Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Speichermaterial, ein Speicherverfahren und
ein Verfahren zum Auslesen der gespeicherten Informationen zur Verwendung
beim Speichern und/oder Wiedergeben von Informationen, wie sie in Computern,
elektronischen Kameras oder dergleichen durchgeführt werden, und
insbesondere auf ein Speichermaterial, ein Speicherverfahren und ein Verfahren zum
Auslesen der gespeicherten Informationen, das geeignet verwendet werden kann,
wenn eine Vorrichtung mit hoher Dichte oder eine Vorrichtung mit großer
Kapazität verwirklicht wird, und das in einem weiten Temperaturbereich
verwendet werden kann.
Beschreibung des Standes der Technik
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Bisher wurde üblicherweise ein magnetisches Material in einem Verfahren zur
Speicherung von Informationen verwendet, das in einer Vorrichtung zur
Speicherung mit großer Kapazität eingesetzt wird.
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Das Verfahren zur Speicherung von Informationen ist offenbart zum Beispiel in
"Magnetic Material Ceramics" (Keramikstoffe für magnetische Materialien) auf
S. 143 (herausgegeben von Sakural und Kannamaru, veröffentlicht von Ohm Co.,
Ltd., 1976).
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Ein Verfahren, in dem ein Oxid eingesetzt wird, um als das vorstehend
beschriebene Speichermaterial zu dienen, wurde im offengelegten japanischen Patent Nr.
63-268087 offenbart, in dem ein Supraleiter verwendet wird, um Informationen
aufzuzeichnen und/oder wiederzugeben bei einer Temperatur, die niedriger ist
als die kritische Temperatur der Supraleitung.
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Wenn das magnetische Material in den vorstehend beschriebenen,
konventionellen Technologien verwendet wird, wird der magnetisierte Zustand des
magnetischen Materials ausgenutzt. Deshalb wurde angenommen, daß es eine Grenze im
Bezug auf die Dichte der Speicherelementarzellen gibt, die bei etwa einer
Speichereinheit pro µm² liegt, was auf die Verringerung der magnetischen Domäne
und der Intensität des nachzuweisenden Signals zurückzuführen ist.
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Ein Speicherverfahren, das ein supraleitendes Oxid einsetzt, ist ein Verfahren,
bei dem ein supraleitender Zustand und ein normaler Zustand eines
Perovskitoxides so angeordnet sind, daß sie jeweils binären Signalen entsprechen, und die
Übertragung zwischen dem supraleitenden Zustand und dem normalen Zustand
wird erreicht durch Bestrahlung von Wasserstoffionen und Sauerstoffionen.
Allerdings ist es bei dem vorstehend genannten Verfahren erforderlich, zu wissen,
ob ein bestimmter Speicherbereich in einem supraleitenden Zustand oder einem
normalen Zustand vorliegt, wenn Informationen ausgelesen werden. Deshalb
muß das Speichermaterial auf Temperaturen unterhalb der kritischen
Temperatur (Tc) gehalten werden.
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Da die kritische Temperatur Tc im Falle eines Oxides etwa 100 K erreichen
kann, sind Kühleinrichtungen, wie zum Beispiel ein Kühlmittel, wie zum
Beispiel flüssiger Stickstoff oder dergleichen, oder eine Heliumkühleinrichtung
erforderlich. Dieses Erfordernis vergrößert die Abmessungen der Vorrichtung,
wodurch eine Konstruktion und eine Begrenzung bewirkt wird, die auftreten, wenn
die Vorrichtung ausgelegt wird.
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Da die Übertragung zwischen den zwei Zuständen, nämlich dem supraleitenden
Zustand und dem normalen Zustand, eingesetzt wird, wenn Information
aufgezeichnet wird, kann das Speicherverfahren zur Ausnützung des supraleitenden
Oxides nur in Vorrichtungen mit binärer digitaler Aufzeichnung verwendet
werden. Deshalb kann es nicht verwendet werden in Vorrichtungen mit
mehrwertiger Aufzeichnung oder analogen Aufzeichnungsvorrichtungen. Darüber hinaus
tritt, das Sauerstoffionen und Wasserstoffionen verwendet werden, wenn die
Information aufgezeichnet wird, ein Problem auf, das darin besteht, daß optische
Eingabesignale, wie zum Beispiel Videosignale, nicht direkt aufgezeichnet
werden können.
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In der Beschreibung des US-Patentes 3 483 531 ist ein Speichermaterial
offenbart zur Verwendung bei der Aufzeichnung und Wiedergabe von Informationen,
wobei das Material eine Oxidschichtoberfläche umfaßt, die, wenn sie entweder
durch eine Lichtquelle, ein elektrisches Potential oder eine andere gewünschte
Art und Weise auf eine höhere Temperatur erhitzt wird, Sauerstoff abgibt, und
das Oxid wird dadurch so verändert, daß es einen neuen Zustand annimmt.
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In der europäischen Patentanmeldung 0177311 ist ein optisches
Aufzeichnungsmaterial offenbart, das mit Vertiefungen und Erhebungen zum
Aufzeichnen von Informationen versehen ist.
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In der Beschreibung des GB-Patentes 1 088 117 ist ein
Informationsspeichermaterial offenbart, das einen anodisierten Oxidfilm umfaßt, bei dem die elektrische
Aufzeichnung und Wiedergabe unter Verwendung eines Aufzeichnungsstiftes
und eines Ablesestiftes bewirkt wird.
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Die vorliegende Erfindung ist in den beigefügten Ansprüchen offenbart.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Wie die Erfindung durchgeführt werden kann, wird im folgenden nur in Form
von Beispielen und unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
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Figg. 1A und 1B sind grundlegende Strukturansichten, die ein Speichermaterial
zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Verfahren veranschaulichen,
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Figg. 2A, 2B, 3A, 3B, 4A, 7, 13A, 13B, 17A, 17B, 18 und 19 veranschaulichen
erfindungsgemäße Speichermaterialien,
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Figg. 4B, 8, 10, 11 und 12 veranschaulichen das erfindungsgemäße Verfahren
und,
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Figg. 5, 6, 9, 14, 15 und 16 veranschaulichen Änderungen in den physikalischen
Eigenschaften des Speichermaterials, das im erfindungsgemäßen Verfahren
verwendet wird.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
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Die Erfindung ist hauptsächlich dadurch gekennzeichnet, daß die
Sauerstoffmenge, die in einem Oxid enthalten ist, durch Hitze gesteuert wird, daß
Zustände, in denen der Sauerstoffgehalt im Oxid groß oder klein ist, eingesetzt werden
und daß die Änderung der Zustände entsprechend den Signalen angeordnet ist.
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Zum Beispiel ist die Kristallstruktur YBa&sub2;Co&sub3;O7-x (0 ≤ x ≤ 1) tetragonal, wenn x
wesentlich größer ist als 0,5, während sie orthorhombisch ist, wenn x kleiner ist
als 0,5. Die elektrische Beständigkeit aufgrund der Änderung in der
Sauerstoffmenge bei einer Temperatur in der Nähe der Raumtemperatur wird größer im
Fall der tetragonalen Struktur.
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Darüber hinaus ist der spezifische elektrische Widerstand der tetragonalen
Struktur umgekehrt proportional zum Sauerstoffgehalt. Auch die optischen
Eigenschaften, wie zum Beispiel die Reflexionsfähigkeit, sind umgekehrt
proportional zum Sauerstoffgehalt, daß heißt umgekehrt proportional zu x. Die
Absorptionsfähigkeit wird auch durch die Sauerstoffmenge geändert ähnlich der
Reflexionsfähigkeit. Die vorstehend beschriebenen Änderungen der
physikalischen Eigenschaften findet ähnlich in der orthorhombischen Struktur statt. Die
Änderung der Sauerstoffmenge kann gesteuert werden durch Durchführen einer
Elektrolyse oder Anlegen eines elektrischen Stromes oder Einstrahlen von Licht
unabhängig von der Temperatur des Oxides. Darüber hinaus kann der
Sauerstoffgehalt in einem Oxid schrittweise geändert werden gemäß der Intensität
eines Eingabesignals, wie zum Beispiel einer Spannung, eines elektrischen
Stromes und Licht.
