JP3412856B2 - 情報処理装置及びこれに用いるデバイス - Google Patents

情報処理装置及びこれに用いるデバイス

Info

Publication number
JP3412856B2
JP3412856B2 JP07741893A JP7741893A JP3412856B2 JP 3412856 B2 JP3412856 B2 JP 3412856B2 JP 07741893 A JP07741893 A JP 07741893A JP 7741893 A JP7741893 A JP 7741893A JP 3412856 B2 JP3412856 B2 JP 3412856B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
probe
medium
piezoelectric
cantilever
information processing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP07741893A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH0668528A (ja
Inventor
敬介 山本
義勇 鈴木
岳彦 川崎
春紀 河田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP07741893A priority Critical patent/JP3412856B2/ja
Priority to US08/040,277 priority patent/US5444191A/en
Publication of JPH0668528A publication Critical patent/JPH0668528A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3412856B2 publication Critical patent/JP3412856B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B9/00Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
    • G11B9/12Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
    • G11B9/14Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B19/00Driving, starting, stopping record carriers not specifically of filamentary or web form, or of supports therefor; Control thereof; Control of operating function ; Driving both disc and head
    • G11B19/20Driving; Starting; Stopping; Control thereof
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B19/00Driving, starting, stopping record carriers not specifically of filamentary or web form, or of supports therefor; Control thereof; Control of operating function ; Driving both disc and head
    • G11B19/20Driving; Starting; Stopping; Control thereof
    • G11B19/2009Turntables, hubs and motors for disk drives; Mounting of motors in the drive
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B9/00Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
    • G11B9/12Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
    • G11B9/14Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
    • G11B9/1418Disposition or mounting of heads or record carriers
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B9/00Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
    • G11B9/12Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
    • G11B9/14Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
    • G11B9/1418Disposition or mounting of heads or record carriers
    • G11B9/1427Disposition or mounting of heads or record carriers with provision for moving the heads or record carriers relatively to each other or for access to indexed parts without effectively imparting a relative movement
    • G11B9/1436Disposition or mounting of heads or record carriers with provision for moving the heads or record carriers relatively to each other or for access to indexed parts without effectively imparting a relative movement with provision for moving the heads or record carriers relatively to each other
    • G11B9/1454Positioning the head or record carrier into or out of operative position or across information tracks; Alignment of the head relative to the surface of the record carrier
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B82NANOTECHNOLOGY
    • B82YSPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
    • B82Y10/00Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00Nanotechnology
    • Y10S977/70Nanostructure
    • Y10S977/832Nanostructure having specified property, e.g. lattice-constant, thermal expansion coefficient
    • Y10S977/837Piezoelectric property of nanomaterial
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00Nanotechnology
    • Y10S977/84Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/849Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
    • Y10S977/86Scanning probe structure
    • Y10S977/861Scanning tunneling probe
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00Nanotechnology
    • Y10S977/84Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/849Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
    • Y10S977/86Scanning probe structure
    • Y10S977/872Positioner
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00Nanotechnology
    • Y10S977/84Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/849Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with scanning probe
    • Y10S977/86Scanning probe structure
    • Y10S977/873Tip holder
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00Nanotechnology
    • Y10S977/84Manufacture, treatment, or detection of nanostructure
    • Y10S977/88Manufacture, treatment, or detection of nanostructure with arrangement, process, or apparatus for testing
    • Y10S977/881Microscopy or spectroscopy, e.g. sem, tem
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S977/00Nanotechnology
    • Y10S977/902Specified use of nanostructure
    • Y10S977/932Specified use of nanostructure for electronic or optoelectronic application
    • Y10S977/943Information storage or retrieval using nanostructure
    • Y10S977/947Information storage or retrieval using nanostructure with scanning probe instrument

