JP5412099B2 - データ記憶媒体および関連する方法 - Google Patents
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Description
本発明は、データ記憶媒体および関連する方法に関する。
強誘電体材料の層が表面にデータを記憶するために使用され得る。強誘電体結晶は、外部電場がないときでも電気双極子モーメント（ｂｉｐｏｌａｒ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｍｏｍｅｎｔ）を有することが知られている。
強誘電体材料の層にデータ記憶素子のアレイを形成する１つの方法は、この材料の強誘電特性を局所的に変更することである。双極子モーメントの方向は、外部電場を加えることによって変更され得る。
このような変更は、層の片側に定置された近視野（ｎｅａｒ ｆｉｅｌｄ）顕微鏡と層の反対側に層と平行に位置する平面対向電極との間に局所的に静電場を加えることによって実現され得る。
５００ｐｓの間、加えられる１０Ｖの静電場はクロムの対向電極に取り付けられた厚さ１８ｎｍの強誘電体結晶の分極方向を変更することがＣｈｏ他の（Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１７，００６，Ｓ１３７−Ｓ１４１）によって示されている。
強誘電体の性質が変更される強誘電体結晶の体積は、ナノドメインと呼ばれる。Ｃｈｏらによって実験的に得られた最小ナノドメイン直径（層に平行に測定された）は５．１ｎｍである。また、Ｃｈｏらは、層にナノドメインのアレイを形成した。ナノドメインアレイで実験的に得られた最小ピッチは、８．０ｎｍである。
各ナノドメインの分極は、一つの情報、すなわち、典型的に２進情報を構成する。一般に、ナノドメインが小さくなると、強誘電体層に記憶され得る情報の密度が大きくなる。
例えば、強誘電特性が５ｎｍ程度の精度で変更される場合、計算上、１平方インチ（およそ６．５ｃｍ２）当り１０テラビットの密度を有するメモリが得られる。
強誘電体層表面のナノドメインの面積は、強誘電体層の厚さに正比例することが知られている。
Ｓｍａｒｔ ｃｕｔ（ＴＭ）技術（例えば、ＵＳ５，３７４，５６４参照）は、薄い強誘電体層を得るのに有利に使用され得る。例えば、薄い強誘電体層の使用を説明したＵＳ６，６０７，９６９を参照されたい。
また、研削研磨段階を含む移動法も使用され得る。この話題については、上記のＣｈｏらによる文書を参照されたい。
実際に、近視野顕微鏡チップの曲率半径（例えば、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ））の曲率半径）はほぼ１０ｎｍ以上であり、この曲率半径は重要な制限要因となる。これらの点は、導電性があり、例えば、金属で覆われている。
採用された近視野顕微鏡観察方法によると、近視野顕微鏡チップは、静電場の印加時に表面に接触している可能性もあり、接触していない可能性もある。
点を表面の方に移動すると、ナノドメインのサイズが小さくなるが、表面を傷つける危険性がある。
いずれにしても、５ｎｍ未満のサイズを有するナノドメインを得ることは、特に顕微鏡チップのサイズに起因して差し当たり困難である。
さらに、既存の方法では、小さいナノドメインの形成の再現性と、ナノドメインの強誘電体特性の変更が限られることが判明している。
２つの近視野顕微鏡チップが全く同じであることは決してなく、所与の点の書込み操作から別の点の書込み操作まで、得られるナノドメインのサイズと形状は様々であることが分かる。
Ｃｈｏ ｅｔ ａｌ，Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，１７，００６，Ｓ１３７−Ｓ１４１
本発明の目的は、書込み点の形状の影響を最小にすることによって非常に小さいナノドメインの信頼性のある再現可能な生成を可能にすることである。
この問題を解決するために、本発明は、
表面に電極層を有する支持基板と、
上記電極層に沿って延在する感応材料層であって、感応材料の体積は局所的電場の作用によって２つの電気的状態の間で局所的に変更されるように適合される、上記感応材料層とを含み、さらに
感応材料層に全体的に平行な基準面を有し、該基準面は電極層と組み合わせて静電場を加える少なくとも１つの要素が該基準面に動かされることを意図されている、データ記憶媒体であって、
この基準面に平行に、電極層の一部を形成し、少なくとも１つの電気絶縁帯によって分離される複数の導電部を含み、これらの導電部は基準面に平行な少なくとも一方向に多くても１００ｎｍに等しい寸法を有し、導電部の少なくとも一部は電気的に相互接続されており、これらの導電部は感応材料層内のデータ書込み／読取り位置を画定することを特徴とする、データ記憶媒体を提案する。
表面に電極層を有する支持基板と、
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感応材料層に全体的に平行な基準面を有し、該基準面は電極層と組み合わせて静電場を加える少なくとも１つの要素が該基準面に動かされることを意図されている、データ記憶媒体であって、
この基準面に平行に、電極層の一部を形成し、少なくとも１つの電気絶縁帯によって分離される複数の導電部を含み、これらの導電部は基準面に平行な少なくとも一方向に多くても１００ｎｍに等しい寸法を有し、導電部の少なくとも一部は電気的に相互接続されており、これらの導電部は感応材料層内のデータ書込み／読取り位置を画定することを特徴とする、データ記憶媒体を提案する。
電極層が十分に導電性である場合、電極層は基板自体とされ得る。
