JPH0271439A - 記録再生装置 - Google Patents

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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、大容量・高密度の記録再生装置に関するもの
である。

［従来の技術］ 近年、記録再生装置におけるデータの記録容量は年々大
きくなる傾向があり、記録単位の大きさは小さく記録密
度は高くなっている。例えば光記録によるディジタル・
オーディオ・ディスクにおいては記録単位の大きさはＩ
　ＩＬｒａ２程度にまで及んでいる。その背景には、メ
モリ材料開発の活発化があり、有機色素・フォトポリマ
ーなどの有機薄膜を用いた安価で高密度な記録媒体が登
場してきている。

一方、最近、導体の表面原子の電子構造を直接観察でき
る走査型トンネル顕微鏡（以後ＳＴＭと略す）が開発さ
れ［Ｇ、　Ｂ１ｎｎ１ｇ　ｅｔ　ａ！、、　Ｈｅ１ｖｅ
ｔｉｃａＰｈｙｓｉｃａ　Ａｃｔａ、　５５．７２８　
（＋９８２）］　、単結晶、非晶質を問わず実空間像の
高い分解能の測定ができるようになり、しかも媒体に電
流による損傷を与えずに低電力で観測できる利点をも有
し、さらに大気中でも動作し種々の材料に対して用いる
ことができるため広範囲な応用が期待されている。

ＳＴＭは金属の探針（プローブ電極）と導電性物質の間
に電圧を加えてｌｎｍ程度の距離まで近づけるとトンネ
ル電流が流れることを利用している。

この電流は両者の距離変化に非常に敏感であり。

電流もしくは両者の平均的な距離を一定に保つように探
針を走査することにより実空間の表面情報を得ることが
できる。この際、面内方向の分解能はＩＡ程度である。

このＳＴＭの原理を応用すれば十分に原子オーダー（数
Ａ）での高密度記録再生を行うことが可能である。この
際の記録再生方法としては、粒子線（電子線、イオン線
）或いはＸ線等の高エネルギー電磁波及び可視・紫外線
等のエネルギー線を用いて適当な記録層の表面状態を変
化させて記録を行い、　ＳＴＭで再生する方法や、記録
層として電圧′Ｉｖ流のスイッチング特性に対してメモ
リ効果をもつ材料、例えばπ電子系有機化合物やカルコ
ゲン化物類の薄膜層を用いて、記録・ｉｆｆ生をＳＴＭ
を用いて行う方法等が提案されている。

この分子レベルの記録再生を行うためには、記録層に対
向する探針先端部の曲率半径が小さければ小さいほど記
録密度が高くなるため、理想的には１原子程度まで鋭く
なっている探針が望まれる。

従来、このような曲率半径が小さい先端をもつ探針は、
機械研磨および′電解研磨法を用いて製作されている０
機械研磨法では時計旋盤を用いて繊維状結晶の線材（ｐ
ｔなど）を切削、研削することで曲率半径５〜１０ｇ＋
ｓの微小先端部をもつ探針の製作が可能である。また、
電解研磨法は、探針となる直径１■以下の線材（Ｗなど
）を軸方向垂直にし、電解液に１〜２１程度浸漬させ、
線材と電解液中の対向ｓ１１極との間に電圧を印加し線
材を電解研磨することで曲率半径０．１〜１μｍ程度の
微小先端部をもつ探針の製作が可能である。

実際は、原子レベルで記録層に一番近い探針の先端が記
録再生に関係している。

［発［ｒＪ！が解決しようとしている課題］しかしなが
ら、上記従来例では、プローブ電極（探側）の製作にお
いて、機械研磨法や電解研磨法を用いるため、先端曲率
半径が原子・分子レベルのプローブ電極を再現性良く製
作することは困難である。

また、上記方法で製作したプローブ電極は、ネジによる
固定やばね力による保持などで装置に固定されるため、
プローブ電極の先端に着目すると剛性が弱く、即ち固有
振動数が低いという欠点もある。この事は電解研磨法に
よって製作されたプローブ電極の先端についてもいえる
ことである。

従って上述の記録方法は、何れもＳＴＭの特徴を生かし
た高密度記録を可能にする方法ではあるが、この高密度
化は、プローブ電極の先端曲率半径をいかに小さ？製作
するかに依存している。

［課題を解決するための手段及び作用］本発明は、プロ
ーブ電極に単結晶体を用いることにより、記録１り生を
高密度かつ信頼性高く行うことを可能としたものである
。

即ち、本発明は、？ｉ結晶体からなるプローブ電極、該
プローブ電極に対向して設けられた記録媒体、該プロー
ブ電極と該記録媒体の間に電圧を印加する手段を有する
記録再生装置である。

以下、本発明の各構成部について詳細に説明する。

くプローブ電極〉 本発明で用いられるプローブ電極は、基板上の一生面上
または該基板上の一主面とに形成された薄膜上の一部に
設けられた単結晶体を用いている０例えば、第１図に示
すように、基板１１上に形成された８膜（絶縁膜）　＋
２上に結晶成長した単結晶体１４である。

この単結晶体１４の製造方法は、核形成速度の差を利用
するもので、例えば、基板の一生面上または該ノ、（板
の一主面りに形成された薄膜上の所望の部分に、該基板
または薄膜より核形成速度が十分大きく、かつ単一の核
だけが成長する程度に十分微、細な異種材料を設ける工
程と、該材料に単一の核を成長させて単結晶体を形成す
る行程を有する方法や、基板上に該基板が一部露出する
ような微小の開口部を右する絶縁層を積層し、前記絶縁
膜をマスクとして、前記開口部から単結晶体を形成する
行程を有する方法（選択エピタキシャル成長法）などが
挙げられる。

このような単結晶体の結晶成長は、製造プロセス条件を
正確にコントロールすれば、分子・原子レベルの曲率半
径を有する単結晶体を再現性良く？’）ることができる
。

く記録媒体〉 本発明で用いられる記録媒体としては、電流・電圧特性
に於いて、メモリースイッチング現象（′１電気メモリ
ー効果）をもつ材料を利用できる。

例えば、 （１）酸化物ガラスやホウ酸塩ガラスあるいは周期律表
ｍ、ｒｖ、ｖ、■族元素と化合したＳｅ、　Ｔｅ、　Ａ
ｓを含んだカルコゲン化物ガラス等のアモルファス半導
体が挙げられる。それらは光学的バンドギャップＥｇが
０．６〜１．４ｅＶあるいは電気的活性化エネルギーΔ
Ｅが０．７〜１．８ｅＶ程度の真性半導体である。カル
コゲン化物ガラスの具体例としては、Ａｓ−５ｓ−Ｔｅ
系、Ｇｅ−Ａｓ−９ｅ系、５ｉ−Ｇｅ−Ａｓ−Ｔｅ系、
例えばＳｉ＋６ＧｅｚＡｓｓＴｅ６５（添字は原子％）
、あるいはＧｅ−Ｔｅ−Ｘ系、５ｉ−Ｔｅ−Ｘ系（Ｘ＝
少柾のｖ、ｖｒ族元素）例えばＱＨ５Ｔｅａ＋５ｂ２Ｓ
２が挙げられる。

更にはＧｅ−９ｂ−Ｓｓ系カルコゲン化物ガラスも用い
ることができる。

上記化合物を電極上に′堆積したアモルファス半導体層
において、膜面に垂直な方向にプローブ電極を用いて電
圧を印加することにより媒体の電気メモリー効果を発現
することができる。

係る材料の堆積法としては従来公知の薄膜形成技術で充
分本発明の目的を達成することができる０例えば好適な
成膜法としては、真空蒸着法やクラスターイオンビーム
法等を挙げることができる。一般的には、係る材料の電
気メモリー効果は数ｇｉｎ以下の膜厚で観測されており
、記録媒体としての記録分解能に関しては、より薄い方
が好ましいが、均一性、記録性の観点から１０ＯＡ以）
：１ｇｍ以下の１漠厚のものが良く、更に好適には１０
０ＯＡ以下のｊ膜厚のものがよい。

