JPH04263142A - プローブユニット、これを用いた情報処理装置及び情報処理方法 - Google Patents
プローブユニット、これを用いた情報処理装置及び情報処理方法Info
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- JPH04263142A JPH04263142A JP3518691A JP3518691A JPH04263142A JP H04263142 A JPH04263142 A JP H04263142A JP 3518691 A JP3518691 A JP 3518691A JP 3518691 A JP3518691 A JP 3518691A JP H04263142 A JPH04263142 A JP H04263142A
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Classifications
-
- 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
- G11B9/12—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
- G11B9/14—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
- G11B9/1409—Heads
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
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-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
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- G11B9/1472—Record carriers for recording or reproduction involving the use of microscopic probe means characterised by the form
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-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q80/00—Applications, other than SPM, of scanning-probe techniques
Landscapes
- Measurement Of Length, Angles, Or The Like Using Electric Or Magnetic Means (AREA)
- Optical Head (AREA)
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】
【産業上の利用分野】本発明は、走査型トンネル顕微鏡
（ＳＴＭ）に用いたときに高分解能の表面観察を可能と
し、記録再生装置に用いたときに大容量・高密度の記録
を行うことを可能とするプローブユニット、これを用い
た情報処理装置及び情報処理方法に関する。
（ＳＴＭ）に用いたときに高分解能の表面観察を可能と
し、記録再生装置に用いたときに大容量・高密度の記録
を行うことを可能とするプローブユニット、これを用い
た情報処理装置及び情報処理方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、記録再生装置におけるデータの記
録容量は年々大きくなる傾向があり、記録単位の大きさ
は小さく記録密度は高くなっている。例えば光記録によ
るディジタル・オーディオ・ディスクにおいては記録単
位の大きさは１μｍ２ 程度にまで及んでいる。その背
景には、メモリ材料開発の活発化があり、有機色素・フ
ォトポリマーなどの有機薄膜を用いた安価で高密度な記
録媒体が登場してきている。
録容量は年々大きくなる傾向があり、記録単位の大きさ
は小さく記録密度は高くなっている。例えば光記録によ
るディジタル・オーディオ・ディスクにおいては記録単
位の大きさは１μｍ２ 程度にまで及んでいる。その背
景には、メモリ材料開発の活発化があり、有機色素・フ
ォトポリマーなどの有機薄膜を用いた安価で高密度な記
録媒体が登場してきている。
【０００３】一方、最近、導体の表面原子の電子構造を
直接観察できる走査型トンネル顕微鏡（以後ＳＴＭと略
す）が開発され［Ｇ． Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔ ａ
ｌ．， Ｈｅｌｖｅｔｉｃａ Ｐｈｙｓｉｃａ
ｃｔａ， ５５， ７２６（１９８２）］、単結晶
，非晶質を問わず実空間像の高い分解能の測定ができる
ようになり、しかも媒体に電流による損傷を与えずに低
電力で観測できる利点をも有し、さらに大気中でも動作
し種々の材料に対して用いることができるため広範囲な
応用が期待されている。
直接観察できる走査型トンネル顕微鏡（以後ＳＴＭと略
す）が開発され［Ｇ． Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔ ａ
ｌ．， Ｈｅｌｖｅｔｉｃａ Ｐｈｙｓｉｃａ
ｃｔａ， ５５， ７２６（１９８２）］、単結晶
，非晶質を問わず実空間像の高い分解能の測定ができる
ようになり、しかも媒体に電流による損傷を与えずに低
電力で観測できる利点をも有し、さらに大気中でも動作
し種々の材料に対して用いることができるため広範囲な
応用が期待されている。
【０００４】ＳＴＭは金属の探針（プローブ電極）と導
電性物質の間に電圧を加えて１ｎｍ程度の距離まで近づ
けるとトンネル電流が流れることを利用している。この
電流は両者の距離変化に非常に敏感であり、電流もしく
は両者の平均的な距離を一定に保つように探針を走査す
ることにより実空間の表面情報を得ることができる。こ
の際、面内方向の分解能は１Å程度である。
電性物質の間に電圧を加えて１ｎｍ程度の距離まで近づ
けるとトンネル電流が流れることを利用している。この
電流は両者の距離変化に非常に敏感であり、電流もしく
は両者の平均的な距離を一定に保つように探針を走査す
ることにより実空間の表面情報を得ることができる。こ
の際、面内方向の分解能は１Å程度である。
【０００５】このＳＴＭの原理を応用すれば十分に原子
オーダー（数Å）での高密度記録再生を行うことが可能
である。この際の記録再生方法としては、粒子線（電子
線，イオン線）或いはＸ線等の高エネルギー電磁波及び
可視・紫外線等のエネルギー線を用いて適当な記録層の
表面状態を変化させて記録を行い、ＳＴＭで再生する方
法（特開昭６３−２０４５３１号公報）や、記録層とし
て電圧電流のスイッチング特性に対してメモリ効果をも
つ材料、例えばπ電子系有機化合物やカルコゲン化物類
の薄膜層を用いて、記録・再生をＳＴＭを用いて行う方
法（特開昭６３−１６１５５２号公報、特開昭６３−１
６１５５３号公報）等が提案されている。
オーダー（数Å）での高密度記録再生を行うことが可能
である。この際の記録再生方法としては、粒子線（電子
線，イオン線）或いはＸ線等の高エネルギー電磁波及び
可視・紫外線等のエネルギー線を用いて適当な記録層の
表面状態を変化させて記録を行い、ＳＴＭで再生する方
法（特開昭６３−２０４５３１号公報）や、記録層とし
て電圧電流のスイッチング特性に対してメモリ効果をも
つ材料、例えばπ電子系有機化合物やカルコゲン化物類
の薄膜層を用いて、記録・再生をＳＴＭを用いて行う方
法（特開昭６３−１６１５５２号公報、特開昭６３−１
６１５５３号公報）等が提案されている。
【０００６】この分子レベルの記録再生を行うためには
、記録層に対向する探針先端部の曲率半径が小さければ
小さいほど記録密度が高くなるため、理想的には１原子
程度まで鋭くなっている探針が望まれている。と同時に
、記録・再生システムの機能向上、特に高速化の観点か
ら、多数のプローブを同時に駆動すること（プローブの
マルチ化）が提案され、この為に同一基板上に作製され
た特性の揃ったプローブが求められている。
、記録層に対向する探針先端部の曲率半径が小さければ
小さいほど記録密度が高くなるため、理想的には１原子
程度まで鋭くなっている探針が望まれている。と同時に
、記録・再生システムの機能向上、特に高速化の観点か
ら、多数のプローブを同時に駆動すること（プローブの
マルチ化）が提案され、この為に同一基板上に作製され
た特性の揃ったプローブが求められている。
【０００７】従来、上記の様な電極面積あるいは先端部
の曲率半径が小さいプローブ電極は切削及び電界研磨法
等を用いて製造されていた。切削法では時計旋盤を用い
て繊維状結晶の線材を切削し曲率半径５乃至１０μｍの
微小先端部をもつプローブの製造が可能であり、ダイス
による線引加工によれば曲率半径１０μｍ以下のものが
可能である。また、電界研磨法はプローブとなる線材（
通常、直径１ｍｍ以下）を電界液中で電圧印加によって
浸食させ先端を尖らせるものであるが、先端曲率半径０
．１乃至１μｍと切削法より微小なプローブを製造する
ことができる。
の曲率半径が小さいプローブ電極は切削及び電界研磨法
等を用いて製造されていた。切削法では時計旋盤を用い
て繊維状結晶の線材を切削し曲率半径５乃至１０μｍの
微小先端部をもつプローブの製造が可能であり、ダイス
による線引加工によれば曲率半径１０μｍ以下のものが
可能である。また、電界研磨法はプローブとなる線材（
通常、直径１ｍｍ以下）を電界液中で電圧印加によって
浸食させ先端を尖らせるものであるが、先端曲率半径０
．１乃至１μｍと切削法より微小なプローブを製造する
ことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
従来の微小プローブ製造方法のうち、切削法は先端曲率
を小さくすることに適していないばかりでなく、プロー
ブに応力が加わるために曲がり易いという欠点も有して
いる。また、電界研磨法で作製したプローブ先端も決し
て原子、分子オーダの曲率半径を満足するものではない
。更に、上述した従来の製造方法では微小な形状を再現
性よく作製することが難しく、製造工程での歩留まりが
低いと同時に、同一基板上に特性の揃った多数のプロー
ブを作製することは困難であった。
従来の微小プローブ製造方法のうち、切削法は先端曲率
を小さくすることに適していないばかりでなく、プロー
ブに応力が加わるために曲がり易いという欠点も有して
いる。また、電界研磨法で作製したプローブ先端も決し
て原子、分子オーダの曲率半径を満足するものではない
。更に、上述した従来の製造方法では微小な形状を再現
性よく作製することが難しく、製造工程での歩留まりが
低いと同時に、同一基板上に特性の揃った多数のプロー
ブを作製することは困難であった。
【０００９】また、上記方法で製作したプローブ電極は
、ネジによる固定やばね力による保持などで装置に固定
されるため、プローブ電極の先端に着目すると、剛性が
弱く、即ち固有振動数が低いという欠点もある。このた
めプローブユニットは、振動等の外乱に対し不安定とな
る。その結果、記録再生の分解能の低下や、プローブ電
極の記録媒体への衝突といった問題点が生じていた。 この事は、電解研磨法によって製作されたプローブ電極
の先端についてもいえることである。
、ネジによる固定やばね力による保持などで装置に固定
されるため、プローブ電極の先端に着目すると、剛性が
弱く、即ち固有振動数が低いという欠点もある。このた
めプローブユニットは、振動等の外乱に対し不安定とな
る。その結果、記録再生の分解能の低下や、プローブ電
極の記録媒体への衝突といった問題点が生じていた。 この事は、電解研磨法によって製作されたプローブ電極
の先端についてもいえることである。
【００１０】従って上述の記録方法は、何れもＳＴＭの
特徴を生かした高密度記録を可能にする方法ではあるが
、この高密度化は、プローブ電極の先端曲率半径をいか
に小さく製作するかに依存している。
特徴を生かした高密度記録を可能にする方法ではあるが
、この高密度化は、プローブ電極の先端曲率半径をいか
に小さく製作するかに依存している。
【００１１】そこで、本発明の目的は、原子レベルの大
きさの鋭い尖頭部を有し、かつ剛性の高いプローブ電極
を有するプローブユニット、並びに、これを用いて高分
解能の表面観察あるいは大容量・高密度の記録を行うこ
とを可能とする情報処理装置及び情報処理方法提供する
ことにある。
きさの鋭い尖頭部を有し、かつ剛性の高いプローブ電極
を有するプローブユニット、並びに、これを用いて高分
解能の表面観察あるいは大容量・高密度の記録を行うこ
とを可能とする情報処理装置及び情報処理方法提供する
ことにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段及び作用】本発明のプロー
ブユニットは、請求項１に示されるように、基板と、該
基板上に形成された２μｍ以上１０μｍ以下の高さを有
する微小突起を有するものである。
ブユニットは、請求項１に示されるように、基板と、該
基板上に形成された２μｍ以上１０μｍ以下の高さを有
する微小突起を有するものである。
【００１３】本発明の情報処理装置は、請求項６に示さ
れるように、基板と、基板上に形成された２μｍ以上１
０μｍ以下の高さを有する微小突起からなるプローブ電
極、該プローブ電極に対向して設けられた記録媒体、該
プローブ電極と該記録媒体の間に電圧を印加する手段を
有するものである。
れるように、基板と、基板上に形成された２μｍ以上１
０μｍ以下の高さを有する微小突起からなるプローブ電
極、該プローブ電極に対向して設けられた記録媒体、該
プローブ電極と該記録媒体の間に電圧を印加する手段を
有するものである。
【００１４】更に本発明の情報処理方法は、請求項２２
〜２４に示されるように、請求項１のプローブユニット
を用い、プローブ電極と試料又は記録媒体の間にバイア
ス電圧やパルス電圧を印加して、情報の読取り、情報の
記録・消去を行うものである。
〜２４に示されるように、請求項１のプローブユニット
を用い、プローブ電極と試料又は記録媒体の間にバイア
ス電圧やパルス電圧を印加して、情報の読取り、情報の
記録・消去を行うものである。
【００１５】以下、本発明の各構成部について詳細に説
明する。
明する。
【００１６】［プローブ電極］先端曲率半径が小さくか
つ形状の揃った電極を同一基板上に多数作製する公知技
術として、電子線放射用冷陰極に関する製造方法、特に
ＳＲＩ研究所のスピントの報告（Ｊ． Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．， ３９（１９６８）３５０４）に基づ
く技術がある。すなわち、基板の前に置かれたマスク板
に冷陰極材料の金属ないし金属酸化物を斜方蒸着し、こ
の時マスク開口部面積が蒸着に伴って小さくなることを
積極的に利用して、マスク開口部下に円錐状ないし角錐
状の突起を作製、これを電子線放出用冷陰極として用い
るものである。
つ形状の揃った電極を同一基板上に多数作製する公知技
術として、電子線放射用冷陰極に関する製造方法、特に
ＳＲＩ研究所のスピントの報告（Ｊ． Ａｐｐｌ．
Ｐｈｙｓ．， ３９（１９６８）３５０４）に基づ
く技術がある。すなわち、基板の前に置かれたマスク板
に冷陰極材料の金属ないし金属酸化物を斜方蒸着し、こ
の時マスク開口部面積が蒸着に伴って小さくなることを
積極的に利用して、マスク開口部下に円錐状ないし角錐
状の突起を作製、これを電子線放出用冷陰極として用い
るものである。
【００１７】本発明は、プローブ電極における前述の問
題点を解決し本発明の目的を達成すべく、上記スピント
の冷陰極製造方法を適用することによって作製した支持
体上の突起をプローブ電極として用いるものである。
題点を解決し本発明の目的を達成すべく、上記スピント
の冷陰極製造方法を適用することによって作製した支持
体上の突起をプローブ電極として用いるものである。
【００１８】本発明のプローブ電極の著しい効果の主た
るものは、該プローブ電極の形状に大きく起因する。従
って、本発明の詳細を述べるにあたって、まず、該プロ
ーブ電極の作製法を明らかにする。
るものは、該プローブ電極の形状に大きく起因する。従
って、本発明の詳細を述べるにあたって、まず、該プロ
ーブ電極の作製法を明らかにする。
【００１９】図１は、作製手順ならびに作製法の概略を
示すものである。まず最初に、基板１上に、配線用金属
２とマスク支持体３と、円形ないし多角形の開口部７を
有する蒸着マスク４とからなる層状構造の複合薄膜をあ
らかじめ用意する。係る複合薄膜の作製方法は従来公知
の技術、例えば半導体産業で一般に用いられている真空
蒸着法やスパッタ法、化学気相成長法などの薄膜作製技
