专利名称：相变材料信息存储方法
技术领域：
本发明涉及一种相变材料信息存储方法，特别涉及一种通过聚焦电子 束诱发相变材料薄膜晶化，在平面内获得包含信息的晶化点阵列的方法， 属于相变信息存储领域。
背景技术：
相变材料被广泛的应用到相变随机存储器(PRAM)当中，其与目前的动 态随机存储器(DRAM)、闪存(FLASH)相比有明显优势体积小，驱动电压低， 功耗小，读写速度较快，非挥发。PRAM适用于极端温度环境，因其抗辐照， 抗震动，不仅被应用到日常的便携式电子产品中，而且在航空航天等领域 有着巨大的潜在应用前景。其基本原理是通过外加电流诱发相变材料发生 相变，通过其相变产生的电阻差实现信息的纪录。非晶态代表"0"，晶态 代表"1"。
目前相变材料信息存储器的研究关键问题之一是如何进一步提高存储 密度，降低单元尺寸，人们在直接利用相变材料薄膜进行信息的记录方面 作了很多的工作，包括H. KadoandT. Tohda， A卯l. Phys. Lett, 66 (22)， 29 1995; S. Gidon， 0. Lemonnier, B. Rolland， 0. Bichet， and C. Dressle Appl. Phys. Lett., Vol. 85， No. 26， 27 2004; G. A. Gibson, a! A. Chaiken， K. Nauka， C. C. Yang, R. Davidson, and A. Holden， Appl. Phys. Lett. 86， 051902 2005; Sumio Hosaka， Toshimichi Shintani， Mitsuhide Miyamoto, and Atsushi Kikukawa， J. Appl. Phys. 79 (10)， 15 1996.在这些研究中，诱发相变材料相变主要依靠热诱发方式，主要 依靠原子力针尖为热传导媒介，得到的信息存储密度最高能达到 1Tbit/cm2，为例进一步提高单位面积信息存储密度，减小结晶点的大小成 为首要问题。
发明内容
本发明的目的在于，通过提供一种相变材料信息存储方法，实现超高 密度的信息存储单元，以透射电子显微镜或扫描电子显微镜为基础，以可 操控的超细电子束为手段，在非晶相变材料薄膜上获得晶化点的阵列，晶
化点直径约为5nm，通过某一阵列点上是否结晶来代表信息存储中的"0" 或"l"，并通过原子力显微镜进行信息的读取，信息存储密度超过4 Tbit/cm2。
本发明是采用以下技术手段实现的
包括非晶相变材料薄膜以及支持部分，非晶相变材料薄膜沉积于支持 部分上，薄膜均匀且平整，通过在透射电镜或者扫描电镜下，聚焦电子束 的轰击，非晶相变薄膜上被轰击的点区域经历一定长的时间会形成晶化点， 通过控制电子束位置，可以在小范围内获得晶化点的阵列，通过阵列中晶 化点的排布变化实现信息的存储，其具有高密度及可反复擦写等特性。
一种相变材料信息存储方法，在电子显微镜中，通过控制位置及停留 时间的电子束，在相变材料薄膜上辐照形成排列结晶点，并对其排列结晶 点进行信息的读取。
前述的相变材料薄膜为非晶硫系化合物薄膜，厚度在5nm-20mn之间， 相变材料薄膜沉积在支撑体上。
前述的电子束及晶化点直径在3nm-7nm之间。 前述的电子束使每一点晶化的作用时间小于5秒钟。 前述的电子束的控制通过对电镜电子束线路编程实现。 前述的支撑物在透射电子显微镜下纪录，为非晶碳支持膜。 前述的支撑物在扫描电子显微镜下纪录，为平整衬底的硅片或玻璃。 前述的结晶点为晶化点阵排列，该排列通过电子显微镜进行形貌观 测，或者通过原子力显微镜电信号测量获得平面电阻差异图。 前述的信息的存储密度为4Tbit/cm2。
本发明一种相变材料信息存储方法，与现有技术相比，具有以下明显 的优势和有益效果
本发明具有非挥发性，信息存储密度超过4Tbit/cm2，利用了电子束 可以诱发相变材料发生相变的特点，大大降低了相变点大小。
本发明由于使用电子束诱发晶化，不会像现有技术中的原子力针尖给 相变薄膜压力，所以不受衬底强度影响，即使在超薄碳支持膜情况下也可 以实施，可以实现超薄薄膜情况下原位透射电镜观测。
图1为相变薄膜及支持物示意图； 图2为结晶点阵列实例图示。
具体实施例方式
