DE69127381T2

DE69127381T2 - Informationsverarbeitungssystem und Informationsverarbeitungsmethode

Info

Publication number: DE69127381T2
Application number: DE69127381T
Authority: DE
Inventors: Toshimitsu Kawase; Ryo Kuroda; Hiroyasu Nose; Kunihiro Sakai; Akihiko Yamano
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-01-19
Filing date: 1991-01-15
Publication date: 1998-01-22
Anticipated expiration: 2011-01-16
Also published as: EP0438256B1; CA2034296C; US5162819A; EP0438256A3; CA2034296A1; DE69127381D1; EP0438256A2

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft eine Informationsverarbeitungs- Vorrichtung mit einer Aufzeichnungseinrichtung und einer Wiedergabeeinrichtung, die sowohl eine Aufzeichnungskapazität mit hoher Dichte als auch eine Löschfunktion aufweisen. Die Erfindung betrifft ebenfalls ein Infornationsverarbeitungs- Verfahren mit Aufzeichnen und Löschen.
Genauer betrifft die Erfindung eine Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung und ein Aufzeichnungs-/Wiedergabe-Löschverfahren, durch die eine Aufzeichnung durch Ansammeln einer elektrischen Ladung an einer photoleitenden Schicht durchgeführt wird, eine Wiedergabe der aufgezeichneten Informationen durch Erfassung der Menge der elektrischen Ladung als ein elektrischer Strom oder eine Spannung mit einer Fühlerelektrode durchgeführt wird, und ein Löschen der Informationen durch Entladung der gesammelten elektrischen Ladung durch eine Lichtbestrahlung durchgeführt wird.

