FR2845512A1 - Equipment for recording data, comprises two dimensional array of microtips which have nanometric apex dimensions and are brought into contact with a flexible diaphragm on frame divided into cells - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositif d'enregistrement de données comportant un support de mémoire enData recording device comprising a memory medium in
forme de membrane Domaine technique de l'invention L'invention concerne un dispositif d'enregistrement de données comportant un réseau bidimensionnel de micro-pointes, de dimensions nanométriques, disposé dans un plan face à un support de mémoire, et des moyens électroniques 10 d'adressage et de contrôle des micro-pointes de manière à permettre TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION The invention relates to a data recording device comprising a two-dimensional network of micro-tips, of nanometric dimensions, arranged in a plane facing a storage medium, and electronic means 10 of the invention. addressing and control of micro-tips so as to allow
l'enregistrement de données sur le support de mémoire. recording data on the storage medium.
tat de la technique L'enregistrement de données, aussi bien dans le domaine de l'informatique que dans le domaine des multimédias, doit répondre à un besoin croissant de capacité. Différentes techniques ont été développées, allant du disque dur magnétique au DVD utilisant l'optique et des matériaux à changement de phase. 20 Quelle que soit la technique d'enregistrement utilisée, on cherche toujours à réduire la taille des points mémoires (bits) et l'accroissement de la capacité STATE OF THE ART Data recording, both in the field of information technology and in the field of multimedia, must meet a growing need for capacity. Different techniques have been developed, ranging from magnetic hard disk to DVD using optics and phase change materials. Whatever the recording technique used, it is always sought to reduce the size of the memory points (bits) and the increase of the capacity
d'enregistrement passe par une augmentation de la densité de stockage. recording goes through an increase in storage density.
Récemment, de très grandes capacités de stockage, de l'ordre du Térabit/cm2, 25 ont été obtenues en mettant en oeuvre des micro-pointes du type utilisées dans Recently, very large storage capacities, of the order of Terabit / cm 2, have been obtained by using micro-tips of the type used in
le domaine de la microscopie à effet de pointe (" The Millipede - More than one thousands tips for future AFM data storage ", P. Vettiger et al., IBM J. RES. the field of peak effect microscopy ("The Millipede - More Than One Million Tips for Future AFM Data Storage", P. Vettiger et al., IBM J. RES.
Develop., vol.44, no 3, mai 2000, p.323-340 et " Fabrication of microprobe array Develop., Vol.44, no. 3, May 2000, p.323-340 and "Fabrication of microprobe array
with sub-100nm nano-heater for nanometric thermal imaging and data storage ", Dong-Weon Lee et ai., Technical Digest, MEMS 2001, 14th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (Cat. with a sub-100nm nano-heater for nanometric thermal imaging and data storage ", Dong-Weon Lee et al., Technical Digest, MEMS 2001, 14th IEEE International Conference on Micro Electro Mechanical Systems (Cat.
N001CH37090), IEEE, Piscataway, NJ, USA, 2001, p.204-207). La haute 5 densité est obtenue par localisation des bits au moyen de micro-pointes dont l'apex est de dimension nanométrique. Les micro-pointes sont, de préférence, disposées en réseau, avec un accès parallèle aux données, ce qui permet d'atteindre d'excellentes performances en ce qui concerne le débit. Un actionneur unique, qui peut être électromécanique, permet un déplacement 10 relatif monolithique de l'ensemble du réseau de micropointes par rapport à la N001CH37090), IEEE, Piscataway, NJ, USA, 2001, p.204-207). The high density is obtained by locating the bits by means of micro-tips whose apex is of nanometric dimension. The microtips are preferably networked with parallel access to the data to achieve excellent flow performance. A single actuator, which may be electromechanical, allows a monolithic relative displacement of the entire microtip array with respect to the
surface du média constituant le support de mémoire. media surface constituting the memory medium.
Dans un tel dispositif d'enregistrement de données, avec effet de pointes, il est nécessaire de garantir un parfait contact de toutes les pointes avec le support de mémoire. Pour des raisons de complexité du système, il n'est pas envisageable de contrôler la position de chaque micro-pointe individuellement. In such a data recording device, with spike effect, it is necessary to ensure perfect contact of all the points with the storage medium. For reasons of complexity of the system, it is not possible to control the position of each microtip individually.
Or, les micro-pointes sont fabriquées de manière collective, par des techniques dérivées de celles de la microélectronique, et il reste toujours une dispersion, due à la fabrication, de la hauteur des micropointes. Bien que cette dispersion 20 soit minime, typiquement de l'ordre de 1 00nm, la plus longue des micro-pointes However, micro-tips are manufactured collectively, by techniques derived from those of microelectronics, and there is always a dispersion, due to manufacture, the height of the microtips. Although this dispersion is minimal, typically of the order of 100 nm, the longest microtip
d'un réseau appuie plus que les autres sur le support de mémoire. a network supports more than others on the memory medium.
