JP2936291B2 - 記録媒体、及びこれを用いた情報処理装置、記録媒体カセット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は走査型トンネル電子顕微
鏡（以下「ＳＴＭ」と記す）の技術を応用し、記録、再
生或いは消去等の処理を行う情報処理装置及び、これに
用いる記録媒体に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報化社会の発展に連れ、大容量
メモリ化技術の開発が行われている。最近ではＳＴＭを
用いた記録再生装置が登場してきた（例えば特開昭６１
−８９６３６号公報等）。ＳＴＭは金属の探針（トンネ
ルチップ）と導電性物質間に電圧を加えてこれらを１ｎ
ｍ程度の距離まで近づけるとトンネル電流が流れること
を利用しているものである。このトンネル電流は両者の
距離変化に敏感である。トンネル電流を一定に保ってプ
ローブ電極を走査することにより実空間の全電子運に関
する種々の情報をも読み取ることができる。この際面内
方向の分解能は０．１ｎｍ程度である。従ってＳＴＭの
原理を応用すれば原子オーダー（サブナノメートル）で
の高密度記録再生を行うことができる。

【０００３】またトンネルチップのアレイを用い、マイ
クロディスク上の記録面を有する記録媒体に書き込まれ
た情報をトンネル電流により読み出す方法も提案されて
いる（特開昭６２−２８１１３８）。これはカンチレバ
ー上にトンネル電流を検出するためのチップを有するプ
ローブにより記録再生を行うものである。

【０００４】他に電気メモリ効果を有する記録媒体を用
い、トンネル電流等の電流を検出することにより記録再
生消去を行うという提案もなされている（特開昭６３−
１６１５５２号、同６３−１６１５５３号公報等）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ＳＴＭは前述したよう
に探針と導電性物質間の距離（Ｚ）変化に敏感である。
トンネル電流を用いた記録再生装置においては記録媒体
を装着する際、ハンドリング時に探針と記録媒体表面が
接触するのを防ぐために最初はなるべく離した状態で記
録媒体を装着する。その後粗動機構により探針と記録媒
体を相対的に近接させる。粗動機構により記録媒体及び
探針を相対的に近づける際には探針の記録面の接触によ
る記録層或いは探針の損傷を生じる恐れがあった。

【０００６】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明は上記課
題を解決するべくなされたものである。

【０００７】 即ち本発明においては、記録媒体の基板
上にＺ軸方向の間隔（探針と記録媒体間の間隔）調整用
の凸形状体を設け、探針の記録面への接触を避け且つ記
録媒体の装着をより容易にしたものである。

【０００８】 本発明の第１は、情報処理装置に設けら
れたプローブヘッドによって情報が記録及び再生される
記録面を有する記録媒体において、前記記録面を一定の
高さで囲むように形成された凸形状体を有し、前記記録
面が前記情報処理装置のプローブヘッドと対向し、且
つ、前記凸形状体が情報処理装置のプローブヘッドを支
持する基板と接するように配置されたときに、前記記録
媒体の基板及び凸形状体と情報処理装置のプローブヘッ
ドを支持する基板とが記録面及びプローブヘッドを内包
する閉空間を形成するように構成されたことを特徴とす
る記録媒体であり、第２は、記録面及び該記録面を一定
の高さで囲むように形成された凸形状体を有する記録媒
体を用い、該記録媒体の記録面に対向して配置される探
針を備えたプローブヘッドを基板上に複数有するマルチ
プローブと、前記記録媒体の記録面と探針との間に記録
及び／又は消去用の電圧を印加する手段と、前記記録媒
体の記録面と探針との間に流れるトンネル電流或いは電
界放出電流を検出して再生を行う手段とを備え、前記基
板に記録媒体の凸形状体が接するように配置されたとき
に、前記記録媒体の基板及び凸形状体と情報処理装置の
マルチプローブとが記録面及びプローブヘッドを内包す
る閉空間を形成するように構成されたことを特徴とする
情報処理装置であり、第３は、前記記録面が、電極と該
電極上に形成された記録層とから形成されたことを特徴
とする上記本発明の記録媒体と、開閉可能なフードを有
し前記記録媒体を収納する容器とからなり、前記記録媒
体の電極に接続された接触電極を容器の外部に設けたこ
とを特徴とする記録媒体カセットであり、第４は、電極
及び該電極上に形成された記録層からなる記録面と、該
記録面を一定の高さで囲むように形成された凸形状体と
を有する記録媒体を、開閉可能なフードを有する容器に
収納し、該容器の外部に前記記録媒体の電極に接続され
た接触電極を設けた記録媒体カセットを用い、該記録媒
体カセットがフードを開いた状態で装着されたときに前
記記録媒体の記録面に対向して配置される探針を備えた
プローブヘッドを基板上に複数有するマルチプローブ
と、前記接触電極を通して記録媒体の電極と探針との間
に記録及び／又は消去用の電圧を印加する手段と、前記
記録媒体の記録面と探針との間に流れるトンネル電流或
いは電界放出電流を検出して再生を行う手段とを備え、
前記基板に記録媒体の凸形状体が接するように配置され
たときに、前記記録媒体の基板及び凸形 状体と情報処理
装置のマルチプローブとが記録面及びプローブヘッドを
内包する閉空間を形成するように構成されたことを特徴
とする情報処理装置である。

