JP3127341B2 - 電極基板とその製造方法、及び記録媒体並びに情報処理装置 - Google Patents
電極基板とその製造方法、及び記録媒体並びに情報処理装置Info
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る電極基板とその製造方法、及びかかる電極基板を用い
た記録媒体、更にはかかる記録媒体を用いて構成される
走査型プローブ顕微鏡(SPM)技術を応用した情報処
理装置に関するものである。
タ及びその関連機器、ビデオディスク、ディジタルオー
ディオディスク等のエレクトロニクス産業の中核をなす
ものであり、その材料開発も極めて活発に進んでいる。
メモリ材料に要求される性能は用途により異なるが、一
般的には、 1)高密度で記録容量が大きい 2)記録再生の応答速度が早い 3)消費電力が少ない 4)生産性が高く、価格が安い などが挙げられる。
導体メモリや磁気メモリが主であったが、近年レーザー
技術の進展にともない、有機色素、フォトポリマーなど
の有機薄膜を用いた光メモリによる安価で高密度な記録
媒体が登場してきた。
察できる走査型トンネル顕微鏡(以後、「STM」と称
す)が開発され[G.Binnig et. al.,
Phys. Rev. Lett. 49,57(1
982)]、単結晶、非晶質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り、しかも試料に電流によ
る損傷を与えずに低電力で観測できる利点をも有し、さ
らに大気中でも動作し、種々の材料に対して用いること
ができるため広範囲な応用が期待されている。
極)と導電性物質間に電圧を加えて1nm程度の距離ま
で近づけると、これらの間に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
感であるため、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、実空間の表面構造を描くことがで
きると同時に表面原子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。この際、面内方向の分解能は
0.1nm程度である。
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。例えば、特開昭61−
80536号に開示されている記録再生装置では、電子
ビーム等によって媒体表面に吸着した原子粒子を取り除
き、書き込みを行ない、STMによりこのデータを再生
している。
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、記録ビットサイズを1
0nm程度とすることができ、1012bit/cm2も
の大容量記録再生が可能である。
成図の一例を示す。以下図面に従って説明する。
記録層である。201はXYステージ、202はプロー
ブ電極、203はプローブ電極の支持体、204はプロ
ーブ電極をZ方向に駆動するZ軸リニアアクチュエー
タ、205,206はXYステージをそれぞれX,Y方
向に駆動するリニアアクチュエータ、207はパルス電
圧回路である。
03を介して電極層102へ流れるトンネル電流を検出
する増幅器である。302はトンネル電流の変化をプロ
ーブ電極202と記録層103の間隙距離に比例する値
に変換するための対数圧縮器、303は記録層103の
表面凹凸成分を抽出するための低域通過フィルタであ
る。304は基準電圧VREFと低域通過フィルタ303
の出力との誤差を検出する誤差増幅器、305はZ軸リ
ニアアクチュエータ204を駆動するドライバーであ
る。306はXYステージ201の位置制御を行う駆動
回路である。307はデータ成分を分離する高域通過フ
ィルタである。
電極202の先端を示す。
ビット、402は基板101上に電極層102を形成し
たときにできた結晶粒である。この結晶粒402の大き
さは電極層102の製法として通常の真空蒸着法、スパ
ッタ法等を用いると30〜50nm程度である。
隔は図3に示された回路構成により一定に保つことがで
きる。即ち、プローブ電極202と記録層103の間に
流れるトンネル電流を検出し、対数圧縮器302、低域
通過フィルタ303を介した後、この値を基準電圧と比
較し、この比較値が零に近づくようにプローブ電極20
2を支持するZ軸リニアアクチュエータ204を制御す
