JPH02210635A - 記憶装置 - 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］ この発明は記憶装置に関する。より詳細には、走査型ト
ンネル顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ　：　Ｓ　Ｔ　Ｍ　）の原理に基
づいたＳＴＭメモリーに関する。

［従来の技術］ 近年の情報化社会にともない、コンピューターなどで堰
り扱う情報（メモリー）量は、膨大な量に達しつつある
。このため、１６ＭビットＤＲＡＭや光デイスクメモリ
ー等の様々な記憶装置（メモリー）が開発されている。

しかも、情報処理の高速化が要求される現在、これらの
メモリーには高速でアクセスすることが要求されている
。

Ｃ発明が解決しようとする課題１ これらメモリーの高速アクセスを実現するために、メモ
リーの微細化が進められている。メモリー担体が大きく
なると、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、また機械的には動作範囲が大きくなるために
アクセス速度が低下する。電気回路を用いたメモリーで
は、デバイスを半導体基板上に集積回路化して超微細化
することにより、アクセス速度の向」二を進めている。

光デイスクメモリーでは、情報記録領域を縮小して大容
量化することにより、単位時間当りの読み出し情報量を
増加させて高速アクセスを達成している。しかしながら
、これらのメモリーの微細化、すなわちアクセス速度の
高速化も限界に達しつつある。

電気回路のメモリーでは、半導体等の基板上に設計パタ
ーンを描画する際に、一般にリソグラフィー技術を用い
ている。このため、設計パターンを微細化するにつれて
光源に用いる光（電磁波）の干渉が無視できなくなる。

このため、配線路の幅（メモリービットの大きさ）が制
限される。また、光デイスクメモリーでは光（レーザー
光）を絞って物質に照射することにより、凹凸ビットを
形成したり、反射率、屈折率等の物理特性を変化させて
いる。この°場合も光（レーザー光）の干渉によってビ
ームウェストの幅が制限され、この結果メモリービット
の大きさが制限される。

鋭い先端を持つ金属探針を試料表面に１　　ｎｍ程度ま
で近づけると、古典力学的に通過できない隙間を素通り
して伝導電子が往き来できるようになり（トンネル効果
）、探針と試料の間に電圧を加えるとトンネル電流が流
れる。走査型トンネル顕微鏡はこのトンネル効果を利用
したもので、探針を３次元的に走査させてトンネル電流
を検出してすることにより、試料の表面状態を観察する
ものである。ＳＴＭの分解能は０．Ｉ　ｎｍ程度あり、
試料表面の原子配列までも観察できる。この分解能の優
れたＳＴＭの原理を用いて、メモリーを作る試みが行わ
れている。

この発明の目的は、メモリーの記録密度をさらに高め、
アクセス速度の向上を図ることにある。

［課題を解決するための手段］ この発明の記憶装置は、基板と、基板表面に設けた情報
を記録する記録体と、多数の前記記録体の情報をトンネ
ル電流の変化として検出する検出手段と、前記各検出手
段に接続される光検知手段と、前記光検知手段に選択的
に光を照射する光学手段を備え、前記光検知手段が光を
検知した時、この光検知手段に接続された検出手段が情
報を出力する。

［作　用］ この発明の記憶装置では、光学手段により所定の光検知
手段に光が照射されると、この光検知手段に接続された
検出手段が作動して記録体に記録された情報を読出し、
この情報が出力回路から出力される。

［実施例］ 第１図を参照しながら、この発明の実施例について説明
する。記録ディスク（基板）１には多数の８７Ｍマイク
ロチップ２がある。これら多数の８７Ｍマイクロチップ
２は、記録ディスク１上にある所定の９７Ｍマイクロチ
ップをトラックナンバーとセクタナンバーとでアドレス
できるように、同心円状に所定のピッチで配置されてい
る。この８７Ｍマイクロチップ２は１組の走査用カンチ
レバー２１と記録媒体２２とを備え、さらに特定の波長
の光を受光して書込み／読出しを開始させる受光素子２
３を備えている。この８７Ｍマイクロチップ２の詳細に
ついては後述する。次に特定の９７Ｍマイクロチップを
アドレスする構成を述べる。レーザー光源３は、ＳＴＭ
マイクロチップ位置をアドレスするための検出用光ビー
ムを照射する機能と、８７Ｍマイクロチップ２の受光素
子２３を作動させるための、前記検出光と異なる波長の
駆動用光ビームをパルス照射する機能とを備えている。

レーザー光源３から照射された検出用光ビームはハーフ
ミラ−４で反射された後、第１の集光レンズを介して記
録ディスク１に照射される。記録ディスク１上の８７Ｍ
マイクロチップ２が配置されていない領域は鏡面で、検
出用光ビームをほぼ完全に反射する。記録ディスク１で
反射された検出用光ビームは再び第１の集光レンズ５を
介してハーフミラ−４に至り、このハーフミラ−４で検
出用光ビームの半分は反射され、残りの半分はハーフミ
ラ−４を透過する。ハーフミラ−４を透過した検出用光
ビームは第２の集光レンズ６を介して受光検出器７に導
かれる。ハーフミラ−４と第１および第２の集光レンズ
５．６と受光検出器７とからなる構成体が走査部８を構
成する。

