JP4458263B2 - Probe, recording apparatus and reproducing apparatus. - Google Patents
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Description
本発明は、例えば強誘電体記録媒体等の誘電体に記録された分極情報を記録及び再生したり媒体の表面を走査するプローブ、並びに該プローブを用いた記録装置及び再生装置の技術分野に関する。 The present invention relates to a probe that records and reproduces polarization information recorded on a dielectric such as a ferroelectric recording medium and scans the surface of the medium, and a technical field of a recording apparatus and a reproducing apparatus using the probe.
誘電体記録媒体をナノスケールで分析するSNDM(Scanning Nonlinear Dielectric Microscopy:走査型非線形誘電率顕微鏡)を利用した記録再生装置の技術について、本願発明者等によって提案されている。SNDMにおいては、AFM(Atomic Force Microscopy)等に用いられる先端に微小なプローブを設けた導電性のカンチレバー(プローブ)を用いることで、測定に係る分解能を、サブナノメートルにまで高めることが可能である。近年では、SNDMの技術を応用して、データを、強誘電体材料からなる記録層を有する記録媒体に記録する超高密度記録再生装置の開発が進められている(特許文献1参照)。 The inventors of the present application have proposed a technique of a recording / reproducing apparatus using a scanning nonlinear dielectric microscope (SNDM) that analyzes a dielectric recording medium at a nanoscale. In SNDM, by using a conductive cantilever (probe) provided with a minute probe at the tip used for AFM (Atomic Force Microscopy) or the like, it is possible to increase the measurement resolution to sub-nanometers. . In recent years, development of an ultra-high density recording / reproducing apparatus that records data on a recording medium having a recording layer made of a ferroelectric material by applying SNDM technology has been underway (see Patent Document 1).
このようなSNDMを利用した記録再生装置では、記録媒体の分極の正負の方向を検出することで情報の再生を行う。これは、L成分を含む高周波帰還増幅器とこれに取り付けられた導電性プローブ及び該プローブ直下の強誘電体材料の容量Csを含むLC発振器の発振周波数が、分極の正負の分布に起因する非線形誘電率の大小の結果生ずる微小容量の変化ΔCにより変化することを利用して行う。即ち、分極の正負の分布の変化を、発振周波数の変化Δfとして検出することで行う。 In such a recording / reproducing apparatus using SNDM, information is reproduced by detecting the positive / negative direction of the polarization of the recording medium. This is because the oscillation frequency of the LC oscillator including the high-frequency feedback amplifier including the L component, the conductive probe attached thereto, and the capacitance Cs of the ferroelectric material immediately below the probe is a nonlinear dielectric caused by the positive / negative distribution of polarization. This is performed by utilizing the change caused by the change ΔC in the minute capacity resulting from the magnitude of the rate. That is, the change in the positive / negative distribution of the polarization is detected as a change Δf in the oscillation frequency.
更に、分極の正負の相違を検出するために、発振周波数に対して十分に低い周波数の交番電界を印加することで、発振周波数が交番電界に伴って変化すると共に、符号を含めた発振周波数の変化の割合が、プローブ直下の強誘電体材料の非線形誘電率によって定まる。そして、このように交番電界の印加に伴う微小容量ΔCの変化に応じてFM(Frequency Modulation)変調されたLC発信器の高周波信号から、交番電界に起因する成分をFM復調して取り出すことで、強誘電体記録媒体に記録された記録情報を再生する。 Furthermore, in order to detect the difference between the positive and negative polarities, by applying an alternating electric field having a frequency sufficiently lower than the oscillation frequency, the oscillation frequency changes with the alternating electric field, and the oscillation frequency including the sign is The rate of change is determined by the nonlinear dielectric constant of the ferroelectric material directly below the probe. Then, the component resulting from the alternating electric field is FM-demodulated and extracted from the high-frequency signal of the LC transmitter that is FM (Frequency Modulation) modulated in accordance with the change of the minute capacitance ΔC accompanying the application of the alternating electric field. The recorded information recorded on the ferroelectric recording medium is reproduced.
このようなプローブにおいて、誘電体記録媒体に記録情報を記録したり又は再生する際には、該プローブが誘電体記録媒体に接する状態又は概ね接するのと同等の状態にする必要がある。他方、誘電体記録媒体の所望の位置にプローブを移動させる際には、プローブによって誘電体記録媒体の表面に傷が付けられないように、該プローブが誘電体記録媒体に接しない状態にする必要がある。即ち、プローブを誘電体記録媒体に対して上下方向に駆動させる必要がある。このとき、プローブ上に圧電素子を含むアクチュエータ回路を形成することが考えられる。しかしながら、プローブは概して微小な構造を有しており、このようなアクチュエータ回路をナノメートルオーダでプローブ上に形成することは困難であるという技術的な問題点を有している。更には、アクチュエータ回路を形成するがゆえに、記録情報の記録再生動作に必要な電界を供給するための配線との間でクロストークを生ずるおそれがあり、記録再生品質の劣化にもつながりかねないという技術的な問題点を有している。 In such a probe, when recording information is recorded on or reproduced from the dielectric recording medium, the probe needs to be in a state where it is in contact with or substantially in contact with the dielectric recording medium. On the other hand, when the probe is moved to a desired position on the dielectric recording medium, it is necessary that the probe is not in contact with the dielectric recording medium so that the surface of the dielectric recording medium is not damaged by the probe. There is. That is, it is necessary to drive the probe vertically with respect to the dielectric recording medium. At this time, it is conceivable to form an actuator circuit including a piezoelectric element on the probe. However, the probe generally has a minute structure, and it has a technical problem that it is difficult to form such an actuator circuit on the probe in nanometer order. Furthermore, since an actuator circuit is formed, there is a risk of crosstalk with the wiring for supplying an electric field necessary for recording / reproducing operation of recorded information, which may lead to deterioration of recording / reproducing quality. Has technical problems.
本発明は例えば上述の課題に鑑みなされたものであって、例えばプローブを媒体の表面に対して例えば上下方向に駆動させることが可能なプローブ、並びに該プローブを用いた記録装置及び再生装置を提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, for example, and provides, for example, a probe capable of driving a probe in a vertical direction with respect to the surface of a medium, for example, and a recording apparatus and a reproducing apparatus using the probe The task is to do.
上記課題を解決するために請求項1に記載のプローブは、媒体の表面を走査するプローブであって、先端が前記媒体に対向する突起部を含むヘッド部と、前記ヘッド部の少なくとも一部に形成される第1電極と、前記第1電極との間に電界を印加するための第2電極とを備え、前記第1電極は、前記表面の法線方向から見て、前記第2電極が配置された一の領域を除く他の領域に配置されており、前記ヘッド部は、前記電界を印加したときに、前記表面を基準とする前記第1電極の高さと前記第2電極の高さとの差が減少するように、湾曲可能である。 In order to solve the above-described problem, the probe according to claim 1 is a probe that scans the surface of a medium, and includes a head portion including a protrusion whose tip faces the medium, and at least a part of the head portion. A first electrode to be formed; and a second electrode for applying an electric field between the first electrode and the first electrode, when viewed from the normal direction of the surface, The head portion is arranged in another area except for the arranged one area, and the head portion has a height of the first electrode and a height of the second electrode with respect to the surface when the electric field is applied. It is possible to bend so that the difference is reduced.
本発明の作用及び他の利得は次に説明する実施の形態から明らかにされよう。 The operation and other advantages of the present invention will become apparent from the embodiments described below.
(プローブの実施形態)
本発明のプローブに係る実施形態は、媒体表面を走査するプローブであって、先端が前記媒体に対向する突起部を含むヘッド部と、前記ヘッド部の少なくとも一部に形成される第1電極と、前記第1電極との間に電界を印加するための第2電極とを備える。
(Probe embodiment)
An embodiment according to the probe of the present invention is a probe that scans the surface of a medium, and includes a head part including a protrusion whose tip faces the medium, and a first electrode formed on at least a part of the head part. And a second electrode for applying an electric field between the first electrode and the first electrode.
本発明のプローブに係る実施形態によれば、突起部から印加される電界がリターン電極に戻ることによって、例えば誘電体記録媒体の記録面上における誘電率の変化を容量の変化として検出することができる。即ち、誘電体記録媒体に記録された情報を好適に再生することが可能となる。また、例えば突起部より誘電体記録媒体に電界を印加することで、該誘電体記録媒体に情報を好適に記録することが可能である。 According to the embodiment of the probe of the present invention, when the electric field applied from the protrusion returns to the return electrode, for example, a change in dielectric constant on the recording surface of the dielectric recording medium can be detected as a change in capacitance. it can. That is, the information recorded on the dielectric recording medium can be suitably reproduced. Further, for example, information can be suitably recorded on the dielectric recording medium by applying an electric field to the dielectric recording medium from the protrusions.
