JPH04289580A - マイクロ振動メモリ装置 - Google Patents
マイクロ振動メモリ装置Info
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- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Micromachines (AREA)
- Semiconductor Memories (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、一般的にメモリ装置に
関する。さらに詳しくは、半導体材料を用いつつ、材料
の機械的特性および電子的特性を利用するメモリ装置に
関する。
関する。さらに詳しくは、半導体材料を用いつつ、材料
の機械的特性および電子的特性を利用するメモリ装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】情報記憶装置の分野では、２種類のメモ
リ装置が支配的である。すなわち、回転メモリと半導体
メモリである。磁気，磁気光学および光学装置などのい
ろいろなディスク・ドライブなどの回転メモリは、１ギ
ガバイトまでのデータを記憶するが、読み書き時間はミ
リ秒のオーダーになる。一方、ＤＲＡＭ（ダイナミック
・ランダム・アクセス・メモリ），ＳＲＡＭ（スタティ
ックＲＡＭ），ＥＥＰＲＯＭ（電気的消去書き込み可能
な不揮発性メモリ）などの半導体メモリはナノ秒のオー
ダーのはるかに高速の読み書き速度が可能であるが、そ
の容量は小さく、数メガビットの範囲である。ビット当
りの価格に関しては、回転メモリのほうが安価であるが
、機械的信頼性ははるかに低い。
リ装置が支配的である。すなわち、回転メモリと半導体
メモリである。磁気，磁気光学および光学装置などのい
ろいろなディスク・ドライブなどの回転メモリは、１ギ
ガバイトまでのデータを記憶するが、読み書き時間はミ
リ秒のオーダーになる。一方、ＤＲＡＭ（ダイナミック
・ランダム・アクセス・メモリ），ＳＲＡＭ（スタティ
ックＲＡＭ），ＥＥＰＲＯＭ（電気的消去書き込み可能
な不揮発性メモリ）などの半導体メモリはナノ秒のオー
ダーのはるかに高速の読み書き速度が可能であるが、そ
の容量は小さく、数メガビットの範囲である。ビット当
りの価格に関しては、回転メモリのほうが安価であるが
、機械的信頼性ははるかに低い。
【０００３】回転メモリの容量と、半導体メモリの速度
，寸法および信頼性を組み合わせたメモリ装置ができれ
ば非常に価値がある。そのようなメモリがあれば、コン
ピュータは性能とコンパクト性のみならず、信頼性にお
いても飛躍的に向上するだろう。このために、３次元の
電子光学結晶や光ホログラムなどに大量のデータを光学
的に記憶させるためのアイデアが論じられてきた；しか
し、それが実現されるにはまだ程遠く、実現されたとし
ても、必要な光学走査や使用されるレーザの波長による
ビット・サイズの制約のために、このような装置をマイ
クロチップの寸法にまで縮小することはきわめて困難で
あろう。
，寸法および信頼性を組み合わせたメモリ装置ができれ
ば非常に価値がある。そのようなメモリがあれば、コン
ピュータは性能とコンパクト性のみならず、信頼性にお
いても飛躍的に向上するだろう。このために、３次元の
電子光学結晶や光ホログラムなどに大量のデータを光学
的に記憶させるためのアイデアが論じられてきた；しか
し、それが実現されるにはまだ程遠く、実現されたとし
ても、必要な光学走査や使用されるレーザの波長による
ビット・サイズの制約のために、このような装置をマイ
クロチップの寸法にまで縮小することはきわめて困難で
あろう。
【０００４】
【発明の概要】本発明により、ディスク同様の大容量を
もち、ビット当りの価格が低く、読み書き速度が半導体
メモリにはるかに近く、固有の機械的信頼性を持ち、不
揮発性で大量生産が可能であるという特性をユーザに提
供することのできる、既存の半導体製造過程を用いたき
わめて小型のメモリ装置が提供される。
もち、ビット当りの価格が低く、読み書き速度が半導体
メモリにはるかに近く、固有の機械的信頼性を持ち、不
揮発性で大量生産が可能であるという特性をユーザに提
供することのできる、既存の半導体製造過程を用いたき
わめて小型のメモリ装置が提供される。
【０００５】本装置の主な特徴は、回転部品または滑動
部品のないこと，きわめて大型の独立して動作するサブ
デバイスのセットに、データを分布および／または複写
する構造，揮発性記憶装置および不揮発性記憶装置の両
方に対応できる能力，その一体型設計，半導体の場合と
同様の過程を用いた製造および大型のＤＲＡＭ程度の寸
法である。
部品のないこと，きわめて大型の独立して動作するサブ
デバイスのセットに、データを分布および／または複写
する構造，揮発性記憶装置および不揮発性記憶装置の両
方に対応できる能力，その一体型設計，半導体の場合と
同様の過程を用いた製造および大型のＤＲＡＭ程度の寸
法である。
【０００６】簡単にいうと、マイクロ加工技術が採用さ
れて、マイクロカンチレバー（ｍｉｃｒｏｃａｎｔｉｌ
ｅｖｅｒ）を平面的に配列することが可能になった。こ
の平面配列は、このような装置の大きな平面部を覆う格
子から構成されており、その格子の交差部分が、個々の
マイクロカンチレバーとなっている。このような平面配
列は、たとえば１ｃｍ四方のチップ面を覆う、１０００
ｘ１０００個のマイクロカンチレバーのアレイ（合計１
００万個のマイクロカンチレバー）より構成される。
れて、マイクロカンチレバー（ｍｉｃｒｏｃａｎｔｉｌ
ｅｖｅｒ）を平面的に配列することが可能になった。こ
の平面配列は、このような装置の大きな平面部を覆う格
子から構成されており、その格子の交差部分が、個々の
マイクロカンチレバーとなっている。このような平面配
列は、たとえば１ｃｍ四方のチップ面を覆う、１０００
ｘ１０００個のマイクロカンチレバーのアレイ（合計１
００万個のマイクロカンチレバー）より構成される。
【０００７】各カンチレバーには、その表面にビット・
アレイと呼ばれる記憶ビットのアレイが配置されている
。各カンチレバーのビット・アレイ表面領域の反対側は
、読み書きヘッドになており、これは走査トンネル顕微
鏡または原子力（ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ）顕微鏡の
走査ティップに性質が似ている。各ビット・アレイは、
それぞれのカンチレバーの振動により起こる掃引（ｓｗ
ｅｅｐｉｎｇ）運動で、その隣接の読み書きヘッドと相
対的に移動する。カンチレバーには、いくつかの可能な
方法のうちいずれかの方法で振動が与えられる。可能な
方法に含まれるのは、結合された圧電または電歪共振器
，容量結合された電極（どちらか一方が各移動カンチレ
バーの上にある）の両端に発生されるクーロン力，カン
チレバーをバイメタルのように曲げる、バイメタルの熱
膨張の駆動差分により発生した力，電極またはカンチレ
バーの上にあらかじめ配置された磁気材料と作用して、
制御可能な引力あるいは反発力を生み出す磁界を利用す
ることによる駆動である。カンチレバーは、連続した高
調波励起の状態あるいは非連続的な交互にパルス化され
る状態で駆動され、少なくとも１回の振動サイクルを起
こすか、または望ましい状態の偏向状態に慣性力で駆動
される。
アレイと呼ばれる記憶ビットのアレイが配置されている
。各カンチレバーのビット・アレイ表面領域の反対側は
、読み書きヘッドになており、これは走査トンネル顕微
鏡または原子力（ａｔｏｍｉｃ ｆｏｒｃｅ）顕微鏡の
走査ティップに性質が似ている。各ビット・アレイは、
それぞれのカンチレバーの振動により起こる掃引（ｓｗ
ｅｅｐｉｎｇ）運動で、その隣接の読み書きヘッドと相
対的に移動する。カンチレバーには、いくつかの可能な
方法のうちいずれかの方法で振動が与えられる。可能な
方法に含まれるのは、結合された圧電または電歪共振器
，容量結合された電極（どちらか一方が各移動カンチレ
バーの上にある）の両端に発生されるクーロン力，カン
チレバーをバイメタルのように曲げる、バイメタルの熱
膨張の駆動差分により発生した力，電極またはカンチレ
バーの上にあらかじめ配置された磁気材料と作用して、
制御可能な引力あるいは反発力を生み出す磁界を利用す
ることによる駆動である。カンチレバーは、連続した高
調波励起の状態あるいは非連続的な交互にパルス化され
る状態で駆動され、少なくとも１回の振動サイクルを起
こすか、または望ましい状態の偏向状態に慣性力で駆動
される。
【０００８】移動式カンチレバー上にビット・アレイを
置くか読み書きヘッドを置くかの選択が可能で、もう一
方の部品は残りの対向表面に置く。さらに、カンチレバ
ーの形と駆動の方向に関する選択の幅もあり、線形およ
び２次元ビット・アレイを利用して物理的にアドレスを
行うことができる。
置くか読み書きヘッドを置くかの選択が可能で、もう一
方の部品は残りの対向表面に置く。さらに、カンチレバ
ーの形と駆動の方向に関する選択の幅もあり、線形およ
び２次元ビット・アレイを利用して物理的にアドレスを
行うことができる。
【０００９】振動カンチレバーおよび読み書きヘッドと
その関連の電子部品の製造では、すべて半導体および半
導体センサ産業に共通の既存のツールと工程を用いてい
る。読み書きヘッドの電子部品は、ＳＴＭ（走査トンネ
ル顕微鏡）およびＡＦＭ（原子力顕微鏡）に用いられる
ものと同様の回路構成を用いているが、きわめて小型に
なっている。これは、プレアンプなどの回路構成のため
に最短の相互接続部，最高の速度，最低電力を実現する
ために必要である。
その関連の電子部品の製造では、すべて半導体および半
導体センサ産業に共通の既存のツールと工程を用いてい
る。読み書きヘッドの電子部品は、ＳＴＭ（走査トンネ
ル顕微鏡）およびＡＦＭ（原子力顕微鏡）に用いられる
ものと同様の回路構成を用いているが、きわめて小型に
なっている。これは、プレアンプなどの回路構成のため
に最短の相互接続部，最高の速度，最低電力を実現する
ために必要である。
【００１０】その結果、大量生産の可能なメモリ装置で
あって、超小型，非摩耗性，低電力であること，重複度
が大きいこと，故障の少ないこと，原子レベルまで記憶
セルまたはビット・サイズを落とせること，さまざまな
機械走査速度（連続およびパルス）と平面ビット密度を
同時に異なるサブデバイスで利用できること，複数のサ
ブデバイスとの間でビットストリームを多重化させるこ
とによりきわめて高速の読み書きデータのフロー速度を
得られること，超低温で動作できること−−これは読み
書き電子部品の速度が速くなり、熱ノイズが最小限にな
るので有利であり、またこのような低温を利用すること
により室温で安定でない物理状態で、書き込まれたビッ
トを維持することができる−−などの利点を合わせ持っ
たメモリ装置ができあがる。
あって、超小型，非摩耗性，低電力であること，重複度
が大きいこと，故障の少ないこと，原子レベルまで記憶
セルまたはビット・サイズを落とせること，さまざまな
機械走査速度（連続およびパルス）と平面ビット密度を
同時に異なるサブデバイスで利用できること，複数のサ
ブデバイスとの間でビットストリームを多重化させるこ
とによりきわめて高速の読み書きデータのフロー速度を
得られること，超低温で動作できること−−これは読み
書き電子部品の速度が速くなり、熱ノイズが最小限にな
るので有利であり、またこのような低温を利用すること
により室温で安定でない物理状態で、書き込まれたビッ
トを維持することができる−−などの利点を合わせ持っ
たメモリ装置ができあがる。
【００１１】どのようなメモリ装置においても、できる
だけ小さなエリアにできるだけ多くのビットを入れたい
と思う。すなわち高密度で詰め込まれたビットまたはセ
ルのアレイを利用したいと思う。広いアレイを実際にア
ドレスしようとするときは、そのビット・アレイ専用の
読み書きヘッドに関してビット・アレイの広い走査動作
をすることが必要になる。
だけ小さなエリアにできるだけ多くのビットを入れたい
と思う。すなわち高密度で詰め込まれたビットまたはセ
ルのアレイを利用したいと思う。広いアレイを実際にア
ドレスしようとするときは、そのビット・アレイ専用の
読み書きヘッドに関してビット・アレイの広い走査動作
をすることが必要になる。
【００１２】ＳＴＭでは、走査中に、ティップと検体と
のトンネル電流定数を保つことによって、ティップとサ
ンプルとのＺ軸の間隔を数オングストロームで一定に保
つように制御する。Ｚ軸ギャップの制御は、ティップを
ピエゾアクチュエータを用いて厳密に制御された方法で
、検体に対して移動させることにより達成される。ＡＦ
Ｍでは、光干渉法またはピエゾアクチュエータにより行