（２）更にはテトラキノジメタン（ＴＣＮＱ）、ＴＣＮ
Ｑ誘導体、例えばテトラブルオロテトラシアノキノジメ
タン（ＴＣＮＱＦ４　）、テトラシアノエチレン（ＴＣ
ＮＥ）およびテトラシアノナフトキノジメタン（ＴＮＡ
Ｐ）などの電子受容性化合物と銅や銀などの還元電位が
比較的低い金属との塩を電極上に堆積した有機半導体層
も挙げることができる。

係る有機半導体層の形成法としては、銅あるいは銀の電
極上に前記電子受容性化合物を真空７Ａ着する方法が用
いられる。

かかる有機半導体の電気メモリー効果は数十体ｍ以下の
膜厚のもので観測されているが、成膜性、均一性の観点
から１００Ａ〜ＩＩＬ１１の膜厚のものが好ましい。

（３）また更にはアモルファスシリコンを材料とした記
録媒体を挙げることができる０例えば金属／Ａ−３ｉ　
（ｐ゛層／ｎ層／ｉ層）あるいは金属／Ａ−’；＋（Ｉ
Ｉ’層／ｐ層／ｉ層）の層構成を有する記録媒体であり
、　Ａ−Ｓｉの各層の堆積法は従来公知の方法によって
充分行うことが可能である。未発明では好適にはグロー
ディスチャージ法（ＧＯ）が用いられル、　Ａ−９ｉノ
ｌｌＵ厚はｎ層トシテは２０００Ａ　〜８０００Ａ、ｉ
、ｐ゛層は１００ＯＡ程度が好適であり、全膜厚は０．
５ｇｍ　＝　１　ｈ層程度のものが良い。

（４）また更にはπ電子準位をもつ群とσ電子牛位のみ
を有する群を併有する分子を電極上に稍層した記録媒体
を挙げることができる。

本発明に好適なπ電子系を有する色；ｋ（７１１構造と
しては例えば、フタロシアニン、テトラフェニルポルフ
ィン等のプルフィリン骨格を有する色素、スクアリリウ
ム基及びクロコニックメチン基を結合鎖としてもつアズ
レン系色素及びキノリン、ベンゾチアゾール、ベンゾオ
キサゾール等の２ケの含窒素複素環をスクアリリウム基
及びクロコニックメチン基により結合したシアニン系類
似の色素、またはシアニン色素、アントラセン及びピレ
ン等の縮合多環芳香族、及び芳香環及び複；に環化合物
が重合した鎖状化合物及びジアセチレン基の重合体、さ
らにはテトラキノジメタンまたはテトラチアフルバレン
の誘導体およびその類縁体およびその電荷移動錯体また
更にはフェロセン、トリスどピリジンルテニウム錯体等
の金ｇｉ錯体化合物が挙げられる。

有機記録媒体の形成に関しては、具体的には蒸若法やク
ラスターイオンビーム法等の適用も可能であるが、ｖ制
御性、容易性そして再現性から公知の従来技術の中では
ＬＢ法が極めて好適である。

このＬＢ法によれば１分子中に疎水性部位と親水性部位
とを有する有機化合物の単分子膜またはその累積膜を基
板上に容易に形成することができ、分子オーダの厚みを
有し、かつ大面桔にわたって均一、均質な有機超薄膜を
安定に供給することができる。

ＬＢ法は、分子内に親木性部位と疎水性部位とを有する
構造の分子において、両者のバランス（両ＩＡ媒性のバ
ランス）が適度に保たれている時、分子は水面上で親水
性基を下に向けて単分子の層になることを利用して単分
子膜またはその累積膜を作成する方法である。

疎水性部位を構成する基としては、一般に広く知られて
いる飽和及び不悠和炭化水素基や縮合多環芳香族基及び
鎖状多環フェニル基等の各種疎水基が挙げられる。これ
らは各々弔独又はその複数が組み合わされて疎水性部分
を構成する。一方、親木性部分の構成要素として最も代
表的なものは、例えばカルボキシル基、エステル基、酸
アミド基、イミド基、ヒドロキシル基、更にはアミン基
、（１，２，３級及び４級）等の親水性基等が挙げられ
る。これらも各々栄独又はその複数が組合わされて上記
分子の親木性部分を構成する。

これらの疎水性基と親水性基をバランス良く併有し、か
つ適度な大きさをもつπ電子系を有する色素分子であれ
ば、水面上で単分子膜を形成することが可ス駈であり、
本発明に対して極めて好適な材料となる。

具体例としては、例えば下記の如き分子等が挙げられる
。

［Ｉ］ クロコニックメチン色素 くするために導入された長鎖アルキル基で、その炭素数
ｎは５＜ｎ＜３０が好適である。

以上具体例として挙げた化合物は基本構造のみであり、
これら化合物の種々な置換体も本発明において好適であ
ることは言うにおよばない。

［１１］　スクアリリウム色素 ［Ｉ］で挙げた化合物のクロコニックメチン基を下記の
構造を持つスクアリリウム基で置き換えた化合物。

（以下余白） ここでＲ１は前述のσ電子準位をもつ群に相当したもの
で、しかも水面上で単分子膜を形成しやす［ＩＩ［］ ポリフ ィ リ ン系色素化合物 Ｒ＝　０ＣＨ（ＣＯＯＨ）ＣｎＨ２ｎ−＋　　　５　＜
　ｎ　＜　２５Ｍ＝Ｈ２，Ｃｕ、　Ｎｉ、　Ｚｎ、　Ａ
ｌ２−ＣＰ、　５ｉＣＲ２及び希土類金属イオン ＣＨ３ −ＣＨ２ＮＨＧ３）＋７ Ｍ＝Ｈ２，Ｃｕ、旧、　ＡＲ−Ｃ１２゜希土類金属イオ
ン ５ｉ（Ｊ’？及び Ｂｒ− Ｒ＝　ＣｎＨ２ｎ、＋　　　　５　＜　ｎ　＜２５Ｍ＝
８２．ＣＬＩ、旧、　Ｚｎ、　ＡＰ−Ｃ１，５ｉＣｆ！
？及び希土類金属イオン Ｒは単分子膜を形成しやすくするために導入されたもの
で、ここで挙げた置換基に限るものではない。又、Ｒ１
−Ｒａ、Ｒは前述したσ電子準位をもつ群に相当してい
る。

［ｒＶ］縮合多環芳香族化合物 ０ＯＨ ＣＨ３＋ＣＨｚｈＣ＝Ｃ−Ｃ＝Ｃ−ｆ：ＣＨ２ＬＸＯ＜
ｎ、ｍ＜２０ 但し　ｎ＋ｍ＞１０ 又は親木基で一般的には一〇〇〇Ｈが用いられるが−Ｏ
Ｈ，−ＧＯＮＨ２等も使用できる。

［ＶＴ］その他 Ｑｕｉｎｑｕｅｔｈｉｅｒ＋ｙｌ （以下余白） 尚、上記以外でもＬＨ法に適している色素材料であれば
、本発明に好適なのは言うまでもない０例えば、近イト
研究が盛んになりつつある生体材料（例えばバクプリオ
ロトプシンやチトクロームＣ）や合成ポリペプチド（Ｐ
ＢＬＧなと）等も適用がＨ１ｆ能である。

これらのπ電子準位を有する化合物の電気メモリー効果
は数十ｇｍ以下の膜厚のもので観測されているが、成膜
性、均一性の観点から１５〜２０００Ａのｊ膜厚のもの
が好ましい。

以上（１）〜（４）項に渡って述べた電気メモリー効果
を有する材料を支持する基板としては、電極としての性
格を有する必要があるが、１Ｏ−６（Ω・Ｃ［１）以上
の電導率を有する導電体であれば全て使用することがで
きる。即ちＡｕ、　Ｐｔ、　Ｐｄ。