本実施形態に係るプローブは特に、ヘッド部上に形成される第1電極と、該第1電極との間で電界が印加される第2電極とを更に備えている。この第1電極と第2電極との間に電界が印加されることで、第1電極と第2電極との間には静電気力が発生する。即ち、第1電極と第2電極との間に引力が加わる。このとき、第1電極はヘッド部上に形成されているため、第1電極に引力が加わることで、ヘッド部にも同様に引力が加わる。従って、ヘッド部を駆動する(即ち、動かす或いは湾曲させる)ことができる。 In particular, the probe according to the present embodiment further includes a first electrode formed on the head portion and a second electrode to which an electric field is applied between the first electrode. By applying an electric field between the first electrode and the second electrode, an electrostatic force is generated between the first electrode and the second electrode. That is, an attractive force is applied between the first electrode and the second electrode. At this time, since the first electrode is formed on the head portion, an attractive force is applied to the head portion by applying an attractive force to the first electrode. Accordingly, the head portion can be driven (that is, moved or curved).
特に、後述の如く第1電極と第2電極との夫々が形成される位置を考慮することで、ヘッド部を例えば媒体の表面の概ね法線方向に駆動させることが可能となる。言い換えれば、例えばヘッド部が媒体の上側にあるとすると、ヘッド部(特に、突起部)を媒体の表面に対して概ね上下方向に駆動させることが可能となる。このようにヘッド部を駆動させれば、突起部が媒体に接する状態を実現したり、突起部が媒体より離れている状態を実現したりすることが可能となる。即ち、必要に応じてヘッド部を好適な状態となるように駆動することが可能となる。 In particular, by considering the positions at which the first electrode and the second electrode are formed as will be described later, it is possible to drive the head portion, for example, in a direction substantially normal to the surface of the medium. In other words, for example, if the head portion is on the upper side of the medium, the head portion (particularly, the protrusion) can be driven in a generally vertical direction with respect to the surface of the medium. By driving the head portion in this way, it is possible to realize a state where the protrusion is in contact with the medium or a state where the protrusion is separated from the medium. That is, it is possible to drive the head unit to a suitable state as necessary.
そして、ヘッド部を駆動するためには第1電極と第2電極とを形成すれば足りるため、比較的簡易な回路構成となる。例えば、ヘッド部上に圧電素子等を用いた比較的複雑な駆動回路を形成しなくとも、ヘッド部を好適に駆動させることが可能となる。 Since it is sufficient to form the first electrode and the second electrode in order to drive the head portion, the circuit configuration is relatively simple. For example, the head unit can be suitably driven without forming a relatively complicated drive circuit using a piezoelectric element or the like on the head unit.
更に、比較的簡易な回路構成で足りるため、他の配線等との間でのクロストーク(浮遊容量)の発生をも低減ないしは抑制できる。このため、記録動作や再生動作の安定化を図ることが可能となる。 Furthermore, since a relatively simple circuit configuration is sufficient, the occurrence of crosstalk (floating capacitance) with other wirings can be reduced or suppressed. For this reason, it is possible to stabilize the recording operation and the reproducing operation.
以上の結果、本発明のプローブに係る実施形態によれば、突起部が媒体の表面に接触したり或いは離れたりするように(即ち、媒体に対して上下方向に)駆動することができる。そして、そのプローブの駆動のために必要な回路の構成を比較的容易なものとすることができる。 As a result, according to the embodiment of the probe of the present invention, the protrusion can be driven so as to come into contact with or away from the surface of the medium (that is, in the vertical direction with respect to the medium). In addition, the circuit configuration necessary for driving the probe can be made relatively easy.
本発明のプローブに係る実施形態の一の態様は、前記第2電極は、前記第1電極が形成される位置を基準として、前記突起部が前記媒体に対向する側とは反対側に形成される。 In one aspect of the embodiment of the probe of the present invention, the second electrode is formed on a side opposite to the side facing the medium with respect to a position where the first electrode is formed. The
この態様によれば、例えば媒体が第1電極(突起部)よりも下にあるときは、第1電極の上側に第2電極が形成される。このため、ヘッド部を媒体の表面に対して概ね上下方向に駆動させることが可能となる。 According to this aspect, for example, when the medium is below the first electrode (projection), the second electrode is formed on the first electrode. For this reason, it becomes possible to drive the head part in a generally vertical direction with respect to the surface of the medium.
本発明のプローブに係る実施形態の他の態様は、前記ヘッド部の少なくとも一部は、前記媒体に対向する側へ予め湾曲している。 In another aspect of the embodiment of the probe of the present invention, at least a part of the head portion is curved in advance toward the side facing the medium.
本発明のプローブに係る実施形態の他の態様は、前記ヘッド部は、前記突起部の形成される部分が、前記突起部の形成されない部分よりも前記媒体に近接するように、前記表面に対して所定の角度を有して形成されている。 In another aspect of the embodiment of the probe according to the present invention, the head portion may be disposed on the surface such that a portion where the protrusion is formed is closer to the medium than a portion where the protrusion is not formed. And having a predetermined angle.
これらの態様によれば、ヘッド部を媒体の表面に対して概ね上下方向に好適に駆動させることが可能となる。特に、第1電極と第2電極とが媒体の表面の法線に沿う位置関係となるように形成されていない場合であっても(或いは、第1電極と第2電極とが媒体の表面に沿う位置関係となるように形成されている場合であっても)、ヘッド部が予め湾曲していることで或いはヘッド部が媒体の表面に対して傾いて形成されていることで、該ヘッド部を媒体の表面に対して概ね上下方向に好適に駆動させることが可能となる。 According to these aspects, it is possible to suitably drive the head portion substantially vertically with respect to the surface of the medium. In particular, even when the first electrode and the second electrode are not formed so as to be in a positional relationship along the normal of the surface of the medium (or the first electrode and the second electrode are on the surface of the medium). The head portion being curved in advance or being tilted with respect to the surface of the medium. Can be suitably driven substantially in the vertical direction with respect to the surface of the medium.
本発明のプローブに係る実施形態の他の態様は、前記第2電極は、前記第1電極と接触しない。 In another aspect of the embodiment of the probe of the present invention, the second electrode does not contact the first electrode.
この態様によれば、ヘッド部が駆動することによって第1電極と第2電極とが接触してしまうという不都合をさせることが可能となる。従って、大電流が流れてヘッド部が破壊されたり、或いはプルイン現象等の発生を防止することができる。 According to this aspect, it is possible to cause a disadvantage that the first electrode and the second electrode come into contact with each other when the head unit is driven. Therefore, it is possible to prevent the head portion from being destroyed due to a large current flow or the occurrence of a pull-in phenomenon or the like.
本発明のプローブに係る実施形態の他の態様は、前記電界が印加されていない場合、前記表面を基準とする前記第1電極の高さと前記第2電極の高さとが異なる。 In another aspect of the embodiment of the probe of the present invention, when the electric field is not applied, the height of the first electrode with respect to the surface is different from the height of the second electrode.
この態様によれば、少なくとも電界が印加されていない場合には、第1電極と第2電極との位置関係が、前記表面と略平行とはならない。従って、電界を印加すれば、第1電極と第2電極との間には、媒体の表面と平行な方向以外の方向(即ち、媒体の表面に対して所定の角度を有して交わる方向)に静電気力が発生する。従って、ヘッド部を媒体の表面に対して概ね上下方向に適切に動かすことができる。 According to this aspect, at least when the electric field is not applied, the positional relationship between the first electrode and the second electrode is not substantially parallel to the surface. Accordingly, when an electric field is applied, a direction other than a direction parallel to the surface of the medium (that is, a direction intersecting with a predetermined angle with respect to the surface of the medium) between the first electrode and the second electrode. Static electricity is generated. Therefore, the head unit can be appropriately moved in the vertical direction with respect to the surface of the medium.
尚、電界が印加されている場合には、第1電極と第2電極とは、媒体の表面と略平行な位置関係にあってもよい。 When an electric field is applied, the first electrode and the second electrode may be in a positional relationship that is substantially parallel to the surface of the medium.
本発明のプローブに係る実施形態の他の態様は、前記電界を印加することで、前記第1電極と前記第2電極との間において前記表面と平行な方向を除く方向に静電気力が生ずるように前記第2電極が形成されることを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載のプローブ。 In another aspect of the embodiment of the probe of the present invention, an electrostatic force is generated between the first electrode and the second electrode in a direction excluding a direction parallel to the surface by applying the electric field. The probe according to claim 1, wherein the second electrode is formed on the probe.
この態様によれば、第1電極と第2電極との間には、媒体の表面と平行な方向以外の方向(即ち、媒体の表面に対して所定の角度を有して交わる方向)に静電気力が発生する。従って、ヘッド部を媒体の表面に対して概ね上下方向に適切に動かすことができる。 According to this aspect, there is static electricity between the first electrode and the second electrode in a direction other than a direction parallel to the surface of the medium (that is, a direction intersecting with a predetermined angle with respect to the surface of the medium). Force is generated. Therefore, the head unit can be appropriately moved in the vertical direction with respect to the surface of the medium.
本発明のプローブに係る実施形態の他の態様は、前記ヘッド部を支持するための天板を備え、前記第2電極は、前記天板に形成される。 Another aspect of the embodiment of the probe of the present invention includes a top plate for supporting the head unit, and the second electrode is formed on the top plate.
