JP3004823B2

JP3004823B2 - 情報処理装置

Info

Publication number: JP3004823B2
Application number: JP4236095A
Authority: JP
Inventors: 明彦山野; 邦裕酒井; 高弘小口; 俊一紫藤; 勝則畑中
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-09-03
Filing date: 1992-09-03
Publication date: 2000-01-31
Anticipated expiration: 2015-01-31
Also published as: JPH0684209A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、プローブ電極と記録媒
体との間に電圧を印加することにより生じる電流変化を
利用して、記録媒体への情報の書き込み、または記録媒
体へ書き込まれた情報の読み出しを行なう情報処理装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、導体の表面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」とい
う）が開発され、単結晶、非結晶を問わず実空間像の高
い分解能の測定ができるようになった。

【０００３】ＳＴＭは、金属の探針と導電性物質間に電
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。この電流は両者の距離
変化に非常に敏感であり、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実空間の全電子雲に関す
る種々の情報をも読み取ることができる。このときの面
内方向の分解能は０．１ｎｍ程度である。

【０００４】従って、ＳＴＭの原理を応用すれば十分に
原子オーダー（サブ・ナノメートル）での高密度記録再
生を行なうことが可能である。その例としては、例え
ば、電子ビーム等によって記録媒体表面に吸着した原子
粒子を取り除いて書き込みを行ない、ＳＴＭによりこの
データを再生する記録再生装置が提案されている（特開
昭６１−８０５３６号公報）。

【０００５】また、記録層として電圧電流のスイッチン
グ特性に対してメモリ効果を持つ材料、例えばπ電子系
有機化合物やカルコゲン化合物類の薄膜層を用いて、記
録・再生をＳＴＭで行なう方法が提案されている（特開
昭６３−１６１５５２号公報、特開昭６３−１６１５５
３号公報）。この方法によれば、記録のビットサイズを
１０ｎｍとして、１０１２ｂｉｔ／ｃｍ² もの大容量記
録再生が可能となる。さらに、小型化を目的とし、複数
のプローブ電極半導体基板上に形成し、これと対向する
記録媒体を変位させ記録する装置が提案されている（特
開平１−１９６７５１号公報）。これによれば、１ｃｍ
角のシリコンチップ上に２５００本のプローブ電極を５
０×５０のマトリックス状に配置したマルチプローブヘ
ッドと、上述したメモリ効果を持つ材料とを組み合せる
ことにより、１プローブ電極当り４００Ｍｂｉｔ、総記
憶容量１Ｔｂｉｔのディジタルデータの記録再生が行な
える。

【０００６】一方、ＳＴＭの原理を利用した従来の記録
再生装置において、記録再生を行なうピックアップであ
る探針の、記録媒体上での位置制御（トラッキング）に
関しての配慮を行なったものは少なく、例えば、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
んでトラッキングパターンを設けておき、この記録媒体
上を探針が走査して記録再生を行なう方法が提案されて
いる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たような、ＳＴＭの原理を利用した従来の情報処理方法
では、実際に複数個プローブ電極を有するマルチプロー
ブヘッドとこれに対向する記録媒体を組み合せて記録再
生等の情報処理を行なうためには以下に記載する問題点
があった。

【０００８】マルチプローブヘッドの熱膨張等による各
プローブ電極の伸縮や、トラッキングパターン作製時の
位置精度のばらつき等により、各プローブ電極それぞれ
から検出されるトラッキングパターンの位置検出信号の
検出タイミングはそれぞれ異なっており、各プローブ電
極からの信号をまとめる際の精度が低下し、結果的に記
録、再生の精度も低下していた。

