JPH02203445A

JPH02203445A - メモリー装置

Info

Publication number: JPH02203445A
Application number: JP2455489A
Authority: JP
Inventors: Yasuo Isono; 磯野　靖雄; Toshihito Kawachi; 河内　利仁; Akitoshi Toda; 戸田　明敏; Hiroshi Kajimura; 梶村　宏; Yoshiyuki Mimura; 三村　義行; Hiroko Ota; 大田　浩子
Original assignee: Olympus Optical Co Ltd
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 1989-02-02
Filing date: 1989-02-02
Publication date: 1990-08-13

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、メモリー装置に関する。

［従来の技術及び発明が解決しようとする課題］社会の
高度な情報化に伴い、電子計算機で取扱う情報の量が急
増し、質も向上している。そのため、様々なメモリー装
置の研究がなされている。

しかし、メモリー密度やアドレス速度などは、すでに限
界に近いレベルまで達している。

例えば、電子回路を用いたメモリー装置では、集積回路
の縮小焼付けを行なうために用いる電磁波が干渉を起こ
すため、配線路の幅（すなわち、メモリービットの大き
さ）は、電磁波の波長によって制限されている。

光デイスクメモリー装置等では、レーザー光を絞って物
質に照射することにより、凹凸状のメモリーピットを形
成させたり、吸収率や屈折率などの物性値を変化させ、
情報を記録している。しかしながら、この場合も上述と
同様に、光の干渉によりメモリーピットの大きさが制限
されてしまうという欠点がある。

メモリーピットの大きさに関する上記制限の枠内で、メ
モリー容量を増加させるためには、メモリー全体を大き
くすればよい。しかし、メモリー全体を大きくすると、
電気的には寄生容量や寄生インダクタンスなどが増大し
、機械的には動作範囲が大きくなるため、メモリーアド
レス速度が低下してしまう。したがって、メモリーアド
レス速度を低下させずにメモリー密度を増加させるため
には、メモリーピットを縮小化する必要がある。

そこで、横方向分解能の優れた走査型トンネル顕微鏡（
以下、ＳＴＭという）の原理を用いてメモリー装置を作
る試みがなされている。トンネル顕微鏡は、トンネル効
果によって固体表面からしみ出してくる自由電子波（ト
ンネル電流）を利用することにより、物質表面における
原子の並びを走査顕微鏡観察するものである。自由電子
波の波長は固体物質の原子間距離程度で、現在状々がコ
ントロールできる最も波長の短い波動である。したかっ
・て、原理的には原子１側径度の狭い範囲を電子探索す
ることが可能である。

クェート（Ｑｕａｔｅ　）による米国特許第４，５７５
．８２２号には、電荷保持機能を有する基板に、導電材
料よりなる針状チップ（以下、探針という）より流れ込
むトンネル電流を用い、電荷を空間選択的に乗せるデー
タメモリ一方法が記載されている。この場合、ＳＴＭに
用いられる探針と同等のチップを用いて電荷書込みを行
なえば、メモリーピットの大きさは原子の大きさのオー
ダーまで小さくすることができる。そして、ＳＴＭによ
る物質表面の凹凸観察と同じ原理に基づき、基板上に電
荷が存在する。ところおよび存在しないところを認識、
すなわちメモリーを読取ることができる。

しかしながら、この方法は電荷によって生じた電界によ
る電荷保持性基板の仕事関数の変化を利用しているため
、メモリーピットの大きさは原子の大きさよりはるかに
大きくなってしまう。例えば、電荷保持性基板の静電容
量がＩＣ−当り１ｍＦで、そこに帯電させる電荷の電位
は、熱的撹乱を避けるために最低１０ｍＶ以上だとする
と、帯電電荷の密度は１０″″８個／入２程度となる。

すなわち、電子１個からの電界の及ぶ範囲は１０８人２
にも達することになる。そのため、分解能が原子の大き
さにも及ぶＳＴＭの原理を用いてメモリーピットを読取
る際、その分解能を充分に活用していないという欠点が
あった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、トンネ
ル顕微鏡の原理を充分に活用することにより、メモリー
アドレス速度の低下がなくメモリー密度を顕著に増加さ
せ得るメモリー装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明の目的は、基板上に化学物質を部分選択的に吸着
させ、該化学物質吸着部および非吸着部によって形成さ
れる任意の凹凸パターンを作製することにより、情報を
記録させるメモリー装置によって達成される。

さらに、基体上に化学物質を部分選択的に吸着させるこ
とにより情報を記録させ、化学物質を部分選択的に脱離
させることにより情報を消去し、探針からの電界あるい
は電流によって、吸着させた化学物質の分子を認識する
ことにより情報を読取ることを特徴とするメモリー装置
によって達成される。

［作用］本発明のメモリー装置は、メモリー担体として化学物質
の一分子またはそれらの集合体を用いる。

このことにより、メモリー密度を極めて高くすることが
でき、メモリー容量が増大する。また、メモリー密度が
高いため、メモリー全体を大きくする必要がなく、メモ
リーアドレス速度の低下を防止することができ、る。