この走査部８は記録ディスク１の半径方向に移動でき、
記録ディスク１の所定のトラックをアドレスできる。第
６図はこの実施例のブロック図である。次に第６図を参
照しなから５７Ｍマイクロチップ２をアクセスする動作
について説明する。今、記録ディスク１はモーター１５
によって回転されている。レーザー光源３からの検出用
光ビームを記録ディスク１上に照射しながら、走査部８
を半径方向、例えば外側から内側に移動させる。このと
き受光検出器７に入射した検出用光ビームの強度は、５
７Ｍマイクロチップ２が乗っている帯幅（トラック）を
横切るときにパルス状に変化する。

このパルスをカウンター１３でカウントすることによっ
て、キーボード１２からの入力データに従うトラックを
アドレスすることができる。すなわち、キーボード１２
からの入力をＣＰＵＩＩが処理して、選択するトラック
を決定するとともに、走査部８を半径方向に走査させな
がら上記パルスをカウントする。走査部８が選択するト
ラック上に時、ＣＰＵＩ　１が走査部駆動回路１６を制
御して走査部駆動装置１７を停止させる。この結果、走
査部８は選択するトラック上に固定される。次に記録デ
ィスク１のトラック毎に予め記録しであるホームポジシ
ョンを検出する。さらに、同一トラック上においても検
出用光ビームの強度はＳＴ、Ｍマイクロチップ２を通過
する際にパルス状に変化するから、このパルスを先に検
出したホームポジションを起点にしてカウンター１３で
セクタナンバーとしてカウントする。この結果、所定の
５７Ｍマイクロチップ２が選出される。選択する走査Ｓ
ＴＭマイクロチップ２が走査部８の真下の位置にきた時
、レーザー光源３から受光素子２３を駆動させる波長の
駆動用光ビームがパルス照射される。このときの照射時
間は、当然、走査部８が１つの５７Ｍマイクロチップ２
を横切る時間よりも短い。

第２図は５７Ｍマイクロチップ２の構成を示す。

５７Ｍマイクロチップ２は走査用カンチレバー２１と記
録媒体２２とからなり、レーザー光源３からパルス照射
される特定波長の光を受光するとスイッチが入り、所定
時間の間だけ記録媒体２２の情報読出しを行わせる受光
素子２３を備えている。走査用カンチレバー２１と受光
素子２３は電気的に接続され、さらに記録媒体２２と受
光素子２３はＳＴＭ駆動回路１８に接続されている。記
録ディスク１上の多数のＳ、７Ｍマイクロチップ２は、
適当なブロック毎、例えばトラック毎に出力線５４に接
続されている。これらの出力線５４の本数はブロックの
数、例えばトラックの数と同じ本数だけあり、記録ディ
スク１の回転軸（図示しない）の導電部材に接続され、
水銀スイッチ、ブラシ等を介して外部装置に接続されて
いる。第６図に示すようにＳＴＭ駆動回路１８には衷数
の５７Ｍマイクロチップ２が並列に接続されているが、
受光素子２３はパルス照射される駆動用光ビームを受光
してスイッチが入る素子であるから、特定の５７Ｍマイ
クロチップ２だけが作動する。

走査用カンチレバー２１の走査動作について説明する。

第３図は走査用カンチレバーの斜視図である。走査用カ
ンチレバー２１は電極３３を挟んで設けた圧電体３２．
３３の上下面に、４つの電極３４．３５．３６．３７が
配置されている。走査用カンチレバー２１の先端中央部
には探針３８が立設されており、配線３９を介してＳＴ
Ｍ駆動回路に接続されている。圧電体３１．３２は電極
間（たとえば３４−３５間）に電圧を加えることにより
、電極３４から電極３５に向けて電界をかけると、図に
示す座標系のＸ軸方向に伸びる性質をしている。この性
質を利用して走査用カンチレバー２１を３次元走査する
ことができる。図示する電界ベクトル［１，８２，Ｅ３
．８４の強さと、走査用カンチレバー２１の走査方向の
関係は次のようになる。

Ｘ：正方向 ：負方向 Ｙ：正方向 ：負方向 Ｅｌ−Ｅ２調８３−ＩＥ４＞０ ＩＥＩ−Ｅ２麿Ｅ３■Ｅ４＜０ Ｅｌ−Ｈ２＞Ｅ３纏Ｅ４ Ｅｌ−Ｅ２＜　Ｅ３−　Ｅ４ Ｚ：正方向　　　ＩＥＩ−ＩＥ３＜　Ｅ２−　Ｅ４：負
方向　　　ＩＥＩ−Ｅ３＞　１Ｅ２−　Ｅ４このように
、電極に加える電圧を調整して走査用カンチレバー２１
を３次元走査することができる。