Verwandter Stand der Technik

In den letzten Jahren wurden Speicherelemente und Speichersysteme bei einer Vielzahl von Anwendungsgebieten wie Computern und verwandten Vorrichtungen, Videoplatten, digitalen Audioplatten usw. verwendet und sind die Schlüsselmaterialien in der Elektroindustrie. Im allgemeinen müssen Speichersysteme die nachstehend beschriebenen Leistungsmerkmale aufweisen:
(1) große Kapazität bei kleinem Volumen,
(2) schnelles Ansprechen bei der Aufzeichnung und der Wiedergabe,
(3) geringe Fehlerrate,
(4) niedriger Energieverbrauch,
(5) hohe Ergiebigkeit und geringe Kosten
usw. Bisher sind für die Speichersysteme hauptsächlich magnetische Speichereinrichtungen und Halbleiter-Speichereinrichtungen verwendet worden. Als Folge des neuerlichen Fortschritts in der Lasertechnik gelangen optische Speichereinrichtungen und dergleichen in Gebrauch, die einen kostengünstigen Aufzeichnungsträger hoher Dichte verwenden. Jedoch gibt es einen praktischen Bedarf an Speichereinrichtungen oder Verfahren, die eine immer noch größere Kapazität und ein kleineres Volumen haben, um die Familienverwendung von Computern anzuwenden und Bildinformationen zu vergrößern.
Demgegenüber wurde ein (nachstehend als STM bezeichnetes) Abtasttunnelmikroskop entwickelt, das eine direkte Beobachtung der elektrischen Struktur eines Atoms an einer Oberfläche eines Leiters ermöglicht (G. Binnig et al., Phys. Rev.Lett. 49 (1982) 57). Durch das STM wurde ein wirkliches räumliches Bild sowohl einer amorphen Substanz wie auch eines einzelnen Kristalls mit einer bemerkenswert hohen Auflösung (in der Größenordnung eines Nanometers oder geringer) meßbar. Das STM verwendet den Tunnelstrom, der durch einen metallischen Fühler fließt, wenn der metallische Fühler nahe an eine elektrisch leitende Substanz bei einem Abstand von etwa 1 nm gebracht wird. Dieser Strom ist derart extrem empfindlich gegenüber eine Veränderung des vorstehend beschriebenen Abstands, daß die Oberflächenstruktur eines wirklichen räumlichen Bildes durch eine derartige Abtastung mit einem Fühler nachverfolgt werden kann, um den Tunnelstrom konstant zu hal ten. Die Analyse durch das STM war nur bei elektrisch leitenden Materialien anwendbar. Jedoch wurde begonnen, das STM für die Analyse der Struktur eines dünnen isolierenden Films anzuwenden, der an einer Oberfläche eines elektrisch leitenden Materials ausgebildet ist. Da die Vorrichtung und die Einrichtung für das STM von der Erfassung eines sehr kleinen Stroms abhängen, kann die Beobachtung vorteilhafterweise ohne Beeinträchtigung des Mediums und mit geringer elektrischer Leistung durchgeführt werden. Außerdem kann der Betrieb des STM in einer atmosphärischen Umgebung durchgeführt werden.
Dementsprechend läßt das STM einen breiten Anwendungsbereich erwarten. Genauer wird die Verwendung als eine Wiedergabevorrichtung zum Auslesen von in einem Muster mit hoher Auflösung geschriebenen Informationen aktiv geprüft. Beispielsweise offenbarten Quate et al. der Stanford University ein Verfahren eines Injizierens einer elektrischen Ladung bei einer isohe renden Schicht-Übergangsfläche durch Anlegen einer Spannung mittels eines STM-Fühlers (zur Aufzeichnung) und Erfassung der Ladung durch einen durch den Fühler fließenden Tunnelstrom (zur Wiedergabe), (C.F. Quate, U.S.-Patent 4 575 822, das den Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche be trifft). Durch Anwendung eines derartigen Verfahrens kann eine Speichereinrichtung mit einer extrem hohen Dichte leicht verwirklicht werden.
Diese Verarbeitung wird insbesondere durch den nachstehend unter Bezug auf Fig. 6 als Beispiel beschriebenen Vorgang durchgeführt. Ein für die Verarbeitung geeignetes Aufzeichnungsmedium bzw. Aufzeichnungsträger weist ein elektrisch leitendes, mit einer Verunreinigung dotiertes Silizium-Halbleitersubstrat 1, eine an dem Substrat 1 ausgebildete Siliziumoxid-Filmschicht 2 und eine an der Siliziumoxid-Filmschicht 2 ausgebildete Siliziumnitrit-Filmschicht 3 auf. Eine Fühlerelektrode 5 wird in Kontakt mit der Siliziumnitrit-Filmschicht gebracht. Durch Anlegen einer Spannung zwischen dem Fühler und dem Substrat mittels einer Spannungsanlegeeinrichtung 4 wird eine vorbestimmte Spannung an die Isolierschicht angelegt. Folglich tunneln Elektronen durch die Isolierschicht, wobei an der Übergangsfläche in der Isolierschicht sich eine elektrische Ladung ansammelt. Bei Fig. 6 bezeichnen die Bezugszeichen a, b, c und d jeweils Bereiche von Daten 1, Daten 2, Daten 3 und Daten 4. Die Bezugszahlen 6 und 7 bezeichnen jeweils die Ladung (oder Daten) an den Positionen 1 und 3. Der Fühler wird dann von der Isolierschicht-Oberfläche entfernt, wobei das getunnelte Elektron in einem eingeschlossenen Zustand zurückgelassen wird. Beim Auslesen der mittels den eingeschlossenen Eletronen aufgezeichneten Informationen wird der Fühler ausreichend nahe an die Siliziumnitrit-Filmschicht und den eingeschlossenen Elektronen gebracht, wobei eine Spannung zwischen dem Substrat und den Fühlern derart angelegt wird, daß ein Tunnelstrom erzeugt wird, wobei gleichzeitig der Abstand des Fühlers von der Isolierschicht- Oberfläche verändert wird.
Üblicherweise weist die Fühlervorspannung zum Auslesen der Daten gegenüber der Fühlervorspannung für die Datenaufzeichnung entgegengesetzte Polarität auf. Der gemessene Tunnelstrom bezeichnet das Vorhandensein oder das Fehlen einer ge sammelten Ladung an der Übergangsfläche in der Isolierschicht. Der Bereich zum Sammeln von 1-Bit-Daten beträgt etwa lediglich 10&supmin;&sup4; µm² des Oberflächenbereichs. Folglich kann eine Speichereinrichtung mit einer großen Kapazität von beispielsweise 100 M Byte in einer Volumen-Größenordnung von etwa 1 cm³ hergestellt werden.
Quate et al. zeigte in der vorstehend erwähnten Patentbeschreibung, daß Informationen, die durch eine durch eine physische Abtastung, einen gebündelten Laserstrahl, einen Elektronenstrahl, ein Anbringen kleiner Partikel oder dergleichen an der Oberfläche eines Aufzeichnungsträgers als auch durch die Ladungsansammlung ausgebildete "Unordnung" (beispielsweise physische Rauheit, Variation eines elektrischen Zustands, usw.) aufgezeichnet sind, leicht durch Verwendung des Tunnelstroms ausgelesen werden können. Praktisch ist die Aufzeichnung durch Ladungsansammlung hinsichtlich der Dichte, der Wiedergabefähigkeit und der Einfachheit der Aufzeichnung vielversprechend.