Ａｇ、　Ａｉｌ、　Ｉｎ、　Ｓｎ、　Ｐｂ、　Ｗ等の金
属板やこれらの合金、或いはこれら金属や合金を蒸着し
たガラス。

セラミックス、プラスチック材料、又はＳｉ（納品、ア
モルファス）やグラファイト、又、丈にはＩＴＯ等の導
電性酸化物を始めとして数多くの材料が挙げられる・ く記録・再生装置の構成〉 第２図は本発明に於いてプローブ電極が、位置検出用の
ものと記録・再生用の２本有する場合の記録装置を示す
ブロック図である。第２図中、１０２及び１０３は各々
記録・再生用及び位ご検出に用いられるプローブ電極で
あり、これら２本のプローブ電極間の距離は、圧電素子
を用いたプローブ電極間隔微調節機構１１２により微調
節可能であるが、通常は一定の間隔に保たれる。　１０
ｆｌはプローブ電流増幅器で、１０８はプローブ電流が
一定になるように圧電素子を用いた微動機構１０７．１
０８を制御するサーボ回路である。１１３は記録・再生
用プローブ電極１０２と基板電極１０４との間に記録／
消去用のパルス電圧を印加するための電源である。

パルス電圧を印加するときプローブ電流が急激に変化す
るためサーボ回路１０９は、その間出力電圧が一定にな
るように、ＨＯＬＤ回路をＯＮにするように制御してい
る。

］１０１ｆＸＹ方向に一対のプローブ上極１０２．１０
３を移動するための、ＸＹ走査駆動回路である。

＋１４と１１５は、あらかじめ１０−９　Ａ程度のプロ
ーブ’ｌｔｉ：流が得られるようにプローブ電極１０２
．１０３と記録媒体１との距離を粗動制御したり、プロ
ーブ電極とノ、（板とのＸＹ方向相対変位を大きくとる
（微動制御機構の範囲外）のに用いられる。

これらの各機構は、すべてマイクロコンピュータ１１８
により中央制御されている。また１１７は表示ａ器を表
わしている。

また、圧７江素子を用いた移動制御における機械的性能
を下記に示す。

Ｚ方向微動制御範囲　：０．１ｍｍ〜１μＩ２方向粗動
制御範囲　：　１０　ｎｒａ　〜ＩＣ１ｍｍＸＹ方向走
査範囲　　：　０．Ｉｎｍ　”　ｌ　ｇ１１ｘｙ方向粗
動制ｇｌ範囲：　ＩＯｎｍ　〜１０ｍｔｓ計ｌ１ｌｌｌ
　、制御許容誤差　：＜０．１ｎ肩（微動制御時）計Ｘ
Ｉ４　、　Ｖ制御許容誤差　：＜Ｉｎ層（粗動制御時）
く位置検出系〉 プローブ電極先端の曲率半径が小さくなり、高密度記録
が可能となると、この高密度化は記録面内方向（Ｘ−Ｙ
方向）へのプローブ電極の走査精度並びに位置制御精度
に大きく依存する。ここでは、基準となる位置座標に対
応する記録媒体の位置で記録再生を行なっている。

本発明の位置検出方法は、情報の記録・再生と同様、導
電性探針（プローブ電極）と導電性物質との間に電圧を
印加しつつ両者の距離をｌｎｍ程度に２近づけるとトン
ネル電流が流れることを利用している。トンネル電流は
、導体表面での仕事関数に依存するため、種々の表面電
子状７３についての情報を読みとることができる。これ
を応用して規則的原子配列、あるいは又、任意に形成し
た基準となる原点を有する記録媒体に対し、係る規則的
原子配列、或いは又、基準原点を基に位と座標系を導入
し、係る位置座標系に対応する特徴的なトンネル電流の
変化を検出することにより位置検出を行うと共に、係る
位置検出結果を基に、係る位置座標系と相対的な位置関
係を示す記録媒体上の記録乃至は再生位置を特定すると
共に、係る記録・再生位置上へのブは−ブ電極の位置制
御を行うものである。

この時の座標軸と記録位置との位置関係を示す模式図が
第３図である。即ち、座標軸上の目盛としての位置情報
（Ａ−Ｉ）は記録位置（Ａ’〜Ｉ′）と常に相対的な位
置関係（Ａ−Ａ’など）にある、従って位置情報Ａ−Ｉ
を検出することにより、必ずＡ′〜工′の記録位置を特
定できる訳である。この際、座標軸の各点（目盛）と記
録位置とは必ずしも一義的な相対配置をとる必要はない
（例えば位置情報Ａに対応する記録位置がＡ′の他にＡ
′、Ａ〜・・・などと複数以上存在する）が。

一義的（ｌ：１対応）である方が精度上好ましい、また
、座標軸は一本である必要はなく、必要に応じて複数個
使用される他、１次元である必要もなく、２次元（、ｆ
ｉ！目状）であっても良い、この場合２次元座標系の各
格子点に対応して、記録位置も２次元に配置される。

く座標軸〉 本発明に用いられる位置検出系としての座標軸は規則的
原子配列、及び又は任意に形成した基べ勾点を用いて形
成される。係る規則的原子配列としては、予め格子間距
離がわがっている導電性材料、即ち各種金属やグラファ
イト単結晶等を利用することができる他、本発明で利用
されるトンネル電流はｎＡＡ程度大きさである為、上記
導電性材ネ′１はｌＱ−ＩＱ　（Ω・Ｃ［り以上の電導
率を有していればよく、従ってシリコン等のいわゆる半
導体物の単結晶を用いることもできる。これらの内、代
表例として金属試料を考える。今、距離ｚだけ離れたプ
ローブ電極と上記金属試料との間に、仕事関数φより低
い電圧Ｖを印加すると、電子はポテンシャル障壁をトン
ネルすることが知られている。トンネル電流密度ＪＴを
自由電子近似で求めると、Ｊｒ＝（βＶ　／　２　π入
Ｚ）ｅｘａ（２Ｚ／入）川（＋）の様に表わすことがで
きる。

但し入＝　ｈ／　Ｆｒ１Ｔ：金属の外の真空中又は大気
中での波動関数の 減衰距離 ｈ　＝　ｒ　／　２π：　　ｒニブランク定数ｍ　：′
電子の質量 β＝ｅ２／ｈ　　：　　ｅ：電子電荷 式（１）に於いて、２＝２ｃと一定の値とすれば、トン
ネル電流密度、＋ｒは基準原子配列の仕事関数φに応じ
変化する。従ってプローブ電極を係る金属試ネ４面上、
２＝２．に保ちつつ任意の直線方向に走査させれば金属
原子配列に従って周期的にトンネル電流が変化する。こ
こで、格子定数が予めわかっている金属試料を用いた場
合、任意の結晶面上の成る格子点を基準とした任意の方
向の原子配タク状態は自明であり、係る方向へプローブ
電極を走査させた場合に得られる周期的トンネル電流の
変化は十分に予測し得る。従って係るトンネル電流変化
の予測値と実際にプローブ電極を走査して得られたトン
ネル電流変化の測定値とが等しい値をとる様にプローブ
電極の走査方向を補正すれば、プローブ電極の動きは、
試料の原子配列に沿ったものになる。即ち、原子配列を
座標軸とみなせば、プローブ電極はこの座標軸上を移動
することになる。今、この座標軸上のプローブ電極が一
定の方向に一定の距離丈離れた位置に移動でき、かつ移
動先が記録・再生可能な領域であるとすると、座標軸上
の各点に１＝１対応した位置で記録・再生が可能となる
。この場合、プローブ電極が座標軸と記録領域間を移動
する必要は必ずしもなく、例えば座標軸上を動くプロー
ブ電極（位置検出用プローブ電極）に対して、一定の位
置に記録・再生用プローブ電極を用意し、両者を連動さ
せる等の方法を用いてもよい。

何れにせよ、記録領域でのプローブ電極の位置、即ち記
録位置を金属試料の結晶格子を利用した座標軸に対して
一義的に定めることができる。

以上より、記録媒体表面の一部又は全てが規則的原子配
列を有し、かつその配列状態が既知である場合には、係
る原子配夕喀の結晶格子を利用した座標軸に対して一義
的な相対関係を示すＸ−Ｙ座標系を持つ記録領域を設定
することができる。

