DE69030040T2

DE69030040T2 - Informationsspeicherung, -zugriff und -verarbeitung

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Publication number: DE69030040T2
Application number: DE69030040T
Authority: DE
Inventors: Ryo C/O Canon Kabushiki Kaisha Ohta-Ku Tokyo Kuroda; Toshiko C/O Canon Kabushiki Kaisha Ohta-Ku Tokyo Miyazaki; Hiroyasu C/O Canon Kabushiki Kaish Ohta-Ku Tokyo Nose; Takahiro C/O Canon Kabushiki Kaish Ohta-Ku Tokyo Oguchi; Kunihiro C/O Canon Kabushiki Kaish Ohta-Ku Tokyo Sakai
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1989-09-07
Filing date: 1990-09-05
Publication date: 1997-07-03
Anticipated expiration: 2010-09-06
Also published as: EP0416882B1; US5222060A; EP0416882A2; DE69030040D1; EP0416882A3; CA2024648C; CA2024648A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Zuführen bzw. auf ein Zugriffsverfahren, durch das das Zuführen einer Sondenelektrode auf eine Vielzahl von Aufzeichnungsbereichen oder Wiedergabebereichen bei der Aufzeichnung mit hoher Geschwindigkeit durch die Verwendung eines Rastertunnelmikroskops (STM) ermöglicht wird, und auf ein System, in dem dieses Verfahren verwendet wird.
Seit einigen Jahren bilden die Verwendungsmöglichkeiten von Speichermaterialien den Kern der Elektronikindustrie wie beispielsweise bei Computern und zugehörigen Werkzeugen von Computern, Video-Disks, digitalen Audio-Disks usw., und die Entwicklung ihrer Materialien ist aktiv vorangeschritten. Für Speichermaterialien erforderliche Leistungsanforderungen, die sich in Abhängigkeit von den Verwendungsmöglichkeiten unterscheiden können, können im allgemeinen wie folgt sein:
(1) Große Aufzeichnungskapazität mit hoher Dichte;
(2) Schnelle Antwortgeschwindigkeit bei Aufzeichnung und Wiedergabe;
(3) Geringer Energieverbrauch;
(4) Hohe Produktivität und niedrige Kosten usw.
In der Vergangenheit sind vorwiegend Halbleiterspeicher oder magnetische Speicher unter Verwendung von magnetischen Materialien oder Halbleitern als Grundmaterialien verwendet worden, aber in den letzten Jahren sind mit dem Fortschreiten der Lasertechnik Aufzeichnungsmaterialien mit niedrigen Kosten und hoher Dichte entsprechend einem optischen Speicher durch Verwendung eines organischen Dünnfilms wie beispielsweise eines organischen Farbstoffs, Photopolymers, in diesem Gebiet gestartet worden.
Andererseits ist kürzlich ein Rastertunnelmikroskop (nachstehend als STM abgekürzt), welches direkt die Elektronenstruktur des Oberflächenatoms eines Leiters beobachtet, entwickelt worden [G. Binnig et al., Phys. Rev. Lett., 49, 57 (1982)], wodurch es möglich geworden ist, reelle räumliche Bilder mit hoher Auflösung unabhängig davon, ob sie einkristallin oder amorph sind, zu messen. Außerdem hat es den Vorteil, daß Beobachtung bei wenig Leistung durchgeführt werden kann, ohne dem Material eine Schädigung durch Strom zuzufügen, und ferner kann es an Luft betätigt werden und daher für zahlreiche Materialien verwendet werden. Aus diesem Gründen ist ein großer Anwendungsbereich erwartet worden.
Bei dem STM das Phänomen ausgenutzt, daß ein Tunnelstrom fließt, wenn eine Sonde aus einem Metall (Sondenelektrode) und eine elektrisch leitende Substanz aneinander auf einen Abstand von ungefähr 1 nm bei Anlegen einer Spannung zwischen der Elektrode und dem Substrat angenähert werden. Dieser Strom ist sehr empfindlich gegenüber der Veränderung des Abstands zwischen den beiden, und durch Abtasten der Sonde, so daß der Tunnelstrom konstant aufrecht erhalten wird, kann die Oberflächenstruktur des realen Raums gezeichnet werden und gleichzeitig können zahlreiche Informationen in Bezug auf die gesamte Elektronenwolke der Oberflächenelektronen gelesen werden. In diesem Fall ist die Auflösung in der interplanaren Richtung ungefähr 0,1 nm.
