JPH04157640A - 情報記録担体及びこれを使用する情報処理装置 - Google Patents

情報記録担体及びこれを使用する情報処理装置

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JPH04157640A
JPH04157640A JP2280825A JP28082590A JPH04157640A JP H04157640 A JPH04157640 A JP H04157640A JP 2280825 A JP2280825 A JP 2280825A JP 28082590 A JP28082590 A JP 28082590A JP H04157640 A JPH04157640 A JP H04157640A
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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、情報記Ｂ担体及びこれを使用する情報処理装
置に関するものである。
［従来の技術］ 近年、物質表面及び表面近傍の電子構造を直接観察でき
る走査型トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭと云う）が開発さ
れ［Ｇ、Ｂ１ｎｎ１ｇ　ｅｔ　ａｌ、、Ｈｅ１ｖｅｔｉ
ｃａＰｈｙｓｉｃａ　Ａｃｔａ、　５５．７２６　ｆ１
９８２）　］、単結晶、非結晶を問わず高分解能で実空
間像の観測ができるようになり、しかも試料物質に電流
による損傷を殆ど与えずに低電力で測定できる利点をも
有し、更には起高真空中のみならず大気中、温液中でも
動作し、種々の材料に対して適用できるため広汎な応用
が期待されている。
ＳＴＭは金属の探針と導電性試料との間に電圧を印加し
て、約１ｎｍ程度の距離まで近付けると、トンネル電流
が発生する現象を利用している。最近では、例えば特開
昭６３−１６１５５２号公報、特開昭６３−１６１５５
３号公報に開示されるように、このＳＴＭの原理を応用
し、超高畜産記録・再生を主とした情報処理装置を構成
する提案が数多くなされている。即ち、ＳＴＭの探針に
相当するプローブ電極により試料に相当する記録媒体上
に物理的変形を与え、又は媒体表面の電子状態を変化さ
せて情報を記録し、両者間を流れるトンネル電流により
記録ビットの情報を再生する方法を用いれば、分子・原
子オーダの高密度で大規模情報を記録再生できるとされ
ている。
なお、上述の記録方法の内、物理的変形を与えるには、
尖鋭な記録プローブを記録媒体に押圧させて凹ませる他
に、グラファイト等の記録媒体」ニではパルス電圧印加
によりホールを形成できることが最近報告されている。
即ち、プローブ電極を記録媒体表面に近接させた上で、
両者間に３〜８■、１〜１００）ｕｓのパルス幅で電圧
の印加を行うことで、直径約４０以下度のホールが形成
でき、記録ビットとして充分に使用可能である。−方、
電子状態を変化させて記録を行うには、下地電極上にラ
ングミュア・プロジェット法（以下ＬＢ法と云う）等に
より適切な有機分子の累積膜を作成し、下地電極とプロ
ーブ電極間に電圧印加して、この微小部分の電気抵抗特
性を変化させる方法が知られており、消去・書換えが容
易であるため注目されている。
第６図は電子状態を変化させて記録を行う往来例の情報
記録担体及びこれを使用する情報処理装置の構成を示し
、粗動機構ｌ」二に設けられた移動基板２上には、下地
電極３、スイッチングメモリ効果を有する記録媒体４が
載置され、この配録媒体４に対向して三次元駆動機構５
に取り付けられたプローブ電極６が設けられていて、先
ずマイクロコンピュータ７、粗動制御回路８によって粗
動機構１を駆動して、プローブ電極６と記録媒体４との
概略の位置合わせが行われる。記録時には、ＸＹ走査駆
動回路９により三次元駆動機構５を駆動してプローブ電
極６を記録媒体４上で走査し、記録位置で電圧印加装置
１０によってプローブ電極６、下地電極３にパルス電圧
を印加すると、記録媒体４に局所的に電気的抵抗が異な
る部位が作り出され記録が行われる。
再生時には、プローブ電極６、記録媒体４間にトンネル
電流が流れる程度の一定電圧を印加しながら、記録媒体
４の面上でプローブ電極６を走査する。その際に得られ
るトンネル電流を電流増幅器１１で増幅して検出し、ト
ンネル電流が常に一定値となるようにサーボ回路１２に
よって三次元駆動機構５を駆動してプローブ電極６を上
