JPH01245445A - 記録装置及び再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は記録及び検知装置に関するものである。

〔従来の技術〕

近年、メモリ材料の用途は、コンピュータおよびその関
連機器、ビデオディスク、ディジタルオーディオディス
ク等のエレクトロニクス産業の中核をなすものであり、
その材料開発も極めて活発に進んでいる。メモリ材料に
要求される性能は用途により異なるが、−数的には、 ■高密度で記録容量が大きい、 ■記録再生の応答速度が速い、 ■消費電力が少ない、 ■生産性が高く、価格が安い、 等が挙げられる。

従来までは磁性体や半導体を素材とした半導体メモリや
磁気メモリが主であったが、近年レーザー技術の進展に
ともない、有機色素、フォトポリマーなどの有機薄膜を
用いた光メモリによる安価で高密度な記録媒体が登場し
てきた。

また、１個の有機分子に論理素子やメモリ素子等の機能
を持たせた分子電子デバイスの提案が発表され、分子電
子デバイスの構築技術の一つとみられるラングミュア−
プロジェット膜（以下ＬＢ膜と略す）についての研究も
活発化している。

ＬＢ膜は有機分子を規則正しく１分子層ずつ積層したも
ので膜厚の制御は分子長の単位で行うことができ、−様
で均質な超薄膜を形成できる。この特徴を十分に活した
デバイス作成としてＬＢ膜を絶縁膜として使う多くの試
みが行われてきている。

例えば金属・絶縁体・金属（ＭＩＭ）構造のトンネル接
合素子［Ｇ、Ｌ、Ｌａｒｋｉｎｓ　　ｅｔ　　ａｌ、、
　Ｔｈ１ｎ　　ＳｏｌｉｄＦｉｌｍｓ、９９．（１９８
３）］や金属・絶縁体・半導体（ＭＩＳ）構造に発光素
子［Ｇ、Ｇ、Ｒｏｂｅｒｔｓ　　ｅｔａｌ、、　Ｅｌｅ
ｃｔｒｏｎｉｃｓ　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　２０．４８９　
（１９８４）］あるいはスイッチング素子［Ｎ、Ｊ、Ｔ
ｈｏｍｓａ　　ｅｔａｌ、、　Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
　Ｌｅｔｔｅｒｓ、　２０．８３８　（１９８４）］が
ある。これら一連の研究によって素子特性の検討がされ
ているが、未だ素子ごとの特性のバラツキ、経時変化な
ど再現性と安定性の欠如は未解決の問題として残った。

従来、上記の如き検討は取扱いが比較的容易な脂肪酸の
ＬＢ膜を中心に進めらてきた。しかし最近、これまで劣
るとされていた耐熱性１機械強度に対してもこれを克服
した有機材料が次々に生まれている。

我々は研究を進める中で従来になく薄く均一な色素絶縁
膜を作製できるようになった。又、その結果全く新しい
メモリ機能を有するスイッチング現象を発現するＭＩＭ
素子をも発見するに至っている。

一方、最近、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（以後、ＳＴＭと略す）が開発
され、［Ｇ、Ｂ１ｎｎ１ｇ　ｅｔ　ａｌ、、Ｈｅ１ｖｅ
ｔｉｃａＰｈｙｓｉｃａ　　Ａｃｔａ、５５，７２６　
（１９８２）］単結晶。

非晶質を問わず実空間像の高い分解能の測定ができるよ
うになり、しかも媒体に電流による損傷を与えずに低電
力で観測できる利点をも有し、さらに大気中でも動作し
、種々の材料に対して用いることができるため広範囲な
応用が期待されている。

また、一方ＳＴＭの技術を応用した原子開力顕微鏡（以
後ＡＦＭと略す）が開発され、［Ｇ、Ｂｉｎｎｉｇｅｔ
　ａｌ、、　Ｐｈｙｓ、　Ｒｅｖ、Ｌｅｔｔ、、　５６
．９３０　（１９８６）］ＳＴＭと同様に表面の凹凸情
報を得るっことかできるようになった。ＡＦＭは、絶縁
性の試料に対しても原子オーダーで測定が可能なため、
今後の発展が望まれている。

