JPH0438636A - ランダムアクセスメモリ - 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〕 本発明はコンピュータと共に使用されるメモリ記憶媒体
、殊に、汎用デジタルコンピュータと共に使用される超
高密度メモリに関する。

〔従来の技術〕

データの解析を行ないデータベースを維持するため広範
にコンピュータが使用されるにつれて、かかるデータを
大量に高速にストアしアクセスする必要が絶えず大きく
なりつつある。そのために広範な種類のデータ記憶用メ
モリが開発されている。かかるメモリの第１のものには
磁気コアメモリの如き比較的簡単なディスクリート磁気
素子アレイかある。後にってフリップフロップ回路や電
荷結合素子（ＣＣＤ）のアレイより成る半導体メモリの
如き種々の能動、半能動素子が開発され、今日でも広範
囲のコンピュータにおいて使用されつづけている。

一連のコンピュータ業務に対する大容量メモリに対する
必要が加速化されることによって光記憶媒体やその他の
先端メモリコンセプトが開発され、ライトワンスリード
メニイ　（ＷＯＲＭ）メモリの能動エリア１平方センチ
メートルあたりすこぶる高記憶密度を提供できるように
なっている。これらの成り行きは全てそれらを一定の用
途には公課的にし他の用途についてはそれほど有効でな
いという得失を伴ってきた。然しながら、今日までのと
ころ、単一のデータストア読出しメモリ素子で理想的な
記憶媒体の重要な特性を全て実証したものは存在せず、
それはそれらが全てメモリサイズ、密度、精度又はアク
セス速度の組合せる際に操作上の制約を伴うからである
。

かかるデータ記憶方式の重要な特性の一つは、大量のデ
ジタル情報から成る記憶装置内の１ブロツクの情報を検
索もしくはストアするために要するアクセスタイムであ
る。多くのコンピュータ業務にとっての重要な特徴であ
るかかるデータをランダムアクセスする必要性が上記タ
イプの装置とかかるメモリ内でデータをストア、検索す
る機構に対して一層の制約を課している。アクセスタイ
ムが長いとそうでない場合に大きな記憶容量を提供する
記憶媒体から得られる利点が相当損われることになる。

以上より、高密度データメモリは、それが適当なランダ
ムアクセスタイムと、データをつきとめ読出す際の精度
と、比較的丈夫で製作容易なメモリ装置と結合された場
合にだけコンピュータシステムにおいて有意義で有効で
あることが判る。

従来、高密度データストア方法を実現するために提案さ
れてきた方法の一つは、最初ジェラルドビニングにより
着想された走査トンネル顕微鏡の概念に基づいている。

米国特許筒４，５７５，８２２号中に記述されるアルビ
インクエイトによるかかる提案は絶縁層記憶媒体と組合
せてトンネル電流効果を使用することについて記述して
いる。然しなから、かかる提案は、表面のほぼ１０オン
グストローム内に配置し電圧を針と針がその上部を動く
媒体とにかけたときに存在するトンネル電流の原理に基
づいており、そのため、どのような現実的なコンピュー
タメモリ装置にも有効であるようなアクセスタイムを必
要とするシステムに対して実用的でないようなデータ記
憶装置しか得ることができない。

また、以上の方法は、ダイナミックレンジを有するトン
ネル電流を維持しなければならない場合には針と記憶媒
体間の隙間を数オングストローム（人）オーダの極度に
近接した許容差に維持する必要があるために、厳しい制
御上、割出し上の問題を伴う。これらの必要条件は、許
容可能な性能を得なければならない場合には、デバイス
構造の品質、針駆動装置のダイナミックレンジと精度、
およびメモリ内に維持される周囲環境の質に対して厳し
い作業上の制約を課すことになる。最も有利な作業環境
の下にあっても、高密度データメモリに対してトンネル
電流手法を使用する提案は、製作、熱制御、環境制御、
アクセスタイムに関する多（の困難を含んでいる。

それ故、データのストアと検索に対する高速でランダム
なアクセスを可能にし特殊材料や製作技術を使用せずに
構成できるような極度に高密度のデータ記憶装置に対す
る必要が依然として存在するわけである。更に、かかる
デバイスが従来より提案されてきたトンネル電流を活用
する記憶装置とは異なって、トンネル電流を使用する装
置について必要とされる真空や別の高度の制御された環
境ではな（空気中で操作できるように構成できれば至極
有益であろう。

〔発明が解決しようとする課題〕 高密度データ記憶媒体と装置は、かかにデータの書込み
読出しに高速かつランダムにアクセスすることができな
ければ、多くのコンピュータ業務に対してはその利益は
限られたものとなる。更に、高密度記憶装置は、比較的
丈夫なパッケージ中に製作できないとすれば、特に軍事
、航空宇宙業務については極端にその利点は限られたも
のとなる。

そのため、比較的丈夫で利用し易い技術を使用して構成
される高密度データ記憶装置は、一方ではアクセスは速
いが比較的低記憶密度の、他方では記憶密度は比較的高
いがアクセスは遅く、しばしば微妙で困難な構造を有す
るような今日の多くのデータ記憶装置に比べて著しい進
歩を提供するものである。以上の制約はトンネル電流効
果を活用するタイプの記憶媒体を想定した場合には特に
明らかである。