術やフォトリソグラフ技術およびエッチング技術を適用
することができ、その作製方法は本発明を制限するもの
ではない。
示すものである。まず最初に、基板１上に、配線用金属
２とマスク支持体３と、円形ないし多角形の開口部７を
有する蒸着マスク４とからなる層状構造の複合薄膜をあ
らかじめ用意する。係る複合薄膜の作製方法は従来公知
の技術、例えば半導体産業で一般に用いられている真空
蒸着法やスパッタ法、化学気相成長法などの薄膜作製技
術やフォトリソグラフ技術およびエッチング技術を適用
することができ、その作製方法は本発明を制限するもの
ではない。
【００２０】次に、図１（ａ）に示すように、係る基板
１を基板回転機構６で回転させた状態で、基板１上の複
合薄膜に対して斜め方向から開口部７に向かって、所望
のプローブ電極材料５を蒸着する。この時、蒸着マスク
４上にも係るプローブ電極材料５が蒸着され、かつ、係
る蒸着マスク４の開口部７端にも蒸着されるために、蒸
着の進行に伴って開口部７が覆われ、開口部７の面積が
減少する（図１（ｂ））。その結果、蒸着マスク４下に
、プローブ電極となる、先端の尖った円錐ないし角錐状
の蒸着物質による微小突起８が形成される。
１を基板回転機構６で回転させた状態で、基板１上の複
合薄膜に対して斜め方向から開口部７に向かって、所望
のプローブ電極材料５を蒸着する。この時、蒸着マスク
４上にも係るプローブ電極材料５が蒸着され、かつ、係
る蒸着マスク４の開口部７端にも蒸着されるために、蒸
着の進行に伴って開口部７が覆われ、開口部７の面積が
減少する（図１（ｂ））。その結果、蒸着マスク４下に
、プローブ電極となる、先端の尖った円錐ないし角錐状
の蒸着物質による微小突起８が形成される。
【００２１】尚、プローブ電極として用いられる該微小
突起８は、前述した様に剛性が高いこ必要があり、従っ
て高さも低いことが望まれる。プローブ電極の底面の大
きさは、配線材幅や加工精度の観点から、１〜１０μｍ
程度が妥当であり、高い剛性を実現するためにはプロー
ブ電極の高さも同程度、即ち１０μｍ以下が好ましい。 また、蒸着等の薄膜作製技術によって形成することから
も、生産性、経済性の観点から微小突起８の高さとして
１０μｍ以下が好適である。製造歩留り等を考えるなら
ば、更に好ましくは８μｍ以下である。一方、記録媒体
や記録媒体の基板表面の凹凸、或は基板の設置精度、基
板のたわみ等の制限から、プローブ電極として機能する
ためには少くとも２μｍ以上の高さを有することが好ま
しい。
突起８は、前述した様に剛性が高いこ必要があり、従っ
て高さも低いことが望まれる。プローブ電極の底面の大
きさは、配線材幅や加工精度の観点から、１〜１０μｍ
程度が妥当であり、高い剛性を実現するためにはプロー
ブ電極の高さも同程度、即ち１０μｍ以下が好ましい。 また、蒸着等の薄膜作製技術によって形成することから
も、生産性、経済性の観点から微小突起８の高さとして
１０μｍ以下が好適である。製造歩留り等を考えるなら
ば、更に好ましくは８μｍ以下である。一方、記録媒体
や記録媒体の基板表面の凹凸、或は基板の設置精度、基
板のたわみ等の制限から、プローブ電極として機能する
ためには少くとも２μｍ以上の高さを有することが好ま
しい。
【００２２】その後、蒸着マスク４及びマスク支持体３
を化学処理等によって取り除くことによって、前記基板
１上にプローブ電極が得られる（図１（ｃ））。勿論、
蒸着マスク４あるいはマスク支持体３が該プローブ電極
の機能および動作を阻止しない限りにおいては、係る蒸
着マスク４ならびにマスク支持体３を除去する必要はな
い。ただし、係る蒸着マスク４を構成する材料もマスク
支持体３を構成する材料も、開口部７を有する前記複合
薄膜を形成するために、化学的処理あるいはフォトエッ
チングによって除去し易い材料であることが望ましい。 例えば、マスク支持体３材料としてフォトレジスト等の
有機材料やＡｌ２ Ｏ３ ，ＳｉＯ，ＳｉＯ２ ，Ｃａ
Ｆ２ ，ＭｇＦ２ などを、蒸着マスク４材料として金
属材料など、特に成膜およびエッチングの容易さからＣ
ｒやＡｌ，Ｗなどを用いる。また、Ｓｉをはじめとする
多くの半導体材料を用いることも可能である。特にＳｉ
単結晶においては、不純物（Ｐ，Ｓｂ，Ｂ，Ｉｎなど）
の種類および濃度によって、ケミカルエッチングに対し
て異なったエッチング速度を有することから、マスク支
持体３と蒸着マスク４の両方を構成し得る材料として有
望である。
を化学処理等によって取り除くことによって、前記基板
１上にプローブ電極が得られる（図１（ｃ））。勿論、
蒸着マスク４あるいはマスク支持体３が該プローブ電極
の機能および動作を阻止しない限りにおいては、係る蒸
着マスク４ならびにマスク支持体３を除去する必要はな
い。ただし、係る蒸着マスク４を構成する材料もマスク
支持体３を構成する材料も、開口部７を有する前記複合
薄膜を形成するために、化学的処理あるいはフォトエッ
チングによって除去し易い材料であることが望ましい。 例えば、マスク支持体３材料としてフォトレジスト等の
有機材料やＡｌ２ Ｏ３ ，ＳｉＯ，ＳｉＯ２ ，Ｃａ
Ｆ２ ，ＭｇＦ２ などを、蒸着マスク４材料として金
属材料など、特に成膜およびエッチングの容易さからＣ
ｒやＡｌ，Ｗなどを用いる。また、Ｓｉをはじめとする
多くの半導体材料を用いることも可能である。特にＳｉ
単結晶においては、不純物（Ｐ，Ｓｂ，Ｂ，Ｉｎなど）
の種類および濃度によって、ケミカルエッチングに対し
て異なったエッチング速度を有することから、マスク支
持体３と蒸着マスク４の両方を構成し得る材料として有
望である。
【００２３】尚、上記作製法例では、開口部７を覆う材
料とプローブ電極材料５が同一のものであったが、係る
開口部７を覆う材料（例えばマスク形成材料９）をプロ
ーブ電極材料５の蒸着と別途に斜め蒸着する方法でも、
本発明の目的を達成することができる（図２）。この時
、プローブ電極材料５の蒸着は開口部７の正面より蒸着
することが可能で、蒸着速度等の点に於て有益である。 また、斜め蒸着を２方向以上から同時に行なうことによ
って、基板１を回転させる必要がなくなる。
料とプローブ電極材料５が同一のものであったが、係る
開口部７を覆う材料（例えばマスク形成材料９）をプロ
ーブ電極材料５の蒸着と別途に斜め蒸着する方法でも、
本発明の目的を達成することができる（図２）。この時
、プローブ電極材料５の蒸着は開口部７の正面より蒸着
することが可能で、蒸着速度等の点に於て有益である。 また、斜め蒸着を２方向以上から同時に行なうことによ
って、基板１を回転させる必要がなくなる。
【００２４】以上、プローブ電極を作製する手段として
蒸着による方法例を挙げたが、ここで言う蒸着法とは、
抵抗加熱法や電子ビーム法による真空蒸着以外にも、広
く分子線ビームエピタキシャル法やイオンビーム成長法
等をも含むものである。また、スパッタリング法や化学
気相成長法など、他の一般的な薄膜成長方法によっても
プローブ電極を作製することができるが、開口部７の下
に形成される円錐状ないし角錐状の突起先端部の曲率半
径が前記蒸着法に比べて大きくなる。
蒸着による方法例を挙げたが、ここで言う蒸着法とは、
抵抗加熱法や電子ビーム法による真空蒸着以外にも、広
く分子線ビームエピタキシャル法やイオンビーム成長法
等をも含むものである。また、スパッタリング法や化学
気相成長法など、他の一般的な薄膜成長方法によっても
プローブ電極を作製することができるが、開口部７の下
に形成される円錐状ないし角錐状の突起先端部の曲率半
径が前記蒸着法に比べて大きくなる。
【００２５】しかしながら、蒸着法に適用される材料は
多岐にわたり、プローブ電極を構成する材料の選択性は
著しく高いといえる。係る材料としては、導電性の材料
であれば適用することができるが、経時及び環境に対す
る安定性の観点から、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ等の貴金
属が好ましい。基板１上に突起を他の材料によって作製
し、これを被覆するようにプローブ電極材料５を付与す
ることもできる。また、材料の選択性に限らず、本発明
によって、蒸着をはじめとする幾種もの簡易な製造方法
が適用することが可能になった。また基板１の自由度も
著しく向上した。更に、同時に多数の該プローブ電極を
形成することが容易であり、特性の揃ったプローブ電極
が得られることからプローブ電極のマルチ化に大きく貢
献することができる。
多岐にわたり、プローブ電極を構成する材料の選択性は
著しく高いといえる。係る材料としては、導電性の材料
であれば適用することができるが、経時及び環境に対す
る安定性の観点から、Ａｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｐｄ等の貴金
属が好ましい。基板１上に突起を他の材料によって作製
し、これを被覆するようにプローブ電極材料５を付与す
ることもできる。また、材料の選択性に限らず、本発明
によって、蒸着をはじめとする幾種もの簡易な製造方法
が適用することが可能になった。また基板１の自由度も
著しく向上した。更に、同時に多数の該プローブ電極を
形成することが容易であり、特性の揃ったプローブ電極
が得られることからプローブ電極のマルチ化に大きく貢
献することができる。
【００２６】一方、該プローブ電極をシリコン等の半導
体の基板１上に作製することも容易である。従って係る
基板１上に従来公知の製造方法で形成した半導体素子、
例えば通常のフォトリソグラフ工程で形成したシリコン
の基板１上のトランジスタ等の増幅ないしスイッチング
機能素子の上に、直接ないし充分に近接させて本発明の
プローブ電極を作製することができる。プローブ電極で
検出されるトンネル電流は電気信号として微弱であり、
かつ信号源としての出力インピーダンスが高いために、
信号処理ないし演算が行なわれる以前の段階で、できる
だけプローブ電極に近い所で、係る電気信号を増幅する
必要がある（前置増幅器）。従来、例えばＳＴＭに於て
プローブ電極と前置増幅器はその構成上の制限から、あ
る一定距離、離されて設置されていた。しかし上述した
ように、本発明によって、該プローブ電極と前置増幅器
間を事実上隣接させることが可能となった。勿論、信号
処理ないし演算回路まで同一基板上に形成することも可
能であり、著しい特性向上とともにシステムの小型化も
図ることができる。
体の基板１上に作製することも容易である。従って係る
基板１上に従来公知の製造方法で形成した半導体素子、
例えば通常のフォトリソグラフ工程で形成したシリコン
の基板１上のトランジスタ等の増幅ないしスイッチング
機能素子の上に、直接ないし充分に近接させて本発明の
プローブ電極を作製することができる。プローブ電極で
検出されるトンネル電流は電気信号として微弱であり、
かつ信号源としての出力インピーダンスが高いために、
信号処理ないし演算が行なわれる以前の段階で、できる
だけプローブ電極に近い所で、係る電気信号を増幅する
必要がある（前置増幅器）。従来、例えばＳＴＭに於て
プローブ電極と前置増幅器はその構成上の制限から、あ
る一定距離、離されて設置されていた。しかし上述した
ように、本発明によって、該プローブ電極と前置増幅器
間を事実上隣接させることが可能となった。勿論、信号
処理ないし演算回路まで同一基板上に形成することも可
能であり、著しい特性向上とともにシステムの小型化も
図ることができる。
【００２７】更に、該プローブ電極を、例えばＰＬＺＴ
圧電体のような駆動機構を有する基板１の上に直接、或
いは係る基板１上に形成された薄膜の上に作製すること
ができる。その結果、プローブ電極の駆動機構の単純化
、小型化に大きく貢献することができる。
圧電体のような駆動機構を有する基板１の上に直接、或
いは係る基板１上に形成された薄膜の上に作製すること
ができる。その結果、プローブ電極の駆動機構の単純化
、小型化に大きく貢献することができる。
【００２８】［記録媒体］本発明で用いられる記録媒体
としては、電流・電圧特性に於いて、メモリースイッチ
ング現象（電気メモリー効果）をもつ材料を利用できる
。例えば、
としては、電流・電圧特性に於いて、メモリースイッチ
ング現象（電気メモリー効果）をもつ材料を利用できる
。例えば、
【００２９】（１）酸化物ガラスやホウ酸塩ガラスある
いは周期律表ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖ，ＶＩ族元素と化合した
Ｓｅ，Ｔｅ，Ａｓを含んだカルコゲン化物ガラス等のア
モルファス半導体が挙げられる。それらは光学的バンド
ギャップＥｇが０．６〜１．４ｅＶあるいは電気的活性
化エネルギーΔＥが０．７〜１．６ｅＶ程度の真性半導
体である。カルコゲン化物ガラスの具体例としては、Ａ
ｓ−Ｓｅ−Ｔｅ系、Ｇｅ−Ａｓ−Ｓｅ系、Ｓｉ−Ｇｅ−
Ａｓ−Ｔｅ系、例えばＳｉ１６Ｇｅ１４Ａｓ５ Ｔｅ６
５（添字は原子％）、あるいはＧｅ−Ｔｅ−Ｘ系、Ｓｉ
−Ｔｅ−Ｘ系（Ｘ＝少量のＶ，ＶＩ族元素）例えばＧｅ
１５Ｔｅ８１Ｓｂ２ Ｓ２ が挙げられる。
いは周期律表ＩＩＩ，ＩＶ，Ｖ，ＶＩ族元素と化合した
Ｓｅ，Ｔｅ，Ａｓを含んだカルコゲン化物ガラス等のア
モルファス半導体が挙げられる。それらは光学的バンド
ギャップＥｇが０．６〜１．４ｅＶあるいは電気的活性
化エネルギーΔＥが０．７〜１．６ｅＶ程度の真性半導
体である。カルコゲン化物ガラスの具体例としては、Ａ
ｓ−Ｓｅ−Ｔｅ系、Ｇｅ−Ａｓ−Ｓｅ系、Ｓｉ−Ｇｅ−
Ａｓ−Ｔｅ系、例えばＳｉ１６Ｇｅ１４Ａｓ５ Ｔｅ６
５（添字は原子％）、あるいはＧｅ−Ｔｅ−Ｘ系、Ｓｉ
−Ｔｅ−Ｘ系（Ｘ＝少量のＶ，ＶＩ族元素）例えばＧｅ
１５Ｔｅ８１Ｓｂ２ Ｓ２ が挙げられる。
【００３０】更にはＧｅ−Ｓｂ−Ｓｅ系カルコゲン化物
ガラスも用いることができる。
ガラスも用いることができる。
【００３１】上記化合物を電極上に堆積したアモルファ
ス半導体層において、膜面に垂直な方向にプローブ電極
を用いて電圧を印加することにより媒体の電気メモリー
効果を発現することができる。
ス半導体層において、膜面に垂直な方向にプローブ電極
を用いて電圧を印加することにより媒体の電気メモリー
効果を発現することができる。
【００３２】係る材料の堆積法としては従来公知の薄膜
形成技術で充分本発明の目的を達成することができる。 例えば好適な成膜法としては、真空蒸着法やクラスター
イオンビーム法等を挙げることができる。一般的には、
係る材料の電気メモリー効果は数μｍ以下の膜厚で観測
されており、記録媒体としての記録分解能に関しては、
より薄い方が好ましいが、均一性，記録性の観点から１
００Å以上１μｍ以下の膜厚のものが良く、更に好適に
は１０００Å以下の膜厚のものがよい。
形成技術で充分本発明の目的を達成することができる。 例えば好適な成膜法としては、真空蒸着法やクラスター
イオンビーム法等を挙げることができる。一般的には、
係る材料の電気メモリー効果は数μｍ以下の膜厚で観測
されており、記録媒体としての記録分解能に関しては、
より薄い方が好ましいが、均一性，記録性の観点から１
００Å以上１μｍ以下の膜厚のものが良く、更に好適に
は１０００Å以下の膜厚のものがよい。
【００３３】（２）更にはテトラキノジメタン（ＴＣＮ
Ｑ）、ＴＣＮＱ誘導体、例えばテトラフルオロテトラシ
アノキノジメタン（ＴＣＮＱＦ４ ）、テトラシアノエ
チレン（ＴＣＮＥ）およびテトラシアノナフトキノジメ
タン（ＴＮＡＰ）などの電子受容性化合物と銅や銀など
の還元電位が比較的低い金属との塩を電極上に堆積した
有機半導体層も挙げることができる。
Ｑ）、ＴＣＮＱ誘導体、例えばテトラフルオロテトラシ
アノキノジメタン（ＴＣＮＱＦ４ ）、テトラシアノエ
チレン（ＴＣＮＥ）およびテトラシアノナフトキノジメ
タン（ＴＮＡＰ）などの電子受容性化合物と銅や銀など
の還元電位が比較的低い金属との塩を電極上に堆積した
有機半導体層も挙げることができる。
【００３４】係る有機半導体層の形成法としては、銅あ
るいは銀の電極上に前記電子受容性化合物を真空蒸着す
る方法が用いられる。
るいは銀の電極上に前記電子受容性化合物を真空蒸着す
る方法が用いられる。
【００３５】かかる有機半導体の電気メモリー効果は、
数十μｍ以下の膜厚のもので観測されているが、成膜性
、均一性の観点から１００Å〜１μｍの膜厚のものが好
ましい。
数十μｍ以下の膜厚のもので観測されているが、成膜性
、均一性の観点から１００Å〜１μｍの膜厚のものが好
ましい。
【００３６】（３）また更にはアモルファスシリコンを
材料とした記録媒体を挙げることができる。例えば金属
／ａ−Ｓｉ（ｐ＋ 層／ｎ層／ｉ層）あるいは金属／ａ
−Ｓｉ（ｎ＋層／ｐ層／ｉ層）の層構成を有する記録媒
体であり、ａ−Ｓｉの各層の堆積法は従来公知の方法に
よって充分行うことが可能である。本発明では好適には
グローディスチャージ法（ＧＤ）が用いられる。ａ−Ｓ
ｉの膜厚はｎ層としては２０００Å〜８０００Å、ｉ層