われる修正を含む容量結合により検知されるティップと
支持部の変動を一定に保つことにより、ティップと検体
とのＺ軸の間隔を制御する。
のトンネル電流定数を保つことによって、ティップとサ
ンプルとのＺ軸の間隔を数オングストロームで一定に保
つように制御する。Ｚ軸ギャップの制御は、ティップを
ピエゾアクチュエータを用いて厳密に制御された方法で
、検体に対して移動させることにより達成される。ＡＦ
Ｍでは、光干渉法またはピエゾアクチュエータにより行
われる修正を含む容量結合により検知されるティップと
支持部の変動を一定に保つことにより、ティップと検体
とのＺ軸の間隔を制御する。
【００１３】ここで解説するメモリ装置では、走査サイ
クル中のこのようなＺ軸の調整量を最小限に抑えること
が望ましく、さらに、このような調整をできるだけ再生
可能で予測可能なものにすることが望ましい。このよう
に、可能な限り簡単で低電力の電子部品とＺ軸の動作手
段とを用いて、必要に応じて、いくつかのサブデバイス
間でそれぞれの動作電子回路を共有できるようにする。 各サブデバイスのティップとアレイとのＺ軸のギャップ
の調整では、ティップに関して必ずしもアレイを移動さ
せないで行われる走査方法を修正して、巨視的なギャッ
プが完全に一定に保たれるようにすることもできる；す
なわち、非等距離相対運動である。これによって、弾性
変形のためにティップから一定の距離で回動せず、その
端部がビット・アレイに配置されている振動カンチレバ
ーを用いることができる。これで可能となる利点は、カ
ンチレバー・コラムが一度に一次元で直線的に振動する
ようにすることか、あるいは同時に２次元で軌跡または
リサージュ空間パターンを描いて振動するようにするこ
とができることである。端部（または上部）にビット・
アレイを持ったコラムは、森の中の木のようにぎっしり
と詰めて、たとえばコラムを搭載したＰＺＴ（チタン酸
ジルコン酸鉛）のスラブで同時に駆動することができる
。これは風が吹くと森の木がすべて揺れるようなもので
ある。
クル中のこのようなＺ軸の調整量を最小限に抑えること
が望ましく、さらに、このような調整をできるだけ再生
可能で予測可能なものにすることが望ましい。このよう
に、可能な限り簡単で低電力の電子部品とＺ軸の動作手
段とを用いて、必要に応じて、いくつかのサブデバイス
間でそれぞれの動作電子回路を共有できるようにする。 各サブデバイスのティップとアレイとのＺ軸のギャップ
の調整では、ティップに関して必ずしもアレイを移動さ
せないで行われる走査方法を修正して、巨視的なギャッ
プが完全に一定に保たれるようにすることもできる；す
なわち、非等距離相対運動である。これによって、弾性
変形のためにティップから一定の距離で回動せず、その
端部がビット・アレイに配置されている振動カンチレバ
ーを用いることができる。これで可能となる利点は、カ
ンチレバー・コラムが一度に一次元で直線的に振動する
ようにすることか、あるいは同時に２次元で軌跡または
リサージュ空間パターンを描いて振動するようにするこ
とができることである。端部（または上部）にビット・
アレイを持ったコラムは、森の中の木のようにぎっしり
と詰めて、たとえばコラムを搭載したＰＺＴ（チタン酸
ジルコン酸鉛）のスラブで同時に駆動することができる
。これは風が吹くと森の木がすべて揺れるようなもので
ある。
【００１４】たとえば、異方性エッチングした単結晶シ
リコンでこのようなコラムを作り、真空中で駆動すると
、再生度がきわめて高い低損失の複数サイクル運動を得
ることができる。このようなエッチング・プロセスでは
、コラムの長い寸法すなわち高さがシリコンのような材
料のスラブの面に深くエッチングされる。その後スラブ
面はコラムの端部を含むようになり、これがビット・ア
レイになる。
リコンでこのようなコラムを作り、真空中で駆動すると
、再生度がきわめて高い低損失の複数サイクル運動を得
ることができる。このようなエッチング・プロセスでは
、コラムの長い寸法すなわち高さがシリコンのような材
料のスラブの面に深くエッチングされる。その後スラブ
面はコラムの端部を含むようになり、これがビット・ア
レイになる。
【００１５】カンチレバー・ティップの２次元運動に関
わる可能な軌跡の組合せは実際には全く平面的であると
いうわけではなく、多少球面を帯びている。弾性力の再
生度と、単結晶シリコンの粒界がないこと、およびカン
チレバーのこのようなアレイをエッチングする際の半導
体方法の完成度により、各カンチレバーのほとんど同一
の物理的振動特性が生まれる。
わる可能な軌跡の組合せは実際には全く平面的であると
いうわけではなく、多少球面を帯びている。弾性力の再
生度と、単結晶シリコンの粒界がないこと、およびカン
チレバーのこのようなアレイをエッチングする際の半導
体方法の完成度により、各カンチレバーのほとんど同一
の物理的振動特性が生まれる。
【００１６】ビット・アレイの運動が多少球面であるこ
とと、その結果できるギャップの変動とはティップ・ア
クチュエータによりなくなる。また、Ｚ軸ギャップの修
正は高調波であり、すべてがほとんど同一の振幅と位相
を持つためにこの作業は、より簡単になる。カンチレバ
ー材料としてシリコンを用いることにより、熱伝導性が
よくなるだけでなく、完ぺきに再生可能な低膨張係数が
得られるので、Ｚ軸のギャップ修正は最小限で済み、ま
た等しくなって、熱誘導された寸法の変化にも対応する
ことができる。コラムは共同して振動するので、密接し
て詰めて全体の面積を充分に利用することができる。
とと、その結果できるギャップの変動とはティップ・ア
クチュエータによりなくなる。また、Ｚ軸ギャップの修
正は高調波であり、すべてがほとんど同一の振幅と位相
を持つためにこの作業は、より簡単になる。カンチレバ
ー材料としてシリコンを用いることにより、熱伝導性が
よくなるだけでなく、完ぺきに再生可能な低膨張係数が
得られるので、Ｚ軸のギャップ修正は最小限で済み、ま
た等しくなって、熱誘導された寸法の変化にも対応する
ことができる。コラムは共同して振動するので、密接し
て詰めて全体の面積を充分に利用することができる。
【００１７】ここで説明する実施例においては、振動ま
たは屈曲するカンチレバー・アレイまたはプレート・ア
レイには、ビット・アレイが配置されている。対向表面
に置かれたティップが広い相互接続と回路構成、および
優れた熱シンクを必要とするためである。さらに、性能
を最高にするためには、ティップ回路構成と相互接続部
はできるだけ小型にすることが望ましい。移動式のカン
チレバーに個々のティップを配置するには、容量とイン
ダクタンスの高い長い相互接続部を用いることが必要に
なる。また、能動電子部品を周期的な応力と低い熱シン
ク、さらにコラムの製造に伴う過酷な処理にもさらさね
ばならない。そのため、ティップと関連の起動部品およ
び電子部品を支える表面は、従来の平面処理技術を用い
てシリコンから直接製造することが最も簡単である。こ
のように、ティップとすべての関連の電子部品および相
互接続部は、マイクロチップと同様の処理で作られるチ
ップ状の装置より構成される。この方法により、光学的
消去手段がコラムを光学的に透明にすることを必要とす
るような用途において、非半導体材料をコラムに用いる
ことも可能になる。
たは屈曲するカンチレバー・アレイまたはプレート・ア
レイには、ビット・アレイが配置されている。対向表面
に置かれたティップが広い相互接続と回路構成、および
優れた熱シンクを必要とするためである。さらに、性能
を最高にするためには、ティップ回路構成と相互接続部
はできるだけ小型にすることが望ましい。移動式のカン
チレバーに個々のティップを配置するには、容量とイン
ダクタンスの高い長い相互接続部を用いることが必要に
なる。また、能動電子部品を周期的な応力と低い熱シン
ク、さらにコラムの製造に伴う過酷な処理にもさらさね
ばならない。そのため、ティップと関連の起動部品およ
び電子部品を支える表面は、従来の平面処理技術を用い
てシリコンから直接製造することが最も簡単である。こ
のように、ティップとすべての関連の電子部品および相
互接続部は、マイクロチップと同様の処理で作られるチ
ップ状の装置より構成される。この方法により、光学的
消去手段がコラムを光学的に透明にすることを必要とす
るような用途において、非半導体材料をコラムに用いる
ことも可能になる。
【００１８】ここでは、ビット・アレイが連続した大き
な面積のプレート上に配置され、そのプレートが隣接す
る平坦な表面に配置されたいくつかの対応ティップに関
して振動される実施例を説明するが、その代わりに多く
の、小さな面積のカンチレバーを用いても別の利点があ
る。１個のカンチレバーは、数Ｈｚから数十Ｈｚ、また
は数百ｋＨｚまでのオーダーの共鳴発振周波数を持つよ
うに設計される。同時に、許容範囲のギャップ修正によ
り、特に共鳴モードで、かなり大きなカンチレバーの変
位を行うこともできる。
な面積のプレート上に配置され、そのプレートが隣接す
る平坦な表面に配置されたいくつかの対応ティップに関
して振動される実施例を説明するが、その代わりに多く
の、小さな面積のカンチレバーを用いても別の利点があ
る。１個のカンチレバーは、数Ｈｚから数十Ｈｚ、また
は数百ｋＨｚまでのオーダーの共鳴発振周波数を持つよ
うに設計される。同時に、許容範囲のギャップ修正によ
り、特に共鳴モードで、かなり大きなカンチレバーの変
位を行うこともできる。
【００１９】ビット密度を最高にするために極小ビット
を得ることが望ましい、たとえば正方形の格子ビット・
アレイ内に配置された２０オングストロームの中央部に
１０オングストロームのビットを置くことが望ましいと
すると、キロヘルツ程度の走査発振周波数とマイクロメ
ータのオーダーのビット・アレイの変位とを組み合わせ
ることにより、このようなビット・アレイとの間で数メ
ガヘルツの読み書きデータ・フロー速度を得ることがで
きる。カンチレバーは共鳴動作をするように設定するこ
とができ、その動作は最小限の進行励起パルスにより維
持することができる。
を得ることが望ましい、たとえば正方形の格子ビット・
アレイ内に配置された２０オングストロームの中央部に
１０オングストロームのビットを置くことが望ましいと
すると、キロヘルツ程度の走査発振周波数とマイクロメ
ータのオーダーのビット・アレイの変位とを組み合わせ
ることにより、このようなビット・アレイとの間で数メ
ガヘルツの読み書きデータ・フロー速度を得ることがで
きる。カンチレバーは共鳴動作をするように設定するこ
とができ、その動作は最小限の進行励起パルスにより維
持することができる。
【００２０】発振プレートを用いて多くのビット・アレ
イに対応させる場合には、ある種のトレードオフがある
が、カンチレバーを用いるとそれを避けることができる
。まず、慣性的に剛性となる回動プレートは、望ましく
ないプレート・モードの振動を導入しないようにするた
めにかなりの深さを持たねばならない。このような振動
があるとＺ軸の分離を制御することが複雑になる。深さ
を深くすると、質量もかなり増えて、これをかなりの変
位量を高周波で移動させねばならないことになる。その
ため同じメモリを作るのに、カンチレバーを用いたとき
よりもよけいに電力が消費される。この場合の補助手段
として、プレートに中空部を作って質量を小さくするこ
とを考えてもよい。プレートを回動または滑動させずに
、剛性に装着されたプレートをせん断動作で変形させる
ことにより、回動プレートの内部屈曲を全面的に回避す
ることができる。回動動作を行わずに、せん断動作を行
うプレートは、屈曲動作のカンチレバーよりもはるかに
固い。カンチレバーと同じ厚み分だけせん断動作をする
プレートは、カンチレバーよりもはるかに高い共鳴周波
数を有する。その結果、高周波で小さな走査距離とする
ことができる。
イに対応させる場合には、ある種のトレードオフがある
が、カンチレバーを用いるとそれを避けることができる
。まず、慣性的に剛性となる回動プレートは、望ましく
ないプレート・モードの振動を導入しないようにするた
めにかなりの深さを持たねばならない。このような振動
があるとＺ軸の分離を制御することが複雑になる。深さ
を深くすると、質量もかなり増えて、これをかなりの変
位量を高周波で移動させねばならないことになる。その
ため同じメモリを作るのに、カンチレバーを用いたとき
よりもよけいに電力が消費される。この場合の補助手段
として、プレートに中空部を作って質量を小さくするこ
とを考えてもよい。プレートを回動または滑動させずに
、剛性に装着されたプレートをせん断動作で変形させる
ことにより、回動プレートの内部屈曲を全面的に回避す
ることができる。回動動作を行わずに、せん断動作を行
うプレートは、屈曲動作のカンチレバーよりもはるかに
固い。カンチレバーと同じ厚み分だけせん断動作をする
