KR20080034895A - 고해상 도메인 라이팅을 위한 매체 - Google Patents

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KR20080034895A
KR20080034895A KR1020087001977A KR20087001977A KR20080034895A KR 20080034895 A KR20080034895 A KR 20080034895A KR 1020087001977 A KR1020087001977 A KR 1020087001977A KR 20087001977 A KR20087001977 A KR 20087001977A KR 20080034895 A KR20080034895 A KR 20080034895A
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예브게니 바실리에비치 아노이킨
도날드 에드워드 아담스
짜오후이 팡
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나노칩 인코포레이티드
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Abstract

본 발명에 따른 시스템들은 매체와 접촉가능한 팁을 포함할 수 있다. 일 실시예에서 상기 매체는 상 변화 물질을 포함하며(다른 실시예들에서는 극성 의존적 메모리 물질 또는 다른 메모리 물질을 포함할 수도 있음), 기판과 오버코트 사이에 위치한다. 상기 오버코트는 전도성 부분와 거의 비전도성인 부분을 구비하는 상호 증착막이며, 상기 상호증착막은 상기 오버코트를 가로지르는 것보다 통과할 때 보다 효과적으로 전류를 도통한다. 상기 오버코트는 상기 팁 바로 아래의 상기 상 변화 물질의 부분이 충분한 온도로 가열되어 상기 물질의 구조가 무질서해질 수 있도록 전류가 흐르도록 한다. 그런 다음, 상기 전류는 상기 상 변화 물질로부터 제거되며, 결정질 벌크 구조보다 큰 저항을 가지는 도메인을 형성하도록 급속히 냉각된다.

Description

고해상 도메인 라이팅을 위한 매체{MEDIA FOR WRITING HIGHLY RESOLVED DOMAINS}
이 특허 문서의 개시사항들 중 일부는 저작권 보호의 대상이 되는 사항을 포함한다. 저작권자는 특허청의 특허파일 또는 기록들에서 제시되어 있다면, 특허 문서 또는 특허 개시사항 중 어느 것도 자유롭게 복제가능하나, 그렇지 않다면 누구나 모든 저작권을 보유한다.
본 출원은 다음의 미국 가특허 출원에 대한 우선권을 주장한다.
미국 가특허 출원 No. 60/693,950, "고해상 도메인 라이팅을 위한 미디어 {Media for Writing Highly Resolved Domains}" (2005년 6월 24일 출원, 대리인 번호 LAZE-01032US0)
미국 가특허 출원 No. 11/177,550 "고해상 도메인 라이팅을 위한 미디어{Media for Writing Highly Resolved Domains}" (2005년 7월 8일 출원, 대리인 번호 LAZE-01032US1)
본 발명은 분자 메모리 IC(Intergrated Circuit)들을 사용하는 고밀도 데이터 스토리지(storage)에 관한 것이다.
1965년 고돈 무어(Gordon Moore)는 집적회로(Intergrated Circuit:IC) 내의 트랜지스터의 수의 급속한 증가를 관찰하고는 이러한 추세가 계속될 것임을 예측하였으며, 그리고 실제로도 그러하였다. 소프트웨어 개발자들은, 항상 정교하고(sophisticated), 그래픽 집약적인(graphic intensive) 애플리케이션들 및 운영시스템(Operating System:OS)와 같은 보다 데이터 집약적인 애플리케이션들을 꾸준히 개발함으로써, 각 세대별 IC가 그것의 능력의 한계에 이르도록 압박하였다. 각 세대의 애플리케이션 또는 OS는 항상 "메모리 호그(memory hog)"인 컴퓨팅 서클에 있어 조롱당하는 것 같아 보인다. 휘발성 및 비휘발성 모두의 고용량 데이터 스토리지가 그러한 애플리케이션들에 대한 코드를 저장할 것에 대해 끊임없는 요구가 있어왔다. 이러한 용량에 대한 필요에 더하여, iPod, PDA, 정교한 모발 폰, 및 랩탑 컴퓨터와 같은 개인용 MP3 플레이어 형태의 개인용 컴퓨팅과 소비자 전자제품들의 통합(confluence)은 간편함과 안정성을 가져왔다. 오늘날 사용되는 거의 모든 PC 및 서버는 빈번히 액세스 되는 데이터를 영구적으로 저장하기 위한 하나 이상의 하드 디스크 드라이브를 포함한다. 모든 메일프레임 및 슈퍼 컴퓨터는 수백개의 하드 디스크 드라이브들에 연결된다. 캠코더에서부터 TiVo®에 이르는 소비자 전자제품들은 하드 디스크 드라이브들을 사용한다. 하드 디스크 드라이브들이 다량의 데이터를 저장하는 반면, 엄청난 양의 전력을 소모하며, 긴 액세스 시간을 요구하고, 파워업으로 "스핀업"할 것을 필요로 한다. 플래시 메모리는 하드 디스크 드라이브들내에 내재되어 있는 지연 시간 및 높은 전력소비 문제에 대한 고체 솔루션 및 데이터 스토리지의 보다 쉽게 접속가능한 형태이다. 하드 디스크 드라이브들과 같이, 플래시 메모리는 비휘발성 형태로 데이터를 저장할 수 있으나, 메가바이트당 비용 은 동일한 공간의 하드 디스크 드라이브의 메가바이트당 비용보다 상당히 높으며, 그결과 드물게 사용된다.
상변화매체(phase change media)는 마그네틱 레코더들(테잎 레코더들 및 하드 디스크 드라이브들) 및 고체상태 트랜지스터들(EEPROM 및 FLASH)와 같은 기존의 기록 디바이스들에 대한 대안으로서 데이터 스토리지 산업에서 사용되고 있다. CD-RW 데이터 스토리지 디스크들 및 기록 드라이브들은 상변화 기술을 사용하여 컴팩트 디스크스타일 미디어 포맷상의 쓰기-읽기 능력을 가능하게 한다. CD-RW는, 상변화 물질이 결정상태에서 비정질 상태로 상변화를 유도하도록 가열될 때, 광학 특성(예, 반사성)에 있어서의 변화를 이용한다. "비트"는 상변화 물질이 레이저, 상기 물질의 광학 특성에 따른 반사를 연속적으로 통과할 때 읽힌다. 안타깝게도, 현재의 기술은 상기 레이저 파장에 의해 제한되며, 오늘날의 고용량 휴대용 전자기기들 및 SOC(system-on-a-chip) 및 MEMS(micro-electric mechanical systems)와 같은 차세대 기술에서의 사용에 필요한 초고밀도를 가능하게 하지 않는다. 결론적으로, 현재의 상변화매체 솔루션들에 대한 유연성을 여전히 제공하면서, 보다 고밀도의 데이터 스토리지에 대한 해결 방안이 필요하다.
본 발명에 대한 보다 상세한 설명은 첨부 도면과 함께 설명될 것이다.
도 1A는 본 발명에 따른 GST를 포함하는 기록 매체를 포함하는 매체 디바이스 실시예의 미기록 상태의 일부분에 대한 단면도이다.
도 1B는 본 발명에 따른 매체에 사용하기 위한 거의 이방성 저항성을 가지는 오버레이어(over-layer) 실시예에 대한 단면도이다.
도 1C는 데이터 비트를 포함하는 도 1A의 일부분에 대한 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 시스템 및 방법에 사용하기 위한 예시적인 상변화 물질의 상 변화 챠트이다.
도 3은 도 1A의 매체 디바이스의 가열 특성을 도시한다.
도 4A는 본 발명에 따른 매체에 사용하기 위한 윤활제의 실시예에 대한 조망도이다.
도 4B는 본 발명에 따른 매체에 사용하기 위한 접착층 위에 가해지는 윤활제의 실시예에 대한 조망도이다.
도 5A는 본 발명에 따른 매체 디바이스의 대안적인 실시예의 미기록 상태 일부분에 대한 단면도이다.
도 5B는 데이터 비트를 포함하는 도 5A의 부분에 대한 단면도이다.
도 5C는 도 5B의 부분에 대한 단면도이며, 비트를 포함하는 부분이 삭제되어 상기 부분은 미기록 상태에 있게 된다.
도 6A는 본 발명에 따른 매체 디바이스의 또 다른 실시예들의 부분에 대한 단면도이며, 상기 매체 디바이스는 분리된 셀들을 구비한다.
도 6B-6D는 도 6A의 매체 디바이스를 형성하기 위한 본 발명에 따른 방법의 실시예에 대한 공정 과정을 나타내는 단면도이다.
도 6F-6H는 도 6A의 매체 디바이스를 형성하기 위해 본 발명에 따른 방법의 대안적인 실시예에 대한 공정 과정을 나타내는 단면도이다.
도 6I는 도 6A의 매체 디바이스를 형성하기 위한 본 발명에 따른 방법의 다른 실시예에 사용될 수 있는 기술, 필름 적층 표면을 평탄화하는 대안적 기술을 도시한다.
도 6J는 본 발명에 따른 매체 디바이스의 또 다른 실시예의 부분에 대한 단면도이며, 분리된 셀들은 테이퍼형 측벽들을 구비한다.
도 7A는 본 발명에 따른 매체 디바이스의 대안적인 실시예의 부분에 대한 단면도이며, 상기 매체 디바이스는 분리된 셀들 및 지속적 기록 매체를 구비한다.
도 7B 및 7C는 도 7A의 매체 디바이스를 형성하기 위한 본 발명에 따른 망법의 실시예의 공정 단계들의 단면도이다.
도 7D 및 7E는 도 7A의 매체 디바이스 형성을 위한 본 발명에 따른 방법의 대안적인 실시예의 공정 단계들에 대한 단면도이다.
도 8A는 본 발명에 따른 매체 디바이스의 대안적인 실시예의 부분에 대한 단면도이다. 상기 매체 디바이스는 극성의존적 메모리 층을 포함하는 기록 매체를 포함흔는 분리된 셀들을 구비한다.
도 8B 및 8C는 도 8A의 매체 디바이스를 형성하기 위한 본 발명에 따른 방법의 실시예의 공정 단계들에 대한 단면도들이다.
도 8D는 본 발명에 따른 매체 디바이스의 또다른 실시예의 부분에 대한 단면도이며, 상기 분리된 셀들은 테이프형 측벽들을 구비한다.
도 9A는 본 발명에 다른 시스템의 실시예의 부분에 대한 단면도이다.
도 9B는 본 발명에 따른 시스템의 대안적인 실시예의 부분에 대한 단면도이 다.
도 10A-10F는 본 발명에 따른 매체의 사용을 위한 실시에를 형성하기 위해 진행되는 공정 순서로 배열된 일련의 필름 적층들을 도시한다.
도 11A는 본 발명에 따라 샘플 트랙 및 상기 트랙 내의 서보 정보 배열을 나타낸 것이다.
도 11B는 트랙들의 범위에 걸쳐 도 11A로부터 트랙 식별 블록의 확장된 도면이다.
도 11C-11D는 도 11A에서 도시된 바와 같이, 서보 정보 배열 패턴들에서 사용될 수 있는 싱크 마크 패턴들의 실시예들이다.
도 11E-11F는 도 11A에서 도시된 바와 같이 서보 정보 배열 패턴들에서 채용될 수 있는 PES(position error signal) 방식의 실시예이다.
상 변화 물질을 포함하는 매체
도 1A는 본 발명에 따른 시스템들 및 방법들의 실시예를 사용하기 위한 미기록 상태에 있는 매체 디바이스(150)의 부분적인 단면도이다. 상기 매체 디바이스(150)는 기판(152), 기판(152) 위에 배치되는 하위층(154), 상기 하위층 위에 형성되는 기록 매체(156), 그리고 상기 기록 매체(156) 위에 형성되는 상위층(158)을 포함한다. 상기 기판(152)은 Si, GaAs, 또는 일부 다른 반도체 물질을 포함할 수 있다. 하위층(154)은 고도의 전도성 물질을 포함할 수 있으며, 상기 하위층(154)은 기록 매체(156)의 급속 냉각을 용이하게 하기 위해 상기 기록 매체(156)로부터 열을 빼낸다. 일 실시예에서, 상기 하위층(154)은 텅스텐을 포함할 수 있으며, 다른 실시예에서는, 하위층(154)은 하나 이상의 플래티늄, 금, 알루미늄, 그리고 구리를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예들에서, 하위층(154)은 높은 전도성을 가지는 일부 다른 물질을 포함할 수 있다. 하위층(154)을 형성하는 물질은 열팽창 특성(낮은 열팽창 계수가 바람직함), 응착 특성(높은 응착력이 바람직함), 그리고 증착 균일성, 평탄성 등과 같은 부가적인 특성들에 기반하여 선택되는 것이 바람직할 수 있다. 당업자는 상기 하위층을 형성하기 위한 높은 전도성의 수많은 상이한 물질 및 하나 이상의 알맞은 특성들을 이해할 수 있다.하위층(154)은 기판(152)으로부터 절연되는 것이 바람직하며, 하위층(154) 및 기판(152) 간에 배치되는 절연층(186)이 있을 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 절연층(186)은 산화및 질화 물질 중 하나를 포함할 수 있다. 절연층(186)은 기판(152)로부터 매체(156)를 열적으로 및 전기적으로 절연한다.
일 실시예에서, 기록 매체(156)는 하나 이상의 Ge, Sb, 및 Te(G)("GST"로도 언급되며, "GST"는 화학양론적 및 오프 화학양론적 GeSbTe 합금)를 포함하는 칼코게나이드와 같은 상 변화 물질을 포함할 수 있다. 상 변화 물질의 일부가 어떤 임계 온도를 넘어서 가열된 다음 매우 급속히 냉각됨에 따라(즉, 켄칭됨에 따라), 상기 물질의 상은 결정질 상태에서 불규칙한 상태로 변화한다. 반대로, 만약 상 변화 물질이 어떤 임계치를 넘어 가열된 다음 천천히 냉각된다면, 상기 물질은 다시 결정화 될 것이다. 이러한 상 변화들의 결과, 상기 상 변화 물질의 저항이 변화한다. 이러한 저항 변화는 상 변화 물질들 내에서 꽤 크며, 전도성이거나 팁(142) 및 매체 디바이스(150)를 통해 전류가 흐름으로써 전도성 코팅을 포함하는 팁(142)에 의해 감지될 수 있다.(도 1B 참조) 상 변화 물질들은 당해 기술분야에서 주지되어 있으며, 예컨데, Ovshinsky의 미국 특허 3,271,591 및 3,530,441 와 같은 개시된 수많은 참조들에서 찾아볼 수 있으며, 본 명세서에 참조로서 통합된다. 다른 실시예들에서, 아래에 상세히 설명하는 바와 같이, 상기 기록 매체는 극성의존적(polarity-dependent)인 메모리 물질과 같은 대안적인 물질일 수 있다.
매체 디바이스(150)는 팁(142)이 상위층(158)에 접촉할 때 팁(142) 및 기록 매체(156)에 대한 물리적 손상을 방지하도록 선택된 물질을 포함하는 상위층(158)을 더 포함한다. 상위층(158)은 잘 마모되지 않아, 상위층(158) 및 팁(142)의 수명을 연장하는 물질을 포함할 수 있다. 상위층(158)은 낮은 컨덕턴스 특성 및 높은 경도 특성을 포함할 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 상위층(158)은 TiN, 전도성이 취약한 단단한 물질을 포함할 수 있다. 그러나, 필름을 가로질러서보다는 필름을 통과하는 방향으로 보다 쉽게 전류를 전도시키는 물질을 채용하는 것이 유리할 수 있다. MoN 및 TiN과 같은 일부 금속 질화물은 그러한 특성을 degree로 나타낼 수 있는 이방성 원주형(anisotropic columnar) 물질이다.
또 다른 실시예에서, 예를 들어 극성 의존적 메모리층은 기록 매체로서 사용되며, 상위층(158)은, 다양한 기술들을 통해 제조 공정에서 조절될 수 있는 전도성 특성을 가지는 DLC(diamond-like carbon)을 포함할 수 있다. 하나의 그러한 기술은 DLC의 형성에 있어 나이트로젠과 같은 도펀트를 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 상위층(158)은 SiN 또는 산화물과 같은 절연체를 포함할 수 있다. 절연체가 상위층(158)으로서 사용될 때, 팁에서부터 매체 디바이스(150)으로 가해지는 전류는 기록 매체(156)에 도달하기 전에 상위층(158)을 관통해야한다. 따라서, 상위층(158)은 전류가 기록 매체(156)와 상호작용할 수 있기 전에 필요한 터널링의 양을 제한하도록 충분히 얇아야 한다. 예를 들어, SiO2가 터널링 산화물로서 사용될 때, 상위층(158)은 약 10nm 미만일 수 있다.
매체 디바이스(150)는 예를 들어 증착 챔버(예, CVD(chemical vapor deposition) 챔버, PVD(plasma vapor deposition) 챔버) 및/또는 퍼니스를 사용함에 이어 필름 층들의 증착 또는 성장을 위한 종래의 반도체 제조 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 대안적으로는, 매체 디바이스(150)는 섀도우 마스크를 사용하여 형성될 수 있다. 섀도우 마스크가 사용될 때, 적어도 하나의 어퍼쳐(aperture)를 포함하는 마스크 웨이퍼가 최종 웨이퍼에 배치되어 매체 디바이스(150)를 형성한다. 그 다음 마스크 웨이퍼 및 최종 웨이퍼에는 증착 공정이 가해진다. 증착 공정동안, 화학 물질은 섀도우 마스크를 통해 통과하고 증착되어 매체 디바이스(150)를 형성한다. 부가적으로, 상기 매체 및/또는 매체 스택은 리프트오프 레지스트 층에 증착될 수 있다. 상기 레지스트층 및 초과 매체 스택은 상기 매체 디바이스(150)가 레지스트를 용해하여 초과 물질이 제거되도록 하는 솔벤트 배스 내에서 형성되는 웨이퍼를 배치함으로써 제거될 수 있다. 당업자는 매체 디바이스(150)를 형성하기 위한 무수한 기술들을 이해할 수 있다.
다른 실시예에서, 상위층(158)은 상위층(158)에 걸쳐 흐르는 전류의 션팅(shunting)을 제한하도록 서메트 유사(cermet-like) 물질을 포함할 수 있다. 서메트는 매트릭스를 형성하는 금속 컨덕터들 및 절열체들의 조합이다. 상기 매트릭스는 콘크리트 유사 구조를 가지며, 상기 금속은 콘크리트내의 암석들과 유사하고 상기 절연체는 상기 암석들을 함께 유지시키는 "접착제(glue)"와 유사하다. 또한 TiN와 같은 원주형 구조를 가질 수도 있다. 어느 형태이든지 상대 이방 전도성을 가지도록 함으로써 전류가 바람직하게는 상위층(158)을 수평으로 흐르기보다는 상위층(158)을 통해 흐르도록 할 것이다. 또 다른 실시예에서는, 기록 매체(156)는, 절연체 매트릭스에 의해 둘러싸여지는, 컨덕터로서 상변화물질을 포함하는 서메트일 수 있다. 또다른 실시예들에서, 기록 매체(156)는, 절연 물질에 의해 둘러싸여진, 상 변화 물질의 분리된 도트들을 포함할 수 있다. 디스크리트 컨덕터들은, 인접 도트들로부터 전기적으로 격리된 도트들상에 배열될 수 있다. 다른 실시예들에서, 상위층(158)은, 전압으로 비선형 전도 특성, 특히 고 전위에서 전도성이 증가하는 특성들을 나타내는 물질을 포함할 수 있다. 그러한 물질에는 틴 옥사이드(SnO)가 포함된다. 다른 실시예에서, 상위층(158)은 온도에 따른 비선형 전도 특성, 특히 고온에서 전도성이 증가하는 특성을 나타내는 물질을 포함할 수 있다. 그러한 물질들은 실리콘과 같은 많은 반도체들을 포함한다. 이러한 많은 대체 물질들은 함께 사용되어 그러한 조합은 상위층의 이방 전도 특성을 증가시킬 수 있다. 또한, 이러한 상위층 물질들은, 상위층(158)의 성능 특성을 증진하기 위해 함께 혼합되기보다는 차례로 사용될 수 있다. 예를 들어, 초박막 탄소층은 표면의 윤활을 개선하기 위해서뿐만 아니라, 산화(oxidization)에 대한 배리어를 형성하기 위해 TiN상에 부가될 수 있다.