，ｐ＋ 層は１０００Å程度が好適であり、全膜厚は０
．５μｍ〜１μｍ程度のものが良い。
材料とした記録媒体を挙げることができる。例えば金属
／ａ−Ｓｉ（ｐ＋ 層／ｎ層／ｉ層）あるいは金属／ａ
−Ｓｉ（ｎ＋層／ｐ層／ｉ層）の層構成を有する記録媒
体であり、ａ−Ｓｉの各層の堆積法は従来公知の方法に
よって充分行うことが可能である。本発明では好適には
グローディスチャージ法（ＧＤ）が用いられる。ａ−Ｓ
ｉの膜厚はｎ層としては２０００Å〜８０００Å、ｉ層
，ｐ＋ 層は１０００Å程度が好適であり、全膜厚は０
．５μｍ〜１μｍ程度のものが良い。
【００３７】（４）また更にはπ電子共役系をもつ群と
σ電子準位のみを有する群を併有する分子を電極上に積
層した記録媒体を挙げることができる。
σ電子準位のみを有する群を併有する分子を電極上に積
層した記録媒体を挙げることができる。
【００３８】本発明に好適なπ電子共役系を有する色素
の構造としては例えば、フタロシアニン、テトラフェニ
ルポルフィン等のポルフィリン骨格を有する色素、スク
アリリウム基及びクロコニックメチン基を結合鎖として
もつアズレン系色素及びキノリン、ベンゾチアゾール、
ベンゾオキサゾール等の２ケの含窒素複素環をスクアリ
リウム基及びクロコニックメチン基により結合したシア
ニン系類似の色素、またはシアニン色素、アントラセン
及びピレン等の縮合多環芳香族、及び芳香環及び複素環
化合物が重合した鎖状化合物及びジアセチレン基の重合
体、さらにはテトラキノジメタンまたはテトラチオフル
バレンの誘導体およびその類縁体およびその電荷移動錯
体また更にはフェロセン、トリスビピリジンルテニウム
錯体等の金属錯体化合物が挙げられる。
の構造としては例えば、フタロシアニン、テトラフェニ
ルポルフィン等のポルフィリン骨格を有する色素、スク
アリリウム基及びクロコニックメチン基を結合鎖として
もつアズレン系色素及びキノリン、ベンゾチアゾール、
ベンゾオキサゾール等の２ケの含窒素複素環をスクアリ
リウム基及びクロコニックメチン基により結合したシア
ニン系類似の色素、またはシアニン色素、アントラセン
及びピレン等の縮合多環芳香族、及び芳香環及び複素環
化合物が重合した鎖状化合物及びジアセチレン基の重合
体、さらにはテトラキノジメタンまたはテトラチオフル
バレンの誘導体およびその類縁体およびその電荷移動錯
体また更にはフェロセン、トリスビピリジンルテニウム
錯体等の金属錯体化合物が挙げられる。
【００３９】有機記録媒体の形成に関しては、具体的に
は蒸着法やクラスターイオンビーム法等の適用も可能で
あるが、制御性、容易性そして再現性から公知の従来技
術の中ではＬＢ法が極めて好適である。
は蒸着法やクラスターイオンビーム法等の適用も可能で
あるが、制御性、容易性そして再現性から公知の従来技
術の中ではＬＢ法が極めて好適である。
【００４０】このＬＢ法によれば１分子中に疎水性部位
と親水性部位とを有する有機化合物の単分子膜またはそ
の累積膜を基板上に容易に形成することができ、分子オ
ーダの厚みを有し、かつ大面積にわたって均一，均質な
有機超薄膜を安定に供給することができる。
と親水性部位とを有する有機化合物の単分子膜またはそ
の累積膜を基板上に容易に形成することができ、分子オ
ーダの厚みを有し、かつ大面積にわたって均一，均質な
有機超薄膜を安定に供給することができる。
【００４１】ＬＢ法は、分子内に親水性部位と疎水性部
位とを有する構造の分子において、両者のバランス（両
親媒性のバランス）が適度に保たれている時、分子は水
面上で親水性基を下に向けて単分子の層になることを利
用して単分子膜またはその累積膜を作製する方法である
。
位とを有する構造の分子において、両者のバランス（両
親媒性のバランス）が適度に保たれている時、分子は水
面上で親水性基を下に向けて単分子の層になることを利
用して単分子膜またはその累積膜を作製する方法である
。
【００４２】疎水性部位を構成する基としては、一般に
広く知られている飽和及び不飽和炭化水素基や縮合多環
芳香族基及び鎖状多環フェニル基等の各種疎水基が挙げ
られる。これらは各々単独又はその複数が組み合わされ
て疎水性部分を構成する。一方、親水性部分の構成要素
として最も代表的なものは、例えばカルボキシル基、エ
ステル基、酸アミド基、イミド基、ヒドロキシル基、更
にはアミノ基（１，２，３級及び４級）等の親水性基等
が挙げられる。これらも各々単独又はその複数が組合わ
されて上記分子の親水性部分を構成する。
広く知られている飽和及び不飽和炭化水素基や縮合多環
芳香族基及び鎖状多環フェニル基等の各種疎水基が挙げ
られる。これらは各々単独又はその複数が組み合わされ
て疎水性部分を構成する。一方、親水性部分の構成要素
として最も代表的なものは、例えばカルボキシル基、エ
ステル基、酸アミド基、イミド基、ヒドロキシル基、更
にはアミノ基（１，２，３級及び４級）等の親水性基等
が挙げられる。これらも各々単独又はその複数が組合わ
されて上記分子の親水性部分を構成する。
【００４３】これらの疎水性基と親水性基をバランス良
く併有し、かつ適度な大きさをもつπ電子共役系を有す
る色素分子であれば、水面上で単分子膜を形成すること
が可能であり、本発明に対して極めて好適な材料となる
。
く併有し、かつ適度な大きさをもつπ電子共役系を有す
る色素分子であれば、水面上で単分子膜を形成すること
が可能であり、本発明に対して極めて好適な材料となる
。
【００４４】具体例としては、例えばＥＰＡ０２７１９
３５のＰ４〜Ｐ１３に記載されている化合物と同一の化
合物が挙げられる。
３５のＰ４〜Ｐ１３に記載されている化合物と同一の化
合物が挙げられる。
【００４５】尚、上記以外でもＬＢ法に適している色素
材料であれば、本発明に好適なのは言うまでもない。例
えば、近年研究が盛んになりつつある生体材料（例えば
パクデリオロドプシンやチトクロームｃ）や合成ポリペ
プチド（ＰＢＬＧなど）等も適用が可能である。
材料であれば、本発明に好適なのは言うまでもない。例
えば、近年研究が盛んになりつつある生体材料（例えば
パクデリオロドプシンやチトクロームｃ）や合成ポリペ
プチド（ＰＢＬＧなど）等も適用が可能である。
【００４６】これらのπ電子共役系を有する化合物の電
気メモリー効果は数十μｍ以下の膜厚のもので観測され
ているが、成膜性、均一性の観点から１５〜２０００Å
の膜厚のものが好ましい。
気メモリー効果は数十μｍ以下の膜厚のもので観測され
ているが、成膜性、均一性の観点から１５〜２０００Å
の膜厚のものが好ましい。
【００４７】以上（１）〜（４）項に亘って述べた電気
メモリー効果を有する材料を支持する基板としては、電
極としての性格を有する必要があるが、１０−６Ω−１
・ｃｍ−１以上の電導率を有する導電体であれば全て使
用することができる、即ちＡｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ，Ａ
ｌ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｗ等の金属板やこれらの合金、
或いはこれら金属や合金を蒸着したガラス，セラミック
ス，プラスチック材料、又はＳｉ（結晶、アモルファス
）やグラファイト、又、更にはＩＴＯ等の導電性酸化物
を始めとして数多くの材料が挙げられる。
メモリー効果を有する材料を支持する基板としては、電
極としての性格を有する必要があるが、１０−６Ω−１
・ｃｍ−１以上の電導率を有する導電体であれば全て使
用することができる、即ちＡｕ，Ｐｔ，Ｐｄ，Ａｇ，Ａ
ｌ，Ｉｎ，Ｓｎ，Ｐｂ，Ｗ等の金属板やこれらの合金、
或いはこれら金属や合金を蒸着したガラス，セラミック
ス，プラスチック材料、又はＳｉ（結晶、アモルファス
）やグラファイト、又、更にはＩＴＯ等の導電性酸化物
を始めとして数多くの材料が挙げられる。
【００４８】［記録・再生装置の構成］図３は本発明に
於いてプローブ電極が、位置検出用のものと記録・再生
用の２本有する場合の記録装置を示すブロック図である
。図３中、１０２及び１０３は各々記録・再生用及び位
置検出に用いられるプローブ電極であり、これら２本の
プローブ電極１０２，１０３間の距離は、圧電素子を用
いたプローブ電極間隔微調節機構１１２により微調節可
能であるが、通常は一定の間隔に保たれる。１０６はプ
ローブ電流増幅器で、１０９はプローブ電流が略一定に
なるように圧電素子を用いたＺ軸方向微動制御機構１０
７，１０８を制御するサーボ回路である。１１３は記録
・再生用プローブ電極１０２と基板電極１０４との間に
記録／消去用のパルス電圧を印加するためのパルス電源
である。
於いてプローブ電極が、位置検出用のものと記録・再生
用の２本有する場合の記録装置を示すブロック図である
。図３中、１０２及び１０３は各々記録・再生用及び位
置検出に用いられるプローブ電極であり、これら２本の
プローブ電極１０２，１０３間の距離は、圧電素子を用
いたプローブ電極間隔微調節機構１１２により微調節可
能であるが、通常は一定の間隔に保たれる。１０６はプ
ローブ電流増幅器で、１０９はプローブ電流が略一定に
なるように圧電素子を用いたＺ軸方向微動制御機構１０
７，１０８を制御するサーボ回路である。１１３は記録
・再生用プローブ電極１０２と基板電極１０４との間に
記録／消去用のパルス電圧を印加するためのパルス電源
である。
【００４９】パルス電圧を印加するときにプローブ電流
が急激に変化するため、サーボ回路１０９は、その間出
力電圧が略一定になるように、ＨＯＬＤ回路をＯＮにす
るように制御している。
が急激に変化するため、サーボ回路１０９は、その間出
力電圧が略一定になるように、ＨＯＬＤ回路をＯＮにす
るように制御している。
【００５０】１１０はＸＹ方向に一対のプローブ電極１
０２，１０３を移動するための、ＸＹ走査駆動回路であ
る。１１４と１１５は、あらかじめ１０−９Ａ程度のプ
ローブ電流が得られるように、プローブ電極１０２，１
０３と記録媒体１００との距離を粗動制御したり、プロ
ーブ電極１０２，１０３と基板１０５とのＸＹ方向相対
変位を大きくとる（ＸＹ方向微動制御機構１１１の範囲
外）のに用いられる。
０２，１０３を移動するための、ＸＹ走査駆動回路であ
る。１１４と１１５は、あらかじめ１０−９Ａ程度のプ
ローブ電流が得られるように、プローブ電極１０２，１
０３と記録媒体１００との距離を粗動制御したり、プロ
ーブ電極１０２，１０３と基板１０５とのＸＹ方向相対
変位を大きくとる（ＸＹ方向微動制御機構１１１の範囲
外）のに用いられる。
【００５１】これらの各機器は、すべてマイクロコンピ
ュータ１１６により中央制御されている。また１１７は
表示機器を表わしている。
ュータ１１６により中央制御されている。また１１７は
表示機器を表わしている。
【００５２】また、圧電素子を用いた移動制御における
機械的性能を下記に示す。
機械的性能を下記に示す。
【００５３】
Ｚ方向微動制御範囲 ：０．１ｎｍ〜１μｍＺ方向粗
動制御範囲 ：１０ｎｍ〜１０ｍｍＸＹ方向走査範囲
：０．１ｎｍ〜１μｍＸＹ方向粗動制御範囲：
１０ｎｍ〜１０ｍｍ計測，制御許容誤差 ：＜０．１
ｎｍ（微動制御時）計測，制御許容誤差 ：＜１ｎｍ
（粗動制御時）［位置検出系］プローブ電極先端の曲率
半径が小さくなり、高密度記録が可能となると、この高
密度化は記録面内方向（Ｘ・Ｙ方向）へのプローブ電極
の走査精度並びに位置制御精度に大きく依存する。ここ
では、基準となる位置座標に対応する記録媒体の位置で
記録再生を行なっている。
動制御範囲 ：１０ｎｍ〜１０ｍｍＸＹ方向走査範囲
：０．１ｎｍ〜１μｍＸＹ方向粗動制御範囲：
１０ｎｍ〜１０ｍｍ計測，制御許容誤差 ：＜０．１
ｎｍ（微動制御時）計測，制御許容誤差 ：＜１ｎｍ
（粗動制御時）［位置検出系］プローブ電極先端の曲率
半径が小さくなり、高密度記録が可能となると、この高
密度化は記録面内方向（Ｘ・Ｙ方向）へのプローブ電極
の走査精度並びに位置制御精度に大きく依存する。ここ
では、基準となる位置座標に対応する記録媒体の位置で
記録再生を行なっている。
【００５４】本発明の位置検出方法は、情報の記録・再
生と同様、導電性探針（プローブ電極）と導電性物質と
の間に電圧を印加しつつ両者の距離を１ｎｍ程度に迄近
づけるとトンネル電流が流れることを利用している。ト
ンネル電流は、導体表面での仕事関数に依存するため、
種々の表面電子状態についての情報を読みとることがで
きる。これを応用して規則的原子配列、あるいは又、任
意に形成した基準となる原点を有する記録媒体に対し、
係る規則的原子配列、或いは又、基準原点を基に位置座
標系を導入し、係る位置座標系に対応する特徴的なトン
ネル電流の変化を検出することにより位置検出を行うと
共に、係る位置検出結果を基に、係る位置座標系と相対
的な位置関係を示す記録媒体上の記録乃至は再生位置を
特定すると共に、係る記録・再生位置上へのプローブ電
極の位置制御を行うものである。
生と同様、導電性探針（プローブ電極）と導電性物質と
の間に電圧を印加しつつ両者の距離を１ｎｍ程度に迄近
づけるとトンネル電流が流れることを利用している。ト
ンネル電流は、導体表面での仕事関数に依存するため、
種々の表面電子状態についての情報を読みとることがで
きる。これを応用して規則的原子配列、あるいは又、任
意に形成した基準となる原点を有する記録媒体に対し、
係る規則的原子配列、或いは又、基準原点を基に位置座
標系を導入し、係る位置座標系に対応する特徴的なトン
ネル電流の変化を検出することにより位置検出を行うと
共に、係る位置検出結果を基に、係る位置座標系と相対
的な位置関係を示す記録媒体上の記録乃至は再生位置を
特定すると共に、係る記録・再生位置上へのプローブ電
極の位置制御を行うものである。
【００５５】この時の座標軸と記録位置との位置関係を
示す模式図が図４である。即ち、座標軸上の目盛として
の位置情報（Ａ〜Ｉ）は記録位置（Ａａ〜Ｉａ） と常
に相対的な位置関係（Ａ−Ａａなど）にある。従って位
置情報Ａ〜Ｉを検出することにより、必ずＡａ〜Ｉａの
記録位置を特定できる訳である。この際、座標軸の各点
（目盛）と記録位置とは必ずしも一義的な相対配置をと
る必要はない（例えば位置情報Ａに対応する記録位置が
Ａａの他にＡｂ，Ａｃ…などと複数以上存在する）が、
一義的（１：１対応）である方が精度上好ましい。また
、座標軸は一本である必要はなく、必要に応じて複数個
使用される他、１次元である必要もなく、２次元（網目
状）であっても良い。この場合２次元座標系の各格子点
に対応して、記録位置も２次元に配置される。
示す模式図が図４である。即ち、座標軸上の目盛として
の位置情報（Ａ〜Ｉ）は記録位置（Ａａ〜Ｉａ） と常
に相対的な位置関係（Ａ−Ａａなど）にある。従って位
置情報Ａ〜Ｉを検出することにより、必ずＡａ〜Ｉａの
記録位置を特定できる訳である。この際、座標軸の各点
（目盛）と記録位置とは必ずしも一義的な相対配置をと
る必要はない（例えば位置情報Ａに対応する記録位置が
Ａａの他にＡｂ，Ａｃ…などと複数以上存在する）が、
一義的（１：１対応）である方が精度上好ましい。また
、座標軸は一本である必要はなく、必要に応じて複数個
使用される他、１次元である必要もなく、２次元（網目
状）であっても良い。この場合２次元座標系の各格子点
に対応して、記録位置も２次元に配置される。
【００５６】［座標軸］本発明に用いられる位置検出系
としての座標軸は規則的原子配列、及び又は任意に形成
した基準点を用いて形成される。係る規則的原子配列と
しては、予め格子間距離がわかっている導電性材料、即
ち各種金属やグラファイト単結晶等を利用することがで
きる他、本発明で利用されるトンネル電流はｎＡ程度の
大きさである為、上記導電性材料は１０−１０ Ω−１
・ｃｍ−１以上の電導率を有していればよく、従ってシ
リコン等のいわゆる半導体物の単結晶を用いることもで
きる。これらの内、代表例として金属試料を考える。今
、距離Ｚだけ離れたプローブ電極と上記金属試料との間
に、仕事関数φより低い電圧Ｖを印加すると、電子はポ
テンシャル障壁をトンネルすることが知られている。ト
ンネル電流密度ＪＴ を自由電子近似で求めると、
ＪＴ ＝（βＶ／２πλＺ）ｅｘｐ（−２Ｚ／λ）…（
１）の様に表わすことができる。
としての座標軸は規則的原子配列、及び又は任意に形成
した基準点を用いて形成される。係る規則的原子配列と
しては、予め格子間距離がわかっている導電性材料、即
ち各種金属やグラファイト単結晶等を利用することがで
きる他、本発明で利用されるトンネル電流はｎＡ程度の
大きさである為、上記導電性材料は１０−１０ Ω−１
・ｃｍ−１以上の電導率を有していればよく、従ってシ
リコン等のいわゆる半導体物の単結晶を用いることもで
きる。これらの内、代表例として金属試料を考える。今
、距離Ｚだけ離れたプローブ電極と上記金属試料との間
に、仕事関数φより低い電圧Ｖを印加すると、電子はポ
テンシャル障壁をトンネルすることが知られている。ト
