JP2004095158A - ルミネセンスに基づくデータ記憶装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
　ルミネセンスを用いた高密度データ記憶装置を提供すること。
【解決手段】
　光信号による超高密度データ記憶装置。この装置は、電子ビームを照射されたときに光を放射する発光層(210)を含む。この装置はデータビットを格納する相変化層(230)をさらに含み、該変化層は放射された前記光が検出器(230)に到達する前にその光を吸収または反射することができる。また、データを記憶および読み出しする方法は、相変化層(230)にデータビットを書き込むステップと、発光層(210)中に発光を生じさせるステップと、検出器(220)に到達した光量をモニタすることによりデータビット(140,150)を読み出すステップとを含む。
【選択図】　図２

　

Description

　本発明は、記憶装置の分野に関し、特にルミネセンスを用いたデータ記憶装置に関する。

　データ記憶装置は、コンピュータその他の電子装置において情報をデータビットの形態で記憶するのに用いられる。初期のデータ記憶装置としては、データをミリメートル大の寸法の穴で構成するコンピュータパンチカードが挙げられる。パンチカードをコンピュータにかけて、パンチカード上のデータを読み出していた。今日では、ミリメートル大の穴の代わりに、非常に小さなデータビットが用いられている。データビットが小さくなるのに従って、データビットを互いにより近接して配置することができるようになり、データ記憶装置に記憶するデータの密度を高めることができる。データビットの寸法がマイクロメートル、サブマイクロメートル、またはナノメートル大の寸法である場合、そのデータ記憶装置は超高密度データ記憶装置と呼ばれる場合がある。

　図１は、特許文献１に開示されている超高密度データ記憶装置を示している。この超高密度データ記憶装置は、一連の電界放出器１００と、該電界放出器１００の下方に配置されたデータ記憶層１１０と、電界放出器１００の下方にあるデータ記憶層１１０を支持するとともに該データ記憶層１１０を電界放出器１００に対して所望の位置に配置することが可能な超小型可動子１２０と、電界放出器１００にエネルギーを供給することが可能な電気接続１３０とを含む。電界放出器１００は、エネルギーの供給をうけると、データ記憶層１１０に電子ビームを照射して、データ記憶層のナノメートル大の部分を、図１に符号１４０で示す未書き込みのデータビットから符号１５０で示す書き込み済みのデータビットに変換することができる。この変換は、以下で説明する書き込み処理を用いて行われる。

　データ記憶層１１０にデータを書き込む場合、電気接続１３０を通して個々の電界放出器１００にエネルギーを供給し、選択された未書き込みデータビット１４０に電子ビームを照射させる。書き込み処理中は、電子ビームが、照射先の未書き込みデータビット１４０を第１の物質状態（たとえば、結晶状態であり、値「０」が割り当てられる場合がある）から第２の物質状態（たとえば、非晶質状態であり、値「１」が割り当てられる場合がある）へ変換するのに十分な程度の電力密度を有する。従って、値「１」を有するデータビットのデータ記憶層１１０への書き込みおよび記憶は、結晶状態の未書き込みデータビット１４０に電子ビームを照射し、そのデータビット１４０を適当に冷却して非結晶状態の書き込みデータビット１５０をそれぞれ形成することにより行なうことができる。

　データ記憶層１１０からデータを消去する場合、電気接続１３０を通して個々の電界放出器１００にエネルギーを供給し、選択された書き込み済みのデータビット１５０に電子ビームを照射させる。消去処理中は、電子ビームが、照射先の書き込み済みデータビット１５０を第２の物質状態（たとえば、非晶質状態であり、値「１」が割り当てられる場合がある）から第１の物質状態（たとえば、結晶状態であり、値「０」が割り当てられる場合がある）に変換するのに十分な程度の電力密度を有する。従って、非晶質状態の書き込み済みデータビット１５０に電子ビームを照射することによってそのデータビット１５０を適当に加熱し、結晶状態の消去済みのデータビット１４０を形成することにより、値「０」を有するデータビットをデータ記憶層１１０に復元することができる。

