JP2934037B2 - 情報記録及び/又は再生装置 - Google Patents

情報記録及び/又は再生装置

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JP2934037B2 JP4249191A JP4249191A JP2934037B2 JP 2934037 B2 JP2934037 B2 JP 2934037B2 JP 4249191 A JP4249191 A JP 4249191A JP 4249191 A JP4249191 A JP 4249191A JP 2934037 B2 JP2934037 B2 JP 2934037B2
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昌宏 多川
俊彦 宮▲崎▼
俊光 川瀬
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、針状電極を用いて記録
媒体に対し情報を記録し、また記録媒体から情報を再生
する情報記録及び/又は再生装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、走査型トンネル顕微鏡の原理を応
用した情報記録再生装置の研究が進められている。走査
型トンネル顕微鏡(以下STMと云う)が開発され、
[G.Binnig et al.,Helvetica Physica Acta.,55,726(19
82)]、単結晶、非結晶を問わず実空間で高い分解能を有
する測定ができるようになった。STMは金属の探針と
導電性物質の間に電圧を加えて、1nm程度の距離まで
近付けるとトンネル電流が流れることを利用している。
この電流は両者の間の距離変化に非常に敏感なため、ト
ンネル電流を一定に保つように探針を走査することによ
り、導電性物質の表面の実空間像を高い分解能で測定す
ることができる。
【0003】STMを用いた測定は導電性材料に限られ
るが、導電性材料の表面に薄く形成された絶縁膜の構造
解析にも応用され始めている。更に、STMは微小電流
を検知する方法を用いているため、測定材料に損傷を与
えず、かつ低電力で観察できる利点をも有する。また、
超高真空中のみならず大気中、溶媒中でも動作し、種々
の材料に対して用いることができるため、広範囲な応用
が期待されている。
【0004】このようなSTMを応用して、使用中に高
密度に情報を書込み、呼び出す情報記録及び/又は再生
装置には、探針つまりプローブ電極をxy方向に微動移
動させるための微動機構が用いられている。従来の微動
機構には、圧電素子を可動部の片側にのみ配置する片押
しタイプと、可動部の両側に一対の圧電素子の伸縮特性
を逆にして配した圧電素子に、位相が逆の駆動電圧を加
える両押しタイプに大別される。
【0005】図4は片押しタイプのものを示した平面図
であり、一体切欠形ばね機構による2自由度微動機構と
なっている。部材1は切り欠きによってL字形の固定部
1aとその他の部分に分かれ、固定部1aのx方向に平
行な腕の内側に、y方向に平行な2個のリンク1bを介
して第1の可動部1cが支持され、可動部1cは固定部
1aに対してx方向に可動とされている。この可動部1
aのy方向に平行な腕の内側にx方向に平行な2個のリ
ンク1dを介して第2の可動部1eが支持されている。
固定部1aのy方向での先端と第1の可動部1cの間に
圧電素子2が取り付けられ、圧電素子2の伸縮により第
1の可動部1cはx方向に駆動される。また、第1の可
動部1cと第2の可動部1e内に圧電素子3が取り付け
られ、この圧電素子3の伸縮により第2の可動部1eは
第1の可動部1cに対してy方向に駆動される。この機
構では、圧電素子2、3に加える電圧によって、第2の
可動部1eを固定部1aに対してxy平面内で移動する
ことができる。
【0006】図5は両押しタイプの微動機構の斜視図で
あり、探針10にはx方向に伸縮する圧電素子11a、
11bがx方向の両側に取り付けられ、y方向に伸縮す
る圧電素子12a、12bがy方向の両側に取り付けら
れ、上方からはz方向に伸縮する圧電素子13が取り付
けられている。圧電素子11〜13の他端は図示しない
固定部に固定されている。圧電素子11、12に加える
電圧により、探針10をxy平行面で駆動できる。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、片押し
タイプの微動機構では圧電素子2、3の温度ドリフトに
よる変位ずれが生じ易く、これを防止するために温度を
高精度で制御すると装置全体を巨大化せざるを得ず、電
気的に温度ドリフトを補正することも容易ではない。ま
た、両押しタイプの場合は温度ドリフトは相殺される
が、圧電素子11、12を直接に探針10に接合してい
るため、x方向とy方向の駆動が完全に独立にはなら
ず、正確な位置決めが不可能で、高速走査に向いていな
い。そして、何れの微動機構も剛性強化が難しいという
問題点を有する。
【0008】本発明の目的は、圧電素子の温度ドリフト
による可動部の変位がなく、同一面内での2つの軸方向
の駆動が独立していて、かつ駆動機構の剛性強化が容易
な情報記録及び/又は再生装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係る情報記録及び/又は再生装置は、書込