ンネル電流密度ＪＴ を自由電子近似で求めると、
ＪＴ ＝（βＶ／２πλＺ）ｅｘｐ（−２Ｚ／λ）…（
１）の様に表わすことができる。
【００５７】但しλ＝ｈ／（２ｍφ）１／２ ：金属の
外の真空中又は大気中での波動関数の減衰距離（ｈ＝ｒ
／２π、ｒ：プランク定数、ｍ：電子の質量）、β＝ｅ
２ ／ｈ（ｅ：電子電荷）である。
外の真空中又は大気中での波動関数の減衰距離（ｈ＝ｒ
／２π、ｒ：プランク定数、ｍ：電子の質量）、β＝ｅ
２ ／ｈ（ｅ：電子電荷）である。
【００５８】式（１）に於いて、Ｚ＝Ｚｃ と一定の値
とすれば、トンネル電流密度ＪＴ は基準原子配列の仕
事関数φに応じ変化する。従ってプローブ電極を係る金
属試料面上、Ｚ＝Ｚｃ に保ちつつ任意の直線方向に走
査させれば金属原子配列に従って周期的にトンネル電流
が変化する。ここで、格子定数が予めわかっている金属
試料を用いた場合、任意の結晶面上の或る格子点を基準
とした任意の方向の原子配列状態は自明であり、係る方
向へプローブ電極を走査させた場合に得られる周期的ト
ンネル電流の変化は十分に予測し得る。従って係るトン
ネル電流変化の予測値と実際にプローブ電極を走査して
得られたトンネル電流変化の測定値とが等しい値をとる
様にプローブ電極の走査方向を補正すれば、プローブ電
極の動きは、試料の原子配列に沿ったものになる。即ち
、原子配列を座標軸とみなせば、プローブ電極はこの座
標軸上を移動することになる。今、この座標軸上のプロ
ーブ電極が一定の方向に一定の距離丈離れた位置に移動
でき、かつ移動先が記録・再生可能な領域であるとする
と、座標軸上の各点に１：１対応した位置で記録・再生
が可能となる。この場合、プローブ電極が座標軸と記録
領域間を移動する必要は必ずしもなく、例えば座標軸上
を動くプローブ電極（位置検出用プローブ電極）に対し
て、一定の位置に記録・再生用プローブ電極を用意し、
両者を連動させる等の方法を用いてもよい。
とすれば、トンネル電流密度ＪＴ は基準原子配列の仕
事関数φに応じ変化する。従ってプローブ電極を係る金
属試料面上、Ｚ＝Ｚｃ に保ちつつ任意の直線方向に走
査させれば金属原子配列に従って周期的にトンネル電流
が変化する。ここで、格子定数が予めわかっている金属
試料を用いた場合、任意の結晶面上の或る格子点を基準
とした任意の方向の原子配列状態は自明であり、係る方
向へプローブ電極を走査させた場合に得られる周期的ト
ンネル電流の変化は十分に予測し得る。従って係るトン
ネル電流変化の予測値と実際にプローブ電極を走査して
得られたトンネル電流変化の測定値とが等しい値をとる
様にプローブ電極の走査方向を補正すれば、プローブ電
極の動きは、試料の原子配列に沿ったものになる。即ち
、原子配列を座標軸とみなせば、プローブ電極はこの座
標軸上を移動することになる。今、この座標軸上のプロ
ーブ電極が一定の方向に一定の距離丈離れた位置に移動
でき、かつ移動先が記録・再生可能な領域であるとする
と、座標軸上の各点に１：１対応した位置で記録・再生
が可能となる。この場合、プローブ電極が座標軸と記録
領域間を移動する必要は必ずしもなく、例えば座標軸上
を動くプローブ電極（位置検出用プローブ電極）に対し
て、一定の位置に記録・再生用プローブ電極を用意し、
両者を連動させる等の方法を用いてもよい。
【００５９】何れにせよ、記録領域でのプローブ電極の
位置、即ち記録位置を金属試料の結晶格子を利用した座
標軸に対して一義的に定めることができる。
位置、即ち記録位置を金属試料の結晶格子を利用した座
標軸に対して一義的に定めることができる。
【００６０】以上より、記録媒体表面の一部又は全てが
規則的原子配列を有し、かつその配列状態が既知である
場合には、係る原子配列の結晶格子を利用した座標軸に
対して一義的な相対関係を示すＸ・Ｙ座標系を持つ記録
領域を設定することができる。
規則的原子配列を有し、かつその配列状態が既知である
場合には、係る原子配列の結晶格子を利用した座標軸に
対して一義的な相対関係を示すＸ・Ｙ座標系を持つ記録
領域を設定することができる。
【００６１】位置検出用の座標軸としては、他に試料面
に凹凸を作ったり、他原子をイオン注入する等して人為
的に基準となる点を複数個作り、これらを位置座標とす
ることもできる。然し、座標軸としての精度は前記原子
配列を利用したものに比較すると劣る。
に凹凸を作ったり、他原子をイオン注入する等して人為
的に基準となる点を複数個作り、これらを位置座標とす
ることもできる。然し、座標軸としての精度は前記原子
配列を利用したものに比較すると劣る。
【００６２】以上の様にして、記録媒体上に位置座標を
設定すると共に、位置座標に対応する各点での記録・再
生が可能であることを示したが、実際の記録・再生に当
ってはその開始点を明確にする必要がある。即ち、座標
軸に基準となる原点を設ける必要がある。基準原点とし
ては、座標軸上にエッチング等の手法により凹凸を設け
たり、イオン注入等を行って記録媒体の表面状態を改ざ
んすることによって導入することもできるが、既に述べ
た様に原子配列を用いた座標軸の原点として用いるには
その精度に欠ける。
設定すると共に、位置座標に対応する各点での記録・再
生が可能であることを示したが、実際の記録・再生に当
ってはその開始点を明確にする必要がある。即ち、座標
軸に基準となる原点を設ける必要がある。基準原点とし
ては、座標軸上にエッチング等の手法により凹凸を設け
たり、イオン注入等を行って記録媒体の表面状態を改ざ
んすることによって導入することもできるが、既に述べ
た様に原子配列を用いた座標軸の原点として用いるには
その精度に欠ける。
【００６３】今図４に於いて座標軸上のＡ点を基準原点
として選ぶ場合、Ａ点を識別するのとＡ点と一義的な相
対位置関係にある記録領域上のＡａ点を識別するのとは
同じことである。即ち、Ａａ点が識別できれば座標軸及
び座標軸上の各点の位置は一義的に定まる。Ａａ点に基
準原点を設定する手法としては、記録の書き込み方法と
同様の手法により、Ａａ点に原点としての情報を入力す
るのが精度的にも、又作成が容易である点に於いても優
れる。なお係る基準原点は１点に限る必要はなく、記録
領域の拡大等必要に応じて複数個形成してもよい。
として選ぶ場合、Ａ点を識別するのとＡ点と一義的な相
対位置関係にある記録領域上のＡａ点を識別するのとは
同じことである。即ち、Ａａ点が識別できれば座標軸及
び座標軸上の各点の位置は一義的に定まる。Ａａ点に基
準原点を設定する手法としては、記録の書き込み方法と
同様の手法により、Ａａ点に原点としての情報を入力す
るのが精度的にも、又作成が容易である点に於いても優
れる。なお係る基準原点は１点に限る必要はなく、記録
領域の拡大等必要に応じて複数個形成してもよい。
【００６４】前述した電気メモリー材料と、この電気メ
モリー材料を支持する基板（電極）との組み合わせによ
り本発明の記録媒体は構成されるが、座標軸として原子
配列を用いる場合、係る電気メモリー材料自体の原子配
列はその規則性に劣る場合が多く、座標軸としての利用
は余り好ましくない。従って、基板に金属、結晶Ｓｉ、
グラファイト等の規則的原子配列を有する材料を用いた
上で、その一部を電気メモリー材料未堆積とし、係る箇
所の基板原子配列を座標軸として利用することが望まし
い。
モリー材料を支持する基板（電極）との組み合わせによ
り本発明の記録媒体は構成されるが、座標軸として原子
配列を用いる場合、係る電気メモリー材料自体の原子配
列はその規則性に劣る場合が多く、座標軸としての利用
は余り好ましくない。従って、基板に金属、結晶Ｓｉ、
グラファイト等の規則的原子配列を有する材料を用いた
上で、その一部を電気メモリー材料未堆積とし、係る箇
所の基板原子配列を座標軸として利用することが望まし
い。
【００６５】以下、本発明について、実施例により詳細
な説明を行なう。
な説明を行なう。
【００６６】
【実施例】実施例１
本発明の情報処理装置の第１の態様である記録再生装置
について以下に示す。
について以下に示す。
【００６７】図３に示す記録再生装置を用いた実施例を
以下に述べる。
以下に述べる。
【００６８】図３に示されるプローブ電極１０２，１０
３は、以下の方法で製作した。図５〜図７で説明を行な
う。図５は、完成されたプローブ電極の平面図であり、
図６（Ａ）〜（Ｃ）は、図５のａ−ａ線に沿う主要な製
造工程の断面図、図７（ａ）〜（ｃ）は、図５のｂ−ｂ
線に沿う主要な製造工程の断面図である。
３は、以下の方法で製作した。図５〜図７で説明を行な
う。図５は、完成されたプローブ電極の平面図であり、
図６（Ａ）〜（Ｃ）は、図５のａ−ａ線に沿う主要な製
造工程の断面図、図７（ａ）〜（ｃ）は、図５のｂ−ｂ
線に沿う主要な製造工程の断面図である。
【００６９】図５，図６に示されるように、本実施例の
プローブ電極は、シリコンの基板２７上に蒸着によりに
形成された白金（Ｐｔ）からなる微小突起２３及び該微
小突起２３の近傍に設けられたプローブ電流を増幅する
ためのＭＯＳトランジスタ３９から構成されている。こ
のＭＯＳトランジスタ３９は、蒸着によって形成された
アルミニウム（Ａｌ）からなるゲート電極２４と、ソー
ス電極２６およびドレイン電極２５と、ルテニウム等の
材料からなる薄膜抵抗３３とを有している。
プローブ電極は、シリコンの基板２７上に蒸着によりに
形成された白金（Ｐｔ）からなる微小突起２３及び該微
小突起２３の近傍に設けられたプローブ電流を増幅する
ためのＭＯＳトランジスタ３９から構成されている。こ
のＭＯＳトランジスタ３９は、蒸着によって形成された
アルミニウム（Ａｌ）からなるゲート電極２４と、ソー
ス電極２６およびドレイン電極２５と、ルテニウム等の
材料からなる薄膜抵抗３３とを有している。
【００７０】プローブ電極の作製工程の詳細は以下のよ
う。
う。
【００７１】まず、図６（ａ）および図７（ａ）に示す
ように、ｐ型シリコン半導体の基板２７を用意し、その
一主表面にシリコンの酸化膜（Ｓｉｏ２ ）２８を形成
した後、ＭＯＳトランジスタ３９の形成領域にアンチモ
ン（Ｓｂ）を拡散して、それぞれソースおよびドレイン
領域となるｎ＋ 拡散層２９，３０を形成した。次に、
図６（ｂ）および図７（ｂ）に示すように、シリコンの
酸化膜２８上に、アルミニウム（Ａｌ）を真空蒸着法に
より堆積し、フォトリソグラフィ技術を用いて加工する
ことにより所望の形状を有するゲート電極２４、ドレイ
ン電極２５及びソース電極２６を得た。更にルテニウム
等の薄膜抵抗材料を蒸着し、フォトリソグラフィ技術を
用いてパターニングしＭＯＳトランジスタ３９の薄膜抵
抗３３を形成した。次に、ゲート電極２４上の一端に後
述の作製方法により微小突起２３を形成して、図６（ｃ
）、 図７（ｃ）、図５の初段増幅用ＭＯＳトランジス
タ３９を有するプローブ電極を得た。
ように、ｐ型シリコン半導体の基板２７を用意し、その
一主表面にシリコンの酸化膜（Ｓｉｏ２ ）２８を形成
した後、ＭＯＳトランジスタ３９の形成領域にアンチモ
ン（Ｓｂ）を拡散して、それぞれソースおよびドレイン
領域となるｎ＋ 拡散層２９，３０を形成した。次に、
図６（ｂ）および図７（ｂ）に示すように、シリコンの
酸化膜２８上に、アルミニウム（Ａｌ）を真空蒸着法に
より堆積し、フォトリソグラフィ技術を用いて加工する
ことにより所望の形状を有するゲート電極２４、ドレイ
ン電極２５及びソース電極２６を得た。更にルテニウム
等の薄膜抵抗材料を蒸着し、フォトリソグラフィ技術を
用いてパターニングしＭＯＳトランジスタ３９の薄膜抵
抗３３を形成した。次に、ゲート電極２４上の一端に後
述の作製方法により微小突起２３を形成して、図６（ｃ
）、 図７（ｃ）、図５の初段増幅用ＭＯＳトランジス
タ３９を有するプローブ電極を得た。
【００７２】微小突起２３は既述のスピントの報告に基
づく製造方法を適用することによって作製した。具体的
な手順について図８を用いて説明する。まず、配線用金
属層３１が形成された基板２７上に、マスク支持体３と
してレジスト（下層）と、蒸着マスク４として金属マス
クと、上層レジスト１０から成る層状構造を作製した（
図８（ａ））。マスク支持体３と上層レジスト１０は、
いずれもポジ型レジストＡＺ１３７０（ヘキスト社製）
を用い、スピナによって塗布し、更に９０°Ｃ、２０分
でプリベークを行なうことで形成した。この時上層レジ
スト１０の膜厚は１．３μｍとし、マスク支持体３は１
．３μｍと６μｍ膜厚の２種類のものについて検討を行
った。また、蒸着マスク４には真空蒸着法で作製したＣ
ｒ、膜厚３００ｎｍを用いた。
づく製造方法を適用することによって作製した。具体的
な手順について図８を用いて説明する。まず、配線用金
属層３１が形成された基板２７上に、マスク支持体３と
してレジスト（下層）と、蒸着マスク４として金属マス
クと、上層レジスト１０から成る層状構造を作製した（
図８（ａ））。マスク支持体３と上層レジスト１０は、
いずれもポジ型レジストＡＺ１３７０（ヘキスト社製）
を用い、スピナによって塗布し、更に９０°Ｃ、２０分
でプリベークを行なうことで形成した。この時上層レジ
スト１０の膜厚は１．３μｍとし、マスク支持体３は１
．３μｍと６μｍ膜厚の２種類のものについて検討を行
った。また、蒸着マスク４には真空蒸着法で作製したＣ
ｒ、膜厚３００ｎｍを用いた。
【００７３】次に、微小プローブ電極を形成しようとす
る領域に対して紫外線光を照射して上層レジスト１０を
部分的に露光し、現像処理によって露光部分の上層レジ
スト１０を除去した（図８（ｂ））。但し、現像液には
ＭＩＦ３１２を水で半分に希釈したものを用い、現像時
間を３０秒とした。更に、上層レジスト１０の一部が取
り除かれ露出した蒸着マスク４（Ｃｒ）を、硝酸セリウ
ムアンモニウム系のＣｒエッチャントでエッチングし、
先に紫外線を照射した領域の蒸着マスク４を除去した。 なお、エッチング速度は約１００ｎｍ／分であった。
る領域に対して紫外線光を照射して上層レジスト１０を
部分的に露光し、現像処理によって露光部分の上層レジ
スト１０を除去した（図８（ｂ））。但し、現像液には
ＭＩＦ３１２を水で半分に希釈したものを用い、現像時
間を３０秒とした。更に、上層レジスト１０の一部が取
り除かれ露出した蒸着マスク４（Ｃｒ）を、硝酸セリウ
ムアンモニウム系のＣｒエッチャントでエッチングし、
先に紫外線を照射した領域の蒸着マスク４を除去した。 なお、エッチング速度は約１００ｎｍ／分であった。
【００７４】次に、Ｃｒをマスクとしてマスク支持体３
をアセトンによって等方エッチングした（２乃至１０秒
）。この時エッチングは、マスク支持体３の深さ方向に
進むと同時に横方向にも進み、その結果、図８（ｃ）に
示すように、Ｃｒマスクの下面側もエッチングされ、内
部方向が広がった形状の開口部７が形成された。
をアセトンによって等方エッチングした（２乃至１０秒
）。この時エッチングは、マスク支持体３の深さ方向に
進むと同時に横方向にも進み、その結果、図８（ｃ）に
示すように、Ｃｒマスクの下面側もエッチングされ、内
部方向が広がった形状の開口部７が形成された。
【００７５】更に、係る形状の構造体上に、該Ｃｒ層を
マスクとして、プローブ電極材料５としてＰｔを蒸着し
た。蒸着は基板２７を回転させた状態で、斜め方向（基
板２７の面方向に対して７５°方向）から行なった（図
８（ｄ））。既に述べているように、該蒸着によってプ
ローブ電極材料５が開口部７下の基板２７上に成長する
と同時に、蒸着マスク４上、特に開口部７端にも成長し
、蒸着の進行に伴って開口部７の面積が減少した。その
結果、蒸着マスク４下に先端の尖った円錐状の微小突起
２３が作製された。更に、レジスト剥離液によって、蒸
着マスク４上に形成されたプローブ電極材料５の膜及び
蒸着マスク４と共にマスク支持体３を取り除くことによ
って図６（ｃ）に示すプローブ電極を得た。
マスクとして、プローブ電極材料５としてＰｔを蒸着し
た。蒸着は基板２７を回転させた状態で、斜め方向（基
板２７の面方向に対して７５°方向）から行なった（図
８（ｄ））。既に述べているように、該蒸着によってプ
ローブ電極材料５が開口部７下の基板２７上に成長する
と同時に、蒸着マスク４上、特に開口部７端にも成長し
、蒸着の進行に伴って開口部７の面積が減少した。その
結果、蒸着マスク４下に先端の尖った円錐状の微小突起
２３が作製された。更に、レジスト剥離液によって、蒸
着マスク４上に形成されたプローブ電極材料５の膜及び
蒸着マスク４と共にマスク支持体３を取り除くことによ
って図６（ｃ）に示すプローブ電極を得た。
【００７６】以上のようにして作製したプローブ電極を
ＳＥＭ観察したところ、マスク支持体３の厚みを１．３
μｍにした場合、プローブ電極底部の直径６μｍ、電極
高さ２．７μｍの微小プローブ電極が、マスク支持体３
の厚みを６μｍにした場合、電極高さ８μｍの微小プロ
ーブ電極が作製されたことを確認した。また、いずれの
プローブ電極においても、先端曲率半径は０．０１μｍ
であった。また、従来例では、プローブ電極により検出