下方向に移動しており、この上下方向の移動量が記録情
報に対応している。なお、これらの制御は全てマイクロ
コンピュータ７によって行われている。
このように、トンネル電流を利用するにはプローブ電極
６と記録媒体４とを約１ｎｍ程度まで近接する必要があ
り、プローブ電極６、記録媒体４には高精度な加工、製
作技術が要求されている。
［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、上記のような記録・再生方法を実用する
ためには、記録媒体４の交換に際し、プローブ電極６と
記録媒体４との極めて高精度、かつ迅速な位置調整を高
度に達成する必要があることは勿論のこと、装置の温度
が変化すると記録媒体４を載置する移動基板２やプロー
ブ電極６を取り付けた部位が熱膨張して、記録媒体４と
プローブ電極４との相対的な位置がずれ、記録再生に誤
りを生ずる危険性がある。
本発明の目的は、装置や媒体の温度変化がある場合でも
、記録媒体とプローブとの相対的な位置ずれが解消でき
、エラーの少ない記録再生ができ、高精度で信頼性の高
い情報記録担体及びこれを使用する情報処理装置を提供
することにある。
［課題を解決するための手段］ 上述の目的を達成するために、本発明に係る情報記録担
体おいては、情報処理用プローブを取り付けた基台と、
記録媒体を載置し前記基台に対し相対的に移動可能な基
板と、前記基台と基板とを内部に収容したフレームとを
有し、前記基台と基板との線膨張率を近似させたことを
特徴とするものである。
また、上記特定発明に関連する本発明に係る情報処理装
置においては、プローブを取り付けた基台と、記録媒体
を載置し前記基台に対し相対的に移動可能な基板と、前
記基台と基板とを内部に収容したフレームとを有し、前
記基台と基板との線膨張率を近似させた情報記録担体を
設置し、前記プローブを介して前記記録媒体に情報の処
理を行うことを特徴とするものである。
［作用］ 上述の構成を有する情報配録担体及びこれを使用する情
報処理装置は、プローブを取り付けた基台と、記録媒体
を載置した移動基板とを収容したフレームを情報処理装
置に挿着し、基台と基板との線膨張率が近似しているた
め、温度が変化してもプローブと記録媒体の相対的な位
置ずれが生じない。
［実施例］ 本発明を第１図〜第５区に図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。
第１図は本発明に係る情報記録担体及びこれを使用する
情報処理装置の断面図であり、情報記録担体２０は処理
装置本体２１に挿着されている。
情報記録担体２０内には少なくとも１個のプローブ電極
２２が記録媒体２３と共にフレーム２４中に収容され、
処理装置本体２１に対して着脱可能に構成されている。
プローブ電極２２はタングステン等から成り、第２図に
示すように基台２５に片持ち支持されたバイモルフ梁２
６の端部にそれぞれ取り付けられている。バイモルフ梁
２６の断面構成は、例えば上電極（Ａｕ）／絶縁膜（Ｓ
ｉ３Ｎ−’）／ピエゾ層（ＺｎＣ））／絶縁膜（Ｓｉ３
Ｎ４）／中電極（Ａｕ）／絶縁膜（Ｓｉ３Ｎ４）／ピエ
ゾ層（ＺｎＯ）／絶縁膜（Ｓｉ３Ｎ４）／下電極（Ａｕ
）となっており、寸法は７５０ｕｍＸ　１５０ｕｍ、厚
さ７．５ｕｍ程度のものを作成することができる。この
バイモルフ梁２６の２つのピエゾ層が同一方向に分極し
ていた場合に、中電極に対して上電極に正（負）、下電
極に正（負）のように、同極性の電圧を加えることによ
り、バイモルフ梁２６の先端、即ちプローブ電極２２が
変位し、例えば」１記のもので印加電圧±１５Ｖにおい
てその変位量は約５μｍ程度である。なお、プローブ電
極２２からの配線及び各バイモルフ梁２６の駆動電圧を
導く回路は、基台２５及びバイモルフ梁２６上に形成す
ることができる。また、上記のようなプローブ電極２２
及びバイモルフ粱２６の製作は、マイクロメカニクス、
或いはマイクロマシニングと呼ばれている公知の方法［
Ｋ、　Ｅ、　Ｐｅｔｅｒｓｅｎ、　Ｐｒｏｃ、　ＩＥＥ
Ｅ７０、４２０　［１９８２ｊ及びＴ、Ｒ，Ａｌｂｒｅ
ｃｈｔ　ｅｔ　ａｌ、、４ｔ、ｈ　Ｉｎｔｅ−ｒｎａｔ
ｊｏｎａｌ　　ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　　ｏｎ　　ＳＴ
Ｍ／ＳＴＳ（ＳＴＭ’８９）Ｐｌ−２９，Ｓｌ（］−２
］により行うことができる。
このようにして、バイモルフ梁２６が取り付けられた基
台２５は、第３図に示すようにフレーム２４の上面内部
にプローブ電極２２を下向きにして貼着されている。一
