DE3933160C2 - - Google Patents

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Speichervorrichtung gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6.

Das von Gerd Binnig und Heinrich Rohrer von IBM vorgeschla­ gene Scan-Tunnelmikroskop (STM) stellt eine Vorrichtung dar zum Messen der Oberflächenkonturen einer Probe auf atomarer Ebene durch Aufbringen einer Sonde mit einer scharfen Spitze mit Krümmungsradius von ca. 10 nm innerhalb einiger Zehntel Angström auf die Probenoberfläche, welche mit der Spitze ab­ getastet wird und durch Erfassen von Änderungen im Tunnel­ strom.

Während das STM zu Beginn einen großvolumigen Aufbau mit Vi­ brationsisolationsanlage darstellte, verringerte sich mit dem Aufkommen der mikromechanischen Technologie die Größe der Vorrichtung bis auf ein Minimum und es wurden Probleme in Verbindung mit Vibrationen und thermischen Driften ge­ löst, wie beispielsweise von einer Gruppe von Personen der Stanford Universität unter der Führung von Calvin F. Quate, die bei der Bildung eines STM vom Auslegertyp auf einem Si­ liziumsubstrat durch einen IC-Prozeß erfolgreich waren, wo­ bei das STM mit einem Ausleger ausgestattet war, der im we­ sentlichen aus piezoelektrischem Material ausgebildet war, und das STM ein dreidimensionales Abtasten ermöglichte.

Aus dem US-Patent 45 75 822 von Calvin F. Quate mit dem Ti­ tel "Verfahren und Vorrichtung zum Speichern von Daten unter Verwendung des Auslesens von Tunnelstromdaten" geht ein STM- Speicher hervor, der durch Aufzeichnen digitaler Datenbits durch selektives Bilden von Störungen in der Oberfläche ei­ nes Substrates, Messen des zwischen der Sonde und der Oberfläche des Substrates fließenden Tunnelstromes, während die Sonde über die Oberfläche abgetastet wird, und durch Erfassen der Störungen Daten liest. Das Einschreiben von Oberflächenstörungen unter Verwendung eines STM wurde von J. Schneir, R. Sonnenfeld und anderen in einem Bericht mit dem Titel "Tunnelmikroskopie, Lithographie und Oberflächendiffu­ sion auf einer leicht vorbereiteten atomaren flachen Goldoberfläche" beschrieben. Der Bericht offenbart eine Öffnung mit einer Weite von 5 nm und einen Hügel bzw. Mound von 10 nm im Durchmesser. Der Bericht offenbart ebenso, daß eine kontinuierliche Beobachtung durch ein STM angezeigt hat, daß der Hügel sich ausgebreitet hatte und nach 21 Stunden flach geworden war.

Das oben erwähnte STM vom Auslegertyp ist auf diesen STM- Speicher anwendbar. Bei einem STM vom Auslegertyp mit einer Größe von 5 µm×200 µm×1000 µm, bei dem ein ZnO-Film als piezoelektrisches Element verwendet wird, wird der ZnO-Film um 22 Å/V in longitudinaler Richtung, um 220 Å/V in latera­ ler Richtung und um 7700 Å/V in einer Richtung senkrecht zur Oberfläche ausgedehnt bzw. kontrahiert, so daß bei einer Be­ triebsspannung von 5 V der horizontale Abtastbereich im Be­ reich von 110 Å×1100 Å liegt. Ein derartiger Ausleger weist einen genügend großen Hub auf, wenn der Ausleger in einem STM zum Beobachten der Probenoberfläche verwendet wird.

Wenn jedoch der Ausleger für einen STM-Speicher verwendet werden soll, reicht der Hub für die Ausbildung eines Massenspeichers nicht aus. D. h., wenn die Aufzeichnungsfläche pro Bit eines STM-Speichers auf 5 Å×5 Å eingestellt ist, beträgt die Menge von Daten, die auf dem horizontalen Abtastbereich 110 Å × 1100 Å aufgezeichnet wird, in der Größenordnung von 5 K Bit. Die Menge von Daten, die aufgezeichnet wird, beträgt in der Größenordnung von 20 K Bit, sogar wenn die Aufzeichnungsfläche pro Bit auf 2,5 Å × 2,5 Å gesetzt ist. Selbst wenn 100 STM-Speicher auf einem einzigen Chip aufgrund eines IC-Prozesses gebildet sind, beträgt die verfügbare Speicherkapazität lediglich ca. 2 M Bit und ist daher bei der Einrichtung eines Massenspeichers Beschränkungen unterworfen.

