SE526069C2 - System för elektronisk datalagring - Google Patents

Description

20 25 30 35 526 069 att de kan skrivas en gång så kallat WORM eller så kan skivan raderas för att skrivas på nytt.

Dessutom har det publicerats information kring min- neslagringssystem baserat på elektronstráleteknik. Här kan nämnas följande dokument JP 63-316336 A som avser att skapa ett lokalt ledande tillstånd genom att med elek- tronstråle förånga ett mindre område av metallhalid. WO 8704846 A1 är ett försök att med den tidens teknik skapa en miniatyriserad konstruktion av elektronstrålekanon för att förånga t.ex. vismut. JP 63-140441 A beskriver hur man kan modifiera ytan på ett roterande diskformat media med hjälp av en elektronstråle modifierar ytan fysiskt eller kemiskt.

Kort sammanfattning av uppfinningen Uppfinningen är baserad att lösa de problem som upp- står med datalagring baserade på elektronstråleaktivering och avläsning. Nya typer av elektronstrålekanoner är un- der utvecklig. Dessa är konstruerade av halvledarmaterial och blir på så sätt små och billiga i massproduktion.

Denna uppfinning bygger på att använda dessa typer av elektronkanoner och med den elektronstråle som dessa kan avge skapa en fysisk eller kemisk påverkan av ytstruktu- ren i ett begränsat område. Detta område kommer att på- verkas så att det representerar en binär etta eller nol- la. Denna programmeringsdomän är så liten att t.ex. syn- ligt ljus har för lång våglängd för att kunna påverka en så liten domän.

Problemet är dock att denna typ av elektronkanoner har för låg effekt i sin elektronstråle för att generera fysiska eller kemiska effekter i ytstrukturen på det sub- strat som belagt med lämpligt material. Uppfinningen är därför baserad på att extra tillskottsenergi tillförs ge- nom ett elektromagnetiskt fält (t.ex. ljus från en laser) så att den totala exiteringsenergin, i det område som 0 oooøon 0 n 00001» n nano 0 0 o 0000 an: o oo 0 och i 00 OI O 0 I 0 I n n I I 0 I oo Oo 00 I o I 000 O; :OQO oo 0 c c I nu o 10 Ü 20 25 30 35 526 q69 elektronstrålen skall påverka fysiskt eller kemiskt, blir tillräckligt hög för påverkan. Detta exiteringsfält kan belysa ett större område än den programmeringsdomän som elektronstrålen skall påverka. Vid avläsning av tidigare lagrade data används sedan enbart elektronstrålen eller eventuellt i kombination med ett elektromagnetiskt fält med lägre intensitet, för att avläsa de tidigare regi- streringarna (programmeringsdomänerna). Anledningen till att den elektromagnetiska energin inte enbart används för att skapa programmeringsdomänen, är att det skulle krävas extremt kortvågiga ljuskällor, t.ex. röntgenstrålning för att påverka så små domäner så att packningstätheten av data blir tillräckligt stor.

Ett annat problem med de tidigare beskrivna datalag- ringsmetoderna baserade på elektronstrålekanon är att de använder en roterande skiva för att lagra informationen.

Problemet med detta är att det är mycket svårt att få en stabilitet och balansering som är tillräcklig för spår- följning i ett roterande system med noggrannhetskrav pâ enstaka nanometer. Denna uppfinning är därför baserad på användningen av ett s.k. X-Y system (förflyttning i två dimensioner) för att röra det substrat, med lämplig ytbe- läggning, som skall användas för att, med elektronstråle och elektromagnetiskt fält, skapa de ovan angivna pro- grammeringsdomänerna. Vid den tidpunkt som skrivning el- ler avläsning av data sker så står X-Y systemet temporärt stilla. Uppfinningen kan dock om sämre noggrannhet accep- teras även användas för skrivning under rörelse alterna- tivt för roterande system.

Den elektromagnetiska källan kan också utformas så att ytskiktet på substratet kan regenereras till ur- sprungligt tillstånd. Det vill säga att den kemiska eller fysiska påverkan återställes genom en exponering med ett elektromagnetiskt fält av högre effekttäthet än som an- n Ionnoo Oo onto n 0 0 Q o O 0 tool 'oc I I O u o O oo acc nu gg u: soon av n.

