WO2005102908A2 - Systeme d'enregistrement comportant une couche memoire et un reseau de micro-pointes - Google Patents

Systeme d'enregistrement comportant une couche memoire et un reseau de micro-pointes Download PDF

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WO2005102908A2
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micro
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electrodes
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Serge Gidon
Olivier Lemonnier
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Commissariat a lEnergie Atomique CEA
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    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C23/00—Digital stores characterised by movement of mechanical parts to effect storage, e.g. using balls; Storage elements therefor
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82—NANOTECHNOLOGY
    • B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic

Definitions

  • the invention relates to a recording system comprising a recording medium comprising a memory layer capable of storing information and a device for reading and / or writing information comprising a network of microdots arranged in a common plane opposite the memory layer, the recording medium comprising at least a first electrode and the reading and / or writing device comprising at least a second electrode, the first electrode being arranged facing the second electrode, the system comprising control means the distance separating the recording medium from the reading and / or writing device by applying a potential difference between the first and second electrodes.
  • microtips In the field of ultra high density data recording by microtips, the information is written and read by means of microtips on memory areas of nanometric size, for example of 20 ⁇ 20 nm 2 .
  • a network of micro-tips is used in contact or quasi-contact with the surface of the media to locally modify the properties.
  • the difference between two tips is for example of the order of 100 micrometers.
  • the contact forces must be very low, of the order of nano-Newton, so as not to damage either the micro-tips or the surface of the medium, which is difficult to control.
  • the system generally includes an actuator for the relative lateral movement of the media with respect to the micro-tips, allowing the micro-tips to access the different memory areas.
  • the Millipede ® technique from IBM (“The Millipede - More than one thousand tips for future AFM data storage" by P. Vettiger et al. In IBM J. Res. Develop., Vol. 44, No. 3, May 2000 ) describes micro-tips arranged on a network of cantilevers making it possible to press the micro-tips with a pressing force linked to the bending of the cantilevers. This force then depends on the height of a micro-tip, cantilever included, which can vary from one micro-tip to another. The average value of the support force is related to the distance between the cantilever network and the media. In the event of temperature drift, the force cannot be adapted or controlled.
  • the document WO96 / 1 1472 describes a memory device comprising a memory substrate comprising a memory medium formed on its surface.
  • the memory device includes a probe device having a plurality of probes having conductive needles and probe drive circuits.
  • the circuits are formed, by a monolithic semiconductor type process, near the probes on the device for probing.
  • the device for probing is divided into cells each comprising a needle and one of the drive circuits.
  • the needles are arranged in a common plane opposite the memory substrate.
  • Each cell of the device for probing may include auxiliary electrodes, for example having fins parallel to the substrate.
  • the auxiliary electrodes are arranged opposite the substrate.
  • the substrate has an electrode formed on a face opposite the opposite face of the probe device.
  • An electrostatic attraction force is established between the auxiliary electrodes and the formed electrode on the substrate, via the probe drive circuits.
  • the probes are thus controlled by applying an appropriate voltage between the auxiliary electrodes and the electrode of the substrate.
  • the object of the invention is to remedy these drawbacks and, in particular, to avoid damage to the micro-tips and / or the recording medium.
  • the reading and / or writing device comprises contact elements disposed between the reading and / or writing device and the support for recording and cooperating with the memory layer so as to dampen the contact between the microdots and the memory layer.
  • FIG. 1 represents, in section, a particular embodiment of a recording system according to the invention.
  • Figures 2 and 3 show, respectively in section and along the axis AA, another particular embodiment of a recording system according to the invention.
  • FIG. 4 illustrates a particular embodiment of a recording system according to the invention comprising selective means of control by slaving.
  • FIG. 5 represents, in section, a particular embodiment of a recording system according to the invention.
  • FIG. 6 represents a particular embodiment of another variant of a recording system according to the invention.
  • a recording system comprises a recording medium 1 comprising a memory layer 2 capable of storing information.
  • the memory layer 2 can be rigid or flexible and deformable.
  • the recording system further comprises a device 4 for reading and / or writing information comprising a network of microtips 5 (5a, 5b, 5c) arranged in a common plane facing the memory layer 2.
  • the microdots 5 can be any kind of microdots, for example microdots comprising cantilevers, capable of allowing reading and / or writing of information, by field effect, by thermal effect, etc.
  • the recording medium 1 comprises a first electrode 6 and the device 4 for reading and / or writing comprises a second electrode 7.
  • the first electrode 6 is arranged opposite the second electrode 7.
  • the system comprises a control device C, for example a control circuit, of the distance d separating the recording medium 1 from the device 4 for reading and / or writing by applying a potential difference Vd between the first 6 and second 7 electrodes.
  • the first electrode 6 is constituted by a conductive layer arranged on a rear face 8 of the memory layer 2 opposite to a front face 9, arranged opposite the microtips 5.
  • the second electrode 7 can also be constituted by a conductive layer, incorporated in a support 10 of the network of microtips 5, possibly so that the second electrode 7 is flush with the surface on which the microtips 5 are arranged.
