JP3174969B2 - Micro probe element, integrated micro probe element, and scanning tunneling microscope and information processing apparatus using the same - Google Patents

Micro probe element, integrated micro probe element, and scanning tunneling microscope and information processing apparatus using the same

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JP3174969B2 JP08934192A JP8934192A JP3174969B2 JP 3174969 B2 JP3174969 B2 JP 3174969B2 JP 08934192 A JP08934192 A JP 08934192A JP 8934192 A JP8934192 A JP 8934192A JP 3174969 B2 JP3174969 B2 JP 3174969B2
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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、トンネル電流検出装置
や走査型トンネル顕微鏡等に用いられる、微小プローブ
素子、及びこれを用い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-probe element used for a tunnel current detecting device, a scanning tunnel microscope, and the like, and an information processing apparatus using the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年において、導体の表面原子の電子構
造を直接観察できる走査型トンネル顕微鏡(以下STM
と略す)が開発され(G.Binnig et a
l., Phys.Rev.Lett.49(198
2)57)、単結晶、非晶質を問わず実空間像を著しく
高い分解能(ナノメートル以下)で測定できるようにな
った。更に現在、STMの手法を用いて半導体、あるい
は高分子材料等の原子オーダー、分子オーダーの観察評
価、微細加工(E.E.Ehrichs,4th.In
ternational Conference on
Scanning Tunneling Micro
scopy/Spectroscopy,’89,S1
3−3)、及び情報処理装置等のさまざまな分野への応
用が研究されている。
2. Description of the Related Art In recent years, a scanning tunneling microscope (hereinafter referred to as STM) capable of directly observing the electronic structure of surface atoms of a conductor.
(Abbreviated as G. Binnig et a)
l. Phys. Rev .. Lett. 49 (198
2) 57), real space images can be measured with remarkably high resolution (not more than nanometers) irrespective of single crystal or amorphous. Further, at present, observation and evaluation of atomic order and molecular order of semiconductors or polymer materials, and fine processing (EE Ehrichs, 4th.
international Conference on
Scanning Tunneling Micro
scopy / Spectroscopy, '89, S1
3-3) and applications to various fields such as information processing devices are being studied.

【0003】なかでも、コンピューターの計算情報等で
は大容量を有する記録再生装置の要求がますます高まっ
ており、半導体プロセス技術の進展により、マイクロプ
ロセッサが小型化し、計算能力が向上したために記録再
生装置の小型化が望まれている。これらの要求を満たす
目的で、記録媒体との間隔を微調整可能な駆動手段上に
存在するトンネル電流発生用プローブからなる変換器か
ら電圧印加することによって記録媒体表面の仕事関数を
変化させることにより記録書き込みし、仕事関数の変化
によるトンネル電流の変化を検知することにより情報の
読み出しを行ない、最小記録面積が10nm平方となる
情報処理装置が提案されている。
In particular, the demand for recording / reproducing devices having a large capacity in computer calculation information and the like is increasing more and more. Due to the progress of semiconductor process technology, microprocessors have been downsized and the computing capability has been improved. There is a demand for miniaturization. For the purpose of satisfying these requirements, the work function of the surface of the recording medium is changed by applying a voltage from a converter comprising a probe for generating a tunnel current which is present on a driving means capable of finely adjusting the distance to the recording medium. There has been proposed an information processing apparatus in which recording and writing are performed and information is read out by detecting a change in tunnel current due to a change in work function, and the minimum recording area is 10 nm square.

【0004】かかる装置においては、試料を探針で数n
m〜数μmの範囲で走査する必要があり、その際の移動
機構として圧電体素子が用いられる。この例としては、
3本の圧電体素子を、x,y,z方向に沿って互いに直
交するように組み合わせ、その交点に探針を配置したト
ライポッド型や、円筒型の圧電体素子の外周面の電極を
分割して一端を固定し、他端に探針を取り付け、各々の
分割電極に対応させて円筒を変形させて走査する円筒型
等のタイプがある。
In such an apparatus, a sample is measured with a probe by several n.
Scanning must be performed in the range of m to several μm, and a piezoelectric element is used as a moving mechanism at that time. For this example,
The three piezoelectric elements are combined so as to be orthogonal to each other along the x, y, and z directions, and the electrodes on the outer peripheral surface of a tripod-type or cylindrical-type piezoelectric element having a probe arranged at the intersection are divided. And one end is fixed, a probe is attached to the other end, and the cylinder is deformed and scanned according to each divided electrode.

【0005】さらに最近では、半導体加工技術を利用し
たマイクロマシーニング技術(K.E.Peterso
n,IEEE Trans.on Electron
Devices,Vol.ED−25,No.10,p
1241,1978)を用いて探針駆動機構を微細に形
成する試みがなされている。図7はマイクロマシーニン
グ技術により、Si基板上に圧電体バイモルフからなる
カンチレバーを形成した例である(T.R.Albre
cht,”Microfabricationof I
ntegrated Scanning Tunnel
ing Microscope”,Proceedin
g of 4th International Co
nference on Scanning Tunn
eling Microscopy/Spectros
copy,’89,S10−2)。
[0005] More recently, a micromachining technology (KE Peterso) utilizing a semiconductor processing technology has been developed.
n, IEEE Trans. on Electron
Devices, Vol. ED-25, No. 10, p
1241, 1978) to form a fine probe drive mechanism. FIG. 7 shows an example in which a cantilever composed of a piezoelectric bimorph is formed on a Si substrate by micromachining technology (TR Albre).
cht, "Microfabrication of I
integrated Scanning Tunnel
ing Microscope ", Proceedin
g of 4th International Co
nference on Scanning Tunn
eling Microscopy / Spectros
copy, '89, S10-2).

【0006】図7は上記カンチレバーの斜視図である。
基板1上に2分割電極71a,71b−ZnO圧電体7
2a−中電極73−ZnO圧電体72b−2分割電極7
4a,74bと積層したカンチレバーを作り、その下の
Si基板の一部を異方性エッチングにより除去してSi
基板の端部から片持ちで支持されるように形成されてい
る。上記圧電体バイモルフからなるカンチレバーの先端
には金属等の探針5が接着等により取りつけられ、引き
出し電極75を介してトンネル電流を検知する。このカ
ンチレバーは、バイモルフ構成を持つため、とりわけ上
下方向に大きな変位量を得ることができるという優れた
特性を持つ。
FIG. 7 is a perspective view of the cantilever.
Two divided electrodes 71a, 71b-ZnO piezoelectric body 7 on substrate 1
2a-medium electrode 73-ZnO piezoelectric body 72b-2 divided electrode 7
4a, 74b, and a portion of the underlying Si substrate is removed by anisotropic etching to remove Si.
It is formed so as to be cantilevered from the end of the substrate. A probe 5 made of metal or the like is attached to the tip of the cantilever made of the piezoelectric bimorph by bonding or the like, and detects a tunnel current via a lead electrode 75. Since this cantilever has a bimorph configuration, it has an excellent characteristic that a large amount of displacement can be obtained particularly in the vertical direction.