도 1B는 본 발명에 따른 매체 디바이스(150)의 실시예들을 사용하기 위한 상호 증착 필름(co-deposited film)을 포함하는 그러한 상위층(158)의 부분에 대한 클로즈업 도이다. 상위층(158)은 기록 매체(156) 위에 증착되고 그리고 고도의 이방 컨덕턴스 특성을 가지는 연속적 또는 불연속적 덮개층을 포함할 수 있다. 상호 증착 필름들은 예를 들어 마르딜로비치 등의 미국 특허 6,770,353 및 에브니엘 등의 미국 특허 6,541,392에 설명되어 있으며, 모두 본 명세서에 참조로서 통합된다. 그러한 참조들은 다중 물질들이 교대로 스퍼터링되는 다중 타겟들을 사용하는 상호증착 필름의 증착을 개시하고 잇다. 이는 당업계에서, 단일 합성 타겟으로부터 절연체에 의해 둘러싸인 페릭 그레인(ferric grains)로 그래뉼러 필름(granular films)을 생산하는 것으로 더 잘 알려져 있다. 예를 들어, 1996년 9월에 마그네틱에 대한 IEEE 트랜잭션 Vol.32, No.5, 카이츄 등에 의한 "SiO2 그래뉼러 필름들의 자기적 특성 및 구조"는 본 명세서에 참조로서 통합된다. 본 발명에 따른 방법들의 실시예들은, 도 1B 및 4A에 도시된 바에 근접한 구조에 일련의 공정 단계들로 단일 금속 및 유전체 합성 타겟으로부터 물질을 스퍼터링함으로써 금속 및 유전체를 상호증착하는 단계를 포함할 수 있다. 이들 도면들에서 볼 수 있는 바와 같이, 상호 증착 필름들은 불연속적인 전도성 구조로 연속적인 비전도성 필름을 포함할 수 있다. 그러한 상호증착 필름은 필름을 통한(즉, 수직 방향) 전기적 저항성에 대해 필름을 가로지르는 높은 전기적 저항성(즉, 수평 방향)을 나타내면서, 션팅을 상당히 제한할 수 있다. 상기 상호 증착 필름은, 방향에 따라 전기적 컨덕턴스가 달라지기 때문에(상기 상호 증착 필름을 가로지르는 것보다 통과하는 방향에서 전기적 컨덕턴스가 보다 나음) 따라서 상당히 "이방성"하다고 말할 수 있다. 최대 저항 비(maximum resistance contrast)는 저항성
Figure 112008006145075-PCT00001
을 가지는 등방성 컨덕턴스 특성을 가지는 상위층들에 접근될 수 있다. 이방성 컨덕턴스 특성을 가지는 상위층들은 저항성
Figure 112008006145075-PCT00002
을 가져야 한다. 예를 들어, GST는
Figure 112008006145075-PCT00003
Figure 112008006145075-PCT00004
이 되는 범위에서 변화하는 저항성을 가진다.
전도성 부분(158a)은 바람직하게는 전도성 옥사이드를 가지는 금속과 같은, 환경적으로 로버스트(robust) 물질을 포함한다. 예를 들어, 금속은 하나 이상의 Mo, Ir, Ru, 또는 일부 다른 내화 금속을 포함한다. 절연 부분(158b)은 바람직하게는 밀집되고 단단한 유전체를 포함한다. 예를 들어, 상기 유전체는 SiO2, SiNx 또는 Al2O3를 포함할 수 있다. 또한, 바람직하게는(필수적이지는 않음) 그레인 사이즈 및 전도성 부분(158a)의 스페이싱은 팁(142)의 곡률 반경에 대해 충분히 작아서 전도성 부분들(158a)의 실질적인 수-예를 들어, 약 50 이상의 그레인들-가 팁(142)에 의해 보여지도록 한다. 따라서, 바람직한 실시예에서, 비트(또는 인디시움(indicium))가 25nm의 직경을 가질때, 각 그레인은, 절연 부분(158b) 매트릭스 안의 전도성 부분들(158a) 사이의 거리 및 전도성 부분(158a)의 폭의 주어진 1:1 비율의 크기에서 약 4nm 이하여야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 참조로서 통합되는 "고밀도 수직 기록에 대한 CoPtCr-SiO2 그래뉼러 매체(CoPtCr-SiO2 Granular Media for High-Density Perpendicular Recording), 마그네틱에 대한 IEEE 트랜잭션 Vol. 39, No. 4, p. 1914, 2003. 7, 우와즈미 등)에서, 충분히 작은 그레인 크기를 가지는 금속 옥사이드의 증착이 설명되어 있다.
도 1B 및 1C는 인디시아(160)(데이터 비트로 나타낼 수 있으며, 편의를 위해 여기서는 데이터 비트로서 언급됨)가 형성되는 도 1A의 매체 디바이스(150)의 부분에 대한 단면도이다. 일 실시예에서, 데이터 비트(160)는 상위 층(158)과 접촉 또는 거의 접촉하여 위치하는 팁(142)으로부터 기록 매체(156)를 통해 전류가 통과하여, 그 결과 팁(142) 근처의 기록 매체(156)를 가열함으로써 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상 변화 물질의 온도가 임계 온도를 초과하면, 상 변화 물질은 반용융 또는 용융 상태가 되고, 그리고 켄칭되어 무질서한 비트를 형성할 수 있다. 다른 실시예들에서, 벌크 상 변화 물질은 무질서한 구조를 가질수 있으며 가열되면 보다 천천히 냉각되어 결정질 구조를 형성할 수 있다. 도 2는 칼코게나이드(chalcogenide) 매체 디바이스의 특성을 도시하는 챠트이다. 임계온도는 iso-전력선 Pt를 따라 상호연결되는 전압에서 GST 물질에서 발생하는 온도에 대응한다. 알 수 있는 바와 같이, 칼코게나이드의 무질서 영역에 걸쳐 램핑되는 전압은, 상기 무질서 영역이 냉각되어 결정질 구조를 형성할 수 있기 전에 임계 전압 Vt(iso-전력 선 Pt를 따라 정의되는 바와 같이)를 초과하여야 한다.
켄칭은 용융 또는 반용융 상변화 물질로부터 무질서 구조, 또는 부분적인 비결정질 구조를 달성하는 냉각율로서 정의되된다. 냉각, 저속 냉각, 또는 단순 냉각은, 상변화물질이 용융 또는 반용융으로부터 결정질 구조를 형성하는데 충분히 느린 냉각율로서 정의된다. 일 실시예에서, 켄칭은 가열 부분으로부터 전류를 제거함으로써, 그리고 전도성 하위층이 상기 가열부분으로부터 열을 제거하도록 함으로써, 달성될 수 있는 반면, 단순 냉각은 상기 전도성 하위층(154)이 상기 가열 부분으로부터 전류를 램핑다운함으로써 그리고 상기 가열된 부분으로부터 열을 제거하도록 함으로써 달성될 수 있다. 다른 실시예에서, 켄칭은 전류를 제거할 뿐 아니라, 클램프를(후술함) 통해 가열 부분으로부터 전류를 전환시킴으로써 달성될 수 있는 반면, 단순 냉각은 상기 가열 부분으로부터 전류를 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 켄칭을 달성하기 위한 정확한 기술은, 환경적 및 다른 요인들 뿐만 아니라, 상기 상변화 물질, 하위층(154)의 전도성 및 상기 부분이 가열되는 온도에 따라 달라질 수 있다. 또한, 여러 저항 상태가 사용될 때(즉, 데이터가 비이진 방식으로 저장될 때), 냉각 및 켄칭은 냉각률을 변화시킬 수 있고 가열 온도와 결합하여 목표하는 설계대로 여러 상이한 저항 상태를 달성할 수 있다.
이진 시스템에서, 데이터 비트(160)는 기록 매체(156)의 부근의 벌크 상변화 물질에 대해 조화되지 않는 저항을 가지며, 상기 부조화는 매체 디바이스(150)내에 저장된 데이터를 나타낸다. 상기 매체 디바이스(150)로부터 데이터 비트(160)을 삭제하기 위해, 제 2 전류가, 상기 부분을 가열하고 그리고 적절히 냉각하여 상기 벌크 상변화 물질의 구조(무질서 또는 결정질)를 형성하도록 데이터 비트(160)를 포함하는 기록 매체(156)의 부분에 가해진다. 상기 데이터 비트(160)의 저항은 결과적으로 미기록 상태의 그것으로 변경된다. 예를 들어, 벌크 상변화 물질이 무질서 구조를 가지는 경우에, 결정형 비트(160)는 상기 결정형 비트(160)을 형성하도록 가해졌던 것보다 높은 제 2의 온도에 결정형 비트(160)을 포함하는 상 변화 물질의 부분을 가열함으로써 삭제도리 수 있다. 상기 부분은 그러면 주변 온도로 켄칭되어, 그럼으로써 상기 부분이 벌크 상 변화 물질의 원래 저항성과 유사한 저항성을 가지는 무질서 구조를 형성하도록 한다.
예를 들어, 본 발명에 따른 매체 디바이스(150)의 실시예에서, 상 변화 물질은 칼코게나이드를 포함할 수 있다. 상 변화물질 벌크는 결정질 구조를 가질수 있고, 그리고 미기록 상태에 대응할 수 있다. 데이터 비트(160)를 기록 상태로 설정하기 위해서, 제 1 전류가 상 변화 물질의 상기 부분이, 일 실시예에서 약 600℃일 수 있는 임계 온도(상 변화 물질의 용융 온도일 수 있음)로 가열되도록 하면서 상 변화 물질의 목표 부분에 가해진다. 상 변화 물질은 주변 온도로 켄칭될 수 있으며, 그리고 상기 임계 온도로 가열된 상변화물질의 부분은 벌크, 미기록 상변화물질보다 높은 저항성을 가짐으로써, 데이터 비트(160)로서 이해될 수 있는 인디시아를 형성할 것이다. 그러한 실시예에서, 켄칭은 비록 그 비율 및 시간은 상당히 변경될 수 있지만, 10 내지 100 ns 범위의 시간 내에서 전류가 상당히 떨어질 수 있도록 제 1 전류를 제거함으로써 달성될 수 있다. 데이터 비트(160)를 미기록 상태로 리셋(여기서는 또한 리셋 상태, 그리고 삭제 상태로서 언급되기도 함)하기 위해서, 제 2 전류가 기록 매체(156)에 가해져서 상 변화 물질의 부분이 임계 온도까지 포함하는 170℃ 내지 250℃ 이상의 온도 범위와 거의 동일한 온도로 가열되도록 한다. 상기 온도 범위는 칼코게나이드의 조성에 따라 달라지고, 그리고 일부 실시예들에서는 100℃ 내지 250℃ 이상과 같은 일부 다른 범위를 가질 수 있다. 상 변화 물질의 부분이 주변 온도로 냉각됨에 따라, 데이터비트(160)는 결정질 구조를 형성하며, 상기 결정질 구조는 벌크, 미기록 상 변화 물질의 저항에 근접하는 저항을 가진다. 상이한 물질들이 데이터 비트(160)를 기록 및 삭게하기 위한 동작 범위를 조절하도록 기록 매체(156)의 상 변화 물질에 대해 사용될 수 있다. 칼코게나이드 내의 구성요소들의 비율을 변경하는 것은 기록 및 삭제 온도를 변경하는 하나의 방법이다.
비록 온도가 일부 레벨의 특이성으로 설명되어졌으나,열이 가해지는 부분의 상태는 일반적으로 그 부분의 냉각 율에 의해 가장 많이 영향을 받게 됨을 밝혀둔다. 냉각율은 상기 가열된 부분을 통한 전류가 가열된 부분으로부터 제거되는 비율, 그리고 그 열이 상기 가열 부분으로부터 얼마나 빨리 제거될 수 있는지(즉, 매체 디바이스(150) 스택의 물질의 전도성)에 의해 가장 크게 영향을 받을 수 있다. 최소 온도(즉, 상술한 실시예에서는 약 170℃인 결정화 온도)에 도달하여 유지되면, 상기 물질은 재결정화할 수 있을 만큼 천천히 냉각될 수 있다. 그러한 냉각은 가열 부분에 가해진 전류를 램핑 다운하는 것을 포함하는 수많은 상이한 기술들을 사용하여 달성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전류는 단계적으로 램핑 다운될 수 있고, 그리고 상기 가열 부분은 필요한 원하는 시간 동안 원하는 온도로 유지될 수 있어, 결정화가 대체적으로 전체 부분에 걸쳐 달성되도록 한다. 당업자는 기록 매체(156)으로서의 사용을 위한 상변화 물질의 상이한 응용들 및 상 변화 물질의 물질 특성 변화를 달성하기 위한 기술들을 이해할 수 있다.
다른 실시예들에서, 상 변화 물질은, 미기록 상태에 대응하는 무질서 구조를 포함하는 벌크, 칼코게나이드를 포함할 수 있다. 그러한 실시예들에서, 상 변화 물질의 목표 부분들은, 그 부분이 기록 상태를 가지는 데이터 비트로서 이해될 수 있는 인디시아를 형성하면서 결정화하도록, 가열되어 천천히 냉각될 수 있다. 본 발명에 따른 시스템들 및 방법들은 본 명세서에 개시된 사항들 또는 설명된 온도 범위 또는 물질 특성에 제한되는 것은 아니다. 본 발명에 따른 시스템들 및 방법들은 물질 특성에 대응하는 인디시아를 가지는 상변화물질(156)의 모든 그러한 응용들에 적용될 수 있다.
상기 실시예들에서 설명되는 바와 같이, 무질서 데이터 비트(160)를 삭제하기 위해, 제 2 전류가 데이터 비트(160)를 포함하는 상 변화 물질의 부분에 가해질 수 있다. 상기 부분이 냉각됨에 따라, 그 부분의 저항은 벌크 상 변화 물질의 원래 값에 거의 근접한 값으로 돌아감으로써, 데이터 비트(160)를 삭제한다. 여러 데이터 비트(160)는 매체 디바이스(150)의 넓은 영역에 열을 가함으로써 미기록 상태로 리셋될 수 있다. 예를 들어, 매체 디바이스(150)는 매체 디바이스(150) 아래에 있는 히터로 전류를 가할 수 있다. 이러한 가열은 매체 디바이스(150) 내의 모든 메모리 로케이션들 또는 매체 디바이스(150)의 부분에 가해져서 상 변화 물질의 가열된 부분의 저항이 미기록 값으로 될 수 있도록 한다. 예를 들면, 일 실시예에서, 스트립 히터들은 매체 디바이스(150) 내의 밴드들을 가열하도록 배치될 수 있다. 또 다른 예에서는, 레이저는 상기 매체 디바이스(150)의 적어도 일부분을 가열하도록 인가될 수 있다. 예를 들어, 매체 디바이스가 마운팅되는 플랫폼은 실리콘 다이옥사이드와 같은 투명 물질을 포함하며, 레이저는 플랫폼(108)을 통해 인가되어 매체 디바이스(150)를 가열하도록 수 있다. 다른 실시예들에서, 다이오드 히터들의 매트릭스는 매체 디바이스(150)의 부분들을 선택적으로 가열하도록 형성될 수 있다. 그러한 벌크 삭제는 팁 마모의 감소와 같은 이점들을 잠재적으로 제공할 수 있다.
본 발명에 따른 매체 디바이스(150)의 다른 실시예에서는, 상 변화 물질은 다수의 저항 상태를 가질 수 있다. 예를 들면, 미기록 상태에서, 상기 상 변화 물질은 제 1 저항을 가질 수 있다.상기 상 변화 물질은 상이한 온도들로 가열되고 켄칭될 수 있고, 그럼으로써 상 변화 물질의 저항을 변경할 수 있다. 일 실시예에서, 읽기 전압은 팁(142) 및 기록 매체(156)에 인가되어 상 변화 물질의 저항이 초기, 미기록 상태 또는 미기록 상태 이외의 상태로서 측정되기에 충분히 상이한 일부 상태 또는 그 부근에 있는지 여부를 감지한다. 상기 상 변화 물질은 초기, 또는 미기록 상태에서 제 1 저항 특성을 가질 수 있다. 제 1 전류는 제 1 온도로 상기 상 변화 물질을 가열하면서, 기록 매체(156)에 인가될 수 있다. 상기 제 1 전류는 상기 기록 매체(156)로부터 제거될 수 있고 그리고 상기 상 변화 물질은 제 2 저항 특성을 가지는 구조를 형성하도록 냉각한다. 일 실시예에서, 이러한 제 2 상태에서의 상 변화 물질의 저항이 측정될 수 있다. 상기 제 2 저항은 상기 상 변화 물질이 상기 제 1 전류에 의해 가열되는 온도에 따라, 그리고 상기 상 변화 물질의 냉각 시간에 따라 변화할 수 있다. 저항 측정값들의 범위는, 상이한 데이터 값에 대응하는 상이한 범위들로, 데이터 값에 대응할 수 있다. 다수의 저항 범위들은 예를 들어 이진 이외의 데이터 저장 방식을 사용하여 다수의 데이터 값으로서 채용될 수 있다. 일 실시예에서, 세 개의 데이터 값들을 포함하는 데이터 저장 방식은 데이터를 저장하기 위한 이진 시스템보다는 3진 시스템을 이용할 수 있다. 또 다른 데이터 저장 방식에서, 각 데이터 셀을 위해 4개의 상이한 저항 상태가 가능한 곳에서는, 각 데이터 셀은 두 개의 비트(예를 들어, 각각이 00, 01, 10 또는 11을 포함)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 상 변화 물질에 대한 저항 상태의 정확한 값은 보다 정확한 아날로그 데이터 저장에 대해 측정될 수 있다. 상기 저항의 측정값들은 바람직하게는 상기 매체의 제 1 상태에 대한 상대적 측정값들을 취함으로써 획득되나, 또한 절대값 측정치를 취함으로써 얻어질 수도 있다. 또 다른 측정 방법은 측정된 데이터의 미분계수(derivative)로서 데이터를 추출한다.
상 변화 물질은 저항 상태들에 대한 넓은 동적 범위를 가질 수 있어, 아날로그 데이터 저장을 허용한다. 상 변화 물질의 저항 특성에 대한 동적 범위는 약 3 또는 4자리의 크기(즉, 1000-10,000x)일 수 있다. 예를 들면, GST의 저항은 0.1Ω㎝미만에서 1000Ω㎝ 이상의 범위일 수 있다. 그러나 일 실시예에서는, 상 변화 물질상의 팁(142)으로부터의 가열은 상 변화 물질의 매우 작은 영역만이 저항성을 변경하게 할 수 있다. 이러한 형태에서, 상 변화 물질의 오직 작은 영역만이 변경됨에 따라 보다 작은 동적 범위가 관찰될 수 있다. 매체 시스템은 전형적으로 처음에 놓여진 상태의 값의 범위를 나타내어, 상기 측정된 저항값들은 상이한 로케이션들에서 변화한다. 부가적으로, 기록 매체(156) 및 상위층(158)의 두께에서의 변동은 팁(142)을 통해 감지됨에 따라 측정된 저항에 있어서의 차이들을 형성할 수 있다. 이러한 차이들은 팁(142)으로부터 읽히는 신호의 노이즈로서 나타난다. 노이즈를 줄이기위한 하나의 방법은 기록 매체의 아날로그 특성을 사용한다. 처음에, 팁(142) 아래의 매체 디바이스(150)의 부분의 상태가, 예컨데 상기 부분의 저항을 측정함으로써 감지될 수 있다. 그 다음 전압 파형은 팁(142)에 가해져서 기록 매체(156)를 가열하고 냉각하여, 기록 매체(156)이 상태를 바꾸도록 한다. 그런 다음, 팁(142) 아래의 매체 디바이스(150)의 부분은 다시 읽힌다. 만약 상기 값이 상기 로케이션에 대한 원하는 노이즈 공차 내에 있지 않다면, 다른 전압 파형이 인가되어 상기 원하는 공차 범위 내로 상기 값을 변경한다. 상기 파형은 결정질 펄스 또는 비결정질 펄스, 또는 그러한 펄스들의 어떤 조합을 구성할 수 있다. 읽기 및 쓰기의 다중 싸이클들이 원하는 공차 범위로 값을 조절하는데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 매체 디바이스(150)는 그 다음의 리드백(read back) 신호의 노이즈를 감소하도록 적응적으로 쓰여질 수 있다. 대안적으로, 원하는 상태로 기록 매체(156)를 조종하는데 사용되는 파형들은 가열 및 냉각동안 저항 상태를 측정함으로써 가열 및 냉각 공정 그 자체동안 동작할 수 있다. 후술하는 바와 같이 형성된 팁(142)은 일 실시예에서 약 25nm의 곡률 반경을 가지는 디스털 말단(distal end)을 포함할 수 있다. 팁(142)이, 표면과 접촉하거나 거의 접촉하여, 매체 디바이스(150)의 표면을 이동함에 따라, 상기 팁(142)은 마모되어 일정 초기 시간 후에 디스털 말단의 공칭 곡률반경은 50 내지 100nm (또는 그 이상)의 범위를 가진다. 전압이 기록 매체(156)에 인가되어 저(또는 고) 저항의 영역들을 형성한다. 팁(142)의 디스털 말단은 전형적으로 완전히 평탄하지는 않아서, 기록 매체(156)(또는 상위 층(158))와 균일한 접촉 또는 근접(near-contact)을 하지 않을 것이다. 매체 디바이스(150)의 표면과 접촉 또는 근접하는 디스털 말단 부분은 상기 말단의 곡률반경에 의해 제한된다. 접촉 또는 근접하는 팁(142)의 부분은 또한 여기서 팁(142)의 종단(terminus)으로서 언급되기도 한다. 디스털 말단이 곡률반경을 가지는 것으로서 설명되지만, 디스털 말단은 상기 종단이 완벽한 아크(arc)를 따르도록 모양을 가질 필요는 없다. 상기 곡률반경은 상기 종단으로부터 상기 팁의 디스털 말단의 폭의 증가로서 생각될 수 있고, 부드러운 아크형을 포함하는 기하학적 형상으로 언급되나, 그에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 상기 디스털 말단은 포물선 모양, 사다리꼴 모양, 또는 비정형(non-uniformed shape)을 가질 수 있다. 팁(142)은 전기적으로 전도성이고, 그리고 전위가 팁(142)과 매체 디바이스(150) 사이에 인가될 때, 전류는 (팁(142)이 전압 싱크보다는 전원인 경우에)상위층(158)과 기록 매체(156)를 통과하여 팁(142)으로부터 아래에 있는 기판(152)으로 통과한다. 매체 디바이스(150)와 팁(142)사이를 흐르는 전류는 팁(142)과 매체 디바이스(150) 사이의 전기장이 매체 디바이스(150)의 표면으로부터의 거리에 반비례하여 감쇠함에 따라 곡률반경에 걸쳐 변화한다.
