JP2934057B2 - Probe unit and information recording and / or reproducing apparatus using the same - Google Patents

Probe unit and information recording and / or reproducing apparatus using the same

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    • G11B9/12Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
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    • G11B9/1418Disposition or mounting of heads or record carriers
    • G11B9/1427Disposition or mounting of heads or record carriers with provision for moving the heads or record carriers relatively to each other or for access to indexed parts without effectively imparting a relative movement
    • G11B9/1436Disposition or mounting of heads or record carriers with provision for moving the heads or record carriers relatively to each other or for access to indexed parts without effectively imparting a relative movement with provision for moving the heads or record carriers relatively to each other

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  • Moving Of The Head To Find And Align With The Track (AREA)
  • Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)

Description

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

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、高密度、大容量情報の
記録再生を行うためのプローブユニット及びこれを使用
する情報記録及び/又は再生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 a probe unit for recording / reproducing high-density, large-capacity information and an information recording / reproducing apparatus using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、物質表面及び表面近傍の電子構造
を直接観察でき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.,Helbetica Physica
Acta,55,726(1982)] 、単結晶、非結晶を問わず高分解
能で実空間像の観測ができるようになり、しかもこのS
TMは試料物質に電流による損傷を殆ど与えずに低電力
で測定できる利点をも有し、更には超高真空中のみなら
ず大気中、溶液中でも動作し、種々の材料に対して適用
できるため広汎な応用が期待されている。
2. Description of the Related Art In recent years, a scanning tunneling microscope (hereinafter, referred to as STM) capable of directly observing an electronic structure on and near a material surface has been developed [G. Binnig et al., Helbetica Physica.
Acta, 55, 726 (1982)], real-space images can be observed at high resolution regardless of whether they are single crystals or non-crystals.
TM also has the advantage of being able to measure at low power with little damage to the sample material due to electric current, and because it operates not only in ultra-high vacuum but also in air and solutions, it can be applied to various materials. Extensive applications are expected.

【0003】STMは金属の探針と導電性試料との間に
電圧を印加して、約1nm程度の距離まで近付けると、
トンネル電流が発生する現象を利用している。最近で
は、例えば特開昭63−161552号公報、特開昭6
3−161553号公報に開示されるように、このST
Mの原理を応用し、超高密度記録・再生を主とした情報
処理装置を構成する提案が数多くなされている。即ち、
STMの探針に相当するプローブ電極により、試料に相
当する記録媒体上に物理的変形を与え、又は媒体表面の
電子状態を変化させて情報を記録し、両者間を流れるト
ンネル電流により記録ビットの情報を再生する方法を用
いれば、分子、原子オーダの高密度で大規模情報を記録
再生できるとされている。
In STM, when a voltage is applied between a metal probe and a conductive sample to approach a distance of about 1 nm,
The phenomenon that a tunnel current occurs is used. Recently, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 63-161552 and
As disclosed in JP-A-3-161553, this ST
Many proposals have been made to apply an M principle to configure an information processing apparatus mainly for ultra-high density recording / reproduction. That is,
The probe electrode corresponding to the STM probe gives physical deformation on the recording medium corresponding to the sample, or changes the electronic state of the medium surface to record information. It is said that by using a method for reproducing information, large-scale information can be recorded and reproduced at a high density of the order of molecules and atoms.

【0004】なお、上述の記録方法の内、物理的変形を
与えるには、尖鋭な記録プローブを記録媒体に押圧させ
て凹ませる他に、グラファイト等の記録媒体上ではパル
ス電圧印加によりホールを形成できることが最近報告さ
れている。即ち、プローブ電極を記録媒体表面に近接さ
せた上で、両者間に3〜8V、1〜100μsのパルス
幅で電圧の印加を行うことで、直径約40オングストロ
ーム程度のホールが形成でき、記録ビットとして十分に
使用可能である。一方、電子状態を変化させて記録を行
うには、記録媒体と下地電極とプローブ電極間に電圧を
印加して、微小部分の電気抵抗特性を変化させる方法が
知られており、消去・書換えが容易であるため注目され
ている。
Among the above recording methods, in order to impart physical deformation, a sharp recording probe is pressed against a recording medium to be depressed, and a hole is formed by applying a pulse voltage on a recording medium such as graphite. What can be done recently has been reported. That is, by bringing the probe electrode close to the surface of the recording medium and applying a voltage between the two with a pulse width of 3 to 8 V and 1 to 100 μs, a hole having a diameter of about 40 Å can be formed. Can be used as well. On the other hand, in order to perform recording by changing the electronic state, there is known a method in which a voltage is applied between a recording medium, a base electrode, and a probe electrode to change the electrical resistance characteristics of a minute portion. Attention has been paid to its ease.

