專利名稱：使用超順磁性顆粒的存儲(chǔ)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括信息載體和存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)系統(tǒng)。
本發(fā)明還涉及一種信息載體和存儲(chǔ)信息的器件。
背景技術(shù)：
在信息載體上使用磁性材料的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)是公知的，例如，可移動(dòng)型磁性信息載體如軟盤或非移動(dòng)型如硬盤。
從專利US 5,956,216獲知存儲(chǔ)系統(tǒng)、信息載體和用于存儲(chǔ)信息的器件。該文獻(xiàn)描述了圖案化型的磁性信息載體。信息載體具有提供磁性層的信息面，能夠從寫磁頭通過適合的磁場(chǎng)磁化該磁性層。特別地，信息面提供非磁性基板和具有兩個(gè)磁化值的磁疇元件。磁疇元件構(gòu)成用于存儲(chǔ)單個(gè)位數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)位置。器件具有頭和寫單元，用于在由信息載體上的存儲(chǔ)位置構(gòu)成的磁道中記錄信息。必須通過相對(duì)于存儲(chǔ)位置定位讀/寫磁頭、例如通過掃描磁道設(shè)置或重新得到存儲(chǔ)位置的值。已知的磁性存儲(chǔ)系統(tǒng)的問題在于掃描不能對(duì)任意存儲(chǔ)位置隨機(jī)存取。經(jīng)由跳躍將頭定位到所需的部分軌道上是費(fèi)時(shí)的。而且對(duì)于軟件對(duì)使用者的分布來說在存儲(chǔ)位置中存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的處理是復(fù)雜的。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括信息載體和用于在存儲(chǔ)位置有效地存儲(chǔ)信息的器件，且能夠?qū)Υ鎯?chǔ)位置快速存取。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，該目的獲得了如開頭段中定義的存儲(chǔ)系統(tǒng)，該信息載體具有信息面，該信息面提供有構(gòu)成存儲(chǔ)位置陣列的超順磁性材料圖案，在信息面處存在特定的超順磁性材料表示存儲(chǔ)位置的值，該特定的超順磁性材料對(duì)變化的磁場(chǎng)具有預(yù)定的響應(yīng)，以及具有接口面的存儲(chǔ)單元，用于與信息面共同工作，其接口面提供有用于生成變化磁場(chǎng)的場(chǎng)產(chǎn)生裝置，并具有磁性傳感元件陣列，每個(gè)磁性傳感元件都具有產(chǎn)生讀信號(hào)的敏感區(qū)和處理單元，該處理單元用于通過處理該讀信號(hào)經(jīng)由預(yù)定響應(yīng)來檢測(cè)所述的存在。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，該目的獲得了如開頭段中定義的信息載體，該信息載體具有信息面，該信息面提供有構(gòu)成存儲(chǔ)位置陣列的超順磁性材料圖案，在信息面處存在特定的超順磁性材料表示存儲(chǔ)位置的值，該特定的超順磁性材料具有對(duì)變化的磁場(chǎng)的預(yù)定響應(yīng)。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，該目的獲得了如開頭段中定義的存儲(chǔ)器件，其特征在于該器件包括用于與信息面共同工作的接口面，該接口面提供有場(chǎng)產(chǎn)生裝置用于生成變化的磁場(chǎng)，并提供有磁性傳感元件陣列，每個(gè)傳感元件都具有產(chǎn)生讀信號(hào)的敏感區(qū)和處理單元，該處理單元用于通過處理該讀信號(hào)經(jīng)由預(yù)定響應(yīng)來檢測(cè)所述的存在。
例如，以低成本制造工藝如壓印，在信息載體上提供材料的固定圖案?？梢酝ㄟ^傳感元件檢測(cè)在信息面處是否存在特定的超順磁性材料，用于讀取存儲(chǔ)位置的值。由與信息面共同工作的磁性傳感元件構(gòu)成的陣列的效果是，可以同時(shí)重新得到來自許多存儲(chǔ)位置的數(shù)據(jù)。這具有優(yōu)點(diǎn)，即數(shù)據(jù)以高密度且低成本存儲(chǔ)，且由于在讀出時(shí)的并行性可以以高速度存取。
本發(fā)明還以以下認(rèn)識(shí)為基礎(chǔ)。已知的磁性存儲(chǔ)系統(tǒng)提供了通過磁化記錄器件中的層或圖案中的材料可以記錄的信息載體。而且提供便宜數(shù)據(jù)分布的公知的光盤相對(duì)較慢且較大，且需要對(duì)機(jī)械振動(dòng)敏感的掃描機(jī)構(gòu)。固態(tài)存儲(chǔ)器件如EPROM和MRAM每位很昂貴。發(fā)明人認(rèn)為，通過在基板上具有特定超順磁性材料圖案的信息載體，可以提供結(jié)合在前系統(tǒng)的幾種優(yōu)點(diǎn)特性的新種類存儲(chǔ)。利用已知的制造技術(shù)，可以廉價(jià)地生產(chǎn)這種信息載體。該材料稱為超順磁性(superparamagnetic)，因?yàn)樵摬牧蠈?duì)由于超順磁性效應(yīng)引起的磁場(chǎng)變化具有預(yù)定的響應(yīng)，尤其是對(duì)場(chǎng)變化的特定的弛豫時(shí)間(relaxation time)。經(jīng)由變化的磁場(chǎng)，可檢測(cè)超順磁性材料是否存在。注意，檢測(cè)存儲(chǔ)位置的值不依賴于材料的磁性狀態(tài)，而是依賴于材料本身是否存在。磁性傳感元件生成對(duì)應(yīng)于在離存儲(chǔ)位置的預(yù)定近場(chǎng)的工作距離內(nèi)的場(chǎng)的讀信號(hào)，其實(shí)際上處于與存儲(chǔ)位置的最小尺寸相同數(shù)量級(jí)的幅度。利用固態(tài)生產(chǎn)方法可以生產(chǎn)合適的磁性傳感元件，例如已知生產(chǎn)的MRAM磁性存儲(chǔ)器件。處理該讀信號(hào)，以檢測(cè)超順磁性材料對(duì)場(chǎng)改變的響應(yīng)。
在本系統(tǒng)的實(shí)施例中，超順磁性材料的圖案包括許多不同的超順磁性材料，該不同的超順磁性材料對(duì)于變化的磁場(chǎng)具有各自不同的預(yù)定響應(yīng)，尤其是不同的預(yù)定響應(yīng)是在由于不同超順磁性材料的不同弛豫時(shí)間引起的變化磁場(chǎng)的降低之后磁化強(qiáng)度的不同衰減。這具有如下優(yōu)點(diǎn)，通過施加合適的變化場(chǎng)和讀信號(hào)處理，可以檢測(cè)存在于單個(gè)傳感元件的敏感區(qū)內(nèi)的幾種不同的超順磁性材料。因此給定傳感元件的數(shù)量和尺寸，可以從信息載體重新得到大量的值。
而且在附屬的權(quán)利要求書中給出根據(jù)本發(fā)明的信息載體和存儲(chǔ)器件的優(yōu)選實(shí)施例。


參考借助以下說明的實(shí)例描述的實(shí)施例并參考附圖，進(jìn)一步說明本發(fā)明的這些和其它方面且將是顯而易見的，其中圖1a示出了信息載體部件(頂視圖)，圖1b示出了具有灰度級(jí)編碼的超順磁性材料的圖案，圖2a示出了圖案化的信息載體部件的剖面圖，圖2b示出了信息載體和磁性傳感元件，圖3示出了讀出單元，圖4a示出了存儲(chǔ)器件(頂視圖)和信息載體，圖4b示出了存儲(chǔ)器件(側(cè)視圖)和信息載體，圖4c示出了盒中的信息載體，圖5示出了存儲(chǔ)器件，圖6詳細(xì)地示出了傳感元件，圖7示出了變化的場(chǎng)和響應(yīng)，圖8示出了比率τ/τ0的曲線輪廓(contour)，圖9示出了在場(chǎng)＝斷開階段時(shí)的平均介質(zhì)磁化強(qiáng)度，以及圖10示出了超順磁性顆粒的參數(shù)。
