JPH04241239A - カセット型原子レベル加工記録再生装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、１個の原子か１個の原
子の塊を取るか付けるかして、原子レベルの加工でデジ
タル的に記録再生する装置に係り、特に１００ギガバイ
トないし１０テラバイトの巨大な情報量を記録再生する
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報をデジタルに記録再生する装置とし
て、従来、磁気ディスクがある。これは磁性粉を塗布し
た円盤に磁気ヘッドを用いて、０あるいは１の値で情報
を記録し、これを再生するものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】磁気ディスクは極めて
高い密度で情報を記録できる。しかし、磁気ヘッドとの
隙間は流体力学的に０．１μｍ程度が限度であり漏洩磁
束は広がるので、１ビットを記録するためには少なくと
も１平方μｍの面積は必要となる。このため、１０ギガ
ビットを記録するには１００平方ｃｍが必要となる。す
なわち、通常の磁気ディスクでは１面に約１ギガバイト
しか記録できない。最近、計算機などの情報量の増大化
によって、磁気ディスクには５０ないし１００ギガバイ
トという巨大な情報の記録が要求されてきている。

【０００４】本発明の目的は、１平方ｍｍという極めて
小さい面積の基板に約１００ギガバイトの記録ができ、
再生することのできる簡易なカセット型の記録再生装置
を提供するとともに、このカセット型の記録再生装置を
１００個装着することによって１０テラバイトの巨大情
報を記録再生できる装置を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明では、次の手段を用いた。

【０００６】（１）先端が尖った探針と基板との間に１
Ｖ／Å以上の正負の電界を印加し原子を電界蒸発によっ
て、原子１個あるいは１個の原子の塊の除去あるいは付
着をさせて、情報を記録する。原子１個の大きさは２な
いし３Åであるので１平方ｎｍの面積には少なくとも１
ビットを記録できる。従って、たった１平方ｍｍという
小さい面積の基板の上に１０００ギガビットすなわち、
約１００ギガバイトの情報が記録できる。また、再生は
探針を基板の表面上を電界を掛けつつ移動させ、原子の
在る無しを知ることによって行う。

【０００７】簡易でコンパクトな装置にするため、本発
明では、探針と、基板と、探針を移動させる探針移動機
構を可搬できるカセット型の小さい容器に封入した。

【０００８】（２）基板表面の原子１個の除去や付着を
正確に行うためには基板の表面が清浄であることが必要
である。そのため、容器は真空が保てるようにした。

【０００９】（３）探針と基板、及び探針移動機構には
電界を与える必要がある。電流を流すリード線の端子を
容器の外部に設けた。これによって、本カセット型記録
再生装置に記録再生を指示し本体となる装置との結合が
極めて容易となった。

【００１０】

【作用】（１）基板と探針の距離を約５Åとし、電圧を
５Ｖ以上として、基板側を正にすると基板から１個の原
子が除去される。また、負にすると、基板に１個の原子
が付着する。これはディジタル的には１ビットに当たる
。

【００１１】（２）容器は密封されたもので、真空排気
弁を持ち、外部からも容易に排気できるとともに内部に
も真空排気装置を持つこともできるので、容器は常に真
空に保たれる。

【００１２】（３）本カセット型記録再生装置を収納し
、記録再生を指示する装置には、ばね状の接点があるの
で、本カセット型記録再生装置を記録再生を指示する装
置に差し込むと、両者の端子と接点は容易にかつ正確に
結合する。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明す
る。

【００１４】図２は、本発明の電界蒸発による原子１個
の除去及び付着の概念図を示す。探針２０１には溜め２
０２があり、供給物質２０３が溜められている。Ａ電池
２０４によって溜めが熱せられると、供給物質の原子２
０５が探針の周辺に配列する。基板２０６は平坦な材質
の物がよく、例えば、二硫化タングステンや二流化モリ
ブデン等の層状の物質が特に適している。基板と探針と
の距離を約５Åにして、Ｂ電池２０７によって基板側を
正にして５Ｖ以上の電界を掛けると基板の原子（除去原
子２０８とする）が除去され、原子１個分あるいは原子
の塊１個分の穴２０９ができる。これによって、１ビッ
トが記録されたことになる。図とは逆にＢ電池の極性を
逆にして基板側を負にすると供給物質の原子が基板に付
着する。これを突起２１０とする。この突起も１ビット
の記録となる。基板の上の穴に供給物質の原子を付着さ
せ、付着原子２１１とすると、付着原子２１１は基板を
平担化させるため、これは記録の消去をしたことになる
。基板と探針との電圧を約１Ｖとして探針を平面移動さ
せると、穴の上では極端に電流が弱くなり、また、突起
の上では極端に電流が強くなるので、記録を読みだすこ
とができる。

