JPH06243518A

JPH06243518A - 記録再生装置

Info

Publication number: JPH06243518A
Application number: JP2567593A
Authority: JP
Inventors: 清 ▲瀧▼本; Kiyoshi Takimoto; Isaaki Kawade; 一佐哲河出; Etsuro Kishi; 悦朗貴志; Kyoji Yano; 亨治矢野
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-02-15
Filing date: 1993-02-15
Publication date: 1994-09-02

Abstract

(57)【要約】【目的】走査型トンネル顕微鏡の原理を利用して記録媒
体に対して情報の記録／再生を行なう記録再生装置にお
いて、媒体の損傷のおそれなく、かつ高速での記録／再
生を安定して行なえるようにする。【構成】記録媒体12として、下地電極121上に記録層122
と半導体層13とが順次積層されたものを使用する。半導
体層13とプローブ11の間の距離の制御は、両者間に電圧
を印加したときのトンネル電流値に基づいて行なう。情
報の再生は、距離の制御用の電圧とは異なる電圧を印加
し、トンネル電流値を検出して行なう。情報の記録は、
スイッチ16を開放して半導体層13を電気的に浮いた状態
とし、プローブ11と下地電極121の間に記録信号に応じ
た電圧を印加して行なう。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、記録媒体に対して情報
の記録および／または再生を行なう記録再生装置に関
し、特に走査型トンネル顕微鏡技術を用いた記録再生装
置に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報記憶素子ないし情報記憶装置いわゆ
るメモリは、コンピュータおよびその関連機器の中核を
なすものであるのみならず、ビデオディスク、ディジタ
ルオーディオディスクなどに見られるように、映像機
器、音響機器の中でも重要な地位を占めている。従来、
磁性体や半導体を素材とした磁気メモリや半導体メモリ
が主流であったが、レーザ技術の発展に伴い、有機色素
やフォトポリマーなどの有機薄膜を用いた光メモリが登
場してきている。光メモリは、安価で高記録密度の記録
媒体である。

【０００３】現在、これらのメモリをさらに高密度で大
容量にするために、単位メモリビットの微細化に向けて
の技術開発が進められている。また、これら従来のメモ
リとは全く異なる原理に基づくメモリの提案もなされて
いる。例えば、個々の有機分子に論理素子やメモリ素子
としての機能を持たせた分子電子デバイスの概念もその
ひとつである。この分子電子デバイスは、単位メモリビ
ットの微細化を極限にまで押し進めたものであるが、こ
れまで、個々の分子（すなわち個々のメモリビット）に
どのようにアクセスするかが問題とされてきた。

【０００４】一方、走査型トンネル顕微鏡（Scanning T
unneling Microscope、以下、ＳＴＭと略す。）が開発
され［Ｇ. ビニッヒ（G. Binnig）ら、Phys. Rev. Let
t.,49, 57(1982)］、単結晶あるいは非晶質などを問わ
ず、導体表面の実空間像を原子オーダーの高い分解能で
測定できるようなった。さらにＳＴＭは、試料に対して
電流による損傷を与えることなく低電力で観測でき、大
気中でも動作するという利点も有し、広範囲な応用が期
待されている。

【０００５】ＳＴＭは、金属の探針（プローブ電極）と
試料である導体表面との間に電圧を印加して両者を１ｎ
ｍ程度の距離まで近付けると、両者間にトンネル電流が
流れることを利用している。この電流は両者の距離の変
化に対して、敏感（指数関数的に応答）である。また、
トンネル電流を一定に保つように両者間の距離を制御し
ながらプローブによって導体表面を走査することによ
り、距離制御のための信号から導体の表面形状を求める
ことができる。このとき、面内方向の分解能は、０.１
ｎｍに達する。最近では、導体表面に吸着した希ガス原
子あるいは有機分子の原子像あるいは分子像観察すら可
能であることが報告されている。これらの結果は、ＳＴ
Ｍがプローブ先端の電子雲と試料表面の電子雲との相互
作用に関する情報を検出しているためであると解釈され
ている。

【０００６】すなわち、ＳＴＭを利用すれば個々の分子
にアクセスすることが可能となる。また、原子レベルで
の高密度記録が可能となる。ＳＴＭの原理を用いた記録
再生方法の一例として、粒子線（電子線やイオン線）あ
るいは高エネルギー電磁波（Ｘ線など）、可視・紫外光
などエネルギー線を用いて適当な記録層の表面状態を変
化させて記録を行ない、ＳＴＭによって記録された情報
の再生を行なう方法が提案されている。また、他の一例
として、電圧印加によって電気伝導度の異なる状態間を
遷移する材料を記録媒体として用い、ＳＴＭによって記
録および再生を行なう方法が提案されている。後者の例
の記録媒体として、例えば、π電子共役系を豊富に含む
有機化合物やカルコゲン化合物が挙げられる（特開昭６
３−１６１５５２および特開昭６３−１６１５５３号の
各公報参照）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】メモリにおいては、一
般に、記録および再生の速度が大きいことも重要であ
る。大容量メモリでは、高速記録、高速再生を達成でき
ることが望ましい。ＳＴＭの原理を用いた記録装置ある
いは再生装置において高速の記録または再生を行なうに
は、記録媒体表面上でのＳＴＭ動作自体の速度を高める
必要がある。ＳＴＭ動作の速度を高めるためには、ＳＴ
Ｍ動作において一定値に保つように制御されるトンネル
電流の設定値を比較的大きな値とすることが有効であ
る。

【０００８】ところが、電圧印加によって電気伝導度の
異なる状態へ遷移する材料からなる記録媒体を用いた場
合、ＳＴＭ動作を高速で行なうためにトンネル電流の設
定値を大きくすると、電気伝導度が小さい状態での媒体
表面とプローブとの間隔が極めて小さくなり、媒体表面
にわずかな起伏があったとしても、プローブ走査によっ
て媒体表面に損傷を与えるおそれが生じる。そこで、媒
体とプローブとの間に印加されるバイアス電圧を高く
し、トンネル電流値を高く保持したままプローブと媒体
表面との距離を大きくすることが考えられる。しかし、
バイアス電圧は、媒体の状態変化のしきい値によって制
限される。すなわち、バイアス電圧を高くしすぎると、
記録媒体の状態変化が起きて情報が破壊され、再生を行
なうことができなくなる。また、バイアス電圧が高くな
ると、電流の性質がトンネル電流から電界放射電流へと
移行する。電界放射電流の大きさは、プローブの表面状
態の影響を強く受けるため、プローブと媒体表面間の距
離の高速制御を行なうことが難しくなる。

