JPH04242061A - 表面原子の加工方法及び装置及びこれを用いた原子メモリ装置 - Google Patents

表面原子の加工方法及び装置及びこれを用いた原子メモリ装置

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JPH04242061A
JPH04242061A JP191391A JP191391A JPH04242061A JP H04242061 A JPH04242061 A JP H04242061A JP 191391 A JP191391 A JP 191391A JP 191391 A JP191391 A JP 191391A JP H04242061 A JPH04242061 A JP H04242061A
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JP
Japan
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probe
atoms
atomic
processing
substrate
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JP191391A
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Fumihiko Uchida
内田 史彦
Masakazu Ichikawa
昌和 市川
Shigeyuki Hosoki
茂行 細木
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
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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。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】量子細線、量子箱等の量子効果半
導体素子の形成方法及び形成装置ならびに原子の配列を
利用したメモリ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】STM(走査トンネル顕微鏡)は、表面
上の原子を1個1個観察する手段として物質表面の分析
に用いられている。極く最近、上述のSTMの利点をさ
らに発展させて、原子1個1個を人工的に操作するアト
ミックマニュプレ−ションに関する研究が進められてい
る。
【0003】これまで、このアトミックマニュプレ−シ
ョンに関する例としては、ネイチャ−(1990年、3
44巻)のp524(Nature,344(1990
)524.)に開示されている。これは、4Kという極
低温でニッケルの(110)面に、キセノン原子を1原
子ずつSTMで制御してIBMという絵文字を並べたも
のである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、現状のアトミ
ックマニュプレ−ション技術を用いて上述の半導体分野
、計算機メモリの分野へ展開するためには、二つの実用
上の大きな障壁があった。  一つはマニュプレ−ショ
ンにかかる時間である。例えば、前述の公知例では、ニ
ッケルの(110)面上にばらまいたキセノン原子をS
TM探針を用いて一つずつ移動しては離すという動作が
必要である。一方、半導体やメモリの分野で性能を発揮
するためには少なくともミクロンからミリメ−タのオ−
ダの代表寸法が必要となるであろう。原子の個数にする
と一辺で10の3乗個以上、面内で10の6乗個以上と
いうことになる。一つの操作に数秒かかるとすると、半
導体やメモリで必要となる原子の個数を操作するには多
くの時間を要するため実用上不可能といえる。
【0005】他の一つは、基板の原子オ−ダでの安定性
である。これには表面の汚染による原子面の変化、なら
びに熱的変動による原子相対位置の変動がある。原子を
操作した面が変質してしまう状況では、産業上の分野へ
の適用は困難である。この基板の変質は、時間がかかる
ほど進行する。この点でも表面原子の加工における高速
性は必要とされていた。
【0006】
【課題を解決するための手段】そこでSTMの探針に電
圧または電流の電気的作用を加える表面原子の加工装置
において、STMで表面形状を計測したときの探針の軌
跡を記憶し、次に記憶した軌跡に従って探針を走査する
際に所定の位置で表面原子を加工するための電気的作用
を付加できるようにした。また、他の手段としてSTM
の計測中に所定の表面原子位置に応じて、表面原子を加
工するための電気的作用を付加できる構成とした。
【0007】
【作用】本発明を用いれば、STMの計測と同様な操作
で探針を走査しながら表面原子の除去や他の原子の付着
に必要な電気的作用を同時に行える。
【0008】
【実施例】以下、本発明の詳細を実施例を示す図面を用
いて説明する。図1は表面原子の加工方法の1実施例を
示す。本実施例では、表面の形状を計測するSTMモ−
ド(a図)と、測定した形状に従って探針2を動かしな
がら表面原子を加工する原子マニュプレ−ションモ−ド
(b図)からなる。a図に示すように原子配列を有する
基板1と探針2との間にトンネル電流Itを発生するた