【0007】またこのようなマイクロマシーニング技術
により圧電体バイモルフ構成で形成される探針駆動機構
は微細にでき、情報処理装置の情報の書き込み、読み出
しの速度を向上させるに要求されるプローブの複数化を
容易にすることが可能となる。更に、この方法は、圧電
体材料の薄膜技術を利用している点で、Si半導体を主
流とするICプロセスにそのまま組み込むことができ、
優れた方法といえる。
Further, a probe driving mechanism formed of a piezoelectric bimorph structure by such a micromachining technique can be made fine, and a plurality of probes required to improve the speed of writing and reading information in an information processing apparatus are provided. It is possible to facilitate the conversion. Further, this method can be directly incorporated into an IC process mainly using a Si semiconductor in that the thin film technology of a piezoelectric material is used.
This is an excellent method.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図7に
示した従来の装置の作製においてはたくさんの層の電極
及び圧電体の積層を行なうため各々の層の厚み及び応力
を十分に制御しなければならない。というのも、Si基
板をエッチング除去して作製するカンチレバーは各々の
層の膜厚、応力に依存して電極と圧電体の界面における
膜はがれや、カンチレバー先端の反りが発生することが
あったためである。このため再現性良く作製するには、
非常に高度な技術が必要であった。
However, in the fabrication of the conventional device shown in FIG. 7, since many layers of electrodes and piezoelectric bodies are laminated, the thickness and stress of each layer must be sufficiently controlled. No. This is because the cantilever manufactured by etching and removing the Si substrate may peel off at the interface between the electrode and the piezoelectric body or warp at the tip of the cantilever depending on the thickness and stress of each layer. is there. Therefore, in order to produce with good reproducibility,
Very advanced technology was required.

【0009】また、前述のトライボッド型や円筒型の圧
電変位素子においては集積化などのために小型化した場
合、大きな変位を得ることができなかったり、作製が困
難であったりするという問題点があった。
[0009] Further, in the above-described tribod-type or cylindrical-type piezoelectric displacement elements, when they are miniaturized due to integration or the like, large displacements cannot be obtained or manufacturing is difficult. there were.

【0010】以上のような従来例の問題点に鑑み、本発
明の目的とするところは、小型でありながら大きな変位
が得られ、かつ、反りのない、信頼性の高い微小プロー
ブ素子を簡易な技術で再現性良く作製し提供することに
ある。
In view of the above-mentioned problems of the prior art, it is an object of the present invention to provide a highly reliable microprobe element which is small in size, provides a large displacement, and has no warp. It is to manufacture and provide with good reproducibility by technology.

【0011】また、本発明の目的は、上記微小プローブ
素子を用いた信頼性の高い走査型トンネル顕微鏡並びに
情報処理装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide a highly reliable scanning tunnel microscope and an information processing apparatus using the above-mentioned micro probe element.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段及び作用】上記課題は、以
下に述べる本発明によって解決される。
The above objects can be attained by the present invention described below.

【0013】即ち、本発明の第一は、探針とヒーターを
有する変位発生部を具備し、該ヒーターの加熱により液
体を膨張・収縮させることにより該探針を駆動する構成
を持つことを特徴とする微小プローブ素子であり、さら
には上記微小プローブ素子を、同一基板上に複数配置し
たことを特徴とする集積化微小プローブ素子である。
That is, the first aspect of the present invention is to provide a probe and a heater.
Comprising a displacement generating unit having the liquid by heating of the heater
A microprobe element having a configuration in which the probe is driven by expanding and contracting a body , and further comprising a plurality of the microprobe elements arranged on the same substrate. It is a micro probe element.

【0014】また、本発明の第二は、上記本発明第一の
微小プローブ素子を用いたことを特徴とする走査型トン
ネル顕微鏡である。
[0014] A second aspect of the present invention is a scanning tunnel microscope using the above-described microprobe element of the first aspect of the present invention.

【0015】また本発明の第三は、トンネル電流を用い
て記録媒体に対して情報の記録、再生、消去を行なう情
報処理装置において、上記本発明第一の微小プローブ素
子を用いたことを特徴とする情報処理装置である。
A third aspect of the present invention is characterized in that the above-described first microprobe element of the present invention is used in an information processing apparatus for recording, reproducing, and erasing information on a recording medium using a tunnel current. Is an information processing apparatus.

【0016】本発明の微小プローブ素子の一例を図1に
示す。図1(a)は基板上に本素子を作製したものを概
略的に示した断面図であり、図1(b)は本素子の主要
構成部であるシリンダー部とピストン部を概略的に示し
た斜視図である。
FIG. 1 shows an example of the microprobe element of the present invention. FIG. 1A is a cross-sectional view schematically showing a device fabricated on a substrate, and FIG. 1B schematically shows a cylinder portion and a piston portion, which are main components of the device. FIG.

【0017】図中、1a,1b,1cはいずれも基板で
あり、これらを加工してシリンダが内部に形成されてい
る。2はピストンの役割を兼ねている変位発生部、3は
変位発生部2の変位を伝達するための液体、4はピスト
ンの役割を兼ねているはり、5は探針である。
In the figure, reference numerals 1a, 1b, and 1c denote substrates, which are processed to form cylinders therein. 2 Displacement generator that also serves as a role of a piston, 3 is a liquid for transmitting the displacement of the displacement generating unit 2, the beam is that also serves the role of the piston 4, 5 is the probe.

【0018】本図の微小プローブ素子の動作の概略を以
下に述べる。変位発生部2で発生した変位は基板1a,
1b,1cの内部に形成されたシリンダ内に密封された
液体3を介してはり4に伝達される。この際、変位発生
部2とはり4の部分のシリンダの断面積の比により変位
は拡大(図1の場合)、あるいは縮小される。はり4に
は探針5が取りつけられており、探針5に上記変位は伝
達される。
The outline of the operation of the microprobe element shown in FIG. 1 will be described below. The displacement generated by the displacement generator 2 is the substrate 1a,
It is transmitted to the beam 4 via a liquid 3 sealed in a cylinder formed inside 1b, 1c. At this time, the displacement is enlarged (in the case of FIG. 1) or reduced depending on the ratio of the cross-sectional area of the cylinder between the displacement generating section 2 and the beam 4. A probe 5 is attached to the beam 4, and the displacement is transmitted to the probe 5.

【0019】次に図1の微小プローブ素子の作製方法の
概略を述べる。まず基板1b,1cを、組み立てた時に
所望のシリンダ形状が得られるように加工し、変位発生
部2を組み込む。また、はり4を作製し、探針5を取り
つける。その後はり4の一端をシリンダに挿入する形で
基板1bと基板1cを接着して挟み込む。最後にシリン
ダ内に液体3を注入した後、基板1aを接着してシリン
ダを密封し、素子を作製する。
Next, an outline of a method for manufacturing the microprobe element shown in FIG. 1 will be described. First substrate 1b, and 1c, the desired cylinder shape by processing so as to obtain when assembled, incorporating a displacement of generator 2. Further, the beam 4 is manufactured, and the probe 5 is attached. Thereafter, the substrate 1b and the substrate 1c are bonded and sandwiched so that one end of the beam 4 is inserted into the cylinder. Finally, after injecting the liquid 3 into the cylinder, the substrate 1a is adhered and the cylinder is sealed to produce an element.