팁(142)에서부터 매체 디바이스(150)로 통과하는 전류는 팁(142) 근처의 상 변화 물질을 가열한다. 기록 매체(156), 상위층(158), 기록 매체/상위층 인터페이스 그리고 팁/상위층 인터페이스는 저항들로서 역할한다. 매체 디바이스(150)의 전위가 증가함에 따라, 전류는 증가하고, 그리고 상 변화 물질의 온도가 증가한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따라 전위가 매체 디바이스(150)에 가해짐에 따라, 예시적인 매체 디바이스(150)의 가열 특성의 1차 모델이다. 상기 예시적인 매체 디바이스(150)는 상 변화 물질을 포함하는 기록 매체(156)위에 증착된 티타늄 나이트라이드 상위층(158)을 포함하는 필름 적층을 포함한다. 상기 전류에 의해 발생된 열은 상기 매체 디바이스(150)의 표면 및 팁(142)의 접촉 또는 근접 지점으로부터 대체로 포물선 형태로 분포될 수 있다. 필름 적층의 표면 가까이의 상 변화 물질의 작은 부분(상기 제 1 이소볼륨(164))은 780K 이상으로 가열되고, 그리고 상기 제 1 이소볼륨(164)에서부터 제 2 이소볼륨(162)으로의 주변 물질은 780K 내지 500K의 범위에 있다. 일 실시예에서, 약 575K 이상으로 가열된 상 변화 물질의 부분은 용융 또는 반용융이 된다. 만약 벌크 상 변화 물질이 무질서해 지면, 상기 반용융/용융 부분은 상기 벌크 상 변화 물질의 저항보다 낮은 크기의 상대 저항을 가지는 결정질 구조를 형성하도록 천천히 냉각될 수 있다. 만약 벌크 상 변화 물질이 결정질 구조를 가진다면, 상기 반용융/용융 부분은, 상기 반용융/용융 부분이 우세하게 무질서해지도록 그리고 상기 벌크 상 변화 물질의 저항보다 높은 크기의 상대 저항을 가지도록 하면서, 급속하게 켄칭될 수 있다. 가열동안 달성된 온도, 그리고 냉각 특성은 상변화 물질의 조성에 따라 달라지며, 크게 변화할 수 있다.
도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 용융 상태로 가열되며 그 후에 적절히 냉각되어 상기 벌크 상 변화 물질과는 상당히 다른 저항을 가지는 영역을 형성하는 기록 매체(156)의 부분은 팁(142)의 곡률반경에 대한 폭에 있어서 상당히 작을 수 있다. 예를 들어, 본 발명에 따른 방법들이 기록 매체(156)와 팁(142)간의 전위를 생성하도록 적용될 때, 50nm 내지 100nm 범위의 근사 곡률 반경을 가지는팁(142)이 약 15nm의 폭을 가지는 도메인을 생성할 수 있음이 증명되었다. 상기 도메인은 "수퍼 해상(super resolved)"이라고 말할 수 있다. 그러한 수퍼 해상도(super resolution)는 부분적으로는, 필름을 가로지르는 것보다는 필름을 통과하여 전류를 보다 잘 도통하는 이방성 전기적 전도성(상술한 바와 같이)을 가지는 물질일 수 있는, 상위층의 특성으로 인한 것이다. 이러한 특성은 팁(142)의 중심 근처의 일렉트론 흐름을 포커싱할 수 있다. 또한, 팁(142) 중심 근처의 상 변화 물질의 부분이 먼저 가열되며, 상기 부분은 결과적으로, 심지어 비가열 결정질 물질인, 주변 매체보다 낮은 저항을 나타낸다. 일렉트론 흐름은 최저 저항을 수반하고, 그리하여 전자 흐름은 보다 포커싱된다.
기록 매체(156)를 통과하는 전류의 포커싱 양(그리하여 결과적인 도메인의 크기)은 팁과 매체 디바이스의 표면 간의 압력 및 기록 매체(156)의 전위와 함께 변화할 수 있다. 전위는 전류가 아크인 에어 갭의 크기를 정할 수 있으며, 그리고 전류는 에어 갭이 존재하는(즉, 상기 팁이 곡률로 인해 상기 매체와 바로 접촉하지 않는 기록 매체(156)와 팁(142) 사이를 흐르거나 흐르지 않을 수 있다. 표면에 대해 팁(142)에 의해 가해진 압력은 상기 팁이 표면으로부터 커브를 이루는 에어 갭의 크기 및 상기 표면과 직접 접촉하는 팁(142)의 부분에 유사하게 영향을 미칠 수 있다.
일단 도메인이 기록 매체(156) 내에 정의되면, 상기 도메인의 저항은 상기 도메인을 포함하는 매체 디바이스(150)의 부분에 걸리는 더 작은 전위(일 실시예에서는 1V 미만)를 가함으로써 그리고 그 부분을 통해 흐르는 전류를 측정함으로써 측정될 수 있다. 상기 작은 전위는, 상기 부분이 결정화 또는 임계 온도로 되도록 가열하기에는 충분하지 않은, 작은 전류를 유도한다. 따라서, 도메인을 포함하는 그 부분의 저항(그리고 저항률)은 상 변화 물질을 상당히 가열함이 없이 그리고 상 변화 물질의 전기적 특성을 변경함이 없이 측정될 수 있다.
매체 디바이스(150)는 선택적으로 상위층(158) 위에 형성, 증착, 접착, 또는 그렇지 않으면, 배치, 위치 또는 인가되는 루브리컨트(151)(도 1A 참조)를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 루브리컨트(151)는 액상일 수 있으며, 다른 실시예들에서는 몰리브덴 이황화물과 같은 비액상일 수 있다. 또한 다른 실시예에서는, 루브리컨트는 탄소 형태일 일 수 있다. 루브리컨트는 수많은 상이한 기술을 사용하여 상위층(158)에 가해질 수 있다. 일 실시예에서, 루브리컨트는 증착 공정을 사용하여 상위층에 증착될 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 루브리컨트는 상위층에 스프레이 될 수 있다.
도 4A 및 4B를 참조하여 보면, 바람직한 실시예에서, 루브리컨트(151)는 다수의 폴리머 체인을 포함하는 단층막이다. 상기 폴리머 체인은 기록 매체(156), 상위층(158) 또는 대안적으로는 일부 접착층과 결합되도록 구성된다. 모노층들은 마모를 감소시키고 팁 및/또는 매체 스택의 동작 수명을 연장하며 팁-매체 인터페이스의 파라미터들을 개선한다. 그러한 실시예들에서, 기록 매체 또는 상위층 위에 비결정질 탄소, 질화 비결정질 탄소, 수소화 비결정질 탄소 및 DLC와 같은 루브리컨트 접착 층(259)을 증착하는 것이 바람직할 수 있다. 폴리머 체인은 선택적으로 루브리컨트 접착층에 결합하여 폴리머 체인들의 접착이 접촉(즉, 팁(142))에 대해 견뎌내도록 하거나 상기 접촉과의 마찰(friction) 및 점착성(stiction) 모두 또는 그 중 하나에 의해 이동하지 않을 수 있도록 한다. 도 4B에서 도시된 바와 같이, 루브리컨트 접착층은 폴리머체인이 선택적으로 결합되는 표면을 제공하는 동안 션팅이 제한될 수 있도록, 선택적으로 전도성인 상위층에 증착될 수 있다. 폴리머 체인은 또한 폴리머 체인의 프록시멀 말단(proxinal end)(190,290)에 결합되며 매체 디바이스 (150,250)의 표면에 헤어 또는 솜털처럼 보인다. 루브리컨트 및 루브리컨트 접착층은 바람직하게는 충분한 전도성을 가져 전류 흐름이 억제되지 않고 열이 팁/루브리컨트/접착층/상위층 인터페이스에서 과도하게 발생되지 않도록 한다. 대안적으로, 루브리컨트 및 루브리컨트 접착층은 거의 비전도성이어서 전류가 루브리컨트 및 루브리컨트 접착층을 통해 관통해야 한다.
대안적인 실시예들에서, 루브리컨트는 다수의 폴리머 체인들의 하나 이상의 층을 포함하며, 하나의 층으로부터의 폴리머 체인은 다른 층의 폴리머 체인과 결합하도록 구성된다. 그러한 루브리컨트들은 매체 표면 및 "이동"층 사이에 증착된 다른 루브리컨트 층위에 "떠다니"거나 이동하는 층을 가질 수 있다. 상기 이동층은 상기 접착층과 선택적으로 결합하여(또는 대안적으로는 기록 매체(156) 또는 접착층이 존재하지 않는 상위층(158)) 팁 및 매체의 상대적 움직임에 의해 유발된 표면의 결함을 치유하게 된다.
다른 실시예에서, 루브리컨트(151)가 바운드 및 이동 단계 모두를 가지는 단일층일 수 있다. 예를 들면, 첨가제를 가진 폼블린 Z-DOL는, 전형적으로 HDD의 자화 디스크의 표면상의 루브리컨트로서 사용되어 온 바운드 및 모바일 단계를 가지는 루브리컨트 시스템이다. 상기 루브리컨트는 R/W 헤드가 디스크 표면과 부딛칠 때 발생되는 손상을 줄인다. 그러한 루브리컨트들은 높아진 온도에서 효과적인 자가치유 표면(self-healing surfaces)을 제공할 수 있다. 바운드 및 모바일 단계들모두를 가지는 단일층들은 바운드 단일층 보다 마모에 강하다는 것이 증명되었다. 그러나, 본 명세서에 참조로서 통합되는 "Thermal Stability of Fomblin Z and Formblin Zdol Thin films on Amorphous hydrogenated Carbon"(레이 등, 트라이바이올로지 레터, Vol. 11, No. 1,2001)에서 논의되는 바와 같이, 원하든 원하지 않든지, 바운드 루브리컨트의 탈착 피크보다는 더 낮은 온도(예, 645K)에서 이동성의 "비결합" 루브리컨트의 탈착 피크가 일어나며, 이때 상 변화 물질이 600℃ 이상에서 가열되어 상변화를 유도하여야 한다. 당업자는, 팁과 매체 디바이스(150) 간에 목적하는 관계를 제공하는데 채용될 수 있는 수많은 상이한 루브리컨트들을 이해할 이며, 이러한 상이한 기술들은 그러한 루브리컨트(151)에 적용될 수 있다.
극성의존적인 메모리 층을 포함하는 매체
본 발명에 따른 시스템 및 방법에 사용하기 위한 매체 디바이스(350)의 다른 실시예들에서는 극성 의존적인 메모리 층(380)을 포함하는 기록 매체를 포함할 수 있다. 도 5A 내지 5C는 기판(152), 기판(152) 위에 증착되는 선택적인 절연층(186), 절연층(186) 상에 증착되는 하위층(극성 의존적 메모리층을 포함하는 실시예들을 참조할 때 하부 전극으로서 언급됨), 하부 전극(154) 상에 증착되는 극성의존적인 메모리 층(380), 그리고 극성 의존적인 메모리 층(380) 상에 증착된 상위층(158)(극성 의존적 메모리층을 포함하는 실시예들을 참조할 때 탑 전극으로서 언급됨)을 포함하는 매체 디바이스(350)를 도시한다.
상술한 바와 같이, 기판(152)은 Si, GaAs, 또는 일부 다른 반도체 물질을 포함할 수 있다. 일부 응용예에서, 기판(152)으로부터 하부 전극(154)과 기록 매체의 전기적 및 열적 격리를 보장하는 것이 요구될 수 있다. 부가적인 격리를 제공하기 위해서, 절연층(186)은 하부 전극(154)과 기판(152) 간에 증착될 수 있다. 절연층(186)은 SiO2와 같은 옥사이드일 수 있으며, 또는 열적 전기적 절연 특성을 가지는 일부 다른 물질일 수 있다. 하부 전극(154)은 전기적으로 전도성 금속, 또는 유사한 전기적 특성을 가지는 일부 다른 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 하부 전극(154)은 텅스텐, 플라티늄, 금, 알루미늄 및 구리 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 하부 전극(154)을 형성하는 데 선택되는 물질이 접착 특성 그리고 증착 균일성 등과 같은, 부가적인 특성에 추가적으로 근거하여 선택되어야 할 필요가 있을 수 있다. 당업자는 양호한 전기 전도성 및 하부 전극(154)을 형성하기 위한 하나 이상의 바람직한 특성들을 가지는 수많은 상이한 물질을 이해할 수 있다. 하부 전극(154)은, 비록 상 변화 물질을 포함하는 기록 매체를 가지는 실시예에서와 같이 효과적으로 열을 빨아 들여야 할 필요는 없지만, 극성 의존적인 메모리 층(380)을 통한 양호한 전기 전도성을 제공하여야 한다. 훨씬 낮은 전류가 극성의존적 메모리 층(380)이 사용되는 매체 디바이스(350)에 인가될 수 있으며, 상기 물질은 훨씬 낮은 온도로 가열된다.
탑 전극(158)은 극성 의존적 메모리층(380) 상에 증착된다. 탑 전극(158)은 극성 의존적 메모리층에서부터 탑 전극으로 이온들의 의도하지 않은 이동을 방지하기 위한 이온 배리어를 제공하여야 한다. 상술한 바와 같이, 탑 전극은 연속적 또는 불연속적일 수 있다. 탑 전극이 연속적이면, 탑 전극은 바람직하게는, 전압이 매체 디바이스에 인가될 때 전기 화학적으로 비활성이며 이방성 저항 특성을 제공하는 물질을 포함한다. 예를 들면, 상술한 바와 같이, 탑 전극은 전도성 금속 산화물과 같은 전도성 물질, 그리고 이산화 실리콘과 같은 절연 물질을 포함하는 상호 증착막(co-deposited film)을 포함할 수 있다. 전기적 전류가 탑 전극과 접촉하는, 또는 탑 전극 상에 놓여지는 전도층(루브리컨트(151)와 같은)과 접촉하는 팁으로부터 매체 디바이스를 통과하여 흐른다.
극성 의존적 메모리 층(380)은 이온 소스층(384)과 고체 전해질 층(382)을 포함한다. 그러한 극성 의존적 메모리 층들은 예를 들어, 본 명세서에 참조로서 통합되며, 2004 비휘발성 메모리 기술 심포지움 학회 회보인 "Non-volatile Memory based Solide Electrolytes"(코직키 등)에 설명되어 있다. 바람직한 실시예에서, 이온 소스 층(384)은 Ag를 포함하나, 다른 실시예들에서는 Cu와 같은 이동성 이온들을 가지는 일부 다른 금속을 포함할 수 있다. 고체 전해질 층(382)은 이온 소스 층 상에 놓여지며 바람직한 실시예에서는 AgGeS 또는 AgGeSe를 포함한다. 그러나 다른 실시예들에서는, 고체 전해질 층은 일반적으로 비전도성 매트릭스 내의 금속 이온 이동성의 유사 특성들을 나타내는 일부 다른 금속 칼코게나이드를 포함할 수 있다.
대안적으로, 고체 전해질층은 AgWO3 또는 CuWO3와 같은 산화물 기반 전해질을 포함할 수 있다. 그러한 물질들은 금속 칼코게나이드들에 비하여 동일하게 만족할 만한 결과들을 나타내거나 또는 나타내지 않을 수 있다. 바람직한 실시예들에서, 고체 전해질층(382)은 이온 소스 층 상에 GeS 또는 GeSe와 같은 칼코게나이드 층을 배치함으로써, 그리고 칼코게나이드층으로 Ag 이온들을 확산하도록 물질에 UV 빛을 가함으로써 이온 소스층의 배치 후에 형성될 수 있다. 대안적으로, Ag 이온은 어닐링함으로써 칼코게나이드 층으로 확산하도록 촉진될 수 있다. 대안적으로, 고체 전해질 층은 개별 Ag 및 GeS 또는 GeSe 타겟들로부터 스퍼터링된 상호 증착막을 포함할 수 있거나, 또는 단일 AgGeS 또는 AgGeSe 합금 타겟으로부터 스퍼터링된 상호증착막일 수 있다.
고체 전해질층은 그 안에 포함된 양으로 충전된 금속 이온들이 풍부하며 매우 이동적이라는 점에서 유용할 수 있다. 역으로, 음으로 충전된 이온들(counter-ions)은 고체로 고정된다. 도 5B를 참조하면, 하부 전극(154)은 애노드(즉, 전해 회로에서의 양극)로서 역할하고, 그리고 양 전압은 하부 전극(154)에 인가될 수 있으며, 또는 대안적으로 하부 전극(154)은 그라운드가 될 수 있다. 탑 전극(158)은 캐소드(즉, 전해 회로에서의 음극)로서 역할하고 음전압은 탑 전극(158)에 인가될 수 있다. 수백 mV 정도의 낮은 인가 전압은 이온들을 환원시켜 캐소드(즉, 탑 전극(158))에서 금속 원자들을 형성할 것이며 이온들을 애노드(즉, 하부 전극(154))와 전기적 접촉하도록 배열되는 이온 소스층(384)에서의 산화를 통해 고체 전해질 층(382)으로 밀어넣게 될 것이다. 전하 중성(charge neutrality)은 전착 공정을 정지시키게 되는 전하 빌드업(build-up)을 방지하면서, 이온 소스층(384)을 통한 산화 및 환원을 조절함으로써 유지된다. 고체 전해질 층은 상기 막 도처에 이온들을 포함하도록 만들어질 수 있다. 탑 전극(158) 근처의 이온들은 탑 전극을 향해 이동하여 먼저 환원될 것이다. 핵생성(nucleation)은 탑 전극(158)에서 발생하고 그리고 성장(growth)이 가장 높은 전기장 소스로서 선호되는, 상기 핵생성 사이트로부터 상기 핵생성 사이트로부터 계속 환원된다. 성장은 가장 높은 전기장의 소스에서 잘 이루어진다. 환원 기질의 이온들은, 수지상(dendritic) 구조를 가지는 금속 필라멘트(385)를 형성하면서, 탑 전극(158)으로부터 하부 전극(384)을 향해 뻗어나올 것이다. 이런 식으로, 전착 공정은 탑 전극(158)을 고체 전해질 층(382)으로 효과적으로 확장한다. 상기 필라멘트(385)의 저항은 벌크 고체 전해질 층(382)보다 훨씬 낮은 크기이며, 그리고 일단 필라멘트(385)가 탑 전극(158)으로부터 전도성 이온 소스 층(384)으로 성장하면, 필라멘트(385)를 통한 매체 디바이스(350)의 저항은 상당히 떨어진다.
도 5C를 참조하면, 전착 공정은 반대로 될 수 있고, 그리고 양 전압을 팁(142) 및 결론적으로는 탑 전극(158) 및 필라멘트(385)로 인가하면서, 인가된 전압 바이어스의 극성을 변화함으로써, 필라멘트(385)가 "분해"된다. 필라멘트(385)는, 산화에 의해 용해됨으로써, 애노드가 된다. 상기 용해된 이온들은 원래의 소스 구조(즉, 고체 전해질 층(382) 및 이온 소스 층(384))로 되돌아 간다. 필라멘트(385)의 분해는, 이전에 필라멘트를 포함하는 부분을 통해 매체 디바이스의 저항이 상당히 증가하도록 하면서, 탑 전극과 하부전극 간의 전도성 링크를 해체한다.