在圖中，和已經(jīng)描述的元件相對(duì)應(yīng)的元件具有相同的附圖標(biāo)記。
具體實(shí)施例方式
圖1a示出了信息載體部件(頂視圖)。信息載體部件10具有信息面，提供有構(gòu)成存儲(chǔ)位置11陣列的超順磁性材料12的圖案。在信息面處是否存在材料12提供了物理參數(shù)，用于表示存儲(chǔ)位置的值。注意，信息面位于信息載體部件10的頂表面13上。信息載體部件10的頂表面13與讀出單元的接口面耦合。信息面被視為在距機(jī)械頂層的有效距離處，例如，用于保護(hù)信息面的薄覆蓋層可構(gòu)成信息載體的外層。在所述讀出部件中的傳感元件放置在信息面附近，但一些中間材料如污染物會(huì)存在于中間。因此，通過任意的中心材料和預(yù)定的讀出傳感元件來確定有效距離，該讀出傳感元件具有從接口面向著信息面向外延伸的近場(chǎng)工作距離。以下參考圖2b說明了在用于讀出信息的信息面處是否存在材料的物理效果。超順磁性材料的圖案可包含單一的超順磁性材料。
圖1中示出的實(shí)施例是以具有不同弛豫時(shí)間的四種類型的超順磁性顆粒(分別地，稱為12R＝紅，12G＝綠，12B＝藍(lán)和12Y＝黃)為基礎(chǔ)。圖1a的左部示出了其中信息具有相同值的情況(所有的存儲(chǔ)位置都具有該材料)。信息由材料的存在(由彩色表示)或不存在(稱為12N)表示，如圖的右部所示。為了相對(duì)具有相同材料的下一個(gè)存儲(chǔ)位置具有固定的距離以防止符號(hào)干擾，將四種類型的材料排列成重復(fù)性的圖案。這使讀出傳感元件具有覆蓋4個(gè)存儲(chǔ)位置的敏感區(qū)，即具有存儲(chǔ)位置尺寸的4倍的尺寸。該優(yōu)點(diǎn)在于，需要較少的傳感元件，且單個(gè)傳感元件的尺寸較大，降低了對(duì)其產(chǎn)品的要求。如下所述，通過產(chǎn)生適合的變化場(chǎng)，傳感元件可以單獨(dú)地檢測(cè)在其敏感區(qū)內(nèi)4種材料中每一種是否存在。在實(shí)際的實(shí)施例中，顆粒具有3至10nm級(jí)的直徑，所以根據(jù)顆粒體積與存儲(chǔ)面積的比，由至少成百的這種顆粒構(gòu)造每個(gè)存儲(chǔ)區(qū)。在隨著壓印(imprinting)和傳感器制造的技術(shù)進(jìn)步，會(huì)進(jìn)一步減小存儲(chǔ)區(qū)(最終為單顆粒)。
圖1b示出了具有灰度級(jí)編碼的超順磁性材料的圖案。一些存儲(chǔ)位置具有大量(full amount)的材料如12R和12B，但其它存儲(chǔ)位置具有少量的材料如14Y和14R。通過測(cè)量對(duì)每個(gè)存儲(chǔ)位置中的具體材料的響應(yīng)水平，來檢測(cè)每個(gè)位置中的材料的量。在實(shí)施例中，信息的灰度編碼用于改變區(qū)域在兩個(gè)正交的方向上的尺寸。上述尺寸可以根據(jù)適合的2-D溝道代碼來確定。
在信息載體的實(shí)施例中，超順磁性材料的圖案具有結(jié)合如下材料的超順磁性材料的圖案。超順磁性材料的圖案在存儲(chǔ)位置中具有所述不同的超順磁性材料的組合、該組合表示所述的值。因此，在單個(gè)存儲(chǔ)位置的整個(gè)區(qū)域中，將存在或不存在、(或以灰度編碼需要的量)存在任意不同的超順磁性材料。例如，該材料可以通過壓印重疊的圖案來涂覆。結(jié)合的材料的優(yōu)點(diǎn)在于，如下所述讀出傳感器的不對(duì)準(zhǔn)沒有那么重要。例如，圖案具有4種不同的材料和1×1μ的存儲(chǔ)位置。假設(shè)在x或y方向上基本無旋轉(zhuǎn)的不對(duì)準(zhǔn)和0.25μ的不對(duì)準(zhǔn)，則磁頭(也具有1×1μ的敏感區(qū))現(xiàn)在將覆蓋任何存儲(chǔ)位置的至少0.75×0.75μ的區(qū)域和引起某些干擾的任何相鄰的存儲(chǔ)位置的至多0.25×0.25μ的區(qū)域。通過使傳感元件的敏感區(qū)比傳感陣列的間距小和/或使傳感器中心的敏感性比敏感區(qū)邊緣處的高來進(jìn)一步減少干擾。圖1a的實(shí)施例中發(fā)生的類似不對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)致傳感器覆蓋0.25×0.25μ的4個(gè)相鄰的存儲(chǔ)位置，因此產(chǎn)生最大的干擾。
注意，雖然在以上討論的實(shí)施例中，傳感器的存儲(chǔ)區(qū)和敏感區(qū)的圖案是四方的，但存儲(chǔ)區(qū)的形狀和傳感元件的形狀可以具有任意形狀，例如矩形。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中，在陣列中傳感元件的形狀和間距設(shè)置用于在信息載體上的存儲(chǔ)區(qū)圖案的布局規(guī)則。
圖2a示出了圖案化的信息載體部件的剖面圖。信息載體具有基板21。由超順磁性材料的圖案將信息面28構(gòu)成在基板21的頂面上，該圖案構(gòu)成存儲(chǔ)位置陣列。例如，在第一存儲(chǔ)位置22中存在材料，表示邏輯值1，且例如，在第二存儲(chǔ)位置23中不存在材料，表示邏輯值0。該材料具有通過所述傳感元件可檢測(cè)的超順磁性。通過公知的制造方法用于圖案化磁性介質(zhì)，可以在信息面28中涂覆超順磁性材料的圖案，雖然要注意的是需要非永久磁化。適合的方法是濺射和局部蝕刻、使用掩模的離子束構(gòu)圖或沖壓。例如，對(duì)于生產(chǎn)而言首先借助電子束光刻在裸Si晶片上制備光刻膠掩模，并使用它作為母版。如果希望，則在Si中蝕刻洞用于在2D洞圖案中存儲(chǔ)信息。然后，利用母版，或經(jīng)由注入模制或經(jīng)由壓花或經(jīng)由2P在線圈上復(fù)制圖案。然后在復(fù)制品上淀積薄的超順磁性圖案(例如，經(jīng)由濺射)。
信息載體的實(shí)施例制備使用壓印技術(shù)，用于在信息面28中涂覆超順磁性材料，例如通過納米顆粒的直接轉(zhuǎn)移(transfer)。例如，可使用幾種光學(xué)對(duì)準(zhǔn)的壓印來涂覆幾種類型的超順磁性顆粒，例如使用透明的壓印?？蛇x地，可使用新的技術(shù)將每個(gè)“顏色”的顆粒引到正確的區(qū)域，例如，通過貼附到每個(gè)顆粒生物群(biological groups)，具體地結(jié)合到抗體(antibody)上，通過納米壓印將抗體貼附到基板。在該情況下，可以進(jìn)行所有顏色位的淀積作為流體中的單個(gè)工藝步驟。納米顆粒的快速擴(kuò)散使工藝在時(shí)間上非常有效。