【０００９】プローブと記録媒体間に印加されるバイア
ス電圧が低い場合であっても、プローブと媒体間の距離
を比較的大きく保ったまま高いトンネル電流値を得るに
は、媒体表面を導体層で覆いこの導体層とプローブとの
間にバイアス電圧が印加して、流れるトンネル電流値に
より導体層表面とプローブとの距離の制御が行なわれる
ようにすることができる。しかし、この状態では記録媒
体の一部に状態遷移を起こさせたとしても、その状態変
化の有無を読み出すことが困難になるという問題点があ
る。

【００１０】本発明の目的は、ＳＴＭの原理を利用して
記録媒体に情報の記録を行なう、または記録媒体から情
報の再生を行なう記録再生装置において、媒体の損傷の
おそれなく高速での記録、または再生を安定して行なう
ことのできる記録再生装置を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の記録再生装置
は、記録層を有する記録媒体とプローブとを対向させな
がら前記記録媒体に対し情報の記録および／または再生
を行なう記録再生装置において、前記記録層の表面に半
導体層が設けられた記録媒体を使用し、前記半導体層と
前記プローブとの間に電圧を印加する電圧印加手段と、
前記半導体層と前記プローブとの間の電流を検出する電
流検出手段と、前記半導体層と前記電圧印加手段との間
を電気的に開放するためのスイッチ手段と、前記電流検
出手段で検出される電流値に応じ、前記半導体層と前記
プローブとの間隔を制御する制御手段とを有し、前記ス
イッチ手段を閉とした状態で前記電圧印加手段により電
圧を前記半導体層と前記プローブとの間に印加して前記
制御手段により前記間隔を制御する。

【００１２】

【作用】本発明の記録再生装置では、記録層の上に半導
体層が設けられた記録媒体を使用し、さらに電圧印加手
段と半導体層とをスイッチ手段を介して接続しているの
で、スイッチ手段の開閉や電圧印加手段により半導体層
とプローブとの間に印加される電圧などを適宜制御する
ことにより、記録媒体とプローブとの間隔の制御、情報
の記録あるいは再生を以下に述べるように高速かつ安定
して行なえるようになる。

【００１３】図１は、本発明にかかる記録再生装置の代
表的な構成例における要部の構成を示す図である。この
記録再生装置において、記録媒体１２は、下地電極１２
１に上に記録層１２２と半導体層１３とがこの順に積層
された構成である。そして、半導体層１３に対向するよ
うに、プローブ１１が設けられている。プローブ１１の
先端と半導体層１３との間隔は、トンネル電流が流れる
程度のものとなっている。半導体層１３とプローブ１１
との間にバイアス電圧を印加するための電圧印加回路１
４が設けられ、この電圧印加回路１４と半導体層１３と
は、スイッチ１６を介して接続されている。図１に示し
た例では、スイッチ１６を閉じた状態で下地電極１２１
と半導体層１３との間は短絡されているが、所望に応じ
て、下地電極１２１と半導体層１３の間にも適当な大き
さの電圧が印加されるようにしてもよい。

【００１４】まず、この記録再生装置におけるプローブ
１１と記録媒体１２との間隔の制御について説明する。
スイッチ１６を閉じた状態で電圧印加回路１４によりバ
イアス電圧を半導体層１３とプローブ１１との間に印加
し、このときのトンネル電流の値が一定となるように帰
還制御を行なうことにより、間隔を一定に保つことがで
きる。バイアス電圧値を適切な値とした場合には、半導
体層１３とプローブ１１との間隔が比較的大きい場合で
も、比較的大きなトンネル電流が流れるようになる。こ
の状態では、記録層１２２の状態によらず、半導体層１
３とプローブ１１先端との間隔のみに応じてトンネル電
流が流れている。このようなバイアス電圧は、例えば、
プローブ１１のフェルミ準位が半導体層１３の伝導帯内
に位置するようなものである。したがって、このような
バイアス電圧を印加することによって、間隔を比較的大
きく保ったまま、間隔の制御を高速かつ安定して行なえ
る。また、記録媒体とプローブとが衝突するようなおそ
れもなくなる。

【００１５】次に、記録媒体１２に記録された情報の再
生について説明する。スイッチ１６を閉じた状態で、電
圧印加回路１４によって、プローブ１１と半導体層１３
との間にバイアス電圧を印加する。このバイアス電圧の
大きさは、間隔の制御を行なう場合と異なるものとす
る。具体的には、このバイアス電圧を印加することによ
り、プローブ１１（を構成する材料）のフェルミ準位が
半導体層１３（を構成する材料）の禁制帯（バンドギャ
ップ）内に位置するようなものとする。このようなバイ
アス電圧を設定することにより、プローブ１１の先端の
電子雲と記録層１２２の電子雲との相互作用に起因する
トンネル電流が流れるようになる。このトンネル電流を
適当な電流検出手段によって検出することにより、記録
媒体１２に記録された情報を再生することができる。こ
のとき、下地電極１２１と半導体層１３の間にも適当な
電圧を印加し、記録層１２２にこの電圧が印加されてい
るようにしてもよい。

【００１６】また、スイッチ１６を開放した状態でも情
報の再生を行なうことができる。この場合には、下地電
極１２１を介して記録層１２２に電圧を印加し、プロー
ブ１１のフェルミ準位が半導体層１３の禁制帯内に位置
するような電圧分配がなされるようにすればよい。その
結果、プローブ１１の先端の電子雲と記録層１２２の電
子雲とが相互作用するようになり、情報の再生を行なう
ことができるようになる。

【００１７】次に、記録媒体１２への情報の記録につい
て説明する。情報の記録を行なう場合には、スイッチ１
６を開放して半導体層１３が電気的に浮遊状態（フロー
ト状態）となるようにする。そして、下地電極１２１を
介して記録層１３に状態遷移のしきい値以上の電圧を印
加する。このとき、半導体層１２２は高い誘電率の誘電
体とみなすことができ、プローブ１１と下地電極１２１
との間に印加された電圧は、半導体層１３、記録層１２
２、およびこれらの間の隙間に、これらの誘電率と電極
の配置とによって決まる静電容量に応じて分配される。
記録層１２２に実質的に印加される電圧が状態遷移のし
きい値を越えたとき、記録層１２２の状態が遷移し、記
録が行なわれる。この場合、半導体層１３の実質的な誘
電率が高いほど半導体層１３の両端の電圧が低くなり、
記録層１２２に効率よく電圧を印加できるようになる。

【００１８】本発明のような記録再生装置では、ノイズ
などの影響を避けるため、記録媒体とプローブとの間隔
の制御のための制御系の遮断周波数は、比較的低い値と
される。そこで、トンネル電流の検出は、この遮断周波
数より高い周波数でのサンプリングによって行なうこと
ができる。さらに、本発明では、情報の再生のためと、
距離の制御のためとに、それぞれ異なる大きさのバイア
ス電圧をプローブと半導体層との間に印加している。そ
こで、前記遮断周波数よりも高い周波数であってこれら
２種類の電圧間を変化する振動電圧をプローブと半導体
層との間に印加するようにしてもよい。この場合、情報
の再生のための電流の検出は、上記振動電圧の所定の位
相点でサンプリングしながら行なわれる。