Landscapes

  • Pressure Sensors (AREA)
  • General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
  • Micromachines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は圧電体により駆動できる
アクチュエータ、とりわけ圧電体の振動により媒体をス
ライド移動させることが可能な手段を備えた情報処理装
置に関する。とりわけ本発明は、超音波モータの原理に
基づき相対的にプローブと媒体を面内内方向に移動させ
る手段を備えた情報処理装置に関する。更に本発明は、
かかる情報処理装置に用いられ、媒体を精度良く変位さ
せることができるデバイスに関する。
【0002】
【従来の技術】近年半導体プロセス技術を背景にして半
導体を機械的構造体として用いた半導体圧力センサー、
半導体加速度センサー、マイクロアクチュエーター等の
機械的電気素子(マイクロメカニクス)が脚光を浴びる
ようになってきた。
【0003】かかる素子の特徴として、小型でかつ高精
度の機械機構部品を提供でき、かつ半導体ウエハを用い
るためにSiウエハ上に素子と電気回路を一体化できる
ことが挙げられる。また、半導体プロセスをベースに作
製することで、半導体プロセスのバッチ処理による生産
性の向上を期待できる。特に微小変位素子としては、圧
電体薄膜を利用したカンチレバー(片持ち梁)状のもの
が挙げられ、これは非常に微細な動きを制御することが
可能なため、原子レベル、分子レベルを直接観察できる
走査型トンネル顕微鏡(以下STMと称す)に応用され
ている。
【0004】例えばスタンフォード大学のクエート等に
より提案された微小変位素子を用いたSTMプローブ
(IEEE Micro Electro Mecha
nical Systems,p188−199,Fe
b.1990)がある。これは図10に示すようにSi
ウエハ81のウエハの裏面を一部除去しシリコンメンブ
レンを形成し、表面にAl82とZnO83の薄膜を順
次積層し、バイモルフのカンチレバーを形成しその後、
裏面より反応性のドライエッチによりシリコンメンブレ
ンとウエハ表面のエッチングの保護層(シリコン窒化
膜)を除去して、STMプローブ変位用のバイモルフカ
ンチレバーを作製している。このカンチレバーの上面自
由端部にトンネル電流検知用プローブを取り付け、良好
なSTM像を得ている。
【0005】さらに図11の様な圧電体91と電極92
を積層し圧電体を4ブロックに分け、3軸駆動が可能な
自由端部にトンネル電流検知用プローブ93を設けたカ
ンチレバー型プローブが提案されている。かかる構成に
よれば図12(a),(b),(c)に示す様に各電極
間に適当なバイアスをかけることにより、X,Y,Z軸
の各々単独での駆動は可能となる。例えば、圧電体にZ
nOを使用し、その微小変位素子の厚さを5μm、長さ
を1000μm、幅を200μmとした時、10V印加
で、その変位量はX軸で約200nm、Y軸で約20n
m、Z軸で約7500nmである。これはSTMプロー
ブとして3軸駆動が可能でかつ集積化が容易となり、優
れたものである。しかし広範囲な領域でのSTM観察を
行なうためには、被観察物側のXYステージによる微動
駆動を必要とした。
【0006】一方、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 I
nternational Conference o
n Scanning Tunneling Micr
oscopy/spectroscopy,89,S1
3−3),及び記録再生装置の様々な分野への応用が研
究されている。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
化させる事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
だしを行ない最小記録面積が10nm平方となる記録再
生装置が提案されている。
【0007】また、STMの探針(プローブ)をカンチ
レバーの自由端側に形成し、それぞれ独立に変位するカ
ンチレバーをマルチ化し、さらに半導体プロセスと一体
化して同一基板上にトンネル電流検知用のプローブ付き
カンチレバーと、そのトンネル電流を増幅処理するアン
プ、カンチレバー駆動とトンネル電流の選択のためのマ
ルチプレクサ、シフトレジスタ、等を積載する記録再生
装置が提案されている。
【0008】しかし、従来の装置においては大粗動機
構、粗動機構、微動機構など多数の移動機構を必要と
し、装置を複雑化するばかりか装置が大型化してしまい
可搬性を考慮すると好ましくない。
【0009】一方、駆動時に恒常的な物理的形状変化を
伴う変位素子を用いて初期プローブ位置よりトンネル電
流を検知できる領域にまで移動させる粗動を行わせ、更
にウォブリング等極めて微小な範囲で追従させるための
微動機構を同時に一つの移動機構で行わせようとする
と、どちらかの機能が十分に発揮できなくなる。更に粗
動駆動時に素子に過剰な負荷がかかる場合があり、でき
れば機能分離する方が好ましい。
【0010】更に停電等急に電源がおちた場合、プロー
ブが記録媒体に接触し記録媒体を損傷する場合がある。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明の目的と
するところは、プローブを記録媒体に再現良く近接させ
ることができ、しかも走査ステージを要しない小型化さ
れた情報処理装置及びこれに用いるデバイスを提供する
ことにある。
【0012】更に本発明の目的は、高速処理の可能な走
査型トンネル顕微鏡及びその原理を応用した情報処理装
置を提供することにある。
【0013】
【0014】
【0015】
【課題を解決するための手段及び作用】 発明は、プロ
ーブを媒体に近接させ、媒体が有する情報を読み出した
り、媒体に情報を書き込む情報処理装置であって、プロ
ーブがカンチレバー状変位素子の自由端部にプローブを
