JPH04206536A

JPH04206536A - 探針駆動機構、該機構を備えたトンネル電流検出装置及び記録再生装置

Info

Publication number: JPH04206536A
Application number: JP32963190A
Authority: JP
Inventors: Masaru Nakayama; 中山　優; Takayuki Yagi; 隆行八木; Osamu Takamatsu; 修高松; Yasuhiro Shimada; 康弘島田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-11-30
Filing date: 1990-11-30
Publication date: 1992-07-28

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］本発明は探針駆動機構及び該機構を備えたトンネル電流
検出装置及び記録・再生装置に関するものである。

［従来の技術］現在、ＳＴＭの手法を用いて、半導体あるいは高分子材
料等の原子オーダー、分子オーダーの観察評価、微細加
工（Ｅ、Ｅ、Ｅｈｒ　ｉ　ｃｈｓ。

４ｔｈ　　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　　Ｃｏ　　ｎ
ｆｅｒｅｎｃｅ　　ｏｎ　　ＳｃａｎｎｉｎｇＴｕｎｎ
ｅｒｉｎｇ　　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ／５ｐｅｃｔｏｓ
ｃｏｐｙ、’　　８９．Ｓ１３−３）、及び記録装置等
の様々な分野への応用が研究されている。

なかでも、コンピューターの計算情報や映像情報等では
大容量を有する記録装置の要求に対してますます高まっ
ており、半導体プロセス技術の進展により、マイクロプ
ロセッサが小型化し、計算能力が向上した為に記録装置
の小型化が望まれている。これらの要求を満たす目的で
、記録媒体との間隔が微調整可能な駆動手段上に存在す
るトンネル電流発生用プローブからなる変換器から電圧
印加することによって記録媒体表面の仕事関数を変化さ
せる事により記録書き込みし、仕事関数の変化によるト
ンネル電流の変化を検知することにより情報の読み出し
を行い最小記録面積が１０ｎｍ平方となる記録再生装置
が提案されている。

データ転送速度、及びデータ記録速度を向上させるため
にはプローブの数を増やす必要がある。

この際、上述した様な装置においては１例としてプロー
ブと媒体との間隔を調整しつつ、記録データ列上をプロ
ーブが走行する必要がある。しかしながら、記録したデ
ータ列の幅が非常に細く、装置の温度変化によるドリフ
ト、外部からの振動などの影響によりプローブがデータ
列からはずれて安定した記録再生ができなくなる。更に
、１プローブをデータ列に添って走査させると他のプロ
ーブがデータ列からはずれてしまうことこととなる。

これを解決するために第４図の様な圧電体２１と電極２
０を積層し圧電体を４ブロツクに分け３軸駆動が可能な
自由端側にトンネル電流を検知するティップ２２を要す
る片持ち梁が提案されている。（ａ）は自由端方向の断
面図であり、（ｂ）は幅方向の断面図である。

［発明が解決しようとする課題］しかしながら、第５図の（ａ）’、（ｂ）。

（Ｃ）で示される様に各電極間に適当なバイアスをかけ
る事によりＸ、Ｙ、Ｚの各々単独での駆動は可能ではあ
るが、（ｂ）、（ｃ）の合成で同時に駆動しようとする
と梁がねじれる。実際に要求されるのは、（ｂ）、（ｃ
）のベクトル的な変位であるが、従来の構成では、ベク
トル的合成変位は不可能である。従ってプローブがデー
タ列からはずれてしまっても多数個のプローブを別個に
動かす事が出来なく正確な読み取り、書き込みが出来な
い。

本発明は上述の従来例の欠点に鑑みてなされたものであ
って、個々のプローブが夫々独立に媒体の熱膨張等の変
形があってもすべてのプローブでデータ列に添って記録
再生を可能にすることを目的とする。

［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その片持梁を静電力と圧電
素子の変形による力を組み合わせる事によって、従来技
術による梁のゆがみ等をなくしベクトル合成的な変位を
可能にし情報の読み取り、書き込み等が正確に実行され
る。

即ち、本発明は、支持体、トンネル電流を検知するティ
ップ、該トンネル電流を取り出す電極、該支持体を駆動
する圧電体及び該支持体を２軸方向に独立に駆動する電
極を有する片持ち梁を備えたことを特徴とする探針駆動
機構に係るものである。

更に、前記の支持体を駆動する電極が、各々圧電体の変
位による駆動と静電力により駆動させるものであること
を特徴とする探針駆動機構に係るものである。

更に上記の探針駆動機構を備えたことを特徴とするトン
ネル電流検出装置及び記録再生装置に係るものである。

［実施例Ｊ以下、実施例により本発明を具体的に説明する。

犬１１肌土第１図は本発明による片持ち梁の全体像を示し、このう
ち第１図（ａ）は自由端方向の断面図、第１図（ｂ）は
幅方向の断面図である。

梁の駆動はＺ軸方向に対して電極２と９の間にバイアス
を加える事で静電力により変位する。またＸ軸方向に対
しては電極２と４，４°に適当なバイアスを与える事に
よって変位する。この際、同時にバイアスを加える事に
よって、梁のねじれ等による異常な変位をする事なく所
望の変位を独立に得る事が可能である。