現代の汎用デジタルコンピュータ業務に対して有効なメ
モリ装置は、−船釣に２進形の大量のデジタル情報をス
トアしてメモリ内のロケーションにインデクレンジされ
たデータを高速、正確に読出してランダムアクセスする
ことが可能でなければならない。メモリは丈夫で天候に
よるものであれ電磁気によるものであれ環境による影響
を受は易いものでなく利用可能な製作技術を使用して比
較的容易に構成できるものであることが望ましい。

更に、メモリの記憶媒体がコンペクトで、比較的少量の
電力しか消費せず高信頼度でデータを記録・読出しでき
るような構造をしたものであれば有利であろう。非常に
大きなデータベースを活用することのできるコンピュー
タシステムが開発されるにつれて重要性を増しているも
う一つの機能は、高速アクセスの機能であって、上記特
徴をデータに対する高速アクセスと結合するシステムで
あれば現存システムに比べて多くの利点を提供すること
になろう。

本発明は、丈夫でシンプル、かつ構成容易なデバイス内
に高密度のデジタルデータをストアすると共に、ストア
されたり検索されたりするデータ高速にアクセスし正確
にインデクレンジすることができる利点を提供するもの
である。本発明は、トンネル電流をメモリとして使用さ
れる平面状体の半導体層間の界面内の外　として使用す
ることによりストアされたデータを記録・読出しするこ
とに基づいてメモリの深刻な制約を除去する構想に基づ
いている。もしトンネル電流効果を使用する場合には、
プローブをメモリ面に対して２０オングストローム（２
０人）より近接して配置しなければならない。実際には
十分大きな面積にわたって５〜１０オングストロームの
ピーク間表面粗さよりなめらかな実用的デバイスを構成
する表面を製作することは事実上不可能であるから、こ
のことはプローブを３次元に正確に駆動し十分な精度で
表面不整を追跡しプローブの局部表面との関係を維持す
ることによってトンネル効果を活用してデータの首尾一
貫した読出しを行わなければならないことを意味する。

トンネル電流を使用する場合には、被駆動プローブと筒
部表面間の距離を維持する際のかかる精度も読出しに必
要とされるダイナミックレンジを維持するために必要で
ある。

更に、以前の提案にはプローブのデータに対する位置を
割出すための有効な手段は何ら示唆されておらず、かか
る割出し装置がなければ、有効なメモリ装置の製作は極
度に困難になる。トンネル電流はプローブが表面の２０
人以内に存在する場合にのみ存在するという事実を考慮
すると、大容量メモリに対するトンネル電流の着想はた
といそれがいやしくも実行可能であるとしても多くの制
約を意味することは明らかである。

更に、トンネル電流を使用する場合にメモリ表面が極端
になめらかでなければならないために、雰囲気内に存在
する粒子や装置の他の部分からウガスが放出されること
によって表面が汚染されることを防ぐために多大の努力
を払わなければならない。種々の元素や化合物の一原子
の径は数オングストロームであるため、トンネル電流コ
ンセプトを使用するデバイスの汚染問題の重大さは明ら
かである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は読出し方法としてトンネル法と異なるコンセプ
トを使用し、メモリ内の読取り装置を割出す簡単で有効
な方法を開発し、他のメモリ装置内に使用されるものと
比べて著しく思わざる利点を提供するメモリ材料構造を
開発することによって、以上の問題点を大部分除去する
ものである。

プローブ先端から下部に位置する表面に至る電子の移動
はトンネル放出、電解放出、およびショットキー放出を
含む幾つかのタイプの電子移動メカニズムのうちの一つ
によって発生することが従来より発見されている。この
事実は種々の半導体やその他の電子デバイス（例えば、
ショットキーダイオード、トンネルダイオード）の開発
に使用されている。これら電子移動メカニズムのそれぞ
れにつき、電圧がプローブ先端と表面間に供給される際
に先端が表面に近接するにつれて大きな電流かが観察さ
れる。然しなから、トンネル効果が生じ適度の電流がつ
くりだされるためには、上記プローブは表面に対して極
端に近く、通常２０オングストロ一ム弱にまで近接させ
る必要がある。

電子の表面からプローブ先端までの移動を説明する電子
移動のメカニズムは、先端と表面の温度、先端と表面間
のガス状材料の成分、および先端と表面の化学的成分を
含む幾つかのパラメータに依存している。もしそのギャ
ップがほぼ１０オングストロームよりも大きい場合には
トンネル放出は一般に存在せず、２０オングストローム
ではその効果は殆ど完全に消滅する。それと対照的に、
電界放出とショットキー放出は、５０〜１０００オング
ストロームの距離におけるギャップを横切って検出され
る有効な電流偏差値を提供することが可能である。この
発見は重要な利点をもっている。

即ち、下部に位置するメモリ表面の粗さはプローブによ
って正値にトラッキングする必要はなく、読出しを実行
するために適当な距離を維持することができる。

かくして、本発明のプローブは、読取りヘッドから延び
下部に位置するメモリ表面上を移動する突起形をしてい
るのが普通であって、上記表面上を２次元に移動し、下
部に位置する表面の平均高さの上部に一定の高さを維持
することができる。

もし必要とあらば、メモリ表面の傾斜や温度の変化より
生ずる変化を収納するための若干の垂直移動量は読取り
ヘッド内に収容できるが、本発明の読取りヘッドはメモ
リ表面の粗さをトラッキングするために垂直駆動装置を
使用する必要はない。