備えたカンチレバータイプのプローブであり、該カンチ
レバーと同一基板上に圧電体膜とこれを逆圧電効果によ
り変位させる電極を備え、これにより媒体の面内方向に
進行波を発生させて媒体を変位させることを特徴とする
情報処理装置である。
【0016】更に本発明は、プローブを媒体に近接さ
せ、媒体が有する情報を読み出したり、媒体に情報を書
き込む情報処理装置に用いるデバイスであって、プロー
ブがカンチレバー状変位素子の自由端部にプローブを備
えたカンチレバータイプのプローブであり、該カンチレ
バーと同一基板上に圧電体膜とこれを逆圧電効果により
変位させる電極を備え、これにより媒体の面内方向に進
行波を発生させて媒体を変位させることを特徴とするデ
バイスである。
【0017】即ち、本発明の好ましい態様はプローブと
媒体を相対的に記録媒体面内方向に移動させる手段に超
音波モータの原理に基づいた駆動機構を用いることにあ
る。本発明に係る駆動機構によれば媒体を面内方向に精
度良く移動させることができ、更にはプローブ/媒体間
隔(Z)を制御することが可能である。
【0018】又、本発明の好ましい態様においては、少
なくとも一層の圧電体膜と該圧電体膜を逆圧電効果によ
り変位させるための電極とでなるカンチレバー状変位素
子の上面自由端部に、情報入出力用のプローブを有する
少なくとも1つのカンチレバー型プローブと、少なくと
も一層の圧電体膜と該圧電体膜を逆圧電効果により変位
させるための電極とでなる少なくとも1つの圧電体メン
ブレンとを、同一基板上に具備するマルチプローブヘッ
ドであって、該圧電体メンブレンは、該マルチプローブ
ヘッドに対向配置される媒体を、該圧電体メンブレンの
振動によって、該媒体の面内方向に走査する手段である
ことを特徴とするマルチプローブヘッドであり、好まし
くは、上記カンチレバー状変位素子が、3軸方向に駆動
することを特徴とするデバイス(マルチプローブヘッ
ド)である。
【0019】更に本発明の好ましい態様は、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、上記のマルチプローブヘ
ッドを有することを特徴とする情報処理装置であり、更
に、該装置は走査型トンネル顕微鏡や記録再生装置とな
り得る。
【0020】本発明のデバイス(マルチプローブヘッ
ド)によれば、上記圧電体メンブレンに超音波振動を起
こさせて、この振動によって記録媒体を面内方向に搬送
させるとともに、垂直方向は圧電体カンチレバーにより
位置決めさせることができる。
【0021】図3は本発明の原理を模式的に示した図で
ある。これはSi基板4上に一体形成された圧電体カン
チレバー1と記録書き込み読みだしを行なうプローブ2
と記録媒体31をスライドさせる圧電体メンブレン3で
構成される。ここで圧電体メンブレン3を適当な電極構
成にし、それぞれに位相の異なる交流電圧を加えると、
図のように縦波と横波の結合した進行波によって圧電体
メンブレン3の表面が楕円運動をする。この結果、記録
媒体31は図示の方向へスライドする。圧電体カンチレ
バー1はZ方向にアクチュエートすることができ、プロ
ーブ2によって記録媒体31に対して情報の記録再生を
することができる。尚、32は記録ビットであり、33
は記録媒体31の基板である。
【0022】記録媒体のスライドとSTMの原理による
記録書き込み再生を同時に行なうためには、圧電体カン
チレバーの固有振動数と圧電体メンブレンの固有振動数
に注意して設計しなければならない。例えば、圧電体カ
ンチレバーの固有振動数Fr1 は次の式で表される。
【0023】 Fr1 =0.3563×πh/412 ×(E/3ρ)1/2 h:圧電体カンチレバーの膜厚 l:圧電体カン
チレバーの長さ E:圧電体カンチレバーのヤング率 ρ:圧電体カン
チレバーの密度 また、圧電体メンブレンの固有振動数Fr2 は次式で表
される。
【0024】Fr2 =V/2L V:圧電体メンブレン弾性体中の音速 L:圧電体メンブレンを構成する電極の長さ 以上の式より圧電体カンチレバーの固有振動数Fr1
圧電体メンブレンの固有振動数Fr2 より高くなるよう
に寸法、形状、材質等を設計すれば良い。
【0025】また、圧電体カンチレバーをX,Y,Z軸
の3軸駆動可能なように作製すれば、圧電体メンブレン
による記録媒体のスライドをステップ的にさせてやるこ
とができるので、固有振動数のことにあまり左右されな
い。
【0026】また、この場合には、より高速な駆動が可
能となる。
【0027】また圧電体の振動による進行波の発生に基
づく搬送の原理を用いた超音波モータが知られている。
この超音波モータは制御良くプローブ/記録媒体を相対
的に移動させることが可能である。
【0028】
【実施例】以下、実施例を用いて本発明を具体的に詳述
する。
【0029】実施例1 本実施例で示すものは本発明のマルチプローブヘッド
(デバイス)である。
【0030】図1に本発明のマルチプローブヘッドの斜
視図を示す。これは、Si基板上に、通常のIC作製プ
ロセスとSiの異方性エッチングとにより作製したもの
であり、Si基板4上に圧電体カンチレバー1と情報入
出力用プローブ2と圧電体メンブレン3とがマトリクス
状に配置されている。図示していないが、Si基板4上
にはマルチプローブヘッドの動作用回路および信号処理
用回路等のICが搭載されている。これについては後述
する。圧電体メンブレン3を動作させることによって、
記録媒体をX軸、Y軸に走査することができる。図2に
図1のA−A断面の模式図を示す。圧電体カンチレバー
1は圧電体に電圧を印加するための下部電極5および中
電極6、上部電極7と圧電体膜8、9とを積層して構成
されている。この構成によるとバイモルフ圧電素子とし
てアクチュエートすることができる。この圧電体カンチ
レバー1の自由端部にプローブ2が形成されている。次
に圧電体メンブレン3は圧電体膜に電圧を印加するため
の下部電極10、中電極11、および上部電極12と圧
電体膜13、14が積層され、さらに最上部には、絶縁
体からなる保護層15が形成されている。図のように多