ＳＴＭは金属の探針（プローブ電極）と導電性物質の間
に電圧を加えてｌｎｍ程度の距離まで近づけるとトンネ
ル電流が流れることを利用している。

この電流は両者の距離変化に非常に敏感である、トンネ
ル電流を一定に保つように探針を走査することにより実
空間の表面構造を描くことができると同時に表面原子の
全電子雲に関する種々の情報をも読み取ることができる
。この際、面内方向の分解能は１人程度である。従って
、ＳＴＭの原理を応用すれば十分に原子オーダー（数人
）での高密度記録再生を行うことが可能である。この際
の記録再生方法としては、粒子線（電子線、イオン線）
或いはＸ線等の高エネルギー電磁波及び可視・紫外光等
のエネルギー線を用いて適当な記録層の表面状態を変化
させて記録を行い、ＳＴＭで再生する方法や、記録層と
して電圧電流のスイッチング特性に対してメモリ効果を
もつ材料、例えばπ電子系有機化合物やカルコゲン化物
類の薄膜層を用いて、記録・再生をＳＴＭを用いて行う
方法等が提案されている。（特願昭６１−３０９４３３
号公報、特願昭６１−３０９４３４号公報） 〔発明が解決しようとしている問題点〕しかしながら、
ＳＴＭを応用した方法においてプローブ電極を絶縁性有
する記録媒体に対して一定の距離で動かすことは原理的
に困難である。

また、一般に有機材料の大半は、絶縁性もしくは半絶縁
性を示すので、薄厚が数ｎｍ以上においてプローブ電極
を有機材料記録媒体に対し一定の距離で動かすことはほ
とんど不可能である。このような場合、プローブ電極が
記録媒体に接触し、損傷してしまうおそれもある。

よって、プローブ電極と記録媒体をある距離に離して走
査していき、該記録媒体の記録検知が行えれば、プロー
ブ電極の耐摩耗性も向上し、耐久性の向上した記録検知
方法及び装置が提供できる事になる。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕よって本発明
は、絶縁性を有する記録媒体とプローブ電極の間に働ら
く原子間力の検出手段を設けることにより、記録媒体に
対するプローブ電極の２軸方向の位置制御（つまり記録
媒体とプローブ電極の間の制御）を行い、両者の接触に
よる損傷等が生じないようにしたものである。また、原
子間力の働らいているプローブ電極が、記録媒体への記
録再生用電極を兼ねているので、原子オーダーの高密度
記録再生を行うことが可能となる。

つまり、本発明は記録媒体とプローブ電極を有し、該プ
ローブ電極と該記録媒体との間に電圧を印加することに
よりトンネル電流を検知する記録検知装置に対して、該
プローブ電極と該記録媒体間を力検知により位置検出す
る手段を有することを特徴とする記録検知装置。

〔発明の態様の詳細な説明〕

本発明で用いる記録媒体は、π電子準位をもつ群とび電
子準位のみを有する群を併有する分子を電極上に積層し
た有機累積膜において、膜面に垂直な方向にプローブ電
極を用いて電流を流すことにより、従来とは異なる非線
型電流電圧特性を発現することができる。

一般に有機材料のほとんどは絶縁性若しくは半絶縁性を
示すことから係る本発明に於いて、適用可能なπ電子準
位をもつ群を有する有機材料は著しく多岐にわたる。

本発明に好適なπ電子系を有する色素の構造としては例
えば、フタロシアニン、テトラフェニルポルフィン等の
ポルフィリン骨格を有する色素、スクアリリウム基及び
クロコニックメチン基を結合鎖としてもつアズレン系色
素及びキノリン。

ベンゾチアゾール、ベンゾオキサゾール等の２ケの含窒
素複素環をスクアリリウム基及びクロコニックメチン基
により結合したシアニン系類似の色素、またはシアニン
色素、アントラセン及びピレン等の縮合多感芳香族、及
び芳香環及び複素環化合物が重合した鎖状化合物及びジ
アセチレン基の重合体、さらにはテトラキノジメタンま
たはテトラチアフルバレンンの誘導体およびその類縁体
およびその電荷移動錯体また更にはフェロセン、トリス
ビピリジンルテニウム錯体等の金属錯体化合物が挙げら
れる。

有機記録媒体の形成に関しては、具体的には蒸着法やク
ライスターイオンビーム法等の適用も可能であるが、制
御性、容易性そして再現性から公知の従来技術の中では
ＬＢ法が極めて好適である。

このＬＢ法によれば、１分子中に疎水性部位と親水性部
位とを有する有機化合物の単分子膜またはその累積膜を
基板上に容易に形成することができ、分子オーダの厚み
を有し、かつ大面積にわたって均一、均質な有機超薄膜
を安定に供給することができる。