【００１９】本発明において使用する記録媒体として
は、電流によって記録層での記録状態が検出されるもの
であれば、いかなる媒体であってもよい。一例として、
電圧印加によってその導電状態が変化し、かつ係る導電
状態が電圧を印加しない状態で保持される記録層を有す
るものが挙げられる。このような記録媒体の中で、特に
好適な媒体としては、特開昭６３−１６１５５２号およ
び特開昭６３−１６１５５３号公報に開示された、π電
子共役系を豊富に含む有機材料からなる記録層を有する
ものが挙げられる。さらに好ましくは、ラングミュア−
ブロジェット法（ＬＢ法）によって形成された前記有機
材料の単分子累積膜からなる記録層を有するものが挙げ
られる。

【００２０】図２に示すように、基板４０の上にこのよ
うな単分子累積膜４３を２つの金属電極４１,４２で挟
持した構成のＭＩＭ（金属−絶縁体−金属）型構造素子
を形成すると、その電流電圧特性は、図３に示したもの
のようになる。図３に示したものでは、電圧上昇時と下
降時とで経路が異なっているが、この経路の相違はしき
い値以上の電圧を印加したことによる状態遷移によるも
のである（特開昭６３−９６９５６号公報参照）。しき
い値以上の電圧を印加しない限り、２つの状態間の遷移
は起こらず、これら２つの状態のそれぞれでの電流電圧
特性は図４に示したもののようになる。すなわち、２つ
の状態（ＯＮ状態すなわち高電導度状態とＯＦＦ状態す
なわち低電導度状態）は、しきい値を越える電圧印加で
相互に遷移し、かつ、それぞれの状態はしきい値電圧以
下で保持される。これらの特性は、単分子累積膜が０.
数ｎｍ〜数百ｎｍの膜厚のときに発現しているが、後述
する実施例における記録媒体としては、特開昭６３−１
６１５５２号および特開昭６３−１６１５５３号公報に
開示されたように、記録層の膜厚が０.数ｎｍ〜５０ｎ
ｍのものが好ましく、１ｎｍ〜２０ｎｍにものがさらに
好ましい。

【００２１】半導体層としては、記録層上に形成可能で
あって、フェルミ準位付近に禁制帯を有するものであれ
ば、いかなるものでもよい。記録層が有機材料からなる
場合には、層間の整合性から半導体層も有機材料で構成
されることが好ましく、例えば、いわゆる導電性高分子
を用いることが好ましい。このような導電性高分子とし
ては、例えば、ポリ(p-フェニレン)、ポリ(チオフェン-
2,5-ジイル)、ポリ(ピリジン-2,5-ジイル)、ポリ(2,2'-
ビピリジン-5,5-ジイル)、ポリ(ピリジン-5,2-ジイル-
チオフェン-2,5-ジイル)、ポリアニリンなどが挙げられ
る。特に、ポリ(ピリジン-2,5-ジイル)、ポリ(2,2'-ビ
ピリジン-5,5-ジイル)、ポリ(ピリジン-5,2-ジイル-チ
オフェン-2,5-ジイル)、ポリアニリンは、溶媒に可溶で
あって、ＬＢ法による半導体層の作成が可能となる。

【００２２】下地電極に使用される電極材料は、高い導
電性を有するものであればよく、例えば、Ａｕ,Ｐｔ,Ａ
ｇ,Ｐｄ,Ａｌ,Ｉｎ,Ｓｎ,Ｐｂ,Ｗなどの金属やこれらの
合金、さらにはグラファイトやシリサイド、またさらに
は、ＩＴＯ(Ｉｎ₂Ｏ₃＋ＳｎＯ₂)などの導電性酸化物を
はじめとして数多くの材料が挙げられる。このような材
料を用いた際の電極形成方法としては、従来から公知の
薄膜技術で十分である。なお、基板上に下地電極を直接
形成し、さらにこの下地電極上にＬＢ法で記録層を設け
る場合には、記録層形成に際して下地電極表面に絶縁性
の酸化物が形成されないようにするため、下地電極の電
極材料として、例えば、貴金属、あるいはＩＴＯなどの
酸化物導電体を用いることが好ましい。

【００２３】プローブに使用される材料は、導電性を有
していればどのようなものも使用することができるが、
記録、再生、消去の分解能を向上させるため、プローブ
の先端はできるだけ尖らせることが好ましい。例えば、
ＳｉＯ₂基板上にＳｉをフォーカスト・イオンビームで
打ち込み、このＳｉ上に選択的にＳｉを結晶成長させて
先端の鋭利なピラミッド状の結晶を形成した後、Ａｕを
蒸着して導電性処理を行なったものをプローブとして用
いることができる。しかしながら、プローブの形状、形
成方法、処理方法は何らこれに限定されるものではな
い。

【００２４】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００２５】［第１の実施例］図５は、本発明の第１の
実施例の記録再生装置の構成を示すブロック図である。
この記録再生装置では、下地電極１２１の上に記録層１
２２および半導体層１３を順次積層した構成の記録媒体
１２が設けられており、半導体層１３に対向するように
して、先端の尖ったプローブ１１が設けられている。プ
ローブ１１の先端と半導体層１２との間隔は、トンネル
電流がこの間隔を流れるように、ごく狭いものとなって
いる。プローブ１１には、プローブ１１の先端をｘ方向
およびｙ方向（半導体層１３の面内方向）に微小量移動
させるためのｘｙ方向微動装置と、プローブ１１の先端
をｚ方向（半導体層１３の表面に垂直な方向）に微小量
移動させるためのｚ方向微動装置２７が取り付けられて
いる。これら各微動装置２７,３０は、公知の圧電アク
チュエータなどによって構成されている。

【００２６】半導体層１３および下地電極１２１に電圧
を印加するための電圧印加回路１４が設けられており、
半導体層１３と電圧印加回路１４の間には、スイッチ１
６が設けられている。ここでは、スイッチ１６が閉じて
いる場合には半導体層１３と下地電極１２１とが同電位
になるように、スイッチ１６と下地電極１２１とは電圧
印加回路１４に対し共通接続されている。スイッチ１６
としては、高速でスイッチングの行なえる半導体スイッ
チ素子を使用することができる。スイッチ１６の開閉と
電圧印加回路１４の動作は、マイクロコンピュータ３２
によって制御されるようになっている。マイクロコンピ
ュータ３２は、この記録再生装置全体の動作を制御する
ためのものであり、記録すべき情報が外部から情報入力
として入力する。