電気絶縁材料で電極層内の導電部を物理的に画定することによって、感応材料層内の書込み／読取り領域を事前に画定し、したがって、チップの形状の影響を最小にすると同時に、ナノドメインと呼ばれる書込み／読取り帯の形状を制御する。
上記寸法は多くても５０ｎｍに等しいことが好ましい。
一特徴によると、基準面に平行に測定された上記多数の導電部の各々は、上記多数の隣接導電部から１００ｎｍ未満の距離にある。
１００ｎｍ未満のこの距離は、導電部の１００ｎｍ未満の寸法に平行に測定されることが好ましい。
一特徴によると、感応材料層は強誘電体材料の層である。
強誘電体材料は、例えば、タンタル酸リチウムＬｉＴａＯ３である。強誘電体材料は、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＬａＡｉＯ３、またはその他の強誘電体材料であってもよく、さらに、ＰＺＴ（ＰｂＺｒ）ＴｉＯ３、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、およびＳｒＲｕＯ３などの非単結晶材料であってもよい。
一特徴によると、媒体は、支持基板と電極層との間に酸化層をさらに含む。
一般的な実施形態において、電極層と感応材料層は平らで連続的である。
例えば、上記導電部は、互いに平行な第１の組の線と互いに平行な第２の組の導電線のとの交差領域を含み、第１の組の線と横断的に交わる第２の組の線は、上記導電部をつないでおり、第１の組の線と第２の組の線は同一平面上にある。
一実施形態において、第１および第２のアレイの線は、２つの単結晶材料構造間のボンディング界面の転位に少なくとも２つの異なる方向に形成され、これらの線は上記導電部を相互接続する。
導電線は、例えば、長方形または正方形のメッシュを画定する。
一実施形態において、導電部は、下層の導電材料層から感応層の方に突き出たランドを含む。
これによって、基準面に平行な１００ｎｍ未満の外周を有する導電部を感応材料層に提供することができ、これによって、データ書込み／読取り位置の面積が減少し、各方向のデータ書込み／読取り位置の寸法がランドのサイズによって制限される。
例えば、下位層は互いに交差する導電線を含む。
別の例において、下位層は連続的である。
一実施形態において、基準面は、感応材料層とこの感応材料層に対して電極層の反対側にある電極を形成する複数の線との間にある。
また、一実施形態において、電極層と感応材料層は各々が部分で形成され、電極層の各部分は基準面に対して２つの深さの一方または他方のところに位置し、感応材料層の各部分は電極層の一部分に沿って延在する。
例えば、浅い深さにある電極層の一部分は、第２の深さにある電極層の部分に対して突き出したランドの最高点を構成する。
例えば、浅い深さにある電極層の一部分は、第２の深さにある電極層の部分から突き出したグリッドの表面を構成する。
また、本発明は、電極層と感応材料層が支持基板の表面に形成されており、電極層は電気絶縁材料で複数の導電部を画定することによって電気絶縁材料から適合されることを特徴とするデータ記憶媒体の製造方法を提供する。
電極層は２つの単結晶副層間のボンディング界面に転位の交差を形成するために２つの単結晶構造を結合するステップによって製造され、この結合ステップの後に導電性材料が上記構造の１つを通って上記転位に導電線を形成する拡散ステップが続くことが好ましい。２つの構造の少なくとも１つは、導電性材料の蒸着前または拡散後に有利に薄化される。
例えば、２つの単結晶構造の第１の構造は基板の表面部分からなる。電極層の生成後、感応材料層は蒸着プロセスによって形成される。
一実施形態において、電極層は感応材料層への導電材料層の蒸着によって形成され、導電部は上記導電層において少なくとも電気絶縁材料のエッチング作用と蒸着作用とによって画定され、この後、電極層は分子結合によって上記支持基板に結合される。
一特徴によると、上記導電部を接続する接続部分は上記導電材料層内に形成される。
別の特徴によると、導電部は、第１の導電層と呼ばれる上記導電材料層をエッチングすることによって絶縁される導電性材料ランドの形態をとり、上記導電性材料ランドを相互接続する第２の導電層が上記第１の導電層に蒸着される。
第２の導電層は、例えば、連続的である。
本発明は、添付図面を参照して以下でさらに詳しく説明される。
図１は、先行技術のデータ記憶媒体を示す。
データ記憶媒体は、金属、例えば、プラチナからなってもよい連続的な導電層２に蒸着された、例えば、タンタル酸リチウム（ＬｉＴａＯ３）結晶の強誘電体層１を含む。
電気的な連続層２は、基板４の上にある。介在する酸化層３は、基板への金属の結合を容易にすることができる。
近視野顕微鏡チップ５は、強誘電体層１に対向し、強誘電体層に垂直で、記憶媒体の境界、特に金属層２の境界からある距離を置いてデータ記憶媒体の近くに移動される。
したがって、金属層２は、近視野顕微鏡チップ５の横寸法よりも少なくとも１桁大きい寸法を平面内の両方向に有する。この層は、記憶媒体の全体にわたってさらに延在し得る。
近視野顕微鏡チップ５と金属層２との間に電場が生成される。
近視野顕微鏡チップ５と金属層２との間に形成される力線６は、金属層の境界（これは遠く離れている、上記参照）によって影響を受けず、金属層がその平面内で無限のサイズである場合に形成されることになる力線と同じである。
このように形成される電場は、顕微鏡チップ５下で強誘電体層１の領域７における分極に変化をもたらす。
このように形成される特定極性の領域７は、ナノドメインと呼ばれる。
図２は、本発明のデータ記憶媒体１０の第１の実施形態を断面で示す。
データ記憶媒体１０は、電極１００’を構成する導電性構造、例えば、金属を含む。
電極１００’は、プラチナＰｔ、あるいは、金属Ｃｒ、Ｒｕ、Ｎｉ、Ａｌ、Ａｕ、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｗから選定された金属を含有する。また、電極１００’は、合金またはインジウムスズ酸化物ＩＴＯを含み得る。
