JP3088576B2 - Scanning tunnel microscope with integrated actuator and information processing device with integrated actuator - Google Patents

Scanning tunnel microscope with integrated actuator and information processing device with integrated actuator

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JP3088576B2
JP3088576B2 JP04299781A JP29978192A JP3088576B2 JP 3088576 B2 JP3088576 B2 JP 3088576B2 JP 04299781 A JP04299781 A JP 04299781A JP 29978192 A JP29978192 A JP 29978192A JP 3088576 B2 JP3088576 B2 JP 3088576B2
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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、圧電体の厚みすべり変
形を利用して二次元的な変位を発生させる微小変位素
子、該微少変位素子を複数個備えた集積化アクチュエー
タ、該集積化アクチュエータを備えた走査型トンネル顕
微鏡、および前記集積化アクチュエータを備えた情報処
理装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a micro-displacement element for generating a two-dimensional displacement by utilizing a thickness-shear deformation of a piezoelectric body, an integrated actuator having a plurality of such micro-displacement elements, and the integrated actuator. The present invention relates to a scanning tunnel microscope provided with an integrated actuator and an information processing apparatus provided with the integrated actuator.

【0002】[0002]

【従来の技術】走査型トンネル顕微鏡(以下、「ST
M」という)は、尖鋭な導電性の探針を試料表面に数n
m程度に近接させたときに、その間の障壁を通り抜けて
電流が流れるトンネル効果を利用したもので、既に周知
である[G.Binning et al,Helve
tica Physica Acta,55,726
(1982)]。この、探針と試料表面間に流れるトン
ネル電流は、探針と試料表面間との距離に対して指数関
数的に変化するので、トンネル電流を一定に保つように
しつつ、探針を試料表面(XY方向)に沿ってマトリッ
クス走査することにより、試料の表面状態を原子オーダ
ーの高分解能で観察することができる。
2. Description of the Related Art A scanning tunneling microscope (hereinafter referred to as "ST").
M ”), a sharp conductive tip is placed on the surface of the sample by several n.
m, which utilizes a tunnel effect in which a current flows through a barrier between them when they are brought close to each other, and is well known [G. Binning et al, Helve
tica Physica Acta, 55,726
(1982)]. The tunnel current flowing between the probe and the sample surface changes exponentially with respect to the distance between the probe and the sample surface. Therefore, while keeping the tunnel current constant, By performing a matrix scan along the (XY directions), the surface state of the sample can be observed at a high resolution on the order of atoms.

【0003】また、このSTMの原理を応用して高密度
な情報処理装置が提案されている。これは、STMと同
様の探針を用いて探針と記録媒体間に印加する電圧を変
化させることにより記録を行なうものである(特開昭6
3−161552号公報、特開昭63−161553号
公報等)。
Further, a high-density information processing apparatus has been proposed by applying the principle of the STM. In this method, recording is performed by changing the voltage applied between the probe and the recording medium using a probe similar to the STM (Japanese Patent Laid-Open No.
JP-A-3-161552, JP-A-63-161553, etc.).

【0004】従来、これらSTMやSTMの原理を応用
した記録再生装置に用いられている探針は、試料や記録
媒体との相対的な位置関係を微細に制御できるようにす
るために、前記XY方向に微小変位できる構成となって
いる。このような探針の形成手法としては、半導体製造
プロセスを用い、1つの基板上に微細な構造を作る加工
技術が知られている。これは、単結晶シリコンの基板か
ら、それぞれX方向およびY方向に変位できる2対の平
行ばねで支持される中央部をエッチングの微細加工によ
り形成し、さらに、その中央部に探針を形成したカンチ
レバー部を設けたものである。これにより探針は、試料
や記録媒体に対して前記XY方向への微小変位が可能と
なっている。
Conventionally, a probe used in a STM or a recording / reproducing apparatus to which the principle of the STM is applied is provided with the above XY in order to be able to finely control a relative positional relationship with a sample or a recording medium. It can be slightly displaced in the direction. As a technique for forming such a probe, a processing technique for forming a fine structure on one substrate using a semiconductor manufacturing process is known. In this method, a central portion supported by two pairs of parallel springs that can be displaced in the X direction and the Y direction, respectively, is formed from a substrate of single crystal silicon by fine processing of etching, and a probe is formed in the central portion. A cantilever portion is provided. Accordingly, the probe can be slightly displaced in the XY directions with respect to the sample or the recording medium.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
例では、探針のXY方向への微小変位機構として平行ば
ねを用いているため外部よりの振動の影響を受けやす
く、その結果、試料や記録媒体と探針との正確な位置決
めが困難であるという問題点があった。また、探針は平
行ばねを介して支持されているので機械的強度も低く、
耐振性と耐久性にも難点があった。
However, in the above conventional example, since a parallel spring is used as a mechanism for minutely displacing the probe in the X and Y directions, the probe is easily affected by external vibrations. There is a problem that it is difficult to accurately position the probe and the probe. Also, since the probe is supported via a parallel spring, its mechanical strength is low,
There were also difficulties in vibration resistance and durability.

【0006】そこで本発明の目的は、外部からの振動に
強く、かつ耐久性に優れるとともに、正確な微小変位を
発生させることができる微小変位素子を提供し、さらに
は、この微少変位素子を複数個備えた集積化アクチュエ
ータ、該集積化アクチュエータを備えた走査型トンネル
顕微鏡、および前記集積化アクチュエータを備えた情報
処理装置を提供することにある。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a minute displacement element which is resistant to external vibrations, is excellent in durability, and can generate accurate minute displacement, and further comprises a plurality of such minute displacement elements. It is an object of the present invention to provide a plurality of integrated actuators, a scanning tunneling microscope provided with the integrated actuators, and an information processing apparatus provided with the integrated actuators.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明の走査型トンネル顕微鏡は、分極方向を基板の面
と垂直な方向として前記基板上に同一円周上に配置され
た柱状構造の複数個の圧電体、前記各圧電体の互いに対
向する各側面にそれぞれ設けられた電極、および前記複
数の圧電体の前記基板と反対側の端面に支持された片持
ち梁の自由端部に形成された探針を備えた微小変位素子
が、前記基板上に複数個設けられた集積化アクチュエー
タと、 前記集積化アクチュエータの前記探針と対向して
配置された試料を、前記試料の表面に平行に二次元的に
走査するための試料駆動手段と、 前記各探針と前記試料
との間にトンネル電流を発生させるための電圧を印加す
る電圧印加手段とを有することを特徴とする。
In order to achieve the above object, a scanning tunneling microscope according to the present invention is arranged such that the polarization direction is changed to the surface of the substrate.
Are arranged on the same circumference on the substrate as a direction perpendicular to
A plurality of piezoelectric bodies having a columnar structure;
An electrode provided on each of the opposite side surfaces;
Cantilever supported on the end faces of the number of piezoelectric bodies opposite to the substrate
Micro-displacement element with probe formed at free end of beam
A plurality of integrated actuators provided on the substrate
And the probe of the integrated actuator facing the probe.
The placed sample is two-dimensionally parallel to the surface of the sample.
Sample driving means for scanning, each probe and the sample
Voltage to generate a tunnel current between
And voltage applying means .