プレートは、カンチレバーよりもはるかに高い共鳴周波
数を有する。その結果、高周波で小さな走査距離とする
ことができる。
【００２１】プレートで大きなカンチレバーのような動
きを得るためには、プレートの端部を、その平面上でプ
レートを振動させるバネで保持することが最良の方法で
ある。プレートをその背面で保持して、せん断振動させ
る場合とは著しく違う。後者の場合は、大きな振動には
厚いプレートが必要になり、前者の場合では、プレート
は単に回動するだけでせん断変形しないので、「ソフト
な」低剛性のマイクロ加工された、深さのあるバネを用
いることにより大きな振幅を簡単に得ることができる。 そのため、Ｚ軸の剛性も大きくなる。
きを得るためには、プレートの端部を、その平面上でプ
レートを振動させるバネで保持することが最良の方法で
ある。プレートをその背面で保持して、せん断振動させ
る場合とは著しく違う。後者の場合は、大きな振動には
厚いプレートが必要になり、前者の場合では、プレート
は単に回動するだけでせん断変形しないので、「ソフト
な」低剛性のマイクロ加工された、深さのあるバネを用
いることにより大きな振幅を簡単に得ることができる。 そのため、Ｚ軸の剛性も大きくなる。
【００２２】カンチレバーを用いた方法では、静止（テ
ィップに対して）連続絶縁補強材壁を用いて、ティップ
群とカンチレバーを隔離することができる。この壁は、
ティップ支持被覆層に直接付着し、カンチレバーによっ
て同時にカンチレバー層内に形成されるもので、そのた
めに全体的な表面のＺ軸局部剛性が非常に高くなり、望
ましくない構造振動が起こらない。プレートを用いた方
法では、大きなプレートを備えることによって、カンチ
レバー（プレート）層とティップ層との間に頻繁な構造
接続を有する可能性が妨害されるので、それによって望
ましくない装置の歪や複数ティップのチェーン反応不良
を招くことがある。
ィップに対して）連続絶縁補強材壁を用いて、ティップ
群とカンチレバーを隔離することができる。この壁は、
ティップ支持被覆層に直接付着し、カンチレバーによっ
て同時にカンチレバー層内に形成されるもので、そのた
めに全体的な表面のＺ軸局部剛性が非常に高くなり、望
ましくない構造振動が起こらない。プレートを用いた方
法では、大きなプレートを備えることによって、カンチ
レバー（プレート）層とティップ層との間に頻繁な構造
接続を有する可能性が妨害されるので、それによって望
ましくない装置の歪や複数ティップのチェーン反応不良
を招くことがある。
【００２３】この説明のために、プレートにはティップ
に隣接した大きな面のひとつにビット・アレイを配置し
て、せん断変形が最も小さい（厚みまたは深さ）寸法で
起こるか、あるいはプレートの回動または滑動運動がお
もにその平面で起こって、プレート自身には歪が起こら
ないようにする。また一方、カンチレバーの端部（また
は広くて薄いカンチレバーの場合はエッジ）にビット・
アレイを配置して、木が風で揺れるように、カンチレバ
ーは少なくとも低剛性の一方向に屈曲することにより変
形する。カンチレバーを用いた極端な場合では、プレー
トの横寸法（端からビット・アレイを見て）が充分に大
きくて、支配的な変形モードとして、屈曲の代わりにせ
ん断が起こると、片持ちにしたビームはせん断変形をす
るプレートになる。
に隣接した大きな面のひとつにビット・アレイを配置し
て、せん断変形が最も小さい（厚みまたは深さ）寸法で
起こるか、あるいはプレートの回動または滑動運動がお
もにその平面で起こって、プレート自身には歪が起こら
ないようにする。また一方、カンチレバーの端部（また
は広くて薄いカンチレバーの場合はエッジ）にビット・
アレイを配置して、木が風で揺れるように、カンチレバ
ーは少なくとも低剛性の一方向に屈曲することにより変
形する。カンチレバーを用いた極端な場合では、プレー
トの横寸法（端からビット・アレイを見て）が充分に大
きくて、支配的な変形モードとして、屈曲の代わりにせ
ん断が起こると、片持ちにしたビームはせん断変形をす
るプレートになる。
【００２４】セル内にカンチレバーを用いる方法の利点
は、必要なときに構造全体の最大剛性を得ることができ
て、なおかつ大きな掃引ビット・エリアや最低限の電力
消費を得られるだけでなく、カンチレバーの長さを断面
寸法比に合わせて選択するだけで、振動周波数を伴う振
動振幅の連続的なトレードオフをも得ることができる点
である。リソグラフィック・エッチング・マスクのカン
チレバー径（ビームの断面寸法と形）を可変することに
より、異なる共鳴特性を有するさまざまな装置を同時に
得ることができる。このため、カンチレバーを選択的に
励起させたり、１組の駆動力のもとで異なる高調波に合
わせて励起させることが可能になる。
は、必要なときに構造全体の最大剛性を得ることができ
て、なおかつ大きな掃引ビット・エリアや最低限の電力
消費を得られるだけでなく、カンチレバーの長さを断面
寸法比に合わせて選択するだけで、振動周波数を伴う振
動振幅の連続的なトレードオフをも得ることができる点
である。リソグラフィック・エッチング・マスクのカン
チレバー径（ビームの断面寸法と形）を可変することに
より、異なる共鳴特性を有するさまざまな装置を同時に
得ることができる。このため、カンチレバーを選択的に
励起させたり、１組の駆動力のもとで異なる高調波に合
わせて励起させることが可能になる。
【００２５】１つ以上の振動調波が励起される共鳴発振
モードでは、非常に多くの振動カンチレバーで駆動ＰＺ
Ｔとその電子部品とに対して強力なフィードバック信号
を与えることができ、それによって粘性剤材料の配置を
介してカンチレバーの運動を直接減衰することなく、最
大振幅を正確に制御することが可能になる。連続発振構
造において固体の減衰材料が用いられると、減衰するこ
とにより、電力が増大し、発振の場所による均一性が減
少する。ヘリウムのような気体の減衰媒体は、電力の増
加を最小限に抑えつつ構造の等温化を促進するので、気
体媒体の使用が期待される。
モードでは、非常に多くの振動カンチレバーで駆動ＰＺ
Ｔとその電子部品とに対して強力なフィードバック信号
を与えることができ、それによって粘性剤材料の配置を
介してカンチレバーの運動を直接減衰することなく、最
大振幅を正確に制御することが可能になる。連続発振構
造において固体の減衰材料が用いられると、減衰するこ
とにより、電力が増大し、発振の場所による均一性が減
少する。ヘリウムのような気体の減衰媒体は、電力の増
加を最小限に抑えつつ構造の等温化を促進するので、気
体媒体の使用が期待される。
【００２６】カンチレバーまたはプレートを連続的に周
期的に振動させるために駆動ＰＺＴ共振器を用いずに、
カンチレバーまたはプレートを緩和位置から、データが
到着と同時に読み書きされる屈曲位置に駆動させるよう
なモードの場合は、プレートまたはカンチレバーを粘性
減衰させることは非常に適している。全く文字どおりに
、装置（ティップのついた）は、すばやく移動されて、
カンチレバー（プレート）は慣性のために静止したまま
となる。このような構造では、読み書き時間が連続振動
モードで得られるものよりも速くなり、最悪の場合でも
、目的のビットが来るまで振動サイクル１回分を待てば
よい。このような慣性力を用いた方法が減衰および低剛
性カンチレバーを利用するのに最も可能性がある。
期的に振動させるために駆動ＰＺＴ共振器を用いずに、
カンチレバーまたはプレートを緩和位置から、データが
到着と同時に読み書きされる屈曲位置に駆動させるよう
なモードの場合は、プレートまたはカンチレバーを粘性
減衰させることは非常に適している。全く文字どおりに
、装置（ティップのついた）は、すばやく移動されて、
カンチレバー（プレート）は慣性のために静止したまま
となる。このような構造では、読み書き時間が連続振動
モードで得られるものよりも速くなり、最悪の場合でも
、目的のビットが来るまで振動サイクル１回分を待てば
よい。このような慣性力を用いた方法が減衰および低剛
性カンチレバーを利用するのに最も可能性がある。
【００２７】ティップ／マイクロアクチュエータ手段の
実行方法は、４つの好適な一般的方法を取ることができ
る。それを以下に説明する；それぞれの方法にはそれぞ
れ利点がある。どの方法についても、その目的は、ビッ
ト・アレイの届く範囲にティップ／微細アクチュエータ
を置く粗巨視的ギャップ調整を行って、その後微細アク
チュエータ手段が動作ギャップ制御を行えるようにする
ことである。
実行方法は、４つの好適な一般的方法を取ることができ
る。それを以下に説明する；それぞれの方法にはそれぞ
れ利点がある。どの方法についても、その目的は、ビッ
ト・アレイの届く範囲にティップ／微細アクチュエータ
を置く粗巨視的ギャップ調整を行って、その後微細アク
チュエータ手段が動作ギャップ制御を行えるようにする
ことである。
【００２８】ここで述べるように粗動作は、１つまたは
複数の次のような目的のために採用されることを理解さ
れたい：（ａ）普通は、マイクロメータまたはその小数
点で測定される、通常大きな製造許容範囲をなくするこ
とにより正確な内部のリップ・ビット・ギャップを得る
；（ｂ）装置が動作していないときに、ティップを安全
な「係留」位置に移動させることができる能力を与える
；および（ｃ）通常カンチレバーのマイクロメータの小
数点程度の、ビット支持部材の回動動作による相対的な
ティップ・ビット・ギャップの変動をなくする。どの場
合でも、個々のビットが通る数オングストロームのティ
ップ・ビット動作ギャップを維持するために必要なティ
ップ・ビット・ギャップ修正は、通常ＭＨｚ範囲の高周
波で行わなければならず、必要な動作は無限小（たとえ
ば数オングストローム）である。この微動作自身は、圧
力積層構造あるいはティップ支持ダイアフラムまたは高
速の応答と、粗修正も可能であるような大きな動作範囲
用に最適化された、圧力積層構造を伴わないカンチレバ
ーを必要とする。
複数の次のような目的のために採用されることを理解さ
れたい：（ａ）普通は、マイクロメータまたはその小数
点で測定される、通常大きな製造許容範囲をなくするこ
とにより正確な内部のリップ・ビット・ギャップを得る
；（ｂ）装置が動作していないときに、ティップを安全
な「係留」位置に移動させることができる能力を与える
；および（ｃ）通常カンチレバーのマイクロメータの小
数点程度の、ビット支持部材の回動動作による相対的な
ティップ・ビット・ギャップの変動をなくする。どの場
合でも、個々のビットが通る数オングストロームのティ
ップ・ビット動作ギャップを維持するために必要なティ
ップ・ビット・ギャップ修正は、通常ＭＨｚ範囲の高周
波で行わなければならず、必要な動作は無限小（たとえ
ば数オングストローム）である。この微動作自身は、圧
力積層構造あるいはティップ支持ダイアフラムまたは高
速の応答と、粗修正も可能であるような大きな動作範囲
用に最適化された、圧力積層構造を伴わないカンチレバ
ーを必要とする。
【００２９】粗調整を行わないと、装置を組み立てるた
めに必要な製造許容誤差は、はるかに厳格なものとなる
。これはギャップが組立時に微調整の範囲内になければ
ならなくなるからである。このような環境では、物理的
な組立損傷についても余地が小さくなる。粗調整と微調
整の両方を行うことが難しい理由は、信号ノイズを招く
ような周辺の振動や構造共鳴モードに対する結合による
駆動励起を避けるために、動作中には全体構造がきわめ
て強固であることが望ましいためである。カンチレバー
はここで論じるほとんどの実施例において、駆動された
発振能力を有することが望ましい。ＳＴＭまたはＡＴＭ
では、バルク型の強固なピエゾアクチュエータ三脚型テ
ィップと、検体支持構造を利用する余地は大きい。これ
らは、低周波振動モードを持たず、環境または走査手段
自身により励起され、大型の積層型ＰＺＴアクチュエー
タおよび／または屈曲環状ＰＺＴアクチュエータで大き
な操作距離が可能になる二重の特性を持つ。これらの装
置では、マイクロメータネジや精密レバーを利用して、
ティップと検体の粗調整を行うことも多い。
めに必要な製造許容誤差は、はるかに厳格なものとなる
。これはギャップが組立時に微調整の範囲内になければ
ならなくなるからである。このような環境では、物理的
な組立損傷についても余地が小さくなる。粗調整と微調
整の両方を行うことが難しい理由は、信号ノイズを招く
ような周辺の振動や構造共鳴モードに対する結合による
駆動励起を避けるために、動作中には全体構造がきわめ
て強固であることが望ましいためである。カンチレバー
はここで論じるほとんどの実施例において、駆動された
発振能力を有することが望ましい。ＳＴＭまたはＡＴＭ
では、バルク型の強固なピエゾアクチュエータ三脚型テ
ィップと、検体支持構造を利用する余地は大きい。これ