電極１００’は、図２の平面に垂直な平面内にあり、その平面に垂直な２５ｎｍの典型的厚さを有するが、この厚さに制限はない。したがって、電極１００’は、数μｍ、さらには、数十μｍまでもの厚さとすることができる。
図２の平面において、電極は、間隔を置いて配置された金属領域１００”と絶縁材料、ここではシリカＳｉＯ２とを含む。
図示された形態において、金属領域は断面平面内に実質的に規則正しく配置されるが、あるいは、これらに変化を付けて配置される。
強誘電体材料の層、例えば、ここではタンタル酸リチウムＬｉＴａＯ３の層１０１は、電極層の上にある。強誘電体材料の層は、金属領域１００”と絶縁材料ＳｉＯ２を覆う。
あるいは、使用される強誘電体材料は、ＢａＴｉＯ３、ＳｒＴｉＯ３、ＬａＡｌＯ３、またはその他の強誘電体材料であり、さらに、ＰＺＴ（ＰｂＺｒ）ＴｉＯ３、Ｂｉ４Ｔｉ３Ｏ１２、またはＳｒＲｕＯ３などの非単結晶材料である。
電極層１００’自体は、中間酸化層１０２とともに、ここではシリコンのホスト基板１０４上にある。
あるいは、ホスト基板１０４は、例えば、炭化ケイ素ＳｉＯ、サファイア、またはゲルマニウムであってもよい。
結果として、電極層は、データ記憶媒体１０に埋設されており、その自由表面に達していない。
図２に示された構成において、導電性の近視野顕微鏡チップ５は、データ記憶媒体１０の近くに移動されており、強誘電体層１０１に対向している。
顕微鏡チップ５は、１００ｎｍ未満の曲率半径、典型的には１０から２０ｎｍの曲率半径を有する。
顕微鏡チップ５は、およそ導電領域１００”を中心として、強誘電体層１０１（または、電極１０１’）の平面に垂直な直線部分にあるように強誘電体層１０１の近くに移動されている。
顕微鏡チップは強誘電体層１０１の表面と接触する。
あるいは、チップ５は、層１０１から数ｎｍの位置に置かれ、導電領域１００”に対向しており、顕微鏡は共振モード（ＡＦＭタッピングモード）で動作する。
この後、電極層１００’と近視野顕微鏡チップ５との間に電場が加えられ、力線１０６が強誘電体層１０１の一部分を通過する。
この種の電場が導電性の近視野顕微鏡チップ５と埋設された金属層１００’からなる電極との間に加えられると、顕微鏡チップと導電領域１００”との間に力線１０６が形成され、２つの要素の対向部分は同程度の寸法を有する。
したがって、静電場の力線は、先行技術のデバイスにおけるよりも小さい体積に形成される。力線は、収束され、近視野顕微鏡チップ５とこれに対向する導電領域１００”との間にある空間からほとんど逸脱しない。
結果として、ナノドメイン１０７は強誘電体層１０１の表面に形成されるが、このナノドメインは先行技術のデバイスにおけるよりもサイズが小さく（図の断面平面において測定される）、このサイズは導電領域１００”の幅（図の断面平面における）またはチップの曲率半径に依存し、すなわち、これら２つの要素それぞれの寸法に依存し得る。いずれにせよ、ナノドメインの最大サイズは、導電領域１００”の幅の関数となる。
媒体は、感応材料層に全体的に平行な基準面を有し、チップ５が基準面に沿って動かされるように適合される。
図３、図４Ａから図４Ｃ、図５Ａおよび図５Ｂは、デバイスの電極の様々な変形例を上方から見た図である。
図３に示された第１の変形例において、電極は、単一の横ストリップによって電気的に相互接続された平行ストリップからなる。この単一の横ストリップは、平行ストリップと同じ面内またはオフセット面内にあり得るもので、この場合、横ストリップはやはり平行ストリップに接している。一般的に言えば、平行ストリップは、何らかの方法で互いに電気的に接続され得る。
ストリップは、例えば、５０ｎｍの同じ幅を有する。あるいは、ストリップは幅が様々であるが、一般的に言えば、これらの幅は１００ｎｍ未満である。
図４Ａに示された第２の変形例において、電極は、その平面内において、２組の導電性ストリップからなる格子の形をしている。
所与の組のストリップは実質的に互いに平行であり、２組のストリップは実質的に互いに直角である。
図示された実施形態において、２組のストリップは、例えば、５０ｎｍの同じ幅を有する。あるいは、ストリップは２組の間および同じ組内での幅が様々である。しかし、一般的に言えば、ストリップの幅は１００ｎｍ未満である。
２つのストリップの各交点は記憶領域１００”を画定し、すべての記憶領域１００”は導電性ストリップによって電気的に相互接続される。
図４Ｂに示された第３の変形例において、電極は格子からなり、交点には長方形、さらには正方形の幅広い小部分が存在する。
導電性ストリップの交点に幅広い導電領域を挿入することによって、幅広い領域の形を有するナノドメインの制御形成が可能になる。
図４Ｃに示された第４の変形例において、電極はやはり格子からなり、交点には円柱形の幅広い金属小部分が存在する。
図５Ａに示された第５の変形例において、電極は、一定幅のらせん状金属トラックを含む。幅は、当然、らせんに沿って変化してもよい。
図５Ｂに示された第６の変形例において、電極は、記憶領域を画定する突出部をあちこちに有するらせん状金属ストリップを含む。
書込み領域は、１００ｎｍ未満の平面内に少なくとも１つの寸法を有する。
図６Ａから６Ｄは、本発明の方法の第１の実施形態を構成する図２および図３Ａから図３Ｃおよび図５Ａまたは図５Ｂに示されたような記憶媒体の製造方法の一実施形態を示す。
当初の連続的な金属層１００（ここでは、プラチナＰｔで生成される）は、強誘電体材料基板１０１の表面に蒸着される（図６Ａ）。
この後、この金属層１００に、例えば、電子ビームリソグラフィによって、穴１１０が形成される。
このステップでは、樹脂リソグラフィマスクが使用され、例えば、エッチングされた穴が電極１００’を構成する線によって分離される。