Aus der EP 02 47 219 A1 ist eine Speichervorrichtung gemäß dem Oberbegriff der Ansprüche 1 und 6 bekannt, bei der eine Vielzahl von Tunnelsonden, die auf eindimensional bewegbaren und auf einem Substrat gebildeten Auslegern angeordnet sind, in Tunnelabstand zu einem Speichermedium gebracht werden können. Das Speichermedium ist an einer piezokeramischen röhrenförmigen Auslenkvorrichtung angebracht, die über phasenverschoben angelegte Spannungen zur Durchführung von kreisförmigen Bewegungen antreibbar ist. Entsprechend der kreisförmigen Bewegung wird das Aufzeichnungsmedium von jeder Tunnelsonde getastet.

Aus der IBM Technical Disclosure Bulletin, Vol. 27, Nr. 10B, März 1985, S. 5976, 5977, sowie Vol. 27, Nr. 11, April 1985, S. 6373 ist eine Bewegungsvorrichtung mit drei orthogonal zueinander angeordneten Armen bekannt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Speichervorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche eine große Aufzeichnungskapazität ermöglicht, und darüberhinaus in kompakter Größe und kostengünstig herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 6 angegebene Speichervorrichtung gelöst.

Das Aufzeichnungsmediumsubstrat ist durch einen IC-Prozeß wie beispielsweise Abscheidung aus der Dampfphase bzw. einem Wärme-CVD-Prozeß gebildet, durch Maskieren zum Abdecken des Bereiches der Bewegung der Sondennadel, wobei auf demselben Substrat Aufzeichnungsmedien von zwei Arten oder mehr gebildet sein können, so daß temporäre Speicher und Permanentspeicher nebeneinander vorhanden sein können.

Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteran­ sprüchen.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Figuren. Von den Figuren zeigt

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Teiles der Spei­ chervorrichtung entsprechend dieser Erfindung;

Fig. 2 eine Schnittansicht eines ersten Auslegers, genommen entlang der Linie I-I aus Fig. 1;

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich der Fig. 2, genommen entlang der Linie II-II aus Fig. 1;

Fig. 4 eine Schnittansicht eines zweiten Auslegers, genom­ men entlang der Linie III-III aus Fig. 1;

Fig. 5 ein schematisches Diagramm zur Veranschaulichung ei­ ner Modifikation der Speichervorrichtung entspre­ chend dieser Erfindung;

Fig. 6 ein schematisches Diagramm einer weiteren Modifika­ tion der Speichervorrichtung entsprechend dieser Er­ findung;

Fig. 7A und 7B Diagramme zur Veranschaulichung weitere Modi­ fikationen der Speichervorrichtung dieser Erfin­ dung;

Fig. 8 ein schematisches Diagramm eines Aufzeichnungsmedi­ umssubstrates der Speichervorrichtung entsprechend dieser Erfindung, bei dem Aufzeichnungsmedien von zwei Arten oder mehr auf demselben Substrat gebildet sind;

Fig. 9 ein Speicherschaltungsdiagramm zur Veranschaulichung einer weiteren Modifikation der Speichervorrichtung entsprechend dieser Erfindung, bei der die aufge­ zeichnete Information eine Relaxationszeit aufweist; und

Fig. 10 ein Blockdiagramm einer weiteren Modifikation der Speichervorrichtung entsprechend dieser Erfindung, die eine Kombination der temporären Speicherschal­ tung gemäß Fig. 9 und einer Permanentspeicherschal­ tung, bei dem ein Aufzeichnungsmedium eines zweiten Types als ein Medium zum Aufzeichnen von Permanentinformation dient, darstellt.

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist die Vorrichtung grundsätzlich zwei Ausleger 12, 14 auf, die gegenüberstehen. Der erste Ausleger 12 erstreckt sich in X-Richtung und weist an seinem vorderen Ende vier kleine unabhängige Ausleger 13 auf, die durch drei Trenneinschnitte 16, 17, 18 getrennt sind, und die auf den unteren Oberflächen Aufzeichnungsteile 30 aufweisen. Die kleinen Ausleger 13 sind vom gleichen Aufbau, wobei ein Beispiel in Fig. 3 als Schnittansicht gezeigt ist. Ein zweiter Ausleger 14 mit vier Tunnelstromsonden 20 beim oberen vorderen Ende ist unterhalb des ersten Auslegers 12 angeordnet, so daß die Sonden den jeweiligen Aufzeichnungsmedien 30 gegenüberstehen. Die Sonde 20 ist durch wiederholtes Prozessieren einer Metallabscheidung durch Maskieren als konische Konfiguration ausgebildet.