Pour surmonter cette difficulté, chaque micro-pointe est portée en porteà-faux par une extrémité d'un cantilever, de manière analogue aux réseaux de micro25 pointes utilisés en microscopie à sonde locale. La souplesse du cantilever To overcome this difficulty, each micro-tip is cantilevered by one end of a cantilever, analogous to micro-tip arrays used in local probe microscopy. The flexibility of the cantilever
permet alors d'absorber la contrainte d'un appui. then allows to absorb the constraint of a support.
Cependant, les forces d'appui des micro-pointes sur le support de mémoire ne doivent pas excéder une valeur de l'ordre de 1OOnN, de manière à ne pas endommager le support de mémoire. En effet, la surface de contact d'une micro-pointe avec le support de mémoire étant minuscule, la pression est 5 importante. Les cantilevers doivent donc être très souples pour absorber la dispersion de hauteur des micro-pointes. titre d'exemple, des cantilevers ayant une raideur de l'ordre de 1 N/m, 1 00jm de longueur, quelques dizaines de lam de largeur et quelques jum d'épaisseur, ont été développés. Il est difficile d'envisager des cantilevers plus souples. En effet, leurs dimensions sont 10 difficiles à maîtriser en raison de leur grande longueur vis-à-vis de leur faible largeur et/ou épaisseur. De plus, la précision de positionnement des pointes en regard de la surface du support de mémoire s'en ressentirait, limitant ainsi la However, the microtip support forces on the memory medium must not exceed a value of the order of 100nN, so as not to damage the memory medium. Indeed, the contact surface of a micro-tip with the memory medium being tiny, the pressure is important. The cantilevers must therefore be very flexible to absorb the height dispersion of the micro-tips. For example, cantilevers having a stiffness of the order of 1 N / m, 100 μm in length, a few tens of width lam and a few mm thick, have been developed. It is difficult to envisage more flexible cantilevers. Indeed, their dimensions are difficult to control because of their great length vis-à-vis their small width and / or thickness. In addition, the accuracy of positioning of the points opposite the surface of the memory medium would be felt, thus limiting the
densité de la mémoire.density of memory.
Objet de l'inventionObject of the invention
L'invention a pour but un dispositif d'enregistrement de données ne présentant pas les inconvénients ci-dessus et permettant plus particulièrement d'ignorer la 20 dispersion dans la hauteur des micropointes.. The object of the invention is to provide a data recording device which does not have the above drawbacks and which makes it possible more particularly to ignore the dispersion in the height of the microtips.
Selon l'invention, ce but est atteint par le fait que le support de mémoire est constitué par une membrane souple portée par un cadre formant une pluralité According to the invention, this object is achieved by the fact that the memory medium is constituted by a flexible membrane carried by a frame forming a plurality
d'alvéoles, au moins une micro-pointe étant associée à chaque alvéole. of cells, at least one microtip being associated with each cell.
Selon un développement de l'invention, deux réseaux de micro-pointes sont According to a development of the invention, two micro-point networks are
disposés de part et d'autre du support de mémoire. arranged on either side of the memory medium.
Les deux réseaux de micro-pointes sont, de préférence, décalés latéralement, de manière à ce que les micro-pointes associées à une même alvéole du cadre The two microtip arrays are preferably offset laterally, so that the microtips associated with the same cell of the frame
ne soient pas disposées exactement en vis-à-vis. are not arranged exactly opposite.
Selon un mode de réalisation préférentiel, la membrane souple comporte au moins une première couche, faisant fonction de mémoire, et une seconde According to a preferred embodiment, the flexible membrane comprises at least a first layer, acting as memory, and a second
couche, destinée à assurer une certaine rigidité. layer, intended to ensure a certain rigidity.
Selon un autre développement de l'invention, le dispositif comporte des moyens 10 de déplacement relatif du support de mémoire et du réseau de micro-pointes, According to another development of the invention, the device comprises means 10 for relative displacement of the memory medium and the micro-tip array,
parallèlement et/ou perpendiculairement audit plan. parallel and / or perpendicular to said plane.
Description sommaire des dessinsBrief description of the drawings
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, Other advantages and features will emerge more clearly from the following description of particular embodiments of the invention given by way of non-limiting example and represented in the accompanying drawings.
dans lesquels: La figure 1 illustre, en coupe, un élément de base d'un dispositif selon l'invention. La figure 2 représente, en perspective, un mode particulier de réalisation d'un in which: Figure 1 illustrates, in section, a basic element of a device according to the invention. FIG. 2 represents, in perspective, a particular embodiment of a
cadre de support d'une membrane d'un élément de base selon la figure 1. support frame of a membrane of a base member according to Figure 1.