本発明は、また、読取りヘッドをメモリ表面上の位置に
対して位置決めし割出す手段を使用する。

かかる位置決め割出し手段がなければ、メモリ自体を位
置決め手段として使用しなければならず、その後はメモ
リ装置の読取りの信頼性が低下することになる。という
のも読取り中のメモリ位置決め誤差は何れもその誤差の
源をバンクアップ表示することはないであろうからであ
る。本発明は、メモリ表面の直交辺縁部もしくはメモリ
表面自体上に配置された格子を横切って走査する読取り
ヘッドのそれぞれの軸と関連する移動センサを活用する
。実際には、上記格子は交互する絶縁線と導線より成り
、その上部をセンサが走査することになろう。格子をセ
ンサが走査することによる出力は、カウンタに入力され
、プローブの割出す位置に対する位置を正確に表示する
。０．（１６ミクロン未満の分解能を有する格子を構成
できることが判った。この分解能は比較的小面積のメモ
リを突きとめるに十分で、そこから正確なビットロケー
ションを容易に導出することができる。

読出しにショットキーもしくは電界放出法を使用する重
要な利点は、ショットキ一方式によるギャップ抵抗が５
０ＯＡはどの距離の場合、はぼ１（１５オームとするこ
とができるという事実によるものである。それと対照的
に、トンネル方式では、ギャップ抵抗は１０−１５Ａの
距離に対して全体として１０７オーダである。そのため
、他の電気的要素が等しい場合、トンネル方式のピッＩ
・転送速度は、ショットキー放出の場合に得られるもの
よりも１００倍程度遅いものとなろう。かくして、本発
明は、上記利益の他に、トンネル放出の場合に達成可能
なものよりほぼ１００倍高速のビット転送速度を提供す
ることができる。

本発明のもう一つの特徴は、以前に提案されたメモリシ
ステム構造と比較して一定の重要な利益を提供する新規
なメモリ材料の使用を伴う点である。本発明は、ドープ
したシリコン又は各種の他の導電結晶構造材料の何れか
の如き下部に位置する面を活用する。その面の上部に遷
移金属、後遷移金属、ランタニド系、アクチニド系、お
よびこれら元素の一定の化合物により表わされる周期率
表中の位置によって全体として特徴づけられる材料族の
一つの薄い層が付着させられる。使用が成功したかかる
材料の例は、プラチナ、金、およびパラジウムを含む。

普通、デジタル形１に等しいデータが存在するという正
の表示の形でデータがストアされるメモリ材料内の一位
置上にプローブを配置してブローブとメモリ材料の間に
十分なレベルの電圧を印可するとその表面の材料特性が
局部的に変化することが判った。この変化は物理的化学
的変形の形をとり、シリコン又は類似する材料の下部位
置基板が金又はそれに類似の材料の表面内に移動するこ
とによってメモリ材料の導電性の局部的な電化がひきお
こされる。

その後、この位置のデジタル状態の読取りは、プローブ
がプローブとメモリ材料間の一定の電圧バイアスの存在
下でその領域上を移動する時存在する電流の変化に基づ
いて行われる。

実際には、本発明は、メモリ表面内に摂動をひきおこす
ことによってメモリ材料表面からプローブに対する電子
の移行に対する局部的な抵抗が変化することによって行
われる。その後、プローブは５０−１０００オングスト
ロームの距離でメモリ材料の表面に対して平行な面内を
移動する。格子とその読取りのだめの関連センサの形を
した割出し用手段が、コンピュータシステムと相俟って
、直角辺縁上、もしくはメモリ媒体表面上に設けられる
ことによってメモリ表面上に於るプローブの位置を求め
る。装置全体は、公知の構成技術を用いて容易に入手で
きる材料より構成でき、メモリ装置を真空又は高度に制
御された環境内で動作させる必要はない。ショットキー
放出又は電界読取り法を使用すると、トンネル法を使用
した場合よりも２オーダ大きな読取り速度をもった装置
が得られ、数オングストローム以内まで表面を正確にト
ラッキングする必要がなくなり、プローブ制御装置と電
子装置の複雑さと性能必要条件が少なくなり、メモリ装
置全体の強固さと信頼性が向」ニする。

本発明のその他の特徴と利点は図面と相俟って以下の詳
論より明らかとなろう。

〔実施例〕

本発明は、ショットキー放出もしくは電界放出の如き電
子転送機構を使用するプローブの中に具体化され、プロ
ーブがその上部を移動するメ干り表面の摂動を検出する
。プローブはメモリ材料から隔たったメモリ材料の表面
粗さよりも幾オーダも大きく位置決めできるため、プロ
ーブは２つの自由度で移動できるだけでよく、割出し手
段がメモリ媒体の直交軸上に設けられ、メモリ媒体上の
プローブの位置を正確に割出すことができる。メモリ媒
体は下部に位置するシリコン又はその他の適当な半導体
基板上に付着させたプラチナ、金、又はその他の遷移金
属の薄い層を組込んでいる。

プローブを表面に近く配置し、比較的大きな電圧をプロ
ーブと表面間に存在させて下部に位置する基板が上部に
位置する表面内に移動する局部的な物理化学変化をメモ
リ内につくりだして表面の導通性に摂動を惹起させるこ
とによってデータが媒体上に記録される。本発明は巨大
な量のデータを非常に小さなメモリ面積内にストアする
手段を提供すると共に、メモリ内にストアされるデータ
に対してランダムで高速なアクセスを可能にする強固で
製作容易なメモリ装置をも提供することができる。

