複数のポリマー鎖は、結合相及び可動相の両方を含む単層であることを特徴とする請求項６４に記載のシステム。
69. 前記潤滑剤は、Ｆｏｂｌｉｎ Ｚ−ＤＯＬを含むことを特徴とする請求項６４に記載のシステム。
70. チップ・プラットフォームと、
    前記チップ・プラットフォームから延びるカンチレバーと、
    をさらに備え、
    前記チップは、前記チップ・プラットフォームから前記媒体の方に延びることを特徴とする請求項６４に記載のシステム。
71. 前記媒体は媒体プラットフォームと関連付けられ、
    前記チップ・プラットフォーム及び前記媒体プラットフォームの一方又は両方が、該チップ・プラットフォーム及び該媒体プラットフォームの他方に対して移動可能であることを特徴とする請求項７０に記載のシステム。

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