  • the application of the potential difference Vd between the first 6 and second 7 electrodes creates a force between the recording medium 1 and the device 4 for reading and / or writing.
  • the force per unit area is of the order of 50 nano-Newton per 100 ⁇ m 2 for a potential difference Vd of 1V and for a typical deviation of 100 nm between the microtips 5 and the memory layer 2.
  • the force can be increased by increasing the applied voltage.
  • the recording medium 1 can comprise a plurality of first electrodes 6 (6a, 6b, 6c) constituted by a plurality of conductive pads arranged on a rear face 8 of the memory layer 2 opposite the face front 9 disposed opposite the micro-tips 5.
  • the device 4 for reading and / or writing comprises a plurality of second electrodes 7 constituted by conductive pads buried in the support 10 of the network of micro-tips 5.
  • the first electrodes 6 are respectively arranged opposite the second electrodes 7.
  • the system preferably comprises a single first electrode 6 and a plurality of second electrodes 7.
  • An average pressing force can be defined by a single value of the potential difference Vd, by applying the same first potential to all the first electrodes 6 and the same second potential to all the second electrodes 7.
  • the forces support can also be controlled locally by applying specific potentials to the different electrodes 6 and 7, to control, for example, the deformation of the memory layer 2 and compensate, by a deformation of the memory layer 2, for a dispersion of the heights of the micro-tips 5, in particular by slaving the potential differences to a measurement quantity representative of the difference between the micro-tips 5 and the memory layer 2, such as for example an electric current passing through a micro-tip as described below. below.
  • the difference between the micro-tips 5 and the memory layer 2 can also be determined by detecting the temperature of the micro-tips during the writing and reading phases.
  • the device 4 for reading and / or writing comprises contact elements arranged between the device 4 for reading and / or writing and the recording medium 1.
  • the contact elements are preferably fixed on the support 10 of the micro-tip array 5.
  • the contact elements cooperate with the memory layer 2 so as to dampen the contact between the micro-tips 5 and the memory layer 2. This makes it possible to introduce restoring forces between the recording medium 1 and the device 4 for reading and / or writing, in order to separate the memory layer 2 from the microtips 5, whether during system rest phases or during read or write operation.
  • the height of the contact elements (11, 12, 17, 18, 19; described below) is preferably between 100 nanometers and 200 nanometers.
  • the device 4 for reading and / or writing comprises contact elements made of elastic flexible material, that is to say that is to say deformable and able to return to their initial shapes, intended to absorb the contact between the microtips 5 and the memory layer 2.
  • the recording medium 1 is rigid and has, for example, a thickness of around 5 micrometers.
  • the elastic flexible material can be an elastomer, for example Polydimethylsiloxane (PDMS), based on benzocyclobutene (BCB) or methacrylate, or an elastic composite material comprising a rigid material and a deformable elastic material.
  • PDMS Polydimethylsiloxane
  • BCB benzocyclobutene
  • methacrylate or an elastic composite material comprising a rigid material and a deformable elastic material.
  • an element made of elastic flexible material may comprise a flexible layer surrounding a hard core or a hard layer covering a flexible core. The spacing between the micro-tips 5, in the plane of the micro-tips
  • the elements of flexible elastic material may, for example, be constituted by micro-balls 11 randomly distributed in the plane of the micro-tips.
  • the micro-balls 11 are arranged on the support 10 of the network of micro-tips 5.
  • the micro-balls have a diameter slightly greater than the height of the micro-tips 5 and the desired distance between the memory layer 2 and the support 10, for example a diameter of 150 nm for a distance of 100 nm between the memory layer 2 and the support 10.
  • the micro-balls 11 are distributed with an average surface density such that, on average, several micro-balls 11 are arranged around a micro-tip 5.
  • the micro-beads for example latex beads, can be distributed in liquid solution which can be completely or partially evaporated.
  • the elements of flexible elastic material may, for example, be constituted by studs 12 arranged in staggered with respect to the micro-tips 5, in the plane of the micro-tips 5.
  • the studs 12 of flexible elastic material preferably have a frustoconical shape, the top surface 13 of which is substantially greater than the surface 14 of the micro-tips intended coming into contact with the memory layer 2.
  • the pads 12 preferably have a height greater than the height of the micro-tips and can be connected to the electrical ground.
  • the pads 12 and the microtips 5 are preferably produced in the same manufacturing step, for example by deposition of tungsten followed by planarization, for example mechanical polishing.
  • the studs 12 are wider than the microtips 5 and the microtips 5 are etched so as to obtain a pointed conical shape which automatically reduces, in a controlled manner, the height of the microtips 5.
  • the recording system may include detectors 15 (15a, 15b) measuring currents I (la and Ib) traversing the micro-tips 5a and 5b respectively. and the part of the associated memory layer 2, as shown in FIG. 4.
  • STM scanning tunneling microscope
  • the distance between a microtip 5 and the memory layer 2 can be controlled according to a measured tunnel current.
  • the current flowing from a micro-tip 5 to the memory layer 2 strongly depends on the distance between the micro-tip 5 and the memory layer 2.