Entsprechend ist es durch Anwenden des Prinzips des STM möglich, Aufzeichnung und Wiedergabe bei hoher Dichte ausreichend in der atomaren Größenordnung (Sub-Nanometer) durchzuführen. Als Aufzeichnungs- und Wiedergabeverfahren ist in diesem Fall das Verfahren vorgeschlagen worden, bei dem Aufzeichnung durchgeführt wird, indem man den Oberflächenzustand einer geeigneten Aufzeichnungsschicht durch die Verwendung einer elektromagnetischen Welle mit hoher Energie wie beispielsweise Teilchenstrahlen (Elektronenstrahlen, Jonenstrahlen) oder Röntgenstrahlen usw. und eines energetischen Strahls wie beispielsweise sichtbarem Licht, UV-Strahlen usw. verändert, und Wiedergabe wird durch das STM bewirkt, oder das Verfahren, bei dem ein Material mit Speichereffekt gegenüber den Schalteigenschaften des Spannungsstroms wie beispielsweise eine Dünnfilm-Schicht aus einer organischen Verbindung vom π-Elektronentyp oder ein Chalcogenid als Aufzeichnungsschicht verwendet wird, und Aufzeichnung und Wiedergabe werden durch Verwendung des STM usw. durchgeführt (japanische Offenlegungsschriften Nr. 63- 161552, 63-161553). Wenn beispielsweise gemäß diesem Verfahren die Bitgröße beim Aufzeichnen 10 nm eingestellt wird, ist Aufzeichnung und Wiedergabe mit einer Kapazität in der Höhe von 10¹² bit/cm² möglich.
Bei der Verwirklichung des Beispiels des Stands der Technik wie vorstehend erwähnt ist eine Genauigkeit von Nanometern oder weniger für die relative Einstellung zwischen Sondenelektrode und dem Aufzeichnungsmaterial erforderlich, und auch eine hohe Starrheit der Vorrichtung (eine Struktur mit einer hohen Resonanzfrequenz), und es ist erforderlich, daß hohe Geschwindigkeitseigenschaften während der Aufzeichnung und Wiedergabe in Kombination vorhanden sind.
Bei der vorliegenden Situation ist eine Antriebsvorrichtung, die diese Leistungsanforderungen erfüllen kann, eine piezoelektrische Vorrichtung, aber da die praktische Grenze des Hubs, die von der Durchschlagsfestigkeit abhängt, ungefähr 10 µm ist, wird, wenn eine piezoelektrische Vorrichtung alleine als der Ahtriebsmechanismus für die relative Einstellung zwischen der Sondenelektrode und dem Aufzeichnungsmaterial verwendet wird, der Aufzeichnungsbereich kleiner als 10 µm-Quadrat, wodurch die Aufzeichnungskapazität kleiner als 106 bit/cm² wird. Daher ist es für eine Vergrößerung der Kapazität erforderlich, die Grobeinstellung mit dem Antriebsmechanismus zu kombinieren, und wenn es durch eine piezoelektrische Vorrichtung von dem Bereich für Grobeinstellung zu dem Bereich mit der Feineinstellung geführt wird, ist es notwendig gewesen, ein Standard-Positionsmuster für die Feineinstellung mit einer Struktur bereitzustellen, die von dem, das für die Grobeinstellung bereitgestellt wird, verschieden ist.
Bei solch einem Verfahren gibt es jedoch, da das Standard-Positionsmuster für die Feineinstellung in der Größe abgetastet wird und die Einstellung für den Bereich mit Feineinstellung von seinem Größenbild bewirkt wird, den Nachteil, daß eine lange Zeit erforderlich ist, um die Sondenelektrode in der Größe abzutasten, und um die Größenbilddaten während des Zuführens der Sondenelektrode auf den Aufzeichnungsbereich zu verarbeiten.
Die Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche sind im Stand der Technik gemäß EP-A-0 416 882 beschrieben.
Entsprechend ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, solch einen Nachteil zu beseitigen und ein Verfahren zum Zuführen, das Zuführen einer Sondenelektrode auf mindestens einen Aufzeichnungsbereich oder Wiedergabebereich bei einer hohen Genauigkeit und hohen Geschwindigkeit durchführen kann und ein System unter Verwendung dieses Verfahrens bereitzustellen.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Zuführen der Sondenelektrode eines Rastertunnelmikroskop (STN) auf ein Formatierungsmuster in mindestens einem Aufzeichnungsbereich auf einem Aufzeichnungsmaterial, wie in dem unabhängigen Patentanspruch 1 definiert, bereitgestellt.
Fig. 1 ist eine Veranschaulichung der Informationsverarbeitungsvorrichtung, die eine Realisierung der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2 ist eine Veranschaulichung, die einen kreisförmigen Abtast-Antriebsmechanismus einer Sondenelektrode zeigt;
Fig. 3 ist eine Veranschaulichung, die die Anordnung des Aufzeichnungsbereichs in der vorliegenden Erfindung zeigt