圖2b示出了信息載體和磁性傳感元件。信息載體部件由基板21構(gòu)成。由構(gòu)成存儲(chǔ)位置陣列的超順磁性材料的圖案22將信息面28構(gòu)成在基板21的頂側(cè)上。線圈27位于信息面28附近，用于生成變化的磁場(chǎng)。在實(shí)施例中，使用單線圈來生成對(duì)于許多或所有傳感元件的變化的磁場(chǎng)。為了獲得快的讀出時(shí)間，必須控制線圈以在變化磁場(chǎng)中產(chǎn)生快的變化。在[H.W.van Kesteren等人，J.Magn.Soc.Japan 25，334-338(2001)]中描述了適合的線圈。與信息面相對(duì)，定位磁性傳感元件24、25、26用于檢測(cè)如由超順磁性材料影響的磁場(chǎng)，如下所述。在與第一磁性元件24相對(duì)的第一存儲(chǔ)位置中，材料具有例如表示邏輯值1的第一超順磁性響應(yīng)，在與第二磁性元件25相對(duì)的第二存儲(chǔ)位置中，材料具有表示邏輯值0的響應(yīng)，且在與第三磁性元件26相對(duì)的第三存儲(chǔ)位置中，材料具有表示邏輯值1的響應(yīng)。例如，磁性元件24、25、26具有多層疊層用于檢測(cè)磁場(chǎng)，如圖6詳細(xì)描述的。通過存儲(chǔ)位置的超順磁性材料的響應(yīng)來影響多層疊層的頂層。超順磁性材料具有對(duì)磁場(chǎng)的預(yù)定響應(yīng)，尤其在變化的磁場(chǎng)減少之后具體磁化強(qiáng)度的衰減。在實(shí)施例中，圖案包含不同的超順磁性材料，該材料具有對(duì)于變化的磁場(chǎng)各自不同的預(yù)定響應(yīng)，尤其是由于不同的超順磁性材料的不同弛豫時(shí)間引起變化的磁場(chǎng)減少之后，不同的預(yù)定響應(yīng)是磁化強(qiáng)度的不同衰減。注意，通過生成任何的磁場(chǎng)和檢測(cè)場(chǎng)中由于顆粒引起的分量來檢測(cè)單一材料，例如可和檢測(cè)由于顆粒引起的場(chǎng)分量的傳感器一起使用低頻或甚至DC場(chǎng)。
如圖所示，傳感元件陣列具有與圖案相同的間距?？蛇x地，傳感元件的間距可以比x和y方向上的圖案大n*m倍，例如n＝m＝2，用于讀出圖1a所示的圖案。根據(jù)超順磁性材料的數(shù)量和其中傳感元件與圖案對(duì)準(zhǔn)的系統(tǒng)所使用的圖案來選擇因數(shù)n和m。
在存儲(chǔ)系統(tǒng)的實(shí)施例中，僅將存儲(chǔ)元件陣列定位于圖案的頂部上，但不與其對(duì)準(zhǔn)，或至多基本上定向在同一旋轉(zhuǎn)方向上?，F(xiàn)在各個(gè)傳感元件位于圖案上方x和y方向上的任意位置?？蛇x地，僅在一個(gè)方向上進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)，例如y方向，如參考圖4所述。設(shè)計(jì)圖案用于這種非對(duì)準(zhǔn)的讀出。例如，使圖案間距比傳感元件的間距稍微小些，例如90％。由于符號(hào)干擾，不能讀出存儲(chǔ)區(qū)的約10至30％?？梢允褂脠D案和錯(cuò)誤校正技術(shù)中的冗余來補(bǔ)償減小的讀出。在尤其包含唯一可檢測(cè)的標(biāo)記區(qū)，例如比只具有單種超順磁性材料的存儲(chǔ)位置大的區(qū)域。使用圖案識(shí)別和符號(hào)干擾減小技術(shù)，用于檢測(cè)圖案相對(duì)于傳感器陣列的位置和用于檢測(cè)存儲(chǔ)位置的值。在實(shí)施例中，超順磁性材料的圖案具有根據(jù)如圖1a所示的2×2存儲(chǔ)區(qū)的預(yù)定圖案排列的4種不同超順磁性材料的區(qū)域，而傳感元件陣列適用于非對(duì)準(zhǔn)的讀出。例如，傳感元件在陣列中具有大致1.5×存儲(chǔ)位置間距的間距。由于存儲(chǔ)位置的間距與傳感器的間距的比，所以在x或y方向上在覆蓋其至少50％的每個(gè)存儲(chǔ)位置之上將一直存在傳感器。在最差的情況下，50％覆蓋的位置仍不存在下一個(gè)相鄰的存儲(chǔ)位置(具有相同的超順磁性材料)的干擾?？山Y(jié)合都覆蓋50％存儲(chǔ)位置的兩個(gè)相鄰傳感器的讀信號(hào)，用于進(jìn)一步提高讀出。將一些傳感元件定位于存儲(chǔ)位置之間，例如覆蓋25％的相同材料的兩個(gè)相鄰存儲(chǔ)位置?？梢蕴^這種傳感元件的讀信號(hào)，因?yàn)橄乱粋€(gè)傳感元件將跳過存儲(chǔ)位置的75％。因此，在檢測(cè)傳感元件相對(duì)于圖案的位置之后，通過適當(dāng)?shù)靥幚碜x信號(hào)(即結(jié)合和除去不同傳感元件的讀信號(hào))可以完成讀出。
在信息載體的實(shí)施例中，超順磁性材料的圖案在如下的移位位置中具有子圖案。超順磁性材料的圖案具有分離的子圖案，用于許多所述不同的超順磁性材料，該子圖案每個(gè)都具有同樣的存儲(chǔ)位置陣列。每個(gè)子圖案都存儲(chǔ)相同的信息。將子圖案設(shè)置于相互移位的位置處，以便在任意位置中的讀出傳感器(即，讀出傳感器陣列沒有對(duì)準(zhǔn)超順磁性材料的圖案)將一直充分地對(duì)準(zhǔn)至少一個(gè)子圖案。注意子圖案重疊。例如具有1×1μ存儲(chǔ)位置的4個(gè)子圖案第一個(gè)位于標(biāo)定的位置，第二個(gè)在x方向上移位0.5μ(向右)，第三個(gè)在y方向上移位0.5μ(向下)且第四個(gè)在x和y兩個(gè)方向上移位0.5μ。磁頭(也具有1×1μ的敏感區(qū)，且假設(shè)基本上沒有旋轉(zhuǎn)的不對(duì)準(zhǔn))現(xiàn)在將覆蓋圖案之一的至少0.75×0.75μ和至多覆蓋引起一些干擾的任意相鄰存儲(chǔ)位置的約0.25×0.75μ的區(qū)域。通過使敏感區(qū)比傳感陣列的間距小和/或使傳感器中心的敏感性比敏感區(qū)邊緣處的高來進(jìn)一步減少干擾。注意，承載相同信息的n個(gè)子圖案的排列(當(dāng)然)使存儲(chǔ)容量減小到1/n倍，但消除了高精確度對(duì)準(zhǔn)的必要性和危險(xiǎn)性。
圖3示出了讀出單元。讀出部件30與如上所述的信息載體部件共同工作。此外讀出部件具有接口面32。接口面32提供傳感元件陣列31。該陣列是磁性傳感器單元的兩維布局，對(duì)在近場(chǎng)工作距離上存在所述超順磁性材料敏感。注意，可以選擇超順磁性材料和傳感元件的幾種組合。在實(shí)施例中，傳感元件提供電路，用于產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)并檢測(cè)如由具有超順磁性性質(zhì)的材料的存在與否影響的磁場(chǎng)。適合的傳感元件以磁阻效應(yīng)為基礎(chǔ)。以下參考圖6描述實(shí)例。參考圖7說明讀出方法。
圖4a示出了存儲(chǔ)器件(頂視圖)和信息載體。存儲(chǔ)器件具有外殼35和用于接收信息載體40的開口36。信息載體40包括具有信息面的信息載體部件10，該信息面具有參考圖1和2所述的存儲(chǔ)位置11的陣列。而且信息載體具有與器件上的互補(bǔ)對(duì)準(zhǔn)元件38共同工作的對(duì)準(zhǔn)元件41，用于在所述耦合期間在存儲(chǔ)位置和相應(yīng)的傳感元件之間的近場(chǎng)工作距離之內(nèi)靠近傳感元件定位存儲(chǔ)位置。通過在讀出器中插入介質(zhì)期間提供適當(dāng)?shù)膶?duì)準(zhǔn)和記錄來實(shí)現(xiàn)信息載體的讀出，如下所述。在實(shí)施例中，將對(duì)準(zhǔn)元件預(yù)定和精確地成形為信息載體部件的外壁的部分。注意，信息載體可以僅是如上所述的信息載體部件或包含信息載體部件的組件。例如，進(jìn)一步成形裝載信息面的單個(gè)基板來容納幾種類型的對(duì)準(zhǔn)元件，如下所述。
當(dāng)將信息載體40耦合至存儲(chǔ)器件35上時(shí)，將信息載體放置在開口36上。開口36提供有如參考圖3所述的讀出單元30上的接口面32和對(duì)準(zhǔn)元件38，例如凸出銷。布置對(duì)準(zhǔn)元件38、41，用于在信息載體上相對(duì)于平行于接口面的平面方向上的讀出單元30的接口面位置確定存儲(chǔ)位置的位置。