ることにより、プローブ電極202と記録層103の間
隔を一定にすることができる。
とにより記録媒体の表面をプローブ電極202がなぞ
り、a点の信号の高域周波数成分を分離することにより
記録層103のデータを検出できる。このときのa点の
信号の周波数に対する信号強度スペクトラムを図5に示
す。
板101の反り、歪等による媒体の緩やかな起伏による
ものである。f1を中心とした信号は記録層103の表
面の凹凸によるもので、主として電極材料形成時に生じ
る結晶粒402によるものである。f2は記録データの
搬送波成分で、403はデータ信号帯域である。f3は
記録層103の原子、分子配列から生じる信号成分であ
る。また、fTはトラッキング信号である。
度記録を行うには、データ信号帯域403をf1とf3の
間に置かなければならない。この場合、データ成分を分
離するため遮断周波数fCの高域通過フィルタ307を
用いる。しかしながら、上述した記録媒体では、その信
号強度スペクトラムにおいて、f1の信号成分の裾野が
データ信号帯域403と重なっている。これはf1の信
号成分が電極層102の結晶粒402に起因しているた
めであり、結晶粒402の30〜50nmに対しデータ
の記録サイズ及びビット間隔が1〜10nmと接近して
いることによる。このため、データ再生のS/N比が低
下し、読取りデータの誤り率が著しく高くなるという問
題が有った。
能とする平滑な電極基板及び記録媒体が提案されている
(特開平4−1950号)。この電極基板は図6に示す
ように、まず平滑性の高い母材11、例えばマイカ、M
gO,TiC,Si,HOPG等の結晶の劈開面或はフ
ロートガラス、#7059フュージョン溶融石英等の溶
融したガラス表面に、Au,Ag,Pt,Pdなどの貴
金属或はAu−Pd,Pt−Pdなどの合金などで電極
層102を形成したのち、接着層12を用いて他の基板
101にこの電極層102を移し取ることによって形成
される。これにより表面凹凸が1nm以下の平滑面を一
辺が1μmの正方形の領域以上有する平滑電極基板を形
成できる。この電極基板を記録媒体として使用するため
には、次に電極層上に記録層103を形成しなければな
らない。この記録層は特開昭63−161552号に示
されているように電気メモリー効果を有する材料であ
る。
多用されるポリイミドの電極基板上への形成は、制御
性、容易性そして再現性からラングミュアーブロジェッ
ト(LB)法で行われる。この場合、まずLB法により
電極基板上に単分子膜或はその累積膜として形成した
後、熱処理によって重合を行いポリイミド記録層103
として形成する。
極基板或は記録媒体にも次のような問題点があった。
処理(高いもので300℃程度)を必要とするため、こ
の熱により前記接着層にうねりが生じてしまう。接着層
には、固化時に体積収縮しない無溶剤型の例えばエポキ
シ樹脂系、α−シアノアクリレート系或はエポテック銀
シリーズなどが使用されるが、これらのものは熱処理に
よって程度の差はあるものの電極基板層にうねりを生じ
させる(ミクロ的な平滑性は維持される)。
例えば特開平3−150942号に開示されている(図
7参照)、複数のプローブ202が同一基板209上に
形成されそれに対向して記録媒体を位置させ記録再生を
行う装置に使用した時に、プローブによっては先端が記
録媒体まで届かなくなってしまう場合があった。
て、高いS/N比、高速再生或は記録を疎外するような
うねりのない記録媒体及びかかる記録媒体に使用する電
極基板を提供することにある。
すべく成された本発明は、第1に、一辺が1μmの正方
形の領域以上にわたって表面凹凸が1nm以下である平
滑面を有する電極層が、ポリイミド構造体層上に形成さ
れていることを特徴とする電極基板にあり、第2に、一
辺が1μmの正方形の領域以上にわたって表面凹凸が1
nm以下である平滑面を有する母材に電極材料を含む電
極層を形成する工程と、該電極層上にポリイミド構造体
層を形成する工程と、該電極層と該ポリイミド構造体層
を含む膜を母材から分離する工程を含むことを特徴とす
る電極基板の製造方法にあり、第3に、ポリイミド構造
体層上に形成された一辺が1μmの正方形の領域以上に
わたって表面凹凸が1nm以下である平滑面を有する電
極層上に、記録層を有することを特徴とする記録媒体に
あり、第4に、ポリイミド構造体層上に形成された一辺
が1μmの正方形の領域以上にわたって表面凹凸が1n
m以下である平滑面を有する電極層上に記録層を有する