In Fig. 2 ist eine Schnittansicht des ersten Auslegers 12, genommen entlang der Linie I-I aus Fig. 1, gezeigt. Wie aus der Figur ersichtlich, weist der erste Ausleger 12 ZnO- Schichten 21, 22 auf den oberen bzw. unteren äußeren Ober­ flächen auf, die darauf Elektroden 23, 24 und 25, 26 tragen, die bei einem Zwischenabschnitt geteilt sind und in longitu­ dinaler Richtung des Auslegers 12 parallel zueinander ver­ laufen. Ein zusammengesetzter Aufbau der Elektroden 23 bis 26 und der ZnO-Schichten 21, 22 ermöglicht dem Ausleger 12 eine Bewegung in Y-Richtung. Wenn eine Spannung mit entge­ gengesetzter Phase über den beiden Elektrodenpaaren 23, 25 und 24, 26, bei denen jedes Element des Paares dem anderen Element über die ZnO-Schichten 21, 22 gegenüberliegt, ange­ legt wird, werden die zwischen einem Elektrodenpaar, z. B. 23, 25 angeordneten ZnO-Schichten 21, 22 ausgedehnt (bzw. kontrahiert), und die zwischen dem weiteren Elektrodenpaar 24, 26 angeordnete Schichten 21, 22 werden kontrahiert (bzw. ausgedehnt), mit dem Ergebnis, daß der Ausleger 12 als Ganzes in lateraler Richtung gebogen wird, was die Bewegung der Aufzeichnungsflächen in Y-Richtung ermöglicht.

Fig. 3 zeigt eine Schnittansicht des ersten Auslegers, ge­ nommen entlang der Linie II-II aus Fig. 1. Die am vorderen Ende des Auslegers 12 gebildeten kleinen Ausleger 13 weisen eine Elektrode 27 zwischen den ZnO-Schichten 21 und 22, eine Elektrode 28 auf deren oberen Oberfläche und eine Elektrode 29 zwischen der unteren Oberfläche der ZnO-Schicht 22 und dem Aufzeichnungsteil 30 auf. Für die obigen Elektroden kann beispielsweise Aluminium verwendet werden. Die zusammenge­ setzte Struktur der Elektroden 27, 28, 29 und der ZnO- Schichten 21, 22 bewirkt, daß sich die kleinen Ausleger 13 in Z-Richtung bewegen. Wenn eine Spannung mit entgegenge­ setzter Phase bezüglich einer an die Elektrode 27 angelegten Referenzspannung an die auf den oberen und unteren Oberflä­ chen der kleinen Ausleger 13 befestigten Elektroden 28 und 29 angelegt wird, wird die zwischen den Elektroden 27, 28 angeordnete ZnO-Schicht 21 ausgedehnt (bzw. kontrahiert), und die zwischen den Elektroden 27, 29 angeordnete ZnO- Schicht 22 wird demgegenüber kontrahiert (bzw. ausgedehnt). Dies bewirkt, daß die kleinen Ausleger 13 vertikal gebogen werden, und folglich wird das Aufzeichnungsteil 30 in Z- Richtung bewegt.

Wie in Fig. 4 im Schnitt gezeigt, weist der zweite Ausleger 14 eine mit Elektroden 33, 34 und 35, 36 auf den oberen und unteren Oberflächen ausgestattete ZnO-Schicht 32 auf, so daß er selbst in X-Richtung gebogen werden kann, wobei die Elek­ troden im wesentlichen bei einem Zwischenabschnitt der Schicht 32 geteilt sind und sich parallel in longitudinaler Richtung der Schicht 32 erstrecken. Wenn eine Spannung mit entgegengesetzter Phase über den Elektrodenpaaren 33, 35 und 34, 36, die sich gegenüberliegen, wobei die ZnO-Schicht 32 dazwischen liegt, angelegt wird, wird die zwischen einem Elektrodenpaar 33, 35 angeordnete ZnO-Schicht ausgedehnt (bzw. kontrahiert) und die zwischen dem weiteren Elektroden­ paar 34, 36 angeordnete ZnO-Schicht 32 wird kontrahiert (bzw. ausgedehnt), womit bewirkt wird, daß sich die Tunnel­ sondennadel in X-Richtung bewegt.