ＬＢ法は分子内に親水性部位と疎水性部位とを有する構
造の分子において、両者のバランス（両親媒性のバラン
ス）が適度に保たれている時、分子は水面上で親水性基
を下に向けて単分子の層になることを利用して単分子膜
またはその累積膜を作製する方法である。

疎水性部位を構成する基としては、一般に広く知られて
いる飽和及び不飽和炭化水素基や縮合多環芳香族基及び
鎖状多環フェニル基等の各種疎水基が挙げられる。これ
らは各々単独又はその複数が組み合わされて疎水性部位
を構成する。一方、親水性部分の構成要素として最も代
表的なものは、例えばカルボキシル基、エステル基、酸
アミド基。

イミド基、ヒドロキシル基、更にはアミノ基（１゜２．
３級及び４級）等の親水性基等が挙げられる。

これらも各々単独又はその複数が組み合わされて上記分
子の親水性部分を構成する。

これらの疎水性基と親水性基をバランス良（併有し、か
つ適度な大きさをもつπ電子系を有する色素分子であれ
ば、水面上で単分子膜を形成することが可能であり、本
発明に対して極めて好適な材料となる。

具体例としては、例えば下記の如き分子等が挙げられる
。

［１］　　クロコニックメチン色素 ここでＲ１は前述のσ電子準位をもつ群に相当したもの
で、しかも水面上で単分子膜を形成しやすくするために
導入された長鎖アルキル基で、その炭素数ｎは５＜ｎ≦
３０が好適である。

以上具体例として挙げた化合物は基本構造のみであり、
これら化合物の種々な置換体も本発明において好適であ
ることは言うにおよばない。

［１１］　　スクアリリウム色素 ［Ｉ］で挙げた化合物のクロコニックメチン基を下記の
構造を持つスクアリリウム基で置き換えた化合物。

［川］　ポリフィリン系色素化合物 ■） Ｍ＝Ｈ２、Ｃｕ、　Ｎｉ、　Ａｌ−Ｃｌ及び希土類金属
イオン ■ Ｂｒ− Ｒは単分子膜を形成しやすくするために導入されたもの
で、ここで挙げた置換基に限るものではない。

又、Ｒ，−Ｒ４，Ｒは前述したσ電子準位をもつ群に相
当している。

［ＩＶ］縮合多環芳香族化合物 （ＣＨ２）　２ ＯＯＨ ［Ｖ］ジアセチレン化合物 ＣＨ３÷ＣＨ２）ｌｌＣ＝Ｃ−Ｃ＝Ｃ（−ＣＨ２：）、
ＴｌＸ０＜ｎ、ｍ≦２０ 但し　ｎ＋ｍ　＞　１０ Ｘは親水基で一般的には−ＣＯＯＨが用いられるが−Ｏ
Ｈ，−ＣＯＮＨ２等も使用できる。

［ＶＩ］その他 り ＣＩ（３（ＣＨ２）　４バ）（沢℃ヒＣＮ尚、上記以外
でもＬＢ法に適している色素材料であれば、本発明に好
適なのは言うまでもない。例えば近年研究が盛んになり
つつある生体材料（例えばバクテリオロドプシンやチト
クロームＣ）や合成ポリペプチド（ＰＢＬＧなど）等も
適用が可能である。

係る両親媒性の分子は、水面上で親水基を下に向けて単
分子の層を形成する。このとき、水面上の単分子層は二
次元系の特徴を有し、分子がまばらに散開しているとき
は、一分子当り面積Ａと表面圧πとの間に二次元理想気
体の式、πＡ二ｋＴ が成り立ち、“気体膜”となる。ここに、ｋはボルツマ
ン定数、Ｔは絶対温度である。Ａを十分小さくすれば分
子間相互作用が強まり、二次元固体の“凝縮膜（または
固体膜）”になる。凝縮膜はガラスや樹脂の如き種々の
材質や形状を有する任意の物体の表面へ一層ずつ移すこ
とができる。この方法を用いて、単分子膜またはその累
積膜を形成し、記録層として使用することができる。