以上、トンネル電流をプローブ下部に配置した基板層の
摂動を読取る手段として活用するメモリ装置が提案され
た。第１図は、従来技術によるプローブと下部に位置す
る基板との間の関係を線図形で表わしたものである。プ
ローブ２はメモリ基板６の上面４から距離ｄのところに
位置決めされ、表面上を３つの自由度で圧電駆動により
移動し、トンネル放出をつくりだすために必要な距離を
維持し、トンネル電流を基板６とプローブ間に流させる
。このことはプローブヘッド８を高精度３つの自由度全
体で駆動してプローブ２の表面４に対する接触を防止す
る必要があることを意味する。

上記表面４は、普通、利用可能な最良の技術によって慎
重に構成される場合、１５人オークのＲＭＳ粗さを有し
ている。半導体層１２．１４間の界面１０の変化は、リ
ードイン方式の場合、外部プローブからの駆動によりそ
れら界面に付着された電荷１６の形をとる。アンメータ
１８は、電圧源２０からの一定電圧が先端２とメモリ基
板６を横切って印加された時のトンネル電流を表示する
。

もしプローブが表面方向に移動すると共に、プローブと
表面間に一定電圧が印加された場合、電流はプローブが
表面に近接するにつれて大きくなろう。第２（Ｃ）図は
、−船釣なケースとして、プローブ２が下部に位置する
表面６に近く移動するにつれて、アンメータ９８が電圧
源２０からの一定電圧につきどのように電流の増加を表
示するか、その状態を示すものである。そのような効果
は放出形式が同一のま＼であると仮定したばあい、プロ
ーブが表面方向へ移動するにつれて発生する。

第３図は、然しなから、放出形式がプローブと下部に位
置する表面間の一定電圧源にでき同一状態にとどまらな
いことを示す。プローブからの距離が所与の場合の放出
形式に応じて、流れる電流の大きさは劇的に異なること
になろう。例えば、第３（ａ）図において、プローブは
表面からほぼ５００人のところに配置され、ショットキ
ー放出が発生する。その際、アニメータは、数マイクロ
アンペアオーダの強力な電流が流れることを表示する第
３（ｂ）図は、電界放出が生じ電圧源２０から一定の電
圧が印加される時に同一距離で期待できる低電流の流れ
を示す。

第３（Ｃ）図は、プローブを下部に位置する表面から５
００人のところに位置決めし一定電圧を電圧源２０から
加えた時にトンネル放出による電流の流れが殆ど存在し
ないことを示す。かくして、これら３つの放出メカニズ
ムの電流の流れに対する寄与は、表面からのプローブの
距離の関数として劇的に変化することになる。

第４図は、プローブを第４（ｂ）図に示すように表面か
ら５０人のところに配置して電界放出により発生させた
場合と同一の電流が、プローブを第４（ａ）図に示す表
面から５００人のところに配置してショットキー放出に
より発生させた場合に発生することを示す。第４（Ｃ）
図に示すように、プローブを表面から１０人のところに
配置した場合、トンネル放出により等しい電流が発生す
る。

上記より、プローブと同プローブより隔たった下部に位
置する表面間の放出は複合的な量子力学放出を伴う多パ
ラメータ問題であることが理解できよう。約２０〜１０
００オングストロームの距離に存在するショットキー、
電界効果、その他の放出を活用する幾何学的構成を使用
することによってトンネル効果を変化させる電流を伝播
させる距離を使用する場合と比べて大きく重要な利益が
得られる。その結果、本発明は超高密度でデータをスト
ア、検索できる優れた装置と方法をつくりだすことがで
きる。

第５図は上記したタイプのプローブ２を下部に位置する
表面６に近接させる等価回路を示す。プローブ２、リー
ド／ライト先端と表面の近接によって等価抵抗Ｒとキャ
パシタンスＣが提供され、それらは、アンメータ１８と
電圧源２０が存在する下で、Ｒ−Ｃ等価回路網が完成さ
れる。実際の大容量メモリ素子は、はぼ０．１マイクロ
セカンド以下の１ビツトの読取り回数、もしくはそれと
同等の転送速度を有するはずである。リード／ライト先
端のキャパシタンスが通常の場合の如く、１ピコセカン
ド（Ｉ　Ｘ　１０−１２フアラツド）であるならば、０
．１マイクロセカンドのデータ転送速度を達成するため
には、はぼ１（１５オームのギャップ抵抗が必要になる
。トンネル方式によるギヤップ抵抗が１（１５オームで
あるためには、リード／ライト先端がメモリ媒体から１
０Å以上隔たっていることが必要である。それと対照的
に、ショットキー放出方式の場合には、５００人のギャ
ップ抵抗は、ギャップ抵抗１（１５オームに維持するこ
とによって達成される。かくして、本発明の場合、リー
ド／ライトプローブは、メモリ媒体の表面粗さよりもほ
ぼ２オーダの大きさの距離隔たって配置することによっ
て、依然として高速の読取りを可能にするギャップ抵抗
を維持することができる。

第６図は本発明のプローブ２とメモリ媒体２２を示す。

本図に略示するように、アンメータ１８は電圧源２０か
らの電圧が一定の下でプローブ２とメモリ媒体２２間を
流れる電流を測定する。リード／ライトヘッド２４は、
ショットキーもしくは電界放出方式で動作する際に十分
正確な読取りを維持するためにメモリ媒体の表面粗さを
正確にトラッキングする必要がないためにメモリ媒体に
対して平行な面内の２つの自由度でのみ駆動される。