【０００９】以下、本発明について図面を用いて詳細に
説明するが、各図面に共通する部分の符号は統一して示
してある。

【００１０】図１に本発明第１の記録媒体を複数の探針
を有する探針支持基板であるマルチプローブに接触させ
た状態の断面該略図を示す。図１において、１はプロー
ブヘッド、２はマルチプローブ、７は記録媒体であり、
３の基板、４の記録層、５の電極、及び６の突起からな
る。８は記録媒体７に設けられた突起６がマルチプロー
ブ２と接触する摺動面である。

【００１１】さらに図１に示したマルチプローブの拡大
断面図を図２に示す。図２において１０が探針、１１が
これを支持するカンチレバー、１３は静電アクチュエー
タ用電極である。

【００１２】図２に示したように、マルチプローブ２
は、探針１０をカンチレバー上に形成させプローブヘッ
ド１とし、それを２次元に配列させたものである。この
マルチプローブ２はマイクロメカニクス技術により前述
の特開昭６２−２８１１３８号公報に記載されていた方
法と同様にして形成させることができる。またこれら複
数のプローブヘッド１はマルチプローブ面全面に存在せ
ず、マルチプローブ面の一部に存在している。

【００１３】 突起６は、本発明の記録媒体に形成され
た凸形状体であり、図１に示したように、基板３の一部
に記録面を囲む閉空間を形成させるように設けられてい
る。本発明にかかる凸形状体の形状は、マルチプローブ
と記録媒体表面との間隔を制御しうるものならば特に限
定されないが、好ましくは凸条であり、記録面を一定の
高さで囲むように形成されたものである。不図示の粗動
機構により探針を近接させる際にはマルチプローブ面が
記録媒体７上に設けたこの突起６に接触するまで移動さ
せることによって、記録再生位置にまで記録媒体７を素
早くマルチプローブ２に平行配置させることが可能にな
る。

【００１４】さらにマルチプローブ面が突起６で区切ら
れる記録面の４倍以上の面積を有していれば記録面がプ
ローブヘッド１の存在する領域よりもはるかに大きくて
もマルチプローブ２を２次元的に一定の間隔を保持した
まま大きく容易に動かすことが可能になる。

【００１５】また、マルチプローブ２及び突起６を平行
配置させた状態においては、記録面はほとんど外気から
ほぼ遮断された状態に保持されるため、記録面を塵の付
着等による損傷から防止することができる。

【００１６】上記記録媒体７上の突起６は記録媒体７に
用いる基板３をリソグラフィーにより電極或いは基板を
エッチング、パターニングすることにより任意の高さ、
幅、位置に形成させることができる。

【００１７】さらに、本発明の記録媒体において、記録
層４にラングミュアーブロジェット法（ＬＢ法）で形成
される有機膜を用いる場合には、突起６上の摺動面８に
も有機膜を形成することができる。この場合、その有機
膜が潤滑保護膜として働き、マルチプローブ２と記録媒
体７の相対的な移動が容易になり好ましい。さらに好ま
しくは、ポリイミド等の高分子膜を用いると摺動面８の
耐久性を向上させることができる。またフッ素原子を含
むポリイミド高分子膜を用いるとより摺動性が向上し、
好ましい結果が得られる。尚、ＬＢ法によるポリイミド
膜の形成についてはＰｏｌｙｍｅｒ Ｊｏｕｒｎａｌ
２０巻 ｐ．２６９（１９８８）に示されている方法と
同様な方法を用いて形成させることが可能である。

