JPH01196751A - データ記憶装置 - Google Patents
データ記憶装置Info
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- JPH01196751A JPH01196751A JP29113888A JP29113888A JPH01196751A JP H01196751 A JPH01196751 A JP H01196751A JP 29113888 A JP29113888 A JP 29113888A JP 29113888 A JP29113888 A JP 29113888A JP H01196751 A JPH01196751 A JP H01196751A
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- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B9/00—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
- G11B9/12—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
- G11B9/14—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
- G11B9/1463—Record carriers for recording or reproduction involving the use of microscopic probe means
- G11B9/149—Record carriers for recording or reproduction involving the use of microscopic probe means characterised by the memorising material or structure
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- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
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- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
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- G11B9/1463—Record carriers for recording or reproduction involving the use of microscopic probe means
- G11B9/1472—Record carriers for recording or reproduction involving the use of microscopic probe means characterised by the form
- G11B9/1481—Auxiliary features, e.g. reference or indexing surfaces
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Automatic Analysis And Handling Materials Therefor (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
Ａ、産業上の利用分野
本発明は、ディジタル・データ記憶装置と、電子トンネ
ル技術の使用法に関するもので、特に、平坦な記憶表面
に分子を選択的に付着させて、表面凹凸の形で読取り可
能なデータを生成することによりデータを書き込み、上
記の分子を記憶表面を破損せずに選択的に取り外すこと
によりデータを消去する、直接アクセス記憶装置（ＤＡ
ＳＤ）及び方法に関するものである。
ル技術の使用法に関するもので、特に、平坦な記憶表面
に分子を選択的に付着させて、表面凹凸の形で読取り可
能なデータを生成することによりデータを書き込み、上
記の分子を記憶表面を破損せずに選択的に取り外すこと
によりデータを消去する、直接アクセス記憶装置（ＤＡ
ＳＤ）及び方法に関するものである。
Ｂ、従来技術
従来のＤＡＳＤでは、磁気ヘッドは空気ベアリングによ
り、回転するディスク上に支持される。
り、回転するディスク上に支持される。
面積密度を高めるため、ヘッドをできるだけディスクに
近づけたり、トラック幅を小さくしたり、ランの長さを
限定するコードを使用するなどの努力が絶えず行なわれ
ている。走査型トンネル顕微鏡検査法が発見されてから
、電子トンネル技術を用いて、現在のＤＡＳＤのアクセ
ス速度とデータ転送速度に匹敵するテラバイト／ｃ１１
２のオーダの面積密度を与えるＤＡＳＤを実現すること
が考えられてきた。
近づけたり、トラック幅を小さくしたり、ランの長さを
限定するコードを使用するなどの努力が絶えず行なわれ
ている。走査型トンネル顕微鏡検査法が発見されてから
、電子トンネル技術を用いて、現在のＤＡＳＤのアクセ
ス速度とデータ転送速度に匹敵するテラバイト／ｃ１１
２のオーダの面積密度を与えるＤＡＳＤを実現すること
が考えられてきた。
これと最も関連が深いと考えられる技術は、米国特許第
４５７５８２２号明細書に開示されたもので、基板上の
平坦な記憶表面に、物理的、電気的及び磁気的な摂動を
生じさせてデータを書き込むデータ記憶装置に関するも
のである。その後、この表面と可動プローブとの間にト
