JPH04228131A - 固体表面の個別原子もしくは原子団に経時的に安定な標識を付与する方法 - Google Patents
固体表面の個別原子もしくは原子団に経時的に安定な標識を付与する方法Info
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- JPH04228131A JPH04228131A JP3094166A JP9416691A JPH04228131A JP H04228131 A JPH04228131 A JP H04228131A JP 3094166 A JP3094166 A JP 3094166A JP 9416691 A JP9416691 A JP 9416691A JP H04228131 A JPH04228131 A JP H04228131A
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- B82—NANOTECHNOLOGY
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- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B9/00—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【技術分野】本発明は固体表面の個別原子もしくは原子
団に経時的に安定な標識を、構造的もしくは電子的状態
の変化をもたらすことにより付与する方法、ならびにこ
れを情報の記録ないし記憶に利用する方法に関するもの
である。
団に経時的に安定な標識を、構造的もしくは電子的状態
の変化をもたらすことにより付与する方法、ならびにこ
れを情報の記録ないし記憶に利用する方法に関するもの
である。
【0002】
【技術的背景および従来技術】情報、ことに映像および
データの信号を記憶することは、現在のところほとんど
磁気的あるいは光学的な記録媒体を使用して行われてい
る。上記後者を使用して達成され得る情報密度は、当該
方法で書き込まれ、読み取られ得る最小情報単位により
決定される。従来通常の磁気記録媒体では、この単位は
、磁区(白地領域)の寸法により、機械的見地からは使
用される読み取り/書き込みヘッドのヘッド間隙および
読み取り/書き込みヘッドと情報担体との間隔により決
定される。記録情報が光学的特性の変化によりもたらさ
れる情報担体にあっては、その限度は使用される光の波
長により決定される。従って、最小情報単位は、この場
合光の波長の約半分より小さくなることはあり得ない。 このタイプの光学的記録担体における記録密度の増大は
、記録担持表面における光学的読み取り単位がわずか数
ナノメートル程度の光学的近視野顕微鏡法によりもたら
されて来た。従って達成される最善の記録密度は約20
nmの程度である。
データの信号を記憶することは、現在のところほとんど
磁気的あるいは光学的な記録媒体を使用して行われてい
る。上記後者を使用して達成され得る情報密度は、当該
方法で書き込まれ、読み取られ得る最小情報単位により
決定される。従来通常の磁気記録媒体では、この単位は
、磁区(白地領域)の寸法により、機械的見地からは使
用される読み取り/書き込みヘッドのヘッド間隙および
読み取り/書き込みヘッドと情報担体との間隔により決
定される。記録情報が光学的特性の変化によりもたらさ
れる情報担体にあっては、その限度は使用される光の波
長により決定される。従って、最小情報単位は、この場
合光の波長の約半分より小さくなることはあり得ない。 このタイプの光学的記録担体における記録密度の増大は
、記録担持表面における光学的読み取り単位がわずか数
ナノメートル程度の光学的近視野顕微鏡法によりもたら
されて来た。従って達成される最善の記録密度は約20
nmの程度である。
【0003】これ以上の情報密度の増大は、サブナノメ
ートル領域の解像力を有する近視野法に依存するほかは
ない。この目的にかなう適当な方法は、走査トンネル顕
微鏡および原子力顕微鏡を含む走査探針法である。この
方法は原子規模の表面映像化を可能とする。そこで可能
最大限の密度、すなわち個別的な原子もしくは分子の領
域の情報記録媒体を提供することがすでに提案されてい
る。このような記録媒体の開発に成功すれば、テラバイ
ト/cm2 領域の情報密度がもたらされる筈である
。
ートル領域の解像力を有する近視野法に依存するほかは
ない。この目的にかなう適当な方法は、走査トンネル顕
微鏡および原子力顕微鏡を含む走査探針法である。この
方法は原子規模の表面映像化を可能とする。そこで可能
最大限の密度、すなわち個別的な原子もしくは分子の領
域の情報記録媒体を提供することがすでに提案されてい
る。このような記録媒体の開発に成功すれば、テラバイ
ト/cm2 領域の情報密度がもたらされる筈である
。
【0004】無機質ないし有機質材料表面にナノメート
ル領域の情報記録を行なうための多数の提案がなされて
おり、これには例えばJ.Vac.Sci.Techn
ol.B4(1986)86−88頁におけるM.A.
