JPH06258017A - 微小変位素子及びそれを用いたマルチ微小変位素子、トンネル電流検出装置、情報処理装置 - Google Patents
微小変位素子及びそれを用いたマルチ微小変位素子、トンネル電流検出装置、情報処理装置Info
- Publication number
- JPH06258017A JPH06258017A JP5065925A JP6592593A JPH06258017A JP H06258017 A JPH06258017 A JP H06258017A JP 5065925 A JP5065925 A JP 5065925A JP 6592593 A JP6592593 A JP 6592593A JP H06258017 A JPH06258017 A JP H06258017A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- displacement element
- thin film
- cantilever
- microtip
- information
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 トンネル電流検出装置や情報処理装置等に用
いられ、制御性が良く且つ耐久性に富んだ微小変位素子
を提供する。 【構成】 絶縁性薄膜４と該薄膜を電磁力により変位さ
せるための電極３とで構成される薄膜カンチレバーの自
由部に情報入出力用のマイクロティップ５を有すると共
に、該薄膜カンチレバーの周囲に磁界発生用コイル７を
配置した微小変位素子。
いられ、制御性が良く且つ耐久性に富んだ微小変位素子
を提供する。 【構成】 絶縁性薄膜４と該薄膜を電磁力により変位さ
せるための電極３とで構成される薄膜カンチレバーの自
由部に情報入出力用のマイクロティップ５を有すると共
に、該薄膜カンチレバーの周囲に磁界発生用コイル７を
配置した微小変位素子。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、トンネル電流検出装置
や走査型トンネル顕微鏡等に用いられる微小変位素子、
及びそれを応用した大容量、高密度の情報処理装置に関
する。
や走査型トンネル顕微鏡等に用いられる微小変位素子、
及びそれを応用した大容量、高密度の情報処理装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体プロセス技術を背景にして
半導体を機械的構造体として用いた半導体圧力センサ
ー、半導体加速度センサー、マイクロアクチュエーター
等の機械的電気素子（マイクロメカニクス）が脚光を浴
びるようになってきた。
半導体を機械的構造体として用いた半導体圧力センサ
ー、半導体加速度センサー、マイクロアクチュエーター
等の機械的電気素子（マイクロメカニクス）が脚光を浴
びるようになってきた。
【０００３】かかる素子の特徴として、小型でかつ高精
度の機械機構部品を提供でき、かつ半導体ウエハを用い
るためにＳｉウエハ上に素子と電気回路を一体化できる
ことが挙げられる。また、半導体プロセスをベースに作
製することで、半導体プロセスのバッチ処理による生産
性の向上を期待できる。特に微小変位素子としては、圧
電体薄膜を利用したカンチレバー状（片もちばり）のも
のが挙げられ、これは非常に微細な動きを制御すること
が可能なので、原子レベル、分子レベルを直接観察でき
る走査型トンネル顕微鏡（以下、ＳＴＭと称す。）に応
用されている。
度の機械機構部品を提供でき、かつ半導体ウエハを用い
るためにＳｉウエハ上に素子と電気回路を一体化できる
ことが挙げられる。また、半導体プロセスをベースに作
製することで、半導体プロセスのバッチ処理による生産
性の向上を期待できる。特に微小変位素子としては、圧
電体薄膜を利用したカンチレバー状（片もちばり）のも
のが挙げられ、これは非常に微細な動きを制御すること
が可能なので、原子レベル、分子レベルを直接観察でき
る走査型トンネル顕微鏡（以下、ＳＴＭと称す。）に応
用されている。
【０００４】一方、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．Ｅｈｒｉｃｈｓ，４ｔｈ，Ｉ
ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｏ
ｎ，Ｓｃａｎｎｉｎｇ，Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ，Ｍｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｙ／ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，’８９，Ｓ
１３−３）、及び記録再生装置等の様々な分野への応用
が研究されている。
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．Ｅｈｒｉｃｈｓ，４ｔｈ，Ｉ
ｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ，Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，ｏ
ｎ，Ｓｃａｎｎｉｎｇ，Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ，Ｍｉｃｒ
ｏｓｃｏｐｙ／ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ，’８９，Ｓ
１３−３）、及び記録再生装置等の様々な分野への応用
が研究されている。
【０００５】なかでも、コンピューターの計算情報等で
は大容量を有する記録装置の要求に対してＳＴＭの応用
技術の研究熱は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