強誘電体層は、金属層１００の選択的エッチング時に停止層として作用する。
図６Ｃを参照すると、この後、非導電材料が穴１１０内と残った金属領域表面とに蒸着される。図示された実施形態において、使用される非導電材料は酸化物１０２である。
この後、酸化物１０２を平らにするステップが実行され得る。
図６Ｄに示された最終ステップにおいて、強誘電体層１０１、金属層１００、および酸化物１０２の組合せは、基板１０４に分子結合される。
あるいは、基板１０４と、強誘電体層１０１、金属層１００、および酸化物１０２の組合せとの間に、酸化層１０３が介在され得る。
さらに、分子結合は、知られている適切なタイプの結合剤、例えば、有機結合剤を用いた結合によって置き換えられ得る。
この後、強誘電体材料基板１０１は、研削および／またはＣＭＰ（化学機械研磨）によって薄化され、この方法は任意選択的に熱処理と結合されてもよい。
あるいは、ＵＳ６，６０７，９６９に記載されたような、例えば、注入によって形成される脆弱な埋設領域に破砕を生じる薄化が実現され得る。注入は、金属層の蒸着前または蒸着後に実施され得る。
製造プロセスの変形例において、電極層は、他のリソグラフィ技術、すなわち、リフトオフ法、ナノインプリント法、ＦＩＢ、光リソグラフィ技術などによって製造され得る。
図７および図８Ａから図８Ｂは、本発明のデータ記憶媒体の第２の実施形態を、それぞれ、断面と上方から見た図とで示す。
この種のデータ記憶媒体２０は、ランド２００’と突き出たランドを有する金属層２０３とを含む電極を含む。
図８Ａおよび図８Ｂは、これらの突出部２００’の形状と配置の可能な例を示す。図８Ａにおいて、突出部は円形状の円柱であり、図８Ｂにおいて、突出部は平行六面体ランドである。
また、データ記憶媒体２０は電極に置かれた強誘電体層２０１を含み、電極自体は、場合により、中間酸化層２０４とともに基板２０５（これは、例えば、シリコンであってもよい）に置かれる。
他のデータ記憶媒体に関して前述したように、近視野顕微鏡チップ５はデータ記憶媒体の上方に定置される。
この顕微鏡チップに対向する電極は、１００ｎｍ未満の金属層の平面内で最大寸法を有する導電領域２００”を有する。
記載された実施形態において、導電領域２００”はランドの形をとり、ランドの直径は１００ｎｍ未満である。
近視野顕微鏡チップと電極との間に電場が加えられると、顕微鏡チップと導電領域２００”の突出部との間に力線２０６が形成される。
ここでは、ランドの高さは５０ｎｍであり、変形例において、ランドの高さは１０から１００ｎｍである。連続的な層２０３の厚さに関しては、ランドの高さは、例えば、５０ｎｍである。この厚さは、制限的な性質を持つものではなく、連続的な層ははるかに厚くてもよく、基板に十分な導電性があれば、例えば、基板が金属または変成シリコンである場合、連続的な層は基板２０５自体であってもよい。
したがって、静電場の力線は限られた体積で形成される。力線は、収束され、近視野顕微鏡チップ５とこれに対向する導電領域２００”との間にある空間からほとんど逸脱しない。
結果として、ナノドメイン２０７は、強誘電体層２０１表面に形成され、そのナノドメインは小さいサイズであり、その最大サイズは導電領域２００”の幅に依存する。
図９Ａから図９Ｅは、本発明の方法の第２の実施形態を構成する図７および図８Ａから図８Ｂに示されたような媒体の製造プロセスの実施形態を示す。
図９Ａにおいて、タンタル酸リチウムＬｉＴａＯ３の強誘電体層２０１の表面に、クロムＣｒの連続的な金属層２００が蒸着される。あるいは、他の金属がクロムの代りに使用され、他の強誘電体材料がタンタル酸リチウムの代りに使用される。
図６Ｂを参照して前述したリソグラフィプロセスに類似したプロセスによって、金属ランド２００’を互いに分離されたままにするために、金属層２００には開口が形成される。
この目的で樹脂マスクが使用され、これによって、層はランドのいたるところで掘られる。図９Ｂに示されたような構造が得られる。
この後、方法は、ランド２００’間の絶縁材料２０２の蒸着を続ける。この材料は、酸化物、例えば、酸化シリコンまたは窒化物であってもよい。
あるいは、材料２０２は、ランドが完全に埋設されるように、ランドを全体的に覆う。この後、方法は、絶縁材料を平らにするステップ（図示せず）を続け、このステップは、完了時に、強誘電体層、金属層、および酸化物によって形成されるデバイスの自由表面に金属ランド開口が残るように実施される。
図９Ｃに示された実施形態において、ランドのほとんど最上部までランドをエッチングするために使用されたマスクを除去する前に、酸化シリコン２０２は蒸着されてランドの高さの一部のみを覆う。したがって、酸化層の表面レベルは、ランド２００’の表面レベルのすぐ下にある。この後、マスクは除去され得る。
図９Ｄに示された後続のステップは、各ランド２００’が一方のランドから他方のランドに導電材料が中断せずに電極を形成して金属層２０３に接触するように、金属ランドに金属層２０３を蒸着することを含む。
この層２０３の材料は、層２００の材料と同じであるが、あるいは前述の材料のような別の導電材料であってもよい。
図９Ｅを参照すると、この後、プロセスは、金属層２０３を場合によっては中間酸化層２０４とともに、例えば、シリコンの基板２０５に結合することによって完了される。
この後、強誘電体基板２０１は、本発明の方法の第１の実施形態を参照して説明されたように薄化される。
図７に示されたデータ記憶媒体の第３の実施形態において、ＷＯ９９／０５７１１およびＷＯ０２／２９８７６に記載されたようなナノ構造界面を含むデータ記憶媒体３０が使用される。
図１０は、この種の記憶媒体の断面図で、図１１Ａおよび図１１Ｂはこの種の記憶媒体の２つの変形例に対する電極の上面図である。