  • a control device 16a (16b) by servo-control makes it possible to control the potential difference Vda (Vdb) between the first 6a (6b) and second 7a (7b) electrodes by current control la (Ib).
  • Vda potential difference between the first 6a (6b) and second 7a (7b) electrodes
  • Ib current control la
  • the servo control device 16 can comprise a circuit, for example of the proportional, integral and derivative (PID) type, which regulates the distance d on a sliding average value, for example, in order to allow rapid variations of the current I to be detected.
  • PID proportional, integral and derivative
  • the stiffness of the servo-control is associated with the flexibility of the memory layer 2, the amplitude of the restoring forces, the amplitude of the electrostatic force due to the potential difference Vd and the adjustment of the PID circuit.
  • the control device 16 by servo-control can comprise circuits associated with the micro-tips 5 and disposed respectively under the micro-tips 5.
  • the system comprises two second electrodes 7a and 7b, associated respectively with the first electrodes 6a and 6b.
  • the control devices 16 by slaving of the potential differences Vd are selective, that is to say they make it possible to control the potential differences Vda and Vdb independently according to the currents la and Ib which are measured independently.
  • the system may include a plurality of second electrodes 7, associated respectively with a plurality of first electrodes 6 and a plurality of servo control devices 16.
  • the number of micro-tips 5 is not necessarily identical to the number of first 6 and / or second 7 electrodes.
  • the system may include a single servo control device 16, making it possible to control the potential difference Vd between the first 6 and the second electrode 7 by servo control I, measured via a plurality of detectors 15.
  • a second electrode 7 can be associated with several first electrodes 6 or vice versa.
  • the second electrodes 7 are constituted by the microtips 5 which is, for example, an advantageous solution, when the principle of writing and / or reading does not require contact intimate between the memory layer and the micro-tips and / or when the memory layer 2 is, on the surface, made of a non-conductive material.
  • the elements made of elastic flexible material consist of a layer 17 of elastic flexible material arranged around the micro-tips, so that the micro-tips 5 protrude from the layer 17 of elastic flexible material.
  • Second micro-balls 18, hard or flexible are arranged on the layer 17.
  • all of the second micro-balls 18 and of the layer 17 make it possible to absorb the contact between the micro-tips 5 and the memory layer 2.
  • the different kinds of elements of flexible elastic material for example the studs 12 and the layer 17 of flexible elastic material, can be combined, for example by structuring a layer of flexible elastic material, so as to obtain a layer having protrusions.
  • the contact elements of the device 4 for reading and / or writing are constituted by elements rigid 19 and the memory layer 2 is made of a flexible elastic material.
  • the memory layer 2 deforms under the pressure exerted by the rigid elements 19, which creates a repulsion between the memory layer 2 and the device 4 for reading and / or writing.
  • the memory layer essentially cooperating with the rigid elements 19, the contact between the micro-tips 5 and the memory layer 2 is absorbed.
  • the recording medium 1 comprising the memory layer 2 is, for example, made of silicon and has a thickness of between 0.3 micrometer and 1 micrometer, preferably 0.5 micrometer. In this case, the memory layer 2 can, for example, be fixed on a frame.
  • the rigid elements 19 are, for example, metallic and preferably made of tungsten W.
  • the deformation of the memory layer 2 in the direction of the applied force is of the order of 10 nanometers.
  • the surfaces of the electrodes 6 and 7 are 50 ⁇ 50 ⁇ m 2 and the applied voltage is between 3 and 5V, which makes it possible to obtain an appropriate deformation of the memory layer 2. It is not always favorable to reduce the gap between the rigid elements 19 because this results in an excessive increase in the stiffness force, that is to say the repulsion force.
  • the distance between the rigid elements 19 or the distance between the microtips 5 is preferably 100 micrometers.
  • the electrostatic force and the repelling force must be close.
  • the first electrodes can be buried in the memory layer 2, arranged on the front face of the memory layer 2 or formed by it.
  • the second electrodes can be buried in the support 10 or be arranged on the front or rear face of the latter.
  • the electrodes can have any shape, for example round, square, rectangular, hexagonal or annular to be arranged around the microtips.
  • the shape of the electrodes can be optimized to serve as a screen for electric fields created by addressing circuits and interacting with the memory layer 2.
  • the electrodes can be produced by any conventional process, for example by depositing and etching a metal , for example copper, aluminum, tungsten or a nitride or a tungsten oxide.

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Abstract

Le système d'enregistrement comporte un support d'enregistrement (1) comportant une couche mémoire (2) apte à stocker des informations. Un dispositif (4) de lecture et/ou écriture des informations comporte un réseau de micro-pointes (5) disposées dans un plan commun en regard de la couche mémoire (2). Le support d'enregistrement (1) comporte au moins une première électrode (6). Le dispositif (4) de lecture et/ou écriture comporte au moins une seconde électrode (7). La première électrode (6) est disposée en regard de la seconde électrode (7). Le système comporte des moyens de contrôle (C) de la distance (d) séparant le support d'enregistrement (1) du dispositif (4) de lecture et/ou écriture par application d'une différence de potentiel (Vd) entre les première (6) et seconde (7) électrodes. Le dispositif (4) de lecture et/ou écriture comporte des éléments (11) de contact disposés entre le dispositif (4) de lecture et/ou écriture et le support d'enregistrement (1) et coopérant avec la couche mémoire (2) de manière à amortir le contact entre les micro-pointes (5) et la couche mémoire (2).