Jedes Aufzeichnungsteil 30 und Sonde 20 sind so gestützt, daß ein Tunnelstrom dazwischen fließen kann. Die jeweiligen Abtastungen der ersten und zweiten Ausleger 12 und 14 in den Y- und X-Richtungen ermöglicht jeder Sonde 20, über die Oberfläche von jedem Aufzeichnungsteil 30 rasterförmig abge­ tastet zu werden. Das rasterförmige Abtasten wird beispielsweise durch abwechselnd zyklisches Anlegen einer Spannung mit entgegengesetzter Phase über die Elektrodenpaare 23, 25 und 24, 26 des ersten Auslegers 12 zum horizontalen Abtasten des Auslegers 12 in Y-Richtung, und synchron mit dem Zyklus der angelegten Spannung durch Anlegen einer Spannung mit entgegengesetzter Phase an die Elektrodenpaare 33, 35 und 34, 36 des zweiten Auslegers 14 zum Bewirken der Bewegung des Auslegers 14 in X-Richtung durchgeführt. Während der Rasterabtastung wird der Abstand zwischen der Sonde 20 und dem Aufzeichnungsteil 30 durch eine Rückkopplungssteuerung der Position in Z-Richtung der kleinen Ausleger 13 konstant gehalten. Da die Tunnelnadel 20 und das Aufzeichnungsteil 30 unabhängig von dem ersten und dem zweiten Ausleger angetrieben sind, wird die Bewegung in einer Richtung, bei der ein Hub eines Auslegers kurz ist, durch einen langen Hub des anderen Auslegers kompensiert, so daß die Sonde 20 über das Aufzeichnungsteil 30 über einen weiten Bereich abgetastet werden kann. Bei einem Ausleger mit einer Größe von 5 µm×200 µm×1000 µm wird der Bereich der horizontalen Abtastung zumindest auf 1100 Å×1100 Å vergrößert, was eine Vergrößerung der Speicherkapazität bedeutet.

Bei dem obigen Ausführungsbeispiel sind die Aufzeichnungs­ teile 30 auf der unteren Oberfläche der kleinen Ausleger 13 und die Sonde 20 auf der oberen Oberfläche des zweiten Aus­ legers 14 vorgesehen, wobei vermerkt werden soll, daß das Aufzeichnungsteil auf dem zweiten Ausleger und die Sonden auf denselben Auslegern vorgesehen sein können.

Fig. 5 veranschaulicht eine Modifikation der Speichervor­ richtung entsprechend dieser Erfindung. Ein erstes rechteckiges piezoelektrisches Substrat 42 ist mit einer Vielzahl von Auslegern 43 vorgesehen, die durch eine Vielzahl von im wesentlichen U-förmigen Einschnitten definiert sind, wobei ein Teil von jedem Einschnitt den angrenzenden Einschnitten gemeinsam ist, und dessen freien Enden sich in die untere rechte Ecke der Figur bei einem Winkel von 45° erstrecken, und die Ausleger eine erste Gruppe von kamm-ähnlichen Auslegern 43 bilden. Ähnlich dazu weist ein zweites piezoelektrisches Substrat 44 eine zweite Gruppe von Auslegern 45 mit einer Anzahl und einer Größe äquivalent zu den Auslegern 43 auf, dessen freien Enden sich jedoch zur unteren linken Ecke der Figur bei einem Winkel von 45° erstrecken. Jede der ersten und zweiten Gruppe von Auslegern 43, 45 ist mit einer Vielzahl von durch einen IC- Prozeß gebildeten Elektroden ausgestattet, die nicht gezeigte piezoelektrische Antriebssysteme darstellen. Des weiteren sind die Tunnelstromsonden bei den freien Endbereichen einer Gruppe 43 (bzw. 45) der Ausleger vorgesehen, und die Aufzeichnungsteile sind bei den freien Endbereichen der anderen Gruppe 45 (bzw. 43) vorgesehen. Das erste und das zweite Substrat 42, 44 stehen sich einander über eine Abstandseinheit gegenüber. Die jeweils bei den freien Endbereichen der ersten und der zweiten Gruppe 43, 45 der Ausleger vorgesehenen Sonden und Aufzeichnungsteile sind in unmittelbarer Nähe angeordnet und weisen einen Abstand voneinander auf. Wie in der vorhergehenden Modifikation wird die Sonde über das Aufzeichnungsteil über einen weiten Be­ reich abgetastet, während die erste und die zweite Gruppe 43, 45 von Auslegern unabhängig angetrieben werden. Da jeder Ausleger von jeder der Gruppen 43, 45 in enger Nachbarschaft angeordnet ist, können die Speicherflächen mit hoher Packungsdichte integriert sein.

