JP2968624B2 - 探針の走査方法 - Google Patents

探針の走査方法

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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、走査型トンネル顕微鏡
の原理を応用した情報記録再生方式及び情報記録再生装
置の探針の走査方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】高密度記録方法として、従来から種々の
方式が知られているが、代表的なものは磁気記録方式及
び光記録方式である。磁気記録方式では、記録再生に使
用する磁気ヘッド等の装置の制約により記録波長が決ま
り、この場合に1μm程度が限界となる。光記録方式で
は、記録再生に使用される光のビーム径によって記録波
長が制限され、1〜0.5μm程度が限界となってい
る。
【0003】一方、近年では走査型トンネル顕微鏡(以
下STMと云う)が開発され(G.Binnig et all.,Helve
tica Acta,55,726(1982)) 、固体表面状態を水平分解能
が数オングストローム、垂直分解能が1オングストロー
ム以下の高分解能で観測できるようになっている。
【0004】このSTMの原理を用いて、記録媒体の表
面上に凹凸又は電子状態の変化をnmの単位で記録再生
することが、例えば特開昭63−161552号公報、
同161553号公報に開示されている。このSTMの
原理を利用した従来の情報記録再生方式において、記録
再生を行うためのピックアップである探針の記録媒体上
での位置制御に関する配慮を行ったものは少なく、記録
媒体上に予めトラック溝を形成したり、トラック列を埋
め込んでおき、この記録媒体上を探針が走査して記録再
生を行う方法が、例えば特開平1−107341号公
報、同133239公報に提案されている。
【0005】このようなSTMの原理を用いた記録再生
方式においては、位置制御用のトラックを持つ記録媒体
上をトンネル電流ピックアップが走査し、この時のトン
ネル電流変化から情報の記録再生信号、水平位置制御信
号つまりトラッキング信号、及び距離制御信号を得てい
る。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来これらを
明確に分離したものはなく、位置制御用のトラック上を
ピックアップが横切る際など、トラッキング信号によ
り、探針と記録媒体間の距離制御信号が変化してしまう
という問題が生ずる。
【0007】本発明の目的は、STMの原理を用いた記
録再生方式において、情報の記録再生信号と水平位置制
御信号、及び距離制御信号を明確に分離し、高精度なト
ラッキングを行うことができる探針の走査方法を提供す
ることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係る探針の走査方法は、基準位置を示すト
ラック溝が形成された記録媒体上を、導電性探針で走査
して情報の記録及び再生の少なくとも一方を行うと共
に、前記記録媒体と探針との間に電圧を印加して、前記
記録媒体と探針との間に流れるトンネル電流から前記ト
ラック溝によるトラッキング信号と前記記録媒体と探針
との距離を制御するための距離制御信号を検出し、検出
されたこれらの信号に基づいてトラッキング制御及び距
離制御を行う探針の走査方法において、前記トンネル電
流の検出信号から前記距離制御信号を生成する際に、所
定のカットオフ周波数よりも高い周波数成分を除去する
ことによって、前記トラッキング信号の周波数が前記距
離制御信号の周波数よりも高く、かつ前記探針が前記記
録媒体上の大きなうねりのみに追従し、前記トラック溝
にさしかかっても前記探針が前記トラック溝中に落ち込
まないようにしたことを特徴とする。
【0009】
【作用】上述の構成を有する探針の走査方法は、ピック
アップからのトンネル電流変化から情報の記録再生信
号、位置制御用のトラッキング信号、及びピックアップ
媒体間の距離制御信号を、(距離制御信号の周波数)<
(トラッキング信号の周波数)<(情報の記録再生信号
の周波数)とすることによって周波数をフィルタ等の簡
単な手段で分離し、距離制御信号がトラッキング信号や
記録再生信号からの影響を受けず、真に記録面の表面凹
凸にだけ沿うようにピックアップの位置制御を行う。
【0010】
【実施例】本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明
する。図1は構成図を示し、1は記録媒体であり、その
表面には記録ビット列B、トラック溝Tが設けらてい
る。記録媒体1に近接して、白金(Pt)を機械的に切
断し尖鋭化した探針2を駆動する円筒型圧電素子3が設
けられており、円筒型圧電素子3は図示しないリニアモ
ータ等の粗動駆動機構により任意のビット列Bにアクセ
スできるようになっている。
【0011】探針2と記録媒体1の間には、可変電源4
によりバイアス電圧が印加され、探針2と記録媒体1は