　データ記憶層１１０からデータを読み出す場合、電界放出器１００がデータビット１４０、１５０に電子ビームをもう一度照射する。しかしながら、電界放出器１００は、上記のように第１の物質と第２の物質との間でデータビット１４０、１５０を変換するのに十分な程度のエネルギーを有する電子ビームをデータビット１４０、１５０に照射する代わりに、変換を生じさせずに識別を行える程度の比較的低い電力密度の電子ビームをデータビット１４０、１５０に照射する。そして、データ読み出しのために、その低電力密度の電子ビームとデータビット１４０、１５０との間の相互作用をモニタする。

　読み出し処理の際、低電力密度のビームは、未書き込みのデータビット１４０に対して、書き込み済みのデータビット１５０に対するものとは異なる相互作用を生じさせる。たとえば、低電力密度のビームを結晶状態の未書き込みデータビット１４０に照射した場合、非晶質状態の書き込み済みデータビット１５０に照射したときよりも、少ない二次電子しか生成されない場合がある。従って、比較的低い電力密度のビームと、そのビームが照射しているデータビット１４０、１５０との間の相互作用をモニタすることにより（たとえば、生成される二次電子の数をモニタすることにより）、照射されたデータビット１４０、１５０が値「１」を記憶しているか、値「０」を記憶しているかを判定することができ、データ記憶層１１０に記憶されたデータを読み出すことができる。
米国特許第５，５５７，５９６号明細書

　本発明の目的は、ルミネッセンスを用いた高密度データ記憶装置および方法を提供することである。

　電子ビームをサブミクロン大のスポットサイズで放出することが可能な電子源と、該電子源に近接して配置され、該電子源から電子ビームを照射されたときに光を放射することが可能な発光物質を含む発光層と、該発光層の近くに配置された、前記光を検出するための検出器と、前記発光層と前記検出器との間に配置され、前記電子源からの電子ビームにより第１の相から第２の相へ局部的に変換されることが可能な相変化層とを含むデータ記憶装置。

　電子ビームをサブミクロン大のスポットサイズで放出することが可能な電子源と、該電子源に近接して配置され、該電子源から電子ビームを照射されたときに光を放射することが可能な発光物質を含む発光層と、該発光層の近くに配置された前記光を検出するための検出器と、前記発光層と前記検出器との間に配置され、前記電子源からの電子ビームにより第１の相から第２の相へ局部的に変換することが可能な相変化層とを有する装置においてデータを記憶および読み出しする方法であって、電子ビームを用いて相変化層の一部を第１の相から第２の相へ変換することによりデータを書き込むステップと、電力密度を低減した電子ビームを用いて発光層からの光放射を生じさせるステップと、発光層から放射され検出器に到達した光をモニタすることにより記憶媒体からデータを読み出すステップとを含む方法。

　超高密度データを記憶および読み出しする本装置および方法の好ましい実施形態について、添付の図面を参照しながら詳細に説明してゆく。図面において類似の符号は類似の構成要素を指している。

　下記の詳細な説明は、当業者がデータ記憶装置を製造及び使用できるようにするために提供するものである。データ記憶装置並びにデータを記憶及び読み出しする方法を完全に理解してもらうため、説明の都合上、特定の専門用語を使用する。しかしながら、装置の製造および動作について、それらの特定の詳細が必須でないことは、当業者にとって明らかであろう。特定の応用形態の説明は、代表的な例として提供するものに過ぎない。当業者であれば好ましい実施形態の様々な変更が容易に明らかとなるはずであり、本明細書に記載する一般的な原理は、本明細書で説明する装置および方法の思想および範囲から逸脱することなく、他の実施形態および応用形態にも適用することができる。本明細書で説明する装置および方法は例示の実施形態に限定することを意図するものではなく、本明細書に開示する原理および特徴に合致する最大限広い範囲が認められるべきである。

　上記の超高密度データ記憶装置よりも優れた、さらに別のタイプの超高密度データ記憶装置が必要とされている。この要求に応じて、光学的に動作する超高密度データ記憶装置のいくつかの実施形態について以下で説明する。それらの装置には、マイクロメートル大、サブミクロン大、および／またはナノメートル大のデータビットが含まれる場合がある。

　次に図２を参照すると、超高密度データ記憶装置の一実施形態の断面図が示されている。この装置は、高電力密度の電子ビームｅ^-（破線で図示）又は低電力密度の電子ビームをどちらも放出することが可能な電子源２００を有する。電子ビームｅ⁻は、ビームの経路全体にわたってサブミクロン大のスポットサイズを維持することが好ましい。