Das vorstehend beschriebene Aufzeichnungs-/Wiedergabeverfahren weist jedoch den Nachteil auf, daß die einmal aufgezeichneten Informationen nicht leicht wieder gelöscht werden können. Bei einem Löschschritt gemäß dem vorstehend beschriebenen Verfahren ist ein Zugriff mit einem Fühler für jedes einzelne Bit wie bei dem Aufzeichnungsschritt erforderlich. Deshalb steigt die Zeitdauer zum Löschen proportional zu der Menge des Löschens an, wobei für einen breiten Löschbereich ein schnelles Ansprechen nicht leicht erreicht werden kann. Außerdem muß eine Vorspannung mit einer der der gesammelten Ladung entgegengesetzten Polarität angelegt werden. Unter derartigen Umständen ist eine hohe Steuerbarkeit für die Spannung, den Abstand zwischen dem Träger und dem Fühler, usw. erforderlich. Eine Abweichung von den optimalen Bedingungen kann zu einem unzureichenden Löschen oder einer weiteren Sammlung einer Ladung mit entgegengesetzter Polarität führen. Dementsprechend ist ein Löschmechanismus oder ein Löschverfahren wünschenswert, bei dem gleichzeitig auf viele Bits ohne Verwendung eines Fühlers zugegriffen werden kann.
Die EP-A-0 327 236 offenbart eine Bildaufnahmevorrichtung zur Kodierung eines elektrischen Ladungsbildes entsprechend dem optischen Bild eines Objekts. Ein Photowandlerelement weist gemäß einem Ausführungsbeispiel eine an einer Elektrode liegende photoleitende Schicht auf. Eine Photomodulationsschicht und eine dielektrische Spiegelschicht überlagern die photoleitende Schicht, wobei eine transparente Elektrode die Photomodulationsschicht bedeckt.
Die EP-A-0 272 935 offenbart einen Aufzeichnungsträger mit einem elektrischen Speichereffekt. Der Aufzeichnungsträger kann ein aus einem organischen Material bestehender photoleitender Film sein.
Die EP-A-0 390 171 (die gemäß Artikel 54 (3) EPÜ den Stand der Technik bildet) offenbart eine Vorrichtung zur optischen Aufzeichnung von Informationen auf einem Aufzeichnungsträger. Der Aufzeichnungsträger weist eine photoleitende Schicht neben einer Ladungshalteschicht auf, die den Aufzeichnungsbereich bildet.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Informationsverarbeitungs-Vorrichtung, ein Informationsverarbeitungs- Verfahren und einen dafür angewendeten Aufzeichnungsträger zu schaffen, die frei von den vorstehend beschriebenen Nachteilen gemäß dem Stand der Technik bei der Verwendung bei der Aufzeichnung und Wiedergabe durch Ladungssammlung sind, wobei eine bemerkenswert hohe Aufzeichnungsdichte und ein leichtes Löschen ermöglicht wird.
Die Aufgabe wird durch die Erfindung gelöst.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung wird ein Informationsverarbeitungssystem mit einem Aufzeichnungsträger mit zumindest einer darunterliegenden Elektrode, einem isolierenden oder halbleitenden Aufzeichnungsbereich, der elektrische Ladung speichern kann, und einer Einrichtung zur Durchführung von zumindest entweder einer Aufzeichnung von Informationen auf den Aufzeichnungsträger oder einer Wiedergabe von Informationen von dem Aufzeichnungsträger geschaffen, wobei die Einrichtung eine Fühlerelektrode, die die elektrische Ladung übertragen und erfassen kann, und einen Abstandssteuerungsmechanismus zur Steuerung des relativen Abstands zwischen dem Aufzeichnungsbereich und der Fühlerelektrode in drei Dimensionen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger außerdem einen photoleitenden Dünnfilm zwischen der darunterliegenden Elektrode und dem isolierenden oder halbleitenden Aufzeichnungsbereich aufweist, wobei die Einrichtung außerdem einen Licht projizierenden Mechanismus zur Projektion von Licht auf den Aufzeichnungsträger aufweist.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird ein Informationsverarbeitungsverfahren mit den Schritten Anwenden eines Aufzeichnungsträgers mit zumindest einer darunterliegenden Elektrode und einem isolierenden oder halbleitenden Aufzeichnungsbereich, der elektrische Ladung speichern kann, Anwenden einer Fühlerelektrode, die die elektrische Ladung übertragen und Erfassen kann, und Aufzeichnen von Informationen auf den Aufzeichnungsträger durch Anlegen einer Spannung zwischen der darunterliegenden Elektrode und der Fühlerelektrode zum Injizieren der elektrischen Ladung in den Aufzeich nungsbereich geschaffen, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsträger einen photoleitenden Dünnfilm zwischen der darunterliegenden Elektrode und dem isolierenden oder halbleitenden Aufzeichnungsbereich aufweist, sowie durch den Schritt Löschen der aufgezeichneten Informationen durch Projizieren von Licht auf den Aufzeichnungsbereich zur zeitweiligen Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des photoleitenden Dünnfilms, um die elektrische Ladung durch den photoleitenden Dünnfilm zu entladen.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 veranschaulicht einen Umriß einer erfindungsgemäßen Aufzeichnungs-/Wiedergabe-Löschvorrichtung, die eine Übergangsfläche zwischen einem Isolier-Dünnfilm und einem photoleitenden Dünnfilm als Aufzeichnungsbereich anwendet und einen optischen Löschmechanismus aufweist.
Fig. 2 veranschaulicht einen Umriß eines Querschnitts eines Aufzeichnungsträgers gemäß der Erfindung, der eine gitterförmige obere Feinelektrode als Aufzeichnungsbereich aufweist.
Fig. 3 veranschaulicht einen Umriß einer Aufzeichnungs/Wiedergabe-Löschvorrichtung, die aufgezeichnete Informationen durch Projizieren von Licht aus einem LED löscht.
Fig. 4 veranschaulicht ein Blockschaltbild eines als Aufzeichnungs-/Wiedergabe-Löschvorrichtung angewendeten STM.
Fig. 5 veranschaulicht ein Blockschaltbild einer Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung, die kombiniert eine Löschvorrichtung durch Verwendung eines Laserstrahls aufweist.
Fig. 6 veranschaulicht einen Umriß einer herkömmlichen Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung, die Informationen durch Sammlung von elektrischer Ladung an einer Isolierfilmübergangsfläche einer Heterostruktur aufzeichnet und wiedergibt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Erfindungsgemäß wird eine photoleitende Dünnfilmstruktur als Träger für einen Aufzeichnungsbereich verwendet, der eine elektrische Ladung sammeln kann, wobei ein Löschmechanismus und ein Löschverfahren vorgesehen ist, die Löschen durch Lichtprojektion zur zeitweiligen Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des Dünnfilms und zur Entladung der angesammelten elektrischen Ladung durch den Dünnfilm ohne Verwendung eines Fühlers durchführen, wobei ein gleichzeitiger Zugriff auf eine Vielzahl von Bits ermöglicht wird. Nachstehend ist die Erfindung ausführlich beschrieben.