【０００９】そこで本発明の目的は、各プローブ電極に
よる各トラッキングパターンの検出タイミングのずれを
なくし、記録、再生の精度を向上させる情報処理装置を
提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の情報処理装置は、複数個のプローブ電極が、同
一平面上においてそれぞれ前記各プローブ電極毎に設け
られた駆動機構により三次元方向に変位可能に配置され
たマルチプローブヘッドと、前記マルチプローブヘッド
に対向配置され、前記各プローブ電極と対向する面に、
前記各プローブ電極の位置制御を行なうためのトラッキ
ングパターンが前記各プローブ電極に対応して設けられ
た、電気メモリ効果を持つ記録媒体と、前記マルチプロ
ーブヘッドと前記記録媒体とを、走査信号に基づいて前
記平面と平行に相対移動させるための走査手段と、前記
各プローブ電極と前記記録媒体との間に記録用電圧ある
いは再生用電圧を印加するための電圧印加回路とを有
し、かつ、前記各プローブ電極毎にそれぞれ、前記電圧
印加回路による電圧の印加で前記各プローブ電極と前記
記録媒体との間に流れる電流を、電圧信号に変換する変
換回路と、前記走査手段により前記マルチプローブヘッ
ドと前記記録媒体とを相対移動させたときに、前記変換
回路から得られた電圧信号に基づき、前記プローブ電極
が前記トラッキングパターンに対向したときのみに検出
信号を出力する検出信号出力回路と、前記各検出信号出
力回路のうち任意の１つの検出信号出力回路からの検出
信号を基準信号としたとき、前記走査信号の、前記基準
信号の出力タイミングと前記検出信号の出力タイミング
との位相差の大きさに対応して、前記プローブ電極を駆
動させるための補正信号を前記駆動機構に出力する補正
回路とを有することを特徴とする。

【００１１】

【作用】上記のとおり構成された本発明の情報処理装置
では、電圧印加回路により各プローブ電極と記録媒体と
の間に所定の電圧を印加しつつ、走査手段によりマルチ
プローブヘッドと記録媒体とを平面上で相対移動させる
ことで、記録あるいは再生が行なわれる。このとき、各
プローブ電極間あるいは各トラッキングパターン間の間
隔にばらつきが生じていると、変換回路を経由して検出
信号出力回路から出力される検出信号の出力タイミング
が、各プローブ電極毎で異なってしまう。そこで、各検
出信号出力回路のうち任意の１つの検出信号出力回路か
らの検出信号を基準信号とし、補正回路により、走査信
号の、基準信号の出力タイミングと検出信号の出力タイ
ミングとの位相差の大きさに対応して、各検出信号の出
力タイミングを基準信号の出力タイミングと一致させる
ようなする補正信号を、それぞれのプローブ電極を駆動
させる駆動機構に出力する。これにより、各プローブ電
極の各トラッキングパターンに対する位置関係のずれが
なくなり、複数個のプローブ電極による記録および再生
の精度が向上する。

【００１２】

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００１３】図１は、本発明の情報処理装置の一実施例
の概略構成図である。図１に示すように本情報処理装置
は、マルチプローブヘッド１００と、マルチプローブヘ
ッド１００に対向配置された記録媒体１１２とを有す
る。

【００１４】記録媒体１１２は、マイカを劈開して得ら
れた平滑な基板１１３と、基板１１３上にＡｕをエピタ
キシャル成長させた下地電極１１４と、さらにその上に
電気メモリ効果を有するアクアリリウム−ビス−６−オ
クチルアズレン（ＳＯＡＺ）をＬＢ法（累積法）により
２層積層した記録層１１５とから構成されている。この
記録媒体１１２上には、図２に示すように、トラッキン
グパターンとしてのトラック溝１０９が、それぞれ後述
する各探針に対向する領域毎に、フィールドイオンビー
ム法（ＦＩＢ法）により１００ｎｍ幅で形成されてい
る。また、記録層１１５には、各探針との間にパルス状
の記録用電圧を印加してデータを書き込んだり再生用電
圧を印加するための、電圧印加回路としてのバイアス電
圧印加回路１１６が接続されている。