　当分野において知られているように、大多数の超高密度データ記憶装置は、ビームの経路にわたってナノメートル大のスポットサイズを維持する電子ビームを放出することが可能な電子源２００を有する。電子源２００には、十分な電力密度の電子ビームを放出し、かつ所望のスポットサイズを維持することが可能な電界放出器または他のそのような装置が用いられる。

　図２に示すように、電子源２００の上には電子源に近接して発光層２１０が配置される。発光層２１０は、電子源２００から電子ビームを照射されたときに光を放射することが可能な発光物質を含む。発光層２１０は、イットリウム・アルミニウム・ガーネット（ＹＡＧ）系物質またはイットリウム・アルミニウム・ペロブスカイト（ＹＡＰ）系物質を含むことができる。また発光層２１０は、希土類元素のドーパント、及び／又は、酸化亜鉛、ＧａＮ、硫化亜鉛、Ｓｉ₃Ｏ₄のうちの少なくとも１つを含むことができる。

　もう一度図２を参照すると、発光層２１０が放射する光の一部は、波線矢印で表現され、符号ｈνで示されている。光は概ね全方向に放射されるが、分かりやすくする目的で、発光層２１０の底部から離れていく光の部分のみを図示している。

　図２に示すように、発光層２１０に隣接して相変化層２３０が配置される。以下で説明するように、相変化層２３０は、局部的に第１の相から第２の相へ変化させることができ、実施形態によっては界面を共有しながら発光層２１０に直接隣接して配置される場合もある。実施形態によっては、この界面に反射防止コーティングが存在する場合もある。

　図２をさらに参照すると、検出器２２０は、相変化層２３０の近く（たとえば、数マイクロメートル内）に位置するように配置することができる。代替実施形態として、検出器２２０は相変化層２３０に接触させることもできる。たとえば、相変化層２３０、オプションの反射防止コーティング（図２には図示せず）、および発光層２１０は、限定はしないが、フォトダイオードやフォトトランジスタなどの検出器２２０の上に堆積させることもできる。

　高密度データ記憶装置において、特にその装置に並列読み出しチャネルが含まれる場合、複数の検出器２２０を用いる場合がある。複数の検出器２２０を用いる場合、隣接データビットと検出器２２０との間のクロストークを最小限に抑えるため、検出器２２０は、検出器同士間の距離よりも相変化層２３０に近づけて配置することが好ましい場合がある。

　上記の検出器（単数の場合も複数の場合もあり）２２０は通常、発光層２１０から放射される光ｈνを検出することができる。しかしながら、検出器２２０で光ｈνを検出するためには、光ｈνが、検出器２２０によって検出が行なわれる場所まで進行できなければならない。データ記憶装置の中には、検出器２２０が、発光層２１０が放射する光の波長域とは厳密に一致しない波長域の光を選択的に検出するように選択されるものもある。それらのタイプの検出器２２０については、図６を参照しながら後で詳しく説明する。

　相変化層２３０における第１の相と第２の相との間の変換は、電子源２００により生じさせることができる。電子源２００が十分高い電力密度の電子ビームを適当なパルス形状で放出すれば、その変換を生じさせることができる。好ましくは、電子ビームは、相変化層２３０の書き込みすべき領域すなわち相変化させるべき領域、又は、その相変化層２３０の領域に隣接する発光層２１０の領域にも入射（すなわち照射）させるべきである。

　当分野で知られているように、適当な冷却条件とともに、相変化層２３０または該相変化層２３０に隣接する発光層２１０の領域に、十分に高い電力密度の電子ビームを繰返し照射することにより、図３にさらに詳細に図示及び表現するように、相変化層２３０の第１の相の領域２５０中に複数の第２の相の領域２４０を生じさせることができる。