み及び読み出しを行うプローブ電極と、該プローブ電極
に対向して設けた記録媒体を相対移動させ情報の記録及
び/又は再生を行う固定部に対し、第1の可動部を第1
の軸方向に案内する第1のばねと、前記第1の可動部を
挟んで前記第1の軸方向に直列に対向して前記固定部に
設けた第1の圧電素子と、前記第1の可動部に対し第2
の可動部を第2の軸方向に案内する第2のばねと、前記
第2の可動部を挟んで前記第2の軸方向に直列に対向し
て前記第1の可動部に設けた第2の圧電素子とから成る
微動機構の第2の可動部に、前記プローブ又は前記記録
媒体を保持することを特徴とするものである。
【0010】
【作用】上述の構成を有する情報記録及び/又は再生装
置は、第1の圧電素子に加える電圧により、第1の可動
部を介して第2の可動部の第1の軸方向の移動及び位置
決めを行い、第2の圧電素子に加える電圧により第2の
可動部の第2の軸方向の移動及び位置決めを行い、第2
の可動部に保持されたプローブ又は記録媒体の相対位置
を変化させる。
【0011】
【実施例】本発明を図1〜図3に図示の実施例に基づい
て詳細に説明する。
【0012】図1は情報記録及び/又は再生装置の構成
図であり、xy方向粗動機構21の上に記録媒体22が
載置され、xy面内での粗動が可能とされており、この
上方にz方向微動粗動機構23が配設され、その下面の
被駆動部に取り付けられたxy方向微動機構24は、電
解研磨法で作成されたタングステン製のプローブ電極2
5を駆動可能に支持し、プローブ電極25の先端は記録
媒体22の表面に近接している。記録媒体22はガラス
を研磨して製作した基板26の上に、クロムを下引層と
して金(Au)を真空蒸着して下地電極27を形成し、
その上にグラファイト(HOPG)から成る記録層28
を導電性接着剤で接着したものであり、記録層28の表
面の記録再生領域は劈開により原子オーダで平滑にされ
ている。一方、情報記録及び/又は再生装置の上位装置
との接続を行うインタフェース29は以下の電気回路を
介して上記の駆動機構及び記録媒体22とプローブ電極
25に接続されている。つまり、情報記録及び/又は再
生装置内の各ブロック間の相互動作の集中制御を行う制
御回路30、書込み読出しデータを制御回路30からの
指示により書込んだり読出したりする書込読出回路3
1、この書込読出回路31からの信号に基づいて、x方
向とy方向との間にパルス状電圧を印加しデータを書込
み、読出し時には読出し電圧を印加する電圧印加回路3
2、x方向とy方向との間に流れる電流を増幅し、これ
を読出し時には読出し情報信号として書込読出回路31
に送る電圧増幅回路33、制御回路30等の指示により
電圧増幅回路33や後述する位置検出回路の信号を基に
x方向やy方向の位置を決定する位置決め回路34、こ
の位置決め回路34からのサーボ信号を基にx方向やy
方向の位置をサーボ制御するサーボ回路35、サーボ回
路35の信号に従ってz方向微動粗動機構23を駆動す
るz方向駆動回路36、サーボ回路35の信号に従いx
y方向微動機構24やxy方向粗動機構21を駆動する
xy方向駆動回路37、x方向とy方向との相対位置を
検出する位置検出回路38が設けられている。
【0013】次に、xy方向微動機構24の構成を図2
の平面図に基づいて説明する。z方向微動粗動機構23
によって紙面に垂直なz方向に可動に支持された枠状の
ベース40の内側に、同様に枠状のフレーム41がx方
向に平行な弾性ヒンジばね42を介して支持され、更に
正方形の可動部43がy方向に平行な弾性ヒンジばね4
4を介してフレーム41の内側に支持されている。弾性
ヒンジばね42はベース40とフレーム41の間のy軸
に平行な部分に2個ずつ取り付けられて平行ばねを構成
し、ベース40に対してフレーム41をy方向に微動可
能としており、弾性ヒンジばね44は同様にx軸に平行
な可動部43とフレーム41の間の部分で、フレーム4
1に対して可動部43をx方向に微動可能としている。
また、ベース40とフレーム41のx軸に平行な2つの
間隙には、y方向に伸縮可能なy方向圧電素子45a、
45bがそれぞれ挟設され、フレーム41と可動部43
のy軸に平行な2つの間隙x方向に伸縮可能なx方向圧
電素子46a、46bがそれぞれ挟設されている。そし
て、可動部43には図1に示すプローブ電極25が取り
付けられ駆動されるようになっており、可動部43をx
方向プラス側に動かすには2つのx方向圧電素子46
a、46bのうち、x方向マイナス側に位置するx方向
圧電素子46aに伸長するような極性の電圧を印加し、
x方向プラス側に位置するx方向圧電素子46bに縮小
するように電圧を印加する。また、例えば可動部43を
y方向プラス側に動かす場合には、y方向圧電素子45
aに縮小する方向に電圧を印加して、圧電素子45bに
伸長するように電圧を印加して、フレーム41をy方向
プラス側に移動することにより、可動部43も共にy方
向に移動される。このように、可動部43は弾性ヒンジ
ばね42、44によってx方向とy方向が独立して、圧
電素子45、46により駆動できる。
【0014】次に、情報記録及び/又は再生装置の動作
を説明する。プローブ電極25は記録媒体22との接触