らは、低周波振動モードを持たず、環境または走査手段
自身により励起され、大型の積層型ＰＺＴアクチュエー
タおよび／または屈曲環状ＰＺＴアクチュエータで大き
な操作距離が可能になる二重の特性を持つ。これらの装
置では、マイクロメータネジや精密レバーを利用して、
ティップと検体の粗調整を行うことも多い。
【００３０】それぞれが同様のしかし完全に同じではな
い調整を必要とするような、数百もしくは数千ものサブ
デバイスをもつ、本発明のメモリ装置を実現するにあた
って、製造を可能にして低周波共鳴屈曲モードを避ける
には、自動的な粗調整と使用後も粗調整手段が強固であ
ることが必要とされる。数百ないし数千オングストロー
ムのオーダーの粗動作は、もしアクチュエータのバルク
変形が通常の方法で、ティップやティップと微細アクチ
ュエータ・アセンブリを持ち上げるために利用されるの
であれば、かなり大型の巨大なサイズの一体型（非積層
型）ピエゾアクチュエータを必要とする。ここで必要と
されるような超薄膜の圧力材料から、妥当な電圧と単位
歪みにおいて、このような大きなたわみを起こすことは
困難である。しかし、内部電極を追加した非一体型積層
圧力構造であればこのような動作を行うことができる。 または、同じティップまたはティップ／アクチュエータ
が載っている小型の単一の非圧力屈曲ビーム・カンチレ
バーでも、このような距離を曲げることができるが、共
鳴周波数は低くなり、そのために見せかけの振動とノイ
ズが導入されると影響を受けやすい。そのため、それを
強固にして粗調整された位置に固定し、共鳴周波数を著
しく増大させる方法が必要とされる。
い調整を必要とするような、数百もしくは数千ものサブ
デバイスをもつ、本発明のメモリ装置を実現するにあた
って、製造を可能にして低周波共鳴屈曲モードを避ける
には、自動的な粗調整と使用後も粗調整手段が強固であ
ることが必要とされる。数百ないし数千オングストロー
ムのオーダーの粗動作は、もしアクチュエータのバルク
変形が通常の方法で、ティップやティップと微細アクチ
ュエータ・アセンブリを持ち上げるために利用されるの
であれば、かなり大型の巨大なサイズの一体型（非積層
型）ピエゾアクチュエータを必要とする。ここで必要と
されるような超薄膜の圧力材料から、妥当な電圧と単位
歪みにおいて、このような大きなたわみを起こすことは
困難である。しかし、内部電極を追加した非一体型積層
圧力構造であればこのような動作を行うことができる。 または、同じティップまたはティップ／アクチュエータ
が載っている小型の単一の非圧力屈曲ビーム・カンチレ
バーでも、このような距離を曲げることができるが、共
鳴周波数は低くなり、そのために見せかけの振動とノイ
ズが導入されると影響を受けやすい。そのため、それを
強固にして粗調整された位置に固定し、共鳴周波数を著
しく増大させる方法が必要とされる。
【００３１】本発明のメモリ装置を実現するために、最
後に、電子部品支持用回路構成が設けられる。この回路
構成に含まれるのは、マイクロプロセッサ，マルチプレ
クサ／デマルチプレクサ，電源と、検知回路と、デジタ
ル／アナログおよびアナログ／デジタル変換回路とより
構成される回路群および上記の機能をすべて、正確なビ
ット／アレイと対応するサブデバイスに適切にアドレス
できるようにする切り替え手段である。
後に、電子部品支持用回路構成が設けられる。この回路
構成に含まれるのは、マイクロプロセッサ，マルチプレ
クサ／デマルチプレクサ，電源と、検知回路と、デジタ
ル／アナログおよびアナログ／デジタル変換回路とより
構成される回路群および上記の機能をすべて、正確なビ
ット／アレイと対応するサブデバイスに適切にアドレス
できるようにする切り替え手段である。
【００３２】（実施例）図の説明をする前に、ＳＴＭと
ＡＦＭを扱った最初の６冊の文献（参考文献１−６）の
考察を行う。これらの文献は、本書の最後にリストアッ
プされているが、顕微鏡で圧力動作された巨視的検知テ
ィップを利用した既存の技術や実験と、本発明が新規の
方法で異なる設計の微視的検知ティップをどのように利
用するかを理解する上で役立つ。
ＡＦＭを扱った最初の６冊の文献（参考文献１−６）の
考察を行う。これらの文献は、本書の最後にリストアッ
プされているが、顕微鏡で圧力動作された巨視的検知テ
ィップを利用した既存の技術や実験と、本発明が新規の
方法で異なる設計の微視的検知ティップをどのように利
用するかを理解する上で役立つ。
【００３３】その他の参考文献もあり、これも本書の最
後に引用されている。これらの追加文献はおもに、この
メモリ装置がそれぞれの用途のために最適化された広範
なビット媒体を総合的に利用できるという事実を説明す
るためのものである。それぞれが単独の媒体と結び付い
ている既存のメモリ装置とはこの点が異なる。これらの
文献では、どのような組合せを行っても、本発明を明確
に説明することはできない。新規であると考えられるの
は、このメモリ装置の構造と製造過程である。本発明の
メモリ装置は、多くの媒体技術を取り入れることができ
る。一定の振動と単一パルスによるアドレスの選択がで
きる点も、オンエンドのカンチレバーおよびプレートと
同様に新規であると考えられる。これについてはすべて
以下に詳しく説明する。
後に引用されている。これらの追加文献はおもに、この
メモリ装置がそれぞれの用途のために最適化された広範
なビット媒体を総合的に利用できるという事実を説明す
るためのものである。それぞれが単独の媒体と結び付い
ている既存のメモリ装置とはこの点が異なる。これらの
文献では、どのような組合せを行っても、本発明を明確
に説明することはできない。新規であると考えられるの
は、このメモリ装置の構造と製造過程である。本発明の
メモリ装置は、多くの媒体技術を取り入れることができ
る。一定の振動と単一パルスによるアドレスの選択がで
きる点も、オンエンドのカンチレバーおよびプレートと
同様に新規であると考えられる。これについてはすべて
以下に詳しく説明する。
【００３４】図面では、同類のエレメントには同じ参照
番号がつけられている。図面は、同一縮尺ではなく、エ
レメントによっては簡単に表すために概略が示されてい
る場合もある点に留意されたい。
番号がつけられている。図面は、同一縮尺ではなく、エ
レメントによっては簡単に表すために概略が示されてい
る場合もある点に留意されたい。
【００３５】図１は、本発明の実装済みのマイクロ振動
メモリ装置の一例を示す。上下電極１６を持つＰＺＴ共
振器１は、多層セラミック・パッケージ基体４に装着さ
れている。パッケージの外壁５は、セラミックまたは金
属製で、ハンダまたはガラス封止リング１５を用いて基
体４に結合されている。パッケージのカバー６も、封止
リング１５で付着されている。
メモリ装置の一例を示す。上下電極１６を持つＰＺＴ共
振器１は、多層セラミック・パッケージ基体４に装着さ
れている。パッケージの外壁５は、セラミックまたは金
属製で、ハンダまたはガラス封止リング１５を用いて基
体４に結合されている。パッケージのカバー６も、封止
リング１５で付着されている。
【００３６】そのほかにも２層がＰＺＴ共振器１上に装
着されている：ティップ／エレクトロニクス層２とその
上のカンチレバー層３である。層２と層３の電子回路構
成を、パッケージ基体４上のセラミックの組合せ回路の
軌跡に接続している（接続部分は図示されず）フレキシ
ブル回路８が示される。基体４は、複数の共加熱（ｃｏ
−ｆｉｒｅｄ）層１１，１２，１３により構成され、品
質の良いパッケージに共通するように、外部に接続可能
なピン１０のアレイを有するものがよい。単線結合９も
示されるが、これは駆動電圧をＰＺＴ共振器の上部電極
に接続するためのものである。セラミック上の可撓コー
ド回路接続は、基体の軌跡１４に接続されており、軌跡
１４はピン１０につながっている。ピン１０は信号と電
力のためのものである。層３内に点線で示されるのは、
数個の上下方向に向いたカンチレバー７で、この固定端
は、カンチレバー層３の上面に最も近く、振動する自由
端は、読み書きティップ（図示せず）があるティップ／
エレクトロニクス層２の表面１９にきわめて近い位置に
ある。
着されている：ティップ／エレクトロニクス層２とその
上のカンチレバー層３である。層２と層３の電子回路構
成を、パッケージ基体４上のセラミックの組合せ回路の
軌跡に接続している（接続部分は図示されず）フレキシ
ブル回路８が示される。基体４は、複数の共加熱（ｃｏ
−ｆｉｒｅｄ）層１１，１２，１３により構成され、品
質の良いパッケージに共通するように、外部に接続可能
なピン１０のアレイを有するものがよい。単線結合９も
示されるが、これは駆動電圧をＰＺＴ共振器の上部電極
に接続するためのものである。セラミック上の可撓コー
ド回路接続は、基体の軌跡１４に接続されており、軌跡
１４はピン１０につながっている。ピン１０は信号と電
力のためのものである。層３内に点線で示されるのは、
数個の上下方向に向いたカンチレバー７で、この固定端
は、カンチレバー層３の上面に最も近く、振動する自由
端は、読み書きティップ（図示せず）があるティップ／
エレクトロニクス層２の表面１９にきわめて近い位置に
ある。
【００３７】装置は、圧電電極１６の両端に時間可変電
圧を与えることにより、マイクロカンチレバー７を振動
させて装置が動作し、読み書きを行う。ジルコン酸塩チ
タン酸鉛（ｌｅａｄ ｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎ
ａｔｅ）（ＰＺＴ）が圧電材料としては適している。本
発明を実施するために用いることのできる他の材料の例
としては、α液晶，一価硫酸塩リチウム（ｌｉｔｈｉｕ
ｍ ｓｕｌｆａｔｅ ｍｏｎｏｈｙｄｒａｔｅ），チタ
ン鉛，メタニオブ酸塩鉛（ｌｅａｄ ｍｅｔａ−ｎｉｏ
ｂａｔｅ），二フッ化ポリビニリデン、フッ化ビニリデ
ンとトリフロロエチレンの共重合体、チタン酸バリウム
、硫化カドミウム、酸化亜鉛、セレン化カドミウム、窒
化アルミニウム、酸化ベリリウム、シリカ、ニオブ酸リ
チウム、タンタル酸リチウム、パラテルル酸塩、酸化ビ
スマス・ゲルマニウム（ｂｉｓｍｕｔｈ ｇｅｒｍａｎ
ｉｕｍ ｏｘｉｄｅ）、ヒ化ガリウム、ドーピングされ
たシリコンおよびリン酸二水素アンモニアなどがある。 一体型（モノリシックな）圧電材料でも複合圧電材料で
も用いることができる。
圧を与えることにより、マイクロカンチレバー７を振動
させて装置が動作し、読み書きを行う。ジルコン酸塩チ
タン酸鉛（ｌｅａｄ ｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎ
ａｔｅ）（ＰＺＴ）が圧電材料としては適している。本
発明を実施するために用いることのできる他の材料の例
としては、α液晶，一価硫酸塩リチウム（ｌｉｔｈｉｕ
ｍ ｓｕｌｆａｔｅ ｍｏｎｏｈｙｄｒａｔｅ），チタ
ン鉛，メタニオブ酸塩鉛（ｌｅａｄ ｍｅｔａ−ｎｉｏ
ｂａｔｅ），二フッ化ポリビニリデン、フッ化ビニリデ
ンとトリフロロエチレンの共重合体、チタン酸バリウム
、硫化カドミウム、酸化亜鉛、セレン化カドミウム、窒
化アルミニウム、酸化ベリリウム、シリカ、ニオブ酸リ
チウム、タンタル酸リチウム、パラテルル酸塩、酸化ビ
スマス・ゲルマニウム（ｂｉｓｍｕｔｈ ｇｅｒｍａｎ
ｉｕｍ ｏｘｉｄｅ）、ヒ化ガリウム、ドーピングされ
たシリコンおよびリン酸二水素アンモニアなどがある。 一体型（モノリシックな）圧電材料でも複合圧電材料で
も用いることができる。
【００３８】電極１６の両端のこのような電界の印加に
より、せん断トランスデューサで広く用いられているよ
うなＰＺＴ共振器１型２０のせん断変形が起こるように
ＰＺＴの極性をあらかじめ設定（ｐｒｅｐｏｌｅ）する
。このせん断運動２０は、たとえば、シヌソイド可変電
圧を印加することにより高調波にすることができる。共
振器１が、相対的に大きな基体４に固着されているので
、全変形が最大となるのは、共振器１の上面にある時で
ある。 ２層２，３は共振器１の上面に剛性に結合されているの
で、これも互いに剛性に付着している２層は、調和運動
を行う。層３の一端だけで付着されているカンチレバー
７は、土台が動くために起こる慣性力により運動状態と
なる。
より、せん断トランスデューサで広く用いられているよ
うなＰＺＴ共振器１型２０のせん断変形が起こるように
ＰＺＴの極性をあらかじめ設定（ｐｒｅｐｏｌｅ）する
。このせん断運動２０は、たとえば、シヌソイド可変電
圧を印加することにより高調波にすることができる。共
振器１が、相対的に大きな基体４に固着されているので
、全変形が最大となるのは、共振器１の上面にある時で
ある。 ２層２，３は共振器１の上面に剛性に結合されているの
で、これも互いに剛性に付着している２層は、調和運動