I I Ia Oc I c o 0 10 U 20 25 30 35 526 069 4 vänds vid normal skrivning. På så sätt kan ett datalag- ringssystem med återskrivbarhet konstrueras.

Kort beskrivning av ritningarna Figur 1 visar ett system för datalagring med elek- tronstrålekanon 6 och elektromagnetisk källa 3 placerad på samma sida av substratet 2. Substratet 2 är av ett termiskt och längdutvidgningsmässigt stabilt material så att en hög noggrannhet uppnås vid positioneringen i X-Y led. Substratet 2 är belagt med ett eller flera skikt 1 bestående av material som kan förändras fysiskt eller ke- miskt vid den kombinerade exponeringen av elektronstrålen 7 från elektronkanonen 6 och strålen 4 från den elektro- magnetiska källan 3. Eftersom den elektromagnetiska strå- len 4 har en våglängd som är större än den programme- ringsdomän 8 som skapas av elektronstrålen 7 så är den elektromagnetiska källans 3 bestrålningsomrâde 5 normalt större än programmeringsdomänen 8. Programmeringsdomänen 8 kan som visas i figur 4 vara mindre än elektronstrålens 7 diameter.

Figur 2 visar ett system för datalagring med elek- tronstrålekanon 14 och elektromagnetisk källa 11 placerad på olika sidor av substratet 10. Substratet 10 är av ett termiskt och längdutvidgningsmässigt stabilt material så att en hög noggrannhet uppnås vid positioneringen i X-Y led. Substratet 10 måste i detta fall vara genomsläppligt för det elektromagnetiska fältet, så att detta kan grun- dexitera ytskiktet från undersidan. Substratet 10 är be- lagt, på den sida av substratet 10 som är riktad mot elektronkanonen 14, med ett eller flera skikt 9 bestående av material som kan förändras fysiskt eller kemiskt vid den kombinerade exponeringen av elektronstrålen 15 från elektronkanonen 14 och strålen 12 från den elektromagne- 00 50 ñanp 0 0 o n I I 0 0 i 0000 000 I 000 00 §000 ut 00 I I 0 5 0 g ; 0 o D O I I I O O Q I I I O 00 00 00 00 000 00 0 526 069 5 0 v nu :.: :o z... u|:0 u un on nu coca . øaaooo nu unc..- Û 0 o u so nu 00' n" to anno z ' ' '..' ...: 0..|: n . 0 c n c o tiska källan 11. Eftersom den elektromagnetiska strâlen 12 har en våglängd som är större än den programmeringsdomän 16 som skapas av elektronstrålen 15 så är den elektromagnetiska källans 11 bestrålningsområde 13 normalt större än programmeringsdomänen 16.

Figur 3 visar ett diagram med de effekttäthetsnivâer 17 ( som korrelerar med upptagen energi hos materialet i ytskiktet) som erfordras för att kemiskt eller fysiskt förändra ytskiktet eller ytskikten 1 respektive 9 som visats i figur l eller figur 2 längs ett spår eller yta 18. Ytskiktets material exponeras av ett elektromagnetiskt fält med effekttätheten 20. Denna nivå 20 medför ingen kemisk eller fysisk förändring av ytskiktsmaterialet. För att åstadkomma denna kemiska eller fysiska förändring krävs en effekttäthetsnivà 19.

Dock måste man av kvalitets- och spridningsskäl ha en säkrare effekttäthetsnivå 21 för att säkerställa den kemiska eller fysiska förändringen av ytskiktets material. Linjen 22 visar förloppet då ytskiktets material först får en exponering av det elektromagnetiska fältet på effekttäthetsnivàn 20 för att sedan kompletteras med exponering av elektronstràlen till effekttäthetsnivån 21. Därefter stängs elektronstrålen av så att materialet enbart exponeras med det elektromagnetiska fältet.