ンネル電子流を生じさせてデータを読み取る。物理的摂
動は、物理的プローブ、合焦させたレーザ光線、電子線
もしくは他の形の放射線及び粒子線で生成させるか、ま
たは導電性、絶縁性の粒子もしくは磁気粒子を付着させ
ることにより生成させる。これらのいず°れの場合にも
、物理的摂動を消去する際に、記憶表面に破損を生じる
。これまでに提案された物理的摂動を消去するための唯
一の方法はアニーリングである。
４５７５８２２号明細書に開示されたもので、基板上の
平坦な記憶表面に、物理的、電気的及び磁気的な摂動を
生じさせてデータを書き込むデータ記憶装置に関するも
のである。その後、この表面と可動プローブとの間にト
ンネル電子流を生じさせてデータを読み取る。物理的摂
動は、物理的プローブ、合焦させたレーザ光線、電子線
もしくは他の形の放射線及び粒子線で生成させるか、ま
たは導電性、絶縁性の粒子もしくは磁気粒子を付着させ
ることにより生成させる。これらのいず°れの場合にも
、物理的摂動を消去する際に、記憶表面に破損を生じる
。これまでに提案された物理的摂動を消去するための唯
一の方法はアニーリングである。
本出願人に係る特願昭６２−２１８号明細書にも、電子
トンネル技術を用いた直接アクセス記憶装置が開示され
ている。この装置は、それぞれがそれ自体の片持ちばり
を有するトンネル・プローブのアレイからなる。各はり
は、平坦な記録表面に隣接して設けられ、上記の表面が
軌道運動を行なう際に、上記の表面の各微小ディスク領
域上の選択可能なトラックを走査し、上記の表面に向か
って移動することにより、上記の表面上に周期的かつ選
択的に情報を記録する。
トンネル技術を用いた直接アクセス記憶装置が開示され
ている。この装置は、それぞれがそれ自体の片持ちばり
を有するトンネル・プローブのアレイからなる。各はり
は、平坦な記録表面に隣接して設けられ、上記の表面が
軌道運動を行なう際に、上記の表面の各微小ディスク領
域上の選択可能なトラックを走査し、上記の表面に向か
って移動することにより、上記の表面上に周期的かつ選
択的に情報を記録する。
Ｃ０発明が解決しようとする問題点
（ａ）分子または原子を平坦な基板に選択的に付着させ
て離散的ビットを書き込み、選択的に取り外して選択し
た１つまたは複数の場所のビットを消去して、上記の表
面を損傷させることなく、その元来の平滑さを回復し、
（ｂ）Ｓ／Ｎ比がビット高さに対して指数関数的に変化
することを利用して高いＳ／Ｎ比を維持し、（Ｃ）ビッ
トが１００ナノ秒未満に読込みまたは消去が可能で、２
５ナノ秒未溝に読取りが可能な、１平方センチメートル
当たり１テラバイトを超える密度を達成できる、改良さ
れたディジタル・データ記憶装置が必要とされている。
て離散的ビットを書き込み、選択的に取り外して選択し
た１つまたは複数の場所のビットを消去して、上記の表
面を損傷させることなく、その元来の平滑さを回復し、
（ｂ）Ｓ／Ｎ比がビット高さに対して指数関数的に変化
することを利用して高いＳ／Ｎ比を維持し、（Ｃ）ビッ
トが１００ナノ秒未満に読込みまたは消去が可能で、２
５ナノ秒未溝に読取りが可能な、１平方センチメートル
当たり１テラバイトを超える密度を達成できる、改良さ
れたディジタル・データ記憶装置が必要とされている。
Ｄ０問題点を解決するための手段
上記のことを目的として、本発明によれば、導電性のプ
ローブと、複数の個別に付着させることのできる分子を
含む流体に露出させた平坦な記憶表面とを備えた、ディ
ジタル・データ記憶装置が提供される。プローブと表面
は、上記の表面に近接した間隔で配置したプローブ・チ
ップにより、相互に相対運動する。プローブをあらかじ
め選定した電圧パルスによって選択的に付勢させて、上
記の分子を流体から捕捉させ、上記の表面上の選択され
た場所に取外し可能に付着させて、表面の凹凸の形で上
記の場所にデータ・ビットを書き込む。このようにして
書き込んだビットを読み取るには、プローブと基板にバ
イアス電圧を印加して、トンネル電子流がプローブ・チ
ップと表面との間に流れるようにし、このときの上記の
電子流の変動（または、チップが表面の上方で一定の間
隔を保つようにフィードバック制御されている場合には
、チップの位置、あるいはその両方）を測定、検出して
ビットの状態を示す。このビットは、適当な電圧パルス
でプローブを付彷することにより選択的に消去され、こ
れにより、表面に損傷を与えることなく選択した場所の
分子が取り外されて上記の場所の表面が元の平坦な構造
に回復される。
ローブと、複数の個別に付着させることのできる分子を
含む流体に露出させた平坦な記憶表面とを備えた、ディ
ジタル・データ記憶装置が提供される。プローブと表面
は、上記の表面に近接した間隔で配置したプローブ・チ
ップにより、相互に相対運動する。プローブをあらかじ
め選定した電圧パルスによって選択的に付勢させて、上
記の分子を流体から捕捉させ、上記の表面上の選択され
た場所に取外し可能に付着させて、表面の凹凸の形で上
記の場所にデータ・ビットを書き込む。このようにして
書き込んだビットを読み取るには、プローブと基板にバ
イアス電圧を印加して、トンネル電子流がプローブ・チ
ップと表面との間に流れるようにし、このときの上記の
電子流の変動（または、チップが表面の上方で一定の間
隔を保つようにフィードバック制御されている場合には
、チップの位置、あるいはその両方）を測定、検出して
ビットの状態を示す。このビットは、適当な電圧パルス
でプローブを付彷することにより選択的に消去され、こ
れにより、表面に損傷を与えることなく選択した場所の
分子が取り外されて上記の場所の表面が元の平坦な構造
に回復される。
読取り時には、プローブ・チップと記憶表面の間のバイ
アス電圧を低く維持し、書込み及び消去時には、チップ
