专利名称：数据存储设备和用于操作数据存储设备的方法
技术领域：
本发明涉及一种数据存储设备和用于操作数据存储设备的方法。
背景技术：
在过去几年所引入的新存储概念得益于扫描隧道化显微术和原子力显微术。它们采用这些技术中以深入到原子级的方式对材料的结构进行成像和调查的能力。具有尖端的探头正被引入，其用于扫描适当的存储介质，其中数据作为由凹坑标记和无凹坑标记表示的位序列被写入。这样的凹坑标记可以仅仅具有30到40nm的范围内的直径。因此，这些数据存储概念预示超高存储面密度。
在“The Millipede-more than 1000 tips for future AFM datastorage)”，P.Vettiger等人，IBM Journal of Research Development，volume 44，no.3，2000年5月中公开了一种数据存储设备。该数据存储设备具有基于使用各自具有尖端的探头的阵列对存储介质的机械x-/y-扫描的读写功能。这些探头在操作期间并行扫描所分配的存储介质场。以这种方式，可以实现高数据速率。存储介质包括薄的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)层。这些尖端以接触模式在聚合物层的表面上移动。通过向探头施加小的力使得探头的尖端可以接触存储介质表面来实现接触模式。为此，探头包括在其端截面上承载尖锐的尖端的悬臂。位由聚合物层中的凹坑标记或无凹坑标记表示。悬臂在表面上移动时响应表面的这些地形变化。
通过热机械记录在聚合物表面上形成凹坑标记。这通过以下来实现，即在接触模式期间，以在尖端接触聚合物层之处局部软化聚合物层的方式，通过电流或电压脉冲加热相应的探头。其结果是层中具有纳米级直径的小凹坑。
读取也通过热机械概念来实现。向加热器悬臂供应一定量的电能，其使探头加热到没有高得如对于写入所需的那样足以软化聚合物层的温度。热量检测基于这样的事实，即当探头在凹坑中移动时，探头和存储介质尤其是存储介质的衬底之间的热导发生变化，因为热传输在这种情况下最高效。因此，悬臂的温度降低，并且由此其电阻也减小。然后，测量该电阻变化，并且将其用作测量信号。
然而，已经观察到，随着存储介质上的数据密度增大，数据丢失的概率增大。从而，提供一种支持高数据密度和高可靠性的数据存储设备和用于操作数据存储设备的方法是一个挑战。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种数据存储设备，其包括存储介质；至少一个探头，被设计用于在存储介质中创建凹坑标记；控制单元，被设计用于创建作用于探头上从而导致凹坑标记之一的创建的控制参数。控制单元还被设计用于如果应当创建至少给定数目的、相互之间具有给定最小距离的连续凹坑标记，则修改控制参数。凹坑标记表示数据，优选地为逻辑“1”，而无凹坑标记优选地表示逻辑“0”。
尤其是在行或相应列的方向上发生凹坑标记的创建的情况下，连续凹坑标记可以是一行或一列中的连续凹坑标记。
通过如果应当创建至少给定数目的、相互之间具有给定最小距离的连续凹坑标记则修改控制参数，显著减少或消除以前观察到的、由于这样的邻近凹坑标记的宽度和深度而在邻近凹坑标记之间发生的部分擦除，同时凹坑标记保持深，使得不影响噪声容限并且数据存储设备具有高可靠性。凹坑标记的部分擦除意味着凹坑标记的深度从额定值减小到较小值。
在数据存储设备的优选实施例中，控制单元被设计用于通过改变向探头施加控制参数的时间来修改控制参数，从而导致连续凹坑标记的形成之间的变化时间。假如存储介质以恒定速度相对于探头移动，则时间的变化导致连续写入的凹坑之间的距离的变化。通过修改向探头施加控制参数的时间来修改控制参数是非常简单的。通过以这种方式适当地修改控制参数，这包括注意变化不是变得太大，可以获得非常大的噪声容限，并且以这种方式，数据丢失的概率变得非常低。
在数据存储设备的另一优选实施例中，控制单元被设计用于通过改变向探头施加控制参数的时间来修改控制参数，使得以与两个连续凹坑标记之间的额定最小时间间隔的偏移创建连续凹坑标记，其中该偏移对于所述连续凹坑标记中的第一个具有最小值，并且朝向连续凹坑标记中的最后一个逐渐增大到最大值。两个连续凹坑标记的创建之间的额定最小时间间隔是在控制参数未被修改的情况下两个连续凹坑标记的创建之间的时间间隔。最小值可以是负值，然而，它也可以是零或正值。最大值总是大于最小值，并且可以是正值，或者也可以是零或负值。如果最小值是负值并且最大值是正值，则实现了最大噪声容限。通过将偏移从针对连续凹坑标记中的第一个的最小值逐渐增大到针对连续凹坑标记中的最后一个的最大值，获得各个连续凹坑标记的非常一致结构，并且以这种方式可以以低概率的检测错误检测连续凹坑标记。