数個2次元配置され分割された上電極12に、それぞれ
位相の異なる交流電圧を加えることによって圧電体メン
ブレン3上に進行波をたたせることができる。この場
合、下部の圧電体膜13は弾性体としてはたらき、上部
の圧電体14によるユニモルフ動作をする。
【0031】上記圧電体カンチレバーの作製方法を図4
を用いて説明する。図4は圧電体カンチレバーの製造工
程を示す図である。(100)Si基板41の両面にL
PCVD装置でSi3 4 膜42を1000Å成膜し
て、裏面のみをパターニングし(図4(a)参照)、K
OH水溶液等を用いSi3 4 膜42をマスクとしカン
チレバー領域のSiの異方性エッチングを行ない、数1
0μm厚のSiメンブレンを形成する(図4(b)参
照)。次に、表面にAI等の電極層43を成膜してパタ
ーニングし、同様にしてZnOのような圧電体膜層44
をスパッタで成膜しパターニングを繰り返す。最後にリ
フトオフ法によりプローブ45を形成する(図4(c)
参照)。次に、ポリイミド等でプローブ45等の表面を
保護し、SiとSi3 4 をエッチングし、最後にポリ
イミドを除去する(図4(d)参照)。以上が圧電体カ
ンチレバーの作製方法であるが、圧電体メンブレンも全
く同様の方法で同時に形成することができる。
【0032】次に、本発明の前記マルチプローブヘッド
のIC回路について述べる。
【0033】図5は本発明のマルチプローブヘッドのブ
ロック図を示したものである。
【0034】51は圧電体メンブレン3により、記録媒
体6を駆動するXY駆動機構回路である。52はプロー
ブ2と記録媒体6との間に電圧を印加する電圧印加回
路、53はプローブ2と記録媒体6との間をトンネルす
る電流を増幅する電流増幅器、54は電流増幅器53を
用いて検出される電流が一定になるように圧電体カンチ
レバー1に印加する電圧を調整するサーボ回路である。
55は複数の圧電体カンチレバー1を順次制御するため
のマルチプレクサユニットである。これらの回路はマル
チプローブヘッドのSi基板4上にICとして搭載され
ており、マイクロコンピューター56により、制御する
ことができる。このマルチプローブヘッドと媒体は移動
の軸がずれないように図6のようなフレーム61に固定
されている。62は記録媒体6が見える窓、63はマル
チプローブヘッドからの配線である。このように記録媒
体とマルチプローブヘッドは一体化した。
【0035】次に、このマルチプローブヘッドを用いた
記録再生結果について述べる。記録媒体としてガラス基
板上にCr/Auを蒸着し、その上部にポリイミドLB
膜を4層(約15Å)成膜したものを用いた。記録媒体
の電極と複数のプローブに1Vの電圧を印加し、全ての
プローブが、それぞれ1nA程度のトンネル電流になる
ように圧電体カンチレバーの圧電体膜に電界を加えてプ
ローブの位置を図5のZ軸方向に移動させた。
【0036】尚、この記録媒体には、パルス電圧を加え
ると、記録媒体の抵抗率が2桁程度変化する特徴があ
る。
【0037】その後、複数のプローブにパルス電圧(5
V 1μsec)を加え、圧電体メンブレンにより記録
媒体を走査させ、所望の位置に情報を記録した。尚、そ
の個々の領域は約100Å×100Å程度と非常に小さ
く、超高密度の記録を行なうことができた。
【0038】次に、プローブと記録媒体の電極間に1V
の電圧を印加し、同様にプローブを走査させ、トンネル
電流の変化をみたところ、先ほど記録した領域に抵抗値
が変化した部分を検出した。このように、本実施例にお
いては、記録情報の書き込み、読みだしが行なえること
を確認した。
【0039】また、記録情報の消去は、プローブを記録
媒体の記録領域上に走査し、プローブと記録媒体の電極
間に、閾値を越えたパルス電圧(4V/μsec)を印
加すると、記録ビットが特性変化を起こして抵抗値が記
録ビットのない部分と同じ値になり、記録情報の消去が
行なえることを確認した。
【0040】尚、情報記録用の上記記録媒体としては、
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。
【0041】実施例2 本実施例では、本発明のマルチプローブヘッドの他の態
様を示す。実施例1と違う点は記録媒体が回転する点で
ある。
【0042】図7は、本実施例での本発明のマルチプロ
ーブヘッドの斜視図である。実施例1と同様にSi基板
4上に圧電体カンチレバー1とプローブ2があり、圧電
体メンブレン3上に電極7が形成されている。中心軸7
1に記録媒体6をさしこみ圧電体メンブレン3上の上電
極7に交流電圧を印加すると記録媒体が回転する。なお
圧電体カンチレバー1はそれぞれ広範囲に記録できるよ
うに半径を少しずつずらしてある。このマルチプローブ
ヘッドを用いても実施例1と同様な結果が得られた。
【0043】参考例参考例においては超音波駆動機構を有するマルチプロ
ーブヘッドの代わりに超音波モータを用い、記録媒体を
回転振動させ、プローブ及び記録媒体を相対的に記録媒
体の面内方向に駆動可能にしたものである。
【0044】図8及び図9において31は記録媒体であ
り、USP4,575,822に示されているようなS
34/SiO2/p−Siからなる媒体を用いる事が
可能である。この記録媒体を用いプローブ/媒体間に電
圧を印加することにより記録する事ができる。再生はプ
ローブ/媒体間に流れるトンネル電流を検知することに
より行われる。201は超音波モータであり、ロータ2
02、ロータ回転駆動機構203から構成されている。
ロータ回転駆動機構203はロータを回転駆動させるた
めの機構であり、基台304、基台304上に形成され
た12分割パターニングされた不図示の一対の電極、一
対の電極に挟持されたPZT等からなる圧電シート30
3及びステータ301から構成されている。204はリ
ニアアクチュエータであり、記録媒体及びロータ・ロー
タ回転駆動機構からなる超音波モータを一軸に駆動する
機構である。205は電流増幅器であり、206はプロ
ーブにより得られる電流を検知し、電流値を一定になる
ように圧電体カンチレバー素子を用いたZ微動制御機構