【００２７】プローブ１１と半導体層１３との間を流れ
る電流を検出するための電流検出回路１７が、プローブ
１１に接続されている。電流検出回路１７の出力は、２
個のサンプル／ホールド回路２１,２２にそれぞれ入力
する。これらサンプル／ホールド回路２１,２２のサン
プル／ホールド動作は、マイクロコンピュータ３２から
の指令により、それぞれ異なるタイミングで行なわれる
ようになっている。一方のサンプル／ホールド回路２１
の出力は、ローパスフィルタ２３を介して、比較器（コ
ンパレータ）２５に入力する。比較器２５の出力は、ホ
ールド回路３１を介してｚ方向駆動回路２６に入力す
る。比較器２５はローパスフィルタ２３の出力と所定の
基準電圧とを比較するものであり、ホールド回路３１は
マイクロコンピュータ３２からの指示によって、情報の
記録時に比較器２５の出力を保持（ホールド）するため
のものである。また、ｚ方向駆動回路２６はｚ方向微動
装置２７を比較器２５の出力に応じて駆動するためのも
のである。

【００２８】他方のサンプル／ホールド回路２２の出力
は、バンドパスフィルタ２４に入力し、バンドパスフィ
ルタ２４の出力は再生信号としてマイクロコンピュータ
３２に入力する。さらに、プローブ１１の先端のｘｙ方
向の動きを制御するためのｘｙ方向制御回路２８が設け
られている。ｘｙ方向制御回路２８は、マイクロコンピ
ュータ３２からの信号に基づいて制御信号を生成するよ
うに構成されており、この制御信号はｘｙ方向駆動装置
２９に入力する。ｘｙ方向駆動装置２９は、制御信号に
応じてｘｙ方向微動装置３０を駆動するためのものであ
る。

【００２９】ここで、記録媒体１２について説明する。
この記録媒体１２は、記録用の電圧を印加することによ
り記録層１２２が電気伝導度の高い状態と低い状態との
間を遷移するものであり、電圧印加を中止しても遷移し
たのちの状態を保持するものである。本実施例では、以
下に示すような手順で記録媒体１２を作成した。

【００３０】光学研磨されたガラス基板を使用し、この
ガラス基板を洗浄したのち、下引き層としてＣｒを真空
蒸着法によって厚さ５ｎｍ堆積し、さらに真空蒸着法に
よってＡｕを厚さ４０ｎｍ堆積して下地電極１２１を形
成した。

【００３１】次に、ポリイミド単分子累積膜をこの下地
電極１２１上に形成した。

【００３２】

【化１】

【００３３】

【化２】上記の式(1)で示すポリアミック酸（分子量約２０万）
をＮ,Ｎ-ジメチルアセトアミド溶媒に溶解させた後（単
量体換算濃度１×１０^-3ｍｏｌ／ｌ）、別途調製した
Ｎ,Ｎ-ジメチルヘキサデシルアミンのＮ,Ｎ-ジメチルア
セトアミド溶媒による濃度１×１０^-3ｍｏｌ／ｌの溶液
とを１：２（容量比）に混合して、式(2)に示すポリア
ミック酸ヘキサデシルアミン塩溶液を調製した。この溶
液を温度２０℃の純水からなる水相上に展開して溶媒を
除去し、単分子膜を形成した。そののち、単分子膜の表
面圧を一定に保ちながら、下地電極１２１までが形成さ
れた前記基板を水面を横切る方向に速度５ｍｍ／分で静
かに浸漬したのち、速度５ｍｍ／分で静かに引き上げて
２層のＹ型単分子累積膜を形成した。この操作を６回繰
り返すことにより、１２層の単分子層からなる単分子累
積層とした。次に、この基板を３００℃で１０分間熱処
理し、ポリアミック酸ヘキサデシルアミン塩をイミド化
し（(3)式）、ポリイミド単分子累積膜として、記録層
１２２を形成した。

【００３４】

【化３】次に、記録層１２２の上に、半導体層１３として、式
(4)に示すポリアニリン単分子累積膜を形成した。

【００３５】

【化４】すなわち、式(4)に示すポリアニリンをＮ-メチルピロリ
ドン溶媒に溶解させたのち（単量体換算濃度１×１０^-3
ｍｏｌ／ｌ）、別途調製したベヘン酸のＮ-メチルピロ
リドン溶媒による濃度１×１０^-3ｍｏｌ／ｌと１：１
（容量比）で混合して展開溶液を調製した。この溶液を
温度２０℃の純水からなる水相上に展開して溶媒を除去
し、単分子膜を形成した。そののち、単分子膜の表面圧
を３０ｍＮ／ｍにまで高め、表面圧を一定に保ちなが
ら、記録層１２２までが形成された前記基板を水面を横
切る方向に速度５ｍｍ／分で静かに浸漬したのち、速度
５ｍｍ／分で静かに引き上げて２層のＹ型単分子累積膜
を形成した。この操作を３回繰り返すことにより、６層
の単分子層からなる単分子累積層とした。そして、この
基板に対して真空中で８０℃、１０分間の熱処理を行な
い、ベヘン酸を除去した。そののち、この基板を塩化水
素ガス中に１０分間曝し、さらに大気中で８０℃、１０
分間の熱処理を行なった。これらの操作により、塩素が
ポリアニリン単分子累積膜中にドープされ、この累積膜
が導電性を有するようになる。

【００３６】次に、プローブ１１の製造手順について説
明する。まず、ＳｉＯ₂基板上にＳｉをフォーカスト・
イオンビームで打ち込み、このＳｉ上に選択的にＳｉを
結晶成長させて先端の鋭利なピラミッド状の結晶を形成
した。その後、Ａｕを蒸着して導電性処理を行ない、プ
ローブ１１として完成させた。

【００３７】次に、この記録再生装置の動作について説
明する。

【００３８】まず、プローブ１１の先端と半導体層１３
との間隔の制御について説明する。後述するように、こ
の装置では、スイッチ１６が開放されたり、間隔の制御
用以外の電圧が半導体層１３に印加されたりするが、一
方のサンプル／ホールド回路２１でサンプリングが行な
われるのは、スイッチ１６が閉じ、かつ間隔の制御用の
電圧が半導体層１３に印加されたときとする。このサン
プリングは、ローパスフィルタ２３の遮断周波数よりも
十分高い周波数で繰り返される。一方のサンプル／ホー
ルド回路２１の出力は、ローパスフィルタ２３で処理さ
れてして雑音成分を除去され、比較器２５において基準
値と比較される。この基準値は、プローブ１１と半導体
層１３の間隔の基準となる所定のトンネル電流値（例え
ば１０ｎＡ）を表わすものである。比較器２５の出力で
ある差信号を補償するようにすなわちトンネル電流値が
一定になるように、ｚ方向駆動回路２６はｚ方向微動装
置２７を駆動する。これよって、プローブ１１の先端と
半導体層１３との距離が帰還制御され、この距離が一定
に保たれる。ここでホールド回路３１が挿入されている
のは、後述するように記録時において間隔の制御用のバ
イアス電圧とは大きく異なる電圧が長時間（ローパスフ
ィルタ２３の遮断周波数に比べ無視できない時間）にわ
たって印加されるので、この影響が間隔の制御系に及ば
ないようにするためである。