Im Prinzip wird die Aufzeichnung durch Injizierung eines Ladungsträgers (eines Elektrons oder eines positiven Lochs) aus einer Fühlerelektrode in einen Ladungssammelbereich zur Änderung eines elektrischen Zustands oder eines Ladezustands des Bereichs und die Wiedergabe der aufgezeichneten Informationen durch Erfassung der vorstehend beschriebenen Änderung als eine Änderung eines Stroms oder einer Spannung durch Verwendung einer Fühlerelektrode durchgeführt.
Zur Ausbildung des durch die injizierten Ladungsträger zu be legenden Ladungssammelbereichs kann jedes Material mit einer ausreichenden Ebenendichte verwendet werden. Die Ebenen müssen nicht kontinuierlich verteilt sein, sondern können einschließende Ebenen, wie Ebenen an einer Oberfläche oder an einer Übergangsfläche, oder Ebenen einer Unreinheit sein. Die Anwendung einer halbleitenden Substanz oder einer isolierenden Substanz ist vorzuziehen. Die Substanz kann entweder anorganisch oder organisch sein.
Der Ladungssammelbereich ist vorzugsweise physisch unterteilt, wodurch eine Verschiebung der Aufzeichnungsladung oder der gesammelten Ladung beschränkt werden kann, wobei die Aufzeichnungsdichte, die von der verbreiteten Größe der Ladung abhängig ist, höher eingestellt werden kann, und außerdem ein Informationsverlust aufgrund einer Ladungszerstreuung mit verstreichender Zeit deutlich verringert werden kann, wodurch die Eigenschaften verbessert werden.
Der aus wechselseitig isolierten Feinstrukturen zusammengesetzte Ladungssammelbereich kann entsprechend einer bekannten herkömmlichen Technik vorbereitet werden. Beispielsweise kann entsprechend einer in der Halbleiterindustrie weitverbreiteten Photolithographie-Technik ein Isolier- oder Halbleiter- Dünnfilm leicht derart hergestellt werden, daß Feinstrukturen mit einer Größe von nicht mehr als 100 Nanometern ausgebildet werden. Eine geeignete Auswahl des Materials ermöglicht die Ausbildung der Feinstruktur ohne Musterung. Ein Material, bei dem Moleküle oder eine molekulare Anordnung in einem säulenförmigen Zustand oder einem Cluster-Zustand angeordnet sind, wie ein Bacteriorhodopsinfilm und ein anorganischer sehr feiner Partikelfilm weist allgemein Eigenschaften einer bemerkenswert niedrigen elektrischen Leitfähigkeit zwischen den Molekülen oder den Begrenzungen im Vergleich mit der elektrischen Leitfähigkeit innerhalb der Moleküle oder der Anordnung auf. Dementsprechend können elektrisch wechselseitig isolierte Feinstrukturen ohne eine Musterbehandlung leicht ausgebildet werden. Außerdem sind derartige Materialien hinsichtlich der Steuerbarkeit und der Wiedergabefähigkeit der Größe der Feinstrukturen überlegen und für diese Erfindung extrem vorzuziehen.
Der zwischen dem vorstehend erwähnten Ladungssammelbereich und der darunterliegenden Elektrode gehaltene photoleitende Dünnfilm muß ausreichend dünn und gleichmäßig sein, damit der Fluß eines Tunnelstroms ermöglicht wird. Insbesondere beträgt die Dicke vorzugsweise nicht mehr als 100 nm und nicht weniger als 0,3 nm. Weiter vorzugsweise kann bei einer Dicke von nicht mehr als 30 nm und nicht weniger als 0,3 nm ein ausreichender Tunnelstrom ohne Kurzschluß der Elektroden zum Fliessen gebracht werden. Die den Dünnfilm bildenden Materialien und das Verfahren zu dessen Ausbildung sind gemäß der Erfindung auf keinen Fall begrenzt. Beispiele für anwendbare Matenahen schließen anorganische Halbleitermaterialien wie Si, GaAs, CdSe, CdS, ZnS und dergleichen ein, bei denen es sich um typische photoleitende Materialien handelt, sowie eine Vielzahl von photoleitenden organischen Zusammensetzungen mit einem höheren Freiheitsgrad zum Materialentwurf. Außerdem wird der erfindungsgemäße Gegenstand mittels einer bekannten herkömmlichen Filmausbildungseinrichtung wie einer gewöhnlichen Dampfabscheidung, einer molekularen Strahlungsepitaxie, Zerstäubung bzw. Sputtern, Bedecken, usw. erhalten.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht der angewandte Dünnfilm aus einem monomolekularen Film oder einem zusammengesetzten monomolekularen Film, der aus einem organischen Molekül mit einer hydrophilen Stelle und einer hydrophoben Stelle kombiniert zusammengesetzt ist und eine Photoleitfähigkeit zeigt. Der monomolekulare Film oder der zusammengesetzte monomolekulare Film ist bei der Anwendung gemäß dieser Erfindung hinsichtlich dessen hoher Ordnung sehr geeignet und erleichtert die Ausbildung eines gleichförmigen und einwandfreien ultradünnen Films. Besondere Beispiele sind bekannte organische Farbmoleküle, die kombiniert einen hydrophilen Anteil und einen hydrophoben Anteil aufwei sen. Bevorzugte Farbstoffe schließen Cyaninfarbstoffe, Merocyaninfarbstoffe, Phtalocyaninfarbstoffe, Triphenylmethanfarbstoffe, Azulenfarbstoffe und dergleichen ein. Weiterhin sind biotische Materialien wie Chlorophyll, Rhodamin, Chromoprotein wie Cytochrom und dergleichen ebenfalls anwendbar.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Ausbildung der organischen Filmschicht ist ein (nachstehend als LB-Verfahren bezeichnetes) Langmuir-Blodgett-Verfahren. Das LB-Verfahren kann entweder durch eine vertikale Vertiefung oder durch eine horizontale Anhebung durchgeführt werden. Die Filmdicke muß in einigen Fällen einige Nanometer oder weniger betragen und zur Anhebung der Ausbeute des Tunnelstroms gleichförmig sein. Durch das LB-Verfahren wird ein derartiger Film leicht hergestellt.
Die unterliegende Elektrode gemäß der Erfindung kann entweder ein elektrisch leitendes Teil (wie eine Metallplatte oder ein mit einer Verunreinigung dotiertes Halbleitersubstrat) oder ein an einem tragenden Substrat ausgebildeter elektrisch leitender Dünnfilm (wie ein durch ein Dampfabscheideverfahren ausgebildeter Metallfilm) sein, die entsprechend einer bekannten Technik vorbereitet werden können. Die Substratplatte kann aus jedem beliebigen Material wie Metall, Glas, Keramik, Plastik und dergleichen, sowie ebenfalls biotischen Materialien mit einem bemerkenswert niedrigen Wärmewiderstand sein. Das Substrat kann in jeder beliebigen Form vorliegen, wobei es nicht auf eine flache Plattenform beschränkt ist, obwohl eine flache Form bevorzugt ist. Bei dem vorstehend beschne benen LB-Verfahren kann der Film vorteilhafterweise ungeachtet der Oberflächenform des Substrats in derselben Form wie die des Substrats ausgebildet sein.
Die Erfindung wird nachstehend unter Bezug auf Beispiele genauer beschrieben.
Fig. 6 veranschaulicht eine herkömmliche Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung, wobei die Bezugszahl 1 ein Siliziumsubstrat, 2 einen Siliziumoxidfilm, 3 einen Siliziumnitritfilm, 6 elektrische Ladungen an einer Position von Daten 1 und 7 elektrische Ladungen an einer Position von Daten 3 bezeichnen.