マッコードらの論稿、Appl.Phys.Lett.
51(1987)247−249頁におけるR.M.シ
ルバーらの論稿および上記文献J.Vac.Sci.T
echnol.A46(1988)537−539頁に
おけるU.ストファーらの論稿が含まれている。個別原
子の沈積も提案されている(Nature325(19
87)415−421頁におけるR.S.ベッカーらの
論稿)。
ル領域の情報記録を行なうための多数の提案がなされて
おり、これには例えばJ.Vac.Sci.Techn
ol.B4(1986)86−88頁におけるM.A.
マッコードらの論稿、Appl.Phys.Lett.
51(1987)247−249頁におけるR.M.シ
ルバーらの論稿および上記文献J.Vac.Sci.T
echnol.A46(1988)537−539頁に
おけるU.ストファーらの論稿が含まれている。個別原
子の沈積も提案されている(Nature325(19
87)415−421頁におけるR.S.ベッカーらの
論稿)。
【0005】しかしながら、最大限の解像力を有し、こ
とに長期間の安定性をもかねそなえた情報記録媒体を提
案するには、上述した従来の提案はいずれも不満足なも
のである。有機質記録媒体は幅10ナノメートル以下の
線を形成することができず、3ナノメートル幅まで再生
可能の無機質媒体は、一定時間、例えば数分ないし数時
間の経過ですでに不安定である。他方において比較的長
時間安定なシリコン上の構造(Appl.Phys.L
ett.55(1989)1312−1314頁におけ
るヴァレ、レーネンらの論稿)では、原子構造が部分的
に破壊され、原子秩序が失われる。従ってこの種の方法
は、消去不能記録媒体についてのみ使用可能であるに過
ぎない。
とに長期間の安定性をもかねそなえた情報記録媒体を提
案するには、上述した従来の提案はいずれも不満足なも
のである。有機質記録媒体は幅10ナノメートル以下の
線を形成することができず、3ナノメートル幅まで再生
可能の無機質媒体は、一定時間、例えば数分ないし数時
間の経過ですでに不安定である。他方において比較的長
時間安定なシリコン上の構造(Appl.Phys.L
ett.55(1989)1312−1314頁におけ
るヴァレ、レーネンらの論稿)では、原子構造が部分的
に破壊され、原子秩序が失われる。従ってこの種の方法
は、消去不能記録媒体についてのみ使用可能であるに過
ぎない。
【0006】
【発明の要約】そこで本発明の目的は、原子もしくは原
子団に安定的な標識を付与し、ことに部分的な原子格子
の破壊をもたらすことなく安定的な情報を記録するため
の方法を提供することである。
子団に安定的な標識を付与し、ことに部分的な原子格子
の破壊をもたらすことなく安定的な情報を記録するため
の方法を提供することである。
【0007】しかるにこの目的は、固体表面に平行な原
子格子構造を著しく変化させることなく、また異原子の
関与をもたらすことなく、個別原子もしくは原子団を当
初状態と異なる構造的もしくは電子的状態に転化させる
工程を含む、固体表面の個別原子もしくは原子団に経時
的に安定な標識を付与する方法により達成されることが
見出された。本発明によるこの方法は、ことに外部電場
もしくは磁場を限定された領域に限定された時間施すこ
とにより半導体積層材料表面に構造的もしくは電子的形
態変化をもたらして行なわれるのが有利である。
子格子構造を著しく変化させることなく、また異原子の
関与をもたらすことなく、個別原子もしくは原子団を当
初状態と異なる構造的もしくは電子的状態に転化させる
工程を含む、固体表面の個別原子もしくは原子団に経時
的に安定な標識を付与する方法により達成されることが
見出された。本発明によるこの方法は、ことに外部電場
もしくは磁場を限定された領域に限定された時間施すこ
とにより半導体積層材料表面に構造的もしくは電子的形
態変化をもたらして行なわれるのが有利である。
【0008】本発明方法における形態的変化は、ことに
ダブルウエルもしくはマルチウエル電位における準安定
的励起状態を生起させて、部分的に幾何学的、構造的あ
るいは電子的形態変化をもたらすことによりもたらされ
る。
ダブルウエルもしくはマルチウエル電位における準安定
的励起状態を生起させて、部分的に幾何学的、構造的あ
るいは電子的形態変化をもたらすことによりもたらされ
る。
【0009】個別原子もしくは原子団に安定的な標識を
付与する本発明方法は、情報単位を記録するためにこと