算能力が向上したため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で記録媒
体表面の形状を変化させる事により記録書き込みし、形
状の変化によるトンネル電流の変化を検知することによ
り情報の読みだしを行い最小記録面積が１０-4μｍ2と
なる記録再生装置が提案されている。
は大容量を有する記録装置の要求に対してＳＴＭの応用
技術の研究熱は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
算能力が向上したため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で記録媒
体表面の形状を変化させる事により記録書き込みし、形
状の変化によるトンネル電流の変化を検知することによ
り情報の読みだしを行い最小記録面積が１０-4μｍ2と
なる記録再生装置が提案されている。
【０００６】また、ＳＴＭの探針（プローブ）をカンチ
レバーの自由端側に形成し、それぞれ独立に変位するカ
ンチレバーをマルチ化し、されに半導体プロセスと一体
化して同一基板上にトンネル電流検知用のプローブ付き
カンチレバーと、そのトンネル電流を増幅処理するアン
プ、カンチレバー駆動とトンネル電流の選択のためのマ
ルチプレクサ、シフトレジスタ、等を積載する記録再生
装置が提案されている。
レバーの自由端側に形成し、それぞれ独立に変位するカ
ンチレバーをマルチ化し、されに半導体プロセスと一体
化して同一基板上にトンネル電流検知用のプローブ付き
カンチレバーと、そのトンネル電流を増幅処理するアン
プ、カンチレバー駆動とトンネル電流の選択のためのマ
ルチプレクサ、シフトレジスタ、等を積載する記録再生
装置が提案されている。
【０００７】このような微小変位素子を用いたＳＴＭプ
ローブとしては、例えばスタンフォード大学のクェート
等により提案されたＳＴＭプローブ（ＩＥＥＥ，Ｍｉｃ
ｒｏ，Ｅｌｅｃｔｒｏ，Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ，Ｓｙｓ
ｔｅｍｓ，ｐ１８８−１９９，Ｆｅｂ．１９９０）があ
る。かかるＳＴＭプローブの製造方法を図１０を用いて
説明する。
ローブとしては、例えばスタンフォード大学のクェート
等により提案されたＳＴＭプローブ（ＩＥＥＥ，Ｍｉｃ
ｒｏ，Ｅｌｅｃｔｒｏ，Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ，Ｓｙｓ
ｔｅｍｓ，ｐ１８８−１９９，Ｆｅｂ．１９９０）があ
る。かかるＳＴＭプローブの製造方法を図１０を用いて
説明する。
【０００８】先ず、（１００）Ｓｉ基板１の両面にＬＰ
ＣＶＤ装置でＳｉ3Ｎ 4膜８を１０００Å成膜して裏面の
みをパターニングし（図１０（ａ））、ＫＯＨ水溶液等
を用いＳｉ3Ｎ4膜８をマスクとしカンチレバー領域のＳ
ｉの異方性エッチングを行い、数１０μｍ 厚のＳｉメン
ブレンを形成する（図１０（ｂ））。次に表面にＡ１等
の電極層３を成膜してパターニングし、同様にしてＺｎ
Ｏのような圧電体薄膜層９をスパッタで成膜しパターニ
ングを行い、それらを繰り返す（図１０（ｃ））。次い
で、マイクロティップ５をマスク形成後、基板を傾斜さ
せて成膜あるいは成膜後マスク形成し等方性エッチ等に
より形成する（図１０（ｄ））。最後に、ポリイミド等
で表面を覆いＳｉとＳｉ3Ｎ4をエッチングし、ポリイミ
ドを除去する（図１０（ｅ））。
ＣＶＤ装置でＳｉ3Ｎ 4膜８を１０００Å成膜して裏面の
みをパターニングし（図１０（ａ））、ＫＯＨ水溶液等
を用いＳｉ3Ｎ4膜８をマスクとしカンチレバー領域のＳ
ｉの異方性エッチングを行い、数１０μｍ 厚のＳｉメン
ブレンを形成する（図１０（ｂ））。次に表面にＡ１等
の電極層３を成膜してパターニングし、同様にしてＺｎ
Ｏのような圧電体薄膜層９をスパッタで成膜しパターニ
ングを行い、それらを繰り返す（図１０（ｃ））。次い
で、マイクロティップ５をマスク形成後、基板を傾斜さ
せて成膜あるいは成膜後マスク形成し等方性エッチ等に
より形成する（図１０（ｄ））。最後に、ポリイミド等
で表面を覆いＳｉとＳｉ3Ｎ4をエッチングし、ポリイミ
ドを除去する（図１０（ｅ））。
【０００９】このようにして作製した微小変位素子の部
分斜視図を図１１に示す。同図において、２はＳｉ基板
１の異方性エッチングで残った面であり、６はトンネル
電流の取り出し電極である。かかる素子は電極にＡ１、
圧電体にＺｎＯ、トンネル電流検出用マイクロティップ
５にはＡｕを用いており、電極に電圧を加えることによ
って、自由端先端部が微小変位することができる。
分斜視図を図１１に示す。同図において、２はＳｉ基板
１の異方性エッチングで残った面であり、６はトンネル
電流の取り出し電極である。かかる素子は電極にＡ１、
圧電体にＺｎＯ、トンネル電流検出用マイクロティップ
５にはＡｕを用いており、電極に電圧を加えることによ
って、自由端先端部が微小変位することができる。
【００１０】カンチレバー型圧電素子をトンネル顕微鏡
のＳＴＭプローブとして使用する際は、その変位量及び
作動力は非常に重要となってくる。即ち、トンネル顕微
鏡は針先を数Åまで試料に近づけ、その間を流れるトン
ネル電流をモニターすることによって試料の凹凸を観察
するものであるため、ＳＴＭプローブは、高速でかつ精
度良く微小変位することが望ましい。
のＳＴＭプローブとして使用する際は、その変位量及び
作動力は非常に重要となってくる。即ち、トンネル顕微
鏡は針先を数Åまで試料に近づけ、その間を流れるトン
ネル電流をモニターすることによって試料の凹凸を観察
するものであるため、ＳＴＭプローブは、高速でかつ精
度良く微小変位することが望ましい。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】上記従来例のカンチレ
バー型圧電素子は、酸化亜鉛膜のような圧電体薄膜を逆