に高い電圧パルスを印加する。
アス電圧を低く維持し、書込み及び消去時には、チップ
に高い電圧パルスを印加する。
Ｅ、実施例
第１図及び第２図に示すように、本発明の実施例である
データ記憶装置は、導電性プローブ１０のアレイを含む
。これらのプローブは、この説明では、第２図に示すよ
うな針状のチップ１１を有するエツチングされた片持ち
ばりの形状のもので、”シリコンの動的微小力学：技術
と装置（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｉｃｒｏ＋ａｅｃｈａｎｉ
ｃｓ ｏｎ ５ｉｌｉｃｏｎ ：Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ
ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ）″、ＩＥＥＥ）ランザクシ
ョンズ・オン・エレクトロン・デバイシズ（ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｄｅｖｉｃｅｓ） ＮＶｏｌ、ＥＤ−２５、Ｎｏ、１０
．１９７８年１０月、ｐｐ、１２４１〜１２５０に記載
されている方法で、すなわちシリコン基板１２をエツチ
ングして、プローブ・チップを有する片持ちばりのマト
リックス・アレイを形成する方法により形成することが
できる。
データ記憶装置は、導電性プローブ１０のアレイを含む
。これらのプローブは、この説明では、第２図に示すよ
うな針状のチップ１１を有するエツチングされた片持ち
ばりの形状のもので、”シリコンの動的微小力学：技術
と装置（Ｄｙｎａｍｉｃ Ｍｉｃｒｏ＋ａｅｃｈａｎｉ
ｃｓ ｏｎ ５ｉｌｉｃｏｎ ：Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ
ａｎｄ Ｄｅｖｉｃｅｓ）″、ＩＥＥＥ）ランザクシ
ョンズ・オン・エレクトロン・デバイシズ（ＩＥＥＥ
Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｄｅｖｉｃｅｓ） ＮＶｏｌ、ＥＤ−２５、Ｎｏ、１０
．１９７８年１０月、ｐｐ、１２４１〜１２５０に記載
されている方法で、すなわちシリコン基板１２をエツチ
ングして、プローブ・チップを有する片持ちばりのマト
リックス・アレイを形成する方法により形成することが
できる。
基板１２は、論文”モノリシック高精度変換機構の設計
と評価（Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ
ｏｆＭｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｌｌｉｇｈ Ｐｒｅｃｉ
ｓｉｏｎ ＴｒａｎｓｌａｔｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｓｍ
ｓ） ” Ｊ、 Ｐｈ１ｓ、 Ｅ （ＧＢ） 、Ｖ。
と評価（Ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ Ａｓｓｅｓｓｍｅｎｔ
ｏｆＭｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｌｌｉｇｈ Ｐｒｅｃｉ
ｓｉｏｎ ＴｒａｎｓｌａｔｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｓｍ
ｓ） ” Ｊ、 Ｐｈ１ｓ、 Ｅ （ＧＢ） 、Ｖ。
１．２０、Ｎｏ、８．１９８７年８月、ｐｐ、９７７〜
９８３の第１図に示された形状の複合板ばね集合体１３
とすることが好ましい。簡単にいえば、この集合体１３
は、２つのプラットフォームからなる四角形の複合直線
ばねであり、その主プラ、レトフォームは基板１２であ
り、副プラットフォーム１４は、基板に接続された内側
柔軟脚１５．１６とそれぞれ１９ａ、１９ｂに固定され
た外側柔軟脚１７．１８とにより支持されている。
９８３の第１図に示された形状の複合板ばね集合体１３
とすることが好ましい。簡単にいえば、この集合体１３
は、２つのプラットフォームからなる四角形の複合直線
ばねであり、その主プラ、レトフォームは基板１２であ
り、副プラットフォーム１４は、基板に接続された内側
柔軟脚１５．１６とそれぞれ１９ａ、１９ｂに固定され
た外側柔軟脚１７．１８とにより支持されている。
集合体１３は、直流モータ、パルス・モータ、またはボ
イス・コイル・モータ等の適当な動力源２１からの駆動
力を受けて、Ｘ方向（すなわち第１図で紙面に垂直な方
向）の粗い１次元運動を制御する。
イス・コイル・モータ等の適当な動力源２１からの駆動
力を受けて、Ｘ方向（すなわち第１図で紙面に垂直な方
向）の粗い１次元運動を制御する。
適当な材料のほぼ平坦で、はとんど欠陥のない記憶表面
３０を適当な基板上に設ける。表面３０は、グラファイ
ト等、原子的に平坦な材料が好ましい。この明細書では
、「原子的に平坦な表面」とは、絶対平坦からの偏差が
、表面に付着する材料の分子の高さのたとえば２５％を
超えない表面と定義する。この基板を、通常走査型トン
ネル顕微鏡（ＳＴＭ）で使用する型式の圧電管手段を含
むｘｙｚドライブ３１に取り付ける。この種のＸｙｚド
ライブについては、米国特許出願０６／８９２９７７号
明細書に記載されている。ｘｙｚドライブ３１は、プラ
ットフォーム３２に取り付ける。プラットフォーム３２
は、プラットフォーム３２に平行な部材３３と、脚１７
．１８を挟んで延び、プラットフォーム３２と部材３３
とを連結する２本の柔軟性の脚３４．３５とからなる四
角形の板ばね集合体３２ａの１辺をなす。動力源２１と
類似の動力源３６が、Ｘ方向（すなわち第１図で垂直の
方向）の粗い１次元運動を制御するための駆動力をプラ
