專利名稱：掃描探針相變存儲方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種掃描探針相變存儲方法及其裝置背景技術為了滿足互聯網，多媒體和三維動畫等領域不斷增長的信息處理和存儲的要求，人們希望獲取超大容量的記錄載體。同時，伴隨著計算機通訊科技的迅速發展，信息儲存媒體的進步也一日千里。據預測到2005年，目前所廣泛應用的磁存儲和光存儲介質正在接近其物理極限，科學家們正在開始積極探索新的存儲理論、技術和材料，以期突破數據存儲的極限。掃描探針顯微鏡(SPM)的發明為人類實現單原子的操縱和納米加工提供了可能，這一能力使其成為超高密度信息存儲研究中的有力工具。利用SPM非常敏感的表面狀態檢查的功能實現數據讀取；通過給探針施加電、力、光等納米水平超微加工的機能實現數據的寫入。一些無機材料由于具有相變性能而能實現電導率的顯著變化，因此在掃描探針存儲領域受到了重視。但是由于利用此類材料進行存儲，在電導率發生變化的同時形貌不改變，然而目前廣泛使用的美國DI公司Nanoscope III多功能掃描探針顯微鏡在利用原子力顯微鏡(AFM)模式下，不能實現電流與其形貌同時成像，此外此類顯微鏡的信號接入模塊只能接受外部電壓信號，不能接收電流信號，這些都給利用探針進行相變存儲帶來了極大的不便。
為了解決以上問題，近年來部分研究者利用高精度恒電位計解決了電流成像問題，但是成本比較昂貴，不利于此類存儲技術的產業化。
發明內容
本發明的目的是要提供一種低成本、能實現電流像和形貌像同時成像的掃描探針相變存儲方法及其裝置。
一種掃描探針相變存儲方法，其特征在于通過掃描探針顯微鏡內部發出的電壓脈沖信號，經過導電探針來誘導存儲介質層中的存儲相變介質發生相變，再利用顯微鏡內部產生的直流電壓，經過同一導電探針接觸存儲介質層的上電極，并將存儲介質層中的下電極與外界電流電壓轉換模塊相連使得電壓轉換成可讀的電流信號，再轉接回顯微鏡形成回路，達到讀取信息的目的。
一種掃描探針相變存儲裝置，其由掃描探針顯微鏡、虛擬信號源以及由三層薄膜組成的存儲介質結構層構成，存儲介質結構層主要為在基片(6)依次疊放導電層形成的下電極(5)，存儲介質層(4)，薄導電層形成的上電極(3)，其中上電極(3)與導電探針(2)接觸，而下電極(5)外引導線，通過外界電路與導電探針(2)形成回路，其特征在于設有經導線與下電極相連的電流/電壓轉換模塊，其包括一片高靈敏度的運算放大器，2’引腳為負輸入端，3’引腳為正輸入端，將其通過一個高值電阻R1和與電容C1并聯的電路后接地，7’引腳和4’引腳分別為正負電源輸入端，規定輸入額定值為+15V和-15V，6’引腳為輸出端，在運算放大器的負輸入端和輸出端之間有一反饋電阻Rf。
虛擬信號源有兩種選擇方式，一種是可變直流電源，另一種為可控脈沖源，其二者實際由掃描探針顯微鏡的控制模塊通過軟件實現。
本發明的優點在于采用高靈敏度的運算放大器來實現電流電壓轉換，因而可使顯微鏡的信號接入模塊能夠接收反映回路電流特性的電壓信號，同時節約了成本；直接采用顯微鏡內部電源信號，因而能方便地通過軟件程序直接控制；存儲介質結構中對上電極層的引入，避免了探針與存儲介質接觸而被劃傷損壞，延長了其存儲壽命。
圖1是本發明的結構示意圖，1虛擬信號源 2導電探針 3上電極 4存儲介質 5下電極 6基片 7高精度運算放大器 8電流電壓轉換模塊 9信號接入模塊 10控制顯示模塊 2’，3’，6’，7’為運算放大器的引腳具體實施方式
結合圖1詳細說明依據本發明的實施例的具體結構及工作過程。