在實(shí)施例中，開口36是在外殼表面中的凹槽，該凹槽具有精確成型的壁，作為對(duì)準(zhǔn)元件用于與信息載體40的外周界配合，來對(duì)準(zhǔn)信息載體部件。
在實(shí)施例中，存儲(chǔ)器件提供有用于分析傳感元件的讀出信號(hào)的處理電路，用于消除相鄰存儲(chǔ)位置的影響。相鄰的存儲(chǔ)位置會(huì)略微影響任何的傳感元件，尤其是由于某些留下的不對(duì)準(zhǔn)引起的。然而，通過分析相鄰傳感元件的讀出信號(hào)并從現(xiàn)存的讀出信號(hào)扣除一些，提高了目前存儲(chǔ)位置的檢測(cè)值。因此提供了符號(hào)間干擾的電子校正。通過關(guān)于留下的不對(duì)準(zhǔn)的綜合信息來控制分析，例如該綜合信息表示必須除去哪些相鄰的讀出信號(hào)以及除去到何種程度。
在與接口面垂直的方向上，需要一些壓力來確保存儲(chǔ)位置相對(duì)讀出部件中的傳感元件的距離在近場(chǎng)工作距離之內(nèi)。壓力可通過使用者僅將信息載體壓到存儲(chǔ)器件上或通過在信息載體的頂部上的彈性帽或蓋(未示出)來提供。用于獲得緊密的體接觸的其它選擇對(duì)于熟習(xí)技術(shù)的人員是公知的。
在信息載體的實(shí)施例中，將信息面提供在柔性基板上。器件提供有加壓系統(tǒng)，例如通過在基板和接口面之間產(chǎn)生低壓或真空，使柔性基板與接口面緊密接觸。在實(shí)施例中，器件提供有用于產(chǎn)生吸引場(chǎng)的發(fā)生器，用于將信息載體吸引到接口面上。吸引場(chǎng)的類型與傳感元件所使用的場(chǎng)不同。例如，產(chǎn)生靜電場(chǎng)用于吸引信息載體。
在實(shí)施例中，器件上的對(duì)準(zhǔn)元件38與調(diào)節(jié)器連接，用于相對(duì)于接口面32移動(dòng)信息載體。僅小的移動(dòng)、單個(gè)存儲(chǔ)位置尺寸的幅度數(shù)量級(jí)(即，幾μm或更小)就足以使傳感元件與存儲(chǔ)位置對(duì)準(zhǔn)。對(duì)于調(diào)節(jié)器，可使用幾種類型，例如音圈型、壓電型或靜電型。在實(shí)施例中，通過檢測(cè)存儲(chǔ)位置的不對(duì)準(zhǔn)來控制調(diào)節(jié)器。由傳感元件的讀出信號(hào)會(huì)產(chǎn)生不對(duì)準(zhǔn)。例如，如果存在實(shí)質(zhì)的不對(duì)準(zhǔn)，則傳感元件將覆蓋相鄰的存儲(chǔ)位置。具有相同值的相鄰位置的讀出信號(hào)將不同于具有不同值的相鄰位置的讀出信號(hào)。因此，如果出現(xiàn)這種差別，即如果一些存儲(chǔ)位置的讀信號(hào)具有在其它存儲(chǔ)位置的最大水平和最小水平之間的中間水平的值，則檢測(cè)到不對(duì)準(zhǔn)。注意，在非相關(guān)的數(shù)據(jù)中，中間水平將由于各自相鄰位置具有相同或不同的邏輯值的事實(shí)而引起出現(xiàn)在大致50％的存儲(chǔ)位置中。在實(shí)施例中，包括具有公知相鄰位的預(yù)定控制圖案，用于不對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)。生成控制信號(hào)來觸發(fā)調(diào)節(jié)器，且在施加控制信號(hào)之后再次分析讀出信號(hào)。在實(shí)施例中，信息載體提供有用于對(duì)準(zhǔn)的光學(xué)標(biāo)記，且器件提供有分離的光學(xué)傳感器，用于檢測(cè)生成不對(duì)準(zhǔn)信號(hào)的光學(xué)標(biāo)記。
在信息載體的實(shí)施例中，信息面提供有位置標(biāo)記圖案，其是在信息載體預(yù)定區(qū)內(nèi)的信息面中的唯一圖案。超順磁性材料的圖案提供有這種標(biāo)記圖案，用于檢測(cè)超順磁性材料的圖案相對(duì)于傳感元件陣列的位置。在此標(biāo)記圖案提供了超順磁性材料區(qū)的唯一的可檢測(cè)圖案。例如，位置標(biāo)記圖案可包括大區(qū)域的材料，其比任何最初的機(jī)械不對(duì)準(zhǔn)都大。該大區(qū)域由輪廓圍繞而無預(yù)定圖案的材料。因此，一些傳感元件最初將一直被所述大區(qū)域覆蓋。通過分析圍繞的傳感元件，可容易地檢測(cè)不對(duì)準(zhǔn)。存儲(chǔ)器件提供有處理器，用于應(yīng)用圖案識(shí)別技術(shù)，通過分析自傳感元件檢測(cè)的信號(hào)來檢測(cè)位置標(biāo)記圖案相對(duì)于傳感元件陣列的絕對(duì)位置。
在實(shí)施例中，傳感元件陣列比信息面小，例如小10倍。器件提供有調(diào)節(jié)器，布置調(diào)節(jié)器以定位信息載體或很少的例如10個(gè)傳感元件的陣列、用于讀出信息面總面積的讀出位置。
在實(shí)施例中，信息載體的對(duì)準(zhǔn)元件由長方形的凸出導(dǎo)向桿構(gòu)成，且器件上的互補(bǔ)導(dǎo)向元件是溝槽或凹槽。這些元件的對(duì)準(zhǔn)對(duì)一個(gè)平面維數(shù)有效。存儲(chǔ)系統(tǒng)的具體實(shí)施例不需要如上所述的對(duì)準(zhǔn)。可選地，可通過器件上的壁或凸出止動(dòng)銷來提供在其它平面維數(shù)中的對(duì)準(zhǔn)?？蛇x地，在第二平面維數(shù)中可沒有任何具體的停止位置，但從存儲(chǔ)位置重新得到信息，同時(shí)沿著第二方向推進(jìn)信息載體，例如通過使用者經(jīng)由導(dǎo)引槽推進(jìn)信息載體。這種構(gòu)象對(duì)于一次讀取來自信息載體的數(shù)據(jù)是有利的，例如，在如承載生物醫(yī)學(xué)信息或DND信息以在機(jī)場(chǎng)控制存取的個(gè)人護(hù)照應(yīng)用中。
圖4b示出了存儲(chǔ)器件(側(cè)視圖)和信息載體。存儲(chǔ)器件具有外殼45和用于接收信息載體40的開口43。當(dāng)將信息載體40耦合至存儲(chǔ)器件45時(shí)，信息載體放置在開口43上。當(dāng)讀出器的溝槽封閉時(shí)，通過對(duì)著信息載體沖壓(可能的用接觸流體)讀出陣列來獲得兩個(gè)部件之間的緊密接觸。開口43提供有如上參考圖3所述的讀出單元30上的接口面32。另外，可在具有至少一個(gè)線圈(未示出)的任一側(cè)處提供開口43所述線圈，用于生成變化的磁場(chǎng)。在處理單元33例如數(shù)字信號(hào)處理器和軟件中處理來自讀出單元的讀信號(hào)，用于檢測(cè)超順磁性材料的響應(yīng)，如下所述。而且開口43在內(nèi)端設(shè)置對(duì)準(zhǔn)元件42并在入口側(cè)外部處設(shè)置對(duì)準(zhǔn)元件44。布置外部對(duì)準(zhǔn)元件44，用于夾住信息載體。信息載體具有凸出的對(duì)準(zhǔn)元件41，用于配合夾住器件上的外部對(duì)準(zhǔn)元件44，以在所述耦合期間在存儲(chǔ)位置和相應(yīng)的傳感元件之間的近場(chǎng)工作距離之內(nèi)靠近傳感元件定位存儲(chǔ)位置。在信息載體進(jìn)入開口期間通過使用者施加力或通過調(diào)節(jié)器來激活?yuàn)A住運(yùn)動(dòng)。
