專利名稱：鐵電信息存儲介質(zhì)及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的裝置和方法涉及具有用于存儲信息的鐵電材料的鐵電信息存 儲介質(zhì)并且，更特別地，涉及具有作為信息存儲單元的鐵電納米點層的鐵電 信息存儲介質(zhì)以及制造該鐵電信息存儲介質(zhì)的方法。
背景技術(shù)：
因為數(shù)據(jù)存儲設(shè)備例如傳統(tǒng)硬盤和光盤的快速發(fā)展，已經(jīng)研發(fā)出記錄密度為180Gb/incP或以上的信息存儲介質(zhì)。然而，數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展需要 進一步增加信息存儲介質(zhì)的容量。因為超順磁限制或光盤的激光衍射，限制了傳統(tǒng)的硬盤的記錄密度。近 來，通過使用近場光技術(shù)克服光衍射的限制，已經(jīng)研發(fā)出記錄密度為 100Gb/inc^或以上的信息存儲介質(zhì)。另外，對于硬盤驅(qū)動器的情況，使用不 連續(xù)軌道介質(zhì)，已經(jīng)證實了 400Gb/incW的記錄密度。同時，已經(jīng)在研究使用尖端探針制造與傳統(tǒng)信息存儲介質(zhì)不同的高容量 信息存儲介質(zhì)，可以使用原子力顯微鏡(AFM)觀察該尖端探針。因為尖端 探針可被制造到幾個納米的尺寸，所以使用尖端探針可以觀察到原子級的表 面結(jié)構(gòu)。當(dāng)使用具有上述特性的尖端探針時，理論上可以制造容量為每平方 英寸兆兆位級的信息存儲介質(zhì)。然而，當(dāng)使用尖端探針時，因為傳統(tǒng)鐵電薄 膜的多晶體的晶體尺寸不均勻，所以信息存儲介質(zhì)中傳統(tǒng)鐵電薄膜數(shù)據(jù)保持 性較弱。發(fā)明內(nèi)容為了解決上述和/或其他問題，本發(fā)明提供了具有由尺寸一致的鐵電納米 點形成的信息存儲層的鐵電信息存儲介質(zhì)。本發(fā)明還提供制造該鐵電信息存儲介質(zhì)的方法。互分離，且多個鐵電納米點形成單個位區(qū)。
鐵電納米點具有15納米或更小的直徑。 鐵電納米點在電極上形成單層。
鐵電納米點由從PbTi03, KNb03,和BiFe03中選擇的至少 一種形成。
襯底由硅，玻璃和鋁中的至少一種形成。
鐵電信息存儲介質(zhì)還包括在鐵電納米點上的保護層。
鐵電信息存儲介質(zhì)還包括在保護層上的潤滑層。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種制造鐵電信息存儲介質(zhì)的方法，包括 a)在襯底上形成電極；b)形成包括用于在電極上形成鐵電材料的金屬材料 的前體納米點層；c)給前體納米點層提供反應(yīng)氣體使之與前體納米點層的 前體納米點反應(yīng)來形成鐵電納米點；以及d)通過對前體納米點層退火 (annealing )形成《失電納米點。
前體納米點層的形成包括在前體納米點層的每一個前體納米點的表面 上配位有才幾分散劑。
前體納米點層由; 皮此分離的多個前體納米點形成。
前體納米點具有15納米或更小的直徑。
前體納米點層的形成包括在電極上以薄膜狀形成溶液，前體納米點分散 在該溶液中。
從包括旋涂法，浸漬涂層法，刮刀涂布法，絲網(wǎng)印刷法，化學(xué)自組裝法， Langmuir-Blodgett方法，和噴涂法的組中選擇至少一種方法用來形成薄膜狀。
該溶液包括濃度為0.05到1 wt。/o的前體納米點。
溶液的溶劑可以是從氯仿，二氯曱烷，正己烷，曱苯，乙醚，丙酮，乙 醇，吡啶，和四氫呋喃中選擇的至少一種有機溶劑。 前體納米點層可以是單層的前體納米點。 前體納米點層的形成還可以包括去除有機分散劑。
去除有機分散劑包括對前體納米點層退火或在02等離子體中處理前體 納米點層。