Figur 4 visar ett diagram med de effekttäthetsnivåer 17 ( som korrelerar med upptagen energi hos materialet i ytskiktet) som erfordras för att kemiskt eller fysiskt förändra ytskiktet eller ytskikten 1 respektive 9 som visats i figur 1 eller figur 2 längs ett spår eller yta 18. Ytskiktets material exponeras av ett elektromagnetiskt fält med effekttätheten 20. Denna nivå 20 medför ingen kemisk eller fysisk förändring av ytskiktsmaterialet. För att åstadkomma denna kemiska 0000 I 0 0 0 0010 000 0 0 0 1 OI 00! n 00 n 0 00 0 00 u 0 0 0 I 0 0 0 0 0 00 00 001 0: 0o coon nu nu O 0 o u 0 n I 0 0 0 4 OO O 10 U 20 25 30 35 526 069 6 eller fysiska förändring krävs en effekttäthetsnivå 19.

Dock måste man av kvalitets- och spridningsskäl ha en säkrare effekttäthetsnivå 21 för att säkerställa den kemiska eller fysiska förändringen av ytskiktets material. Figur 4 visar det fall då man vill minska elektronstrålens effektiva yta för att få mindre exponeringsområden. Elektronstràlens effekttäthet har en viss distribution t.ex. normalfördelning. Genom att ändra effekttätheten hos stràlen med det elektromagnetiska fältet så kommer olika stor yta att påverkas kemiskt eller fysiskt. Figur 4 visar att med den högre nivån på det diametern dl. elektromagnetiska fältet så får man ett område med Om man däremot sänker effekttätheten hos stràlen med det elektromagnetiska fältet så erhåller man ett mindre område med diametern d2. På så sätt kan programmeringsdomäner åstadkommas som har mindre diameter än själva elektronstrålen.

Detaljerad beskrivning Denna uppfinning bygger pà att använda elektronkanoner konstruerade av halvledarmaterial och med den elektronstråle som dessa kan avge skapa en fysisk eller kemisk påverkan av ytstrukturen i ett begränsat område. Detta visas i figur 1 med ett system försett med en elektronstrålekanon 6 och elektromagnetisk källa 3 placerad på samma sida av substratet 2. Elektronkanonen har för låg effekt i sin elektronstrâle för att generera fysiska eller kemiska effekter i ytstrukturen på det substrat som belagt med lämpligt material. Uppfinningen är därför baserad på att extra tillskottsenergi tillförs genom ett elektromagnetiskt fält (t.ex. ljus) så att den totala exiteringsenergin, i det område som elektronstrålen skall påverka fysiskt eller kemiskt, blir tillräckligt hög för påverkan. Det elektromagnetiska exiteringsfältet kan belysa ett större område än den 0000 O I 0000 000 N H 20 25 30 35 526 069 7 programmeringsdomän som elektronstrålen skall påverka.

Anledningen till att den elektromagnetiska energin inte enbart används för att skapa programmeringsdomänen, är att det skulle krävas extremt kortvågiga ljuskällor, t.ex. röntgenstrålning för att påverka så små domäner så att packningstätheten av data blir tillräckligt stor.

Substratet 2 är av ett termiskt och längdutvidgningsmässigt stabilt material så att en hög noggrannhet uppnås vid positioneringen i X-Y led. I detta fall används inte en roterande skiva för att lagra informationen. Problemet med detta är att det är mycket svårt att få en stabilitet och balansering som är tillräcklig för spårföljning i ett roterande system med noggrannhetskrav på enstaka nanometer. Denna uppfinning är därför i första hand baserad på användningen av ett s.k. X-Y system (förflyttning i två dimensioner) för att röra det substrat, med lämplig ytbeläggning, som skall användas för att, med elektronstråle och elektromagnetiskt fält, skapa de ovan angivna programmeringsdomänerna.

Substratet 2 är belagt med ett eller flera skikt 1 bestående av material som kan förändras fysiskt eller kemiskt vid den kombinerade exponeringen av elektronstrålen 7 från elektronkanonen 6 och strålen 4 från den elektromagnetiska källan 3. Eftersom den elektromagnetiska strålen 4 har en våglängd som är större än den programmeringsö 8 som skapas av elektronstrålen 7 så är den elektromagnetiska källans 3 bestrålningsområde 5 normalt större än programmeringsdomänen 8.