第７図は、デジタルフォーマットで又は正の２進状態の
表示を示す摂動２６の形でデータがメモリ内に書込まれ
た時の、リード／ライトプローブ２をメモリ媒体２２上
に運ふリード／ライトへっど２４の斜視図である。図の
通り、リード／ライトヘッド２４はメモリ媒体２２の表
面に対して平行な面内を移動できる。

第８図は、情報がメモリ媒体２２内にストアされる機構
を示す。メモリ媒体２２は、シリコン又はその他の適当
な半導体による下部位置基板２８により構成される。プ
ラチナ、金、パラジウムの如き、普通、非類似の遷移金
属のオーバレイ３０を基板２８上に付着させる。プロー
ブをオーバレイ３０の表面に近く移動させてほぼ０．１
〜１０．０ボルトのパルスをギャップを横切って加える
と、界面４の局部摂動がひきおこされ、下部に位置する
基板２８から材料はオーバレイ３０内へ貫通して局部的
に変化した抵抗領域をつくりだす。メモリ媒体２２とプ
ローブ間に一定電圧を加えると、この局部的に変化した
領域によってギャップ内を横切って流れる電流が変化す
る。か（して、この大容量メモリ媒体の場合、小さな表
面領域を物理的に変化させることによって１ビツトが記
録され、表面の電機的性質が変化する。表面特性の変化
は、上記の如く、プローブと下部に位置する表面の間に
大きな電界と電流密度がつくりだされる時に、開始され
る。

第９図は、本発明のり一ド／ライトへ・ノド２４と直交
位置エンコーダ３６の上面図を示す。実際は、エンコー
ダ３６は導電性と非導電性のストリップが交互になった
格子３８より構成され、その上部を読取りヘッド４０が
移動する。読取りヘッド４０はリード／ライトヘッド２
４に直接接続されるため、メモリ表面２２に対するリー
ド／ライトヘッド２４のＸＹ位置が提供される。本発明
の並進運動装置はＸＹ基準系の文脈で解説したが、当業
者であれば、角度−距離の如きその他の基準系を使用す
ることによってメモリ材料上にデータを配置することが
できることも理解できよう。

第１０図は、非導電材料４４内ンに交互になった導電領
域４２が形成され基本的な格子３８の構造を形成するよ
うになった格子３８上におけるリード／ライトヘッド４
０の関係を示す。リード／ライトへ７ド４０が格子３８
上を移動するにつれて、導電ストリップ４２が通過する
時に抵抗の変化に遭遇し、この情報は、カウンタに入力
されて、読取りヘッド４０の位置を出力し、従ってメモ
リ面のＸ、Ｙ両次元におけるリード／ライトヘッド４２
の位置を出力する。

第１１図は、リード／ライトヘッド２４の水平直交駆動
装置の図である。リード／ライトヘッド２４は、例えば
、構造４８上に互いに直交して配置された圧電セラミッ
クスタック４６により駆動される。

圧電セラミックスタック４６は個別的な圧電セラミック
材料５０により構成することができる。

各スタック材料は、■ボルトの存在下で０．５ミクロン
移動することができるため、１００個のかかる圧電セラ
ミックによるスタックは、各圧電セラミックに１ボルト
が印加されるにつき５０ミクロン移動させることになろ
う。かくして、圧電セラミックスタックは、かかる１ス
タツク中の圧電材料を選択的に駆動しく又は）同スタッ
クの素子に加えられる電圧を変更することによって、リ
ード／ライトヘッド２４を高精度で比較的大きな距離と
小さな距離で移動させる手段を提供することになる。垂
直方向に容量性駆動装置５２を設けることによってメモ
リ表面２２からのり一ド／ライト２の距離を変化させ温
度の変化又はその他の物理的撹乱に伴うメモリ表面の平
坦度の変化を補償することができるが、本発明において
は、同表面上にストアされた情報の読取りを実行するた
めに表面の詳細な輪郭を垂直に正確にフォローする必要
はない。

第１２図は、プローブ先端と下部に位置するメモリ表面
間に一定距離を維持することが望ましい場合に、垂直軸
と対して必要とされる電気機械的フィードバック装置を
略示するものである。同線図に示すように、電圧が先端
と表面間の電流に比例するＩ１０変換器５２から出力さ
れる。その後、１／Ｕ変換器５２からの出力は、電圧源
５４からの基準電圧と比較され、その差は、コンパレー
ク５６内を通過後、積分器５８により積分される。

かくして、電圧■、は、■、内の変化が先端と表面間の
一定距離を維持するために必要とされるトランスジュー
サ６０の移動の変化をトラッキングするため、表面輪郭
を直接表示する。

本発明は、メモリ媒体表面上にストアされたデータを読
取るためにかかる電機フィードバック装置を設ける必要
を除去するものである。第１３図は、先＠Ｔがメモリ媒
体内の局部的障害上で走査される時の本発明の機構を示
し、先端が駆動される時の電圧Ｖ、の変化を表わし、先
端とメモリ媒体間に一定の見掛は電流を維持することに
よってストアされたヒントを表わす障害の摂動を検出す
るものである。