圧電効果により変位させているので、酸化亜鉛膜の圧電
性を制御しなければならない。また、精度の高い変位を
得るためには、カンチレバーにある程度の剛性を持たせ
る必要があるが、カンチレバーの変位量と剛性は相反し
ており、ある程度の剛性を持たせた上に大きい変位を得
るには圧電体薄膜に大きな電圧をかけなくてはならな
い。さらに、酸化亜鉛膜は大気に放置すると、水分の吸
着により圧電性が低下し精度の良い変位が得られなくな
る。また、カンチレバー作製工程において、酸化亜鉛膜
を成膜後は高温での処理（３００℃以上）が行えないこ
とや、酸化亜鉛膜は酸やアルカリ等あらゆる溶剤に易溶
であり作製プロセス上に多くの制約がある等の問題があ
った。
バー型圧電素子は、酸化亜鉛膜のような圧電体薄膜を逆
圧電効果により変位させているので、酸化亜鉛膜の圧電
性を制御しなければならない。また、精度の高い変位を
得るためには、カンチレバーにある程度の剛性を持たせ
る必要があるが、カンチレバーの変位量と剛性は相反し
ており、ある程度の剛性を持たせた上に大きい変位を得
るには圧電体薄膜に大きな電圧をかけなくてはならな
い。さらに、酸化亜鉛膜は大気に放置すると、水分の吸
着により圧電性が低下し精度の良い変位が得られなくな
る。また、カンチレバー作製工程において、酸化亜鉛膜
を成膜後は高温での処理（３００℃以上）が行えないこ
とや、酸化亜鉛膜は酸やアルカリ等あらゆる溶剤に易溶
であり作製プロセス上に多くの制約がある等の問題があ
った。
【００１２】以上のような従来例の問題に鑑み、本発明
の目的とするところは、制御性が良く精度の高い大きな
変位が得られ、さらには耐久性に富み且つ製造が容易な
微小変位素子を提供することにある。
の目的とするところは、制御性が良く精度の高い大きな
変位が得られ、さらには耐久性に富み且つ製造が容易な
微小変位素子を提供することにある。
【００１３】また、本発明の他の目的は、上記微小変位
素子を用いた高速且つ信頼性の高いトンネル電流検出装
置、及び情報の記録・再生等を行う情報処理装置を提供
することにある。
素子を用いた高速且つ信頼性の高いトンネル電流検出装
置、及び情報の記録・再生等を行う情報処理装置を提供
することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
すべく成された本発明は、第１に、薄膜カンチレバー
（片持ち梁）の自由端部に情報入出力用マイクロティッ
プを有する微小変位素子であって、上記薄膜カンチレバ
ーは少なくとも絶縁体薄膜と該薄膜を電磁力により変位
させるための電極を含み、該薄膜カンチレバーの周囲に
磁界発生用コイルが配置されていることを特徴とする微
小変位素子である。
すべく成された本発明は、第１に、薄膜カンチレバー
（片持ち梁）の自由端部に情報入出力用マイクロティッ
プを有する微小変位素子であって、上記薄膜カンチレバ
ーは少なくとも絶縁体薄膜と該薄膜を電磁力により変位
させるための電極を含み、該薄膜カンチレバーの周囲に
磁界発生用コイルが配置されていることを特徴とする微
小変位素子である。
【００１５】第２に、前記磁界発生用コイルは前記薄膜
カンチレバーの自由端部から根元方向の磁界及び／また
は逆方向の磁界を発生できるものであり、前記電極は該
磁界と直交する向きの電流を流すことができるものであ
ることを特徴とする上記第１の微小変位素子である。
カンチレバーの自由端部から根元方向の磁界及び／また
は逆方向の磁界を発生できるものであり、前記電極は該
磁界と直交する向きの電流を流すことができるものであ
ることを特徴とする上記第１の微小変位素子である。
【００１６】第３に、上記第１又は第２の微小変位素子
を同一基板上に複数設けたことを特徴とするマルチ微小
変位素子である。
を同一基板上に複数設けたことを特徴とするマルチ微小
変位素子である。
【００１７】第４に、マイクロティップを有する微小変
位素子を電気導電体に対向配置し、電気導電体とマイク
ロティップ間に流れるトンネル電流に基づき、電気導電
体表面の情報を出力するトンネル電流検出装置におい
て、上記微小変位素子に上記第１〜第３いずれかの微小
変位素子を用いたことを特徴とするトンネル電流検出装
置である。
位素子を電気導電体に対向配置し、電気導電体とマイク
ロティップ間に流れるトンネル電流に基づき、電気導電
体表面の情報を出力するトンネル電流検出装置におい
て、上記微小変位素子に上記第１〜第３いずれかの微小
変位素子を用いたことを特徴とするトンネル電流検出装
置である。
【００１８】第５に、マイクロティップを有する微小変
位素子を記録媒体に対向配置し、記録媒体とマイクロテ
ィップ間に情報再生用バイアス電圧を印加することで情
報の再生を行う情報処理装置において、上記微小変位素
子に上記第１〜第３いずれかの微小変位素子を用いたこ
とを特徴とする情報処理装置である。
位素子を記録媒体に対向配置し、記録媒体とマイクロテ
ィップ間に情報再生用バイアス電圧を印加することで情
報の再生を行う情報処理装置において、上記微小変位素
子に上記第１〜第３いずれかの微小変位素子を用いたこ
とを特徴とする情報処理装置である。
【００１９】第６に、マイクロティップを有する微小変
位素子を記録媒体に対向配置し、記録媒体とマイクロテ
ィップ間に情報記録用パルス電圧を印加することで情報
の記録を行う情報処理装置において、上記微小変位素子
に上記第１〜第３いずれかの微小変位素子を用いたこと
を特徴とする情報処理装置である。
位素子を記録媒体に対向配置し、記録媒体とマイクロテ
ィップ間に情報記録用パルス電圧を印加することで情報
の記録を行う情報処理装置において、上記微小変位素子
に上記第１〜第３いずれかの微小変位素子を用いたこと
を特徴とする情報処理装置である。
【００２０】第７に、前記記録媒体とマイクロティップ
間に流れるトンネル電流に基づき、前記微小変位素子の
駆動を制御することを特徴とする上記第５又は第６の情