図１０を参照すると、シリコン支持体３０５は、一般に、平面Ｐ内に転位のアレイ３００を含む。
導電性の高い金属線は、転位における導電性材料（例えば、金属）の蒸着、拡散、凝集によって形成される。転位のアレイは正方形であってもよく、その場合、転位における金属線は図１１Ａに示されたように正方形アレイを形成する。あるいは、アレイは図１１Ｂに示されたように長方形または三角形であってもよい。
金属線の交点には、情報記憶領域として機能する金属領域がある。
図１１Ａに示された実施形態において、これらの交点における金属密度は、交点から少し離れた金属線の金属密度と実質的に同じである。
あるいは、交点における密度は、図１０と図１１Ｂに示されたように金属凝集が大きいので、金属線における密度よりも高くなり得る。
ナノ構造層は、支持体３０５の表面に対して１０ｎｍの深さまで埋設される。変形例において、ナノ構造層は３から５０ｎｍの深さまで埋設される。
支持体３０５の表面には、強誘電体材料、ここでは、タンタル酸リチウムの層３０１がある。したがって、ナノ構造層と層３０１の距離は、ここでは、１０ｎｍである。
前述同様に、近視野顕微鏡チップ５は、データ記憶媒体の上方に、あるいはデータ記憶媒体に接触して定置される。
転位３００に形成される金属線の金属は、顕微鏡チップに対向して、２つの転位の交点に導電領域３００”を有する電極を構成する。
この導電領域３００”は１０ｎｍ未満の寸法を有する。
近視野顕微鏡チップと電極との間に電場が加えられると、顕微鏡チップと導電領域３００”との間に力線３０６が形成される。
このように、静電場の力線は限られた体積で形成される。力線は、収束され、近視野顕微鏡チップ５とこれに対向する導電領域３００”との間にある空間からほとんど逸脱しない。
結果として、ナノドメイン３０７は強誘電体層３０１に形成され、そのナノドメインは典型的に１０ｎｍ未満の非常に小さいサイズである。
明らかに、ナノドメインのサイズは、導電領域３００”の幅に依存する。
図１２Ａから図１２Ｄは、この種のデータ記憶媒体３０の製造方法を示す。
図１２Ａにおいて、２つの単結晶構造３０５’および３０５”（例えば、シリコンの）は、界面Ｉを形成する２つの面で互いに接触している。構造３０５’は、例えば、構造３０５”よりも厚く、例えば、構造３０５”よりも４倍厚い。他の厚さ比も当然可能である。
構造の１つ、ここでは構造３０５’はこれを２つの離れた結晶ブロックに分割する酸化層３０４を包含する。
変形例（図示せず）において、構造３０５’は、酸化層を包含せず、単一の結晶ブロックからなる。
２つの構造３０５’および３０５”は、ＷＯ９９／０５７１１とＷＯ０２／２９８７６に説明されているように、対向面の結晶アレイが少なくとも１つの不整合パラメータを有するように分子結合によって組み立てられる。
この結果として、界面Ｉに沿って、界面を構成する２つの面の結晶格子不整合によって生じるナノ構造化と呼ばれる転位のアレイがある。
構造３０５’および３０５”の結晶方位差および／または結晶格子不整合に応じて、ナノ構造化は、長方形、正方形、または三角形であり得るアレイに配置された転位を形成し、その幾何学的特性（例えば、ピッチ）は必要に応じて選定され得る。
この後、構造の１つ、ここでは構造３０５’は、構造３０５”の自由表面に対する転位のアレイの深さを調整するために薄化される。あるいは、この薄化は以下に記載されるナノ格子の形成後に行なわれる。
図１２Ｂを参照すると、構造３０５”の自由表面に金属３００が蒸着される。
この後、金属３００は、熱拡散によって、金属に対して優先的偏析領域を構成する転位に移動する。本実施形態において、蒸着された金属は金（Ａｕ）であり、拡散温度５００℃が１分間加えられた。
したがって、金属は、ナノ構造の溝の中にナノ格子を形成する。
あるいは、構造３０５’が酸化層を有しない実施形態において、金属層３００は構造３０５’の自由面に蒸着される。
この後、金属は、適用温度５００℃、移動時間１５時間で、構造３０５’の転位のところまでも移動する。３０５”の自由表面は蒸着物がない状態に保たれる。
あるいは、銅が３０５”の構造の自由表面に蒸着され、室温における２日間の移動期間が採用される。
あるいは、銅が３０５”の自由表面に蒸着され、銅は２００℃の温度で５分間移動する。
あるいは、銅が３０５’の自由表面に蒸着され、銅は２００℃で２時間移動する。
この方法の利点は、ＷＯ９９／０５７１１およびＷＯ０２／２９８７６に記載されたような結晶格子の不整合を選定することによって、例えば、１０から１００ｎｍの制御されたピッチを有する金属格子を集合的に製造することである。
例えば、０．４４°の回転方位差は５０ｎｍのピッチを生成する。
得られる金属領域は、転位付近での金属の広がりがおよそ１から３ｎｍにすぎないため、小さいサイズである。
図１２Ｃを参照すると、３０５”のきれいな自由表面を得るために、必要に応じて、過剰な金属が除去される。
したがって、構造の表面３１０と同面の電極はなく、シリコン表面は完全な面のままであり、分子結合に適合することに留意されたい。
必要に応じて、構造３０５’の自由表面または構造３０５”の自由表面に対して電極の深さを調整するために、この段階において、薄化ステップ（図示せず）が実施され得る。
図１２Ｄを参照すると、この後、強誘電体材料の層３０１は、蒸着されるか、またはこうして露光された構造３０５”の表面に移動される。
明らかに、表面３１０が良質であれば酸化層の事前の蒸着は必要でない。
あるいは、金属は、構造３０５’の自由表面または構造３０５”の自由表面に蒸着されずに、自由表面の一方、すなわち、構造３０５’の自由表面または構造３０５”の自由表面のいずれかを介して注入される。
例えば、１０ｋｅＶのエネルギーと５．１５１５原子／ｃｍ２の濃度を有する、例えば、銅または金の粒子が注入され得る。
この後、適切な熱処理によって、注入された種は転位に移動する。