記録媒体と、複数のプローブ電極と、記録媒体とプロー
ブ電極間に電圧印加する手段と、記録媒体とプローブ電
極を近接配置させて記録媒体とプローブ電極間に流れる
電流を検知する手段を有する情報処理装置にある。
例を示す。101は基板、12は接着層、13はポリイ
ミド構造体層、102は電極層、103は記録層であ
る。図2は図1の記録媒体の製造工程における断面図を
示したものである。
用意する。この平滑基板11は表面凹凸が1nm以下の
平滑面を、好ましくは一辺が1μmの正方形の領域以上
有するものを必要とする。
試料基板表面に接近させ、該微小プローブの先端原子と
試料基板表面の原子との間に働く原子間力を計測し試料
表面形状を観察するAFM(Atomic−Force
−Microscopy)という手法を用いて行うこと
ができる。
絶縁性を問わず原子オーダーの分解能で試料の表面形状
を計測することができる。本発明者等はAFMを用いて
各種材料の表面を評価したところ、以下の材料が本発明
における平滑基板11として好適であることが判明し
た。
わめて平滑な表面を容易に得ることができ、かかる結晶
材料としてはマイカ,MgO,TiC,Si,高配向グ
ラファイト等が挙げられる。
ロートガラス,#7059フュージョン溶融石英等が挙
げられる。
02を平滑基板11上に形成する。本発明に係る電極層
102としては高導電性を有するもので、さらに平滑基
板11と密着性の良くない材料が好ましい。例えばA
u,Ag,Pt,Pdなどの貴金属及びAu−Pd,P
t−Pdなどの合金、さらにそれらの積層膜が挙げられ
る。このような材料を用いた電極形成法は従来公知の薄
膜形成技術で十分である。
02上にポリイミド構造体層13を形成する。ポリイミ
ド構造体層は通常、前駆体溶液を塗布した後加熱処理し
て形成する。ポリイミド構造体層の膜厚としては、後工
程における熱処理温度にもよるが、2〜20μm程度が
好ましい。この膜厚が薄過ぎると本発明が目的とするう
ねり防止の効果が小さくなってしまい。厚過ぎるとポリ
イミド構造体層自体の応力を制御するのが難しくなる。
2を形成する。接着層としては耐熱性の高い接着剤が好
ましく、例えばポリイミド系接着剤(ポリイミド樹脂と
エポキシ樹脂の混合接着剤)などが用いられる。接着層
の厚さは、接着効果が十分であれば薄い程良い。通常は
数μm以下である。
2上に基板101を貼りつける。基板101としては金
属、ガラス、シリコンを含むセラミックス等が使用でき
る。
11を電極層102から引き剥すことにより、表面凹凸
が1nm以下の平滑面を1μm□以上有する本発明の平
滑電極基板が形成できる。
基板の電極層102上に記録層103を形成することに
より本発明の記録媒体が得られる。
性においてメモリースイッチング現象(電気メモリー効
果)を有する材料、例えば、π電子準位をもつ群とσ電
子準位のみを有する群を併有する分子を積層した有機単
分子膜或いはその累積膜を用いることが可能となる。電
気メモリー効果は前記の有機単分子膜、或いはその累積
膜等の薄膜を一対の電極間に配置させた状態でそれぞれ
異なる2つ以上の導電率を示す状態(図8 ON状態、
OFF状態)へ遷移させることが可能な閾値を越えた電
圧を印加することにより、可逆的に低抵抗状態(ON状
態)および高抵抗状態(OFF状態)へ遷移(スイッチ
ング)させることができる。また、それぞれの状態は電
圧の印加をやめても保持(メモリー)しておくことがで
きる。係る記録層はラングミュアーブロジェット(L
B)法を用いて形成することができ、LB法によって電
極層上に形成された薄膜は加熱処理することによって重
合し強固な記録層となる。
記録層103を形成すると、ポリイミド構造体層13が
上記の加熱処理による接着層12のうねりの発生を防止
でき、基板表面のうねりは記録層103形成時の加熱処
理前後においてほぼ変化しない。
0μmの正方形領域内でうねりの高低差を1μm以内と
することができる。この程度のうねりであれば、例え
ば、特開平3−150942号に開示されている複数の
プローブが同一基板上に形成されている装置(図7参
照)においても、プローブの駆動による補正によって十
分補えるため、基板のうねりに起因する記録、再生或は
消去時のエラー発生を抑えることが可能となる。
(a)〜(g)を参照しつつ説明する。
マイカ板を劈開し平滑基板11を得た。続いて、図2
(b)に示すように、平滑基板11上に真空蒸着法によ
り金を成膜し電極層102を形成した。蒸着は、基板温