在存储设备的另一优选实施例中，控制单元被设计成最小值具有与最大值相同的绝对值，并且以最小绝对值的偏移创建连续凹坑标记中间的凹坑标记。该最小绝对值优选地为大约零。已经观察到，以这种方式，数据丢失的概率极其低。在偶数个连续凹坑标记的情况下，连续凹坑标记的中间可以是比该偶数个连续凹坑标记少一个或多一个的奇数个连续凹坑标记中间的凹坑。
在另一优选实施例中，数据存储设备被设计成控制参数影响在探头和存储介质之间施加的力。通过被适当地配备成改变在探头和存储介质之间施加的力的探头，可以简单地修改该控制参数。另外，已经观察到，通过以仅仅很少的附加功率消耗来改变力，可以在数据存储设备的读取操作期间获得非常低的连续凹坑标记错误检测概率。
在数据存储设备的另一优选实施例中，控制单元被设计成将力从被施加用于形成所述连续凹坑标记中的第一个的最大力减小到被施加用于形成所述连续凹坑标记中的最后一个的最小力。连续凹坑标记中的第一个在这一方面意味着在时间上首先形成的凹坑标记，而最后凹坑意味着在时间上最后形成的凹坑。这有利地利用这样的发现，即在不改变控制参数的情况下创建的连续凹坑标记中，仅仅在时间上最后创建的凹坑标记不显示部分擦除，而其它凹坑标记显示部分擦除。通过将力从被施加用于形成连续凹坑标记中的第一个的最大力减小到被施加用于形成连续凹坑标记中的最后一个的最小力，该力影响各个凹坑标记的大小，从而可以相当一致地形成连续凹坑标记。以这种方式，最小化数据丢失的概率。可以基于孤立的凹坑标记的平均回读幅度、考虑噪声容限约束来确定最小力。可以考虑诸如探头尖端和数据存储介质的磨损或者由控制单元生成例如高电压的可行性的多个方面，并且还考虑两个连续凹坑标记之间的额定最小距离来确定最大力。优选地，为了获得良好的性能，最小和最大力之差应当是最小力的一部分。
在另一优选实施例中，数据存储设备被设计成力取决于每个连续凹坑标记的相对位置，力针对给定数目的连续凹坑标记而减小，并且被限制在最大和最小力之间，并且独立于连续凹坑标记的总数。这具有高简单性的优点。
在数据存储设备的另一优选实施例中，控制单元被设计成控制参数影响在探头中生成并且向存储介质传递的加热功率。这具有这样的优点，即可以简单且精确地修改加热功率。除此之外，加热功率强烈地影响凹坑标记的大小。
在存储设备的另一优选实施例中，控制单元被设计成将加热功率从被施加用于形成连续凹坑标记中的第一个的最大加热功率减小到被施加用于形成这些凹坑标记中的最后一个的最小加热功率。连续凹坑标记中的第一个在这一方面意味着在时间上首先形成的凹坑标记，而最后凹坑意味着在时间上最后形成的凹坑。这有利地利用这样的发现，即在不改变控制参数的情况下创建的连续凹坑标记中，仅仅在时间上最后创建的凹坑标记没有显示部分擦除，而其它凹坑标记显示部分擦除。通过将加热功率从被施加用于形成连续凹坑标记中的第一个的最大加热功率减小到被施加用于形成连续凹坑标记中的最后一个的最小加热功率，加热功率影响各个凹坑标记的大小，从而可以相当一致地形成连续凹坑标记。以这种方式，最小化数据丢失的概率。可以基于孤立的凹坑标记的平均回读幅度、考虑噪声容限约束来确定最小加热功率。可以考虑诸如由控制单元生成例如高电压的可行性的多个方面，并且还考虑两个连续凹坑标记之间的额定最小距离来确定最大加热功率。优选地，为了获得良好的性能，最小和最大加热功率之差应当是最小功率的一部分。
在数据存储设备的另一优选实施例中，控制单元被设计成，加热功率取决于每个连续凹坑标记的相对位置，针对给定数目的连续凹坑标记而减小，并且被限制在最大和最小加热功率之间，并且独立于连续凹坑标记的总数。这具有高简单性的优点。
应当理解，在另一优选实施例中，控制参数的修改可以同时包括向探头施加控制参数的时间的修改、在探头和存储介质之间施加的力的修改、以及通过探头向存储介质施加的加热功率的修改、或者其任何组合。
在数据存储设备的另一优选实施例中，它包括编码单元，用于以至少最小数量的无凹坑标记置于由连续凹坑标记表示的解码方式的信息单元之间的方式，对由凹坑标记的存在或不存在表示的信息进行编码，并且同时相对于最小数量的无凹坑标记，减小连续凹坑标记/无凹坑标记之间的最小距离。例如，这样的代码被称作(d，k)代码。位形式的信息可以在(d，k)编码状态中具有多个位，但是同时减小可能表示逻辑“1”的连续凹坑标记之间的最小距离，增大存储介质上的总体数据密度，并且以这种方式，通过适当地选择(d，k)代码的d、k参数，可以增大数据存储介质上的信息密度。
在另一优选实施例中，数据存储设备包括另一编码单元，用于以不超过相互之间具有给定最小距离的连续凹坑标记的给定数目的方式，对由凹坑标记的存在或不存在表示的信息进行编码。以这种方式，如果适当地选择连续凹坑标记的给定数目，则可以进一步减小数据丢失的概率。能够限制相互之间具有给定最小距离的连续凹坑标记的数目的代码被称作受约束代码。