La figure 3 représente, en coupe, deux alvéoles adjacentes d'un dispositif selon l'invention Les figures 4 et 5 représentent, en vue de face, deux variantes de réalisation FIG. 3 represents, in section, two adjacent cells of a device according to the invention. FIGS. 4 and 5 show, in front view, two variant embodiments.
d'un dispositif selon l'invention.of a device according to the invention.
La figure 6 représente, en coupe, un dispositif à double réseau de micropointes. Figure 6 shows, in section, a device with a double network of microtips.
Les figures 7 et 8 représentent, en coupe, deux étapes successives de fabrication du cadre et d'une partie de la membrane d'un dispositif selon l'invention. Figures 7 and 8 show, in section, two successive steps of manufacturing the frame and a portion of the membrane of a device according to the invention.
La figure 9 illustre, en coupe, une variante de la figure 1. Figure 9 illustrates, in section, a variant of Figure 1.
Description de modes particuliers de réalisation. Description of particular embodiments.
Comme représenté à la figure 1, un élément de base du dispositif d'enregistrement de données comporte un cadre 1 portant, sur une de ses faces, une membrane souple 2 constituant le support de mémoire. Chaque élément de base constitue une alvéole, associée à une micro-pointe 3 formée 15 sur une base 4 disposée face au support de mémoire, parallèlement à celui-ci. As shown in FIG. 1, a basic element of the data recording device comprises a frame 1 carrying, on one of its faces, a flexible membrane 2 constituting the memory medium. Each base element constitutes a cell, associated with a micro-tip 3 formed on a base 4 disposed opposite the memory medium, parallel thereto.
Un dispositif d'enregistrement de données comporte une pluralité d'alvéoles adjacentes, associées à un réseau bidimensionnel de micropointes 3 (figures 3 à 5). Les figures 4 et 5 illustrent deux configurations particulières pouvant être 20 utilisées, avec des alvéoles respectivement de forme rectangulaire (figures 2 et A data recording device has a plurality of adjacent cells associated with a two-dimensional array of microtips 3 (FIGS. 3 to 5). FIGS. 4 and 5 illustrate two particular configurations that can be used, with cavities respectively of rectangular shape (FIGS.
4) et de forme hexagonale (figure 5). 4) and hexagonal shape (Figure 5).
En position de repos, les micro-pointes 3 peuvent soit être en contact avec la membrane souple 2, soit être écartées de celle-ci. Dans ce dernier cas, en 25 position de lecture ou d'écriture, le support de mémoire est déplacé perpendiculairement à la base 4 de manière à amener les micro-pointes 3 en contact avec le support de mémoire constitué par la membrane souple 2. Le déplacement relatif du support de mémoire et des micro-pointes perpendiculairement à leur plan est de préférence réalisé par déplacement du cadre 1 de support de la membrane, la base 4 sur laquelle sont formées les In the rest position, the microtips 3 may either be in contact with the flexible membrane 2, or be separated from it. In the latter case, in the reading or writing position, the memory medium is moved perpendicular to the base 4 so as to bring the microtips 3 into contact with the memory medium constituted by the flexible membrane 2. The Relative displacement of the memory support and microtips perpendicular to their plane is preferably achieved by moving the support frame 1 of the membrane, the base 4 on which are formed the
micro-pointes 3 restant fixe.micro-tips 3 remaining fixed.
Un déplacement relatif des micro-pointes 3 et du support de mémoire, 5 parallèlement au plan de la membrane souple, avec ou sans contact avec celleci, peut également être imprimé à la membrane et/ou aux micropointes par des Relative movement of the microtips 3 and the storage medium, parallel to the plane of the flexible membrane, with or without contact with it, can also be printed on the membrane and / or the microtips by
actuateurs (non représentés), eux-mêmes commandés par micro-ordinateur. actuators (not shown), themselves controlled by microcomputer.
Le contrôle et l'adressage ou multiplexage des micro-pointes 3 en position de 10 lecture ou d'écriture est réalisé par tout moyen approprié, de préférence par un circuit électronique réalisé en technologie intégrée dans la base 4. Les micropointes 3, fixes, peuvent alors être réalisées par des techniques de microélectronique sur silicium (technologie dite " above IC "). Toute la surface de la base 4, située vis-à-vis du support de mémoire, est en effet disponible 15 pour le circuit électronique d'adressage et de contrôle des micro-pointes, qui n'a The control and the addressing or multiplexing of the microtips 3 in the reading or writing position is carried out by any appropriate means, preferably by an electronic circuit made of integrated technology in the base 4. The microtips 3, fixed, can then be performed by microelectronics techniques on silicon (technology called "above IC"). The entire surface of the base 4, situated opposite the memory medium, is indeed available for the electronic circuit for addressing and controlling microtips, which has
pas à être déporté à l'extrémité de la mémoire comme dans nombre de dispositifs antérieurs. Ceci permet d'optimiser la surface de silicium utilisée. not to be deported to the end of memory as in many previous devices. This optimizes the silicon surface used.