【００１８】図２において、探針１０にトンネル電流を
検出或いは記録層に記録するための電圧が印加され、カ
ンチレバー１１によりＺ方向の移動が制御されている。
さらに該カンチレバー１１は静電力或いは圧電体アクチ
ュエータにより変位させることができるが、図２におい
ては、静電力を用いた場合を示してあり、静電アクチュ
エータ電極に電圧を印加することにより、その静電力に
よってカンチレバー１１を駆動することができる。

【００１９】図３は図１の相対したマルチプローブ及び
記録媒体の一部を斜め下方から見た図である。

【００２０】図４に本発明第２の情報処理装置の構成を
示す。

【００２１】図４において、２０１はＸＹステージ、２
０３はマルチプローブ支持台、２０４はマルチプローブ
をＺ軸方向に駆動するＺ軸粗動用リニアアクチュエー
タ、２０５、２０６はＸＹステージ２０１をそれぞれ
Ｘ、Ｙ方向に駆動するリニアアクチュエータ、３１０は
記録再生用のバイアス回路、３０１は探針１０と記録層
４との間に流れるトンネル電流の検出回路、３０２はカ
ンチレバーをＺ軸方向に移動させるためのＺ軸微動用サ
ーボ回路、３０３はリニアアクチュエータを駆動するた
めのＺ軸粗動用サーボ回路、３０４はカンチレバーをＺ
軸方向に動かすための駆動回路、３１１はＸＹステージ
の位置制御を行うＸＹ走査駆動回路、３０９はこれらの
走査を制御するコンピュータである。

【００２２】次に図６、図７に本発明第３の記録媒体カ
セットの斜視図及び断面図を示す。この記録媒体カセッ
ト６０１は開閉可能なフード６０２を有した容器内に記
録媒体７を外気からほぼ遮断された状態で封入し、記録
媒体７の電極に接続された接触電極６０３を記録媒体カ
セット外部に設けている。

【００２３】このように記録媒体をカセット化すること
により、情報処理装置に装着していない場合においても
外気に晒されることがなく、記録媒体７の損傷、塵等の
付着を防止できる。

【００２４】図８に図６に示した記録媒体カセットを記
録再生装置に装着した状態、即ち本発明第４の情報処理
装置の断面図を示した。図８においては、記録媒体カセ
ットの挿入部分の断面図を示す。図中８０４はマルチプ
ローブ２のＸＹ駆動機構、８０５はＺ軸駆動機構であ
る。本発明第４の情報処理装置は、本発明第３の記録媒
体カセット６０１が装着可能であること、該記録媒体カ
セット６０１装着時にフード６０２を開ける機構を有
し、記録媒体カセット６０１内の記録媒体７が情報処理
装置８０３内のマルチプローブ２と面合わせを行うこと
が可能な状態になること、接触電極６０３によって情報
処理装置８０３と記録媒体７を電気的に接続して探針と
記録媒体７の電極に電圧を印加し、探針に流れる電流を
検出し、記録、再生或いは消去の情報処理を行うことが
できること以外は基本的には図４に示した本発明第２の
情報処理装置と同じである。

【００２５】

【実施例】実施例１ 図４に示した情報処理装置を用い、記録再生消去実験を
行った。

【００２６】先ず突起が形成されたドーピングされたシ
リコンからなる記録基板に４，４’−ジアミノジフェニ
ルエーテル及び無水ピロメリット酸からなるポリイミド
をＬＢ法により４層形成させ、これを記録層に用いた。
この時ポリイミド記録層の厚さは約１．６ｎｍであっ
た。この記録媒体を記録再生装置に装着し、情報処理装
置とした。

【００２７】マルチプローブは図１に示すような中央の
一部にプローブヘッドを有するものを用いた。プローブ
ヘッド以外の平らな部分はマルチプローブが記録面間を
一定間隔に保ちながら移動するときに記録媒体に設けた
突起と接する摺動面として作用する。

【００２８】装着はプローブヘッド或いは探針が記録層
に接触しないように数ｍｍ以上離れた位置で行った。こ
の状態からＺ軸粗動機構を用いて記録媒体を接近させ
た。接近の際には探針と電極との間に電圧を印加せず
に、即ちトンネル電流の検出及び検出した結果に基づく
フィードバックをかけることなく接近させた。マルチプ
ローブ及び記録媒体の相対的な接近はマルチプローブが
記録媒体の一部に設けられた突起に接触するまで行い、
接触と共にＺ軸粗動機構の動きを停止し、その位置を保
持する。この時Ｚ方向の間隔は物理的な突起によって制
御されるためにミクロンオーダーの一定間隔を保つため
の制御動作は不要である。