次にこの構成を得るための工程を図を用いて説明する。

第２図はそのフローを示す図である。このうち第２図（
ａ）は２．３の工程を経た図であるが、ｎタイプのＳｉ
基板ｌＯにＢを表面から選択的に拡張しＰ゛層９形成し
、その上に１１００℃で５ｉＣｎ４を用いＰＨ３をドー
パントとして５μエビ成長させ、ｎタイプのエビ層７を
得る。選択的にＢを拡張しＰ型化し、静電力を得るため
の下電極の引出用のＰ°拡散層８を形成して第２図（ａ
）が得られる。基板とエビ度をｎ型とするのは他のプロ
ーブと電気的に分離するためである。

次ニＬ　Ｐ　ＣＶ　Ｄ　！：　Ｊ：６　Ｎ　Ｈ３トＳ　
ｉ　Ｈ４（’）気相成長によりＳ　１３　Ｎ４１を１５
００人成膜し片持ち梁の形を得るためのパターニングを
行う。上面図は第２図（ｂ）の様である。

次に金属を例えば、Ｃｒ、Ａｕの順に各々３０人、２０
００人蒸着レバ電極２を形成する。

電極材としてはＳｉの異方性エツチングの際に腐蝕され
ないＡｇ、Ｐｄ、Ｐｔ等でもよい。次に圧電体例えばＡ
ρＮ、ＺｎＯ，ＰＺＴ等をスパッタ法で１μ成膜しパタ
ーニングして圧電層３をパターニングすると第２図（Ｃ
）が得られる。

次に下電極８，９の引出しのためにＳｉ３Ｎ＋層１をパ
ターニングしＰ０拡散層８のコンタクト用窓１１を形成
し、上電極４としてＡｕを２０００人蒸着レバターニン
グしＳｉの異方性エツチング時に圧電体を保護するため
に保護層５としてａ−３ｉＮをプラズマ法で５０００人
成膜しパターニングすると第２図（ｄ）が得られる。

この際トンネル電流検知用ティップの引出し電極４“と
下電極の引出し電極４′″も上電極形成を同時に行う。

次にトンネル電流検知用ティップ６を形成すると第２図
（ｅ）が得られる。ティップはＷあるいはｐｔでもよい
し、これら金属が表面に被覆された非導電物質の結晶体
であってもよい。

最後に５ｉ３Ｎ４１をマスクとしてＳｉの異方性エツチ
ングをＫＯＨ，ＮＨ，ＯＨあるいはエチレンヂアミン、
ピテカテコール系の水溶液で行う。この際、Ｐ４埋込層
９がエツチング層のストッパーとなり静電力駆動用の電
極間隔がエビ層７の厚さで決定される。最終的に第１図
の様な片持ち梁が得られる。

以上の様にして得られた片持ち梁を、例えば厚さが３０
０μ２幅５０μエビ層厚５μとするとバイアス５Ｖ″Ｃ
″Ｘ方向の変位として数１００人。

２方向の変位として数１０００人が得られ十分に使用に
耐える。

夫五■ユ次に、本発明の他の実施例として、前記探針駆動機構を
用いた記録再生装置の説明を行なう。第３図は、本発明
の記録再生装置の概略図である。

１０１は、本発明の探針駆動機構１０２を複数設けたシ
リコン基板、１０５は、シリコン基板を２方向に駆動す
る粗動用圧電素子、１０３は板状の記録媒体、１０４は
探針駆動機構の走査可能領域で決まる記録エリアを一列
に並べたデータ列である。記録媒体１０３は、図示せぬ
移動機構により、図中矢印の方向に並進移動され、記録
エリアは列状に記録される。探針駆動機構１０２と粗動
用圧電素子１０５は、図示せぬリニアモータなどの移動
機構によりデータ列と直交する方向に移動可能なように
構成され、任意のデータ列にアクセスし、データの記録
再生を行なうことができる。

その際、目標とするデータ列までのアクセスは、リニア
エンコーダーなどの位置検出装置により行なわれ、その
後、探針駆動機構１０２の各々の探針は、目標のデータ
列の各々の記録エリア内を走査する。

次に記録媒体１０３は電気メモリー効果を持つ薄膜、例
えば、π電子系有機化合物やカルコゲン化物類からなる
記録層と導電性のある基板からなり、探針と導電性基板
間にあるしきい値以上の電圧を印加することにより、探
針直下の記録層に微小な領域で特性変化を生じさせ記録
を行うことができる。また、再生は、探針と記録層間に
流れるトンネル電流が、記録部と非記録部とで変化する
ことにより行なう。