圖4c示出了盒中的信息載體。信息載體具有密封信息載體部件10的盒47。盒47具有可移動(dòng)蓋48，當(dāng)信息載體沒有耦合至存儲(chǔ)器件上時(shí)，有效地封閉信息面防止污染(灰塵和指印)。存儲(chǔ)器件具有開口機(jī)構(gòu)(未示出)，用于在所述耦合期間將蓋移動(dòng)到一邊。從光學(xué)或磁性記錄盤盒和共同工作的器件，對(duì)于滑動(dòng)蓋的幾種選擇是已知的。
在實(shí)施例中，盒包括清潔墊46。墊46位于蓋48上和/或通過蓋48移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)蓋時(shí)用于擦拭信息面和/或接口面?？蛇x地，墊或其它清潔單元如刷子可放置在盒本身上。在實(shí)施例中，盒提供有灰塵吸引內(nèi)層，用于吸引進(jìn)入封閉盒中的任何灰塵顆粒，雖然有蓋48。
圖5示出了存儲(chǔ)器件。存儲(chǔ)器件具有包含信息載體10和讀出單元30的外殼51。注意，讀出單元包括用于生成變化的磁場(chǎng)的裝置，如線圈(未示出)，例如集成在固態(tài)讀出單元上。電子連接器52從外殼51伸出，用于將存儲(chǔ)器件連接到外界。如示出的，部件固定地耦合至外殼內(nèi)部。在制造時(shí)，對(duì)準(zhǔn)兩個(gè)部件，用于將與傳感元件相對(duì)的存儲(chǔ)單元位置(bit location)基本上定位于存儲(chǔ)單元位置和相應(yīng)的傳感元件之間的近場(chǎng)工作距離處。例如通過涂覆膠或通過形成外殼的密封工藝，以對(duì)準(zhǔn)狀態(tài)一起結(jié)合部件。注意，由于添加存儲(chǔ)層作為最后的步驟且讀出器可以制造許多，所以新器件的制造引起規(guī)模經(jīng)濟(jì)。在分離的生成線可以以所需的數(shù)目復(fù)制存儲(chǔ)層，且然后可以例如利用晶片結(jié)合工藝將存儲(chǔ)層結(jié)合到讀出器芯片上?？蛇x地，恰在密封外殼51中的單元之前，可以將信息面沖壓或壓印到讀出單元的接口面上。
圖6詳細(xì)地示出了傳感元件。傳感器具有導(dǎo)電材料的位線61，用于將讀電流67引導(dǎo)到自由磁化層62、隧道阻擋層63和固定的磁性層64的多層疊層上。將疊層建立在另外的導(dǎo)體65上，導(dǎo)體65經(jīng)由選擇線68連接到選擇晶體管66上。當(dāng)由晶體管66柵極上的控制電壓激活時(shí)，選擇晶體管66將所述的讀電流67耦合到地電平，用于讀取各自的位單元。磁化方向69存在于固定的磁性層64(還稱作釘位層)中，且自由磁化層62確定隧道阻擋層63中的電阻，與MRAM存儲(chǔ)器中的位單元元件相似。當(dāng)這種材料在由箭頭60表示的近場(chǎng)工作距離內(nèi)時(shí)，通過與如圖2B所述的傳感器相對(duì)的存儲(chǔ)位置處的材料來確定自由磁化層中的磁化。
對(duì)于傳感元件，由于相對(duì)MRAM的傳感元件的不同需要，和MARM使用的那些相比采用了旋轉(zhuǎn)隧道結(jié)的合成物和特性。而對(duì)于MRAM，對(duì)于存儲(chǔ)而言兩個(gè)穩(wěn)定的磁化結(jié)構(gòu)(即，平行的和反向平行的)是必要的；提議的傳感元件應(yīng)包含穩(wěn)定磁化的一層和自由磁化的一層。當(dāng)然，例如在釘位層或交換偏置層中的基準(zhǔn)磁化方向應(yīng)當(dāng)是不變的。因此對(duì)于用作檢測(cè)層(sense layer)的自由層，應(yīng)當(dāng)選擇低矯頑性的材料。在實(shí)施例中，同時(shí)讀出許多傳感元件。借助交叉線陣列進(jìn)行位單元的尋址。
由于超順磁性材料的響應(yīng)引起的磁場(chǎng)在傳感元件的檢測(cè)層中產(chǎn)生了不同的磁性方向。通過使用磁阻效應(yīng)例如GMR、AMR或TMR，在具有多層或單層疊層的傳感元件中檢測(cè)方向。對(duì)于該發(fā)明的傳感元件，為了電阻匹配，優(yōu)選TMR型傳感器。用于產(chǎn)生變化的偏置磁場(chǎng)的線圈或其它電流線可以與傳感元件集成在一起。如本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚的，許多變體能夠用于產(chǎn)生偏置磁場(chǎng)。當(dāng)給定的實(shí)例使用面內(nèi)敏感的磁阻元件時(shí)，還能夠使用對(duì)垂直場(chǎng)敏感的元件。對(duì)于傳感器的進(jìn)一步說明，使用磁阻效應(yīng)指的是由K.-M.H.Lenssen的、在431-452頁、ISBN1-4020-0560-1(HB)或1-4020-0561-X(PB)的“Frontiers ofMultifunctional Nanosystems”中公布的“磁阻傳感器和存儲(chǔ)器”。
圖7示出了變化場(chǎng)和響應(yīng)。矩形脈沖形曲線71表示變化場(chǎng)。示出了對(duì)于三種類型粒子的響應(yīng)曲線快(紅)顆粒曲線72R、目標(biāo)(綠)顆粒曲線72G和慢顆粒曲線72B。讀出方法如下。信息載體夾在磁頭陣列和電流線圈陣列之間，使用它們來生成高局部同面場(chǎng)或垂直場(chǎng)。然后感應(yīng)磁化是同面的或垂直的。最通常地，通過測(cè)量施加外部場(chǎng)而感應(yīng)的磁化衰減可以區(qū)別對(duì)來自具有不同弛豫時(shí)間顆粒的存儲(chǔ)位置的信號(hào)的貢獻(xiàn)。在實(shí)施例中，當(dāng)施加的場(chǎng)斷開時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，以便傳感器不被施加的場(chǎng)偏置。然而，還能夠使用其中施加的場(chǎng)與傳感器的敏感方向垂直的幾何形狀，以便可以在具有場(chǎng)的情況下進(jìn)行測(cè)量。為了能夠最佳區(qū)分不同類型的超順磁性材料(稱為“顏色”)的貢獻(xiàn)，可以選擇變化的場(chǎng)曲線。直接的方法示于圖7中。線圈產(chǎn)生了周期性正斷開-負(fù)斷開變化的場(chǎng)71。每個(gè)階段的持續(xù)時(shí)間是T，所以周期是4T。在斷開狀態(tài)期間傳感器測(cè)量平均信號(hào)。在實(shí)施例中，代替平均值，進(jìn)行更詳細(xì)的信號(hào)處理來檢測(cè)每個(gè)超順磁性材料對(duì)總檢測(cè)場(chǎng)的貢獻(xiàn)。在時(shí)間以下，在Neél Arrhenius原理內(nèi)計(jì)算超順磁性顆粒的相關(guān)響應(yīng)。如圖9所示，由靜止場(chǎng)中獲得的穩(wěn)態(tài)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)化的、來自具有弛豫時(shí)間τ的顆粒的平均信號(hào)強(qiáng)烈地達(dá)到脈沖寬度Tmax≈1.5τ的峰值。大10(100)倍或小9(99)倍的脈沖寬度導(dǎo)致信號(hào)減小到約1/5(1/50)倍。與時(shí)間相關(guān)的磁化示于圖7中，脈沖周期“轉(zhuǎn)到”“綠”顆粒的弛豫時(shí)間。在顆粒分別具有更小(紅)和更大(藍(lán))弛豫時(shí)間的情況下，來自紅顆粒的平均響應(yīng)信號(hào)72R和來自藍(lán)顆粒的信號(hào)72B更小。