【0005】記録媒体としては、電圧−電流特性におい
てメモリ性のスイッチング特性を示す材料、例えばカル
コゲン化物類、π電子系有機化合物の薄膜層が用いら
れ、例えば下地電極上にラングミュア・ブロジェット法
(以下LB法と云う)によって適切な有機物質の累積膜
を作成したものが使用される。
[0005] As the recording medium, a material exhibiting a memory switching characteristic in voltage-current characteristics, for example, a thin film layer of chalcogenides or a π-electron organic compound is used. For example, a Langmuir-Blodgett method ( A film obtained by forming an appropriate organic substance accumulation film by the LB method is used.

【0006】プローブ電極としては、例えばタングステ
ン、Pt−Ir、Pt等の針先端を機械的研磨後に電界
研磨したもの等を圧電素子に取り付けて、印加電圧によ
って変位制御を行うものが一般的である。プローブ電極
を動かす可撓部の製造方法としては、例えば半導体プロ
セス技術を用い、1個の基板上に微細な構造を作る加工
技術(K.E.Peterson,,"Silicon as Mechanical Materia
l",Proceedings of the IEEE,70 vol.420p,1982)があ
る。これによって、図5に示すXY軸方向移動可能な単
結晶シリコン基板1に空孔部1aを設け、シリコン基板
1に舌状部2を片持ち支持で設け、その先端にプローブ
電極3を取り付ける加工も可能になった。
As a probe electrode, for example, one in which a tip of a needle such as tungsten, Pt-Ir, Pt or the like is mechanically polished and then electropolished is attached to a piezoelectric element, and displacement is controlled by an applied voltage. . As a method of manufacturing a flexible portion for moving a probe electrode, for example, a processing technology for forming a fine structure on one substrate using a semiconductor process technology (KEPeterson, "Silicon as Mechanical Materia
l ", Proceedings of the IEEE, 70 vol. 420p, 1982). Thus, a hole 1a is provided in the single-crystal silicon substrate 1 movable in the X and Y directions shown in FIG. The processing of attaching the probe electrode 3 to the tip of the part 2 provided with cantilever support is also enabled.

【0007】この舌状部2は層状の圧電素子と電極から
構成されており、電極間に電圧を印加することによっ
て、プローブ電極3が単結晶シリコン基板1の平面と垂
直方向(Z軸方向)に変化する。勿論、このとき舌状部
2を多数個に配列した変換器アレイを備えた記憶装置を
も実現することができる。なお、このような片持ち構造
の舌状部2の他に、橋梁状の両持ち梁構造のもの知られ
ている。
The tongue-shaped portion 2 is composed of a layered piezoelectric element and electrodes. By applying a voltage between the electrodes, the probe electrode 3 is perpendicular to the plane of the single-crystal silicon substrate 1 (Z-axis direction). Changes to Of course, at this time, it is also possible to realize a storage device provided with a converter array in which a plurality of tongue-shaped portions 2 are arranged. In addition to the cantilever portion 2 having such a cantilever structure, a bridge-like double-supported beam structure is known.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上述の従
来例において、片持ち梁構造のものは外部振動等の影響
を受け易く、精密な変位制御を再現性良く行うために
は、除震機構が要求されている。また、可撓部自体が急
激な変位をする際に寄生振動、即ち発振を起こし易く、
時には変位制御が困難となりプローブ電極3が記録媒体
に接して損傷する可能性が生ずる。この寄生振動を抑止
するために、制御信号の高域周波数特性を遮断すると、
制御の安定性は得られるが、プローブ電極の変位の応答
性が犠牲になる。
However, in the conventional example described above, the cantilever structure is easily affected by external vibrations and the like, and in order to perform precise displacement control with good reproducibility, a vibration isolation mechanism is required. Have been. In addition, when the flexible portion itself undergoes a sudden displacement, parasitic vibration, that is, oscillation easily occurs,
At times, displacement control becomes difficult, and there is a possibility that the probe electrode 3 may be damaged by contact with the recording medium. When the high frequency characteristics of the control signal are cut off to suppress this parasitic oscillation,
Although control stability is obtained, the response of displacement of the probe electrode is sacrificed.