209を制御するサーボ回路である。210は記録、再
生を行うためのパルス、バイアス電圧を印加するための
電源である。パルス電圧を印加する時プローブに流れる
電流が急激に変化するため、サーボ回路206はその間
に出力電圧が一定になるようにHOLD回路をONにす
るように制御している。これらの各機能はすべてマイク
ロコンピュータにより制御されている。また208は表
示機器を示している。
【0045】次に記録再生の手順について説明する。
【0046】まずSi34/SiO2/p−Siからな
る上記に示した記録媒体31をロータ202上に接着剤
(エポキシ系接着剤)を用いて固着させる。この接着剤
の膜自体は極めて薄いものであるが超音波モータの極微
小な振動にとってはその振動除去に対して有効に作用す
る。プローブ2と記録媒体31とはその間隔(Z)を数
μm程離した状態に保持しておく。次にロータ202を
回転させる。ロータ202を回転させるためには、回転
駆動制御機構211により所定の入力周波数の電圧をそ
れぞれ分割パターニングされた一対の電極に印加し、圧
電素子(PZT)を振動させステータ301に進行波を
発生させることにより行われる。この入力電圧及び入力
周波数を適当に選択することにより超音波モータを好ま
しい条件で駆動させることができる。
【0047】またその駆動条件を任意に選択することに
より、その印加電圧条件の大きさによって振動させる圧
電シート303の振幅を調整することができるようにな
る。図9を用いて説明する。図9(a)は非駆動時の超
音波モータの断面図であり、図9(b)は駆動時の超音
波モータの断面図である。図9(c)は超音波モータの
鳥瞰図及び分解図である。圧電体は電圧印加により周期
的に振動する。この振動は実質的なそのステータ301
の厚さ(h)を増大させ、その厚み(h’)となる。こ
のときプローブ/記録媒体間隔Zはその厚さの増加分だ
け接近することになり記録再生が可能な距離(数nm)
まで制御良く近接させることができるようになる。
【0048】このように非回転時にはプローブを記録媒
体表面から遠く離しておくことができるようになり、非
記録再生時に外部振動の影響を受けてもプローブ接触が
原因となる記録媒体の損傷劣化を防止することが可能に
なる。特にこれらの機構をカセット(図6)に格納する
ことにより可搬性の記録媒体には特に効果がある。
【0049】プローブを記録媒体表面にステータの厚さ
を増大させることによって十分に近接させた後、記録再
生を行う。記録再生はUSP4,575,822に示さ
れている方法と同様な方法で行われる。装置を停止させ
る場合には電源を切ることにより行われる。装置停止時
においては圧電素子の振動による実質的なステータの厚
さ増大が圧電素子に加えられる電圧を切った瞬間に圧電
素子の振動は止まり、その実質的なステータの厚さの増
大がなくなるため、プローブが自動的に初期位置にまで
退避するようになる。このように記録再生終了時にプロ
ーブを一旦記録媒体から離す退避作業は必要とせず、そ
のままスイッチをOFFにするだけで退避作業をも同時
に行われ操作が容易となる。更に退避機構を特に設ける
必要がなくなる。また能動的に電源を切る場合に限らず
停電時等受動的に電源が切れる場合においてもプローブ
退避が行われるため媒体の損傷劣化を避けることが可能
になる。
【0050】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のデバイス
(マルチプローブヘッド)によって記録媒体自体をXY
軸に走査することができ、本発明のマルチプローブヘッ
ドを用いた情報処理装置はより小型、軽量化されるとと
もに、より高速で高密度の情報処理が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明のマルチプローブヘッドの斜視図であ
る。
【図2】本発明のマルチプローブヘッドの断面図であ
る。
【図3】本発明の原理を示す図である。
【図4】本発明のマルチプローブヘッドの作製工程を示
す図である。
【図5】本発明のマルチプローブヘッドのブロック図で
ある。
【図6】本発明のマルチプローブヘッドを用いた情報処
理装置の図である。
【図7】本発明のマルチプローブヘッドの他の態様を示
す斜視図である。
【図8】参考例の超音波モータを利用した態様を示す図
である。
【図9】図8における超音波モータの動作を示す図であ
る。
【図10】従来の圧電体バイモルフからなるカンチレバ
ー型プローブの例である。
【図11】従来の圧電体バイモルフからなるカンチレバ
ー型プローブの断面図である。
【図12】圧電体バイモルフからなるカンチレバーの駆
動方法を説明するための図である。
【符号の説明】
1 圧電体カンチレバー 2 情報入出力用プローブ 3 圧電体メンブレン 4 Si基板 5 下部電極 6 中電極 7 上部電極 8,9 圧電体膜 10 下部電極 11 中電極 12 上部電極 13,14 圧電体膜 15 保護層 31 記録媒体 32 記録ビット 33 記録媒体の基板 41 (100)Si基板 42 Si34膜 43 電極層 44 圧電体膜層 51 XY駆動機構回路 52 電圧印加回路 53 電流増幅器 54 サーボ回路 55 マルチプレクサユニット 56 マイクロコンピューター 61 フレーム 62 窓 63 配線 71 中心軸 81 Siウエハ 82 Al膜 83 ZnO膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河田 春紀 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−95804(JP,A) 特開 昭63−291249(JP,A) 特開 昭63−291250(JP,A) 特開 平3−278368(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G11B 3/00 - 9/14 G11B 15/00 - 19/28 H01J 37/28 H01L 41/08