報処理装置である。
間に流れるトンネル電流に基づき、前記微小変位素子の
駆動を制御することを特徴とする上記第５又は第６の情
報処理装置である。
【００２１】以下、本発明を実施態様例を参考にしなが
ら説明する。
ら説明する。
【００２２】図１は本発明の一実施態様を示す微小変位
素子の部分斜視図である。本素子はＳｉ基板１上に、電
磁力を発生させるための電極３と絶縁体薄膜４で構成さ
れる薄膜カンチレバーを形成している。２はＳｉ基板１
の異方性エッチングで残った面、５はトンネル電流検出
用マイクロティップ、６はそのトンネル電流の取り出し
電極である。
素子の部分斜視図である。本素子はＳｉ基板１上に、電
磁力を発生させるための電極３と絶縁体薄膜４で構成さ
れる薄膜カンチレバーを形成している。２はＳｉ基板１
の異方性エッチングで残った面、５はトンネル電流検出
用マイクロティップ、６はそのトンネル電流の取り出し
電極である。
【００２３】図２に微小変位素子のカンチレバーとその
周囲に配置する磁界発生用コイルの配置図を示す。本素
子ではコイル７に電流を流してカンチレバーの長手方向
（Ｘ方向）に磁界をかけ、カンチレバーの電極３にＹ方
向の電流をながすことによって磁界と直交する電極部分
に電磁力が作用し、カンチレバーの自由端先端部がＺ方
向に微小変位する。このため、磁界と直交する電極部分
はカンチレバーの自由端側に設けることにより、より大
きな変位を得ることができる。また、この変位は磁界の
強さや、電流の大きさにより精度良く制御することがで
きる。
周囲に配置する磁界発生用コイルの配置図を示す。本素
子ではコイル７に電流を流してカンチレバーの長手方向
（Ｘ方向）に磁界をかけ、カンチレバーの電極３にＹ方
向の電流をながすことによって磁界と直交する電極部分
に電磁力が作用し、カンチレバーの自由端先端部がＺ方
向に微小変位する。このため、磁界と直交する電極部分
はカンチレバーの自由端側に設けることにより、より大
きな変位を得ることができる。また、この変位は磁界の
強さや、電流の大きさにより精度良く制御することがで
きる。
【００２４】電極３の材料は通常用いられるものでよ
く、例えばＡｌ、Ａｕ、Ｐｔ等を用いることができ特に
限定されない。
く、例えばＡｌ、Ａｕ、Ｐｔ等を用いることができ特に
限定されない。
【００２５】絶縁体薄膜４の材料も、薄膜の形成が容易
なものであれば特に限定されるものではないが、熱的、
化学的に安定な材料が好ましく、例えばＳｉＯ2、Ｓｉ3
Ｎ4、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ等の絶縁材料を用いることがで
きる。
なものであれば特に限定されるものではないが、熱的、
化学的に安定な材料が好ましく、例えばＳｉＯ2、Ｓｉ3
Ｎ4、ＰＳＧ、ＢＰＳＧ等の絶縁材料を用いることがで
きる。
【００２６】このように本発明の微小変位素子は、電磁
力発生用の電極と絶縁材料を積層した薄膜カンチレバー
で構成されるため、その製造が容易である。
力発生用の電極と絶縁材料を積層した薄膜カンチレバー
で構成されるため、その製造が容易である。
【００２７】また、従来素子のように熱的、化学的に不
安定で配向性を制御しなければならないＺｎＯのような
圧電材料を使用せずに作製できるため、耐久性に富み、
より精度の高い変位素子とすることができる。
安定で配向性を制御しなければならないＺｎＯのような
圧電材料を使用せずに作製できるため、耐久性に富み、
より精度の高い変位素子とすることができる。
【００２８】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明を具体的に詳述
する。
する。
【００２９】実施例１ 本実施例では、まず図３〜５に示されるような本発明の
微小変位素子を構成する薄膜カンチレバーを作製した。
図３はその縦断面図、図４はその横断面図、図５は裏面
からの斜視図である。以下にその作製方法を説明する。
微小変位素子を構成する薄膜カンチレバーを作製した。
図３はその縦断面図、図４はその横断面図、図５は裏面
からの斜視図である。以下にその作製方法を説明する。
【００３０】図６は薄膜カンチレバー作製前の基板製造
工程を示す図である。先ず、（１００）Ｓｉウエハー１
の両面にＬＰＣＶＤ装置でＳｉ3Ｎ4膜８を５０００Å成
膜した（図６（ａ））。次にＫＯＨ水溶液等を用いての
エッチング時のマスクとして、Ｓｉ3Ｎ4膜８の裏面にマ
スクパターンを形成した（図６（ｂ））。その後、ＫＯ
ＨによるＳｉの異方性エッチングを行い、数１０μｍ厚
のＳｉメンブレンを形成した（図６（ｃ））。
工程を示す図である。先ず、（１００）Ｓｉウエハー１
の両面にＬＰＣＶＤ装置でＳｉ3Ｎ4膜８を５０００Å成
膜した（図６（ａ））。次にＫＯＨ水溶液等を用いての
エッチング時のマスクとして、Ｓｉ3Ｎ4膜８の裏面にマ
スクパターンを形成した（図６（ｂ））。その後、ＫＯ
ＨによるＳｉの異方性エッチングを行い、数１０μｍ厚
のＳｉメンブレンを形成した（図６（ｃ））。
【００３１】次に、上記のように作製したＳｉ基板上
に、電極３としてスパッタ法によりＡ１−Ｓｉ（２％）
を１００００Å積層し、パターニングした。さらに常圧
ＣＶＤ法（ＳｉＨ4＋Ｏ2、３００〜５００℃）によりＳ
ｉＯ2薄膜４を１００００Å積層し、パターニングし
た。さらに抵抗加熱法によりＡｕを取り出し電極６とし
て１０００Å堆積し、パターニングを行った。次にマイ
クロティップ用電極材として再度Ａｕを抵抗加熱法で成
膜し、フォトリソグラフィーとリフトオフによりマイク
ロティップ５を作製した。その後ＫＯＨ溶液によるＳｉ
の異方性エッチングを行った。最後に、反応性イオンエ
ッチング法により、シリコン窒化膜８を除去し、カンチ
レバーを作製した。
に、電極３としてスパッタ法によりＡ１−Ｓｉ（２％）
を１００００Å積層し、パターニングした。さらに常圧
ＣＶＤ法（ＳｉＨ4＋Ｏ2、３００〜５００℃）によりＳ