【００２９】次に探針と記録媒体の電極との間に＋１．
５Ｖの電圧を印加し、電流をモニターしながら探針と記
録層表面との距離（Ｚ）を調整した。この時、探針と記
録層表面との距離Ｚを制御するための電流Ｉｐを１０
^-10 Ａ≧Ｉｐ≧１０^-11 Ａになるように設定して情報の
記録を行った。かかる情報の記録は、探針を＋側、基板
電極を−側にして、ポリイミドＬＢ膜４層が低抵抗状態
（ＯＮ状態）に変化するしきい値電圧Ｖ_thＯＮ以上の矩
形パルス電圧（図５）を加えて行った。その結果、記録
ビットにおいては１０ｎＡ程度のプローブ電流が流れ、
ＯＮ状態となっていることが示された。

【００３０】尚、プローブ電圧を電気メモリ材料がＯＮ
状態からＯＦＦ状態に変化するしきい値電圧Ｖ_thＯＦＦ
以上の１０Ｖに設定し、再び記録位置をトレースした結
果、全ての記録状態が消去されＯＦＦ状態に遷移したこ
とが確認された。

【００３１】また本実施例において、記録層はＬＢ法に
より形成したが、蒸着法、吸着法等の無機、有機記録材
料が形成できる方法ならばいずれを用いても良い。

【００３２】次に記録媒体及びマルチプローブをリニア
アクチュエータによりＸＹステージを駆動させることに
より相対的に２次元的に大きく移動させた。この時カン
チレバーをトンネル電流等の電流を検知できない領域ま
で上方に移動させた。プローブヘッドはマルチプローブ
面の一部にしか存在していないためにプロ−ブヘッド或
いは探針は記録媒体に接触することなく、記録面の任意
の場所にプローブヘッドを配置させることが可能であ
る、ということを確認した。

【００３３】実施例２ 実施例１で用いたポリイミドの代わりに２，２−ビス
（４，４’ジアミノジフェニル）−１，１，１，３，
３，３−ヘキサフルオロプロパン及び無水ピロメリット
酸からなるポリイミドをＬＢ法により４層形成させ、こ
れを記録層に用い、同様の実験を行い、実施例１と同様
な結果が得られた。

【００３４】実施例３ 図６に示した記録媒体カセットを用い、記録再生消去実
験を行った。

【００３５】先ず、突起が形成された記録基板に４，
４’−ジアミノジフェニルエーテル及び無水ピロメリッ
ト酸からなるポリイミドをＬＢ法により４層形成させ、
これを記録層に用いた。この時ポリイミド記録層の厚さ
は約１．６ｎｍであった。この記録媒体を図７に示した
ように容器内に配置し、記録媒体カセットとした。

【００３６】このカセットを記録再生装置に装着した。
この記録再生装置にはフックが設けられており、記録媒
体カセット装着時にはそのフードに設けられたフックを
引っかけて該フードを開けることができるようになって
いる。また、記録媒体カセットを抜き出す際にはカセッ
ト内に設けられたバネ等の復元機構によりフードを閉め
るようになっている。本実施例においても実施例１と同
様の実験を行い、同様な結果が得られた。

【００３７】

【発明の効果】 本発明によると、次のような効果を得
ることができる。記録媒体を記録再生装置へ装着する
ことが容易になった。記録媒体に設けた凸形状体によ
り、マルチプローブを記録面で大きく移動させる際にミ
クロンオーダーで一定間隔を保持するのが容易である。
記録再生時に外気に触れる領域が少なくなったので塵
芥等による記録媒体の劣化等が軽減される。記録媒体
の凸形状体の、情報処理装置のプローブヘッドを支持す
る基板（マルチプローブ）と接する摺動面に有機薄膜を
形成させた場合、該摺動面の耐久性を向上させると共に
摺動性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の記録媒体をマルチプローブに接触させ
た状態の断面図である。