この態様によれば、第2電極が形成される天板と第1電極が形成されるヘッド部とを別工程で製造することができる。即ち、例えば第2電極の形成の工程で製造ミスがあったとしても、当該第2電極が形成される天板を廃棄等すればよく、別工程で製造されるヘッド部を廃棄等しなくとも足りる。他方、ヘッド部上に圧電素子等を用いた駆動回路が一体的に形成されるプローブでは、1つの工程において製造ミスがあればプローブ全体を廃棄等する必要がある。このため、この態様によれば、プローブ全体としての歩留まりを向上させることが可能となる。 According to this aspect, the top plate on which the second electrode is formed and the head portion on which the first electrode is formed can be manufactured in separate steps. That is, for example, even if there is a manufacturing mistake in the process of forming the second electrode, the top plate on which the second electrode is formed may be discarded, and the head part manufactured in another process may be discarded. It ’s enough. On the other hand, in a probe in which a drive circuit using a piezoelectric element or the like is integrally formed on the head portion, if there is a manufacturing error in one process, the entire probe needs to be discarded. For this reason, according to this aspect, the yield of the entire probe can be improved.
上述の如く天板を備えるプローブの態様では、前記天板及び前記ヘッド部の接合部と前記第1電極との間の距離が、前記突起部及び前記第1電極との間の距離よりも大きくなるように、前記第1電極が形成されるように構成してもよい
この態様によれば、てこの原理によりヘッド部をより駆動させやすくなる。
In the aspect of the probe including the top plate as described above, the distance between the joint portion of the top plate and the head portion and the first electrode is larger than the distance between the projection portion and the first electrode. As described above, the first electrode may be formed. According to this aspect, the head portion can be more easily driven by the lever principle.
本発明のプローブに係る実施形態の他の態様は、前記ヘッド部は、少なくとも一部が湾曲可能である。 In another aspect of the embodiment of the probe of the present invention, at least a part of the head portion can be bent.
この態様によれば、第1電極と第2電極との間に加わる静電気力により、この湾曲可能な少なくとも一部を好適に或いは局所的に駆動(湾曲)させることができる。 According to this aspect, at least a part of this bendable can be driven (curved) suitably or locally by the electrostatic force applied between the first electrode and the second electrode.
本発明のプローブに係る実施形態の他の態様は、前記突起部は、少なくとも前記電界が印加されていない場合において、該突起部が前記表面の法線方向に伸張するように形成されている。 In another aspect of the embodiment of the probe of the present invention, the protrusion is formed such that the protrusion extends in the normal direction of the surface at least when the electric field is not applied.
この態様によれば、例えば媒体表面を移動していない場合(例えば、記録動作時や再生動作時等)には、突起部を媒体の表面の法線方向に伸張させることができる。例えば、突起部の先端が略球状の円錐ないしは角錐形状を有していれば、その突起部の中心軸が媒体の表面に対して概ね垂直に交わる。その結果、後述するように好適な各種動作を実現できる。 According to this aspect, for example, when the surface of the medium is not moved (for example, at the time of recording operation or reproducing operation), the protrusion can be extended in the normal direction of the surface of the medium. For example, if the tip of the protrusion has a substantially spherical cone or pyramid shape, the central axis of the protrusion intersects substantially perpendicularly to the surface of the medium. As a result, various suitable operations can be realized as described later.
本発明のプローブに係る実施形態の他の態様は、前記電界は、前記媒体中を介することなく、前記第1電極と前記第2電極との間に直接印加される。 In another aspect of the embodiment of the probe of the present invention, the electric field is directly applied between the first electrode and the second electrode without passing through the medium.
この態様によれば、データの再生時に突起部と例えば後述のリターン電極との間に印加される交番電界(或いは、高周波電界)或いはデータの記録時に突起部と後述の誘電体記録媒体が備える電極との間に印加される電界に係わらず、第1電極と第2電極との間に好適に電界を印加することができる。これにより、好適にヘッド部を駆動させることが可能となる。 According to this aspect, an alternating electric field (or high-frequency electric field) applied between the protrusion and the return electrode described later at the time of data reproduction, or an electrode included in the protrusion and the dielectric recording medium described later at the time of data recording. An electric field can be suitably applied between the first electrode and the second electrode regardless of the electric field applied between the first electrode and the second electrode. Thereby, it becomes possible to drive a head part suitably.
本発明のプローブに係る実施形態の他の態様は、前記電界を印加する電界印加手段を備える。 Another aspect of the embodiment of the probe of the present invention includes an electric field applying unit that applies the electric field.
この態様によれば、電界印加手段の動作に応じて、ヘッド部を好適に駆動させることが可能となる。 According to this aspect, the head unit can be suitably driven according to the operation of the electric field applying unit.
本発明のプローブに係る実施形態の他の態様は、前記第1電極と前記第2電極とが相隣接している。 In another aspect of the embodiment of the probe of the present invention, the first electrode and the second electrode are adjacent to each other.
この態様によれば、第1電極と第2電極とが近接すれば近接するほど、第1電極と第2電極との間により大きな静電気力を加えることが可能となる。その結果、ヘッド部をより迅速に駆動させることが可能となる。 According to this aspect, the closer the first electrode and the second electrode are, the more electrostatic force can be applied between the first electrode and the second electrode. As a result, the head unit can be driven more quickly.
本発明のプローブに係る実施形態の他の態様は、前記ヘッド部は、導電性を有する部材を含んでなる。 In another aspect of the embodiment of the probe of the present invention, the head portion includes a conductive member.
この態様によれば、ヘッド部と第2電極との間にも静電気力が加わるため、ヘッド部を好適に駆動させることが可能となる。 According to this aspect, since the electrostatic force is also applied between the head portion and the second electrode, the head portion can be suitably driven.
尚、ヘッド部が導電性を有している場合には、第1電極を敢えて設けなくとも、第2電極とヘッド部との間に生ずる静電気力により、該ヘッド部を媒体の表面に対して概ね上下方向に駆動させることが可能である。 In the case where the head portion has conductivity, the head portion can be moved against the surface of the medium by the electrostatic force generated between the second electrode and the head portion without providing the first electrode. It can be driven substantially in the vertical direction.
(記録装置の実施形態)
本発明の記録装置に係る実施形態は、誘電体記録媒体にデータを記録する記録装置であって、上述した本発明のプローブに係る実施形態(但し、その各種態様を含む)と、前記データに対応する記録信号を生成する記録信号生成手段とを備える。
(Embodiment of recording apparatus)
An embodiment of the recording apparatus of the present invention is a recording apparatus for recording data on a dielectric recording medium, and includes the above-described embodiment of the probe of the present invention (including various aspects thereof), and the data Recording signal generation means for generating a corresponding recording signal.
本発明の記録装置に係る実施形態によれば、上述した本発明のプローブに係る実施形態が有する利点を生かしつつ、記録信号生成手段が生成した記録信号に基づき、データの記録を行うことができる。 According to the embodiment of the recording apparatus of the present invention, data can be recorded based on the recording signal generated by the recording signal generating means while taking advantage of the above-described embodiment of the probe of the present invention. .
尚、上述した本発明のプローブに係る実施形態の各種態様に対応して、本発明の記録装置に係る実施形態も各種態様を採ることが可能である。 Incidentally, in response to the various aspects of the embodiment of the probe of the present invention described above, the embodiment of the recording apparatus of the present invention can also adopt various aspects.
(再生装置の実施形態)
本発明の再生装置に係る実施形態は、誘電体記録媒体に記録されたデータを再生する再生装置であって、上述した本発明のプローブに係る実施形態(但し、その各種態様を含む)と、前記誘電体記録媒体に高周波電界を印加する高周波印加手段と、前記誘電体記録媒体の非線形誘電率に対応する容量の違いに応じて発振周波数が変化する発振手段と、前記発振手段による発振信号を復調し、前記データを再生する再生手段とを備える。
(Embodiment of playback device)
An embodiment according to the reproducing apparatus of the present invention is a reproducing apparatus for reproducing data recorded on a dielectric recording medium, and includes the above-described embodiment of the probe according to the present invention (including various aspects thereof), A high-frequency applying means for applying a high-frequency electric field to the dielectric recording medium; an oscillating means whose oscillation frequency changes according to a difference in capacitance corresponding to a nonlinear dielectric constant of the dielectric recording medium; and an oscillation signal from the oscillating means. And reproduction means for demodulating and reproducing the data.
本発明の再生装置に係る実施形態によれば、高周波印加手段により誘電体記録媒体に高周波電界を印加することで、該誘電体記録媒体の非線形誘電率の変化に応じた容量変化に起因して、発振手段の発振周波数が変化する。そして、係る発振手段による発振周波数の変化に応じた発振信号を、再生手段が復調及び再生することで、データを再生する。 According to the embodiment of the reproducing apparatus of the present invention, a high frequency electric field is applied to the dielectric recording medium by the high frequency applying means, thereby causing a capacitance change corresponding to a change in the nonlinear dielectric constant of the dielectric recording medium. The oscillation frequency of the oscillation means changes. Then, the reproducing means demodulates and reproduces the oscillation signal corresponding to the change in the oscillation frequency by the oscillating means, thereby reproducing the data.
本実施形態では特に、上述した本発明のプローブに係る実施形態が有する利点を生かして、データの再生を行うことができる。 Particularly in the present embodiment, data can be reproduced by taking advantage of the above-described embodiment of the probe of the present invention.
尚、上述した本発明のプローブに係る実施形態の各種態様に対応して、本発明の再生装置に係る実施形態も各種態様を採ることが可能である。 Incidentally, in response to the various aspects of the embodiment of the probe of the present invention described above, the embodiment of the reproducing apparatus of the present invention can also adopt various aspects.