根据本发明的另一方面，请求保护一种用于操作数据存储设备的方法，其中该数据存储设备包括存储介质；至少一个探头，被设计用于在存储介质中创建凹坑标记；以及控制单元，被设计用于创建作用于探头上从而导致凹坑标记之一的创建的控制参数。根据该方法，如果应当创建至少给定数目的、相互之间具有给定最小距离的连续凹坑标记，则修改控制参数。
在该方法的优选实施例中，通过改变向探头施加控制参数的时间来修改控制参数，从而导致连续凹坑标记的形成之间的变化时间。
在该方法的另一优选实施例中，以与两个连续凹坑标记之间的额定最小时间间隔的偏移创建连续凹坑标记，并且该偏移对于连续凹坑标记中的第一个具有最小值，并且朝向连续凹坑标记中的最后一个逐渐增大到最大值。
在该方法的另一优选实施例中，最小值具有与最大值相同的绝对值，并且以最小绝对值的偏移创建连续凹坑标记中间的凹坑标记。
在该方法的另一优选实施例中，控制参数影响在探头和存储介质之间施加的力。
在该方法的另一优选实施例中，力取决于每个连续凹坑标记的相对位置，针对给定数目的连续凹坑标记而减小，被限制在最大和最小力之间，并且独立于连续凹坑标记的总数。
在该方法的另一优选实施例中，将力从被施加用于形成连续凹坑标记中的第一个的最大力减小到被施加用于形成连续凹坑标记中的最后一个的最小力。
在该方法的另一优选实施例中，控制参数影响通过探头向存储介质施加的加热功率。
在该方法的另一优选实施例中，将加热功率从被施加用于形成连续凹坑标记中的第一个的最大加热功率减小到被施加用于形成连续凹坑标记中的最后一个的最小加热功率。
在该方法的另一优选实施例中，加热功率取决于每个连续凹坑标记的相对位置，针对给定数目的连续凹坑标记而减小，并被限制在最大和最小加热功率之间，并且独立于连续凹坑标记的总数。
在该方法的另一优选实施例中，编码单元以不超过相互之间具有给定最小距离的连续凹坑标记的给定数目的方式，对由凹坑标记的存在或不存在表示的信息进行编码。
在该方法的另一优选实施例中，另一编码单元以至少最小数量的无凹坑标记置于由连续凹坑标记表示的未编码情况下的信息单元之间的方式，对由凹坑标记的存在或不存在表示的信息进行编码，并且同时相对于最小数量的无凹坑标记，有效地减小连续凹坑标记之间的最小距离。
根据本发明的另一方面，提供了一种计算机程序元件，其包括用于在被加载到控制单元的处理单元中时执行根据权利要求13到24中的任一项所述的方法的计算机程序代码。
用于操作数据存储设备的方法及其优选实施例的优点对应于数据存储设备的优点。
通过参考下面结合附图对根据本发明的、目前优选的然而是说明性的实施例的详细描述，将会更全面地理解本发明及其实施例。
这些附图中图1示出数据存储设备的透视图；图2示出形成根据图1的数据存储设备的一部分的具有象征性探头阵列的数据存储介质的顶视图；图3示出探头的透视图；图4示出根据图3的探头和数据存储介质的截面图；图5示出在数据存储设备的操作期间处理的程序的第一实施例；图6示出在数据存储设备的操作期间处理的程序的第二实施例；图7示出在数据存储设备的操作期间处理的程序的第三实施例；图8示出不是如果应当创建至少给定数目的、相互之间具有给定最小距离的连续凹坑标记则改变作用于探头上从而导致凹坑标记的创建的控制参数的情况下的回读样本的直方图；
图9和10示出借助于根据图5的程序的处理而创建凹坑标记的情况下的回读样本的直方图。
不同的附图可以包含相同的附图标记，其表示具有类似或一致内容的元件。
具体实施例方式
图1示出了数据存储设备的透视图。包括衬底4和聚合物层6的存储介质2面对具有多个探头10的探头阵列8。优选地，衬底4由硅形成，聚合物层6由薄的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)层形成。探头10在机械上链接到具有片状的链接元件12。链接元件12是透明的，并且仅仅为了演示的目的而在一个边沿处切开。
图3示出了单个探头10的透视图。该探头包括在其端部具有尖端16的簧式悬臂14。簧式悬臂14对垂直力敏感。簧式悬臂14在横向上的刚度大大高于其在纵向上的刚度。
尖端16为圆锥形，并且朝向其顶点18具有递减的直径。优选地，顶点18具有仅仅数纳米的半径。理想地，仅仅一个原子形成尖端16的顶点18。
探头10在簧式悬臂14的支柱(leg)和尖端16之间还包括加热器平台20。探头10还可以包括第一电极22，其与在存储介质中或在其上形成的第二电极24一起起作用，从而形成电容器。根据该电容器的电荷，可以将垂直作用于存储介质2的表面的力施加到簧式悬臂14上。优选地，簧式悬臂14完全由硅制造，以便获得良好的热量和机械稳定性。优选地，簧式悬臂14的支柱被高度掺杂，以便最小化其电阻，因为它们还用于与加热器平台20的电气连接的目的，加热器平台具有例如11千欧的高电阻。支柱还用于与第一电极22的电气连接的目的。