データ記憶媒体の第４の実施形態において、データ記憶媒体の２つの変形例が図１３Ａおよび図１３Ｂに示されており、媒体は、ＥＰ１８０３６８３、または、ＦＲ２８９５３９１に記載されたようなナノ構造表面Ｓを有する基板を含む。
図１３Ａを参照すると、シリコン基板４０４は、平均表面周辺にピークとトラフを有するナノ構造表面Ｓを有する。
トラフの最下部とピークの最上部との高低差は、平均して、例えば、５から１０ｎｍである。この高低差は正確に調整される。
金属層４００はナノ構造表面Ｓを覆う。金属層４００は連続的であるが、代替的に、金属層は不連続に穴があいており、にもかかわらずすべてのその部分は穴の周囲で相互接続される。
さらに、金属層４００は、基板４０４に対して高い親和力を有し、ナノ構造の窪みの最下部において、またナノ構造のピークの最上部において、さらにピークの側部に沿って、ナノ構造表面の全体にわたって基板４０４に接触している。
また、金属層４００は実質的に一定の厚さを有し、基板４０４の反対側の表面はナノ構造表面Ｓのナノ構造を正確に再現する。その結果、基板４０４と対向する金属層４００の表面は、基板４０４のナノ構造表面のピークとトラフに類似したピークとトラフとを有する。
タンタル酸リチウムの強誘電体層４０１は、金属層４００を覆う。ここで、強誘電体層４０１は連続的である。さらに、強誘電体層４０１は、金属層４００の金属に対して高い親和力を有し、凹所の最下部において、また金属層４００のピークの最上部において、さらにピークの側部に沿って金属層４００と接触している。
他のデータ記憶媒体に関して前述したように、近視野顕微鏡チップ５は、データ記憶媒体１０の上方に、あるいはデータ記憶媒体５に接触して定置される。
電極は、顕微鏡チップ５と垂直一直線上に突出部４００”を有する。
電場が金属層と近視野顕微鏡チップ５との間に加えられ、力線が強誘電体層４０１の一部分を通過する。力線は、収束され、顕微鏡チップ５とこれに対向する金属突出部４００”との間にある空間からほとんど逸脱しない。
結果として、ナノドメイン４０７は、強誘電体層４０１の表面に形成され、小さいサイズであり、その最大サイズは突出部４００”のピークの幅に依存する。
図１３Ｂは変形例を示す。データ記憶媒体４５は、前述のように、ナノ構造表面Ｓを有する基板４５４を含む。金属層４５０は、基板４５４のナノ構造表面に存在する。
強誘電体材料の蒸着物４５１は、金属層４５０の表面に存在し、金属層４５０の表面凹所の最下部とピークの最上部とを覆うが、金属突出部の側部を覆わない。したがって、強誘電体材料のこの蒸着物４５１は不連続である。
近視野顕微鏡チップ５が金属突出部４５０”に対向してデータ記憶媒体４５の近くに移動され、電場が電極と顕微鏡チップ５との間に加えられると、力線が強誘電体材料の領域４５１を通過する。力線は、収束され、顕微鏡チップ５とこれに対向する金属突出部４５０”との間にある空間からほとんど逸脱しない。
結果として、ナノドメイン４５７は、強誘電体層４０１に形成され、小さいサイズであり、その最大サイズは、突出部４５０”のピークの幅と金属突出部４５０”のピークに蒸着される強誘電体材料の小部分のサイズとに依存する。
この変形例において、顕微鏡チップ５と電極４５０との間に加えられる電場は、図１３Ａに示された、前の変形例において加えられる電場よりも高くされ得るので、電場はバックグラウンドノイズからより明確に区別され得る。これは、材料、または突出部４００”のピークの強誘電体材料の蒸着の空間的制限によって可能となる。
データ記憶媒体デバイス４０の製造方法の一実施形態が以下に説明される。
ＦＲ２８９５３９１の教示に基づいて、ナノメータスケールで構築された表面、すなわち、陥凹部と突出領域を有する表面を有する基板が用意される。
この後、金属の連続層を得るために、多量の金属が低温（例えば、室温）で蒸着される。基板に対する金属の親和力は、金属の連続層を得るために十分とされる。
この後、得られた金属の層は、基板の突出部と凹所によってナノ構造化される。
例えば、金属の層、ここでは、プラチナの層は、ナノ構造化表面に蒸着される。一実施形態において、金属の蒸着層は２５ｎｍの典型的な厚さを有するが、この厚さは初期表面の構造の深さと金属蒸着層の多少の適合状況に応じて変わり得る。
あるいは、構造化表面を有する導電性基板（例えば、変成シリコン）は直接使用され得る。
この後、ここではタンタル酸リチウムからなる強誘電体層は、金属層に蒸着されるので、強誘電体層は金属に強力に接着し、金属層のナノ構造に従って金属層の表面にナノ構造を再現性よく形成する。
一実施形態において、蒸着された強誘電体層は、ナノ構造に比べて比較的厚く、連続性を保つ。
ナノ構造の最上部における金属の体積内で選択された領域は、表面構造に従う記憶領域を形成する。
あるいは、強誘電体層はナノ構造の大きさに比べて薄い。このとき、強誘電体層は不連続で穴を有する。この後、記憶領域は、特に、強誘電体層内の不連続性によって分離される。
前述のデータ記憶媒体の様々な実施形態は、以下に説明される方法によってデータの書込みと読取りに使用され得る。
データ記憶媒体の複数の物理的な例が利用可能であり、これらの様々な例に関して同じ読取りおよび書込みデバイスが使用される。
前述のように、近視野顕微鏡チップがデータ記憶媒体の一具体例の自由表面の上方、すなわち、強誘電体層の上方に移動する。
記憶領域の位置は、顕微鏡チップの動作を制御する、読取りおよび書込みデバイスの制御ユニットのメモリに事前に記憶される。
一実施形態において、顕微鏡チップは、パターン体系を用いて記憶媒体の具体例でアライメントされる。
実際には、アライメントは、データ媒体の各例に対して少なくとも一回実施される。一実施形態において、アライメントは、ある間隔で、場合により規則的な間隔で複数回実施される。有利な実施形態において、連続的なアライメントがさらに実施される。