ｉＯ2薄膜４を１００００Å積層し、パターニングし
た。さらに抵抗加熱法によりＡｕを取り出し電極６とし
て１０００Å堆積し、パターニングを行った。次にマイ
クロティップ用電極材として再度Ａｕを抵抗加熱法で成
膜し、フォトリソグラフィーとリフトオフによりマイク
ロティップ５を作製した。その後ＫＯＨ溶液によるＳｉ
の異方性エッチングを行った。最後に、反応性イオンエ
ッチング法により、シリコン窒化膜８を除去し、カンチ
レバーを作製した。
【００３２】本実施例のカンチレバーは図１１に示した
従来の圧電バイモルフ型カンチレバーより層構成が複雑
でなく作製プロセスも簡略化できる上、高温で行うプロ
セスも組み入れることが可能である。
従来の圧電バイモルフ型カンチレバーより層構成が複雑
でなく作製プロセスも簡略化できる上、高温で行うプロ
セスも組み入れることが可能である。
【００３３】本実施例で作製したカンチレバーは幅１０
０μｍ、長さ３５０μｍであり、そのバネ定数は０．３
３Ｎ／ｍである。
０μｍ、長さ３５０μｍであり、そのバネ定数は０．３
３Ｎ／ｍである。
【００３４】次に、上記カンチレバーの周囲に図２と同
様に磁界発生用コイルを配置して微小変位素子を構成
し、その変位量を測定したところ、電極３に１００ｍＡ
の電流を流して、コイルでカンチレバーの長手方向に磁
束密度が３．３×１０-2Ｗｂ／ｍ2の磁界をかけた時の
変位量は約１．０μｍであった。
様に磁界発生用コイルを配置して微小変位素子を構成
し、その変位量を測定したところ、電極３に１００ｍＡ
の電流を流して、コイルでカンチレバーの長手方向に磁
束密度が３．３×１０-2Ｗｂ／ｍ2の磁界をかけた時の
変位量は約１．０μｍであった。
【００３５】図７は、コイルでカンチレバーの長手方向
に磁束密度が３．３×１０-2Ｗｂ／ｍ2の磁界をかけた
まま、カンチレバーの電極３の電流値を変化させた時の
カンチレバーの変位量を測定した結果である。
に磁束密度が３．３×１０-2Ｗｂ／ｍ2の磁界をかけた
まま、カンチレバーの電極３の電流値を変化させた時の
カンチレバーの変位量を測定した結果である。
【００３６】図８は、カンチレバーの電極３に１００ｍ
Ａの電流を流して、コイルでカンチレバーの長手方向の
磁力（磁束密度）を変化させた時の変位量を測定した結
果である。
Ａの電流を流して、コイルでカンチレバーの長手方向の
磁力（磁束密度）を変化させた時の変位量を測定した結
果である。
【００３７】この様に、カンチレバーの電極３に流す電
流値でも、カンチレバーの長手方向へかける磁界の強さ
によっても精度良く大きい変位量を得るカンチレバー型
変位素子を形成することができた。また、この変位素子
を大気中で数カ月放置したままでも、変位量は全く変化
しなかった。さらに所望の変位量、剛性を必要とする場
合は、絶縁体薄膜の材料を変えたり、カンチレバーの長
さや厚さを変える等の設計を行えばよい。
流値でも、カンチレバーの長手方向へかける磁界の強さ
によっても精度良く大きい変位量を得るカンチレバー型
変位素子を形成することができた。また、この変位素子
を大気中で数カ月放置したままでも、変位量は全く変化
しなかった。さらに所望の変位量、剛性を必要とする場
合は、絶縁体薄膜の材料を変えたり、カンチレバーの長
さや厚さを変える等の設計を行えばよい。
【００３８】実施例２ 本実施例では、本発明の微小変位素子を用いて情報の記
録、再生等を行う情報処理装置について述べる。
録、再生等を行う情報処理装置について述べる。
【００３９】先ず、図３〜図５に示したようなカンチレ
バーを同一Ｓｉ基板上に２次元的に５×６＝３０個作製
した。その作製は実施例１で説明した作製方法において
パターニングのパターンを拡張することにより同時に行
うことができる。
バーを同一Ｓｉ基板上に２次元的に５×６＝３０個作製
した。その作製は実施例１で説明した作製方法において
パターニングのパターンを拡張することにより同時に行
うことができる。
【００４０】このように同一の基板上に複数のカンチレ
バーを一括して形成することにより、各カンチレバー間
のばらつきを非常に小さく抑えることができる。
バーを一括して形成することにより、各カンチレバー間
のばらつきを非常に小さく抑えることができる。
【００４１】また基板としてＳｉ単結晶を用いることに
より、トランジスタやダイオード等の半導体素子も同一
基板上へ集積化することも可能となり、トンネル電流の
増幅回路やカンチレバー駆動用のアンプ等を一体化する
ことができる。
より、トランジスタやダイオード等の半導体素子も同一
基板上へ集積化することも可能となり、トンネル電流の
増幅回路やカンチレバー駆動用のアンプ等を一体化する
ことができる。
【００４２】次に、上記の様にして作製したマルチ微小
変位素子を図９に示される構成の情報処理装置に取り付
けた。同図において、１０１は記録媒体の基板、１０２
は金属電極層、１０３は記録層である。２０１はＸＹス
テージ、２０２はマルチ微小変位素子のプローブ（マイ
クロティップ）、２０３は微小変位素子の支持体、２０
４は微小変位素子をＺ軸方向に駆動するリニアアクチュ
エーター、２０５，２０６はＸＹステージをそれぞれ
Ｘ，Ｙ軸方向に駆動するリニアアクチュエーター、２０
７は記録・再生用のバイアス回路である。３０１はプロ
ーブ２０２から記録層１０３を介して電極層１０２へ流
れる電流を検出する記録再生用のトンネル電流検出器で
ある。３０２はカンチレバーをＺ軸方向に移動させるた
めのサーボ回路である。３０４は複数のカンチレバーを
Ｚ軸方向に動かすための駆動回路であり、これは、微小
変位素子を駆動する電流値を独立に制御することがで
き、これにより各微小変位素子のＺ軸方向の位置を制御
することができる。３０５は微小変位素子のプローブ２
０２，支持体２０３，リニアアクチュエーター２０４全
体のＺ軸方向の位置制御を行う駆動回路である。３０６
は、これらの操作を制御するコンピューターである。こ