を行う。層３の一端だけで付着されているカンチレバー
７は、土台が動くために起こる慣性力により運動状態と
なる。
【００３９】層２，３は通常は、エレメント４，５，６
により構成されるパッケージと比べ、かなり小さい点に
留意されたい。このように、能動装置（層２，３）は慣
性座標系に関して最大変位したときに加速され、部分４
，５，６を振動させる際にはほとんどエネルギが消費さ
れない。
により構成されるパッケージと比べ、かなり小さい点に
留意されたい。このように、能動装置（層２，３）は慣
性座標系に関して最大変位したときに加速され、部分４
，５，６を振動させる際にはほとんどエネルギが消費さ
れない。
【００４０】以上の解説は共振器１として圧電材料を用
いた場合について説明しているが、構造的な歪を制御す
る他の手段を代わりに用いることもできる点を理解され
たい。たとえば、強誘電性材料や、電歪材料を代わりに
用いることもできる。例としては、ガドリニウム−モリ
ブデン酸塩ベータ（プライム）構造を有するモリブデン
酸塩や、組成式ＡＢＯ３を持つ材料（ただしＡ，Ｂは陽
イオン）がある。
いた場合について説明しているが、構造的な歪を制御す
る他の手段を代わりに用いることもできる点を理解され
たい。たとえば、強誘電性材料や、電歪材料を代わりに
用いることもできる。例としては、ガドリニウム−モリ
ブデン酸塩ベータ（プライム）構造を有するモリブデン
酸塩や、組成式ＡＢＯ３を持つ材料（ただしＡ，Ｂは陽
イオン）がある。
【００４１】カンチレバーを連続運動させるだけでなく
、共振器を用いて、慣性によりカンチレバーの端部（ビ
ット・アレイ）が静止するほど速い速度で、単一形のパ
ルスで層２，３を駆動してもよい。これによってティッ
プはビット・アレイ上の望ましいビットの下に移動する
ことができる。
、共振器を用いて、慣性によりカンチレバーの端部（ビ
ット・アレイ）が静止するほど速い速度で、単一形のパ
ルスで層２，３を駆動してもよい。これによってティッ
プはビット・アレイ上の望ましいビットの下に移動する
ことができる。
【００４２】分かりやすくするために、共振器材料の単
層１を示す。軌道運動または楕円運動２１を行うために
は、たとえば層１を２つのサブ層に分けるとよい。中央
に電極を１個追加して、各サブ層は２種類の別々の駆動
電圧がそれぞれ、隣のサブ共振器に対して９０度の方向
に、サブ共振器をせん断するように極性をもたせる。
層１を示す。軌道運動または楕円運動２１を行うために
は、たとえば層１を２つのサブ層に分けるとよい。中央
に電極を１個追加して、各サブ層は２種類の別々の駆動
電圧がそれぞれ、隣のサブ共振器に対して９０度の方向
に、サブ共振器をせん断するように極性をもたせる。
【００４３】このように、連続波またはパルス波のいず
れかの平面駆動機能を利用して、カンチレバーを安定し
て共鳴させまたは共鳴させないで駆動するか、あるいは
カンチレバーを繰り返しまたは１回だけパルス運動させ
て、その自由振動の減衰を選択した振幅に合わせられる
ようにする。試験のためと、製造中の重複性のために、
テスト・パッド１７を設けてティップ回路を電気的に活
動させ、また冗長なティップ回路の電気的プログラミン
グを行う。装置の中央を通る断面２−２は、図１の矢印
２−２により示される。
れかの平面駆動機能を利用して、カンチレバーを安定し
て共鳴させまたは共鳴させないで駆動するか、あるいは
カンチレバーを繰り返しまたは１回だけパルス運動させ
て、その自由振動の減衰を選択した振幅に合わせられる
ようにする。試験のためと、製造中の重複性のために、
テスト・パッド１７を設けてティップ回路を電気的に活
動させ、また冗長なティップ回路の電気的プログラミン
グを行う。装置の中央を通る断面２−２は、図１の矢印
２−２により示される。
【００４４】カンチレバーの材料としては、シリコンを
利用することが好ましい。これは、シリコンの処理（た
とえば支持フレーム３からカンチレバー７をエッチング
・アウトするなど）がよく知られた特徴ある手順を用い
ているためである。しかし、カンチレバーとしてその他
の材料を用いてもよいことはもちろんである；このよう
な材料の例としては、ガラス，セラミック，酸化物，半
導体，グラファイトなどがある。熱伝導性が高く、膨張
度が小さい非常に細かい粒子の窒化アルミニウムセラミ
ック，薄膜ダイアモンド，シリコンのカンチレバーが部
分的にＳｉＯ２に変換される酸化シリコン，ＵＶ光放射
を伝えて電荷されたビットを消去することのできる、マ
スク作成に用いられるホウケイ酸ガラスを用いる例もあ
る。その他の例としては、共振器１に関して示された材
料があげられる。
利用することが好ましい。これは、シリコンの処理（た
とえば支持フレーム３からカンチレバー７をエッチング
・アウトするなど）がよく知られた特徴ある手順を用い
ているためである。しかし、カンチレバーとしてその他
の材料を用いてもよいことはもちろんである；このよう
な材料の例としては、ガラス，セラミック，酸化物，半
導体，グラファイトなどがある。熱伝導性が高く、膨張
度が小さい非常に細かい粒子の窒化アルミニウムセラミ
ック，薄膜ダイアモンド，シリコンのカンチレバーが部
分的にＳｉＯ２に変換される酸化シリコン，ＵＶ光放射
を伝えて電荷されたビットを消去することのできる、マ
スク作成に用いられるホウケイ酸ガラスを用いる例もあ
る。その他の例としては、共振器１に関して示された材
料があげられる。
【００４５】回動カンチレバーまたはプレートを形成す
るために用いられる電気的変形が可能な材料を用いると
、設計上の自由度が増して、このような回動部材をティ
ップ自身の動きと共に電気的に伸長または収縮させるこ
とにより少なくとも一部にティップ−ギャップ補正の必
要性を組み込むことができる。ここでは、ティップの動
きがこのようなギャップ補正をすべて行うような実施例
におもに焦点を当てる。
るために用いられる電気的変形が可能な材料を用いると
、設計上の自由度が増して、このような回動部材をティ
ップ自身の動きと共に電気的に伸長または収縮させるこ
とにより少なくとも一部にティップ−ギャップ補正の必
要性を組み込むことができる。ここでは、ティップの動
きがこのようなギャップ補正をすべて行うような実施例
におもに焦点を当てる。
【００４６】図２は、図１を２−２で切った、断面図で
ある。ここでは図１の点線で示されていたカンチレバー
が、５個×５個のアレイに並べられた２５個のカンチレ
バーで構成される密閉絶縁（ｈｅｒｍｅｔｉｃａｌｌｙ
ｉｓｏｌａｔｅｄ）されたサブセットから構成されて
いる。この図では、各サブセットの最も近い５個のカン
チレバーのみが見える。２５の各グループは構造ウェブ
材５で隣接する２５のサブセットより密閉絶縁されてい
る。それぞれの場所で高度なＺ軸の剛性をつくりだして
いるのは、このウェブ補強材である。このような補強材
のために、層２に対する層３の望ましくない平面的な振
動により起こる装置の横の寸法の制限がなくなる。
ある。ここでは図１の点線で示されていたカンチレバー
が、５個×５個のアレイに並べられた２５個のカンチレ
バーで構成される密閉絶縁（ｈｅｒｍｅｔｉｃａｌｌｙ
ｉｓｏｌａｔｅｄ）されたサブセットから構成されて
いる。この図では、各サブセットの最も近い５個のカン
チレバーのみが見える。２５の各グループは構造ウェブ
材５で隣接する２５のサブセットより密閉絶縁されてい
る。それぞれの場所で高度なＺ軸の剛性をつくりだして
いるのは、このウェブ補強材である。このような補強材
のために、層２に対する層３の望ましくない平面的な振
動により起こる装置の横の寸法の制限がなくなる。
【００４７】点線で示されるのは、せん断されたＰＳＴ
共振器（またはアクチュエータ）位置２０と、その結果
得られる、層２，３より構成される横方向に変位された
集合体２２である。個々の読み書きティップは、それぞ
れのマイクロアクチュエーション・パッド２４（図２に
はすべては図示されていない）上の２５個のカンチレバ
ーのそれぞれの下方に位置する。このマイクロアクチュ
エーション・パッドによって、ティップが出入りして、
ティップとカンチレバーのギャップ距離の時間変動を打
ち消し、正しい読み書き機能を維持する。この機能は、
以下に述べるビット媒体に関しては、分離に依存する部
分が大きい。
共振器（またはアクチュエータ）位置２０と、その結果
得られる、層２，３より構成される横方向に変位された
集合体２２である。個々の読み書きティップは、それぞ
れのマイクロアクチュエーション・パッド２４（図２に
はすべては図示されていない）上の２５個のカンチレバ
ーのそれぞれの下方に位置する。このマイクロアクチュ
エーション・パッドによって、ティップが出入りして、
ティップとカンチレバーのギャップ距離の時間変動を打
ち消し、正しい読み書き機能を維持する。この機能は、
以下に述べるビット媒体に関しては、分離に依存する部
分が大きい。
【００４８】ティップを動作させ、アドレスするのに必
要な相互接続部と集積装置も、点線の層２３として示さ
れる。これらは、１つの実施例においては、層２の表面
に作成され、この場合は、ティップが配置されている圧
力パッドを追加した集積回路のように見える。２５個の
カンチレバーのそれぞれは、それぞれの分離チャンバ内
で共に移動する。
要な相互接続部と集積装置も、点線の層２３として示さ
れる。これらは、１つの実施例においては、層２の表面
に作成され、この場合は、ティップが配置されている圧
力パッドを追加した集積回路のように見える。２５個の
カンチレバーのそれぞれは、それぞれの分離チャンバ内
で共に移動する。
【００４９】カンチレバーの固有周波数は低いので、共
振器１ではなく環境により、望ましくないカンチレバー
の励起が起こることがある。これに対処するための方法
には、次のようなものがある。第１に、構造体内に振動
隔離層を挿入する方法で、共振器１により与えられた励
起力の一部が層内に熱として放散されるという欠点があ
る。たとえば、ＰＺＴをパッケージ内でゴムまたはフォ
ームの上に置く。または、結合されている層１，２，３
より構成される構造体がパッケージの空洞を満たすゲル
またはシリコーンなどの振動隔離材料に浸され、吊持さ
れると、このゲルによって装置は外界と隔離される。こ
の場合、ＰＺＴアクチュエータ１に投入される電力によ
り、エレメント１，２，３で構成される構造体を、その
平面上で振動させ、カンチレバーを振動させる。このと
き、ＰＺＴ変形全部がその２／３の運動エネルギになる
ので、多少電力が無駄になる。エレメント１，２，３よ
り構成される集合体はその中で、自立している、付着慣
性質量２，３を持つ、非付着型の共振器１となる。最後
に、外部振動はＰＺＴ共振器により積極的に減衰される
が、これは共振器が音響速度の遅い振動隔離層上にある
ときに顕著である。またこのような望ましくない振動波
絶縁層を通る前に検知されて、駆動機能の上部に与えら
れた減衰駆動機能を用いて共振器１により能動的に減衰
される。
振器１ではなく環境により、望ましくないカンチレバー
の励起が起こることがある。これに対処するための方法
には、次のようなものがある。第１に、構造体内に振動
隔離層を挿入する方法で、共振器１により与えられた励
起力の一部が層内に熱として放散されるという欠点があ
る。たとえば、ＰＺＴをパッケージ内でゴムまたはフォ
ームの上に置く。または、結合されている層１，２，３
より構成される構造体がパッケージの空洞を満たすゲル
またはシリコーンなどの振動隔離材料に浸され、吊持さ
れると、このゲルによって装置は外界と隔離される。こ
の場合、ＰＺＴアクチュエータ１に投入される電力によ
り、エレメント１，２，３で構成される構造体を、その
平面上で振動させ、カンチレバーを振動させる。このと
き、ＰＺＴ変形全部がその２／３の運動エネルギになる
ので、多少電力が無駄になる。エレメント１，２，３よ
り構成される集合体はその中で、自立している、付着慣
性質量２，３を持つ、非付着型の共振器１となる。最後
に、外部振動はＰＺＴ共振器により積極的に減衰される
が、これは共振器が音響速度の遅い振動隔離層上にある
ときに顕著である。またこのような望ましくない振動波
絶縁層を通る前に検知されて、駆動機能の上部に与えら
れた減衰駆動機能を用いて共振器１により能動的に減衰
される。
【００５０】１つ以上のカンチレバー装置を利用して、
そのビット・アレイに書かれた位置データの空間基準パ
ターンを読んでもよい。これによって望ましくない変位
と加速の関数である信号を上述のような、修正のための
減衰あるいは共振器の運動を打ち消す機能を持つ修正手
段に与える。同じ基準パターンが、磁気ディスク・ドラ
イブのトラックやセクタに行うように、すべてのカンチ
レバーに関するティップ位置の決定を助ける。
そのビット・アレイに書かれた位置データの空間基準パ