Description

Système d'enregistrement comportant une couche mémoire et un réseau de micro-pointes
Domaine technique de l'invention
L'invention concerne un système d'enregistrement comportant un support d'enregistrement comportant une couche mémoire apte à stocker des informations et un dispositif de lecture et/ou écriture des informations comportant un réseau de micro-pointes disposées dans un plan commun en regard de la couche mémoire, le support d'enregistrement comportant au moins une première électrode et le dispositif de lecture et/ou écriture comportant au moins une seconde électrode, la première électrode étant disposée en regard de la seconde électrode, le système comportant des moyens de contrôle de la distance séparant le support d'enregistrement du dispositif de lecture et/ou écriture par application d'une différence de potentiel entre les première et seconde électrodes.
État de la technique
Dans le domaine d'enregistrement de données à ultra haute densité par micropointes, l'information est écrite et lue au moyen des micro-pointes sur des zones de mémoires de taille nanométrique, par exemple de 20x20 nm2. Généralement, un réseau de micro-pointes est utilisé en contact ou quasi-contact avec la surface du média pour en modifier localement les propriétés. L'écart entre deux pointes est par exemple de l'ordre de 100 micromètres. Les forces de contact doivent être très faibles, de l'ordre du nano-Newton, pour ne pas endommager ni les micro-pointes ni la surface du média ce qui est difficile à contrôler. Simultanément, il est nécessaire de conserver la mobilité relative entre le média et les micro-pointes. Le système comporte généralement un actionneur pour le mouvement relatif latéral du média par rapport aux micro-pointes, permettant aux micro-pointes d'accéder aux différentes zones de mémoires.
La technique Millipede® de la société IBM (« The Millipede - More than one thousand tips for future AFM data storage » de P. Vettiger et al. dans IBM J. Res. Develop., Vol. 44, No. 3, May 2000) décrit des micro-pointes disposées sur un réseau de cantilevers permettant de faire appuyer les micro-pointes avec une force d'appui liée à la flexion des cantilevers. Cette force dépend alors de la hauteur d'une micro-pointe, cantilever inclus, qui peut varier d'une micro-pointe à l'autre. La valeur moyenne de la force d'appui est liée à la distance entre le réseau de cantilevers et le média. En cas de dérive en température, la force ne peut pas être adaptée ou contrôlée.
Le document W096/1 1472 décrit un dispositif de mémoire comportant un substrat de mémoire comportant un média de mémoire formé à sa surface. De plus, le dispositif de mémoire comporte un dispositif pour sonder comportant une pluralité de sondes ayant des aiguilles conductrices et des circuits d'entraînement des sondes. Les circuits sont formés, par un procédé de type semi-conducteur monolithique, à proximité des sondes sur le dispositif pour sonder. Le dispositif pour sonder est divisé en cellules comportant chacune une aiguille et l'un des circuits d'entraînement. Les aiguilles sont disposées dans un plan commun en regard du substrat de mémoire. Chaque cellule du dispositif pour sonder peut comporter des électrodes auxiliaires, ayant par exemple des ailettes parallèles au substrat. Les électrodes auxiliaires sont disposées en regard du substrat. Le substrat comporte une électrode formée sur une face opposée à la face en regard du dispositif pour sonder. Une force d'attraction électrostatique est établie entre les électrodes auxiliaires et l'électrode formée sur le substrat, par l'intermédiaire des circuits d'entraînement des sondes. Les sondes sont ainsi contrôlées en appliquant une tension appropriée entre les électrodes auxiliaires et l'électrode du substrat. Cependant, il est difficile de mettre en œuvre une répulsion électrostatique entre les électrodes.
Objet de l'invention
L'invention a pour but de remédier à ces inconvénients et, en particulier, d'éviter un endommagement des micro-pointes et/ou du support d'enregistrement.
Selon l'invention, ce but est atteint par les revendications annexées et, en particulier, par le fait que le dispositif de lecture et/ou écriture comporte des éléments de contact disposés entre le dispositif de lecture et/ou écriture et le support d'enregistrement et coopérant avec la couche mémoire de manière à amortir le contact entre les micro-pointes et la couche mémoire.
Description sommaire des dessins
D'autres avantages et caractéristiques ressortiront plus clairement de la description qui va suivre de modes particuliers de réalisation de l'invention donnés à titre d'exemples non limitatifs et représentés aux dessins annexés, dans lesquels :
La figure 1 représente, en coupe, un mode de réalisation particulier d'un système d'enregistrement selon l'invention. Les figures 2 et 3 représentent, respectivement en coupe et selon l'axe A-A, un autre mode de réalisation particulier d'un système d'enregistrement selon l'invention.