めに必要な電圧Vtを電圧制御回路5によって付加する
。探針を図中X方向に走査したときのトンネル電流をト
ンネル電流検出回路4によって検出し、これを電流電圧
変換回路によって電圧信号に変換する。この電圧が一定
となるように探針1のZ方向駆動機構によって探針2の
位置を変動する。以上述べたSTMの手法において探針
2のX方向の移動量に対するZ方向の変動量を記憶する
メモリ装置6を設けた。b図に示すように次の工程にお
いてメモリ装置6に記憶した探針2の軌跡信号をを探針
の駆動機構3に付加して探針1を走査するとともに、表
面原子の加工に必要な電圧Vmを電圧制御回路5によっ
て基板1と探針2の間に加える。この手法によれば表面
原子の加工中に探針2はトンネル電流の検出をせずに表
面原子と一定の間隔で走査できる。従って探針2を走査
したまま表面原子の加工に必要な電圧を探針2に付加で
きるので、高速な表面原子の加工を実現できる。ただし
、本実施例は、計測の工程と加工の工程とを別に行うた
めに、二つの工程間での原子配列の変動が問題となる可
能性がある。これを防ぐためには、その主因である温度
変動を抑制する基板の温度制御機構が必要である。また
基板2の汚染による原子配列の変質を防ぐために基板2
を真空中に保持する手法があげられる。
【0009】図2はSTMの計測と同時に表面原子を加
工する他の実施例を示す。表面原子の状態を通常のST
Mで計測中に、探針の横方向走査量に対応する所定の原
子位置で電圧制御回路10によって表面原子の加工に必
要な電圧を付加するものである。ここで1原子の単位で
表面原子を加工するために、また基板1と探針との間隔
を一定に保ち安定な加工を行うために一原子の走査時間
よりも短い時間で表面原子の加工用の電圧を付加する必
要がある。また、上述の構成では表面原子の加工用の電
圧を付加している間は、トンネル電流の検出に適した電
圧とは異なるために探針の位置制御ができない。そこで
、図中に示す電圧保持回路11を設け、加工電圧付加中
は探針の駆動機構3への制御信号を保持するようにして
いる。このような構成にすればSTMの計測中に同時に
表面原子の加工が可能になる。従って、実用的な時間で
原子一個一個の加工ができる。また計測と加工との時間
的差がないので原子配列の変動の影響を受けないという
利点がある。これまで述べた実施例では、表面原子の加
工のための電気的作用として電圧を付加する手段につい
て示したが、電流を付加する場合にも同様に適用できる
【0010】図3に図2に示した表面原子の加工方法を
用いた原子メモリ装置の原理図を示す。原子配列を有す
る基板1は、基板温度制御用の基板ホルダ16に保持さ
れる。基板ホルダ16は、温度制御回路17によって一
定温度に保たれ、基板1の温度変動を抑制する。これは
温度変動による原子間隔の変動を防ぐためである。また
基板1、基板ホルダ16、探針2、探針の駆動機構3は
真空チャンバ18の中に設置されている。これは基板表
面の汚染を防ぐためである。原子配列を有する基板2へ
のデ−タ書き込みは、書き込みデ−タ制御装置13から
転送されるデ−タを書き込みデ−タ変換回路12によっ
て原子配列信号に変換し、図2に示した表面原子の加工
装置によって基板2に書き込むことによって行われる。 一方、デ−タを書き込まれた基板1からのデ−タの読み
出しは、基板1の表面をSTMによって計測し、この時
得られる原子の配列情報を読みだしデ−タ変換回路14
によってデジタル信号に変換し、読みだしデ−タ制御装
置16に転送することによって行われる。この実施例で
は図2の表面原子加工方法を用いたが、図1の実施例を
用いることもできる。また、本実施例は読み出しと書き
込みができる構成について述べたが、読み出しまたは書
き込み専用装置の場合も可能であることはいうまでもな
い。
【0011】
【発明の効果】本発明を用いれば、STMの計測時と同
様の速度で表面原子の加工が可能となる。さらに、実用
的な原子メモリ装置として上述の表面原子の加工方法を
メモリの書き込みに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の位置実施例を示す表面原子の加工方法
の説明図である。
【図2】本発明の位置実施例を示す表面原子の加工方法
の説明図である。
【図3】原子メモリ装置の原理を示すブロック図である
【符号の説明】

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】STMの探針に電気的作用を与えて基板の
    表面原子を除去または他の原子を付着する表面原子の加
    工において、STMの計測と同様な走査で探針を走査し
    ながら表面原子の加工に必要な電気的作用を探針に付加
    することを特徴とする表面原子の加工方法。
  2. 【請求項2】STMの探針に電気的作用を与えて基板の
    表面原子を除去または基板に他の原子を付着する表面原
    子の加工において、あらかじめ加工する表面の形状を計
    測し、探針の移動軌跡を記憶する第一の工程と、記憶し
    た移動軌跡によって探針を移動させながら探針に表面原
    子の加工に必要な電気的作用を与える第二の工程からな
    る表面原子の加工方法。
  3. 【請求項3】STMの探針に電気的作用を与えて基板の