本実施形態におけるこのような作用、及び他の利得は次に説明する実施例から更に明らかにされる。 Such an operation and other gains in this embodiment will be further clarified from examples described below.
以上説明したように、本発明のプローブに係る実施形態によれば、ヘッド部と第1電極と第2電極とを備えている。従って、突起部が媒体の表面に接触したり或いは離れたりするように(即ち、媒体の表面に対して上下方向に)駆動することができる。そして、そのプローブの駆動のために必要な回路の構成を比較的容易なものとすることができる。 As described above, according to the embodiment of the probe of the present invention, the head portion, the first electrode, and the second electrode are provided. Therefore, the protrusion can be driven so as to come into contact with or away from the surface of the medium (that is, in the vertical direction with respect to the surface of the medium). In addition, the circuit configuration necessary for driving the probe can be made relatively easy.
又、本発明の記録装置に係る実施形態よれば、プローブ及び記録信号生成手段を備える。従って、本発明のプローブに係る実施形態が有する各種利益を享受できる。 Moreover, according to the embodiment of the recording apparatus of the present invention, the probe and the recording signal generating means are provided. Therefore, various benefits of the embodiment of the probe of the present invention can be enjoyed.
又、本発明の再生装置に係る実施形態によれば、プローブ、高周波印加手段、発振手段及び再生手段を備える。従って、本発明のプローブに係る実施形態が有する各種利益を享受でき、その結果、より安定してデータを再生できる。 Moreover, according to the embodiment of the reproducing apparatus of the present invention, the probe, the high frequency applying means, the oscillating means, and the reproducing means are provided. Therefore, various benefits of the embodiment of the probe of the present invention can be enjoyed, and as a result, data can be reproduced more stably.
以下、本発明のプローブに係る実施例を図面に基づいて説明する。 Embodiments according to the probe of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(1)プローブの実施例
先ず、図1から図20を参照して、本発明のプローブに係る実施例について説明する。
(1) Embodiment of Probe First, an embodiment according to the probe of the present invention will be described with reference to FIGS.
(i)プローブの構造
先ず、図1及び図2を参照して、本実施例に係るプローブの構造(即ち、基本構成)について説明する。ここに、図1及び図2は夫々、本実施例に係るプローブの構造の一の例を概念的に示す断面図である。
(I) Probe Structure First, with reference to FIG. 1 and FIG. 2, the probe structure (that is, the basic configuration) according to the present embodiment will be described. Here, FIGS. 1 and 2 are cross-sectional views conceptually showing an example of the structure of the probe according to the present embodiment.
図1(a)に示すように、本実施例に係るプローブ100は、本発明における「突起部」の一具体例であるダイヤモンドチップ110と、支持部材130と、ダイヤモンドチップ110及び支持部材130を支持するための天板140とを備える。
As shown in FIG. 1A, a
ダイヤモンドチップ110は、プローブ100の記録再生動作時に、その先端側から後述の誘電体記録媒体20(図22参照)に電界を印加するように、細く尖った先端を有する。ダイヤモンドチップ110は、例えば先端部分の半径が概ね10nmないし25nm程度の略球状となることが好ましい。このダイヤモンドチップ110は特に、その製造時にダイヤモンドにボロン等をドーピングすることによって、導電性を備えている。
The
尚、ダイヤモンドチップ110に代えて、例えば窒化ボロンを用いることもできる。或いは、比較的硬質であり、且つ導電性を備える部材であれば、ダイヤモンドチップ110に代えて用いることができる。
Instead of the
支持部材130は、ダイヤモンドチップ110を支持する基盤となるものである。支持部材130は、ダイヤモンドチップ110に電流を供給する際のパスとなるため、導電性を有していることが好ましい。例えば、シリコン(或いは、ボロン等の不純物がドーピングされたシリコン)やダイヤモンド(或いは、ボロン等の不純物がドーピングされたダイヤモンド)を含んで形成されることが好ましい。但し、例えば電極とダイヤモンドチップ110とが配線等を介して直接的に接続されている場合には、支持部材130が電流のパスとなる必要はないため導電性を有していなくともよく、任意の部材を用いることができる。
The
又、後述の如く、該支持部材130はプローブ100の一部として再生時における共振回路14の一部を構成する(図22参照)。このため、所望の共振周波数が得られるように、当該支持部材130のインダクタンスに応じて材料を選択することがより好ましい。また、このように材料を選択することで、プローブ100の振動周波数を適宜変更することも可能である。
Further, as will be described later, the
尚、ダイヤモンドチップ110と支持部材130とが、本発明における「ヘッド部」の一具体例に相当する。
The
天板140は、例えばガラス等を含んでおり、プローブ100全体を支持する。当該天板140を移動させることで、後述の記録再生装置(図21参照)の動作時にプローブ100が移動される。
The
本実施例に係るプローブ100では特に、支持部材130上に第1電極121が形成され、天板140上に第2電極122が形成される。そして、プローブ100は更に、第1電極121に電流を供給するための第1配線151と第2電極122に電流を供給するための第2配線152とを備える。これらの電極や配線は、例えばクロム、銀、銅、金、白金等の金属或いはこれらの合金等を含んでいる。
Particularly in the
第1電極121及び第2電極122は、夫々に電流が供給されることで、これらの電極間に引力である静電気力(クーロン力)が加わり、支持部材130を駆動(即ち、湾曲)させることができる。
When the
特に、第1電極121と誘電体記録媒体20との間の距離と比較して、第2電極122と誘電体記録媒体20との間の距離がより遠く(或いは、長く)なるように、第1電極121及び第2電極122の夫々が形成されている。言い換えれば、第2電極122が第1電極121の上側に(即ち、誘電体記録媒体20から遠い側)に形成される。このため、第1電極121と第2電極122との間の静電気力は、図1(a)中において概ね上下方向(即ち、誘電体記録媒体20の記録面の概ね法線方向)に加わる。そして、この静電気力は引力であるため、第1電極121と第2電極122とが互いに引っ張り合い、その結果、図1(b)に示すように、支持部材130が誘電体記録媒体20より遠ざかるように湾曲する。
In particular, as compared with the distance between the
言い換えれば、第1電極121と第2電極122との間に加わる静電気力が、誘電体記録媒体20の記録面に平行な方向を除く方向(例えば、記録面の法線方向や、記録面の法線に対して90度未満の角度を有する方向等)に好適に加わるように、第1電極121及び第2電極122の夫々が、支持部材130又は天板140上に形成される。
In other words, the electrostatic force applied between the
このような構成を有しているがゆえに、第1電極121及び第2電極122の夫々に電流が供給されていなければ、第1電極121と第2電極122との間に静電気力は加わることなく、ダイヤモンドチップ110(特に、その先端)が誘電体記録媒体20の記録面に好適に接する或いは近接する。他方、第1電極121及び第2電極122の夫々に電流が供給されれば、第1電極121と第2電極122との間に引力としての静電気力が加わるため、ダイヤモンドチップ110が誘電体記録媒体20の記録面から離れる。
Because of having such a configuration, an electrostatic force is applied between the
これにより、誘電体記録媒体20にデータを記録したり、誘電体記録媒体20に記録されたデータを再生したりする際には、ダイヤモンドチップ110が誘電体記録媒体20の記録面に好適に接するため、適切な記録動作や再生動作を実現することができる。他方、データの記録や再生を行わない場合等においては、プローブ100が誘電体記録媒体20の記録面に接することなく、該プローブ100を誘電体記録媒体20上において好適に移動させることができる。
Thus, when data is recorded on the
更に、所望の形状を有する電極及び配線を支持部材130や天板140の上に形成すれば足りるため、例えば圧電素子を用いたアクチュエータ回路の動作により支持部材130を駆動(湾曲)させる構成と比較して、比較的簡易な構成を実現することができる。更には、電極や配線の構成を簡易にすることができるため、各電極や各配線の設計の自由度を向上させることができるため、各電極や各配線等とダイヤモンドチップ110に電流を供給するための配線等との間に生じ得るクロストークを低減し又はなくすことが可能となる。
Furthermore, since it is sufficient to form electrodes and wirings having a desired shape on the