Fig. 4 ist eine Veranschaulichung zur Erklärung des Verfahrens zum Zuführen auf den Aufzeichnungsbereich gemäß der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 5 ist eine Veranschaulichung, die die Wellenform des Aufzeichnungssignals zeigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird bei der Durchführung von Aufzeichnung und Wiedergabe durch Anlegen einer Spannung auf einem Aufzeichnungsmaterial, während eine Sondenelektrode kreisförmig zur Aufzeichnung und Wiedergabe abgetastet wird, indem ein Umfangs-Formatierungsmuster zuvor am zentralen Bereich des Aufzeichnungsbereich aufgezeichnet worden ist, durch umfangsförmiges Abtasten der Sondenelektrode, wobei die Positionsbeziehung zwischen dem Abtastmuster und dem Formatierungsmuster nachgewiesen wird und Zugriff der Sondenelektrode auf den Aufzeichnungsbereich durchgeführt wird, eine Informationsverarbeitungsvorrichtung mit einer großen Kapazität, die leichten Zugriff mit hoher Genauigkeit und hoher Geschwindigkeit ermöglicht, verwirklicht.
Fig. 1 ist eine Veranschaulichung, die eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Gemäß dieser Figur kann als Substratelektrode 101 eine epitaktisch gewachsene Oberfläche aus Gold oder eine Graphit- Spaltungsoberfläche auf einem flachen Substrat wie beispielsweise Glas oder Glimmer verwendet werden. Als Aufzeichnungsschicht 102 wird unter Verwendung von Squarilium-bis-6-octylazulen (nachstehend als SOAZ abgekürzt) ein aufgebauter Film aus zwei Schichten aus monomolekularen Filmen gemäß dem Langmuir-Blodgett-Verfahren auf der Oberfläche der Substratelektrode 101 gebildet. Als nächstes wird durch den vertikalen Antriebsmechanismus 103 die Sondenelektrode 104 bis zu einem Abstand von weniger als einem Nanometer relativ zu einer erwünschten Position der Aufzeichnungsschicht 102 angenähert. Hier kann für die Sondenelektrode 104 ein elektrisch leitendes Material verwendet werden, wobei das Spitzenende scharf ist (Krümmungsradius < 1 µm), wie beispielsweise ein Wolframdraht, der elektrolytischem Polieren unterzogen worden ist, ein Platindraht usw., der mechanisch geschnitten ist. Für den vertikalen Antriebsmechanismus 103 kann eine PZT- Vorrichtung verwendet werden, eine Spannung (Vorspannung) von ungefähr 0,1 bis 1 V wird durch die Vorspannungsquelle 105 zwischen der Substratelektrode 101 und der Sondenelektrode 104 angelegt, der zwischen den beiden fließende Sondenstrom wird durch den Sondenstrom-Detektor 106 nachgewiesen, und der Abstand zwischen der Sondenelektrode 104 und der Substratelektrode 101 wird durch den Servo-Schaltkreis 107 gesteuert, so daß der Wert des Sondenstroms Ip im wesentlichen konstant zwischen 10&supmin;¹&sup0; A ≤ Ip ≤ 10&supmin;&sup8; A sein kann.
Aufzeichnung/Löschen werden wie nachstehend durchgeführt. Das Signal von der Erzeugungseinrichtung 108 für das Aufzeichnungs-/Löschsignal wird zwischen der Substratelektrode 101 und der Sondenelektrode 104 angelegt und Aufzeichnen/Löschen werden bei einer erwünschten Position der Aufzeichnungsschicht 102 in der Nähe des Spitzenendes der Sondenelektrode 104 durchgeführt. Bei der Wiedergabe wird in ähnlicher Weise durch die Vorspannungsquelle 105 zum Lesen eine Vorspannung zwischen der Substratelektrode 101 und der Sondenelektrode 104 angelegt, Wiedergabe wird bei einer erwünschten Position der Aufzeichnungsschicht 102 in der Nähe des Spitzenendes der Sondenelektrode 104 bewirkt. Insbesondere, wenn eine Spannung zum Lesen von 1,5 V, welches eine Spannung ist, die den Schwellenwert der Spannung, bei der der elektrische Speichereffekt zwischen den Sondenelektrode 104 und der Substratelektrode 101 verursacht wird, nicht überschreitet, angelegt wurde und der Stromwert gemessen wurde, wurde ein AUS-Zustand bei µA oder weniger gezeigt. Als nächstes wurde nach Anlegen einer dreieckförmigen Impulsspannung mit der in Fig. 5 gezeigten Wellenform, welches eine Spannung mit der Schwellenwertspannung Tth-ON, die den AN-Zustand verursacht, oder höher ist, zum Wiedergeben einer Spannung von 1,5 V erneut zwischen den Elektroden angelegt, und der Strom wurde gemessen. Als Ergebnis floß ein Strom von ungefähr 0,7 mA, was den AN-Zustand angab. So wurde ein AN-Zustand aufgezeichnet. Als nächstes wurde nach Anlegen einer dreieckförmigen Impulsspannung mit einer Spitzenspannung von 5 V, welches eine Spannung der Schwellenwertspannung Vth-OFF, bei der sich ein AN-Zustand zu einem AUS-Zustand verändert, oder höher ist und einer Pulsbreite von 1 µs, 1,5 V erneut zur Wiedergabe angelegt. Als Ergebnis war der Stromwert zu diesem Zeitpunkt ein µA oder weniger, wodurch die Rückkehr zu dem AUS-Zustand bestätigt war.