されるプローブ電流は１０−９Ａオーダーであったもの
が、ＭＯＳトランジスタで増幅することにより１０−７
Ａオーダーのプローブ電流が得られた。また、微小突起
２３のプローブ電極により検出されたプローブ電流を基
板２７の外部へ導出することなくただちに増幅するため
、基板２７外部へプローブ電流を導出した後増幅してい
た従来例に比べ、Ｓ／Ｎ比を格段に向上させることがで
きた。また、プローブ高さ２．７μｍ、８μｍいずれの
プローブ電極の場合に於ても、本実施例のプローブ電極
を使用したＳＴＭにより炭素の劈開面を観察した結果、
原子レベルで鮮明に観察することができ、本実施例の微
小突起２３のプローブ電極が十分、実用に耐えるもので
あることを確認できた。
ＳＥＭ観察したところ、マスク支持体３の厚みを１．３
μｍにした場合、プローブ電極底部の直径６μｍ、電極
高さ２．７μｍの微小プローブ電極が、マスク支持体３
の厚みを６μｍにした場合、電極高さ８μｍの微小プロ
ーブ電極が作製されたことを確認した。また、いずれの
プローブ電極においても、先端曲率半径は０．０１μｍ
であった。また、従来例では、プローブ電極により検出
されるプローブ電流は１０−９Ａオーダーであったもの
が、ＭＯＳトランジスタで増幅することにより１０−７
Ａオーダーのプローブ電流が得られた。また、微小突起
２３のプローブ電極により検出されたプローブ電流を基
板２７の外部へ導出することなくただちに増幅するため
、基板２７外部へプローブ電流を導出した後増幅してい
た従来例に比べ、Ｓ／Ｎ比を格段に向上させることがで
きた。また、プローブ高さ２．７μｍ、８μｍいずれの
プローブ電極の場合に於ても、本実施例のプローブ電極
を使用したＳＴＭにより炭素の劈開面を観察した結果、
原子レベルで鮮明に観察することができ、本実施例の微
小突起２３のプローブ電極が十分、実用に耐えるもので
あることを確認できた。
【００７７】このプローブ電極を、図３に示す記録／再
生装置のプローブ電極１０２，１０３として用いた。こ
のプローブ電極１０２，１０３は記録媒体１の表面との
距離（Ｚ）を制御するためのもので、電流を一定に保つ
ように圧電素子により、その距離（Ｚ）は、各々独立に
微動制御されている。更に微動制御機構は距離（Ｚ）を
一定に保ったまま面内（Ｘ，Ｙ）方向にも微動制御でき
る様に設計されている。
生装置のプローブ電極１０２，１０３として用いた。こ
のプローブ電極１０２，１０３は記録媒体１の表面との
距離（Ｚ）を制御するためのもので、電流を一定に保つ
ように圧電素子により、その距離（Ｚ）は、各々独立に
微動制御されている。更に微動制御機構は距離（Ｚ）を
一定に保ったまま面内（Ｘ，Ｙ）方向にも微動制御でき
る様に設計されている。
【００７８】２本あるプローブ電極１０２，１０３の内
、位置検出用プローブ電極１０３は基板１０５の位置座
標としての原子配列の検出に用いられる。他方、記録・
再生用プローブ電極１０２は位置検出用プローブ電極１
０３とＸ，Ｙ方向に関して一定の位置（プローブ電極間
隔微調節機構１１２を用いてその間隔を調節することが
できる）に保持され、記録層１０１への記録・再生・消
去に用いられる。
、位置検出用プローブ電極１０３は基板１０５の位置座
標としての原子配列の検出に用いられる。他方、記録・
再生用プローブ電極１０２は位置検出用プローブ電極１
０３とＸ，Ｙ方向に関して一定の位置（プローブ電極間
隔微調節機構１１２を用いてその間隔を調節することが
できる）に保持され、記録層１０１への記録・再生・消
去に用いられる。
【００７９】これら２本のプローブ電極１０２，１０３
は、互いに連動して面内（Ｘ，Ｙ）方向へ微動制御でき
る様に設計されているが、Ｚ方向に対して各々独立に微
動制御される。又、記録媒体１００は高精度のＸ・Ｙス
テージ１１８上に置かれ、任意の位置に移動させること
ができる（Ｘ・Ｙ粗動機構）。なお粗動機構のＸ・Ｙ方
向と微動機構のＸ・Ｙ方向とは、各移動制御機構の精度
の差に起因する誤差の範囲内で一致させることができる
。
は、互いに連動して面内（Ｘ，Ｙ）方向へ微動制御でき
る様に設計されているが、Ｚ方向に対して各々独立に微
動制御される。又、記録媒体１００は高精度のＸ・Ｙス
テージ１１８上に置かれ、任意の位置に移動させること
ができる（Ｘ・Ｙ粗動機構）。なお粗動機構のＸ・Ｙ方
向と微動機構のＸ・Ｙ方向とは、各移動制御機構の精度
の差に起因する誤差の範囲内で一致させることができる
。
【００８０】次に本実施例で用いた記録媒体１００の詳
細について述べる。記録媒体１００の構成図を図９に示
す。直径１／２インチの（１１１）面を出したｐ型Ｓｉ
ウエハー（Ｂドープ０．３ｍｍ厚）基板１０５として用
いた。該基板１０５は記録・再生装置のＸ・Ｙステージ
１１８上に設置する際の方向性をほぼ一定にする目的で
、Ｂ−Ｂ′点で切断されている。なおＢ−Ｂ′点はＳｉ
結晶の
細について述べる。記録媒体１００の構成図を図９に示
す。直径１／２インチの（１１１）面を出したｐ型Ｓｉ
ウエハー（Ｂドープ０．３ｍｍ厚）基板１０５として用
いた。該基板１０５は記録・再生装置のＸ・Ｙステージ
１１８上に設置する際の方向性をほぼ一定にする目的で
、Ｂ−Ｂ′点で切断されている。なおＢ−Ｂ′点はＳｉ
結晶の
【００８１】
【式１】
方向にほぼ平行である。次にＢ−Ｂ′の中点から基板１
０５中心に向って１ｍｍの位置を１μｍ角，深さ０．２
μｍにエッチングし、基準原点（粗）２０１を作製した
。係る基準原点（粗）の作成法を以下に示す。
０５中心に向って１ｍｍの位置を１μｍ角，深さ０．２
μｍにエッチングし、基準原点（粗）２０１を作製した
。係る基準原点（粗）の作成法を以下に示す。
【００８２】先ず、Ｓｉの基板１０５上に電子線レジス
トであるポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ；商品名Ｏ
ＥＢＲ−１００東京応化工業株式会社）を１μｍの厚さ
に塗布し、電子線を加速電圧２０ｋｅＶ，ビーム径０．
１μｍφで１μｍ四方の大きさに描画した。その後、専
用現像液を使って電子線照射部を溶解させた。エッチン
グはＣＦ４ とＨ２ の混合ガスを用いて圧力３Ｐａ、
放電電力１００Ｗで２０分間スパッタエッチングした。 その時のエッチング深さは０．２μｍであった。最後に
メチルエチルケトンを使ってＰＭＭＡを溶解した。
トであるポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ；商品名Ｏ
ＥＢＲ−１００東京応化工業株式会社）を１μｍの厚さ
に塗布し、電子線を加速電圧２０ｋｅＶ，ビーム径０．
１μｍφで１μｍ四方の大きさに描画した。その後、専
用現像液を使って電子線照射部を溶解させた。エッチン
グはＣＦ４ とＨ２ の混合ガスを用いて圧力３Ｐａ、
放電電力１００Ｗで２０分間スパッタエッチングした。 その時のエッチング深さは０．２μｍであった。最後に
メチルエチルケトンを使ってＰＭＭＡを溶解した。
【００８３】次に係る基板１０５上、基準原点（粗）２
０１近傍をマスキングした後、下引き層としてＣｒを真
空蒸着法により厚さ５０Å堆積させ、更にＡｕを同法に
より４００Å蒸着して基板電極１０４とした。
０１近傍をマスキングした後、下引き層としてＣｒを真
空蒸着法により厚さ５０Å堆積させ、更にＡｕを同法に
より４００Å蒸着して基板電極１０４とした。
【００８４】次に係るＡｕの基板電極１０４上にスクア
リリウム−ビス−６−オクチルアズレン（以下ＳＯＡＺ
と略す）のＬＢ膜（８層）を積層し、記録層１０１とし
た。以下、記録層形成方法について述べる。
リリウム−ビス−６−オクチルアズレン（以下ＳＯＡＺ
と略す）のＬＢ膜（８層）を積層し、記録層１０１とし
た。以下、記録層形成方法について述べる。
【００８５】先ずＳＯＡＺＥを濃度０．２ｍｇ／ｍｌで
溶かしたベンゼン溶液を２０°Ｃの水相上に展開し、水
面上に単分子膜を形成した。溶媒の蒸発を待ち、係る単
分子膜の表面圧を２０ｍＮ／ｍまで高め、更にこれを一
定に保ちながら、前記基板を水面を横切る方向に速度３
ｍｍ／分で静かに浸漬・引き上げを繰り返し、ＳＯＡＺ
単分子膜の８層累積膜を基板電極１０４上に形成させた
。
溶かしたベンゼン溶液を２０°Ｃの水相上に展開し、水
面上に単分子膜を形成した。溶媒の蒸発を待ち、係る単
分子膜の表面圧を２０ｍＮ／ｍまで高め、更にこれを一
定に保ちながら、前記基板を水面を横切る方向に速度３
ｍｍ／分で静かに浸漬・引き上げを繰り返し、ＳＯＡＺ
単分子膜の８層累積膜を基板電極１０４上に形成させた
。
【００８６】以上により作製された記録媒体１００を用
いて、記録・再生の実験を行った。
いて、記録・再生の実験を行った。
【００８７】以下その詳細を記す。
【００８８】ＳＯＡＺ８層を累積した記録層１０１を持
つ記録媒体１００の基板１０５の切り欠き、Ｂ−Ｂ′方
向を所定の方向に合わせて、Ｘ・Ｙステージ１１８の上
に置いた。次にＢ−Ｂ′から１ｍｍ程度基板内側の位置
に位置検出用プローブ電極１０２を動かし、位置検出用
プローブ電極１０２とＳｉの基板１０５との間に０．６
Ｖのプローブ電圧を印加した上で、Ｘ・Ｙ方向微動機構
１１０，１１１のＸ方向をＢ−Ｂ′にほぼ平行な方向に
仮に合わせた後、長さ１μｍに渡って走査させた。
つ記録媒体１００の基板１０５の切り欠き、Ｂ−Ｂ′方
向を所定の方向に合わせて、Ｘ・Ｙステージ１１８の上
に置いた。次にＢ−Ｂ′から１ｍｍ程度基板内側の位置
に位置検出用プローブ電極１０２を動かし、位置検出用
プローブ電極１０２とＳｉの基板１０５との間に０．６
Ｖのプローブ電圧を印加した上で、Ｘ・Ｙ方向微動機構
１１０，１１１のＸ方向をＢ−Ｂ′にほぼ平行な方向に
仮に合わせた後、長さ１μｍに渡って走査させた。
【００８９】次にＹ方向（Ｘ方向に直角方向）にも１μ
ｍに渡り走査させた。この時Ｘ・Ｙ座標軸のとり方を種
々変化させて表面状態の測定を繰り返し、得られたＳｉ
原子の配列ピッチが各々６．６５Å及び３．８４Åに最
も近い値をとる様に調整した。係る調整により、Ｘ・Ｙ
方向微動制御機構１１１のＸ軸はＳｉの基板１０５の
ｍに渡り走査させた。この時Ｘ・Ｙ座標軸のとり方を種
々変化させて表面状態の測定を繰り返し、得られたＳｉ
原子の配列ピッチが各々６．６５Å及び３．８４Åに最
も近い値をとる様に調整した。係る調整により、Ｘ・Ｙ
方向微動制御機構１１１のＸ軸はＳｉの基板１０５の
【
００９０】
００９０】
【式２】
方向に、Ｙ軸は
【００９１】
【式３】
方向に合致している。この時同時に粗動機構１１４のＸ
・Ｙ方向が、調整したＸＹ方向微動制御機構１１１のＸ
・Ｙ方向と粗動機構１１４の制御誤差範囲内で一致する
様に調整した。
・Ｙ方向が、調整したＸＹ方向微動制御機構１１１のＸ
・Ｙ方向と粗動機構１１４の制御誤差範囲内で一致する
様に調整した。
【００９２】次にＸ・Ｙ方向に関して粗動機構１１４を
用いて位置検出用プローブ電極１０３を走査し基準原点
（粗）２０１の位置を検出した。係る基準原点（粗）２
０１の中心から、２ｍｍＹ軸方向に沿って基板１０５中
心部に向った位置で、ＸＹ方向微動制御機構１１１を用
いて、Ｓｉの格子点を検出した。係る格子点（図１０の
Ｃ点）を位置座標軸原点３０１とし、Ｘ方向
用いて位置検出用プローブ電極１０３を走査し基準原点
（粗）２０１の位置を検出した。係る基準原点（粗）２
０１の中心から、２ｍｍＹ軸方向に沿って基板１０５中
心部に向った位置で、ＸＹ方向微動制御機構１１１を用
いて、Ｓｉの格子点を検出した。係る格子点（図１０の
Ｃ点）を位置座標軸原点３０１とし、Ｘ方向
【００９３
】
】
【式４】
に位置検出用プローブ電極１０３を走査した。この際Ｓ
ｉの
ｉの
【００９４】
【式５】
方向に関しての各格子点を確認することにより、方向制
御補正及び位置座標（格子ピッチ）の確認を行った。係
る操作に於て、位置検出用プローブ電極１０３に連動し
て記録・再生用プローブ電極１０２も記録層１０１上を
移動している。
御補正及び位置座標（格子ピッチ）の確認を行った。係
る操作に於て、位置検出用プローブ電極１０３に連動し
て記録・再生用プローブ電極１０２も記録層１０１上を
移動している。
【００９５】本実施例においては、両プローブ電極間距
離はＹ軸方向に３ｍｍであった。係る記録・再生用プロ
ーブ電極１０２を用いて所望の情報の記録を行ったが、
実際の記録に先立って、位置座標軸原点３０１に対応す
る記録位置（図１０Ｃ′点）に基準原点（微）３０３を
設けた。係る基準原点（微）は記録層１０１の電気メモ
リー効果を利用して形成される。即ち、記録・再生用プ
ローブ電極１０２とＡｕの基板電極１０４との間に０．
１Ｖのプローブ電圧を印加し、プローブ電流Ｉｐ が１
０−９Ａになる様にＺ軸方向微動制御機構１０７を用い
て、記録・再生用プローブ電極１０２と記録層１０１表
面との距離（Ｚ）を調整した。次に記録・再生用プロー
ブ電極１０２を＋側、Ａｕの基板電極１０４を−側にし
て、電気メモリー材料（ＳＯＡＺ，ＬＢ膜８層）が低抵
抗状態（ＯＮ状態）に変化する閾値電圧ＶｔｈＯＮ以上
の矩形パルス電圧（４Ｖ，０．１μｓ）を印加し、ＯＮ
状態を生じさせた。記録・再生用プローブ電極１０２と
記録層１０１との距離（Ｚ）を保持したまま、記録・再
生用プローブ電極１０２とＡｕの基板電極間１０４との
間に１．０Ｖのプローブ電圧を印加してプローブ電流Ｉ
ｐ を測定したところ５μＡ程度の電流が流れ、ＯＮ状
態となっていることが確かめられた。以上の操作により
、基準原点（微）３０３とした。この時１０ｎｍ角の記
録層領域をＯＮ状態にすることにより基準原点（微）３
０３に関する原点としての位置情報と、後に書き込まれ
る記録情報とが混同して再生されない様にしたが（図１
０）、基準原点（微）３０３の形状は何ら本実施例の形
状に限られるものではない。
離はＹ軸方向に３ｍｍであった。係る記録・再生用プロ
ーブ電極１０２を用いて所望の情報の記録を行ったが、
実際の記録に先立って、位置座標軸原点３０１に対応す
る記録位置（図１０Ｃ′点）に基準原点（微）３０３を
設けた。係る基準原点（微）は記録層１０１の電気メモ
リー効果を利用して形成される。即ち、記録・再生用プ
ローブ電極１０２とＡｕの基板電極１０４との間に０．
１Ｖのプローブ電圧を印加し、プローブ電流Ｉｐ が１
０−９Ａになる様にＺ軸方向微動制御機構１０７を用い
て、記録・再生用プローブ電極１０２と記録層１０１表
面との距離（Ｚ）を調整した。次に記録・再生用プロー
ブ電極１０２を＋側、Ａｕの基板電極１０４を−側にし
て、電気メモリー材料（ＳＯＡＺ，ＬＢ膜８層）が低抵
抗状態（ＯＮ状態）に変化する閾値電圧ＶｔｈＯＮ以上
の矩形パルス電圧（４Ｖ，０．１μｓ）を印加し、ＯＮ
状態を生じさせた。記録・再生用プローブ電極１０２と
記録層１０１との距離（Ｚ）を保持したまま、記録・再
生用プローブ電極１０２とＡｕの基板電極間１０４との
間に１．０Ｖのプローブ電圧を印加してプローブ電流Ｉ
ｐ を測定したところ５μＡ程度の電流が流れ、ＯＮ状
態となっていることが確かめられた。以上の操作により
、基準原点（微）３０３とした。この時１０ｎｍ角の記
録層領域をＯＮ状態にすることにより基準原点（微）３
０３に関する原点としての位置情報と、後に書き込まれ
る記録情報とが混同して再生されない様にしたが（図１
０）、基準原点（微）３０３の形状は何ら本実施例の形
状に限られるものではない。
【００９６】次に位置検出用プローブ電極１０３を格子
点を確認し乍ら
点を確認し乍ら
【００９７】
【式６】
方向に走査させ、１５ピッチ毎（９．９８ｎｍ）に同時
に連動して動いている記録・再生用プローブ電極１０３
を用いて記録を行った。従って記録点３０４のピッチも
９．９８ｎｍであった（図１０）。係る記録は、基準原
点（微）３０３の形成と同様の手法に因り、記録層（Ｓ
ＯＡＺ，ＬＢ膜８層）１０１にＯＮ状態とＯＦＦＦ 状
態（記録前の高抵抗状態）とを作ることにより行なった
。
に連動して動いている記録・再生用プローブ電極１０３
を用いて記録を行った。従って記録点３０４のピッチも
９．９８ｎｍであった（図１０）。係る記録は、基準原
点（微）３０３の形成と同様の手法に因り、記録層（Ｓ
ＯＡＺ，ＬＢ膜８層）１０１にＯＮ状態とＯＦＦＦ 状
態（記録前の高抵抗状態）とを作ることにより行なった
。
【００９８】上記の工程を経て形成された記録済み記録
媒体を一担記録・再生装置から取外した後、再度Ｘ・Ｙ
ステージ１１８上に設置し、再生実験を行った。先づ記
録時と同じく、位置制御系のＸ・Ｙ方向をＳｉ格子を利
用して各々
媒体を一担記録・再生装置から取外した後、再度Ｘ・Ｙ
ステージ１１８上に設置し、再生実験を行った。先づ記
録時と同じく、位置制御系のＸ・Ｙ方向をＳｉ格子を利
用して各々
【００９９】
【式７】
方向に合わせた後、Ｘ・Ｙ方向に関して粗動機構１１４
を用いて位置検出用プローブ電極１０３を走査させ、基
準原点（粗）２０１の位置を検出した。係る基準原点（
粗）２０１を基に、粗動機構１１４及びＸＹ方向微動制