【0008】また、本発明の情報処理装置は、分極方向
を基板の面と垂直な方向として前記基板上に同一円周上
に配置された柱状構造の複数個の圧電体、前記各圧電体
の互いに対向する各側面にそれぞれ設けられた電極、お
よび前記複数の圧電体の前記基板と反対側の端面に支持
された片持ち梁の自由端部に形成された探針を備えた微
小変位素子が、前記基板上に複数個設けられた集積化ア
クチュエータと、 前記集積化アクチュエータの前記探針
に対向して配置された電気メモリー効果を持つ記録媒体
を、前記記録媒体の表面に平行に二次元的に走査するた
めの記録媒体駆動手段と、 前記各探針と前記記録媒体と
の間にトンネル電流を発生させるための電流を印加する
電圧印加手段とを有することを特徴とする。
Further, the information processing apparatus of the present invention has a polarization direction
On the same circumference on the substrate as the direction perpendicular to the surface of the substrate
A plurality of columnar-structured piezoelectric bodies, each of said piezoelectric bodies
Electrodes provided on each side face of
And supporting the plurality of piezoelectric bodies on end faces opposite to the substrate.
With a probe formed at the free end of the bent cantilever
An integrated electrode provided with a plurality of small displacement elements on the substrate.
A actuator and the probe of the integrated actuator
Recording medium with electric memory effect arranged opposite to
Is scanned two-dimensionally in parallel to the surface of the recording medium.
Recording medium driving means, and each of the probes and the recording medium
Apply current to generate tunnel current during
Voltage applying means.

【0009】[0009]

【0010】[0010]

【0011】[0011]

【0012】[0012]

【作用】上記のとおり構成された発明では、基板
配置された各圧電体は、それぞれ分極方向が基板の
対して垂直方向であるので、各圧電体の側面に設けら
れた電極間に電圧を印加することにより、各圧電体には
分極方向に垂直方向から電界が加えられる。これにより
各圧電体は厚みすべり変形を生じ、基板と反対側の端面
が基板のと平行に微小変位する。そして、これら各圧
電体は同一円周上配置されているので、各圧電体の厚
みすべり変形の合成としてねじれ変形が発生する。ま
た、各圧電体は柱状の構造体であるので比較的高いアス
ペクト比を有するものとなる。
[Action] In the present invention constructed as described above, the piezoelectric body disposed on the substrate, perpendicular der Runode for each direction of polarization plane of the substrate, provided on a side face of the piezoelectric bodies By applying a voltage between the electrodes, an electric field is applied to each piezoelectric body in a direction perpendicular to the polarization direction. Thus each of the piezoelectric elements causes a thickness shear deformation, the end face of the substrate opposite to the side parallel to small displacement and the surface of the substrate. Since each of these piezoelectric bodies are arranged on the same circumference, torsional deformation occurs as the synthesis of thickness shear deformation of the piezoelectric bodies. Further, since each piezoelectric body has a columnar structure, it has a relatively high aspect ratio.

【0013】さらに、上記の複数の圧電体の基板と反対
側の端面には片持ち梁が支持され、その片持ち梁の自由
端部に探針が形成されているので、探針は、上述したね
じれ変形により基板のと平行な平面内で円弧運動をす
ることが可能となる。従って、走査型トンネル顕微鏡や
この原理を応用した情報処理装置に用いられる探針の駆
動機構として好適に用いられる。
[0013] Further, the substrate is opposite to the plurality of piezoelectric substrates.
Of the cantilever is supported on the end face on the side.
Since the probe is formed at the end, the probe can make a circular motion in a plane parallel to the surface of the substrate due to the torsional deformation described above . Therefore , it is suitably used as a driving mechanism of a probe used in a scanning tunnel microscope or an information processing apparatus to which this principle is applied.

【0014】[0014]

【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。
Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0015】まず、微小変位素子について説明する。図
1は、本発明に用いられる微小変位素子の第1実施例の
概略斜視図である。図1に示すように、本実施例の微小
変位素子7は、単結晶シリコンからなる基板1の表面
に、同一円周上に配置された8個の微小変位体6からな
る。各微小変位体6はそれぞれ、分極方向4が基板1の
表面に対して垂直方向に配向された酸化亜鉛(ZnO)
からなる圧電体2と、これら各圧電体2の互いの対向面
にそれぞれ形成された電極3a、3bとで構成される。
First, the minute displacement element will be described. FIG. 1 is a schematic perspective view of a first embodiment of a small displacement element used in the present invention. As shown in FIG. 1, the micro displacement element 7 of the present embodiment includes eight micro displacement bodies 6 arranged on the same circumference on the surface of a substrate 1 made of single crystal silicon. Zinc oxide (ZnO) whose polarization direction 4 is oriented perpendicular to the surface of the substrate 1
And the electrodes 3a and 3b formed on the opposing surfaces of the piezoelectric members 2 respectively.

【0016】以上説明した微小変位体6の動作について
図2を用いて説明する。図2は、図1に示した微小変位
体のうちの1つの微小変位体についての側面図である。
各電極3a、3bに電圧が印加されていない状態では、
図2の(a)に示すように、圧電体2はその分極方向4
が基板に対して垂直方向に配向している。このとき、各
電極3a、3bに電圧を印加すると、圧電体2にはその
分極方向4に垂直の方向から電界が加えられ、圧電体2
はd15で規定される厚みすべり変形を生じるので、図2
の(b)に示すように圧電体2の上面が白抜き矢印で示
す方向に微小変位する。各電極3a、3bに印加する電
圧の極性を逆にすると、圧電体2の変位方向も逆にな
る。
The operation of the minute displacement body 6 described above will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a side view of one of the small displacement bodies shown in FIG.
In a state where no voltage is applied to each of the electrodes 3a and 3b,
As shown in FIG. 2A, the piezoelectric body 2 has its polarization direction 4
Are oriented perpendicular to the substrate. At this time, when a voltage is applied to each of the electrodes 3a, 3b, an electric field is applied to the piezoelectric body 2 in a direction perpendicular to the polarization direction 4, and the piezoelectric body 2
Since the resulting thickness shear deformation defined by d 15, FIG. 2
(B), the upper surface of the piezoelectric body 2 is slightly displaced in the direction indicated by the white arrow. When the polarity of the voltage applied to each of the electrodes 3a and 3b is reversed, the direction of displacement of the piezoelectric body 2 is also reversed.