尚、静電気力が加わることで支持部材130を好適に(特に、誘電体記録媒体20の法線方向に)湾曲させるべく、該支持部材130の全体又は少なくとも一部は、図1(a)に示すように、例えば誘電体記録媒体20に対向する側へ予め湾曲していることが好ましい。言い換えれば、支持部材130のうちダイヤモンドチップ110の形成される部分が、支持部材130のうちダイヤモンドチップ110の形成されない部分よりも、誘電体記録媒体20により近接するように、支持部材130が予め湾曲していることが好ましい。このように支持部材130を予め湾曲させるため、機械的な或いは物理的な加工(例えば、ダイサー等による研磨加工や切断加工、或いは電子ビームやレーザ等による加工等)により予め湾曲している支持部材130を形成してもよいし、予め湾曲している支持部材130を形成可能な型枠等を用いて該支持部材130を形成してもよい。或いは支持部材130に用いられる部材と格子定数の異なる部材を該支持部材130上に形成し、支持部材130に対して圧縮応力や引張応力を加えることで予め湾曲している支持部材130を形成してもよい。例えば、支持部材130がシリコンを含んでいれば、概ね600℃以上の温度環境下において形成されるSiNにより支持部材130に引張応力を加えることができ、他方概ね600℃未満の温度環境下において形成されるSiNにより支持部材130に圧縮応力を加えることができる。
In addition, in order to bend the
尚、第1電極121や第1配線151を、記録動作や再生動作の際にダイヤモンドチップ110へ電流を供給するための配線をとして用いてもよい。或いは、支持部材130が導電性を有していれば、該支持部材を第1電極121や第1配線151として用いてもよい。
Note that the
また、第1電極121がダイヤモンドチップ110により近い位置に形成されることが好ましい。これに加えて、第1電極121が支持部材130と天板140との接合部分からより遠ざかる位置に形成されることが好ましい。これにより、てこの原理により、支持部材130をより駆動(湾曲)させやすくなり、ダイヤモンドチップ110が誘電体記録媒体20に接したり或いは離れたりする状態を比較的容易に実現することができる。即ち、支点に相当する支持部材130と天板140との接合部分及び作用点に相当する第1電極121の間の距離がより大きくなるように構成することが好ましい。
The
また、図1(a)及び図1(b)に示すようなシングルプローブに限られず、複数のダイヤモンドチップ110や複数の支持部材130を備えるマルチプローブについても同様の構成を採用してもよい。
Further, the present invention is not limited to a single probe as shown in FIGS. 1A and 1B, and a similar configuration may be adopted for a multi-probe including a plurality of
更に、第1電極121及び第2電極122の夫々に供給される電流の大きさを調整することで、第1電極121と第2電極122との間に加わる静電気力を制御し、支持部材130の湾曲の度合いを調整するように構成してもよい。特に、複数のダイヤモンドチップ110及び複数の支持部材130を備えるマルチプローブにおいては、安定した記録再生動作を実現するべく、夫々のダイヤモンドチップ110を記録面に対して同時に接触させるように夫々のプローブを形成することは困難である。このため、第1電極121及び第2電極122の夫々に供給される電流の大きさを調整して複数の支持部材130の夫々の湾曲の度合いを調整することで、夫々のダイヤモンドチップ110の高さを調整することができる。即ち、複数のダイヤモンドチップ110の夫々を記録面に対して同時に接触させることが比較的容易に可能となる。
Furthermore, the electrostatic force applied between the
尚、図2(a)に示すように、支持部材130を予め湾曲させることに代えて(又は加えて)、該支持部材130が誘電体記録媒体20の記録面に対して予め所定の角度を有するように(即ち、傾きを有するように)、該支持部材130を天板140に取り付けてもよい。このように構成しても、第1電極121と第2電極122との間に加わる静電気力により、図2(b)に示すように、ダイヤモンドチップ110が誘電体記録媒体20の記録面に接することのない状態を実現することができる。即ち、支持部材130を誘電体記録媒体20の記録面に対して概ね上下方向に駆動(湾曲)させることができる。従って、図1(a)及び図1(b)に示すプローブ100が有する各種利益と同様の利益を、図2(a)及び図2(b)に示すプローブ100aも享受することができる。
As shown in FIG. 2A, instead of (or in addition to) bending the
(ii)プローブの変形例
続いて、図3及び図4を参照して、本実施例に係るプローブの変形例について説明する。ここに、図3は、本実施例に係るプローブの構造の第1変形例を概念的に示す断面図であり、図4は、本実施例に係るプローブの構造の第2変形例を概念的に示す断面図である。
(Ii) Modified Example of Probe Next, with reference to FIGS. 3 and 4, a modified example of the probe according to the present embodiment will be described. FIG. 3 is a sectional view conceptually showing a first modification of the structure of the probe according to the present embodiment. FIG. 4 is a conceptual view showing a second modification of the structure of the probe according to the present embodiment. FIG.
図3(a)に示すように、第1変形例に係るプローブ100bは、第1電極121と第2電極とが接触しないような位置関係を有するように夫々の電極が形成されている。即ち、第1変形例に係るプローブ100bは、第1電極121と第2電極122との間に加わる静電気力により支持部材130が湾曲しても、第1電極121と第2電極122とが接触することはない。
As shown in FIG. 3A, in the
これにより、支持部材130が湾曲することで、第1電極121と第2電極122とが接触し、その結果、両電極間に大電流が流れてプローブ100bが破損してしまうという不都合を防止することが可能となる。更に、第1電極121と第2電極122とが接触することで、プルイン現象により第1電極121と第2電極122とが離れなくなってしまうという不都合をも防止することが可能となる。
As a result, the
更には、第1電極121と第2電極122との接触という問題を考慮する必要があるため、第1電極121と第2電極122とをより近接させることができる。このため、第1電極121と第2電極122との間により大きな(或いは、より強力な)静電気力を加えることができる。これにより、支持部材130をより迅速に駆動(湾曲)させることができる。
Furthermore, since it is necessary to consider the problem of contact between the
尚、支持部材130の強度や湾曲のしやすさ或いは破壊強度等に基づき、支持部材130が好適に湾曲するような静電気力が第1電極121と第2電極122との間に加わるように、第1電極121と第2電極122との間の距離を調整するように構成してもよい。尚、第1電極121と第2電極との間に静電気力が加わっていない場合には、図3(a)に示すように、第1電極121と第2電極122とを結ぶ線が、誘電体記録媒体20の記録面と平行にならない(即ち、誘電体記録媒体20の記録面の法線と90度(即ち、直角)で交わらない)ことが好ましい。このように構成すれば、第1電極121と第2電極122との間に静電気力が加わることで、支持部材130を誘電体記録媒体の記録面に対して概ね上下方向に駆動(湾曲)させることができる。
In addition, based on the strength of the
そして、第1電極121と第2電極122との間に静電気力が加わっている場合には、図3(b)に示すように、第1電極121と第2電極122とが、誘電体記録媒体の記録面に対して平行な位置関係を有していてもよい。
When an electrostatic force is applied between the
図4(a)に示すように、第2変形例に係るプローブ100cは、支持部材130が予め2段階に湾曲している。即ち、支持部材130は、誘電体記録媒体20に対向する方向に予め湾曲する部分と、誘電体記録媒体20に対向する方向とは反対の方向に予め湾曲する部分とを有している。
As shown in FIG. 4A, in the
これにより、記録動作や再生動作を行なっている場合(例えば、静電気力が加わっていない場合)において、図4(a)に示すようにダイヤモンドチップ110を誘電体記録媒体20の記録面に対して概ね垂直方向(即ち、記録面の法線方向)に伸張させることができる。従って、ダイヤモンドチップ100の先端部分と誘電体記録媒体20の記録面との実際の接触面積を増加させることなく、ダイヤモンドチップ110の鋭い先端(例えば、略球状の先端等)を好適に誘電体記録媒体20に接触させることが可能となる。
Accordingly, when a recording operation or a reproducing operation is performed (for example, when no electrostatic force is applied), the
そして、第1電極121と第2電極122との間に静電気力が加われば、図4(b)に示すように支持部材130が更に湾曲し、ダイヤモンドチップ110と誘電体記録媒体20とが離れる。従って、第2変形例に係るプローブ100cも上述した各種利益を享受することができる。
When an electrostatic force is applied between the
尚、図1から図3において説明した各種プローブにおいても、記録動作時及び再生動作時において、ダイヤモンドチップ110が誘電体記録媒体20の記録面に対して垂直方向に伸張するように構成することが好ましい。
The various probes described with reference to FIGS. 1 to 3 can also be configured such that the
(iii)プローブの製造方法
続いて、図5から図20を参照して、本実施例に係るプローブの製造方法について説明する。ここに、図5から図20は、本実施例に係るプローブの製造方法の各工程を概念的に示す断面図である。
(Iii) Probe Manufacturing Method Next, a probe manufacturing method according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 5 to FIG. 20 are sectional views conceptually showing each step of the method for manufacturing the probe according to this example.