    表面原子を除去または基板に他の原子を付着する表面原
    子の加工において、探針と基板との間にトンネル電流の
    検知に必要な電圧を加えて表面形状の計測を行う探針の
    走査中に、所望の表面原子位置で表面原子の加工に必要
    な電気的作用を探針に加えることを特徴とする、表面原
    子の加工方法。
  4. 【請求項4】表面原子の加工に必要な電気的作用を、表
    面原子一個の走査時間よりも短い時間で加えることを特
    徴とする、請求項3記載のの表面原子の加工方法。
  5. 【請求項5】表面原子の加工に必要な電気的作用を加え
    ている間、探針位置を保持することを特徴とする請求項
    3記載の表面原子の加工方法。
  6. 【請求項6】原子配列を有する基板と、STM用の探針
    と、前記探針の駆動機構と、トンネル電流の検出回路と
    、原子の付着、除去用のための前記探針への電気的作用
    を付加する回路とを備えた表面原子の加工装置において
    、前記STM用の探針の移動軌跡を記憶するメモリを有
    し、記憶された探針の移動軌跡によって探針を走査しな
    がら所望の位置で原子の付着、除去用のための前記探針
    への電気的作用をを付加する制御回路を設けたことを特
    徴とする表面原子の加工装置。
  7. 【請求項7】原子配列を有する基板と、STM用の探針
    と、前記探針の駆動機構と、トンネル電流の検出回路と
    、原子の付着、除去用のための前記探針への電気的作用
    の付加回路とを備えた表面原子の加工装置において、表
    面原子位置の検出回路を有し、前記表面原子位置の検出
    回路で検出される所定の原子位置で原子の付着、除去用
    のための前記探針への電気的作用を付加する制御回路を
    備えた表面原子の加工装置。
  8. 【請求項8】原子の付着、除去用のための前記探針への
    電気的作用の付加中に探針と表面原子との間隔を保持す
    るための制御回路を備えたことを特徴とする請求項7記
    載の表面原子の加工装置。
  9. 【請求項9】前記基板が真空室中にあることを特徴とす
    る請求項6ならびに請求項7記載の表面原子の加工装置
  10. 【請求項10】前記基板の温度を一定に保つための基板
    温度制御手段を備えたことを特徴とする請求項6ならび
    に請求項7記載の表面原子の加工装置。
  11. 【請求項11】表面原子を除去あるいは他の原子を付着
    した原子配列を有する基板と、STM用の探針と、前記
    探針の駆動機構と、トンネル電流の検出回路とを有し、
    前記探針を走査して得られる原子配列信号をデジタルの
    信号に変換するメモリ読み出し回路を備えた原子メモリ
    装置。
  12. 【請求項12】請求項11記載の原子メモリ装置におい
    て、書き込み用のデジタル信号を原子の配列信号へ変換
    するメモリ書き込み回路と、前記原子配列信号によって
    STM用の探針へ表面原子除去あるいは原子付着のため
    の電気的作用の印加を行う制御回路を備えた原子メモリ
    装置。
  13. 【請求項13】請求項5記載の表面原子加工装置を備え
    た請求項12記載の原子メモリ装置。
  14. 【請求項14】請求項6記載の表面原子加工装置を備え
    た請求項12記載の原子メモリ装置。
  15. 【請求項15】請求項7記載の表面原子加工装置を備え
    た請求項12記載の原子メモリ装置。
  16. 【請求項16】請求項8記載の表面原子加工装置を備え
    た請求項12記載の原子メモリ装置。
  17. 【請求項17】請求項9記載の表面原子加工装置を備え
    た請求項12記載の原子メモリ装置。
  18. 【請求項18】前記電気的作用が電圧の付加であること
    を特徴とする、請求項12記載の原子メモリ装置。
  19. 【請求項19】前記電気的作用が電流の付加であること
    を特徴とする、請求項12記載の原子メモリ装置。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001080275A1 (en) * 2000-04-03 2001-10-25 Tae Wook Park Short and break tester probe for plasma display pannel
JP2008173728A (ja) * 2007-01-19 2008-07-31 Sii Nanotechnology Inc 原子間力顕微鏡微細加工装置及び原子間力顕微鏡を用いた微細加工方法
JP2009512847A (ja) * 2005-10-21 2009-03-26 サントル ナショナル デ ラ ルシェルシュ シィアンティフィク (セ.エヌ.エール.エス.) 読み取り/書き込みチップ、ヘッドおよび装置、およびその使用法、およびその製造方法
US9408089B2 (en) 2010-07-09 2016-08-02 Alcatel Lucent Method of operating a base station and base station

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