Der elektrische Speichereffekt bezieht sich auf mindestens zwei verschiedene Widerstandszustände, die der angelegten Spannung entsprechen, wobei die jeweiligen Zustände frei ineinander übergehen können, durch Anlegen einer Spannung oder eines Stroms, der den Schwellenwert, bei dem die elektrische Leitfähigkeit der Aufzeichnungsschicht verändert wird, überschreitet und wobei die jeweiligen erhaltenen Zustände die Eigenschaft haben, ihre Zustände solange aufrecht zu erhalten, wie eine Spannung oder ein Strom, die den Schwellenwert nicht überschreiten, angelegt wird.
Spezielle Beispiele für das Material, das die Aufzeichnungsschicht aufbaut, können die nachstehend genannten umfassen.
(1) Es können amorphe Halbleiter wie beispielsweise Oxidglas, Boratgias oder Chalcogenidglas, welches Se, Te, As in Verbindung mit einem Element der Gruppe III, IV, V, VI des Periodensystems enthält, verwendet werden. Es gibt echte Halbleiter mit einer optischen Bandlücke Eg von 0,6 bis 1,4 eV oder einer elektrischen Aktivierungsenergie ΔE von ungefähr 0,7 bis 1,6 eV. Spezielle Beispiele für das Chlocogenidglas können solche vom As-Se-Te-Typ, Ge-As-Se-Typ, Si-Ge-As-Te-Typ wie beispielsweise Si&sub1;&sub6;Ge&sub1;&sub4;As&sub5;Te&sub6;&sub5; (die Suffixe sind Atom-%) oder vom Ge-Te-X-Typ, Si-Te-X-Typ (X = kleine Menge an Elementen der Gruppe V, VI) wie beispielsweise Ge&sub1;&sub5;Te&sub8;&sub1;Sb&sub2;S&sub2; usw. umfassen.
Ferner kann ein Chalgogenidglas vom Ge-Sb-Se-Typ auch verwendet werden.
(2) Ferner können organische Halbleiterschichten verwendet werden, die eine Elektronenakzeptorverbindung haben, wie beispielsweise Tetrachinodimethan (TCNQ), TCNQ- Derivate wie beispielsweise Tetrafluortetracyanochinodimethan (TCNQF&sub4;), Tetracyanoethylen (TCNE) und Tetracyanonaphthochinodimethan (TNAO) usw. und ein Salz eines Metalls mit einem relativ niedrigeren Reduktionspotential wie beispielsweise Kupfer, Silber usw., die auf einer Elektrode abgeschieden sind, verwendet werden.
Als Verfahren zur Bildung von solch einer organischen Halbleiterschicht können das Verfahren zur Vakuumabscheidung der vorstehenden Elektrodenakzeptorverbindung auf eine Elektrode aus Kupfer oder Silber verwendet werden.
(3) Ferner kann ein Aufzeichnungsmaterial mit einem Molekül, das in Kombination eine Gruppe mit einem π- Elektronenniveau und eine Gruppe mit nur einem - Elektronenniveau hat, verwendet werden, welches auf eine Elektrode laminiert ist.
Beispiele für die Struktur des Farbstoffs mit einem geeigneten π-Elektronensystem für die vorliegende Erfindung können Farbstoffe mit einem Porphyllin-Gerüst wie beispielsweise Phthalocyanin, Tetraphenylporphine, Farbstoffe vom Azulen-Typ mit Squarilium-Gruppe und Krokonmethin-Gruppe als Verbindungskette und Farbstoffe, die ähnlich dem Cyanin- Typ sind, mit heterocyclischen Ringen, die zwei Stickstoffatome enthalten, wie beispielsweise Chinolin, Benzothiazol, Benzooxazol usw., die durch eine Squarilium- Gruppe und Krokonmethin-Gruppe verbunden sind, oder kondensierte polycyclische Aromaten wie beispielsweise Cyaninfarbstoffe, Anthracen und Pyren usw. und Kettenverbindungen, umfassend Polymerverbindungen aus aromatischen Ringen und heterocyclischen Ringen, und Polymere der Diacetylengruppen - ferner Derivate von Tetrachinodimethan oder Tetrathiafulvalen und Homologe davon, und Ladungsübertragungskomplexe davon, und ferner Metallkomplexverbindungen wie beispielsweise Ferrocen, Trisbipyridenruthenium-Komplexe usw. sein.