【００３９】次に記録、再生、消去の具体的な方法につ
いて述ベる。

【００４０】電圧印加回路１４により、プローブ１１に
対し−１.０Ｖになるように半導体層１３にバイアス電
圧を印加し、プローブ１１の先端と半導体層１３とを接
近させ、両者間を流れるトンネル電流が一定値１０ｎＡ
を保持するように制御した。この状態でプローブ１１を
図６(b)に示したｘ方向制御信号にしたがって半導体層
１３表面上でｘ方向に移動させながら、図６(a)に示し
たデータ列の記録を以下に述ベる方法で行なった。ここ
では記録位置１〜６は、記録媒体１２においてｘ方向に
連続して配置されたメモリビットであるとする。また、
２値データのち"１"を書き込むことを記録とし、"０"を
書き込むことを消去とする。記録媒体１２は、初期状態
で、記録位置１〜６が"０"になっているものとする。な
お、データ"１"は、記録層１２２の高電導度状態に対応
し、"０"は低電導度状態に対応するものとする。また、
スイッチ１６は、その駆動信号が"開"のとき、開放され
るのものとする。

【００４１】データが書き込まれない位置（記録位置
１,３,６）に対応する位置では、電圧印加回路１４は一
定電圧を出力し、スイッチ１６は閉じられており（図６
(e)）、半導体層１３にはバイアス電圧が印加されてい
る（図６(f)）。したがって、半導体層１３と下地電極
１２１は同電位であり、記録層１２２には電圧が印加さ
れていない。また同時に、一方のサンブル／ホールド回
路２１を上記帰還制御の遮断周波数より十分高い周波数
のタイミングで駆動し（図６(d)）、電流検出回路１７
の出力をサンブリングして帰還制御を行なっている。こ
れにより、記録位置１,３,６では、記録媒体１２の状態
変化は起こらない。

【００４２】データを書き込むべき位置（記録位置２,
４,５）では、その位置にプローブ１１を移動しトンネ
ル電流を一定に制御した後、図６(c)に示した駆動信号
に従ってホールド回路３１を駆動し、比較器２５の出力
をホールドする。これにより、プローブ１１のｚ方向の
位置がホールドされる。これとともに、一方のサンプル
／ホールド回路２１によるトンネル電流のサンブリング
を中止し（図６(d)）、電圧印加回路１４の出力を０Ｖ
に戻し（図６(g)）、スイッチ１６を開いて（図６
(e)）、半導体層１３をフロート状態にする。その直
後、電圧印加回路１４により図６(g)に示すようなパル
ス電圧を発生し、このパルス電圧を下地電極１２１とプ
ローブ１１の間に印加する。このとき、半導体層１３は
誘電体として作用するので、記録層１２２にこのパルス
電圧に対応した電圧が印加される。その結果、記録層１
２２の状態遷移（高電導度状態への遷移）が起こり、情
報の記録が行なわれる。この記録の際に印加するパルス
電圧の波形の詳細を図７に示す。そののち、再びスイッ
チ１６を閉じ（図６(e)）、電圧印加回路１４によって
記録を行なわない記録位置での前記一定電圧を半導体層
１３に印加し（図６(g)）、一方のサンプル／ホールド
回路２１でのサンプリングを開始し（図６(d)）、ホー
ルド回路３１のホールド状態を解除する（図６(c)）。
これにより、プローブ１１と半導体層１３との間隔の帰
還制御が再開する。以上のような手順で記録を行なっ
た。前記パルス電圧を印加した記録位置（記録位置２,
４,５）での記録層１２２の状態が高電導度の状態に遷
移したことは、以下に述べる再生手順によって確認され
た。

【００４３】次に、再生手順について説明する。プロー
ブ１１の先端と半導体層１３表面との間隔を接近させ、
両者間を流れるトンネル電流を一定に保持するようにｚ
方向微動装置２７を帰還制御する。スイッチ１６を閉じ
たままの状態として、電圧印加回路１４から、図８(a)
に示すような振動電圧（−１.０Ｖと−０.１Ｖとの間を
正弦関数状に振動する電圧）を半導体層１３に印加し、
半導体層１３をプローブ１１に対してこの振動電圧によ
りバイアスする。各サンプル／ホールド回路２１,２２
へのタイミング信号は、この振動電圧に同期している。
すなわち、一方のサンプル／ホールド回路２１でのサン
プリングは、図８(b)に示されるように、上記振動電圧
の山の部分（振動電圧が−１.０Ｖとなるタイミング）
で行なわれ、他方のサンプル／ホールド回路２２でのサ
ンプリングは、図８(c)に示されるように上記振動電圧
の谷の部分（振動電圧が−０.１Ｖとなるタイミング）
で行なわれる。ここで−１.０Ｖは間隔の制御のための
電圧であり、−０.１Ｖは情報の再生用すなわちプロー
ブ１１のフェルミ準位を半導体層１３の禁制帯内に位置
させるための電圧である。

【００４４】これにより、一方のサンプル／ホールド回
路２１による電流検出回路１７の出力のサンプリングに
基づいて、上記手順による帰還制御が行なわれる。ま
た、一方および他方のサンプル／ホールド回路２１,２
２のサンプリングが交互に行なわれ、かつサンプリング
間隔が十分に小さいから、他方のサンプル／ホールド回
路２２でのサンプリングが行なわれるとき、プローブ１
１の先端と半導体層１３の間隔は常に一定である。この
ため、他方のサンプル／ホールド回路２２の出力は、記
録層１２２の状態を反映したものとなる。すなわち、高
電導度に遷移した位置では−０.１Ｖのバイアス点での
電流値が低電導度の位置に比べ増大する。このサンプル
／ホールド回路２２の出力をバンドパスフィルタ２４に
入力して所定の周波数成分のみを抽出することにより、
前記電流値の増大分が検出されて記録データの再生が行
なわれる。再生されたデータを２値化して再生データ列
とする。この再生データ列は、再生信号としてマイクロ
コンピュータ３２に入力する。

【００４５】ここで、前述の記録を行なった記録位置１
〜６から情報の再生を順次行ない、かつ記録位置４に対
して消去を行なった場合の動作について、図９を用いて
説明する。