在實(shí)際實(shí)例中，每個(gè)傳感器感應(yīng)n種材料(‘顏色’)，且某個(gè)時(shí)間Ttot對(duì)每個(gè)傳感器的讀出有效。如果N是平行讀出的傳感器的數(shù)目，則整個(gè)位率(bit rate)為b＝nN/Ttot。該觀念能夠整體地使用平行的讀出，即非常大的N。對(duì)于每個(gè)類型，準(zhǔn)確地已知響應(yīng)(弛豫時(shí)間)分布(窄)中的最大值。上述應(yīng)用的方法需要，在使用脈沖寬度Ti(i＝1至n)的場(chǎng)中斷周期期間進(jìn)行平均磁化的n次測(cè)量。對(duì)于所有類型，如果這些測(cè)量的總持續(xù)時(shí)間對(duì)于所有i相等，則獲得了相等的信噪比(SNR)。在該情況下，如果i＝n是對(duì)于弛豫時(shí)間最大的級(jí)，則在實(shí)際測(cè)量發(fā)生期間的最小時(shí)間等于nTn。注意，如果SNR對(duì)于較短弛豫時(shí)間的類型足夠高，則可以使用較短的時(shí)間。然而，在開始測(cè)量之前，為了使任何的初態(tài)效應(yīng)最小化，必須以測(cè)量頻率將系統(tǒng)帶到動(dòng)態(tài)平衡。再次，具有最長弛豫時(shí)間的顆粒類型確定了所需的時(shí)間，以擺脫最初態(tài)效應(yīng)。當(dāng)使用3Tn持續(xù)時(shí)間的、最短可能的初始化序列時(shí)，已經(jīng)到達(dá)合理的精確度。對(duì)于i＝n，這對(duì)應(yīng)于在t0至t3之間施加圖7中示出的場(chǎng)圖案。在其它周期處進(jìn)行測(cè)量之前，在進(jìn)行最后測(cè)量之前在相同時(shí)間間隔3Tn內(nèi)施加許多數(shù)目的場(chǎng)循環(huán)。在該情況下，Ttot＝4nTn≈6nτn。
在數(shù)字示例中，b＝1Gb/s且n＝4(如圖1a所示)。從超順磁性的原理，最小的弛豫時(shí)間為0.1-1ns級(jí)(參見下面)。然而，例如在允許3ns最小脈沖長度和因此2ns最小弛豫時(shí)間的實(shí)際設(shè)計(jì)中，通過磁化線圈的最大脈沖頻率來確定實(shí)際的最小弛豫時(shí)間。目前，如果超順磁性納米顆粒的平均弛豫時(shí)間差至少10倍，則可以制備具有幾乎無重疊弛豫時(shí)間的分布函數(shù)的超順磁性納米顆粒。在實(shí)例中，弛豫時(shí)間等于2，20，200和2000ns。Ttot等于48μs，N＝12000。要注意的是，更精確制備的顆粒或更復(fù)雜的檢測(cè)法可以允許弛豫時(shí)間之間的較小倍數(shù)。
在以下給出的現(xiàn)象理論內(nèi)，通過τ＝(τ0/2)exp(KV/kT)給出弛豫時(shí)間(零場(chǎng))。對(duì)于在能量勢(shì)壘KV之上的磁化熱感應(yīng)開關(guān)，參數(shù)τ0是調(diào)節(jié)頻率v0的倒數(shù)，其中K是顆粒的有效單軸磁各向異性且V是體積。讓我們假設(shè)τ0＝0.67ns。則對(duì)于四種顆粒，比率KV/kT應(yīng)當(dāng)?shù)扔诩s1.8、4.1、6.3和8.7(也參見圖8)。這些數(shù)字表明，顆粒的KV乘積應(yīng)當(dāng)在半最大值處具有半寬度的分布，其小于峰值的15％。如果變化是由于體積變化引起的，則半徑必須在精確的5％內(nèi)。如今，能夠使用化學(xué)制備的納米顆粒。在由Sun等人公布的[Science287，p.1989(1999)]中發(fā)現(xiàn)了關(guān)于高飽和磁化的超順磁性Fe-Pt顆粒的實(shí)例。描述了具有小于5％標(biāo)準(zhǔn)偏差半徑的3至10nm粒徑的制備和特性。對(duì)于本申請(qǐng)，可以估算有效的K，且可以與公知的小寬度顆粒體積的分布結(jié)合，提供了具有所需組弛豫時(shí)間的顆粒。相同程度的單分散性能夠用于其它合金。
在實(shí)施例中，讀出方法包括讀出信號(hào)的其它處理。上述的讀出方法是直接的，且基于場(chǎng)中斷階段中的平均通量，允許測(cè)量通量的簡(jiǎn)單數(shù)字分析。然而，從每傳感器的總測(cè)量時(shí)間來看這是無效的。對(duì)于更多的最佳方案，時(shí)間應(yīng)當(dāng)更接近最小值Ttot≈Tn。當(dāng)在場(chǎng)中斷階段期間測(cè)量時(shí)間與信號(hào)的關(guān)系時(shí)，可以接近該目標(biāo)，而不是近使用平均信號(hào)。這使其能夠確定對(duì)于它們磁化的任何初始條件每一類的貢獻(xiàn)。
在稱為熱輔助讀出的實(shí)施例中，讀出方法包括例如通過激光器局部加熱信息載體。使用透明基板能夠經(jīng)由基板局部加熱介質(zhì)，且如果必要，經(jīng)由場(chǎng)線圈?？梢砸韵路绞绞褂眉訜帷Ｔ诘谝粚?shí)施例中，為了通過場(chǎng)冷卻或零場(chǎng)冷卻工序快速準(zhǔn)備很好定義的初態(tài)，使用加熱。然后僅在第一預(yù)測(cè)量階段期間增加溫度。在第二實(shí)施例中，通過檢測(cè)在室溫具有很大弛豫時(shí)間的顆粒，使用加熱用于增加弛豫時(shí)間的范圍。然后在部分測(cè)量階段期間或在整個(gè)測(cè)量階段期間增加溫度。在另外的實(shí)施例中，根據(jù)在測(cè)量階段期間的預(yù)定圖案調(diào)制溫度，以檢測(cè)超順磁性顆粒的幾種類型的響應(yīng)。
為了定量地說明讀出方法，首先討論超順磁性顆粒對(duì)于施加的場(chǎng)H的變化熱激活響應(yīng)的原理。所謂的Neél-Arrhenius模型假設(shè)，顆粒具有單軸磁各向異性和施加的場(chǎng)與易軸(easy axis)平行。從磁記錄原理得知，對(duì)于通常對(duì)準(zhǔn)的校正沒有給出包含物理的定量的不同圖像。當(dāng)場(chǎng)足夠強(qiáng)時(shí)，與場(chǎng)平行和反平行磁化的狀態(tài)分別是穩(wěn)定和亞穩(wěn)的。靜態(tài)性能和動(dòng)態(tài)性能以兩個(gè)無維的參數(shù)為特征x≡μ0MVHkBT]]>和y≡KVkBT,---(A1)]]>其中M是飽和磁化強(qiáng)度，K是(有效的)單軸各向異性常數(shù)，且V是顆粒體積。在穩(wěn)定的磁場(chǎng)和常數(shù)溫度T，由參數(shù)x確定平衡磁矩m=(coth(x)-1x)MV,---(A2)]]>當(dāng)x＞＞1時(shí)其達(dá)到飽和力矩，且當(dāng)x＜＜1時(shí)其約等于(x/3)MV。在式(2)中括號(hào)之間的因數(shù)稱為Langevin函數(shù)，L(x)。在磁場(chǎng)突然改變后，磁化響應(yīng)是時(shí)間的指數(shù)函數(shù)，以弛豫時(shí)間為特征τ=τ0(1exp(-e1)+exp(-e2)),---(A3)]]>其中無維的能量勢(shì)壘e1和e2由以下給出e1,2=y(1+x24y2)±x.---(A4)]]>這些是由kT標(biāo)準(zhǔn)化的能量勢(shì)壘，用于從穩(wěn)態(tài)激發(fā)到亞穩(wěn)態(tài)，反之亦然。當(dāng)y＜0.5x時(shí)，沒有能量勢(shì)壘，且不適用該理論。
圖8示出了比率τ/τ0的曲線輪廓。在以上給出的等式(A1)中定義了同值τ/τ0的輪廓81作為參數(shù)x和y的函數(shù)。在陰影區(qū)82中，不存在能量勢(shì)壘。如果τ/τ0＝0.67ns，如同以上給出的實(shí)例中，這些輪廓對(duì)應(yīng)于τ＝2，20，200和2000ns。給出等值的輪廓作為以上定義的x和y的函數(shù)。從實(shí)驗(yàn)工作得知，參數(shù)τ0對(duì)于許多磁性材料典型地等于1ns。在該情況下，圖8中示出的四條輪廓對(duì)應(yīng)于等于2，20，200和2000ns的弛豫時(shí)間，其對(duì)應(yīng)于主文本中給出的實(shí)例。以下將示出，系統(tǒng)很可能在其中磁場(chǎng)相對(duì)小(x＜1)的狀態(tài)下工作。弛豫時(shí)間則僅很弱地依賴于施加的場(chǎng)。