位置検出用の座標軸としては、他に試料面に凹凸を作っ
たり、他原子をイオン注入する等して人為的に基準とな
る点を複数個作り、これらを位置座標とすることもでき
る。然し、座標軸としての精度は前記原子配列を利用し
たものに比較すると劣る。

以上の様にして、記録媒体上に位置座標を設定すると共
に、位置座標に対応する各点での記録・再生が可能であ
ることを示したが、実際の記録・再生に当ってはその開
始点を明確にする必要がある。即ち、座標軸に基準とな
る原点を設ける必要がある。基準原点としては、座標軸
上にエツチング等の手法により凹凸を設けたり、イオン
注入等を行って記録媒体の表面状態を改ざんすることに
よって導入することもできるが、既に述べた様に原子配
列を用いた座標軸の原点として用いるにはその精度に欠
ける。令弟３図に於いて座標軸上のＡ点を基準原点とし
て選ぶ場合、Ａ点を識別するのとＡ点と一義的な相対位
置関係にある記録領域上のＡ′点を識別するのとは同じ
ことである。即ち、Ａ′点が識別できれば座標軸及び座
標軸上の各点の位置は一義的に定まる。Ａ′点に基準原
点を設定する手法としては、記録の書き込み方法と同様
の手法により、Ａ′点に原点としての情報を入力するの
が精度的にも、又作成が容易である点に於いても優れる
。なお係る基準原点は１点に限る必要はなく、記録領域
の拡大等必要に応じて複数個形成してもよい。

前述した電気メモリー材料と、その支持基板（電極）と
の組み合わせにより本発明の記録媒体はａ成されるが、
座標軸として原子配列を用いる場合、係る電気メモリー
材料自体の原子配列はその規則性に劣る場合が多く、座
標軸としての利用は余り好ましくない、従って、基板に
金属、結晶Ｓｉ、グラファイト等の規則的原子配列を有
する材料を用いた上で、その一部を電気メモリー材料未
堆積とし、係る箇所の基板原子配列を座標軸として利用
することが望ましい。

以下、本発明について、実施例により詳細な説明を行な
う。

［実施例］ 実施例１ 第２図に示す記録再生装置を用いた実施例を以下に述べ
る。

プローブ電極１０２．１０３は、以下の方法で製作した
。第４〜６図で説明を行なう、第４図は、完成された単
結晶プローブ（プローブ電極）の平面図であり、第５図
（ａ）〜（ｅ）は、第４図のａ−ａ線に沿う主要な製造
工程の断面図、第６図（ａ）〜（ｅ）は、第４図のｂ−
ｂ線に沿う主要な製造工程の断面図である。

第４図、第５図に示されるように、本実施例の単結晶プ
ローブは、シリコン基板２７上に形成されたシリコン酸
化（ＳｉＯ２）膜２８上に、異種材料片２１および２２
とこの異種材料片２１をもとにして形成されたタングス
テン（Ｗ）からなる単結晶プローブ２３とが設けられて
おり、さらに、この単結晶プローブ２３の近傍には、プ
ローブ電流を増幅するためのＭＯＳ　）ランジスタ３９
が設けられている。このＭＯＳトランジスタ３９は、異
種材料片２２をもとにしで形成されたタングステンから
なる多結晶ゲート電極２４と、アルミニウム（ＡＩりか
らなるソース電極２６およびドレイン電極２５と、ルテ
ニウム等の材料からなる薄膜抵抗３３とを有している０
本実施例で使用された異種材料片２１はＩＩＬ１１角の
大きさであり、後述する製造方法により製造した結果、
先端径が０．１１Ｌ＋ｍオーダー以下のきわめて微細な
単結晶プローブ２３が得られた。また、従来例では、プ
ローブにより検出されるプローブ電流は１０−９　Ａオ
ーダーであったものが、ＭＯＳ　）ランジスタで増幅す
ることにより１０−’Ａオーダーのプローブ電流が得ら
れた。また、単結晶プローブ２３により検出されたプロ
ーブ電流を基板外部へ導出することなくただちに増幅す
るため、基板外部へプローブ電流を導出した後増幅して
いた従来例に比べ、Ｓ／Ｎ比を格段に向上させることが
できた。また、本実施例の微小プローブを使用したＳＴ
Ｍにより炭素の臂開面を観察した結果、原子レベルで鮮
明に観察することができ、本実施例の微小プローブが十
分、実用に耐えるものであることを確認できた。

次に、第４図の微小プローブの製造方法について説明す
る。

まず、第５図（ａ）および第６図（ａ）に示すように、
ｐ型シリコン半導体基板２７を用意し、その−主表面に
シリコン酸化（ＳｉＯ２）膜２日を形成した後、＞ＩＱ
ｓ　トランジスタ３９の形成領域にアンチモン（ｓｂ）
を拡散して、それぞれソースおよびドレイン領域となる
ｎ゛拡散層２９．３０を形成した０次に、第５図（ｂ）
および第６図（ｂ）に示すように、シリコン酸化膜２日
上に、シリコンを真空蒸着法により電植し、フォトリン
グラフィ技術を用いて加工することによりＩＢ角の異種
材料片２１および基板２７の長手方向に延在する異種材
料片２２を形成した。

異種材料片２１と異種材料片２２との間隔は、形成しよ
うとする単結晶体の半径と同じ約５０ｇｍとした。

次に、基板２７を５００℃に加熱された反応炉内に設置
し、１ｌＩＦ６ガスおよびＨ２ガスの混合ガスを、圧力
１丁ｏｒｒの減圧下で、それぞれ７５ｃｃ／ｓｉｎおよ
び１０ｃｃ／鳳ｉｎの流量で流した。このようにすると
、シリコン酸化膜２日に比べてシリコンからなる異種材
料片２１．２２は核形成密度がはるかに大きいため、こ
れらの異種材料片２１．２２を中心としてタングステン
結晶が成長する。このとき、異種材料片２１は、単一の
核だけが成長する程度に十分に微細であるため、異種材
料片２１には単一の核が形成され、さらに、この核は単
結晶構造を保ちながら成長して、結果的に単結晶プロー
ブ２３が形成された。一方、異種材料片２２は単一の核
のみが成長するほど微細ではないため、この異種材料片
２２にはタングステンからなる多結晶ゲート電極２４が
成長した（第５図（Ｃ）、第６図（ｃ））、次に、第５
図（ｄ）および第６図（ｄ）に示すように、多結晶ゲー
ト電極２４をフォトリソグラフィ技術を用いて加工し、
所定の幅をもった多結晶ゲート電極２４を得た０次に、
アルミニウム（ＡＰ）およびルテニウム等の薄膜抵抗材
料を蒸着し、フォトリングラフィ技術を用いて加工しＫ
Ｏ９）ランジスタ３８のソース電極２６、ドレイン電極
２５、薄膜抵抗３３を形成して、第５図（ｅ）、第６図
（ｅ）、第４図の初段増幅用ＭＯＳトランジスタ３９を
有する微小プローブを得た０本実施例では、便宜上、異
種材料片２１のサイズを１ｇｍ角と設定したが、スパッ
タ法、ＣＶＤ法、真空蒸着法等を用いて異種材料を堆積
した後、ｘｌ、電子線、イオン線を用いた超微細加工技
術を用いて加工することにより、数ｐｍ以下、さらには
１ｐ■以下の異種材料片２１を形成することは可能であ
り、正確にプロセス条件をコントロールすれば、先端の
曲率が分子、原子レベルの単結晶プローブ２３を得るこ
とができる。

この単結晶プローブを、第２図に示す記録／再生装置の
プローブ電極１０２．１０３として用いた。このプロー
ブ電極１０２．１０３は記録媒体ｌの表面との距離（Ｚ
）を制御するためのもので、電流を一定に保つように圧
電素子により、その距＃　（Ｚ）は、各々独立に微動制
御されている。更に微動制御機構は距離（Ｚ）を一定に
保ったまま面内（Ｘ　、　Ｙ）方向にも微動制御できる
様に設計されている。然し、これらは従来公知の技術で
ある。