ターンを読んでもよい。これによって望ましくない変位
と加速の関数である信号を上述のような、修正のための
減衰あるいは共振器の運動を打ち消す機能を持つ修正手
段に与える。同じ基準パターンが、磁気ディスク・ドラ
イブのトラックやセクタに行うように、すべてのカンチ
レバーに関するティップ位置の決定を助ける。
【００５１】上記の説明は、カンチレバーの通常の屈曲
方向における望ましくない振動に関するものであった。 各カンチレバーの軸剛性は大変高いので、カンチレバー
のＺ軸の縦方向の小さな振動は、カンチレバーの熱軸膨
張と同様、ティップ・マイクロアクチュエータにより修
正することができる。
方向における望ましくない振動に関するものであった。 各カンチレバーの軸剛性は大変高いので、カンチレバー
のＺ軸の縦方向の小さな振動は、カンチレバーの熱軸膨
張と同様、ティップ・マイクロアクチュエータにより修
正することができる。
【００５２】通常の励起あるいは極度の衝撃によるカン
チレバーの最大変位を制限するために、個々のカンチレ
バーの周囲に直接減衰材料を用いることを考えてもよい
。さらにこのような材料を用いることにより、構造体を
等温化し、短い「リングダウン」すなわち安定時間を与
えることができる。しかしビット・サイズが小さくなる
につれて、このような材料を用いることによって異物や
ほこりの粒子などがティップ領域に持ち込まれるという
問題が多くなる。異物が持ち込まれるとＳＴＭ装置やＡ
ＴＭ装置にとっては決定的な故障とはならないまでも、
信号対雑音比が悪くなることが知られている。液体の減
衰材料の場合は、カンチレバーと液体との間の濃度の不
整合が大きくなり、加速力でたわまなくなる。さらに、
液体は振動周波数の上限を厳格に制限し、対流乱流力を
発生させる。連続的な高速振動が必要とされない限り、
これでもよい。その場合は、データは、通常、単一形の
パルス変位により読み書きされる。ＣＶＤタングステン
の堆積を介して、カンチレバーに質量を追加することに
より、粘性媒体中のこの種の慣性アドレスをさらに強化
することもできる
チレバーの最大変位を制限するために、個々のカンチレ
バーの周囲に直接減衰材料を用いることを考えてもよい
。さらにこのような材料を用いることにより、構造体を
等温化し、短い「リングダウン」すなわち安定時間を与
えることができる。しかしビット・サイズが小さくなる
につれて、このような材料を用いることによって異物や
ほこりの粒子などがティップ領域に持ち込まれるという
問題が多くなる。異物が持ち込まれるとＳＴＭ装置やＡ
ＴＭ装置にとっては決定的な故障とはならないまでも、
信号対雑音比が悪くなることが知られている。液体の減
衰材料の場合は、カンチレバーと液体との間の濃度の不
整合が大きくなり、加速力でたわまなくなる。さらに、
液体は振動周波数の上限を厳格に制限し、対流乱流力を
発生させる。連続的な高速振動が必要とされない限り、
これでもよい。その場合は、データは、通常、単一形の
パルス変位により読み書きされる。ＣＶＤタングステン
の堆積を介して、カンチレバーに質量を追加することに
より、粘性媒体中のこの種の慣性アドレスをさらに強化
することもできる
【００５３】妥当な減衰材料としては、ＲＴＶのような
エラストマ材料よりなるものもあり、これはカンチレバ
ーに隣接する回動空間の深さや面積全体を必ずしも充填
する必要はない。このようなエラストマの利点は、減衰
が大きくなっても共鳴周波数が大きくなり、カンチレバ
ー全部が共に回動できるようにすることがより簡単であ
る点である。
エラストマ材料よりなるものもあり、これはカンチレバ
ーに隣接する回動空間の深さや面積全体を必ずしも充填
する必要はない。このようなエラストマの利点は、減衰
が大きくなっても共鳴周波数が大きくなり、カンチレバ
ー全部が共に回動できるようにすることがより簡単であ
る点である。
【００５４】密閉されたそれぞれのサブチャンバ内のす
べてのカンチレバー（ここではたとえば２５個）がギャ
ップをつなぐたとえばエラストマやきわめて薄い窒化シ
リコンなどの柔軟なスペーサを有して、その間隔を維持
するばかりでなく減衰をも行うような方法も本発明の範
囲に含まれる。ビット・サイズは、このようなスペーサ
のガス放出の悪影響が読み書き性能に及ばないように充
分大きくしなければならないことはもちろんである。
べてのカンチレバー（ここではたとえば２５個）がギャ
ップをつなぐたとえばエラストマやきわめて薄い窒化シ
リコンなどの柔軟なスペーサを有して、その間隔を維持
するばかりでなく減衰をも行うような方法も本発明の範
囲に含まれる。ビット・サイズは、このようなスペーサ
のガス放出の悪影響が読み書き性能に及ばないように充
分大きくしなければならないことはもちろんである。
【００５５】最後に、たとえばヘリウムのような気体の
カンチレバー減衰手段を利用することもできる。このよ
うな手段を用いると、構造体の等温化を助ける。各カン
チレバーが壁２５に囲まれるかあるいは隣接すると、最
も効果的である。
カンチレバー減衰手段を利用することもできる。このよ
うな手段を用いると、構造体の等温化を助ける。各カン
チレバーが壁２５に囲まれるかあるいは隣接すると、最
も効果的である。
【００５６】図３は、図２の一部分の拡大図である。こ
こでは５個の最も隣接しているカンチレバー７が見える
。ティップ２７は、１個のカンチレバーにつき１個あり
、ティップ２７が載っている誘電体２８により覆われて
いる上部電極２９を有するマイクロアクチュエータ２４
で構成される積層構造上に作られている。１個のティッ
プ／マイクロアクチュエータ・アセンブリの拡大図を図
４に示す。
こでは５個の最も隣接しているカンチレバー７が見える
。ティップ２７は、１個のカンチレバーにつき１個あり
、ティップ２７が載っている誘電体２８により覆われて
いる上部電極２９を有するマイクロアクチュエータ２４
で構成される積層構造上に作られている。１個のティッ
プ／マイクロアクチュエータ・アセンブリの拡大図を図
４に示す。
【００５７】マイクロアクチュエータは、スパタリング
あるいはスピニングと、その後のリソグラフィック規定
とプラズマ反応イオン・エッチングにより薄膜上に堆積
する際に最も便利な圧電材料または電歪材料より作成さ
れる。適した材料としてはスパタリングにより堆積され
るＰＺＴまたはゾル−ゲル方法と、膜積層あるいはスピ
ン−キャスティングおよび硬化により堆積されるＰＶＤ
Ｆ（二フッ化ポリビニリデン）がある。
あるいはスピニングと、その後のリソグラフィック規定
とプラズマ反応イオン・エッチングにより薄膜上に堆積
する際に最も便利な圧電材料または電歪材料より作成さ
れる。適した材料としてはスパタリングにより堆積され
るＰＺＴまたはゾル−ゲル方法と、膜積層あるいはスピ
ン−キャスティングおよび硬化により堆積されるＰＶＤ
Ｆ（二フッ化ポリビニリデン）がある。
【００５８】各マイクロアクチュエータ２４は、独立し
た上部動作電極２９を有し、共通の下部電極（図示せず
）を有することもあり、その厚みの両端に駆動電圧を与
えられるようにして、それぞれのティップ２７を上下す
る。各ティップ２７の下にあるのは、誘電絶縁層２８で
、これによってティップの移動駆動電圧からティップの
ビット検知／書き込み信号を絶縁している。回路設計に
よっては、この絶縁体は要らない。
た上部動作電極２９を有し、共通の下部電極（図示せず
）を有することもあり、その厚みの両端に駆動電圧を与
えられるようにして、それぞれのティップ２７を上下す
る。各ティップ２７の下にあるのは、誘電絶縁層２８で
、これによってティップの移動駆動電圧からティップの
ビット検知／書き込み信号を絶縁している。回路設計に
よっては、この絶縁体は要らない。
【００５９】相互接続部３１は、それぞれ独立した局部
回路構成２３に、独立ティップ２７を接続させている。 層２３は基本的には集積回路表面のように見えるが、そ
の上部に、必要な絶縁体により絶縁されたマイクロアク
チュエータ／ティップを有し、これらは回路構成２３に
接続されている。
回路構成２３に、独立ティップ２７を接続させている。 層２３は基本的には集積回路表面のように見えるが、そ
の上部に、必要な絶縁体により絶縁されたマイクロアク
チュエータ／ティップを有し、これらは回路構成２３に
接続されている。
【００６０】１個のカンチレバー７が、部分的にたわん
だ位置３４に示されているが、すべてのカンチレバーは
このような設計になっている。上述のようにこの偏向は
、平面的に広がる。ティップ２７に最も近いカンチレバ
ー面にあるビット・アレイ２６も図示される。
だ位置３４に示されているが、すべてのカンチレバーは
このような設計になっている。上述のようにこの偏向は
、平面的に広がる。ティップ２７に最も近いカンチレバ
ー面にあるビット・アレイ２６も図示される。
【００６１】ＥＤＰ（エチル・ジアミン・パイロカテコ
ール）溶液またはＫＯＨ溶液のような異方湿式エッチン
グ手段を（１１１）シリコンまたは（１００）シリコン
に用いて、その形により制限を加え、カンチレバーを形
成するか、あるいは、反応イオン・エッチング（ＲＩＥ
）、電子サイクロトロンＲＩＥ、またはマイクロ波に助
けられたプラズマ・エッチングを従来のセンサまたはＩ
Ｃマスキング技術と用いて、（１１１）または（１００
）シリコンでカンチレバーをエッチングする。溝３３の
エッチ・フロントが止まっているインターフェース３２
を図３に示す。選択的異方性湿式エッチングでは、この
ようなエッチ・ストップは１層のシリコンがその他の層
よりもホウ素含有量が大きいエピタキシャル・シリコン
を用いることにより得られる。インターフェース３２は
図では、このようなホウ素濃度の非連続点となっている
。Ｚ軸に沿って＋Ｚ方向にシリコン表面をエッチングす
ることにより、カンチレバーが形成される。
ール）溶液またはＫＯＨ溶液のような異方湿式エッチン
グ手段を（１１１）シリコンまたは（１００）シリコン
に用いて、その形により制限を加え、カンチレバーを形
成するか、あるいは、反応イオン・エッチング（ＲＩＥ
）、電子サイクロトロンＲＩＥ、またはマイクロ波に助
けられたプラズマ・エッチングを従来のセンサまたはＩ
Ｃマスキング技術と用いて、（１１１）または（１００
）シリコンでカンチレバーをエッチングする。溝３３の
エッチ・フロントが止まっているインターフェース３２
を図３に示す。選択的異方性湿式エッチングでは、この
ようなエッチ・ストップは１層のシリコンがその他の層
よりもホウ素含有量が大きいエピタキシャル・シリコン
を用いることにより得られる。インターフェース３２は
図では、このようなホウ素濃度の非連続点となっている
。Ｚ軸に沿って＋Ｚ方向にシリコン表面をエッチングす
ることにより、カンチレバーが形成される。
【００６２】本発明の実施例において採用されているカ
ンチレバー７は、光を規定できる図形であればどのよう
なものでもよく、よく用いられる断面図形は矩形，正方
形，円形，楕円形，多角形である。またこれらは、中空
筒型シリンダのような中空や筒型でもよい。中空の管を
用いることの利点は、質量が小さくなり周波数が高くな
ることであるが、剛性はあまり高くならない。カンチレ
バー７はまた、細長い断面図形を有してもよく、疑似平
面的な掃引運動の振動とは対照的に基本的には一方向に
振動する。カンチレバー７は、また図３の点線で示され
るように薄いウェブ材料３５で、架橋上に配置してもよ
い。この材料により、間隔を維持することができ、また
追加のビット・アレイ媒体の保持、追加のティップによ
る読み込み、および上述の減衰機能も行うことができる
。このようなウェブ３５がビット媒体基板の大きな部分
を占めるような方法も本発明の範囲であり、カンチレバ
ー７の目的はそれを前後に回動して、適当な平坦度とテ
ィップからほぼ等距離を保つことである。
ンチレバー７は、光を規定できる図形であればどのよう
なものでもよく、よく用いられる断面図形は矩形，正方
形，円形，楕円形，多角形である。またこれらは、中空
筒型シリンダのような中空や筒型でもよい。中空の管を
用いることの利点は、質量が小さくなり周波数が高くな
ることであるが、剛性はあまり高くならない。カンチレ
バー７はまた、細長い断面図形を有してもよく、疑似平
面的な掃引運動の振動とは対照的に基本的には一方向に
振動する。カンチレバー７は、また図３の点線で示され
るように薄いウェブ材料３５で、架橋上に配置してもよ
い。この材料により、間隔を維持することができ、また
追加のビット・アレイ媒体の保持、追加のティップによ
る読み込み、および上述の減衰機能も行うことができる
。このようなウェブ３５がビット媒体基板の大きな部分
を占めるような方法も本発明の範囲であり、カンチレバ
ー７の目的はそれを前後に回動して、適当な平坦度とテ