したがって、アライメントは、同じパターン体系を用いた書込みまたは読取り操作中に、複数回実施され得る。別の変形例において、アライメントは、複数のパターン体系を用いて複数回実施される。
別の実施形態において、アライメントは、知られている近視野顕微鏡検査技術を使用して、一変形例において静電容量であり、別の変形例において電流または電圧である局所信号を、顕微鏡チップを使用して連続的に測定しながら実施される。
顕微鏡チップが少なくとも非導電領域に包囲された導電材料の密度によって事前に説明されているように画定されたデータ記憶領域との垂直アライメントに近づくと、近視野顕微鏡は信号の局所的極値を測定する。この後、アライメントは、記憶位置の周囲を試行錯誤することによって実施される。
測定信号が電流であれば極値は最大値であり、測定信号が静電容量であれば極値は最小値である。
局所信号は、ナノドメインに記憶された情報を変更しないよう、分極を変えるのに必要なエネルギー閾値以下で測定される。
有利な実施形態において、アライメントは、追跡技術を使って、初期のアライメントを実行するためのパターン体系と、動作中に顕微鏡チップを規則的に再配置するための局所信号測定の両方を使用して実施される。
図１４Ａ、図１４Ｂおよび図１４Ｃに表わされるデータ記憶媒体の第５の実施形態において、強誘電体層５０１は、２つの金属アレイ５０３と５０４との間に介在される。
データ記憶媒体は図１４Ａおよび図１４Ｂに断面で示されており、図１４Ｂの表示は、図の平面内で軸Ａを中心として９０°回転することによって図１４Ａの表示から得られている。図１４Ｃの表示は上方から見た図である。
アレイ５０３および５０４の各々は、電気的に互いに独立した実質的に平行な１組のトラックから形成される。アレイ５０３のトラックの方向は、アレイ５０４のトラックの方向に垂直である。
第１のアレイ５０３の各トラックは、一端に接触領域５１０を有する。また、第２のアレイ５０４の各トラックも、一端に接触領域５１１を有する。この接触領域は、所与の静電ポテンシャルをトラックに加えることによってトラックを分極するために使用される。あるいは、接触領域はトラック端部から少し離れたトラック上にある。
トラックの分極は、接触領域の近くに移動される近視野顕微鏡チップを用いて実施される。
変形例において、各トラックは、標準アドレス指定方式によって分極される。
第１のアレイの一部を形成する第１のトラックと第２のアレイの一部を形成する第２のトラックが異なる静電ポテンシャルに分極されると、第２のトラックが垂直に投影される第１のトラックの領域を中心とする第１のトラック領域と、第１のトラックが垂直に投影される第２のトラックの領域を中心とする第２のトラックの領域との間に電場が形成される。
このように形成される電場の力線５０６は、強誘電体層を通過する。力線は、２つの小さい領域の間で収束されて、アレイ５０３のトラックの幅またはアレイ５０４のトラックの幅の大きさと同程度の大きさの小さいナノドメインが得られるようになる。
この後、強誘電体層は、このように画定された空間に書き込まれる。
データ記憶媒体のこの実施形態は、所定位置においてアライメントされる、接触領域５１０および５１１の極性で動作することによって使用される。
したがって、この実施形態は、トラックのわずか１つのアレイを含んだ双方向走査を必要とするデバイスよりも高い読取りまたは書込み速度を達成する。
また、この実施形態は、顕微鏡チップのアライメントに関する諸問題を抑制する。
１、１０１、２０１、４０１、４５１、５０１ 強誘電体層
２ 導電層（電気的な連続層）
３、１０２、１０３、２０４ 中間酸化層
４、１０４、２０５、４５４ 基板
５ 近視野顕微鏡
６、１０６、２０６、３０６、４０６、５０６ 力線
７ 領域
１０、２０、３０、４０、４５、５０ データ記憶媒体
１００’ 電極層
１００” 金属領域（導電領域）
１０７、２０７、３０７、４０７ ナノドメイン
１１０ 穴
２００、２０３、４００、４５０ 金属層
２００’ ランド（突出部）
２００” 導電領域
２０２ 絶縁材料（酸化シリコン）
３００ 転位
３００’、３００” 導電領域（単結晶構造）
３０１ 強誘電体材料の層
３０４ 酸化層
３０５ シリコン支持体
３０５’、３０５” 単結晶構造
３００ 金属
３１０ 構造の表面
４００” 突出部
４０４ シリコン基板
４５０” 突出部
５００” 導電部
５０３、５０４ 金属アレイ
５１０、５１１ 接触領域
２ 導電層（電気的な連続層）
３、１０２、１０３、２０４ 中間酸化層
４、１０４、２０５、４５４ 基板
５ 近視野顕微鏡
６、１０６、２０６、３０６、４０６、５０６ 力線
７ 領域
１０、２０、３０、４０、４５、５０ データ記憶媒体
１００’ 電極層
１００” 金属領域（導電領域）
１０７、２０７、３０７、４０７ ナノドメイン
１１０ 穴
２００、２０３、４００、４５０ 金属層
２００’ ランド（突出部）
２００” 導電領域
２０２ 絶縁材料（酸化シリコン）
３００ 転位
３００’、３００” 導電領域（単結晶構造）
３０１ 強誘電体材料の層
３０４ 酸化層
３０５ シリコン支持体
３０５’、３０５” 単結晶構造
３００ 金属
３１０ 構造の表面
４００” 突出部
４０４ シリコン基板
４５０” 突出部
５００” 導電部
５０３、５０４ 金属アレイ
５１０、５１１ 接触領域
Claims (20)
- 表面に電極層（１００’、２０３、２００’、３００、３００’）を有する支持基板と、
前記電極層に沿って延在する強誘電体材料からなる感応材料層（１０１、２０１、３０１、４０１、４５１、５０１）であって、感応材料の体積は局所的電場の作用によって２つの電気的状態の間で局所的に変更されるように適合される、前記感応材料層とを含み、さらに