方、記録媒体２３は移動基板２７上に載置された下地電
極２８上に設けられ、移動基板２７は端部上下面に配置
されたメカニカルシールから成るバッキング２９により
フレーム２４に対して支持されていて、基台２５との距
離を一定に保ちながら記録媒体２３は移動基板２７と共
にＸＹ力方向つまり水平面内を移動可能とされている。
そして、第４図の下面の斜視図に示すように、フレーム
２４の下面には移動基板２７の下面が見えるように長方
形の窓部３０が形成され、この移動基板２７に処理装置
本体２１のＸＹ駆動機構３１と移動基板２７とが当接す
るようにされている。更に、フレーム２４の下端部等に
は電極３２が形成されており、第１図の矢印で示すよう
に情報記録媒体２３を処理装置本体２１の内部まで装着
した際に処理装置本体２１内に設けられた電極接続部３
３と接触して、信号や電源の接続に使用される。これら
の電極３２はフレーム２４内で基本的にはプローブ電極
２２やバイモルフ梁２６と接続されているが、必要に応
じて後述する駆動回路の少なくとも一部が駆動回路３４
として情報記録担体２０に内蔵されている。なお、基台
２５と移動基板２７とはこれらの線膨張率が同一か又は
近似した材料が選択されている。
一方、処理装置本体２１にはＸＹ力方向移動可能な前述
のＸＹ駆動機構３１が設けられ、その下部には上下動機
構３５が機械的に接続されていて、この上下動機構３５
が上方に移動すると、処理装置本体２１に挿着された情
報記録担体２０の内部に窓部３０からＸＹ駆動機構３１
が挿入され、ＸＹ駆動機構３１が移動基板２７に当接す
るようにされていて、このＸＹ駆動機構３１には圧電素
子を所謂インチ・ワーム構成としたもの等を用いること
ができる。
また、情報記録担体２０の電極３２との接触により、処
理装置本体２１には第５図に示すような駆動回路が完成
する。即ち、ＸＹ駆動機構３１をＸＹ力方向走査駆動さ
せるためのＸＹ走査回路４０、プローブ電極２２と下地
電極２８との間に電圧を印加する電圧印加回路４１、プ
ローブ電極２２と記録媒体２３間をトンネルする電流を
増幅する電流増幅器４２、電流増幅器４２を用いて検出
される電流が一定になるようにバイモルフ梁２６に印加
する電圧を調整するサーボ回路４３、及び装置全体の制
御とデータの解析等を行うマイクロコンピュータ４４が
設けられている。
なお、粗動機構、粗動駆動回路、他のプローブ電極２２
、バイモルフ梁２６及びその附属回路は図示を省略しで
ある。
以上の構成において、情報記録担体２０の第１図の矢Ｅ
Ｉ］方句の装着を妨げない位置まで上下動機構３５によ
ってＸＹ駆動機構３１を下げて、処理装置本体２１内に
情報記録担体２０を装着し、再びＸＹ駆動機構３１を上
げて窓部３０から情報記録担体２０の内部に挿入して移
動基板２７にｅ！機械的当接し、装着時には電極３２と
電極接続部３３とが接触されて駆動回路が完成される。
そして、記録、消去又は再生時には、プローブ電極２２
と記録媒体２３との間に発生するトンネルする電流を電
流増幅器４２によって増幅して検出し、電圧印加回路４
１によってプローブ電極２２に電圧を印加し、また各バ
イモルフ梁２６に印加する電圧をサーボ回路４３、マイ
クロコンピュータ４４等により制御することによって、
各プローブ電極２２と記録媒体２３との距離を制御し、
ＸＹ走査回路４０で駆動されるＸＹ駆動機構３１によっ
て記録媒体２３のｘＹ面内方向の走査を行う。また、複
数のプローブ電極２２が存在する場合には、その選択は
駆動回路３４又はマイクロコンピュータ４４により行う
ことができる。
また、上述のように基台２５と移動基板２７との線膨張
率を近似させることにより、基台２５と移動基板２７、
つまりプローブ電極２２と記録媒体２３の相対的な位置
ずれを少なくし、温度変化による記録・再生エラーの発
生を低減させることができる。
実際の記録媒体２３への記録は、記録媒体２３に物理的
変形を与える方法、記録媒体２３の電子状態を変化させ
る方法の２種類がある。記録媒体２３に物理的変形を与
える場合には、例えば記録媒体２３、下地電極２８、移
動基板２７と一体型とした１枚のシリコンウェハから成
る記録媒体２３を用い、基台２５にもシリコン成型品を
使用し、プローブ電極２２を押し付けて記録媒体２３を
物理的に変化させて記録を行う。再生の際には、プロー
ブ電極２２と記録媒体２３とに、例えば２００ｍＶの直
流電圧を加えながら、トンネル電流が例えば０．１ｎＡ
の一定値となるようにプローブ電極２２を二次元的に走
査すると、その際のバイモルフ梁２６のフィードバック