顆粒在時(shí)間t1和t2(參見圖7)處的(總體均值)磁矩由以下給出
m1=m1-exp(-T/τ)1+exp(-2T/τ),---(A5)]]>m2=m1-exp(-T/τ)1+exp(-2T/τ)exp(-T/τ),---(A6)]]>其中m是在使用的場(chǎng)和溫度處的穩(wěn)態(tài)平均磁矩。
圖9示出了在場(chǎng)＝斷開階段時(shí)的平均介質(zhì)磁化強(qiáng)度。相對(duì)于磁場(chǎng)＝接通且在相同溫度處的穩(wěn)態(tài)磁化強(qiáng)度給出平均的磁化強(qiáng)度曲線91，作為比率T/τ的函數(shù)。T是脈沖長度(參見圖7)，且τ是在x＝0時(shí)的弛豫時(shí)間。通過以下給出時(shí)間間隔[t1，t2]中的平均磁化強(qiáng)度mav=m(1-exp(-T/τ))2τ1+exp(-2T/τ)T---(A7)]]>顯著的最大值位于接近T＝1.5τ。在最大值時(shí)，平均時(shí)間的磁化強(qiáng)度約為使用的場(chǎng)和溫度處最大可能值的0.38倍。因此使用脈沖方法花費(fèi)因數(shù)為約2.6的信號(hào)幅度。然而，該增益對(duì)來自弛豫時(shí)間不等于最大值的顆粒的信號(hào)的貢獻(xiàn)來說強(qiáng)烈減少。對(duì)于具有10(100)倍更大或更小的弛豫時(shí)間的顆粒來說，相對(duì)減少大約5(50)的因數(shù)。
通過改變K或V，可以實(shí)現(xiàn)納米顆粒弛豫時(shí)間的變化。這提供了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一定自由度。讓我們假設(shè)作為四種顆粒情況的實(shí)例，其具有相等飽和磁矩、具有相等的顆粒體積(由于不同的K值而引起相等的x和不同的y)和具有(如在主文本中給出的實(shí)例)在1至10范圍內(nèi)的KV值。相等的值x確保，對(duì)測(cè)量通量的每個(gè)“顏色”的區(qū)域的穩(wěn)態(tài)貢獻(xiàn)是相等的。K的典型實(shí)驗(yàn)值可以在103和107J/m3之間，例如對(duì)于Fe K＝4×104J/m3和對(duì)于Co K＝4×105J/m3。
圖10示出了超順磁性顆粒的參數(shù)。圖10A示出了參數(shù)x作為顆粒半徑的函數(shù)，對(duì)于施加的磁場(chǎng)的一系列值使用Msat＝1200kA/m。圖10B示出了參數(shù)y作為顆粒半徑的函數(shù)，對(duì)于磁各向異性能量密度K的一系列值T＝300。如下，通過灰色區(qū)101、102給出一組系統(tǒng)參數(shù)的典型實(shí)例。圖10B示出了在灰色區(qū)102中具有5nm半徑和K值范圍為合適的1×104J/m3至1×105J/m3的顆粒。為了實(shí)現(xiàn)離飽和不太遠(yuǎn)的磁化強(qiáng)度，即x值接近1，則需要0.01T級(jí)的B場(chǎng)，如圖10A中的灰色區(qū)101所示。對(duì)于x＞＞1，在場(chǎng)＝接通階段期間的弛豫時(shí)間將比在場(chǎng)＝斷開階段期間的小很多，從而引起在場(chǎng)＝斷開周期期間在平均磁化強(qiáng)度與T/τ關(guān)系中明顯比圖9所示的更寬的峰值。注意，在場(chǎng)＝斷開階段的平均磁化強(qiáng)度隨著x的增加而增加，尤其是T/τ。因此，對(duì)于x＞＞1，ac檢測(cè)法的特性失效。然而，實(shí)際上將難以生成比0.01T大很多的acB場(chǎng)。因此，x將接近1或更小，以便圖9中示出的曲線是優(yōu)良的近似值。
根據(jù)本發(fā)明的存儲(chǔ)器件特別適合于以下應(yīng)用。第一個(gè)應(yīng)用是需要可除去存儲(chǔ)器的便攜式器件，例如膝上型計(jì)算機(jī)或便攜式播放機(jī)。存儲(chǔ)器件具有低的功耗和瞬間的存取數(shù)據(jù)。信息載體還可以用作內(nèi)容分布的存儲(chǔ)介質(zhì)。另一個(gè)應(yīng)用是受版權(quán)保護(hù)的存儲(chǔ)器。該保護(hù)受益于如下事實(shí)，即沒有可記錄/可重寫版本的信息載體存在且消費(fèi)者不能復(fù)制只讀信息載體，以及沒有(正確的)改變的場(chǎng)，不能夠讀信息載體。例如，該類型的存儲(chǔ)器適合于游戲分發(fā)。與存在的方案相比，它具有所有的以下性質(zhì)容易重現(xiàn)、拷貝受保護(hù)、瞬時(shí)接通、快速的存取時(shí)間、堅(jiān)固、無移動(dòng)部件、低功耗等。
雖然通過使用超順磁性材料的衰減時(shí)間的實(shí)施例大體地說明了本發(fā)明，但可以使用對(duì)磁場(chǎng)響應(yīng)的任何的類型。而且對(duì)于傳感元件，實(shí)施例示出了磁阻傳感器，但可使用任何類型的磁性傳感器，如線圈。注意，在該文獻(xiàn)中，動(dòng)詞“包括”和它的動(dòng)詞的各個(gè)變化形式不排除存在除了列出的那些之外的其它元件或步驟，且在元件前的不定冠詞不排除存在多個(gè)這種元件，任何參考標(biāo)記都不限制權(quán)利要求的范圍，可借助硬件和軟件實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，以及可通過硬件或軟件的相同項(xiàng)表示幾個(gè)“裝置”或“單元”。而且，本發(fā)明的范圍不局限于實(shí)施例，且本發(fā)明在于以上描述的每個(gè)新特征或特征的組合。
權(quán)利要求
1.包括信息載體和存儲(chǔ)單元的存儲(chǔ)系統(tǒng)，該信息載體(40)具有信息面(28)，信息面(28)提供有構(gòu)成存儲(chǔ)位置(11)陣列的超順磁性材料圖案，在信息面(28)處特定的超順磁性材料的存在表示存儲(chǔ)位置的值，該特定的超順磁性材料具有對(duì)變化的磁場(chǎng)的預(yù)定響應(yīng)，以及該存儲(chǔ)單元具有接口面(32)，接口面(32)用于與信息面(28)共同工作，其接口面提供有場(chǎng)產(chǎn)生裝置(27)用于生成變化的磁場(chǎng)，并具有磁性傳感元件(24、25、26)陣列，每個(gè)磁性傳感元件都具有產(chǎn)生讀信號(hào)的敏感區(qū)和處理單元(33)，該處理單元(33)用于通過處理該讀信號(hào)經(jīng)由預(yù)定響應(yīng)來檢測(cè)所述的存在。
2.如權(quán)利要求1所要求的系統(tǒng)，其中該超順磁性材料的圖案包括多種不同的超順磁性材料，該不同的超順磁性材料對(duì)變化的磁場(chǎng)具有各自不同的預(yù)定響應(yīng)，尤其是在由于不同超順磁性材料的不同弛豫時(shí)間引起變化的磁場(chǎng)降低之后，該不同的預(yù)定響應(yīng)成為磁化強(qiáng)度的不同衰變。
3.如權(quán)利要求2所要求的系統(tǒng)，其中該超順磁性材料的圖案包括根據(jù)預(yù)定的圖案排列的不同超順磁性材料區(qū)。