【0020】なお、本発明の微小プローブ素子の作製方
法は上記に限定されるものではなく、例えば、上記シリ
ンダ形状の形成には、基板の加工と貼り合わせによって
作製する方法、型抜きによる方法、削り出しによる方法
などが適用でき、その方法は限定されないが、特にフォ
トリソグラフィーとエッチングにより基板を加工して作
製する方法は微小なシリンダを多数作製するのに好適で
ある。また上記基板及びはり4の材料は特に限定される
ものではなく、加工性の良いガラス、金属、あるいはま
たシリコンなどの半導体などが適している。
The method for manufacturing the microprobe element of the present invention is not limited to the above. For example, the method for forming the cylindrical shape may include a method of manufacturing and bonding a substrate, a method of die cutting, A method by shaving or the like can be applied, and the method is not limited. In particular, a method in which a substrate is processed by photolithography and etching is suitable for manufacturing a large number of small cylinders. The material of the substrate and the beam 4 is not particularly limited, and glass, metal, or a semiconductor such as silicon with good workability is suitable.

【0021】発明の微小プローブ素子の変位発生部2
、加熱による膨張収縮や液体の気化などの力により変
位を発生するものが適用できる。
Displacement generator 2 of micro probe element of the present invention
Is Ru can be applied what occurs displacement by forces such as expansion and contraction and vaporization of the liquid by the pressurized heat.

【0022】また上記変位を伝達するための液体3はオ
イルや水等を使用するが、使用の条件において粘度など
の特性が適当なものであれば特にこれに限定されるもの
ではない。
As the liquid 3 for transmitting the displacement, oil, water, or the like is used. However, the liquid 3 is not particularly limited as long as the properties such as viscosity are appropriate under the conditions of use.

【0023】また、本発明の微小プローブ素子の探針5
は、材料としてはPt,Au,Rh,Pdなどの貴金属
や、Wなどの金属、これらの合金類、あるいはTiCな
どが用いられる。上記探針は上記材料の小片を接着した
り、上記材料の薄膜を堆積したりした後、必要であれば
エッチングや電解研磨などで所望の形態に加工し作製す
ることができる。
Further, the probe 5 of the micro probe element of the present invention
As a material, noble metals such as Pt, Au, Rh, and Pd, metals such as W, alloys thereof, and TiC are used. The probe can be manufactured by adhering a small piece of the above material or depositing a thin film of the above material and then processing it into a desired form by etching or electrolytic polishing if necessary.

【0024】上記本発明の微小プローブ素子は、複雑な
層構成を持たないため、反りなどの問題がなく作製時の
歩留まりが高い。またシリンダの断面積の比を変えてや
ることで変位発生部の変位の大きさを所望の大きさに変
えて探針に伝達することができるため、変位発生部で得
られる変位が小さい場合も大きな変位を探針に与えるこ
とができる。
Since the microprobe element of the present invention does not have a complicated layer structure, there is no problem such as warpage and a high production yield. Also, by changing the ratio of the cross-sectional areas of the cylinders, the magnitude of the displacement of the displacement generating portion can be changed to a desired size and transmitted to the probe, so that even when the displacement obtained by the displacement generating portion is small. A large displacement can be given to the probe.

【0025】次に上記の本発明による微小プローブ素子
を用いた走査型トンネル顕微鏡のブロック図の一例を図
2に示す。本装置では微小プローブ素子21にて試料2
2に探針5を近づけたのち(図のZ方向)、試料22の
面内のx方向、y方向をx−yステージ23にて走査
し、探針5と試料22にバイアス電圧印加回路24より
電圧を加え、そのとき観察されるトンネル電流をトンネ
ル電流検出回路25で読み出し、像観察を行なう。試料
22と探針5の間隔制御とx−yステージ23の駆動制
御は駆動制御回路26にて行なう。これら回路のシーケ
ンス制御はCPU27にて行う。
Next, FIG. 2 shows an example of a block diagram of a scanning tunneling microscope using the above-described micro probe element according to the present invention. In this apparatus, the sample 2 is
After the probe 5 is moved closer to the sample 2 (Z direction in the figure), the x- and y-directions in the plane of the sample 22 are scanned by an xy stage 23, and a bias voltage applying circuit 24 is applied to the probe 5 and the sample 22. More voltage is applied, and the tunnel current observed at that time is read out by the tunnel current detection circuit 25, and an image is observed. The drive control circuit 26 controls the distance between the sample 22 and the probe 5 and the drive control of the xy stage 23. Sequence control of these circuits is performed by the CPU 27.

【0026】具体的には、探針5を試料22の表面へ接
近させたとき、この表面が導電性を持つ場合、探針5と
試料22との距離が数nm程度まで近づくと探針5と試
料22との間にトンネル電流が流れる。このトンネル電
流は、探針5の先端と試料22との距離により指数関数
的に変化するため、このトンネル電流をトンネル電流検
出回路25で取出して増幅を行ない微小プローブ素子2
1の駆動電圧にフィードバックをかけることにより、探
針5の先端と試料22の表面までの距離を一定に保つこ
とができる。この様な状態で微小プローブ素子21を
x,y方向に微小に変位させることにより、フィードバ
ック電圧の変化により極微小表面の凹凸を観察すること
が可能である。
More specifically, when the probe 5 is brought close to the surface of the sample 22 and the surface has conductivity, when the distance between the probe 5 and the sample 22 is reduced to about several nm, the probe 5 is closed. A tunnel current flows between the sample and the sample 22. Since this tunnel current changes exponentially depending on the distance between the tip of the probe 5 and the sample 22, the tunnel current is taken out by the tunnel current detection circuit 25 and amplified, and the microprobe 2
By applying feedback to the drive voltage of No. 1, the distance between the tip of the probe 5 and the surface of the sample 22 can be kept constant. By minutely displacing the microprobe element 21 in the x and y directions in such a state, it is possible to observe irregularities on the microscopic surface due to a change in the feedback voltage.

【0027】また、図には示していないが、x−yステ
ージ23による走査の機構としては、円筒型ピエゾアク
チュエーター、平行バネ、作動マイクロメータ、ボイス
コイル、インチウォームなどの制御機構を用いて行な
う。
Although not shown in the figure, the scanning mechanism by the xy stage 23 is performed by using a control mechanism such as a cylindrical piezo actuator, a parallel spring, an operating micrometer, a voice coil, and an inch worm. .

【0028】次に本発明による微小プローブ素子を、同
一の基板上に複数作製した集積化微小プローブ素子を用
いた、情報の記録・再生等を行なえる情報処理装置の模
式図の一例を図3に示す。
Next, FIG. 3 shows an example of a schematic diagram of an information processing apparatus capable of recording / reproducing information using an integrated microprobe element in which a plurality of microprobe elements according to the present invention are manufactured on the same substrate . to show.

【0029】同図において、31は電圧印加により抵抗
値が変化する記録層、32は金属電極層、33は記録媒
体基板である。34はXYステージ、35は本発明によ
る集積化微小プローブ素子、36は集積化微小プローブ
素子35の支持体、37は集積化微小プローブ素子35
をZ方向へ粗動するためのリニアアクチュエーター、3
8,39はXYステージ34をそれぞれX,Y方向へ駆
動するリニアアクチュエーター、40は記録再生用のバ
イアス回路である。41はトンネル電流検出回路、42
は集積化微小プローブ素子35をZ方向に移動させるた
めのサーボ回路であり、43はアクチュエーター37を
駆動するためのサーボ回路である。44は個々の微小プ
ローブ素子を微小変位させるための駆動回路であり、4
5はXYステージ34の位置制御を行なう駆動回路であ
る。46はこれらの操作を制御するCPUである。
In FIG. 1, reference numeral 31 denotes a recording layer whose resistance changes when a voltage is applied, 32 denotes a metal electrode layer, and 33 denotes a recording medium substrate. 34 is an XY stage, 35 is an integrated microprobe element according to the present invention, 36 is a support for the integrated microprobe element 35, and 37 is an integrated microprobe element 35
Linear actuator for coarsely moving
Reference numerals 8 and 39 denote linear actuators for driving the XY stage 34 in the X and Y directions, respectively. Reference numeral 40 denotes a bias circuit for recording and reproduction. 41 is a tunnel current detection circuit, 42
Reference numeral 43 denotes a servo circuit for moving the integrated microprobe element 35 in the Z direction. Reference numeral 43 denotes a servo circuit for driving the actuator 37. Reference numeral 44 denotes a driving circuit for minutely displacing each minute probe element.
Reference numeral 5 denotes a drive circuit for controlling the position of the XY stage 34. A CPU 46 controls these operations.