이방성 전기적 전도성(예, 상호 증착막)을 가지는 탑 전극의 사용 및 기록 매체의 작은 전위(상 변화 매체(156)를 가열하기 위해 인가되는 전위에 대해)의 적용은 필라멘트 구조의 수지상 특성 및 필라멘트의 폭을 최소회함으로써 기록 매체내의 조밀한 필라멘트 배열을 가능하게 한다. 작은 전위는 또한, 그러한 매체 디바이스를 포함하는 휴대용 디바이스에서 패키징 설계를 간소하하고, 읽기 및 쓰기 프로세스에 의해 소모되는 배터리 전력의 량을 줄이고, 그리고 열적 스트레스를 줄임으로써 매체 디바이스(350)의 동작 수명을 잠재적으로 개선하면서, 쓰기 및 읽기 프로세스에서 소모되는 전력량을 감소할 수 있다.
상술한 바와 같이, 매체 디바이스는 탑 전극 상에 형성, 증착, 접착, 또는 그렇지 않으면 배치, 위치 또는 적용되는 루브리컨트(151)를 선택적으로 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 루브리컨트는 몰리브덴 이황화물과 같은 비액상일 수 있는 반면, 다른 실시예에서는 액상일 수 있다. 다른 실시예들에서, 루브리컨트는 탄소 형태일 수 있다. 루브리컨트는 수많은 상이한 기술들을 사용하여 탑 전극에 가해질 수 있다. 일 실시예에서, 루브리컨트는 증착 공정을 사용하여 탑 전극상에 증착될 수 있다. 다른 실시예에서, 루브리컨트는 탑 전극상에 스프레이 될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 루브리컨트는 다수의 폴리머 체인을 포함하는 단일층이며, 폴리머체인은 탑 전극과 결합하도록 구성된다. 비결정질 탄소, 질화 비결정질 탄소, 수소화 비결정질 탄소 및 DLC와 같은 루브리컨트 접착 층을 탑 전극(158) 상에 배치하는 것이 더 바람직할 수 있다. 루브리컨트 접착층은 선택적으로 전도성인 탑 전극 상에 배치될 수 있어 션팅은 폴리머 체인들이 선택적으로 결합되는 표면에 제공하는 동안에 제한될 수 있다. 다른 실시예들에서는, 루브리컨트는 바운드 및 모바일 상태를 가지는 단일층일 필요가 있다. 당업자는, 루브리컨트을 적용하기 위한 수많은 상이한 기술들로 팁 및 매체 디바이스 간의 원하는 관계를 제공하는데 채용될 수 있는, 수많은 상이한 루브리컨트들을 이해할 것이다.
다른 실시예들에서, 기록 매체는 상 변화 물질 또는 극성 의존적 메모리층이 아닌 매체일 수 있다. 예를 들어, 상기 매체 디바이스는 전하 저장형 매체일 수 있다. 전하 저장 매체는 유전체에 전하를 트랩(trap)함으로써 데이터를 저장한다. 따라서, 전하 저장 매체에 대해서, 매체는 기록 상태일 때 전하들을 트랩하는 유전 물질일 것이다. 미기록 상태로 매체를 돌려놓는 것은 단순히 트랩된 전하의 제거를 필요로 한다. 예를 들어, 양의 전류는 매체에 전하들을 저장하는데 사용될 수 있다. 음의 전하는 매체로부터 저장된 전하를 제거하는데 사용될 수 있다.
패턴화된 매체
도 6A, 6J 및 7A는 본 발명에 따른 시스템 및 방법들의 다른 실시예에 사용하기 위한 패턴화된 매체 디바이스들의 단면도이다. 매체 디바이스(450/550/650)는 기판(152), 기판 상에 배치된 하위층(154), 기판과 하위층 간에 배치된 선택전 절연층(186), 상위층 상에 형성된 기록 매체(156/456/656)의 연속 또는 불연속층, 기록 매체 상에 형성된 불연속 상위층(458/558/658), 매체 디바이스의 표면 상에 배치된 루브리컨트(151), 그리고 루브리컨트와 매체디바이스 표면 사이에 배치된 루브리컨트 접착층(259)을 포함한다. 상술한 바와 같이, 기판은 Si, GaAs, 또는 일부 다른 반도체 물질을 포함할 수 있다. 절연 층이 선택적으로 포함될 수 있으며, 이 때 하위층은 기판으로부터 절연될 필요가 있다. 절연층은 산화물 및 질화물 중 하나를 포함할 수 있고, 그럼으로써 기판으로부터 매체(156/456/656)를 절연한다. 상위층은 기록 매체의 급속 냉각을 용이하게 하도록 기록 매체로부터 열을 빼내는 고도의 전도성 물질을 포함한다. 일 실시예에서, 하위층은 텅스텐을 포함할 수 있는 반면, 다른 실시예들에서는 하위층은 플라티늄, 금, 알루미늄, 그리고 구리를 포함할 수 있다. 또 다른 실시예들에서는, 하위층은 고도의 전도성을 가지는 일부 다른 물질을 포함할 수 있다. 하위층을 형성하는 물질은 열팽창 특성, 접착 특성, 그리고 증착의 균일성 등과 같은, 부가적인 특성들에 기반하여 선택되는 것이 바람직하다. 당업자는 하위층을 형성하는 하나 이상의 선호하는 특성들 및 높은 전도성을 가지는 수많은 물질을 이해할 수 있다.
도 6A에서 알 수 있는 바와 같이, 일 실시예에서 매체 디바이스(450)는 억제 매트릭스(488) 내에 배치되는 다수의 셀(487)을 포함할 수 있다. 억제 매트릭스는 대체로 전기적 비전도성 물질, 또는 전기적 절연 물질, 또는 보다 구체적으로는 유전체와 같은, 전류 흐름을 억제하는 물질을 포함한다. 억제 매트릭스가 열 팽창을 억제하고, 그 결과 열적으로 절연하는 물질을 포함하는 것이 또한 바람직하다. 다수의 셀들은 기록 매체 부분 및 상위층을 포함한다. 따라서 기록 매체(456)가 불연속 층이라고 말할 수 있다. 도 1A-1C의 실시예에서와 같이, 기록 매체(456)는 GST와 같은 상 변화 물질을 포함할 수 있다. 기록 매체가 기록 매체를 통해 접촉(즉, 팁(142))으로부터 전류를 유도함으로써 일부 임계 온도를 넘어 가열된 다음, 켄칭됨에 따라, 기록 매체내의 상 변화 물질의 일부 또는 전부의 구조는 결정질 상태에서 무질서 상태로 변화한다. 반대로, 만약 상 변화 물질이 일부 임계 이상으로 가열된 다음 천천히 냉각된다면, 상기 물질은 재결정화되는 경향을 가질것이다. 상 변화 물질 구조의 변화의 결과, 기록 매체의 저항이 변한다. 이러한 저항 변화는 상 변화 물질 내에서 꽤 크게 일어나며 팁과 매체 디바이스를 통해 전류가 통과함으로써, 전도성인 또는 전도성 코팅을 포함하는 팁에 의해 쉽게 감지될 수 있다.
또한, 상위층(458)은 불연속층이라고 말할 수 있다. 상술한 바와 같이, 상위층은 팁이 상위층과 접촉할 때 기록 매체 및/또는 팁에 대한 물리적 손상을 방지하도록 선택된 물질을 포함할 수 있다. 상위층은 마모를 견딜 수 있는 물질을 포함하고, 그럼으로써 상위층 및/또는 팁의 수명을 연장한다. 상위층 물질은 억제 매트릭스(488)의 마모 특성과 유사한 마모 특성을 나타내어, 의도하지 않은 비평면성(non-planarity)이 매체 디바이스의 사용을 어렵게 한다. 바람직한 실시예에서, 상위층은, 전도성 금속과 같은 고도의 전도성을 가지는 물질을 포함한다. 억제 매트릭스에 의한 상위층의 분리는 상위층에 인가되는 전류의 션팅을 견뎌, 그 결과 상위층은 낮은 수형 전도성을 가질 필요가 없다. 그러나, 필요할 경우, 상위층이 낮은 전도성 특성 그리고 높은 경도(hardness) 특성을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 대안적으로, 상위층은, 상술한 바와 같이 상호 증착 필름, 또는 유사한 특성을 가지는 TiN 또는 MoN와 같은 일부 금속 질화물과 같은, 필름을 가로지르기보다는 필름을 관통하여 보다 쉽게 전류를 도통하는 이방성 주상(anisotropic columnar) 물질을 포함할 수 있다. TiN는 불완전하게 도통하는 하드(hard) 물질이다.
일 실시예에서, 상위층은 절연체를 포함할 수 있다. 절연체가 상위층으로서 사용되는 경우에, 팁으로부터 매체 디바이스로 인가된 전류는 기록 매체에 도달하기 전에 상위층을 관통하여야 한다. 따라서 일실시예에서, 상위층은 얇아야 하며(기록 매체에 비해) 전류가 기록 매체와 상호작용할 수 있기 전에 필요한 터널링의 양이 축소되도록 해야한다. 다시, 이방성 주상 물질의 사용, 또는 상위층내의 절연체는 상위층의 격리 때문에 불필요할 수 있다.
도 7A에서 알 수 있는 바와 같이, 대안적인 실시예에서 다수의 셀들(587)은 상위층(458)을 포함한다. 그러한 실시예들에서, 억제 매트릭스(588) 내에 배치된 다수의 셀들은 연속적 기록 매체(156) 상에 배치된다. 상술한 바와 같이, 상위층은 팁이 상위층에 접촉할 때 기록 매체 및/또는 팁에 물리적 손상을 방지하도록 선택된 물질을 포함할 수 있다.
도 6A 및 7A에서 알 수 있는 바와 같이, 매체 디바이스(450/550)는 선택적으로 매체 디바이스(450/550)의 표면상에 연속적 필름을 포함하는 루브리컨트(151)를 포함할 수 있다. 루브리컨트(151)는 매체 디바이스(550)의 표면상에 형성, 증착, 접착 또는 그렇지 않으면 배치, 위치 또는 적용될 수 있다. 일부 실시예에서, 루브리컨트(151)는 액상일 수 있는 반면, 다른 실시예에서는 몰리브덴 이황화물과 같은 비액상일 수 있다. 다른 실시예들에서, 루브리컨트(151)는 탄소 형태일 수 있다. 루브리컨트는 수많은 기술들을 사용하여 매체 디바이스의 표면에 적용될 수 잇다. 일 실시예에서, 루브리컨트는 증착 공정을 사용하여 매체 표면상에 증착될 수 있다. 다른 실시예에서, 루브리컨트는 매체의 표면상에 스프레이 될 수 있다.
바람직한 실시예에서, 루브리컨트 접착층(259)은 예를 들어 비결정질 탄소, 질화 비결정질 탄소, 수소화 비결정 탄소 및 DLC 등일 수 있으며, 매체 디바이스의 표면과 루브리컨트 사이에 배치된다. 루브리컨트는 다수의 폴리머 체인을 포함하는 단일층이며, 폴리머 체인은 루브리컨트 접착층과 결합하도록 구성된다. 폴리머 체인은 선택적으로 마찰 및 점착 중 하나 또는 모두의 결과로서 이탈되는것을 결딜 수 있도록, 또는 접촉(즉, 팁)에 대한 폴리머 체인들의 접착을 견딜 수 있도록 루브리컨트 접착층과 결합할 수 있다. 루브리컨트 접착층(259)은 루브리컨트가 결합할 수 있는 균일한 표면을 제공한다.
다른 실시예에서, 루브리컨트(151)는 예를 들어 첨가제를 가지는 폼블린 Z-DOL과같은 바운드 및 모바일 상태(phase) 모두를 가지는 단일 층일 수 있다. 상술한 바와 같이, 그러한 루브리컨트들은 상승된 온도에서 효과적인 자가치유 표면을 제공할 수 있다. 당업자는 팁과 매체 디바이스간의 원하는 관계를 제공하도록 채용될 수 있는 수많은 상이한 루브리컨트들을 이해할 것이며, 그리고 상기 수많은 기술들은 그러한 루브리컨트에 적용될 것이다.
매체 디바이스(450/550)는, 증착 챔버(예, CVD 챔버, PVD 챔버) 및/또는 퍼니스 등을 사용하여 필름 층의 증착 또는 성장을 위한 전통적인 반도체 제조 공정들을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 6A의 매체 디바이스(450)를 참조하면, 절연층(186), 하위층(154)이 기판(152) 상에 형성된다. 절연 물질(도 6B)과 기록 매체와 상위층(도 6F) 중 하나는 스택 상에 형성된다. 도 6C를 참조하면, 절연 물질이 스택 위에 형성되는 곳에서, 상기 절연 층은 비아(via)들을 가지는 억제 매트릭스(488)를 형성하도록 패턴화되며 에칭된다. 상기 비아들은 그런 다음 기록 매체 물질 및 상위층의 연속적인 형성에 의해 연속적으로 채워지게 되어, 다수의 셀(487)(도 6C 및 6D)을 이루게 된다. 대안적으로 도 6G에서 알 수 있는 바와 같이, 기록 매체 및 상위층 모두는 스택 상에 형성되며, 기록 매체 및 상위층은 패턴화 및 에칭되어 셀들(487)을 형성한다. 셀들(487) 아래에 배치되지 않은 하위층(154)은 노출된다. 절연 특성을 가지는 물질은 노출된 하위층 상에 증착 또는 형성되어, 억제 매트릭스(488)를 형성한다(도 6H). 매체 디바이스의 표면(450/550)은 예를 들어 증착 단계들 후에 CMP에 의해 상당히 평탄화될 수 있다(도 6C, 6D 및 6H). 도 6D를 참조하면, CMP 단계는 절연 매트릭스의 위의 과도한 상위층 물질을 제거한다. 도 6F-6H에 도시된 대안적인 공정에서, CMP 단계는 상위층의 상부에 과도한 절연 물질을 제거하는 데 사용된다(도 6H에서 도시됨). 루브리컨트 접착 층(259) 및 루브리컨트(151)는 그 다음 매체 디바이스(450)의 평탄화된 표면 상에 형성된다.
대안적으로, 매체 디바이스(450)는 CMP 보다는 드라이 에칭(dry etching) 또는 이온 밀링(ion milling)에 의해 평탄화될 수 있다.
도 6I를 참조하면, 아이언 밀링은 절연 매트릭스의 상부로부터 기록 매체 물질(456)을 제거하도록 효과적으로 수행될 수 있다. 이러한 공정은 예를 들어 GST가 기록 매체인 경우에, 이온 밀링의 비교적 높은 선택성이 GST 를 제거할 때 산화물/질화물로 프로세스 하기 때문에 이점을 가진다. 예를 들어, 각 셀이 1대1의 폭 대비 높이의 종횡비를 가지는 경우, 매체 디바이스(450)는 프로세싱 동안 매체 디바이스를 스트라이크하는 이온들의 입사각에 비해 크거나 또는 45도에서 배열될 수 있다. 셀들의 측벽들은 이온 충돌(ion bombardment)로부터 셀들 내의 GST를 마스크하여, 억제 매트릭스(488) 상에 증착된 GST를 제거하는 동안 셀(487) 내의 GST의 에칭을 방지한다. 이온 밀링은 도 6I에서 알 수 있는 바와 같이 비아에서 GST의 증착이 뒤따르며 도 6C와 6D에서 도시된 단계들 사이에 일어나며 뒤따르는 CMP 단계를 대체할 수 있다. 각 셀의 폭과 높이의 종횡비가 일대일이 아닐 경우, 매체 디바이스에 대해 수직방향과 이온 밀링 빔(690)의 방향 사이의 각도는 조절될 수 있으며, 따라서 캐버티(cavities)에 증착된 GST에 대한 보호를 제공하게 된다.
도 7A의 매체 디바이스(550)를 참조하면, 절연층(186), 하위층(154) 및 기록 매체(156)는 연속 층들로서 기판 상에 형성된다. 도 7B 및 7C를 참조하면, 절연 물질이 스택 상에 형성되는 경우(도 7B), 절연 물질은 비아들을 가지는 억제 매트릭스(588)를 형성하도록 패턴 및 에칭된다. 비아들은 그러면 비아들 내의 상위층을 형성함으로써 연속적으로 채워지고, 다수의 셀들(587)을 생성한다. 대안적으로, 상위층(558)이 스택 상에 형성되는 경우에(도 7D), 상위층(558)은 셀들(587)을 형성하도록 패턴화 및 에칭된다. 남아있는 상위층(558) 아래에 있지 않은 기록 매체(156)는 노출된다. 도 7E를 참조하면, 절연 특성을 가지는 물질은 억제 매트릭스를 형성하도록 노출된 기록 매체 상에 형성되거나 증착된다. 매체 표면은 CMP에 의해 상당히 평탄화될 수있다. 루브리컨트 접착층(259)과 루브리컨트(151)는 매체 디바이스의 평탄화된 표면 상에 형성된다.
도 6A와 7A에서 도시된 바와 같이, 억제 매트릭스(488/588)와 셀(487/587) 간의 인터페이스는 대체로 수직한 벽을 가지는 측벽이다. 그러한 상당히 수직한 벽들은 반응성 이온 에칭(RIE)과 같은 이방성 식각 공정에 의해 형성된다. 당업자는 거의 수직한 측벽들을 구비한 매체 디바이스를 형성하기 위한 수많은 기술을 이해할 수 있을 것이다. 그러나 도 6J를 참조하면, 수직(즉, 거의 90도)보다는 덜 경사진 측벽들을 형성하여 셀들(687)이 하위층(154)에서 테이퍼(taper)할 수 있다. 일 실시예에서, 셀(687)의 폭은 상부(즉, 셀/팁 인터페이스, 셀/루브리커트, 또는 셀/상위층 인터페이스의 최근접지점)에서 30nm이고 셀(687)의 스택 두께는 50nm이며, 한편 셀들(687)간의 피치는 대략 50nm이다. 최소 측벽 각은 기록 매체(656)와 하위층(154)가 충분한 전기적 접촉을 가지도록 형성되는 각으로써 정의될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 셀들(687)은 적어도 16 도로 테이퍼할 수 있다. 반도체 구조에서 테이퍼들을 가지는 측벽들을 형성하는 것은 다른 기술분야에서 공지되어 나노 임프린팅 리쏘그래피(NIL)를 포함하고, 포토레지스트 두께를 줄이고 절연 물질에 대한 선택도를 줄이는 수많은 기술들에 의해 달성된다.
셀(687)을 통하는 전류는 셀(687)의 모양에 의해 포커싱(focused)된다. 그러한 전류 포커싱은 신호 콘트라스트를 증가시킬 수 있으며, 예컨데 멀티 비트 기록의 로버스트니스(robustness)를 증가시킨다. 또한, 셀(687)은 기록 매체(656)와 하위층(154)의 인터페이스 근처를 테이퍼하기 때문에, 유전체는 상위층(658)을 포함하는 셀의 부분에 대하여 기록 매체(656)를 포함하는 셀의 부분 사이에서 더 큰 두께를 가진다. 기록 매체(656)의 단면 영역에 대한 절연 물질의 단면 영역의 더 높은 비율은 잠재적으로 낮은 열적 간섭을 의미할 수 있다.
매체 디바이스(450/550/650) 내에서의 패턴을 정의하는 것은 치수가 0.1um 미만인 윤곽 특성(delineating features)에 대한 기술을 필요로 한다. 바람직한 실시예에서, 나노 임프린팅 리쏘그래피(NIL)로서 알려진 공정 기술들은 매체 디바이스(450/550/650)에 대한 필요한 패턴들을 정의하는데 적용될 수 있다. 나노 스케일 얼라인먼트(nano-scale alignment)는 NIL 공정 기술들이 채용되는 구조들 및 제조 방법들에는 필요하지 않을 수 있다. NIL 공정 기술들은 열적 NIL, UV-NIL, 또는 스텝플래쉬 임프린팅 리쏘그래피(SFIL)를 포함할 수 있다. 그러한 공정 기술들은 합리적인 비용 및 합리적인 수율(throughput)로 10nm 보다 작은 치수들을 가지는 특성을 resolving 할 수 있다. 그러한 기술들을 적용하기 위한 몰드(mold)는 예를 들어 일렉트론 빔("e-빔") 리쏘그래피 또는 이온 빔 리쏘그래피로 제조될 수 있다. 다른 실시예들에서, 패턴들은 광학 리쏘그래피 기술들을 포함하는 일부 다른 공정 기술 또는 공정 기술 분류들을 사용하여 매체 디바이스(450/550/650)으로 이전될 수 있다. 그러한 기술들은 EUVL, 엑스레이 리쏘그래피, e-빔 리쏘그래피, 그리고 이온 빔 리쏘그래피를 포함한다. 멀티비트 기록이 사용되는 경우에, 패턴의 밀도는 덜 관계하며, 그리고 적용되는 패턴 이전 기술은 균일도 및 수율과 같은, 폭 이외의 다른 요소에 근거하여 선택될 수 있다. 당업자는 매체 디바이스(450/550/650)으로의 패턴들을 이전하기 위한 상이한 기술들의 적용에 대한 한계 및 이점들을 이해할 것이며 그러한 기술들에 적용될 수 있는 변형들을 이해할 수 있을 것이다. 그러한 변형들은 본 발명의 기술적 범위 내에 있는 것으로서 고려될 수 있다.