に有利に利用される。これにより原子領域の情報記録方
式がもたらされ、これに対応して高い情報密度が達成さ
れる。しかしながらこの本発明方法は、情報記録のみで
なく、記録情報の消去のためにも使用され得る。すなわ
ち、本発明方法により記録された情報単位は、エネルギ
ー供与による弛緩で消去され、当初状態が回復され得る
。この目的達成のため、全表面を加熱し、あるいは全表
面ないし数箇所をレーザ処理して熱エネルギーを供与す
ること、あるいは表面を光に露出させることがことに適
当である。
付与する本発明方法は、情報単位を記録するためにこと
に有利に利用される。これにより原子領域の情報記録方
式がもたらされ、これに対応して高い情報密度が達成さ
れる。しかしながらこの本発明方法は、情報記録のみで
なく、記録情報の消去のためにも使用され得る。すなわ
ち、本発明方法により記録された情報単位は、エネルギ
ー供与による弛緩で消去され、当初状態が回復され得る
。この目的達成のため、全表面を加熱し、あるいは全表
面ないし数箇所をレーザ処理して熱エネルギーを供与す
ること、あるいは表面を光に露出させることがことに適
当である。
【0010】
【発明の構成】本発明方法は固体の、ことに通常カルコ
ゲニド、例えばWSe2を含有する成層半導体の表面か
ら行なわれる。原子に対する標識付与は、このような物
質の表面において、近視野法により、例えば走査トンネ
ル顕微鏡あるいは走査原子力顕微鏡を使用して、表面検
知走査探針の針状電極で電場ないし磁場を短時間施すこ
とにより行なわれる。このようなタイプの走査探針の電
場最大面積は、半導体成層材料表面の10nmから0.
1nmであるから、原子もしくは原子団に対して上記作
用が及ぼされる。この局部的エネルギー供与は、これを
包囲する原子の平均レベル面をこえて当該原子もしくは
原子団の明白な隆起、安定的形態変化をもたらす。この
場合の本質的特徴は、この処理が常態的雰囲気条件下、
例えば室温、空気中で行なわれ得ることである。
ゲニド、例えばWSe2を含有する成層半導体の表面か
ら行なわれる。原子に対する標識付与は、このような物
質の表面において、近視野法により、例えば走査トンネ
ル顕微鏡あるいは走査原子力顕微鏡を使用して、表面検
知走査探針の針状電極で電場ないし磁場を短時間施すこ
とにより行なわれる。このようなタイプの走査探針の電
場最大面積は、半導体成層材料表面の10nmから0.
1nmであるから、原子もしくは原子団に対して上記作
用が及ぼされる。この局部的エネルギー供与は、これを
包囲する原子の平均レベル面をこえて当該原子もしくは
原子団の明白な隆起、安定的形態変化をもたらす。この
場合の本質的特徴は、この処理が常態的雰囲気条件下、
例えば室温、空気中で行なわれ得ることである。
【0011】このよにして記録された情報を消去するこ
とは、例えば表面の加熱処理、ことにレーザ光照射によ
り行なわれ得る。周囲原子の平均面より明白に隆起せし
められていた原子もしくは原子団は、上記処理により均
斉にならされ、事前の構造に復旧される。
とは、例えば表面の加熱処理、ことにレーザ光照射によ
り行なわれ得る。周囲原子の平均面より明白に隆起せし
められていた原子もしくは原子団は、上記処理により均
斉にならされ、事前の構造に復旧される。
【0012】情報書き込みに使用される近視野法は、こ
の技術分野に慣用の走査トンネル顕微鏡あるいは原子力
顕微鏡の使用による方法である。この表面特徴化のため
の近視野法は周知の技術であり、また各種文献に記載さ
れている(Rev.Sci.Instrum.60(2
)(1989)165−180頁におけるY.クケット
らの論稿)。
の技術分野に慣用の走査トンネル顕微鏡あるいは原子力
顕微鏡の使用による方法である。この表面特徴化のため
の近視野法は周知の技術であり、また各種文献に記載さ
れている(Rev.Sci.Instrum.60(2
)(1989)165−180頁におけるY.クケット
らの論稿)。
【0013】以下において本発明方法をさらに具体的に
説明する。
説明する。
【0014】ジセレン化タングステン試料表面を、走査
トンネル顕微鏡(STM)(sc−anning t
unneling microscope)を使用し
、原子解像レベルで画像形成する。トンネル先端で試料
を走査している間に、パルス発生器により0.8から1
0ボルトの振幅を有する電圧パルスを印加して、トンネ