Beispiel 1

Nachstehend ist die Erfindung auf der Grundlage von Fig. 1 erläutert.
Eine Glassubstratplatte 8 (#7059, hergestellt von Corning Co.) wurde als Träger verwendet, die zur Hydrophobie behandelt wurde, indem sie gereinigt und stehend für einen Tag in einer gesättigten Dampfatmosphäre aus Hexamethyldisilazan gehalten wurde. Auf diesem Substrat wurde ein Aufzeichnungsträger 14 ausgebildet, der eine geschichtete Struktur mit einer unterliegenden Elektrode 9, einem photoleitenden Dünnfilm 10 und einem isolierenden Dünnfilm 11 hat. Bei diesem Aufzeichnungsträger dient eine Übergangsflächenebene zwischen der Begrenzung 12 zwischen dem photoleitenden Dünnfilm 10 und dem isolierenden Dünnfilm 11 als elektrischer Ladungssammelbereich. Der photoleitende Dünnfilm 10 und der isolierende Dünnfilm 11 sind jeweils ein monomolekularer zusammengesetzter Film, der durch ein LB-Verfahren vorbereitet worden ist. Der Aufzeichnungsträger wurde wie nachstehend beschrieben ausgebildet.
Auf dem vorstehend beschriebenen Glassubstrat 8 wurde Chrom mit einer Dicke von bis zu 5 nm als eine Unterschicht aufgebracht und darauf Gold mit einer Dicke von bis zu 30 nm als die unterliegende Elektrode 9 jeweils durch eine Vakuum- Dampfabscheidung unter Verwendung eines Widerstands- Wärmeverfahrens aufgebracht.
Darauffolgend wurde die photoleitende Schicht 10 darauf durch Aufbauen eines monomolekularen Pigmentfilms entsprechend einem LB-Verfahren, wie nachstehend beschrieben, ausgebildet. Eine Lösung eines Azulen-Pigment-Derivats (insbesondere Quadratsäure-Bis-6-Oktylazulenkationen) in Benzol mit einer Konzentration von 1 mg/ml wurde über eine wässrige Phase von reinem Wasser bei einer Temperatur von 17ºC zur Ausbildung eines monomolekularen Films an der Wasseroberfläche verstreut. Nach Verdampfen des Benzols wurde der Oberflächendruck auf 25 mN/m erhöht. Bei diesem konstant gehaltenen Oberflächendruck wurde die mit der unterliegenden Elektrode darauf ausgebildeten Substratplatte allmählich in einer Richtung des Substrats untergetaucht, die die Wasseroberfläche mit einer Geschwindigkeit von 5 mm/min kreuzt, und dann allmählich mit einer Geschwindigkeit von 5 mm/min zur Ausbildung eines zusammengesetzten monomolekularen Films der Y-Bauart mit zwei Schichten heraufgezogen. Derselbe Vorgang wurde so oft wie erforderlich zur Vorbereitung von monomolekularen zusammengesetzten Filmen des Azulen-Pigment-Derivats wiederholt, die aus 2, 4, 6 und 8 Schichten bestehen (wobei jede Schicht 1,5 nm dick ist).
Weiter wurden darauf ein isolierender monomolekularer Film 11 aus Arachinsäuremolekülen zur Ausbildung eines elektrischen Ladungssammelbereichs 12 an der Übergangsfläche mit der photoleitenden Schicht geschichtet. Der Arachinsäurefilm wurde in einer ähnlichen Weise wie für den Azulen-Pigment-Film entsprechend dem LB-Verfahren bei einer Wassertemperatur von 17ºC und einem Oberflächendruck von 25 mN/m unter Verwendung von Chloroform als Zerstäubungsmittel bei einer Aufbaugeschwindigkeit von 10 mm/min zur Ausbildung eines Films mit zwei Schichten geschichtet (wobei die Filmdicke 5,5 nm beträgt).
Auf dem wie vorstehend beschrieben vorbereiteten und eine aus Filmen 10, 11 und 12 bestehende Aufzeichnungsschicht 13 aufweisenden Aufzeichnungsträger 14 wurde eine Aufzeichnung und eine Wiedergabe durchgeführt. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 dargestellt. Die Aufzeichnung wurde mit der STM-Fühlerelektrode 5, die ausreichend nahe an der unterliegenden Elektrode 9 gehalten wurde, durch Injizierung einer elektrischen Ladung durch Anlegen einer Impulsspannung von 5 Volt und 200 ns zwischen dem STM-Fühler 5 und der unterliegenden Elektrode 9 ausgeführt. Danach wurde der Fühler einmal von dem aufgezeichneten Abschnitt entfernt und dann erneut nahe an den Auf zeichnungsträger für den Wiedergabevorgang gebracht, wobei eine Abtastung des Aufzeichnungsträgers in einer Richtung parallel zu dessen Oberfläche durchgeführt wurde. Folglich wurde bestätigt, daß der zwischen der unterliegenden Elektrode und dem Fühler fließende Tunnelstrom an der Stelle 15 mit der vorab gesammelten Ladung ansteigt. Genauer wurde gefunden, daß in dem Fall, daß die durch eine Spannungsanlegeeinrichtung 4 angelegte Vorspannung bei der Wiedergabe 100 mV beträgt, der Tunnelstrom an der aufgezeichneten Stelle (oder der Stelle, an der die Impulsspannung angelegt wurde) um einen Faktor von zwei bis einige zehnfache ansteigt. Bei dem Aufzeichnungsträger mit einem zusammengesetzten monomolekularen Film aus zwei Schichten wurde gefunden, daß dieser dazu tendiert, die aufgezeichneten Informationen während einer Zeitdauer (beispielsweise nach Stehenlassen für 24 Stunden) zu verlieren.
Zum Löschen der Informationen wurde Licht 16 mit einer mittleren Wellenlänge von etwa 650 nm von oben auf den Aufzeichnungsträger projiziert. Nach diesem Vorgang wurde der Fühler erneut nahe an den Aufzeichnungsträger gebracht, um die Ladungsansammlung zu beobachten, wobei herausgefunden wurde, daß sich die vorab angesammelte Ladung zerstreut hatte und die Informationen gelöscht wurden. Die Ergebnisse sind ebenfalls in Tabelle 1 dargestellt.
Selbst nach Wiederholung des vorstehend beschriebenen Vorgangs konnte der Fühler nahe an die Aufzeichnungsoberfläche ohne Zerstörung der Aufzeichnungsschicht gebracht werden, wobei die Aufzeichnung, die Wiedergabe und das Löschen leicht durchgeführt werden konnte. Tabelle 1

Beispiel 2

Ein Aufzeichnungsträger, der eine Schichtstruktur aufweist, die aus einer unterliegenden Elektrode 91 einem photoleitenden Dünnfilm 10 und einem gitterförmigen Halbleiter-Dünnfilm 17 zur elektrischen Ladungssammlung besteht, wurde auf einem Glassubstrat 8 (#7059, hergestellt von Corning Co.) in derselben Weise wie bei Beispiel 1 ausgebildet. Der Umriß dieser Struktur ist in Fig. 2 dargestellt.
Der photoleitende Film wurde aus einem monomolekularen aufgebauten Film aus einem Phthalocyaninderivat (insbesondere T- Butylkupferphtalocyanin) hergestellt. Der monomolekulare zusammengesetzte Film wurde wie nachstehend beschrieben vorbereitet.
Ein pulveriges Phthalocyaninderivat wurde in Chloroform mit einer Konzentration von 0,2 mg/ml aufgelöst und auf einer Oberfläche einer Wasserphase bei einer Temperatur von 20ºC zur Ausbildung eines monomolekularen Films verstreut. Nach Entfernung des Lösungsmittels durch Verdampfung wurde der Oberflächendruck des monomolekularen Films auf 20 mN/m erhöht. Bei diesem konstant gehaltenen Oberflächendruck wurde die Substratplatte mit der durch ein Dampfabscheideverfahren darauf ausgebildeten unterliegenden Elektrode allmählich in die wässrige Phase in einer Richtung des Substrats eingetaucht, die die Wasseroberfläche mit einer Geschwindigkeit von 10 mm/min kreuzt, und dann allmählich mit einer Geschwindigkeit von 5 mm/min zur Ausbildung eines monomolekularen zusammengesetzten Films der Y-Bauart mit zwei Schichten auf dem Substrat hochgezogen. Derselbe Vorgang wurde viermal wiederholt, um einen monomolekularen zusammengesetzten Film mit 8 Schichten vorzubereiten.
Demgegenüber wurde ein hochfeiner Siliziumpartikel-Film als Halbleiter-Dünnfilm angewendet, der durch Zersetzung von gasförmigem SiH&sub4; mittels eines Plasmas in einer Vakuumkammer und Ablagerung auf dem vorstehend beschriebenen photoleitenden Film 10 mit einer Dicke von 5 nm ausgebildet wurde, und dann bei einer Temperatur von 60ºC und 85 %RH für 24 Stunden zur Oxidierung der Oberfläche der hochfeinen Partikel durch Wasserdampf stehengelassen wurde. Bei diesem Halbleiter- Dünnfilm bestehen Korngrenzen 18 zwischen den Mikrostrukturen. Die Übergangsflächen zwischen den elektrisch isolierten Mikrostrukturen und dem photoleitenden Dünnfilm 10 dienen als der Ladungssammelbereich. Wie vorstehend beschrieben, wurde ein Verteilen der elektrischen Ladung bei der Aufzeichnung und der Sammlung durch physisches Unterteilen des Ladungssammelbereichs unterdrückt. Dadurch kann die Aufzeichnungsdich te, die durch die Größe der Ladungsausbreitung beschränkt wurde, verbessert werden, wobei der Informationsverlust aufgrund der Ladungsdiffusion mit zunehmend verstreichender Zeit deutlich verbessert werden kann.
Aufzeichnung und Wiedergabe wurden mit dem Aufzeichnungsträger 14, der wie vorstehend beschrieben hergestellt worden ist und der eine aus den Abschnitten von 10 und 17 zusammengesetzte Aufzeichnungsschicht 13 aufweist, durch ein STM in derselben Weise wie bei Beispiel 1 durchgeführt. Folglich wurde der Fühler leicht nahe an die Aufzeichnungsoberfläche ohne Zerstörung der Aufzeichnungsschicht gebracht, wobei eine Aufzeichnung leicht durchgeführt wurde. Der Fühler wurde einmal von den aufgezeichneten Stellen entfernt, und erneut nahe an den Aufzeichnungsträger zur Wiedergabe der aufgezeichneten Informationen gebracht, wobei die Wiedergabe leicht durchgeführt wurde. Außerdem wurde gefunden, daß die gesammelte Ladung durch Lichtprojektion wie bei dem Beispiel 1 gelöscht werden kann.
Eine Beobachtung des Aufzeichnungträgers durch ein Abtastelektronenmikroskop zeigte, daß der jeweilige Aufzeichnungs bereich (nämlich die hochfeinen Si-Partikel) nicht größer als etwa 10 nm im Durchmesser ist, wobei der kleinste Bereich einige nm im Durchmesser beträgt, was 10&supmin;&sup5; µm² in der Fläche entspricht, wobei gefunden wurde, daß die Aufzeichnungsdichte im Vergleich mit der vorstehend beschriebenen Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung von Quate um eine Stelle oder mehr verbessert wurde, wobei zusätzlich der Aufzeichnungsträgers leicht ausgebildet werden kann.