도 8A-8C는 본 발명에 따른 시스템 및 방법들의 실시예를 사용하기 위한 패턴화된 매체의 단면도들이다. 매체 디바이스(750/850)는 기판(152), 기판과 절연층(186) 위에 배치되는 연속적 하위층(즉, 하부 전극), 하위층 상에 형성되는 기록 매체(780/880)의 불연속층, 기록 매체 상에 형성되는 불연속 상위층(758/858)(즉, 탑 전극), 매체 디바이스의 표면상에 배치되는 루브리컨트(151), 그리고 루브리컨트와 매체 디바이스의 표면 사이에 배치되는 선택적인 루브리컨트 접착 층(259)를 포함한다. 상술한 바와 같이, 기판은 Si, GaAs, 또는 일부 다른 반도체 물질을 포함할 수 있다. 절연층(186)은 선택적으로 포함될 수 있고, 하부 전극(154)이 기판으로부터 절연되는 것이 바람직하다. 절연층(186)은 산화물 및 질화물 중 하나, 또는 열적 및 전기적 절연 특성들을 가지는 일부 다른 물질들을 포함함으로써, 기판(152)으로부터 기록 매체(780/880)를 절연한다.
도 8A를 참조하면, 일 실시예에서 매체 디바이스(750)는 억제 매트릭스(788) 내에 배치되는 다수의 셀들(787)을 포함한다. 다수의 셀들은 극성의존적인 메모리층(780)과 탑 전극(758)을 포함한다. 그러한 실시예들에서, 다수의 셀들(887) 및 억제 매트릭스(888)는 연속적 하부 전극(154) 상에 배치된다. 일 실시예에서, 하부 전극(154)는 텅스텐, 플라티늄, 금, 알루미늄 및 구리 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 하부 전극(154)을 형성하기 위해 선택된 물질이 접착 특성 및 증착 균일성 등과 같은 부가적인 특성들에 기반하여 선택되는 것이 바람직하다. 당업자는 하부 전극을 형성하기 위한 하나 이상의 선호되는 특성과 양호한 전기 전도성을 가지는 수많은 물질들을 이해할 수 있을 것이다. 비록, 기록 매체가 상 변화 물질을 포함하는 실시예에서만큼 효과적으로 열을 빼낼 필요는 없을지라도, 하부 전극(154)은 극성 의존적 메모리층을 통한 양호한 전기 전도성을 제공해야한다. 후러씬 낮은 전류가 매체 디바이스(750)에 적용될 수 있으며 극성 의존적 메모리층(780)은 기록 매체로서 사용되고 물질은 훨씬 낮은 온도로 (우연히) 가열된다. 극성 의존적 메모리층(780)은 이온 소스 층(784)과 고체 전해질 층(782)을 포함하는 불연속 층이다. 이온 소스층(784)과 고체 전해질 층(782)은 도 5A-5C를 참조하여 상술한 바와 같이 물질을 포함할 수 있다. 상술한 바와 같이, 하부 전극은 애노드(즉, 전해 회로에서 양의 전극)로서 역할하고, 그리고 양전압이 하부 전극(154)에 인가될 수 있거나, 또는 대안적으로 하부 전극(154)는 그라운드 될 수 있다. 도 8A에서 알 수 있는 바와 같이, 고체 전해질 층(782)은 이온 소스층(784) 상에 배치된다. 그러나, 다른 실시예들에서, 이온 소스층(784)은 고체 전해질 층(782) 상에 배치될 수 있다. 편의를 위해서, 비록 당업자는 극성 의존 메모리층(780/880)의 대안적인 구성들을 이해할 것이나, 도 8A (및 8D)의 실시예만 논의될 것이다.
탑 전극(758)은 극성 의존적 메모리층(780) 상에 배치되는 불연속 층이다. 탑 전극(758)은 극성 의존적 메모리층(780)으로부터 탑 전극(758)으로 이온들의 의도치 않은 이동을 방지하기 위한 이온 배리어를 제공해야한다. 상술한 바와 같이, 팁이 탑 전극과 접촉할 때, 탑 전극은 기록 매체 및/또는 팁으로의 물리적 손상을 방지하도록 선택되는 물질을 포함한다. 탑 전극(758)은 마모를 견딜 수 있는 물질을 포함할 수 있음으로 해서, 탑 전극(758) 및/또는 팁(142)의 수명을 연장한다. 바람직한 실시예에서, 탑 전극(758)은 예를 들어 내화성 금속(예, 몰리브데늄, 인듐, 플라티늄, 이리듐 및 이리듐 산화물 등)과 같은 높은 전도성을 가지는 물질을 포함한다. 그러나, 그러한 계열의 물질들은 매체 디바이스의 최대 온도에 의해 정의될 필요는 없는데 이는 극성 의존적 메모리층에서의 인디시아가 배타적이지 않게, 또는 전형적으로, 온도 의존적 공정의 결과이기 때문이다. 억제 매트릭스(788)에 의한 셀들(787)의 분리는 탑 전극(758)에 인가되는 전류의 션팅에 저항하여 그결과 탑 전극(758)은 낮은 수평 전도성을 가지는 물질을 포함할 필요가 없다. 그러나, 원할 경우 탑 전극은 낮은 전도 특성과 높은 경도 특성을 가지는 물질을 포함할 수 있다. 대안적으로, 탑 전극(758)은 상술한 상호증착막, 또는 유사 특성을 가지는 TiN 또는 MoN과 같은 일부 금속 질화물과 같은, 필름을 가로지르기보다는 보다 쉽게 통과하는 전류를 도통하는 이방성 주상 물질을 포함할 수 있다. TiN는 도통이 취약한 경도가 높은 물질이다.
상술한 바와 같이, 매체 디바이스(750)는 매체 디바이스(750)의 표면 상에 연속적인 필름을 포함하는 루브리컨트(151)를 선택적으로 포함할 수 있다. 루브리컨트(151)는 매체 디바이스(750)의 표면상에 형성, 증착, 접착 또는 그렇지 않으면 배치, 위치 또는 적용될 수 있다. 일부 실시예에서, 루브리컨트(151)는 액상일 수 있는 한편, 다른 실시예들에서는 몰리브덴 이황화물과 같은 비액상일 수 있다. 또한 다른 실시예에서는, 루브리컨트는 탄소 형태일 일 수 있다. 루브리컨트는 수많은 상이한 기술을 사용하여 상위층(158)에 가해질 수 있다. 일 실시예에서, 루브리컨트는 증착 공정을 사용하여 매체 디바이스(750)의 표면에 증착될 수 있다. 또 다른 실시예에서는, 루브리컨트는 매체 디바이스(750)의 표면에 스프레이 될 수 있다.
바람직한 실시예들에서, 예를 들어 비결정질 탄소, 질화 비결정질 탄소, 수소화 비결정질 탄소 및 DLC와 같은 루브리컨트 접착 층(259)은 매체 디바이스(750)의 표면과 루브리컨트(151) 간에 배치된다. 루브리컨트 층은 복수의 폴리머 체인을 포함하는 단일층이며, 상기 폴리머 체인은 루브리컨트 접착층(259)과 결합하도록 구성된다. 폴리머 체인은 선택적으로 루브리컨트 접착층에 결합하여 폴리머 체인들의 접착이 접촉(즉, 팁(142))에 대해 견뎌내도록 하거나 상기 접촉과의 마찰(friction) 및 점착성(stiction) 모두 또는 그 중 하나에 의해 이동하지 않을 수 있도록 한다. 루브리컨트 접착층은 루브리컨트가 결합될 수 있는 균일한 표면을 제공한다.
다른 실시예에서, 루브리컨트(151)가 바운드 및 이동 단계 모두를 가지는 단일층일 수 있다. 예를 들면, 첨가제를 가진 폼블린 Z-DOL일 수 있다. 상술한 바와 같이, 그러한 루브리컨트들은 높아진 온도에서 효과적인 자가치유 표면(self-healing surfaces)을 제공할 수 있다. 당업자는, 팁과 매체 디바이스(750/850) 간에 목적하는 관계를 제공하는데 채용될 수 있는 수많은 상이한 루브리컨트들을 이해할 이며, 이러한 상이한 기술들은 그러한 루브리컨트(151)에 적용될 수 있다.
매체 디바이스(750)는 예를 들어 증착 챔버(예, CVD(chemical vapor deposition) 챔버, PVD(plasma vapor deposition) 챔버) 및/또는 퍼니스를 사용함에 이어 필름 층들의 증착 또는 성장, 그리고 선택된 필름층들 내에 패턴들을 식각하여 불연속 층들의 형성을 위한 종래의 반도체 제조 공정을 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 도 8A의 매체 디바이스(750)을 참조하면, 절연층(186)과 하부 전극(154)은 연속 층들로서 기판(152) 상에 형성된다. 극성의존적 메모리 층(780)과 탑 전극(758) 모두와 절연 물질 중 하나는 하부 전극 상에 형성된다. 도 8B와 8C를 참조하면, 바람직한 실시예에서 극성 의존적 메모리 층(780)과 탑 전극(758)은 하부 전극(154) 상에 형성된다. 극성 의존 메모리 층(780)과 탑 전극(758)은 패턴화 및 식각되어 셀들(787)을 형성한다. 셀들(787) 하에 있지 않는 하위층(154)은 노출된다. 절연 특성들을 가지는 물질은 증착되거나 또는 노출된 하위층 상에 형성되어, 억제 매트릭스(788)를 이룬다. 대안적으로, 상기 절연 물질이 하부 전극(154) 사에 형성되는 곳에서, 절연 층은 비아들을 가지는 억제 매트릭스(788)을 형성하도록 패턴화 및 식각된다. 비아들은 그런 다음 극성 의존적 메모리층(780)(상술한 바와 같이 다중 프로세싱 단계들을 필요로 하는) 및 탑 전극(758)의 연속적인 형성에 의해 연속적으로 채워져, 다수의 셀들(787)을 형성하게 된다. 매체 디바이스(750)의 표면은 CMP에 의해 상당히 평탄화될 수 있다. 루브리컨트 접착 층(259)과 루브리컨트(151)는 그 다음 매체 디바이스(750)의 평탄화된 표면 상에 형성된다.
도 8A에서 알 수 있는 바와 같이, 억제 매트릭스(788)와 셀(787) 간의 인터페이스는 매체 디바이스(750)의 평면에 대해 거의 수직한 배열을 가지는 측벽이다. 그러한 거의 수직한 벽들은 반응성 이온 에칭(RIE)과 같은 이방성 식각 공정에 의해 형성된다. 당업자는 거의 수직한 측벽들을 구비한 매체 디바이스를 형성하기 위한 수많은 기술을 이해할 수 있을 것이다. 그러나 도 8D를 참조하면, 수직(즉, 거의 90도)보다는 덜 경사진 측벽들을 형성하여 셀들(887)이 하부 전극(154)에서 테이퍼(taper)하게 된다. 일 실시예에서, 셀(887)의 폭은 상부(즉, 셀/팁 인터페이스, 셀/루브리커트, 또는 셀/상위층 인터페이스의 최근접지점)에서 30nm이고 셀(887)의 스택 두께는 50nm이며, 한편 셀들(887)간의 피치는 대략 50nm이다. 최소 측벽 각은 기록 매체(856)와 하위층(154)이 충분한 전기적 접촉을 가지도록 형성되는 각으로써 정의될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 셀들(887)은 적어도 16 도로 테이퍼할 수 있다. 반도체 구조에서 테이퍼들을 가지는 측벽들을 형성하는 것은 다른 기술분야에서 공지되어 나노 임프린팅 리쏘그래피(NIL)를 포함하고, 포토레지스트 두께를 줄이고 절연 물질에 대한 선택도를 줄이는 수많은 기술들에 의해 달성된다.
셀(887)을 통과하는 전류는 셀(887)의 모양에 의해 포커싱된다. 그러한 전류 포커싱은 신호 콘트라스트를 증가시킬 수 있으며, 예컨데 멀티 비트 기록의 로버스트니스(robustness)를 증가시킨다. 또한, 셀(887)은 기록 매체(856)와 하위층(154)의 인터페이스 근처를 테이퍼하기 때문에, 유전체는 상위층(858)을 포함하는 셀의 부분에 대하여 기록 매체(856)를 포함하는 셀의 부분 사이에서 더 큰 두께를 가진다. 기록 매체(856)의 단면 영역에 대한 절연 물질의 단면 영역의 더 높은 비율은 잠재적으로 낮은 열적 간섭을 의미할 수 있다.
상술한 바와 같이, 패턴들은 바람직한 실시예에서 NIL을 적용함으로써 매체 디바이스(750/850) 내에서 정의될 수 있다. 다른 실시예들에서, 패턴들은 광학 리쏘그래피 기술들을 포함하는 일부 다른 공정 기술 또는 공정 기술 분류들을 사용하여 매체 디바이스(750/850)으로 이전될 수 있다. 그러한 기술들은 EUVL, 엑스레이 리쏘그래피, e-빔 리쏘그래피, 그리고 이온 빔 리쏘그래피를 포함한다. 위에서 언급한 바와 같이, 나노 스케일 얼라인먼트는 NIL 공정 기술들이 채용되는 구조들 및 제조 방법에서는 요구되지 않을 수 있다. 멀티비트 기록이 사용되는 경우에, 패턴의 밀도는 덜 관계하며, 그리고 적용되는 패턴 이전 기술은 균일도 및 수율과 같은, 폭 이외의 다른 요소에 근거하여 선택될 수 있다. 당업자는 매체 디바이스(750/850)으로의 패턴들을 이전하기 위한 상이한 기술들의 적용에 대한 한계 및 이점들을 이해할 것이며 그러한 기술들에 적용될 수 있는 변형들을 이해할 수 있을 것이다. 그러한 변형들은 본 발명의 기술적 범위 내에 있는 것으로서 고려될 수 있다.
다른 실시예들에서, 연속적인 매체와 유사하게 패턴화된 매체가 채용되는 경우에, 기록 매체는 극성 의존적 메모리층 또는 상변화 물질이 아닌 물질일 수 있다. 예를 들어, 매체 디바이스는 전하 저장 유형 매체일 수 있다. 전하 저장 매체는 유전체에 전하를 트랩(trap)함으로써 데이터를 저장한다. 따라서, 전하 저장 매체에 대해서, 매체는 기록 상태일 때 전하들을 트랩하는 유전 물질일 것이다. 미기록 상태로 매체를 돌려놓는 것은 단순히 트랩된 전하의 제거를 필요로 한다. 예를 들어, 양의 전류는 매체에 전하들을 저장하는데 사용될 수 있다. 음의 전하는 매체로부터 저장된 전하를 제거하는데 사용될 수 있다.
억제 매트릭스 내의 셀들을 격리하는 것은 션팅을 상당히 최소화할 수 있어, 잠재적으로는 신호대잡음비를 증가시킨다. 높은 신호대 잡음비가 기록 데이터에 대한 멀티 비트 기록 방식을 적용하는 시스템의 로버스트니스를 개선할 수 있다. 인디시아 당 두개의 비트들을 저장하기 위해서 최소 4 개의 저항 레벨이 필요하다(00, 01, 10, 11). 서로로부터 전기적으로 격리된 셀들을 형성하기 위한 패터닝 매체는 충분한 신호대 잡음비를 제공하여 극성 의존적 메모리 물질뿐 아니라, GST 또는 다른 상 변화 물질들을 포함하는 기록 매체의 4 레벨 기록을 달성한다.
서보 및 타이밍 정보를 정의하는 패턴 매체
패터닝 단계의 포함은 서보 정보 및 타이밍 정보가 전체적 패턴 내에 사전 정의되도록 하는 이점을 제공할 수 있다. 사전 정의된 서보 정보 및 타이밍 정보는 연속적 매체로 서보 및 타이밍 정보를 쓰기 위한 필요를 제거함으로써 제조 공정을 단순화 할 수 있다. 사전 정의된 서보 정보 및 타이밍 정보를 포함하는 것은 또한 그러한 정보의 포지셔닝에 있어 편차를 감소시키며, 서보 기술을 단순화하여 데이터를 찾고 복구하는 것을 보다 로버스트하게 만든다.
본 발명에 따른 패턴화된 정보를 정의하는 시스템 및 방법의 실시예에 있어서, 타이밍 정보는 패턴의 피치에 포함될 수 있다. 예를 들어, 만약 셀간 영역이 상대적으로 높은 저항값(Rmax)이고 그리고 기록 매체가 항상 셀들간 영역보다 낮은 저항값(예, 0.1Rmax 내지 0.8Rmax와 같은 범위)을 가지도록 프로그램된다면, 그러면 셀 상의 팁의 포지셔은 팁에서부터 기록 매체로 흐르는 전류가 최소값 이상임을 감지함으로써 검출될 수 있다. 실시예에서, 클럭 정보는 비트 주파수의 두배(또는 일부 다른 배수) 일 수 있어 주파수 식별(frequency discrimination)이 저항 레벨 시프팅과 결합하여 클럭을 검출하는 것에 대해 가능하다. 이것은 셀프클럭을 위한 단순한 기술을 제공하여 데이터의 쓰기 및 읽기를 제어하도록 하며, 스캐닝 속도는 제때에 지터링한다.
대안적인 실시예에서, 팁 전류는 상기 팁이 셀 상에 있을 때 "high" 값으로서 측정하고 상기 팁이 셀들간에 있을 때에는 "low" 값을 측정하는 디지털 신호를 형성하도록 비교 회로에 의해 감자될 수 있다.매체에 대한 팁의 이동시, 디지털 신호의 주기(period)가 피드백 신호로써 측정 및 사용될 수 있어 속도를 제어하게 된다. 보다 정확함을 위해서, 여러 팁들로부터의 여러 비교 회로 출력을 평균할 수 있다.
패터닝 단계가 서보 및 타이밍 정보에 대응하는 수많은 상이한 특징들을 정의하도록 적용될 수 있다. 그러한 특징은 디지털 정보를 인코딩하기 위한 셀들을 제거함으로써 간단히 마스터 패턴으로 설계될 수 있다. 읽기전용(RO) 셀들은 읽기/쓰기 셀들 대신에 패턴화될 수 있다. RO 셀들은 매체 표면과 언더레이 또는 기판 사이의 낮은 저항을 형성하면서 완전히 전도성인 영역으로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, RO 셀은 기록 매체를 가지는 셀에서 가능한 최저 인디시움보다 더 낮은 값으로 설정될 수 있다. 데이터 셀들의 라인에 삽입된 RO 셀 또는 일련의 RO 셀들은 쉽게 검출될 수 있다. 또한 신호대 잡음비의 검출이 개선될 수 있다. 트랙 ID(Track ID) 정보와 싱크 마크(sync mark)는 데이터 쓰기 및 읽기에 있어 에러들을 방지하고 검증 포지셔닝으로 서보를 지원하도록 데이터 셀들과 직렬로 포함될 수 있다. RO 셀 패턴들내에서의 트랙 ID 및 싱크 패턴들을 저장함으로써, 팁이 항상 원하는 트랙에 있어 적절한 다운 트랙 영역에서 시작할 수 있음을 검증하는 것이 가능하다. 트랙 ID와 싱크 패턴의 여러 카피들은 팁이 셀들과 일렬로 유지될 수 있도록 다운 트랙 방향을 따라 간격을 가질 수 있다.
시스템 및 방법의 대안적인 실시예는 RO 셀들을 포함하는 방법들 및 시스템들에 비해 감소된 마스크 단계를 가지는 것으로 적용될 수 있다. 그러한 실시예에서, 일부 매체 셀들은 프로그래밍되어 셀들이 쉽게 변화할 수 있어 그 결과 "한번기록(write-once:WO)" 셀로서 기능하도록 한다. 예를 들어, 극성의존적 메모리 층을 포함하는 기록 매체는 매우 낮은 저항(예, 약 1mA의 큰 전류를 가지는 100옴의 크기, 정규 쓰기 전류는 100 미만임)을 형성하도록 쓰여질 수 있다. 그러한 실시예들에서, 오프트랙 서보 버스트 패턴들은 팁들을 정렬시켜 다운트랙 포지션 식별을 돕도록 채용될 수 있다. 서보 트래킹의 도움으로, 특정 그룹의 셀들은 상기 매체 셀들로 원하는 트랙 ID 및 다른 정보를 영구적으로 씀으로써 포맷될 수 있다. 그러한 방법들 및 시스템들은, 개선된 신호대잡음비를 달성할 수 있으며 데이터 셀들을 생략함으로써 싱크 및 ID 정보를 인코딩하는 기술상에 싱크 및 ID 정보를 인코딩하는 효율을 개선한다. 그러한 방법을은 또한 그러한 영역들에 팁의 초기 트래버스(initial traverse)에서 큰 쓰기 전류를 가함으로써 서보 버스트 패턴들을 증진하는데 사용될 수 있으며, 리드백 품질을 개선한다.