具体的な製法としては、例えば以下に示す方法を挙げる
ことができる。

所望の有機化合物をクロロホルム９ベンゼン。

アセトニトリル等の溶剤に溶解させる。次に添付図面の
第７図に示す如き適当な装置を用いて、係る溶液を水相
８１上に展開させて有機化合物を膜状に形成させる。

次にこの展開層８２が水相８１上を自由に拡散して広が
りすぎないように仕切板（または浮子）８３を設け、展
開膜８２の展開面積を制限して膜物質の集合状態を制御
し、その集合状態に比例した表面圧πを得る。この仕切
板８３を動かし、展開面積を縮小して膜物質の集合状態
を制御し、表面圧を徐々に上昇させ、膜の製造に適する
表面圧πを設定することができる。この表面圧を維持し
ながら、静かに清浄な基板８４を垂直に上昇又は下降さ
せることにより有機化合物の単分子膜が基板８４上に移
し取られる。このような単分子膜９１は第８ａ図または
第８ｂ図に模式的に示す如く分子が秩序正しく配列した
膜である。

単分子膜９１は以上で製造されるが、前記の操作を繰り
返すことにより所望の累積数の累積膜が形成される。単
分子膜９１を基板８４上に移すには、上述した垂直浸漬
法の他、水平付着法、回転円筒法等の方法でも可能であ
る。尚、水平付着法は、基板を水面に水平に接触させて
単分子膜を移し取る方法であり、回転円筒法は円筒形の
基板を水面上を回転させて単分子膜を基板表面に移し取
る方法である。

前述した垂直浸漬法では、表面が親水性である基板を水
面を横切る方向に水中から引き上げると有機化合物の親
水性部位９２が基板８４側に向いた有機化合物の単分子
膜９１が基板８４上に形成される（第８ｂ図）。前述の
ように基板８４を上下させると、各行程毎に一枚ずつ単
分子膜９１が積み重なって累積膜１０１が形成される。

成膜分子の向きが引上行程と浸漬行程で逆になるので、
この方法によると単分子膜の各層間は有機化合物の疎水
性部位９３ａと９３ｂが向かいあうＹ型膜が形成される
（第９ａ図）。これに対し、水平付着法は、有機化合物
の疎水性部位９３が基板８４側に向いた単分子膜９１が
基板８４上に形成される（第８ａ図）。この方法では、
単分子膜９１を累積しても成膜分子の向きの交代はな（
全ての層において、疎水性部位９３ａと９３ｂが基板８
４側に向いたＸ型膜が形成される（第９ｂ図）。反対に
全ての層において親水性部位９２ａ、　　９２ｂが基板
８４側に向いた累積膜１０１はＺ型膜と呼ばれる（第９
ｃ図）。

単分子膜９１を基板８４上に移す方法は、上記方法に限
定されるわけではな（、大面積基板を用いる時にはロー
ルから水相中に基板を押し出していく方法なども採り得
る。また、前述した親水性基および疎水性基の基板への
向きは原則であり、基板の表面処理等によって変えるこ
ともできる。

以上の如くして有機化合物の単分子膜９１またはその累
積膜ｌｏｔからなるポテンシャル障壁層が基板８４上に
形成される。

本発明において、上記の如き無材及び有機材料が積層さ
れた薄膜を支持するための基板８４は、金属、ガラス、
セラミックス、プラスチック材料等いずれの材料でもよ
く、更に耐熱性の著しく低い生体材料も使用できる。

上記の如き基板８４は任意の形状でよく平板状であるの
が好ましいが、平板に何ら限定されない。

すなわち前記成膜法においては、基板の表面がいかなる
形状であってもその形状通りに膜を形成し得る利点を有
するからである。

一方、本発明で用いられる電極材料も高い伝導性を有す
るものであれば良（、例えばＡｕ、　　Ｐｔ。

Ａｇ、Ｐｄ、Ａｆ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｗなどの金属や
これらの合金、さらにはグラファイトやシリサイド、ま
たさらにはＩＴＯなどの導電性酸化物を始めとして数多
くの材料が挙げられ、これらの本発明への適用が考えら
れる。係る材料を用いた電極形成法としても従来公知の
薄膜技術で十分である。但し、基板上に直接形成される
電極材料は表面がＬＢ膜形成の際、絶縁性の酸化膜をつ
くらない導電材料、例えば貴金属やＩＴＯなどの酸化物
導電体を用いることが好ましい。

なお、記録媒体の金属電極は、本発明となる記録層が絶
縁性のため必要となるが、該記録層がＭΩ以下の半導体
的性質を示すものであれば該金属電極は不必要となる。

すなわち、記録層そのものをプローブ電極の対向電極゛
として用いることができる。

また、プローブ電極の先端は記録／再生／消去の分解能
を上げるためできるだけ尖らせる必要がある。本発明で
は、ＳｉＯ２基板上にＳｉをフォーカスト・イオンビー
ムで打ち込み、Ｓｉの上に選択的にＳｉを結晶成長させ
、Ａｕを蒸着して導電性の処理を行なったプローブを用
いているが、プローブの形状や処理方法は何らこれに限
定するものではない。