使用热机械技术在存储介质2上创建凹坑标记28。由探头10向聚合物层6施加局部力。通过在接触模式期间用电流或电压脉冲对加热器平台20进行加热来软化聚合物层6，使得在尖端16接触聚合物层6之处局部软化聚合物层6。其结果是具有纳米级直径的、聚合物层中的小凹坑标记28(参见图4)。
凹坑标记28表示二进制信息。例如，凹坑标记可以表示逻辑“1”，并且无凹坑标记28可以表示逻辑“0”。然而，凹坑标记28或无凹坑标记28也可以表示不同的信息，例如，凹坑标记28的存在可以表示逻辑“0”，而凹坑标记28的不存在可以表示逻辑“1”。
为了读取数据，聚合物层6以恒定速度在探头阵列8下移动。扫描速度和凹坑标记28之间的距离以每秒读取或写入的凹坑标记28数或位数确定系统的数据速率。读取也可以通过热机械概念来实现。为了读取，加热器平台20以没有高得如对于写入所需的那样足以软化聚合物层6的温度操作。热量检测基于这样的事实，即当在加热器平台20和聚合物层6之间的距离减小之处尖端16移入凹坑标记28时，探头10特别是加热器平台20和尖端16与存储介质2之间的热导发生变化。在尖端16的运动期间，随着它朝向凹坑标记28的中心移动，加热器平台20的温度变化是逐渐的，其中在凹坑标记28的中心处，凹坑标记28的深度最大。因此，加热器平台20的电阻同时减小。这样，在探头10在凹坑标记28上扫描时，可以监测加热器平台20的电阻变化。
回到图1，仅仅为了演示的目的，凹坑标记28仅被示出在存储介质2的受限区域内。在优选实施例中，探头10适于通过相对于存储介质2移动探头阵列8或者反之亦然，扫描整个存储介质2。在图1中，存储介质2移动而探头阵列8固定在其位置上。箭头X和Y表示扫描方向，而Z箭头表示用于使整个探头阵列8与存储介质2相接触的、垂直方向上的逼近和调平方案(approaching and leveling scheme)。为此，存储设备包括相应的驱动器36，驱动器36包括相应的多个致动器，例如，电磁或压电致动器，通过其精确地实现每个方向上的致动。驱动器还可以仅仅作用于X和Y扫描方向上，其中通过控制包括第一和第二电极22、24的电容器的电荷来实现垂直方向上的逼近和调平方案。
存储介质2分成未在图1中显式示出的多个场。探头阵列8的每个探头10仅仅在其自己的数据场内写或读。因此，具有例如32×32个探头的存储设备包括1024个场。
如复用器30、31示意性地示出的那样，存储设备优选地以行和列时间复用寻址来操作。根据图1的存储设备对于所有场的并行扫描就绪。还可能逐行或逐列地扫描存储场。X、Y方向上单个探头10的每个移动由于探头10的机械耦合而被施加到所有其它探头10。
图2表示按照行和列排列了4×4个场32的存储介质2的象征性顶视图。每个场32包括多个凹坑标记28。在每个场32内公开了象征性九个凹坑标记28。该数量当然不是实质性的，而是象征性的，因为对于这些种类的存储设备，在存储介质2上封装与分辨率所允许的一样多的数据标记，这是惯常的。场32被加上边框，以便使它们可见。这样的槽式边框也可以置于存储介质2上，以便定义场32的开始和结束，但是不一定如此。相反，场32由单个探头10所负责的凹坑标记28的范围定义。
另外，仅仅示出了一些象征性探头10。这些探头10与复用器30、31电气连接，其中复用器30、31优选地是时间复用器。在图2中，其与复用器30、31的连接象征性地用公共连线表示。在探头10配备有第一电极22的情况下，存在单独的与复用器30、31的电气连接，以便与加热器平台20相分开地连接第一电极22。
控制单元34被设计用于创建作用于探头10上并且导致凹坑标记28的创建的控制参数CTRL。它还被设计用于控制回读过程，通过该回读过程，回读RES由凹坑标记或无凹坑标记28表示的、存储在存储介质2上的信息，并且它还被设计用于处理该回读信息。
提供了第一编码单元40，其在数据存储设备的操作期间接收信息数据，该信息数据优选地为二进制编码格式，这意味着信息由逻辑“1”和逻辑“0”的序列组成。假定逻辑“1”对应于形成凹坑标记，而逻辑“0”表示不形成凹坑标记28。然而，如果逻辑“0”对应于凹坑标记28并且逻辑“1”对应于无凹坑标记28，则下文也相应地适用。
第一编码单元40通过应用所谓的(d，k)代码来对二进制编码类型的接收信息进行编码。在本上下文中，d表示在代码系列中置于连续逻辑“1”之间的连续逻辑“0”的最小数目。k表示在代码系列中置于连续逻辑“1”之间的连续逻辑“0”的最大数目。在“Codes for Mass Data StorageSystems”，Kees A.S.Immink，Shannon Foundation Publishers，Rotterdam，The Netherlands，1999中公开了这样的(d，k)代码。在美国专利第6340938中也公开了这样的(d，k)代码，在此将其引作参考。这里公开的(d，k)代码的一个示例是(1，7)代码，其具有限制值5的附加约束和三分之二的速率。