Eine weitere Modifikation der Erfindung ist in Fig. 6 ge­ zeigt. Ein erstes rechteckiges Substrat 52 weist eine erste Gruppe von Auslegern 53 auf, die durch eine Vielzahl von Auslegern gebildet ist, dessen freien Enden sich zur oberen rechten Ecke der Figur bei einem Winkel von 45° erstrecken, und durch eine Vielzahl von Auslegern, dessen freien Enden sich zur unteren linken Ecke der Figur bei einem Winkel von 45° erstrecken, und die abwechselnd entlang der ersten von der Vielzahl der Ausleger angeordnet ist, wobei sämtliche Ausleger durch einen Einschnitt in Form einer rechtsseitig geneigten, im wesentlichen rechteckigen Pulswellenform defi­ niert sind. Ähnlich dazu weist ein zweites Substrat 54 eine zweite Gruppe von Auslegern 55 auf, die durch eine Vielzahl von Auslegern mit freien Enden, die sich zur unteren rechten Ecke der Figur bei einem Winkel von 45° erstrecken, auf, die abwechselnd entlang einer Vielzahl von Auslegern angeordnet sind, dessen freien Enden sich in die obere linke Ecke der Figur bei einem Winkel von 45° erstrecken, wobei die jewei­ ligen Ausleger durch einen Einschnitt definiert sind. Die erste und die zweite Gruppe 53, 55 der Ausleger sind mit Elektroden ausgestattet, die nicht gezeigte piezoelektrische Antriebssysteme darstellen. Das erste und das zweite Sub­ strat 52, 54 stehen sich mit einer dazwischen befindlichen Abstandseinheit so gegenüber, daß die vorderen Enden der er­ sten Gruppe 53 der Ausleger denen der zweiten Gruppe 55 der Ausleger entsprechen. Bei den vorderen Enden von einer der Gruppen 53, 55 der Ausleger sind Sonden vorgesehen, und bei den vorderen Enden der anderen Gruppe der Ausleger sind Aufzeichnungsteile vorgesehen. Die Sonden und die Aufzeich­ nungsteile sind so angeordnet, daß dazwischen ein Tunnel­ strom fließen kann. Die erste und die zweite Gruppe 53, 55 der Ausleger wird unabhängig angetrieben, so daß die Sonden über eine kleine Lücke zwischen den Oberflächen der Auf­ zeichnungsteile abgetastet werden können.

Fig. 8 veranschaulicht eine weitere Modifikation der Spei­ chervorrichtung entsprechend dieser Erfindung, die mit einer Gruppe von Auslegern ausgestattet ist, welche zwei oder mehr Arten von Aufzeichnungsmedien aufweisen. Die Gruppe der Aus­ leger ist ähnlich zu der Gruppe der Ausleger 55 wie in Fig. 6 gezeigt, welche auf dem rechteckigen Substrat 54 gebildet ist, und mit A bezeichnete freie Endbereiche aufweist, auf denen temporäre Aufzeichnungsmedien mit einer Informations­ relaxationszeit (eine Zeitdauer, nachdem die gespeicherte Information unidentifizierbar wird) durch Abscheidung aus der Dampfphase oder einem CVD-Prozeß gebildet sind, und mit B bezeichnete freie Endbereiche aufweist, auf den Perma­ nentaufzeichnungsmedien zum permanenten Halten von Informa­ tion auf ähnliche Weise gebildet sind.

Die temporären Aufzeichnungsmedien sind durch Steuern des Energiebandes bei einem IC-Prozeß gebildet und halten die an bestimmten Plätzen gefangenen elektrischen Ladungen von der Sonde für eine feste Zeitdauer. Die in den Aufzeichnungsme­ dien gefangenen elektrischen Ladungen verschwinden nach Ver­ streichen der festen Zeitdauer von den Plätzen, wo sie ge­ fangen wurden, was einen Verlust der in den Plätzen gespei­ cherten Information nach sich zieht. Ein weiteres Beispiel des Aufzeichnungsmediums mit einer Informationsrelaxations­ zeit stellt ein Metall wie beispielsweise Au dar, welches die Information für eine feste Zeitdauer hält, die die bei den fixierten Plätzen durch die Sonde gebildeten Löcher und Hügel bzw. Mounds repräsentiert.

Als permanentes Aufzeichnungsmedium wird eine Substanz ver­ wendet, deren Struktur stabil ist, wie beispielsweise Kohlenstoff, und die aus einem Element von den in Tabelle 1 aufgelisteten Elementen ausgewählt sein kann, wobei die Stabilität durch den Schmelzpunkt und den Dampfdruck defi­ niert ist. Mit anderen Worten, eine ausgewählte Substanz kann semipermanent Löcher halten, die durch das Anlegen einer Spannung von 4 bis 5 V an die Sonde in dem permanenten Aufzeichnungsmedium gebildet sind.

Tabelle 1

Die temporären Aufzeichnungsmedien und die permanenten Auf­ zeichnungsmedien sind mit einem geeigneten Verhältnis ange­ ordnet, wie beispielsweise 1:10 oder 1:1000, wobei der Grund dafür ist, daß die Speichervorrichtung dieser Erfindung vor­ aussichtlich zur Bildaufzeichnung verwendet wird, bei der pro Bild 1 M Bit benötigt werden, und keine Kompressions- Speicherung von Information beabsichtigt ist. Ein CD-ROM stellt ein typisches Beispiel für eine permanente Aufzeich­ nungsvorrichtung dar. Die zu speichernden Bilder werden durch Auswahl in eine DC-ROM bestimmt, bevor eine Disk her­ gestellt wird. Die Speichervorrichtung dieser Erfindung ist für eine solche Auswahl geeignet.