トンネル電流又は電界放射電流が流れる程度まで近付い
ている。探針2は電流電圧変換回路5に電気的に接続さ
れ、電流電圧変換回路5の出力は第1のローパスフィル
タ6、二値化回路7、ハイパスフィルタ8にそれぞれ並
列的に接続されている。第1のローパスフィルタ6の出
力は参照値S01 と比較するための距離制御回路9に接続
され、距離制御回路9の出力S1は圧電素子3のZ方向駆
動電極3zに接続されている。
【0012】一方、二値化回路7の出力は第2のローパ
スフィルタ10に接続され、更に第2のローパスフィル
タ10の出力は参照値S02 と比較するための比較器11
に接続され、比較器11の出力はトラッキング信号S2と
して加算回路12に接続されている。一方、ハイパスフ
ィルタ8の出力は復調回路13を経て再生信号S3となっ
ている。また、記録信号S4はタイミング発生回路14に
入力され、更にタイミング発生回路14の一方の出力は
可変電源4に接続され、他方の出力である三角波は加算
回路12に接続されている。また、加算回路12の出力
は走査信号S5として圧電素子3のX方向駆動電極3xに
接続されている。
【0013】探針2により得られるトンネル電流又は電
界放射電流は、探針2に接続された電流電圧変換回路5
によって電圧変換された後に、第1のローパスフィルタ
6を経て距離制御回路9に入力する。距離制御回路9は
距離制御信号S1を出力し、トンネル電流又は電界放射電
流が一定になるように圧電素子3をZ方向に駆動する。
【0014】記録媒体1としては、電圧電流のスイッチ
ング特性に対しメモリ効果を持つ材料を基板電極上に形
成したものを用いている。本実施例では、雲母の平坦な
基板上に金(Au)をエピタキシャル成長した基板電極
を用意し、先ずこの基板電極の表面に集束イオンビーム
(FIB)を用いてトラッキング用の溝を形成した。即
ち、イオンビームAu++を用い、V=80kV、I=2
6pAで、幅100nm、深さ30nmの溝を形成し
た。そして、電圧電流のスイッチング特性に対しメモリ
効果を持つ材料としてスクアリウム−ビス−6−オクチ
ルアズレンを用い、ラングミュア・ブロジェット法(L
B法)により、単分子膜2層の累積膜を基板電極上に形
成し記録媒体1とした。
【0015】記録再生時に、探針2と記録媒体1の間に
は可変電源4によりバイアス電圧が印加され、トンネル
電流が流れる程度まで近付いている。この状態で記録媒
体1の所望の位置まで探針2を移動し、可変電源4から
のバイアス電圧を変調し、電気メモリ効果を生ずる閾値
電圧を越える電圧を、探針2と記録媒体1の間に印加し
記録を行う。再生についても同様に、可変電源4から読
取用バイアス電圧を探針2を記録媒体1の間に加え、所
望の位置で再生を行う。
【0016】具体的には、記録時に探針2と記録媒体1
の間に可変電源4によりバイアス電圧を0.1〜1V程
度印加し、1pAのトンネル電流が流れる程度まで近付
けておく。この状態で、記録媒体1の所望の位置まで探
針2を移動し、可変電源4を変調し、6Vのパルス電圧
を探針2と記録媒体1の間に印加すると、10〜100
pAの電流が流れ直径10nmのビットが形成され、パ
ルス電圧の印加後はその状態が保持される。再生時に
は、探針2と記録媒体1の間に電気メモリ効果を生じな
い1Vの電圧を印加し、トンネル電流の変化を検出す
る。
【0017】記録再生時にいては、探針2は記録媒体1
上を図2のAに示すように二次元的に走査する。このと
き、探針2が基板電極に施されたトラック溝Tの一部を
横切りながらトラック溝Tに沿って走査するように、加
算回路12から圧電素子3に走査信号S5を出力する。
【0018】本実施例においては、L1=1μmの範囲を
周波数10Hzで走査しながら記録再生を行っている。こ
のとき、図2に示すように探針2が毎回トラック溝Tの
端部をL2=0.05μmだけ横切るように水平方向に位
置制御する。
【0019】また、距離制御信号を得るための第1のロ
ーパスフィルタ6のカットオフ周波数を50Hzとし、ト
ラック溝Tを探針2が通過する時に探針2が高さ方向に
追従しないようにした。これにより、探針2は記録媒体
3上の大きなうねりのみに追従するようにして走査し、
トラック溝Tにさしかかっても探針2が溝T中に落ち込
むことがない。
【0020】次に、走査時の水平方向位置制御について
詳しく説明する。図3(a) は正しく位置制御されている
時の探針2の動きを示している。このときのX方向の走
査信号及び電流電圧変換回路5の出力を図3(b) 、(c)
に示す。図3(c) に示す電流電圧変換回路5の出力から
トラッキング信号S2を取り出すために電流電圧変換回路
5の出力を二値化回路7に入力し、図3(d) に示すよう
に探針1がトラック溝T上にある時間だけHレベルを出
力するような信号を取り出す。このときに二値化回路7
の出力を第2のローパスフィルタ10に入力し、比較器
11によって設定値S02 との誤差信号をトラッキング信
号S2として取り出す。このとき探針2が正しく位置制御
され、トラック溝の端の0.05μmだけを横切るよう
に走査していると、比較器11からは振幅が殆ど零のト