【0009】一方、両持ち梁構造のものでは、プローブ
電極の可撓範囲が比較的小さくなる問題点を有してい
る。
On the other hand, the double-supported beam structure has a problem that the flexible range of the probe electrode is relatively small.

【0010】本発明の目的は、上述の従来例の問題点を
解消し、外部振動の影響を受け難く、プローブの精密変
位制御が可能で、応答速度も速く、プローブの変位量も
大きいプローブユニット及びこれを使用する情報記録及
び/又は再生装置を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a probe unit which solves the above-mentioned problems of the prior art, is less susceptible to external vibrations, enables precise displacement control of the probe, has a high response speed, and has a large probe displacement. And an information recording and / or reproducing apparatus using the same.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明は、異なる弾性特性を有する2つ以上の構造
体で連結した両持ち梁構造の可撓部と、該可撓部に取り
付けたプローブと、前記可撓部を介して該プローブを変
位させる駆動手段とを有することことを特徴とするプロ
ーブユニットである。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a flexible portion having a double-supported beam structure connected by two or more structures having different elastic characteristics, A probe unit comprising: a mounted probe; and a driving unit for displacing the probe via the flexible portion.

【0012】上記特定発明と関連する本発明は、異なる
弾性特性を有する2つ以上の構造体で連結した両持ち梁
構造の可撓部と、該可撓部に取り付けたプローブと、前
記可撓部を介して該プローブを変位させる駆動手段とを
有するプローブユニットを使用し、前記プローブを前記
記録媒体に近接させて前記記録媒体面上の物理量を変化
又は検知することによって情報の記録又は再生を行うこ
とを特徴とする情報記録及び/又は再生装置である。
The present invention, which is related to the above specific invention, comprises a flexible portion having a double-supported beam structure connected by two or more structures having different elastic characteristics, a probe attached to the flexible portion, Using a probe unit having driving means for displacing the probe through the unit, recording or reproducing information by bringing the probe close to the recording medium and changing or detecting a physical quantity on the recording medium surface. An information recording and / or reproducing apparatus characterized in that the information recording and / or reproducing apparatus is performed.

【0013】[0013]

【作用】上述の構成を有するプローブユニット及びこれ
を使用する情報記録及び/又は再生装置は、プローブは
基板に両持ち梁構造で取り付けられ、可動部の一端に取
り付けられているため、プローブの変位制御が確実に実
施でき、また応答速度も速く変位量も大きい。
In the probe unit having the above-described structure and the information recording and / or reproducing apparatus using the same, the probe is mounted on the substrate in a double-supported beam structure, and is attached to one end of the movable part. The control can be performed reliably, the response speed is high, and the displacement is large.

【0014】[0014]

【実施例】本発明を図1〜図4に図示の実施例に基づい
て詳細に説明する。図1は情報処理装置の一実施例の構
成図を示し、XYステージ4上にはXY方向駆動機構5
が載置され、XY方向駆動機構5上には下地電極6を取
り付けた記録媒体7が設けられ、この記録媒体7にプロ
ーブ電極8aが対向するようにプローブユニット8が配
設されていて、プローブユニット8はZ方向粗動機構9
に取り付けられている。プローブ電極8a、下地電極6
には、電圧印加回路10、電流検出回路11が接続さ
れ、電圧印加回路10、電流検出回路11はマイクロコ
ンピュータ12に結線されている。また、XYステージ
4にはXYステージ駆動回路13の出力が接続され、X
Y方向駆動機構5にはXY方向駆動回路14の出力が接
続され、プローブユニット8にはプローブユニット駆動
回路15の出力が接続され、Z方向粗動機構9にはZ方
向粗動駆動回路16の出力が接続され、XYステージ駆
動回路13、XY方向駆動回路14、プローブユニット
駆動回路15、Z方向粗動駆動回路16はマイクロコン
ピュータ12に結線されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in FIGS. FIG. 1 shows a configuration diagram of an embodiment of an information processing apparatus, and an XY direction driving mechanism 5 is provided on an XY stage 4.
And a recording medium 7 having a base electrode 6 attached thereto is provided on the XY-direction drive mechanism 5, and a probe unit 8 is disposed so that the probe electrode 8a faces the recording medium 7. Unit 8 is a Z-direction coarse movement mechanism 9
Attached to. Probe electrode 8a, base electrode 6
Is connected to a voltage application circuit 10 and a current detection circuit 11, and the voltage application circuit 10 and the current detection circuit 11 are connected to a microcomputer 12. The output of the XY stage drive circuit 13 is connected to the XY stage 4,
The output of the XY direction drive circuit 14 is connected to the Y direction drive mechanism 5, the output of the probe unit drive circuit 15 is connected to the probe unit 8, and the Z direction coarse movement drive circuit 16 is connected to the Z direction coarse movement mechanism 9. The outputs are connected, and the XY stage drive circuit 13, the XY direction drive circuit 14, the probe unit drive circuit 15, and the Z direction coarse drive circuit 16 are connected to the microcomputer 12.