Programmeringsdomänen 8 kan, som visas i figur 4, vara mindre än elektronstrålens 7 diameter. Detta område kommer att påverkas så att det representerar en binär etta eller nolla. Denna programmeringsdomän är så liten att t.ex. synligt ljus har för lång våglängd för att kunna påverka en så liten domän. u0cc0o 00 0000 0 0 0000 000 O 0000 0 I 000 000 000 10 U 20 25 30 35 526 069 8 Donno; nano f -I I o p . , ' c ' 000 ;.. . I I l n . , : u o o: Q z u n u q v ' ° Ett system för datalagring med elektronstrålekanon 14 och elektromagnetisk källa 11 placerad på olika sidor av substratet 10, visas i figur 2. Substratet 10 är av ett termiskt och längdutvidgningsmässigt stabilt material så att en hög noggrannhet uppnås vid positioneringen i X- Y led. Substratet 10 är belagt, på den sida av substratet 10 som är riktad mot elektronkanonen 14, med ett eller flera skikt 9 bestående av material som kan förändras fysiskt eller kemiskt vid den kombinerade exponeringen av elektronstrålen 15 från elektronkanonen 14 och strålen 12 från den elektromagnetiska källan 11. Eftersom den elektromagnetiska strålen 12 har en våglängd som är större än den programmeringsdomän 16 som skapas av elektronstrålen 15 så är den elektromagnetiska källans 11 bestrålningsområde 13 normalt större än programmeringsdomänen 16.

Vid avläsning av tidigare inskrivna och därmed lagrade data används sedan enbart elektronstrålen eller i kombination med ett elektromagnetiskt fält som har så låg effekttäthet att den sammanlagda effekttätheten från det elektromagnetiska fältet och elektronstrålen inte blir så högt att det kan förändra materialet kemiskt eller fysiskt, för att avläsa de tidigare registreringarna (programmeringsdomänerna)_ Vid avläsningsproceduren kan olika metoder användas för att detektera den kemiska eller fysiska förändringen. Exempel på metoder är elektronspridning vid reflektion, elektronabsorption, förändring i elektronenergi hos reflekterade elektroner och optisk luminiscens hos det exponerade materialet.

Systemet för datalagring kan också bestå av ett antal källor för elektromagnetisk strålning och ett antal elektronstrålekanoner. Dessa två olika komponenter kan organiseras i par i en tvådimensionell matris bestående av m x n enheter. Dessa par kan antingen monteras så att 10 U 20 25 30 35 526 069 o ' ~ f '- .' ' fl u". :nu ,,, o . ' o n o 9 - -='-.-' elektronkanonerna befinner sig på ena sidan och att de elektromagnetiska källorna befinner sig på andra eller så kan alla elektronkanonerna och elektromagnetiska källorna sitta på samma sida. De elektromagnetiska källorna kan utformas så att de belyser områden som omfattar flera elektronkanoners arbetsfält. Pâ så sätt kan antalet elektromagnetiska källor minimeras.

För enkelhetens skull tänker vi oss att elektronkanon och elektromagnetisk källa befinner sig parvis på var sin sida. Emellan dessa befinner sig substratet med sitt eller sina ytskikt i en X-Y ram. Ovan för substratet befinner sig m*n stycken elektronkanoner.

Under substratet finns en m x n matris med elektromagnetiska källor. Axlarna för dessa elektromagnetiska källor sammanfaller med de axlarna för elektronkanonerna. Substratet med sina ytskikt befinner sig alltså mellan de bägge matriserna. Det minneslagrande ytskiktet är deponerat pà ett elektromagnetiskt transparent substrat (behöver inte vara transparent om alla donen sitter på samma sida). De elektromagnetiska källorna är fokuserade på den yta som kan svepas av respektive elektronkanon - i storleksordning lum. X-Y ramen förflyttar substratet till ungefär det ställe på detta där data önskas skrivas eller läsas. Förflyttningen behöver aldrig vara större än avståndet mellan två elektronkanoner. Elektronkanonerna fokuserar därefter individuellt på substratets ytskikt och letar efter indexpunkter eller kors i hörnen av avsökningsområdet.

Minst en sida måste ha indexpunkter. Med ledning av indexpunkterna kalibreras överföringsfunktionen mellan insignalerna till elektronkanonen och den avsökta ytan.