ィップからほぼ等距離を保つことである。
【００６３】カンチレバー７は通常は、少なくとも外側
の長い表面で導電性があり、読み書きティップとカンチ
レバーとの間に電流が流れることができるようになって
いる。これについては、媒体の説明で詳しく述べる。層
３を通り、層２の回路構成２３までの電気経路が設けら
れる。シリコンでは、この経路はバルクとしてドーピン
グするか、あるいは集積回路技術において広く知られて
いる技術を用いて、拡散またはイオン注入により選択さ
れた領域をドーピングすることにより得られる。その他
の手段としては、カンチレバーの長い壁を薄いＣＶＤタ
ングステンで被覆する方法がある。
の長い表面で導電性があり、読み書きティップとカンチ
レバーとの間に電流が流れることができるようになって
いる。これについては、媒体の説明で詳しく述べる。層
３を通り、層２の回路構成２３までの電気経路が設けら
れる。シリコンでは、この経路はバルクとしてドーピン
グするか、あるいは集積回路技術において広く知られて
いる技術を用いて、拡散またはイオン注入により選択さ
れた領域をドーピングすることにより得られる。その他
の手段としては、カンチレバーの長い壁を薄いＣＶＤタ
ングステンで被覆する方法がある。
【００６４】図５ないし図７は、図３と似ているが、そ
の他の実施例が示されており、ここでは各ビット・アレ
イ２６を直接支持する個別のカンチレバーの代わりに、
剛性のプレート７’または７”が多くのビット・アレイ
２６からなる広い部分を支持しており、プレート７’ま
たは７”は弾性的に疑似平面運動で前後に回動する。こ
れには２つの形態がある。
の他の実施例が示されており、ここでは各ビット・アレ
イ２６を直接支持する個別のカンチレバーの代わりに、
剛性のプレート７’または７”が多くのビット・アレイ
２６からなる広い部分を支持しており、プレート７’ま
たは７”は弾性的に疑似平面運動で前後に回動する。こ
れには２つの形態がある。
【００６５】まず図５には、比較的細長いカンチレバー
４０がそれぞれ、振動プレート７’を「カンチレバー・
プレート」ハウジング３’に結合させている。これらの
カンチレバーは前の図と非常によく似ているが、異なる
のは、その機能がそれ自身でビット・アレイ２６を支持
することではなくて、カンチレバーが接続されているビ
ット支持プレート７’を回動させることである。この方
法の利点のひとつは、図５の多くのビット・アレイ２６
を含むプレート７’の表面が平坦で、ティップ２７に対
して平行に保たれることである。そしてもっと重要なの
は、ティップ２７と隣接のビット・アレイとの間のギャ
ップがほとんど等しく、正確な位相を持つことである。 複数のティップとデータを多重送信しつつ、電子回路を
位相角度の修正だけに使わないようにして、個々のカン
チレバーの動き（図１ないし図３に示されるような）が
互いに少し位相とずれているようにしたいときは、この
点は重要である。図５の右側には、点線３９でカンチレ
バー４０の変位位置が示され、点線３６で変位したプレ
ート７’が示されている。プレート７’を用いると、位
相角度修正はビット・サイズが非常に小さいときしか必
要なくなること、このような修正は、位置情報がトラッ
クとセクタの形でディスク上にフォーマットされている
ディスク・ドライブのような装置を用いることにより比
較的簡単に実行できることも強調したい。前記の図のカ
ンチレバー７では、位相角度修正はもっとたびたび行う
必要がある。
４０がそれぞれ、振動プレート７’を「カンチレバー・
プレート」ハウジング３’に結合させている。これらの
カンチレバーは前の図と非常によく似ているが、異なる
のは、その機能がそれ自身でビット・アレイ２６を支持
することではなくて、カンチレバーが接続されているビ
ット支持プレート７’を回動させることである。この方
法の利点のひとつは、図５の多くのビット・アレイ２６
を含むプレート７’の表面が平坦で、ティップ２７に対
して平行に保たれることである。そしてもっと重要なの
は、ティップ２７と隣接のビット・アレイとの間のギャ
ップがほとんど等しく、正確な位相を持つことである。 複数のティップとデータを多重送信しつつ、電子回路を
位相角度の修正だけに使わないようにして、個々のカン
チレバーの動き（図１ないし図３に示されるような）が
互いに少し位相とずれているようにしたいときは、この
点は重要である。図５の右側には、点線３９でカンチレ
バー４０の変位位置が示され、点線３６で変位したプレ
ート７’が示されている。プレート７’を用いると、位
相角度修正はビット・サイズが非常に小さいときしか必
要なくなること、このような修正は、位置情報がトラッ
クとセクタの形でディスク上にフォーマットされている
ディスク・ドライブのような装置を用いることにより比
較的簡単に実行できることも強調したい。前記の図のカ
ンチレバー７では、位相角度修正はもっとたびたび行う
必要がある。
【００６６】図６には、非常に似ている構造が示されて
いるが、異なるのは、プレートを支持するカンチレバー
４０の代わりに、エラストマ・スペーサ３７を用いてい
ることである。スペーサ３７の変位位置が点線３８によ
って示され、その結果のプレート７’の変位が３６によ
り示されている。図５の比較的細長いカンチレバー４０
がおもに屈曲するのに対して、これらのエラストマ・ス
ペーサ３７はせん断変形をする。
いるが、異なるのは、プレートを支持するカンチレバー
４０の代わりに、エラストマ・スペーサ３７を用いてい
ることである。スペーサ３７の変位位置が点線３８によ
って示され、その結果のプレート７’の変位が３６によ
り示されている。図５の比較的細長いカンチレバー４０
がおもに屈曲するのに対して、これらのエラストマ・ス
ペーサ３７はせん断変形をする。
【００６７】図６に示される構造には、図５ないし図７
に共通のデータの同時送信の他にも利点がある。第１に
、せん断可能なエラストマ材料は、振動を減衰し、薄膜
または積層技術を用いて付着することのできる材料であ
る。そのため、このようなプレート７’を駆動するのに
よけいな電力が必要になっても、ある程度の周囲の絶縁
が可能になる。このエラストマ・スペーサ３７のＺ軸の
剛性は、ＲＨＳまたはその他の前述の構造のカンチレバ
ー４０よりも悪い。
に共通のデータの同時送信の他にも利点がある。第１に
、せん断可能なエラストマ材料は、振動を減衰し、薄膜
または積層技術を用いて付着することのできる材料であ
る。そのため、このようなプレート７’を駆動するのに
よけいな電力が必要になっても、ある程度の周囲の絶縁
が可能になる。このエラストマ・スペーサ３７のＺ軸の
剛性は、ＲＨＳまたはその他の前述の構造のカンチレバ
ー４０よりも悪い。
【００６８】図５のカンチレバー４０または図６のスペ
ーサ３７を、圧電材料の連続したあるいは分割された膜
と入れ替えた構造も、本発明の範囲にはいる。この圧電
材料はプレート７’を振動させる（あるいは能動的に外
部の振動を絶縁する、あるいはその両方の役割を果たす
）。カンチレバー４０かスペーサ３７をこのような圧力
動作膜と入れ替えると、これまで論じられてきた駆動手
段であったＰＺＴ共振器１の必要がなくなることもある
。
ーサ３７を、圧電材料の連続したあるいは分割された膜
と入れ替えた構造も、本発明の範囲にはいる。この圧電
材料はプレート７’を振動させる（あるいは能動的に外
部の振動を絶縁する、あるいはその両方の役割を果たす
）。カンチレバー４０かスペーサ３７をこのような圧力
動作膜と入れ替えると、これまで論じられてきた駆動手
段であったＰＺＴ共振器１の必要がなくなることもある
。
【００６９】図７は、絶縁ウェブと補強材５の反対側に
チャンバが追加され、さらに回動プレート７”が示され
ている。回動ビット・アレイ搬送プレートの構造の２つ
の重要な修正について、以下に説明する。
チャンバが追加され、さらに回動プレート７”が示され
ている。回動ビット・アレイ搬送プレートの構造の２つ
の重要な修正について、以下に説明する。
【００７０】プレート７”を支持、駆動する第１代替実
施例では、図のようにプレート７”のカンチレバー４０
と、エラストマ・スペーサ３７が完全になくなっている
。その代わりに、弾性材料またはエラストマ材料４１が
、プレート７”をエッジの１カ所以上で、カンチレバー
層３’の隣接壁２５に付着するために用いられている。 このような支持バネ４１が１個図示されている。
施例では、図のようにプレート７”のカンチレバー４０
と、エラストマ・スペーサ３７が完全になくなっている
。その代わりに、弾性材料またはエラストマ材料４１が
、プレート７”をエッジの１カ所以上で、カンチレバー
層３’の隣接壁２５に付着するために用いられている。 このような支持バネ４１が１個図示されている。
【００７１】このような構造の優れた例は、シリコンの
ような異方性エッチングが可能な材料から一体的に作る
ことができる。プレート７”は、（図５の＋Ｚまたは−
Ｚ方向のいずれかから）エッチングすることにより得る
ことができ、このときバネ４１も一体的に作られて、同
時にエッチングされる。このためバネ４１の断面図は、
Ｚ軸に関しては一定である。これは、１種類の材料で二
次的な操作をしないで方向性エッチングを行うと、この
ような条件しか得られないからである。たとえば、この
ようなバネ４１は、プレート７”のエッジををプレート
７”の面で一致するような角度に合わせるまっすぐなカ
ンチレバーであってもよい。Ｚ軸に関して見たときにＶ
字型のバネや曲線上のバネなどを含む、多くの可能性が
あるがどれも適している。バネは１次元の共振器励起を
与えられただけで、２次元の動きを誘導するように構成
してもよい。
ような異方性エッチングが可能な材料から一体的に作る
ことができる。プレート７”は、（図５の＋Ｚまたは−
Ｚ方向のいずれかから）エッチングすることにより得る
ことができ、このときバネ４１も一体的に作られて、同
時にエッチングされる。このためバネ４１の断面図は、
Ｚ軸に関しては一定である。これは、１種類の材料で二
次的な操作をしないで方向性エッチングを行うと、この
ような条件しか得られないからである。たとえば、この
ようなバネ４１は、プレート７”のエッジををプレート
７”の面で一致するような角度に合わせるまっすぐなカ
ンチレバーであってもよい。Ｚ軸に関して見たときにＶ
字型のバネや曲線上のバネなどを含む、多くの可能性が
あるがどれも適している。バネは１次元の共振器励起を
与えられただけで、２次元の動きを誘導するように構成
してもよい。
【００７２】プレート７”は、たとえばＳｉＯ２のよう
な選択的エッチングが可能な膜を湿式エッチングで取り
去ることにより、ビット・アレイ面の反対側に当たる裏
側が機械的に自由な状態とすることもできる。このよう
な構造では、シリコン・ウェーハから始めて、解放酸化
物（ｒｅｌｅａｓｅ−ｏｘｉｄｅ）を堆積または成長さ
せ、次に、たとえば多結晶シリコンなどのプレート材料
を堆積させる。これにマスキング、方向性乾式エッチン
グ、次にアンダーカット湿式エッチングまたは乾式酸化
エッチングを行って、構造体を作り上げる。この構造体
では、可動プレートとウェブ壁グリッドが、多孔性プレ
ート状のカンチレバー層３のサブアセンブリを構成し、
後でこの層の上部はキャップとなる固体層により覆われ
て、封止される。または、プレート／バネ／ウェブ壁多
孔性層を、アンダーカット解放プロセスを伴わずに、１
片の単結晶または多結晶シリコンから共に、異方性エッ
チングしてもよい。この方法の利点は、Ｚ方向に断面が
一定で、プレート７”面におけるコンプライアンスが所
定の剛性を持ち、Ｚ方向のコンプライアンスがほぼゼロ
であるところの、深い（この図と上記の図においてＺ方
向に）薄いバネが簡単に作られ、その結果プレート７”
のＺ方向における移動がほぼゼロとなり、プレート７”
の面の所望の剛性が得られる。すなわち、この方法は実
質的にティップ・ギャップの高調波修正の必要をなくし
、図１，図２および図３のカンチレバーのビット・アレ
イのあまり平面的ではない運動を相殺し、あるいは、図
５ないし図７のスペーサ３７またはカンチレバー４０に
より支持されている２枚の７’プレートのこれもゼロで
はないＺ方向の動きを相殺する。プレート７”または７
’は、ビット・アレイ面の下に中空の空間を作って、そ
の質量を減らしてもよい。それによりバネの剛性を一定
にしてピーク共鳴周波数を大きくすることができる。プ
レート７”または７’のこのような代替の実施例におい
ては、ビット・アレイ・プレートの駆動は共振器１（図
５ないし図７には図示せず）でなされるのが好ましい。 これはプレート７’にも当てはまる。
な選択的エッチングが可能な膜を湿式エッチングで取り
去ることにより、ビット・アレイ面の反対側に当たる裏
側が機械的に自由な状態とすることもできる。このよう