２本あるプローブ電極の内、位置検出用プローブ電極１
０３は基板１０５の位置座標としての原子配列の検出に
用いられる。他方記録・再生用プローブ電極１０２は位
置検出用プローブ電極１０３とＸ。

Ｙ方向に関して一定の位ｉｉ！Ｉｔ（プローブ電極間隔
微調節機構１１２を用いてその間隔を調節することがで
きる）に保持され、記録層１０１への記録・再生・消去
に用いられる。

これら２本のプローブ電極は、互いに連動して面内（ｘ
　、　ｙ）方向へ微動制御できる様に設計されているが
、Ｚ方向に対して各々独立に微動制御される。又、記録
媒体ｌは高精度のＸ−Ｙステージ１１８上に置かれ、任
意の位置に移動させることができる（ｘ−ｙ粗動機構）
。なお粗動機構のＸ−Ｙ方向と微動機構のＸ−Ｙ方向と
は、各移動制ｇ９機構の精度の差に起因する誤差の範囲
内で一致させることができる。

次に本実施例で用いた記録媒体の詳細について述べる。

記録媒体の構成図を第７図に示す。直径１／２インチの
（１１１）面を出したＰ型Ｓｉウニ／＼−（Ｂドープ０
．３■厚）を基板１０５として用１．％た。

該基板は記録・再生装置のＸ−Ｙステージ＋１８上に設
置する際の方向性をほぼ一定にする目的で、Ｂ−Ｂ′点
で切断されている。なおり−Ｂ’点はＳｉ結晶の［２１
１１方向にほぼ平行である０次にＢ−Ｂ′の中点から基
板中心に向って１−厘の位置を１　ｇｒａ角、深さ０．
２μ腸にエツチングし、基準原点（粗）２０１を作成し
た。係る基準原点（粗）の作成法を以下に示す。

先ず、Ｓｉ基板上に電子線レジストであるポリメタクリ
ル酸メチル（ＰＭＭＡ　；商品名０ＥＢＲ−１０００東
京応化工業■）を１１の厚さに塗布し、電子線を加速電
圧２０ｋｅＶ　、ビーム径０．ｉ　ｐ、ｔａφで１ＩＬ
１１四方の大きさに描画した。その後、専用現像液を使
って電子線照射部を溶解させた。エツチングはＣＦ４　
とＨ２の混合ガスを用いて圧力３Ｐａ、放電電力ｔｏｏ
　ｗで２０分間スパッタエツチングした。その時のエツ
チング深さは０．２μ■であった。最後にメチルエチル
ケトンを使ってＰＭＭＡを溶解した。

次に係る基板上、基準原点（粗）２０１近傍をマスキン
グした後、下引き層としてＣｒを真空蒸着法により厚さ
５０Ａ堆積させ、更にＡｕを同法により４００Ａ蒸着し
て基板電極１０４とした。

次に係るＡｕ電極上にスクアリリュウムービス−６−オ
クチルアズレン（以下５ＯＡＺと略す）のＬＢ膜（８層
）を積層し、記録層１０１　とした、以下、記録層形成
方法について述べる。先ず５ＯＡＺを儂度０．２ｍｇＩ
鳳ｐで溶かしたベンゼン溶液を２０℃の水相上に展開し
、水面上に単分子膜を形成した。溶媒の蒸発を待ち、係
る単分子膜の表面圧を２０ｍＮ／ｍまで高め、更にこれ
を一定に保ちながら、前記基板を水面を横切る方向に速
度３　ｔａｒｓ／分で静かに浸漬・引き上げを繰り返し
、５ＯＡＺ単分子膜の８層累植膜を基板電極１０４上に
形成させた。

以上により作成された記録媒体１を用いて、記録・再生
の実験を行った。

以下その詳細を記す。

５ＯＡ２８層を累積した記録層１０１を持つ記録媒体１
の基板の切り欠き、Ｂ−Ｂ’方向を所定の方向に合わせ
て、Ｘ−Ｙステージ１１８の上に置いた。

次にＢ−Ｂ’から１層程度基板内側の位置に位置検出用
プローブ電極１０２を動かし１位置検出用プローブ電極
とＳｉ基板１０５との間にＯ，Ｓ　Ｖのプローブ電圧を
印加した上で、Ｘ−Ｙ方向微動機構１１ｏ。

１１１のＸ方向をＢ−Ｂ’にほぼ平行な方向に仮に合わ
せた後、長さＩＩＬｍに渡って走査させた６次にＹ方向
（Ｘ方向に直角方向）にもＩＢに渡り走査させた。この
時Ｘ−Ｙ座標軸のとり方を種々変化させて表面状態の測
定を繰り返し、得られたＳｉ原子の配列ピッチが各々６
．８５Ａ及び３．８４Ａに最も近い値をとる様に調整し
た。係る調整により、Ｘ・Ｙ方向微動機構のＸ軸はＳｉ
基板の［２１１１方向にＹ軸は［０１１］方向に合致し
ている。この時同時に粗動機構のＸ−Ｙ方向が、調整し
た微動機構のＸ・Ｙ方向と粗動機構の制御誤差範囲内で
一致する様に調整した０次にＸ−Ｙ方向に関して粗動機
構を用いて位置検出用プローブ電極を走査し基準原点（
粗）２０１の位置を検出した。係る基準原点（ａ）　２
０１の中心から、Ｚ　ｍｍＹ軸方向に沿って基板中心部
に向った位置で、微小移動機構を用いて、Ｓｉの格子点
を検出した。係る格子点（第８図の０点）を位置座標軸
原点３０１とし、Ｘ方向（［２１！］方向）に位置検出
用プローブ電極１０３を走査した。この際Ｓｉの［２１
１１方向に関しての各格子点を確認することにより、方
向力制御補正及び位置座標（格子ピッチ）の確認を行っ
た。係る操作に於て、位置検出用プローブ電極１０３に
連動して記録・再生用プローブ電極＋０２も記録層１０
１上を移動している。本実施例においては、両プローブ
電極間距離はＹ軸方向に３ＩＩ！１であった。係る記録
・再生用プローブ電極１０２を用いて所望の情報の記録
を行ったが、実際の記録に先立って、位置座標軸原点３
０１に対応する記録位置（第８図Ｃ′点）に基準原点（
微）３０３を設けた。係る基準原点（微）は記録層１０
１の電気メモリー効果を利用して形成される。即ち、記
録・再生用プローブ電極１０２とＡｕ電極１０４との間
に１．ＯＶのプローブ電圧を印加し、プローブ電流Ｉｐ
が１Ｏ−９Ａになる様にＺ軸方向微動制御機構１０７を
用いて、記録・再生用プローブ電極１０２と記録層１０
１表面との距離（Ｚ）を調整した０次に記録・再生用プ
ローブ電極１０２を＋側、Ａｕ電極１０４を一側にして
、電気メモリー材料（ＳＯＡＺ　、　ＬＨ膜８層）が低
抵抗状態（ＯＮ状態）に変化する閾値電圧Ｖｔｈ　ＯＮ
以上の矩形パルス電圧（１８Ｖ　、　０．１μｓ）を印
加し、　ＯＮ状態を生じさせた。記録・再生用プローブ
電極１０２と記録層１０１　との距離（Ｚ）を保持した
まま、記録・再生用プローブ電極１０２　とＡｕ電ａｉ
間１０４　とのＦＩＪＩに＋、ＯＶのプローブ電圧を印
加してプローブ電流Ｉ。

を測定したところ０．５ｍＩＡ程度の電流が流れ、　Ｏ
Ｎ状態となっていることが確かめられた０以上の操作に
より、基準原点（微）３０３とした。この時１０ｎ層角
の記録層領域をＯＮ状態にすることにより基準原点（微
）３０３に関する原点としての位置情報と、後に書き込
まれる記録情報とが混同して再生されない様にしたが（
第８図）、基準原点（微）３ｏ３の形状は何ら本実施例
の形状に限られるものではない。