【0017】圧電体2は以上説明したように動作される
ので、複数個の圧電体2を図1に示したように同一円周
上に配置することで、各圧電体2の厚みすべり変形の合
成として、微小変位素子7に前記円周方向(図示白抜き
矢印方向)へのねじれ変形を発生させることができる。
Since the piezoelectric bodies 2 are operated as described above, a plurality of piezoelectric bodies 2 are arranged on the same circumference as shown in FIG. As a synthesis, it is possible to cause the micro-displacement element 7 to be twisted in the circumferential direction (the direction indicated by a white arrow).

【0018】ここで、本実施例の微小変位素子7の製造
工程の一例について図3を用いて説明する。図3は、図
1に示した微小変位素子の一例を製造工程を説明するた
めの、微小変位素子の断面図である。
Here, an example of a manufacturing process of the minute displacement element 7 of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the minute displacement element for explaining a manufacturing process of the example of the minute displacement element shown in FIG.

【0019】まず、図3の(a)に示すように、単結晶
シリコンからなる基板1の表面に、Si34からなる絶
縁層8を、減圧CVD法により2000オングストロー
ムの厚さで形成し、さらにこの上に酸化亜鉛層2’をス
パッタ蒸着法により形成する。酸化亜鉛層2’は六方晶
系の結晶構造を有し、圧電性分極軸であるc軸が比較的
容易に基板1に対して垂直方向に配向し、分極方向4は
基板1に対して垂直方向となる。
First, as shown in FIG. 3A, an insulating layer 8 made of Si 3 N 4 is formed on a surface of a substrate 1 made of single crystal silicon to a thickness of 2000 Å by a low pressure CVD method. Further, a zinc oxide layer 2 'is formed thereon by a sputter deposition method. The zinc oxide layer 2 ′ has a hexagonal crystal structure, and the c-axis, which is the piezoelectric polarization axis, is relatively easily oriented in the direction perpendicular to the substrate 1, and the polarization direction 4 is perpendicular to the substrate 1. Direction.

【0020】基板1に酸化亜鉛層2’を形成したら、酸
化亜鉛層2’上にフォトレジストを塗布し、フォトリソ
グラフにより図1に示した圧電体2の配置形状にパター
ンニングを行なった後、酢酸系エッチング液により酸化
亜鉛層2’のエッチングを行ない、図3の(c)に示す
ように酸化亜鉛からなる複数個の圧電体2を形成する。
これら各圧電体2は柱状構造をなしており、比較的高い
アスペクト比を有する構造体とすることができる。
After the zinc oxide layer 2 'is formed on the substrate 1, a photoresist is applied on the zinc oxide layer 2' and patterned by photolithography into the arrangement of the piezoelectric body 2 shown in FIG. The zinc oxide layer 2 'is etched with an acetic acid-based etchant to form a plurality of piezoelectric bodies 2 made of zinc oxide as shown in FIG.
Each of the piezoelectric bodies 2 has a columnar structure, and can be a structure having a relatively high aspect ratio.

【0021】複数個の圧電体2を形成したら、図3の
(c)に示すように各圧電体2が形成された基板1の表
面全体に、MOCVD法により金属薄膜3を形成する。
After the plurality of piezoelectric members 2 are formed, as shown in FIG. 3C, a metal thin film 3 is formed on the entire surface of the substrate 1 on which the respective piezoelectric members 2 are formed by MOCVD.

【0022】次いで、図3の(d)に示すように金属薄
膜3を覆ってフォトレジスト9を塗布する。その後、図
3の(e)に示すように、パターンニングにより図1に
示した各電極3a、3bに相当する部位を残してフォト
レジスト9を除去する。
Next, as shown in FIG. 3D, a photoresist 9 is applied so as to cover the metal thin film 3. Thereafter, as shown in FIG. 3E, the photoresist 9 is removed by patterning except for the portions corresponding to the electrodes 3a and 3b shown in FIG.

【0023】フォトレジスト9を除去したら、フォトレ
ジスト9の除去により露出した金属薄膜3をエッチング
により除去し、さらに除去されずに残されたフォトレジ
スト9を除去することで、図3の(f)に示すように各
圧電体2の対向面にそれぞれ電極3a、3bが形成され
る。これにより、図1に示した微小変位素子7が作製さ
れる。
After the photoresist 9 is removed, the metal thin film 3 exposed by the removal of the photoresist 9 is removed by etching, and the photoresist 9 remaining without being removed is further removed, thereby obtaining the structure shown in FIG. The electrodes 3a and 3b are formed on the opposing surfaces of the piezoelectric bodies 2 as shown in FIG. Thus, the small displacement element 7 shown in FIG. 1 is manufactured.

【0024】上述した製造工程によって、本実施例では
各圧電体2の高さが10μm、隣り合う圧電体2におけ
る電極3a、3b間の間隔が3μm、微小変位素子7の
内側半径が5μmの微小変位素子7を作製した。また、
電極3a、3bへの印加電圧は5Vとし、このときの圧
電体2の変位角θ(図2の(b)参照)は約1.1×1
-3degであった。
According to the above-described manufacturing process, in this embodiment, the height of each piezoelectric body 2 is 10 μm, the interval between the electrodes 3a and 3b of the adjacent piezoelectric bodies 2 is 3 μm, and the inner radius of the minute displacement element 7 is 5 μm. The displacement element 7 was manufactured. Also,
The voltage applied to the electrodes 3a and 3b is 5 V, and the displacement angle θ of the piezoelectric body 2 at this time (see FIG. 2B) is about 1.1 × 1.
It was 0 -3 deg.

【0025】以上説明したように各圧電体6は柱状の構
造体であるので強度的にも高く、外部の振動に影響され
にくく、耐久性にも優れた微小変位素子が得られる。し
かも本実施例の微小変位素子は、各圧電体6の厚みすべ
り変形を利用して微小変位させるものなので、極めて微
小で正確な微小変位を発生させることができる。
As described above, since each piezoelectric body 6 is a columnar structure, it has a high strength, is hardly affected by external vibrations, and has excellent durability. In addition, since the minute displacement element of this embodiment performs minute displacement by utilizing the thickness-shear deformation of each piezoelectric body 6, it is possible to generate extremely minute and accurate minute displacement.

【0026】本実施例では、圧電体2として酸化亜鉛か
らなるものを用いた例を示したが、これは、分極軸が基
板1の表面に対して垂直方向に配向する材料であれば他
の材料を用いてもよい。例えば、AlNやPZTを用い
ても同様の微小変位素子を作製することができる。ま
た、各微小変位体6の個数についても、8個に限られる
ものではなく、円周方向への滑らかな動作を行なわせる
ためには微小変位体6の個数は多い方が好ましい。
In this embodiment, an example in which the piezoelectric body 2 is made of zinc oxide is used. However, this is another material as long as the polarization axis is perpendicular to the surface of the substrate 1. Materials may be used. For example, a similar minute displacement element can be manufactured using AlN or PZT. Also, the number of the minute displacement bodies 6 is not limited to eight, and it is preferable that the number of the minute displacement bodies 6 is large in order to perform a smooth operation in the circumferential direction.