Zusätzlich zu den vorstehend erwähnten Materialien mit niedrigem Molekulargewicht können auch zahlreiche Materialien mit hohem Molekulargewicht verwendet werden.
Beispielsweise können Additionspolymere wie beispielsweise Derivate der Polyacrylsäure, usw. Kondensationspolymere wie beispielsweise Polyimid, Polyphenylen, Polythiophen usw. Polymere mit geöffneten Ringen wie beispielsweise Nylon usw. oder biologische Materialien mit hohem Molekulargewicht wie beispielsweise Polypeptid, Bacteriohodopsin usw. enthalten sein.
Als nächstes wird die Positionssteuerung der Sondenelektrode bei der Aufzeichnung/Wiedergabe unter Bezugnahme auf die Figuren 2 bis 4 beschrieben. Der kreisförmige Abtast-Antriebsmechanismus 109 der Sondenelektrode 104 ist beispielsweise eine zylindrische piezoelektrische Vorrichtung mit einem unterteilten Elektrodenmuster, wie in Fig. 2 gezeigt, und eine Betätigung der Sondenelektrode 104 in Spiralform wird erreicht, indem man die nachstehend gezeigten Spannungen auf die jeweiligen unterteilten Elektroden 201 bis 204 durch die kreisförmige Abtast-Antriebsschaltung 110 anlegt:
V+X = V(t)sinωt + VOS
V-X= -V(t)sinωt - VOS
V+Y = V(t)cosωt + VOS'
V-Y = -V(t)cosωt + VOS'
V(t) = At + B
wobei ω: Winkelgeschwindigkeit
V(t): Amplitude der Spannung
A,B : Konstanten
VOS, VOS' : DC-Offset-Spannung für die Feineinstellung der Sondenposition,
(wie nachstehend beschrieben)
ein dreieckförmige Impulsspannung wird zwischen der Sondenelektrode 104 und der Substratelektrode 101 angelegt, wobei der AN-Zustand bei zahlreichen Abständen zwischen 0,001 µm und 0,1 µm geschrieben wird, wodurch kontinuierliche Daten in Spiralform auf dem Aufzeichnungsbereich auf der Aufzeichnungsschicht aufgezeichnet werden. Hier kann, wenn die Amplitude der auf die jeweiligen geteilten Elektroden 201 bis 204 angelegte Spannung zu
V(t) = C e Int(ωt/2π) + D
worin C, D: Konstanten, Int(x) : ganzzahliger Anteil von x,
gemacht wird, Aufzeichnung einer konzentrischen kreisförmigen Form durchgeführt werden. Als nächstes wurde, während die Sondenelektrode 104 in Spiralform vollständig gleich wie während der Aufzeichnung betätigt wurde, Wiedergabe durch Anlegen einer Spannung von 1,5 V zwischen der Sondenelektrode 104 und der Substratelektrode 101 durchgeführt. Als Ergebnis konnten Datensignale kontinuierlich bei einer Auflösung von 0,01 µm oder weniger und bei einer konstanten Geschwindigkeit gelesen werden.
Nun wird das Verfahren zum Zuführen der Sondenelektrode 104 auf eine Vielzahl von Aufzeichnungsbereichen beschrieben. Wie in Fig. 3 gezeigt, wird das Anfangsmaterial 301 zuvor formatiert. D.h., bei ungefähr den Zentralbereichen der jeweiligen Aufzeichnungsbereiche a-1, a-2, ..., b-1, b-2, werden Aufzeichnungs-Bits des Formatierungsmusters 302 wie in Fig. 3(b) gezeigt aufgezeichnet. Gleichzeitig wird die Zuweisung der Sondenelektrode 104 zu dem Zentrum von jedem Aufzeichnungsbereich durch die Antriebsschaitung 112 für die Grobeinsteilung bewirkt, wobei der Mechanismus 113 für die Grobeinstellung dem eingestellten Wert des Mikrocomputers 111 folgt, und der Antrieb der Sondenelektrode 104 während der Aufzeichnung des kreisförmigen Formatierungsmusters 302 durch die zirkuläre Antriebsschaltung 110, den zirkularen Eetriebsmechanismus 109, dem eingestellten Wert des Mikrocomputers folgt. Hier ist die Adresseninformation von jedem Bereich in dem Formatierungsmuster aufgezeichnet. Das Verfahren zum Zuführen der Sondenelektrode 104 zu einem erwünschten Bereich des Aufzeichnungsmaterials 102 nach der Formatierung wird zuerst durch die Zuweisung des Spitzenendes 402 der Sondenelektrode innerhalb des Formatierungsmusters des Aufzeichnungsbereichs wie in Fig. 4 gezeigt durchgeführt (Fig. 4A)