【0030】このようなシステムを用い上述の走査型ト
ンネル顕微鏡とほぼ同様の動作を行なうことにより、n
mオーダーの記録密度の大容量・高密度な記録、再生、
消去を行なうことが可能となり、また本図のように集積
化された微小プローブ素子を同時に走査することによ
り、高速度の記録再生等を行なうことが可能である。
By performing substantially the same operation as the above-mentioned scanning tunneling microscope using such a system, n
Large-capacity, high-density recording / reproduction with m-order recording density,
Erasing can be performed, and high-speed recording and reproduction can be performed by simultaneously scanning the integrated small probe elements as shown in FIG.

【0031】[0031]

【実施例】次に実施例を用いて本発明を具体的に詳述す
る。なお、実施例1、実施例2および実施例4は参考実
施例である。
Next, the present invention will be described in detail with reference to examples. Examples 1, 2 and 4 are reference examples.
This is an example.

【0032】実施例1 本実施例は、図1に示した微小プローブ素子に関連する
ものである。
[0032] Example 1 This example is related to infinitesimal probe element shown in FIG.

【0033】本実施例で作製した微小プローブ素子の作
製方法を以下に述べる。まずはじめに基板1b,1c
を、後の貼り合わせにより図1に示したような所望のシ
リンダの形状になるように加工した。基板1b,1cの
材料としてはシリコンを用い、フォトリソグラフィーと
水酸化カリウム水溶液によるエッチングにより加工を行
なった。これにPZT圧電体よりなる変位発生部2を組
み込んだ。また基板1b,1cと同様の方法、材料では
り4を作製し、図には示していないが、引き出し電極を
形成後に探針5を取りつけた。探針5はPt,Rh,W
などの金属片を接着もしくは金属膜を堆積、加工して、
針状に形成したものである。
The method for manufacturing the microprobe element manufactured in this embodiment will be described below. First, the substrates 1b and 1c
Was processed into a desired cylinder shape as shown in FIG. 1 by later bonding. Silicon was used as a material for the substrates 1b and 1c, and processing was performed by photolithography and etching with an aqueous solution of potassium hydroxide. The displacement generator 2 made of a PZT piezoelectric body was incorporated in this. In addition, a beam 4 was formed using the same method and material as those of the substrates 1b and 1c. Although not shown in the figure, a probe 5 was attached after forming a lead electrode. Probe 5 is Pt, Rh, W
Adhering metal pieces such as or depositing and processing a metal film,
It is formed in a needle shape.

【0034】次に探針5を取りつけたはり4の一端を図
に示したようにシリンダに挿入する形で基板1bと1c
を接着して挟み込む。他の一端は、図のX方向に自由に
動けるようにして、基板1b,1cに溝を設けて挟み込
んだ。最後に上記シリンダ内に液体3を注入した後基板
1aを接着して密封した。基板1aはシリコンを用い、
液体3としては本実施例では不燃性のリン酸エステル系
作動油等のオイルを用いた。以上のようにして微小プロ
ーブ素子を作製した。
Next, one end of the beam 4 to which the probe 5 is attached is inserted into a cylinder as shown in the drawing, and the substrates 1b and 1c are inserted.
Glue and sandwich. The other end was free to move in the X direction in the figure, and was provided with a groove in the substrates 1b and 1c and sandwiched. Finally, after the liquid 3 was injected into the cylinder, the substrate 1a was bonded and sealed. The substrate 1a is made of silicon,
In this embodiment, an oil such as a nonflammable phosphate-based hydraulic oil is used as the liquid 3. A micro probe element was manufactured as described above.

【0035】また上記素子の組立てには、微小なマニピ
ュレーターを用いた。このマニピュレーターは、機械式
のものに加えて、素子が微小な場合には圧電素子を用い
たマイクロマニピュレーターを用いることができる
(T.OHNISHI et.al.Jpn.J.Ap
pl.Phys.29(1990)L188)。
A small manipulator was used for assembling the above elements. As the manipulator, in addition to a mechanical type, a micromanipulator using a piezoelectric element can be used when the element is minute (T. OHNISHI et. Al. Jpn. J. Ap.
pl. Phys. 29 (1990) L188).

【0036】本実施例で作製した微小プローブ素子の主
要構成寸法等を以下に示す。
The main structural dimensions and the like of the microprobe element manufactured in this embodiment are shown below.

【0037】・はり4の長さ 4mm ・はり4の断面 0.2mm×0.2mm ・シリンダ部の断面 4mm×4mm 本実施例の微小プローブ素子においては図中x方向に大
きな変位を得ることができ、例えば圧電体よりなる変位
発生部2に10Vの電圧を印加することで、探針5は図
のX方向に±1μm変位した。
The length of the beam 4 is 4 mm. The cross section of the beam 4 is 0.2 mm.times.0.2 mm. The cross section of the cylinder is 4 mm.times.4 mm. In the microprobe element of this embodiment, a large displacement can be obtained in the x direction in the figure. For example, by applying a voltage of 10 V to the displacement generator 2 made of, for example, a piezoelectric body, the probe 5 was displaced by ± 1 μm in the X direction in the drawing.

【0038】次に上記の微小プローブ素子を用いて、図
2に示した走査型トンネル顕微鏡を作製した。
Next, the scanning tunneling microscope shown in FIG. 2 was manufactured using the above-mentioned micro probe element.

【0039】この装置にて、試料22にHOPG(グラ
ファイト)板を用いて表面観察を行なった。バイアス電
圧印加回路24にて200mVの直流電圧を探針5と試
料22の間に加え、この状態で試料22に沿って探針5
を走査してトンネル電流検出回路25を用いて検出され
る信号より表面観察を行なった。スキャンエリアを0.
5μm×0.5μmとして観察したところ、良好な原子
像を得ることができた。このようにSTMの原理による
動作が確認され、表面観察動作が確認された。
With this apparatus, the surface of the sample 22 was observed using a HOPG (graphite) plate. A DC voltage of 200 mV is applied between the probe 5 and the sample 22 by the bias voltage applying circuit 24, and in this state, the probe 5
And the surface was observed from the signal detected using the tunnel current detection circuit 25. Set the scan area to 0.
When observed as 5 μm × 0.5 μm, a good atomic image could be obtained. As described above, the operation based on the STM principle was confirmed, and the surface observation operation was confirmed.

【0040】次に、先述した微小プローブ素子を同一シ
リコン基板の上に複数個作製し、集積化微小プローブ素
子を作製した。かかる集積化微小プローブ素子は先に説
明した作製方法において、フォトリソグラフのパターン
を拡張して作製することができる。
Next, a plurality of the aforementioned microprobe elements were manufactured on the same silicon substrate to manufacture an integrated microprobe element. Such an integrated microprobe element can be manufactured by expanding the photolithographic pattern in the manufacturing method described above.