以上述べてきた材料および成膜方法を用いて第４図に示
したＭＩＭ構造の素子を作成したとき、第５図と第６図
に示すような電流電圧特性を示すメモリースイッチング
素子が得ら−れ、２つの状態（ＯＮ状態とＯＦＦ状態）
がそれぞれメモリ性を有することがすでに見い出されて
いる。これらのメモリースイッチング特性は数人〜数１
，０００人の層厚のものに発現されているが本発明にお
ける記録媒体としては数人〜５００人の範囲の層厚のも
のが良く、最も好ましくは１０λ〜２００人の層厚をも
つものが良い。

第４図中８４は基板、４１はＡｕ電極、４２はＡｌ電極
、４３は前述した単分子累積膜を表わしている。

本発明によれば、記録媒体とプローブ電極間に働く原子
間力をカー変位変換器、変位検出器で検出し、原子間力
が一定になるように、即ち記録媒体とプローブ電極間の
距離が望みの間隔になるようにＺ方向へ記録媒体あるい
はプローブ電極を制御する。

カー変位変換器は、プローブ電極を弾性体で支持し、そ
のばね力で変位に変換する構造である。

例えば両持ち梁の中央や片持ち梁の自由端側にプローブ
電極を設けるなどがあげられる。また、梁の材料として
は、Ａｕ、Ｎｉ、ＳＵＳ、ＢｅＣｕＰなどの箔を用いる
のが良く、更に微小な梁を作るにはマイクロメカニクス
でよく行われているＳｉＯ□薄膜などがあげられる。

変位検出器としては、レーザー干渉法（ヘテロダイン検
出）、静電容量変化検出法、ＳＴＭを用いる方法などが
あげられる。

原子間力は、非常に小さいのでプローブ電極及び弾性支
持体の質量はできるだけ小さくするべきで、また変位を
大きくするために弾性支持体は柔らかく、しかし外部か
らの振動に対しては強くなければならない。

カー変位変換器と変位検出器によって、記録媒体とプロ
ーブ電極の間の距離が制御された状態で、両者の間に電
圧印加回路により所望の電圧を加え記録／再生／消去を
行う。

〔実施例〕

以下、実施例によりさらに詳しく説明する。

第１図は本発明の記録再生装置を示すブロック構成図で
ある。

ｌは記録媒体、２は記録媒体ｌに対向して設けられたプ
ローブ電極、３はプローブ電極２が取り付けられている
片持ち梁、この片持ち梁３によりプローブ電極２はＺ方
向に変位できるようになっている。

片持ち梁３のプローブ電極２に対する裏側には、トンネ
ル電流検知電極４があり、この電極４はＺ軸駆動装置５
に支持されている。また、媒体ｌはｘｙｚ微動装置６に
よってプローブ電極２に対してｘｙ及び２方向に微小量
動かすことができ、更にｘｙｚ粗動装置７によって動か
すことができる。片持ち梁３、Ｚ軸駆動装置５、ｘｙｚ
粗動装置７はベース８に固定されている。

ベース８は不図示の除振台に乗せである。

記録媒体ｌは、下記のごとく作成した。

光学研磨したガラス基板（基板１０３）を中性洗剤およ
びトリクレンを用いて洗浄した後、下引き層としてＣｒ
を真空蒸着法により厚さ５０人堆積させ、更にＡｕ・を
同法により４００人蒸着した下地電極（Ａｕ電極１０２
）を形成した。

次にスクアリリュウムービス−６−オクチルアズレン（
以下５ＱＡＺと略す）を濃度０．２ｍｇ／ｍｌで溶かし
たクロロホルム溶液を２０°Ｃの水相上に展開し、水面
上に単分子膜を形成した。溶媒の蒸発を待ち係る単分子
膜の表面圧を２０　ｍ　Ｎ　／　ｍまで高め、更にこれ
を一定に保ちながら前記電極基板を水面を横切るように
速度５　ｍ　ｍ　７分で静かに浸漬し、さらに引上げ２
層のＹ形単分子膜の累積を行った。この操作を４回繰り
返すことで５ＱＡＺＢ層を累積した記録層１０１をもつ
記録媒体ｌが作成される。