Die Zuweisung wird durch den Mechanismus zur Grobeinstellung 113 bewirkt, aber, da garantiert ist, daß das Spitzenende der Sondenelektrode notwendigerweise in das innere des Formatierungsmusters 403 eintreten wird, ist erforderlich, daß der Radius des Formatierungsmusters größer als die Zuweisungsgenauigkeit des Mechanismus zur Grobeinstellung ist. Als nächstes wird, wie in Fig. 48 gezeigt, kreisförmige Abtastung des Spitzenendes 402 der Sondenelektrode durchgeführt (der Radius der kreisförmigen Abtastung wird geringfügig kleiner als der Radius des Formatierungsmusters genommen). Gleichzeitig kann, wenn das Zentrum 401 des Aufzeichnungsbereichs und das Zentrum 404 der kreisförmigen Abtastung nicht zusammenfallen, die Sondenelektrode das Formatierungsmuster-Bit 403, wie in Fig. 4D gezeigt, während der Abtastung nachweisen, und die Positionsabweichung des Zentrums und die Abweichungsmenge (in der Figur weicht das Zentrum der kreisförmigen Abtastung in der Richtung von zwei Uhr in Bezug auf das Zentrum des Aufzeichnungsbereichs ab) kann aus der nachgewiesenen Position (Abstand Δθ und Position des zentralen Punktes θ&sub0;) bestimmt werden. Hier werden DC-Offset-Spannungen VOS, VOS' wie vorstehend beschrieben zu den an den kreisförmigen Abtastbetriebsmechanismus 109 anzulegenden Antriebsspannungen V+X bis WY hinzugefügt, das Zentrum der kreisförmigen Abtastung wird in Übereinstimmung mit dem des Aufzeichnungsbereichs (Fig. 4C) gebracht. Gleichzeitig wird der Wert des Sondenstroms wie in Fig. 4E gezeigt.
Wie vorstehend beschrieben, wird nach Vervollständigung der Zuführung der Sondenelektrode 104 zu dem erwünschten Aufzeichnungsbereich Aufzeichnung durch kreisförmiges Abtasten der Sondenelektrode 303 rund um das Formatierungsmuster wie in Fig. 3(c) gezeigt (hier des Aufzeichnungsbereichs b-2). Wenn nach Vervollständigung der Aufzeichnung auf dem erwünschten Bereich Aufzeichnung auf einem anderen Aufzeichnungsbereich durchgeführt wird, wird, nachdem man das Zentrum der kreisförmigen Abtastung der Sondenelektrode in Einklang mit dem Zentrum des erwünschten Aufzeichnungsbereichs gebracht hat, Aufzeichnung in ähnlicher Weise durchgeführt.
Hinsichtlich des Verfahrens zum Zuführen während der Wiedergabe wird in ähnlicher Weise das Spitzenende der Sondenelektrode der Zuweisung innerhalb des Formatierungsmusters des erwünschten Aufzeichnungsbereichs unterzogen, und kreisförmige Abtastung wird durchgeführt, um das Zentrum des Aufzeichnungsbereichs mit dem Zentrum der kreisförmigen Abtastung in Einklang zu bringen. Dann werden, wie in Fig. 3 (d) gezeigt, die rund um das Formatierungsmuster aufgezeichneten Daten (hier des Aufzeichnungsbereichs a-2) durch kreisförmige Abtastung der Sondenelektrode 303 wiedergegeben.
Nun wurde, wenn praktische Aufzeichnung und Wiedergabe durch Verwendung des Verfahrens zum Zuführen wie vorstehend beschrieben durchgeführt wurden, typischerweise die Aufzeichnungs-Bitgröße ungefähr 10 nm, die Formatierungsmustergröße ungefähr 100 nm, die Größe von einem Aufzeichnungsbereich ungefähr 10 µm, die Größe des gesamten Aufzeichnungsbereichs ungefähr 10 mm-Quadrat, die Genauigkeit der Zuweisung des kreisförmigen Antriebsmechanismus ungefähr 0,1 nm, die Zuweisungsgenauigkeit des Mechanismus zur Grobeinstellung ungefähr 10 nm, wodurch Aufzeichnung und Wiedergabe mit hoher Dichte, großer Kapazität (ungefähr 1012 Bit/cm²) und einer hohen Zuführgeschwindigkeit (10 ms oder weniger) ermöglicht wurden.
Wie vorstehend beschrieben, kann durch Zuführen einer Sondenelektrode zu einem Aufzeichnungsbereich durch Aufzeichnen eines Umfangs-Formatierungsmusters an dem zentralen Bereich des Aufzeichnungsbereichs und durch Abtasten der Sondenelektrode in Umkreisform, wobei die Positionsbeziehung zwischen dem Abtastmuster und dem Formatierungsmuster nachgewiesen wird, eine Vorrichtung zur Informationsverarbeitung mit einer hohen Kapazität und der Fähigkeit zur Zuführung mit hoher Geschwindigkeit mit einer Zuweisungsgenauigkeit von 1 nm oder weniger mit einem einfachen Aufbau verwirklicht werden, ohne eine komplizierte Verarbeitung wie beispielsweise zweidimensionale Datenverarbeitung usw. durchzuführen. Auch ist nicht erforderlich, daß ein Muster mit einer speziellen Form (verschieden von dem Aufzeichnungs-Bit und der Anordnungsform der Aufzeichnungs-Bits) auf dem Formatierungsmuster als Positions-Standardmuster bereitgestellt wird, und dasselbe Muster wie die Anordnungsform der Aufzeichnungs-Bits kann als solches als Positions-Standardmuster verwendet werden.