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Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene Informationen
aufgezeichnet werden durch Ausnutzen einer Änderung in einer elektrischen
und/oder optischen physikalischen Eigenschaft, wie zum Beispiel dem
spezifischen elektrischen Widerstand, der Absorptionsfähigkeit und der
Reflexionsfähigkeit, aufgrund der vorstehend beschriebenen Änderung in der
Sauerstoffmenge im Oxid.
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Eine andere Eigenschaft besteht darin, daß der Unterschied in den elektrischen
oder optischen Eigenschaften in einer mehrwertigen oder schrittweisen Art und
Weise gespeichert wird, so daß er bei einer Mehrwertaufzeichnung oder einer
analogen Aufzeichnung verwendet werden kann.
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Das erfindungsgemäße Aufzeichnungsverfahren wird nun im Detail beschrieben.
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Das erfindungsgemäße Speicherverfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß die
Informationen gespeichert werden durch Bilden einer Vielzahl von Bereichen in
einer Oxidschicht, die Sauerstoff in verschiedenen Mengen enthalten, durch
lokales Erhitzen eines Materials, das die Oxidschicht trägt.
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Die vorstehend genannte Beschreibung "Lokales Erhitzen des Materials, das die
Oxidschicht trägt", bedeutet eine Operation, bei der Hitze einer gewünschten
Energie in einen gewünschten Bereich auf der Oberfläche der Oxidschicht des
Materials (das im folgenden "das Speichermaterial" genannt wird) gemäß den
Informationssignalen eingebracht wird. Es ist bevorzugt, daß eine Spannung
angelegt wird und ein elektrischer Strom durch die Oxidschicht des
Speichermaterials durchgeleitet wird, um so die Oxidschicht zu erhitzen. Alternativ wird die
Oxidschicht mit Licht erhitzt, das darauf eingestrahlt wird.
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Es ist weiter bevorzugt, daß das vorstehend beschriebene Einbringen von Hitze
in einer Atmosphäre mit Sauerstoffmangel durchgeführt wird, da Sauerstoff im
erhitzten Bereich der Oxidschicht leicht abgegeben werden kann, was dazu
führt, daß der Kontrast zwischen dem erhitzten Bereich und den anderen
Bereichen offensichtlich gemacht wird. Die Beschreibung "die Atmosphäre mit
Sauerstoffmangel" bedeutet eine Atmosphäre, die verwirklicht wird durch Absaugen
der Luft von dem Bereich, der das Material umgibt, so daß bevorzugt 1×10&supmin;² Torr
oder weniger realisiert werden, oder eine, die verwirklicht wird durch Austausch
des Gases um das Material herum durch ein Inertgas, wie zum Beispiel
Stickstoffgas.
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Da die Information im erfindungsgemäßen Speicherverfahren durch örtliches
Erhitzen des Oxides gespeichert wird, wird auch Licht als Heizeinrichtung
verwendet, wie vorstehend beschrieben. Deshalb können optische Eingabesignale,
wie zum Beispiel Bildsignale, direkt gespeichert werden.
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Die Spannung wird an die Oxidschicht des Speichermaterials angelegt unter
Verwendung zum Beispiel einer Sondenelektrode, die in der Nähe des
Speichermaterials in einer solchen Weise getragen wird, daß der gewünschte
Spannungspegel zwischen der so getragenen Sondenelektrode und dem Speichermaterial
angelegt wird. Obwohl die Struktur unabhängig von der Tatsache, ob die
Sondenelektrode in Kontakt mit der Oberfläche des Speichermaterials angeordnet
ist oder nicht, angeordnet werden kann, ist es im erfindungsgemäßen Verfahren
bevorzugt, daß die Sonde in Kontakt mit der Oberfläche des Speichermaterials
angeordnet ist, da so die Fläche pro Speicherelement verringert werden und eine
hochdichte Aufzeichnung durchgeführt werden kann. Die Gründe dafür liegen
darin, daß das erfindungsgemäße Verfahren, wie vorstehend beschrieben, das
Verfahren ist, bei dem Informationen gespeichert werden durch Steuern der
Sauerstoffmenge, die im Oxid enthalten ist, durch Hitze.
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Aus dem gleichen Grund ist es bevorzugt, daß die Entfernung von der
Sondenelektrode zur Oberfläche des Speichermaterials 5 Å bis 50 Å beträgt, selbst wenn
die Probe so angeordnet ist, daß sie nicht in Kontakt mit dem
Aufzeichnungsmaterial steht.
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Anlegen von Licht an die Oxidschicht des Speichermaterials wird durchgeführt
durch eine digitale Belichtung unter Verwendung von Laserstrahlen durch ein
Verfahren, bei dem ein optisches Bild auf der Oberfläche des Speichermaterials
gebildet wird, oder dergleichen.
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Darüber hinaus können Informationen in einer mehrwertigen Art und Weise
oder einer analogen Art und Weise mit dem erfindungsgemäßen
Speicherverfahren gespeichert werden. Das vorstehend beschriebene Verfahren, bei dem ein
optisches Bild direkt auf der Oberfläche des Speichermaterials gebildet wird, ist
ein Beispiel dieses Verfahrens. Darüber hinaus kann beim Belichten unter
Verwendung von Laserstrahlen die Aufzeichnung von mehrwertigen Informationen
oder analogen Informationen durchgeführt werden durch Steuern der Intensität
der eingestrahlten Laserstrahlen gemäß den Informationssignalen. Zusätzlich
zur Speicherung, die durch Einstrahlen von Licht erreicht wird, kann das
vorstehende beschriebene Anlegen von Spannung an die Oxidschicht so gestaltet
werden, daß es in die Lage ist, eine mehrwertige Speicherung oder analoge
Speicherung durchzuführen durch Steuern des Spannungspegels der angelegten
Spannung oder der Häufigkeit des Anlegens der Spannung gemäß den
Informationssignalen, selbst wenn eine Spannung des gleichen Pegels angelegt wird.
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Wie vorstehend beschrieben, ist das erfindungsgemäße Speicherverfahren so
gestaltet, daß die elektrischen oder optischen physikalischen Eigenschaften eines
Oxides, das als Speichermaterial verwendet wird, schrittweise geändert wird
gemäß der schrittweisen Änderung der Sauerstoffmenge gemäß der Menge der
angelegten Energie. Deshalb können die Informationen in der mehrwertigen
oder analogen Art und Weise unter Einsatz von Hitze gespeichert werden.
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Die so auf dem Speichermaterial gespeicherten Informationen können wie folgt
ausgelesen werden: Eine Spannung wird an die Oxidschicht des
Speichermaterials angelegt und der Wert des spezifischen, elektrischen Widerstandes eines
jeden einer Vielzahl von Bereichen, die Sauerstoff in verschiedener Menge
enthalten, wird bestimmt, wodurch die Information ausgelesen werden kann.
Alternativ kann die Information ausgelesen werden durch Nachweis der
Lichtreflexionsfähigkeit einer Vielzahl von Bereichen, von denen jeder Sauerstoff in
verschiedener Menge enthält, nachdem Licht auf die Oxidschicht des
Speichermaterials gestrahlt worden ist.
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Da das Oxid, das als Speichermaterial verwendet wird, die schrittweise
Änderung der elektrischen oder optischen Eigenschaften beim erfindungsgemäßen
Ableseverfahren der gespeicherten Information wiedergibt, kann eine
mehrwertige oder analoge Information leicht aus dem Speichermaterial abgelesen
werden, das in mehrwertiger oder analoger Weise Informationen gespeichert hat,
indem die vorstehend beschriebene, schrittweise Änderung der physikalischen
Eigenschaften nachgewiesen wird.
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Die Informationen, die durch das erfindungsgemäße Speicherverfahren
gespeichert werden, können gelöscht werden durch Erhitzen der Oxidschicht. Das
heißt, die Informationen können gelöscht werden durch Einbringen von
Sauerstoff in den Bereich der Oxidschicht, der Sauerstoffmangel aufweist und dazu
gebracht worden ist, Information durch Hitze zu speichern. In diesem Fall kann
Hitze eingebracht werden durch Anlegen einer Spannung an die Oxidschicht
oder durch Einstrahlen von Licht in diese. Alternativ kann die Oxidschicht
direkt durch eine Heizeinrichtung erhitzt werden. Das Speichermaterial, aus dem
die Information auf diese Weise gelöscht wurde, kann natürlich neue
Informationen speichern.
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Ein Speichermaterial, das im erfindungsgemäßen Speicherverfahren verwendet
wird, wird nun im Detail beschrieben.
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Das Speichermaterial zur Verwendung im erfindungsgemäßen
Speicherverfahren muß wenigstens eine Schicht 2 einschließen, die aus einem Oxid hergestellt
ist, wie es in Figg. 1A und 1B dargestellt ist. Es ist bevorzugt, daß das Oxid ein
Oxid ist, dessen Kristallstruktur geändert wird aufgrund der Änderung der
Oxidmenge. Das Oxid kann beispielhaft dargestellt werden durch ein Oxid, das
in einen supraleitenden Zustand überführt werden kann bei einer Temperatur,
die niedriger ist als die spezifische Temperatur desselben. Darüber hinaus
können Hauptbereiche von Oxiden verwendet werden, wie zum Beispiel Oxide, die
als Y-Ba-Cu-O, In-Sn-O, Bi-Sr-Ca-O, Tl-Sr-Ca-Cu-O, Ti-O oder dergleichen
gestaltet sind. Es ist bevorzugt, daß die übliche Dicke der Oxidschicht zwischen
500 Å und 5 µm liegt.
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Unter Bezug auf Figg. 1A und 1B stellt die Bezeichnungszahl 1 einen Träger und
die Bezeichnungszahl 3, die in Fig. 1B dargestellt ist, eine Elektrode dar. Die
Elektrode (3), die in Fig. 1B dargestellt ist, ist eine Gegenelektrode für eine
Sondenelektrode, die verwendet wird, wenn Informationen gespeichert werden durch
Anlegen einer Spannung an das Speichermaterial oder Informationen, die im
Speichermaterial gespeichert sind, ausgelesen werden durch Anlegen einer
Spannung an das Speichermaterial. Unter Bezug auf Fig. 1B kann weiter eine
Elektrode (von der Zeichnung weggelassen) auf der Deckoberfläche der
Oxidschicht (2) bereitgestellt werden. Allerdings können die vorstehend
beschriebenen Elektroden aus der Struktur weggelassen werden in dem Fall, in dem die
Oxidschicht Leitfähigkeit aufweist.
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Eine bevorzugte Ausführungsform des Speichermaterials zur Verwendung im
erfindungsgemäßen Speicherverfahren stellt Speichermaterial dar, dessen
Oberfläche eine Oxidschicht besitzt, auf der Vertiefungen und Erhebungen gebildet
sind. Eine andere Ausführungsform besteht in einem Speichermaterial, dessen
Struktur in einer solchen Weise angeordnet ist, daß die Oxidschicht zwischen
dem Träger und einer Schutzschicht getragen wird.
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Jede der vorstehend beschriebenen Ausfiihrungsformen wird nun unter Bezug
auf die Zeichnungen beschrieben.
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Figg. 2A und 2B veranschaulichen das Speichermaterial, dessen Oberfläche eine
Oxidschicht aufweist, auf der die Vertiefungen und Erhebungen gebildet sind,
wobei die Bezugszahlen den Elementen entsprechen, die in Fig. 1 dargestellt
sind. Entsprechend dieser Ausführungsform können Informationen präzise
geschrieben (gespeichert) und gelesen werden durch Bilden der Vertiefungen und
der Erhebungen auf der Oberfläche der Oxidschicht (2). Das heißt, da das
erfindungsgemäße Speicherverfahren so gestaltet ist, daß es Hitze verwendet, ist die
Struktur, die so gestaltet ist, daß die vorstehend genannten Vertiefungen und
Erhebungen so geformt sind, daß die Erhebungsbereiche (oder die
Vertiefungsbereiche) die Speicherbereiche darstellen, in der Lage, die Verschlechterung in
der Schreibpräzision zu verhindern. Es ist bevorzugt, daß der Speicherbereich
als die Erhebungsbereiche angeordnet ist, um eine Verbesserung in der Präzision
und ein leichtes Ablesen der Informationen zu erreichen. Darüber hinaus kann
die Sondenelektrode zum Zeitpunkt des Schreib- und des Lesebetriebes leicht
positioniert werden. Entsprechend dieser Ausführungsform ist es bevorzugt, daß
die vorstehend beschriebenen Vertiefungen und Erhebungen so gebildet werden,
daß sie einen Abstand (Symbol W, das in einer Ellipse dargestellt ist, die in Fig.
2A dargestellt ist) von 1 µm bis 4000 Å zwischen den Erhebungen und eine Höhe
der Erhebungen (Symbol t, das in einer Ellipse dargestellt ist, die in Fig. 2A
dargestellt ist) von 3 µm und 2000 Å besitzen.
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Fig. 2B veranschaulicht das Speichermaterial gemäß dieser Ausführungsform, in
der die Gegenelektrode 3 der Sondenelektrode, die verwendet wird, wenn die
Informationen gespeichert werden oder gespeicherte Informationen ausgelesen
werden durch Anlegen einer Spannung an das Speichermaterial, bereitgestellt
wird. Eine andere Elektrode (weggelassen aus der Zeichnung) kann auf der
Deckoberfläche der Oxidschicht 2 gebildet werden.
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Figg. 3A und 3B veranschaulichen das Speichermaterial, das in der Weise
gestaltet ist, daß die Oxidschicht zwischen dem Träger und der Schutzschicht
getragen wird, wobei die Bezeichnungszahlen 1, 2 und 3 den Elementen
entsprechen, die in Figg. 1 und 2 dargestellt sind. Eine Schutzschicht (4) kann aus
einem beliebigen Material hergestellt sein, das in der Lage ist, die Oxidschicht
oder die Informationen, die auf der Oxidschicht gespeichert sind, vor Wasser
oder dergleichen zu schützen, das in der Umgebung des Speichermaterials
vorhanden ist zum Zeitpunkt der Lagerung des Speichermaterials oder zum
Zeitpunkt der Speicherung der Informationen. Es ist bevorzugt, daß die
Schutzschicht (4) so gestaltet ist, daß sie eine der beiden folgenden Schutzschichten
darstellt:
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(1) Eine Schutzschicht aus einem sauerstoffdurchlässigen Material,
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(2) eine Schutzschicht aus einem sauerstoffabsorbierenden Material.
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Es ist bevorzugt, daß das sauerstoffdurchlässige Material eine Verbindung dar
stellt, die ausgewählt ist aus Ag und Si-Öl, und daß das sauerstoffabsorbierende
Material eine Verbindung darstellt, die ausgewählt ist aus Al, Ti und Cr. Obwohl
die Informationen, die im Speichermaterial gespeichert sind, das die
Schutzschicht (1) besitzt, gelöscht werden können, um das Speichermaterial erneut zu
verwenden, kann das Speichermaterial mit der Schutzschicht (2) in einer
Operation zum ausschließlichen Speichern von Informationen verwendet werden.
Die Verwendung der Schutzschicht einer der beiden Typen, die vorstehend
beschrieben wurden, ist extrem nützlich im Hinblick auf die klare Ausprägung des
Kontrastes zum Zeitpunkt der Speicherung von Informationen oder die
Verbesserung der Löschwirksamkeit zum Zeitpunkt des Löschens der gespeicherten
Informationen, da eine Stabilisierungsbedingung der Oxidschicht oder der in der
Oxidschicht gespeicherten Informationen verbessert werden kann und ein
Entladen von Sauerstoff (oder ein Einbringen von Sauerstoff) nicht behindert wird.
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Es ist bevorzugt, daß die Filmdicke der Schutzschicht (4) gemäß dieser
Ausführungsform zwischen 2000 Å und 5000 Å liegt.
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Es ist bevorzugt, daß die Vertiefungen und Erhebungen, die gebildet werden, wie
es in Fig. 2 dargestellt ist, in der Ausführungsform eingesetzt werden, da das
Speichermaterial in einer solchen Struktur gebildet werden kann, in der es eine
Wirkung zeigen kann, die der Ausführungsform ähnelt, die vorstehend
beschrieben wurde. Allerdings können die Vertiefungen und Erhebungen gemäß dieser
Ausführungsform in beliebiger Weise gestaltet werden, wenn die Vertiefungen
und Erhebungen auf der Oberfläche des Speichermaterials gebildet werden (der
Oberfläche, auf die Informationen geschrieben werden, oder der Oberfläche, von
der Informationen gelesen werden). Es ist nicht erforderlich für die Oxidschicht,
solche Vertiefungen und Erhebungen zu besitzen. Das heißt, die Oxidschicht
kann flach oder strukturiert gebildet werden, indem die Schutzschicht so
gebildet wird, daß sie in der Form solcher Vertiefungen und Erhebungen auftritt.
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Die Wirkung, wie zum Beispiel die, die aus der Struktur erhalten wird, die in
Fig. 3 dargestellt ist, kann natürlich aus der Struktur erhalten werden, die in
Fig. 2 dargestellt ist, wenn die Schutzschicht auf der Oberfläche der Oxidschicht
gebildet wird.
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Wie vorstehend beschrieben, kann gemäß der Erfindung die
Aufzeichnungsdichte um 3 oder 4 Größenordnungen verbessert werden im Vergleich zu den Zahlen,
die verwirklicht werden, wenn konventionelles magnetisches Material verwendet
wird. Darüber hinaus kann das Aufzeichnungsmaterial bei Raumtemperatur
eingesetzt werden, da die Notwendigkeit, es zu kühlen, die auftritt, wenn die
Übertragung zwischen supraleitendem Zustand und normalem Zustand
eingesetzt wird, beseitigt werden kann. Weiter kann, da die Sauerstoffmenge
schrittweise werden kann gemäß dem Intensitätspegel des Eingabesignals, eine
mehrwertige Aufzeichnung durchgeführt werden. Zusätzlich kann eine direkte
Aufzeichnung durchgeführt werden, selbst wenn das Eingabesignal in der Form
eines optischen Signals vorliegt.
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Darüber hinaus kann ein Speichermaterial mit einer hervorragenden Leistung
hinsichtlich der Stabilisierung der gespeicherten Informationen bereitgestellt
werden.
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Zusätzlich kann ein Speichermaterial bereitgestellt werden, in dem gespeicherte
Informationen erneut eingespeichert werden können.
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Weiter kann ein Speichermaterial bereitgestellt werden, in das Informationen
präzise geschrieben (gespeichert) und von dem Informationen präzise abgelesen
werden können und das leicht positioniert werden kann zum Zeitpunkt des
Speicherns von Informationen und des Lesens von Informationen.
Beispiel 1
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Ein Speichermaterial, das in Fig. 4 dargestellt ist, wurde hergestellt. Die
Bezugszahl 1 stellt einen Träger dar, der aus einem einkristallinen Magnesiumoxid
(MgO) hergestellt ist. Die Bezugszahlen 3a und 3b stellen Elektroden dar, wobei
(3a) einen aufgedampften Silberifim (Ag-Film) und (3b) einen aufgedampften
ITO-Film darstellt. Die Bezugszahl 2 stellt ein Oxid vom Typ YBa&sub2;Cu&sub3;O7-δ dar.
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Das Verfahren zur Herstellung des Speichermaterials wurde wie folgt
durchgeführt: Zuerst wurde ein Silberelektrode durch Vakuumbedampfung aufgedampft,
so daß sie eine Dicke von etwa 5000 Å auf dem Magnesiumoxidträger 1 besaß.
Dann wurde das Oxid vom Typ YBA&sub2;Cu&sub3;O7-δ durch das
HF-Magnetronsputterverfahren aufgedampft zur Bildung einer Filmdicke von etwa 1 µm, bevor 1 h
lang auf etwa 900ºC erhitzt wurde, so daß der Sauerstoffmangel δ im Oxid auf
beinahe 0,59 eingestellt wurde. Dann wurde die ITO-Elektrode verdampft, so
daß sie eine Filmdicke von 4000 Å erzeugte. Die so hergestellte ITO-Elektrode
wurde durch eine übliche Musterbildungstechnologie, wie sie in Fig. 4A
dargestellt ist, so angeordnet, daß sie Erhebungen in Abständen von 0,5 µm bildete.
Die Höhe der Erhebungen betrug 7000 Å, wobei der Elektrodenbereich mit
eingeschlossen war.
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Das so hergestellte Speichermaterial wurde vakuumversiegelt unter Verwen
dung von Quarzglas, das durch Bezugszahl 9 dargestellt ist. Der innere Druck
betrug etwa 3×10&supmin;³ Torr. Die Größe eines Speicherelementes (der
Erhebungsbereich) des Oxides (2) betrug 0,5×0,5 µm² und fünf Elemente dieser Größe wurden
in eindimensionaler Weise angeordnet. Die spezifische elektrische Widerstand
zwischen der ITO-Elektrode und der Silberelektrode betrug etwa 1 bis 10 Ω bei
Raumtemperatur. Wenn der Laserstrahl mit der Bezugszahl 7 (Wellenlänge
780 nm, Ausgabe 10 mW) auf den ITO-Elektrodenbereich aufgestrahlt wurde,
wie in Fig. 4b dargestellt, wurde der elektrische Widerstand zwischen den beiden
Elektroden vergrößert im Vergleich zu dem in einem Bereich, in dem kein
Laserstrahl angewendet wurde. Der Grund dafür liegt darin, daß die Temperatur in
dem Bereich, auf den ein Laserstrahl (7) aufgestrahlt wurde, angehoben wurde,
Sauerstoff, das im Oxid enthalten ist, dadurch im Erhebungsbereich entfernt
wurde und der elektrische Widerstand bei Raumtemperatur geändert wurde. Die
Informationen, die im Oxid gespeichert wurden, konnten ausgelesen werden
durch Lesen der Änderung des elektrischen Widerstandes.
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Der Sauerstoffmangel δ wurde bestimmt im Bezug auf die Länge der Achse C
durch das Röntgenstrahlbeugungsverfahren, wobei die Beziehung zwischen
ihnen in Fig. 5 dargestellt ist.
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Korrekt bezieht sich die Beziehung zwischen δ und dem elektrischen Widerstand
auf das Zusammensetzungsverhältnis von Y, Ba und Cu. Allerdings wird die
Beziehung, wie sie in Fig. 6 dargestellt ist, üblicherweise erfüllt.
Beispiel 2
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Ein Speichermaterial, das Fig. 7 dargestellt ist, wurde hergestellt. Das
Herstellungsverfahren war das gleiche, wie das gemäß dem ersten Beispiel, mit der
Ausnahme,
daß keine Vertiefungen und Erhebungen auf der Oberfläche des
Speichermaterials gebildet wurden und daß δ, das den Sauerstoffmangel des Oxides
2 darstellt, 0,42 betrug. Die Bezugszahl 5 bezeichnet eine Heizeinrichtung, die
unter dem Träger 1 des Speichermaterials angebracht ist, zum Erhitzen des
Speichermaterials auf etwa 60ºC.
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Der elektrische Widerstand zwischen Elektroden 3a und 3b betrug 10 bis 15 Ω
bei 60ºC und wurde um etwa 15% erhöht durch die Anwendung eines
Laserstrahls, die ähnlich, wie in Beispiel 1 durchgeführt wurde, so daß Informationen
gespeichert werden konnten.
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Die gespeicherten Informationen konnten gelöscht werden durch Erhitzen des
gesamten Körpers des Elementes auf 80ºC unter Verwendung des
Heizeinrichtung (5).
Beispiel 3
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Fig. 8 ist eine schematische Ansicht, die das Speicherverfahren gemäß diesem
Beispiel veranschaulicht.
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Die Bezugszahl 6 stellt eine Nadelelektrode für das Schreiben und Lesen der
Informationen dar, die Bezugszahl 2 stellt das Oxid dar, dessen spezifische
Struktur durch YBA&sub2;Cu&sub3;O7-x ausgedrückt ist, und die Bezugszahl 3 stellt die Elektrode
dar, in der Gold (Au) verwendet wurde, gemäß der Erfindung. Die Bezugszahl 1
stellt den Träger dar. Die Bereiche, die durch die Bezugszahlen 1, 2 und 3
gegeben sind, bilden das Speichermaterial. Die Nadelelektrode und das
Speichermaterial wurden in einem luftdichten Behälter aufbewahrt, in dem ein elektrisch
gesteuertes Ventil und eine Evakuierpumpe angeordnet waren.
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Das Herstellungsverfahren für das Speichermaterial wurde wie folgt
durchgeführt: Zuerst wurden Chrom (Cr) und Gold durch das
Vakuurnbedampfungsverfahren aufgedampft, so daß ein 10 nm beziehungsweise 300 nm dicker Film
jeweils auf einem Glas gebildet wurde (zum Beispiel Coning 7059), das als Träger
diente, so daß die Elektroden gebildet wurden. Dann wurde YBa&sub2;Cu&sub3;O7-δ durch
das Ionenklusterstrahlbedampfungsverfahren gebildet, wobei eine Dicke von
100 nm eingestellt wurde.
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So wurde das Speichermaterial hergestellt. Dann wurde der Druck im
luftdichten Behälter auf 3×10&supmin;³ Torr verringert und eine Spannung von 2 V zwischen der
Nadelelektrode (6) und der Elektrode (3) angelegt. Der Bereich, an den das
elektrische Feld angelegt wurde, zeigte einen verringerten Sauerstoffgehalt und
einen erhöhten elektrischen Widerstand. Wenn eine Vorspannung von 1 V an den
Bereich angelegt wurde, an dem keine Spannung angelegt worden war, floß ein
elektrischer Strom von 10&supmin;³ durch diesen Bereich, während der Bereich, an den
ein elektrisches Feld angelegt worden war, nur einen kleinen elektrischen Strom
von 10&supmin;³ durchließ. So wurde bestätigt, daß ein Signal mit einer elektrischen
Spannung von 2 V aufgezeichnet werden konnte und daß ein Signal mit einer
Vorspannung von 1 V ausgelesen werden konnte.
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Das aufgezeichnete Signal konnte gelöscht werden durch Öffnen des Ventils,
wodurch der Druck im luftdichten Behälter auf Atmosphärendruck angehoben
wurde, und durch Erhitzen auf eine Temperatur von etwa 100ºC. Alle Signale
konnten gelöscht werden durch Erhitzen des gesamten Körpers des
Speichermaterials, während ein Bereich des Signals gelöscht werden konnte durch
Einstrahlen von Laserstrahlen oder Anlegen einer Spannung an die Nadelelektrode (6)
und das Oxid (2). Das Speichermaterial, aus dem die Informationen gelöscht
worden waren, konnte erneut Informationen speichern durch das vorstehend
beschriebene Verfahren.
Beispiel 4
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Der Speichermaterial wurde ähnlich wie in Beispiel 3 hergestellt, mit der
Ausnahme, daß eine Struktur verwendet wurde, in der Silicium (Si) als Träger
eingesetzt und YBA&sub2;Cu&sub3;O7-δ einer Dicke von 200 nm als Oxid verwendet wurde.
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Informationen wurden in dem so gebildeten Aufzeichnungsmaterial ähnlich wie
in Beispiel 3 aufgezeichnet, mit der Ausnahme, daß eine Impulsspannung von 2
V (die Breite des Impulses betrug 5 ns) zwischen den Elektroden (6) und (3)
angelegt wurde. Der Pegel des elektrischen Stromes, der zwischen den Elektroden
(1) und (3) floß, wurde geändert, wie in Fig. 9 dargestellt, gemäß der Anzahl der
Impulse, die angelegt wurden. Da die Anzahl der angelegten Impulse und der
elektrische Strom, der zwischen den Elektroden floß, einer Beziehung von 1 zu 1
gehorchten, konnten die Informationen in mehrwertiger Weise gespeichert
werden.
Beispiel 5
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Es wurde das Speichermaterial eingesetzt, das so angeordnet war, daß es das
gleiche war, wie das, das in Beispiel 4 verwendet wurde. Wie in Fig. 10 darge
stellt, wurde eine Vielfalt von Bildern auf dem Speichermaterial mit Hilfe einer
Linse (8) erzeugt, wobei die Belichtungszeit 1/60 Sekunde betrug. Dann wurde
das Speichermaterial mit der Nadelelektrode ähnlich der, die in Beispiel 4
verwendet wurde, abgetastet, so daß ein Bild ähnlich dem, das auf dem
Speichermaterial gebildet wurde, wiedergegeben wurde. Das bedeutet, daß die
Sauerstoffmenge im Speichermaterial geändert wurde gemäß der Lichtmenge, die auf das
Speichermaterial aufgebracht wurde.
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Die Nadelelektrode wurde an einem Abtastmechanismus (aus der Zeichnung
weggelassen) befestigt, der in der Lage war, sich in den Richtungen X, Y und Z
zu bewegen, so daß er in der Z-Richtung mit einer Auflösung von 10&supmin;³ nm
positioniert werden konnte, während er in den Richtungen X und Y mit einer
Auflösung von 0,02 nm positioniert werden konnte.
Beispiel 6
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Fig. 11 veranschaulicht eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung, um, das
erfindungsgemäße Speicherverfahren durchzuführen. Die Bezugszahl 11 stellt
einen Tisch dar und die Bezugszahl 12 stellt ein Speichermaterial dar, das auf
den Tisch (11) fixiert ist. Die Bezugszahl 13 stellt einen
Grobjustagemechanismus zum Bewegen des Tisches (11) in den Richtungen X, Y und Z dar. Die
Bezugszahl 14 stellt einen Schaltkreis zum Ansteuern des
Grobjustagemechanismusses (13) dar. Die Bezugszahl 16 stellt einen Mikrojustagemechanismus zum
Einstellen der Höhe und der Position der Nadelsonde dar, wobei der
Mikrojustagemechanismus durch ein piezoelektrisches Element angesteuert wird. Die
Bezugszahl 17 stellt einen Signalnachweisschaltkreis dar, die Bezugszahl 18 stellt
einen Mikrojustagemechanismus dar und die Bezugszahl 19 stellt einen
Schaltkreis zum Anlegen einer Speicherimpulsspannung dar. Die Elemente, die durch
die Bezugszahlen 14, 17, 18 und 19 bezeichnet sind, werden durch einen
Mikrocomputer (10) gesteuert. Der Bereich um das Speichermaterial (12) herum und
der um die Nadelsonde (15) herum werden in einer Stickstoffumgebung
gehalten.
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Die Nadelsonde (15) wurde hergestellt durch mechanisches Schleifen des
vorderen Teils einer φ1-Wolframnadel, so daß eine konische Gestalt gebildet wurde,
und durch Anlegen eines elektrischen Speicherfeldes daran in einem
Ultrahochvakuum, um so die Atome auf seiner Oberfläche zu verdampfen.
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Das Speichermaterial wurde erzeugt durch Bilden eines 3000 Å dicken
Y-Ba-Cu-O-Dünnfilmes auf einem MgO-Einkristallträger durch das RF-Sputterverfahren.
Dann wurde es allmählich mit einer Geschwindigkeit von 5 K/min abgekühlt,
nachdem es bei 900ºC unter Sauerstoff gehalten wurde. Cr und Au, die als
Elektroden dienen, wurden an seinem Endbereich gebildet, indem ein 5000 Å dicker
Film beziehungsweise ein 1000 Å dicker Film durch das
Vakuumbedampfungsverfahren gebildet wurde.
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Der Mikrojustagemechanismus der Nadelsonde (15) der Vorrichtung gemäß
diesem Beispiel wurde mit einer konventionellen Technologie gestaltet und war in
der Lage, die Position mit einer Auflösung von etwa 1 Å zu steuern.
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Die Vorrichtung gemäß diesem Beispiel speicherte Informationen wie folgt: Die
Nadelsonde 15 wurde auf einen festgelegten, oberen Bereich des
Speichermaterials (12) positioniert, und dann wurde die Höhe der Nadelsonde eingestellt. Zu
diesem Zeitpunkt wurde eine Spannung von 1 V zwischen der Nadelsonde (15)
und dem Speichermaterial (12) angelegt, um so den Tunnelstrom auf 10&supmin;³ A
einzustellen. Dann wurden Impulse zwischen der Nadelsonde (15) und dem
Speichermaterial (12) angelegt, so daß Informationen im Speichermaterial (15)
gespeichert wurde, wobei die Impulse von 10 V für eine Zeitdauer von 1 µs angelegt
wurde.
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Das Ablesen der Information unter Verwendung einer Vorrichtung gemäß
diesem Beispiel wurde wie folgt durchgeführt: Nachdem die Position und die Höhe
der Nadelsonde (15) in ähnlicher Weise wie mit dem vorstehend genannten
Verfahren eingestellt worden waren, wurde die Höhe der Nadelsonde (15) mit einer
geeigneten Amplitude schwingend variiert (hier waren es 1 Å), und die
Änderung des Tunnelstromes wurde auf die vorstehend beschriebenen Schwingungen
synchronisiert, so daß sie mit einem Einrastverstärker (lock-in amplifier)
ausgelesen werden konnte. Die Pegel der Lesesignale unterschieden sich um den
Faktor 10 von dem Fall, in dem die Informationen gespeichert wurden, zu dem Fall,
in dem keine Informationen gespeichert wurden. Deshalb konnte eine
Unterscheidung des Signalpegels durchgeführt werden.
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Die Pegel der nachgewiesenen Signale unterschieden sich auch von dem Fall, in
dem die Impulse einmal angelegt worden waren, zu dem Fall, in dem die Impulse
zweimal angelegt worden waren. Deshalb konnte eine mehrwertige Speicherung
von Informationen unter Einsatz der vorstehend beschriebenen Unterschiede
durchgeführt werden.
Beispiel 7
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Gemäß diesem Beispiel wurden Informationen durch ein Verfahren gespeichert,
wie es in Fig. 12 dargestellt ist. Die Bezugszahl 25 stellt ein optisches System zur
Bildgebung dar, die Bezugszahl 26 stellt einen Verschluß dar und die Bezugszahl
27 stellt ein Speichermaterial dar, das das gleiche ist, wie es gemäß Beispiel 6
eingesetzt wurde. Wenn der Verschluß (26) ausgelöst wurde, wurde ein Bild auf
dem Speichermaterial (27) gebildet und die Eigenschaften des Oxiddünnfilmes
wurden an jeder Position auf dem Speichermaterial gemäß der Lichtmenge
geändert.
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Das Ablesen der Informationen wurde ähnlich durch geführt wie im Verfahren
nach Beispiel 6. Informationen konnten aufeinanderfolgend gespeichert werden
und die so gespeicherten Informationen konnten ausgelesen werden mit einer
Auflösung, die der Steuergenauigkeit der vorstehend beschriebenen Nadelsonde
entsprach. Darüber hinaus konnte das aufeinanderfolgende Abtasten von
Informationen durchgeführt werden, indem mit der Nadelsonde abgetastet wurde.
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Gemäß diesem Verfahren konnte eine große Menge von Informationen, wie zum
Beispiel ein Videobild, augenblicklich eingegeben werden.
Beispiel 8
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Das Speichermaterial gemäß diesem Beispiel wurde derart gebildet, daß ein
5000 Å dicker Film aus Y-Ba-Cu-O, wie in Fig. 13 dargestellt, auf dem
MgO-Einkristallträger (1) gebildet wurde, bevor er der Hitzebehandlung ähnlich wie in
Beispiel 6 unterzogen wurde. Dann wurden Rillen (2b) mit einer Breite von
0,2 µm durch das Elektronenstrahlzeichnungsverfahren gebildet, wodurch eine
Gittergestalt gebildet wurde.
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Fig. 13B stellt eine Draufsicht dar. Die Erhebungen (2a), die in dieser Zeichnung
dargestellt sind, waren so angeordnet daß sie als Aufzeichnungsvertiefungen
dienen konnten.
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Die Gesamtstruktur der Vorrichtung wurde so gestaltet, daß sie ähnlich der
gemäß Beispiel 6 war, wo die Nadelsonde in Kontakt mit der Oberfläche des
Speichermaterials gebracht wurde und 1 µs lang Impulse mit 10 V je Impuls
zwischen der Nadelsonde und der Speichermaterial angelegt wurde.
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Wenn Informationen ausgelesen wurden, wurde die Nadelsonde auf ähnliche
Weise in Kontakt mit den Aufzeichnungsvertiefungen gebracht und eine
Wechselspannungs- oder Gleichspannungsvorspannung angelegt, um den
durchgelassenen Strom zu messen.
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Da ein Hochwiderstandsbereich auf der Oberfläche der Vertiefungen aufgrund
des niedrigen Sauerstoffstroms gebildet wurde, war der Pegel des
Durchlaßstromes klein.
Beispiel 9
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Ein Speichermaterial, wie es in Fig. 28 dargestellt ist, wurde hergestellt. Ein Cr-
Film mit einer Dicke von 100 Å und ein Au-Film mit eine Dicke von 1000 Å (die
Elektrode 3) wurden auf einem Quarzträger (Träger 1) durch das
Widerstandsheizverfahren gebildet. Dann wurde ein Er-Ba-Cu-O-Film (2) (die leitfähige
Oxidschicht 2) bis zu einer Dicke von 1 mm durch das
RF-Magnetronsputterverfahren aufgeschichtet. Der Film wurde unter einer Bedingung gebildet, bei der
die Temperatur des Trägers 300ºC betrug. Der Film wurde dann durch die
übliche fotolithografische Technologie so gebildet, daß die Vertiefungen und
Erhöhungen 1 µm Wiederholungsabstand und eine Höhe von 6000 Å aufwiesen, wie
in Fig. 2 dargestellt. Der spezifische elektrische Widerstand des so hergestellten
Er-Ba-Cu-O-Filmes wurde gemessen. Ein elektrischer spezifischer Widerstand
von 10 Ω cm wurde angezeigt.