【0015】図2はプローブユニット8の斜視図を示
し、基板8bに形成された空孔部8cの周囲の一辺には
例えば幅50μm、長さ300μmの圧電体バイモルフ
板8dが片持ち支持されている。空孔部8cを横断した
圧電体バイモルフ板8dの他端は、バイモルフ板8dと
異なる弾性特性を有するパターン部8eを介して空孔部
8cの対辺に取り付けられ、バイモルフ板8dは両持ち
梁構造となっている。そして、圧電体バイモルフ板8d
の先端にプローブ電極8aが取り付けられている。
FIG. 2 is a perspective view of the probe unit 8. A piezoelectric bimorph plate 8d having a width of, for example, 50 μm and a length of 300 μm is cantilevered on one side around a hole 8c formed in the substrate 8b. I have. The other end of the piezoelectric bimorph plate 8d traversing the hole 8c is attached to the opposite side of the hole 8c via a pattern portion 8e having elasticity different from that of the bimorph plate 8d, and the bimorph plate 8d has a doubly supported structure. It has become. Then, the piezoelectric bimorph plate 8d
The probe electrode 8a is attached to the tip of the.

【0016】このプローブユニット8の形成手順は図3
に示すようになっている。先ず、図3(a) でシリコン半
導体基板8fの両面上に、絶縁膜として膜厚500nm
の窒化シリコン膜8gを高周波スパッタリングにより形
成した後に、図3(b) でフォトリソグラフィ加工によっ
て窒化シリコン膜8g上に、表面のパターン部8eの凹
部及び裏面の空孔部8cの開口を形成する。その後に、
図3(c) に示すように下電極8h、圧電体層8i、中電
極8j、圧電体層8i、上電極8kを順次に形成し、圧
電体バイモルフ板8dが造られる。ここで、下電極8h
にはCrを下引きとしたAuを、中電極8j、上電極8
kにA1を、また圧電体層8iには高周波スパッタリン
グによって堆積した膜厚1.2μmのZnO膜を用いて
いる。
The procedure for forming the probe unit 8 is shown in FIG.
It is shown as follows. First, in FIG. 3A, a 500 nm-thick insulating film is formed on both surfaces of the silicon semiconductor substrate 8f.
After the silicon nitride film 8g is formed by high frequency sputtering, a concave portion of the pattern portion 8e on the front surface and an opening of the hole portion 8c on the rear surface are formed on the silicon nitride film 8g by photolithography in FIG. 3B. Then,
As shown in FIG. 3C, a lower electrode 8h, a piezoelectric layer 8i, a middle electrode 8j, a piezoelectric layer 8i, and an upper electrode 8k are sequentially formed to form a piezoelectric bimorph plate 8d. Here, the lower electrode 8h
Au with Cr as the lower electrode, the middle electrode 8j and the upper electrode 8
A1 is used for k, and a 1.2 μm thick ZnO film deposited by high frequency sputtering is used for the piezoelectric layer 8i.

【0017】更に、図3(d) で圧電体バイモルフ板8d
の表面全体にスパッタリング法によって窒化シリコン膜
を堆積して保護層8Lを形成し、その後に圧電体バイモ
ルフ板8dの先端にAuを蒸着して、円錐突起状のプロ
ーブ電極8aを形成する。そして、図3(e) で下方から
KOH水溶液により異方性エッチングを行って空孔部8
cを形成する。
Further, in FIG. 3D, the piezoelectric bimorph plate 8d
A silicon nitride film is deposited on the entire surface by sputtering to form a protective layer 8L, and then Au is deposited on the tip of the piezoelectric bimorph plate 8d to form a conical protruding probe electrode 8a. Then, as shown in FIG. 3 (e), anisotropic etching is performed with KOH aqueous solution from below to form a hole 8
Form c.