【００４６】図９(a)に示したｘ方向制御信号によっ
て、記録位置１から記録位置６に向かって、プローブ１
１の先端の位置を一定の速度で移動させた。このとき
（後述する消去動作を行なうときを除く）、スイッチ１
６は閉じた状態にあり（図９(c)）、ホールド回路３１
はホールド状態にはない（図９(b)）。電圧印加回路１
４は、プローブ１１の移動に伴って、図９(d)に示すよ
うな振動電圧を生成し、この振動電圧は半導体層１２に
印加された。また、図８で説明したのと同様に、各サン
プル／ホールド回路２１,２２にタイミング信号が加え
られた（図９(e),(f)）。その結果、上述の場合と同様
に、プローブ１１の先端と半導体層１２との間隔が帰還
制御によって一定に保たれた。そして図９(h)に示され
るような再生データ列が得られ、上記の記録が完全に行
なわれたことが確かめられた。

【００４７】次に、再生を行ないながら任意のデータを
消去することについて説明する。ここでは、上記の再生
過程において記録位置４のデータを消去した場合につい
て取り上げる。

【００４８】前述した再生手順にしたがって再生を行な
い、ｘ方向制御信号（図９(a)）によってプローブ１１
を記録位置４に位置付けた。そして図９の範囲Ａの期間
において、記録位置４が高電導度の状態（データ"１"が
記録されている）にあることを確認した（図９(h)）。

【００４９】その後、図９の範囲Ｂの期間において、記
録時の手順にしたがい、ホールド回路３１をホールド状
態にし（図９(b)）、プローブ１１の位置をホールドし
た。また、各サンプル／ホールド回路２１,２２へのタ
イミング信号の供給を停止し、トンネル電流値のサンプ
リングを中止する（図９(e),(f)）。その後電圧印加回
路１４の出力を０Ｖに戻し（図９(g)）、スイッチ１６
を開いて（図９(c)）、半導体層１３を電気的にフロー
トした（図９(d)）。続いて、電圧印加回路１４により
図９(g)に示したバルス電圧を下地電極１２１とプロー
ブ１１の間に印加した。この下向き三角形状のパルス電
圧は、情報の消去すなわち記録層１２２を高電導度状態
から低電導度状態に遷移させるためのものである。この
消去の際に印加するパルス電圧の波形の詳細が、図１０
に示されている。次に、電圧印加回路１４の出力を再生
時の電圧波形に戻し（図９(g)）、スイッチ１６を閉じ
て（図９(c)）、半導体層１３をプローブ１１に対して
バイアスする（図９(d)）。そして、各サンプル／ホー
ルド回路２１,２２へのタイミング信号の供給を開始し
て電流のサンプリングを再開し（図９(e),(f)）、ホー
ルド回路３１のホールド状態を解除する（図９(b)）。
以上の手順にしたがい記録位置４の消去を行なった。

【００５０】この直後、図９の範囲Ｃの期間において、
上記再生手順にしたがい記録位置４からの情報の再生を
行なった。その結果、図９(h)の再生データ列から、こ
の記録位置４のデータが消去されたことを確認した。

【００５１】ここでは再生を行ないながら情報の消去を
行なったが、同様の手順により再生を行ないながらデー
タ"１"の書き込みすなわち記録を行なうことができる。

【００５２】［第２の実施例］次に、本発明の第２の実
施例について説明する。図１１は、この第２の実施例の
記録再生装置の構成を示すブロック図である。この記録
再生装置が図５に示した第１の実施例の装置と異なると
ころは、半導体層１３にバイアス電圧を印加するための
バイアス電圧印加回路１４ａと下地電極１２１の電圧を
印加するための電圧印加回路１５が別々に設けられ、半
導体層１３の電位と下地電極１２１の電位とを独立に制
御できるようにされていることである。したがって、下
地電極１２１には電圧印加回路１５が接続され、半導体
層１３にはスイッチ１６を介してバイアス電圧印加回路
１４ａが接続されている。これらバイアス電圧印加回路
１４ａ、電圧印加回路１５、スイッチ１６は、いずれも
マイクロコンピュータ３２によって動作が制御される。
また、スイッチ１６と下地電極１２１とは、接続されて
いない。

【００５３】次に、この実施例の記録再生装置の動作を
説明する。ここでは、第１の実施例と同様に、記録層１
２２を高電導度状態に遷移させることを記録、低電導度
状態に遷移させることを消去とする。また、プローブ１
１の先端と半導体層１３との間隔の制御は、第１の実施
例の場合と同様に、一方のサンプル／ホールド回路２１
でサンプリングされたトンネル電流値による帰還制御に
よって行なわれる。

【００５４】まず、スイッチ１６を閉じた状態で、バイ
アス電圧印加回路１４ａの出力を０Ｖとし、電圧印加手
段１５によって図１０に示す電圧パルスを下地電極１２
１に印加した。これにより、記録層１２１全体に上記電
圧パルスが印加されることとなって、記録層１２１全体
が低電導度状態（データ"０"）となって、初期化（全体
を消去すること）が行なわれたことになる。

【００５５】まず、この記録媒体１２に記録を行なう場
合について説明する。

【００５６】バイアス電圧印加回路１４ａにより、プロ
ーブ１１に対し−１.０Ｖになるように半導体層１３に
バイアス電圧を印加し、両者を接近させ、両者間を流れ
るトンネル電流が一定値１０ｎＡを維持するように制御
した。この状態でプローブ１１を図１２(b)に示したｘ
方向制御信号にしたがって半導体層１３表面上でｘ方向
に移動させながら図１２(a)に示したデータ列の記録を
以下に述ベる方法で行なった。

【００５７】データが書き込まれない位置（記録位置
１,３,６）では、バイアス電圧印加回路１４ａは一定電
圧を出力し、スイッチ１６は閉じられており（図１２
(e)）、半導体層１３はバイアスされている（図１２
(f)）。このとき、電圧印加回路１５はバイアス電圧印
加回路１４ａの出力に等しい電圧を出力し（図１２
(g)）、記録層１２２に電圧が印加されないようにして
いる。同時に一方のサンブル／ホールド回路２１を帰還
制御の遮断周波数すなわちローパスフィルタ２３の遮断
周波数より十分高い周波数のタイミングで駆動し（図１
２(d)）、上述した帰還制御を行なっている。