まず、図5に示すように、SOI基板(Silicon On Insulator)61を用意する。SOI基板61は、基盤層62上に絶縁層63が形成され、絶縁層63上にシリコン層64が形成され、シリコン層64の表面が加工面65である。シリコン層64は単結晶シリコンから形成されており、その厚さは、例えばおよそ3.5マイクロメートルである。絶縁層63は、SiO2から形成されており、その厚さは、例えばおよそ0.2マイクロメートルである。
First, as shown in FIG. 5, an SOI substrate (Silicon On Insulator) 61 is prepared. In the
尚、後の工程において、結晶格子構造における(100面)に沿って(或いは、平行に)二酸化シリコン膜が形成されるようなSOI基板61を用意することが好ましい。これは、後述するように、異方性エッチングを施すことでダイヤモンドチップ110の突起状(或いは、ピラミッド状)の形状を形成するためである(図10参照)。
In a later step, it is preferable to prepare an
次に、SOI基板61の一部に、加工面65側から基盤層62の底面側に向けて、ダイヤモンドチップ110を成形するためのモールド穴70を形成する(モールド穴形成工程:図6ないし図9)。具体的には、図6に示すように、まず、加工面65上および基盤層62の底面上等にカバー層66、67を形成する。カバー層66、67は、SiO2から形成されており、それぞれの厚さは、絶縁層63よりも厚く、例えばおよそ1マイクロメートルである。カバー層66、67の形成は、例えば熱酸化法により行う。
Next, a
続いて、図7に示すように、カバー層66上にレジスト68を形成する。続いて、レジスト68をマスクにして、カバー層66に対してエッチングを行い、図8に示すように、カバー層66の一部に穴69を形成する。このエッチングは、FAB(Fast Atom Beam)またはフッ酸(HF)或いはバッファードフッ酸(BHF)により行うことが望ましい。その後、レジスト68を除去する。
Subsequently, as shown in FIG. 7, a resist 68 is formed on the
続いて、穴69が形成されたカバー層66をマスクにして、シリコン層64に対して異方性エッチングを行う。このエッチングには、例えば水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH:Tetramethyl ammonium Hydroxide)を用いる。続いて、カバー層66をマスクにして、絶縁層63に対してエッチングを行う。このエッチングは、FABまたはHFにより行うことが望ましい。なお、このとき、カバー層66の表面側の一部も除去されるが、カバー層66は絶縁層63よりも厚いので、カバー層66が完全に除去されることはない。続いて、カバー層66をマスクにして、基盤層62に対して異方性エッチングを行う。このエッチングはTMAHを用いて行えばよい。これにより、図9に示すように、ダイヤモンドチップを成形するためのモールド穴70が形成される。
Subsequently, anisotropic etching is performed on the
次に、モールド穴70内に、不純物(例えばボロン)を混入させつつダイヤモンドを成長させ、これによりダイヤモンドチップ110を形成する(チップ形成工程:図10)。以下、ダイヤモンドチップ110の形成方法として好適な一例を挙げる。まず、メタノールまたはベンゼン等に、粒径がマイクロメートルオーダーのダイヤモンドパウダーを混ぜた溶液をつくり、その溶液中に、モールド穴70が形成されたSOI基板61を浸す。そして、溶液中に浸されたSOI基板61に対し、超音波発生器(超音波洗浄機)により超音波を与えながら、例えばおよそ4時間放置する。これにより、溶液に接していたモールド穴70内およびカバー層66の表面等に、ダイヤモンド成長のきっかけとなる傷が形成される。続いて、ホットフィラメント化学気相堆積法(HF−CVD)により、ダイヤモンドを成長させる。このとき、成長炉にはH2とメタンをモル数比でメタン3パーセントの割合で供給する。さらに、これと同時に、p型不純物であるボロンの原料であるトリメトキシボランを少量(メタンに対してモル数で2桁下程度)供給する。なお、この工程におけるダイヤモンドの成長は、ダイヤモンドが膜状にならない程度にとどめる。続いて、バッファードフッ酸または薄めたHFを用いて、カバー層66に対してエッチングを行い、カバー層66の表面側の一部を除去する。これにより、カバー層66上に成長したダイヤモンド粒もカバー層66の一部と共に除去される。続いて、HF−CVDにより、モールド穴70内にボロンドープダイヤモンドを成長させ、図10に示すように、ダイヤモンドチップ110を形成する。その後、カバー層66をエッチングにより除去する。
Next, diamond is grown while mixing impurities (for example, boron) in the
次に、シリコン層64において、不純物(例えばボロン)を注入し低抵抗層を形成する。具体的には、図11に示すように、加工面65上に再びSiO2のカバー層72を形成する。カバー層72は、以降の工程で行うイオン注入および熱処理によりシリコン層64の表面がダメージを受けるのを防止する役割を果たす。続いて、図12に示すように、イオン注入装置を用いて、シリコン層64の表面にボロンを打ち込み、図13に示すように、シリコン層64の表面から深さおよそ0.8マイクロメートルまでの領域にボロンドープ層74(低抵抗層)を形成する。続いて、シリコン層64に対して熱を加え、ボロンドープ層74においてp型を発現させる。続いて、カバー層67、72をエッチングにより除去する。これにより、図14に示すように、支持部材130が形成される。
Next, in the
尚、上述した工程(特に、低抵抗層の形成工程)は、支持部材130に対して導電性を付与する必要がないときは必ずしも行わなくともよい。加えて、上述した工程に合わせて、例えば所望のパターニング等を施して、所定の形状を有するボロンドープ層74を形成すれば、例えばピエゾ抵抗素子による歪み検出回路や信号処理回路等を同時に形成することができる。
Note that the above-described steps (particularly, the low-resistance layer forming step) are not necessarily performed when it is not necessary to impart conductivity to the
続いて、図15に示すように、支持部材130の一部にSiN層を形成する。このSiN層は、支持部材130を予め湾曲させるために形成される。例えば図1(a)及び図1(b)に示したプローブ100の如く、支持部材130を誘電体記録媒体20に対向する側に予め湾曲させる場合には、比較的低温な温度環境下でSiN層を形成する。より具体的には、SOI基板等を支持する基板を概ね600℃未満に加熱して、例えばプラズマCVD法によりSiN層を形成する。概ね600℃未満となるように基板を加熱することで形成されるSiN層は、シリコンに対して圧縮応力を及ぼすため、後述する基盤層62及び絶縁層63の除却と同時に又は続いて、支持部材130は誘電体記録媒体20に対向する側に湾曲する。
Subsequently, as shown in FIG. 15, a SiN layer is formed on a part of the
続いて、図16に示すように、蒸着法やスパッタリング法等により支持部材130上に第1電極121及び第1配線151の一部を形成する。
Subsequently, as illustrated in FIG. 16, the
次に、図17に示すガラス基板より天板140を形成する。先ず、図18及び図19に示すように、ダイサーやサンドブラスト或いはフェムト秒レーザ等を用いて、ガラス基板を加工する。これにより、天板140が形成される。
Next, the
続いて、図20に示すように、天板140に、第2電極122、第2配線152及び第1配線151の他の一部を形成する。ここでは例えばリフトオフ法等を用いてこれらの配線或いは電極を形成してもよい。尚、配線と電極とは必ずしも区別して形成する必要はなく、両者が一体となるように形成してもよい。
Subsequently, as shown in FIG. 20, another part of the
続いて、図21に示すように、例えば感光性ポリイミド等の樹脂を用いて支持部材130と天板140とを接合する。このとき、支持部材130上に形成された第1配線151と天板140上に形成された第1配線151とが電気的接続を有するように、好適な位置合せを行いながら支持部材130と天板140とが接合されることが好ましい。
Subsequently, as shown in FIG. 21, the
その後、基盤層62の底面側からエッチングを行い、基盤層62と絶縁層63とを除去する。具体的には、例えばICP−RIEにより、基盤層62に対してエッチングを行い、基盤層62を除去する。続いて、バッファードフッ酸(BHF)により、絶縁層63に対してエッチングを行うことで絶縁層63を除去し、その後、超臨界乾燥法(Supercritical drying)により全体を乾燥させる。これにより、図1等に示した本実施例に係るプローブ100等を製造することができる。
Thereafter, etching is performed from the bottom side of the
特に上述した製造方法によれば、ダイヤモンドチップ110や支持部材130と天板140とを区別して夫々別工程で製造することができる。このため、プローブ100全体としての歩留まりを向上させることができる。
In particular, according to the manufacturing method described above, the
(2)記録再生装置の実施例
続いて、図22から図25を参照して、上述した本実施例に係るプローブを用いた記録再生装置について説明する。
(2) Embodiment of Recording / Reproducing Device Next, with reference to FIGS. 22 to 25, a recording / reproducing device using the probe according to the above-described embodiment will be described.
(i)基本構成
先ず、本実施例に係る誘電体記録再生装置の基本構成について、図22を参照して説明する。ここに、図22は、本実施例に係る誘電体記録再生装置の基本構成を概念的に示すブロック図である。
(I) Basic Configuration First, the basic configuration of the dielectric recording / reproducing apparatus in the example will be described with reference to FIG. FIG. 22 is a block diagram conceptually showing the basic structure of the dielectric recording / reproducing apparatus in the example.