Fig. 9 zeigt ein Beispiel eines Speicherschaltungsaufbaues der Erfindung, bei dem eine Substanz mit einer Relaxations­ zeit für das Aufzeichnungsmedium verwendet wird.

Beim Schreiben und Auslesen von Information wird eine Tun­ nelstromsonde 100 oberhalb eines temporären Aufzeichnungsme­ diums 102 um einen Tunnelabstand (ein Abstand, zwischen dem ein Tunnelstrom fließen kann) mittels einer entsprechend dem Ausgang einer R/W-Steuerschaltung 101 angetriebenen Treiber­ schaltung 109 gehalten und mit einem Zyklus entsprechend einer Adresse zum Schreiben oder Lesen abgetastet. Wenn die Information geschrieben werden soll, wird ein Schreibimpuls, der ein Bitfeld repräsentiert, in einen der Eingangsan­ schlüsse eines ODER-Gatters 104 von einem Informations­ schreibanschluß 103 eingegeben. Die Addition des Schreibim­ pulses zu einer Spannung V, die zwischen der Sonde 100 und dem Aufzeichnungsmedium 102 anliegt, ermöglicht dem Bitfeld, in bestimmten Adressen des Aufzeichnungsmediums 102 aufge­ zeichnet zu werden. Beim Lesen der gespeicherten Information wird die Sonde 100 synchron mit der R/W-Steuerschaltung 101 abgetastet, wodurch die in der bestimmten Adresse gespei­ cherte Information von einer Leseschaltung 106 in Form der Größe eines Tunnelstromes ausgegeben wird.

Ein Timer 105 hält die Zeit, bei dem das Schreiben der In­ formation stattfand, in Bezug zur Adresse des Schreibens, und gibt ein Signal zum Antreiben einer Wiederschreibschal­ tung 108 aus, wenn eine Wiederschreibzeit, die so gesetzt ist, daß sie kürzer als die Relaxationszeit des Aufzeich­ nungsmediums 102 ist, verstrichen ist, wodurch die in dem Aufzeichnungsmedium 102 mit einer Relaxationszeit gespei­ cherte Information erneut in das Medium geschrieben wird. Da die Relaxationszeit stark in Abhängigkeit vom Substrat, wel­ ches für das Aufzeichnungsmedium 102 verwendet wird, vari­ iert, wird die Größe der Zeit zur Durchführung des Wieder­ schreibens passend für die Substanz, welche das Aufzeich­ nungsmedium bildet, ausgewählt. Wenn beispielsweise Au als Mediumssubstanz verwendet wird, beträgt die Relaxationszeit eines gebildeten Loches 24 Stunden, so daß die Zeit zum Wie­ derschreiben auf 12 bis 20 Stunden nach dem Schreiben der Information in das Aufzeichnungsmedium gesetzt sein kann. Während die dargestellte Schaltung ein Lesen-nach-schreiben- Wiederschreibensystem darstellt, kann auch ein Kopiersystem verwendet sein, bei dem ein getrenntes Aufzeichnungsmedium zum Wiederschreiben verwendet wird. Beim zuletzt genannten Fall verliert das Aufzeichnungsmedium, in das Information zuerst aufgezeichnet worden ist, die Information, wenn diese so wie sie ist ohne Wiederschreiben nach Ablauf der Relaxa­ tionzeit verbleibt, wodurch dieses automatisch initialisiert wird. Unabhängig davon, ob das Lesen-nach-schreiben-System oder das Kopiersystem verwendet wird, kann die Information zuerst in einem Halbleiterspeicherpuffer aufgezeichnet sein, und das Schreiben kann mit einer Verzögerungszeit durchge­ führt sein.

Fig. 10 veranschaulicht ein Blockdiagramm einer weiteren Mo­ difikation der Speichervorrichtung entsprechend dieser Er­ findung, die einen ersten Speicherabschnitt, der ein Auf­ zeichnungsmedium mit einer Relaxationszeit verwendet, und einen zweiten Speicherabschnitt zum permanenten Aufzeichnen von Information aufweist.