【図２】図１中のマルチプローブの拡大断面図である。

【図３】図１の相対したマルチプローブ及び記録媒体の
一部を斜め下方から見た図である。

【図４】本発明の情報処理装置の構成を示す図である。

【図５】実施例において印加した矩形パルス電圧波形を
示す図である。

【図６】本発明の記録媒体カセットの斜視図である。

【図７】本発明の記録媒体カセットの断面図である。

【図８】本発明の情報処理装置の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ プローブヘッド ２ マルチプローブ ３ 基板 ４ 記録層 ５ 電極 ６ 突起 ７ 記録媒体 ８ 摺動面 １０ 探針 １１ カンチレバー １３ 静電アクチュエータ用電極 ２０１ ＸＹステージ ２０３ マルチプローブ支持台 ２０４ リニアアクチュエータ ２０５ リニアアクチュエータ ２０６ リニアアクチュエータ ３０１ トンネル電流検出回路 ３０２ Ｚ軸微動用サーボ回路 ３０３ Ｚ軸粗動用サーボ回路 ３０４ Ｚ駆動回路 ３０９ コンピュータ ３１０ バイアス回路 ３１１ ＸＹ走査駆動回路 ６０１ 記録媒体カセット ６０２ フード ６０３ 接触電極 ８０３ 記録再生装置 ８０４ ＸＹ駆動機構 ８０５ Ｚ駆動機構

フロントページの続き (72)発明者 森川 有子 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平４−155635（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G11B 9/00 G11B 9/04 G11B 23/02

Claims (8)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 情報処理装置に設けられたプローブヘッ
   ドによって情報が記録及び再生される記録面を有する記
   録媒体において、前記記録面を一定の高さで囲むように
   形成された凸形状体を有し、前記記録面が前記情報処理
   装置のプローブヘッドと対向し、且つ、前記凸形状体が
   情報処理装置のプローブヘッドを支持する基板と接する
   ように配置されたときに、前記記録媒体の基板及び凸形
   状体と情報処理装置のプローブヘッドを支持する基板と
   が記録面及びプローブヘッドを内包する閉空間を形成す
   るように構成されたことを特徴とする記録媒体。
2. 【請求項２】 前記凸形状体の、情報装置のプローブヘ
   ッドを支持する基板と接する部分に有機薄膜が形成され
   ていることを特徴とする請求項１記載の記録媒体。
3. 【請求項３】 前記有機薄膜がポリイミドからなること
   を特徴とする請求項２記載の記録媒体。
4. 【請求項４】 前記ポリイミドがフッ素原子を含有する
   ことを特徴とする請求項３記載の記録媒体。
5. 【請求項５】 前記記録面が、電極と該電極上に形成さ
   れた記録層とから形成されたことを特徴とする請求項１
   記載の記録媒体。
6. 【請求項６】 請求項５記載の記録媒体と、開閉可能な
   フードを有し前記記録媒体を収納する容器とからなり、
   前記記録媒体の電極に接続された接触電極を容器の外部
   に設けたことを特徴とする記録媒体カセット。
7. 【請求項７】 記録面及び該記録面を一定の高さで囲む
   ように形成された凸形状体を有する記録媒体を用い、該
   記録媒体の記録面に対向して配置される探針を備えたプ
   ローブヘッドを基板上に複数有するマルチプローブと、
   前記記録媒体の記録面と探針との間に記録及び／又は消
   去用の電圧を印加する手段と、前記記録媒体の記録面と
   探針との間に流れるトンネル電流或いは電界放出電流を
   検出して再生を行う手段とを備え、前記基板に記録媒体
   の凸形状体が接するように配置されたときに、前記記録
   媒体の基板及び凸形状体と情報処理装置のマルチプロー
   ブとが記録面及びプローブヘッドを内包する閉空間を形
   成するように構成されたことを特徴とする情報処理装
   置。
8. 【請求項８】 電極及び該電極上に形成された記録層か
   らなる記録面と、該記録面を一定の高さで囲むように形
   成された凸形状体とを有する記録媒体を、開閉可能なフ
   ードを有する容器に収納し、該容器の外部に前記記録媒
   体の電極に接続された接触電極を設けた記録媒体カセッ
   トを用い、該記録媒体カセットがフードを開いた状態で
   装着されたときに前記記録媒体の記録面に対向して配置
   される探針を備えたプローブヘッドを基板上に複数有す
   るマルチプローブと、前記接触電極を通して記録媒体の
   電極と探針との間に記録及び／又は消去用の電圧を印加
   する手段と、前記記録媒体の記録面と探針との間に流れ
   るトンネル電流或いは電界放出電流を検出して再生を行
   う手段とを備え、前記基板に記録媒体の凸形状体が接す
   るように配置されたときに、前記記録媒体の基板及び凸
   形状体と情報処理装置のマルチプローブとが記録面及び
   プローブヘッドを内包する閉空間を形成するように構成
   されたことを特徴とする情報処理装置。