【0018】このようにして形成された圧電体バイモル
フ板8dは、中電極8jに対して上電極8kに正
(負)、下電極8hに正(負)のように両極性の電圧を
加えることにより、圧電体バイモルフ板8dの先端つま
りプローブ電極8aが変位する。図示は省略している
が、プローブ電極8aからの配線、及び圧電体バイモル
フ板8dの駆動電圧を導く回路は、シリコン半導体基板
8f上に形成することができ、それらは電圧印加回路1
0、電流検出回路11、プローブユニット駆動回路15
に接続されている。図2、図3では、1個の圧電体バイ
モルフ板8dのみを示しているが、複数個を併設するこ
とも可能であり、プローブユニット8はプローブ電極8
aが記録媒体7に対向するように、プローブ電極8aを
下向きにしてZ方向粗動機構9に着設されている。
The thus formed piezoelectric bimorph plate 8d applies a bipolar voltage such as positive (negative) to the upper electrode 8k and positive (negative) to the lower electrode 8h with respect to the middle electrode 8j. As a result, the tip of the piezoelectric bimorph plate 8d, that is, the probe electrode 8a is displaced. Although illustration is omitted, the wiring from the probe electrode 8a and the circuit for guiding the driving voltage of the piezoelectric bimorph plate 8d can be formed on the silicon semiconductor substrate 8f.
0, current detection circuit 11, probe unit drive circuit 15
It is connected to the. 2 and 3, only one piezoelectric bimorph plate 8d is shown, but a plurality of piezoelectric bimorph plates can be provided in parallel.
The probe electrode 8a is attached to the Z-direction coarse movement mechanism 9 with the probe electrode 8a facing downward so that the recording medium 7 faces the recording medium 7.

【0019】記録時には、マイクロコンピュータ12か
らの信号によって、XYステージ駆動回路13、XY方
向駆動回路14及びZ方向粗動駆動回路16、Z方向粗
動機構9を駆動して概略の位置合わせを行った後に、X
Y方向駆動回路14、XY方向駆動機構5によってプロ
ーブ電極8aを記録媒体7に対する目的の位置まで移動
し、電圧印加回路10によってプローブ電極8a、記録
媒体7間に例えばパルス電圧を印加すると、記録媒体7
が特性変化を起こして電気抵抗の低い部分が生じ、記録
を行うことができる。
At the time of recording, the signals from the microcomputer 12 drive the XY stage drive circuit 13, the XY direction drive circuit 14, the Z-direction coarse movement drive circuit 16, and the Z-direction coarse movement mechanism 9 to perform approximate alignment. After the X
When the probe electrode 8a is moved to a target position with respect to the recording medium 7 by the Y-direction drive circuit 14 and the XY-direction drive mechanism 5, and a pulse voltage is applied between the probe electrode 8a and the recording medium 7 by the voltage application circuit 10, the recording medium 7
Causes a change in the characteristics, resulting in a portion having a low electric resistance, and recording can be performed.

【0020】再生時には、プローブ電極8aに例えば2
00mVの直流電圧を加えながら、発生するトンネル電
流を電流検出回路11によって検出し、このトンネル電
流が例えば0.1nAの一定値となるように圧電体バイ
モルフ板8dに印加する電圧をマイクロコンピュータ1
2、プローブユニット駆動回路15によって制御し、プ
ローブ電極8aを記録媒体7に対して垂直方向に移動さ
せる。その際の圧電体バイモルフ板8dのフィードバッ
ク駆動量が、記録媒体7上の記録情報に対応しているか
ら、XY方向駆動回路14で駆動されるXY方向駆動機
構5によって、プローブ電極8aを水平面内で移動し
て、情報の再生を行うことが可能となる。また、情報の
消去は三角波パルス電圧等を印加して行うことができ
る。なお、複数のプローブ電極8aが存在する場合に
は、その選択は駆動回路15又はマイクロコンピュータ
12で行えばよい。
At the time of reproduction, for example, 2
A current detecting circuit 11 detects a generated tunnel current while applying a DC voltage of 00 mV, and applies a voltage applied to the piezoelectric bimorph plate 8d to the microcomputer 1 so that the tunnel current becomes a constant value of, for example, 0.1 nA.
2. The probe electrode 8a is moved in a direction perpendicular to the recording medium 7 under the control of the probe unit drive circuit 15. Since the feedback drive amount of the piezoelectric bimorph plate 8d at that time corresponds to the recorded information on the recording medium 7, the XY direction drive mechanism 5 driven by the XY direction drive circuit 14 moves the probe electrode 8a within the horizontal plane. To reproduce the information. Further, information can be erased by applying a triangular pulse voltage or the like. If there are a plurality of probe electrodes 8a, the selection may be made by the drive circuit 15 or the microcomputer 12.