【００１５】再び図１を参照して、本情報処理装置のマ
ルチプローブヘッド１００について説明する。マルチプ
ローブヘッド１００は、Ｓｉ基板１０１を主要構成部材
としており、Ｓｉ基板１０１の、記録媒体１１２と対向
する面には、複数個のピエゾバイモルフ梁であるカンチ
レバー１０２が、異方性エッチング等により設けられて
いる。各カンチレバー１０２の先端部には、それぞれ炭
素等の電子ビームデポジション法により、高さが５μｍ
のプローブ電極としての探針１０３が設けられている。
これにより、各カンチレバー１０２の駆動用電極（不図
示）に電圧を印加してバイモルフとして駆動すること
で、各探針１０３が変位される。このように、各カンチ
レバー１０２は、それぞれ各探針１０３を支持するため
の部材であるとともに、各探針１０３を変位させるため
の駆動機構も兼ねており、カンチレバー１０２および探
針１０３で、ｘ、ｙ、ｘの三次元方向に変位可能なプロ
ーブが構成される。そして、各探針１０３には、それぞ
れ各探針１０３により検出されるトンネル電流を電圧信
号に変換させるための、変換回路としての電流電圧変換
回路１０４（１つのみ図示し、他は省略する。以下同様
に、プローブ毎に設けられるものは１つのみ図示し、他
は省略する。）が接続されている。

【００１６】また、マルチプローブヘッド１００は、マ
ルチプローブヘッド１００をｘｙ平面と平行に移動させ
るための走査手段としてのｘｙ走査機構１０５を有し、
走査回路１０６によって作り出された走査信号（三角
波）に基づいてｘｙ走査機構１０５を駆動させること
で、マルチプローブヘッド１００がｘｙ方向に走査され
る。走査回路１０６からの走査信号は、ｘｙ走査機構１
０５のほかに、それぞれ各プローブ毎に設けられたサン
プルホールド回路１０７およびゲインアンプ１０８を経
由して、各カンチレバー１０２の駆動用電極に出力され
る。

【００１７】ここで、図３に示したタイミングチャート
を参照しつつ、マルチプローブヘッド１００の走査時の
各信号のタイミングについて、２つの探針１０３による
場合を例に説明する。

【００１８】まず、走査信号に基づき、ｘｙ走査機構１
０５によりマルチプローブヘッド１００を走査して、各
探針１０３が記録媒体１１２のトラック溝１０９上を通
過すると、各探針１０３の先端との対向距離の変化に応
じてトンネル電流が変化する。この電流変化をそれぞれ
電流電圧変換回路１０４により電圧信号に変換する。そ
して、この電圧信号を、各プローブ毎に設けられた検出
信号出力回路としての比較器１１０において比較信号と
比較することで、各比較器１１０からは、それぞれ各探
針１０３が各トラック溝１０９と対向する部位に存在す
るときのみに、トラック溝検出信号が出力される。

【００１９】いま、一方の探針１０３により検出された
トラック溝検出信号を符号ａ、他方の探針１０３で検出
されたトラック溝検出信号を符号ｂで表わすと、設計値
上は、各探針１０３とそれに対応するトラック溝１０９
との位置関係は同一であるので、各トラック溝検出信号
ａ、ｂはそれぞれ走査信号の端点に対して同じタイミン
グで出力される。ところが実際には、各カンチレバー１
０２の熱膨張等による伸縮や、各プローブおよび各トラ
ック溝１０９の作製上のばらつき等により、各探針１０
３とそれに対応するトラック溝１０９との位置関係はわ
ずかにずれており、各トラック溝検出信号ａ、ｂは、そ
れぞれ走査信号の端点に対して異なるタイミングで検出
される。さらに、このトラック溝検出信号ａ、ｂの立ち
下がりでサンプルホールド回路１０７にパルスを出力す
るパルス発生回路１１１が各プローブ毎に設けられてお
り、このパルス発生回路１１１を用いて、サンプルホー
ルド回路１０７のホールド制御を行なう。これにより走
査信号は、各探針１０３がそれぞれトラック溝１０９を
通過し、そのエッジにさしかかったときのみにサンプル
される。このように、走査信号のサンプリングは、各ト
ラック溝検出信号ａ、ｂの立ち下がりで行なわれている
ため、両トラック溝検出信号ａ、ｂの時間差に応じて、
サンプルされた走査信号の大きさが異なっている。その
ため、一方のトラック溝検出信号ａを基準信号とし、ゲ
インアンプ１０８により、サンプルされた走査信号に前
記基準信号と他のトラック溝検出信号ｂとの出力タイミ
ングが同じになるような補正信号である適当なゲインを
かけて、カンチレバー１０２をｘｙ平面内で駆動させれ
ば、走査信号の端点を基準として各探針１０３により検
出されるトラック溝検出信号ａ、ｂが同期することにな
る。３つ以上の探針１０３についても同様にして同期さ
せる。以上説明したことから明らかなように、パルス発
生回路１１１、サンプルホールド回路１０７およびゲイ
ンアンプ１０８で、補正回路が構成される。