度を400℃に保ち、真空度2×10-8torr、蒸着
速度5Å/secの条件下で行い、2500Åの膜厚を
形成した。次に、図2(c)に示すように、この電極層
102上にポリイミド前駆体(商品名:PIX−L11
0、日立化成製)を塗布し、100℃−1h,200℃
−1h,350℃−1h加熱して、厚さ5μmのポリイ
ミド構造体層13を形成した。次に、図2(d)に示す
ように、接着層12(商品名:ハイテンプHT−10、
コニシ製)を電極層102上に塗布した。次に、接着層
12を脱気処理したのち、図2(e)に示すように、基
板101を接着層12上に貼りつけた。接着は加圧力5
kg/cm2、温度:200℃、硬化時間:1hの条件
で行った。続いて、図2(f)に示すように、平滑基板
11を電極層102から引き剥し、基板101、接着層
12、ポリイミド構造体層13、電極層102からなる
平滑電極基板を得た。このようにして得られた平滑電極
基板の表面をSTMで観察したところ、一辺が10μm
の正方形の領域内において表面凹凸は1nm以下であっ
た。
電極基板上に特開昭63−161552号に開示されて
いる方法でポリイミド記録層103を形成した。以下、
ポリイミド記録層103の形成方法について述べる。
ジメチルアセトアミド−ベンゼン混合溶媒1:1(V/
V)に溶解させた(単量体換算濃度1×10-3M)溶液
と、別途調製したN,N−ジメチルオクタデシルアミン
の同溶媒による1×10-3M溶液とを1:2(V/V)
に混合して(2)式に示すポリアミド酸オクタデシルア
ミン塩溶液を調製した。
相上に展開し、水面上に単分子膜を形成した。溶媒蒸発
除去後、表面圧を25mN/mに迄高めた。表面圧を一
定に保ちながら、上述の平滑電極基板を水面を横切る方
向に速度5mm/minで静かに浸漬した後、続いて5
mm/minで静かに引き上げて2層のY型単分子累積
膜を作製した。かかる操作を繰り返して4層のポリアミ
ド酸オクタデシルアミン塩の単分子累積膜を形成した。
次に、この基板を減圧(〜1mmHg)下、300℃で
10分間加熱焼成してポリアミド酸オクタデシルアミン
塩をイミド化し(式3)、4層のポリイミド単分子累積
膜(ポリイミド記録層103)を得た。
体を用いて、図7に示した半導体基板上に形成された複
数のプローブ(12本)を有するデバイスを搭載した図
3に示した情報処理装置により記録再生の実験を行っ
た。
いた。このプローブ電極202と記録層103の表面と
の距離(Z)は、圧電変位素子を有するカンチレバー2
08(図7参照)により制御される。さらにリニアアク
チュエータ204,205,206は距離(Z)を一定
に保ったまま、画内(X,Y)方向にも微動制御できる
ように設計されている。また、記録媒体は高精度のXY
ステージ201の上に置かれ、任意の位置に移動させる
ことができる。
累積した記録層103を有する記録媒体を、XYステー
ジ201上に置いた。次に、プローブ電極202と記録
媒体の電極層102との間に+1.5Vの電圧を印加
し、これらの間に流れる電流をモニターしながらプロー
ブ電極202と記録層103の表面との距離(Z)を調
整した。この時、プローブ電極202と記録層103表
面との距離(Z)を制御するためのプローブ電流Ipを
10-10A≧Ip≧10-11Aになるように設定した。
上で走査させながら、100Åピッチで情報の記録を行
った。走査面積は、各プローブ共に一辺が1mmの正方
形の領域とした。かかる情報の記録は、プローブ電極2
02を+側、電極層102を−側にして、電気メモリー
材料(ポリイミドLB膜4層)が低抵抗状態(ON状
態)に変化する図9に示す閾値電圧VthONを越えた三
角波パルス電圧(第1のパルス電圧)を加えた。その
後、プローブ電極202を記録開始点に戻し、再び記録
層103上を走査させた。この時、記録の読み出し時に
於いてはZ=一定になるように調整した。その結果、上
記の記録領域(データビット)に於いては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。
ON状態からOFF状態に変化する閾値電圧VthOFF
を越えた10V(第2のパルス電圧)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も確認した。さらに読取りデ
ータの誤り率を読取り速度を一定にして調べたところ、
10-7と著しく小さかった。これらの結果は12本すべ
てのプローブ電極において同一に得られた。また、本実