【0021】本実施例では、下地電極6、記録媒体7と
してAu電極上にポリイミドの2層ラングミュア・プロ
ジェット膜を積層したものを用いて、先ず0.1Vのバ
イアス電圧に波高−6V及び+1.5vの連続パルス波
を重畳した電圧を、プローブ電極3、下地電極6間に印
加して記録を行い情報の読取り確認を行った。
In this embodiment, as the base electrode 6 and the recording medium 7, a two-layer Langmuir-Projet film made of polyimide is laminated on an Au electrode. A voltage on which a continuous pulse wave of 0.5 V was superimposed was applied between the probe electrode 3 and the base electrode 6, and recording was performed to confirm reading of information.

【0022】次に、XY方向走査を停止させて、プロー
ブ電極8aの位置制御の安定性の実験を行った。これは
プローブ電極8aと記録媒体7の間に、0.1nA程度
のトンネル電流が流れるように両者を接近させた状態
で、プローブ電極8aのサーボ制御を行いながら、トン
ネル電流目標値を0.1nAと1nAの間で周期的に変
化して、予め直列に挿入した−1.2d(dB/oct)のロ
ーパスフィルタの遮断周波数を変化して、サーボ系が不
安定になる、つまりトンネル電流の実測値が減衰振動又
は発振を生じ始める周波数の測定を行った。その結果、
遮断周波数が3〜5kHz の領域でも安定な変位制御が可
能であることが認められた。なお、この周波数は試料の
支持台まで含めた記録再生装置全体の約8〜10kHz で
ある機械的固有振動数による影響を大きく受けているた
め、プローブユニット8単体での応答周波数は更に高い
と考えられる。
Next, the scanning in the XY directions was stopped, and an experiment on the stability of the position control of the probe electrode 8a was performed. This is because the target of the tunnel current is set to 0.1 nA while performing servo control of the probe electrode 8 a in a state where both are brought close to each other so that a tunnel current of about 0.1 nA flows between the probe electrode 8 a and the recording medium 7. The servo system becomes unstable by changing the cutoff frequency of the low-pass filter of -1.2 dB (dB / oct) inserted in series in advance, ie, the tunnel current is measured. A measurement was made of the frequency at which the value began to cause damped oscillation or oscillation. as a result,
It was confirmed that stable displacement control was possible even in a cutoff frequency range of 3 to 5 kHz. Since this frequency is greatly affected by the mechanical natural frequency of about 8 to 10 kHz of the entire recording / reproducing apparatus including the sample support, the response frequency of the probe unit 8 alone is considered to be higher. Can be

【0023】これに対して、図5に示す従来例の構造の
プローブユニット8を用いた比較実験を行ったところ、
トンネル電流目標値を0.1〜1nAの間で周期的に変
化させた場合には、遮断周波数は10〜30Hz以下であ
る必要が認められた。また、トンネル電流目標値を0.
1〜0.3nAの範囲に限定すると、その遮断数周数を
高めることはできるが100Hz程度に過ぎず、本実施例
のようにkHz のオーダでの安定操作は実現しなかった。
なお、比較実験は先の実施例と同様に特別の除震機構を
付加することなく行っている。
On the other hand, a comparative experiment using a probe unit 8 having a conventional structure shown in FIG.
When the target value of the tunnel current was periodically changed between 0.1 and 1 nA, it was recognized that the cutoff frequency had to be 10 to 30 Hz or less. Further, the tunnel current target value is set to 0.
When the frequency is limited to the range of 1 to 0.3 nA, the number of cutoffs can be increased, but it is only about 100 Hz, and a stable operation on the order of kHz as in this embodiment was not realized.
Note that the comparative experiment was performed without adding a special anti-vibration mechanism as in the previous embodiment.