Beispiel 3

Durch Verwendung des Aufzeichnungsträgers mit vier monomolekularen zusammengesetzten Filmschichten aus den Aufzeichnungsträgern gemäß dem Beispiel 1 wurden Aufzeichnung und Wiedergabe mit der durch das Blockschaltbild gemäß Fig. 4 dargestellten Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung durchgeführt, wobei ein Löschen wie in Fig. 3 gezeigt durchgeführt wurde.
In Fig. 3 bezeichnet die Bezugszahl 19 einen Träger für ein LED, 20 ein LED, 21 eine Streuungsplatte, und 22 projiziertes Licht.
In Fig. 4 bezeichnet die Bezugszahl 23 einen Mikrocomputer, 24 eine Anzeigeeinrichtung, 25 eine Servo- und Abtastschaltung, 26 eine Z-Richtung-Grobansteuerschaltung, 27 eine XY- Richtung-Grobansteuerschaltung, 29 eine Vorspannungsguelle und einen Fühlerstromverstärker sowie 30 einen Feinbewegungs- Steuermechanismus.
Der Aufzeichnungsträger 14 wurde an einem XY-Tisch 32 befestigt. Der XY-Tisch kann horizontal mit einer Genauigkeit von etwa 0,1 µm innerhalb eines Bereichs von 2 mm durch einen XY- Richtungs-Grobansteuermechanismus 31 horizontal versetzt werden. Zunächst wurde ein Bereich auf dem Aufzeichnungsträger ausgewählt und der Fühler 5 in der Nähe des Aufzeichnungsträgers 14 durch Verwendung eines Z-Richtungs-Grobansteuermecha nismus 28 gebracht. Außerdem wurde der Fühler unter Verwendung der Servoschaltung 25 bei einem Abstand von 1 nm oder weniger näher an die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers gebracht. In diesem Zustand wurde eine Impulsspannung von 5 Volt und 200 ns an die Fühlerelektrode zur Injizierung einer elektrischen Ladung in die Aufzeichnungsschicht 13 zur Durchführung der Aufzeichnung angelegt. Der Fühler wurde dann einmal von der Aufzeichnungsstelle entfernt und zur Wiedergabe erneut nahe an den Aufzeichnungsträger gebracht. Der Fühler wurde dazu gebracht, die Oberfläche des Aufzeichnungsträgers in einer Richtung parallel zu der Oberfläche abzutasten, wobei die aufgezeichneten Daten entsprechend der Intensität des durch den Fühler fließenden Tunnelstroms ausgelesen wurden. Als Folge wurde bestätigt, daß der Tunnelstrom an den Stellen 15 (gemäß Fig. 3) mit einer vorab angesammelten elektrischen Ladung ansteigt. Genauer wurde gefunden, daß der Tunnelstrom bei einer Vorspannung von 100 mV um etwa eine Stelle an den Aufzeichnungsstellen (den Stellen, an denen die Impulsspannung angelegt worden ist) ansteigt.
Ein Löschen wurde dann, wie nachstehend beschrieben, durchgeführt. Auf den an dem XY-Tisch der Aufzeichnungs-/Wiedergabevorrichtung festgehaltenen Aufzeichnungsträger wurde Licht 22 von einem durch einen LED-Träger 19 getragenen roten LED 20 durch eine milchige weiße Streuplatte 21 projiziert. Die Streuplatte 21 (Durchlässigkeit 70 %) wurde zwischen dem LED und dem Aufzeichnungsträger zur gleichförmigen Beleuchtung des gesamten Aufzeichnungsträgers angeordnet. Danach wurde die Licht-Projektionseinrichtung entfernt und der Fühler 5 erneut nahe an den Aufzeichnungsträger zur Beobachtung der Sammlung der Ladung darauf gebracht. Es wurde gefunden, daß die gesammelte Ladung verschwunden war. Das heißt, daß die aufgezeichneten Informationen durch Lichtprojektion gelöscht worden sind.
Selbst nach Wiederholung des vorstehend beschriebenen Vorgangs konnte der Fühler nahe an die Aufzeichnungsoberfläche ohne Zerstörung der Aufzeichnungsschicht gebracht werden, wobei Aufzeichnung, Wiedergabe und Löschen leicht durchgeführt werden konnten.

Beispiel 4

Durch Verwendung des bei dem Beispiel 2 vorbereiteten Aufzeichnungsträgers wurden Aufzeichnung und Löschen von Daten in derselben Weise wie bei dem Beispiel 3 ausgeführt. Ein Blockschaltbild der angewandten Vorrichtung ist in Fig. 5 gezeigt, wobei die Bezugszahl 33 eine Laseransteuer-Stromversorgung darstellt. Dieses Experiment unterschied sich von dem Beispiel 3 dahingehend, daß ein Lichtstrahl 36 als ein ausgegebener Lichtstrahl (mit einer mittleren Wellenlänge etwa 650 nm und einer Leistung von etwa 4 mW) verwendet wurde, der aus einem Halbleiterlaser 34 ausgestrahlt und durch eine Kollimator-Linse 35 auf einen Strahlendurchmesser von etwa 1 µm parallel gerichtet wird. Das Licht wurde von oben senkrecht projiziert, damit der Fühler und die damit verbundenen Einrichtungen nicht für die Lichtprojektion entfernt werden müssen. Bei dem Aufzeichnungsvorgang konnte der Fühler leicht nahe an die Aufzeichnungsoberfläche ohne Zerstörung des Aufzeichnungsträgers oder des Aufzeichnungsbereichs gebracht werden, wobei die Ladung leicht durch eine Spannungsanlegung wie gemäß Beispiel 1 gesammelt werden konnte (was durch den Wiedergabevorgang bestätigt wurde). Außerdem wurde gefunden, daß bei Lichtprojektion mit der vorstehend beschriebenen Vorrichtung die gesammelte Ladung verschwindet. Somit wurde gefunden, daß die Aufzeichnung und das Löschen von Informationen ebenfalls mit dieser Vorrichtung leicht durchgeführt werden können.
Gemäß diesem Beispiel lag der lichtprojizierte Bereich in einer Punktform vor, die durch den Durchmesser des Strahls beschränkt wurde. Jedoch kann leicht erreicht werden, daß der Lichtstrahl einen breiten Bereich zur Projektion von Licht durch horizontale Bewegung des XY-Tischs abtastet, wobei der Aufzeichnungsträger 14 mit der Lichtquelle fest eingestellt gehalten wird. Insbesondere kann dies durch Anwenden des horizontalen Grobansteuermechanismus 31 für die Aufzeichnungs/Wiedergabevorrichtung erreicht werden. Ein Ansteuersystem für den Grobansteuermechanismus, der eine Auflösung und Genauigkeit in der Größenordnung von 0,1 µm oder weniger wie bei dem gemäß diesem Beispiel angewandten linearen Betätigungsglied aufweist, ist im allgemeinen für den Mechanismus zur Lichtstrahlabtastung durch die relative Bewegung des Aufzeichnungsmediums sehr geeignet. Bei Kombination einer Aufzeichnungsvorrichtung und einer Löschvorrichtung kann die Verwendung eines derartigen System Komplikationen und eine Vergrößerung der Mechanismen und des gesamten Systems verhindem, da ein Abtastmechanismus nicht getrennt vorgesehen werden muß.
In dem Fall, bei dem die Aufzeichnung und das Lichtlöschen gleichzeitig und nichtsynchron ausgeführt werden müssen, kann die Aufgabe der Erfindung durch Vorsehen eines Lichtabtastmechanismus, wie eines Lichtstrahlsystems, das einen herkömmlichen Spiegel anwendet, unabhängig von dem Grobansteuermechanismus gelöst werden. Der Mechanismus oder die Art der Abtastung beschränkt die Erfindung nicht.
Erfindungsgemäß wird ein Informationsverarbeitungssystem mit einem einfachen Löschmechanismus angegeben, das eine Auf zeichnung mit hoher Dichte (von 10&supmin;&sup5; bis 10&supmin;&sup6; um² pro Bit) durchführen kann. Die Informationsverarbeitungs-Vorrichtung kann ebenfalls eine Vielzahl von Bits gleichzeitig löschen, wobei sich eine höhere Wiedergabefähigkeit beim Löschen einer großen Menge von Daten sowie eine höhere Ansprechgeschwindigkeit bei den Löschverarbeitungen zeigt.
Die Informationsverarbeitungs-Vorrichtung gemäß der Erfindung erfordert kein derartig kompliziertes Muster oder eine Matrix-Schaltung, wie gewöhnlicherweise bei Halbleiter- Speichern angewendet, wobei dies nicht nur für die Miniatunsierung eines Aufzeichnungsträgers sondern ebenfalls der gesamten Vorrichtung geeignet ist. Außerdem weist die Vorrichtung gemäß der Erfindung eine bemerkenswerte wirtschaftliche Wirkung auf, da für den Aufzeichnungsträger kostengünstige organische Materialien verwendet werden können und der Herstellungsprozeß einfach ist.

