基于SPM的超高密度信息存儲關鍵技術研究.pdf

1、傳統(tǒng)的磁存儲、光存儲和半導體存儲受到超順磁效應、衍射現象和最小光刻單元的限制而存在各自的物理極限，基于掃描探針顯微術(SPM)的信息存儲技術能夠突破傳統(tǒng)存儲技術的物理極限，有望成為下一代的高密度存儲技術，但目前存在讀取速率低和探針壽命短等問題。針對上述問題，本論文將壓電功能材料鋯鈦酸鉛 (PZT)薄膜應用于 SPM 技術中，提出了新型的“熱-壓電-機械”數據存儲方法，并對其機理進行了詳細論述。 用于“熱-壓電-機械”數據存儲的讀

2、寫頭是由壓電懸臂梁探針組成的陣列，論文中用減小幾何尺寸的方法設計了一種低剛度高諧振頻率的懸臂梁式壓電探針，以非矩形不等截面多層復合結構的懸臂梁作為探針的力學模型，通過理論推導獲得探針的彈性常數為4N/m，諧振頻率為245kHz。以探針自由端部集成的微型加熱器為中心研究了探針的熱學特性，研究表明加熱器熱量散失的主要方式為通過梁體傳導到基體，次要方式為傳導到空氣中，而對流和輻射對熱量散失帶來的影響可以忽略。 數據寫入過程是針尖和介質

3、相互作用的過程，結合存儲介質聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)的材料特性和數據寫入機理，建立了包含力學接觸分析、熱傳導分析、粘彈性分析以及運動流體界面追蹤分析在內的六步模型來描述整個數據寫入過程，并用該模型對單個數據寫入過程進行了數值模擬，模擬結果顯示在加熱和加載力共同作用下最終形成中央凹陷50nm周圍凸起十幾納米的數據斑。模擬同時表明數據斑周圍的凸起是將介質在流體狀態(tài)擠出所致，而介質受熱膨脹的影響很小。 從電荷靈敏度的角度研究了數據

4、讀出，通過增加懸臂梁彈性層厚度、剝離部分鈍化層以及為PZT加直流偏壓等方法可提高電荷靈敏度，并以此優(yōu)化了探針結構和數據讀出過程。 利用微加工方法加工和制備了存儲系統(tǒng)的部分關鍵結構和材料。通過各向異性刻蝕法獲得了高寬比為1.56，尖端曲率半徑小于50nm的單晶硅針尖結構，通過旋涂法獲得了厚度為200nm左右表面粗糙度低于2nm的PMMA薄膜，通過等離子體增強化學氣相沉積法(PECVD)獲得了低應力的氮化硅薄膜以及非晶硅薄膜。