La figure 4 illustre un mode de réalisation particulier d'un système d'enregistrement selon l'invention comportant des moyens sélectifs de contrôle par asservissement.
La figure 5 représente, en coupe, un mode de réalisation particulier d'un système d'enregistrement selon l'invention.
La figure 6 représente un mode de réalisation particulier d'une autre variante d'un système d'enregistrement selon l'invention.
Description de modes particuliers de réalisation
Sur la figure 1 , un système d'enregistrement comporte un support d'enregistrement 1 comportant une couche mémoire 2 apte à stocker des informations. La couche mémoire 2 peut être rigide ou souple et déformable. Le système d'enregistrement comporte, de plus, un dispositif 4 de lecture et/ou écriture des informations comportant un réseau de micro-pointes 5 (5a, 5b, 5c) disposées dans un plan commun en regard de la couche mémoire 2. Les micropointes 5 peuvent être toute sorte de micro-pointes, par exemple des micropointes comportant des cantilevers, susceptibles de permettre la lecture et/ou l'écriture d'informations, par effet de champ, par effet thermique, etc ..
Sur la figure 1 , le support d'enregistrement 1 comporte une première électrode 6 et le dispositif 4 de lecture et/ou écriture comporte une seconde électrode 7. La première électrode 6 est disposée en regard de la seconde électrode 7. Le système comporte un dispositif de contrôle C, par exemple un circuit de commande, de la distance d séparant le support d'enregistrement 1 du dispositif 4 de lecture et/ou écriture par application d'une différence de potentiel Vd entre les première 6 et seconde 7 électrodes.
Sur la figure 1 , la première électrode 6 est constituée par une couche conductrice disposée sur une face arrière 8 de la couche mémoire 2 opposée à une face avant 9, disposée en regard des micro-pointes 5. La seconde électrode 7 peut également être constituée par une couche conductrice, incorporée dans un support 10 du réseau de micro-pointes 5, éventuellement de manière à ce que la seconde électrode 7 affleure la surface sur laquelle sont disposées les micro-pointes 5.
L'application de la différence de potentiel Vd entre les première 6 et seconde 7 électrodes créé une force entre le support d'enregistrement 1 et le dispositif 4 de lecture et/ou écriture. La force par unité de surface est de l'ordre de 50 nano- Newton par 100μm2 pour une différence de potentiel Vd de 1V et pour un écart, typique, de 100 nm entre les micro-pointes 5 et la couche mémoire 2. La force peut être augmentée en augmentant la tension appliquée.
Comme représenté à la figure 2, le support d'enregistrement 1 peut comporter une pluralité de premières électrodes 6 (6a, 6b, 6c) constituée par une pluralité de plots conducteurs disposés sur une face arrière 8 de la couche mémoire 2 opposée à la face avant 9 disposée en regard des micro-pointes 5. Sur la figure 2, le dispositif 4 de lecture et/ou écriture comporte une pluralité de secondes électrodes 7 constituées par des plots conducteurs enterrés dans le support 10 du réseau de micro-pointes 5. Ainsi, les premières électrodes 6 sont respectivement disposées en regard des secondes électrodes 7. Le système comporte, de préférence, une première électrode 6 unique et une pluralité de secondes électrodes 7. Une force d'appui moyenne peut être définie par une valeur unique de la différence de potentiel Vd, par application d'un même premier potentiel à toutes les premières électrodes 6 et d'un même second potentiel à toutes les secondes électrodes 7. Les forces d'appui peuvent également être contrôlées localement en appliquant des potentiels spécifiques aux différentes électrodes 6 et 7, pour contrôler, par exemple, la déformation de la couche mémoire 2 et compenser, par une déformation de la couche mémoire 2, une dispersion des hauteurs des micro-pointes 5, notamment par asservissement des différences de potentiel à une grandeur de mesure représentative de l'écart entre les micro-pointes 5 et la couche mémoire 2, comme par exemple un courant électrique passant par une micro-pointe comme décrit ci-dessous. L'écart entre les micro-pointes 5 et la couche mémoire 2 peut également être déterminé par détection de la température des micro-pointes lors des phases d'écriture et de lecture.
Dans le système selon l'invention, le dispositif 4 de lecture et/ou écriture comporte des éléments de contact disposés entre le dispositif 4 de lecture et/ou écriture et le support d'enregistrement 1. Les éléments de contact sont, de préférence, fixés sur le support 10 du réseau de micro-pointes 5. Les éléments de contact coopèrent avec la couche mémoire 2 de manière à amortir le contact entre les micro-pointes 5 et la couche mémoire 2. Ceci permet d'introduire des forces de rappel entre le support d'enregistrement 1 et le dispositif 4 de lecture et/ou écriture, pour écarter la couche mémoire 2 des micro-pointes 5, que ce soit lors de phases de repos du système ou lors du fonctionnement en lecture ou en écriture. La hauteur des éléments de contact (11 , 12, 17, 18, 19 ; décrit par la suite) est, de préférence, comprise entre 100 nanomètres et 200 nanomètres.