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プローブを媒体に近接させ、媒体が有す
    る情報を読み出したり、媒体に情報を書き込む情報処理
    装置であって、プローブがカンチレバー状変位素子の自
    由端部にプローブを備えたカンチレバータイプのプロー
    ブであり、該カンチレバーと同一基板上に圧電体膜とこ
    れを逆圧電効果により変位させる電極を備え、これによ
    り媒体の面内方向に進行波を発生させて媒体を変位させ
    ることを特徴とする情報処理装置。
  2. 【請求項2】 前記プローブが複数設けられている請求
    項1に記載の情報処理装置。
  3. 【請求項3】 前記情報処理装置が、走査型トンネル顕
    微鏡である請求項1あるいは2に記載の情報処理装置。
  4. 【請求項4】 前記情報処理装置が、記録再生装置であ
    る請求項1〜いずれかに記載の情報処理装置。
  5. 【請求項5】 プローブを媒体に近接させ、媒体が有す
    る情報を読み出したり、媒体に情報を書き込む情報処理
    装置に用いるデバイスであって、プローブがカンチレバ
    ー状変位素子の自由端部にプローブを備えたカンチレバ
    ータイプのプローブであり、該カンチレバーと同一基板
    上に圧電体膜とこれを逆圧電効果により変位させる電極
    を備え、これにより媒体の面内方向に進行波を発生させ
    て媒体を変位させることを特徴とするデバイス。
  6. 【請求項6】 前記プローブが複数設けられている請求
    項5に記載のデバイス。
JP07741893A 1992-04-01 1993-03-12 情報処理装置及びこれに用いるデバイス Expired - Fee Related JP3412856B2 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP07741893A JP3412856B2 (ja) 1992-04-01 1993-03-12 情報処理装置及びこれに用いるデバイス
US08/040,277 US5444191A (en) 1992-04-01 1993-03-30 Information processing apparatus and device for use in same

