JP2927678B2 - How information is recorded - Google Patents

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JP2927678B2 JP6126639A JP12663994A JP2927678B2 JP 2927678 B2 JP2927678 B2 JP 2927678B2 JP 6126639 A JP6126639 A JP 6126639A JP 12663994 A JP12663994 A JP 12663994A JP 2927678 B2 JP2927678 B2 JP 2927678B2
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徳歓 黄
裕久 内田
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Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan
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Kagaku Gijutsu Shinko Jigyodan
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  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、原子パターンとメモ
リ装置に関するものである。さらに詳しくは、この発明
は、超高密度で大容量な記憶装置等の創出に有用な、原
子パターンとこれを用いたメモリ装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an atomic pattern and a memory device. More specifically, the present invention relates to an atomic pattern and a memory device using the same, which are useful for creating an ultra-high-density and large-capacity storage device.

【0002】[0002]

【従来の技術と課題】従来より、情報をなんらかの物理
状態として保存するための記憶素子として、主にフリッ
プフロップ回路や磁性体の磁化方向の区別を利用するも
のが用いられてきている。フリップロップ回路は、マル
チバイブレータの一種で、動作上で二つの安定状態を持
つもののことで、トランジスタやIC・LSI等の集積
回路上で実現されており、主に2進計数回路やコンピュ
ータのレジスタに用いられている。
2. Description of the Related Art Heretofore, as a storage element for storing information as some physical state, a flip-flop circuit or a storage element utilizing the distinction of the magnetization direction of a magnetic material has been used. A flip-flop circuit is a type of multivibrator and has two stable states in operation. It is implemented on an integrated circuit such as a transistor or IC / LSI, and is mainly used as a binary counter circuit and a computer register. It is used for

【0003】また、磁性体を用いたものは、磁気テープ
や磁気ディスク等に代表される磁気記憶装置として実現
されており、磁気方向の違いによって情報を記憶するも
のである。しかしながら、現在までに、これらの従来の
記憶素子を用いた記憶装置の高性能化はもはや限界に達
しており、さらなる飛躍的な記憶容量の増大は期待でき
ないのが実情である。
A device using a magnetic material is realized as a magnetic storage device represented by a magnetic tape, a magnetic disk, or the like, and stores information according to a difference in magnetic direction. However, up to now, the performance of storage devices using these conventional storage elements has reached the limit, and a dramatic increase in storage capacity cannot be expected.

【0004】この発明は、以上の通りの従来技術の限界
を克服し、高密度・大容量の記憶容量を実現しうる、全
く新しい記憶装置を提供することを目的としている。
An object of the present invention is to provide a completely new storage device which can overcome the above-mentioned limitations of the conventional technology and can realize a high-density and large-capacity storage capacity.

【0005】[0005]

【課題を解決するための手段】この発明は、上記の課題
を解決するために、微細探針と基板との間に電圧パルス
を加えて、基板表面から1個単位の基板構成原子を引き
抜くこと、もしくは基板表面から引き抜いた1個単位
の基板構成原子を基板表面に供給することパターン形
成することによる原子を情報素子とする情報の記録方法
において、基板表面の原子欠陥に原子を供給し、もしく
は供給した原子を再度引き抜いて除去し、表面欠陥によ
るノイズの影響を防ぐことを特徴とする情報の記録方法
を提供する。
According to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, a voltage pulse is applied between a fine probe and a substrate to extract one unit of a substrate constituent atom from the substrate surface. in, or recording method of the information of one substrate constituent atoms of the unit is pulled out from the substrate surface and atomic information element by patterning by supplying to the substrate surface
Supply atoms to the atomic defects on the substrate surface,
Removes and removes the supplied atoms again, causing surface defects.
A method of recording information characterized by preventing the influence of noise .

【0006】[0006]

【0007】[0007]

【作用】つまり、この発明では、STM(走査型トンネ
ル顕微鏡)を構成する微細探針と基板の間に電圧パルス
を加えると、1個単位で原子の引き抜きや供給、さらに
は供給された原子の再除去を行なうことができ、これら
の原子の引き抜きと供給を利用すると、原子1個または
数個からなる特定の原子パターンを作ることができる。
この発明は、形成されたパターンによって、原子単位の
メモリーが構築できるとの知見に基づいて完成されたも
のである。
In other words, according to the present invention, when a voltage pulse is applied between the fine probe constituting the STM (scanning tunneling microscope) and the substrate, the atoms are extracted and supplied one by one, and furthermore, the supplied atoms are removed. Re-removal can be performed, and by utilizing the extraction and supply of these atoms, a specific atomic pattern consisting of one or several atoms can be created.
The present invention has been completed based on the finding that a memory in an atomic unit can be constructed by the formed pattern.