Dans un premier mode de réalisation particulier, le dispositif 4 de lecture et/ou écriture comporte des éléments de contact en matériau souple élastique, c'est- à-dire déformables et aptes à reprendre leurs formes initiales, destinés à amortir le contact entre les micro-pointes 5 et la couche mémoire 2. Dans ce cas, le support d'enregistrement 1 est rigide et présente, par exemple, une épaisseur de l'ordre de 5 micromètres. Le matériau souple élastique peut être un élastomère, par exemple du Polydiméthylsiloxane (PDMS), à base de benzocyclobutène (BCB) ou de méthacrylate, ou un matériau composite élastique comportant un matériau rigide et un matériau élastique déformable. Par exemple, un élément en matériau souple élastique peut comporter une couche souple entourant un noyau dur ou une couche dure recouvrant un noyau souple. L'espacement entre les micro-pointes 5, dans le plan des micro-pointes
5, est par exemple, compris entre 10 micromètres à 100 micromètres et la déformation des éléments de contact en matériau souple élastique dans le sens de la force appliquée est de l'ordre de 10 nanomètres.
Comme représenté à la figure 1 , les éléments en matériau souple élastique peuvent, par exemple, être constitués par des micro-billes 11 réparties aléatoirement dans le plan des micro-pointes. Sur la figure 1 , les micro-billes 11 sont disposées sur le support 10 du réseau de micro-pointes 5. Les micro-billes ont un diamètre légèrement supérieur à la hauteur des micro-pointes 5 et à la distance souhaitée entre la couche mémoire 2 et le support 10, par exemple un diamètre de 150nm pour une distance de 100nm entre la couche mémoire 2 et le support 10. Les micro-billes 11 sont réparties avec une densité surfacique moyenne telle que, en moyenne, plusieurs micro-billes 11 soient disposées autour d'une micro-pointe 5. Les micro-billes, par exemple des billes en latex, peuvent être réparties en solution liquide qui peut être évaporée complètement ou partiellement.
Comme représenté aux figures 2 et 3, les éléments en matériau souple élastique peuvent, par exemple, être constitués par des plots 12 disposés en quinconce par rapport aux micro-pointes 5, dans le plan des micro-pointes 5. Les plots 12 en matériau souple élastique ont, de préférence, une forme tronconique dont la surface sommitale 13 est sensiblement supérieure à la surface 14 des micro-pointes destinée à venir en contact avec la couche mémoire 2. Les plots 12 ont, de préférence, une hauteur supérieure à la hauteur des micro-pointes et peuvent être reliés à la masse électrique. Afin de pouvoir contrôler les différentes hauteurs lors de la fabrication, les plots 12 et les micropointes 5 sont, de préférence, réalisés dans une même étape de fabrication, par exemple par dépôt de tungstène suivi d'une planarisation, par exemple un polissage mécano-chimique, et d'une étape de gravure délimitant les micropointes 5 et les plots 12. Comme représenté à la figure 2, les plots 12 sont plus larges que les micro-pointes 5 et les micro-pointes 5 sont gravées de manière à obtenir une forme conique pointue ce qui réduit automatiquement, de manière contrôlée, la hauteur des micro-pointes 5.
Dans le cas où la couche mémoire 2 et les micro-pointes 5 sont conductrices, le système d'enregistrement peut comporter des détecteurs 15 (15a, 15b) mesurant des courants I (la et Ib) parcourant respectivement les micro-pointes 5a et 5b et la partie de la couche mémoire 2 associée, comme représenté à la figure 4. Par analogie avec le fonctionnement d'un microscope tunnel par balayage (STM : « Scanning tunneling microscope ») la distance entre une micro-pointe 5 et la couche mémoire 2 peut être piloté en fonction d'un courant tunnel mesuré. Le courant passant d'une micro-pointe 5 à la couche mémoire 2 dépend fortement de la distance entre la micro-pointe 5 et la couche mémoire 2. Un dispositif de contrôle 16a (16b) par asservissement permet de contrôler la différence de potentiel Vda (Vdb) entre les première 6a (6b) et seconde 7a (7b) électrodes par asservissement au courant la (Ib). Ceci permet, dans le cas d'un courant I très faible, d'éviter un contact entre les micro-pointes et la couche mémoire 2 et, ainsi, d'éviter toute usure des micro-pointes 5 et de la couche mémoire 2 en mouvement relatif. En pratique, cependant, il peut être plus utile d'utiliser des courants plus forts, plus faciles à contrôler, au prix d'une très légère usure.
Le dispositif de contrôle 16 par asservissement peut comporter un circuit, par exemple de type proportionnel, intégral et dérivé (PID), qui régule la distance d sur une valeur moyenne glissante, par exemple, afin de permettre de détecter des variations rapides du courant I qui peuvent correspondre à un état binaire d'une zone de mémoire dans le cas ou l'information est codée par modulation de la résistivité locale de la couche mémoire. La raideur de l'asservissement est associée à la flexibilité de la couche mémoire 2, à l'amplitude des forces de rappel, à l'amplitude de la force électrostatique due à la différence de potentiel Vd et au réglage du circuit PID. Elle constitue un point clé du fonctionnement du système puisque la force d'appui des micro-pointes 5 sur la couche mémoire 2 peut être faible, de l'ordre de quelques nano-Newton, alors que la force nécessaire pour la déformation de la couche mémoire 2 peut être beaucoup plus élevée. Le dispositif de contrôle 16 par asservissement peut comporter des circuits associés aux micro-pointes 5 et disposés respectivement sous les micro-pointes 5.