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP4-105271 1992-04-01
JP10527192 1992-04-01
JP07741893A JP3412856B2 (ja) 1992-04-01 1993-03-12 情報処理装置及びこれに用いるデバイス

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH0668528A JPH0668528A (ja) 1994-03-11
JP3412856B2 true JP3412856B2 (ja) 2003-06-03

Family

ID=26418501

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP07741893A Expired - Fee Related JP3412856B2 (ja) 1992-04-01 1993-03-12 情報処理装置及びこれに用いるデバイス

Country Status (2)

Country Link
US (1) US5444191A (ja)
JP (1) JP3412856B2 (ja)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3261544B2 (ja) * 1991-10-03 2002-03-04 キヤノン株式会社 カンチレバー駆動機構の製造方法、プローブ駆動機構の製造方法、カンチレバー駆動機構、プローブ駆動機構、及びこれを用いたマルチプローブ駆動機構、走査型トンネル顕微鏡、情報処理装置
US6011664A (en) * 1995-08-31 2000-01-04 Carnegie Mellon University Techniques for ultrahigh density writing with a probe on erasable magnetic media
US5889541A (en) * 1996-10-09 1999-03-30 Xerox Corporation Two-dimensional print cell array apparatus and method for delivery of toner for printing images
US7260051B1 (en) 1998-12-18 2007-08-21 Nanochip, Inc. Molecular memory medium and molecular memory integrated circuit
US6823739B2 (en) * 2001-12-20 2004-11-30 National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology Thin pressure sensor and biological information measuring device using same, and biological information measuring method
US6982898B2 (en) * 2002-10-15 2006-01-03 Nanochip, Inc. Molecular memory integrated circuit utilizing non-vibrating cantilevers
US7233517B2 (en) 2002-10-15 2007-06-19 Nanochip, Inc. Atomic probes and media for high density data storage
FR2869027B1 (fr) * 2004-04-15 2006-07-14 Commissariat Energie Atomique Systeme d'enregistrement comportant une couche memoire et un reseau de micro-pointes
US7463573B2 (en) 2005-06-24 2008-12-09 Nanochip, Inc. Patterned media for a high density data storage device
US7367119B2 (en) 2005-06-24 2008-05-06 Nanochip, Inc. Method for forming a reinforced tip for a probe storage device
US7309630B2 (en) 2005-07-08 2007-12-18 Nanochip, Inc. Method for forming patterned media for a high density data storage device
US7603909B2 (en) * 2006-10-03 2009-10-20 Oes, Inc. Piezoelectric polymer sensor device
US7597717B1 (en) * 2007-06-25 2009-10-06 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Rotatable multi-cantilever scanning probe microscopy head
JP5316203B2 (ja) 2009-04-24 2013-10-16 ミツミ電機株式会社 圧電アクチュエータ及びその製造方法
CN102735880B (zh) * 2012-06-20 2013-11-27 浙江大学 用于大幅度微纳结构的扫描探针测量系统及其方法