Dans le cas d'une mémoire électrique, un courant doit passer des micropointes vers la membrane électriquement conductrice, celle-ci étant alors reliée par une 20 liaison électrique (non représentée) au circuit électronique disposé dans la base 4. La membrane souple 2 est constituée par une couche d'extrêmement faible épaisseur, de l'ordre de quelques nanomètres à quelques micromètres, qui peut 25 être conductrice. Elle se déforme donc sous l'action d'une force locale perpendiculaire à sa surface. titre d'exemple, on peut montrer que, sous l'action d'une force centrée de 1 OOnN, une couche de carbone quasi-diamant de lOnm d'épaisseur, tendue sur un cadre de 100im d'épaisseur se déforme avec une flèche de l'ordre de 121tm, ce qui correspond à une raideur équivalente de seulement 8,3nN/gm, soit plus de deux ordres de grandeur inférieure à celle de cantilevers classiques. Il est facile d'ajuster cette constante de raideur en choisissant une couche d'épaisseur plus ou moins importante, la raideur étant In the case of an electrical memory, a current must pass from the microtips to the electrically conductive membrane, which is then connected by an electrical connection (not shown) to the electronic circuit disposed in the base 4. The flexible membrane 2 is formed by a layer of extremely thin, of the order of a few nanometers to a few micrometers, which can be conductive. It is thus deformed under the action of a local force perpendicular to its surface. As an example, it can be shown that, under the action of a centric force of 1 OOnN, a layer of diamond-like carbon of 10 nm thick, stretched over a frame 100 mm thick, deforms with an arrow of the order of 121tm, which corresponds to an equivalent stiffness of only 8.3nN / gm, more than two orders of magnitude lower than that of conventional cantilevers. It is easy to adjust this stiffness constant by choosing a layer of greater or lesser thickness, the stiffness being
proportionnelle au cube de I 'épaisseur de la membrane. proportional to the cube of the thickness of the membrane.
Cette faible valeur de la constante de raideur permet une dispersion importante de hauteur des micro-pointes 3, sans aboutir à des forces d'appui importantes. This low value of the stiffness constant allows a significant dispersion of height of the micro-tips 3, without leading to significant support forces.
Dans l'exemple ci-dessus, une variation de hauteur de la micro-pointe de 1 OOnm ne représente qu'une variation de la force d'appui de 0,83nN, soit moins d'1% 10 d'un appui nominal de 1OOnN. Toutes les dispersions de la hauteur des micropointes dues aux technologies de fabrication sont alors sans influence en regard de l'amplitude d'une déformation moyenne imposée de la membrane, soit 12ptm In the example above, a change in the height of the microtip of 10 nm represents only a variation of the support force of 0.83nN, ie less than 1% of a nominal support of 1OOnN. All the dispersions of the height of the microtips due to the manufacturing technologies are then without influence with respect to the amplitude of an imposed mean deformation of the membrane, ie 12ptm
dans l'exemple ci-dessus.in the example above.
Sur les figures 4 et 5, les points d'appui sur la membrane souple 2 des micropointes 3 associées à chaque alvéole du cadre 1 sont représentés en 5. Ces points d'impact ne sont pas disposés au centre de chacune des alvéoles mais décentrés, le cadre et la membrane se déplaçant par rapport au réseau de micro-pointes, parallèlement au plan de la membrane, au cours de la lecture 20 et/ou de l'écriture. In FIGS. 4 and 5, the points of support on the flexible membrane 2 of the microtips 3 associated with each cell of the frame 1 are represented at 5. These points of impact are not arranged in the center of each of the cells but off-center, the frame and the membrane moving relative to the micro-tip array, parallel to the plane of the membrane, during reading and / or writing.
La planéité du cadre 1 doit être compatible avec la tolérance sur la force d'appui des micro-pointes 3, c'est-à-dire analogue à la tolérance sur la dispersion de hauteur des micro-pointes, qui peut être relativement importante, comme 25 indiqué ci-dessus. Pour les mêmes raisons, il n'est pas nécessaire d'avoir une The flatness of the frame 1 must be compatible with the tolerance on the microtip support force 3, that is to say similar to the tolerance on the height dispersion of the microtips, which can be relatively large, as indicated above. For the same reasons, it is not necessary to have a
planéité exceptionnelle du support de mémoire. exceptional flatness of the memory medium.
La membrane 2 a une faible raideur dans la dimension normale à son plan, mais elle présente une forte raideur pour des déformations tangentielles ou latérales, contrairement aux structures à cantilevers qui souffrent d'une flexibilité latérale importante, pouvant limiter la densité de la mémoire, même si elles sont optimisées avec des formes triangulaires. Cette bonne rigidité géométrique permet un positionnement précis de l'extrémité des micro-pointes vis-à-vis de la surface de la membrane. Contrairement aux mémoires utilisant un réseau de cantilevers, la taille de la mémoire peut éventuellement être importante, c'est-à-dire supérieure à 1cm2, pour offrir une plus grande capacité d'enregistrement de données. 10 Grâce à la souplesse de la membrane 2, un actionneur (non représenté), qui déplace le cadre 1 portant la membrane 2 constituant le support de mémoire, n'a pas à garantir, dans la dimension perpendiculaire au plan de la membrane, une précision aussi exigeante que dans les dispositifs utilisant un réseau de 15 cantilevers. Une précision de l'ordre de quelques micromètres est suffisante, tandis qu'une précision de l'ordre du nanomètre est nécessaire dans l'art The membrane 2 has a low stiffness in the normal dimension at its plane, but it has a high stiffness for tangential or lateral deformations, unlike cantilever structures that suffer from significant lateral flexibility, which can limit the density of the memory, even if they are optimized with triangular shapes. This good geometric rigidity allows precise positioning of the end of the micro-tips vis-à-vis the surface of the membrane. Unlike memories using a cantilever network, the size of the memory may be large, that is to say greater than 1 cm2, to offer a greater capacity for data recording. Due to the flexibility of the membrane 2, an actuator (not shown), which moves the frame 1 carrying the membrane 2 constituting the memory medium, does not have to guarantee, in the dimension perpendicular to the plane of the membrane, a accuracy as demanding as in devices using a network of 15 cantilevers. A precision of the order of a few micrometers is sufficient, whereas a precision of the order of a nanometer is necessary in the art
antérieur. Cette tolérance simplifie énormément la conception de l'actionneur. prior. This tolerance greatly simplifies the design of the actuator.
Le dispositif présente également une bonne tolérance en ce qui concerne la 20 rugosité de la membrane 2, la souplesse inhérente de celle-ci permettant d'absorber les rugosités, volontaires ou non, de la membrane, par exemple The device also has a good tolerance with regard to the roughness of the membrane 2, the inherent flexibility of which makes it possible to absorb the roughnesses, whether voluntary or not, of the membrane, for example
constituées par des pistes ou des plots (" patterning ") de celle-ci. formed by tracks or pads ("patterning") thereof.
Le dispositif selon l'invention peut avoir une densité élevée de micropointes 3. 25 Ainsi, dans l'art antérieur, les réseaux de pointes envisagés comportent 1 OOxl 00 éléments, au pas de 1 OOm, la taille des cantilevers et la présence des pistes d'adressage des pointes fixant le pas minimum. Dans le dispositif selon l'invention, les alvéoles peuvent être beaucoup plus petites en raison de l'absence de cantilever et de la disposition du circuit d'adressage vis-à-vis du support de mémoire. Il est ainsi possible d'obtenir des mémoires à fort The device according to the invention can have a high density of microtips 3. Thus, in the prior art, the peak networks envisaged comprise 1 000 x 100 elements, with a pitch of 1000 m, the size of the cantilevers and the presence of the tracks. addressing points setting the minimum pitch. In the device according to the invention, the cells can be much smaller because of the absence of cantilever and the arrangement of the addressing circuit vis-à-vis the memory medium. It is thus possible to obtain strong memories
parallélisme pour en réduire le temps d'accès. parallelism to reduce access time.
Dans le mode particulier de réalisation représenté à la figure 6, la capacité de la In the particular embodiment shown in FIG. 6, the capacity of the
mémoire est doublée grâce à l'utilisation du support de mémoire en double face. memory is doubled through the use of double-sided memory support.
Le dispositif comporte alors deux réseaux de micro-pointes (3a, 3b), disposés de part et d'autre du support de mémoire 2. Les deux réseaux de micro-pointes 3a et 3b sont, de préférence, décalés latéralement, de manière à ce que les 10 micro-pointes 3a et 3b associées à une même alvéole du cadre ne soient pas The device then comprises two micro-tip arrays (3a, 3b), arranged on either side of the memory medium 2. The two microtip arrays 3a and 3b are preferably laterally offset, so as to that the micro-tips 3a and 3b associated with one and the same cell of the frame are not
disposées exactement en vis-à-vis. arranged exactly opposite.
Sur la figure 6, les micro-pointes 3a d'un premier réseau de micropointes sont en contact avec une face de la membrane 2, permettant la lecture ou l'écriture, 15 sous le contrôle du circuit électronique correspondant intégré dans la base 4a, tandis que les micro-pointes 3b du second réseau de micro-pointes, en contact avec la face opposée de la membrane 2, permettent la lecture ou l'écriture sous le contrôle du circuit électronique correspondant intégré dans la base 4b. Le cadre 1 ou les deux réseaux de micro-pointes, de préférence rendus solidaires 20 par une liaison 11 reliant les bases 4a et 4b, peuvent être déplacés dans des plans parallèles au plan de la membrane pendant les opérations d'écriture ou de lecture, sous le contrôle des circuits électroniques correspondant intégrés dans In FIG. 6, the microtips 3a of a first array of microtips are in contact with one face of the membrane 2, enabling reading or writing, under the control of the corresponding electronic circuit integrated in the base 4a. while the microtips 3b of the second micro-tip array, in contact with the opposite face of the membrane 2, allow reading or writing under the control of the corresponding electronic circuit integrated in the base 4b. The frame 1 or the two microtip arrays, preferably secured by a link 11 connecting the bases 4a and 4b, can be moved in planes parallel to the plane of the membrane during the writing or reading operations, under the control of the corresponding electronic circuits integrated into
les bases 4a et 4b.the bases 4a and 4b.
Dans une variante de réalisation, les micro-pointes 3a du premier réseau de micro-pointes sont en contact avec la membrane 2, permettant la lecture ou l'écriture, sous le contrôle du circuit électronique correspondant intégré dans la base 4a, tandis que les micro-pointes 3b du second réseau de micro-pointes sont légèrement écartées de la membrane. Un déplacement du cadre 1 de In an alternative embodiment, the microtips 3a of the first network of microtips are in contact with the membrane 2, allowing reading or writing, under the control of the corresponding electronic circuit integrated in the base 4a, while the micro-tips 3b of the second network of micro-tips are slightly spaced from the membrane. A displacement of the frame 1 of
support de la membrane, perpendiculairement au plan de celle-ci, en direction du second réseau de micro-pointes 3b, provoque l'écartement des micro-pointes 3a du premier réseau, tandis que les micro-pointes 3b du second réseau viennent en contact avec la membrane, permettant l'écriture ou la lecture, sous 5 le contrôle du circuit électronique correspondant intégré dans la base 4b. support of the membrane, perpendicularly to the plane thereof, in the direction of the second network of micro-tips 3b, causes the spacing of the micro-points 3a of the first network, while micro-points 3b of the second network come into contact with the membrane, allowing writing or reading, under the control of the corresponding electronic circuit integrated in the base 4b.
L'écartement entre les bases 4a et 4b peut être choisi de manière à ce qu'aucune micro-pointe ne vienne en contact avec la membrane dans une position centrale, de repos. Le déplacement du cadre peut être remplacé par un déplacement simultané des deux réseaux de micro-pointes, de préférence 10 solidarisées par leurs bases 4a et 4b (liaison 11). The spacing between the bases 4a and 4b can be chosen so that no micro-tip comes into contact with the membrane in a central position, rest. The displacement of the frame can be replaced by a simultaneous movement of the two microtip arrays, preferably secured by their bases 4a and 4b (link 11).
Dans une autre variante de réalisation, les bases 4a et 4b des deux réseaux de micro-pointes ne sont pas solidaires. Elles peuvent être déplacées simultanément et en sens opposé vis-à-vis du support de mémoire. Dans une 15 première position, de repos, les deux bases 4a et 4b sont écartées du plan du cadre 1, et aucune micro-pointe n'est en contact avec la membrane 2. Dans une seconde position, de lecture ou d'écriture, les deux bases 4a et 4b sont déplacées en direction du support de mémoire et toutes les micro-pointes 3a et 3b viennent en contact avec la membrane, de part et d'autre de celle-ci. La 20 lecture et l'écriture de chacune des faces du support de mémoire sont alors, comme sur la figure 6, contrôlées par les circuits électroniques respectivement In another variant embodiment, the bases 4a and 4b of the two micro-tip arrays are not integral. They can be moved simultaneously and in opposite directions vis-à-vis the storage medium. In a first resting position, the two bases 4a and 4b are separated from the plane of the frame 1, and no micro-tip is in contact with the membrane 2. In a second position, reading or writing, the two bases 4a and 4b are moved towards the storage medium and all the micro-tips 3a and 3b come into contact with the membrane, on either side thereof. The reading and writing of each of the faces of the memory medium are then, as in FIG. 6, controlled by the electronic circuits respectively
intégrés dans les bases 4a et4b.integrated in the bases 4a and 4b.