【００５８】データを書き込むべき位置（記録位置２,
４,５）では、その位置にプローブ１１を移動しトンネ
ル電流が一定になるように制御した後、図１２(c)に示
した駆動信号にしたがいホールド回路３１をホールド状
態とし、プローブ１１のｚ方向の位置をホールドする。
その後、トンネル電流のサンプリングを中止し（図１２
(d)）、スイッチ１６を開いて（図１２(e)）、半導体層
１３をフロートと状態とする。同時に電圧印加回路１５
の出力を０Ｖにして、記録層１２２に電圧が印加されな
いようにする（図１２(g)）。さらにこれに続けて電圧
印加回路１５により図１２(g)に示すようにパルス電圧
を下地電極１２１に印加する。このときは、スイッチ１
６が開放されていることにより半導体層１３は誘電体層
として働くので、プローブ１１の先端位置に対応する部
分の記録層１２２のみに上記のパルス電圧が印加される
ことになる。記録の際に印加するパルス電圧の波形の詳
細は、図７に示した通りものである。そののち、再び電
圧印加回路１５によって、記録を行なわない記録位置で
の前記一定電圧を下地電極１２１に印加し（図１２
(g)）、スイッチ１６を閉じ（図１２(e)）、一方のサン
プル／ホールド回路２１でのサンプリングを開始し（図
１２(d)）、ホールド回路３１のホールド状態を解除す
る（図１２(c)）。これにより、プローブ１１と半導体
層１３との間隔の帰還制御が再開する。以上のような手
順で記録を行なった。前記パルス電圧を印加した位置
（記録位置２,４,５）での記録層１２２の状態が高電導
度の状態に遷移したことを以下の再生手順で確認した。

【００５９】プローブ１１の先端と半導体層１３表面と
の間隔を接近させ、両者間を流れるトンネル電流を一定
に維持するようにｚ方向微動装置２７を帰還制御する。
この際、スイッチ１６は閉じたままとし（図１３
(b)）、バイアス電圧印加回路１４ａから振動電圧を出
力し半導体層１３をプローブ１１に対してバイアスする
（図１３(d)）。さらに電圧印加回路１５によって、バ
イアス電圧印加回路１４ａから出力される振動電圧と同
じ振動電圧を同相で下地基板１２１に印加し（図１３
(g)）、記録層１２２には常に電圧が印加されないよう
にする。この振動電圧は、上述の第１の実施例で図８を
用いて説明したものと同様とする。そして、各サンプル
／ホールド回路２１,２２にタイミング信号を供給した
（図１３(e),(f)）。帰還制御のためのトンネル電流検
出は、一方のサンプル／ホールド回路２１による図８
(b)に示すタイミング（−１.０Ｖのバイアス点）でのサ
ンブリングにより行ない、再生信号の検出は、他方のサ
ンブル／ホールド回路２２による図８(c)示すタイミン
グ（−０.１Ｖのバイアス点）でのサンプリングによっ
て行なった。これによって、プローブ１１の先端と半導
体層１３との間隔は、バイアス電圧−１.０Ｖでトンネ
ル電流を一定に保つという条件で制御され、同時に、こ
の制御された間隔のまま−０.１Ｖのバイアス点で記録
層１２２の状態が検出される。高電導度に遷移した位置
では、−０.１Ｖのバイアス点での電流値が低電導度の
位置に比ベ増大するので、この増大分を検出することに
より記録データが再生される。プローブ１１をｘ軸方向
に移動させながら記録位置１〜６で上記の手順を適用し
たところ、図１３(h)に示した再生データ列が得られ、
図１２(a)に示したデータ列が再生された。

【００６０】次に、再生を行ないながら任意のデータを
消去することについて説明する。上述の再生過程におい
て、記録位置４については、再生を行なうとともに記録
の消去を行なった。

【００６１】まず、図１３の範囲Ａの期間において、上
記の再生手順にしたがって記録位置４からの再生を行な
い、この記録位置にデータ"１"が書き込まれているこ
と、すなわち高電導度状態となっていることを確かめ
た。

【００６２】続いて、図１３の範囲Ｂの期間において、
記録時の手順にしたがい、ホールド回路３１をホールド
状態としてプローブ１１のｚ方向の位置をホールドし
（図１３(b)）、電流のサンプリングを中止する（図１
３(e),(f)）。さらにスイッチ１６を開いて（図１３
(c)）、半導体層１３を電気的にフロート状態した（図
１３(d)）。同時に電圧印加回路１５の出力を０Ｖにし
た（図１３(g)）。続いて、電圧印加回路１５により、
図１３(g)に示したパルス電圧を下地電極１２１に印加
する。この消去の際に印加するパルス電圧の波形の詳細
は、図１０に示した通りのものである。そして、電圧印
加回路１５の出力を再生時の電圧波形に戻し（図１３
(g)）、スイッチ１６を閉じて（図１３(c)）半導体層１
３をプローブ１１に対してバイアスし（図１３(d)）、
電流のサンプリングを再開し（図１３(e),(f)）、ホー
ルド回路３１のホールド状態を解除する（図１３
(b)）。以上の手順にしたがい、記録位置４の消去すな
わち高電導度状態から低電導度状態への遷移を行なっ
た。

【００６３】この直後の再生信号から、記録位置４のデ
ータが消去されたことを確認した（図１３の範囲Ｃの期
間）。このように、記録層１２２の高電導度状態を検出
することによって再生を行なうことができ、同時に任意
のデータの消去を行なえることが確認出来た。

【００６４】さらにまた、バイアス電圧印加回路１４ａ
の出力を０Ｖとし、図１０に示したバルス電圧を電圧印
加回路１５により下地電極１２１と半導体層１３との間
に印加することにより、記録層１２２全体を低電導度の
状態に遷移させ、すべてのデータの消去を行なうことが
できた。

【００６５】［第３の実施例］次に、本発明の第３の実
施例について説明する。この第３の実施例は、上記の第
２の実施例において記録層の高電導度／低電導度状態と
記録／再生との関係を逆転させたものである。すなわち
第２の実施例では、記録層１２２を高電導度状態に遷移
させることが記録、低電導度状態に遷移させることが消
去であったが、この第３の実施例では、記録層１２２を
高電導度状態から低電導度状態に遷移させることが記録
（データ"１"）であり、低電導度状態から高電導度状態
に遷移させることが消去（データ"０"）である。したが
って、初期状態では、記録層１２２の全体が高電導度状
態となっている。この記録媒体１２の初期化は、スイッ
チ１６を閉じた状態でバイアス電圧印加回路１４ａの出
力を０Ｖとし、電圧印加回路１５によって図７に示した
ようなパルス電圧を下地電極１２１に印加することによ
って行なわれる。

【００６６】記録を行なう場合のタイミングチャートが
図１４に示されている。この実施例の場合、第２の実施
例での記録を比べ、記録を行なうタイミングで電圧印加
回路１５によって下地電極１２１に印加されるパルス電
圧の波形が異なっており、図１０に示されたようなパル
ス電圧が印加されている。すなわち、高電導度状態から
低電導度状態に遷移させるためのパルスが記録データ列
に応じて印加されている。

【００６７】再生を行ない、さらに再生を行ないつつ消
去を行なう場合のタイミングチャートが図１５に示され
ている。再生の手順は、第２の実施例の場合とほぼ同様
であるが、記録層１２２の高電導度状態（トンネル電流
が相対的に大きい状態）を検出して再生信号を"０"と
し、低電導度状態（トンネル電流が相対的に小さい状
態）を検出して再生信号を"１"とする点で相違する。ま
た、消去を行なうタイミングで電圧印加回路１５から下
地電極１２２に加えられるパルス電圧は、図７に示すも
の、すなわち低電導度状態から高電導度状態に遷移させ
るためのパルスである。