【0027】次に、本発明の微小変位素子の第2実施例
について説明する。図4は、本発明に用いられる微小変
位素子の第2実施例の概略平面図、図5は、図4に示し
た微小変位素子のA−A’線断面図である。なお、図4
および図5では、簡略化のために複数個の微小変位体を
1つの微小変位体16として表わして説明し、後述する
図6および図7においても同様である。
Next, a description will be given of a second embodiment of the minute displacement element according to the present invention. FIG. 4 is a schematic plan view of a second embodiment of the minute displacement element used in the present invention , and FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line AA 'of the minute displacement element shown in FIG. FIG.
In FIG. 5 and FIG. 5, for the sake of simplicity, a plurality of minute displacement bodies are shown and described as one minute displacement body 16, and the same applies to FIGS. 6 and 7 described later.

【0028】図4および図5に示すように、基板11の
表面には微小変位体16が設けられている。この微小変
位体16は、第1実施例のものと同様のものであるの
で、ここではその詳細な説明は省略する。微小変位体1
6の上端面には、片持ち梁としてのカンチレバー20の
一端部が固定されている。カンチレバー20の他端部に
は、尖鋭な先端が基板11とは反対方向に延びる探針2
2が設けられており、探針22には引出し電極24が接
続されている。また、カンチレバー20の他端部近傍に
は電極23が設けられており、基板11の、カンチレバ
ー20を挟んで電極23と対向する部位には対向電極2
4が設けられている。
As shown in FIGS. 4 and 5, a minute displacement body 16 is provided on the surface of the substrate 11. Since the minute displacement body 16 is similar to that of the first embodiment, a detailed description thereof is omitted here. Small displacement body 1
One end of a cantilever 20 serving as a cantilever is fixed to the upper end surface of 6. At the other end of the cantilever 20, a probe 2 having a sharp tip extending in a direction opposite to the substrate 11 is provided.
2 are provided, and an extraction electrode 24 is connected to the probe 22. An electrode 23 is provided in the vicinity of the other end of the cantilever 20, and a counter electrode 2 is provided on a portion of the substrate 11 facing the electrode 23 with the cantilever 20 interposed therebetween.
4 are provided.

【0029】上述した構成に基づき、電極23と対向電
極24との間に電圧を印加すると、これら各電極23、
24間には静電力による引力または斥力が働く。これに
より、カンチレバー20の他端部は各電極23、24間
への印加電圧に応じて基板11の表面と垂直方向(以
下、「Z方向」という)に変位し、それに伴って探針2
2もZ方向へ変位する。また、第1実施例と同様にして
微小変位体16をその円周方向にねじれ変形させること
により、カンチレバー20はZ方向と垂直な平面(以
下、「XY平面」という)内で、微小変位体16の中心
Oを中心として揺動し、探針22にXY平面内での微小
な円弧運動を発生させる。よって、探針22のZ方向へ
の微小変位とXY平面内での円弧運動とを組み合せるこ
とにより、探針22の先端部を三次元的に微小かつ精密
に走査することができる。以上のことから、探針22を
導電性の試料表面へ数nm付近まで接近させてトンネル
電流を発生させ、探針22の先端と試料表面との距離を
一定に保つようにフィードバック制御しつつ前記トンネ
ル電流を検出することにより、試料表面の状態を高分解
能で観察することが可能となり、走査型トンネル顕微鏡
のプローブとして用いることができる。
When a voltage is applied between the electrode 23 and the counter electrode 24 based on the above-described configuration, each of these electrodes 23,
An attractive force or a repulsive force by electrostatic force acts between 24. As a result, the other end of the cantilever 20 is displaced in a direction perpendicular to the surface of the substrate 11 (hereinafter, referred to as “Z direction”) in accordance with a voltage applied between the electrodes 23 and 24, and accordingly, the probe 2
2 also displaces in the Z direction. Further, the cantilever 20 is twisted and deformed in the circumferential direction in the same manner as in the first embodiment, so that the cantilever 20 can move in a plane perpendicular to the Z direction (hereinafter referred to as an “XY plane”). The probe 22 swings about the center O of 16 to cause the probe 22 to generate a small arc motion in the XY plane. Therefore, the tip of the probe 22 can be three-dimensionally and precisely scanned by combining the minute displacement of the probe 22 in the Z direction and the arc movement in the XY plane. From the above, the probe 22 is brought close to the conductive sample surface to a vicinity of several nm to generate a tunnel current, and the feedback control is performed so that the distance between the tip of the probe 22 and the sample surface is kept constant. By detecting the tunnel current, the state of the sample surface can be observed with high resolution, and can be used as a probe of a scanning tunnel microscope.

【0030】以下に、本実施例の微小変位素子の製造工
程の一例について図6を用いて説明する。図6は、図4
および図5に示した微小変位素子の一例を製造工程を説
明するための、微小変位素子の断面図である。
Hereinafter, an example of a manufacturing process of the minute displacement element of this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 shows FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view of the minute displacement element for explaining a manufacturing process of the example of the minute displacement element shown in FIG. 5.

【0031】まず、図6の(a)に示すように、微小変
位体16を形成する際に基板11上に対向電極24も形
成する。
First, as shown in FIG. 6A, when forming the minute displacement body 16, the counter electrode 24 is also formed on the substrate 11.

【0032】次いで、図6の(b)に示すように基板1
1全体に犠牲層25を成膜形成する。このとき、犠牲層
25の厚さは微小変位体16の厚さ(高さ)と同じ厚さ
とする。
Next, as shown in FIG.
1, a sacrifice layer 25 is formed as a film. At this time, the thickness of the sacrificial layer 25 is the same as the thickness (height) of the minute displacement body 16.

【0033】犠牲層25を形成したら、図6の(c)に
示すように、犠牲層25の、微小変位体16上に形成さ
れた部位を、フォトリソグラフィにより エッチング除
去する。
After the sacrifice layer 25 is formed, as shown in FIG. 6C, the portion of the sacrifice layer 25 formed on the minute displacement body 16 is removed by etching by photolithography.

【0034】その後、図6の(d)に示すように、犠牲
層25上にアモルファス窒化シリコン膜20’を形成す
る。さらに、このアモルファス窒化シリコン膜20’上
に金属薄膜を形成し、これをフォトリソグラフィにより
パターンニングして引出し電極21および電極23(図
4および図5参照)を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 6D, an amorphous silicon nitride film 20 'is formed on the sacrificial layer 25. Further, a metal thin film is formed on the amorphous silicon nitride film 20 ', and is patterned by photolithography to form an extraction electrode 21 and an electrode 23 (see FIGS. 4 and 5).