次に位置検出用プローブ電極１０３を格子点を確認し乍
ら［２１１１方向に走査させ、１５ピツチ毎（９，９８
ｎｍ）に同時に連動して動いている記録・再生用プロー
ブ電極１０３を用いて記録を行った。従って記録点３０
４のピッチも９．９８ｎｍであった（第８図）、係る記
録は、基準原点（微）３０３の形成と同様の手法に因り
、記録層（ＳＯＡＺ、　ＬＢ膜８層）１０１にＯＮｇ　
態とＯＦＦ状態（記録前の高抵抗状態）とを作ることに
より行なった。

上記の工程を経て形成された記録済み記録媒体を一桐記
録・再生装置から取外した後、再度Ｘ・Ｙステージ１１
８上に設置し、再生実験を行った。

先づ記録時と同じく、位置制御系のＸ−Ｙ方向をＳｉ格
子を利用して各々［２１１１及び［（１１１１方向に合
わせた後、ｘ−Ｙ方向に関して粗動機構を用いて位置検
出用プローブ電極１０３を走査させ、基準原点（粗）２
０１の位置を検出した。係る基準原点（粗）　２０１を
基に、粗動及び微動機構を用いて記録・再生用プローブ
電極１０２を走査させ基準原点（微）３０３の位置を検
出した。この時同時に位置検出用プローブ電極１０３が
、Ｓｉ格子点上（位置座標軸原点３０１）にあることを
確認した。この際、ずれていれば微動機構を用いて、Ｘ
−Ｙ座標系を補正し、位置検出用プローブ電極１０３と
Ｓｉ格子点とが一致する様調整した０次に、位置検出用
プローブ電極＋０３　とＡｕ電極１０４　との間にｏ、
ｅ　ｖのプローブ電圧を印加し、Ｓｉ格子点の位置を検
出し乍ら［２１＋］方向（Ｘ軸方向）に走査させた。こ
の時同時に連動している記録・再生用プローブ電極１０
２とＡｕ電極１０４　との間に１．ＯＶのプローブ電圧
を印加し、各記録点でのＯＮ状態、若しくはＯＦＦ状態
に基づくプローブ電流量の変化を直接読み取るか、或い
はプローブ′ＷＬ流■。が一定になる様に記録・再生用
プローブ電極１０２を走査させた際の、該記録・再生用
プローブ電極１０２と記録層１０１表面との距＃、Ｚの
変化をサーボ回路１０８を通して読み取ることにより、
記録情報の再生を行った。

この時の再生速度は、従来のタングステン探針等を使用
した時よりもほぼ１桁速くすることが可能であった。

記録容量を増やすためにプローブ電極１０２を複数設け
、各プローブ電極で記録再生を行なうことも可能である
。

なお、プローブ電圧を電気メモリー材料がＯＮ状態から
ＯＦＦ状悪に変化する閾値電圧Ｖｔｈ　ＯＦＦ以上のＩ
ＯＶに設定し、再び記録位置をトレースした結果、全て
の記録状態が消去されＯＦＦ状態に遷移したことも確認
した。

実施例２ 次に別の実施例を示す、第１０図におけるプローブ電極
１０２を選択堆積法によって製作を行なった。第９図（
Ａ）のように、シリコン単結晶基板２７を部分的にシリ
コン酸化膜２８で清い、開口部３１の開口径を１．２１
とし、シリコン酸化膜２８を完全に取り去り、シリコン
単結晶基板２７の表面を露出させた。この基板の開口部
３１に選択的にシリコンを成長させる選択エピタキシャ
ル成長（ＳＥＧ）法で結晶形成を行なった（第９図（Ｂ
）〜（Ｄ））、その結果第９図（Ｄ）に示したようなフ
ァセットで囲まれた尖頭部を有する粒径１５ｇｍはどの
シリコン単結晶２３が開口部３１を中心に形成された。

このプローブ電極を用いて前記実施例と同様の記録再生
を行なった。

このプローブ電極＋０２は記録媒体ｌの表面との距＃（
Ｚ）を制御するためのもので、電流を一定に保つように
圧電素子により、その距ａｍ　（７，）は微動制御され
ている。更に微動制御機構は距離（Ｚ）を一定に保った
まま、面内（Ｘ、Ｙ）方向にも微動制御できるように設
計されている。しかし、これらは従来公知の技術である
。

プローブ電極１０２は記録媒体面内の相対方向位置検出
及び、記録・再生・消去を行う為に用いられる。又、記
録媒体１は高精度のｘ−Ｙステージ１１４の上に惹かれ
、任意の位置に移動させることができる（Ｘ−Ｙ粗動機
構）。なお、粗動機構のＸ、Ｙ方向と微動機構のＸ、Ｙ
方向とは各移動制御機構の精度の差に起因する誤差範囲
内で一致している。

次に本実施例で用いた記録媒体の詳細について述べる。

記録媒体の構成図を第１１図に示す、第１１図（Ａ）は
、本発明で用いた記録媒体の平面図で、第１１図（Ｂ）
はそのＡ−Ａ’断面図である。直径１／２インチの（１
１１）面を出したＰ型Ｓｉウェハー（Ｂドープ０．３ｍ
ｍ厚）を基板１０４として用いた。

該基板は記録・再生装置のｘ−Ｙステージ１１４上に設
置する際の方向性をほぼ一定にする目的で、Ｂ−Ｂ’点
で切断されている。なお、Ｂ−Ｂ’点はＳｉ結晶の［２
１１１方向にほぼ並行である。

次に、Ｂ−Ｂ’の中点から基板中心に向って１１１１の
位置を１ｇｍ角、深さ０．２終履にエツチングし、基準
原点（粗）を作成した。係る基準原点・（粗）の作成法
を以下に示す。

まず、Ｓｉ基板上に電子線レジストであるポリメタクリ
ル酸メチル（ＰＭＭＡ、商品名０ＥＢＲ−１０００東京
応化工業■）をｔｇ論の厚さに塗布し、電子線を加速電
圧２０ｋｅＶ　、ビーム径０．１μｍφでｌｐｍ四方の
大きさに描画した。その後、専用現像液を使って電子線
照射部を溶解した。エツチングは、ＧＦ４　とＨ２の混
合ガスを用いて圧力３Ｐａ、放電電力１００Ｗで２０分
間スパッタエツチングした。そのときのエツチング深さ
は０．２隔■であった。最後にメチルエチルケトンを使
ってＰＭＭＡを溶解した。

次に、係る基板上基準原点（粗）２０１近傍をマスキツ
プした後、下引き層としてＣｒを真空蒸着法により厚さ
５０Ａ堆積させ、更にＡｕを同法により４００Ａ蒸着し
て基板電極１０３とした。

次に、係るＡｕ電極上にスクアリリウム−ビス−６−オ
クチルアズレン（以下５ＣＩＡＺと略す）のＩ、Ｂ１１
１（４層）を請層し、記録層１０１とした。以下、記録
層形成方法について述べる。先ず、５ＯＡＺを濃度０．
２ｍｇ／ｍｉ’で溶かしたベンゼン溶液を２０℃の水相
上に展開し、水面上に単分子膜を形成した。溶媒の蒸発
を待ち、係る単分子膜の表面圧を２０ｍＮ／ｍまで高め
、更にこれを一定に保ちながら前記基板を水面を横切る
方向に速度３＋ｓ■／分で静かに浸漬・引き上げを繰り
返し、　ＳＯ＾Ｚ単分子膜の４層累積膜を基板電極１０
３上に形成させた。

υ上により作成された記録媒体１を用いて、記録・再生
の実験を行った。

以下、その詳細を記す。

５ＯＡＺ４層を累積した記録層１０１をもつ記録媒体ｌ
の基板の切り欠きＢ−Ｂ’力方向所定の方向に合わせて
、ｘ、Ｙステージ１１４の上に置いた。

次に、Ｂ−Ｂ’から１ｍｍ程度基板内側の位置にプロー
ブ電極１０２を動かし、プローブ電極とＳｉ基板１０４
　との間に０．６Ｖのプローブ電圧を印加した上で、プ
ローブ微動機構１０７．１０９のＸ方向をＢ−Ｂ’にほ
ぼ平行な方向に仮に合わせた後、長さＩＪＬＩに亘って
走査させた。