　図２に示すデータ記憶装置では、発光層２１０に光を生じさせた後、生じた光の少なくとも一部は、相変化層２３０の第１の相の領域２５０を比較的自由に通過することができる。図２の第１の相の領域２５０は光学的に透明であり、光透過性をもつので、これは事実である。しかしながら、図３に示すように、光が第２の相の領域２４０を通り抜けようとした場合、その光の少なくとも一部は第２の相の領域２４０で吸収される（実施形態によって光の一部が吸収されたり、反射されたりする場合がある）。従って、図３に示すように、発光層２１０中で光が生じる場所と検出器２２０との間に第２の相の領域２４０がある場合、その光のほとんどまたは全ては検出器２２０に到達することができず、検出されないことになる。

　発光層２１０は、相変化層２３０と合わせて図２および図３に示す装置のデータ記憶媒体を構成し、第１の相の領域２５０および第２の相の領域２４０は、各データビットを構成する。所望により、第１の相の領域２５０に例えば「０」の値を割り当て、第２の相の領域２４０に例えば「１」の値を割り当てることができる。データ記憶媒体からデータを読み出す場合、電子源２００からの電力密度を低減した電子ビームを用いて、発光層２１０の局部的な領域に光の放射を生じさせることができる。この低減された、すなわち比較的低い電力密度の電子ビームが発光層２１０に進入すると、光の放射が生じる。

　検出器２２０を用いると、放出された光のうちのどの位の量が受光されるかをモニタすることができる。光の放射が生じた位置と検出器２２０の位置との間に第２の相の領域２４０が存在せず、放射が遮断されない場合、検出器２２０は比較的多量の光を検出することになる。しかしながら、光の放射が生じた位置と検出器２２０の位置との間に第２の相の領域２４０が存在し、放射が実質的に遮断される場合、検出器２２０は比較的少量の光しか検出しないことになる。従って、実質的に一定電力で低電力密度のビームを記憶媒体に連続的に照射し、電子源２００と記憶媒体との間で相対運動を行なうことにより、検出器２２０が比較的少ない量の光しか検出しない場合は、記憶媒体から「１」のデータビットを検出すなわち読み出しすることができ、比較的多量の光が検出された場合は、記憶媒体から「０」のデータビットを読み出すことができる。このようにして、図２および図３に示す超高密度データ記憶装置からデータを取り出すことができる。

　図２に示すような超高密度データ記憶装置へのデータの書き込みは、相変化層２３０の１以上の部分を透明な第１の相から不透明な第２の相へ変換し、あるいはその逆に変換し、相変化層２３０において個々の第１の相の領域２５０および第２の相の領域２４０を形成することを含む。上で説明したように、相変換は、相変化層２３０の選択された領域に電子ビームを照射した後、その照射された領域を適当に冷却することにより実施することができる。例えば、光学的に透明な結晶性の第１の相の物質に、その物質を溶解するのに十分な程度の電力密度の電子ビームを照射した後、その物質を急冷するのに十分な程度速く冷却すると、その物質を不透明な非結晶性の第２の相の物質にすることができる。同様に、光学的に不透明な非結晶性の第１の相の物質に、その物質を溶解するのに十分な程度の電力密度の電子ビームを照射した後、結晶構造が形成される程度十分ゆっくりと冷却した場合、その物質を光学的に透明な結晶性の第２の相にすることができる。

　他の例として、相変化層２３０中の光学的に不透明な化合物に電子ビームを照射することにより前記の第２の相の領域２４０を形成し、その不透明な化合物を揮発、酸化すること等により透明な化合物に変換することもできる。そして、不透明な化合物を第１の物質状態とし、透明な化合物を第２の物質状態とすることができる。

　記憶媒体に書き込みを行うための他の代替形態は、まず発光層２１０を電子ビームで局部的に加熱することを含む。そして発光層２１０中の熱が発光層２１０から相変化層２３０へ逃げる、即ち移動するのに従って、その熱により相変化層２３０の一部を第１の相から第２の相へ局部的に変換することができる。そのような書き込み処理は、発光層２１０の融点が相変化層２３０の融点よりも高い場合に最もうまくゆく。その理由は、相変化層２３０に書き込みを行う際に、発光層２１０の融解を防止することが一般に好ましいからである。また、発光層２１０には、相変化層２３０に書き込みを行うときに発光層２１０が達する温度によって発光特性が損われない物質を含むようなものを選択することができる。