御機構１１１を用いて記録・再生用プローブ電極１０２
を走査させ、基準原点（微）３０３の位置を検出した。 この時同時に位置検出用プローブ電極１０３が、Ｓｉ格
子点上（位置座標軸原点３０１）にあることを確認した
。この際、ずれていればＸＹ方向微動制御機構１１１を
用いて、Ｘ・Ｙ座標系を補正し、位置検出用プローブ電
極１０３とＳｉ格子点とが一致する様調整する。次に、
位置検出用プローブ電極１０３とＡｕの基板電極１０４
との間に０．６Ｖのプローブ電圧を印加し、Ｓｉ格子点
の位置を検出し乍ら
を用いて位置検出用プローブ電極１０３を走査させ、基
準原点（粗）２０１の位置を検出した。係る基準原点（
粗）２０１を基に、粗動機構１１４及びＸＹ方向微動制
御機構１１１を用いて記録・再生用プローブ電極１０２
を走査させ、基準原点（微）３０３の位置を検出した。 この時同時に位置検出用プローブ電極１０３が、Ｓｉ格
子点上（位置座標軸原点３０１）にあることを確認した
。この際、ずれていればＸＹ方向微動制御機構１１１を
用いて、Ｘ・Ｙ座標系を補正し、位置検出用プローブ電
極１０３とＳｉ格子点とが一致する様調整する。次に、
位置検出用プローブ電極１０３とＡｕの基板電極１０４
との間に０．６Ｖのプローブ電圧を印加し、Ｓｉ格子点
の位置を検出し乍ら
【０１００】
【式８】
方向（Ｘ軸方向）に走査させた。この時同時に連動して
いる記録・再生用プローブ電極１０２とＡｕ電極１０４
との間に１．０Ｖのプローブ電圧を印加し、各記録点で
のＯＮ状態、若しくはＯＦＦ状態に基づくプローブ電流
量の変化を直接読み取るか、或いはプローブ電流Ｉｐ
が一定になる様に記録・再生用プローブ電極１０２を走
査させた際の、該記録・再生用プローブ電極１０２と記
録層１０１表面との距離Ｚの変化をサーボ回路１０９を
通して読み取ることにより、記録情報の再生を行った。
いる記録・再生用プローブ電極１０２とＡｕ電極１０４
との間に１．０Ｖのプローブ電圧を印加し、各記録点で
のＯＮ状態、若しくはＯＦＦ状態に基づくプローブ電流
量の変化を直接読み取るか、或いはプローブ電流Ｉｐ
が一定になる様に記録・再生用プローブ電極１０２を走
査させた際の、該記録・再生用プローブ電極１０２と記
録層１０１表面との距離Ｚの変化をサーボ回路１０９を
通して読み取ることにより、記録情報の再生を行った。
【０１０１】この時の再生速度は、プローブ高さ２．７
μｍ、８μｍいずれのプローブ電極の場合に於ても、従
来のタングステン探針等を使用した時よりもほぼ１桁速
くすることが可能であった。
μｍ、８μｍいずれのプローブ電極の場合に於ても、従
来のタングステン探針等を使用した時よりもほぼ１桁速
くすることが可能であった。
【０１０２】記録容量を増やすために記録・再生用プロ
ーブ電極１０２を複数設け、各プローブ電極で記録再生
を行なうことも可能である。
ーブ電極１０２を複数設け、各プローブ電極で記録再生
を行なうことも可能である。
【０１０３】なお、プローブ電圧を電気メモリー材料が
ＯＮ状態からＯＦＦ状態に変化する閾値電圧ＶｔｈＯＦ
Ｆ以上の１０Ｖに設定し、再び記録位置をトレースした
結果、全ての記録状態が消去されＯＦＦ状態に遷移した
ことも確認した。
ＯＮ状態からＯＦＦ状態に変化する閾値電圧ＶｔｈＯＦ
Ｆ以上の１０Ｖに設定し、再び記録位置をトレースした
結果、全ての記録状態が消去されＯＦＦ状態に遷移した
ことも確認した。
【０１０４】実施例２
次に別の実施例を示す。圧電体素子上に直接形成した微
小突起を、図１１におけるプローブ電極１０２として用
い記録再生を行った。
小突起を、図１１におけるプローブ電極１０２として用
い記録再生を行った。
【０１０５】圧電体素子は、前記実施例と同様にして得
られたＭＯＳトランジスタが隣接して形成されたシリコ
ンの基板上に作製した。すなわち図６（ｂ）で示した基
板２７を支持体として、ＲＦスパッタ法により膜厚５０
μｍのＺｎＯ薄膜を形成した。具体的には、４重極マグ
ネトロンスパッタ装置を用いＡｒ＋Ｏ２ （１：１）混
合ガス、ガス圧６×１０−３ｔｏｒｒ，基板温度３００
°Ｃ，ＲＦパワー２００Ｗの条件下で成膜を行なった。 得られたＺｎＯはｃ軸配向膜であった。また、あらかじ
めシリコン基板上に設けてあった下地電極（不図示）と
係るＺｎＯ上に形成した上電極とによって電界印加用の
対向電極とした。
られたＭＯＳトランジスタが隣接して形成されたシリコ
ンの基板上に作製した。すなわち図６（ｂ）で示した基
板２７を支持体として、ＲＦスパッタ法により膜厚５０
μｍのＺｎＯ薄膜を形成した。具体的には、４重極マグ
ネトロンスパッタ装置を用いＡｒ＋Ｏ２ （１：１）混
合ガス、ガス圧６×１０−３ｔｏｒｒ，基板温度３００
°Ｃ，ＲＦパワー２００Ｗの条件下で成膜を行なった。 得られたＺｎＯはｃ軸配向膜であった。また、あらかじ
めシリコン基板上に設けてあった下地電極（不図示）と
係るＺｎＯ上に形成した上電極とによって電界印加用の
対向電極とした。
【０１０６】係る圧電素子上に、絶縁を目的としたＳｉ
Ｏ２ 薄膜、膜厚約１μｍをスパッタ法によって作製し
たのち、係る支持体上に実施例１同様にして高さ８μｍ
のＰｔ微小突起を作製した。更に、該微小突起とＭＯＳ
トランジスタのゲート電極をワイヤ・ボンディングによ
って接続し、プローブ電極を得た。
Ｏ２ 薄膜、膜厚約１μｍをスパッタ法によって作製し
たのち、係る支持体上に実施例１同様にして高さ８μｍ
のＰｔ微小突起を作製した。更に、該微小突起とＭＯＳ
トランジスタのゲート電極をワイヤ・ボンディングによ
って接続し、プローブ電極を得た。
【０１０７】以上のようにして作製したプローブ電極を
図１１に示す記録再生装置に設置し前記実施例と同様の
記録再生を行った。
図１１に示す記録再生装置に設置し前記実施例と同様の
記録再生を行った。
【０１０８】このプローブ電極１０２は記録媒体１００
の表面との距離（Ｚ）を制御するためのもので、電流を
一定に保つように前記圧電素子により、その距離（Ｚ）
は微動制御される。尚、面内（Ｘ，Ｙ）方向への微動制
御は別途設けられた微動制御機構１０７によって行われ
るよう設計されている。しかし、これらは従来公知の技
術である。
の表面との距離（Ｚ）を制御するためのもので、電流を
一定に保つように前記圧電素子により、その距離（Ｚ）
は微動制御される。尚、面内（Ｘ，Ｙ）方向への微動制
御は別途設けられた微動制御機構１０７によって行われ
るよう設計されている。しかし、これらは従来公知の技
術である。
【０１０９】プローブ電極１０２は記録媒体１００の面
内の相対方向位置検出及び、記録・再生・消去を行う為
に用いられる。又、記録媒体１００は高精度のＸ・Ｙス
テージ１１４の上に置かれ、粗動機構１１０でＸＹ方向
の任意の位置に移動させることができる。なお、粗動機
構１１０のＸ，Ｙ方向と微動制御機構１０７のＸ，Ｙ方
向とは各移動制御機構の精度の差に起因する誤差範囲内
で一致している。
内の相対方向位置検出及び、記録・再生・消去を行う為
に用いられる。又、記録媒体１００は高精度のＸ・Ｙス
テージ１１４の上に置かれ、粗動機構１１０でＸＹ方向
の任意の位置に移動させることができる。なお、粗動機
構１１０のＸ，Ｙ方向と微動制御機構１０７のＸ，Ｙ方
向とは各移動制御機構の精度の差に起因する誤差範囲内
で一致している。
【０１１０】次に本実施例で用いた記録媒体１００の詳
細について述べる。記録媒体１００の構成図を図１２に
示す。図１２（Ａ）は、本実施例で用いた記録媒体１０
０の平面図で、図１２（Ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図であ
る。直径１／２インチの（１１１）面を出したｐ型Ｓｉ
ウエハー（Ｂドープ０．３ｍｍ厚）を基板１０４として
用いた。該基板１０４は記録・再生装置のＸ・Ｙステー
ジ１１４上に設置する際の方向性をほぼ一定にする目的
で、Ｂ−Ｂ′点で切断されている。なお、Ｂ−Ｂ′点は
Ｓｉ結晶の
細について述べる。記録媒体１００の構成図を図１２に
示す。図１２（Ａ）は、本実施例で用いた記録媒体１０
０の平面図で、図１２（Ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図であ
る。直径１／２インチの（１１１）面を出したｐ型Ｓｉ
ウエハー（Ｂドープ０．３ｍｍ厚）を基板１０４として
用いた。該基板１０４は記録・再生装置のＸ・Ｙステー
ジ１１４上に設置する際の方向性をほぼ一定にする目的
で、Ｂ−Ｂ′点で切断されている。なお、Ｂ−Ｂ′点は
Ｓｉ結晶の
【０１１１】
【式９】
方向にほぼ並行である。
【０１１２】次に、Ｂ−Ｂ′の中点から基板１０４の中
心に向って１ｍｍの位置を１μｍ角，深さ０．２μｍに
エッチングし、基準原点（粗）を作製した。係る基準原
点（粗）の作製法を以下に示す。
心に向って１ｍｍの位置を１μｍ角，深さ０．２μｍに
エッチングし、基準原点（粗）を作製した。係る基準原
点（粗）の作製法を以下に示す。
【０１１３】まず、Ｓｉの基板１０４上に電子線レジス
トであるポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ，商品名Ｏ
ＥＢＲ−１０００東京応化工業株式会社）を１μｍの厚
さに塗布し、電子線を加速電圧２０ｋｅＶ，ビーム径０
．１μｍφで１μｍ四方の大きさに描画した。その後、
専用現像液を使って電子線照射部を溶解した。エッチン
グは、ＣＦ４ とＨ２ の混合ガスを用いて圧力３Ｐａ
、放電電力１００Ｗで２０分間スパッタエッチングした
。そのときのエッチング深さは０．２μｍであった。 最後にメチルエチルケトンを使ってＰＭＭＡを溶解した
。
トであるポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ，商品名Ｏ
ＥＢＲ−１０００東京応化工業株式会社）を１μｍの厚
さに塗布し、電子線を加速電圧２０ｋｅＶ，ビーム径０
．１μｍφで１μｍ四方の大きさに描画した。その後、
専用現像液を使って電子線照射部を溶解した。エッチン
グは、ＣＦ４ とＨ２ の混合ガスを用いて圧力３Ｐａ
、放電電力１００Ｗで２０分間スパッタエッチングした
。そのときのエッチング深さは０．２μｍであった。 最後にメチルエチルケトンを使ってＰＭＭＡを溶解した
。
【０１１４】次に、係る基板１０４上基準原点（粗）２
０１近傍をマスキングした後、下引き層としてＣｒを真
空蒸着法により厚さ５０Å堆積させ、更にＡｕを同法に
より４００Å蒸着して基板電極１０３とした。
０１近傍をマスキングした後、下引き層としてＣｒを真
空蒸着法により厚さ５０Å堆積させ、更にＡｕを同法に
より４００Å蒸着して基板電極１０３とした。
【０１１５】次に、係るＡｕの基板電極１０３上にスク
アリリウム−ビス−６−オクチルアズレン（以下ＳＯＡ
Ｚと略す）のＬＢ膜（４層）を積層し、記録層１０１と
した。
アリリウム−ビス−６−オクチルアズレン（以下ＳＯＡ
Ｚと略す）のＬＢ膜（４層）を積層し、記録層１０１と
した。
【０１１６】以下、記録層形成方法について述べる。
【０１１７】先ず、ＳＯＡＺを濃度０．２ｍｇ／ｍｌで
溶かしたベンゼン溶液を２０°Ｃの水相上に展開し、水
面上に単分子膜を形成した。溶媒の蒸発を待ち、係る単
分子膜の表面圧を２０ｍＮ／ｍまで高め、更にこれを一
定に保ちながら前記基板１０４を水面を横切る方向に速
度３ｍｍ／分で静かに浸漬・引き上げを繰り返し、ＳＯ
ＡＺ単分子膜の４層累積膜を基板電極１０３上に形成さ
せた。
溶かしたベンゼン溶液を２０°Ｃの水相上に展開し、水
面上に単分子膜を形成した。溶媒の蒸発を待ち、係る単
分子膜の表面圧を２０ｍＮ／ｍまで高め、更にこれを一
定に保ちながら前記基板１０４を水面を横切る方向に速
度３ｍｍ／分で静かに浸漬・引き上げを繰り返し、ＳＯ
ＡＺ単分子膜の４層累積膜を基板電極１０３上に形成さ
せた。
【０１１８】以上により作製された記録媒体１００を用
いて、記録・再生の実験を行った。
いて、記録・再生の実験を行った。
【０１１９】以下、その詳細を記す。
【０１２０】ＳＯＡＺ４層を累積した記録層１０１をも
つ記録媒体１００の基板１０４の切り欠きＢ−Ｂ′方向
を所定の方向に合わせて、Ｘ，Ｙステージ１１４の上に
置いた。
つ記録媒体１００の基板１０４の切り欠きＢ−Ｂ′方向
を所定の方向に合わせて、Ｘ，Ｙステージ１１４の上に
置いた。
【０１２１】次に、Ｂ−Ｂ′から１ｍｍ程度基板１０４
の内側の位置にプローブ電極１０２を動かし、プローブ
電極とＳｉの基板１０４との間に０．６Ｖのプローブ電
圧を印加した上で、プローブ微動機構１０７，１０９の
Ｘ方向をＢ−Ｂ′にほぼ平行な方向に仮に合わせた後、
長さ１μｍに亘って走査させた。
の内側の位置にプローブ電極１０２を動かし、プローブ
電極とＳｉの基板１０４との間に０．６Ｖのプローブ電
圧を印加した上で、プローブ微動機構１０７，１０９の
Ｘ方向をＢ−Ｂ′にほぼ平行な方向に仮に合わせた後、
長さ１μｍに亘って走査させた。
【０１２２】次に、Ｙ方向（Ｘ方向に直角方向）にも１
μｍに亘り走査させた。この時、Ｘ，Ｙ座標軸のとり方
を種々変化させて表面状態の測定を繰り返し、得られた
Ｓｉ原子の配列ピッチが各々６．６５Å及び３．８４Å
に最も近い値をとる様に調整した。係る調整により微動
機構のＸ軸はＳｉの基板１０４の
μｍに亘り走査させた。この時、Ｘ，Ｙ座標軸のとり方
を種々変化させて表面状態の測定を繰り返し、得られた
Ｓｉ原子の配列ピッチが各々６．６５Å及び３．８４Å
に最も近い値をとる様に調整した。係る調整により微動
機構のＸ軸はＳｉの基板１０４の
【０１２３】
【式１０】
方向に、Ｙ軸は
【０１２４】
【式１１】
方向に合致している。
【０１２５】この時同時に粗動機構１１０のＸ，Ｙ方向
が、調整した微動制御機構１０７のＸ，Ｙ方向と粗動機
構１１０の制御誤差範囲内で一致する様に調整した。
が、調整した微動制御機構１０７のＸ，Ｙ方向と粗動機
構１１０の制御誤差範囲内で一致する様に調整した。
【０１２６】次に、Ｘ，Ｙ方向に関して粗動機構１１０
を用いてプローブ電極１０２を走査し、基準原点（粗）
２０１の位置を検出した。係る基準原点（粗）の中心か
ら２ｍｍＹ軸方向に沿って基板１０４の中心部に向かっ
た位置に基準原点（微）２０２を設けた。係る基準原点
（微）は、記録層１０１の電気メモリー効果を利用して
形成される。即ち、プローブ電極１０２とＡｕの基板電
極１０３との間に１．０Ｖのプローブ電圧を印加し、プ
ローブ電流Ｉｐ が１０−９Ａになる様にプローブに組
み込まれた前記圧電体素子（不図示）を用いてプローブ
電極１０２と記録層１０１表面との距離（Ｚ）を調整し
た。 次にプローブ電極１０２を＋側、Ａｕの基板電極１０３
を−側にして、電気メモリー材料（ＳＯＡＺ・ＬＢ膜４
層）が低抵抗状態（ＯＮ状態）に変化する閾値電圧Ｖｔ
ｈＯＮ以上の矩形パルス電圧（４Ｖ，０．１μｓ）を印
加し、ＯＮ状態を生じさせた。プローブ電極１０２と記
録層１０１との距離（Ｚ）を保持したまま、プローブ電
極１０２とＡｕの基板電極１０３との間に１．０Ｖのプ
ローブ電圧を印加して、プローブ電流Ｉｐ を測定した
ところ５μＡ程度の電流が流れ、ＯＮ状態となっている
ことが確かめられた。以上の操作により、基準原点（微
）２０２とした。この時、１０ｎｍ角の記録層領域をＯ
Ｎ状態にすることにより基準原点（微）２０２に関する
位置情報と、後に書き込まれる記録情報とが混同して再
生されない様にしたが（図１３）、基準原点（微）２０
２の形状は何ら本実施例の形状に限られるものではない
。
を用いてプローブ電極１０２を走査し、基準原点（粗）
２０１の位置を検出した。係る基準原点（粗）の中心か
ら２ｍｍＹ軸方向に沿って基板１０４の中心部に向かっ
た位置に基準原点（微）２０２を設けた。係る基準原点
（微）は、記録層１０１の電気メモリー効果を利用して
形成される。即ち、プローブ電極１０２とＡｕの基板電
極１０３との間に１．０Ｖのプローブ電圧を印加し、プ
ローブ電流Ｉｐ が１０−９Ａになる様にプローブに組
み込まれた前記圧電体素子（不図示）を用いてプローブ
電極１０２と記録層１０１表面との距離（Ｚ）を調整し
た。 次にプローブ電極１０２を＋側、Ａｕの基板電極１０３
を−側にして、電気メモリー材料（ＳＯＡＺ・ＬＢ膜４
層）が低抵抗状態（ＯＮ状態）に変化する閾値電圧Ｖｔ
ｈＯＮ以上の矩形パルス電圧（４Ｖ，０．１μｓ）を印
加し、ＯＮ状態を生じさせた。プローブ電極１０２と記
録層１０１との距離（Ｚ）を保持したまま、プローブ電
極１０２とＡｕの基板電極１０３との間に１．０Ｖのプ
ローブ電圧を印加して、プローブ電流Ｉｐ を測定した
ところ５μＡ程度の電流が流れ、ＯＮ状態となっている
ことが確かめられた。以上の操作により、基準原点（微
）２０２とした。この時、１０ｎｍ角の記録層領域をＯ
Ｎ状態にすることにより基準原点（微）２０２に関する
位置情報と、後に書き込まれる記録情報とが混同して再
生されない様にしたが（図１３）、基準原点（微）２０
２の形状は何ら本実施例の形状に限られるものではない