次に、Ｘ方向（Ｘ方向に直角方向）にもｌｐｍに亘り走
査させた。この時、Ｘ、Ｙ座標軸のとり方を種々変化さ
せて表面状態の測定を繰り返し、得られたＳｉ原子の配
列ピッチが各々６．．８５Ａ及び３．８４Ａに最も近い
値をとる様に調整した。係る調整により微動機構のＸ軸
はＳｉ基板の［２１１１方向に、Ｙ軸は［０１１１方向
に合致している。

この時同時に粗動機構のＸ、Ｘ方向が、調整した微動機
構のＸ、Ｘ方向と粗動機構の制御誤差範囲内で一致する
様に調整した。次に、Ｘ、Ｘ方向に関して粗動機構を用
いてプローブ電極を走査し、基準原点（粗）２０１の位
置を検出した。係る基準原点（粗）の中心から２ｍｍＹ
軸方向に沿って基板中心部に向かった位置に基準原点（
微）２０２を設けた。係る基準原点（微）は、記録層１
０１の電気メモリー効果を利用して形成される。即ち、
プローブ電極！０２とＡｕ電極ｉ０３との間に１．ＯＶ
のプローブ電圧を印加し１　プローブ電流■。が１Ｏ−
９Ａになる様に微動機構１０７を用いてプローブ電極１
０２と記録層１０１表面との距ｆｉ　（Ｚ）を調整した
０次にプローブ電極１０２を＋側、Ａｕ電極を一側にし
て、電気メモリー材料（ＳＯＡＺ　−ＬＢＨ４層）が低
抵抗状態（ＯＮ状態）に変化する閾値電圧ｖｔｈ　ＯＮ
以上の矩形パルス電圧（１８Ｖ　、　０．１ｇ５）を印
加し、ＯＮＮ懲悪生じさせた。プローブ電極１０２と記
録層１０１　との距離（Ｚ）を保持したまま、プローブ
電極１０２とＡｕ電極間１０３との間に１．ＯＶのプロ
ーブ電圧を印加して、プローブ電流１ｐを測定したとこ
ろ０．５ｍＡ程度の電流が流れ、ＯＮ状態となっている
ことが確かめられた０以上の操作により、基準原点（微
）２０２とした。この時、Ｉｏｎ■角の記録層領域をＯ
Ｎ状態にすることにより基準原点（微）２０２に関する
位置情報と、後に書き込まれる記録情報とが混同して再
生されない様にしたが（第１２図）、基準原点（微）２
０２の形状は何ら本実施例の形状に限られるものではな
い。

次に係る基準原点（：ｅ）をプローブ電極位行制御系の
Ｘ、Ｙ座標上の原点として、プローブ電極１０２を微動
走査させ０　、０１層ｍピッチで情報の記録を行った。

記録面１０１上の１ビツト毎の記録位置の模式図を第１
２図に示した。係る記録は、基準原点（微）の形成と同
様の手法により、電気メモリー材料（ＳＯＡＺ、　ＬＢ
ｌｌｉ４層）にＯＮ状態とＯＦＦ状態（記録前の高抵抗
状態）とを作ることにより行った。

上記の工程により形成された記録済み記録媒体１を一旦
記録・再生装置から取り外した後、再度Ｘ、Ｙステージ
１１４上に設置し、再生実験を行った。先ず、記録時と
同じく、位置制御系のＸ、Ｘ方向をＳｉ原子目盛を利用
して、各々、［２１＋］及び［０１１１方向に合せた後
、ｘ、Ｘ方向に関して粗動機構を用いてプローブ電極を
走査させ、基準原点（粗）２０１の位置を検出した。係
る基準原点（粗）を基に、基準原点（微）を粗動及び微
動機構を用いて捜し出した。係る基準原点（微）をＸ、
Ｙ座標系の原点として、記録情報の再生を行った。この
際、プローブ電極１０２とＡｕ′￥Ｌ極１０３との間に
再生用のｔ、ＯＶのプローブ電圧を印加し、　ＯＮ状態
とＯＦＦ状態領域に流れるプローブ電流縫の変化を直接
読み取るか、或いはプローブ電流Ｉ、が一定になる様に
プローブ電極１０２を走査させた際のプローブ電極１０
２と記録層１０１表面との距離Ｚの変化をサーボ回路１
０Ｂを通して読み取ることにより、基準原点（微）２０
２の位置検出並びに記録情報の再生を行った。

なお、プローブ電圧を電気メモリー材料がＯＮ状態から
ＯＦＦ状態に変化する閾値電圧Ｖｔｈ　ＯＦＦ以上のＩ
ＯＶに設定し、再び記録位置をトレースした結果、全て
の記録状態が消去されＯＦＦ状態に遷移したことも確認
した。

比較例工 実施例１の再生実験に於いて、原子目盛を用いたプロー
ブ電極走査機構のｘ、Ｙ座標系の設定並びに基準原点（
粗）及び（微）の位置検出に基く位置座標原点の設定、
を省略した場合、記録媒体１上の記録書き込み域を見い
出すのが非常に困難であり、又、再生は殆ど不可能であ
った。

実施例３ 複数個の基準原点による基準目盛を用いて、プローブ電
極走査系のｘ、Ｙ座標系を設定し、記録・再生を行った
例を以下に示す。

本実施例で用いた記録媒体ｌの構成図を第１３図に示す
。基板１０４として０．７　Ｘ　１．５ｃｍの光学研磨
したガラス基板（ｌ　ｍ＋ｗ厚）を用いた。次にＢ−Ｂ
’の中点から基板中心に向かって１■の位置に１ｇｍ角
、深さ０．１μｍの基準原点（粗）２０２を作成した。

係る基準原点（粗）の作成法を以下に示す。

従来公知のフォトレジスト法により、レジスト材料（商
品名ＡＺ１３５０）をｌＩＬｍの厚さに塗布し、プリベ
イクを行ったのち、第１２図に対応するマスクを用いて
紫外線露光、現像、ポストベイクを行い、ガラス基板上
にマスクパターンを形成した。

次に公知のＣＦａガスプラズマエツチング法に基づき、
エツチングパワー５０Ｗ、ガス圧ＩＰａ、ＣＦａ　ガス
ＦＲ，ｍ　ｌ　５ＳＣＣＨの条件下でガラス面を深さ０
，１μ購に迄ドライエツチングした。マスクのＡＺ１３
５０はアセトン洗浄して除去した。

係る基板をヘキサメチルジシラザンの飽和蒸気中に放置
して表面に疎水処理を施した。係る基板に対し、下引き
層としてＣｒを真空蒸着法により厚さ５０Ａ堆積させ、
更にＡｕを同法により４００Ａ蒸着し基板電極１０３と
した０次に係るＡｕ電極上にルテチウムシフタロジアニ
ン（ＬＬＩＨ（ＰＣ）２　）のｔ−ブチル置換体のＩＯ
層ＬＢ膜を積層し、記録層１０１を形成させた。この際
、基準原点（粗）２０１の近傍には記録層＋０１が堆積
されない様にした。

以下、ＬｕＨ（Ｐｃ）２のｔ−ブチル置換体ＬＢ膜の成
膜条件を記す。

溶媒：クロロホルム／トリメチルベン ゼン／アセトン＝　１／１／２（Ｖ／Ｖ）濃　　　　度
　　　　　＋　　０．５＋＊ｇ／鵬Ｐ水　　相　　：純
水、水温２０℃ 表面圧　：　２０ｍＮ／澗 基板上下速度：３Ｉ５ＩＩＺ分 以上により作成された記録媒体１と実施例２で述べた記
録・再生装置を用いて記録・再生の実験を行った。以下
その詳細を記す。