の情報処理装置全体を覆う形で電磁力発生用のコイル７
が巻かれており、Ｙ方向に磁界が形成されている。
変位素子を図９に示される構成の情報処理装置に取り付
けた。同図において、１０１は記録媒体の基板、１０２
は金属電極層、１０３は記録層である。２０１はＸＹス
テージ、２０２はマルチ微小変位素子のプローブ（マイ
クロティップ）、２０３は微小変位素子の支持体、２０
４は微小変位素子をＺ軸方向に駆動するリニアアクチュ
エーター、２０５，２０６はＸＹステージをそれぞれ
Ｘ，Ｙ軸方向に駆動するリニアアクチュエーター、２０
７は記録・再生用のバイアス回路である。３０１はプロ
ーブ２０２から記録層１０３を介して電極層１０２へ流
れる電流を検出する記録再生用のトンネル電流検出器で
ある。３０２はカンチレバーをＺ軸方向に移動させるた
めのサーボ回路である。３０４は複数のカンチレバーを
Ｚ軸方向に動かすための駆動回路であり、これは、微小
変位素子を駆動する電流値を独立に制御することがで
き、これにより各微小変位素子のＺ軸方向の位置を制御
することができる。３０５は微小変位素子のプローブ２
０２，支持体２０３，リニアアクチュエーター２０４全
体のＺ軸方向の位置制御を行う駆動回路である。３０６
は、これらの操作を制御するコンピューターである。こ
の情報処理装置全体を覆う形で電磁力発生用のコイル７
が巻かれており、Ｙ方向に磁界が形成されている。
【００４３】本実施例では、記録媒体の基板１０１とし
てガラス基板を用い、この上に電極層１０２としてＣｒ
／Ａｕを蒸着し、その上部に記録層１０３としてポリイ
ミドＬＢ膜を４層（約１５Å）成膜したものを用いた。
尚、この記録媒体には、パルス電圧を加えると抵抗率が
２桁程度変化する特徴がある。記録媒体の電極１０２と
微小変位素子のプローブ２０２に１Ｖの電圧を印加し
た。３０本全てのプローブが、それぞれ１ｎＡ程度のト
ンネル電流になるように各カンチレバーを構成している
駆動用電極に電流を流してプローブの位置をＺ軸方向に
移動させた。この際３０本のカンチレバーに各々独立し
て流した電流の値のばらつきは±５％以内でありほぼ均
一であった。
てガラス基板を用い、この上に電極層１０２としてＣｒ
／Ａｕを蒸着し、その上部に記録層１０３としてポリイ
ミドＬＢ膜を４層（約１５Å）成膜したものを用いた。
尚、この記録媒体には、パルス電圧を加えると抵抗率が
２桁程度変化する特徴がある。記録媒体の電極１０２と
微小変位素子のプローブ２０２に１Ｖの電圧を印加し
た。３０本全てのプローブが、それぞれ１ｎＡ程度のト
ンネル電流になるように各カンチレバーを構成している
駆動用電極に電流を流してプローブの位置をＺ軸方向に
移動させた。この際３０本のカンチレバーに各々独立し
て流した電流の値のばらつきは±５％以内でありほぼ均
一であった。
【００４４】次に３０本のカンチレバーの各々に流す電
流を同じにしたところ、それぞれのプローブのトンネル
電流値は０．１ｎＡ〜５ｎＡの範囲内におさまってい
た。
流を同じにしたところ、それぞれのプローブのトンネル
電流値は０．１ｎＡ〜５ｎＡの範囲内におさまってい
た。
【００４５】その後、マイクロティップにパルス電圧
（５Ｖ，１μｓｅｃ）を加え、所望の位置に情報を記録
した。尚、その領域は約１００Å×１００Å程度と非常
に小さく、超高密度の記録を行うことができた。
（５Ｖ，１μｓｅｃ）を加え、所望の位置に情報を記録
した。尚、その領域は約１００Å×１００Å程度と非常
に小さく、超高密度の記録を行うことができた。
【００４６】次に、マイクロティップと記録媒体の電極
間に１Ｖの電圧を印加し、トンネル電流の変化をみたと
ころ、先ほど記録した領域に抵抗値が変化した部分を検
出した。このように、本実施例においては、記録情報の
書き込み、読みだしが行えることを確認した。
間に１Ｖの電圧を印加し、トンネル電流の変化をみたと
ころ、先ほど記録した領域に抵抗値が変化した部分を検
出した。このように、本実施例においては、記録情報の
書き込み、読みだしが行えることを確認した。
【００４７】実施例３ 本実施例では、図９に示したような装置をＳＴＭとして
用い、被観察物の表面観察を行った結果について述べ
る。
用い、被観察物の表面観察を行った結果について述べ
る。
【００４８】先ず、図９の装置において、記録媒体の代
りに被観察物としてのＨＯＰＧをＸＹステージ上に搭載
し、マイクロティップで被観察物表面を走査しながら、
これらの間に電圧を印加し、トンネル電流値の結果を出
力することによりＳＴＭ像を得た。
りに被観察物としてのＨＯＰＧをＸＹステージ上に搭載
し、マイクロティップで被観察物表面を走査しながら、
これらの間に電圧を印加し、トンネル電流値の結果を出
力することによりＳＴＭ像を得た。
【００４９】その結果、広範囲にわたって像を原子オー
ダーで観察でき、また再現性良く安定な像が得られた。
ダーで観察でき、また再現性良く安定な像が得られた。
【００５０】さらに、装置の耐久性も向上し、長時間に
わたって良好な像観察を行うことができた。
わたって良好な像観察を行うことができた。
【００５１】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の微小変位
素子は以下の効果を奏する。
素子は以下の効果を奏する。
【００５２】（１）ＺｎＯのように熱的、化学的に不安
定で配向性を制御しなければならない圧電材料を使用せ
ずに作製できるため、耐久性に富み、より一層精度の高
い変位素子となる。
定で配向性を制御しなければならない圧電材料を使用せ
ずに作製できるため、耐久性に富み、より一層精度の高
い変位素子となる。
【００５３】（２）電磁力発生用の電極と絶縁材料だけ
でカンチレバーを構成でき、カンチレバーの製造工程が
簡略化される。
でカンチレバーを構成でき、カンチレバーの製造工程が
簡略化される。
【００５４】（３）カンチレバーの駆動をカンチレバー
上で流す電流あるいはその電流と直交する磁界強度で制