패터닝 단계는, 전용 서보 사용을 위한 분리된 영역들에 선택적으로 위치하거나 데이터 패턴들과 인터믹스(intermix)되도록, 예들 들어 프래이밍 마크(framing marks), 싱크 마크, 트랙 ID 코드, 그리고 서보 버스트 패턴들과 같은 특별한 특징들을 부가하는 것을 허용할 수 있다. 프레이밍 마크는 데이터 트랙의 시작과 끝의 식별이 가능하게 한다. 싱크 마크는 데이터 트랙 영역의 식별이 가능하도록 한다. 트랙 ID는 트랙 그룹에서 개별 트랙의 식별이 가능하게 한다. 하나 이상의 트랙들 내의 그러한 서보 및 타이밍 정보 배치의 실시예는 도 11A에 나타나 있다. 도면은, 트랙상에 정렬된 팁을 유지하기 위한 PES 블록들, 타이밍을 위한 싱크 마크 블록들, 그리고 트랙 ID 블록들을 포함한다. 서보 및 타이밍 정보는 타이밍과 포지셔닝을 위한 원하는 또는 필요한 레벨의 프로세싱을 달성하도록 구성될 수 있다. 도 11A에 도시된 서보 및 타이밍 정보 배열은 수많은 구성의 하나일 분이다. 다른 실시예들에서는, 더 적거나 많은 블록들이 원하는 결과를 달성하도록 유사하게 또는 상이하게 구성될 수 있다. 예를 들어, 전용 서보 구조가 데이터 저장 구조와 함께 사용되는 경우에, 데이터 저장 구조 설계는 서보 및 타이밍 정보에 전용한 더 적은 수의 블록들을 구비하는 것이 바람직할 수 있다. 다수의 팁들을 형성하는데 있어서의 정확도는 PES 블록으로서의 그러한 정보의 사용을 다소 중요하게 만들면서, 서보 및 타이밍 구성에 영향을 미칠 수가 있다. 또한, 상기 구성은 요소들의 필수적인 조합을 내포하도록 의도되지 않는다. 예를 들어, 트랙 ID 블록은 PES 블록보다 상위에 위치하거나 PES 블록이 뒤따를 필요는 없으며, 사용자 데이터 블록은 다중 싱크 마크 블록들을 포함할 필요가 없다.
도 11B는 다수의 트랙들에 걸친 사용자 데이터 블록 내에 구성된 트랙 ID 블록의 확대도이다. 알 수 있는 바와 같이, 사용자 데이터 블록은 두 레벨의 정보(저 저항 상태(990)와 고 저항 상태(992))포함할 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이 각 셀(또는 후술하는 바와 같이 믹스된 연속/패턴화된 매체 내의 도메인)은 실제로 단일 셀(또는 도메인)에 두 개 이상의 비트들을 저장하도록 다수의 저항 레벨 또는 저항 상태들의 범위를 가질 수 있다. 도시된 트랙 ID 블록은 트랙의 길이를 가로질러 읽힐 때 트랙 번호를 결정하도록 사용될 수 있는 저 자항 셀들(또는 도메인들)(994)의 패턴을 포함한다. 트랙 ID 블록은, 트랙을 충분하게 식별하는데 필요한 만큼 많은 이용가능한 표면을 트랙을 따라 스팬(span)하여, 트랙 ID 블록은 도 11B에 도시된 것보다 적거나 많은 셀들(또는 도메인들)을 포함할 수 있다.
도 11C 및 11D는 다수의 트랙들을 횡단하는 사용자 데이터 블록 내의 싱크 마크의 예들의 확대도이다. 싱크마크들은 바람직하게는(비록 필수적이지는 않지만) 트랙을 횡단하는 균일한 패턴으로 구성될 수 있다. 그러나, 싱크 마크들은 보여질 수 있는 것보다 훨씬 많은 조합의 싱크 마크 블록의 트랙와이즈 길이를 따라 저저항 셀들(또는 도메인들)을 포함할 수 있다. 도 11D에서 알 수 있는 바와 같이, 저저항 셀들(또는 도메인들)은 서로 인접하게 구성될 필요가 없다. 싱크 마크 블록 내에 싱크 마크를 정의하는 저저항 셀들(또는 도메인들)의 구성 및 수는 바람직하게는 높은 신호대잡음비를 가지는 신호를 생산하도록 다수의 요소들에 근거해서 결정될 수 있다. 또한, 싱크 마크 블록의 길이는 도 11C 및 11D에서 도시된 싱크 마크 블록들로부터 변활 수 있다.
서보 시스템은 팁들을 트랙의 중심에 유지하도록(그결과 셀들 또는 도메인들) 메카니즘을 감지하는 트랙 포지션을 포함할 수 있다. 디스크 드라이브 산업에서의 서보 포지션 정보를 제공하는 일반적인 방법은 매 N 데이터 비트들마다 서보 패턴들의 A-B-C-D 버스트들을 삽입하여 PES(position error signal)의 디모듈레이션(demodulation)을 가능하게 한다. 이러한 방법들은 데이터 트랙으로부터 상이한 오프 트랙 거리들로 그룹의 마크들을 배치하는 것을 필요로 한다. 이러한 영역들을 통해 팁이 통과할 때 상대 크기 또는 타이밍 정보는 오프트랙 거리에 비례하여 신호를 형성하도록 디모듈레이트 될 수 있다. 패턴화된 매체가 없을 경우에, 이러한 마크들은 서보 라이터 또는 셀프 서보 쓰기 방법을 사용하여 상기 매체로 쓰여져야 한다. 종종 이것은 부가적인 포지션 센서들을 필요로 하여 마크들을 배치하고 그리고 저장 디바이스의 복잡성에 부가할 수 있다. 도 11E는 A-B-C-D 버스트들에 대응하는 저 저항 셀들(또는 도메인)을 구비하는 그러한 PES 버스트 구성의 확대도이고, 상기 구성에서 각 버스트는 트랙을 따라 서로 인접하는 두개의 저 저항 셀들(또는 도메인들)에 의해 표현된다.
셀들 상에 팁을 중심으로 유지시키는 어크로스 트랙 포지셔닝 감지 메카니즘의 대안적인 실시예가 도 11F에 도시되어 있다. 매체의 패턴화는 낮은, 가변의, 가변된 저항 라인의 정의를 가능하게 한다. 도 11F의 서보 구성은 지그재그 패턴으로 구성된 4개의 PES 라인들(996)을 포함하며, 제 1 및 제 2 라인(페이지의 좌측에서부터 우측으로)은 서로 인버스하게 패턴화되고 제 3 및 제4 라인은 서로 인버스하게 패턴화되며, 상기 제 1 및 제 2 라인에 대해 위상이 다르다. 트랙을 트래버싱하는 팁은 싱크 마크를 인카운터하고 싱크 마크와 라인들(라인으로서 트랙을 횡단하여 지그재그로 변함) 사이의 타이밍을 검출할 수 있어 라인들을 따라 팁이 어디에서 포지셔닝해야하는지, 어디에서 트랙(들)을 어크로스 할지를 결정할 수 있다. 도 11E 및 11F의 PES 구성은 단지 예시이며, 당업자는 본 발명에 따른 시스템 및 방법들의 실시예에서 채용될 수 있는 수많은 PES 셀들(또는 도메인들), 하나 이상의 트랙들을 횡단하는 팁의 정밀한 포지셔닝을 식별하기 위한 라인들 또는 다른 특징들을 이해할 것이다.
또한, 억제 매트릭스 내의 격리된 셀들은 짙어 노이즈를 감소시키는데, 이는 팁의 진동 및 이동으로 인한 읽기와 쓰기 사이에 발생하는 에러의 전파를 감소시키면서, 비트들 간의 각 트랜지션이 사전 정의되기 때문이다. 사전 정의된 패턴의 노이즈 및 가변성은 팁의 메카니즘에 기인한 노이즈 및 가변성보다 현저하게 더 작을 수 있다.
부분적으로 패턴화된 매체
다른 실시예들에서, 데이터 저장을 위한 연속적 매체를 제공함으로써, 상기 연속적 매체에 서보 및 타이밍 정보를 쓸 필요를 없애며, 상기 연속적 매체에 의해 제한되는 데이터 저장의 최대 밀도를 가능하게 하면서, 패턴화 단계가 서보 정보와 타이밍 정보를 정의하도록 포함되는 것이 바람직할 수 있다.
상술한 바와 같이, 바람직한 실시예에서, 서보 및 타이밍 패턴들은 NIL를 적용함으로써, 또는 대안적으로 EUVL, 엑스레이 리쏘그래피, e-빔 리쏘그래피, 그리고 이온 빔 리쏘그래피를 포함하는 공정 기술들 또는 일부 다른 공정 기술을 사용하여 매체 디바이스 내에 정의될 수 있다. 저장 밀도와 비용 그리고 패턴 이전 기술의 로버스트니스 사이의 이점을 고려하여 기술이 선택될 수 있다. 당업자는 그러한 기술들에 적용될 수있는 변경들을 이해할 것이며 매체 디바이스에 서보 및 타이밍 패턴들을 이전하기 위한 상이한 기술들을 적용하는데에 있어 한계 및 이점을 이해할 것이다. 그러한 변경들은 본 발명의 사상 내에 속하는 것이다.
패턴화된 서보 및 타이밍 정보 및 연속적 매체의 하이브리드 솔루션을 포함하는 그러한 실시예에 있어서, 기록 매체는 상술한 바와 같이, 상 변화 물질 또는 극성 의존적 메모리 층 또는 대안적으로는 전하 저장 타입 매체와 같은 일부 다른 매체일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 패턴화된 매체내의 정보를 정의하기 위한 시스템 및 방법의 실시예에 있어서 타이밍 정보는 패턴의 피치에 포함될 수 있다. 예를 들어, 만약 셀간 영역이 상대적으로 높은 저항값(Rmax)이고 그리고 기록 매체가 항상 셀들간 영역보다 낮은 저항값(예, 0.1Rmax 내지 0.8Rmax와 같은 범위)을 가지도록 프로그램된다면, 그러면 셀 상의 팁의 포지셔은 팁에서부터 기록 매체로 흐르는 전류가 최소값 이상임을 감지함으로써 검출될 수 있다. 이것은 셀프클럭을 위한 단순한 기술을 제공하여 데이터의 쓰기 및 읽기를 제어하도록 하며, 스캐닝 속도는 제때에 지터링한다.
대안적인 실시예에서, 팁 전류는 상기 팁이 셀 상에 있을 때 "high" 값으로서 측정하고 상기 팁이 셀들간에 있을 때에는 "low" 값을 측정하는 디지털 신호를 형성하도록 비교 회로에 의해 감자될 수 있다. 매체에 대한 팁의 이동시, 디지털 신호의 주기(period)가 피드백 신호로써 측정 및 사용될 수 있어 속도를 제어하게 된다. 보다 정확함을 위해서, 여러 팁들로부터의 여러 비교 회로 출력을 평균할 수 있다.
읽기전용(RO) 셀들은 또한 읽기/쓰기 셀들 대신에 패턴화될 수 있다. RO 셀들은 매체 표면과 언더레이 또는 기판 사이의 낮은 저항을 형성하면서 완전히 전도성인 영역으로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, RO 셀은 기록 매체를 가지는 셀에서 가능한 최저 인디시움보다 더 낮은 값으로 설정될 수 있다. 데이터 셀들의 라인에 삽입된 RO 셀 또는 일련의 RO 셀들은 쉽게 검출될 수 있다. 또한 신호대 잡음비의 검출이 개선될 수 있다. 트랙 ID(Track ID) 정보와 싱크 마크(sync mark)는 데이터 쓰기 및 읽기에 있어 에러들을 방지하고 검증 포지셔닝으로 서보를 지원하도록 데이터 셀들과 직렬로 포함될 수 있다. RO 셀 패턴들내에서의 트랙 ID 및 싱크 패턴들을 저장함으로써, 팁이 항상 원하는 트랙에 있어 적절한 다운 트랙 영역에서 시작할 수 있음을 검증하는 것이 가능하다. 트랙 ID와 싱크 패턴의 여러 카피들은 팁이 셀들과 일렬로 유지될 수 있도록 다운 트랙 방향을 따라 간격을 가질 수 있다.
상기와 같이, 시스템 및 방법의 대안적인 실시예는 RO 셀들을 포함하는 방법들 및 시스템들에 비해 감소된 마스크 단계를 가지는 것으로 적용될 수 있다. 그러한 실시예에서, 일부 매체 셀들은 프로그래밍되어 셀들이 쉽게 변화할 수 있어 그 결과 "한번기록(write-once:WO)" 셀로서 기능하도록 한다. 예를 들어, 극성의존적 메모리 층을 포함하는 기록 매체는 매우 낮은 저항(예, 약 1mA의 큰 전류를 가지는 100옴의 크기, 정규 쓰기 전류는 100 미만임)을 형성하도록 쓰여질 수 있다. 그러한 실시예들에서, 오프트랙 서보 버스트 패턴들은 팁들을 정렬시켜 다운트랙 포지션 식별을 돕도록 채용될 수 있다. 서보 트래킹의 도움으로, 특정 그룹의 셀들은 상기 매체 셀들로 원하는 트랙 ID 및 다른 정보를 영구적으로 씀으로써 포맷될 수 있다. 그러한 방법들 및 시스템들은, 개선된 신호대잡음비를 달성할 수 있으며 데이터 셀들을 생략함으로써 싱크 및 ID 정보를 인코딩하는 기술상에 싱크 및 ID 정보를 인코딩하는 효율을 개선한다. 그러한 방법을은 또한 그러한 영역들에 팁의 초기 트래버스(initial traverse)에서 큰 쓰기 전류를 가함으로써 서보 버스트 패턴들을 증진하는데 사용될 수 있으며, 리드백 품질을 개선한다.
상기와 같이, 패터닝 단계는, 전용 서보 사용을 위한 분리된 영역들에 선택적으로 위치하거나 데이터 패턴들과 인터믹스(intermix)되도록, 예들 들어 프래이밍 마크(framing marks), 싱크 마크, 트랙 ID 코드, 그리고 서보 버스트 패턴들과 같은 특별한 특징들을 부가하는 것을 허용할 수 있다. 프레이밍 마크는 데이터 트랙의 시작과 끝의 식별이 가능하게 한다. 싱크 마크는 데이터 트랙 영역의 식별이 가능하도록 한다. 트랙 ID는 트랙 그룹에서 개별 트랙의 식별이 가능하게 한다. 모든 이러한 패턴들은 단순히 디지털 정보를 인코딩하기 위한 셀들을 제거함으로써 마스터 패턴으로 설계될 수 있다.
도 11A를 참조하면, 패턴화된 서보 및 타이밍 정보 및 연속적 매체의 하이브리드 솔루션이 채용되는 그러한 실시예들에서, 사용자 데이터 블록들 내에서 정의되는 셀은 없거나 거의 없다. 비록 트랙의 폭을 반드시 횡단할 필요는 없으나, 적어도 트래버스 방향에 있는 트랙의 길이를 따라, 연속적 매체는 사용자 데이터의 증가된 밀도들에 대해서 사용될 수 있다.
금속 캔틸레버 팁(METAL CANTILEVERED TIPS)의 형성
본 발명에 따른 시스템 및 방법에 사용하기 위한 캔틸레버 팁의 실시예 및 캔틸레버 팁을 형성하는 방법이 도 9A 내지 9B에 도시된다. 그러한 팁(242/342)의 실시예들은 자가 배치(self-deployable) 가능하며 전도성 금속 또는 금속 합금을 포함하는 접촉 표면들(243/343)을 포함할 수 있다. 팁들(242/342)은 캔틸레버(241)에 의해 플랫폼(244)과 실시가능하게 연결되며, 바이어스되어 팁들(242/342)이 매체 표면에 대해(예, 표면상의 루브리컨트(151)) 압박되도록 한다. 상기 바이어스된 캔틸레버(241)는 팁(242/342)과 관련하여, 프록시멀 말단(proximal end)에서 연결되고 디스털 말단(distal end)에서 끊어져, 매체 디바이스(150/350)와의 전기적 통신이 유지되는 동안 플랫폼(244)에 대한 수직평면으로 팁(242/342)이 움직일 수 있도록 한다.
도 9A를 참조하면, "레인포스된" 팁(242)로서 본 명세서에서 언급되는 팁(242)의 실시예가, 상 벼화 물질(예, GST)을 포함하는 기록 매체(156)를 가지는, 도 1A 내지 1C에서와 같은 매체 디바이스(150)와 전기적 통신하는 것으로 도시되어 있다. 팁(242)은 캔틸레버(241)가 매체 디바이스(150)의 표면에 대해 바이어스를 적용할 수 있는 리프 스프링(leaf spring)을 형성하도록, 적용된 스트레스 그라디언트(stress gradient)를 가질 수 있는 물질을 포함하는 캔틸레버(241)에 의해 팁 플랫폼(244)와 연결된다. 팁(242)은 접촉 표면(243)을 포함한다. 접촉 표면을 형성하는 전기적 전도층은 전기적으로 전도성이고 바람직하게는 플라티늄, 이리듐, 그러한 금속들의 합금, 또는 다른 물질 또는 금속 합금과 같은, 물질층을 포함한다. 접촉 표면은 약 10nm와 200nm 사이의 두께를 가질 수 있다. 접촉 표면(243) 뒤의 팁(242)의 후면(245)(팁-매체표면 인터페이스에 대한)은 움푹 들어간 모양(indented shape)이며, 후면(245) 내의 들어간 곳은 접촉 표면(243)의 모양과 거의 같다. 실리콘(174) 또는 다른 보강 물질의 부분은, 팁-매체 표면 인터페이스의 힘으로 인한 팁(242)의 구부러짐 및 변형을 견디면서, 팁(242)에 기계적 강도를 제공하도록 후면(245) 상에 배치된다. 유전체(175) 절연층, 예를 들어 이산화실리콘은 실리콘과 후면(245) 사이에 배치되는 것으로 도시된다. 그렇게 보강된 팁(242)의 안정성은 상당히 높아지고, 사용하는 동안 마모와 손상을 견딜 수 있게 된다.
팁 플랫폼(244)으로 보강된 팁(242)와 실시가능하게 연결되는 캔틸레버(241)는 수많은 상이한 금속들 및 금속 합금들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 캔틸레버(241)는 니켈, 크롬, 몰리브덴, 일부 다른 금속들 및 합금들을 포함할 수 있다. 캔틸레버 물질은 보강된 팁(242)과 팁 플랫폼(244)(및 관련 구조들)의 제조 동안 적용되는 부합하는 공정 단계들과 호환성 및 양호한 전기 전도성, 높은 항복강도(yield strength)를 가지도록 선택되어야 한다. 캔틸레버는 약 100nm 내지 1000nm 그리고 바람직하게는 250nm와 500nm 사이의 두께를 가질 수 있다.
도 9A는 보강 팁(242)이 포지셔닝되어 보강 팁(242)이 매체 디바이스(150)의 표면과 접촉하게 되는 것을 보여준다. 보강 팁(242)과 매체 디바이스(150)는 본 발명에 따른 시스템의 실시예 부분을 포함한다. 그러나, 다른 실시예들에서 시스템은 GST를 포함하는 기록 매체, 또는 패턴화된 또는 비패턴화된 극성 의존적 메모리층을 포함하는 기록 매체를 가지는 패턴화된 매체 디바이스와 같은, 일부 다른 매체 디바이스와 실시가능하게 연결되는 보강팁(242)를 포함할 수 있다. 다수의 매체 디바이스들이 여기서 설명되었으며, 그로부터 수많은 다른 매체 디바이스들을 생각할 수 있다. 모든 그러한 디바이스들은 본 발명의 시스템 및 방법들의 실시예의 범위 내에 속하는 것이다. 그러한 시스템 및 방법은 도 9A에서 도시된 특정 기하학적 구조로 한정되지 않는다. 다양한 변형들은 본 명세서에 개시된 것들을 이해함으로써 당업자에게 자명할 것이다.