誘電体記録再生装置1は、ダイヤモンドチップ110の先端部が誘電体記録媒体20の誘電体材料17に対向して電界を印加するプローブ100と、プローブ100から印加された信号再生用の高周波電界が戻るリターン電極12と、プローブ100とリターン電極12の間に設けられるインダクタLと、インダクタLとプローブ100の直下の誘電体材料17に形成される、記録情報に対応して分極した部位の容量Csとで決まる共振周波数で発振する発振器13と、誘電体材料17に記録された分極状態を検出するための交番電界を印加するための交流信号発生器21と、誘電体材料に分極状態を記録する記録信号発生器22と、交流信号発生器21及び記録信号発生器22の出力を切り替えるスイッチ23と、HPF(High Pass Filter)24と、プローブヘッド101の直下の誘電体材料17が有する分極状態に対応した容量で変調されるFM信号を復調する復調器30と、復調された信号からデータを検出する信号検出部34と、復調された信号からトラッキングエラー信号を検出するトラッキングエラー検出部35と、プローブ100が備える第1電極121及び第2電極122の夫々に電流を供給する駆動回路部40等を備えて構成される。
The dielectric recording / reproducing apparatus 1 includes a
プローブ100は、上述した本実施例に係るプローブ100を用いている。そして、プローブ100はHPF24を介して発振器13と接続され、またHPF24及びスイッチ23を介して交流信号発生器21及び記録信号発生器22と接続される。そして、誘電体材料17に電界を印加する電極として機能する。尚、プローブ100として、例えば図1等に示すような針状のものや或いはカンチレバー状等のものが具体的な形状として知られる。
As the
尚、本実施例においては、プローブ100(特に、ダイヤモンドチップ110)は複数備える構造であっても一つだけ備える構造であってもよい。但し、プローブ100を複数備える場合には、交流信号発生器21は、夫々のプローブ100に対応して複数設けることが好ましい。また、信号検出部34において夫々の交流信号発生器21に対応する再生信号を弁別可能なように、信号検出部34を複数備え、且つ夫々の信号検出部34は、夫々の交流信号発生器21より参照信号を取得することで、対応する再生信号を出力するように構成することが好ましい。
In this embodiment, the probe 100 (particularly, the diamond tip 110) may have a plurality of structures or a structure with only one probe. However, when a plurality of
リターン電極12は、プローブ100(特に、ダイヤモンドヘッド110)から誘電体材料17に印加される高周波電界(即ち、発信器13からの共振電界)が戻る電極であって、プローブ100を取り巻くように設けられている。尚、高周波電界が抵抗なくリターン電極12に戻るものであれば、その形状や配置は任意に設定が可能である。
The
インダクタLは、プローブ10とリターン電極12との間に設けられていて、例えばマイクロストリップラインで形成される。インダクタLと容量Csとを含んで共振回路14が構成される。この共振周波数が例えば1GHz程度を中心とした値になるようにインダクタLのインダクタンスが決定される。
The inductor L is provided between the
発振器13は、インダクタLと容量Csとで決定される共振周波数で発振する発振器である。その発振周波数は容量Csの変化に対応して変化するものであり、従って記録されているデータに対応した分極領域によって決定される容量Csの変化に対応してFM変調が行われる。このFM変調を復調することで、誘電体記録媒体20に記録されているデータを読み取ることができる。
The
尚、後に詳述するように、プローブ100、リターン電極12、発振器13、インダクタL、HPF24及び誘電体材料17中の容量Csから共振回路14が構成され、発信器13において増幅されたFM信号が復調器30へ出力される。
As will be described in detail later, the
交流信号発生器21は、本発明における「高周波印加手段」の一具体例であって、リターン電極12と電極16との間に交番電界を印加する。また、複数のプローブ100を備えている誘電体記録再生装置においては、この周波数を参照信号として同期を取り、プローブ10で検出する信号を弁別する。その周波数は5kHz程度を中心としたものであり、誘電体材料17の微小領域に交番電界を印加することになる。
The
記録信号発生器22は、記録用の信号を発生し、記録時にプローブ100に供給される。この信号はデジタル信号に限らずアナログ信号であってもよい。これらの信号として、音声情報、映像情報、コンピュータ用デジタルデータ等、各種の信号が含まれる。また、記録信号に重畳された交流信号は信号再生時の参照信号として各探針の情報を弁別して再生するためである。
The
スイッチ23は、再生時、交流信号発生器21からの信号を、一方、記録時は記録信号発生器22からの信号をプローブ100に供給するようにその出力を選択する。この装置は機械式のリレーや半導体の回路が用いられるが、アナログ信号にはリレーが、デジタル信号には半導体回路で構成するのが好適である。
The
HPF24は、インダクタ及びコンデンサを含んでなり、交流信号発生器21や記録信号発生器22からの信号が発振器13の発振に干渉しないように信号系統を遮断するためのハイパスフィルタを構成するために用いられていて、その遮断周波数はf=1/2π√{LC}である。ここで、LはHPF24に含まれるインダクタのインダクタンス、CはHPF24に含まれるコンデンサのキャパシタンスとする。交流信号の周波数は5KHz程度であり、発振器13の発振周波数は1GHz程度であるので、1次のLCフィルタで分離は十分に行われる。さらに次数の高いフィルタを用いてもよいが素子数が多くなるので装置が大きくなる虞がある。
The
復調器30は、容量Csの微小変化に起因してFM変調された発振器13の発振周波数を復調し、プローブ100がトレースした部位の分極された状態に対応した波形を復元する。記録されているデータがデジタルの「0」と「1」のデータであれば、変調される周波数は2種類であり、その周波数を判別することで容易にデータの再生が行われる。
The
信号検出部34は、復調器30で復調された信号から記録されたデータを再生する。この信号検出器34として例えばロックインアンプを用い、交流信号発生器21の交番電界の周波数に基づいて同期検波を行うことでデータの再生を行う。尚、他の位相検波手段を用いてもよいことは当然である。
The
トラッキングエラー検出部35は、復調器30で復調された信号から、装置を制御するためのトラッキングエラー信号を検出する。検出したトラッキングエラー信号がトラッキング機構に入力されて制御がなされる。
The tracking
駆動回路部40は、本発明における「電界印加手段」の一具体例であって、図示しない第1配線151及び第2配線152を介して、第1電極121及び第2電極122に対して電流を供給可能に構成されている。特に、その供給する電流の電流値や電圧値等、或いは電流を供給する時間やタイミング等を適宜制御可能に構成されている。
The
続いて、図22に示す誘電体記録媒体20の一例について、図23を参照して説明する。ここに、図23は、本実施例において用いられる誘電体記録媒体20の一例を概念的に示す平面図及び断面図である。
Next, an example of the
図23(a)に示すように、誘電体記録媒体20は、ディスク形態の誘電体記録媒体であって、例えばセンターホール10と、センターホール10と同心円状に内側から内周エリア7、記録エリア8、外周エリア9を備えている。センターホール10はスピンドルモータに装着する場合等に用いられる。
As shown in FIG. 23A, the
記録エリア8はデータを記録する領域であって、トラックやトラック間のスペースを有し、また、トラックやスペースには記録再生にかかわる制御情報を記録するエリアが設けられている。また、内周エリア7及び外周エリア8は誘電体記録媒体20の内周位置及び外周位置を認識するために用いられると共に、記録するデータに関する情報、例えばタイトルやそのアドレス、記録時間、記録容量等を記録する領域としても使用可能である。尚、上述した構成はその一例であって、カード形態等、他の構成を採ることも可能である。
The
また、図23(b)に示すように誘電体記録媒体20は、基板15の上に電極16が、また、電極16の上に誘電体材料17が積層されて形成されている。
Further, as shown in FIG. 23B, the
基板15は例えばSi(シリコン)であり、その強固さと化学的安定性、加工性等において好適な材料である。電極16はプローブ100(或いは、リターン電極12)との間で電界を発生させるためのもので、誘電体材料17に抗電界以上の電界を印加することで分極方向を決定する。データに対応して分極方向を定めることにより記録が行われる。
The
誘電体材料17は、例えば強誘電体であるLiTaO3等を電極16の上にスパッタリング等の公知の技術によって形成されている。そして、分極の+面と−面が180度のドメインの関係であるLiTaO3のZ面に対して記録が行われる。他の誘電体材料を用いても良いことは当然である。この誘電体材料17は直流のバイアス電圧と同時に加わるデータ用の電圧によって、高速で微小な分極を形成する。
The
又、誘電体記録媒体20の形状として、例えばディスク形態やカード形態等がある。プローブ100との相対的な位置の移動は媒体の回転によって行われ、或いはプローブ100と媒体のいずれか一方が直線的に移動して行われる。
Further, the shape of the
(ii)動作原理
続いて、図24及び図25を参照して、本実施例に係る誘電体記録再生装置1の動作原理について説明する。尚、以下の説明では、図22に示した誘電体記録再生装置1のうち一部の構成要素を抜き出して説明している。
(Ii) Operation Principle Next, with reference to FIGS. 24 and 25, the operation principle of the dielectric recording / reproducing apparatus 1 in the example will be described. In the following description, some components of the dielectric recording / reproducing apparatus 1 shown in FIG. 22 are extracted and described.
(記録動作)
先ず、図24を参照して、本実施例に係る誘電体記録再生装置の記録動作について説明する。ここに、図24は、情報の記録動作を概念的に示す断面図である。
(Recording operation)
First, the recording operation of the dielectric recording / reproducing apparatus in the example will be described with reference to FIG. FIG. 24 is a sectional view conceptually showing the information recording operation.
