JPH01302556A

JPH01302556A - 記憶再生装置

Info

Publication number: JPH01302556A
Application number: JP13347688A
Authority: JP
Inventors: Yuji Tsukamoto; 塚本　雄二
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1988-05-30
Filing date: 1988-05-30
Publication date: 1989-12-06
Anticipated expiration: 2014-07-19
Also published as: JP2920915B2

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。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、情報の書込みおよび読出しを行う記憶方法に
関する。

（従来の技術）現在実用化されている情報の記憶方法としては、磁気テ
ープ、フロッピー磁気ディスク、ハード磁気ディスクの
ような磁気記録、レーザー光を媒介とした光記録（ＤＲ
ＡＷ）、光励起磁気カー効果を利用した光磁気記録、集
積回路のような電気記録が挙げられる。電子計算機など
に用いられる外部記憶装置としては、磁気記録が主流で
あり、光、光磁気記録の占める割合が徐々に増加してき
ているのが現状である。外部記憶装置に関するこれまで
の技術動向は、“磁気テープからフロッピーディスクへ
”、′フロッピーディスクからハードディスクへ″、“
磁気記録の分野では長手記録から垂直記録へ″、゛′磁
気記録から光・光磁気記録へ″であり、これらの技術革
新はすべて、記録密度と信頼性の向上、すなわち小さな
面積にいかに多くの情報を蓄積し、しかも記憶された情
報をいかに長期間安定して保存しうるかという問題に係
わるものであった。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、記録密度の向上に関してはそれぞれの記
録方法は原理的に記録密度の限界を有している。例えば
、磁気記録では磁化の方向が熱エネルギーによって振動
するために生じる常磁性、いわゆる超常磁性が記憶単位
の大きさを制限し、その値は直径１０ｎｍ以上である。

光記録では光子の量子力学的な位置の不確定性（不確定
性原理）が記憶単位の寸法を決定し、絶対零度近傍にお
ける位置の不確定さが光子で１１１ｍ以上であることか
ら、ｌｐｍ以下の記録単位で記録再生を行うことは不可
能である。また、電気記録では光子と同様の不確定性原
理と、電子のトンネル効果がその超高集積化を阻んでお
り、電子の存在位置の不確定さに起因する記憶単位の限
界は約１ｎｍである。

（課題を解決するための手段）本発明は鋭利な先端を有する走査探針と、該探針が取り
付けられたアクチュエータと、該アクチュエータ駆動用
電源と、該探針に対向して配置される記憶媒体と、探針
と記憶媒体との間に電圧を印加するための電源と、探針
と記憶媒体間のトンネル電流を検知する検知装置と、前
記アクチュエータ駆動用電源に接続する信号再生装置と
、前記探針と記憶媒体間に電圧を印加するための電源に
接続する信号発生装置とを備えたことを特徴とす記憶再
生装置であり、また、鋭利な先端を有する走査探針と、
該探針を支持する探針ホルダーと、該ホルダーが取付け
られたアクチュエータと、該アクチュエータ駆動用電源
と、該探針に対向して配置される記憶媒体と、探針と記
憶媒体との間に電圧を印加するための電源と、探針と記
憶媒体間のトンネル電流を検知する検知装置と、前記探
針と記憶媒体間に電圧を印加するための電源に接続する
信号発生装置と、探針ホルダーの変形量を検知する光干
渉型変位計とこれに接続する再生装置とを備えたことを
特徴とする記憶再生装置である。

以上のように、これまでの記録方法には原理的に記憶単
位の最小寸法に限界があり、それによって記録密度の上
限が決定される。本発明の記憶方法では、探針と記憶媒
体間に電界を加え、記憶媒体を電界蒸発させることによ
り原子レベルの凹み、もしくは貫通孔を設け、その凹み
ゃ貫通孔により情報の記憶を行う。また、探針を記憶媒
体表面上で走査し、探針と記憶媒体間に流れるトンネル
電流、もしくは探針と記憶媒体間に作用する原子間力を
測定することにより、情報を読出すことを特徴とした記
憶方法である。本記憶方法では記憶媒体に原子を用いて
いるので、量子力学的不確定性に起因する記憶単位の限
界寸法は０．１ｎｍ以下であり、従来の記憶方法に比較
して、記憶密度を格段に向上させることが可能である。