第１４図は、本発明の機構を示すもので、メモリ媒体と
先端間のショットキーもしくは電界放出を活用して、先
端Ｔが１ビツトを格納する領域上を通過し、その際、先
端がメモリ媒体から一定距離で走査されるようになって
いる。第１４図に示すように、先端をメモリ媒体の面に
対して距離させるために活用される誤差電圧が存在しな
いために、出力はメモリ媒体と先端間に読取られる電流
Ｉ、の変化として表現される。

〔発明の効果〕

かくして、情報の読取りに本発明の技術を使用すること
により、先端が表面上を走査する速度は劇的に向上する
と共に、垂直先端走査装置の性能に対して要求される性
能は著しく緩和することが可能になり、ただ、垂直先端
装置がメモリ媒体面の傾斜の漸次的な変化に反応できる
だけでよいことになる。

第１５図は、本発明のアドレス制御とデータ論理の概略
線図である。リード／ライトプローブ２は、リート／ラ
イトスイッチ６２に接続される。

後者によって制御装置のり一ド／ライト部分間の変化が
可能になる。リードモードでは、リード／ライトプロー
ブとり一ド／ライトスイッチ６２の出力はリードアナロ
グコンディショナ６４に送られ、後者の出力は絶対ビッ
ト検出器６６により検出され、当該技術分野において周
知のタイプのエラーコードデコーダへ通され、そこから
デコードされたデータが出力される。このデジタルデー
タの流れは、ユーザがインターフェース７２を介してア
クセスできるシステムデータパソファ７０に送られる。

ユーザは、データをユーザインターフェース７２とシス
テムデータハソファ７０を介してモードスイッチ７４内
へ入力することによってエラーコードエンコーダ７６と
ライトアナログコンディショナ７８内を通した後、デー
タをリード／ライトスイッチ６２内に入力して、リード
／ライトプローブを介してメモリ内にデータを書込むこ
とができる。

数ビットが読取られたり書込まれたりする場合、ユーザ
インターフェース７２を介してリード／ライトアドレス
ハソファ８０へ１アドレスが供給され、後者はセクタア
ドレスをセクタアドレスモードスイッチ８２に対する出
力として提供する。この情報は、リード／ライトイネ−
グラ８４へも送られる。上記イネーブラ８４はリード／
ライト機能を制御する。ＸＹＺ座標と関連するアドレス
は、それぞれ、ｚ、ｘ、ｙ座標８６．８８．９０につい
てのプローブテーブルから提供される。上記座標はシス
テムクロック９４に照会されるプローブテーブルシンク
ロナイザ９２から駆動される。リード／ライトプローブ
のＸ、Ｙ座標に関する情報は、プローブテーブルシンク
ロナイザ９２からシステムフォーマット論理関数９６と
ドライブハソファ９８．１００．１０２に提供される。

かくして、ユーザはデータの読み書きを選択することが
でき、リード／ライトプローブは移動してユーザが入力
したアドレスのデータを読み取ったり書込んだりするこ
とになろう。

第１６図は、リード／ライトプローブを本発明のメモリ
表面上に所望位置へ駆動するために有効であると判った
タイプのセクタコントローラの概略図である。第９図と
第１０図に先に示したセクタ位置読取りプローブは、ア
ナログコンディショナ１０４、論理レヘルジェネレータ
１（１６、およびアップ／ダウンカウンタ１０８に対す
る入力を提供し、トランクレゾルバ１１０により、Ｘ、
Ｙ座標内に分解される。

トランクレゾルバ１１０の出力は、セクタアドレス座標
ジェネレータ１１２により変化し、誤差信号を可変パル
スジェネレータ１１４、ドライブハソファ１１６、およ
び圧電対１１８ないしセクタ位置圧電ドライバへ提供す
る。その後、トランクレゾルバ１１０の出力は、座標カ
ウンタ１２０へ提供され、後者は入力をセクタロケータ
イネーブラ１２２に、出力をリード／ライト制御論理に
提供する。上記より、メモリ媒体上の情報を直接使用せ
ずに、メモリ面上にリード／ライＩ・プローブを位置決
めする正確なフィードハックシステムを実現でき、その
結果、メモリ媒体自体の情報に依存する方法と比較して
冗長度と精度において重要な利益を提供できることが明
らかであろう。