前體納米點層的形成包括形成前體納米點，該前體納米點包括從Ti, Nb，和Fe中選擇的至少 一種。
鐵電納米點的形成包括在400到900°C的溫度下退火。鐵電納米點的形成包括從PbTi03, KNb03 ，和BiFe03中選擇至少 一種 來形成納米點層。


通過參考附圖詳細描述具體實施方式
，本發(fā)明的上述和其他特征以及各 方面將變得更加清楚，其中圖1是說明根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例具有鐵電納米點層的鐵電信息 存儲介質(zhì)的截面圖；圖2是說明圖1的鐵電納米點排列的圖；圖3A到3D是說明根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例制造具有鐵電納米點 的鐵電信息存儲介質(zhì)的方法的截面圖；圖4展示了 Ti02納米點形狀和大小的透射電子顯微鏡(TEM)圖像；以及圖5是展示在Ti02納米點表面上帶有羧基的分散劑配位的示意圖。
具體實施方式
參照展現(xiàn)本發(fā)明具體實施方式
的附圖，本發(fā)明所述的具有鐵電納米點的 鐵電信息存儲介質(zhì)和制造鐵電信息存儲介質(zhì)的方法將被更加充分地闡明。在 附圖中，為了清楚起見層和區(qū)域的厚度被夸大。圖1是說明根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例具有鐵電納米點層的鐵電信息 存儲介質(zhì)的截面圖。參照圖1,電極20形成在襯底10上。雖然電極20神皮展示為較低的電極， 但并不限于此方向。由鐵電納米點32形成的鐵電納米點層30形成在電極20 上。鐵電納米點32均勻分布。在襯底10和電極20之間還可以包括粘性材 料(未示出)例如Ti02， Zr02，或Cr用于增強其間的粘性。另外，電極20 和鐵電納米點32之間還可以包括粘性材料(未示出)例如上述粘性材料。襯底10可以是，例如，廣泛用于半導(dǎo)體行業(yè)中的硅襯底，并且還可以 是玻璃襯底或氧化鋁襯底。電極20由例如Pt， Ir, Ir02,或SrRu03形成。鐵電納米點32由鐵電材料例如PbTi03形成，并且如圖2所示相互隔開。 鐵電納米點32的尺寸均勻地形成，隨后將在制造具有鐵電納米點的鐵電信息存儲介質(zhì)的方法中說明。鐵電納米點32具有15納米或更小的直徑，并且 鐵電納米點32之間的間隙是可以控制的。制造過程中，鐵電納米點32之間 自發(fā)形成預(yù)定間隙，并且不需要具有排列的結(jié)構(gòu)。多個納米點32成為1個 位的信息區(qū)。當(dāng)形成鐵電納米點32的直徑為幾個納米時，每平方英寸可以 形成l兆兆位的信息區(qū)。因此，本實施例所涉及的信息存儲介質(zhì)具有比傳統(tǒng) 信息存儲介質(zhì)高得多的記錄密度。
鐵電納米點32不限于PbTi03納米點。也就是說，鐵電材料例如BiFe03 或KNb03也可以用于形成鐵電納米點32。
鐵電納米點層30形成單層。還可以在鐵電納米點層30上形成保護層(未 示出)。該保護層可以是，例如類金剛石碳(DLC)層，或由各種材料形成 的其他材料層。潤滑層(未示出)還可以形成在保護層上。
圖1中的讀/寫頭可以是電阻探針或硬盤驅(qū)動器(HDD)的讀/寫頭。當(dāng) 脈沖電壓施加在讀/寫頭40和電極20之間時，鐵電納米點32的極化就會改 變。根據(jù)所施加電壓的極性，鐵電納米點32的極化方向向上或向下?？捎?讀/寫頭40讀取鐵電納米點32的極化狀態(tài)，并因此，可以讀取記錄在鐵電納 米點32形成的1個位區(qū)上的數(shù)據(jù)。
從下面相關(guān)的制造方法中，可清楚地理解本實施例所涉及的信息存儲介 質(zhì)的結(jié)構(gòu)。
圖3A到3D是說明根據(jù)本發(fā)明的一個具體實施例制造具有鐵電納米點 的鐵電信息存儲介質(zhì)的方法的截面圖。相同的附圖標記用來表示與圖1中的 元件基本上相同的元件，并因此，相關(guān)的詳細說明將不再重復(fù)。
參照圖3A，粘接層12形成在襯底10上并且電極20形成在粘接層12 上。襯底10可以是，例如硅村底，玻璃村底，或氧化鋁襯底。如果使用硅 村底，那么在襯底10上形成Si02層。粘接層12增強了襯底10和電極20 之間的粘性并通過沉積粘性材料諸如Ti02， Zr02,或Cr形成。通過沉積例 如Pt， Ir， Ir02或SrRu03等材料，形成厚度為100納米或更小的電極20。
參照圖3B，前體納米點層34形成在電極20上，該前體納米點層包括 用于形成鐵電材料的金屬材料。前體納米點層34由多個前體納米點36形成， 并且該前體納米點以與圖2中所描述的鐵電納米點32相同的方式相互隔開。 在電4及20上薄膜形成溶液用于形成前體納米點層34，該溶液中前體納米點 36通過有機分散劑38被分散。鐵電材料可以是，例如，PbTi03， KNb03,或BiFeOs。用于形成鐵電材料的金屬可以是Ti， Nb，或Fe,以及這些金屬 的氮化物或氧化物可以形成鐵電材料。使用例如旋涂法，浸漬涂層法，刮刀涂布法，絲網(wǎng)印刷法，化學(xué)自組裝 法，Langmuir-Blodgett方法，和噴涂法中 一種進行薄膜形成處理。有機分散劑38在前體納米點36上配位，并通過有機分散劑38使前體 納米點36相互隔開。前體納米點36形成15納米或更小的直徑，并以單層 形成。接下來，將說明在電極20上形成Ti02納米點的方法。 按照如下方法在溶液中合成Ti02納米點。在裝有回流冷凝器的燒瓶中 通過慢慢增加反應(yīng)溫度到320°C,同時地混合0.4g油酸，20ml三辛胺，lml 油胺，和0.1g氯化鈦，并且反應(yīng)混合物的反應(yīng)在32(TC的反應(yīng)溫度下保持兩 小時。反應(yīng)完成后，盡可能快地冷卻反應(yīng)混合物，并且通過添加非溶劑丙酮 來離心分離反應(yīng)混合物。除了離心分離的沉淀物，反應(yīng)混合物上面部分的液 體被除去，并且沉淀物分散在正己烷中用以獲得約為lwt。/。的溶液。 一種有 機溶劑，例如，氯仿，二氯曱烷，正己烷，曱苯，乙醚，丙酮，乙醇，吡啶， 和四氫呋喃可以用來替代溶液中的溶劑正己烷。圖4展示了使用該方法制造的Ti02納米點的透射電子顯微鏡(TEM) 圖像。圖5是表示在Ti02納米點表面上帶有羧基的分散劑配位的示意圖。如 圖5所描述的，Ti02納米點的表面被油酸基所包圍。溶液被旋涂在電極20 上，該溶液中分散著Ti02納米點。此時，通過控制旋涂率、Ti02納米點濃 度、或溶劑類型而形成Ti02納米點的單層。被旋涂在電極20上的Ti02納米 點通過包圍在Ti02納米點表面上的油酸自發(fā)地分離和自組裝。也就是說， 自組裝不是精確的排列，而是保持每一個Ti02納米點相互間存在一定的間 隙。Ti02納米點的濃度可以是0.05到lwt%。如果Ti02納米點的濃度低于 0.05 wt%，那么Ti02納米點之間的間隙會很大，并因此會降低Ti02納米點 的密度。如果Ti02納米點的濃度高于1 wt%，那么Ti02納米點層形成的很 厚，并因此很難形成Ti02納米點單層。接著，除去前體納米點36表面上配位的有機分散劑38。通過在02等離 子體中處理1到5分鐘或在隨后的步驟中退化處理除去有機分散劑38。參照圖3C,為了使前體納米點36變?yōu)殍F電納米點32,由Ti02形成的 前體納米點36與PbO反應(yīng)氣體反應(yīng)。對于由不同材料形成的前體納米點36, 使用不同的反應(yīng)氣體。例如，如果前體納米點36是Ti前體納米點或TiN前 體納米點，則還要提供氧氣。如果前體納米點36是FeO前體納米點，則使 用Bi203反應(yīng)氣體，以及如果前體納米點36是NbO前體納米點，則使用K20 反應(yīng)氣體。如果前體納米點36是Fe或Nb前體納米點，在氧氣氣體中通過 提供相應(yīng)的反應(yīng)氣體形成鐵電納米點32。鐵電納米點32形成為單層鐵電納 米點層30。通過熱蒸發(fā)方法或濺射方法提供PbO反應(yīng)氣體。例如，氣態(tài)PbO可以 通過退火和蒸發(fā)PbO粉末獲得。另外，氣態(tài)PbO可以通過在包含氧氣02的 等離子體氣氛中濺射Pb靶或PbO靶而很容易地獲得。前體納米點36和反應(yīng)氣體之間的反應(yīng)在400到900。C的溫度范圍內(nèi)進 行。如果反應(yīng)溫度低于40(TC，前體納米點36和反應(yīng)氣體之間的反應(yīng)不能平 穩(wěn)地實現(xiàn)。如過反應(yīng)溫度高于900°C，則反應(yīng)氣體會從已經(jīng)形成的鐵電納米 點32中蒸發(fā)。.參照圖3D，保護層41和潤滑層42還可以形成在鐵電納米點32上。保 護層41和潤滑層42的形成在制造信息存儲介質(zhì)的方法中是熟知的，并因此， 相關(guān)的描述被略去。在本發(fā)明所涉及的制造具有鐵電納米點32的信息存儲介質(zhì)的方法中， 當(dāng)形成鐵電納米點32時，因為前體納米點36已經(jīng)被分離，所以即使在800 到900。C的高溫下，阻止了前體納米點36通過彼此接觸而再生長。因此，由 于導(dǎo)致有利晶體結(jié)構(gòu)的高溫生長，鐵電納米點32的尺寸是均勻的，因此增 強了信息存儲特性。另外，因為在鐵電納米點32之間幾乎沒有間隙，而接觸鐵電納米點32 的讀/寫頭部分40與鐵電納米點32之間的間隙相比相對較大，所以從讀/寫 頭部分的角度來看，鐵電納米點32的粗糙程度被認為是平滑的。根據(jù)本發(fā)明，因為鐵電納米點的直徑均勻控制到小于15納米并且鐵電 納米點彼此分離，所以阻止了退火過程中鐵電納米點的再生長。另外，鐵電 納米點均勻地并且自發(fā)地自組裝在電極上，并且多個納米點形成一個位區(qū)。 因此，鐵電納米點不需要精確地組裝。因此，精確圖案方法是不需要的。另夕卜，根據(jù)本發(fā)明的鐵電納米點層不是薄膜型鐵電層，而是其中納米點彼此分離的納米點層。因此，納米點晶體應(yīng)力減小，從而改善了鐵電信息存 儲介質(zhì)的磁信息存儲特性。
本發(fā)明所指的制造鐵電信息存儲介質(zhì)的方法是一種簡單而且容易的方 法，并且便于制造改善寫特性的鐵電記錄介質(zhì)。
參照相關(guān)具體實施方式
闡明并特別展示本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員知道 在不偏離所附權(quán)利要求所定義的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，形式和細節(jié) 上存在多種改變。
具體實施方式
僅僅應(yīng)考慮描述的方面而并不以限定為目 的。因此，本發(fā)明的范圍不是被本發(fā)明具體描述所限定而是被所附權(quán)利要求 所限定。
權(quán)利要求
1.一種鐵電信息存儲介質(zhì)包括襯底；形成在襯底上的電極；以及形成在電極上的鐵電納米點，其中鐵電納米點彼此相互分離，且多個鐵電納米點形成單個位區(qū)。
2. 如權(quán)利要求1所述的鐵電信息存儲介質(zhì)，其中該鐵電納米點具有15 納米或更小的直徑。
3. 如權(quán)利要求1所述的鐵電信息存儲介質(zhì)，其中該鐵電納米點在電極 上形成單層。
4. 如權(quán)利要求1所述的鐵電信息存儲介質(zhì)，其中該鐵電納米點由從 PbTi03, KNb03,和BiFe03中選擇的至少一種形成。
5. 如權(quán)利要求1所述的鐵電信息存儲介質(zhì)，其中該襯底由從硅、玻璃 和鋁中選擇的至少 一 種形成。
6. 如權(quán)利要求1所述的鐵電信息存儲介質(zhì)，還包括在鐵電納米點上的 保護層。
7. 如權(quán)利要求6所述的鐵電信息存儲介質(zhì)，還包括在保護層上的潤滑層。
8. —種制造鐵電信息存儲介質(zhì)的方法，包括a) 在襯底上形成電極；b) 形成包括用于在電極上形成鐵電材料的金屬材料的前體納米點層；c) 給前體納米點層提供反應(yīng)氣體使之與前體納米點層的前體納米點反 應(yīng)來形成鐵電納米點；以及d) 通過對前體納米點層退火形成鐵電納米點。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中前體納米點層的形成包括在前體納 米點層的每一個前體納米點的表面上配位有機分散劑。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中前體納米點層由彼此分離的多個前 體納米點形成。
11. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中前體納米點具有15納米或更小的 直徑。
12. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中前體納米點層的形成包括使溶液以薄膜狀形成在電極上，前體納米點分散在該溶液中。
13. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中使用從旋涂法，浸漬涂層法，刮 刀涂布法，絲網(wǎng)印刷法，化學(xué)自組裝法，Langmuir-Blodgett方法，和噴涂法 中選擇的至少 一種方法形成薄膜狀。
14. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中該溶液包括濃度為0.05到lwt% 的前體納米點。
15. 如權(quán)利要求12所述的方法，其中溶液的溶劑是從氯仿，二氯曱烷， 正己烷，曱苯，乙醚，丙酮，乙醇，吡啶，和四氫呋喃中選擇的至少一種有 機溶劑。
16. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中前體納米點層是單層的前體納米點。
17. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中前體納米點層的形成還包括去除有 機分散劑。
18. 如權(quán)利要求17所述的方法，其中去除有機分散劑包括對前體納米 點層退火或在02等離子體中處理前體納米點層。
19. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中前體納米點層的形成包括形成前體 納米點，該前體納米點包括從Ti， Nb，和Fe中選擇的至少一種。
20. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中鐵電納米點的形成包括在400到900 。C的溫度下退火。
21. 如權(quán)利要求9所述的方法，其中鐵電納米點的形成包括從PbTi03, KNb03,和BiFe03中選4奪至少一種以形成納米點層。
22. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中該鐵電納米點具有15納米或更小 的直徑。
全文摘要
提供一種具有鐵電納米點的鐵電信息存儲介質(zhì)和一種制造該鐵電信息存儲介質(zhì)的方法。該鐵電信息存儲介質(zhì)包括襯底，形成在襯底上的電極，以及形成在電極上的鐵電納米點，其中鐵電納米點彼此相互分離，并且多個鐵電納米點形成單個位區(qū)。
文檔編號G11B9/00GK101320577SQ20081014288
公開日2008年12月10日 申請日期2008年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月23日
發(fā)明者張銀珠, 洪承范, 田信愛, 西蒙·比爾曼, 金容寬 申請人:三星電子株式會社