（作用）相対する２個の伝導性固体間に電圧を印加し、放電を起
こさせることによって一方の材料を除去することは、す
でに放電加工などの公知例がある。

本発明は、超微細放電加工に位置付けられ、超微細放電
加工によって形成された原子レベルの凹みにもしくは貫
通孔によって情報の書込みを行う。

また、原子レベルの凹みもしくは貫通孔の有無をトンネ
ル電流、或いは原子間力の変化によって検知し、情報の
再生を行うものである。

例えば、Ｗの探針とグラファイトの記憶媒体の間に３ｖ
のバイアス電圧を０．５ｓｅｃ間印加すると、グラファ
イトの表面には直径約６ｎｍ、深さ約４ｎｍの円形の凹
みが形成される。同様に、バイアス電圧２Ｖ、印加時間
０．１ｓｅｃに設定すると、直径約１ｎｍ、深さ約０．
５ｎｍの凹みが表面に形成される。これら原子レベルの
凹みの存在は、バイアス電圧ｏ、ｉｖ以下、トンネル電
流値数己の条件下で観察したグラファイト表面のトンネ
ル電流像により明瞭に識別・判定することができる。゛
直径数ｎｍの記憶単位は、現在実用化されつつあり、最
も高い記録密度が得られる光磁気記録の記憶単位の数１
０分の１〜１００分の１以下の寸法である。

（実施例）以下、実施例に基づいて本発明の詳細な説明する。第１
図は本発明の一実施例である記録再生装置の構成図であ
る。１は電界研磨によりその先端半径を０．０１μｍと
、極めて鋭利に仕上げたＷ製の探針である。１は探針は
Ｘ、　Ｙ、および２方向に精密駆動可能なアクチュエー
タ２に取付けられており、記憶媒体３の表面上を極めて
微小な間隔を保って移動することができる。記憶媒体の
面内を移動するＸおよびＹ方向の精密駆動アクチュエー
タの駆動範囲は２０ｐｍである。グラファイトの記憶媒
体３が固定されているステージ４は、記憶媒体と探針間
の位置決めを行うために２方向に粗調駆動可能であると
ともに、記憶媒体の平行度を調整するための傾斜機構も
取付けられている。本装置は従来走査型トンネル顕微鏡
（ＳＴＭ）と総称されている表面観察装置と同様の機能
を有しており、探針ｌ記憶媒体間に流れるトンネル電流
を定電流モードで測定することができる。また探針ｌ記
憶媒体間の距離はトンネル電流の測定により調整する。

一定のトンネル電流値を与えるために２方向のアクチュ
エーターを駆動するフィードバック電圧をモニターする
ことにより、凹みもしくは貫通孔の有無を判定した。な
お、高電圧を印加した際に針材料が電界蒸発しがたいこ
と、先端が極めて鋭利に加工できることを考慮して、本
発明では探針にＷを用いた。また、記憶媒体には原子像
レベルの観察が容易なグラファイトを用いたが、Ａｕや
ｐｔなとの貴金属も腐食により表面や記憶単位が変化す
ることがなく、高いトンネル電流が得られることから、
適している。

第２図は原子間力の変化によって情報の読出しを行う記
録再生装置の構成図である。構成は第１図に示したもの
とほぼ同様であるが、光干渉型変位計５によって探針に
作用する原子間力を検知し、その変化によって凹みもし
くは貫通孔の存在を検知するものである。記憶単位であ
る凹みや貫通孔が存在しない記憶媒体の平坦な表面に対
して探針を接近させ、トンネル電流を検出し、その状態
で２方向のアクチュエーターを停止し、Ｘ、　Ｙ方向に
走査する。、すなわち、定電圧モードでアクチュエータ
ーを走査すると、凹みや貫通孔のある部分では探針／記
憶媒体間の間隔が大きくなるために、探針ｌ媒体間に作
用する原子間力は無視できるほどに低下する。探針を、
Ｙ方向に駆動した際に探針に作用する原子間力の変化は
、探針１を支持している探針ホルダー１′に微小な曲げ
変形を生じさせ、その曲げ変形量を光干渉型変位計５に
よって検知した。探針ホルダー１′はＹ方向と２方向の
剛性が高く、方向はＹおよび２方向に比較してかなり低
い剛性を有するように設計しである。探針ｌ媒体間に作
用する原子間力は１０−７〜１Ｏ−１ＯＮの範囲にある
。原子間力が１Ｏ−７Ｎのときの探針ホルダーの曲げ変
形量は約０．２ｎｍである。