Claims

10 Verfahren zum Zuführen der Sondenelektrode (104) eines Rastertunnelmikroskops (STM) zu einem Formatierungsmuster (302) in mindestens einem Aufzeichnungsbereich (a-1, a-2, ...) eines Aufzeichnungsmaterials (301), wobei das Verfahren einen Schritt zur Grobeinstellung, in dem die Sondenelektrode (104) innerhalb des Aufzeichnungsbereichs (a-1, a-2, 000) positioniert wird, und einen Schritt zur Feineinstellung umfaßt, in dem die Sondenelektrode (104) zu einer vorbestimmten Position relativ zu dem Formatierungsmuster (302) gebracht wird, indem Veränderungen des Tunnelstroms nachgewiesen werden, die zwischen der Sondenelektrode und dem Material auftreten,

dadurch gekennzeichnet, daß

das Formatierungsmuster in dem mindestens einen Aufzeichnungsbereich (a-1, a-2, ...) eine kreisförmige Form hat, die von einem Informationsdatenmuster zu umgeben ist,

die Sondenelektrode (104) in dem Schritt zur Grobeinstellung irgendwo innerhalb des Bereichs des kreisförmigen Formatierungsmusters positioniert wird,

die Sondenelektrode (104) in dem Schritt zur Feineinstellung kreisförmig über das Formatierungsmuster abgetastet wird, mit einem kleinerem Radius als dem Radius des Formatierungsmusters (302),

wodurch Positionen nachgewiesen werden, an denen der Abtastweg der Sondenelektrode das kreisförmige Formatierungsmuster (302) überlappt, wobei aus diesen nachgewiesenen Positionen die Menge der Abweichung des Zentrums des kreisförmigen Abtastwegs der Sondenelektrode (104) vom Zentrum des Formatierungsmuster (302) abgeleitet wird,

und die Sondenelektrode (104) entsprechend bewegt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aufzeichnungsmaterial (301) einen elektrischen Speichereffekt hat, bei dem die elektrische Leitfähigkeit eines Teils des Materials (301) in Abhängigkeit von einer zwischen der Sondenelektrode (104) und dem Aufzeichnungsmaterial (301) angelegten Spannung variiert.