ットフォーム３２に与える。これらの複合板ばね集合体
１３及び３２ａにより、記憶表面３０がプローブ・チッ
プ１１に対して大きな相対運動（たとえば、１０−２〜
１０−’／ａｍ”）を行なうことができる。
３０を適当な基板上に設ける。表面３０は、グラファイ
ト等、原子的に平坦な材料が好ましい。この明細書では
、「原子的に平坦な表面」とは、絶対平坦からの偏差が
、表面に付着する材料の分子の高さのたとえば２５％を
超えない表面と定義する。この基板を、通常走査型トン
ネル顕微鏡（ＳＴＭ）で使用する型式の圧電管手段を含
むｘｙｚドライブ３１に取り付ける。この種のＸｙｚド
ライブについては、米国特許出願０６／８９２９７７号
明細書に記載されている。ｘｙｚドライブ３１は、プラ
ットフォーム３２に取り付ける。プラットフォーム３２
は、プラットフォーム３２に平行な部材３３と、脚１７
．１８を挟んで延び、プラットフォーム３２と部材３３
とを連結する２本の柔軟性の脚３４．３５とからなる四
角形の板ばね集合体３２ａの１辺をなす。動力源２１と
類似の動力源３６が、Ｘ方向（すなわち第１図で垂直の
方向）の粗い１次元運動を制御するための駆動力をプラ
ットフォーム３２に与える。これらの複合板ばね集合体
１３及び３２ａにより、記憶表面３０がプローブ・チッ
プ１１に対して大きな相対運動（たとえば、１０−２〜
１０−’／ａｍ”）を行なうことができる。
他の１対の柔軟な脚３７．３８がそれぞれ脚３４．３５
を挟み、脚３４．３５の接続点の外側で部材３３に接続
する。脚３７．３８の他端は、それぞれ固定されたマイ
クロメータ３９．４０に接続する。マイクロメータの回
転により、プローブ・チップ１１に対する記憶表面３０
の２方向（すなわち第１図で左右の方向）の粗い１次元
調節が行なわれる。
を挟み、脚３４．３５の接続点の外側で部材３３に接続
する。脚３７．３８の他端は、それぞれ固定されたマイ
クロメータ３９．４０に接続する。マイクロメータの回
転により、プローブ・チップ１１に対する記憶表面３０
の２方向（すなわち第１図で左右の方向）の粗い１次元
調節が行なわれる。
ｘｙｚドライブ３１は、従来技術のＳＴＭ装置について
記憶されている方式で、基板１２に取り付けられたプロ
ーブ・チップ１１に対して記憶表面３０を微調整する。
記憶されている方式で、基板１２に取り付けられたプロ
ーブ・チップ１１に対して記憶表面３０を微調整する。
ドライブ３１は、所望の極めて小さいパターン、たとえ
ばラスタ・パターン中での記憶表面３０のＸＮ ｙ及び
２方向の運動を制御する。
ばラスタ・パターン中での記憶表面３０のＸＮ ｙ及び
２方向の運動を制御する。
次に第２図を参照すると、アレイのプローブ・チップ１
１は、各電極４１．４２間の静電力により、第１図の２
方向に個別に移動することができる。
１は、各電極４１．４２間の静電力により、第１図の２
方向に個別に移動することができる。
データ記憶装置の電気回路は、第３図に概略を示した種
類のものとすることができる。図に示すように、ドライ
ブ・インターフェース５０は、制御信号及びデータを送
受信するために、制御装置またはＣＰＵ（図示せず）等
の適当な外部装置に接続する手段から構成される。書き
込むデータは、インターフェース５０を介して、システ
ムの誤り率及びビット密度が最適になるように設計され
たエンコーダ５１に送られる。次にデータはエンコーダ
５１から、書込み／消去回路５２に送られる。
類のものとすることができる。図に示すように、ドライ
ブ・インターフェース５０は、制御信号及びデータを送
受信するために、制御装置またはＣＰＵ（図示せず）等
の適当な外部装置に接続する手段から構成される。書き
込むデータは、インターフェース５０を介して、システ
ムの誤り率及びビット密度が最適になるように設計され
たエンコーダ５１に送られる。次にデータはエンコーダ
５１から、書込み／消去回路５２に送られる。
書込み／消去回路５２は、プローブ・チップ１１に印加
するあらかじめ選択した大きさ及び極性の電圧パルスを
形成するためのドライバを含む。チップ選択信号が線５
３に現われると、回路５２からの出力がＡＮＤ回路５４
で処理されて、基板１２上の選択されたプローブ・チッ
プ１１に送られる。
するあらかじめ選択した大きさ及び極性の電圧パルスを
形成するためのドライバを含む。チップ選択信号が線５
３に現われると、回路５２からの出力がＡＮＤ回路５４
で処理されて、基板１２上の選択されたプローブ・チッ
プ１１に送られる。
（説明を簡単にするために、単一のプローブ・チップの
選択用の回路のみが示してあり、５３は１本のバスで、
５４は、アレイ中の特定の１つのプローブを選択するデ
コーダとする。） 選択したプローブ・チップ１１に電圧パルスを印加する
と、下記に詳細に説明する方法で、上記の表面に接触す
る分子を含有する流体から、分子が記憶表面３０に取外
し可能に付着する。
選択用の回路のみが示してあり、５３は１本のバスで、
５４は、アレイ中の特定の１つのプローブを選択するデ
コーダとする。） 選択したプローブ・チップ１１に電圧パルスを印加する
と、下記に詳細に説明する方法で、上記の表面に接触す
る分子を含有する流体から、分子が記憶表面３０に取外
し可能に付着する。
第３図に示す電気回路はまた、インターフェース５０と
サーボ読取り電子回路／デコーダ５６との間に挿入され
たマイクロプロセッサ／制御電子回路５５を含む。サー
ボ読取り電子回路／デコーダ５６は、粗大信号線及び微
細信号線５７．５８を介して制御論理回路５９を条件付
けし、第１図に関連して述べた構造を用いて、プローブ
・チップ１１を、記憶表面に対してＸＮＹもしくは２方
向、またはすべての方向で粗大運動及び微細運動を行な
わせる。選択したチップ１１が読み取る選択したビット
上を通過すると、チップ両端のトンネル電流が変化し、