【0041】次に上記集積化微小プローブ素子を用い
て、図3に示した情報処理装置を作製した。
Next, the information processing apparatus shown in FIG. 3 was manufactured using the integrated microprobe element.

【0042】本実施例では、記録媒体基板33に石英ガ
ラス基板を用い、この上に金属電極32として、真空蒸
着法によってCrを50Å堆積させ、さらにその上にA
uを300Å同法により蒸着したものを用い、その上に
ラングミュアー・ブロジェット法によってSOAZ(ス
クアリリウム−ビス−6−オクチルアズレン)を4層積
層した電気メモリー効果を有する媒体を記録層31に用
いた。
In this embodiment, a quartz glass substrate is used as the recording medium substrate 33, and Cr is deposited thereon by 50 mm by a vacuum evaporation method as a metal electrode 32, and A is further deposited thereon.
u is deposited by the same method at 300 °, and a medium having an electric memory effect in which four layers of SOAZ (squarylium-bis-6-octylazulene) are laminated thereon by the Langmuir-Blodgett method is used for the recording layer 31. Was.

【0043】本装置では、プローブ35を記録層31に
所定間隔まで近づけ、記録層31に導電率の変化を生じ
させる閾値を越えた電圧、例えば3V、幅50nsの矩
形状のパルス電圧を印加すると、記録層31が特性変化
を起こし電気抵抗の低い部分が生じる。X−Yステージ
34を用いて、この操作をプローブ35で記録層31上
で走査しながら行なうことによって情報の記録がなされ
る。
In the present apparatus, when the probe 35 is brought close to the recording layer 31 to a predetermined interval, and a voltage exceeding a threshold value causing a change in conductivity, for example, a rectangular pulse voltage of 3 V and a width of 50 ns is applied to the recording layer 31. In addition, the characteristics of the recording layer 31 change, and a portion having a low electric resistance is generated. The information is recorded by performing this operation while scanning the recording layer 31 with the probe 35 using the XY stage 34.

【0044】また記録情報の消去はプローブ35を記録
層31上の記録ビットに所定間隔まで近づけ、閾値を越
えた電圧、例えば7V、幅50nsの三角波パルス電圧
を印加すると、記録ビットが特性変化を起こして電気抵
抗が記録ビットのない部分と同じ値となり、記録ビット
の消去が行われる。
When erasing recorded information, the probe 35 is brought close to a recording bit on the recording layer 31 up to a predetermined interval, and when a voltage exceeding a threshold value, for example, a triangular wave pulse voltage of 7 V and a width of 50 ns is applied, the recording bit changes in characteristics. Then, the electrical resistance becomes the same value as the portion without the recording bit, and the recording bit is erased.

【0045】また、記録情報の再生時にはプローブ35
と記録層31とを所定間隔にし、記録層31に導電率の
変化を生じさせる閾値電圧を越えない電圧、例えば20
0mVの直流電圧をプローブ35と記録層31間に加え
る。この状態で記録層31上の記録データ列に沿ってプ
ローブ35にて走査中にトンネル電流検出回路41を用
いて検出されるトンネル電流信号が記録データ信号に対
応する。従って、この検出したトンネル電流信号を電流
電圧変換することにより再生データ信号を得られる。
When reproducing the recorded information, the probe 35
And the recording layer 31 at a predetermined interval, and a voltage that does not exceed a threshold voltage that causes a change in conductivity in the recording layer 31, for example, 20
A DC voltage of 0 mV is applied between the probe 35 and the recording layer 31. In this state, the tunnel current signal detected by the tunnel current detection circuit 41 during scanning by the probe 35 along the print data sequence on the print layer 31 corresponds to the print data signal. Therefore, a reproduced data signal can be obtained by current-to-voltage conversion of the detected tunnel current signal.

【0046】上記装置により、記録情報の書き込み、読
み出し、消去をnmオーダーの記録密度で再現性よく安
定に行なえることが確認できた。
It was confirmed that writing, reading and erasing of recorded information could be performed stably with good reproducibility at a recording density of nm order by the above-mentioned apparatus.

【0047】尚、情報記録用の記録層31としては、前
記以外にも、メモリースイッチング現象(電気メモリー
効果)を持つものであれば利用できる。
The recording layer 31 for recording information can be used as long as it has a memory switching phenomenon (electric memory effect).

【0048】ここで言う電気メモリー効果とは、電圧印
加に対応して少なくとも2つ以上の異なる抵抗状態を示
し、各状態間は記録層の導電率を変化させる閾値を越え
た電圧又は電流を印加することにより自由に遷移し、ま
た得られた各抵抗状態は閾値を越えない電圧又は電流を
印加する限りにおいてその状態を保持し得ることを言
う。
The electric memory effect referred to here means at least two or more different resistance states corresponding to the application of a voltage, and a voltage or current exceeding a threshold value that changes the conductivity of the recording layer is applied between the states. This means that the resistance state can be freely changed, and each obtained resistance state can be maintained as long as a voltage or current that does not exceed the threshold is applied.

【0049】実施例2 本実施例で作製した微小プローブ素子の概略図を図4に
示す。
Embodiment 2 FIG. 4 is a schematic view of a microprobe element manufactured in this embodiment.

【0050】図4(a)は基板上に本素子を作製したも
のを概略的に示した断面図であり、図4(b)は本素子
の主要構成部であるシリンダ部とピストン部を概略的に
示した斜視図である。図中1a,1b,1cはいずれも
基板であり、加工と貼り合わせによりシリンダがその内
部に形成されている。2a,2bはピストンの役割を兼
ねている変位発生部、3a,3bは変位発生部2a,2
bの変位を伝達するための液体、4a,4bはピストン
の役割を兼ねているはり、5は探針である。
FIG. 4A is a cross-sectional view schematically showing a device fabricated on a substrate, and FIG. 4B schematically shows a cylinder and a piston, which are main components of the device. FIG. In the drawings, reference numerals 1a, 1b, and 1c denote substrates, and a cylinder is formed inside the substrate by processing and bonding. Reference numerals 2a and 2b denote displacement generating portions also serving as pistons, and 3a and 3b denote displacement generating portions 2a and 2
Liquid for transmitting the displacement of b, 4a and 4b also serve as pistons, and 5 is a probe.

【0051】本実施例の微小プローブ素子の作製方法を
以下に述べる。まずはじめに基板1b,1cを、後の貼
り合わせにより図4に示したような所望のシリンダの形
状になるように加工した。同時に基板1aも所望のシリ
ンダ形状に加工した。基板1a,1b,1cの材料とし
てはシリコンを用い、フォトリソグラフィーと水酸化カ
リウム水溶液によるエッチングにより加工を行った。こ
れに圧電体よりなる変位発生部2a,2bを組み込ん
だ。また基板1a,1b,1cと同様の方法、材料では
り4a,4bを作製し、図には示していないが引き出し
電極を形成後に探針5を取りつけた。探針5はPt,R
h,Wなどの金属片を接着もしくは金属膜を堆積、加工
して針状に形成したものである。
The method for manufacturing the microprobe element of this embodiment will be described below. First, the substrates 1b and 1c were processed into a desired cylinder shape as shown in FIG. At the same time, the substrate 1a was also processed into a desired cylinder shape. Silicon was used as a material for the substrates 1a, 1b, and 1c, and processing was performed by photolithography and etching with a potassium hydroxide aqueous solution. The displacement generators 2a and 2b made of a piezoelectric material were incorporated in this. Also, beams 4a and 4b were formed using the same method and material as the substrates 1a, 1b and 1c, and the probe 5 was attached after forming a lead electrode (not shown). Probe 5 is Pt, R
A metal piece such as h or W is bonded or a metal film is deposited and processed to form a needle shape.