【0008】図1は、この発明における原子の引き抜き
やその供給の様子を示した概念図である。すなわち、ま
ず、図1(a)に示したように、STM探針(1)に
は、基板(2)から取り出された基板構成原子(3)を
貯蔵する。その方法は、ほぼ真空状態において、STM
探針(1)に電圧(V1)を印加し、基板構成原子
(3)を解離させ、これをSTM探針(1)表面上に貯
蔵する。
FIG. 1 is a conceptual diagram showing how atoms are extracted and supplied in the present invention. That is, first, as shown in FIG. 1A, the STM probe (1) stores the atoms constituting the substrate (3) extracted from the substrate (2). The method uses an STM under almost vacuum conditions.
A voltage (V1) is applied to the probe (1) to dissociate the atoms (3) constituting the substrate, and this is stored on the surface of the STM probe (1).

【0009】そして、例えば図1(b)や図1(c)に
示したように、STM探針(1)に印加する電圧を上げ
て(V2:V1<V2)、STM探針(1)表面上に貯
蔵した基板構成原子(3)を、電界蒸発させ、この電界
蒸発した基板構成原子(3)を、基板(2)の表面上
や、基板(2)の表面上の欠損部分に局所的に蒸着させ
る。こうすることにより所定の原子パターンが形成され
ることになる。この原子パターンは、情報記録メモリと
して作用することになる。このため、原子レベルでの高
集積度の記憶装置が構成されることになる。
Then, as shown in FIGS. 1B and 1C, the voltage applied to the STM probe (1) is increased (V2: V1 <V2), and the STM probe (1) The substrate constituent atoms (3) stored on the surface are subjected to electric field evaporation, and the electric field evaporated substrate constituent atoms (3) are locally localized on the surface of the substrate (2) or a defective portion on the surface of the substrate (2). Is vapor deposited. Thus, a predetermined atomic pattern is formed. This atomic pattern acts as an information recording memory. Therefore, a highly integrated storage device at the atomic level is configured.

【0010】そして、この発明では、欠陥(空孔)に原
子を供給することと、供給した原子を再除去すること
で、表面欠陥によるノイズの影響を防ぐことができるば
かりか、記憶内容の修正、消去、再書き込みが可能にな
る。以下、実施例を示し、さらに詳しくこの発明につい
て説明する。
According to the present invention, by supplying atoms to defects (vacancies) and removing the supplied atoms again, not only the influence of noise due to surface defects can be prevented, but also the memory contents can be modified. , Erasing, and rewriting are enabled. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples.

【0011】[0011]

【実施例】実施例1 Si(111)の基板にPをドープしたn型のSiウェ
ハー(0.1Ωcm)から、15×7×0.3mm3
大きさにカットしたものを用い、それを5×10-9Pa
の真空度に真空引きされた走査型トンネル顕微鏡(JE
OL JSTM−4000XV)のサンプルホルダーに
装着した。次いで基板は、3×10-8Pa以上の真空
で、1250℃に加熱して洗浄した。また、STM探針
には、直径0.25mmのタングステン単結晶を用い
た。なお、このSTM探針は、1N濃度のKOHを用い
たエレクトリック・エッチングにより[111]の結晶
軸方向をもっている。
EXAMPLE 1 A Si (111) substrate cut from a P-doped n-type Si wafer (0.1 Ωcm) into a size of 15 × 7 × 0.3 mm 3 was used. 5 × 10 -9 Pa
Scanning tunneling microscope (JE)
(OL JSTM-4000XV). Next, the substrate was heated and washed at 1250 ° C. in a vacuum of 3 × 10 −8 Pa or more. In addition, a tungsten single crystal having a diameter of 0.25 mm was used for the STM probe. The STM tip has a [111] crystal axis direction by electric etching using 1N KOH.

【0012】このSi(111)−(7×7)基板表面
上に単独に再供給したSi原子のSTM写真を示したも
のが図2(a)(b)である。この図2(a)(b)
は、Si原子1つを基板表面から取り出したとき、再供
給した十字線で表わされている別のSi原子1つを含む
領域の表面STM像である。この基板物質に適応した電
圧パルスは、−6V,10msであった。また、このと
きのトンネル電流は0.6nAであった。
FIGS. 2 (a) and 2 (b) show STM photographs of Si atoms re-supplied solely on the Si (111)-(7 × 7) substrate surface. FIGS. 2A and 2B
Is a surface STM image of a region including another Si atom, which is represented by a re-supplied crosshair when one Si atom is taken out from the substrate surface. The voltage pulse adapted for this substrate material was -6 V, 10 ms. At this time, the tunnel current was 0.6 nA.