【0035】引出し電極21および電極23を形成した
ら、アモルファス窒化シリコン膜20’を図4および図
5に示したカンチレバー20の形状にパターンニング
し、図6の(e)に示すようにカンチレバー20を形成
する。そして、カンチレバー20上にフォトレジストを
5μm以上の厚さで塗布し、このフォトレジストの、カ
ンチレバー20への探針形成予定部位上に形成された部
位を除去する。さらに、フォトレジストが除去された部
位に斜め方向からの蒸着を行ない、フォトレジストをリ
フトオフすることにより探針22を形成する。
After forming the extraction electrode 21 and the electrode 23, the amorphous silicon nitride film 20 'is patterned into the shape of the cantilever 20 shown in FIGS. 4 and 5, and the cantilever 20 is formed as shown in FIG. Form. Then, a photoresist is applied on the cantilever 20 to a thickness of 5 μm or more, and a portion of the photoresist formed on a portion where a probe is to be formed on the cantilever 20 is removed. Further, evaporation is performed in a diagonal direction on the portion where the photoresist is removed, and the photoresist 22 is lifted off to form the probe 22.

【0036】探針22を形成したら、犠牲層25をエッ
チング除去して図6の(f)に示す状態とし、図4およ
び図5に示した微小変位素子が作製される。
After the probe 22 is formed, the sacrificial layer 25 is removed by etching to obtain the state shown in FIG. 6F, and the minute displacement element shown in FIGS. 4 and 5 is manufactured.

【0037】上述した製造工程によって、本実施例では
微小変位体16の厚さが10μm、微小変位体16の外
周半径が10μm、カンチレバー20の長さが100μ
mの探針ユニットを作製した。また、このときの探針2
2のXY平面方向への変位量は3×10-3μmで、Z方
向への変位量は1μmであった。
According to the manufacturing process described above, in this embodiment, the thickness of the minute displacement body 16 is 10 μm, the outer radius of the minute displacement body 16 is 10 μm, and the length of the cantilever 20 is 100 μm.
m probe units were produced. Also, the probe 2 at this time
The displacement amount in the XY plane direction of No. 2 was 3 × 10 −3 μm, and the displacement amount in the Z direction was 1 μm.

【0038】また、図7に示すように、同一の基板11
の表面に、図4および図5に示したものと同様のカンチ
レバー20や探針22等を有する微小変位体16を多数
個配置することにより、集積化アクチュエータ101を
作製することができる。
Further, as shown in FIG.
The integrated actuator 101 can be manufactured by arranging a large number of the small displacement bodies 16 having the cantilever 20 and the probe 22 similar to those shown in FIGS.

【0039】このような集積化アクチュエータ101
は、図3および図6で示した製造工程においてフォトリ
ソグラフィのパターンを拡張することにより容易に形成
することが可能であり、多数個の微小変位素子を一連の
工程で、しかも高い寸法精度で形成することができる。
本実施例では、40mm四方の基板上に、90個の微小
変位素子を集積した。また、基板11に単結晶シリコン
を用いることにより、トランジスタやダイオード等の半
導体素子を同一基板上に集積することも可能である。
Such an integrated actuator 101
Can be easily formed by expanding the photolithography pattern in the manufacturing process shown in FIGS. 3 and 6, and a large number of minute displacement elements can be formed in a series of processes with high dimensional accuracy. can do.
In this embodiment, 90 minute displacement elements are integrated on a 40 mm square substrate. In addition, by using single crystal silicon for the substrate 11, semiconductor elements such as transistors and diodes can be integrated over the same substrate.

【0040】次に、集積化アクチュエータを備えた走査
型トンネル顕微鏡について説明する。
Next, a scanning tunnel microscope equipped with an integrated actuator will be described.

【0041】図8は、図7に示した集積化アクチュエー
タを備えた走査型トンネル顕微鏡の要部概略側面図であ
る。図8に示すように、試料102が載置されるステー
ジ105には、3つの傾き調整ねじ106(1つは不図
示)が螺合された固定部材104が、各傾き調整ねじ1
06の先端によって3点支持されている。固定部材10
4の、試料102と対向する部位には、Z軸粗動圧電素
子103を介して図7に示した集積化アクチュエータ1
01が固定されている。Z軸粗動圧電素子103は、集
積化アクチュエータ101をZ軸方向に粗動させるため
のものであり、このZ軸粗動圧電素子103により、集
積化アクチュエータ101の各探針22(図7参照)が
トンネル電流を検知できる距離まで、集積化アクチュエ
ータ101を試料102に接近させることができる。ま
た、各傾き調整ねじ106の、固定部材104へのねじ
込み量を調整することにより、集積化アクチュエータ1
01と試料102の表面との平行度が調整される。さら
に、集積化アクチュエータ101の各探針22と試料1
02との間には、各探針22と試料102との間にトン
ネル電流を発生させるための電圧を印加する電圧印加手
段(不図示)、および各探針22から試料102に流れ
るトンネル電流を検出するためのトンネル電流検出器
(不図示)が接続されている。
FIG. 8 is a schematic side view of a main part of a scanning tunnel microscope provided with the integrated actuator shown in FIG. As shown in FIG. 8, on a stage 105 on which the sample 102 is placed, a fixing member 104 to which three tilt adjusting screws 106 (one not shown) is screwed is attached to each of the tilt adjusting screws 1.
06 are supported by three points. Fixing member 10
4 is provided on a portion facing the sample 102 via a Z-axis coarse piezoelectric element 103. The integrated actuator 1 shown in FIG.
01 is fixed. The Z-axis coarse movement piezoelectric element 103 is for roughly moving the integrated actuator 101 in the Z-axis direction. The Z-axis coarse movement piezoelectric element 103 allows each probe 22 of the integrated actuator 101 (see FIG. 7). 2) allows the integrated actuator 101 to approach the sample 102 to a distance where the tunnel current can be detected. Further, by adjusting the amount of screwing of each tilt adjusting screw 106 into the fixing member 104, the integrated actuator 1
01 and the surface of the sample 102 are adjusted in parallelism. Further, each probe 22 of the integrated actuator 101 and the sample 1
02, a voltage applying means (not shown) for applying a voltage for generating a tunnel current between each probe 22 and the sample 102, and a tunnel current flowing from each probe 22 to the sample 102. A tunnel current detector (not shown) for detection is connected.