以这样的代码对信息数据进行编码具有这样的优点，即可以相应减小两个表示逻辑“1”的连续凹坑标记28之间的相等距离。在未编码的情况下，以彼此分开的最小可能距离放置的两个连续凹坑标记由位序列11表示。在(1，7)(d，k)代码的情况下，这样的以彼此分开的最小可能距离放置的连续两个凹坑标记由位序列101表示。以这种方式，两个连续编码位之间的物理额定距离可以减半。以这种方式，总共地，存储在数据存储设备，具体地说，存储介质2上的信息可以增加，而没有与邻近连续凹坑标记28的部分擦除有关的附加问题。为了编码的目的，第一编码单元40优选地包括查询表，其示例的一部分在图2中被示意性地示出为在表示第一编码单元40的块的内部。然后，将编码信息直接传送到控制单元34，或者它也可以是另外的第二编码单元38的输入。
第二编码单元38可以从第一编码单元40接收编码形式的信息，或者它可以接收未编码的数据信息。第二编码单元38在未编码数据输入的情况下，将连续逻辑“1”的数目，在(1，7)(d，k)编码数据输入的情况下，将“01”的数目，或者在其它编码数据输入的情况下，将“001”或“0001”等的数目限制为给定限制值。适于此目的的代码被称作受约束代码。限制值优选地在5和7之间选择，并且最优选地为7。可以根据两个连续凹坑标记28之间的最小额定距离来选择限制值。该额定最小距离越小，应当选择的限制值就越小。然而，也可以根据在控制单元34中处理并且控制凹坑标记的创建的程序的实施例以及选择该程序的相应参数的方式来适当地选择限制值。
下面借助于图5的流程图来描述在数据存储设备的操作期间、在控制单元34中处理的程序。该程序在步骤S1开始。在该步骤，优选地初始化变量。
在步骤S2，用一的值初始化计数器k。在步骤S4，根据在第一编码单元40中对从第一或第二编码单元38、40、或者有可能以未编码方式从其它单元接收的当前输入数据串应用的编码，通过对连续逻辑“1”或“01”或“001”进行计数，确定要被创建的连续凹坑标记28的数目n。
在下面步骤S6，确定计数器k是否大于要被创建的连续凹坑标记28的数目n。如果是这种情况，则该程序进入步骤S7，其中该程序在再次进入步骤S2之前休眠给定持续时间T_W。适当地选择给定持续时间T_W，以便确保适当地处理每个信息位。
然而，如果计数器k不大于要被创建的连续凹坑标记28的数目n，则该程序进入步骤S8，其中检查要被创建的连续凹坑标记28的数目n是否大于或等于要被创建的连续凹坑标记28的给定数目n_thr。优选地，以2的值选择要被创建的连续凹坑标记28的给定数目n_thr。
如果不满足步骤S8的条件，则该程序进入步骤S10，其中将用于创建控制参数CTRL的时间点t_create设置为相应的当前计数器值k的额定时间点t_nom。额定时间点t_nom可以例如在创建控制参数CTRL的两个连续创建事件相隔360微秒的范围内选择。
如果满足步骤S8的条件，则该程序进入步骤S12。在步骤S12，根据步骤S12所示的关系来确定用于计数器k的相应值的偏移s，其中s_min表示最小偏移，并且s_max表示最大偏移。给定最小偏移s_min优选地具有负值，而给定最大偏移s_max优选地具有正值。给定最大偏移s_max和给定最小偏移s_min优选地具有相同的绝对值，但是其绝对值也可以相互不同。给定最大偏移s_max和给定最小偏移s_min的绝对值优选地在凹坑标记28的两个连续创建之间的额定最小时间间隔的仅仅一小部分的范围内。它们可以在该时间的六分之一的范围内。
用于确定计数器k的当前值的偏移s的关系具有线性轨迹。可选地，它还可以具有这样的轨迹，其朝向要被创建的连续凹坑标记28的数目n的中间，具有逐渐减小的偏移s的绝对值，然后从中间开始再次具有逐渐增大的相应偏移s的绝对值。在这种情况下，偏移轨迹还可以关于其轨迹的中间即等于n/2的计数器k的值而对称。优选地，与在要被创建的连续凹坑标记28的中间要被创建的凹坑标记相对应的偏移s具有在零的范围内的绝对值。
如果要被创建的连续凹坑标记28的数目n是偶数，则优选地，与等于(n-1)除以2或者(n+1)除以2的计数器k相对应的偏移具有其绝对值最小的偏移s。
该程序在步骤S12之后进入步骤S14，其中将用于创建控制参数CTRL的时间点t_create设置为用于创建计数器k的当前值的控制参数CTRL的额定时间点t_nom加上除以探头10在x或y方向上相对于存储介质2的速度v的、在步骤S12确定的当前偏移s。