ル先端と試料の間においてトンネル電圧と重畳させる。 次いで電圧パルスのレベルと共に増大する外延の構造が
表面に形成される。
トンネル顕微鏡(STM)(sc−anning t
unneling microscope)を使用し
、原子解像レベルで画像形成する。トンネル先端で試料
を走査している間に、パルス発生器により0.8から1
0ボルトの振幅を有する電圧パルスを印加して、トンネ
ル先端と試料の間においてトンネル電圧と重畳させる。 次いで電圧パルスのレベルと共に増大する外延の構造が
表面に形成される。
【0015】個々の原子もしくは原子団のスイッチング
が添付図面に示される。第1図(画像寸法約100×1
00Å)はジセレン化タングステン増大面のSTM画像
を示し、第2図(画像寸法約300×300Å)は約1
.5ボルトパルスの印加直後の上記と同様の面上画像を
示す、ここでは3個の原子から成る原子団が特徴的に変
形され、パルス印加時のトンネル先端位置に正確に対応
する位置を占めている。このようにして試料表面にパタ
ーンを書き込むことができた。各電圧パルスはそれぞれ
限定された位置で各原子に標識を付与し、空間的ないし
電子的形態が変化せしめられている。
が添付図面に示される。第1図(画像寸法約100×1
00Å)はジセレン化タングステン増大面のSTM画像
を示し、第2図(画像寸法約300×300Å)は約1
.5ボルトパルスの印加直後の上記と同様の面上画像を
示す、ここでは3個の原子から成る原子団が特徴的に変
形され、パルス印加時のトンネル先端位置に正確に対応
する位置を占めている。このようにして試料表面にパタ
ーンを書き込むことができた。各電圧パルスはそれぞれ
限定された位置で各原子に標識を付与し、空間的ないし
電子的形態が変化せしめられている。
【0016】同じトンネル先端を使用し、次いで原子解
像度で画像形成して100以上の書き込みを行なったが
、何の異常も生じなかった。パルス印加の結果としての
画像の質に変化は認められなかった。
像度で画像形成して100以上の書き込みを行なったが
、何の異常も生じなかった。パルス印加の結果としての
画像の質に変化は認められなかった。
【0017】書き込みも読み取りも、特別の条件、例え
ば不活性ガス、減圧、低温の必要なく、通常の条件下に
行なわれ得た。
ば不活性ガス、減圧、低温の必要なく、通常の条件下に
行なわれ得た。
【0018】さらに、他の実験により高度の減圧下に書
き込み、読み取りを行なっても何らの認め得る変化は生
じなかった。
き込み、読み取りを行なっても何らの認め得る変化は生
じなかった。
【0019】この標識の経時的安定性をテストするため
、標識付与個別の配列を、三角形、四辺形、平行四辺形
とし、この特殊な書き込みの相対位置を記録し、二日後
に検査したところ、形状も配列も全く変化しておらず、
しかも減圧下、不活性ガス雰囲気下だけでなく、室温の
空気中においても同じく安定であることが確認された。
、標識付与個別の配列を、三角形、四辺形、平行四辺形
とし、この特殊な書き込みの相対位置を記録し、二日後
に検査したところ、形状も配列も全く変化しておらず、
しかも減圧下、不活性ガス雰囲気下だけでなく、室温の
空気中においても同じく安定であることが確認された。
【0020】情報記録法としては、読み取り処理が記録
された情報に変化を及ぼさないことが重要である。この
ために、種々のジセレン化タングステン試料に大小の2
個の標識を付与したもの(第2図)を、STMを使用し
て数時間にわたり走査し、この間500回の映像処理(
データ担体として使用する場合の読み取りを行なったが
、これによる標識変化は全く認められなかった。
された情報に変化を及ぼさないことが重要である。この
ために、種々のジセレン化タングステン試料に大小の2
個の標識を付与したもの(第2図)を、STMを使用し
て数時間にわたり走査し、この間500回の映像処理(
データ担体として使用する場合の読み取りを行なったが
、これによる標識変化は全く認められなかった。
【0021】このジセレン化タングステン表面上の標識
は、この試料表面を約600℃に約40分加熱すること
により最も簡単に消去することができた。標識で覆われ
、原子レベルで配列されていた表面は、この処理により
完全に扁平化され、標識のない原状に復した。
は、この試料表面を約600℃に約40分加熱すること
により最も簡単に消去することができた。標識で覆われ
、原子レベルで配列されていた表面は、この処理により
完全に扁平化され、標識のない原状に復した。