【００２０】また、記録媒体１１２の記録層１１５は電
圧電流のスイッチング特性に対してメモリ効果を持つ材
料であるので、記録時には図４に示すような波形のパル
ス電圧を探針１０３と記録媒体１１２との間に印加すれ
ばよく、消去時には図５に示す波形のパルス電圧を印加
すればよい。また再生は、記録層１１５のメモリ状態が
変化しない１００ｍＶ程度の電圧を印加し、そのときの
記録層１１５の導電率の変化を見ることで行なう。実際
には、各探針で検出されたトンネル電流は電流電圧変換
回路１０４で電圧信号に変換され、各電流電圧変換回路
１０４からの電圧信号が、それぞれ各プローブ毎に設け
られたローパスフィルタ１１７および比較器１２１に出
力され、ローパスフィルタ１１７を通過した低周波成分
と比較器１２１とにより「１」「０」の２値信号に変換
される。この各探針１０３からの２値信号はパラレルシ
リアル変換回路１２２に集められ、このパラレルシリア
ル変換回路１２２でシリアル信号に変換され再生信号と
して出力される。

【００２１】以上説明したように、各探針１０３がそれ
ぞれ検出するトラック溝１０９の検出タイミングによ
り、各探針１０３の各トラック溝１０９に対する位置を
各探針１０３毎に補正することで、各探針１０３と各ト
ラック溝１０９との位置関係のずれがなくなり、複数個
の探針１０３による記録、再生の精度を向上させること
ができる。

【００２２】次に、再び図１を参照して、各探針１０３
のｚ方向の制御について説明する。各探針１０３のｚ方
向の制御手段として、本実施例では、位相補償回路１１
８、比較器１１９およびサンプルホールド回路１２０
を、それぞれ各プローブ毎に設けている。通常は、バイ
アス電圧印加回路１１６により、各探針１０３と記録媒
体１１２との間に１００ｍＶ程度のバイアス電圧が印加
され、この状態で両者間に２ｎＡ程度のトンネル電流が
流れる位置まで、各カンチレバー１０２をそれぞれｚ方
向に駆動させて各探針１０３を記録媒体１１２に接近さ
せる。各探針１０３により検出されたトンネル電流は、
電流電圧回路１０４によって電圧信号に変換される。こ
の電圧信号は、記録媒体１１２の傾き等による検出電流
信号の走査時の周波数以下の成分のみに追従させること
ができるように、走査周波数程度のカットオフ周波数の
ローパスフィルタ１１７を通過する。その後、位相補償
回路１１８を通過し、各探針１０３と記録媒体１１２と
の距離が平均的に一定となるように、比較器１１９にお
いてオフセット電圧との差分が行なわれる。このような
回路を経た信号をカンチレバーｚ軸駆動電極に出力して
カンチレバー１０２のｚ方向の制御に用いて、フィード
バック制御する。