施例の記録媒体の基板表面のうねりは一辺が500μm
の正方形の領域内において1μm以下であった。
した記録媒体に対して、特開平5−40968号に開示
されている情報記録再生装置を用いて、記録媒体表面上
をプローブ電極を走査させて記録層への情報の記録、再
生及び消去を行った。プローブ電極は同一基板上に複数
形成されたものを用いた。この情報処理装置は、プロー
ブ電極と記録媒体の間の距離を両者の間に斥力が作用す
るまで近接した状態でプローブ電極を記録媒体表面上を
走査し、かつ両者間に電圧印加回路によって所望の電圧
を加え、記録、再生、及び消去を行なう装置である。
み取り速度を一定にして調べたところ、10-7と著しく
小さかった。この結果はすべてのプローブで同様な値で
あった。
極基板の電極層と接着層の間に高耐熱性樹脂であるポリ
イミド構造体層を設けることにより、この上に記録層を
形成して記録媒体とする際の熱処理時における電極層の
うねりの発生を大幅に抑制することが可能となった。ま
た、この記録媒体を特に複数のプローブ電極を有する基
板を備えた高速処理可能な情報処理装置に用いる場合に
おいても、記録媒体のうねりに起因するデータの記録再
生の誤りの無い情報の記録,再生及び消去が可能となっ
た。
図である。
す図である。
態の説明図である。
トラムを表す図である。
るデバイスの模式図である。
抵抗状態へ遷移させるのに必要な電気パルスの波形の一
例を示す図である。
Claims (9)
- 【請求項1】 一辺が1μmの正方形の領域以上にわた
って表面凹凸が1nm以下である平滑面を有する電極層
が、ポリイミド構造体層上に形成されていることを特徴
とする電極基板。 - 【請求項2】 前記ポリイミド構造体層の厚さが、2μ
m〜20μmであることを特徴とする請求項1記載の電
極基板。 - 【請求項3】 一辺が1μmの正方形の領域以上にわた
って表面凹凸が1nm以下である平滑面を有する母材に
電極材料を含む電極層を形成する工程と、該電極層上に
ポリイミド構造体層を形成する工程と、該電極層と該ポ
リイミド構造体層を含む膜を母材から分離する工程を含
むことを特徴とする電極基板の製造方法。 - 【請求項4】 前記母材の平滑面として、結晶の劈開面
を用いることを特徴とする請求項3記載の電極基板の製
造方法。 - 【請求項5】 前記母材の平滑面として、溶融したガラ
ス表面を用いることを特徴とする請求項3記載の電極基
板の製造方法。 - 【請求項6】 前記電極材料が、貴金属または貴金属の
合金であることを特徴とする請求項3記載の電極基板の
製造方法。 - 【請求項7】 ポリイミド構造体層上に形成された一辺
が1μmの正方形の領域以上にわたって表面凹凸が1n
m以下である平滑面を有する電極層上に、記録層を有す
ることを特徴とする記録媒体。 - 【請求項8】 前記記録層が単分子膜或いは単分子の累
積膜からなるポリイミド記録層であることを特徴とする
請求項7記載の記録媒体。 - 【請求項9】 ポリイミド構造体層上に形成された一辺
が1μmの正方形の領域以上にわたって表面凹凸が1n
m以下である平滑面を有する電極層上に記録層を有する
記録媒体と、複数のプローブ電極と、記録媒体とプロー
ブ電極間に電圧印加する手段と、記録媒体とプローブ電
極を近接配置させて記録媒体とプローブ電極間に流れる
電流を検知する手段を有する情報処理装置。
Priority Applications (1)
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JP3081194A JP3127341B2 (ja) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | 電極基板とその製造方法、及び記録媒体並びに情報処理装置 |
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JP3081194A JP3127341B2 (ja) | 1994-02-03 | 1994-02-03 | 電極基板とその製造方法、及び記録媒体並びに情報処理装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH07220311A JPH07220311A (ja) | 1995-08-18 |
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