ラッキング信号S2が得られる。
【0021】しかし、ドリフト等で探針2が左右にずれ
た場合には、二値化回路7からの出力が変化し、比較器
11からは正又は負の信号が得られる。例えば、図4
(a) に示すように右にずれた場合を考える。この場合
に、図4(b) に示すように探針2がトラック溝Tに存在
する時間は減少し、図4(c) に示すように比較器11か
らは負のトラッキング信号S2が出力される。
【0022】また、図5(a) に示すように左にずれる
と、比較器11からは図5(c) に示すように正のトラッ
キング信号S2が出力される。そこで、トラッキング信号
S2を抽出し、常にこれが零となるように円筒型圧電素子
3を制御すれば、探針2が記録媒体3上をトラック溝T
に沿って動くことができる。
【0023】本実施例においては、溝信号を取り出すた
めの二値化回路7、ローパスフィルタ10、及び比較器
11によりトラッキング信号S2を取り出し、これを加算
回路12でタイミング発生回路14からの三角波に加
え、走査信号S5として円筒型圧電素子3に加えている。
【0024】記録は探針2の位置制御を行いながら、記
録媒体1上で記録信号に応じて可変電源4を制御し、記
録ビット列Bを記録する。再生は所望の記録ビット列B
に円筒型圧電素子3及び図示しない粗動駆動機構によっ
て移動した後に、記録時と同様に探針2の位置制御を行
いながら、記録媒体1上の記録ビット領域からのトンネ
ル電流の変化を検出する。記録ビットの大きさが直径1
0nmの本実施例では、データはトラック溝Tや基板電
極のうねりやトラックからの位置制御信号に比べて高い
空間周波数で記録されているので、ハイパスフィルタ8
の後段に、例えば二値化回路のような復調回路13を用
いて再生信号S3を得る。
【0025】なお本実施例では、距離制御信号、トラッ
ク制御信号及び記録再生信号の分離を固定カットオフ周
波数を持つフィルタや二値化回路で行ったが、探針2の
走査周波数やトラック溝Tの形状によりフィルタの時定
数は可変にでき、また距離制御信号、トラック制御信号
及び記録再生信号の分離の手法はフィルタだけに限定さ
れるものではない。
【0026】
【発明の効果】以上説明したように本発明に係る探針の
走査方法は、STMの原理を用いた記録再生方式におい
て高精度なトラッキングを行うことが可能となり、更に
記録再生信号はピックアップの位置制御応答周波数に影
響されることなく、高速に読み出し及び書込みができる
ようになる。
【図面の簡単な説明】
【図1】実施例の構成図である。
【図2】探針の記録媒体上の走査の説明図である。
【図3】探針の水平方向位置の制御方法の説明図であ
る。
【図4】作用説明図である。
【図5】作用説明図である。
【符号の説明】
1 記録媒体 2 探針 3 円筒型圧電素子 4 可変電源 B 記録ビット列 T トラック溝
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 黒田 亮 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 畑中 勝則 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2−292752(JP,A) 特開 平3−156749(JP,A) 特開 平4−339337(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G11B 9/00 G11B 9/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基準位置を示すトラック溝が形成された
    記録媒体上を、導電性探針で走査して情報の記録及び再
    生の少なくとも一方を行うと共に、前記記録媒体と探針
    との間に電圧を印加して、前記記録媒体と探針との間に
    流れるトンネル電流から前記トラック溝によるトラッキ
    ング信号と前記記録媒体と探針との距離を制御するため
    の距離制御信号を検出し、検出されたこれらの信号に基
    づいてトラッキング制御及び距離制御を行う探針の走査
    方法において、前記トンネル電流の検出信号から前記距
    離制御信号を生成する際に、所定のカットオフ周波数よ
    りも高い周波数成分を除去することによって、前記トラ
    ッキング信号の周波数が前記距離制御信号の周波数より
    も高く、かつ前記探針が前記記録媒体上の大きなうねり
    のみに追従し、前記トラック溝にさしかかっても前記探
    針が前記トラック溝中に落ち込まないようにしたことを
    特徴とする探針の走査方法。
  2. 【請求項2】 前記探針が前記トラック溝上とそれ以外
    の領域とを繰り返し走査するように往復駆動し、前記ト
    ラッキング信号に基づいて前記探針が前記トラック溝上
    に位置する時間が所定値となるようにトラッキング制御
    を行う請求項1に記載の探針の走査方法。
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