Claims

1. Informationsverarbeitungssystem mit

einem Aufzeichnungsträger (14) mit zumindest einer darunterliegenden Elektrode (9), einem isolierenden oder halbleitenden Aufzeichnungsbereich (11), der elektrische Ladung speichern kann, und einer Einrichtung zur Durchführung von zumindest entweder einer Aufzeichnung von Informationen auf den Aufzeichnungsträger oder einer Wiedergabe von Informationen von dem Aufzeichnungsträger, wobei die Einrichtung

eine Fühlerelektrode (5), die die elektrische Ladung übertragen und erfassen kann, und

einen Abstandssteuerungsmechanismus zur Steuerung des relativen Abstands zwischen dem Aufzeichnungsbereich (11) und der Fühlerelektrode (5) in drei Dimensionen aufweist,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Aufzeichnungsträger außerdem einen photoleitenden Dünnfilm (10) zwischen der darunterliegenden Elektrode (9) und dem isolierenden oder halbleitenden Aufzeichnungsbereich (11) aufweist, wobei die Einrichtung außerdem

einen Licht projizierenden Mechanismus (33, 34, 35) zur Projektion von Licht (22) auf den Aufzeichnungsträger (3) aufweist.

2. Informationsverarbeitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsbereich, der elektrische Ladung speichern kann, gegeneinander isolierte feine Strukturen (17) aufweist.

3. Informationsverarbeitungssystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Vorspannungsanlegemechanismus (4) zum Anlegen einer Vorspannung zwischen der darunterliegenden Elektrode (9) und der Fühlerelektrode (5)

4. Informationsverarbeitungssystem nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch einen Mechanismus (28) zur Erfassung und Steuerung des Abstands zwischen dem Aufzeichnungsbereich (11) und der Fühlerelektrode (5) entsprechend der Intensität eines bei Anlegen der Vorspannung zwischen der darunterliegenden Elektrode (9) und der Fühlerelektrode (5) fließenden Stroms

5. Informationsverarbeitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der photoleitende Dünnfilm (10) ein organisches Material aufweist.

6. Informationsverarbeitungssystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der organisches Material aufweisende photoleitende Dünnfilm (10) nicht dicker als 30 nm ist.

7. Informationsverarbeitungssystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der organisches Material aufweisende photoleitende Dünnfilm (10) einen monomolekularen Film oder einen monomolekularen zusammengesetzten Film einer organischen Verbindung mit zumindest einem hydrophilen Anteil und einem hydrophoben Anteil aufweist.

8. Informationsverarbeitungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Aufzeichnungsbereich (11) ein isolierendes oder halbleitendes sowie polykristallines oder mikrokristallines Medium mit einer Kornstruktur aufweist.

9. Informationsverarbeitungsverfahren mit den Schritten Anwenden eines Aufzeichnungsträgers (14) mit zumindest einer darunterliegenden Elektrode (9) und einem isolierenden oder halbleitenden Aufzeichnungsbereich (11), der elektrische Ladung speichern kann, Anwenden einer Fühlerelektrode (5), die die elektrische Ladung übertragen und Erfassen kann, und

Aufzeichnen von Informationen auf den Aufzeichnungsträger (14) durch Anlegen einer Spannung zwischen der darunterliegenden Elektrode (9) und der Fühlerelektrode (5) zum Injizieren der elektrischen Ladung in den Aufzeichnungsbereich (11),

dadurch gekennzeichnet, daß

der Aufzeichnungsträger (14) einen photoleitenden Dünnfilm (10) zwischen der darunterliegenden Elektrode (9) und dem isolierenden oder halbleitenden Aufzeichnungsbereich (11) aufweist, sowie durch den Schritt

Löschen der aufgezeichneten Informationen durch Projizieren von Licht auf den Aufzeichnungsbereich zur zeitweih gen Erhöhung der elektrischen Leitfähigkeit des photoleitenden Dünnfilms (10), um die elektrische Ladung durch den photoleitenden Dünnfilm (10) zu entladen.

10. Informationsverarbeitungsverfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den Schritt Wiedergeben von aufgezeichneten Informationen durch Erfassung der Menge der elektrischen Ladung in dem Aufzeichnungsbereich (11) unter Verwendung der Fühlerelektrode (5).