【0024】従来の片持ち構造において、舌状部2が振
動等に敏感であるのは、舌状部2が長手方向の長さ数1
0〜数100μm程度の微小サイズであることが原因で
あると考えられ、その結果として舌状部2の振動に対す
るQ値が10〜100と極めて高い値になり、寄生振動
が生じ易くなっていた。しかし、本実施例のように梁の
一部に弾性特性の異なるパターン部8eを設けて、圧電
体バイモルフ板8dを両持ち構造とすれば、変位量や感
度を犠牲にすることなく、耐震特性、制御性等の動作特
性に優れたプローブユニット8を実現することができ、
他の耐震構造が省略可能となるので装置の簡易化、小型
化にもつながる。なお、消去は波高値3Vのパルス電圧
をバイアス電圧に重畳することによって行い、情報の読
取り確認も行った。
In the conventional cantilever structure, the reason that the tongue 2 is sensitive to vibration or the like is that the tongue 2 has a length of 1 in the longitudinal direction.
This is considered to be caused by a minute size of about 0 to several hundreds μm. As a result, the Q value with respect to the vibration of the tongue-shaped portion 2 became an extremely high value of 10 to 100, and parasitic vibration was easily generated. . However, if a pattern portion 8e having a different elastic property is provided in a part of the beam as in this embodiment and the piezoelectric bimorph plate 8d has a dual-support structure, the seismic resistance can be reduced without sacrificing the displacement and sensitivity. And a probe unit 8 having excellent operating characteristics such as controllability and the like.
Since other seismic structures can be omitted, the device can be simplified and downsized. The erasing was performed by superimposing a pulse voltage having a peak value of 3 V on the bias voltage, and reading of information was confirmed.

【0025】本実施例では、パターン部8eを窒化シリ
コン膜のフォトリソグラフィプロセスで形状制御して作
成したが、このように圧電体バイモルフ板8dの支持体
と同一材料を選択することによって、製造工程が極めて
単純となり、従来のプローブユニット8の製造工程を殆
ど変更する必要がないため、加工精度や製造コスト面か
ら考えても有効である。この材料、作成方法は本実施例
に限定されず、例えば基板材のシリコンにパターン部8
eとして残す形状に不純物ドープを行って耐エッチング
性を向上し、図3(f) の異方性エッチング工程時に、未
注入領域のみを除去してパターン部8eのパターンを形
成する方法でもよく、或いは基板8bと圧電体バイモル
フ板8dを連結する任意形状の薄膜を形成した後に、レ
ーザー光や電子線等のエネルギによって不要の領域を照
射、加熱除去をすることも可能である。
In this embodiment, the pattern portion 8e is formed by controlling the shape of the silicon nitride film by a photolithography process. In this manner, by selecting the same material as the support of the piezoelectric bimorph plate 8d, the manufacturing process is performed. Is extremely simple, and there is almost no need to change the manufacturing process of the conventional probe unit 8, which is effective from the viewpoint of processing accuracy and manufacturing cost. The material and the method of formation are not limited to those of the present embodiment.
The impurity may be doped into the shape left as e to improve the etching resistance, and at the time of the anisotropic etching step of FIG. 3 (f), only the non-implanted region may be removed to form the pattern of the pattern portion 8e. Alternatively, after forming a thin film of an arbitrary shape connecting the substrate 8b and the piezoelectric bimorph plate 8d, it is possible to irradiate unnecessary regions with energy such as a laser beam or an electron beam and to remove them by heating.

【0026】パターン部8eの材料としては、弾性変形
可能であることが条件となるが、一般に大体の材料は弾
性余効を示すので、金属、絶縁物、無機材料、有機材料
等の適用が考えられるが、加工技術、経時劣化によって
制限される。
The material of the pattern portion 8e is required to be elastically deformable. However, generally, most materials show an elastic after-effect. Therefore, application of metals, insulators, inorganic materials, organic materials and the like is considered. However, it is limited by processing technology and aging.

【0027】図4は第2の実施例によるプローブユニッ
ト8の斜視図を示し、第1の実施例とパターン部8eの
形状が異なり、圧電体バイモルフ板8dは3点で基板8
bに固定されており、他の構成は第1の実施例と同様で
ある。
FIG. 4 is a perspective view of a probe unit 8 according to the second embodiment. The shape of the pattern portion 8e is different from that of the first embodiment, and the piezoelectric bimorph plate 8d has the substrate 8 at three points.
b, and the other configuration is the same as that of the first embodiment.

【0028】このプローブユニット8について第1の実
施例と同様に、記録再生装置に設置して変位制御の安定
性を調べる実験を行ったところ、1〜5kHzの周波数領
域において、安定なサーボ制御が可能であることが確認
されたので、実際の記録、再生装置で使用可能である。
パターン部8eの形状は上述の実施例に限定されず、弾
性定数が小さく、プローブ電極8aの変位を妨げないも
のであれば支障はない。また、このプローブユニット8
はSTM等の走査型トンネル電流検知装置に適用可能で
ある。
An experiment was conducted to examine the stability of the displacement control by installing the probe unit 8 in the recording / reproducing apparatus in the same manner as in the first embodiment. As a result, stable servo control was performed in the frequency range of 1 to 5 kHz. Since it has been confirmed that it is possible, it can be used in an actual recording / reproducing apparatus.
The shape of the pattern portion 8e is not limited to the above-described embodiment, and there is no problem as long as the elastic constant is small and the displacement of the probe electrode 8a is not prevented. In addition, this probe unit 8
Is applicable to a scanning type tunnel current detecting device such as an STM.