Le circuit électronique de contrôle et d'adressage situé dans la base 4 peut être 25 réalisé à l'aide de toute technologie sur silicium, les micro-pointes 3 étant ensuite réalisée par une technologie de microélectronique sur silicium (technologie dite " above IC "). Les micropointes peuvent, par exemple, être réalisées à partir de silicium, éventuellement recouvert d'un matériau conducteur et/ou dur, par exemple du nitrure de titane (TiN), du carbure de il tungstène (W2C) ou du carbone-diamant amorphe (quasi-diamant, éventuellement dopé pour être conducteur), comme décrit dans l'article " Procédés de fabrication de micropointes en silicium ", D. Moreau et al., Le Vide, no 282, Oct-dec.96, p.463-477, ISSN 1266-0167 ou dans l'article " Novel 5 probes for scanning probe microscopy ", E. Oesterschulze, Applied Physics A The electronic control and addressing circuit located in the base 4 can be made using any technology on silicon, the microtips 3 being then performed by a silicon microelectronics technology ("above IC" technology). ). The microtips may, for example, be made from silicon, optionally coated with a conductive and / or hard material, for example titanium nitride (TiN), tungsten carbide (W2C) or amorphous diamond-carbon. (quasi-diamond, possibly doped to be conductive), as described in the article "Processes for manufacturing silicon micropoints", D. Moreau et al., Vacuum, No. 282, Oct-Dec.96, p.463 -477, ISSN 1266-0167 or in the article "Novel 5 probes for scanning probe microscopy", E. Oesterschulze, Applied Physics A
66, 1998, S3-S9.66, 1998, S3-S9.
Pour garantir l'absence d'usure des micro-pointes, il est également envisageable de les réaliser en diamant massif suivant le procédé décrit dans 10 I 'article " Fabrication of monolithic probes for scanning probe microscopy In order to guarantee the absence of wear of the micro-tips, it is also conceivable to make them into solid diamond according to the method described in the article "Manufacture of monolithic probes for scanning probe microscopy".
aplications ", C. Mihalcea et aI., Applied Physics A 66,1998, S87-S90. applications, C. Mihalcea et al., Applied Physics A 66, 1998, S87-S90.
Le support de mémoire est constitué par un empilement de couches constituant la membrane souple 2. L'empilement de couches comporte principalement deux 15 couches, une première couche faisant fonction de mémoire et une seconde couche, dite couche mécanique, destinée à assurer une certaine rigidité à la membrane souple. La première couche, faisant fonction de mémoire, est dans un matériau dépendant des techniques d'enregistrement envisagées, par exemple en matériau thermoplastique, en matériau à changement de phase, en 20 matériau magnétique, etc... D'autres couches peuvent éventuellement assurer des fonctions thermiques ou électriques, certaines couches pouvant contribuer The memory medium is constituted by a stack of layers constituting the flexible membrane 2. The stack of layers mainly comprises two layers, a first layer acting as a memory and a second layer, called a mechanical layer, intended to provide a certain degree of rigidity. to the flexible membrane. The first layer, acting as a memory, is in a material depending on the recording techniques envisaged, for example thermoplastic material, phase-change material, magnetic material, etc. Other layers may optionally provide thermal or electrical functions, some layers that can contribute
simultanément à plusieurs fonctions. simultaneously to several functions.
Les figures 7 et 8 illustrent deux étapes successives de fabrication d'un cadre 25 en silicium 1 et de la couche mécanique de la membrane portée par le cadre 1. FIGS. 7 and 8 illustrate two successive steps of manufacturing a silicon frame 1 and the mechanical layer of the membrane carried by the frame 1.
Dans une première étape (figure 7), la couche mécanique 6, dure, est déposée sur une couche 7 de silicium d'une épaisseur de 100 à 500,tm, orientée (1, 0, 0). La couche mécanique 6 est, par exemple, constituée par un revêtement de carbone-diamant amorphe ou quasi-diamant (" DLC: diamond-like carbon "), déposé sur la couche de silicium 7 par tout procédé connu, par exemple par dépôt chimique en phase vapeur (CVD) ou par dépôt physique en phase vapeur (PVD). Les motifs des alvéoles sont ensuite réalisés par photo-insolation de 5 résine sur la face de la couche de silicium 7 opposée à la couche mécanique 6, In a first step (FIG. 7), the hard mechanical layer 6 is deposited on a silicon layer 7 with a thickness of 100 to 500 μm, oriented (1.0 ×). The mechanical layer 6 is, for example, constituted by an amorphous or quasi-diamond carbon-diamond coating ("DLC: diamond-like carbon") deposited on the silicon layer 7 by any known method, for example by chemical deposition. in the vapor phase (CVD) or by physical vapor deposition (PVD). The patterns of the cells are then made by photoinflammation of the resin on the face of the silicon layer 7 opposite to the mechanical layer 6,
de manière à former un masque 8 de résine. so as to form a resin mask 8.