Ein Eingang einer Konsole wird über eine CPU 114 in eine Speicherkarte 116 eingegeben. Die Speicherkarte 116 stellt eine wiederbeschreibbare Speicherschaltung dar, die einen Halbleiterspeicher verwendet, und zeigt den Status der Ver­ wendung von Speicherblöcken (entsprechend den Spuren oder Sektoren einer Disk) zum Speichern von Bitfeldern in den er­ sten und zweiten Speichern 113 und 115 an. Ein in dem ersten Speicher 113 auf der Basis der Speicherkarte 116 temporär gehaltener Wert, z. B. ein Bildwert, wird über eine Übertra­ gungsschaltung 112 übertragen und auf einem CRT 111 ange­ zeigt. Die Übertragungsschaltung 112 überträgt den Wert in dem ersten Speicher 113 auf den zweiten Speicher 115 und wird ebenso zum Übertragen des Wertes an einen CRT-Anzeige­ puffer (nicht gezeigt) vor dem Übertragen des Wertes an den zweiten Speicher 115 verwendet, wodurch die Übertragung des Wertes betätigt wird. Ferner kann die Übertragungsschaltung 112 eine Funktion zum Komprimieren der an den zweiten Spei­ cher 115 zu sendenden Daten aufweisen. Der gewünschte abzu­ laufende Vorgang kann auf dem CRT 111 angezeigt sein, um zu bestimmen, ob die Daten in dem ersten Speicher 113 in den ersten Speicher so wie sie sind gehalten werden sollen, oder ob sie von dem Speicher 113 gelöscht werden sollen, oder ob sie permanent in dem zweiten Speicher 115 aufgezeichnet und in dem ersten Speicher 113 gelöscht werden sollen. Wenn die Daten von dem ersten Speicher 113 gelöscht werden sollen, wird der entsprechende Bereich des ersten Speichers 113 durch Ablaufen der Zeit initialisiert, ohne den Daten in dem entsprechenden Bereich des ersten Speichers 113 zu erlauben, in den Bereich wieder geschrieben zu werden.

Fig. 7A und 7B veranschaulichen weitere Modifikationen der Speichervorrichtung entsprechend dieser Erfindung. Drei von piezoelektrischen Elementen angetriebene Ausleger 61, 62, 63 sind einer auf dem anderen mit Abständen bei den jeweiligen vorderen Enden übereinander angeordnet. Die oberen und unte­ ren Ausleger 61, 63 sind so ausgebildet, daß sie durch pie­ zoelektrische Elemente in einer horizontalen Ebene bewegt werden können, während der mittlere Ausleger 62 so ausgebil­ det ist, daß er sowohl in einer horizontalen Ebene, als auch in einer vertikalen Ebene bewegt werden kann. Zwei Oberflä­ chen der sich bei den jeweiligen vorderen Enden zur Ausbil­ dung eines Paares sich gegenüberstehenden Ausleger, d. h. die untere Oberfläche bei dem vorderen Ende des Auslegers 61 und die obere Oberfläche bei dem vorderen Ende des Auslegers 62, und die untere Oberfläche bei dem vorderen Ende des Aus­ legers 62 und die obere Oberfläche bei dem vorderen Ende des Auslegers 63 sind mit einer Sonde bei einer Oberfläche des Paares und mit einem Aufzeichnungsteil bei der anderen Ober­ fläche ausgestattet, so daß die Sonde und das Aufzeichnungs­ teil sich mit einer dazwischenliegenden Lücke gegenüberste­ hen. Ein mit drei Auslegern gebildeter Speicher ermöglicht eine Speicherkapazität, die bei demselben besetzten Raum zweimal so groß wie bei einem Speicher ist, der durch zwei Ausleger gebildet ist.

Bei den vorhergehenden Modifikationen bzw. Ausführungsbei­ spielen dieser Erfindung kann das Schreiben und Auslesen von digitalen Datenbits durch das in der US 45 75 822 beschrie­ bene Verfahren durchgeführt sein. Beispielsweise kann die Sonde in physikalischen Kontakt bei einer fixierten Position mit einer Oberfläche eines Aufzeichnungsteiles mit einer Isolierschicht gebracht sein. Die Nadel und das Aufzeich­ nungsteil kann dann bei einer genügend großen Spannung vor­ gespannt sein, so daß es ermöglicht wird, Elektronen in der Isolierschicht zu fangen, wodurch das Schreiben der digita­ len Datenbits durchgeführt wird. Ferner werden an das Auf­ zeichnungsteil, in dem Elektronen selektiv gefangen sind, und die Sonde, die bei einer Position nahe dem Aufzeich­ nungsteil gestützt ist, mit einer Vorspannung versorgt, und die Sonde wird abgetastet, während der zwischen der Sonde und dem Aufzeichnungsteil fließende Tunnelstrom beobachtet wird, um über das Erfassen vorhandener gefangener Elektronen aus den Variationen des Tunnelstromes das Auslesen digitaler Datenbits zu ermöglichen.