　発光層２１０を局部的に加熱することにより相変化層２３０を変換することを含む書き込み処理によると、発光層２１０には、高い熱伝導率（たとえば、相変化層２３０に含まれる物質よりも高い熱伝導率）を有する物質を含むものを選択することができる。発光層２１０に高い熱伝導率を有する物質が含まれる場合、発光層２１０全体にわたる温度勾配を最小限に抑えることができるので、局部的加熱の結果として発光層２１０のどこかの部分の温度が損傷を受けるほど熱くなってしまう可能性を減らすことができる。

　一方、発光層２１０には、低い熱伝導率（たとえば、相変化層２３０に含まれる物質よりも低い熱伝導率）を有する物質を含むものを選択することもできる。薄い発光層２１０に低い熱伝導率を有する物質が含まれる場合、相変化層２３０を変化させる熱をさらに局部化することができ、相変化層２３０に書き込まれるデータビットを比較的小さなものにすることができる。そのような小さなデータビットにより、記憶媒体に記憶するデータをさらに高密度にすることができる。また、熱伝導率を低くすると、相変化を生じさせるのに必要となる電力も低減することができるので、より小電力の電子源２００または放出器を使用することが可能になり、装置全体の電力要件なども低減することができる。

　書き込みが終わった後、記憶媒体は、上記の方法で読み出すことが可能なデータを記憶しておくことができる。このようにして、サブミクロン大、あるいは場合によっては、ナノメートル大のデータビットの不揮発性記憶が可能になる。

　実施形態によっては、相変化層２３０の第２の相の部分２４０が、発光層２１０と相変化層２３０との間の界面付近にまで（あるいは相変化層を通して）延在する場合もあると考えられる。そのような実施形態の場合、界面付近での局部的な発光性および非発光性の再結合率は、相変化層２３０の隣接領域が第１の相であるか第２の相であるかに依存する場合がある。したがって、それらの実施形態では、発光層２１０に低電力密度の電子ビームを照射したとき、界面に第１の相の領域２５０が位置しているか第２の相の領域２４０が位置しているかに応じて、異なる量の光が生成される場合がある。これにより、電子源２００と記憶媒体とが相対移動するのに応じて検出器２２０に到達する相対的な光量を測定することによりデータビットを読み出すことができるという他の対比手段が得られる。

　次に図４を参照すると、発光層２１０と相変化層２３０とを有する他の超高密度データ記憶装置の断面図が示されている。図４の装置は、光学的に透明な第１の相の領域２５０と複数の反射性の第２の相の領域２４０とを含む相変化層２３０を有する。第１の相の領域２５０は、第１の相の領域２５０を通過しようとする光の大部分を通過させる。しかしながら、第２の相の領域２４０は、第２の相の領域２４０を通過しようとする光の大部分を反射する（超高密度データ記憶装置の実施形態の中には、第２の相の領域２４０が第２の相の領域２４０を通過しようとする光のかなりの部分を吸収するものもある）。従って、図４に示す装置からデータを読み出す場合、電子源２００から実質的に一定電力の低減された電力密度の電子ビームを放射しながら、電子源２００および記憶媒体を相対移動させることができる。そして、検出器２２０を用いて、検出器２２０に到達する光量をモニタすることができる。低レベルの光を検出した結果としてデータビット「１」を検出すなわち読み出すことができ、高レベルの光を検出した結果としてデータビット「０」を検出すなわち読み出すことができ、あるいはその逆も可能である。

　図２および図３に示したデータ記憶装置と同様に、第２の相の領域２４０は、電子ビームおよび適当な冷却条件を用いることにより相変化層２３０に書き込むことができる。図２〜図５に示した装置のように、データ記憶装置によっては、第１の相と第２の相との間で領域を変換するための適当な冷却条件が、周囲温度において電子ビームを十分速くオフにすることだけしか必要としないものもある。従って、追加の冷却構成要素は必要ない場合もある。