図24に示すように、プローブ100と電極16との間に誘電体材料17の抗電界以上の電界を印加することで、印加電界の方向に対応した方向を有して誘電体材料は分極する。そして、印加する電圧を制御し、この分極の方向を変えることで所定の情報を記録することができる。これは、誘電体(特に、強誘電体)にその抗電界を超える電界を印加すると分極方向が反転し、且つその分極方向が状態で維持されるという性質を利用したものである。
As shown in FIG. 24, by applying an electric field higher than the coercive electric field of the
例えばプローブ100から電極16に向かう電界が印加されたとき、微小領域は下向きの分極Pとなり、電極16からプローブ100に向かう電界が印加されたときは上向きの分極Pとなるとする。これが情報を記録した状態に対応する。プローブ100が矢印で示す方向に操作されると、検出電圧は分極Pに対応して、上下に振れた矩形波として出力される。尚、分極Pの分極程度によりこのレベルは変化し、アナログ信号としての記録も可能である。
For example, it is assumed that when an electric field directed from the
本実施例では特に、上述した本実施例に係るプローブ100等を用いている。このため、駆動回路部40から供給される電流により、第1電極121と第2電極122との間に静電気力が加わる。その結果、支持部材130を誘電体記録媒体20の記録面の概ね法線方向に駆動(湾曲)させることができる。従って、誘電体記録媒体20にデータを記録する際には、ダイヤモンドチップ110が誘電体記録媒体20の記録面に好適に接するため、適切な記録動作を実現することができる。他方、データの記録を行わない場合等においては、プローブ100が誘電体記録媒体20の記録面に接することなく、該プローブ100を誘電体記録媒体20上において好適に移動させることができる。
In this embodiment, in particular, the
(再生動作)
続いて、図25を参照して、本実施例に係る誘電体記録再生装置1の再生動作について説明する。ここに、図25は、情報の再生動作を概念的に示す断面図である。
(Playback operation)
Next, with reference to FIG. 25, the reproducing operation of the dielectric recording / reproducing apparatus 1 in the example will be explained. FIG. 25 is a cross-sectional view conceptually showing the information reproducing operation.
誘電体の非線形誘電率は、誘電体の分極方向に対応して変化する。そして、誘電体の非線形誘電率は、誘電体に電界を印加した時に、誘電体の容量の違いないし容量の変化の違いとして検出することができる。従って、誘電体材料に電界を印加し、そのときの誘電体材料の一定の微小領域における容量Csの違いないし容量Csの変化の違いを検出することにより、誘電体材料の分極の方向として記録されたデータを読み取り、再生することが可能となる。 The nonlinear dielectric constant of the dielectric changes corresponding to the polarization direction of the dielectric. The nonlinear dielectric constant of the dielectric can be detected as a difference in capacitance or a change in capacitance when an electric field is applied to the dielectric. Therefore, by applying an electric field to the dielectric material and detecting a difference in capacitance Cs or a change in capacitance Cs in a certain minute region of the dielectric material at that time, it is recorded as the direction of polarization of the dielectric material. It is possible to read and play back the data.
具体的にはまず、図25に示すように、不図示の交流信号発生器21からの交番電界が電極16及びプローブ100の間に印加される。この交番電界は、誘電体材料17の抗電界を越えない程度の電界強度を有し、例えば5kHz程度の周波数を有する。交番電界は、主として、誘電体材料17の分極方向に対応する容量変化の違いの識別を可能にするために生成される。尚、交番電界に代えて、直流バイアス電圧を印加して、誘電体材料17内に電界を形成してもよい。係る交番電界が印加されると誘電体記録媒体20の誘電体材料17内に電界が生ずる。
Specifically, first, as shown in FIG. 25, an alternating electric field from an AC signal generator 21 (not shown) is applied between the
次に、プローブ100の先端と記録面との距離がナノオーダの極めて小さい距離となるまで、プローブ100を記録面に接近させる。この状態で発振器13を駆動する。尚、プローブ100直下の誘電体材料17の容量Csを高精度に検出するためには、プローブ100を誘電体材料17の表面、即ち、記録面に接触させることが好ましい。しかし、誘電体材料17に記録されたデータを高速に読み取るためには、プローブ100を誘電体記録媒体20上において高速に相対移動させる必要がある。このため、係る高速移動の実現性、プローブ100と誘電体記録媒体20との衝突・摩擦による破損の防止等を考慮すると、プローブ100を記録面に接触させるよりも、実質的には接触と同視できる程度に、プローブ100を記録面に接近させる方がよい。
Next, the
そして、発振器13は、プローブ100直下の誘電体材料17に係る容量CsとインダクタLとを構成要因として含む共振回路の共振周波数で発振する。この共振周波数は、上述のとおりその中心周波数をおおよそ1GHz程度とする。
The
ここで、リターン電極12及びプローブ100は、発振器13による発振回路14の一部を構成している。プローブ100から誘電体材料17に印加された1GHz程度の高周波信号は、図25中点線の矢印にて示すように、誘電体材料17内を通過してリターン電極12に戻る。リターン電極12をプローブ100の近傍に設け、発振器13を含む発振回路の帰還経路を短くすることにより、発振回路内にノイズ(例えば、浮遊容量成分)が入り込むのを軽減することができる。
Here, the
付言すると、誘電体材料17の非線形誘電率に対応する容量Csの変化は微小であり、これを検出するためには、高い検出精度を有する検出方法を採用する必要がある。FM変調を用いた検出方法は、一般に高い検出精度を得ることができるが、誘電体材料17の非線形誘電率に対応する微小な容量変化の検出を可能とするために、さらに検出精度を高める必要がある。そこで、本実施例に係る誘電体記録再生装置1(即ち、SNDM原理を用いた記録再生装置)は、リターン電極12をプローブ100の近傍に配置し、発振回路の帰還経路をできる限り短くしている。これにより、極めて高い検出精度を得ることができ、誘電体の非線形誘電率に対応する微小な容量変化を検出することが可能となる。
In other words, the change in the capacitance Cs corresponding to the nonlinear dielectric constant of the
発振器13の駆動後、プローブ100を誘電体記録媒体20上において記録面と平行な方向に移動させる。すると移動によって、プローブ100直下の誘電体材料17のドメインが変わり、その分極方向が変わるたびに、容量Csが変化する。容量Csが変化すると、共振周波数、即ち、発振器13の発振周波数が変化する。この結果、発振器13は、容量Csの変化に基づいてFM変調された信号を出力する。
After driving the
このFM信号は、復調器30によって周波数−電圧変換される。この結果、容量Csの変化は、電圧の大きさに変換される。容量Csの変化は、誘電体材料17の非線形誘電率に対応し、この非線形誘電率は、誘電体材料17の分極方向に対応し、この分極方向は、誘電体材料17に記録されたデータに対応する。従って、復調器30から得られる信号は、誘電体記録媒体20に記録されたデータに対応して電圧が変化する信号となる。更に、復調器30から得られた信号は、信号検出部34に供給され、例えば同期検波されることで、誘電体記録媒体20に記録されたデータが抽出される。
This FM signal is frequency-voltage converted by the
このとき、信号検出部34では、交流信号発生器21により生成された交流信号が参照信号として用いられる。これにより、例えば復調器30から得られる信号がノイズを多く含んでおり、又は抽出すべきデータが微弱であっても、後述の如く参照信号と同期をとることで当該データを高精度に抽出することが可能となる。
At this time, in the
本実施例では特に、上述した本実施例に係るプローブ100等を用いている。このため、誘電体記録媒体20に記録されたデータを再生する際には、ダイヤモンドチップ110が誘電体記録媒体20の記録面に好適に接するため、適切な再生動作を実現することができる。他方、データの記録を行わない場合等においては、プローブ100が誘電体記録媒体20の記録面に接することなく、該プローブ100を誘電体記録媒体20上において好適に移動させることができる。
In this embodiment, in particular, the
尚、上述の実施例では、誘電体材料17を記録層に用いているが、非線形誘電率や自発分極の有無という観点からは、該誘電体材料17は、強誘電体であることが好ましい。
In the above-described embodiments, the
また、上述の実施例では、プローブ100を誘電体記録媒体に用いる例について説明したが、プローブ100の利用法はこれに限られず、例えば各種記録媒体にデータを記録したり或いは各種記録媒体に記録されているデータを再生する記録再生装置や、或いはAFM等の各種顕微鏡にも用いることが可能である。
In the above-described embodiment, the example in which the
また、本発明は、請求の範囲及び明細書全体から読み取るこのできる発明の要旨又は思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うプローブ、並びに記録装置及び再生装置もまた本発明の技術思想に含まれる。 In addition, the present invention can be appropriately changed without departing from the gist or the idea of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and the probe, recording apparatus, and reproducing apparatus accompanying such a change are also included in the present invention. It is included in the technical idea of the invention.
1・・・誘電体記録再生装置
13・・・発振器
14・・・共振回路
16・・・電極
17・・・誘電体材料
20・・・誘電体記録媒体
21・・・交流信号発生器
22・・・記録信号発生器
40・・・駆動回路部
100・・・プローブ
110・・・ダイヤモンドチップ
121・・・第1電極
122・・・第2電極
130・・・支持部材
140・・・天板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Dielectric recording / reproducing
Claims (4)
先端が前記媒体に対向する突起部を含むヘッド部と、
前記ヘッド部の少なくとも一部に形成される第1電極と、
前記第1電極との間に電界を印加するための第2電極と
を備え、
前記第1電極は、前記表面の法線方向から見て、前記第2電極が配置された一の領域を除く他の領域に配置されており、
前記ヘッド部は、前記電界を印加したときに、前記表面を基準とする前記第1電極の高さと前記第2電極の高さとの差が減少するように、湾曲可能であることを特徴とするプローブ。 A probe for scanning the surface of a medium,
A head portion including a protrusion having a tip facing the medium;
A first electrode formed on at least a part of the head portion;
A second electrode for applying an electric field between the first electrode and
The first electrode is disposed in another region excluding one region where the second electrode is disposed as viewed from the normal direction of the surface,
The head portion is bendable so that a difference between a height of the first electrode and a height of the second electrode with respect to the surface decreases when the electric field is applied. probe.
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