このメモリー担体は、探針によるトンネル電流で励起し
た基板部分にのみ、選択的に吸着させることができ、こ
の吸着によって情報を記録させることができる。

また、この吸着したメモリー担体は、探針に適当なバイ
アス電圧を印加することにより、選択的に脱離させるこ
とができ、この脱離によって記録した情報を消去するこ
とができる。

情報の読取りは、メモリー担体吸着部とメモリー担体非
吸着部によって形成される基板上の凹凸を、ＳＴＭ顕微
鏡の原理を用いて識別することによって行なうことがで
きる。

［実施例］上述の通り、本発明のメモリー装置は、メモリー担体と
して化学物質を基板に吸着・脱離させることにより、情
報の記録・消去を行なう。また、メモリー担体吸着部と
非吸着部で形成される基板表面上の凹凸をＳＴＭの原理
を用いて識別することによって、情報の読取りを行なう
ものである。

以下、図面を参照しながら、本発明の詳細な説明する。

第１図は、本発明のメモリー装置の基板を示した図であ
る。第１図によると、基板４は基体３とメモリー担体保
持層２から構成されている。基体３はメモリー担体保持
層２を支持できるものであれば、いずれのものを用いて
もよい。

メモリー担体保持層２は、メモリー担体として用いる化
学物質の吸着あるいは脱離を担う層である。メモリー担
体保持層２の表面は、精密な平坦性を有している必要が
ある。これは、本発明ではＳＴＭの原理を用いて分子オ
ーダーの凹凸を情報として読取るため、基板表面に凹凸
があると、正確に情報を読取ることができないからであ
る。このように、基板表面の凹凸は、情報読取りの際の
Ｎ／Ｓ比（信号値に対するノイズ値の割合）に大きな影
響を与える。

本発明では、メモリー担体保持層２として、平面性が良
好なグラファイト、金属、有機物質の単分子膜を用いる
ことができる。特に、ラングミューア・プロジェット（
以下、ＬＢと略す）法によって形成されたＬＢ膜が好ま
しい。ＬＢ膜は、−端が疎水性で他端が親水性の鎖状炭
化水素分子の単分子膜を規則的に積層した構造の膜であ
り、理論的には、ＬＢ膜表面は分子オーダーの平面性を
有しているからである。本発明において、ＬＢ膜を用い
ることによって、Ｎ／Ｓ比を向上させることができる。

また、例えば、有機系ＬＢ膜をメモリー担体保持層２と
して用い、メモリー担体として有機物質を選択すると、
同じ有機物質であるが故に、両者の性質を類似させるこ
とができる。このように基板とメモリー担体の性質を類
似させることによって、メモリー担体の吸着および脱離
操作を容易に行なうことができる。さらに、基板とメモ
リー担体とを化学的結合または重合等により結合させる
と、メモリー担体の自然脱離を防ぐことができる。この
ため、耐性の強い読み出し専用メモリー（ＲＯＭ）を作
製することができる。

なお、メモリー担体保持層２がある程度の強度を有して
いる場合は、特に基体３を設ける必要はない。すなわち
、メモリー担体保持層２を基板４として用いることがで
きる。

上述した通り、メモリーアドレス速度低下を防止するた
めに、メモリーピット全体の大きさを押えつつ、メモリ
ー密度を増加させるためには、メモリー担体を縮小化す
る必要がある。

そこで、本発明では、メモリー担体として化学物質の、
−分子または複数個よりなる集合体を用いた。化学物質
としては、ジ−（２−エチルヘキシル）フタレート、ベ
ンゼン、ＴＴＦ−ＴＣＮＱ。

フタロシアニン、液晶化合物、またはタンパク質が好ま
しい。

メモリー担体として化学物質の分子を用いることにより
、メモリーピットの大きさは、最小の場合、分子１個分
となる。例えば、前述のジ−（２−エチルヘキシル）フ
タレート分子をメモリー担体として用いた場合、メモリ
ーピットは４人×４人程度の大きさとなる。したがって
、メモリー密度を極めて高くすることができ、メモリー
容量を増大させることができる。例えば、現在使用され
ている光ディス“クメモリー等の１０８倍程度の容量を
得ることが可能と考えられる。

メモリー担体を基板に吸着あるいは脱離させる方法は、
ジェイ、ニス、フォスター（Ｊ、Ｓ、Ｐｏ５ｔｅｒ）等
によるネイチャー　３３１巻　３２４頁（１９８８年）
に記載されている方法を用い得る。この方法によると、
グラファイト基板の表面に、ジ−（２−エチルヘキシル
）フタレート分子１個を、探針によるトンネル電流で励
起した基板部分にのみ、選択的に吸着させることができ
る。また、探針に適当なバイアス電圧を印加することに
よって、基板に吸着しているジ−（２−エチルヘキシル
）フタレート分子を脱離することもできる。