【0052】次に探針5を取りつけたはり4aの一端を
図に示したようにシリンダに挿入する形で基板1bと1
cを接着して挟み込んだ。他の一端は、図のX方向に自
由に動けるようにして、基板1b,1cに溝を設けて挟
み込んだ。次に上記シリンダ内に液体3aを注入した
後、基板1aを接着して密封した。この際、図3(a)
に示したように、はり4bの一端を基板1a中に形成し
たシリンダ内に挿入した。その後上記シリンダ内に液体
3bを注入し、更に圧電体よりなる変位発生部2bを組
み込んで密封した。なお、液体3a,3bとしては本実
施例ではリン酸エステル系作動油等のオイルを用いた。
以上のようにして微小プローブ素子を作製した。
Next, one end of the beam 4a to which the probe 5 is attached is inserted into a cylinder as shown in FIG.
c was bonded and sandwiched. The other end was free to move in the X direction in the figure, and was provided with a groove in the substrates 1b and 1c and sandwiched. Next, after injecting the liquid 3a into the cylinder, the substrate 1a was bonded and sealed. At this time, FIG.
As shown in (1), one end of the beam 4b was inserted into a cylinder formed in the substrate 1a. Thereafter, the liquid 3b was injected into the cylinder, and a displacement generating section 2b made of a piezoelectric material was further incorporated therein and sealed. In this embodiment, an oil such as a phosphate-based hydraulic oil is used as the liquids 3a and 3b.
A micro probe element was manufactured as described above.

【0053】本実施例の微小プローブ素子においては上
記2組のピストン、シリンダにより図のX及びZ方向に
大きな変位を得ることができる。ただし、図4(b)に
示したように本実施例のような微小プローブ素子は2軸
方向への駆動を行なうことができるという特徴を持つ
が、変位を加えた場合に、はり4a,4bの一部にたわ
みが生じ、変位に対して逆向きに力が発生することより
若干変位量が制約を受ける場合もある。
In the microprobe element of this embodiment, a large displacement can be obtained in the X and Z directions in the figure by the two sets of pistons and cylinders. However, as shown in FIG. 4B, the micro probe element as in this embodiment has a feature that it can be driven in two axial directions. However, when a displacement is applied, the beams 4a, 4b May be slightly bent, and the amount of displacement may be slightly restricted due to the generation of a force in the opposite direction to the displacement.

【0054】本実施例で作製した微小プローブ素子の主
要構成寸法等を以下に示す。
The main structural dimensions and the like of the microprobe element manufactured in this embodiment are shown below.

【0055】・はり4aの長さ 4mm ・はり4bの長さ 2mm ・はり4a,4bの断面 0.2mm×0.2
mm ・シリンダ部3a,3bの断面 3mm×5mm このようにして作製した微小プローブ素子は、圧電体よ
りなる変位発生部2a,2bに10Vの電圧を印加する
ことで、探針5を図のZ方向に±1μm、X方向に±
0.5μm変位した。
The length of the beam 4a is 4 mm. The length of the beam 4b is 2 mm. The cross section of the beams 4a and 4b is 0.2 mm × 0.2.
mm ・ Cross section of cylinder portions 3a and 3b 3mm × 5mm The microprobe element thus manufactured is configured such that the probe 5 is moved by applying a voltage of 10V to the displacement generating portions 2a and 2b made of piezoelectric bodies. ± 1 μm in the direction, ± in the X direction
The displacement was 0.5 μm.

【0056】次に本実施例の微小プローブ素子を用い
て、実施例1と同様の走査型トンネル顕微鏡及び情報処
理装置を作製した。これらの装置を用いて、実施例1と
同様にして表面観察及び情報の記録再生等の実験を行な
ったところ、実施例1と同様に良好な結果が得られた。
Next, the same scanning tunneling microscope and information processing apparatus as in Example 1 were manufactured using the microprobe element of this example. Experiments such as surface observation and information recording / reproduction were performed in the same manner as in Example 1 using these devices, and good results were obtained as in Example 1.

【0057】実施例3 図5は本実施例で作製した微小プローブ素子を概略的に
示した断面図である。
Embodiment 3 FIG. 5 is a sectional view schematically showing a microprobe element manufactured in this embodiment.

【0058】図中1a,1b,1c,1dはいずれも基
板であり、加工と貼り合わせによりシリンダがその内部
に形成されている。2a,2bは変位発生部で、本実施
例では加熱により液体を膨張させるためのヒーターであ
る。3a,3bはヒーターによる加熱で膨張、収縮して
変位を発生するとともに変位を伝達するための液体、4
a,4bはピストンの役割を兼ねているはり、5は探針
である。なお図には示されないが、素子は外部に設けた
ペルチェ素子等により一定の温度に冷却されて保たれて
おり、ヒーターにより加熱されて膨張した液体3a,3
bは即座に冷却されてもとの体積に収縮するようになっ
ている。
In the figures, reference numerals 1a, 1b, 1c and 1d denote substrates, and a cylinder is formed inside the substrate by processing and bonding. Reference numerals 2a and 2b denote displacement generating units, which in this embodiment are heaters for expanding the liquid by heating. 3a and 3b are liquids for expanding and contracting by heating by a heater to generate displacement and transmitting the displacement,
Reference numerals a and 4b denote beams that also serve as pistons, and reference numeral 5 denotes a probe. Although not shown in the figure, the elements are cooled and maintained at a constant temperature by a Peltier element or the like provided outside, and expanded by heating with a heater.
b is immediately cooled and contracts to its original volume.

【0059】本実施例の微小プローブ素子の作製方法を
以下に述べる。まずはじめに1c,1dを、後の貼り合
わせにより図5に示したような所望のシリンダの形状に
なるように加工した。同時に基板1bも所望のシリンダ
形状に加工した。基板1a,1b,1c,1dの材料と
しては熱伝導率の高い金属材料を用いフォトリソグラフ
ィーとエッチングにより加工を行なった。さらに基板1
b,1aにヒーターよりなる変位発生部2a,2bを組
み込んだ。また基板1a,1b,1c,1dと同様の方
法、材料ではり4a,4bを作製し、図には示していな
いが引き出し電極を形成後に探針5を取りつけた。探針
5はPt,Rh,Wなどの金属片を接着もしくは金属膜
を堆積、加工して、針状に形成したものである。
The method for manufacturing the microprobe element of this embodiment will be described below. First, 1c and 1d were processed into a desired cylinder shape as shown in FIG. At the same time, the substrate 1b was also processed into a desired cylinder shape. As a material for the substrates 1a, 1b, 1c and 1d, a metal material having a high thermal conductivity was used and processed by photolithography and etching. Further substrate 1
Displacement generating parts 2a and 2b composed of heaters were incorporated in b and 1a. Also, beams 4a and 4b were formed using the same method and material as the substrates 1a, 1b, 1c and 1d, and a probe 5 was attached after forming a lead electrode (not shown). The probe 5 is formed by bonding a metal piece such as Pt, Rh, W or the like or depositing and processing a metal film to form a needle.