4.如權(quán)利要求2所要求的系統(tǒng)，其中該超順磁性材料的圖案包括在存儲(chǔ)位置至少一個(gè)中的所述不同超順磁性材料的結(jié)合，該結(jié)合表示所述值。
5.如權(quán)利要求2所要求的系統(tǒng)，其中該超順磁性材料的圖案包括對(duì)于每個(gè)所述的許多不同超順磁性材料的隔開圖案，該隔開的圖案每個(gè)都具有隔開的存儲(chǔ)位置，其隔開的存儲(chǔ)位置定位于相互移位的位置處。
6.如權(quán)利要求1所要求的系統(tǒng)，其中磁性傳感元件(24、25、26)的敏感區(qū)對(duì)應(yīng)于許多存儲(chǔ)位置的區(qū)域。
7.如權(quán)利要求6所要求的系統(tǒng)，其中該超順磁性材料的圖案包括許多不同的超順磁性材料，該不同的超順磁性材料對(duì)于變化的磁場(chǎng)具有不同的預(yù)定響應(yīng)，且所述的許多存儲(chǔ)位置對(duì)應(yīng)于所述的許多不同的超順磁性材料。
8.如權(quán)利要求6所要求的系統(tǒng)，其中該磁性傳感元件(24、25、26)具有陣列中的間距基本上不對(duì)應(yīng)于存儲(chǔ)位置的整體數(shù)量，尤其是該超順磁性材料的圖案包括根據(jù)2×2存儲(chǔ)區(qū)的預(yù)定圖案排列的4種不同的超順磁性材料的區(qū)域，且所述間距是1.5×存儲(chǔ)位置間距。
9.如權(quán)利要求1所要求的系統(tǒng)，其中該處理單元(33)用于通過處理該讀信號(hào)來檢測(cè)所述的存在，布置該處理單元用于檢測(cè)在變化的磁場(chǎng)降低之后的周期中的讀信號(hào)的響應(yīng)。
10.如權(quán)利要求9所要求的系統(tǒng)，其中該處理單元(33)用于通過處理該讀信號(hào)來檢測(cè)所述的存在，布置該處理單元用于檢測(cè)在幾個(gè)傳感元件(24、25、26)的讀信號(hào)結(jié)合時(shí)的響應(yīng)。
11.如權(quán)利要求1所要求的系統(tǒng)，其中該處理單元(33)用于通過處理該讀信號(hào)檢測(cè)所述的存在，布置該處理單元用于檢測(cè)傳感元件相對(duì)于在超順磁性材料的圖案中的存儲(chǔ)位置的位置，并用于生成表現(xiàn)出傳感元件不對(duì)準(zhǔn)的位置誤差信號(hào)，和/或用于根據(jù)所檢測(cè)的位置，補(bǔ)償相鄰存儲(chǔ)位置的干擾。
12.如權(quán)利要求1所要求的系統(tǒng)，其中該超順磁性材料的圖案提供有標(biāo)記圖案，用于檢測(cè)超順磁性材料的圖案相對(duì)于傳感元件陣列的位置，該標(biāo)記圖案提供了超順磁性材料區(qū)的唯一可檢測(cè)圖案。
13.如權(quán)利要求12所要求的系統(tǒng)，其中該標(biāo)記圖案包括超順磁性材料的同步區(qū)，其同步區(qū)比存儲(chǔ)位置大。
14.如權(quán)利要求12或13所要求的系統(tǒng)，其中該處理單元(33)用于通過處理該讀信號(hào)來檢測(cè)所述的存在，布置該處理單元用于檢測(cè)標(biāo)記圖案。
15.如權(quán)利要求1所要求的系統(tǒng)，其中布置用于生成變化磁場(chǎng)的該裝置(27)，來生成脈沖的磁場(chǎng)，尤其是包括基本上不具有磁場(chǎng)的周期。
16.如權(quán)利要求15所要求的系統(tǒng)，其中該脈沖磁場(chǎng)包括不同脈沖長度的脈沖，尤其是對(duì)于檢測(cè)不同的預(yù)定響應(yīng)，該不同脈沖長度的脈沖是由于不同的超順磁性材料的不同弛豫時(shí)間引起磁化強(qiáng)度的不同衰減。
17.如權(quán)利要求1所要求的系統(tǒng)，其中布置用于生成變化磁場(chǎng)的該裝置(27)，用于在大致與傳感元件的敏感方向垂直的方向上生成場(chǎng)。
18.如權(quán)利要求1所要求的系統(tǒng)，其中該存儲(chǔ)單元提供有加熱裝置，用于局部加熱該信息面。
19.如權(quán)利要求1所要求的系統(tǒng)，其中可以將該信息載體(40)可耦合至該存儲(chǔ)單元并可從該存儲(chǔ)單元移除，且該系統(tǒng)具有對(duì)準(zhǔn)裝置(38、41)，用于在所述耦合期間在存儲(chǔ)位置和該對(duì)應(yīng)的傳感元件之間的近場(chǎng)工作距離之內(nèi)靠近傳感元件來定位存儲(chǔ)位置。
20.用于存儲(chǔ)信息的信息載體，該信息載體具有信息面，該信息面提供有構(gòu)成存儲(chǔ)位置(11)陣列的超順磁性材料的圖案，在信息面處特定的超順磁性材料的存在表示存儲(chǔ)位置的值，該特定的超順磁性材料對(duì)變化的磁場(chǎng)具有預(yù)定的響應(yīng)。
21.如權(quán)利要求20所要求的信息載體，其中該基板由柔性材料制成，用于允許在存儲(chǔ)位置和該對(duì)應(yīng)的傳感元件之間的近場(chǎng)工作距離之內(nèi)靠近傳感元件(24、25、26)來定位存儲(chǔ)位置。
22.如權(quán)利要求20所要求的信息載體，其中該信息載體包括盒(47)，該盒(47)具有當(dāng)耦合至該器件時(shí)用于暴露出該信息面的開口和當(dāng)從該器件移除時(shí)用于封閉該開口的蓋(48)。
23.用于讀出如權(quán)利要求20所要求的信息載體的存儲(chǔ)器件，其特征在于該器件包括用于與信息面共同工作的接口面(32)，該接口面提供有場(chǎng)產(chǎn)生裝置用于生成變化的磁場(chǎng)，并提供有磁性傳感元件(24、25、26)陣列，每個(gè)傳感元件都具有產(chǎn)生讀信號(hào)的敏感區(qū)和處理單元(33)，該處理單元用于通過處理該讀信號(hào)經(jīng)由預(yù)定響應(yīng)來檢測(cè)所述的存在。
24.如權(quán)利要求23所要求的器件，其中該處理單元(33)用于通過處理該讀信號(hào)檢測(cè)所述的存在，布置該處理單元用于檢測(cè)在變化的磁場(chǎng)降低之后的周期中的讀信號(hào)的響應(yīng)。
25.如權(quán)利要求23所要求的器件，其中該傳感元件陣列具有的傳感元件明顯少于該信息載體的存儲(chǔ)位置總數(shù)量，且該器件包括對(duì)準(zhǔn)裝置(42、44)，用于將所述的陣列或該信息載體定位在同時(shí)覆蓋總數(shù)量的存儲(chǔ)位置的不同對(duì)準(zhǔn)位置處。
全文摘要
信息載體(10)具有信息面，該信息面具有構(gòu)成存儲(chǔ)位置(11)陣列的超順磁性材料的圖案。在信息面處特定的超順磁性材料(12R、12G、12V、12Y)的存在可以表示存儲(chǔ)位置的值。超順磁性材料具有對(duì)變化的磁場(chǎng)的特定響應(yīng)，例如，已知的衰減時(shí)間。存儲(chǔ)單元具有與信息面共同工作的接口面(32)，且具有線圈(27)用于產(chǎn)生變化的磁場(chǎng)。接口面具有磁性傳感元件(24、25、26)陣列，每個(gè)磁性傳感元件都具有用于產(chǎn)生讀信號(hào)的敏感區(qū)。處理單元(33)經(jīng)由通過處理讀信號(hào)的具體響應(yīng)來檢測(cè)所述的存在。
文檔編號(hào)G11B5/855GK1711593SQ200380102773
公開日2005年12月21日 申請(qǐng)日期2003年10月8日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月4日
發(fā)明者R·科胡恩 申請(qǐng)人:皇家飛利浦電子股份有限公司