。
【０１２７】次に係る基準原点（微）をプローブ電極位
置制御系のＸ，Ｙ座標上の原点として、プローブ電極１
０２を微動走査させ０．０１μｍピッチで情報の記録を
行った。記録面１０１上の１ビット毎の記録位置の模式
図を図１２に示した。係る記録は、基準原点（微）の形
成と同様の手法により、電気メモリー材料（ＳＯＡＺ，
ＬＢ膜４層）にＯＮ状態とＯＦＦ状態（記録前の高抵抗
状態）とを作ることにより行った。
置制御系のＸ，Ｙ座標上の原点として、プローブ電極１
０２を微動走査させ０．０１μｍピッチで情報の記録を
行った。記録面１０１上の１ビット毎の記録位置の模式
図を図１２に示した。係る記録は、基準原点（微）の形
成と同様の手法により、電気メモリー材料（ＳＯＡＺ，
ＬＢ膜４層）にＯＮ状態とＯＦＦ状態（記録前の高抵抗
状態）とを作ることにより行った。
【０１２８】上記の工程により形成された記録済み記録
媒体１００を一旦記録・再生装置から取り外した後、再
度Ｘ，Ｙステージ１１４上に設置し、再生実験を行った
。先ず、記録時と同じく、位置制御系のＸ，Ｙ方向をＳ
ｉ原子目盛を利用して、各々
媒体１００を一旦記録・再生装置から取り外した後、再
度Ｘ，Ｙステージ１１４上に設置し、再生実験を行った
。先ず、記録時と同じく、位置制御系のＸ，Ｙ方向をＳ
ｉ原子目盛を利用して、各々
【０１２９】
【式１２】
方向に合せた後、Ｘ，Ｙ方向に関して粗動機構１１０を
用いてプローブ電極１０２を走査させ、基準原点（粗）
２０１の位置を検出した。係る基準原点（粗）を基に、
基準原点（微）を粗動機構１１０及び微動制御機構１０
７を用いて捜し出した。係る基準原点（微）をＸ，Ｙ座
標系の原点として、記録情報の再生を行った。この際、
プローブ電極１０２とＡｕの基板電極１０３との間に再
生用の１．０Ｖのプローブ電圧を印加し、ＯＮ状態とＯ
ＦＦ状態領域に流れるプローブ電流量の変化を直接読み
取るか、或いはプローブ電流Ｉｐ が一定になる様にプ
ローブ電極１０２を走査させた際のプローブ電極１０２
と記録層１０１表面との距離Ｚの変化をサーボ回路１０
６を通して読み取ることにより、基準原点（微）２０２
の位置検出並びに記録情報の再生を行った。
用いてプローブ電極１０２を走査させ、基準原点（粗）
２０１の位置を検出した。係る基準原点（粗）を基に、
基準原点（微）を粗動機構１１０及び微動制御機構１０
７を用いて捜し出した。係る基準原点（微）をＸ，Ｙ座
標系の原点として、記録情報の再生を行った。この際、
プローブ電極１０２とＡｕの基板電極１０３との間に再
生用の１．０Ｖのプローブ電圧を印加し、ＯＮ状態とＯ
ＦＦ状態領域に流れるプローブ電流量の変化を直接読み
取るか、或いはプローブ電流Ｉｐ が一定になる様にプ
ローブ電極１０２を走査させた際のプローブ電極１０２
と記録層１０１表面との距離Ｚの変化をサーボ回路１０
６を通して読み取ることにより、基準原点（微）２０２
の位置検出並びに記録情報の再生を行った。
【０１３０】また、プローブ電圧を電気メモリー材料が
ＯＮ状態からＯＦＦ状態に変化する閾値電圧ＶｔｈＯＦ
Ｆ以上の１０Ｖに設定し、再び記録位置をトレースした
結果、全ての記録状態が消去されＯＦＦ状態に遷移した
ことも確認した。
ＯＮ状態からＯＦＦ状態に変化する閾値電圧ＶｔｈＯＦ
Ｆ以上の１０Ｖに設定し、再び記録位置をトレースした
結果、全ての記録状態が消去されＯＦＦ状態に遷移した
ことも確認した。
【０１３１】なお、本実施例では前記圧電素子によって
プローブ／記録媒体間の距離（Ｚ）の制御を行ったが、
勿論、記録媒体面と平行な方向（Ｘ，Ｙ方向）での位置
制御を行なうことを目的とした圧電素子の形成も可能で
ある。また、圧電体材料もＺｎＯに限るものではなく、
更に駆動系としても圧電体に限るものではない。例えば
、誘電吸着によってその間隙を制御された平行平板の一
方上に微小突起を形成することも容易である。駆動系原
理は何等本発明を制限するものではない。
プローブ／記録媒体間の距離（Ｚ）の制御を行ったが、
勿論、記録媒体面と平行な方向（Ｘ，Ｙ方向）での位置
制御を行なうことを目的とした圧電素子の形成も可能で
ある。また、圧電体材料もＺｎＯに限るものではなく、
更に駆動系としても圧電体に限るものではない。例えば
、誘電吸着によってその間隙を制御された平行平板の一
方上に微小突起を形成することも容易である。駆動系原
理は何等本発明を制限するものではない。
【０１３２】実施例３
複数個の基準原点による基準目盛を用いて、プローブ電
極走査系のＸ，Ｙ座標系を設定し、記録・再生を行った
例を以下に示す。
極走査系のＸ，Ｙ座標系を設定し、記録・再生を行った
例を以下に示す。
【０１３３】本実施例で用いた記録媒体１００の構成図
を図１４に示す。基板１０４として０．７×１．５ｃｍ
の光学研磨したガラス基板（１ｍｍ厚）を用いた。次に
Ｂ−Ｂ′の中点から基板中心に向かって１ｍｍの位置に
１μｍ角、深さ０．１μｍの基準原点（粗）２０２を作
製した。
を図１４に示す。基板１０４として０．７×１．５ｃｍ
の光学研磨したガラス基板（１ｍｍ厚）を用いた。次に
Ｂ−Ｂ′の中点から基板中心に向かって１ｍｍの位置に
１μｍ角、深さ０．１μｍの基準原点（粗）２０２を作
製した。
【０１３４】係る基準原点（粗）の作製法を以下に示す
。
。
【０１３５】従来公知のフォトレジスト法により、レジ
スト材料（商品名ＡＺ１３５０）を１μｍの厚さに塗布
し、プリベイクを行った後、図１３に対応するマスクを
用いて紫外線露光、現像、ポストベイクを行い、ガラス
の基板１０４上にマスクパターンを形成した。次に公知
のＤＦ４ ガスプラズマエッチング法に基づき、エッチ
ングパワー５０Ｗ、ガス圧１Ｐａ、ＣＦ４ ガス流量１
５ＳＣＣＭの条件下でガラスの基板１０４面を深さ０．
１μｍに迄ドライエッチングした。マスクのＡＺ１３５
０はアセトン洗浄して除去した。
スト材料（商品名ＡＺ１３５０）を１μｍの厚さに塗布
し、プリベイクを行った後、図１３に対応するマスクを
用いて紫外線露光、現像、ポストベイクを行い、ガラス
の基板１０４上にマスクパターンを形成した。次に公知
のＤＦ４ ガスプラズマエッチング法に基づき、エッチ
ングパワー５０Ｗ、ガス圧１Ｐａ、ＣＦ４ ガス流量１
５ＳＣＣＭの条件下でガラスの基板１０４面を深さ０．
１μｍに迄ドライエッチングした。マスクのＡＺ１３５
０はアセトン洗浄して除去した。
【０１３６】係る基板１０４をヘキサメチルジシラザン
の飽和蒸気中に放置して表面に疎水処理を施した。係る
基板１０４に対し、下引き層としてＣｒを真空蒸着法に
より厚さ５０Å堆積させ、更にＡｕを同法により４００
Å蒸着し基板電極１０３とした。次に係るＡｕの基板電
極１０３上にルテチウムジフタロシアニン（ＬｕＨ（Ｐ
ｃ）２ ）のｔ−ブチル置換体の１０層ＬＢ膜を積層し
、記録層１０１を形成させた。この際、基準原点（粗）
２０１の近傍には記録層１０１が堆積されない様にした
。
の飽和蒸気中に放置して表面に疎水処理を施した。係る
基板１０４に対し、下引き層としてＣｒを真空蒸着法に
より厚さ５０Å堆積させ、更にＡｕを同法により４００
Å蒸着し基板電極１０３とした。次に係るＡｕの基板電
極１０３上にルテチウムジフタロシアニン（ＬｕＨ（Ｐ
ｃ）２ ）のｔ−ブチル置換体の１０層ＬＢ膜を積層し
、記録層１０１を形成させた。この際、基準原点（粗）
２０１の近傍には記録層１０１が堆積されない様にした
。
【０１３７】以下、ＬｕＨ（Ｐｃ）２ のｔ−ブチル置
換体ＬＢ膜の成膜条件を記す。
換体ＬＢ膜の成膜条件を記す。
【０１３８】溶 媒 ：クロロホルム／ト
リメチルベンゼン／アセトン＝１／１／２（Ｖ／Ｖ））
濃 度 ：０．５ｍｇ／ｍｌ水
相 ：純水、水温２０°Ｃ表面圧 ：
２０ｍＮ／ｍ 基板上下速度：３ｍｍ／分 以上により作製された記録媒体１００と実施例２で述べ
た記録・再生装置を用いて記録・再生の実験を行った。 以下その詳細を記す。
リメチルベンゼン／アセトン＝１／１／２（Ｖ／Ｖ））
濃 度 ：０．５ｍｇ／ｍｌ水
相 ：純水、水温２０°Ｃ表面圧 ：
２０ｍＮ／ｍ 基板上下速度：３ｍｍ／分 以上により作製された記録媒体１００と実施例２で述べ
た記録・再生装置を用いて記録・再生の実験を行った。 以下その詳細を記す。
【０１３９】ＬｕＨ（Ｐｃ）２ のｔ−ブチル置換体Ｌ
Ｂ膜１０層を累積した記録層１０１をもつ記録媒体１０
０のＢ−Ｂ′方向をＸ，Ｙステージ１１４のＸ軸方向に
合わせて係るＸ，Ｙステージ上に設置した。次に実施例
１と同様にして、Ｘ，Ｙ方向に関して粗動機構１１０を
用いて、プローブ電極１０２を走査し、基準原点（粗）
２０１の位置を検出した。なお、プローブ電圧は０．１
Ｖとした。係る基準原点（粗）２０１の中心からＹ軸方
向に２ｍｍ基板中心部に向かった位置（記録層１０１上
）に、実施例１の基準原点（微）の作製法と同様の手法
を用いて、第１基準原点（微）４０１を作った。なお、
この際粗動機構１１０のＸ，Ｙ方向と微動制御機構１０
７のＸ，Ｙ方向とは粗動機構１１０の制御誤差範囲内で
一致している。
Ｂ膜１０層を累積した記録層１０１をもつ記録媒体１０
０のＢ−Ｂ′方向をＸ，Ｙステージ１１４のＸ軸方向に
合わせて係るＸ，Ｙステージ上に設置した。次に実施例
１と同様にして、Ｘ，Ｙ方向に関して粗動機構１１０を
用いて、プローブ電極１０２を走査し、基準原点（粗）
２０１の位置を検出した。なお、プローブ電圧は０．１
Ｖとした。係る基準原点（粗）２０１の中心からＹ軸方
向に２ｍｍ基板中心部に向かった位置（記録層１０１上
）に、実施例１の基準原点（微）の作製法と同様の手法
を用いて、第１基準原点（微）４０１を作った。なお、
この際粗動機構１１０のＸ，Ｙ方向と微動制御機構１０
７のＸ，Ｙ方向とは粗動機構１１０の制御誤差範囲内で
一致している。
【０１４０】次に微動制御機構１０７を用いて、係る第
１基準原点（微）４０１からＹ軸方向に１μｍの位置に
第２基準原点（微）４０２を作成した。係る第２基準原
点（微）４０２の作製法は第１基準原点（微）と同様で
あり、両者を区別するため、各点の形状を異なるものに
してもよいが必ずしもその必要はなく、これらの点が他
の一般記録情報と混同されない様な工夫がなされていれ
ばよい。次に係る第１基準原点（微）４０１或いは第２
基準原点（微）４０２の何れかをＸ，Ｙ軸座標系の原点
にとり微動機構を用いて、０．０１μｍピッチで情報の
記録を行った。記録方法は実施例１と同等の手法に依っ
た。
１基準原点（微）４０１からＹ軸方向に１μｍの位置に
第２基準原点（微）４０２を作成した。係る第２基準原
点（微）４０２の作製法は第１基準原点（微）と同様で
あり、両者を区別するため、各点の形状を異なるものに
してもよいが必ずしもその必要はなく、これらの点が他
の一般記録情報と混同されない様な工夫がなされていれ
ばよい。次に係る第１基準原点（微）４０１或いは第２
基準原点（微）４０２の何れかをＸ，Ｙ軸座標系の原点
にとり微動機構を用いて、０．０１μｍピッチで情報の
記録を行った。記録方法は実施例１と同等の手法に依っ
た。
【０１４１】上記の工程により形成された記録済み記録
媒体１００を一旦記録・再生装置から取外した後、再度
Ｘ，Ｙステージ１１４上に設置し再生実験を行った。先
ず、記録時と同じくＸ，Ｙ方向に関して粗動機構１１０
によりプローブ電極１０２を走査させて基準原点（粗）
２０１を見つけ出し、係る基準原点（粗）を基に、第１
基準原点（微）４０１を粗動機構１１０及び微動制御機
構１０７を用いて捜し出した。次に微動制御機構１０７
を用いて第２基準原点（微）４０２を検出後、第１及び
第２基準原点（微）を結ぶ線分の方向とプローブ電極走
査系のＹ軸方向とが一致する様にＸ，Ｙ座標系を設定し
直した。この際、第１基準原点（微）４０１が係るＸ，
Ｙ座標系の原点になる様に設定した。
媒体１００を一旦記録・再生装置から取外した後、再度
Ｘ，Ｙステージ１１４上に設置し再生実験を行った。先
ず、記録時と同じくＸ，Ｙ方向に関して粗動機構１１０
によりプローブ電極１０２を走査させて基準原点（粗）
２０１を見つけ出し、係る基準原点（粗）を基に、第１
基準原点（微）４０１を粗動機構１１０及び微動制御機
構１０７を用いて捜し出した。次に微動制御機構１０７
を用いて第２基準原点（微）４０２を検出後、第１及び
第２基準原点（微）を結ぶ線分の方向とプローブ電極走
査系のＹ軸方向とが一致する様にＸ，Ｙ座標系を設定し
直した。この際、第１基準原点（微）４０１が係るＸ，
Ｙ座標系の原点になる様に設定した。
【０１４２】記録容量を増やすために微動走査範囲外に
複数の基準点を設け、各点を基準に記録・再生を行なう
ことも可能であり、以上述べてきた実施例中で記録媒体
１００の作製法について述べてきたが、極めて均一な膜
が作製できる成膜法であれば良く、実施例の方法に限定
されるものではない。なお、本発明は基板１０４の材料
やその形状および表面構造について何ら限定するもので
もない。
複数の基準点を設け、各点を基準に記録・再生を行なう
ことも可能であり、以上述べてきた実施例中で記録媒体
１００の作製法について述べてきたが、極めて均一な膜
が作製できる成膜法であれば良く、実施例の方法に限定
されるものではない。なお、本発明は基板１０４の材料
やその形状および表面構造について何ら限定するもので
もない。
【０１４３】実施例４
次に本発明の情報処理装置の第２の態様である走査型ト
ンネル顕微鏡の説明を行う。
ンネル顕微鏡の説明を行う。
【０１４４】図１５は、本発明の走査型トンネル顕微鏡
の概略図である。
の概略図である。
【０１４５】６０１は、本発明のプローブユニット６０
２を形成したシリコンの基板、６０５はシリコンの基板
６０１をＺ方向に駆動する粗動用圧電素子、６０５は粗
動用圧電素子６０５及びプローブユニット６０２を試料
表面に接近させる接近機構、６０３は表面観察する導電
性の試料で、６０４は試料６０３をＸＹ方向に微動する
微動機構である。
２を形成したシリコンの基板、６０５はシリコンの基板
６０１をＺ方向に駆動する粗動用圧電素子、６０５は粗
動用圧電素子６０５及びプローブユニット６０２を試料
表面に接近させる接近機構、６０３は表面観察する導電
性の試料で、６０４は試料６０３をＸＹ方向に微動する
微動機構である。
【０１４６】本発明の走査型トンネル顕微鏡の動作を以
下に説明する。
下に説明する。
【０１４７】接近機構６１５は、Ｚ方向の移動ステージ
からなり、手動又はモーターにより、プローブユニット
６０２のプローブが試料６０３の表面に粗動用圧電素子
６０５のストローク内に入るように接近させる。
からなり、手動又はモーターにより、プローブユニット
６０２のプローブが試料６０３の表面に粗動用圧電素子
６０５のストローク内に入るように接近させる。
【０１４８】その際、顕微鏡等を用いて、目視により接
近の程度をモニターするか、もしくはプローブユニット
６０２にサーボをかけた状態でモーターにより自動送り
を行い、プローブ電極と試料６０３間にトンネル電流が
流れるのを検出した時点で接近を停止する。
近の程度をモニターするか、もしくはプローブユニット
６０２にサーボをかけた状態でモーターにより自動送り
を行い、プローブ電極と試料６０３間にトンネル電流が
流れるのを検出した時点で接近を停止する。
【０１４９】試料６０３の観察時には、バイアス回路６
０６によりバイアス電圧をかけられた試料６０３とプロ
ーブ電極の間に流れるトンネル電流をトンネル電流検出
回路６０７により検出し、Ｚ方向サーボ回路６１０を通
してプローブ電極と試料６０３表面の平均距離が一定と
なるようにプローブユニット６０２をＺ方向に制御して
いる。
０６によりバイアス電圧をかけられた試料６０３とプロ
ーブ電極の間に流れるトンネル電流をトンネル電流検出
回路６０７により検出し、Ｚ方向サーボ回路６１０を通
してプローブ電極と試料６０３表面の平均距離が一定と
なるようにプローブユニット６０２をＺ方向に制御して
いる。
【０１５０】その状態でプローブユニット６０２をＸＹ
位置制御回路６０９でＸＹ方向に走査することにより、
試料６０３表面の微小な凹凸により変化したトンネル電
流が検出され、それを制御回路６１２に取り込み、ＸＹ
走査信号に同期して処理すればコンスタントハイモード
のＳＴＭ像が得られる。
位置制御回路６０９でＸＹ方向に走査することにより、
試料６０３表面の微小な凹凸により変化したトンネル電
流が検出され、それを制御回路６１２に取り込み、ＸＹ
走査信号に同期して処理すればコンスタントハイモード
のＳＴＭ像が得られる。
【０１５１】ＳＴＭ像は、画像処理、例えば２次元ＦＦ
Ｔ等の処理をしてディスプレイ６１４に表示される。
Ｔ等の処理をしてディスプレイ６１４に表示される。
【０１５２】その際、プローブユニット６０２のＺ方向
のストロークが小さいので、装置の温度ドリフト、試料
６０３の表面の凹凸、傾きが大きいと追従できなくなる
ため、粗動用圧電素子６０５を用いてトンネル電流検出
回路６０７の信号をＺ方向粗動駆動回路６１１を通して