도 9B를 참조하면, 본 명세서에서 "할로우(hollow)" 팁(342)으로서 언급되는 팁(342)의 대안적인 실시예가, 극성 의존적 메모리층을 포함하는 기록 매체(380)을 구비하며, 도면 5A 내지 5C에 도시된 것과 같은 매체 디바이스(350)와 전기적으로 통신한다. 상기와 같이, 팁(342)은 캔틸레버(241)이 표면에 대한 바이어스를 가할 수 있는 리프 스프링을 형성하도록 인가되는 스트레스 그라디언트를 가질 수 있는 물질을 포함하는 캔틸레버(241)에 의해 팁 플랫폼(244)과 연결된다. 팁(342)은 접촉 표면(343)을 포함한다. 상기 접촉 표면(343)은 전기적으로 전도성이며 바람직하게는 플라티늄, 이리듐, 그러한 금속들의 합금, 또는 몇몇 다른 금속 또는 금속 합금가 같은 물질 층을 포함한다. 팁(342)의 후면(345)은 움푹 들어간 모양(indented shape)이며, 후면(345) 내의 들어간 곳은 접촉 표면(343)의 모양과 거의 같다. 그러나, 팁(342)은 접촉 표면(343)을 보강하는 실리콘 부분(174)을 가지지 않으며, 그리고 후면(345)은, 도 9A의 팁(242)의 후면(243)과 비교해 볼때 "할로우"한 것으로 고려될 수 있다. 접촉 표면(343)을 형성하는 전기적인 전도층은 실시예들에서 접촉 표면은 약 10nm와 200nm 사이의 두께를 가질 수 있다. 할로우 팁(342)은 보강팁(242)보다 상당히 적은 질량(mass)을 가진다. 적은 질량의 팁은 매체 디바이스와의 더 높은 공진(higher resonance)을 가질 수 있어, 보다 고속으로 동작할 수 있다. 증가된 속도는 보다 높은 데이터 전송률을 제공할 수 있으며, 그리고 짧은 접속 시간이 바람직한 경우에 이점을 가진다.
팁 플랫폼(244)을 가지는 할로우 팁(342)과 실시가능하게 연결되는 캔틸레버(241)는 수많은 상이한 금속들 및 금속 합금들을 포함할 수 있다. 예를 들면, 캔틸레버(241)는 니켈, 크롬, 몰리브덴, 일부 다른 금속들 및 합금들을 포함할 수 있다. 물질은 할로우 팁(342)과 팁 플랫폼(244)(및 관련 구조들)의 제조 동안 적용되는 부합하는 공정 단계들과 호환성 및 양호한 전기 전도성, 높은 항복강도(yield strength)를 가지도록 선택되어야 한다. 캔틸레버는 약 100nm 내지 1000nm 그리고 바람직하게는 250nm와 500nm 사이의 두께를 가질 수 있다.
도 9B는 할로우 팁(342)이 매체 디바이스(350)의 표면과 접촉하도록 포지셔닝되는 것을 보여준다. 할로우 팁(342) 및 매체 디바이스(350)은 본 발명에 따른 시스템의 실시예 부분을 포함한다. 그러나 다른 실시예들에서 상기 시스템은, 극성 의존적 물질층을 포함하는 기록 매체를 가지는 패턴화된 매체 디바이스, 또는 패턴화된 또는 비패턴화된 GST를 포함하는 기록 매체와 같은, 일부 다른 매체 디바이스와 실시가능하게 연결되는 할로우 팁(342)을 포함할 수 있다. 다수의 매체 디바이스들이 본 명세서에서 설명되었으며, 수많은 다른 매체 디바이스들이 실시 가능하다. 모든 그러한 디바이스들은 본 발명의 시스템 및 방법들의 실시예의 범위 내에 속하는 것이다. 그러한 시스템 및 방법은 도 9A에서 도시된 특정 기하학적 구조로 한정되지 않는다. 다양한 변형들은 본 명세서에 개시된 것들을 이해함으로써 당업자에게 자명할 것이다.
상술한 바와 같은 팁(242/342)은 기존의 반도체 공정 기술들을 적용하는 수많은 제조 단계들에 의해 형성될 수 있다. 예들 들면, 도 9A에서 도시된 바와 같은 팁(242)을 형성하는 방법의 실시예는 도 10A-10F의 스택 다이아드램들에서 도시되어 잇다. 이들은 도 9A에서 도시된 구조를 형성하기 위한 일련의 공정 단계들의 예를 보여준다. 상기 방법은 공지된 확산 기술들을 사용하여, 실리콘 기판(a) 상의 열적 산화물 성장층(b)을 포함할 수 있다. 열적 산화물(실리콘 질화물과 같은)에 대한 높은 선택성을 가지는 물질은 하드마스크 층(c)을 형성하도록 열적 산화물(b) 상에 증착될 수 있다. 패턴은 공지된 포토리쏘그래피 기술을 사용하여 하드마스크(c) 내에 정의될 수 있다. 상기 패턴은 마스크되지 않은 캐버티(cavity) 영역에 의해 둘러싸여지는 마스크된 팁 영역을 정의할 수 있고, 그리고 상기 웨이퍼는 등방성으로 식각될 수 있어, 얕은 캐버티에 의해 둘러싸여진 발생기(nascent) 팁 구조(170)가 형성되도록 한다. 열적 산화물의 제 2 층(bb)이, 도 10A에 도시된 바와 같이, 샤프 팁을 정의하는 구조(170)을 형성하도록 도우면서 부가적인 실리콘을 사용하면서, 그리고 필름 적층을 형성하면서 성장된다.
산화물 식각은 열적 산환물의 제 2 층(bb)을 제거하여, 팁 구조(170) 상에 포지셔닝된 하드마스크(c)가 실리콘 팁을 남겨두면서 떨어지도록 한다. 이러한 산화물 식각 단계 동안, 산화물층은 상기 산화물층의 매달려있는 부분(hanging portion)을 제거하면서, 하드 마스크 층(c)을 언더컷한다. 일부 경우에, 부가적인 열적 산화 그리고 산화물 식각 단계들은 실리콘 팁의 곡률반경 및/또는 실리콘 팁의 높이를 조절하기 위해 적용될 수 있다.
도 10B를 참조하면, 열적 산화물의 제 3 층(bbb)이 성장될 수 있다. 다음 단계에서, 하드 마스크(c)는 선택적 에칭을 사용하여 상기 웨이퍼로부터 제거되며, 실리콘 이산화물에 영향을 미치지 않아 그 결과 샤프 팁의 모양을 변화시키지 않는다. 예를 들어, 실리콘 질화물 하드 마스크는 팁 구조(170) 상에 열적 산화물 층(b/bbb)를 남겨두면서, 실리콘 이산화물과 실리콘 어느 것도 식각하지 않는 인산에서 제거될 수 있다. 제 1 금속층(d)은 예를 들어 스퍼터링함으로써 증착될 수 있다. 이러한 제 1 층(d)은 상기 팁 영역을 덮고, 그리고 또한 "팁 금속"으로서 언급되기도 한다. 상기 팁 금속(d)의 두께는 팁(242)의 접촉 표면(243)의 필요한 곡률반경을 제공하도록 선택된다. 상기 팁 금속(d)은 매우 높은 전기적 전도성을 가지며, 마모 저항성 및 화학적 불활성을 가진다. 플라티늄, 이리듐, 내화금속들, 그리고 이러한 금속들의 조합은 팁 금속 물질에 사용될 수 있다. 상기 팁 금속(d)은 열적 산화물의 하부층(bbb)에 강력한 기계적 접속을 제공하기 위해 접착층을 포함할 수 있다. 팁 메탈(d)은 팁(242)의 접촉 표면(243)을 형성하도록 식각될 수 있다. 대안적으로, 리프트오프(lift-off) 공정은 또한 팁 금속(d)의 패턴화를 위해 사용될 수 있다. 도 10C를 참조하면, 금속의 제 2 층(e) (또한 여기에서는 캔틸레버 금속으로 언급되기도 함)은 상기 스택 상에 증착되고 그리고 캔틸레버 패턴을 형성하도록 식각될 수 있다. 바람직하게, 상기 캔틸레버 패턴은 얕은 캐버티 영역(180) 내에 형성된다. 이러한 경우에, 상기 캔틸레버는 릴리스(release) 후의 단계들을 가지지 않는다. 캔틸레버 금속(e)은 팁 금속(d)과 오버래핑한다. 도 10D에서 도시된 바와 같이, 일단 캔틸레버 패턴이 정의되면, 유전층(f)(여기서는 또한 안정화 필름이라고 언급됨)은 캔틸레버 패턴의 위에 증착된다. 상기 유전층은 바람직하게는 상승된 온도(전형적으로는 350-400℃)에서 PECVD에 의해 증착된 실리콘 이산화물 또는 실리콘 질화물이다.
유전체 증착 공정에 대한 캔틸레버 금속(e)의 노출은 여러 이점들을 제공한다. 첫째, 유전체 증착 공정동안 상승한 온도는 팁 금속(d)과 캔틸레버 금속(e) 간의 양호한 기계적 및 전기적 접속을 제공하면서, 팁 금속(d)과 캔틸레버 금속(e) 간의 금속 원자들의 상호 확산을 일으킨다. 둘째, 유전체 증착동안 상승된 온도로의 캔틸레버 금속(e)의 노출과 후속 냉각은 캔틸레버 금속(e)과 열적 산화물(b/bbb)간 그리고 캔틸레버 금속(e)과 증착 유전층(f)간의 인터페이스에 상당한 스트레스를 발생시킨다. 이러한 스트레스들은 열기계적 특성(thermo-mechanical nature)을 가지며 캔틸레버 금속(e)과 열적 산화물(b/bbb) 그리고 증착 유전층(f)간의 열팽창 계수의 차이로 인해 발생한다. 열기계적 스트레스의 크기는 증착공정에 의해 생성된 캔틸레버 금속(e)의 스트레스 그라디언트를 상당히 변화시키거나 또는 극복하기에 충분히 높다. 상기 유전 증착 공정동안 생성된 캔틸레버 금속(e)에 있어서의 열기계적 스트레스는 매우 반복적인데, 이는 증착 공정 동안 사용된 상승 온도와 주변 온도 사이의 온도차이에 의해 정해진다. 그 결과, 유전층의 증착은 기술적 공정 변형들로 인해 증착되기 때문에 캔틸레버 금속(e) 내의 스트레스 그라디언트 변형의 효과를 감소시키고 캔틸레버 금속(e) 파라미터들의 안정화를 가능하게 한다. 셋째, 도 10D에서 볼 수 있는 바와 같이, 캔틸레버 금속(e)의 하부 부분은 벌크 웨이퍼와 기계적으로 접촉하고, 그리고 캔틸레버 금속(e)의 상부층은 증착 유전체(f)의 상대적으로 얇은 층과 접촉한다. 그 결과, 캔틸레버 금속(e)의 상부 및 하부 부분들은 서로 다른 조건들에 노출되고 그리고 캔틸레버 금속(e)의 상부 부분의 변형보다 하부 부분의 더 큰 열기계적 변형이 있을 것이라고 예상될 수 있다. 이것은 릴리스 후에 캔틸레버의 원하는 평면 밖의 초기 벤딩(desired out of plane initial bending)을 획득하는데 사용될 수 있는 캔틸레버 금속(e) 내의 재현성있는 스트레스 그라디언트를 생성한다. 다른 실시예들에서, 캔틸레버 금속(e)내의 원하는 스트레스 그라디언트를 생성하고 팁 금속(d)과 캔틸레버 금속(e) 간의 양호한 기계적 및 전기적 접속들을 실행하기 위한 대안적인 방법들이 사용될 수 있다. 그러한 방법들은 유전체 증착의 성명한 공정 단계와 함께 또는 유전체 증착 단계 대신에 사용될 수 있다. 예들 들면, 아르곤 또는 질소의 비활성 분위기에서의 특정 분위기(atmosphere)에서의 상승 온도에서의 어닐링은, 그러한 대안적인 방법의 예이다. 당업자는 그러한 스트레스 그라디언트를 형성하기 위한 공지된 방법들을 이해할 것이다.
상기 웨이퍼는 캔틸레버와 팁 구조 주변의 열적 산화물 층(bbb)과 증착 산화물 층(f)의 부분을 제거하도록 패턴화되고 식각될 수 있다.도 10E를 참조하면, 유전층들(f와 bbb)의 식각에는 실리콘 식각이 뒤따른다. 바람직하게는, 실리콘 식각은 두 단계들을 포함한다. 제 1 단계는 캔틸레버 및 팁 주변의 트렌치를 생성하고, 그리고 제 2 단계는 상기 캔틸레버를 언더컷하여 릴리스한다. RIE는 바람직하게는 제 1 단계에서 사용된다. 실리콘의 습식 이방성 식각은 바람직하게는 제 2 단계에서 사용된다(예를 들어, 수산화칼륨 수용액은 제 2 단계에서 사용될 수 있다). 증착 산화물 층(f)은 캔틸레버 금속(e)과 팁 금속(d)을 보호하도록 제 2 단계 동안 마스크로서 역할할 수 있다. 습식 이방성 식각은 언더컷을 보다 잘 제어하여 캔틸레버 길이 및 벤등을 보다 잘 제어할 수 있게 한다. 대안적으로는, 실리콘의 등방성 에칭은 제 2 단계에서 사용될 수 있다. 바람직하게는, 유전체 식각을 위해 정의된 동일한 패턴도 제 1 단계 및 제 2 단계에서 사용될 수 있다.
실리콘 식각에 대해 사용된 마스크 레이아웃에 따라서, 결과적인 구조는 도 10E에 도시된 바와 같이 팁(170) 아래에 실리콘 조각(174)을 가지거나 도 9B에 도시되고 상술한 바와 같은 할로우 팁을 가질 수 있다. 코너 보상 구조를 이용하는 당해 기술분야의 공지 기술이 식각의 마지막 단계에서 팁(170) 아래에 실리콘 조각(174)과 열적 산화물(bbb)의 부분을 보존하는데 사용될 수 있다.
캔틸레버/팁 제작 공정에서의 최종 단계는 유전층들의 습식 식각이다. 이는, 릴리스될 때 리프 스프링과 같은 거의 아치형 모양을 형성하도록 스트레스 그라디언트에 의해 압박되는 캔딜레버(241)를 릴리스하면서, 노출된 열적 산화물(bbb)을 캔틸레버(241) 및 증착 산화물(f)의 아래쪽으로부터 제거하는데 사용된다. 또한, 증착 산화물(f)을 제거하는 것은 팁(242)의 접촉 표면(d)를 노출시킨다.
대안적으로, 도 9B에 도시된 바와 같이 팁(342)을 형성하는 방법의 실시예가 도 10G-10I의 스택 다이아그램들에서 도시된다. 이 도면들은 도 9B에 도시된 구조를 형성하기 위한 일련의 공정 단계들의 예를 나타낸다. 도 10A-10C와 관련하여 상술한 바와 같이, 일단, 제 2 금속 층(e)이 증착 및 식각되면, 예를 들어 PECVD 산화물과 같은 증착 산화물층(f)이 필름 적층 상에 형성되어 스트레스 그라디언트가 캔틸레버 구조에 걸쳐 형성된다. 상기 웨이퍼는 패턴화 및 식각되어, 캔틸레버와 팁 구조 주변의 열적 산화물 층(bbb)과 증착 산화물층(f)의 부분을 제거할 수 있다. 도 10H를 참조하면, 실리콘의 습식 이방성 식각이 캔틸레버(241)에 사용될 수 있다. 대안적으로, 등방성 식각은 팁(342)과 캔틸레버(241)을 언더컷하고 정의하도록 수행될 수 있다. 상기 필름 적층은 식각되어 상기 모든 실리콘이 팁(342)의 접촉 표면(243) 뒤로부터 제거되도록 할 수 있다. 도 10I를 참조하면, 등방성 식각은 팁(342)과 캔틸레버(241) 아래에 노출된 열적 산화물(bbb)과 증착된 산화물(f)을 제거하도록 수행될 수 있다. 결과적인 구조는 릴리스될 때 리프 스프링과 같은 거의 아크형 모양을 형성하도록 스트레스 그라디언트에 의해 압박되는 캔틸레버(241)의 말단에 할로우 팁(343)을 가진다. 또한, 증착 산화물(f)을 제거하는 단계는 팁(342)의 접촉 표면(D)을 노출시킨다. 팁(342)은 도 9B에 도시된 바와 같이 할로우 구조이다.
공정 단계들이 도 10A-10F의 상세한 설명에 의해 어느 정도 특정적으로 설명되었으나, 당업자에게는 개시된 사항들을 통해 도시 및 설명된 공정 단계들의 다양한 변형이 자명할 것이다. 본 발명의 사상은 그 결과, 도 9A 및 9B에서 도시되고 상술한 팁 구조들을 형성하기 위한 방법들의 특정 실시예에 대한 설명에 부합하는 그러한 공정 단계들, 필름 적층들 및 그러한 구조들에 한정되지 않을 것이다.
본 발명의 상세한 설명은 오직 설명을 목적으로 한 것이며 개시된 방식들로만 한정되는 것이 아니다. 많은 변경 및 변형들이 당업자에게는 자명할 것이다. 실시예들은 발명의 원칙을 가장 잘 설명하고 실제로 가장 잘 실시될 수 있는 것들로 선택되어 설명되었으며, 그 결과 당업자는 특정 사용을 위한 다양한 변형및 다양한 실시예들을 이해할 것이다. 본 발명의 기술적 범위는 아래의 청구범위 및 그들의 균등물에 의해 규정된다.

Claims (71)

  1. 기록 매체와 상기 기록매체 상에 위치하는 오버코트를 포함하는 매체;
    상기 매체와 전기적으로 접속 가능한 팁을 포함하는 시스템으로서, 상기 오버코트의 통과 저항보다 상기 오버코트 평면을 가로지르는 저항이 더 크고, 상기 매체와 상기 팁 사이에 전위가 인가될 때, 상기 오버코트는 상기 오버코트를 거의 통과하여 전류가 흐르도록 하여, 상기 팁 아래에 있는 상기 기록 매체의 부분에 인디시움(indicium)이 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  2. 제3항에 있어서,
    상기 오버코트는 전도 부분 및 절연 부분을 가지는 상호증착막(co-deposited film)이며, 상기 전도 부분은 몰리브덴, 이리듐, 및 루테늄 중 적어도 하나로부터 형성된 금속 산화물이며, 상기 절연 부분은 실리콘 이산화물, 실리콘 질화물 또는 알루미늄 산화물 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기록 매체는 상 변화 물질이고, 상기 팁이 적어도 하나의 셀 상에 포지셔닝되고 전위가 상기 팁에 인가될 때, 상기 적어도 하나의 셀을 통과하여 전류가 유도됨으로써, 상기 상 변화 물질의 적어도 부분이 임계온도 이상으로 가열되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기록 매체는 극성의존적(polarity-dependent) 메모리층이고, 상기 매체와 상기 팁 사이에 전위가 인가되면, 전도 구조가 상기 팁과 상기 하부층 사이에 상기 극성 의존적 메모리 층의 부분에 형성되어, 상기 하부층과 상기 팁을 연기적으로 연결(bridging)하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 전도 부분은 그래뉼러(granular) 구조를 가지고 상기 절연 부분은 상기 매트릭스 구조를 가지며, 상기 그래뉼러 구조는 상기 매트릭스 구조 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 오버코트는 상기 오버코트의 평면을 가로지르는 전류의 흐름을 제한하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 시스템은 상기 매체가 상기 팁과 상기 히터 사이에 위치할 수 있도록 배치되는 히터를 더 포함하며, 상기 히터는 상기 기록 매체의 부분으로부터 상기 인디시움이 제거되도록, 상기 매체를 가열하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 시 스템.
  8. 억제 매트릭스와 상기 억제 매트릭스 내에 위치하는 다수의 셀을 포함하는 매체;그리고
    상기 매체에 대하여 포지셔닝되도록 구성되는 팁을 포함하며, 적어도 하나의 상기 셀은 기록 매체를 포함하며, 상기 팁은 상기 매체와 전기적으로 접속하도록 구성되고, 상기 팁이 상기 적어도 하나의 셀 상에 포지셔닝되고 상기 팁에 전위가 인가되면, 상기 기록 매체에 인디시움이 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 매체는 상기 억제 매트릭스 아래에 위치되는 하부층과 상기 다수의 셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 기록 매체는 극성 의존적 메모리층을 포함하고, 상기 인디시움은 상기 팁과 상기 하부층과 상기 팁을 전기적으로 연결하는, 상기 팁과 상기 하부층 사이에 상기 극성 의존적 메모리 층의 부분에 있는 전도성 구조인 것을 특징으로 하는 시스템.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 인디시움은 다수의 저항 상태 중 하나 내에 있는 저항이고, 상기 인디시움의 상기 저항은 상기 전도 구조의 폭과 함께 가변적인 것을 특징으로 하는 시스템.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 극성 의존적 메모리 층은 이온 소스 층 및 고체 전해질 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 기록 매체는 상 변화 물질이고, 상기 인디시움은 상기 상 변화 물질의 구조에 있어서의 변화(change)인 것을 특징으로 하는 시스템.