整個裝置分產生存儲寫、擦和讀信號的虛擬信號源1；實現存儲的掃描探針顯微鏡；作為記錄載體的存儲介質結構；實現回路電流信號轉換成電壓信號的電流/電壓轉換模塊8。虛擬信號源1有兩種選擇方式，一種是可變直流電源，另一種為可控脈沖源，根據讀寫和擦除的需要，通過掃描探針顯微鏡的軟件模塊進行選擇。利用可控脈沖實現數據的寫入和擦除；而對導電探針2持續加小幅度直流電壓來達到對數據的讀取的目的。虛擬信號源1實際來源于掃描探針顯微鏡的信號接入模塊9的Ana2端口，其電壓范圍在0-12V。基片6上的存儲介質結構由上電極3、存儲相變介質4、下電極5構成，導電探針在上電極來回接觸掃描，根據需要，接受信號源的脈沖通過上電極3來誘導相變介質4發生相變實現信息的寫入和擦除，再利用小幅度恒定電壓來檢測這種由于發生相變而導致電導率的顯著變化，這樣達到信息讀取的目的。下電極5外引導線到電流電壓轉化模塊8，實現回路的電流信號向電壓信號的轉換。電流電壓轉化模塊8主要由一高靈敏度的運算放大器7和反饋電阻Rf和接地電阻R1和接地電容C1組成，其中所選的運算放大器型號為OPA111BM，2’引腳為負輸入端，3’引腳為正輸入端，本方案將其接地，接地電阻R1選值為1MΩ，接地電容為200pF，7’引腳和4’引腳分別為正負電源輸入端，規定輸入額定值為+15V和-15V，6’端引腳為輸出端，其他引腳可選接地。根據放大倍數的需要，選擇反饋電阻Rf，本發明需放大倍數為1000倍，故選Rf為1kΩ。轉換后的電壓信號U0接入顯微鏡的信號接入模塊9的Aux B端，這樣在顯微鏡的控制顯示模塊10就能觀察到電流像，達到對存儲過程實時監控的目的。
權利要求
1.一種掃描探針相變存儲方法，其特征在于將掃描探針顯微鏡內部發出的電壓脈沖信號，經過導電探針(2)來誘導存儲介質層中的存儲相變介質發生相變，再利用顯微鏡內部產生的直流電壓，經過同一導電探針(2)接觸存儲介質層的上電極(3)，并將存儲介質層中的下電極(5)與外界電流電壓轉換模塊(8)相連使得電壓轉換成可讀的電流信號，再轉接回顯微鏡形成回路，以讀取信息。
2.一種掃描探針相變存儲裝置，其由掃描探針顯微鏡、虛擬信號源(1)以及由三層薄膜與基片組成的存儲介質結構層構成，存儲介質結構層主要為在基片(6)依次疊放導電層形成的下電極(5)，存儲介質層(4)，薄導電層形成的上電極(3)，其中上電極(3)與導電探針(2)接觸，而下電極(5)外引導線，通過外界電路與導電探針(2)形成回路，其特征在于設有電流/電壓轉換模塊(8)，包括一片高靈敏度的運算放大器(7)，2’引腳為負輸入端，3’引腳為正輸入端，將其通過一個高值電阻R1和與電容C1并聯的電路后接地，7’引腳和4’引腳分別為正負電源輸入端，規定輸入額定值為+15V和-15V，6’引腳為輸出端，在運算放大器的負輸入端和輸出端之間有一反饋電阻Rf。
全文摘要
一種掃描探針誘導相變進行信息存儲的方法及其裝置。它是以掃描探針顯微鏡為基礎，導電探針與存儲介質結構中的上電極接觸掃描誘導存儲介質發生相變，同時將下電極外接到電流電壓轉換模塊，將回路中的電流信號轉換為電壓信號后使得電壓轉換成可讀的電流信號，再轉回接到顯微鏡，實現了掃描探針存儲中的電流像和形貌像同時成像，達到對存儲過程實時監控的目的。
文檔編號G11B9/00GK1632871SQ200410066138
公開日2005年6月29日 申請日期2004年12月9日 優先權日2004年12月9日
發明者丁建寧, 解國新, 楊繼昌, 范真, 楊平 申請人:江蘇大學