御することができる。したがって所望の変位を得るのに
カンチレバーの形状や剛性だけに規制されず、電流値や
磁力を変えることによっても制御でき、制御性が良く、
より一層大きな変位を得ることができる。
上で流す電流あるいはその電流と直交する磁界強度で制
御することができる。したがって所望の変位を得るのに
カンチレバーの形状や剛性だけに規制されず、電流値や
磁力を変えることによっても制御でき、制御性が良く、
より一層大きな変位を得ることができる。
【００５５】また、本発明の微小変位素子を用いたトン
ネル電流検出装置並びに情報処理装置は、高速且つ信頼
性の高い装置となる。
ネル電流検出装置並びに情報処理装置は、高速且つ信頼
性の高い装置となる。
【図１】本発明の微小変位素子の一実施態様例を示す部
分斜視図である。
分斜視図である。
【図２】図１の微小変位素子におけるコイルの配置図で
ある。
ある。
【図３】実施例１の微小変位素子の縦断面図である。
【図４】実施例１の微小変位素子の横断面図である。
【図５】実施例１の微小変位素子の裏面からの斜視図で
ある。
ある。
【図６】実施例１の微小変位素子の作製工程の一部を説
明するための図である。
明するための図である。
【図７】実施例１の微小変位素子を用いて測定した変位
特性である。
特性である。
【図８】実施例１の微小変位素子を用いて測定した変位
特性である。
特性である。
【図９】実施例２の情報処理装置のブロック図である。
【図１０】従来例の微小変位素子の作製工程を示す模式
図である。
図である。
【図１１】従来例の圧電薄膜を用いた微小変位素子の斜
視図である。
視図である。
１ Ｓｉ基板 ２ エッチング面 ３ 下部電極 ４ 絶縁体薄膜 ５ マイクロティップ ６ 取り出し電極 ７ コイル ８ Ｓｉ3Ｎ4薄膜 ９ 圧電体薄膜 １０ 中電極 １１ 圧電体薄膜 １２ 上部電極 １０１ 記録媒体基板 １０２ 金属電極層 １０３ 記録層 ２０１ ＸＹステージ ２０２ プローブ（マイクロティップ） ２０３ 支持体 ２０４ Ｚ軸方向リニアアクチュエーター ２０５ Ｘ軸方向リニアアクチュエーター ２０６ Ｙ軸方向リニアアクチュエーター ２０７ 記録再生用バイアス回路 ３０１ トンネル電流検出器 ３０２ サーボ回路 ３０３ サーボ回路 ３０４ 駆動回路 ３０５ 駆動回路 ３０６ コンピューター
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳沢 芳浩 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 (7)
- 【請求項１】 薄膜カンチレバー（片持ち梁）の自由端
部に情報入出力用マイクロティップを有する微小変位素
子であって、上記薄膜カンチレバーは少なくとも絶縁体
薄膜と該薄膜を電磁力により変位させるための電極を含
み、該薄膜カンチレバーの周囲に磁界発生用コイルが配
置されていることを特徴とする微小変位素子。 - 【請求項２】 前記磁界発生用コイルは前記薄膜カンチ
レバーの自由端部から根元方向の磁界及び／またはその
逆方向の磁界を発生できるものであり、前記電極は該磁
界と直交する向きの電流を流すことができるものである
ことを特徴とする請求項１記載の微小変位素子。 - 【請求項３】 請求項１又は２に記載の微小変位素子を
同一基板上に複数設けたことを特徴とするマルチ微小変
位素子。 - 【請求項４】 マイクロティップを有する微小変位素子
を電気導電体に対向配置し、電気導電体とマイクロティ
ップ間に流れるトンネル電流に基づき、電気導電体表面
の情報を出力するトンネル電流検出装置において、上記
微小変位素子に請求項１〜３いずれかに記載の微小変位
素子を用いたことを特徴とするトンネル電流検出装置。 - 【請求項５】 マイクロティップを有する微小変位素子
を記録媒体に対向配置し、記録媒体とマイクロティップ
間に情報再生用バイアス電圧を印加することで情報の再
生を行う情報処理装置において、上記微小変位素子に請
求項１〜３いずれかに記載の微小変位素子を用いたこと
を特徴とする情報処理装置。 - 【請求項６】 マイクロティップを有する微小変位素子
を記録媒体に対向配置し、記録媒体とマイクロティップ
間に情報記録用パルス電圧を印加することで情報の記録
を行う情報処理装置において、上記微小変位素子に請求
項１〜３いずれかに記載の微小変位素子を用いたことを
特徴とする情報処理装置。 - 【請求項７】 前記記録媒体とマイクロティップ間に流
れるトンネル電流に基づき、前記微小変位素子の駆動を
制御することを特徴とする請求項５又は６に記載の情報
処理装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5065925A JPH06258017A (ja) | 1993-03-03 | 1993-03-03 | 微小変位素子及びそれを用いたマルチ微小変位素子、トンネル電流検出装置、情報処理装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5065925A JPH06258017A (ja) | 1993-03-03 | 1993-03-03 | 微小変位素子及びそれを用いたマルチ微小変位素子、トンネル電流検出装置、情報処理装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06258017A true JPH06258017A (ja) | 1994-09-16 |
Family
ID=13301040