【0013】図2(a)(b)からは、取り出されたS
i原子は、欠損原子の部分におさまっていることがわか
る。実施例2 実施例1と同様のSi基板とSTM探針を用いて、Si
(111)−(7×7)基板表面上に、鎖状に連続した
Si原子の供給と取り出しを行なった。
From FIGS. 2A and 2B, the extracted S
It can be seen that the i atom is contained in the missing atom. Example 2 Using the same Si substrate and STM probe as in Example 1,
Supply and extraction of Si atoms continuous in a chain were performed on the (111)-(7 × 7) substrate surface.

【0014】図3(a)は、これら一連のSi原子を取
り出す前の状態のSi(111)−(7×7)表面ST
M像を示したものである。このSTM像中に示された円
は、自然欠損部分を示す目印である。この時のSTM像
は、表面の別の位置で5回の電圧パルス(−5.5V,
30ms)を加え、Si原子を取り出した後に撮影され
たものである。また、このときのトンネル電流は0.6
nAであった。
FIG. 3A shows the Si (111)-(7 × 7) surface ST in a state before the series of Si atoms are taken out.
It is an M image. The circle shown in this STM image is a mark indicating a naturally defective portion. The STM image at this time shows five voltage pulses (−5.5 V,
30 ms) and taken out after taking out Si atoms. The tunnel current at this time is 0.6
nA.

【0015】次にSTM探針を図3(a)の左上から右
下の方向に約0.5nm/sの速度で動かし、その移動
中に3回の電圧パルス(−5.5v,30ms)を加え
た。これにより、図3(b)の十字線で表わされている
ように、3つのSi原子からなる鎖状のものが生成され
たことがわかる。供給されたそれぞれのSi原子は、電
圧パルスを加えた位置に約±0.5nmの精度で配置さ
れた。
Next, the STM probe is moved from the upper left to the lower right in FIG. 3A at a speed of about 0.5 nm / s, and three voltage pulses (-5.5 V, 30 ms) during the movement. Was added. This indicates that a chain composed of three Si atoms was generated, as indicated by the crosshairs in FIG. 3B. Each of the supplied Si atoms was arranged at the position where the voltage pulse was applied with an accuracy of about ± 0.5 nm.

【0016】次に、これらの配置した3つのSi原子を
除去することを試みた。この時、設定した電圧パルス
は、−5.5V,30msである。この結果を図3
(c)に示した。この図3(c)からは、供給された3
つのSi原子は、完全に除去されていることがわかる。実施例3 実施例1と同様のSi基板とSTM探針を用いて、Si
(111)−(7×7)基板表面上に、局所領域中に多
くのSi原子を供給することを試みた。
Next, an attempt was made to remove these three arranged Si atoms. At this time, the set voltage pulse is −5.5 V, 30 ms. This result is shown in FIG.
(C). From FIG. 3 (c), the supplied 3
It can be seen that two Si atoms have been completely removed. Example 3 Using the same Si substrate and STM probe as in Example 1,
An attempt was made to supply many Si atoms in the local region on the (111)-(7 × 7) substrate surface.

【0017】まず最初に、Si(111)−(7×7)
基板表面の別の位置で15回の電圧パルス(−5.5
V,30ms)を加え、STM探針上にSi原子を取り
出した。次にSTM探針を別の場所に移動し、15回の
電圧パルス(−5.5V,30ms)を加えて、Si原
子を供給した。その結果のSTM像を図4に示した。こ
の時、供給されたSi原子は26個である。
First, Si (111)-(7 × 7)
At another position on the substrate surface, 15 voltage pulses (−5.5
V, 30 ms), and Si atoms were taken out on the STM probe. Next, the STM tip was moved to another location, and 15 voltage pulses (-5.5 V, 30 ms) were applied to supply Si atoms. The resulting STM image is shown in FIG. At this time, the supplied Si atoms are 26.

【0018】図4からは、大部分のSi原子が、小黒点
で表わされる位置に供給されていることがわかる。図4
中に白抜き三角で表わされている部分は、このSi(1
11)−(7×7)構造のコーナーホールの中心を表わ
すものである。実施例4 実施例1と同様のSi基板とSTM探針を用いて、Si
(111)−(7×7)基板表面上の原子欠損部分にS
i原子を供給することを試みた。
FIG. 4 shows that most of the Si atoms are supplied to the positions indicated by the small black dots. FIG.
The portion represented by a white triangle in the inside is this Si (1
11) represents the center of a corner hole having a (7 × 7) structure. Example 4 Using the same Si substrate and STM probe as in Example 1,
S is present on the (111)-(7 × 7) substrate
An attempt was made to supply i atoms.