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Das Schreiben von Informationen auf dem so hergestellten Speichermaterial
wurde durchgeführt unter Verwendung einer Wolframnadelelektrode, nachdem
der Druck um das Speichermedium herum auf 8x10&supmin;³ Torr erniedrigt worden
war. Die Entfernung vom vorderen Bereich der Nadelelektrode zum
Erhebungsbereich
der leitfähigen Oxidschicht (2) wurde auf 10 bis 20 Å eingestellt, um so
Impulse mit einer Spannung von 10 V anzulegen. Als Ergebnis wurde ein Teil
des Erhebungsbereiches der leitfähigen Oxidschicht (2) erhitzt, wodurch sie
ihren elektrischen spezifischen Widerstand änderte. Die Beziehung zwischen der
Zahl der Anwendungen der Spannungsimpulse und dem elektrischen
spezifischen Widerstand ist in Fig. 17 dargestellt.
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Dann wurde eine Vielzahl von Erhebungsbereichen, deren Eigenschaften
geändert worden waren, durch Abtasten mit der Nadelelektrode in der XY-Richtung
gebildet, so daß die mehrwertige Information großer Kapazität geschrieben
werden konnte.
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Die so geschriebenen Informationen konnten gelöscht werden durch Erhitzen des
Speichermaterials bei auf 250ºC in atmosphärischer Luft.
Beispiel 10
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Das Speichermaterial, wie es in Figg. 17A und 178 dargestellt ist, wurde
hergestellt.
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Gemäß diesem Beispiel wurde ein Träger 1 aus MgO verwendet. Dann wurde der
Y-Ba-Cu-O-Film auf dem MgO-Träger 1 durch das Ionenklusterstrahlverfahren
gebildet, so daß der leitfähige Oxidfilm (2) gebildet wurde. Die
Filmbildungsbedingungen waren wie folgt: Y, BaO und Cu wurden unabhängig voneinander als
Verdampfungsquelle verwendet, Y wurde ionisiert mit einem Ionisierungsstrom
von 5 mA und einer Beschleunigungsspannung von 0,5 kV, BaO und Cu wurden
ionisiert mit einem Ionisierungsstrom von 100 mA und einer
Beschleunigungsspannung von 1 kV und die Temperatur des Trägers wurde auf 420ºC eingestellt.
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Der Film wurde mit einem Sauerstoffgas gebildet, das in Kontakt damit gebracht
wurde, so daß ein Film mit einer Dicke von 6000 Å gebildet wurde. Dann wurde
durch das übliche Widerstandsheizverfahren Silber als eine
sauerstoffdurchlässige Verbindung gebildet, so daß es als Schutzschicht (4) diente und eine Dichte
von 1000 Å aufwies. Dann wurden durch das übliche
Mikrobearbeitungsverfahren die Vertiefungen und Erhebungen mit einem Wiederholungsabstand von 0,5
µm und einer Höhe von 0,5 µm gebildet, wie in Fig. 17 dargestellt. Das Ergebnis
des gemessenen elektrischen spezifischen Widerstandes war 1×10&supmin;³ Ω cm.
Informationen können in das so hergestellte Speichermaterial ähnlich wie in Beispiel
9 geschrieben werden. In diesem Fall betrug die Entfernung zwischen der
Schutzschicht (4) des Speichermaterials und der Nadelelektrode 50 Å und die
Spannung, die daran angelegt wurde, betrug 50 V. Die Anzahl der Anwendungen
von Impulsen und der spezifische elektrische Widerstand sind in Fig. 15
dargestellt.
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Gemäß diesem Beispiel konnte die leitfähige Oxidschicht (2) physikalisch
geschützt werden, da die Schutzschicht (4) gebildet wurde.
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So gespeicherte Informationen konnten mit einer Hitze von 250ºC gelöscht
werden.
Beispiele 11 und 12
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Das Speichermaterial, das in Fig. 18 dargestellt ist, wurde in einer Weise
ähnlich der gemäß den Beispielen 9 und 10 hergestellt mit den Materialien, die in
Tabelle 1 dargestellt sind, und die dazu verwendet wurde, um den Träger (1), die
Elektrode (3), die leitfähige Oxidschicht (2) und die Schutzschicht (4)
herzustellen. Die Elektrode (3) wurde hergestellt durch ein übliches
Verdampfungsverfahren. Die leitfähige Oxidschicht (2) wurde ähnlich wie in Beispiel 10 hergestellt
durch das Verfahren mit einem Strahl aus verbundenen Klustern (joined cluster
beam). Dann wurden die Vertiefungen und Erhebungen mit einem
Wiederholungsabstand von 0,4 µm und einer Höhe von 1 µm durch ein
Mikrobearbeitungsverfahren gebildet. Die Vertiefungen und Erhöhungen wurden gebildet in
der Gestalt eines Wirbels, der von der Mitte des Trägers ausgeht (1). Die
Schutzschicht (4) wurde durch ein beliebiges Verfahren hergestellt, ausgewählt aus der
Gruppe, bestehend aus dem Bedampfungsverfahren, dem
Rotationsbeschichtungsverfahren und dergleichen.
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Gemäß Beispiel 11 wurde Siliconöl, das ein sauerstoffdurchlässiges Material ist,
zur Bildung der Schutzschicht (4) verwendet. Gemäß Beispiel 12 wurde Al, das
in der Lage ist, Sauerstoff zu absorbieren, verwendet zur Bildung der
Schutzschicht (4).
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Gemäß Beispiel 11 konnte Information geschrieben und gelöscht werden ähnlich
wie in Beispiel 10.
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Gemäß Beispiel 12 diffundierte Sauerstoff, der im leitfähigen Oxidinaterial
enthalten war, aufgrund von Hitze und wurde in der Schutzschicht (4) absorbiert,
wenn Informationen ähnlich wie in Beispiel 10 geschrieben wurden.
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Die gespeicherte Information konnte nicht gelöscht werden, weil der Sauerstoff
in der Schutzschicht absorbiert war, wenn die Information geschrieben wurde.
Tabelle 1
Beispiel 13
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Das Speichermaterial, das in Fig. 1B dargestellt ist, wurde hergestellt. Glas
(Coning 7059) wurde eingesetzt, um als Träger (1) zu dienen, und ein Cr-Film
mit 30 Å Dicke und Au-Film mit 500 Å Dicke wurden auf den Träger (1) durch
das Widerstandsheizverfahren aufgeschichtet, so daß die Elektrode (3) gebildet
wurde. Darüber hinaus wurde ein Y-Ba-Cu-O-Film von 3000 Å durch das RF-
Magnetronsputterverfahren darauf geschichtet, so daß die leitfähige Oxidschicht
(2) gebildet wurde. Die Filme wurden gebildet durch Verwendung eines
Sputtergases bei 5×10&supmin;³ Torr, das aus 50% Ar und 50% O&sub2; bestand, wobei die
Sputterenergie auf 150 W und die Temperatur des Träger auf 300ºC eingestellt wurde.
Der so gebildete Y-Ba-Cu-O-Film zeigte einen elektrischen spezifischen
Widerstand von 1 Ω cm.
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Informationen wurden in das so hergestellte Speichermaterial unter
Verwendung einer Wolframnadelelektrode eingeschrieben, nachdem der Druck um das
Speichermaterial herum auf 10&supmin;³ Torr verringert worden war. Die Entfernung
zwischen dem vorderen Teil der Nadelelektrode und der leitfähigen Oxidschicht
(2) wurde auf etwa 15 Å eingestellt, und Spannungsimpulse von 5 V wurden
zwischen der Nadelelektrode und der leitfähigen Oxidschicht (2) angelegt. Als
Ergebnis wurde ein Bereich der leitfähigen Oxidschicht (2) erhitzt, was dazu führ
te, daß der elektrische spezifische Widerstand geändert wurde.