なお、本記憶再生装置に使用した光干渉型変位計の分解
能は０．Ｏ０５ｎｍである。

第３図は本発明のトンネル電流による記憶再生装置のシ
ステム構成図である。６．７、および８はそれぞれＸ、
　Ｙ、および２方向のアクチュエーターを駆動する精密
電源である。９は探針と媒体間に印加するバイアス電圧
用の電源、１０は媒体に凹みもしくは貫通孔を形成する
ための高応答性の電源、１１は記憶媒体を固定した試料
台を駆動する粗調用電源、１２は探針と記憶媒体間に流
れるトンネル電流の検知装置であり、電流検知装置１２
とサーボ回路１３により精密電源８と粗調用電源１１は
制御されており、探針と機構媒体表面との位置決め制御
を行う。精密電源８に印加される電圧が再生信号として
用いられるため、精密電源８には信号再生装置１４がつ
ながっている。情報は、Ｘ、　Ｙアクチュエーターによ
り探針を記憶単位を書込みたい位置に移動させた後に、
情報書込み用の信号発生装置１５と電源１０により所定
の電圧を、所定の時間だけ探針／媒体間に印加すること
によって媒体に書込まれる。

第４図は本発明の原子間力による記憶再生装置のシステ
ム構成図である。６〜１３および１５は第３図とまった
く同様であるが、光干渉型変位計５に記憶単位の有無（
原°子間力の変化）を０．１のデジタル信号に再生する
再生装置１６が取付けられている。

以上説明してきた本発明の記録再生装置では２０μｍ角
の領域に最大ｌＸ１０８個もの記憶単位を書込むことが
可能である。記憶容量に換算すると約２００メガビツト
に相当し、極めて大容量しかも小型の記憶ファイルとし
て用いることが可能である。

本記憶装置は本来シーケンシャル記憶に適しているが、
ランダム・アクセスを行うことも可能である。また、探
針が２０ｐｍ角の領域を走査するのに要する時間が約１
０秒であることから、シーケンシャル記憶の場合２００
メガビツトの情報を読出しに約１０秒必要である。本記
憶装置は１種のＤＲＡＷ（ダイレクト・リード・アフタ
ー・ライト）媒体であり、その記憶単位は不揮発であり
、極めて信頼性の高い記憶装置である。本記憶装置の信
頼性を維持するためには本装置を真空中で使用すること
が望ましいが、清浄気体中でも十分な信頼性を有してい
る。

（発明の効果）以上のように、本記憶装置は極めて大容量、小型、かつ
信頼性の高いＤＲＡＷ型記憶装置を提供するものである
。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図、第３図および第４図は本発明の記録再
生装置の実施例を示す図である。第１図、第２図、第３
図および第４図において、１・・・探針、１”・・・探
針ホルダー、２・・・ＸＹｚ精密駆動アクチュエータ、
３・・・記憶媒体、４・・・ステージ、５・・・光干渉
型変位計、６〜８・・・アクチュエータ駆動用精密電源
である。９・・・バイアス電圧用電源、１０・・・高応
答性電源、１１・・・粗調駆動用電源、１２・・・トン
ネル電流検知装置、１３・・・サーボ回路、１４・・・
信号装置、１５・・・信号再生装置、１６・・・再生装
置である。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）鋭利な先端を有する走査探針と、該探針が取り付
けられたアクチュエータと、該アクチュエータ駆動用電
源と、該探針に対向して配置される記憶媒体と、探針と
記憶媒体との間に電圧を印加するための電源と、探針と
記憶媒体間のトンネル電流を検知する検知装置と、前記
アクチュエータ駆動用電源に接続する信号再生装置と、
前記探針と記憶媒体間に電圧を印加するための電源に接
続する信号発生装置とを備えたことを特徴とする記憶再
生装置。
（２）鋭利な先端を有する走査探針と、該探針を支持す
る探針ホルダーと、該ホルダーが取付けられたアクチュ
エータと、該アクチュエータ駆動用電源と、該探針に対
向して配置される記憶媒体と、探針と記憶媒体との間に
電圧を印加するための電源と、探針と記憶媒体間のトン
ネル電流を検知する検知装置と、前記探針と記憶媒体間
に電圧を印加するための電源に接続する信号発生装置と
、探針ホルダーの変形量を検知する光干渉型変位計とこ
れに接続する再生装置とを備えたことを特徴とする記憶
再生装置。