６０で増幅され、６１でディジタル化されて、デコーダ
６２に送られる。デコーダ６２で復号された線６３上の
データは、線６５上のクロック・パルスに応じて、ＡＮ
Ｄゲート６４からゲート・アウトされる。
サーボ読取り電子回路／デコーダ５６との間に挿入され
たマイクロプロセッサ／制御電子回路５５を含む。サー
ボ読取り電子回路／デコーダ５６は、粗大信号線及び微
細信号線５７．５８を介して制御論理回路５９を条件付
けし、第１図に関連して述べた構造を用いて、プローブ
・チップ１１を、記憶表面に対してＸＮＹもしくは２方
向、またはすべての方向で粗大運動及び微細運動を行な
わせる。選択したチップ１１が読み取る選択したビット
上を通過すると、チップ両端のトンネル電流が変化し、
６０で増幅され、６１でディジタル化されて、デコーダ
６２に送られる。デコーダ６２で復号された線６３上の
データは、線６５上のクロック・パルスに応じて、ＡＮ
Ｄゲート６４からゲート・アウトされる。
記憶表面３０上の一定の場所がサーボ・パターン域とし
てあらかじめ選択される。チップがこれらの領域上を通
過すると、アドレス位置と、選択されたチップ１１を選
択したデータ・トラック上で中心合わせするオフトラッ
ク信号とを読み取る。
てあらかじめ選択される。チップがこれらの領域上を通
過すると、アドレス位置と、選択されたチップ１１を選
択したデータ・トラック上で中心合わせするオフトラッ
ク信号とを読み取る。
たとえば、各周波数のビットが、名目トラックの中心の
両側に古き込まれる。チップは、上記の各周波数の信号
の大きさを適切に均衡させることにより、チップをトラ
ック内で中心合わせさせる。
両側に古き込まれる。チップは、上記の各周波数の信号
の大きさを適切に均衡させることにより、チップをトラ
ック内で中心合わせさせる。
トラックを変更する場合は、マイクロプロセッサ５５が
適切なドライブを条件付けして、移動させる距離に応じ
て、微調整または粗調整と微調整を行なう。選択したチ
ップ１１が移動すると、アドレスを見つけてトラックに
乗るため、サーボ・パターンが読み取られる。
適切なドライブを条件付けして、移動させる距離に応じ
て、微調整または粗調整と微調整を行なう。選択したチ
ップ１１が移動すると、アドレスを見つけてトラックに
乗るため、サーボ・パターンが読み取られる。
記憶表面３０は長方形で、複数の長方形データ・ブロッ
クからなるものであることが好ましい。各データ・ブロ
ックは、一連の平行なデータ・トラックからなり、それ
ぞれがその一端に隣接して各サーボ・アドレス・パター
ンを有する。
クからなるものであることが好ましい。各データ・ブロ
ックは、一連の平行なデータ・トラックからなり、それ
ぞれがその一端に隣接して各サーボ・アドレス・パター
ンを有する。
２粗調整装置がプローブ・アレイを記憶表面３０からあ
らかじめ選択した距離（たとえば、１０オングストロー
ム）に調整すると、Ｘ及びｙ粗調整装置を用いて特定の
ブロックにアクセスする。
らかじめ選択した距離（たとえば、１０オングストロー
ム）に調整すると、Ｘ及びｙ粗調整装置を用いて特定の
ブロックにアクセスする。
圧電手段３１が、選択したプローブ・チップを選択した
トラックに移動させるための、選択したブロック内での
ｘｙｚ方向の微細な動きを制御する。
トラックに移動させるための、選択したブロック内での
ｘｙｚ方向の微細な動きを制御する。
実際の試験では、本発明の特徴によれば、高度に配向し
た熱分解グラフディトを記憶表面３０上に付着させた。
た熱分解グラフディトを記憶表面３０上に付着させた。
グラファイトが付着した後、表面をフタル酸ジ（２−エ
チルヘキシル）の液体皮膜で被覆した。３０ｍＶ台の低
電圧バイアスをグラファイトに印加した。得られた電流
は、チップと表面３０との距離の感度の良い尺度となる
。選択したプローブ・チップ１１は、上記のように粗調
整装置２１．３６でチップ・アレイ１２を選択したブロ
ックに移動させた後、微細運動ｘｙｚドライブ３１の制
御下でラスク走査した。ラスク走査中に、電気化学的に
エツチングされた、選択されたタングステンのプローブ
・チップ１１に１００ナノ秒、３．７Ｖのパルスを印加
すると、液体の分子が記憶表面３０に付着した。上記の
表面で得られた局部バンプが選択した位置のビットを示
し、これにより書込みができた。これらのビットの大き
さは２７Ｘ２７オングストロームで、高さは少なくとも
１５オングストロームであった。液体中を自由に運動す
る分子は絶縁バリアとして機能し、選択したチップ１１
がこれらの分子の１つを表面に固定するまで、プローブ
から見てグラファイトの表面３０しか見えなかった。こ
のことは、周囲空気環境内で行なった。マークを発生さ
せるのに、約３．５Ｖの電圧しきい値があることが判明
した。
チルヘキシル）の液体皮膜で被覆した。３０ｍＶ台の低
電圧バイアスをグラファイトに印加した。得られた電流
は、チップと表面３０との距離の感度の良い尺度となる
。選択したプローブ・チップ１１は、上記のように粗調
整装置２１．３６でチップ・アレイ１２を選択したブロ
ックに移動させた後、微細運動ｘｙｚドライブ３１の制
御下でラスク走査した。ラスク走査中に、電気化学的に
エツチングされた、選択されたタングステンのプローブ
・チップ１１に１００ナノ秒、３．７Ｖのパルスを印加
すると、液体の分子が記憶表面３０に付着した。上記の
表面で得られた局部バンプが選択した位置のビットを示
し、これにより書込みができた。これらのビットの大き
さは２７Ｘ２７オングストロームで、高さは少なくとも
１５オングストロームであった。液体中を自由に運動す
る分子は絶縁バリアとして機能し、選択したチップ１１
がこれらの分子の１つを表面に固定するまで、プローブ
から見てグラファイトの表面３０しか見えなかった。こ
