专利名称：扫描探针相变存储方法及其装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种扫描探针相变存储方法及其装置背景技术为了满足互联网，多媒体和三维动画等领域不断增长的信息处理和存储的要求，人们希望获取超大容量的记录载体。同时，伴随着计算机通讯科技的迅速发展，信息储存媒体的进步也一日千里。据预测到2005年，目前所广泛应用的磁存储和光存储介质正在接近其物理极限，科学家们正在开始积极探索新的存储理论、技术和材料，以期突破数据存储的极限。扫描探针显微镜(SPM)的发明为人类实现单原子的操纵和纳米加工提供了可能，这一能力使其成为超高密度信息存储研究中的有力工具。利用SPM非常敏感的表面状态检查的功能实现数据读取；通过给探针施加电、力、光等纳米水平超微加工的机能实现数据的写入。一些无机材料由于具有相变性能而能实现电导率的显著变化，因此在扫描探针存储领域受到了重视。但是由于利用此类材料进行存储，在电导率发生变化的同时形貌不改变，然而目前广泛使用的美国DI公司Nanoscope III多功能扫描探针显微镜在利用原子力显微镜(AFM)模式下，不能实现电流与其形貌同时成像，此外此类显微镜的信号接入模块只能接受外部电压信号，不能接收电流信号，这些都给利用探针进行相变存储带来了极大的不便。
为了解决以上问题，近年来部分研究者利用高精度恒电位计解决了电流成像问题，但是成本比较昂贵，不利于此类存储技术的产业化。
发明内容
本发明的目的是要提供一种低成本、能实现电流像和形貌像同时成像的扫描探针相变存储方法及其装置。
一种扫描探针相变存储方法，其特征在于通过扫描探针显微镜内部发出的电压脉冲信号，经过导电探针来诱导存储介质层中的存储相变介质发生相变，再利用显微镜内部产生的直流电压，经过同一导电探针接触存储介质层的上电极，并将存储介质层中的下电极与外界电流电压转换模块相连使得电压转换成可读的电流信号，再转接回显微镜形成回路，达到读取信息的目的。
一种扫描探针相变存储装置，其由扫描探针显微镜、虚拟信号源以及由三层薄膜组成的存储介质结构层构成，存储介质结构层主要为在基片(6)依次叠放导电层形成的下电极(5)，存储介质层(4)，薄导电层形成的上电极(3)，其中上电极(3)与导电探针(2)接触，而下电极(5)外引导线，通过外界电路与导电探针(2)形成回路，其特征在于设有经导线与下电极相连的电流/电压转换模块，其包括一片高灵敏度的运算放大器，2’引脚为负输入端，3’引脚为正输入端，将其通过一个高值电阻R1和与电容C1并联的电路后接地，7’引脚和4’引脚分别为正负电源输入端，规定输入额定值为+15V和-15V，6’引脚为输出端，在运算放大器的负输入端和输出端之间有一反馈电阻Rf。
虚拟信号源有两种选择方式，一种是可变直流电源，另一种为可控脉冲源，其二者实际由扫描探针显微镜的控制模块通过软件实现。
本发明的优点在于采用高灵敏度的运算放大器来实现电流电压转换，因而可使显微镜的信号接入模块能够接收反映回路电流特性的电压信号，同时节约了成本；直接采用显微镜内部电源信号，因而能方便地通过软件程序直接控制；存储介质结构中对上电极层的引入，避免了探针与存储介质接触而被划伤损坏，延长了其存储寿命。
图1是本发明的结构示意图，1虚拟信号源 2导电探针 3上电极 4存储介质 5下电极 6基片 7高精度运算放大器 8电流电压转换模块 9信号接入模块 10控制显示模块 2’，3’，6’，7’为运算放大器的引脚具体实施方式
结合图1详细说明依据本发明的实施例的具体结构及工作过程。
整个装置分产生存储写、擦和读信号的虚拟信号源1；实现存储的扫描探针显微镜；作为记录载体的存储介质结构；实现回路电流信号转换成电压信号的电流/电压转换模块8。虚拟信号源1有两种选择方式，一种是可变直流电源，另一种为可控脉冲源，根据读写和擦除的需要，通过扫描探针显微镜的软件模块进行选择。利用可控脉冲实现数据的写入和擦除；而对导电探针2持续加小幅度直流电压来达到对数据的读取的目的。虚拟信号源1实际来源于扫描探针显微镜的信号接入模块9的Ana2端口，其电压范围在0-12V。基片6上的存储介质结构由上电极3、存储相变介质4、下电极5构成，导电探针在上电极来回接触扫描，根据需要，接受信号源的脉冲通过上电极3来诱导相变介质4发生相变实现信息的写入和擦除，再利用小幅度恒定电压来检测这种由于发生相变而导致电导率的显著变化，这样达到信息读取的目的。下电极5外引导线到电流电压转化模块8，实现回路的电流信号向电压信号的转换。电流电压转化模块8主要由一高灵敏度的运算放大器7和反馈电阻Rf和接地电阻R1和接地电容C1组成，其中所选的运算放大器型号为OPA111BM，2’引脚为负输入端，3’引脚为正输入端，本方案将其接地，接地电阻R1选值为1MΩ，接地电容为200pF，7’引脚和4’引脚分别为正负电源输入端，规定输入额定值为+15V和-15V，6’端引脚为输出端，其他引脚可选接地。根据放大倍数的需要，选择反馈电阻Rf，本发明需放大倍数为1000倍，故选Rf为1kΩ。转换后的电压信号U0接入显微镜的信号接入模块9的Aux B端，这样在显微镜的控制显示模块10就能观察到电流像，达到对存储过程实时监控的目的。
权利要求
1.一种扫描探针相变存储方法，其特征在于将扫描探针显微镜内部发出的电压脉冲信号，经过导电探针(2)来诱导存储介质层中的存储相变介质发生相变，再利用显微镜内部产生的直流电压，经过同一导电探针(2)接触存储介质层的上电极(3)，并将存储介质层中的下电极(5)与外界电流电压转换模块(8)相连使得电压转换成可读的电流信号，再转接回显微镜形成回路，以读取信息。
2.一种扫描探针相变存储装置，其由扫描探针显微镜、虚拟信号源(1)以及由三层薄膜与基片组成的存储介质结构层构成，存储介质结构层主要为在基片(6)依次叠放导电层形成的下电极(5)，存储介质层(4)，薄导电层形成的上电极(3)，其中上电极(3)与导电探针(2)接触，而下电极(5)外引导线，通过外界电路与导电探针(2)形成回路，其特征在于设有电流/电压转换模块(8)，包括一片高灵敏度的运算放大器(7)，2’引脚为负输入端，3’引脚为正输入端，将其通过一个高值电阻R1和与电容C1并联的电路后接地，7’引脚和4’引脚分别为正负电源输入端，规定输入额定值为+15V和-15V，6’引脚为输出端，在运算放大器的负输入端和输出端之间有一反馈电阻Rf。
全文摘要
一种扫描探针诱导相变进行信息存储的方法及其装置。它是以扫描探针显微镜为基础，导电探针与存储介质结构中的上电极接触扫描诱导存储介质发生相变，同时将下电极外接到电流电压转换模块，将回路中的电流信号转换为电压信号后使得电压转换成可读的电流信号，再转回接到显微镜，实现了扫描探针存储中的电流像和形貌像同时成像，达到对存储过程实时监控的目的。
文档编号G11B9/00GK1632871SQ200410066138
公开日2005年6月29日 申请日期2004年12月9日 优先权日2004年12月9日
发明者丁建宁, 解国新, 杨继昌, 范真, 杨平 申请人:江苏大学