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Die Beziehung zwischen der Anzahl der Anwendungen der Spannungsimpulse
und der Änderung des elektrischen spezifischen Widerstandes ist in Fig. 14
dargestellt. Eine Vielzahl von Bereichen, deren Eigenschaften geändert worden
waren, wurden gebildet durch Abtasten mit der Nadelelektrode in der XY-Richtung,
so daß eine große Menge von mehrwertigen Informationen in das
Speichermaterial eingeschrieben wurden.
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Gemäß diesem Beispiel wird die Speicherkapazität bestimmt in Abhängigkeit
von der Gestalt des vorderen Teils der Nadelelektrode und der
Positioniergenauigkeit der Nadelelektrode. Da der vordere Teil der Nadelelektrode üblicherweise
einen Krümmungsradius von 1 nm besitzt, hat die Speicherzelle eine ähnliche
Größe. Darüber hinaus kann die Positioniergenauigkeit auf eine
Auflösungsleistung von 0,02 nm eingestellt werden.
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Die gespeicherten Information konnte gelöscht werden durch Erhitzen auf
250ºC.
Beispiel 14
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Das Speichermaterial, das in Fig. 1A dargestellt ist, wurde hergestellt. TiSrO&sub3;
wurde eingesetzt zur Bildung des Trägers 1, und ein Y-Ba-Cu-O-Film wurde
darauf aufgebracht durch das Ionenklusterstrahlverfahren, so daß die leitfähige
Oxidschicht (2) gebildet wurde. Die Filme wurden gebildet unter Verwendung
von Y, BaO und Cu als Verdampfungsquelle. Y wurde ionisiert mit einem
Ionisierungsstrom von 50 mA und einer Beschleunigungsspannung von 0,5 kV, und
BaO und Cu wurden ionisiert mit einem Ionisierungsstrom von 100 mA und
einer Beschleunigungspannung von 1 kV. Die Temperatur des Trägers wurde zu
diesem Zeitpunkt auf 420ºC eingestellt. Die Filme wurden gebildet unter
Einwirkung eines Sauerstoffgases bei 4×10&supmin;³ Torr. Die Film dicke wurde auf 1000 Å
eingestellt. Der so hergestellte Y-Ba-Cu-O-Film zeigte einen elektrischen
spezifischen Widerstand von 1×10&supmin;² Ω cm.
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Ähnlich wie in Beispiel 13 konnten Informationen in das so gebildete
Speichermaterial eingeschrieben werden. Die Entfernung zwischen der Nadelelektrode
und der leitfähigen Oxidschicht 2 wurde so eingestellt, daß sie etwa 10 Å betrug,
und die angelegte Spannung wurde auf 5 V eingestellt. Die Beziehung zwischen
der Anzahl der angelegten Impulse und dem elektrischen spezifischen
Widerstand ist in Fig. 16 dargestellt.
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Die gespeicherten Informationen konnten ähnlich wie in Beispiel 13 gelöscht
werden.
Beispiel 15
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Ähnlich wie in Beispiel 13 wurde ein Speichermaterial hergestellt, wobei MgO-
Einkristalle als Träger (1) verwendet wurden, Ag (Dicke 500 Å) als Elektrode (2)
eingesetzt wurde, der Y-Ba-Cu-O-Film als leitfähige Oxidschicht eingesetzt
wurde und die Filmbildungsbedingung der Trägertemperatur 500ºC lautete. Die
Filmdicke und die Zusammensetzung der Materialien wurden gleich eingerichtet
wie in Beispiel 13. Der so hergestellte Y-Ba-Cu-O-Film zeigte eine elektrischen
spezifischen Widerstand von 2×10&supmin;³ Ω cm.
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Im wesentlichen ähnlich wie in Beispiel 13 konnten Informationen in das so
hergestellte Speichermaterial eingeschrieben werden. Die Beziehung zwischen der
Anzahl der angelegten Impulse und des spezifischen elektrischen Widerstandes
gestaltete sich so, wie in Fig. 16 dargestellt.
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Gespeicherte Informationen konnten gelöscht werden durch Erhitzen auf 300ºC
in atmosphärischer Luft.
Beispiel 16
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Das Speichermaterial, das in Fig. 38 dargestellt ist, wurde hergestellt. Ähnlich
wie in Beispiel 14 wurden die Elektrode (3) und die leitfähige Oxidschicht (2) auf
dem Träger (1) gebildet, und weiter wurde Ag, das als Schutzfilm (4) diente,
gebildet. Die so erzeugte Ag-Schicht wurde mit Hilfe des
Widerstandsheizverfahrens so eingestellt, daß sie eine Dicke von 100 Å besaß.
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Da der Schutzfilm des Speichermaterials gemäß dieser Ausführungsform aus Ag
bestand, zeigte er Sauerstoffdurchlässigkeit. Deshalb konnten Einschreiben und
Löschen von Informationen ähnlich wie in Beispiel 14 durchgeführt werden mit
hervorragender Stabilität gegenüber Verschlechterung im Laufe der Zeit.
Beispiel 17
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Ähnlich wie in Beispiel 16 wurden die Elektrode (3) und die leitfähige
Oxidschicht (2) auf dem Träger (1) gebildet, und weiter wurde die Schutzschicht (4),
die aus Ti bestand, darauf gebildet. Die Ti-Schicht wurde durch das EB-
Bedampfungsverfahren so gebildet, daß sie eine Dicke von 500 Å besaß.
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Da das Speichermaterial gemäß diesem Beispiel den Schutzfilm (4) aus Ti besaß,
diffundierte Sauerstoff in den Schutzfilm (4). Deshalb konnten Informationen
ähnlich wie in Beispiel 16 eingeschrieben werden. Gemäß diesem Beispiel
diffundierte der Sauerstoff, der aus der leitfähigen Oxidschicht (2) entfernt wurde,
in den Schutzfilm (4), so daß TiOx gebildet wurde. Deshalb konnte die
Erfordernis, im Vakuum zu schreiben, beseitigt werden. Darüber hinaus konnte die
Stabilität verbessert werden.
Ausführungsform 18
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Das Speichermaterial, das in Fig. 21 dargestellt ist, wurde hergestellt. Ähnlich
wie in Beispiel 15 wurden die Elektrode (3) und die leitfähige Oxidschicht (2) auf
dem Träger (1) gebildet. Weiter wurde mit Hilfe des Widerstandsheizverfahrens
ein Ag-Film mit 50 Å Dicke darauf aufgeschichtet. Dann wurde nur der Ag-Film
durch das fotolithografische Verfahren in ein Muster überführt, so daß die
Schutzschicht (4) aus Elementen mit Abmessungen von 0,3 µm x 0,3 µm bestand,
die auf einen Abstand von 0,3 µm angeordnet waren.
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Ähnlich wie in Beispiel 15 konnte Schreiben und Löschen von Informationen auf
das und von dem so hergestellten Speichermaterial durchgeführt werden. Da Ag
die Eigenschaft besaß, Sauerstoff durchzulassen, konnte Sauerstoff in die
leitfähige Oxidschicht (2) eingeleitet werden oder aus ihr entfernt werden ähnlich
wie in Beispiel 15, in dem kein Ag eingesetzt wurde. Darüber hinaus konnte, da
die Schutzschicht (4) zum Zeitpunkt des Ablesens als Markierung diente, die
Ablesegenauigkeit verbessert werden.
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Die einzelnen Bestandteile, die in den Zeichnungen als Umriß dargestellt oder
als Block ausgeführt sind, sind auf dem Gebiet der Informationsspeicherung
nach dem Stand der Technik bekannt, und ihre spezifische Konstruktion und ihr
spezifischer Betrieb sind nicht kritisch im Bezug auf den Betrieb oder die beste
Verfahrensweise zum Ausführen der Erfindung.