のことは、周囲空気環境内で行なった。マークを発生さ
せるのに、約３．５Ｖの電圧しきい値があることが判明
した。
このようにして書き込まれたビットを読み取るため、選
択したプローブ・チップ１１に一定の電圧を印加した。
択したプローブ・チップ１１に一定の電圧を印加した。
この電圧は上記の約３．５Ｖの読取り電圧しきい値より
はるかに低かった。ビットが書き込まれた（すなわち分
子が付着された）所では、選択したチップ１１で走査さ
れたとき、大きな電流変調があった。このトンネル（電
界放出）電流の変化を増幅し、ディジタル化した。この
電流変化を表面の高さ、したがってビットの存在を示す
インジケータとして直接使ったが、必要ならば高周波フ
ィードバック・システム（図示せず）を用いて、電子流
を一定に保ち、これにより電子流を一定に保つのに必要
なフィードバックの変化を検出してビットの存在を間接
的に示すこともできる。
はるかに低かった。ビットが書き込まれた（すなわち分
子が付着された）所では、選択したチップ１１で走査さ
れたとき、大きな電流変調があった。このトンネル（電
界放出）電流の変化を増幅し、ディジタル化した。この
電流変化を表面の高さ、したがってビットの存在を示す
インジケータとして直接使ったが、必要ならば高周波フ
ィードバック・システム（図示せず）を用いて、電子流
を一定に保ち、これにより電子流を一定に保つのに必要
なフィードバックの変化を検出してビットの存在を間接
的に示すこともできる。
記憶表面３０から選択した分子を除去することによりビ
ットを選択的に消去した。これは、結合がイオン結合の
場合、エンコーダ５１、書込／消去回路５２、ＡＮＤゲ
ート５４、及び線５３上の信号を用いて、選択したプロ
ーブ・チップ１１へのパルスの極性を逆転させることに
よって行なえる。消去しきい値は書込みしきい値にほぼ
等しい。
ットを選択的に消去した。これは、結合がイオン結合の
場合、エンコーダ５１、書込／消去回路５２、ＡＮＤゲ
ート５４、及び線５３上の信号を用いて、選択したプロ
ーブ・チップ１１へのパルスの極性を逆転させることに
よって行なえる。消去しきい値は書込みしきい値にほぼ
等しい。
選択した分子はグラシアイトの記憶表面３０から完全に
除去され、目に見える欠陥のないグラフディトの表面が
残ることが判明した。
除去され、目に見える欠陥のないグラフディトの表面が
残ることが判明した。
別法として、基板から分子を除去することが知られてい
る紫外線を合焦またはフラッド照射することによって、
各ブロックの選択的消去または広範な消去を行なうこと
ができる。
る紫外線を合焦またはフラッド照射することによって、
各ブロックの選択的消去または広範な消去を行なうこと
ができる。
必要があれば、液晶、ラングミュア・プロジェット皮膜
、脂質二重層等の配列有機系と呼ばれる分子を含む周囲
流体も使用できる。この種の材料を使って、その固葡の
２次元配列性により、書き込んだビット及び、配列した
背景基板を得ることができる。これらの分子はフタル酸
塩と同じ種類の有機薬品であるが、これらは配列させる
必要のないグラファイトまたはその他の基板上の薄膜中
に２次元（たとえば、一連の平行な行）で自然に配列す
るという特徴を有する。これは読み書きの助けになるば
かりではなく、あらかじめ選択したデータ・チャネルに
沿ってチップ１１を案内するのに使用できる一連のトラ
ックまたはパターンをも与える。本発明者等は、行また
はチャネルの間隔が３０オングストロームの液晶材料ｐ
−ｎ−オクチル−ｐ′−シアノビフェニルを用いてビッ
トを書き込むことに成功した。
、脂質二重層等の配列有機系と呼ばれる分子を含む周囲
流体も使用できる。この種の材料を使って、その固葡の
２次元配列性により、書き込んだビット及び、配列した
背景基板を得ることができる。これらの分子はフタル酸
塩と同じ種類の有機薬品であるが、これらは配列させる
必要のないグラファイトまたはその他の基板上の薄膜中
に２次元（たとえば、一連の平行な行）で自然に配列す
るという特徴を有する。これは読み書きの助けになるば
かりではなく、あらかじめ選択したデータ・チャネルに
沿ってチップ１１を案内するのに使用できる一連のトラ
ックまたはパターンをも与える。本発明者等は、行また
はチャネルの間隔が３０オングストロームの液晶材料ｐ
−ｎ−オクチル−ｐ′−シアノビフェニルを用いてビッ
トを書き込むことに成功した。
この新規の現象が生じる詳細な機構はまだわかっていな
い。本発明者等は、この書込み過程が、吸収された分子
とグラファイト表面の両方またはいずれか一方を活性化
させるのに十分なエネルギーを有するトンネル電子に関
係していると考える。
い。本発明者等は、この書込み過程が、吸収された分子
とグラファイト表面の両方またはいずれか一方を活性化
させるのに十分なエネルギーを有するトンネル電子に関
係していると考える。
しきい値電子エネルギー（約３．５電子ボルト）は、典
型的な１個の炭素原子間結合のエネルギーと一致するの
で、共有結合の開裂が、固定過程の一部として関与して
いるかもしれない。あるいは、この結合が、トンネル電
子によって誘発される双極子間相互作用によって生じて
いるのかもしれない。
型的な１個の炭素原子間結合のエネルギーと一致するの
で、共有結合の開裂が、固定過程の一部として関与して
いるかもしれない。あるいは、この結合が、トンネル電
子によって誘発される双極子間相互作用によって生じて
いるのかもしれない。
したがって、Ｘｙｚドライブ３１が１０ミクロンの有効
行程ををし記憶密度が７０テラビット／ｃｍ２の場合、
約１０００万ビツトを、各プローブ・チップ１１の機械
的領域内に記憶させることができることがわかる。前述
のように、記憶表面３０は、プローブ・アレイに対して