【0029】なお上述した実施例は、記録再生装置であ
ったが記録又は再生のみの装置におおいても適用可能で
ある。
Although the above-described embodiment is a recording / reproducing apparatus, it can be applied to a recording / reproducing only apparatus.

【0030】[0030]

【発明の効果】以上説明したように本発明に係るプロー
ブユニット及びこれを使用する情報記録及び/又は再生
装置は、基板に対し異なる弾性特性を示す2つ以上の構
造体で連結した両持ち梁構造の可撓部の一部にプローブ
を取り付けて、このプローブを基板面と垂直方向に変位
させるので、外部振動の影響を受け難く精密な変位制御
が可能で、応答速度も速い。
As described above, the probe unit according to the present invention and the information recording and / or reproducing apparatus using the same have a doubly supported beam connected to a substrate by two or more structures having different elastic characteristics. Since a probe is attached to a part of the flexible portion of the structure and the probe is displaced in the direction perpendicular to the substrate surface, precise displacement control is possible without being affected by external vibration, and the response speed is high.

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

【図1】実施例の構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram of an embodiment.

【図2】プローブユニットの斜視図である。FIG. 2 is a perspective view of a probe unit.

【図3】プローブユニットの製造工程の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of a manufacturing process of the probe unit.

【図4】他の実施例によるプローブユニットの斜視図で
ある。
FIG. 4 is a perspective view of a probe unit according to another embodiment.

【図5】従来例のプローブユニットの斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of a conventional probe unit.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

7 記録媒体 8 プローブユニット 8a プローブ電極 8b 基板 8c 空孔部 8d 圧電体バイモルフ板 8e パターン部 8f シリコン半導体基板 8g 窒化シリコン膜 8h 下電極 8i 圧電体層 8j 中電極 8k 上電極 10 電圧印加回路 11 電流検出回路 12 マイクロコンピュータ Reference Signs List 7 recording medium 8 probe unit 8a probe electrode 8b substrate 8c hole 8d piezoelectric bimorph plate 8e pattern portion 8f silicon semiconductor substrate 8g silicon nitride film 8h lower electrode 8i piezoelectric layer 8j middle electrode 8k upper electrode 10 voltage application circuit 11 current Detection circuit 12 Microcomputer

フロントページの続き (72)発明者 宮▲崎▼ 俊彦 東京都大田区下丸子三丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 高松 修 東京都大田区下丸子三丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−143943(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G11B 9/00 G01N 37/00 G01B 7/34 Continued on the front page (72) Inventor Miya ▲ saki ▼ Toshihiko 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (72) Inventor Osamu Takamatsu 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon (56) References JP-A-4-143943 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) G11B 9/00 G01N 37/00 G01B 7/34

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 異なる弾性特性を有する2つ以上の構造
体で連結した両持ち梁構造の可撓部と、該可撓部に取り
付けたプローブと、前記可撓部を介して該プローブを変
位させる駆動手段とを有することことを特徴とするプロ
ーブユニット。
1. A flexible portion having a doubly supported structure connected by two or more structures having different elastic characteristics, a probe attached to the flexible portion, and displacing the probe via the flexible portion. A driving unit for driving the probe unit.
【請求項2】 異なる弾性特性を有する2つ以上の構造
体で連結した両持ち梁構造の可撓部と、該可撓部に取り
付けたプローブと、前記可撓部を介して該プローブを変
位させる駆動手段とを有するプローブユニットを使用
し、前記プローブを前記記録媒体に近接させて前記記録
媒体面上の物理量を変化又は検知することによって情報
の記録又は再生を行うことを特徴とする情報記録及び/
又は再生装置。
2. A flexible portion having a double-supported beam structure connected by two or more structures having different elastic characteristics, a probe attached to the flexible portion, and displacing the probe via the flexible portion. Recording or reproducing information by using a probe unit having a driving unit for causing the probe to approach the recording medium and changing or detecting a physical quantity on the recording medium surface. as well as/
Or a playback device.
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