Dans le mode de réalisation particulier représenté à la figure 4, le système comporte deux secondes électrodes 7a et 7b, associées respectivement aux premières électrodes 6a et 6b. Les dispositifs de contrôle 16 par asservissement des différences de potentiel Vd sont sélectifs, c'est-à-dire ils permettent de contrôler les différences de potentiel Vda et Vdb indépendamment en fonction des courants la et Ib qui sont mesurés indépendamment. Pour des raisons de clarté, sur la figure 4 seuls deux premières électrodes 6 et deux secondes électrodes 7 associées sont représentées. Cependant, le système peut comporter une pluralité de secondes électrodes 7, associées respectivement à une pluralité de premières électrodes 6 et à une pluralité de dispositifs de contrôle 16 par asservissement. Le nombre de micro-pointes 5 n'est pas nécessairement identique au nombre de premières 6 et/ou secondes 7 électrodes. Lorsque le système comporte une première électrode 6 unique et une seconde électrode 7 unique, le système peut comporter un dispositif 16 unique de contrôle par asservissement, permettant de contrôler la différence de potentiel Vd entre la première 6 et la seconde 7 électrode par asservissement aux courants I, mesurés par l'intermédiaire d'une pluralité de détecteurs 15. Par ailleurs, une seconde électrode 7 peut être associée à plusieurs premières électrodes 6 ou vice versa.
Dans le mode de réalisation représenté à la figure 5, les secondes électrodes 7 sont constituées par les micro-pointes 5 ce qui est, par exemple, une solution intéressante, lorsque le principe d'écriture et/ou de lecture ne nécessite pas de contact intime entre la couche mémoire et les micro-pointes et/ou lorsque la couche mémoire 2 est, en surface, en un matériau non-conducteur. Sur la figure 5, les éléments en matériau souple élastique sont constitués par une couche 17 en matériau souple élastique disposée autour des micro-pointes, de manière à ce que les micro-pointes 5 fassent saillie sur la couche 17 en matériau souple élastique. Des secondes micro-billes 18, dures ou souples, sont disposées sur la couche 17. Ainsi, l'ensemble des secondes micro-billes 18 et de la couche 17 permet d'amortir le contact entre les micro-pointes 5 et la couche mémoire 2. Les différentes sortes d'éléments en matériau souple élastique, par exemple les plots 12 et la couche 17 en matériau souple élastique, peuvent être combinés, par exemple par structuration d'une couche en matériau souple élastique, de manière à obtenir une couche comportant des saillies.
Dans un second mode de réalisation particulier de l'invention, les éléments de contact du dispositif 4 de lecture et/ou écriture sont constitués par des éléments rigides 19 et la couche mémoire 2 est en un matériau souple élastique. Comme représenté à la figure 6, la couche mémoire 2 se déforme sous la pression exercée par les éléments rigides 19, ce qui crée une répulsion entre la couche mémoire 2 et le dispositif 4 de lecture et/ou écriture. La couche mémoire coopérant essentiellement avec les éléments rigides 19, le contact entre les micro-pointes 5 et la couche mémoire 2 est amorti. Le support d'enregistrement 1 comportant la couche mémoire 2 est, par exemple, en silicium et présente une épaisseur comprise entre 0,3 micromètre et 1 micromètre, de préférence 0,5 micromètre. Dans ce cas, le couche mémoire 2 peut, par exemple, être fixée sur un cadre. Les éléments rigides 19 sont, par exemple, métalliques et, de préférence, en tungstène W.
Lorsque l'espacement entre les micro-pointes 5, dans le plan des micro-pointes 5, est compris entre 10 micromètres à 100 micromètres, la déformation de la couche mémoire 2 dans le sens de la force appliquée est de l'ordre de 10 nanomètres. Avantageusement, les surfaces des électrodes 6 et 7 sont de 50x50μm2 et la tension appliquée est comprise entre 3 et 5V, ce qui permet d'obtenir une déformation appropriée de la couche mémoire 2. Il n'est pas toujours favorable de diminuer l'écart entre les éléments rigides 19 parce que cela entraîne une augmentation trop importante de la force de raideur, c'est-à- dire la force de répulsion. Ainsi, l'écart entre les éléments rigides 19 ou l'écart entre les micro-pointes 5 est, de préférence, de 100 micromètres.