【００１５】図１は、本発明のカセット型原子レベル加
工記録再生装置の断面図である。

【００１６】容器１０１の中に基台１０２が納められて
いる。基台には、基板１０３が固定される。基板の上に
は１個の原子あるいは１個の原子の塊が除去された穴１
０４が示してある。もちろん、これが１の情報を与える
ことになる。また、基台には固定台１０５が固定される
。固定台の上にはＸＹＺの３軸方向に移動のできる移動
機構１０６が固定される。移動機構の先端に絶縁体の固
定具１０７を介して探針１０８が固定される。移動機構
は基本的に３個の部材から構成される。すなわち、Ｘ方
向へのＸ方向移動機構１０６ａ、Ｙ方向へのＹ方向移動
機構１０６ｂ、Ｚ方向へのＺ移動機構１０６ｃである。 これらの部材としては、ピエゾ素子や磁歪素子や可動線
輪等が適している。図にはピエゾ素子が示してある。ピ
エゾ素子は両端の電極（図示せず）に電圧を与えること
により任意の移動が得られる。従って、移動機構には６
本のリード線１０９が必要となる。探針には溜め１１０
が付き、ガリウムなどの付着物質１１１が溜められる。 溜めにも付着物質の加熱のためと探針への電圧印加のた
めに２本のリード線１１２が必要である。当然ながら、
基板にもリード線１１３が必要となる。容器の左端には
容器を真空に引く機構がある。図では弁１１４が閉じた
状態をしめしている。Ｏリング１１５の付いた真空引き
の面１１６を真空排気装置（図示せず）に付け、弁を開
けることによって容器は真空となり、その後、弁を閉じ
ることによって容器は真空が保たれる。容器内に金属の
ゲッター膜を付けたり、小型のイオンポンプを付けるこ
とも有効である。この容器内の真空排気装置に十分な能
力がある場合には、外部の真空排気装置に関連するもの
はもちろん不要である。容器には約１０個の端子１１７
が付き、全てのリード線は容器内で端子に接続される。 リード線の先端の矢印はこれを示している。端子は容器
の外部に露出しているので、容器の外部から容易に各リ
ード線に電圧を与えたり、内部の信号を把握することが
できる。本装置で情報が記録され、また、再生読みだし
される過程は図２で示した通りである。

【００１７】図３は、本発明のカセット型原子レベル加
工記録再生装置の斜視図である。本図は図１の理解を容
易にするためのものである。図中の番号のものは図１の
番号のものと同じものを示す。なお、端子やリード線な
どは省略されている。

【００１８】図４は、本発明のカセット型原子レベル加
工記録再生装置の他の実施例の移動機構の平面図である
。本実施例では、２本ずつ計４本のＸ方向およびＹ方向
移動機構の中心にＺ方向移動機構を置き、その下に探針
を固定した。基台４０１の上に４本の固定台４０２が固
定される。Ｘ方向移動のために、２本のＸ方向移動機構
４０３があり、並行ばね４０４を介して中央支持体４０
５につながる。同じようにして、Ｙ方向移動のために、
２本のＹ方向移動機構４０６があり、並行ばね４０７を
介して中央支持体につながる。Ｘ方向に移動するために
は、右側のＸ方向移動機構を縮小させ、左側のＸ方向移
動機構を伸長させて行う。Ｙ方向移動についても同様で
あることはいうまでもない。なお、移動機構、探針４０
８、および基板４０９へのリード線は省略し、図示して
ない。

【００１９】図５は、本発明のカセット型原子レベル加
工記録再生装置の図４に示した実施例の移動機構のＡＡ
’断面図である。中央支持体４０５の中にＺ方向移動機
構５０１が固定され、固定具５０２を介して探針４０８
が固定される。探針の上部には溜め５０３があり、付着
物質５０４が溜められる。図中の番号で図４の中の番号
と同じものは図４で示した物を示す。本実施例の移動機
構は剛性が高く、高さ方向の寸法を小さくできるので、
コンパクトで移動精度の高い記録再生装置を提供できる
。