片持ち梁３は、シリコンのエツチング技術を適用して作
成した。シリコンの結晶の性質を高度に利用した異方性
エツチングの手法で長さ１００μｍ。

幅２０μｍ、厚さ１μｍのＳｉＯ□の片持ち梁を形成し
た。この手法は公知である。

［Ｋ、Ｅ、Ｐｅｔｅｒｓｅｎ、　Ｐｒｏｃ、ＩＥＥＥ　
７０．４２０　（１９８２）］プローブ電極２は、前記
異方性エツチングで作成したＳｉＯ２の片持ち梁３０１
の一端にＳｉイオンをフォーカろド・イオン・ビーム装
置で打ち込み、このＳｉ上に選択的にＳｉを結晶成長さ
せ、Ａｕを真空蒸着法により厚さ３００人蒸着して作成
した。

また、片持ち梁３０１のプローブ電極２に対する裏側に
も、Ａｕを真空蒸着法により２００人蒸着し、電極３０
２を形成している。

トンネル電流検知電極４は、直径１ｍｍのタングステン
棒をＫＯＨ溶液中で電解研磨することで作成した。先端
曲率０．１μｍＲ以下である。

Ｚ軸駆動装置５は、圧電素子を使用した一軸の変位を行
うもので前記トンネル電流検知電極４を支持し、Ｚ軸方
向へ駆動が行える。

ｘｙｚ微動装置６は、円筒形圧電素子を使用しており、
任意の電圧を印加することでＸ、ｙ及び２方向に記録媒
体ｌを微動できる。微動制御可能範囲は、ｘ、　　ｙ、
　　ｚについてすべてＯ，ｌｎｍ〜ｌｐｍであり、機械
的分解能は０．Ｏｌｎｍである。

ｘｙｚ粗動装置７は、Ｘｙｚステージを使用している。

次に回路構成を説明する。電流電圧変換器９は、トンネ
ル電流検知電極４とこれに近接しである片持ち梁３の片
面に設けられた電極３０２と接続されており、この変換
器９の内部にあるバイアス電源により両電極間にバイア
ス電圧を印加できる。バイアス電源は、電池を用いてお
り−１，５ｖ〜＋１．５Ｖの範囲内で任意のバイアス電
圧を加えられる。変換器９は、トンネル電流検知電極４
と電極３０２の間に流れるトンネル電流を電圧に変換す
る。また変換器９は、制御回路１０を含むフィードバッ
ク・ループの一部を構成している。制御回路１０は、ｘ
ｙｚ微動装置６に接続され、電流電圧変換器９からの電
圧信号を処理してノイズを除去するとともに、２方向の
変位を制御する信号を発生する。記録再生消去回路１１
は媒体ｌの下地電極１０２とプローブ電極２と接続され
ており、両電極間に記録／再生／消去用の電圧を印加す
るための回路、及び電流電圧変換を行う回路からなる。

これらの機器。

回路はマイクロ・コンピュータ１２と接続され制御され
る。

次に記録／再生／消去の実験について述べる。

トンネル電流検知電極４と電極３０２の間にバイアス電
圧＋１００ｍＶ（電極３０２バイアス）を印加し、Ｚ軸
駆動装置５を動かし、両電極間に流れるトンネル電流が
１ｎＡになる位置で止める。ここでｘｙｚ粗動装置７、
そしてｘｙｚ微動装置６のＺ軸を駆動し媒体ｌをプロー
ブ電極３に対して近づける。

ｘｙの位置については記録層１０１が存在すればどこで
も良い。媒体１がプローブ電極３に向かい、プローブ電
極３の頂点原子の電子雲が記録層１０１の表面上の原子
の電子雲と重なる距離まで接近すると、原子間力が生じ
る。この力はプローブ電極２を支持している片持ち梁３
をたわませる。片持ち梁３がたわむことで電極３０２と
トンネル電流検知電極４との距離が変化し、これにより
ｌｎＡに設定してあったトンネル電流が変化する。この
トンネル電流の変化を制御回路１１で、元の１ｎＡに戻
すようにｘｙｚ微動装置６の２軸駆動部へフィードバッ
クを行う。この状態を維持すれば、プローブ電極２は記
録層１０１に対して常に一定の距離にあること、になる
。

ここでｘｙｚ微動装置６のｘ、　　ｙ走査を行えば、プ
ローブ電極２と記録層１０１は一定の距離を保った状態
で記録層１０１の表面を移動可能である。

プローブ電極２とＡｕ電極１０２との間に電気メモリ効
果を生じる閾値電圧を越えていない電圧である１、５Ｖ
の読み取り用電圧を印加して電流値を測定したところ、
μＡ以下でＯＦＦ状態を示した。