　次に図５を参照すると、発光層２１０が光学的に無色な媒体２６０と、その光学的に無色な媒体２６０に含まれる光学的に活性なナノ粒子２７０（すなわち、ナノメートル大の粒子）とを含む超高密度データ記憶装置の断面図が示されている。また、図５に示す素子は、電子源２００の近くに配置され、発光層２１０からの光を検出器２２０に向けて反射するオプションの反射コーティング２７５も有する。上記の発光層２１０と相変化層２３０との間には、オプションで第１の屈折率整合層２８０（反射防止層の場合がある）が配置される。特に検出器２２０が記憶媒体と接触する場合、記憶媒体は、相変化層２３０と検出器２２０との間に配置することが可能な第２の屈折率整合層２８５（反射防止層の場合がある）をオプションで有する場合がある。

　ナノ粒子２７０には、数ある物質の中でもとりわけ、ＩＩ−ＶＩ族およびＩＩＩ−Ｖ族の半導体化合物が含まれる。発光層２１０には、数ある物質の中でもとりわけ、ＺｎＯ、ＧａＮ、ＹＡＧ、ＹＡＰ及びＺｎＳが含まれる。相変化層２３０には、例えば光学記録において用いられる物質に類似したカルコゲニド系の相変化物質が含まれる。そして、第１の相の領域２５０には、例えばそれらの物質のうちの１つの結晶状態を用いることができ、第２の相の領域２４０には非晶質状態を用いることができる。厳密な相変化材料の選択は、発光層２１０が発する光の波長域だけでなく、検出器２２０で検出可能な波長域にも依存する。さらに、相変化層２３０、発光層２１０および検出器２２０の組み合わせを選択することにより、信号対雑音比を最適化することができる。相変化層２２０の選択は、他の層に損傷を与えないようにするのにどの程度低い融点が必要であるかということや、相変化層２３０と隣接層との反応性などにも依存する場合がある。

　反射コーティング２７５には、非常に薄い（たとえば、１ミクロン厚未満になる）ものを選択することができ、耐熱性で、反射コーティング２７５の発光層２１０との界面における反射特性への悪影響を防止できるものが好ましい。第１の屈折率整合層２８０、第２の屈折率整合層２８５、及び／又は、反射層も、非常に薄く、耐熱性のものを選択することができる。

　特に発光層２１０、反射コーティング２７５、および第１の屈折率整合層２８０を薄くする理由の１つは、それら内部での温度変化を最小限に抑えるためである。それらの層２１０、２７５、２８０が厚ければ、放出器に最も近い表面の温度は、相変化層２３０に相変化を生じさせるのに必要な温度よりも遥かに高くなるであろう。層２１０、２７５、２８０を薄くするもう１つの理由は、それらの層を厚くすると、熱が相変化層２３０に到達する前に横方向に拡散されてしまうので、相変化層２３０に小さなデータビットを書き込むのが難しくなるからである。

　このデータ記憶装置の実施形態のナノ粒子２７０は、低電力密度の電子ビームの照射を受けると、光を放出する。放出された光の一部は、相変化層２３０内に存在する第２の相の領域２４０のタイプに応じて、検出用の検出器２２０に向かって進む場合もあれば、実質的に吸収（例えば８０％より多く）され、検出器２２０の方向とは異なる方向に実質的に反射される場合もあり、あるいはその両方の場合もある。従って、図２〜図４を参照して先に説明した読み出しステップおよび書き込みステップは、図５に示す装置にも容易に適用することができる。

　図５に示す屈折率整合層２８０の目的は、発光層２１０から放射される光の量を最大にすることである。隣接した物質同士が近い屈折率を有している場合、それらの界面で反射される光の量が少なくなるので、図５に示す装置は、屈折率整合層２８０を持たない装置に比べて多量の光を検出器２２０まで進行させることができる。従って、発光層２１０で少量の光を発生させるだけで、検出器２２０による光の検出が可能になる。

　次に図６を参照すると、上記の相変化層２３０の１つに含まれる場合がある、ある物質の吸収スペクトル６００のグラフと、同物質のシフトされた放射スペクトル６１０のグラフとが示されている。超高密度データ記憶装置の中には、第２の相の領域２４０を通り抜けようとする第１の波長域（たとえば、発光層２１０が放射する光の波長域）の光の大部分を吸収する吸収性の第２の相の領域２４０を有するものがある。そして、この第２の相の領域２４０は、吸収した光のうちの少なくとも一部を、第２の波長域（たとえば、検出器２２０で検出可能な波長域）で再放射する。