上記より、本発明は、要求の大きい用途に使用される大
容量記憶装置において相当な改良点を提供し、複雑で敏
感な構造を有さすに高いデータ密度を実現できることが
明らかであろう。更に、本発明は、高速にデータをアク
セスし、ストアされたデータと独立にリード／ライトプ
ローブの位置を判断することのできる手段を提供するも
のである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、半導体基板上を移動するトンネル電流を活用
するプローブを示す従来技術の例解図、第２図は、プロ
ーブ下部に位置する面に対して仮想的に移動する時の電
流の変化を示す図、第３図は、一定のプローブ距離につ
き、ショットキー、電界およびトンネル放出電流間の関
係を示す図、 第４図は、ショットキー、電界ならびにトンネル放出用
の一定電流についてプローブとメモリ面間の距離を示す
図、 第５図は、プローブと表面を横切って電圧が印加された
時の表面と近接するプローブの有効回路図、 第６図は、本発明のプローブと、典型的な粗さを形成し
た下部に位置するメモリ面との間の関係を示す図、 第７図は、メモリ内の２値データの配置を示す本発明の
プローブとメモリ面の斜視図、第８図は、上記表面の変
形を示し、メモリ内の正の２進状態を示す第７図の８８
における図、第９図はメモリ媒体の直交軸上における割
出し手段の構成を示す平面図、 第１０図は、本発明の位置エンコーダについて格子と先
端の構造を示す第９図の１０．１０における側面図、 第１１図は、本発明の読取りヘッド圧電の水平駆動を示
す図、 第１２図は、本発明のメモリ媒体上の１位置の２進状態
を判断するための読取り装置の概略図、第１３図は、先
端と一定電流を使用してメモリ媒体の摂動を検出する場
合の読取り機構図、第１４図は、先端と一定電圧を使用
してメモリ媒体の摂動を検出する際の読取構成図、第１
５図は、本発明のアドレス制御とデータ論理の概路線図
、および第１６図は本発明の制御システムのセクタコン
トロール部分の概路線図である。 ２・・・プローブ、６・・・メモリ基板、４・・・上面
、８・・・プローブヘッド、１２．１４・・・半導体層
、１０・・・界面、１８・・・アンメータ、２０・・・
電圧源、２・・・先端、２４．４０・　・・リード／ラ
イトヘッド、２２・・・メモリ媒体、２６・・・エンコ
ーダ、６２・・・リード／ライトヘッド。 手 続 補 正 書 （方式） ％式％ １、事件の表示 平成２年特許願第１４７ １５２号 ２、発明の名称 ランダムアクセスメモリ ３、補正をする者 事件との関係 出 願 人 名 称 クラオンスカン インコーホレーテッド ４、代 理 人 ５、補正命令の日付 平成２年８月２８日