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5065925A Withdrawn JPH06258017A (ja) | 1993-03-03 | 1993-03-03 | 微小変位素子及びそれを用いたマルチ微小変位素子、トンネル電流検出装置、情報処理装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06258017A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109591525A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-04-09 | 吉林大学 | 一种悬臂式多参量独立检测装置及检测方法 |
| WO2021093123A1 (zh) * | 2019-11-15 | 2021-05-20 | 山东科技大学 | 一种巷道帮部位移测量设备及方法 |
-
1993
- 1993-03-03 JP JP5065925A patent/JPH06258017A/ja not_active Withdrawn
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109591525A (zh) * | 2018-11-29 | 2019-04-09 | 吉林大学 | 一种悬臂式多参量独立检测装置及检测方法 |
| WO2021093123A1 (zh) * | 2019-11-15 | 2021-05-20 | 山东科技大学 | 一种巷道帮部位移测量设备及方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2923813B2 (ja) | カンチレバー型変位素子、及びこれを用いた走査型トンネル顕微鏡、情報処理装置 | |
| EP0582376B1 (en) | Displacement element, cantilever probe and information processing apparatus using cantilever probe | |
| US5235187A (en) | Methods of fabricating integrated, aligned tunneling tip pairs | |
| EP0516380B1 (en) | Micro-displacement element for a scanning tunneling microscope | |
| JPH05284765A (ja) | カンチレバー型変位素子、及びこれを用いたカンチレバー型プローブ、及びこのカンチレバー型プローブを用いた走査型トンネル顕微鏡並びに情報処理装置 | |
| JP3184619B2 (ja) | 平行平面保持機構及びそれを用いたメモリ装置及びｓｔｍ装置 | |
| EP0404799A1 (en) | INTEGRATED GRID TUNNEL MICROSCOPE. | |
| JPH05187867A (ja) | 探針駆動機構、その製造方法、並びに該機構を用いたトンネル電流検出装置、情報処理装置、圧電式アクチュエータ及びその製造方法 | |
| JPH0894647A (ja) | プローブ、該プローブを用いた走査型プローブ顕微鏡、および前記プローブを用いた記録再生装置 | |
| JP3062967B2 (ja) | カンチレバー型アクチュエータ及びそれを用いた走査型トンネル顕微鏡、情報処理装置 | |
| JP3076467B2 (ja) | 面合わせ方法およびそれを用いたトンネル顕微鏡および記録再生装置 | |
| JPH06258017A (ja) | 微小変位素子及びそれを用いたマルチ微小変位素子、トンネル電流検出装置、情報処理装置 | |
| JP3250157B2 (ja) | 微小変位素子、及びこれを用いたトンネル電流検出装置、記録再生装置 | |
| JP3305304B2 (ja) | 探針駆動機構並びに該機構を用いた圧電式アクチュエータの製造方法 | |
| JP3203433B2 (ja) | 変位素子、及びこれを用いた検出素子、及びこの検出素子を用いた走査型トンネル顕微鏡、情報処理装置 | |
| JP3226424B2 (ja) | 走査型プローブ顕微鏡ならびに該顕微鏡を用いた加工装置および情報処理装置 | |
| JP3234722B2 (ja) | 円弧状反りレバー型アクチュエータ、該アクチュエータの駆動方法及び情報入出力用プローブを用いた情報処理装置 | |
| JP3060142B2 (ja) | カンチレバー型変位素子の駆動方法、走査型トンネル顕微鏡、情報処理装置、及びカンチレバー型変位素子 | |
| JP3220908B2 (ja) | 微小変位素子の製造方法 | |
| JPH06139630A (ja) | 微小変位素子及びその製造方法及び、それを用いたマルチ微小変位素子、トンネル電流検出装置、情報処理装置 | |
| JPH06317404A (ja) | カンチレバー型アクチュエータ及びそれを用いた走査型探針顕微鏡並びに情報処理装置 | |
| JP3044425B2 (ja) | 薄膜変位素子及びそれを用いた走査型トンネル顕微鏡、情報処理装置 | |
| JP3234952B2 (ja) | プローブユニット及びこれを用いた走査型トンネル顕微鏡、情報処理装置 | |
| JPH06313847A (ja) | カンチレバー型アクチュエータ、カンチレバー型プローブ及びこれを用いた走査型トンネル顕微鏡並びに情報処理装置 | |
| JPH06302874A (ja) | 微小変位素子及びその製造方法、及びそれを用いたトンネル電流検出装置、情報処理装置 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Application deemed to be withdrawn because no request for examination was validly filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300 Effective date: 20000509 |