前記感応材料層に全体的に平行な基準面を有し、該基準面は電極層と組み合わせて静電場を加える少なくとも１つの要素が該基準面に沿って動かされるように構成される、データ記憶媒体であって、
前記基準面に平行に、電極層の一部を形成し、かつ電気絶縁帯によって分離される複数の導電部（１００”、２００”、３００”、４００”、４５０”、５００”）を含み、電気絶縁帯は感応材料層とは異なる電気絶縁材料を含み、導電部および組み込まれた電気絶縁帯は感応材料層で覆われ、導電部は基準面に平行な少なくとも一方向に多くても１００ｎｍに等しい寸法を有し、導電部の少なくとも一部は電気的に相互接続されており、電場の力線が少なくとも１つの要素と導電部との間で収束されるように、導電部は感応材料層内のデータ書込み／読取り位置（１０７；２０７；３０７；４０７；５０６）を画定することを特徴とする、媒体。 - 前記寸法が多くても５０ｎｍに等しいことを特徴とする、請求項１に記載の媒体。
- 前記複数の導電部の各々が、基準面に平行に測定して、前記複数の隣接する導電部から１００ｎｍ未満の距離にあることを特徴とする、請求項１または２に記載の媒体。
- 強誘電体材料が、ＢａＴｉＯ ３ 、ＳｒＴｉＯ ３ 、ＬａＡｉＯ ３ 、あるいはＰＺＴ（ＰｂＺｒ）ＴｉＯ ３ 、Ｂｉ ４ Ｔｉ ３ Ｏ １２ 、またはＳｒＲｕＯ ３ であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の媒体。
- 強誘電体材料がタンタル酸リチウムＬｉＴａＯ３であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の媒体。
- 支持基板と電極層との間に酸化層をさらに含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の媒体。
- 電極層が平面であり、感応材料層が平面でありかつ連続的であることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の媒体。
- 前記導電部が第１の組の平行線の線と第２の組の平行導線の線との交差領域を含み、第２の組の線は第１の組の線と横断的に交わり、これらの線は前記導電部を相互接続し、第１の組および第２の組の線は同一平面上にあることを特徴とする、請求項７に記載の媒体。
- 第１および第２の組の線が、少なくとも２つの異なる方向の２つの単結晶材料構造間のボンディング界面の転位に形成され、これらの線は前記導電部を相互接続することを特徴とする、請求項８に記載の媒体。
- 導電線が長方形または正方形のメッシュを画定することを特徴とする、請求項８または９に記載の媒体。
- 導電部が下層の導電材料層から感応材料層の方に突き出たランドを含むことを特徴とする、請求項７または８に記載の媒体。
- 下層が互いに交差する導電線を含むことを特徴とする、請求項１１に記載の媒体。
- 下層が連続的であることを特徴とする、請求項１１に記載の媒体。
- 基準面が感応材料層(５０１)と感応材料層に対して電極層（５０４）の反対側で電極を形成する複数の線（５０３）との間にあることを特徴とする、請求項７に記載の媒体。
- 電極層（１００’；２０３、２００’；３００、３００’）と強誘電体材料からなる感応材料層（１０１；２０１；３０１）が形成され、感応材料層とは異なる電気絶縁材料を含む電気絶縁材料（１０２；２０２；３０５）が、電極層内に複数の導電部（１００”；２００’、２００”；３００’、３００”）を画定しかつ分離する電気絶縁帯を形成するために使用され、導電部および組み込まれた電気絶縁帯は感応材料層で覆われ、導電部は基準面に平行な少なくとも一方向に多くても１００ｎｍに等しい寸法を有し、導電部の少なくとも一部は電気的に相互接続されており、電場の力線が、静電場を印加するための少なくとも１つの要素と導電部との間で収束されるように、導電部は感応材料層内のデータ書込み／読取り位置（１０７；２０７；３０７；４０７；５０６）を画定する、請求項１から１４のいずれか一項に記載のデータ記憶媒体を製造する方法。
- 電極層が２つの単結晶構造（３０５’；３０５”）を結合するステップによって製造され、２つの単結晶副層間のボンディング界面に転位の交差を形成し、前記結合するステップの後に、導電材料（３００）が前記副層の１つを通って拡散して前記転位に導電線（図１１Ａ；１１Ｂ）を形成するステップが続くことを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
- 電極層が感応材料層（１０１；２０１）に導電材料層（１００；２００）を蒸着することによって形成され、導電部（１００”；２００’；２００”）は導電材料層において少なくとも電気絶縁材料（１０２；２０２）のエッチングおよび蒸着操作によって画定され、この後、電極層が前記支持基板（１０４；２０５）に結合されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
- 前記導電部（１００”；２００’；２００”）を接続する接続部分が前記導電材料層内に形成されることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
- 導電部が、第１の導電層と呼ばれる前記導電材料層をエッチングすることによって絶縁される導電材料ランド（２００’）の形をとり、ランドに前記導電材料ランドを相互接続する第２の導電層（２０３）が蒸着されることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
- 第２の導電層（２０３）が連続的であることを特徴とする、請求項１９に記載の方法。
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