ＬｕＨ（Ｐｃ）２のｔ−ブチル置換体ＬＢ膜１０層を累
積した記録層＋０１をもつ記録媒体ｌのＢ−Ｂ’力方向
Ｘ、Ｙステージ１１４のＸ軸方向に合わせて係るＸ、Ｙ
ステージ上に設着した０次に実施例１と同様にして、Ｘ
、Ｙ方向に関して粗動機構１１０を用いて、プローブ電
極１０２を走査し、基準原点（粗）２０１の位置を検出
した。なお、プローブ電圧は０．Ｉ　Ｖとした。係る基
準原点（粗）２０１の中心からＹ軸方向に２ｍｍ基板中
心部に向かった位置（記録層１０１上）に、実施例１の
基準原点（微）の作成法と同様の手法を用いて、第１基
準原点（微）４０１を作った。なお、この際粗動機構の
Ｘ、Ｙ方向と微動機構のＸ、Ｙ方向とは粗動機構の制御
誤差範囲内で一致している０次に微動機構を用いて、係
る第１基準原点（微）４０１からＹ軸方向にＩＩＬｍの
位置に第２基準原点（微）４０２を作成した。係る第２
基準原点（微）４ｏ２の作成法は第１基準原点（微）と
同様であり、両者を区別するため、各点の形状を異なる
ものにしてもよいが必ずしもその必要はなく、これらの
点が他の一般記録情報と混同されない様な工夫がなされ
ていればよい０次に係る第１基準原点１）　４０１或い
は第２基準原点（微）４０２の何れかをＸ、Ｙ軸座標系
の原点にとり微動機構を用いて、０　、０１Ｂピツチで
情報の記録を行った。記録方法は実施例１と同等の手法
に依った。

上記の工程により形成された記録済み記録媒体１を一旦
記録・再生装置から取外した後、再度Ｘ、Ｙステージ１
１４上に設置し再生実験を行った。先ず、記録時と同じ
＜ｘ、ｙ方向に関して粗動機構によりプローブ電極を走
査させて基準原点（粗）２０１を見つけ出し、係る基準
原点（粗）を基に、第１基準原点（微）４０！を粗動及
び微Ｉｈ機構を用いて捜し出した０次に微動機構を用い
て第２基＊ｉ点（微）　４０２を検出後、第１及び第２
基準原点（微）を結ぶ線分の方向とプローブ電極走査系
のＹ軸方向とが一致する様にＸ、Ｙ座標系を設定し直し
た。この際、第１基準原点（微）４０１が係るＸ、Ｙ座
標系の原点になる様に設定した。

記録容量を増やすために微動走査範囲外に複数の基準点
を設け、各点を基準に記録・再生を行なうことも可能で
あり１以上述べてきた実施例中で記録媒体の作成法につ
いて述べてきたが、極めて均一な膜が作成できる成膜法
であれば良く、実施例の方法に限定されるものではない
。なお、本発明は基板材料やその形状および表面構造に
ついて何ら限定するものでもない。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明のプローブ電極は、原子レ
ベルの大きさの鋭い尖頭部を有するので、記録再生装置
において、分子・原子レベルの高密度記録再生が可能で
ある。

また、本発明のプローブ７１！極は、フォトリングラフ
ィ技術を用いて製作するので、増＠奏を隣接した形で形
成することができ、また単結晶体を複数同一基板上に設
けられ、製造プロセスをコントロールすることで形状精
度を高めることができるので、Ｓ／Ｎ比の向上によって
記録再生の信頼性が上がり、プローブ製作の量産性にも
優れ低コストにつながる。

さらに、剛性の高い単結晶体であるので、プローブ電極
と記録媒体まわりを小さくできるので、装置の小型化や
固有振動数の高さからくる駆動速度の向上につながる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るプローブ電極の一例を示す斜視図
、第２図は記録再生装置を図解的に示すブロック図、第
３図は本発明の座標軸と記録位置との位置関係を示した
原理図、第４図はプローブ電極を媒体側から見た図、第
５図及び第６図はそれぞれ第４図のａ−ａ断面、ｂ−ｂ
断面での製造工程を示す図である。第７図（Ａ）は本発
明の記録媒体の一形態を示す平面図で、第７図（Ｂ）は
そのＡ−Ａ’断面図、第８図は本発明の記録媒体表面上
の座標軸と記録位置との位置関係の一形態を示した模式
図、第９図は結晶成長の原理説明図である。第１０図は
本発明の実施例２を説明する記録再生装置を図解的に示
すブロック図、第１１図（Ａ）は実施例２で用いた記録
媒体の平面図、第１１図（Ｂ）はそのＡ−Ａ’断面図、
第１２図は実施例２の記録材表面上の記録位置を示す模
式図、第１３図（Ａ）は本発明で用いた別の記録媒体の
平面図で、第１３図（Ｂ）はそのＡ−Ａ’断面図である
。第１４図は本発明の記録媒体表面上の記録領域の位置
関係を示す模式図である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）単結晶体からなるプローブ電極、該プローブ電極
   に対向して設けられた記録媒体、該プローブ電極と該記
   録媒体の間に電圧を印加する手段を有する記録再生装置
   。 （２）前記プローブ電極が、特定の面方位を持ち、かつ
   特定の結晶面からなるファセットによって囲まれた尖頭
   部を有する単結晶で構成された請求項１記載の記録再生
   装置。 （３）前記プローブ電極のファセットの結晶面が、（４
   １１）から（３１１）の範囲内にある単結晶で構成され
   た請求項２記載の記録再生装置。 （４）前記単結晶体に隣接して増幅器を備えたプローブ
   電極を有する請求項１記載の記録再生装置。 （５）前記プローブ電極が、複数備えられている請求項
   １記載の記録再生装置。 （６）前記記録媒体が基準となる位置座標軸を有し、前
   記位置座標軸上の位置を検出する手段を有し、検出され
   た座標位置に対応する該記録媒体の位置で記録又は記録
   情報の再生消去を行うことを特徴とする請求項１記載の
   記録再生装置。 （７）前記基準となる位置座標軸が原子配列に基づいた
   座標軸である請求項６記載の記録再生装置。 （８）前記基準となる位置座標軸及びそれに対応する記
   録媒体の位置のうち、少なくとも一方に基準となる原点
   を設けたことを特徴とする請求項６記載の記録再生装置
   。 （９）前記基準となる位置座標軸が複数形成されている
   請求項６記載の記録再生装置。 （１０）前記プローブ電極を複数有し、そのうち１つの
   プローブ電極を位置座標検出のため、他のプローブ電極
   を記録又は再生のために用いることを特徴とする請求項
   ６記載の記録再生装置。 （１１）前記記録媒体が電気メモリ効果を有している請
   求項１記載の記録再生装置。 （１２）前記記録媒体が面内に基準となる基準目盛を有
   し、前記基準目盛とプローブ電極との記録媒体面内方向
   の相対変位を検出する手段を有する請求項１記載の記録
   再生装置。（１３）前記基準目盛が原子配列に基づいた
   目盛である請求項１２記載の記録再生装置。（１４）前
   記基準目盛が基準となる原点を有している請求項１２記
   載の記録再生装置。 （１５）前記基準目盛が複数設定されている請求項１２
   記載の記録再生装置。 （１６）前記プローブ電極が基板の一主面上または該基
   板の一主面上に形成された薄膜上の一部に、該基板また
   は薄膜より核形成密度が十分大きく、かつ単一の核だけ
   が成長する程度に十分微細な異種材料を設ける手段と、
   該材料に単一の核を生長させて単結晶体を形成する手段
   とを有して、形成されたプローブ電極であることを特徴
   とする請求項１記載の記録再生装置。 （１７）前記プローブ電極が、単結晶基板上に、該単結
   晶基板が一部露出するような開口部を有する絶縁層を積
   層する手段と、前記絶縁層をマスクとして、前記開口部
   から単結晶を、選択エピタキシャル成長させる手段とを
   有して、形成されたプローブ電極であることを特徴とす
   る請求項１記載の記録再生装置。