駆動量が記録媒体２３上の記録情報に対応しているので
、再生を行うことができる。
上記の条件により本発明者らが行った実験によれば、常
温でシリコンウェハの表面にストライブ状に約１μｍ間
隔で記録ビットを形成し、次にプローブ電極２２を一定
速度でビットのストライブ方向に沿って移動させ、検出
電流の変化位置を読取る再生実験を、０℃の低温、常温
、５０℃の高温条件下で行った結果、何れの場合も同一
の間隔で再生ビットを検出することができた。また、シ
リコンと線膨張率が近似したゲルマニウムウェハを記録
媒体２３として用いた場合にも、同様の実験でほぼ同一
の間隔の再生ビットが得られた。
また、記録媒体２３の表面の電子状態を変化させる場合
には、例えば記録媒体２３としてＬＢ法で形成した無水
ピロメリット酸及び４．４−ジアミノジフェニルエーテ
ルから成るポリイミドを６層累積したものを使用する。
そして、記録媒体２３にプローブ電極２２を近付けて、
３．５■、パルス幅５０ｎｓ等の矩形波状パルス電圧を
印加すれば、記録媒体２３が特性変化を起こして電気抵
抗の低い部分が生じ、これにより記録を行うことができ
る。再生は他の場合と同様にトンネル電流の検出により
実行でき、また消去は５■、パルス幅ＩＬＬＳの三角波
パルス電圧等を印加しで行うことができる。
以上の方法において、基台２５及び移動基板２７に共に
シリコンウェハを用いた本発明者らの実験では、前述と
同様の記録・再生実験で温度に依存しない間隔の再生ビ
ットが得られた。
また、上述のようにプローブ電極２２、記録媒体２３を
フレーム２４内に収容して成る情報記録担体２０を、処
理装置本体２１に対し着脱可能とすることにより、プロ
ーブ電極２２、記録媒体２３の位置合わせは極めて正確
かつ迅速に行え、防塵、防損効果も高い。また、精度の
高い部分を情報記録担体２０にユニット化することで、
処理装置本体２１等の他の部分の生産性が向上し、高精
度部分が交換可能であるために事故等による破損に対し
て保守が容易である。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る情報記録担体及びこれ
を使用する情報処理装置は、温度変化に対して記録再生
エラーの発生が低減でき、かかる装置の実用化にとって
極めて有用である。
【図面の簡単な説明】
図面第１図〜第５図は本発明に係る情報記録担体及びこ
れを使用する情報処理装置の実施例を示し、第１図は情
報記Ｂ担体を処理装置本体に挿着した状態の断面図、第
２図はプローブ電極の取付方法の拡大斜視図、第３区は
情報記録担体の拡大断面図、第４図は情報記録担体の外
観斜視図、第５図は情報記録担体を処理装置本体に挿着
した状態の回路構成図、第６図は従来例の回路構成図で
ある。 符号２０は情報記録坦体、２１は処理装置本体、２２は
プローブ電極、２３は記録媒体、２４はフレーム、２５
は基台、２６はバイモルフ梁、２７は移動基板、２８は
下地電極、４１は電圧印加回路、４２は電流増幅器、４
３はサーボ回路、４４はマイクロコンピュータである。 特許出願人　　キャノン株式会社 代　理　人　弁理士　日　比谷征彦″″一 第１図 第５図 第６図 ／

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １、情報処理用プローブを取り付けた基台と、記録媒体
    を載置し前記基台に対し相対的に移動可能な基板と、前
    記基台と基板とを内部に収容したフレームとを有し、前
    記基台と基板との線膨張率を近似させたことを特徴とす
    る情報記録担体。 ２、前記プローブは複数とした請求項１に記載の情報記
    録担体。 ３、前記基台はＳｉによって形成し、前記記録媒体はＳ
    ｉ、Ｇｅによって形成した請求項１に記載の情報記録担
    体。 ４、前記基台はＳｉによって形成し、前記記録媒体は高
    分子膜とした請求項１に記載の情報記録担体。 ５、前記高分子膜はポリイミド膜とした請求項４に記載
    の情報記録担体。 ６、プローブを取り付けた基台と、記録媒体を載置し前
    記基台に対し相対的に移動可能な基板と、前記基台と基
    板とを内部に収容したフレームとを有し、前記基台と基
    板との線膨張率を近似させた情報記録担体を設置し、前
    記プローブを介して前記記録媒体に情報の処理を行うこ
    とを特徴とする情報処理装置。
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