Därefter har varje bit i omrâdet sin "adress" i form av en insignalskombination individuellt för varje Skall data skrivas, slås de elektromagnetiska källorna på och fokuseras med ledning elektronkanon. tool l I 0000 000 c 14 Gao bil 10 15 20 25 30 35 526 069 l,tm, 10 " - Ü' "- ï-ï-.I- =..5 nu c s., o o q av fokuseringsparametrarna från elektronkanonerna. Om elektronkanonerna har upplösningen 10nm inom det avsökta området som är omkring lum stort går det in m x n x 10000 bitar på varje sida X-Y adresserad media.

Figur 3 visar ett diagram de effekttäthetsnivåer 17 ( som korrelerar med upptagen energi hos materialet i ytskiktet) som erfordras för att kemiskt eller fysiskt förändra ytskiktet eller ytskikten 1 respektive 9 som visats i figur 1 eller figur 2 längs ett spår eller yta 18. Ytskiktets material exponeras av ett elektromagnetiskt fält med effekttätheten 20. Denna nivå 20 medför ingen kemisk eller fysisk förändring av ytskiktsmaterialet. För att åstadkomma denna kemiska eller fysiska förändring krävs en effekttäthetsnivå 19.

Dock måste man av kvalitets- och spridningsskäl ha en säkrare effekttäthetsnivå 21 för att säkerställa den kemiska eller fysiska förändringen av ytskiktets material. Linjen 22 visar förloppet då ytskiktets material först får en exponering av det elektromagnetiska fältet på effekttäthetsnivàn 20 för att sedan kompletteras med exponering av elektronstrålen till effekttäthetsnivån 21. Därefter stängs elektronstràlen av så att materialet enbart exponeras med den elektromagnetiska strålen.

Figur 4 visar ett diagram de effekttäthetsnivåer 17 ( som korrelerar med upptagen energi hos materialet i ytskiktet) som erfordras för att kemiskt eller fysiskt förändra ytskiktet eller ytskikten 1 respektive 9 som visats i figur 1 eller figur 2 längs ett spår eller yta 18. Ytskiktets material exponeras av ett elektromagnetiskt fält med effekttätheten 20. Denna nivå 20 medför ingen kemisk eller fysisk förändring av ytskiktsmaterialet. För att åstadkomma denna kemiska eller fysiska förändring krävs en effekttäthetsnivå 19.

Dock måste man av kvalitets- och spridningsskäl ha en I 0 Icon ana 0 I 0 00 0 0 O 0 0 10 15 20 526 969 1 u ° säkrare effekttäthetsnivå 21 för att säkerställa den kemiska eller fysiska förändringen av ytskiktets material. Figur 4 visar det fall då man vill minska elektronstrålens effektiva yta för att få mindre exponeringsomràden. Elektronstrålens effekttäthet har en viss distribution t.ex. normalfördelning. Genom att ändra effekttätheten hos strålen med det elektromagnetiska fältet så komer olika stor yta att påverkas kemiskt eller fysiskt. Figur 4 visar att med den högre nivån på det elektromagnetiska fältet så får man ett område med diametern dl. Om man däremot sänker effekttätheten hos strålen med det elektromagnetiska fältet så erhåller man ett mindre område med diametern d2. Pâ så sätt kan programmeringsdomäner åstadkommas som har mindre diameter än själva elektronstrålen. En ytterligare reduktion av elektronstrålens effektiva diameter är att ändra accelerationsspänningen i elektronkanonen. 0 annan. u

Claims (1)