【００２０】図６は、本発明のカセット型原子レベル加
工記録再生装置を収納し、計算機などと結合して実際に
記録再生を行う本体装置の一部断面図である。本体装置
の筐体６０１には信号処理制御装置６０２および真空排
気装置６０３が納められてあり、また、約１０個の接点
６０４も固定されている。接点と信号処理制御装置はリ
ード線６０５で結ばれている。カセット型原子レベル加
工記録再生装置６０６が本体装置に挿入されてロックハ
ンドル６０７で固定されると、真空引きの面６０８が真
空排気装置に密着する。Ｏリング６０９によってシール
されるので真空が漏れることはない。ここで、弁６１０
が開けられると、容器６１１の内部の真空の状態は真空
排気装置による排気によって、さらに向上する。もちろ
ん、カセット型原子レベル加工記録再生装置の内部の真
空排気装置によって十分な真空排気が可能な場合は外部
からの排気は不要であることはいうまでもない。一方、
この挿入によって、端子６１２も接点と接触して電気的
に結合する。計算機（図示していない）などの記録再生
処理を必要とする外部の装置と接続する、信号処理制御
装置からの信号によって、基板６１２に情報が記録され
、また、基板の上の情報が再生され読み出される。

【００２１】図７は、本発明の原子レベル加工記録再生
装置において、複数個のカセット型原子レベル加工記録
再生装置を装着できる装置の一部断面図である。本図は
図６を２段かさねた構造を示す。図では２個のカセット
型原子レベル加工記録再生装置を示したが、１００個を
装着することも困難ではない。その装置では、１０テラ
バイトという極めて大きな情報を記録再生できる装置を
提供できる。

【００２２】

【発明の効果】以上、述べてきたように本発明によれば
、 （１）１平方ｍｍの小さい基板に１００ギガバイトとい
う大きな情報量を記録し、かつ再生できるコンパクトな
記録再生装置を提供することができた。

【００２３】（２）カセット型原子レベル加工記録再生
装置を１００個装着することは容易で、それにより、１
０テラバイトという極めて大きな情報量を記録再生でき
る装置を提供することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のカセット型原子レベル加工記録再生装
置の実施例の断面図。

【図２】本発明の電界蒸発による原子１個の除去および
付着の概念図。

【図３】本発明のカセット型原子レベル加工記録再生装
置の実施例の斜視図。

【図４】本発明の移動機構の他の実施例の平面図。

【図５】本発明の移動機構の他の実施例の断面図。

【図６】本発明の原子レベル加工記録再生装置の実施例
の断面図。

【図７】本発明の原子レベル加工記録再生装置の他の実
施例の断面図。

【符号の説明】

１０１−−容器、１０２−−基台、１０３−−基板、１
０４−−穴、１０５−−固定台、１０６ａ−−Ｘ方向移
動機構、１０６ｂ−−Ｙ方向移動機構、１０６ｃ−−Ｚ
方向移動機構、１０７−−固定具、１０８−−探針、１
０９，１１２，１１３−−リード線、１１０−−溜め、
１１１−−付着物質、１１４−−弁、１１５−−Ｏリン
グ、１１６−−真空引きの面、１１７−−端子。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】原子レベルで加工される平坦な基板と、こ
   の基板に電圧をかけることによって１個の原子か１個の
   原子の塊を取るか付けるかして記録再生する探針と、こ
   の探針を平面的あるいは空間的に移動できる探針移動機
   構を、可搬できる小型の容器に収納したことを特徴とす
   るカセット型の原子レベル加工記録再生装置。
2. 【請求項２】請求項１の発明において、外部もしくは内
   部に設けられた真空発生装置によって、容器が真空に保
   たれることを特徴とするカセット型の原子レベル加工記
   録再生装置。
3. 【請求項３】請求項１及び２の発明において、探針、基
   板、探針移動機構およびその他の部材へのリード線の端
   子が容器の外部に位置することを特徴とするカセット型
   の原子レベル加工記録再生装置。
4. 【請求項４】請求項１から３までの発明のカセット型の
   原子レベル加工記録再生装置を１台もしくは複数台を収
   納し、計算機などと結合して記録再生できる装置。