移動させて、各種のブロックに対して位置決めすること
ができる。
行程ををし記憶密度が７０テラビット／ｃｍ２の場合、
約１０００万ビツトを、各プローブ・チップ１１の機械
的領域内に記憶させることができることがわかる。前述
のように、記憶表面３０は、プローブ・アレイに対して
移動させて、各種のブロックに対して位置決めすること
ができる。
各ブロックは、書き込まれたビットとデータからなる識
別及びサーボ・パターンを有することになる。
別及びサーボ・パターンを有することになる。
上記の記憶装置により、Ｓ／Ｎ比が著しく改善される。
これは、Ｓ／Ｎ比が表面の高さの変動によって支配され
るためである。ピニヒとローラ（Ｂｉｎｎｉｇ ａｎｄ
Ｒｏｈｒｅｒ） 、Ｉ ８Ｍジャーナル・オブ・リサ
ーチ・アンド・デベロップメント（ＩＢＭＪｏｕｒｎａ
ｌ ｏｆ Ｒｅ５ｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐ
ｍｅｎｔ） 、Ｖ 。
るためである。ピニヒとローラ（Ｂｉｎｎｉｇ ａｎｄ
Ｒｏｈｒｅｒ） 、Ｉ ８Ｍジャーナル・オブ・リサ
ーチ・アンド・デベロップメント（ＩＢＭＪｏｕｒｎａ
ｌ ｏｆ Ｒｅ５ｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｄｅｖｅｌｏｐ
ｍｅｎｔ） 、Ｖ 。
１．３０．１９８６年７月に報告されているように、ト
ンネル電流は ｅ−日Ｓに比例する。ただしｆｉはプロ
ーブと基板との間のトンネル効果の有効バリア高さの平
方根、Ｓはその分離間隔である（バリア高さとは、グラ
ファイトまたはトンネル・プローブから電子を除去する
のに必要なエネルギーである）。プローブ・チップが基
板を走査するときこの高さに保たれると、高さ２を持つ
ビットはｅ−口＜５−ｚ）の信号を有することになる。
ンネル電流は ｅ−日Ｓに比例する。ただしｆｉはプロ
ーブと基板との間のトンネル効果の有効バリア高さの平
方根、Ｓはその分離間隔である（バリア高さとは、グラ
ファイトまたはトンネル・プローブから電子を除去する
のに必要なエネルギーである）。プローブ・チップが基
板を走査するときこの高さに保たれると、高さ２を持つ
ビットはｅ−口＜５−ｚ）の信号を有することになる。
ノイズが有効高さ変動ｄｚとして書き込まれると、Ｓ／
Ｎ比は、Ｓ／ Ｎ＝ ｅｆ Ｉ （ｚ−ｄｚ）となる。
Ｎ比は、Ｓ／ Ｎ＝ ｅｆ Ｉ （ｚ−ｄｚ）となる。
ただしｆｉは電子ボルト単位、ｚｌｄｚはオングストロ
ーム単位である。この間隔による電流の指数変化により
、この記憶装置は、表面形状の変化に対して感度がきわ
めて高くなる。有効バリア高さは材料に依存する。バリ
ア高さを０．６５電子ボルト（空気中でグラファイトに
ついて測定）、ビット高さを１５オングストローム、ノ
イズ・レベルを１オングストロームと仮定すると、Ｓ／
Ｎ比は約９０００、すなわち７９デシベルと計算される
。ノイズ・レベルがこれより著しく高いか、またはバリ
ア高さがこれより低い場合は、これより大きく高い分子
を用いることにより、Ｓ／Ｎ比はさらに改善される。
ーム単位である。この間隔による電流の指数変化により
、この記憶装置は、表面形状の変化に対して感度がきわ
めて高くなる。有効バリア高さは材料に依存する。バリ
ア高さを０．６５電子ボルト（空気中でグラファイトに
ついて測定）、ビット高さを１５オングストローム、ノ
イズ・レベルを１オングストロームと仮定すると、Ｓ／
Ｎ比は約９０００、すなわち７９デシベルと計算される
。ノイズ・レベルがこれより著しく高いか、またはバリ
ア高さがこれより低い場合は、これより大きく高い分子
を用いることにより、Ｓ／Ｎ比はさらに改善される。
上記の方法を実施するために実際に用いた電圧バイアス
は約３０ｍＶであるが、１０〜１５０ｍＶのバイアス電
圧が使用できることに注目されたい。読取り時にはチッ
プ１１と記憶表面３０との間でこのバイアス電圧を保ち
、書込み及び選択的消去時にはこれより高い電圧のパル
スを印加する。
は約３０ｍＶであるが、１０〜１５０ｍＶのバイアス電
圧が使用できることに注目されたい。読取り時にはチッ
プ１１と記憶表面３０との間でこのバイアス電圧を保ち
、書込み及び選択的消去時にはこれより高い電圧のパル
スを印加する。
また、グラファイト以外の導電性表面、及びフタル酸ジ
（２−エチルヘキシル）以外の流体（液体または気体状
態）も、それが記憶表面に取外し可能に付着させるのに
好都合な分子を有することを条件として、記憶表面３０
上にコーティングしたり、周囲環境として使用すること
が可能で、たとえば、フタル酸ジメチルを使用すること
もできる。
（２−エチルヘキシル）以外の流体（液体または気体状
態）も、それが記憶表面に取外し可能に付着させるのに
好都合な分子を有することを条件として、記憶表面３０
上にコーティングしたり、周囲環境として使用すること
が可能で、たとえば、フタル酸ジメチルを使用すること
もできる。
最後に、以上では本発明を単一分子を選択した記憶位置
に付着させることに関して説明してきたが、使用する流
体に応じて、１個または複数の原子または分子を付着さ
せることが可能なことを理解されたい。したがって、本
明細書で用いる「分子」の用語は、一般に１個または複
数の原子または分子を表わすものとする。さらに、本発
明がどのように実施されるかを示すために記述した機構
及び電気回路は単に説明のためのみと考えられたい。本
発明は、特許請求の範囲に指定した範囲にのみ限定され
ると考えるべきではない。
に付着させることに関して説明してきたが、使用する流
体に応じて、１個または複数の原子または分子を付着さ
せることが可能なことを理解されたい。したがって、本
明細書で用いる「分子」の用語は、一般に１個または複