3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei Aufzeichnung von Informationen durchgeführt wird, indem man eine Spannung, die eine Schwellenspannung, die den elektrischen Speichereffekt bewirkt, übersteigt, zwischen der Sondenelektrode (104) und dem Material (301) anlegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei die angelegte Spannung eine Impulsspannung ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, wobei Lesen von Information durchgeführt wird, indem man eine Spannung, die eine Schwellenspannung, die den elektrischen Speichereffekt bewirkt, nicht übersteigt, zwischen der Sondenelektrode (104) und dem Aufzeichnungsmaterial (301) anlegt.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die angelegte Spannung eine Vorspannung ist.

7. Verfahren nach Anspruch 2, wobei Löschen von Information durchgeführt wird, indem man eine Spannung, die eine Schwellenspannung, die den elektrischen Speichereffekt bewirkt, übersteigt, zwischen der Sondenelektrode (104) und dem Aufzeichnungsmaterial (301) anlegt.

8. Rastertunnelmikroskop-System, umfassend:

ein Aufzeichnungsmaterial, das ein Formatierungsmuster in mindestens einem Aufzeichnungsbereich (a-1, a-2, ...) trägt; eine Sondenelektrode (104);

Vorspannungseinrichtungen (105) zum Anlegen einer Spannung zwischen der Sondenelektrode (104) und dem Material (301);

Tunnelstrom-Nachweiseinrichtungen (106) zum Nachweisen eines Tunnelstroms, der zwischen der Sondenelektrode (104) und dem Material (301) fließt;

einen Antriebsmechanismus (112, 103, 109) zum Bewegen der Sondenelektrode (104) zu einer Stelle innerhalb des Aufzeichnungsbereichs (a-1, a-2, ...);

Tunnelstrom-Änderungsnachweiseinrichtungen (106, 111) zum Nachweisen von Veränderungen des Tunnelstroms, die auftreten, wenn die Sondenelektrode (104) das Formatierungsmuster (302) überquert; und

Einrichtungen zum Positionieren der Sondenelektrode (104) in einem vorbestimmten Bereich relativ zu dem Formatierungsmuster (302) unter Verwendung der nachgewiesenen Veränderungen des Tunnelstroms;

wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, daß das Formatierungsmuster in dem mindestens einen Aufzeichnungsbereich (a-1, a-2, ...) eine kreisförmige Form hat, die von Informationsdatenmuster zu umgeben ist,

und es ferner Einrichtungen, um die Sondenelektrode (104) irgendwo innerhalb der Fläche des kreisförmigen Formatierungsmusters zu positionieren,

Einrichtungen, um die Sondenelektrode (104) kreisförmig über das Formatierungsmuster mit einem kleineren Radius als dem Radius des Formatierungsmusters (302) abzutasten,

Einrichtungen, um Positionen nachzuweisen, an denen der Abtastweg der Sondenelektrode das kreisförmige Formatierungsmuster (302) überlappt, und Einrichtungen, um aus diesen nachgewiesenen Positionen die Menge der Abweichung des Zentrums des kreisförmigen Abtastwegs der Sondenelektrode (104) vom Zentrum des Formatierungsmusters (302) abzuleiten, und Einrichtungen, um die Sondenelektrode (104) entsprechend zu bewegen, umfaßt.

9. System nach Anspruch 8, wobei das Aufzeichnungsmaterial (301) einen elektrischen Speichereffekt hat, bei dem die elektrische Leitfähigkeit eines Teils des Materials (301) in Abhängigkeit von einer zwischen der Sondenelektrode (104) und dem Material (301) angelegten Spannung variiert.

10. System nach Anspruch 8 oder 9, umfassend Aufzeichnungs- /Löschsignal-Erzeugungseinrichtungen (108) zum Aufzeichnen und Löschen von Information auf/von dem Material (301).