【0042】一方、ステージ105は、図9に示すよう
に、ステージ105に一体に形成された2対の平行ばね
105a、105bがXY平面内で直交するように組み
合せた構造であり、試料102が載置される中央部をX
Y方向に自在に変位させることができる。この中央部の
XY方向への変位は、Y方向に伸縮するように配置され
た積層型圧電素子107と、X方向に伸縮するように配
置された積層型圧電素子108とにより行なわれる。こ
れから明らかなように、各積層型圧電素子107、10
8で、試料102をその表面に平行に二次元走査するた
めの試料駆動手段を構成する。
On the other hand, as shown in FIG. 9, the stage 105 has a structure in which two pairs of parallel springs 105a and 105b formed integrally with the stage 105 are combined so as to be orthogonal to each other in the XY plane. X is the central part to be placed
It can be freely displaced in the Y direction. The displacement of the central portion in the X and Y directions is performed by the multilayer piezoelectric element 107 arranged to expand and contract in the Y direction and the multilayer piezoelectric element 108 arranged to expand and contract in the X direction. As is clear from this, each laminated piezoelectric element 107, 10
At 8, the sample driving means for two-dimensionally scanning the sample 102 in parallel with its surface is constituted.

【0043】以上説明した構成において、電圧印加手段
により各探針22と試料102との間に電圧を印加しつ
つ、各積層型圧電素子107、108を駆動させて試料
102をXY平面内で二次元走査し、このときのトンネ
ル電流をトンネル電流検出器で検出することで、試料1
02の表面を観察できるが、集積化アクチュエータ10
1の各探針22は、それぞれ独立してZ方向に変位でき
る構成となっているので、試料102の表面の微少な凹
凸に対しても、各探針22がぞれぞれ一定の距離を保ち
ながらのXY方向への走査が可能となる。また、各探針
22は、XY平面内においてもそれぞれ独立して変位で
きる構成となっており、各探針22のXY平面内での相
対的な位置補正を行なうことができるので、複数個のプ
ローブの同時走査を正確に行なうことが可能となる。こ
れにより、試料102の表面状態を高速で観察すること
が可能となる。
In the configuration described above, while applying a voltage between each probe 22 and the sample 102 by the voltage applying means, each of the multilayer piezoelectric elements 107 and 108 is driven to move the sample 102 in the XY plane. Dimensional scanning, and the tunnel current at this time is detected by a tunnel current detector, so that the sample 1
02 can be observed, but the integrated actuator 10
Since each of the first and second probes 22 is configured to be independently displaceable in the Z direction, each of the first and second probes 22 can maintain a certain distance with respect to minute irregularities on the surface of the sample 102. Scanning in the X and Y directions can be performed while maintaining. Further, each probe 22 can be displaced independently in the XY plane, and the relative position of each probe 22 in the XY plane can be corrected. Simultaneous scanning of the probe can be performed accurately. This makes it possible to observe the surface state of the sample 102 at high speed.

【0044】次に、集積化アクチュエータを備えた情報
処理装置について説明する。
Next, an information processing apparatus having an integrated actuator will be described.

【0045】図10は、図7に示した集積化アクチュエ
ータを備えた情報処理装置の概略構成図である。図10
に示すように、記録媒体310が載置されるXYステー
ジ201は、XYステージ201をX方向に移動させる
X方向リニアアクチュエータ205と、XYステージ2
01をY方向に移動させるY方向リニアアクチュエータ
206とを有する。X方向リニアアクチュエータ205
およびY方向リニアアクチュエータ206は、それぞれ
コンピュータ320からの指令に基づくステージ駆動回
路306からの駆動信号により駆動され、XYステージ
201をX方向およびY方向に移動させるものである。
すなわち、これらステージ駆動回路306、X方向リニ
アアクチュエータ205、およびY方向リニアアクチュ
エータ206により、記録媒体310をその表面に平行
に二次元走査するための記録媒体駆動手段を構成してい
る。記録媒体310は、記録媒体基板307と、記録媒
体基板307の上にAu等をエピタキシャル成長させた
金属電極層308と、金属電極層308の上に、電気メ
モリー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(累積法)により8層累積した記録
層309とからなる。
FIG. 10 is a schematic configuration diagram of an information processing apparatus provided with the integrated actuator shown in FIG. FIG.
As shown in FIG. 7, the XY stage 201 on which the recording medium 310 is placed is composed of an X-direction linear actuator 205 for moving the XY stage 201 in the X direction, and an XY stage 2.
01 in the Y direction. X direction linear actuator 205
The Y-direction linear actuator 206 is driven by a drive signal from a stage drive circuit 306 based on a command from the computer 320, and moves the XY stage 201 in the X-direction and the Y-direction.
That is, the stage drive circuit 306, the X-direction linear actuator 205, and the Y-direction linear actuator 206 constitute a recording medium driving unit for two-dimensionally scanning the recording medium 310 in parallel with its surface. The recording medium 310 includes: a recording medium substrate 307; a metal electrode layer 308 obtained by epitaxially growing Au or the like on the recording medium substrate 307; A recording layer 309 in which eight layers of azulene are accumulated by the LB method (accumulation method).

【0046】一方、記録媒体310に対向する部位に
は、支持体203に固定された集積化アクチュエータ1
01が配置されている。この集積化アクチュエータ10
1は、図7に示したものと同様のものである。支持体2
03には、支持体203をZ方向に移動させるZ方向リ
ニアアクチュエータ204が設けられており、このZ方
向リニアアクチュエータ204は、コンピュータ320
に接続されたサーボ回路303からのサーボ信号に基づ
く、駆動回路305からの駆動信号によって駆動され
る。また、集積化アクチュエータ101の各探針22と
記録媒体310との間には、各探針22から記録層30
9を介して金属電極層308へ流れるトンネル電流を検
出するためのトンネル電流検出器301と、各探針22
と記録媒体310との間に、情報を書き込んだり読み出
したりするための電圧を印加する電圧印加手段としての
記録再生用バイアス回路207とが接続されている。各
探針22は、トンネル電流検出器301で検出されたト
ンネル電流に基づいて各探針22と記録媒体310との
相対位置をサーボするサーボ回路302からのサーボ信
号に基づく、駆動回路304からの駆動信号により、そ
れぞれ独立してZ方向およびXY平面内に駆動される。
On the other hand, a portion facing the recording medium 310 is provided with the integrated actuator 1 fixed to the support 203.
01 is arranged. This integrated actuator 10
1 is the same as that shown in FIG. Support 2
03 is provided with a Z-direction linear actuator 204 for moving the support body 203 in the Z-direction.
Is driven by a drive signal from a drive circuit 305 based on a servo signal from a servo circuit 303 connected to the drive circuit 305. In addition, between each probe 22 of the integrated actuator 101 and the recording medium 310, each probe 22
9, a tunnel current detector 301 for detecting a tunnel current flowing to the metal electrode layer 308 through the metal electrode layer 308;
A recording / reproducing bias circuit 207 as voltage applying means for applying a voltage for writing or reading information is connected between the recording medium 310 and the recording medium 310. Each probe 22 receives a signal from a drive circuit 304 based on a servo signal from a servo circuit 302 that servos the relative position between each probe 22 and the recording medium 310 based on the tunnel current detected by the tunnel current detector 301. The driving signals are independently driven in the Z direction and the XY plane.