【００２３】そして記録時には、探針１０３と記録媒体
１１２との距離が一定となり、またフィードバック制御
によって両者の衝突が起こらないように、サンプルホー
ルド回路１２０をホールド状態にする。

【００２４】以上説明した本実施例の情報処理装置で
は、上述したように、電流電圧変換回路１０４、比較器
１１０、１１９、１２１、パルス発生回路１１１、サン
プルホールド回路１０７、１２０、ゲインアンプ１０
８、ローパスフィルタ１１７および位相補償回路１１８
は、それぞれ各プローブ毎に設けられているが、これら
はいずれもＳｉ基板１０１上に設けられている。

【００２５】

【発明の効果】本発明は以上説明したとおり構成されて
いるので、以下に記載する効果を奏する。

【００２６】各プローブ電極毎に、それぞれ変換回路、
検出信号出力回路および補正回路を設けることで、各プ
ローブ電極の間隔および各トラッキングパターンの間隔
にばらつきが生じている場合でも、各プローブ電極の位
置を各トラッキングパターンの位置に合わせて補正する
ことができる。その結果、各プローブ電極毎の各トラッ
キングパターンに対する位置関係のずれがなくなり、複
数個のプローブ電極による記録、再生の精度を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の情報処理装置の一実施例の概略構成図
である。

【図２】図１に示した記録媒体に設けられたトラック溝
のパターンの一例を示す図である。

【図３】走査信号と、各トラック溝検出信号とのタイミ
ングチャートである。

【図４】記録時に探針と記録媒体との間に印加される電
圧の波形図である。

【図５】消去時に探針と記録媒体との間に印加される電
圧の波形図である。

【符号の説明】

１００マルチプローブヘッド１０１Ｓｉ基板１０２カンチレバー１０３探針１０４電流電圧変換回路１０５ｘｙ走査機構１０６走査回路１０７、１２０サンプルホールド回路１０８ゲインアンプ１０９トラック溝１１０、１１９、１２１比較器１１１パルス発生回路１１２記録媒体１１３基板１１４下地電極１１５記録層１１６バイアス電圧印加回路１１７ローパスフィルタ１１８位相補償回路１２２パラレルシリアル変換回路

フロントページの続き (72)発明者紫藤俊一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 (72)発明者畑中勝則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４−328343（ＪＰ，Ａ) 特開平４−358337（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G11B 9/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個のプローブ電極が、同一平面上に
おいてそれぞれ前記各プローブ電極毎に設けられた駆動
機構により三次元方向に変位可能に配置されたマルチプ
ローブヘッドと、前記マルチプローブヘッドに対向配置され、前記各プロ
ーブ電極と対向する面に、前記各プローブ電極の位置制
御を行なうためのトラッキングパターンが前記各プロー
ブ電極に対応して設けられた、電気メモリ効果を持つ記
録媒体と、前記マルチプローブヘッドと前記記録媒体とを、走査信
号に基づいて前記平面と平行に相対移動させるための走
査手段と、前記各プローブ電極と前記記録媒体との間に記録用電圧
あるいは再生用電圧を印加するための電圧印加回路とを
有し、かつ、前記各プローブ電極毎にそれぞれ、前記電圧印加
回路による電圧の印加で前記各プローブ電極と前記記録
媒体との間に流れる電流を、電圧信号に変換する変換回
路と、前記走査手段により前記マルチプローブヘッドと前記記
録媒体とを相対移動させたときに、前記変換回路から得
られた電圧信号に基づき、前記プローブ電極が前記トラ
ッキングパターンに対向したときのみに検出信号を出力
する検出信号出力回路と、前記各検出信号出力回路のうち任意の１つの検出信号出
力回路からの検出信号を基準信号としたとき、前記走査
信号の、前記基準信号の出力タイミングと前記検出信号
の出力タイミングとの位相差の大きさに対応して、前記
プローブ電極を駆動させるための補正信号を前記駆動機
構に出力する補正回路とを有することを特徴とする情報
処理装置。