を避けるため、初期位置は稍々上方にあり、使用時には
z方向微動粗動機構23によって記録媒体22に接近さ
れる。このとき、電圧印加回路32により200mVの
読取り電圧をプローブ電極25と記録媒体22の下地電
極27の間に印加しておき、電流増幅回路33で検出し
ている電流が100pAになるまで接近させ、z方向微
動粗動機構23を保持し、その後にxy方向微動機構2
4を用いて記録媒体22上を走査して記録再生を行う。
記録は記録媒体22の記録領域上を1列ずつプローブ電
極25で走査しながら、制御回路30で指令された書込
み位置で電圧印加回路32よりパルス状電圧を印加する
ことにより行われる。このパルス状電圧はパルス高さ4
V、パルス幅1μSであり、グラファイト膜の電圧を印
加された部分が凹状に変化するための閾値である。再生
は電圧印加回路32よりプローブ電極25と下地電極2
7の間に200mVの読み取り電圧を印加しながら、x
y方向微動機構24を用いてプローブ電極25で記録領
域を走査し、電流増幅回路33での電流の変化から読み
取りを行う。実験では、可動部43のx方向の固有振動
数は約3kHzであり、y方向の固有振動数は約1.5k
Hzであった。また、記録ビットの寸法は直径4nmであ
り、書き込み及び読み出しの条件は上記の例には限定さ
れることはない。
【0015】図3は第2の実施例のxy方向微動機構2
4の平面図を示し、第1の実施例の弾性ヒンジばね4
2、44の代りに平行板ばね51、52が用いられてい
る。ベース40の内側に2組の平行板ばね51を介して
フレーム41がy方向に可動に支持され、y方向圧電素
子45a、45bによりy方向に結合され、y方向に駆
動されるようになっており、フレーム41の内側の可動
部43は平行板ばね52によりx方向に可動とされ、x
方向圧電素子46a、46bによりx方向に駆動される
ようになっている。また、図示しない記録媒体はマイカ
を劈開して得られた平滑な基板の上に金をエピタキシャ
ル成長させ、電気メモリ効果を有するスクアリリウム−
ビス−6−オクチルアズレンをLB法により8層累積し
たものを用いている。その他の構成は第1の実施例と同
様であり、この実施例では従来のものよりも位置決め精
度が向上し、これによる書込み読み出しエラーが改善さ
れた。
【0016】以上の実施例では、何れも可動部43つま
りプローブ電極25のxy方向の微動がx軸とy軸で独
立に行われるため、位置決め精度が向上し、高速走査が
可能である。
【0017】なお、実施例では情報記録再生装置に、x
y方向微動機構を適用したが、STMの走査機構に用い
るものとしてもよい。
【0018】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る情報記
録及び/又は再生装置は、可動部の移動が、2つの軸方
向で独立に行えるため、書き込み、読み出しの位置制御
の精度が高く、高速走査が容易であり、書き込み読み出
しエラーが少ない。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例のブロック回路構成図である。
【図2】xy方向微動機構の平面図である。
【図3】第2の実施例のxy方向微動機構の平面図であ
る。
【図4】従来の片押しタイプの微動機構の平面図であ
る。
【図5】従来の両押しタイプの微動機構の平面図であ
る。
【符号の説明】
40 ベース 41 フレーム 42、44 弾性ヒンジばね 43 可動部 45 y方向圧電素子 46 x方向圧電素子 51、52 平行板ばね
───────────────────────────────────────────────────── 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 G05D 3/00

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 書込み及び読み出しを行うプローブ電極
    と、該プローブ電極に対向して設けた記録媒体を相対移
    動させ情報の記録及び/又は再生を行う固定部に対し、
    第1の可動部を第1の軸方向に案内する第1のばねと、
    前記第1の可動部を挟んで前記第1の軸方向に直列に対
    向して前記固定部に設けた第1の圧電素子と、前記第1
    の可動部に対し第2の可動部を第2の軸方向に案内する
    第2のばねと、前記第2の可動部を挟んで前記第2の軸
    方向に直列に対向して前記第1の可動部に設けた第2の
    圧電素子とから成る微動機構の第2の可動部に、前記プ
    ローブ又は前記記録媒体を保持することを特徴とする情
    報記録及び/又は再生装置。
  2. 【請求項2】 前記第2の軸方向を主走査方向とした請
    求項1に記載の情報記録及び/又は再生装置。
  3. 【請求項3】 前記ばねを板ばねとした請求項1に記載
    の情報記録及び/又は再生装置。
  4. 【請求項4】 前記ばねを弾性ヒンジばねとした請求項
    1に記載の情報記録及び/又は再生装置。
  5. 【請求項5】 前記圧電素子を積層型とした請求項1に
    記載の情報記録及び/又は再生装置。
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