また記録媒体１０３として、あるしきい値以上の電圧を
印加すると表面が局所的に溶融または蒸発して、表面形
状が凹または凸に変化する材料、例えば、Ａｕ、Ｐｔな
どの金属薄膜を用いてもよい。

次に、記録再生の方法を説明する。

まず、記録方法は、２方向粗動用圧電素子１０５と探針
駆動機構１０２は移動機構により、記録位置に移動し、
記録媒体１０３のあるしきい値を越える電圧を印加する
ことにより行なう。その際、記録媒体１０３には、バイ
アス回路１０６によりバイアス電圧が加えられ、探針は
記録媒体１０３に対してトンネル電流が流れる距離に保
たれている。その接近は、Ｚ方向粗動用圧電素子１０５
により、近傍まで近づけ、後は、複数ある探針駆動機［
１０２で各々の探針ごとにトンネル領域に引き込まれる
。その引込みは各探針に対応したトンネル電流検出回路
１０７により検出されたトンネル電流を各々の探針駆動
機構１０２のＺ方向サーボ回路１１０を通してフィード
バックすることにより、各探針と記録媒体間を一定距離
に制御している。そのとき、２方向サーボ回路１１０に
はローパスフィルターが設けられ、そのカットオフ周波
数はデータ信号には追従せず、記録媒体の面振れ、表面
のうねりに追従できるように選ばれ、探針と記録媒体の
平均距離が一定となるように制御される。

記録時には、制御回路１１２から記録信号かパルス印加
回路１０８に送られ、各探針にパルス電圧として印加さ
れ、記録が行なわれる。

その際、パルス印加により探針と記録媒体の距離が変化
しないようにＺ方向サーボ回路１１０には、ホールド回
路を設けて、パルス電圧が印加されている探針駆動機構
１０２の駆動電圧を保持する。

そのとき、データ列の記録エリア内には図の拡大図のよ
うに記録ビットがマトリクス状に記録される。各々の記
録ビット列には、アドレス情報が挿入されており、再生
時のデータの識別を行なう。

次に再生方法について説明する。

再生時には探針は、移動機構により所望のデータ列の記
録エリア上に移動し、記録媒体１０３の表面との間のト
ンネル電流の記録部と非記録部の変化分を検出し再生を
行なう。そのとき探針駆動機構１０２はＸＹ位置制御回
路１０９により制御され、探針が記録エリアの全域を走
査するように駆動される。１つの記録エリア内の再生信
号は、トンネル電流検出回路１０７を通し、制御回路１
１２で信号処理して一時的に記憶され、その中から所望
のデータのみが再生出力される。

このような記録再生装置において探針駆動機構を前記実
施例のような構成とすることにより、１つの探針で走査
できる領域が広がり、１つの記録エリアが大きくなり、
全体として記録密度を上げることができる。

［発明の効果］以上説明した様に本発明によれば片持ち梁の駆動を独立
にしたことによってより精度のよいプローブと媒体の間
隔調整とトラッキングを行える様になったので、装置の
温度変化、外部からの振動、媒体の熱膨張等が発生して
も常に安定して情報の読み出しまたは書き込みを行うこ
とが可能となった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による探針駆動機構の断面図であり、第２図は、その作製工程図を示し、第３図は本発明の記録再生装置の概略図であり、第４図は、従来の探針駆動機構の断面図であり、第５図は、従来の探針駆動機構の駆動による変形を示す
図である。１・・・５Ｌ３Ｎ＜層　　２・・・中電極３・・・圧電
層　　　　　４・・・上電極５・・・保護層　　　　　
６・・・ティップ７・・・エビ層　　　　　８・・・下
電極引出し用拡散層９・・・下電極　　　　　１０・・
・ＳＬ基板２０・・・電極　　　　　２１・・・圧電層
２２・・・ティップ１０２・・・探針駆動機構１０３・・・記録媒体１０５・・・Ｚ方向粗動用圧電素子１０６・・・バイアス回路１０７・・・トンネル電流検出回路１０８・・・パルス印加回路１０９・・・ＸＹ位置制御回路１１０・・・２方向サーボ回路１１２・・・制御回路

Claims

【特許請求の範囲】

（１）支持体、トンネル電流を検知するティップ、該ト
ンネル電流を取り出す電極、該支持体を駆動する圧電体
及び該支持体を２軸方向に独立に駆動する電極を有する
片持ち梁を備えたことを特徴とする探針駆動機構。
（２）前記の支持体を駆動する電極が、各々圧電体の変
位による駆動と静電力により駆動させるものであること
を特徴とする請求項（１）に記載の探針駆動機構。
（３）請求項（１）に記載の探針駆動機構を備えたこと
を特徴とするトンネル電流検出装置。（４）請求項（１
）に記載の探針駆動機構を備えたことを特徴とする記録
再生装置。