第４図を参照にしながら、ＳＴＭメモリーの書込み／読
出しの動作原理を説明する。ＵＳＰ４．５７５，８２２
に示されるように、ＳＴＭメモリーの書込みは、書込み
領域で探針３８と導体４０間に高電圧を印加することに
えり、第１の絶縁膜４１と第２の絶縁膜４２の境界面に
電子をトラップさせて行う。また、読出しを行う際には
、トラップされた電子によって生じた第２の絶縁膜４２
表面での自由電子分布の変化を、トンネル顕微鏡の原理
を用いて検出して行う。

このＳＴＭマイクロチップでは１ビット当りの記録領域
は１０−３μｍ　Ｘ　１Ｏ−３μｍ程度であるから、１
８ｍＸ１μｍの大きさの記録媒体２２にほぼｌＯｂビッ
トの情報が記録できる。一方、従来の光ディスクの１ビ
ツトの記録領域は１８ｍＸ１μｍであるから、この実施
例の記憶装置の記録容量は従来の光ディスクの１０Ｌ′
倍に相当する。

個々の８７Ｍマイクロチップ２をアクセスする速度は、
基本的に従来の光ディスクの読出し速度と同等である。

また、それぞれのＳＴＭマイクロチップ２内での読出し
速度は、従来のＳＴＭメモリーの読出し速度より速くな
る。これは半導体ＩＣプロセスを利用して走査用カンチ
レバー２１が極めて微細に加工されるため、機械的動作
範囲が小さくなること、さらに電気回路の寄生容量およ
び寄生インダクタンスが小さくなることによる。

このようにアクセス速度を著しく低下させることなく取
扱うメモリー情報量を大幅に増大させることができる。

これは結果としてアクセス速度の向上を意味する。

第５図は別の実施例を示す。記録ディスク１」−に設け
た複数の８７Ｍマイクロチップ２は、前述した実施例と
同様に受光素子２３を備え、光が照射されている間だけ
作動する。この実施例では光学的パターン発生器５３で
発生させた光学パターンで光を記録ディスク１上に照射
する。この光学的パターン発生器５３には光学的マスク
（トランスベアレンジ−）、写真投影機、ホログラム画
像発生装置等が使用される。前記光学パターンで光が照
射された少なくとも１以上の８７Ｍマイクロチップ２は
、これらの内部の受光素子２３がスイッチオンされて稼
働状態となる。この機構では同時に複数の８７Ｍマイク
ロチップ２をアクセスできるので、平列演算；［算機用
のメモリー素子として最適である。特に平列にアクセス
する機能はベクトル情報の演算には大いに威力を発揮す
るので、画像処理９連想演算、ＡＩ装置への応用に効果
がある。

［発明の効果］ この発明によれば、アクセス速度を低下させることなく
取扱うメモリー回を大幅に増大させることができる。従
って全体としての情報処理速度は向」ニする。さらに同
時に段数のＳＴＭマイクロチップをアクセスさせると、
平列演算計算機用のメモリー素子として有効的である。

特にベクトル情報の演算には効果的であり、画像処理、
連想演算。

ＡＩ装装置への応用が期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明に係る実施例の構成図、第２図はＳＴ
Ｍマイクロチップの構成図、第３図は走査用カンチレバ
ーの斜視図、第４図はＳＴＭメモリーの書込み／読出し
動作の原理説明図、第５図は別の実施例の構成図、第６
図はブロック図である。 （符号の説明） １・・・記録ディスク、２・・・ＳＴＭマイクロチップ
、３・・・レーザー光源、２］・・・走査用カンチレバ
ー２２・・・記録媒体、２３・・・受光素子、５３・・
・光学的パターン発生器。 出願人代理人　弁理士　坪井　　淳 第 図 第２図 第 ５図 第３図 第４図 第６図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）基板と、基板表面に設けた情報を記録する記録体
   と、多数の前記記録体の情報をトンネル電流の変化とし
   て検出する検出手段と、前記各検出手段に接続される光
   検知手段と、前記光検知手段に選択的に光を照射する光
   学手段を備え、更に前記光検知手段が光を検知した時、
   この光検知手段に接続された検出手段が情報を出力する
   出力回路を備えたことを特徴とする記憶装置。
2. （２）前記光学手段が、同時に複数の前記 ＳＴＭマイクロチップに光を照射する光学的パターン発
   生器であることを特徴とする請求項１記載の記憶装置。
3. （３）前記光学的パターン発生器が光学的マスク、写真
   投影機またはホログラム画像発生装置であることを特徴
   とする請求項２記載の記憶装置。