下面结合附图对本发明的具体实施例加以说明 所述信息存储方法包括信息载体以及记录方式两部分。 请参阅图1所示，信息载体包括非晶相变薄膜1以及支撑物2 (如在 透射电子显微镜下纪录，则支撑物为非晶碳支持膜，若在扫描电子显微镜
下纪录，则支撑物为平整衬底如硅片，玻璃)，以及电子束3。
结合图2所示，记录方式为使用可控聚焦超细电子束3实施于相变材
料薄膜1上，被电子束3作用区域会发生结晶，产生如图2所示的结晶点
6、 7，通过结晶点的排列实现信息记录。
所述电子束3的控制通过对电镜电子束线路编程实现。 所述电子束3诱发结晶的时间不超过5秒钟。
所述信息阵列可以通过原子力显微镜的电流模式进行读取，或者通过 电子显微镜进行形貌观测。
在支撑物2 (如在透射电子显微镜下纪录，则支撑物2为非晶碳支持 膜，若在扫描电子显微镜下纪录，则支撑物2为平整衬底如硅片，玻璃) 上利用磁控溅射沉积10nm厚相变材料GST薄膜。
在透射电镜或者扫描电镜下选取某一区域，利用可控聚焦电子束3在 该区域辐照出规则排列的晶化点，每个晶化点如6或7的直径在5nm左右， 间距9为15nm，晶化时间5秒左右。在规则排列的点上如有晶化点则代表"1"，没有晶化点如图2所示 的8代表"0"，可以利用原子力显微镜，或者电子显微镜对记录信息进行
利用高温骤冷可以使薄膜恢复非晶状态，实现可擦写性。
最后应说明的是以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描
述的技术方案；因此，尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进 行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本 发明进行修改或等同替换；而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及 其改进，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1.一种相变材料信息存储方法，其特征在于在电子显微镜中，通过控制位置及停留时间的电子束，在相变材料薄膜上辐照形成排列结晶点，并对其排列结晶点进行信息的读取。
2. 根据权利要求1所述的相变材料信息存储方法，其特征在于所述的 相变材料薄膜为非晶硫系化合物薄膜，厚度在5nm-20mn之间，相变材料薄膜 沉积在支撑体上。
3. 根据权利要求1所述的相变材料信息存储方法，其特征在于所述的 电子束及晶化点直径在3nm-7nm之间。
4. 根据权利要求1所述的相变材料信息存储方法，其特征在于所述的 电子束使每一点晶化的作用时间小于5秒钟。
5. 根据权利要求3或4所述的相变材料信息存储方法，其特征在于所述 电子束的控制通过对电镜电子束线路编程实现。
6. 根据权利要求1或2所述的相变材料信息存储方法，其特征在于所 述的支撑物在透射电子显微镜下纪录，为非晶碳支持膜。
7. 根据权利要求6所述的相变材料信息存储方法，其特征在于所述的支撑物在扫描电子显微镜下纪录，为平整衬底的硅片或玻璃。
8. 根据权利要求1所述的相变材料信息存储方法，其特征在于所述的结晶点为晶化点阵排列，该排列通过电子显微镜进行形貌观测，或者通过原 子力显微镜电信号测量获得平面电阻差异图。
9. 根据权利要求1所述的相变材料信息存储方法，其特征在于所述信息的存储密度为4Tbit/cm2。
全文摘要
本发明公开了一种相变材料信息存储方法，在电子显微镜中，通过控制位置及停留时间的电子束，在相变材料薄膜上辐照形成排列结晶点，并对其排列结晶点进行信息的读取。包括非晶相变材料薄膜以及支持部分，非晶相变材料薄膜沉积于支持部分上，薄膜均匀且平整，通过在透射电镜或者扫描电镜下，聚焦电子束的轰击，非晶相变薄膜上被轰击的点区域经历一定长的时间会形成晶化点，通过控制电子束位置，可以在小范围内获得晶化点的阵列，通过阵列中晶化点的排布变化实现信息的存储，其具有高密度及可反复擦写等特性。
文档编号G11C11/56GK101354911SQ200810119688
公开日2009年1月28日 申请日期2008年9月5日 优先权日2008年9月5日
发明者攀 刘, 泽 张, 岩 成, 珂 王, 韩晓东 申请人:北京工业大学