La force électrostatique et la force de répulsion doivent être voisines. La force électrostatique peut être calculée par l'expression Fel=ε0V2S/e, dans laquelle ε0 est la permittivité du vide, V la tension appliquée entre les première et seconde électrodes, S la surface des électrodes et e l'écart entre les électrodes. La force de répulsion peut être déterminée par l'expression Fr=coe_Y.E.ep3/D3, où E est le module de Young du matériau de la couche mémoire, ep l'épaisseur de la couche mémoire 2 constituant le support d'enregistrement 1 , D l'écart entre les éléments rigides 19 et coeff un coefficient qui peut être déterminé expérimentalement.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation représentés. En particulier les premières électrodes peuvent être enterrées dans la couche mémoire 2, disposées sur la face avant de la couche mémoire 2 ou constituées par celle-ci. Les secondes électrodes peuvent être enterrées dans le support 10 ou être disposées à la face avant ou arrière de celui-ci. Les électrodes peuvent avoir une forme quelconque, par exemple ronde, carrée, rectangulaire, hexagonale ou annulaire pour être disposées autour des micro-pointes. La forme des électrodes peut être optimisée pour servir d'écran de champs électriques créés par des circuits d'adressage et interagissant avec la couche mémoire 2. Les électrodes peuvent être réalisées par tout procédé classique, par exemple par dépôt et gravure d'un métal, par exemple du cuivre, de l'aluminium, du tungstène ou d'un nitrure ou d'un oxyde de tungstène.

Claims

Revendications
1. Système d'enregistrement comportant un support d'enregistrement (1 ) comportant une couche mémoire (2) apte à stocker des informations et un dispositif (4) de lecture et/ou écriture des informations comportant un réseau de micro-pointes (5) disposées dans un plan commun en regard de la couche mémoire (2), le support d'enregistrement (1) comportant au moins une première électrode (6) et le dispositif (4) de lecture et/ou écriture comportant au moins une seconde électrode (7), la première électrode (6) étant disposée en regard de la seconde électrode (7), le système comportant des moyens de contrôle (C) de la distance (d) séparant le support d'enregistrement (1) du dispositif (4) de lecture et/ou écriture par application d'une différence de potentiel (Vd) entre les première (6) et seconde (7) électrodes, système caractérisé en ce que le dispositif (4) de lecture et ou écriture comporte des éléments (11 , 12, 18, 19) de contact disposés entre le dispositif (4) de lecture et/ou écriture et le support d'enregistrement (1) et coopérant avec la couche mémoire (2) de manière à amortir le contact entre les micro-pointes (5) et la couche mémoire (2).
2. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les éléments de contact du dispositif (4) de lecture et/ou écriture sont constitués par des éléments en matériau souple élastique.
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments en matériau souple élastique sont constitués par des micro-billes (1 1) réparties aléatoirement dans le plan des micro-pointes (5).
4. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments en matériau souple élastique sont constitués par des plots (12) disposés en quinconce par rapport aux micro-pointes (5).
5. Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que les plots (12) en matériau souple élastique ont une forme tronconique dont la surface sommitale (13) est sensiblement supérieure à la surface (14) des micro-pointes (5) destinée à venir en contact avec la couche mémoire (2).
6. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce que les éléments en matériau souple élastique comportent une couche (17) en matériau souple élastique disposée autour des micro-pointes (5), de manière à ce que les micropointes (5) fassent saillie sur la couche (17) en matériau souple élastique, des secondes micro-billes (18) étant disposées sur la couche (17) en matériau souple élastique.
7. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les éléments de contact du dispositif (4) de lecture et/ou écriture sont constitués par des éléments rigides (19) et la couche mémoire (2) est en un matériau souple élastique.
8. Système selon la revendication 7, caractérisé en ce que support d'enregistrement (1) comportant la couche mémoire (2) est en silicium et présente une épaisseur inférieure à 1 micromètre.
9. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la première électrode (6) est constituée par une couche conductrice disposée sur une face arrière (8) de la couche mémoire (2) opposée à une face avant (9) disposée en regard des micro-pointes (5).
10. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de secondes électrodes (7a, 7b, 7c) constituées par des plots conducteurs incorporés dans un support (10) du réseau de micro- pointes (5).
11. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 et 10, caractérisé en ce qu'il comporte une pluralité de premières électrodes (6a, 6b, 6c) constituées par des plots conducteurs disposés sur une face arrière (8) de la couche mémoire (2) opposée à une face avant (9) disposée en regard des micro-pointes (5).
12. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 11 , caractérisé en ce qu'il comporte des moyens (15) de détection de grandeurs de mesure représentatives des écarts entre les micro-pointes (5) et la couche mémoire (2) et des moyens de contrôle (16) par asservissement de la différence de potentiel (Vd) entre les première (6) et seconde (7) électrodes aux grandeurs de mesure.
13. Système selon la revendication 12, caractérisé en ce que, le système comportant une pluralité de secondes électrodes (7), associées à au moins une première électrode (6), les moyens (16) de contrôle par asservissement de la différence de potentiel (Vd) entre la première (6) et chaque seconde (7) électrode sont sélectifs.
14. Système selon l'une des revendications 12 et 13, caractérisé en ce que les grandeurs de mesure sont des courants (I) parcourant respectivement les micropointes (5).
15. Système selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce que les secondes électrodes (7) sont constituées par les micro-pointes (5).
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