  14. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 셀은 셀 포커싱 구조를 가지며, 상기 셀 포커싱 구조는, 상기 팁에 가장 가까운 셀 부분의 폭이 상기 팁으로부터 가장 먼 셀 부분의 폭보다 더 넓도록 테이퍼(taper)하는 측벽 프로파일을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  15. 제8항에 있어서,
    상기 다수의 셀은 상기 팁의 접촉 표면에 비해 충분히 커서, 읽기 및 쓰기 중 적어도 하나 동안 상기 팁의 이동이 상기 셀 폭에 한정되는(confined) 것을 특징으로 하는 시스템.
  16. 고밀도 데이터 저장 디바이스에서의 사용을 위한 패턴화된 매체 형성 방법으로서,
    전도층을 증착하는 단계;
    상기 전도층 상에 유전층을 증착하는 단계;
    포토레지스트 층을 증착하는 단계;
    나노임프린트 리쏘그래피에 의해 상기 포토레지스트 층으로 다수의 홀(hole)을 정의하는 패턴을 이전하는 단계;
    상기 다수의 홀이 상기 유전층에 형성되어 상기 전도층의 부분들에 노출되도록, 상기 유전층을 식각하는 단계;
    상기 기록 매체의 제 1 부분은 상기 다수의 홀 중 적어도 하나에 증착되고 그리고 상기 기록 매체의 제 2 부분은 상기 유전층의 부분 위에 증착되도록, 기록 매체를 증착하는 단계;
    상기 유전층 위에 증착된 상기 기록 매체의 상기 제2 부분을 제거하는 단계;
    상기 금속의 제1부분이 상기 적어도 하나의 홀 내에 증착되고 그리고 상기 금속의 제2부분이 상기 유전층의 부분 위에 증착되도록, 금속을 증착하는 단계;그리고
    상기 유전층 위에 증착된 상기 금속의 상기 제2부분을 제거하는 단계를 포함 하는 것을 특징으로 하는 패턴화된 매체 형성 방법.
  17. 고밀도 데이터 저장 디바이스에서의 사용을 위한 매체 형성 방법으로서,
    전도층을 증착하는 단계;
    상기 전도층 위에 기록 매체를 증착하는 단계;
    상기 기록 매체 위에 금속을 증착하는 단계;
    포토레지스트 층을 증착하는 단계;
    나노임프린트 리쏘그래피를 사용하여 상기 포토레지스트 층에 패턴을 이전시키는 단계;
    다수의 셀이 형성되고 그리고 상기 다수의 셀 아래에 위치하지 않는 상기 기록 매체와 상기 전도층 중 하나를 포함하는 하부가 노출되도록, 상기 금속을 식각하는 단계;
    상기 유전 물질의 제1부분이 상기 노출된 부분 상에 위치하고 그리고 상기 유전 물질의 제2부분이 상기 물질 상에 증착되도록 유전 물질을 증착하는 단계;
    상기 물질 위에 배치된 상기 유전 물질의 상기 제2부분을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 매체 형성 방법.
  18. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 기록 매체는 상 변화 물질과 극성 의존적 물질 중 하나인 것을 특징으로 하는 매체 형성 방법.
  19. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    기판을 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 전도층은 상기 기판 위에 위치하는 것을 특징으로 하는 매체 형성 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 기판 위에 절연층을 증착하는 단계를 더 포함하고, 상기 절연 층은 상기 기판과 상기 전도층 사이에 위치하는 것을 특징으로 하는 매체 형성 방법.
  21. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 나노임프린트 리쏘그래피는 열적 나노임프린트 리쏘그래피, 울트라바이올렛 나노임프린트 리쏘그래피, 및 스텝플래쉬 임프린트 리쏘그래피 중 하나인 것을 특징으로 하는 매체 형성 방법.
  22. 제16항에 있어서,
    상기 유전층 상에 위치하는 상기 기록 매체의 상기 제2부분을 제거하는 단계는 상기 기록 매체의 상기 제2 부분에 대한 화학기계적 폴리싱과 상기 기록 매체의 상기 제2부분에 대한 이온 밀링 중 하나를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매체 형성 방법.
  23. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 유전층 상에 위치한 상기 금속의 상기 제2 부분을 제거하는 단계는 상기 금속의 상기 제2부분에 대한 화학기계적 폴리싱을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 매체 형성 방법.
  24. 제16항 또는 제17항에 있어서,
    상기 유전층 상에 배치된 상기 금속의 상기 제2 부분을 제거하는 단계는 상기 매체 표면을 거의 평탄화하고, 상위층을 증착하는 단계를 더 포함하며, 상기 상위층은 상기 평탄화된 매체 표면 위에 위치되는 것을 특징으로 하는 매체 형성 방법.
  25. 제16항에 있어서,
    상기 다수의 홀이 형성되도록 상기 유전층을 식각하는 단계는, 상기 다수의 홀의 측벽들이 상기 유전층과 상기 전도층의 인터페이스를 향해 좁아지도록 테이퍼(taper) 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 매체 형성 방법.
  26. 매체;
    캔틸레버;그리고
    상기 캔틸레버와 동작가능하게 연결되는 팁을 포함하며, 상기 팁은 접촉 표면과 상기 접촉 표면을 전체적으로 보완하는 후면을 포함하며, 상기 팁은 상기 매 체와 접촉하도록 구성되고, 상기 인디시아는 상기 매체의 적어도 부분을 통해 상기 팁으로부터 전류를 통과함으로써 상기 매체 내에 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  27. 제26항에 있어서,
    상기 캔틸레버는 제1 금속 물질로 형성되고, 상기 팁은 제2 금속 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  28. 제26항에 있어서,
    상기 팁은 등방성 식각과 그 후의 적어도 하나의 열적 산화 단계 및 적어도 하나의 열적 산화물 식각 단계에 의해 근사하게 정의되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 시스템.
  29. 제26항에 있어서,
    상기 팁은 거의 원뿔 모양인 것을 특징으로 하는 시스템.
  30. 제26항에 있어서,
    상기 매체는 상 변화 물질, 극성 의존적 메모리 물질 및 전하 저장 물질 중 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  31. 제27항에 있어서,
    상기 제1 금속 물질과 상기 제2 금속 물질 중 적어도 하나는 접착층과 기능층을 포함하며, 상기 접착층은 순수 금속과 금속 합금 중 어느 하나로 형성되고, 상기 기능층은 순수 금속 또는 금속 합금 중 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  32. 제27항에 있어서,
    제1 부재와 제2 부재;
    상기 제1 부재와 상기 제2 부재는 갭에 의해 분리되며 시스템 동작 동안 서로 이동가능한 것을 특징으로 하고, 상기 캔틸레버는 상기 제1 이동가능 부재와 상기 제2 부재 중 하나와 동작가능하게 연결되고, 상기 매체는 상기 제1 이동가능 부재와 상기 제2 부재 이외의 것과 동작가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  33. 제32항에 있어서,
    상기 캔틸레버는 거의 아크 모양이고, 상기 캔틸레버는 상기 제1 이동가능 부재와 상기 제2 부재 사이의 갭이, 상기 팁과 상기 매체 간 전기적 통신을 유지하는 동안 변할 수 있도록 상기 매체를 향해 상기 팁의 바이어스를 유도하는 스트레스 그라디언트를 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  34. 제26항에 있어서,
    상기 후면 위에 적어도 부분적으로 위치한 보강 물질의 부분을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 보강 물질은 실리콘인 것을 특징으로 하는 시스템.
  36. 제34항에 있어서,
    상기 팁은 상기 후면과 상기 보강 물질 부분 사이에 위치하는 절연 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  37. 매체 디바이스를 통한 전류의 선택적 통과를 위한 팁 형성 방법으로서,
    기판을 제공하는 단계;
    상기 기판의 제1 부분 내에 팁 구조를 형성하는 단계;
    상기 기판상에 제1 금속 물질을 증착하는 단계;
    제2 금속 물질이 상기 팁 구조상에 증착되도록, 제2 금속 물질을 증착하는 단계;
    상기 제1 금속 물질 상에 안정화 필름을 증착하는 단계;
    상기 제1 금속 물질 내에 원하는 스트레스 그라디언트를 형성하도록, 상기 제1 금속 물질, 상기 기판 및 상기 안정화 필름을 상승된 온도에 노출시키는 단계;
    제2 부분이, 상기 제2 금속 물질과 상기 제1 금속 물질의 부분 아래로부터 제거되어 상기 팁과 연결된 기계적 구조를 릴리스(releasing)하도록, 상기 기판의 제2 부분을 식각하는 단계;그리고
    상기 제1 금속 물질이 배치되어, 상기 제1 금속 물질 내에 원하는 스트레스 그라디언트로 인해 상기 기판으로부터 상기 팁이 확장되도록, 상기 안정화 필름을 식각하는 단계를 포함하는 팁 형성 방법.
  38. 제37항에 있어서, 팁 구조를 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 하드마스크 필름을 증착하는 단계;
    상기 기판의 노출 부분에 의해 둘러싸인 적어도 하나의 팁 영역을 정의하도록 상기 하드마스크 필름을 패턴화하는 단계;
    상기 기판의 부분들을 노출시키도록 상기 하드마스크를 식각하는 단계;
    상기 기판의 노출 부분을 식각하는 단계;
    상기 하드마스크가 상기 적어도 하나의 팁 영역에서 언더컷되도록 제1 열적 산화물 필름을 성장시키는 단계;
    상기 제1 산화물 필름을 식각하는 단계;그리고
    상기 기판 내에 상기 팁 구조가 형성되도록, 제2 열적 산화물 필름을 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 팁 형성 방법.
  39. 매체 디바이스를 통한 전류의 선택적 통과를 위한 구조 형성 방법으로서,
    기판을 제공하는 단계;
    상기 기판의 제1 부분 내에 팁 구조를 형성하는 단계;
    적어도 부분적으로는 상기 제1 부분과 오버래핑하는 상기 기판의 제2 부분 상에 제1 금속 구조를 형성하는 단계;
    상기 팁 구조상에 제2 금속 구조를 형성하는 단계;
    적어도 상기 제1 금속 구조상에 안정화 필름을 형성하는 단계;
    상기 제1 금속 구조에 원하는 스트레스 그라디언트를 생성하도록, 적어도 상기 제1 금속 구조, 상기 기판, 및 상기 안정화 필름을 상승된 온도에 노출시키는 단계;
    상기 제1 팁 구조와 상기 제1 금속 구조의 부분 아래에 있는 상기 기판의 제3 부분을 제거하여 상기 팁을 지지하는 기계적 구조를 릴리스하는 단계;그리고
    상기 제1 금속 구조가 벤딩(bend)하여 상기 기판으로부터 상기 팁을 확장시키도록 상기 안정화 필름을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 형성 방법.
  40. 제39항에 있어서, 상기 팁 구조를 형성하는 단계는,
    상기 기판 상에 하드마스크 필름을 형성하는 단계;
    상기 기판의 노출 부분에 의해 둘러싸여진 적어도 하나의 팁 영역을 정의하도록 상기 하드마스크 필름을 패턴화하는 단계;
    상기 기판의 상기 노출 표면에 근거하여 상기 기판의 부분을 제거하는 단계;
    상기 적어도 하나의 팁 영역에서 상기 하드마스크가 언더컷되도록 제1 열적 산화물 필름을 성장하는 단계;
    상기 산화물 필름의 노출 표면에 기초하여 상기 제1 열적 산화물 필름을 제거하는 단계; 그리고
    상기 기판의 제1 부분 내에 상기 팁 구조가 형성되도록 제2 열적 산화물 필름을 성장시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 형성 방법.
  41. 제38항 또는 제40항에 있어서,
    상기 안정화 필름은 PECVD 실리콘 이산화물, PECVD 실리콘 질화물, PECVD 실리콘 산질화물, 스퍼터링된 실리콘 이산화물, 스퍼터링된 실리콘 질화물, 및 증발 실리콘 이산화물 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  42. 제38항에 있어서,
    상기 하드마스크 필름은 실리콘 질화물을 포함하는 것을 특징으로 하는 팁 형성 방법.
  43. 제37항 또는 제39항에 있어서,
    상기 제1 금속 물질과 상기 제2 금속 물질 중 적어도 하나는 접착층의 증착 및 기능층의 증착에 의해 형성되고, 상기 접착층은 순수 금속 층과 금속 합금 층 중 적어도 하나로부터 적어도 하나 이상의 유형의 물질을 사용하여 형성되며, 상기 기능층은 순수 금속 층과 금속 합금 층 중 적어도 하나의 유형의 물질을 사용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.
  44. 제37항 또는 제39항에 있어서,
    상기 제1 금속 물질은 니켈, 코발트, 아이언 크롬, 지르코늄, 니오븀, 바나듐, 하프늄, 탄탈륨, 텅스텐 및 몰리브덴 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 제2 금속물질은 크롬, 플라티늄, 오스뮴, 루테늄 로듐, 팔라듐, 하프늄, 탄탈륨, 텅스텐 및 이리듐 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  45. 제37항 또는 제39항에 있어서,
    상기 제1 금속 물질이 배치(deploy)될 때, 상기 제1 금속 물질은 상기 기판으로부터 거의 아치 형태를 형성하는 것을 특징으로 하는 방법.
  46. 제37항 또는 제39항에 있어서,
    상기 제1 금속 물질 위에 안정화 필름을 증착하는 단계와 적어도 상기 제1 금속 물질, 상기 기판 및 상기 안정화 필름을 상승된 온도에 노출시키는 단계는 상승된 온도에 상기 안정화 필름을 증착함으로써 하나의 공정 단계로 이행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  47. 제37항에 있어서,
    보강 구조를 제공하는 상기 기판의 제3 부분은 상기 제2 금속 아래에 유지되어 보강 팁을 형성하는 것을 특징으로 하는 팁 형성 방법.
  48. 인디시아 형성 시스템으로써,
    하부층과 상기 하부층 상에 위치되는 극성 의존적 메모리층을 포함하는 매체;
    상기 매체와 전기적으로 접속 가능한 팁을 포함하며, 상기 매체와 상기 팁 사이에 전위가 인가되면, 전도 구조는 상기 팁과 상기 하부층 사이의 극성 의존적 메모리 층의 부분에 형성되어, 상기 하부층과 상기 팁을 전기적으로 연결(bridging)하는 것을 특징으로 하는 인디시아 형성 시스템.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 극성 의존적 메모리 층 위에 배치된 상부 층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인디시아 형성 시스템.
  50. 제48항에 있어서,
    상기 극성 의존적 메모리 층은 이온 소스 층과 고체 전해질 층을 포함하는 것을 특징으로 하는 인디시아 형성 시스템.
  51. 제50항에 있어서,
    상기 이온 소스층은 실버 중 하나이고, 상기 고체 전해질 층은 AgGeSe, AgGeS, Ag2Se 및 AgWO3 중 하나인 것을 특징으로 하는 인디시아 형성 시스템.
  52. 제50항에 있어서,
    상기 이온 소스 층은 구리이고, 상기 고체 전해질 층은 Cu2S와 CuWO3 중 하나인 것을 특징으로 하는 인디시아 형성 시스템.
  53. 제48항에 있어서,
    상기 전도성 구조를 포함하는 상기 극성 의존적 메모리 층의 부분은 인디시움인 것을 특징으로 하는 인디시아 형성 시스템.
  54. 제53항에 있어서,
    상기 인디시움은 두 저항 상태들 중 하나의 저항을 가지는 것을 특징으로 하는 인디시아 형성 시스템.
  55. 제53항에 있어서,
    상기 전도성 구조의 폭은 전위와 함께 변하는 것을 특징으로 하는 인디시아 형성 시스템.
  56. 제55항에 있어서,
    상기 인디시움은 다수의 저항 상태 중 하나의 저항을 가지며, 상기 인디시움의 저항은 상기 전도성 구조의 폭과 함께 변하는 것을 특징으로 하는 인디시아 형성 시스템.
  57. 제56항에 있어서,
    상기 인디시움은 네 개의 저항 상태 중 하나의 저항을 가지는 것을 특징으로 하는 인디시아 형성 시스템.
  58. 제48항에 있어서,
    팁 플랫폼;그리고
    상기 팁 플랫폼과 동작가능하게 연결된 캔틸레버를 더 포함하며, 상기 팁은 상기 캔틸레버와 연결되는 것을 특징으로 하는 인디시아 형성 시스템.
  59. 제58항에 있어서,
    매체 플랫폼을 더 포함하고, 상기 매체는 상기 매체 플랫폼과 동작가능하게 연결되며, 상기 팁 플랫폼과 상기 매체 플랫폼 중 적어도 하나는 상기 팁 플랫폼과 상기 매체 플랫폼 이외의 것들에 대해 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 인디시아 형성 방법.
  60. 인디시움 형성 방법으로서,
    하부층과 상기 하부층 상에 위치되는 극성 의존적 메모리 층을 포함하는 매체를 사용하는 단계;
    상기 매체와 전기적으로 통신하는 전도성 팁을 포지셔닝하는 단계;그리고
    상기 팁과 상기 하부층 간에 상기 극성 의존적 메모리 층의 부분에 폭을 가지는 전도성 구조를 형성하도록 상기 매체와 상기 팁 간에 전위를 인가하는 단계를 포함하며, 상기 매체와 상기 전도성 팁 중 하나는 상기 매체와 상기 전도성 팁 이외의 것들에 대해 이동가능하고, 상기 매체와 상기 팁간의 상기 전위의 크기는 가변적이어서 상기 전도성 구조의 폭이 가변적일 수 있도록 하고, 상기 전도성 구조의 저항은 상기 전도성 구조의 폭과 함께 변하는 것을 특징으로 하는 인디시움 형성 방법.
  61. 제60항에 있어서, 상기 전위를 인가하는 단계는,
    상기 극성 의존적 메모리 내의 양의 전하 이온들이 상기 팁으로 끌려가도록 상기 팁에 제1 전압을 인가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인디시움 형성 방법.
  62. 제60항에 있어서,
    상기 전도성 구조는 상기 매체와 상기 팁 간에 제2 전위를 인가함으로써 분해되어, 상기 극성 의존적 메모리 층 내의 양의 전하 이온들이 상기 팁으로부터 밀 려나도록 하는 것을 특징으로 하는 인디시움 형성 방법.
  63. 제60항에 있어서,
    상기 전도성 구조는 제1 폭을 가지고, 제3 전위를 인가하는 단계는 제2 폭을 가지는 전도성 구조를 형성하고, 제2 폭을 가지는 전도성 구조는, 상기 제1 폭을 가지는 상기 전도성 구조와 상이한 저항을 가지는 것을 특징으로 하는 인디시움 형성 방법.
  64. 기록 매체와 상기 기록 매체 상에 위치한 루브리컨트를 포함하는 매체를 포함하는 시스템으로서, 상기 루브리컨트는 다수의 폴리머 체인, 상기 매체와 전기적으로 접속가능한 팁을 포함하고, 상기 팁은 상기 루브리컨트에 의해 지원되어 상기 폴리머 체인에 접착(adhering)됨이 없이 상기 폴리머 체인을 따라 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
  65. 제64항에 있어서,
    상기 폴리머 체인의 적어도 하나는 상기 기록 매체와 결합되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  66. 제64항에 있어서,
    상기 매체는 상기 기록 매체와 상기 루브리컨트 사이에 위치한 오버코트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  67. 제66항에 있어서,
    상기 폴리머 체인의 적어도 하나는 상기 오버코트와 결합되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  68. 제64항에 있어서,
    상기 다수의 폴리머 체인은 바운드 및 모바일 상태를 포함하는 단일층인 것을 특징으로 하는 시스템.
  69. 제64항에 있어서,
    상기 루브리컨트는 포블린 Z-DOL을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템.
  70. 제64항에 있어서,
    팁 플랫폼; 그리고
    상기 팁 플랫폼으로부터 확장되는 캔틸레버를 더 포함하며, 상기 팁은 상기 팁 플랫폼으로부터 상기 매체를 향해 연장되는 것을 특징으로 하는 시스템.
  71. 제70항에 있어서,
    상기 매체는 매체 플랫폼과 연결되며, 상기 팁 플랫폼과 상기 매체 플랫폼 중 적어도 하나는 상기 팁 플랫폼과 상기 매체 플랫폼 이외의 것들에 대해 이동할 수 있는 것을 특징으로 하는 시스템.
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