此后，在步骤S16，评价当前时间点t是否为用于创建控制参数CTRL的时间点t_create。如果不满足步骤S16的条件，则该程序进入步骤S17，其中它在再次评价步骤S16的条件之前休眠给定持续时间T_W。适当地选择给定持续时间T_W。然而，如果满足步骤S16的条件，则该程序进入步骤S18，其中创建控制参数CTRL。控制参数例如可以是影响加热器平台20并且以这种方式对加热器平台20进行加热的电压脉冲。它也可以是影响加热器平台20的相应电流脉冲。它也可以是影响第一电极22或相应地第二电极24的电流或电压脉冲。它也可以是两者的组合。对于本实施例，优选地，控制参数CTRL在被创建时总是具有相同值。在步骤S18之后，该程序进入步骤S19，其中将计数器k递增一。此后，该程序进入步骤S20，其中该程序在再次进入步骤S6之前休眠给定持续时间T_W。适当地选择给定持续时间T_W，以便确保适当地处理每个信息位。
图6示出了在存储设备的操作期间、在控制单元34中处理的程序的第二实施例。步骤S22、S24、S26、S28、S29、S30、S32和S43对应于图5的步骤S1、S2、S4、S6、S7、S20、S8和S19。
如果不满足步骤S32的条件，也就是，如果要被创建的连续凹坑标记28的数目n小于给定数目n_thr，则该程序进入步骤S34，其中向与计数器k的当前值相对应的力F分配额定力值F_nom。然而，如果满足步骤S32的条件，则向计数器k的当前值的力F分配根据步骤S36所示的关系而确定的值。F_max表示最大力，而F_min表示最小力。一般而言，力是在创建控制参数时由尖端16施加在聚合物层6上的力。最小力F_min基于孤立的凹坑标记28的平均回读幅度、考虑噪声容限问题而是预定的，其中孤立的凹坑标记28是指这样的凹坑标记，其不是与其它相邻凹坑标记相隔给定最小距离，而是至少两倍该距离。给定最小距离可以例如是35nm。这样的孤立凹坑标记28典型地在读取操作期间产生这样的回读幅度，其对于回读信号中给定数量的噪声典型地高于特定阈值。最大力F_max可以受限于诸如这样的影响因素，即尖端16的磨损、或者在包括在控制单元内的驱动器中生成相应高的电压脉冲的可行性。
步骤S36中的给定关系导致随着计数器k的值增大，力F线性减小。以这种方式，有效地减少连续凹坑标记28之间的部分擦除。步骤S36的关系也可以具有另一轨迹。所施加力的数量逐渐减小才是本质的。
在步骤S36或相应地步骤S34之后，该程序进入步骤S40，其中它评价当前时间点t是否等于与计数器k的当前值相对应的额定时间点t_nom。如果不是这种情况，则该程序进入步骤S41，其中它在再次进入步骤S40之前休眠给定持续时间T_W。如果满足步骤S40的条件，则该程序进入步骤S42，其中它为计数器k的当前值创建与力F的当前值相对应的控制参数CTRL。可以通过查询表向当前力F分配控制参数。控制参数CTRL优选地是影响第一或第二电极22、24的电流或电压脉冲。
在步骤S43，将计数器k递增一。在步骤S43之后，该程序进入步骤S30。
对于在步骤S36给出的关系是可选的，可以例如通过利用具有与计数器k的值相对应的力F的给定值的查询表，在可选步骤S36a确定计数器k的当前值的力F。例如，如果计数器k的当前值等于1，则分配给定第一力F1。相应地，如果计数器的当前值等于2，则分配第二力F2，并且如果计数器的当前值等于3，则分配第三力F3。这些给定第一到第三力F1、F2、F3以及可能另外的给定力需要满足的条件是它们都不超过最大力F_max或者小于最小力F_min，并且与计数器k的增大值相对应的连续力减小或者保持相同值。在步骤S36a之后，该程序进入步骤S40。通过在计数器k的当前值和相应的力F之间应用这样的固定关系，建立了简单的关系，尤其是如果连续凹坑标记28的数目被限定为例如5的低值，则鉴于凹坑标记28之间的部分擦除的防止，这将产生良好的结果。这可以通过在第二编码单元38中相应地对信息数据进行预先编码来实现。
借助于图7的流程图示出在控制单元34中处理的程序的第三实施例。图7的流程图基本上对应于图6的流程图，其中步骤S44、S46、S48、S50、S51、S52、S54、S62、S63和S65对应于步骤S22、S24、S26、S28、S29、S30、S32、S40、S41和S43。步骤S56相应地对应于步骤S34，其区别在于代替力，向计数器k的当前值的加热功率P分配预定的额定加热功率P_nom。在步骤S58，代替力F，向计数器k的当前值的加热功率P分配取决于在步骤S58给出的关系的值。P_max表示最大加热功率，并且P_min表示最小加热功率。最大加热功率P_max和最小P_min考虑如同在图6的步骤S36一样应用于最大力F_max和最小力F_min的相同约束而是预定的。
在步骤S64，根据计数器k的当前值的加热功率P，创建控制参数。控制参数CTRL在这种情况下优选地影响加热器平台20。控制参数在这种情况下优选地是电压或电流脉冲。