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CA1208269A (en) * 1982-02-25 1986-07-22 Toshiiku Sashida Motor device utilizing ultrasonic oscillation
US4575822A (en) * 1983-02-15 1986-03-11 The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University Method and means for data storage using tunnel current data readout
JPS6083126A (ja) * 1983-10-14 1985-05-11 Hitachi Ltd 入力位置座標検出装置
US5253187A (en) * 1988-11-11 1993-10-12 Canon Kabushiki Kaisha Coordinate input apparatus
JP2628790B2 (ja) * 1989-06-23 1997-07-09 ザ ボード オブ トラスティーズ オブ ザ リーランド スタンフォード ジュニア ユニバーシティ ディジタル情報を記憶された電荷の形態で記憶する方法および装置
US5126618A (en) * 1990-03-06 1992-06-30 Brother Kogyo Kabushiki Kaisha Longitudinal-effect type laminar piezoelectric/electrostrictive driver, and printing actuator using the driver
JP2761801B2 (ja) * 1990-10-04 1998-06-04 キヤノン株式会社 角度的位置関係検出方法及びこれを用いたエンコーダ
US5345137A (en) * 1991-04-08 1994-09-06 Olympus Optical Co., Ltd. Two-dimensionally driving ultrasonic motor
DE69228103T2 (de) * 1991-10-15 1999-07-15 Canon K.K., Tokio/Tokyo Informationsverarbeitungsgerät mit Spurausrichtungsmechanismus

Also Published As

Publication number Publication date
JPH0668528A (ja) 1994-03-11
US5444191A (en) 1995-08-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3412856B2 (ja) 情報処理装置及びこれに用いるデバイス
JP3402661B2 (ja) カンチレバー型プローブ、及びこれを用いた情報処理装置
JP3192887B2 (ja) プローブ、該プローブを用いた走査型プローブ顕微鏡、および前記プローブを用いた記録再生装置
JP3029499B2 (ja) 記録再生装置
JP3198355B2 (ja) 微小変位素子及びこれを用いた走査型トンネル顕微鏡、情報処理装置
US6859346B1 (en) Integrated bidirectional Recording head micropositioner for magnetic storage devices
JP3184619B2 (ja) 平行平面保持機構及びそれを用いたメモリ装置及びstm装置
EP1151437A2 (en) Molecular memory medium and molecular memory integrated circuit
JPH05250734A (ja) 情報処理装置
JP2895694B2 (ja) 情報記録・再生用スライダー、情報記録・再生用スライダーの製造方法および情報記録・再生装置
JP4095125B2 (ja) メモリー装置
JP3060142B2 (ja) カンチレバー型変位素子の駆動方法、走査型トンネル顕微鏡、情報処理装置、及びカンチレバー型変位素子
JP3305304B2 (ja) 探針駆動機構並びに該機構を用いた圧電式アクチュエータの製造方法
JP3015974B2 (ja) マルチプローブユニット、情報処理装置、走査型トンネル顕微鏡、カンチレバー型プローブ
JPH06131711A (ja) プローブユニットの製造方法、及びプローブユニット、及びそのプローブユニットを用いた情報処理装置
JP2890268B2 (ja) プローブユニット及びこれを用いた情報処理装置と走査型トンネル顕微鏡
JPH05231815A (ja) 変位素子、及びこれを用いた検出素子、及びこの検出素子を用いた走査型トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、情報処理装置
JP3250157B2 (ja) 微小変位素子、及びこれを用いたトンネル電流検出装置、記録再生装置
JP3023728B2 (ja) プローブ構造体、記録装置、情報検出装置、再生装置及び記録再生装置
JP3053971B2 (ja) トンネル電流発生用三次元変位素子、該トンネル電流発生用三次元変位素子を用いたマルチ探針ユニット、および情報処理装置
JP3088576B2 (ja) 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
JP2939006B2 (ja) 傾斜測定機構
JPH0875758A (ja) 円弧状反りレバー型アクチュエータ及び情報入出力用プローブ並びに該プローブを用いた情報処理装置
JPH06317404A (ja) カンチレバー型アクチュエータ及びそれを用いた走査型探針顕微鏡並びに情報処理装置
JPH05307778A (ja) 記録再生装置

Legal Events

Date Code Title Description
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20030304

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees