[發明專利]AFM探針納米壓痕實現高密度信息存儲的方法

無效

• 申請號: 200710072530.7
• 申請日: 2007-07-20
• 公開（公告）號: CN101136227A
• 公開（公告）日: 2008-03-05
• 發明（設計）人: 王鈾;洪曉東;曾俊
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G11B9/14
• 分類號: G11B9/14;C08J5/18;C08L25/06
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所
• 代理人: 牟永林

技術領域

本發明涉及一種高密度信息存儲的方法。

背景技術

進入21世紀，納米技術(Nanotechnology)正以一場前所未有的新的技術革命將人類送入信息時代。美國前總統Clinton在關于納米科技的報告中預言：“美國國會圖書館的所有信息未來都可存儲在一塊方糖大小的芯片中”，對基于納米技術的超高密度信息存儲作了形象描述。超高密度信息存儲，一般是指信息點的直徑在10nm以下，其信息存儲能力是驚人的。信息時代的到來，迫切要求人們追求更高的存儲密度和更小的存儲點，當存儲點的大小達到納米尺度時，傳統的材料與技術將面臨著嚴峻的挑戰，磁存儲和光存儲的發展已接近其物理極限，因此對相應的超高密度存儲技術的研究必須積極探索新的技術手段和存儲理論。目前幾乎所有的超高密度存儲技術都是在薄膜介質上實現的，高質量功能薄膜與特種工藝技術相結合是超高密度信息存儲的關鍵。掃描探針顯微技術利用探針和樣品的各種相互作用，在納米級乃至原子級的水平上利用針尖修飾薄膜材料表面實現信息的寫入。有機和有機復合材料薄膜由于容易合成、體積小、重量輕、價格便宜、性能可控等特點，使其在不久的將來極有可能取代傳統的無機材料，而成為新一代的高密度存儲材料。

目前基于掃描隧道顯微鏡(STM)與原子力顯微鏡(AFM)技術，通過掃描探針進行信息存儲的方法有很多，歸納起來一般是使薄膜表面經歷一種空間上的限定模式的變化，這種變化可以由機械、物理、光學、電學、化學、磁力或者其中幾種作用的結合來實現，具體方法如下：

1.STM單原子操縱

目前，使用STM進行單原子操縱的較為普遍的方法是在STM針尖和樣品表面之間施加一適當幅值和寬度的電壓脈沖，一般為數伏電壓和數十毫秒寬度，在針尖和樣品之間形成強大的電場，表面上吸附的原子在強電場的蒸發下可以實現移動，提取和放置等操縱。但該方法對原子操縱需要很高的操作精度，必須要借助昂貴的超高真空STM設備實現，對實驗人員的操作技能要求很高，無法進行大規模工業化操作。

2.AFM表面機械刻蝕

目前，基于AFM探針采用機械方法進行信息存儲的研究較多，一般是在聚合物表面或金屬膜表面進行機械刻劃，對于金屬膜材料的機械刻劃只能采用金剛石針尖，這種針尖價格極其昂貴，普通AFM探針不能滿足要求；探針在刻蝕之后也會逐漸磨損，成本很高；另外，對于較厚的樣品在表面劃痕之后容易造成劃痕周圍移除材料的堆積，進而導致材料表面高度不均勻。

3.AFM注入墨水式刻蝕(Dip-Pen?Nanolithography)

AFM針尖裝入在固體基底上能夠自組裝“墨水”，通過針尖沿著表面運動墨水被轉移到基底上，通過化學或者電化學過程這種“墨水”材料被固定在底片表面。該方法可以直接寫進行刻蝕，簡單易行，能夠用于在各種基底材料上產生可控的納米結構，在100nm內可以精確控制壓痕結構大小形狀及間距，可用于軟和硬質材料。這種方法涉及到“墨水”的裝入過程，過程中可能存在一定程度的“墨水”泄漏，從而會對預刻蝕材料表面造成一定的污染，另外，某些特殊的“墨水”必須要求一定耐腐蝕或特殊的探針，操作起來工藝過程也較復雜。

4.AFM化學反應型刻蝕

a).陽極氧化方法

該方法原理是通過針尖與樣品之間發生的化學反應來形成納米尺度氧化結構的一種加工方法。該方法本身采用氧化過程，簡單易行，刻蝕出的結構性能穩定，這種方法可提供硬度足夠高的掩模，可以在低壓范圍內操作，避免高精度電子束曝光所產生的臨近效應影響。

b).納米接枝法

該方法是一種新的刻蝕方法，能夠在自組裝單層膜表面產生凸凹圖案，這種單層膜的納米圖案為在二維體系中研究不同的尺寸依賴現象例如納米彈性和空間受限化學反應提供可能。具體方法為用AFM針尖在自組裝單層膜基體上移動分子，并通過反應性被吸收物的自組裝反應來填充這些被移開的位置，與其他方法比較納米接枝法提供較高的空間精確性。可以成功用于有機、無機或生物材料(DNA、蛋白質等)。

c).液體中原位刻蝕方法

該方法用原子力顯微鏡探針控制導電的表面局部產生電化學反應過程，在局部表面合成一種材料，而刻蝕反應就是要把表面的局部材料移除。

這種類型的刻蝕方法都必須經過化學反應過程，時間很長，反應物或生成物很容易對AFM及探針造成腐蝕，另外一些副反應過程需要提純，非常復雜，對探針要求很高。