【0019】図5(a)は、Si原子の欠損を持つ状態
のSi(111)−(7×7)表面を撮影したSTM像
である。図5(a)中の円で表わされる部分は、特徴的
な欠損部分を表わしたところである。まず最初に、Si
(111)−(7×7)表面の別の位置で5回の電圧パ
ルス(−5.5V,30ms)を加え、STM探針上に
Si原子を取り出した。次にSTM探針を図5(a)中
の矢印で表わされるSi原子欠損部分の位置に移動し、
5回の電圧パルス(−5.5V,30ms)を加え、欠
損部分にSi原子を供給した。その結果を図5(b)に
示した。
FIG. 5A is an STM image of the Si (111)-(7 × 7) surface with the Si atom deficient. The portion represented by a circle in FIG. 5A is a portion that is characteristically missing. First of all, Si
Five voltage pulses (−5.5 V, 30 ms) were applied at another position on the (111)-(7 × 7) surface, and Si atoms were taken out on the STM probe. Next, the STM probe is moved to the position of the Si atom deficient portion indicated by the arrow in FIG.
Five voltage pulses (-5.5 V, 30 ms) were applied to supply Si atoms to the deficient portions. The results are shown in FIG.

【0020】図5(b)からは、図5(a)において、
白抜き三角で表わされていた欠損部分が、この図では白
くなっており、原子欠損部分にSi原子が供給されたこ
とがわかる。
From FIG. 5B, in FIG.
The missing portion represented by the open triangle is white in this figure, indicating that Si atoms have been supplied to the missing atom portion.

【0021】[0021]

【発明の効果】以上詳しく説明した通り、この発明によ
って、欠陥(空孔)へ原子を供給することと、供給した
原子を再除去することによって、表面の欠陥によるノイ
ズの影響を防ぐことができ、記憶内容の修正、消去、再
書き込みが可能となる。またさらに、微細化する電子デ
バイスや記録材料等への応用が可能となり、超高密度・
超大容量な記憶装置の実現が可能となる。
As described above in detail, according to the present invention, by supplying atoms to defects (vacancies) and removing the supplied atoms again, the influence of noise due to surface defects can be prevented. This makes it possible to correct, erase, and rewrite the stored contents. Furthermore, application to electronic devices and recording materials to be miniaturized becomes possible.
An ultra-large capacity storage device can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】(a)(b)(c)は、この発明の原理を示し
た概略図である。
FIGS. 1 (a), 1 (b) and 1 (c) are schematic views showing the principle of the present invention.

【図2】(a)(b)は、この発明の実施例としての基
板表面の状態をSTM像として示した図面代用の写真で
ある。
FIGS. 2 (a) and 2 (b) are photographs instead of drawings showing the state of a substrate surface as an example of the present invention as an STM image.

【図3】(a)(b)(c)は、この発明の実施例とし
ての基板表面の状態をSTM像として示した図面代用の
写真である。
FIGS. 3A, 3B, and 3C are photographs instead of drawings showing the state of a substrate surface as an example of the present invention as an STM image.

【図4】この発明の実施例としての基板表面の状態をS
TM像として示した図面代用の写真である。
FIG. 4 shows the state of the substrate surface as an embodiment of the present invention;
It is a photograph in place of a drawing shown as a TM image.

【図5】(a)(b)は、この発明の実施例としての基
板表面の状態をSTM像として示した図面代用の写真で
ある。
5 (a) and 5 (b) are photographs instead of drawings showing the state of the substrate surface as an example of the present invention as an STM image.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 STM探針 2 基板 3 基板構成原子 1 STM probe 2 Substrate 3 Substrate constituent atoms

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G11B 9/00 G01N 37/00 Continuation of the front page (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) G11B 9/00 G01N 37/00

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 微細探針と基板との間に電圧パルスを加
えて、基板表面から1個単位の基板構成原子を引き抜く
こと、もしくは基板表面から引き抜いた1個単位の基
板構成原子を基板表面に供給することパターン形成す
ることによる原子を情報素子とする情報の記録方法にお
いて、基板表面の原子欠陥に原子を供給し、もしくは供
給した原子を再度引き抜いて除去し、表面欠陥によるノ
イズの影響を防ぐことを特徴とする情報の記録方法。
We claim: 1. applying a voltage pulse between the fine probe and the substrate, by pulling the substrate constituent atoms of the single units from the substrate surface, or the substrate substrate constituent atoms of one unit is pulled out from the substrate surface it atom by patterning by supplying to the surface recording method of information of an information element
Supply or supply atoms to the atomic defects on the substrate surface.
The supplied atoms are pulled out again and removed, and the
A method for recording information characterized by preventing the effects of noise .
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