【0022】情報記録装置として使用するため、書き込
み、読み取り、消去の機能が充分でなければならないが
、これは実験により十分であることが示された。第2図
の標識は情報記録密度10テラバイト/cm2 に相
当し、これは従来の磁気ハードディスクあるいは磁気光
学的ディスクの記録密度に比し2〜3倍ないし4〜5倍
である。
み、読み取り、消去の機能が充分でなければならないが
、これは実験により十分であることが示された。第2図
の標識は情報記録密度10テラバイト/cm2 に相
当し、これは従来の磁気ハードディスクあるいは磁気光
学的ディスクの記録密度に比し2〜3倍ないし4〜5倍
である。
【図面の簡単な説明】
【図1】ジセレン化タングステン表面に本発明により電
圧パルスを印加して標識を付与した状態を示す走査トン
ネル顕微鏡画像(約100×100Å)を示す写真であ
る。
圧パルスを印加して標識を付与した状態を示す走査トン
ネル顕微鏡画像(約100×100Å)を示す写真であ
る。
【図2】電圧パルス印加直後の上記と同様の画像(約3
00×300Å)を示す写真である。
00×300Å)を示す写真である。
Claims (5)
- 【請求項1】 固体表面に平行な原子格子構造を著し
く変化させることなく、また異原子の関与をもたらすこ
となく、個別原子もしくは原子団を当初状態と異なる構
造的もしくは電子的状態に転化させる工程を含む、固体
表面の個別原子もしくは原子団に経時的に安定な標識を
付与する方法。 - 【請求項2】 請求項1による標識付与方法であって
、構造的もしくは電子的形状変化が、外部電場もしくは
磁場を限定された領域に限定された時間施すことにより
もたらされる標識付与方法。 - 【請求項3】請求項1による標識付与方法であって、構
造的もしくは電子的形状変化が、外部電場もしくは磁場
を、表面検知走査探針の先端により与えられる限定され
た領域に、かつ限定された時間施すことによりもたらさ
れる標識付与方法。 - 【請求項4】 請求項1から3のいずれかによる標識
付与方法であって、上記の表面が半導体成層材料表面で
あることを特徴とする標識付与方法。 - 【請求項5】 請求項1による個別原子もしくは原子
団に経時的に安定な標識を付与する方法を、原子領域の
情報単位の記録のために使用する方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4015656.7 | 1990-05-16 | ||
DE4015656A DE4015656A1 (de) | 1990-05-16 | 1990-05-16 | Verfahren zur zeitlich stabilen markierung einzelner atome oder atomgruppen einer festkoerperoberflaeche sowie verwendung dieses verfahrens zur speicherung von informationseinheiten im atomaren bereich |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH04228131A true JPH04228131A (ja) | 1992-08-18 |
Family
ID=6406494
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3094166A Withdrawn JPH04228131A (ja) | 1990-05-16 | 1991-04-24 | 固体表面の個別原子もしくは原子団に経時的に安定な標識を付与する方法 |
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---|---|
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JP (1) | JPH04228131A (ja) |
KR (1) | KR910020673A (ja) |
AT (1) | ATE149263T1 (ja) |
AU (1) | AU7621491A (ja) |
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-
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