对于步骤S58是可选的，可以处理步骤S58a，其如同在步骤S36a一样包括相应的查询表，区别在于在这种情况下，根据计数器k的值分配加热功率P的相应值。在步骤S58a的情况下，如果计数器k具有1的值，则分配第一给定加热功率P1，如果计数器k具有2的值，则分配第二给定加热功率P2，并且如果计数器k具有3的值，则分配第三给定加热功率P3。这些第一到第三加热功率P1到P3以及可能另外的给定加热功率需要满足的条件与上面针对力F1到F3以及可能另外的给定力描述的条件相同。
如果在第一编码单元中通过应用(d，k)代码来对由控制单元34接收的信息数据进行编码，则在d为1的情况下，计数器n对(01)或(10)的连续模式进行计数。然后，以相应的方式应用所公开的程序实施例中的所有步骤。
图8示出了不是如果应当创建给定数目的连续凹坑标记28则修改控制参数CTRL的情况下的回读样本的直方图。根据图8的直方图示出了在这种情况下，存在大量的样本不能清楚地被分配为对应于凹坑标记28或不对应于凹坑标记。直方图的x轴表示相应回读信号的幅度，而纵坐标表示分配给回读信号的相应幅度值的样本的数量。图9示出了采用根据图6的程序的第一实施例的回读样本的直方图。在这里，存在清楚分离的样本区间(bin)。如果确定回读样本是否对应于凹坑标记的阈值具有-2000的值，则在凹坑标记28和无凹坑标记之间存在清楚的分离。
图10示出了采用第一实施例的程序的回读样本的另一直方图，其中在两个区间之间具有甚至更清楚的分离。
附图标记1 存储设备2 存储介质3 衬底6 聚合物层8 探头阵列10探头12链接元件14簧式悬臂16尖端18顶点
20 加热器平台22 第一电极24 形成电容器电荷的第二电极(存储介质上)！26 支柱28 凹坑标记30 复用器32 场34 控制单元36 驱动器38 第一编码单元40 第二编码单元SCD扫描方向n 要被创建的连续凹坑标记的数目n_thr 要被创建的连续凹坑标记的给定数目s 偏移s_max 最大偏移s_min 最小偏移v 探头的速度(x或y方向上)k 计数器t_create 用于创建控制参数的时间点t 时间点CTRL 控制参数F 力F_max 最大力F_min 最小力F1-3 给定第一…第三力F_norm 额定力P 加热功率
P_max最大加热功率P_min最小加热功率P1-3 给定第一…第三加热功率P_norm 额定加热功率t_norm 额定时间点
权利要求
1.一种数据存储设备，包括存储介质(2)；至少一个探头(10)，被设计用于在所述存储介质(2)中创建凹坑标记(28)；控制单元(34)，被设计用于创建作用于所述探头(10)上从而导致所述凹坑标记(28)之一的创建的控制参数；所述控制单元(34)还被设计用于如果应当创建至少给定数目(n_thr)的、相互之间具有给定最小距离的连续凹坑标记(28)，则修改所述控制参数。
2.根据权利要求1所述的数据存储设备，其中所述控制单元(34)被设计用于通过改变向所述探头(10)施加所述控制参数的时间来修改所述控制参数，从而导致所述连续凹坑标记(28)的形成之间的变化时间。
3.根据权利要求2所述的数据存储设备，其中所述控制单元(34)被设计用于通过改变向所述探头(10)施加所述控制参数的时间来修改所述控制参数，使得以与两个连续凹坑标记(28)之间的额定最小时间间隔的偏移创建所述连续凹坑标记(28)，所述偏移对于所述连续凹坑标记(28)中的第一个具有最小值(s_min)，并且朝向所述连续凹坑标记(28)中的最后一个逐渐增大到最大值(s_max)。
4.根据权利要求3所述的数据存储设备，其中所述控制单元(34)被设计成所述最小值(s_min)具有与所述最大值(s_max)相同的绝对值，并且以最小绝对值的偏移创建所述连续凹坑标记(28)中间的凹坑标记。
5.根据权利要求1所述的数据存储设备，其中所述控制单元(34)被设计成所述控制参数影响在所述探头(10)和所述存储介质(2)之间施加的力(F)。
6.根据权利要求5所述的数据存储设备，其中所述控制单元(34)被设计成，将所述力(F)从被施加用于形成所述连续凹坑标记(28)中的第一个的最大力(F_max)减小到被施加用于形成所述连续凹坑标记(28)中的最后一个的最小力(F_min)。
7.根据权利要求5所述的数据存储设备，其中所述控制单元(34)被设计成，所述力(F)取决于每个所述连续凹坑标记(28)的相对位置，针对给定数目的连续凹坑标记(28)而减小，并且被限制在所述最大和最小力(F_max，F_min)之间，并且独立于连续凹坑标记(28)的总数。
8.根据权利要求1到7之一所述的数据存储设备，其中所述控制单元(34)被设计成所述控制参数影响通过所述探头(10)向所述存储介质(2)施加的加热功率(P)。
9.根据权利要求8所述的数据存储设备，其中所述控制单元(34)被设计成，将所述加热功率(P)从被施加用于形成所述连续凹坑标记(28)中的第一个的最大加热功率(P_max)减小到被施加用于形成所述连续凹坑标记(28)中的最后一个的最小加热功率(P_min)。