　図２、図３および図５に示すようなデータ記憶装置においてそのような再放射を行なう第２の相の領域２４０を用いた場合、さらに別の読み出し方法を利用することができる。たとえば、再放射波長域６１０のうちの選択された小部分の光を検出する検出器２２０を設けることができる。そして、発光層２１０から吸収波長域６００の光放射を生じさせることができる。吸収波長域６００は、図６に示すように、再放射波長域６１０とわずかに重なり合うものでもよいし、あるいは再放射波長域６１０と全く重なり合わないものでもよい。そして、発光層２１０からの光放射のうちの少なくとも一部を相変化層２３０の第２の相の領域２４０で吸収し（すなわち、発光層２１０の光放射の場所と検出器２２０との間に第２の相の領域２４０が存在する場合）、吸収した光放射のうちの少なくとも一部を第２の相の領域２４０から再放射波長域６１０で再放射することができる。

　従って、再放射波長域６１０内にあるが放射波長域６００内にはない波長のサブセット中にある光を優先的に、あるいはそのような光だけを検出するように選択された検出器２２０を用いると、第２の相の領域２４０を検出することができる。第２の相の領域２４０の存在又は不在を検出することにより、記憶媒体から「０」および「１」のデータビットを読み出すことができる。このような検出は、相変化層２３０に、検出器２２０で検出可能な波長域において高いコントラストおよび／または優れた信号対雑音比が得られる物質を含むものを選択することができるので、光の吸収および／または反射の変化に依存する装置に比べて感度が高く、および／または、雑音が少ないものにすることができる。

　実施形態によっては、相変化層２３０内の物質が、検出器２２０によってモニタされる波長域でのみ、検出器２２０に到達する光に大きな変調を加えることができるものもある。それらの実施形態では、変調された光だけをモニタする検出器２２０を用いることにより、他の波長域に位置する無変調光からなる比較的不変な環境からの雑音を除去することができる。選択された波長域だけを検出する検出器２２０を使用する他の利点は、検出器２２０を装置の製造工程に組み込むのが容易になり、及び／又は、そのコストが安くなることである。

　効率的に光を再放射するために一つ考え得る事項は、所望の波長に放射の欠損を引き起こす物質を相変化層２３０にドープすることである。あるいは、直接バンドギャップ相変化層２３０の中には、欠損を用いることなく結晶状態で効率的に再放射することができるものもある。いずれの事項も、本明細書で説明した装置及び方法に従って利用することができる。

　図７は、超高密度データ記憶装置に対してデータの記憶および読み出しを行なうための方法を示すフロー図である。ステップ７００は、サブミクロン大のスポットサイズを有する電子ビームを放射することが可能な電子源２００と、該電子源２００に近接して配置され、電子ビームが照射されたときに光を放射することが可能な発光物質を含む発光層２１０とを有する装置を設けることを規定している。また、ステップ７１０は、発光層２１０の近くの位置に光を検出するための検出器２２０を設けるとともに、発光層２１０と検出器２２０との間の位置に相変化層２３０を設け、電子源２００により相変化層２３０を第１の相から第２の相へ局部的に変換できるようにすることを規定している。そして、ステップ７２０は、比較的高い電力密度の電子ビームを用いて相変化層２３０の一部を第１の相から第２の相へ変換することによりデータを書き込むことを規定している。最後に、ステップ７３０は、比較的低い電力密度の電子ビームを用いて発光層２１０に光放射を生じさせ、発光層２１０から放射され検出器２２０に到達した光をモニタすることによりデータを読み出すことを規定している。

　上で説明および例示した超高密度データを記憶および読み出しするための装置および方法は、例示的実施形態に関して説明したものであるが、当業者であれば、それらの教示を考慮して多数の変更形態を実施できることが分かるであろう。従って、本出願は、その何らかの変更形態をも含めることを意図している。