数の原子または分子を表わすものとする。さらに、本発
明がどのように実施されるかを示すために記述した機構
及び電気回路は単に説明のためのみと考えられたい。本
発明は、特許請求の範囲に指定した範囲にのみ限定され
ると考えるべきではない。
Ｆ０発明の効果
以上述べたように、本発明は、平坦な記憶表面に分子を
選択的に付着させることにより、表面の凹凸の形で読取
り可能なデータを生成させてデータを書き込み、上記の
分子を選択的に取、り外すことにより、記憶表面に損傷
を与えることなくデータを消去するＤＡＳＤを提供する
。
選択的に付着させることにより、表面の凹凸の形で読取
り可能なデータを生成させてデータを書き込み、上記の
分子を選択的に取、り外すことにより、記憶表面に損傷
を与えることなくデータを消去するＤＡＳＤを提供する
。
第１図は本発明を用いたデータ記憶装置の機械的構造を
示す概略図、第２図は、第１図に示す装置の一部を形成
する導電性プローブのアレイを示す拡大側面図、第３図
は、第１図の装置の一部を形成する電気回路を示す概略
図である。 １０・・・・導電性プローブのアレイ、１１・・・・プ
ローブ・チップ、１２・・・・シリコン基板、３０・・
・・記憶表面、４１．４２・・・・電極、５１・・・・
エンコーダ、５２・・・・書込み／消去回路、５４・・
：・ＡＮＤ回路、５５・・・・マイクロプロセッサ／制
御回路、５６・・・・サーボ読取り回路／デコーダ、５
９・・・・制御論理回路、６０・・・・読取り増幅器／
フィルタ、６２・・・・デコーダ。 出願人 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人 弁理士 山 本 仁 朗（外１名）
示す概略図、第２図は、第１図に示す装置の一部を形成
する導電性プローブのアレイを示す拡大側面図、第３図
は、第１図の装置の一部を形成する電気回路を示す概略
図である。 １０・・・・導電性プローブのアレイ、１１・・・・プ
ローブ・チップ、１２・・・・シリコン基板、３０・・
・・記憶表面、４１．４２・・・・電極、５１・・・・
エンコーダ、５２・・・・書込み／消去回路、５４・・
：・ＡＮＤ回路、５５・・・・マイクロプロセッサ／制
御回路、５６・・・・サーボ読取り回路／デコーダ、５
９・・・・制御論理回路、６０・・・・読取り増幅器／
フィルタ、６２・・・・デコーダ。 出願人 インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人 弁理士 山 本 仁 朗（外１名）
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （ａ）個別に接着可能な複数の分子を含む流体に晒され
る略平坦な表面をもつ基板と、 （ｂ）チップをもつ導電性プローブと、 （ｃ）上記チップを、上記基板の表面に対して近接した
間隔に保ちつつ上記基板と相対的に移動させるための手
段と、 （ｄ）上記表面上の上記チップが対応する選択された位
置に、上記チップによって少なくとも１つの上記分子を
接着させるための電圧を上記導電性プローブに選択的に
印加するための手段とを具備し、以てそうして付着した
各分子が、上記位置にデータ・ビットを書き込むための
表面の不規則性を与えるようにした、 データ記憶装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US14699988A | 1988-01-22 | 1988-01-22 | |
| US146999 | 1998-09-04 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01196751A true JPH01196751A (ja) | 1989-08-08 |
| JP2557964B2 JP2557964B2 (ja) | 1996-11-27 |
Family
ID=22519945
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29113888A Expired - Lifetime JP2557964B2 (ja) | 1988-01-22 | 1988-11-19 | データ記憶装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0325056A2 (ja) |
| JP (1) | JP2557964B2 (ja) |
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1988
- 1988-11-19 JP JP29113888A patent/JP2557964B2/ja not_active Expired - Lifetime
- 1988-12-22 EP EP19880312238 patent/EP0325056A2/en not_active Withdrawn
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| US5805560A (en) * | 1995-10-16 | 1998-09-08 | Canon Kabushiki Kaisha | Recording/reproducing apparatus and recording/reproducing method using probe |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0325056A2 (en) | 1989-07-26 |
| JP2557964B2 (ja) | 1996-11-27 |
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