【0047】以上の構成に基づいて記録媒体310への
記録は、Z方向リニアアクチュエータ204により集積
化アクチュエータ101を記録媒体310に所定の距離
まで接近させた状態で、XYステージ201をXY平面
内で二次元走査しながら、集積化アクチュエータ101
の各探針22が記録媒体310の記録領域上の書き込み
位置にきたら、記録再生用バイアス回路207でパルス
状電圧を印加して行なう。このパルス状電圧は、電気メ
モリー効果を有する記録層309がOFF(高抵抗)状
態からON(低抵抗)状態に変化するのに十分な電圧で
ある。書き込みのタイミング等は、コンピュータ320
からの制御信号による。
The recording on the recording medium 310 based on the above configuration is performed by moving the XY stage 201 within the XY plane while the integrated actuator 101 is brought close to the recording medium 310 by the Z-direction linear actuator 204 to a predetermined distance. While performing two-dimensional scanning, the integrated actuator 101
When each of the probes 22 comes to the writing position on the recording area of the recording medium 310, the recording / reproducing bias circuit 207 applies a pulse-like voltage. This pulse-like voltage is a voltage sufficient for the recording layer 309 having the electric memory effect to change from the OFF (high resistance) state to the ON (low resistance) state. The writing timing and the like are determined by the computer 320.
Depending on the control signal from

【0048】再生は、各探針22と記録媒体310の金
属電極層308との間に、記録再生用バイアス回路20
7により読み取り用の電圧を印加しながら、XYステー
ジ201を二次元走査し、トンネル電流検出器301で
記録媒体310の記録領域上における電流変化を見るこ
とで行なう。この電流変化は、読み出し情報としてコン
ピュータ320へ伝えられる。読み出しのタイミング等
は、コンピュータ320からの制御信号による。
For reproduction, a bias circuit 20 for recording and reproduction is provided between each probe 22 and the metal electrode layer 308 of the recording medium 310.
7, the XY stage 201 is two-dimensionally scanned while applying a reading voltage, and the tunnel current detector 301 observes a change in current on the recording area of the recording medium 310. This current change is transmitted to the computer 320 as read information. The read timing and the like depend on a control signal from the computer 320.

【0049】以上説明した情報処理装置において、集積
化アクチュエータ101の各探針22は、それぞれ独立
してZ方向に変位できる構成となっているので、記録媒
体310の表面の微少な凹凸に対しても、各探針22が
ぞれぞれ一定の距離を保ちながらのXY方向への走査が
可能となる。また、各探針22は、XY平面内において
もそれぞれ独立して変位できる構成となっており、各探
針22のXY平面内での相対的な位置補正を行なうこと
ができるので、複数個のプローブの同時走査を正確に行
なうことが可能となる。これにより、記録媒体310へ
の記録の書き込みおよび記録媒体310からの情報の読
み出しを高速で行なうことが可能となる。また、集積化
アクチュエータ101には多数個の探針22が高密度で
形成されているので、大容量の情報を高密度で記録再生
することができる。
In the information processing apparatus described above, each probe 22 of the integrated actuator 101 is configured to be independently displaceable in the Z direction. Also, it is possible to scan in the XY directions while keeping each probe 22 at a fixed distance. Further, each probe 22 can be displaced independently in the XY plane, and the relative position of each probe 22 in the XY plane can be corrected. Simultaneous scanning of the probe can be performed accurately. This makes it possible to write data to the recording medium 310 and read information from the recording medium 310 at high speed. Further, since a large number of probes 22 are formed in the integrated actuator 101 at a high density, a large amount of information can be recorded and reproduced at a high density.

【0050】[0050]

【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。
Since the present invention is configured as described above, the following effects can be obtained.

【0051】以上説明したように本発明によれば、微小
変位素子は、分極方向を基板の面に対して垂直方向とし
側面に電極を設けた複数の圧電体を同一円周上に配置し
ているので、各圧電体の厚みすべり変形の合成として極
めて微小で正確なねじれ変形を発生させることができ
る。また、各圧電体は柱状の構造体であるので比較的高
いアスペクト比を有するものとなり、外部からの振動に
影響されにくく、かつ耐久性に優れたものとすることが
できる。
As described above, according to the present invention, the micro displacement element has a polarization direction perpendicular to the surface of the substrate.
Multiple piezoelectric bodies with electrodes on the side are arranged on the same circumference.
Therefore, extremely minute and accurate torsional deformation can be generated as a composite of the thickness shear deformation of each piezoelectric body. In addition, since each of the piezoelectric bodies is a columnar structure, it has a relatively high aspect ratio, is less affected by external vibration, and has excellent durability.

【0052】そして、上記の圧電体の基板と反対側の端
面に、片持ち梁を介して探針を設けることで、上述した
ねじれ変形を発生させることにより探針に円弧運動を発
生させることが可能となる。
Then, the end of the piezoelectric body opposite to the substrate
By providing the probe with a cantilever on the surface, it is possible to generate the above-described torsional deformation, thereby causing the probe to generate an arc motion.

【0053】従って、各探針の微小駆動を外部からの振
動に影響されにくく正確に行なうことができるので、
記の微小変位素子を複数個有する集積化アクチュエータ
走査型トンネル顕微鏡やこの原理を応用した情報処理
装置に用いることで、試料の表面観察及び記録媒体への
情報の記録再生を良好に行うことができる。
[0053] Accordingly, it is possible to perform the fine drive of the probe difficult accurately be affected by vibrations from the outside, the top
Integrated actuator having a plurality of the small displacement elements described above
In it is used in actual processing apparatus which applies the scanning tunneling microscope or the principle of the surface observation and recording medium of the sample
Recording and reproduction of information can be performed favorably.

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

【図1】本発明に用いられる微小変位素子の第1実施例
の概略斜視図である。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a first embodiment of a small displacement element used in the present invention.

【図2】図1に示した微小変位体のうち、1つの微小変
位体についての側面図であり、同図(a)は変位前の状
態を示し、同図(b)は変位後の状態を示す。
FIGS. 2A and 2B are side views of one of the minute displacement bodies shown in FIG. 1, in which FIG. 2A shows a state before displacement, and FIG. 2B shows a state after displacement. Is shown.

【図3】図1に示した微小変位素子の製造工程の一例を
説明するための、微小変位素子の断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of the minute displacement element for describing an example of a manufacturing process of the minute displacement element shown in FIG.

【図4】本発明に用いられる微小変位素子の第2実施例
の概略平面図である。
FIG. 4 is a schematic plan view of a second embodiment of the small displacement element used in the present invention.