従来技術によるデータ記憶装置を示す斜視図である。 発光層と相変化層とを有するデータ記憶装置を示す断面図である。相変化層は光学的に透明な第１の相の領域と光学的に不透明すなわち吸収性の第２の相の領域とを有し、第２の相の領域は、発光層中で光が生成される位置と検出器の位置との間に位置していない。 光学的に不透明な第２の相の領域が発光層中で光が生成される位置と検出器の位置との間に配置されたときの、図２に示すデータ記憶装置を示す断面図である。 相変化層が光学的に透明な第１の相の領域と反射性の第２の相の領域とを含む場合の、発光層と相変化層とを有するデータ記憶装置を示す断面図である。 屈折率整合層と、相変化層と、光学的に活性なナノ粒子を含む光学的に無色な媒体とを含むデータ記憶装置を示す断面図である。 相変化層中のある物質の吸収スペクトルと、同物質のシフトされた放射スペクトルとを示すグラフである。 データ記憶装置に対してデータを記憶および読み出しするための方法を示すフロー図である。

符号の説明

２００　電子源
２１０　発光層
２２０　検出器
２３０　相変化層
２６０　光学的に無色な媒体
２７０　ナノ粒子
２８０　屈折率整合層

Claims (10)

1. 　電子ビームをサブミクロン大のスポットサイズで放出することが可能な電子源(220)と、
   　前記電子源(200)に近接して配置され、前記電子源(200)からの電子ビームで照射されている間に光を放射することが可能な発光物質を含む発光層(210)と、
   　　前記発光層(210)の近くに配置された、前記光を検出するための検出器(220)と、
   　前記発光層(210)と前記検出器(220)との間に配置され、前記電子源(200)からの電子ビームにより第１の相から第２の相へ局部的に変換することが可能な相変化層(230)と、
   　からなるデータ記憶装置。
2. 　前記第１の相のとき前記光が前記相変化層(230)を通過し、前記第２の相のとき前記光が反射される、請求項１のデータ記憶装置。
3. 　前記第１の相のとき前記光が前記相変化層(230)を通過し、前記第２の相のとき前記光が吸収される、請求項１のデータ記憶装置。
4. 　前記第１の相のとき、第１の波長域において前記相変化層（２３０）を通る前記光の通過が防止され、前記第２の相のとき、前記第１の波長域の光を吸収し、該光のうちの少なくとも一部を第２の波長域で再放射する、請求項１のデータ記憶装置。
5. 　前記発光層(210)は、光学的に無色な媒体(260)と、該光学的に無色な媒体(260)中の光学的に活性なナノ粒子(270)とを含む、請求項１のデータ記憶装置。
6. 　前記発光層(210)と前記相変化層(230)との間に配置された屈折率整合層(280)をさらに含む、請求項１のデータ記憶装置。
7. 　前記発光層(210)と前記電子源(200)との間に配置された反射層(280)をさらに含む、請求項１のデータ記憶装置。
8. 　データの記憶および読み出しをする方法であって、
   　　電子ビームをサブミクロン大のスポットサイズで放出することが可能な電子源(200)と、前記電子源(200)に近接して配置され、前記電子源(200)からの電子ビームで照射されている間に光を放射することが可能な発光物質を含む発光層(210)と、前記発光層(210)の近くに配置され前記光を検出するための検出器(220)と、前記発光層(210)と前記検出器(220)との間に配置され前記電子源(200)からの電子ビームにより第１の相から第２の相へ局部的に変換することが可能な相変化層(230)とを有する装置にデータを書き込むステップであって、電子ビームを用いて前記相変化層(230)の一部を前記第１の相から前記第２の相へ変換することを含む、書き込むステップと、
   　　低減された電力密度の電子ビームを用いて発光層(210)に光の放射を生じさせ、前記発光層(210)から放射され前記検出器(220)まで到達した光をモニタすることにより、前記装置からデータを読み出すステップと、
   　からなる方法。
9. 　前記書き込むステップは、前記発光層(210)を前記電子ビームで加熱し、前記発光層(210)から前記相変化層(230)へ熱が移動するのに従って、前記相変化層(230)の一部が前記第１の相から前記第２の相へ変換されるようにするステップをさらに含む、請求項８の方法。
10. 　前記読み出すステップは、
    　　第１の波長域の光を検出する検出器(220)を設けるステップと、
    　　前記発光層(210)から第２の波長域で光放射を生じさせるステップと、
    　　前記相変化層(230)で前記光放射のうちの少なくとも一部を吸収するステップと、
    　　前記相変化層(230)から前記第１の波長域で光を再放射するステップと、
    　をさらに含む、請求項８の方法。
    　
    

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