【0060】次に探針5を取りつけたはり4aの一端を
図に示したようにシリンダに挿入する形で基板1cと1
dを接着して挟み込んだ。他の一端は、図のX方向に自
由に動けるようにして、基板1c,1dに溝を設けて挟
み込んだ。
Next, one end of the beam 4a to which the probe 5 is attached is inserted into the cylinder as shown in FIG.
d was adhered and sandwiched. The other end was freely movable in the X direction in the drawing, and was provided with a groove in the substrates 1c and 1d and sandwiched between them.

【0061】次に上記シリンダ内に液体3aを注入した
後、基板1bを接着して密封した。この際、図5に示し
たように、はり4bの一端を基板1b中に形成したシリ
ンダ内に挿入した。その後上記シリンダ内に液体3bを
注入し、更にヒーターよりなる変位発生部2bを組み込
んだ基板1aを接着して密封した。なお、液体3a,3
bとしては本実施例では不燃性のリン酸エステル系作動
油等のオイルを用いた。以上のようにして微小プローブ
素子を作製した。本実施例の微小プローブ素子において
は図のX及びZ方向に大きな変位を得ることができる。
Next, after the liquid 3a was injected into the cylinder, the substrate 1b was bonded and sealed. At this time, as shown in FIG. 5, one end of the beam 4b was inserted into a cylinder formed in the substrate 1b. Thereafter, the liquid 3b was injected into the cylinder, and the substrate 1a in which the displacement generating section 2b including a heater was incorporated was bonded and sealed. The liquids 3a, 3
In this embodiment, oil such as non-combustible phosphate ester-based hydraulic oil is used as b. A micro probe element was manufactured as described above. In the microprobe element of this embodiment, a large displacement can be obtained in the X and Z directions in the figure.

【0062】本実施例で作製した微小プローブ素子のは
り4a,4bの長さと断面、各シリンダ部の断面は、実
施例2と同様にした。
The length and cross section of the beams 4a and 4b of the microprobe element manufactured in this embodiment and the cross section of each cylinder are the same as those in the second embodiment.

【0063】このようにして作製した微小プローブ素子
は、ヒーターよりなる変位発生部2a,2bに5Vの電
圧を印加することで、探針5を図のZ方向に±1μm、
X方向に±0.5μm変位した。
By applying a voltage of 5 V to the displacement generators 2a and 2b, which are heaters, the microprobe element manufactured in this manner moves the probe 5 by ± 1 μm in the Z direction in FIG.
The displacement was ± 0.5 μm in the X direction.

【0064】次に本実施例の微小プローブ素子を用い
て、実施例1と同様の走査型トンネル顕微鏡及び情報処
理装置を作製した。これらの装置を用いて、実施例1と
同様にして表面観察及び情報の記録再生等の実験を行な
ったところ、実施例1と同様に良好な結果が得られた。
Next, the same scanning tunneling microscope and information processing apparatus as in Example 1 were manufactured using the microprobe element of this example. Experiments such as surface observation and information recording / reproduction were performed in the same manner as in Example 1 using these devices, and good results were obtained as in Example 1.

【0065】実施例4 図6は本実施例で作製した微小プローブ素子を概略的に
示した断面図である。
Embodiment 4 FIG. 6 is a sectional view schematically showing a microprobe element manufactured in this embodiment.

【0066】本実施例においてはシリンダは基板とは別
に作製し、後で基板に組み込んでいる。図6において6
1a,61bはシリンダ、1は基板であり、加工により
素子を固定する枠の役割を兼ねている。2a,2bはピ
ストンの役割を兼ねている変位発生部、3a,3bは変
位を伝達するための液体、4a,4bはピストンの役割
を兼ねているはり、5は探針である。
In this embodiment, the cylinder is manufactured separately from the substrate, and is later incorporated into the substrate. In FIG. 6, 6
Reference numerals 1a and 61b denote cylinders, and 1 denotes a substrate, which also serves as a frame for fixing the element by processing. Reference numerals 2a and 2b denote displacement generating parts also serving as pistons, 3a and 3b denote liquids for transmitting displacement, 4a and 4b beams serving as pistons, and 5 a probe.

【0067】本実施例の微小プローブ素子の作製方法を
以下に述べる。まずはじめに基板1を、図6に示したよ
うな所望の枠の形状になるように加工した。基板1の材
料としてはアルミを用いて、削り出しと研磨により加工
を行なった。次に、型抜きによりシリンダ61a,61
bをガラスで作製した。また基板1と同様の方法、材料
ではり4a,4bを作製し、図には示していないが引き
出し電極を形成後に探針5を取りつけた。探針5はP
t,Rh,Wなどの金属片を接着もしくは金属膜を堆
積、加工して、針状に形成したものである。
The method for manufacturing the microprobe element of this embodiment will be described below. First, the substrate 1 was processed into a desired frame shape as shown in FIG. The substrate 1 was made of aluminum and was machined by grinding and polishing. Next, the cylinders 61a and 61
b was made of glass. Beams 4a and 4b were made of the same method and material as the substrate 1, and a probe 5 was attached after forming a lead electrode (not shown). Probe 5 is P
A metal piece such as t, Rh, W, or the like is formed into a needle shape by bonding or depositing and processing a metal film.

【0068】次に、探針5を取りつけたはり4a,4b
の端を図に示したように、シリンダ61a,61bに挿
入し、それぞれに液体3a,3bを注入後、更に圧電体
よりなる変位発生部2a,2bを組み込んで密封した。
なお、液体3a,3bとしては本実施例ではリン酸エス
テル系作動油等のオイルを用いた。最後に図6に示した
ように枠型に加工した基板に組み込み、この際はり4a
のシリンダに挿入しなかった一端は図のX方向に自由に
動けるようにして素子を作製した。
Next, the beams 4a and 4b to which the probe 5 is attached
As shown in the figure, the ends were inserted into the cylinders 61a and 61b, and after the liquids 3a and 3b were injected into the cylinders 61a and 61b, the displacement generating parts 2a and 2b made of a piezoelectric material were further incorporated and sealed.
In this embodiment, an oil such as a phosphate-based hydraulic oil is used as the liquids 3a and 3b. Finally, as shown in FIG. 6, it is incorporated into a frame-shaped substrate, and in this case, the beam 4a
An element was manufactured such that one end not inserted into the cylinder could freely move in the X direction in the figure.

【0069】本実施例の微小プローブ素子においては図
のX及びZ方向に大きな変位を得ることができる。
In the micro probe device of this embodiment, a large displacement can be obtained in the X and Z directions in the figure.

【0070】本実施例で作製した微小プローブ素子の主
要構成寸法等を以下に示す。
The main structural dimensions and the like of the microprobe element manufactured in this embodiment are shown below.

【0071】 ・はり4aの長さ 10mm ・はり4bの長さ 5mm ・はり4a,4bの断面は直径0.4mmの円形 ・シリンダ部の断面は、いずれも直径8mmの円形 このようにして作製した微小プローブ素子は、圧電体よ
りなる変位発生部2a,2bに10Vの電圧を印加する
ことで、探針5を図のZ方向に±1μm、X方向に±
0.5μm変位した。
The length of the beam 4a is 10 mm. The length of the beam 4b is 5 mm. The cross section of the beams 4a and 4b is a circle having a diameter of 0.4 mm. The cross section of the cylinder portion is a circle having a diameter of 8 mm. The microprobe element applies a voltage of 10 V to the displacement generating portions 2a and 2b made of piezoelectric bodies, thereby moving the probe 5 within ± 1 μm in the Z direction and ± 1 μm in the X direction.
The displacement was 0.5 μm.