La couche 7 de silicium est ensuite gravée chimiquement, par exemple par attaque d'hydroxyde de potassium (KOH) au travers du masque de résine 8. La 10 gravure, réalisée suivant des plans cristallins préférentiels (1, 1, 1), est sélective et s'arrête sur la couche mécanique 6 de la membrane. La partie restante de la couche de silicium constitue ainsi le cadre 1 dans lequel sont formées les alvéoles, dont le fond est constitué par la couche mécanique 6 de la membrane, The silicon layer 7 is then etched chemically, for example by etching potassium hydroxide (KOH) through the resin mask 8. The etching, carried out according to preferred crystalline planes (1, 1, 1), is selective. and stops on the mechanical layer 6 of the membrane. The remaining part of the silicon layer thus constitutes the frame 1 in which the cells are formed, the bottom of which consists of the mechanical layer 6 of the membrane,
ainsi portée par le cadre.thus supported by the framework.
Dans le mode de réalisation particulier illustré à la figure 8, une couche résiduelle de silicium est conservée, en contact avec la couche mécanique 6 de la membrane. Cette couche résiduelle de silicium 9 permet d'augmenter la In the particular embodiment illustrated in FIG. 8, a residual layer of silicon is preserved, in contact with the mechanical layer 6 of the membrane. This residual layer of silicon 9 makes it possible to increase the
rigidité de la membrane ou d'assurer un contact mécanique spécifique. stiffness of the membrane or to ensure a specific mechanical contact.
Les autres couches de la membrane, couche faisant fonction de mémoire et couches d'encapsulation complémentaires peuvent ensuite être réalisées sur la couche mécanique 6. Ces couches pourraient éventuellement être réalisées avant la gravure de la couche de silicium 7. Dans ce cas, il est néanmoins 25 nécessaire de les protéger de l'attaque chimique, par exemple au moyen d'une The other layers of the membrane, memory-acting layer and complementary encapsulation layers can then be made on the mechanical layer 6. These layers could possibly be made before the etching of the silicon layer 7. In this case, it is nevertheless necessary to protect them from chemical attack, for example by means of a
enceinte fixée de manière étanche sur la couche de silicium 7. enclosure sealed to the silicon layer 7.
Dans la variante représentée à la figure 9, les première et secondes couches de la membrane (couche 10 faisant fonction de mémoire et couche mécanique 6) sont représentées, la micro-pointe 3 venant en contact avec la couche mécanique 6. Ceci peut permettre, dans certains cas, de disposer d'une force d'appui significative entre la micro-pointe et le support de mémoire, sans toutefois exercer de contrainte sur la couche 10 faisant fonction de mémoire. 5 Une telle force d'appui peut, notamment, s'avérer intéressante dans le cas d'un In the variant shown in FIG. 9, the first and second layers of the membrane (layer 10 acting as memory and mechanical layer 6) are represented, the micro-tip 3 coming into contact with the mechanical layer 6. This may allow, in some cases, to have a significant bearing force between the micro-tip and the memory medium, without exerting stress on the layer 10 acting memory. Such a support force may, in particular, be of interest in the case of a
enregistrement électrique sur un matériau à changement de phase. L'épaisseur de la couche mécanique 6 permet de déterminer la force applicable sans solliciter la couche 10 faisant fonction de mémoire, déposée sur la face de la couche mécanique opposée à la face de la membrane en contact avec les 10 micro-pointes 3. electrical recording on a phase change material. The thickness of the mechanical layer 6 makes it possible to determine the applicable force without stressing the layer 10 acting as a memory, deposited on the face of the mechanical layer opposite to the face of the membrane in contact with the micro-tips 3.
Le dispositif selon l'invention permet ainsi de choisir entre une force d'appui faible et une force d'appui plus élevée, en fonction des techniques d'enregistrement utilisées, ce qui n'est pas possible avec un dispositif utilisant 15 des cantilevers. The device according to the invention thus makes it possible to choose between a weak support force and a higher support force, depending on the recording techniques used, which is not possible with a device using cantilevers.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers décrits cidessus. En particulier la membrane souple 2 peut comporter une couche en The invention is not limited to the particular embodiments described above. In particular, the flexible membrane 2 may comprise a layer
carbone-diamant, en silicium, en oxyde de silicium (SiO2) ou même en métal. carbon-diamond, silicon, silicon oxide (SiO2) or even metal.
Claims (9)
Priority Applications (7)
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|---|---|---|---|
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Family Applications (1)
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