、０．０１〜０．１Ｈｚ程度の帯域のフィードバックを
行い、Ｚ方向の大きな動きに追従するように制御してい
る。
のストロークが小さいので、装置の温度ドリフト、試料
６０３の表面の凹凸、傾きが大きいと追従できなくなる
ため、粗動用圧電素子６０５を用いてトンネル電流検出
回路６０７の信号をＺ方向粗動駆動回路６１１を通して
、０．０１〜０．１Ｈｚ程度の帯域のフィードバックを
行い、Ｚ方向の大きな動きに追従するように制御してい
る。
【０１５３】又、観察場所を変えるときには、試料６０
３側のＸＹ微動機構６０４をＸＹ微動駆動回路６１３に
よりＸＹ方向に移動させ、所望の領域にプローブ電極が
くるようにして観察を行う。
３側のＸＹ微動機構６０４をＸＹ微動駆動回路６１３に
よりＸＹ方向に移動させ、所望の領域にプローブ電極が
くるようにして観察を行う。
【０１５４】本発明の走査型トンネル顕微鏡を用いるこ
とにより、試料観察を高分解能で観察することが可能に
なった。
とにより、試料観察を高分解能で観察することが可能に
なった。
【０１５５】
【発明の効果】以上説明したように、本発明のプローブ
電極は、原子レベルの大きさの鋭い尖頭部を有するので
、ＳＴＭにおいて高分解能の観察が可能であり、記録再
生装置において、分子・原子レベルの高密度記録再生が
可能である。
電極は、原子レベルの大きさの鋭い尖頭部を有するので
、ＳＴＭにおいて高分解能の観察が可能であり、記録再
生装置において、分子・原子レベルの高密度記録再生が
可能である。
【０１５６】また、本発明のプローブ電極は、フォトリ
ソグラフィ技術を用いて製作するので、増幅器を隣接し
た形で形成することができ、また微小突起を複数同一基
板上に設けられ、製造プロセスをコントロールすること
で形状精度を高めることができるので、Ｓ／Ｎ比の向上
によって記録再生の信頼性が上がり、プローブ製作の量
産性にも優れ低コストにつながる。
ソグラフィ技術を用いて製作するので、増幅器を隣接し
た形で形成することができ、また微小突起を複数同一基
板上に設けられ、製造プロセスをコントロールすること
で形状精度を高めることができるので、Ｓ／Ｎ比の向上
によって記録再生の信頼性が上がり、プローブ製作の量
産性にも優れ低コストにつながる。
【０１５７】さらに、形状が微小で剛性が高いため、プ
ローブ電極と記録媒体まわりを小さくできるので、装置
の小型化や固有振動数の高さからくる駆動速度の向上に
つながる。
ローブ電極と記録媒体まわりを小さくできるので、装置
の小型化や固有振動数の高さからくる駆動速度の向上に
つながる。
【図１】本発明に係る微小プローブ電極の製造過程を示
す図である。
す図である。
【図２】本発明に係る微小プローブ電極の製造過程を示
す図である。
す図である。
【図３】記録再生装置を図解的に示すブロック図である
。
。
【図４】本発明の座標軸と記録位置との位置関係を示し
た原理図である。
た原理図である。
【図５】プローブ電極を媒体側から見た図である。
【図６】図５のａ−ａ断面での製造工程を示す図である
。
。
【図７】図５のｂ−ｂ断面での製造工程を示す図である
。
。
【図８】実施例における微小突起（プローブ電極）の製
造過程を示す図である。
造過程を示す図である。
【図９】（Ａ）は本発明の記録媒体の一形態を示す平面
図、（Ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図である。
図、（Ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図である。
【図１０】本発明の記録媒体表面上の座標軸と記録位置
との位置関係の一形態を示した模式図である。
との位置関係の一形態を示した模式図である。
【図１１】本発明の実施例２を説明する記録再生装置を
図解的に示すブロック図である。
図解的に示すブロック図である。
【図１２】（Ａ）は実施例２で用いた記録媒体の平面図
、（Ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図である。
、（Ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図である。
【図１３】実施例２の記録材表面上の記録位置を示す模
式図である。
式図である。
【図１４】（Ａ）は本発明で用いた別の記録媒体の平面
図、（Ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図である。
図、（Ｂ）はそのＡ−Ａ′断面図である。
【図１５】本発明の走査型トンネル顕微鏡を図解的に示
すブロック図である。
すブロック図である。
１ 基板
２ 配線用金属
３ マスク支持体
４ 蒸着マスク
５ プローブ電極材料
６ 基板回転機構
７ 開口部
８ 微小突起
９ マスク成形材料
２３ 微小突起
２４ ゲート電極
２５ ドレイン電極
２６ ソース電極
２７ 基板
２８ 酸化膜
２９ ｎ＋ 拡散層（ソース）
３０ ｎ＋ 拡散層（ドレイン）
３１ 配線用金属層
３３ 薄膜抵抗
３９ ＭＯＳトランジスタ
１００ 記録媒体
１０１ 記録層
１０２ 記録・再生用プローブ電極
１０３ 位置検出用プローブ電極
１０４ 基板電極
１０５ 基板
１０６ プローブ電流増幅器
１０７ Ｚ軸方向微動制御機構
１０８ Ｚ軸方向微動制御機構
１０９ サーボ回路
１１０ ＸＹ走査駆動回路
１１１ ＸＹ方向微動制御機構
１１２ プローブ電極間隔微調節機構１１３ パル
ス電源 １１４ 粗動機構 １１５ 粗動駆動回路 １１６ マイクロコンピュータ １１７ 表示装置 １１８ ＸＹステージ ２０１ 基準原点（粗） ２０２ 基準原点（微） ２０３ 記録・再生位置 ３０１ 位置座標軸原点 ３０２ 格子点 ３０３ 基準原点（微） ３０４ 記録点 ４０１ 第１基準原点（微） ４０２ 第２基準原点（微） ６０１ 基板 ６０２ プローブユニット ６０３ 試料 ６０４ 微動機構 ６０５ 粗動用圧電素子 ６０６ バイアス回路 ６０７ トンネル電流検出回路 ６０９ ＸＹ位置制御回路 ６１０ Ｚ方向サーボ回路 ６１１ Ｚ方向粗動駆動回路 ６１２ 制御回路 ６１３ ディスプレイ
ス電源 １１４ 粗動機構 １１５ 粗動駆動回路 １１６ マイクロコンピュータ １１７ 表示装置 １１８ ＸＹステージ ２０１ 基準原点（粗） ２０２ 基準原点（微） ２０３ 記録・再生位置 ３０１ 位置座標軸原点 ３０２ 格子点 ３０３ 基準原点（微） ３０４ 記録点 ４０１ 第１基準原点（微） ４０２ 第２基準原点（微） ６０１ 基板 ６０２ プローブユニット ６０３ 試料 ６０４ 微動機構 ６０５ 粗動用圧電素子 ６０６ バイアス回路 ６０７ トンネル電流検出回路 ６０９ ＸＹ位置制御回路 ６１０ Ｚ方向サーボ回路 ６１１ Ｚ方向粗動駆動回路 ６１２ 制御回路 ６１３ ディスプレイ
Claims (24)
- 【請求項１】 基板と、該基板上に形成された２μｍ
以上１０μｍ以下の高さを有する微小突起を有すること
を特徴とするプローブユニット。 - 【請求項２】 前記微小突起が、金属層を介して基板
上に形成されている請求項１のプローブユニット。 - 【請求項３】 前記微小突起の高さが、２μｍ以上８
μｍ以下の範囲にある請求項１のプローブユニット。 - 【請求項４】 前記微小突起が、円錐乃至角錐状の構
造を有する請求項１のプローブユニット。 - 【請求項５】 前記微小突起が、貴金属あるいは貴金
属によって被覆された金属からなる請求項１のプローブ
ユニット。 - 【請求項６】 基板と、基板上に形成された２μｍ以
上１０μｍ以下の高さを有する微小突起からなるプロー
ブ電極、該プローブ電極に対向して設けられた記録媒体
、該プローブ電極と該記録媒体の間に電圧を印加する手
段を有することを特徴とする情報処理装置。 - 【請求項７】 前記微小突起の高さが、０．１μｍ以
上５μｍ以下である請求項６の情報処理装置。 - 【請求項８】 前記プローブ電極が、円錐乃至角錐状
の構造を有する微小突起で構成された請求項６の情報処
理装置。 - 【請求項９】 前記プローブ電極が、金、銀、白金及
びパラジウム族等の貴金属によって形成乃至被覆された
微小突起で構成された請求項６の情報処理装置。 - 【請求項１０】 前記単結晶体に隣接して増幅器を備
えたプローブ電極を有する請求項６の情報処理装置。 - 【請求項１１】 前記プローブ電極が、複数備えられ
ている請求項６の情報処理装置。 - 【請求項１２】 前記記録媒体が基準となる位置座標
軸を有し、前記位置座標軸上の位置を検出する手段を有
し、検出された座標位置に対応する該記録媒体の位置で
記録又は記録情報の再生消去を行う請求項６の情報処理
装置。 - 【請求項１３】 前記基準となる位置座標軸が原子配
列に基づいた座標軸である請求項１２の情報処理装置。 - 【請求項１４】 前記基準となる位置座標軸及びそれ
に対応する記録媒体の位置のうち、少なくとも一方に基
準となる原点を設けた請求項１２の情報処理装置。 - 【請求項１５】 前記基準となる位置座標軸が複数形
成されている請求項１２の情報処理装置。 - 【請求項１６】 前記プローブ電極を複数有し、その
うち１つのプローブ電極を位置座標検出のため、他のプ
ローブ電極を記録又は再生のために用いる請求項１２の
情報処理装置。 - 【請求項１７】 前記記録媒体が電気メモリ効果を有
している請求項６の情報処理装置。 - 【請求項１８】 前記記録媒体が面内に基準となる基
準目盛を有し、前記基準目盛とプローブ電極との記録媒
体面内方向の相対変位を検出する手段を有する請求項６
の情報処理装置。 - 【請求項１９】 前記基準目盛が原子配列に基づいた
目盛である請求項１８の情報処理装置。 - 【請求項２０】 前記基準目盛が基準となる原点を有
している請求項１８の情報処理装置。 - 【請求項２１】 前記基準目盛が複数設定されている
請求項１８の情報処理装置。 - 【請求項２２】 請求項１のプローブユニットを試料
に近接させ、プローブ電極と試料の間にバイアス電圧を
印加することにより、試料が有する情報を読取る情報処
理方法。 - 【請求項２３】 請求項１のプローブユニットを記録
媒体に近接させ、プローブ電極と記録媒体の間にパルス
電圧を印加することにより、記録媒体に情報を記録、あ
るいは記録された情報を消去する情報処理方法。 - 【請求項２４】 請求項１のプローブユニットを記録
媒体に近接させ、プローブ電極と記録媒体の間にバイア
ス電圧を印加することにより、記録された情報を読取る
情報処理方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2-27244 | 1990-02-08 | ||
| JP2724490 | 1990-02-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04263142A true JPH04263142A (ja) | 1992-09-18 |
Family
ID=12215668
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3518691A Pending JPH04263142A (ja) | 1990-02-08 | 1991-02-05 | プローブユニット、これを用いた情報処理装置及び情報処理方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0449409A3 (ja) |
| JP (1) | JPH04263142A (ja) |
| CA (1) | CA2035995A1 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5717680A (en) * | 1994-03-18 | 1998-02-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Information processing apparatus with mechanism for adjusting interval between substrate for supporting a plurality of probes and recording medium |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3261544B2 (ja) * | 1991-10-03 | 2002-03-04 | キヤノン株式会社 | カンチレバー駆動機構の製造方法、プローブ駆動機構の製造方法、カンチレバー駆動機構、プローブ駆動機構、及びこれを用いたマルチプローブ駆動機構、走査型トンネル顕微鏡、情報処理装置 |
| JP2895694B2 (ja) * | 1992-12-08 | 1999-05-24 | シャープ株式会社 | 情報記録・再生用スライダー、情報記録・再生用スライダーの製造方法および情報記録・再生装置 |
| EP0864846A3 (en) * | 1997-03-12 | 2000-12-13 | Haines, Miles, Dr. | Scanning probe microscope |
| US6477132B1 (en) | 1998-08-19 | 2002-11-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Probe and information recording/reproduction apparatus using the same |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2556492B2 (ja) * | 1986-12-24 | 1996-11-20 | キヤノン株式会社 | 再生装置及び再生法 |
| US4906840A (en) * | 1988-01-27 | 1990-03-06 | The Board Of Trustees Of Leland Stanford Jr., University | Integrated scanning tunneling microscope |
| US4987303A (en) * | 1989-04-07 | 1991-01-22 | Olympus Optical Co., Inc. | Micro-displacement detector device, piezo-actuator provided with the micro-displacement detector device and scanning probe microscope provided with the piezo-actuator |
| EP0398334B1 (en) * | 1989-05-17 | 1994-09-21 | Canon Kabushiki Kaisha | Position detecting apparatus |
| DE69024571T2 (de) * | 1989-09-07 | 1996-06-13 | Canon Kk | Informationsverarbeitungsverfahren und -vorrichtung |
-
1991
- 1991-02-05 JP JP3518691A patent/JPH04263142A/ja active Pending
- 1991-02-07 EP EP19910300999 patent/EP0449409A3/en not_active Withdrawn
- 1991-02-08 CA CA 2035995 patent/CA2035995A1/en not_active Abandoned
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5717680A (en) * | 1994-03-18 | 1998-02-10 | Canon Kabushiki Kaisha | Information processing apparatus with mechanism for adjusting interval between substrate for supporting a plurality of probes and recording medium |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0449409A2 (en) | 1991-10-02 |
| EP0449409A3 (en) | 1992-06-17 |
| CA2035995A1 (en) | 1991-08-09 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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