次にＯＮ状態を生じる閾値電圧Ｖ　ｌｈ、ＯＮ以上の電
圧である第２図に示した波形をもつ三角波パルス電圧を
プローブ電極２とＡｕ電極１０２との間に印加したのち
、再び１．５Ｖの読み取り用電圧を印加して電流値を測
定したところ０　、７　ｍ　Ａ程度のＯＮ状態を示した
。また次にＯＮ状態からＯＦＦ状態へ変化する閾値電圧
Ｖ　＋ｈ、ＯＦＦ以上の電圧である第３図に示した三角
波パルス電圧を印加したのち、再び１．５Ｖを印加して
電流値を測定したところμＡ以下でＯＦＦ状態に戻るこ
とが確認された。

次に前記と同様にプローブ電極２と記録層１０１との距
離を一定に保ちながら、ｘｙｚ微動装置６をＸ方向へ１
１００ｎの等間隔で移動させながら、第２図の波形を有
する閾値電圧Ｖ　ｌｈ、ＯＮ以上のパルス電圧をプロー
ブ電極２とＡｕ電極１０２の間に印加し、ＯＮ状態を書
き込んだ。その後両電極間に読み取り用電圧１，５Ｖを
印加し、同様にＸ方向へ移動させながらＯＮ状態領域と
ＯＦＦ状態領域に流れる電流値を読み取ることができた
。本例では、ＯＮ状態領域を流れるプローブ電流が記録
前又はＯＦＦ状態領域と比較して３桁以上変化していた
ことを確認した。

更に両電極間に閾値電圧Ｖ　ｌｈ、ＯＦＦ以上のｌＯｖ
を印加しながら再び記録位置を移動させた結果、全ての
記録状態が消去されＯＦＦ状態になったことも確認した
。また、０．００１μｍから０．１μｍの間で種々のピ
ッチで記録／再生／消去を行い分解能を測定したところ
０．０１μｍ以下であることがわかった。

実験後、プローブ電極２をＳＥＭにより観察を行った結
果、媒体とプローブの接触による損傷は見られなかった
。

また、該プローブ電極を使用してのくり返し使用も向上
した。

［実施例２］ 実施例１の５ＯＡＺを用いた記録媒体の層数を８層以外
についても同様の実験を行った。その結果を表１に示す
。

表からも明らかなように、該装置を用いれば、充分な分
解能で記録／再生が行えるうえ、どの膜厚に対しても実
験ｌの結果と同じように、媒体とプローブの接触による
損傷は見られず、またくり返し使用も向上することが確
認できた。

［実施例３］ 実施例１，２で用いた５ＯＡＺ記録媒体の代わりにルテ
チウムシフタロジアニン［ＬｕＨ（Ｐｃ）　２］のｔ−
ブチル誘導体を用いた以外は実施例１と同様にして実験
を行った。結果は表１にまとめて示した。

５ＯＡＺと同様に充分なＳ／Ｎ比で記録の書き込みと読
み取りが出来るうえ、媒体がかわっても該装置を用いれ
ば、媒体とプローブの接触による損傷は全くなく記録／
再生が行える。

なお、ＬｕＨ（Ｐｃ）　２のｔ−ブチル誘導体の累積条
件は下記の通りである。

溶媒　：　クロロホルム／トリメチルベンゼン／アセト
ン（１／ｌ／２） 濃度　：　０．５ｍｇ／ｍ　ｊ！ 水相　：純水、水温２０　’Ｃ 表面圧：２０ｍＮ／ｍ、基板上下速度３　ｍ　ｍ　／分
以上述べてきた実施例中では色素記録層の形成にＬＢ法
を使用してきたが、極めて薄く均一な膜が作成できる成
膜法であればＬＢ法に限らず使用可能であり、具体的に
はＭＢＥやＣＶＤ法等の真空蒸着法が挙げられる。