Claims (12)

1. Speichervorrichtung mit:

• a) einem Aufzeichnungsmedium (30);
• b) einer Vorrichtung zum selektiven Bilden von Störun­ gen in dem Aufzeichnungsmedium (30);
• c) einer Sondenvorrichtung zum Erfassen der Präsenz der Störungen, wobei die Sondenvorrichtung eine leitende Sonde (20), eine Vorrichtung zum Anlegen einer Vor­ spannung zwischen der Sonde (20) und dem Aufzeich­ nungsmedium (30) zum Ermöglichen eines zwischen der Sonde (20) und dem Aufzeichnungsmedium (30) fließenden Tunnelstromes, und eine Vorrichtung zum Messen des Tunnelstromes aufweist;
• d) einer ersten Bewegungsvorrichtung (12, 45, 55) zum Bewegen des Aufzeichnungsmediums (30); und
• e) einer zweiten Bewegungsvorrichtung (14, 43, 53) zum Bewegen der Sonde (20), wobei die zweite Bewegungsvorrichtung durch auf einem zweiten Substrat (42, 52) ausgebildete zweite Ausleger (14, 43, 53) gebildet ist

dadurch gekennzeichnet, daß

• f) die erste Bewegungsvorrichtung (12, 45, 55) zum Bewegen des Aufzeichnungsmediums (30) durch auf einem ersten Substrat (44, 54) ausgebildete erste Ausleger (12, 45, 55) gebildet ist; und
• g) das erste und das zweite Substrat derart angeordnet sind, daß die ersten und die zweiten Ausleger in unmittelbarer Nähe zueinander und mit Abstand voneinander positionierbar sind, so daß relative Bewegungen der Sonde (20) und des Aufzeichnungsmediums (30) durchführbar sind.

2. Speichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der erste Ausleger (12, 45, 55) senkrecht zum zweiten Ausleger (14, 43, 45) angeordnet ist.

3. Speichervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß einer von den ersten und zweiten Ausle­ gern (12, 14) am vorderen Ende ferner eine Vielzahl von Auslegern (13) aufweist.

4. Speichervorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die ersten und zweiten Ausleger (43, 45, 53, 55) als Gruppen in der Form eines Kammes angeordnet sind.

5. Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine Vielzahl von Paaren einer Sonde (20) und ei­ nes Aufzeichnungsmediums (30), und bei der eine von den ersten und/oder zweiten Bewegungsvorrichtungen (12, 14, 43, 45, 53, 55, 61, 62, 63) durch einen gemeinsamen Ausle­ ger (62) gebildet ist.

6. Speichervorrichtung mit:

• - einem Substrat (42, 44, 52, 54);
• - einer auf dem Substrat (42, 44, 52, 54) angebrachten Aufzeichnungsvorrichtung (A, B) zum Aufzeichnen von Datenbits;
• - einer Vorrichtung zum selektiven Bilden von Störungen in der Aufzeichnungsvorrichtung (A, B); und
• - einer Sondenvorrichtung zum Erfassen der Präsenz der Störungen, wobei die Sondenvorrichtung eine leitende Sonde (100), eine Vorrichtung zum Anlegen einer Vorspannung (V) zwischen der Sonde (100) und der Aufzeichnungsvorrichtung zum Ermöglichen eines zwischen der Sonde (100) und der Aufzeichnungsvorrichtung fließenden Tunnelstromes, und eine Vorrichtung zum Messen des Tunnelstromes aufweist;

dadurch gekennzeichnet, daß die Aufzeichnungsvorrichtung ein erstes und ein zweites Aufzeichnungsmedium (A, B) aufweist und durch einen Ausleger (55) gestützt ist, und die leitende Sonde (100) zumindest eines der ersten und zweiten Aufzeichnungsmedien (A, B) abtastet.

7. Speichervorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste Aufzeichnungsmedium (B) eine Eigenschaft aufweist, wodurch die darin gebildeten Stö­ rungen in festgelegten Plätzen mit der Zeit abgebaut werden, und das zweite Aufzeichnungsmedium (A) eine Ei­ genschaft aufweist, wodurch die darin in festgelegten Plätzen gebildeten Störungen permanent erhalten sind.

8. Speichervorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das erste Aufzeichnungsmedium (B) aus ei­ nem flächenzentrierten kubischen Gittermetall herge­ stellt ist und das zweite Aufzeichnungsmedium (A) Koh­ lenstoff ist.

9. Speichervorrichtung nach Anspruch 6, 7 oder 8, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zum Wiederschreiben der in dem ersten Aufzeichnungsmedium (B) gebildeten Störungen in das erste Aufzeichnungsmedium (A), bevor die Störungen verloren sind.

10. Speichervorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (112) zum Übertragen der in dem ersten Aufzeichnungsmedium (B) gebildeten Störungen auf das zweite Aufzeichnungsmedium (A); und eine Vorrich­ tung (116) zum Bestätigen des Verschwindens der in dem ersten Aufzeichnungsmedium (B) gebildeten Störungen und Vorsehen eines Bereiches, aus dem die Störungen ver­ schwunden sind, als einen Bereich, in den neue Informa­ tion geschrieben wird.