この方法を用いることにより、グラファイト、金属、有
機物質分子の単分子膜あるいはその積層膜からなる基板
に、ジ−（２−エチルヘキシル）フタレート、ベンゼン
、ＴＴＦ−ＴＣＮＱ、フタロシアニン、液晶化合物また
はタンパク質を吸着あるいは脱離させることができる。

上述のように、化学物質分子をメモリー担体として用い
、基板に吸着させることによって、情報を記録させるこ
とができる。また、メモリー担体を脱離させることによ
り、情報を消去することができる。

以下、ＳＴＭの原理を用いた情報の読取り方法を説明す
る。

第２図は、メモリー担体吸着部と非吸着部によって形・
成された基板表面の凹凸を、ＳＴＭの原理に基づいて識
別する方法を示した図である。

まず初めに、８７Ｍ装置について簡単に説明する。

８７Ｍ装置５は、探針６と微動走査素子７を具備する。

ものである。探針６は導電性物質からなるものである。

これは、電解研磨法で作製した電界放射顕微、ｉｆ！（
ＦＥＭ）用の探針でも、機械研磨によって成形したもの
でもよい。このいずれの探針も、先端の曲率半径が０．
１μｍ程度で、異物が探針表面に付着していないもので
あれば用いることができる。また、探針の先端部の長さ
１μｍ以上の部分の形状が尖鋭であることが好ましい。

また、探針に′印加するバイアス電圧およびトンネル電
流は、基板表面の識別能力に大きく影響を及ぼすので、
所望の効果が得られるよう適宜選択する。

微動走査素子７は、探針６の位置の微視的制御および走
査を行なうためのアクチユエーターである。この微動走
査素子７は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛等のセラミッ
クからなり、両端に設けられた電極（図示せず）を介し
て電圧を印加することｌこより、１　ｎ　ｍ　／　Ｖ程
度の変形を起こす。この変形により、メモリー担体保持
層２の表面に沿って、探針を走査することができる。

米国特許箱４．５７５，８２２号には、半導体プロセス
を用いて微細加工した積層圧電体よりなるカンチレバー
による方法（マイクロＳＴＭ）が開示されている。これ
によると、探針走査部と記録部を組合わせて数μｍ角の
範囲内に作り込むことができる。本発明において、情報
の記録、消去および読取りを行なうために、前記マイク
ロＳＴＭを用いることにより、極めて小型で大容量のメ
モリー装置を製造することができる。

探針６の先端を基板４の表面からｌｎｍ程度の距離に近
づけ、バイアス電圧を印加すると、探針先端部と基板表
面との間に電流が流れる。これは、トンネル効果による
ものであり、該電流をトンネル電流という。トンネル電
流は、探針先端部と基板表面との間の距離変化に応じて
敏感に変化する。

そこで、探針先端部と基板表面との距離を一定に維持し
ながら探針６を走査すると、トンネル電流が基板表面の
凹凸に応じて敏感に変化する。このトンネル電流の変化
によって、メモリー担体吸着部および非吸着部を識別す
ることができる。

また、トンネル電流が一定値となるように探針６を走査
すると、探針先端部と基板表面との距離が基板表面の凹
凸に応じて敏感に変化する。この距離の変化によって、
メモリー担体吸着部および非吸着部を識別することがで
きる。

したがって、上記いずれの方法によっても、トンネル電
流の変化あるいは探針の位置変化（制御電流変化）のか
たちでメモリー担体が存在する位置を識別することがで
きる。

上述の通り、ＳＴＭの原理を用いることによって、メモ
リー担体吸着部および非吸着部により形成された基板上
の凹凸を識別することができる。

これによって、記録された情報を読取ることができる。

［発明の効果コ本発明によれば、メモリーアドレス速度の低下がなくメ
モリー密度が増加し、メモリー容量が増大したメモリー
装置が提供される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のメモリー装置の基板を示した図。第２図は、Ｓ７Ｍ装置によって情報を読取る方法を示し
た概略図。１・・・メモリー担体、２・・・メモリー担体保持層、
３・・・基体、４・・・基板、５・・・Ｓ７Ｍ装置、６
・・・探針、７・・・微動走査素子出願人代理人　弁理士　坪井　淳第２図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）基板上に化学物質を部分選択的に吸着させ、該化
学物質吸着部および非吸着部によって形成される任意の
凹凸パターンを作製することにより、情報を記録するメ
モリー装置。
（２）基体上に化学物質を部分選択的に吸着させること
により情報を記録させ、化学物質を部分選択的に脱離さ
せることにより情報を消去し、探針からの電界あるいは
電流によって、吸着させた化学物質の分子を認識するこ
とにより情報を判読することを特徴とするメモリー装置
。
（３）前記基板が、グラファイト、金属、または有機物
質の単分子膜、あるいはそれらの積層膜よりなることを
特徴とする請求項１または２のいずれかに記載のメモリ
ー装置。
（４）該化学物質が、ジ−（２−エチルヘキシル）フタ
レート、ベンゼン、ＴＴＦ−ＴＣＮＱ、フタロシアニン
、液晶化合物、またはタンパク質分子よりなることを特
徴とする請求項３記載のメモリー装置。