使用可能な材料も他の有機化合物のみならず、無機材料
、例えばカルコゲン化合物等にも応用できる。

更には半導体を記録媒体側電極として、電極と記録層を
一体化して用いることも可能である。

なお、本発明は基板材料やその形状および表面構造につ
いて何ら限定するものではない。

一方、プローブ電極の材料は、導電性を有するものであ
れば本発明に適用可能である。また、片持ち梁も兼ねる
ように線材例えば白金線を９０°に曲げて使用すること
もできる。弾性部材として用いたＳｉＯ２の片持ち梁は
、これに限定されるものではなく、両持ち梁や薄膜構造
など様々な形が考えられ、また材料としてもＡ　ｕ　、
　Ｎ　ｉ　、　Ｓ　Ｕ　Ｓ　、　Ｂ　ｅ　Ｃｕ箔など使
用可能である。いずれにしても微小な力によって変位す
るように０．１〜Ｉ　Ｎ　／　ｍの弾性定数を有するも
のが望ましい。弾性部材に金属等導電性の高い材料を用
いた場合、第１図におけるプローブ電極２と電極３０２
を共通の電極として扱うことができる。

変位検出器として実施例では、トンネル電流の変化を検
出しているが、他に微小変位が検出できる方法ならば静
電容量変化検出法やレーザー干渉法（ヘテロダイン検出
）など何でも良い。

ｘｙｚ微動装置は、円筒型圧電素子を用いているが、ト
ライボッド型の圧電素子やバイモルフ型なども使用可能
である。

〔発明の効果〕

以上説明したように、記録媒体とプローブ電極の間に働
く原子間力の検出手段を設け、両者の位置制御をしなが
ら、該プローブ電極で記録再生消去を行うことにより、
光記録に較べても、はるかに高密度な記録が可能な全く
新しい記録再生が行えるうえに、記録層、プローブ電極
に損傷のない信頼性の高い記録再生装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の記録再生装置を図解的に示した説明図
である。 第２図は記録用、第３図は消去用のパルス電圧波形図で
ある。 第４図はＭＩＭ素子の構成略図で、第５図と第６図は第
４図の素子で得られる電気的特性を示す特性図である。 第７図は累積膜の成膜装置の模式図である。 第８ａ図と第８ｂ図は単分子膜の模式図であり、第９ａ
図、第９ｂ図と第９ｃ図は累積膜の模式図である。 ｌ・・・記録媒体、２・・・プローブ電極、３・・・片
持ち梁、４・・・トンネル電流検知電極、５・・・Ｚ軸
駆動装置、６・・・ｘｙｚ微動装置、７・・・ｘｙｚ粗
動装置、８・・・ベース、９・・・電流電圧変換器、１
０・・・制御回路、１１・・・記録再生消去回路、 特許出願人　　キャノン株式会社 睡　　聞 −・・［１ 六７１ 卑凱８反父 隼８ｂ図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）記録媒体とプローブ電極を有し、該プローブ電極
   と該記録媒体との間に電圧を印加することによりトンネ
   ル電流を検知する記録検知装置に対して、該プローブ電
   極と該記録媒体間を力検知により位置検出する手段を有
   することを特徴とする記録検知装置。
2. （２）前記記録媒体が電気メモリ効果を有している特許
   請求の範囲第１項記載の記録検知装置。
3. （３）前記記録媒体が有機化合物の単分子膜又は該単分
   子層を累積した累積膜を有している特許請求の範囲第２
   項記載の記録検知装置。
4. （４）前記単分子膜又は累積膜の膜厚が数オングストロ
   ーム〜数１，０００オングストロームの範囲である特許
   請求の範囲第３項記載の記録検知装置。
5. （５）前記単分子膜又は累積膜の膜厚が数オングストロ
   ーム〜５００オングストロームの範囲である特許請求の
   範囲第３項記載の記録検知装置。
6. （６）前記単分子膜又は累積膜の膜厚が１０オングスト
   ローム〜２００オングストロームの範囲である特許請求
   の範囲第３項記載の記録検知装置。
7. （７）前記単分子膜又は累積膜がＬＢ法によって成膜し
   た膜でる特許請求の範囲第３項記載の記録検知装置。
8. （８）前記有機化合物が分子中にπ電子準位をもつ群と
   σ電子準位をもつ群とを有する特許請求の範囲第３項記
   載の記録検知装置。
9. （９）前記有機化合物が有機色素化合物である特許請求
   の範囲第３項記載の記録検知装置。
10. （１０）前記有機化合物がポルフィリン骨格を有する色
    素、アズレン系色素、シアニン系色素、スクアリリウム
    基をもつ色素、クロコニツクメチン基をもつ色素、縮合
    多環芳香族化合物、縮合複素環化合物、ジアセチレン重
    合体、テトラキノジメタン、テトラチアフルバレン及び
    金属錯体化合物からなる群より選択された少なくとも１
    種の化合物である特許請求の範囲第３項記載の記録検知
    装置。