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）平面状に形成された媒体部分を有するメモリ媒体
   と、 上記メモリ媒体とランダムアクセスメモリの他の要素を
   互いに一定の関係に取付けるための手段を備える下部位
   置構造と、 上記メモリ媒体の平面部分に対して平行な面内を移動可
   能であって、上記媒体から一定距離隔たることによって
   上記平面部分の表面のなめらかさの変化が上記プローブ
   と平面部分間の距離と比較して小さくなったプローブと
   、 上記メモリプローブを上記メモリ媒体の平面部分に対し
   て平行にメモリ媒体上の所定位置へ上記所定位置に関連
   する入力に基づいて移動させる手段と、 上記プローブの実際位置を上記メモリ媒体の平面部分上
   の一定位置に対して位置決めする手段と、 電源からの電圧差が上記プローブとメモリ媒体間に加え
   られプローブとメモリ媒体間のギャップが２０〜１００
   ０オングストロームに維持される時にひきおこされる放
   出に基づいて上記メモリ媒体上の位置の２値論理状態を
   判断する手段と、 から成るランダムアクセスメモリ。 （２）上記プローブを上記メモリ媒体の平面部分に対し
   て平行に移動させる上記手段が、更に、その中をプロー
   ブが移動することが望ましい面に対して平行に配列され
   た複数の電機素子と、上記圧電材料を駆動させることに
   よって所定の制御信号が上記プローブの所定運動をつく
   りだすようになった手段とを備える請求項１のランダム
   アクセスメモリ。 （３）上記電機素子が更に圧電素子より成る請求項２の
   ランダムアクセスメモリ。 （４）上記メモリ媒体が更に、下部に位置する基板上に
   構成された導電材料の上部層を備え、上記基板が上記導
   電材料の層と非類似の材料より構成され、上記導電層の
   ものと異なる導電抵抗を有する請求項１のランダムアク
   セスメモリ。 （５）上記導電材料の層が、更に遷移金属群の一員を備
   える元素もしくは合金より成る請求項４のランダムアク
   セスメモリ。 （６）上記導電材料の上層が、更に後繊維金属群の一員
   を含む元素もしくは合金より成る請求項４のランダムア
   クセスメモリ。 （７）上記導電材料の上層が、更に３２タニド元素系群
   の一員を含む元素又は合金より成る請求項４のランダム
   アクセスメモリ。 （８）上記導電材料の上層が、更にアクチニド元素系群
   の一員を含む元素又は合金より成る請求項４のランダム
   アクセスメモリ。 （９）上記基板が結晶構造材料より構成される請求項４
   のランダムアクセスメモリ。 （１０）上記読取りプローブが更に１０＾８平方オング
   ストロームを上廻らない面積を有する自由端を備える先
   端より成る請求項１のランダムアクセスメモリ。 （１１）上記プローブの実際位置を正確につきとめる手
   段、更に上記メモリ媒体の直交軸に対して平行に配列さ
   れた交互する材料のストリップより成る複数の格子と、 上記格子群に対して平行な面内におけるプローブの運動
   を検出する手段と、 上記プローブの格子群に対する通行を検出することに基
   づいてプローブの位置を読取る手段と、 から成る請求項１のランダムアクセスメモリ。 （１２）上記プローブの位置を読取る手段が、更に、上
   記ストリップの通過を係数することにより上記プローブ
   の進む距離を判断する手段を備える請求項１１のランダ
   ムアクセスメモリ。 （１３）上記メモリ媒体上の１位置上の論理状態を判断
   する手段が、上記プローブと電源間に接続される電流測
   定手段を備える請求項１のランダムアクセスメモリ。 （１４）非類似の導電材料の層が上記平面状の面上に形
   成されその上部に平行な平面状の面が形成される少なく
   とも一つの平面状面を備える導電材料の基板を含むメモ
   リ材料と、上記面上に隔てられ、上記平面状面に対して
   平行な面内を運動可能であって上記プローブの自由先端
   が上記平面状面上を、電圧差が印加された時に上記メモ
   リ材料とプローブ間にショットキー放出と（又は）電解
   放出をひきおこすに十分な距離で移動するようになった
   導電性プローブと、 遠隔コマンドに基づいて上記プローブを上記メモリ材料
   面又は表面上の所望位置に移動させる手段と、 上記プローブの位置を上記平面状面上の既知位置に対し
   て独立に位置決めする手段と、から成り、 上記メモリ材料の連続度における障害が上記プローブと
   メモリ材料間に経験される電流の変化に基づいて判断で
   きるようになったコンピュータと共に使用されるメモリ
   装置。 （１５）上記プローブを上記メモリ媒体の平面部分に対
   して平行に移動させる上記手段が、更に上記プローブが
   移動することが望ましい面に対して平行に配列された複
   数の電機素子と、 上記電機素子を駆動することによって、所定の制御信号
   が上記プローブの所定運動をつくりだすようになった手
   段と、から成る請求項４のメモリ装置。 （１６）上記電機素子が更に圧電素子よりなる請求項１
   ５のランダムアクセスメモリ。 （１７）上記導電材料の上層が、更に繊維金属群の一員
   を含む一元素又は合金を備える請求項１４のメモリ装置
   。 （１８）上記導電材料の上層が、更に後繊維金属群の一
   員を含む元素又は合金より成る請求項１４のメモリ装置
   。 （１９）上記導電材料の上層が、更にランタニド元素系
   群の一員を含む元素又は合金より成る請求項１４のメモ
   リ装置。 （２０）上記導電材料の上層が、更にアクチニド元素系
   群の一員を含む元素又は合金より成る請求項１４のメモ
   リ装置。 （２１）上記基板が結晶構造材料より形成される請求項
   １４のメモリ装置。 （２２）上記読取りプローブが、更に共通の担体上に取
   付けられた複数のプローブよりなる請求項１４のメモリ
   装置。 （２３）上記プローブの実際位置をつきとめる上記手段
   が、更に、上記メモリ媒体の直交軸に対して配列された
   交互する材料のストリップより構成される複数の格子と
   、上記格子に対して平行な面内における上記プローブの
   運動を検出する手段と、 上記プローブの格子に対する運動の検出に基づいて上記
   プローブの位置を読取る手段と、から成る請求項１４の
   メモリ装置。 （２４）上記プローブの位置を読取る手段が、更に、上
   記ストリップの通過を計数してプローブの進んだ距離を
   判断するカウンタ手段を備える請求項２３のメモリ装置
   。 （２５）上記メモリ媒体上の位置の論理状態を判断する
   手段が、上記プローブとメモリ材料間に接続された電流
   測定手段を備える請求項１４のメモリ装置。 （２６）その自由端に１０＾８平方オングストローム未
   満の導電面を備える少なくとも一つのプローブと、 更に平行な非類似材料層を備える層のメモリ媒体と、 上記プローブを上記メモリ媒体の層に照会される面に対
   して平行に移動させる手段と、 上記プローブの位置を上記メモリ媒体の表面上の選択位
   置に対して割出し位置決めする手段と、 上記メモリ媒体の所定部分を選択的に撹乱することによ
   って論理状態の表示を上記媒体部分上に配置する手段と
   、 上記プローブの先端が上記媒体表面から２０〜１０００
   オングストローム隔たって配置された時に存在する放出
   に基づいて上記メモリ媒体の選択部分の論理状態を導出
   する手段と、 から成るウデータ記憶装置。 （２７）上記プローブを上記メモリ媒体の平面状部分に
   対して平行に移動させる手段が、更に、プローブが移動
   することの望ましい面に対して平行に配置された複数の
   圧電素子と、同圧電素子を駆動することによって所定の
   制御信号が上記プローブの所定運動をつくりだすように
   なった手段と、から成る請求項２６のデータ記憶装置。 （２８）上記メモリ媒体が、更に、下部基板上に形成さ
   れた導電材料の上層を備え、上記基板が上記導電材料の
   上層と非類似の材料より構成される請求項２６のデータ
   記憶装置。（２９）上記プローブの位置を上記メモリ媒
   体の表面上の選択位置に対して割出し位置決めする手段
   が、更に、上記メモリ媒体の直交軸に対して平行に配列
   された交互する非類似材料のストリップより構成される
   複数の格子と、 上記格子群に対して平行な面内における上記プローブの
   通過を検出する手段と、 上記プローブの格子に対する通過を検出することに基づ
   いて上記プローブの位置を読取る手段と、 から成る請求項２６のデータ記憶装置。 （３０）上記格子かが上記メモリ媒体上に配置された請
   求項２９のデータ記憶装置。 （３１）上記格子に対して平行な面内における上記プロ
   ーブの通過を検出する手段が、更に上記格子内の交互す
   る材料のストリップの通過を検出することの可能なセン
   サより成る請求項２９のデータ記憶装置。 （３２）上記格子とセンサが角度距離運動の表示を提供
   するように配列された請求項２９のデータ記憶装置。 （３３）上記プローブの位置を読取る手段が、更にスト
   リップが上記センサを通過する表示をカウントすること
   によってセンサの進む距離を判断するカウンタ手段より
   成る請求項２２のデータ記憶装置。