【0072】次に本実施例の微小プローブ素子を用い
て、実施例1と同様の走査型トンネル顕微鏡及び情報処
理装置を作製した。この装置を用いて、実施例1と同様
にして表面観察及び情報の記録再生等の実験を行なった
ところ、実施例1と同様に良好な結果が得られた。
Next, the same scanning tunneling microscope and information processing apparatus as in Example 1 were manufactured using the microprobe element of this example. Experiments such as surface observation and recording / reproduction of information were performed using this apparatus in the same manner as in Example 1. As a result, good results were obtained as in Example 1.

【0073】[0073]

【発明の効果】以上説明したように、本発明の微小プロ
ーブ素子によれば、小型でありながら大きな変位を得る
ことができるとともに、反りのない信頼性の高い素子と
なる。
As described above, according to the micro probe device of the present invention, a large displacement can be obtained while being small, and a highly reliable device without warpage can be obtained.

【0074】また、簡易な技術で再現性良く作製でき、
集積化が容易となった。さらに、上記本発明の微小プロ
ーブ素子を用いた走査型トンネル顕微鏡では、信頼性の
高い像観察が可能となった。
Further, it can be manufactured with a simple technique with good reproducibility.
Integration has become easier. Further, the scanning tunneling microscope using the micro probe element of the present invention enables highly reliable image observation.

【0075】またさらには、上記本発明の微小プローブ
素子を用いた情報処理装置では、nmオーダーの記録密
度をもつ大容量・高密度の装置となり、かつ、高速で記
録再生等を行うことができる。
Further, the information processing apparatus using the micro probe element of the present invention becomes a large-capacity, high-density apparatus having a recording density on the order of nm, and can perform high-speed recording and reproduction. .

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

【図1】本発明による微小プローブ素子の一例を概略的
に示した図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing an example of a microprobe element according to the present invention.

【図2】本発明による走査型トンネル顕微鏡の一例を示
すブロック図である。
FIG. 2 is a block diagram showing an example of a scanning tunnel microscope according to the present invention.

【図3】本発明による情報処理装置の一例を模式的に示
した図である。
FIG. 3 is a diagram schematically illustrating an example of an information processing apparatus according to the present invention.

【図4】参考実施例に係る微小プローブ素子を概略的に
示した図である。
[4] The micro probe element according to a reference embodiment is a view schematically showing.

【図5】本発明による微小プローブ素子の他の態様を概
略的に示した図である。
FIG. 5 is a diagram schematically showing another embodiment of the microprobe element according to the present invention.

【図6】参考実施例に係る微小プローブ素子を概略的に
示した図である。
6 is a diagram schematically showing a micro probe element according to a reference example.

【図7】従来の圧電体バイモルフからなるカンチレバー
型変位素子の例である。
FIG. 7 is an example of a conventional cantilever type displacement element composed of a piezoelectric bimorph.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1a,1b,1c,1d 基板 2,2a,2b 変位発生部 3,3a,3b 変位を伝達するための液体 4,4a,4b はり 5 探針 21 微小プローブ素子 22 試料 23 XYステージ 24 バイアス電圧印加回路 25 トンネル電流検出回路 26 駆動制御回路 27 CPU 31 記録層 32 金属電極層 33 記録媒体基板 34 XYステージ 35 集積化微小プローブ素子 36 支持体 37 Z方向粗動リニアアクチュエータ 38 X方向駆動リニアアクチュエータ 39 Y方向駆動リニアアクチュエータ 40 バイアス回路 41 トンネル電流検出回路 42 Z方向駆動サーボ回路 43 サーボ回路 44 駆動回路 45 駆動回路 46 CPU 61a,61b シリンダ 71a,71b 2分割電極 72a,72b ZnO圧電体 73 中電極 74a,74b 2分割電極 75 引き出し電極 1, 1a, 1b, 1c, 1d Substrate 2, 2a, 2b Displacement generator 3, 3a, 3b Liquid for transmitting displacement 4, 4a, 4b Beam 5 Probe 21 Micro probe element 22 Sample 23 XY stage 24 Bias Voltage application circuit 25 Tunnel current detection circuit 26 Drive control circuit 27 CPU 31 Recording layer 32 Metal electrode layer 33 Recording medium substrate 34 XY stage 35 Integrated microprobe element 36 Support 37 Z-direction coarse movement linear actuator 38 X-direction drive linear actuator 39 Y-direction drive linear actuator 40 Bias circuit 41 Tunnel current detection circuit 42 Z-direction drive servo circuit 43 Servo circuit 44 Drive circuit 45 Drive circuit 46 CPU 61a, 61b Cylinder 71a, 71b Split electrode 72a, 72b ZnO piezoelectric body 73 Medium electrode 7 4a, 74b 2 split electrode 75 Leader electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI G12B 21/22 H01J 37/28 Z H01J 37/28 G12B 1/00 601H (56)参考文献 特開 昭63−85392(JP,A) 特開 平1−220701(JP,A) 特開 平4−78037(JP,A) 実開 平2−91992(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01N 13/10 - 13/24 G01B 7/34 G11B 9/00 G12B 21/00 - 21/24 G05D 3/00 - 3/20 H01J 37/28 H01L 41/00 - 41/22 JICSTファイル(JOIS)──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI G12B 21/22 H01J 37/28 Z H01J 37/28 G12B 1/00 601H (56) References JP-A-63-85392 (JP, A) JP-A-1-220701 (JP, A) JP-A-4-78037 (JP, A) JP-A-2-91992 (JP, U) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) ) G01N 13/10-13/24 G01B 7/34 G11B 9/00 G12B 21/00-21/24 G05D 3/00-3/20 H01J 37/28 H01L 41/00-41/22 JICST file (JOIS)

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 探針とヒーターを有する変位発生部を具
備し、該ヒーターの加熱により液体を膨張・収縮させる
ことにより該探針を駆動する構成を持つことを特徴とす
る微小プローブ素子。
1. A displacement generator having a probe and a heater , wherein the heater expands and contracts a liquid by heating the heater.
A microprobe element having a configuration for driving the probe.
【請求項2】 請求項1に記載の微小プローブ素子を、
同一基板上に複数配置したことを特徴とする集積化微小
プローブ素子。
2. The microprobe element according to claim 1,
An integrated microprobe element, wherein a plurality of microprobe elements are arranged on the same substrate.
【請求項3】 請求項1又は2に記載の微小プローブ素
子を用いたことを特徴とする走査型トンネル顕微鏡。
3. A scanning tunneling microscope using the microprobe element according to claim 1 or 2.
【請求項4】 トンネル電流を用いて記録媒体に対して
情報の記録、再生、消去を行なう情報処理装置におい
て、請求項1又は2に記載の微小プローブ素子を用いた
ことを特徴とする情報処理装置。
4. An information processing apparatus for recording, reproducing, and erasing information on a recording medium using a tunnel current, wherein the microprobe element according to claim 1 or 2 is used. apparatus.
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