10.根据权利要求8所述的数据存储设备，其中所述控制单元(34)被设计成，所述加热功率(P)取决于每个所述连续凹坑标记(28)的所述相对位置，针对给定数目的连续凹坑标记(28)而减小，并且被限制在所述最大和最小加热功率(P_max，P_min)之间，并且独立于连续凹坑标记(28)的总数。
11.根据权利要求1到10之一所述的数据存储设备，包括编码单元，用于以至少最小数目的无凹坑标记(28)置于由连续凹坑标记(28)表示的未编码方式的信息单元之间的方式，对由凹坑标记(28)的存在或不存在表示的信息进行编码。
12.根据权利要求1到11之一所述的数据存储设备，包括另一编码单元，用于以不超过相互之间具有所述给定最小距离的连续凹坑标记(28)的给定数目的方式，对由凹坑标记(28)的存在或不存在表示的信息进行编码。
13.一种用于操作数据存储设备的方法，其中所述数据存储设备包括存储介质；至少一个探头(10)，被设计用于在所述存储介质(2)中创建凹坑标记(28)；以及控制单元(34)，被设计用于创建作用于所述探头(10)上从而导致所述凹坑标记(28)之一的创建的控制参数；其中如果应当创建至少给定数目的、相互之间具有给定最小距离的连续凹坑标记(28)，则修改所述控制参数。
14.根据权利要求13所述的方法，其中通过改变向所述探头(10)施加所述控制参数的时间来修改所述控制参数，从而导致所述连续凹坑标记(28)的形成之间的变化时间。
15.根据权利要求14所述的方法，其中以与两个连续凹坑标记(28)之间的额定最小时间间隔的偏移创建所述连续凹坑标记(28)，其中所述偏移对于所述连续凹坑标记(28)中的第一个具有最小值(s_min)，并且朝向所述连续凹坑标记(28)中的最后一个逐渐增大到最大值(s_max)。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述最小值(s_min)具有与所述最大值(s_max)相同的绝对值，并且以最小绝对值的偏移创建所述连续凹坑标记(28)中间的凹坑标记。
17.根据权利要求13所述的方法，其中所述控制参数影响在所述探头(10)和所述存储介质(2)之间施加的力(F)。
18.根据权利要求17所述的方法，其中将所述力(F)从被施加用于形成所述连续凹坑标记(28)中的第一个的最大力(F_max)减小到被施加用于形成所述连续凹坑标记(28)中的最后一个的最小力(F_min)。
19.根据权利要求17所述的方法，其中所述力(F)取决于每个所述连续凹坑标记(28)的所述相对位置，针对给定数目的连续凹坑标记(28)而减小，并被限制在所述最大和最小力(F_max，F_min)之间，并且独立于连续凹坑标记(28)的总数。
20.根据权利要求13到19之一所述的方法，其中所述控制参数影响通过所述探头(10)向所述存储介质(2)施加的加热功率(P)。
21.根据权利要求20所述的方法，其中将所述加热功率(P)从被施加用于形成所述连续凹坑标记(28)中的第一个的最大加热功率(P_max)减小到被施加用于形成所述连续凹坑标记(28)中的最后一个的最小加热功率(P_min)。
22.根据权利要求20所述的方法，其中所述加热功率(P)取决于每个所述连续凹坑标记(28)的所述相对位置，针对给定数目的连续凹坑标记(28)而减小，并被限制在所述最大和最小加热功率(P_max，P_min)之间，并且独立于连续凹坑标记(28)的总数。
23.根据权利要求13到22之一所述的方法，其中编码单元以至少最小数目的无凹坑标记(28)置于由连续凹坑标记(28)表示的未编码方式的信息单元之间的方式，对由凹坑标记(28)的存在或不存在表示的信息进行编码。
24.根据权利要求13到23之一所述的方法，其中另一编码单元以不超过相互之间具有所述给定最小距离的连续凹坑标记(28)的给定数目的方式，对由凹坑标记(28)的存在或不存在表示的信息进行编码。
25.一种计算机程序单元，包括用于在被加载到控制单元的处理单元中时执行根据权利要求13到24中的任一项所述的方法的计算机程序代码单元。
全文摘要
本发明公开一种数据存储设备，包括存储介质；至少一个探头，被设计用于在存储介质中创建凹坑标记；控制单元，被设计用于创建作用于探头上从而导致一个凹坑标记的创建的控制参数(CTRL)。控制单元还被设计用于如果应当创建至少给定数目的、相互之间具有给定最小距离的连续凹坑标记，则修改控制参数(CTRL)。根据本发明的方法，如果应当创建至少给定数目的、相互之间具有给定最小距离的连续标记，则修改控制参数(CTRL)。
文档编号G11B20/10GK1930624SQ200580008201
公开日2007年3月14日 申请日期2005年6月21日 优先权日2004年6月22日
发明者哈里斯·波兹迪斯, 沃尔特·哈伯勒, 德罗塔·W·维夫斯曼 申请人:国际商业机器公司