1. N U 20 25 30 526 -069 “ n. PATENTKRAV . Anordning för lagring av elektroniska data genom elek- .tronbombardemang på ett substrat med ett anbringat skikt utfört i ett material som är anordnat att ändras kemiskt eller fysiskt vid exponering för en given ef-' fekttäthetsnivà, kännetecknad av att en mikroelektron- kanon med en maximal accelerationsspänning av 1000V samt en elektromagnetisk fältkälla är inriktade att exponera ett gemensamt område på skiktet, varvid nämn- da elektromagnetiska fältkälla är anordnad att expone- ra nämnda omràde för ett elektromagnetiskt fält som i kombination med elektronbombardemang från nämnda mik- roelektronkanon åstadkommer erforderlig effekttäthet för àstadkommande av nämnda förändring inom nämnda om- råde. . Anordningen enligt krav l, kännetecknad av att nämnda mikroelektronkanon är anordnad att exponera nämnda om- råde för ett elektronbombardemang samtidigt som nämnda område exponeras för nämnda elektromagnetiska fält. Anordningen enligt krav 1, kännetecknad av att nämnda mikroelektronkanon är anordnad att exponera nämnda om- råde för ett elektronbombardemang i närtid efter att nämnda område exponerats för nämnda elektromagnetiska fält. . Anordningen enligt något av föregående krav, känne- tecknad av att nämnda elektromagnetiska fältkälla är anordnad att exponera en yta som är större än en yta som nämnda mikroelektronkanon exponerar, vilka ytor överlappar varandra på nämnda område. 10 15 20 25 30 35 lO. 0 526 069 :nagon 0 O o 0 no Ooøonu u 0 0 nu en 0:00 1 n 0 ua.. oil Q I anno 0000 0 nun: I 9 cloo 0 0 0 0 bana 13 _ Anordningen enligt något av föregående krav, känne- tecknad av att nämnda elektromagnetiska fältkälla är anordnad att avge optiskt ljus. . Anordningen enligt något av föregående krav, känne- tecknad av att nämnda substrat är transparent för nämnda elektromagnetiska fält, och att nämnda elek- tronkanon och nämnda elektromagnetiska fältkälla är placerade på motsatta sidor om substratet. _ Anordningen enligt något av föregående krav, känne- tecknad av att den innefattar ett xy-bord för monte- ring av substratet och förflyttning av substratet i x- eller y-led. Anordningen enligt något av föregående krav, känne- tecknad av att nämnda mikroelektronkanon är anordnad att avge en elektronstråle med en effektdistribution som tvärs dess utbredningsriktning har en från centrum av stràlen avtagande effekt, och att effektstyrnings- organ är kopplade till nämnda elektromagnetiska fält-1 källa för styrning av det elektromagnetiska fältet, vilket effektstyrningsorgan är anordnat att nyttjas för att reglera dimensionen av en del av nämnda områ- de, inom vilken del nämnda erforderliga effekttäthet åstadkoms. Anordningen enligt krav 1, kännetecknad av att en ski- va för montering av substratet, samt organ för att ro- tera nämnda skiva vid registrering och avläsning av data, är anordnade., Metod för lagring av elektroniska data genom elektron- bombardemang på ett substrat med ett anbringat skikt utfört i ett material som ändras kemiskt eller fysiskt N U 20 25 30 35 ll. 12 526 069 f gg Iy '| vid exponering för en given effekttäthetsnivå, känne- tecknad av stegen att: - exponera ett omrâde av nämnda skikt för en elektron- stråle från en mikroelektronkanon med en maximal acce- lerationsspänning av lOOOV; - exponera nämnda område för ett elektromagnetiskt fält från en elektromagnetisk fältkälla; - styra effektnivàn för nämnda elektromagnetiska fält- källa är så att nämnda elektromagnetiskt fält i kombi- nation med nämnda elektronstråle åstadkommer erforder- lig effekttäthet för åstadkommande av nämnda föränd- ring inom nämnda område. Metoden enligt krav 10, kännetecknad av stegen att: - avge en elektronstràle med en effektdistribution som tvärs dess utbredningsriktning har en från centrum av strålen avtagande effekt; - reglera det elektromagnetiska fältet för att styra dimensionen av en del av nämnda område, inom vilken del nämnda erforderliga effekttäthet àstadkoms. .Metod för avläsning av registrerade data i form av ke- miskt eller fysiskt ändrade områden av elektroniska data pà ett substrat, lagrade enligt krav 10, känne- tecknad av stegen att: - exponera nämnda områden samt icke modifierade områ- den som sammanhänger med de modifierade området enbart med exponering av en elektronstràlen eller en elek- tronstràle i kombination med ett elektromagnetiskt fält med en effektnivå som är så liten att ändring av materialet inte sker; och - detektera elektronreflektion, elektronabsorption, elektronenergi eller optisk emission från materialet.