【図5】図4に示した微小変位素子のA−A’線断面図
である。
FIG. 5 is a sectional view taken along line AA ′ of the minute displacement element shown in FIG. 4;

【図6】図4および図5に示した微小変位素子の一例を
製造工程を説明するための、微小変位素子の断面図であ
る。
FIG. 6 is a cross-sectional view of the minute displacement element for explaining a manufacturing process of the example of the minute displacement element shown in FIGS. 4 and 5;

【図7】図4および図5に示した探針ユニットを同一の
基板に多数個配置した集積化アクチュエータの要部斜視
図である。
FIG. 7 is a perspective view of a main part of an integrated actuator in which a large number of the probe units shown in FIGS. 4 and 5 are arranged on the same substrate.

【図8】図7に示した集積化アクチュエータを備えた走
査型トンネル顕微鏡の要部概略側面図である
8 is a schematic side view of a main part of a scanning tunnel microscope provided with the integrated actuator shown in FIG. 7;

【図9】図8に示したステージの概略平面図である。FIG. 9 is a schematic plan view of the stage shown in FIG.

【図10】図7に示した集積化アクチュエータを備えた
情報処理装置の概略構成図である。
10 is a schematic configuration diagram of an information processing apparatus including the integrated actuator shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、11 基板 2 圧電体 2’ 酸化亜鉛層 3 金属薄膜 3a、3b、23 電極 4 分極方向 6 微小変位体 7、17 微小変位素子 8 絶縁層 9 フォトレジスト 20 カンチレバー 20’ アモルファス窒化シリコン膜 21 引出し電極 22 探針 24 対向電極 25 犠牲層 101 集積化アクチュエータ 102 試料 103 Z軸粗動圧電素子 104 固定部材 105 ステージ 105a、105b 平行ばね 106 傾き調整ねじ 107、108 積層型圧電素子 201 XYステージ 203 支持体 204 Z方向リニアアクチュエータ 205 X方向リニアアクチュエータ 206 Y方向リニアアクチュエータ 207 記録再生用バイアス回路 301 トンネル電流検出器 302、303 サーボ回路 304、305 駆動回路 306 ステージ駆動回路 307 記録媒体基板 308 金属電極層 309 記録層 310 記録媒体 320 コンピュータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 11 Substrate 2 Piezoelectric body 2 'Zinc oxide layer 3 Metal thin film 3a, 3b, 23 Electrode 4 Polarization direction 6 Micro displacement body 7, 17 Micro displacement element 8 Insulating layer 9 Photoresist 20 Cantilever 20' Amorphous silicon nitride film 21 Leader Electrode 22 Probe 24 Counter electrode 25 Sacrificial layer 101 Integrated actuator 102 Sample 103 Z-coordinate coarse piezoelectric element 104 Fixing member 105 Stage 105 a, 105 b Parallel spring 106 Tilt adjusting screw 107, 108 Stacked piezoelectric element 201 XY stage 203 Support 204 Z-direction linear actuator 205 X-direction linear actuator 206 Y-direction linear actuator 207 Recording / playback bias circuit 301 Tunnel current detector 302, 303 Servo circuit 304, 305 Drive circuit 306 Stage drive Circuit 307 Recording medium substrate 308 Metal electrode layer 309 Recording layer 310 Recording medium 320 Computer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平3−46943(JP,A) 特開 平2−139071(JP,A) 特開 平3−52572(JP,A) 特開 平4−184201(JP,A) 特開 平4−258826(JP,A) 特開 平4−128603(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01B 7/00 - 7/34 H01J 37/28 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References JP-A-3-46943 (JP, A) JP-A-2-1399071 (JP, A) JP-A-3-52572 (JP, A) JP-A-4- 184201 (JP, A) JP-A-4-258826 (JP, A) JP-A-4-128603 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01B 7/00-7 / 34 H01J 37/28

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 分極方向を基板の面と垂直な方向として
前記基板上に同一円周上に配置された柱状構造の複数個
の圧電体、前記各圧電体の互いに対向する各側面にそれ
ぞれ設けられた電極、および前記複数の圧電体の前記基
板と反対側の端面に支持された片持ち梁の自由端部に形
成された探針を備えた微小変位素子が、前記基板上に複
数個設けられた集積化アクチュエータと、 前記集積化アクチュエータの前記探針と対向して配置さ
れた試料を、前記試料の表面に平行に二次元的に走査す
るための試料駆動手段と、 前記各探針と前記試料との間にトンネル電流を発生させ
るための電圧を印加する電圧印加手段とを有することを
特徴とする走査型トンネル顕微鏡。
1. A plurality of columnar-structured piezoelectric members arranged on the same circumference on the substrate with the direction of polarization perpendicular to the surface of the substrate, and provided on each of the opposing side surfaces of each of the piezoelectric members. Provided on the substrate, a plurality of micro-displacement elements having a probe formed at a free end of a cantilever supported on an end face of the plurality of piezoelectric bodies opposite to the substrate of the plurality of piezoelectric bodies. Integrated actuator, a sample driving means for two-dimensionally scanning a sample arranged opposite to the probe of the integrated actuator in parallel to the surface of the sample, and each of the probes A scanning tunneling microscope comprising: voltage applying means for applying a voltage for generating a tunnel current between the sample and the sample.
【請求項2】 分極方向を基板の面と垂直な方向として
前記基板上に同一円周上に配置された柱状構造の複数個
の圧電体、前記各圧電体の互いに対向する各側面にそれ
ぞれ設けられた電極、および前記複数の圧電体の前記基
板と反対側の端面に支持された片持ち梁の自由端部に形
成された探針を備えた微小変位素子が、前記基板上に複
数個設けられた集積化アクチュエータと、 前記集積化アクチュエータの前記探針に対向して配置さ
れた電気メモリー効果を持つ記録媒体を、前記記録媒体
の表面に平行に二次元的に走査するための記録媒体駆動
手段と、 前記各探針と前記記録媒体との間にトンネル電流を発生
させるための電流を印加する電圧印加手段とを有するこ
とを特徴とする情報処理装置。
2. A plurality of columnar-structured piezoelectric members arranged on the same circumference on the substrate with the polarization direction being a direction perpendicular to the surface of the substrate, and provided on each of opposing side surfaces of the respective piezoelectric members. Provided on the substrate, a plurality of micro-displacement elements having a probe formed at a free end of a cantilever supported on an end face of the plurality of piezoelectric bodies opposite to the substrate of the plurality of piezoelectric bodies. Integrated actuator, and a recording medium drive for two-dimensionally scanning a recording medium having an electric memory effect disposed opposite to the probe of the integrated actuator in parallel with a surface of the recording medium An information processing apparatus comprising: means for applying a current for generating a tunnel current between each of the probes and the recording medium.
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