【００６８】さらにその後、バイアス電圧印加回路１４
ａの出力を０Ｖとし、図７に示したパルス電圧を電圧印
加回路１５により下地電極１２１と半導体層１３との間
に印加することにより、記録されたすべてのデータの消
去を行なうことができた。

【００６９】以上説明した実施例では、記録層および半
導体層の形成にＬＢ法を用いているが、本発明はこれに
限られるものではない。極めて薄くかつ均一な膜を成膜
できる方法であれば、記録層あるいは半導体層の形成に
使用することができる。このような方法としては、例え
ば、分子線エピタキシ（ＭＢＥ）法やＣＶＤ法などの真
空成膜法が挙げられる。また、記録層として使用可能な
材料も、上述したポリイミド系有機材料の他、π電子共
役系を含む他の材料が適用可能であり、さらに、電圧印
加によって導電状態が変化する材料であれば、例えばカ
ルコゲン化合物などの無機材料も適用可能である。半導
体層としも、上記の塩素をドープされたポリアニリン単
分子累積膜のほか、他の導電性高分子や有機半導体、有
機導電体、さらには無機半導体なども使用可能である。

【００７０】なお本発明は、記録媒体の基板材料やその
形状、その表面形状について、なんら限定するものでは
ない。

【００７１】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、記録層の
上に半導体層が設けられた記録媒体を使用し、さらに電
圧印加手段と半導体層とをスイッチ手段を介して接続す
ることにより、スイッチ手段の開閉や電圧印加手段によ
り半導体層とプローブとの間に印加される電圧などを適
宜制御することによって、記録媒体とプローブとの間隔
の制御、情報の記録あるいは再生を高速かつ安定して行
なえるようになるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の記録再生装置の代表的な構成例におけ
る要部の構成を示す図である。

【図２】記録層の動作原理を説明するためのＭＩＭ型構
造素子の構成を示す斜視図である。

【図３】図２の構造素子の電流電圧特性を示すグラフで
ある。

【図４】図２の素子で得られるメモリ効果を説明するた
めの電流電圧特性図である。

【図５】本発明の第１の実施例の記録再生装置の構成を
示すブロック図である。

【図６】図５の記録再生装置の記録時におけるタイミン
グチャートである。

【図７】記録層を高電導度の状態に遷移させるパルス電
圧波形を示す図である。

【図８】図５の記録再生装置の再生時におけるバイアス
波形および電流検出のタイミングを示す波形図である。

【図９】図５の記録再生装置の再生時および消去時にお
けるタイミングチャートである。

【図１０】記録層を低電導度の状態に遷移させるパルス
電圧波形を示す図である。

【図１１】本発明の第２の実施例の記録再生装置の構成
を示すブロック図である。

【図１２】第２の実施例の記録再生装置の記録時におけ
るタイミングチャートである。

【図１３】第２の実施例の記録再生装置の再生時および
消去時におけるタイミングチャートである。

【図１４】第３の実施例の記録時におけるタイミングチ
ャートである。

【図１５】第３の実施例の再生時および消去時における
タイミングチャートである。

【符号の説明】

１１プローブ１２記録媒体１３半導体層１４,１５電圧印加回路１４ａバイアス電圧印加回路１６スイッチ１７電流検出回路２１,２２サンプル／ホールド回路２３ローパスフィルタ２４バンドパスフィルタ２５比較器２６ｚ方向駆動回路２７ｚ方向微動装置２８ｘｙ方向制御回路２９ｘｙ方向駆動回路３０ｘｙ方向微動装置３１ホールド回路３２マイクロコンピュータ４０基板４１,４２金属電極４３単分子累積膜１２１下地電極１２２記録層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者矢野亨治東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記録層を有する記録媒体とプローブとを
対向させながら前記記録媒体に対し情報の記録および／
または再生を行なう記録再生装置において、前記記録層の表面に半導体層が設けられた記録媒体を使
用し、前記半導体層と前記プローブとの間に電圧を印加する電
圧印加手段と、前記半導体層と前記プローブとの間の電流を検出する電
流検出手段と、前記半導体層と前記電圧印加手段との間を電気的に開放
するためのスイッチ手段と、前記電流検出手段で検出される電流値に応じ、前記半導
体層と前記プローブとの間隔を制御する制御手段とを有
し、前記スイッチ手段を閉とした状態で前記電圧印加手段に
より電圧を前記半導体層と前記プローブとの間に印加し
て前記制御手段により前記間隔を制御することを特徴と
する記録再生装置。
【請求項２】前記電圧印加手段は前記半導体層に電圧
を印加するものであるとともに少なくとも情報の記録時
には前記記録層に対して電圧を印加するものであり、前
記記録媒体に対して情報の記録を行なうときには前記ス
イッチ手段を開として前記半導体層を電気的に浮遊させ
る請求項１に記載の記録再生装置。
【請求項３】前記電流検出手段で検出される電流値に
応じて情報の再生が行なわれる請求項１または２に記載
の記録再生装置。
【請求項４】前記半導体層と前記プローブとの間の電
流がトンネル電流である請求項１ないし３いずれか１項
に記載の記録再生装置。
【請求項５】前記記録層と前記半導体層との間に電圧
を印加する手段を具備する請求項１に記載の記録再生装
置。
【請求項６】前記電流検出手段が、前記制御手段の遮
断周波数より高い周波数で前記半導体層と前記プローブ
間の電流のサンプリングを行なうものである請求項１に
記載の再生装置。
【請求項７】前記電圧印加手段は前記制御手段の遮断
周波数より高い周波数の振動電圧を前記半導体層と前記
プローブとの間に印加するものであり、前記電流検出手
段は前記振動電圧の所定の位相点で電流のサンプリング
を行なうものである請求項６に記載の再生装置。
【請求項８】情報の記録が電圧を印加したことによる
前記記録媒体の電気特性の変化によって行なわれる請求
項２に記載の記録再生装置。
【請求項９】前記電流検出手段で検出される電流値か
ら前記記録媒体の電気特性を検出して情報の再生を行な
う請求項３に記載の再生装置。
【請求項１０】情報の再生のために前記半導体層と前
記プローブとの間に印加される電圧が前記半導体層と前
記プローブ層との間隔を制御するために印加される電圧
と異なり、前記情報の再生と前記間隔の制御とが実質的
に交互に行なわれる請求項３に記載の記録再生装置。
【請求項１１】情報の再生のために前記半導体層と前
記プローブとの間に印加される電圧が、前記プローブを
構成する材料のフェルミ準位を前記半導体層を構成する
材料の禁制帯内に位置させるものである請求項１０に記
載の再生装置。