な構造では、シリコン・ウェーハから始めて、解放酸化
物（ｒｅｌｅａｓｅ−ｏｘｉｄｅ）を堆積または成長さ
せ、次に、たとえば多結晶シリコンなどのプレート材料
を堆積させる。これにマスキング、方向性乾式エッチン
グ、次にアンダーカット湿式エッチングまたは乾式酸化
エッチングを行って、構造体を作り上げる。この構造体
では、可動プレートとウェブ壁グリッドが、多孔性プレ
ート状のカンチレバー層３のサブアセンブリを構成し、
後でこの層の上部はキャップとなる固体層により覆われ
て、封止される。または、プレート／バネ／ウェブ壁多
孔性層を、アンダーカット解放プロセスを伴わずに、１
片の単結晶または多結晶シリコンから共に、異方性エッ
チングしてもよい。この方法の利点は、Ｚ方向に断面が
一定で、プレート７”面におけるコンプライアンスが所
定の剛性を持ち、Ｚ方向のコンプライアンスがほぼゼロ
であるところの、深い（この図と上記の図においてＺ方
向に）薄いバネが簡単に作られ、その結果プレート７”
のＺ方向における移動がほぼゼロとなり、プレート７”
の面の所望の剛性が得られる。すなわち、この方法は実
質的にティップ・ギャップの高調波修正の必要をなくし
、図１，図２および図３のカンチレバーのビット・アレ
イのあまり平面的ではない運動を相殺し、あるいは、図
５ないし図７のスペーサ３７またはカンチレバー４０に
より支持されている２枚の７’プレートのこれもゼロで
はないＺ方向の動きを相殺する。プレート７”または７
’は、ビット・アレイ面の下に中空の空間を作って、そ
の質量を減らしてもよい。それによりバネの剛性を一定
にしてピーク共鳴周波数を大きくすることができる。プ
レート７”または７’のこのような代替の実施例におい
ては、ビット・アレイ・プレートの駆動は共振器１（図
５ないし図７には図示せず）でなされるのが好ましい。 これはプレート７’にも当てはまる。
【００７３】プレート７”を支持駆動する第２実施例で
は、上述のバネ４１を、圧電材料４１と置き換える。Ｐ
ＺＴまたはＰＶＤＦのような圧電材料は、プレート７”
の壁２５とエッジとに堆積された電極（図示せず）によ
り駆動される。この方法では、共振器１は必要ない。プ
レートのエッジの一部が圧電材料４１により駆動され、
他のエッジがバネ４１により支持されて、機械的にあら
かじめ荷重される（ｐｒｅｌｏａｄ）組合せの方法も本
発明の範囲にはいるものである。
は、上述のバネ４１を、圧電材料４１と置き換える。Ｐ
ＺＴまたはＰＶＤＦのような圧電材料は、プレート７”
の壁２５とエッジとに堆積された電極（図示せず）によ
り駆動される。この方法では、共振器１は必要ない。プ
レートのエッジの一部が圧電材料４１により駆動され、
他のエッジがバネ４１により支持されて、機械的にあら
かじめ荷重される（ｐｒｅｌｏａｄ）組合せの方法も本
発明の範囲にはいるものである。
【００７４】大きな変形を得るために、積み重ねられた
圧力動作部（ピエゾアクチュエータ）、すなわち積層圧
力動作部（ここでは非一体型のものとする）を構築する
ための基本的な原理と設計の基準はよく知られている；
例としては参考文献７を参照のこと。薄膜型の圧力材料
の材料定数が既知である限り、この基本原理は、薄膜法
により形成される超小型圧力装置にも同様に適用される
。
圧力動作部（ピエゾアクチュエータ）、すなわち積層圧
力動作部（ここでは非一体型のものとする）を構築する
ための基本的な原理と設計の基準はよく知られている；
例としては参考文献７を参照のこと。薄膜型の圧力材料
の材料定数が既知である限り、この基本原理は、薄膜法
により形成される超小型圧力装置にも同様に適用される
。
【００７５】図８と図９は、両方ともティップ／アクチ
ュエータ層２の土台となっている材料５５内の空洞４５
上方に形成された、屈曲ビームの一部を示している。ま
た集積されたティップ／アクチュエータ電子部２３と実
際のティップ２７も示され、それぞれが層２８，２９，
２４および相互接続部３１，４４からなるそれぞれの微
細アクチュエータ上に直接載っている。コンタクト・ビ
ア４３により、ティップ／アクチュエータの相互接続部
３１，４４は電子部２３に電気的に接続されている。図
８と図９には、ビット・アレイ２６が載っている隣接す
るカンチレバー７（またはプレート７’または７”）の
動きも点線で示されている。どちらの図でも、ビーム４
７はティップ／微細アクチュエータが隣接のビット・ア
レイ２６に非常に近くなるように歪められている。ハン
ダや、再溶融可能なガラスまたは重合体４６のような溶
融、再溶融が可能な材料が、固化した状態で空洞４５内
に示され、ビーム４７を粗修正された位置に固定してい
る。
ュエータ層２の土台となっている材料５５内の空洞４５
上方に形成された、屈曲ビームの一部を示している。ま
た集積されたティップ／アクチュエータ電子部２３と実
際のティップ２７も示され、それぞれが層２８，２９，
２４および相互接続部３１，４４からなるそれぞれの微
細アクチュエータ上に直接載っている。コンタクト・ビ
ア４３により、ティップ／アクチュエータの相互接続部
３１，４４は電子部２３に電気的に接続されている。図
８と図９には、ビット・アレイ２６が載っている隣接す
るカンチレバー７（またはプレート７’または７”）の
動きも点線で示されている。どちらの図でも、ビーム４
７はティップ／微細アクチュエータが隣接のビット・ア
レイ２６に非常に近くなるように歪められている。ハン
ダや、再溶融可能なガラスまたは重合体４６のような溶
融、再溶融が可能な材料が、固化した状態で空洞４５内
に示され、ビーム４７を粗修正された位置に固定してい
る。
【００７６】図８および図９のビームは、隣接材料４８
とは異なる材料４２の改変層あるいは追加の層を組み込
んでおり、そこからビーム４７が従来の微細加工手段を
用いてパターニング、エッチングされる。適切な材料と
しては、層５５については単結晶装置グレードのシリコ
ンと、層４８については単結晶シリコン，多結晶シリコ
ン，二酸化シリコン，窒化シリコン，酸窒化シリコンま
たはＣＶＤまたはスパタリングされた屈折金属があげら
れる。微細加工と半導体センサの文献には、このような
従来のカンチレバー形成技術に関するデータは豊富にあ
る（参考文献８，９参照）が、それを検証することはこ
こでの目的ではない。
とは異なる材料４２の改変層あるいは追加の層を組み込
んでおり、そこからビーム４７が従来の微細加工手段を
用いてパターニング、エッチングされる。適切な材料と
しては、層５５については単結晶装置グレードのシリコ
ンと、層４８については単結晶シリコン，多結晶シリコ
ン，二酸化シリコン，窒化シリコン，酸窒化シリコンま
たはＣＶＤまたはスパタリングされた屈折金属があげら
れる。微細加工と半導体センサの文献には、このような
従来のカンチレバー形成技術に関するデータは豊富にあ
る（参考文献８，９参照）が、それを検証することはこ
こでの目的ではない。
【００７７】今日ではこのようなマイクロビームの形成
は日常的なことであるが、ビームを制御可能に変形して
、一定の場所に固定し、ギャップの粗調整を行う方法を
いくつか説明する。マイクロビームを利用する既存の技
術では、ビームを偏向した位置に固定することは異常な
ことである。なぜなら、ビームは通常は静止力，動力，
慣性力または質量を検知するために用いられるので、そ
のためには変形可能な状態になっていなければならない
からである。
は日常的なことであるが、ビームを制御可能に変形して
、一定の場所に固定し、ギャップの粗調整を行う方法を
いくつか説明する。マイクロビームを利用する既存の技
術では、ビームを偏向した位置に固定することは異常な
ことである。なぜなら、ビームは通常は静止力，動力，
慣性力または質量を検知するために用いられるので、そ
のためには変形可能な状態になっていなければならない
からである。
【００７８】本発明では、粗修正ビームをたわませるた
めのいくつかの駆動手段のうち、どれを用いてもよい。 これには次のようなものがある：（ａ）膨張係数が異な
り、温度エクスカーションを起こす材料を有する積層ビ
ーム、またはたとえばシリコンに注入された抵抗により
誘導される温度傾斜を支持する単一材料の積層ビームに
よる屈曲；（ｂ）１つ以上の圧力膜を含み、１形態ある
いは２形態を形成する積層ビームによる屈曲（参考文献
７参照）；（ｃ）クーロン引力または反発力により誘導
される屈曲であって、カンチレバーと空洞とはそれぞれ
異なる電位に電荷されている屈曲；（ｄ）外部からかけ
られた力または加速により誘導された屈曲であって、カ
ンチレバー（その吊持したティップ／微細アクチュエー
タの質量を伴う）を遠心機に入れて質量重量でビームを
曲げるか、あるいはビット・アレイまたはその他の平坦
な基準面でティップを軽く押し下げることにより得られ
る屈曲；（ｅ）材料を流動状態に固定するなどの、液体
材料での湿潤またはビーディング・アップの毛細管力に
より誘導された屈曲；（ｆ）磁気膜と設定された磁界と
の相互作用、あるいはビーム上に起こった電流による引
力または反発力により起こった屈曲；（ｇ）ビームの両
端にかけられた圧力差により誘導された屈曲であって、
この場合、ビームはその両端の圧力差を維持できる変形
可能なダイアフラムで構成される。
めのいくつかの駆動手段のうち、どれを用いてもよい。 これには次のようなものがある：（ａ）膨張係数が異な
り、温度エクスカーションを起こす材料を有する積層ビ
ーム、またはたとえばシリコンに注入された抵抗により
誘導される温度傾斜を支持する単一材料の積層ビームに
よる屈曲；（ｂ）１つ以上の圧力膜を含み、１形態ある
いは２形態を形成する積層ビームによる屈曲（参考文献
７参照）；（ｃ）クーロン引力または反発力により誘導
される屈曲であって、カンチレバーと空洞とはそれぞれ
異なる電位に電荷されている屈曲；（ｄ）外部からかけ
られた力または加速により誘導された屈曲であって、カ
ンチレバー（その吊持したティップ／微細アクチュエー
タの質量を伴う）を遠心機に入れて質量重量でビームを
曲げるか、あるいはビット・アレイまたはその他の平坦
な基準面でティップを軽く押し下げることにより得られ
る屈曲；（ｅ）材料を流動状態に固定するなどの、液体
材料での湿潤またはビーディング・アップの毛細管力に
より誘導された屈曲；（ｆ）磁気膜と設定された磁界と
の相互作用、あるいはビーム上に起こった電流による引
力または反発力により起こった屈曲；（ｇ）ビームの両
端にかけられた圧力差により誘導された屈曲であって、
この場合、ビームはその両端の圧力差を維持できる変形
可能なダイアフラムで構成される。
【００７９】屈曲によりティップ／アレイのギャップが
あらかじめ設定されるが、絶対的な意味では、ビームを
上か下に動かしてこれを行うことを強調したい。ビーム
４７は実際は、バー状の棒から完全な平面状のダイアフ
ラム、複雑ならせん形や複数ビーム／メッシュ構造まで
、どのような形態をとることができることも強調したい
。そのためここでは「ビーム」とうことばは広い意味で
用いる。
あらかじめ設定されるが、絶対的な意味では、ビームを
上か下に動かしてこれを行うことを強調したい。ビーム
４７は実際は、バー状の棒から完全な平面状のダイアフ
ラム、複雑ならせん形や複数ビーム／メッシュ構造まで
、どのような形態をとることができることも強調したい
。そのためここでは「ビーム」とうことばは広い意味で
用いる。
【００８０】本発明は、粗調整ビームを修正位置に固定
するために、いくつかの手段のうちどれを用いてもよい
。この手段には、次のようなものが含まれる：
するために、いくつかの手段のうちどれを用いてもよい
。この手段には、次のようなものが含まれる：
【００８
１】Ａ．溶融し、その湿潤動作によりビームと空洞のギ
ャップが橋絡され固化されて、ビームを固定する材料４
６の利用。この材料は、脱気したハンダまたは流動ガラ
スで、最初は薄膜状に付着されて、流れているうちにビ
ーズ状になる。例としてはインヂウム−鉛系の合金ハン
ダやホウ素／リン／ゲルマニウム系の流動ガラスなどが
ある。これらの材料は、薄膜としてあらかじめ最適な状
態にしておく。
１】Ａ．溶融し、その湿潤動作によりビームと空洞のギ
ャップが橋絡され固化されて、ビームを固定する材料４
６の利用。この材料は、脱気したハンダまたは流動ガラ
スで、最初は薄膜状に付着されて、流れているうちにビ
ーズ状になる。例としてはインヂウム−鉛系の合金ハン
ダやホウ素／リン／ゲルマニウム系の流動ガラスなどが
ある。これらの材料は、薄膜としてあらかじめ最適な状
態にしておく。
【００８２】Ｂ．化学蒸着により堆積された材料４６の
利用。これには六フッ化タングステンを用いたＣＶＤに
よるものなどがあり、ビームと空洞のギャップを橋絡し
てそこに固定する。ＣＶＤタングステンを用いてビーム
４７自身の中に接合部を結合させることも本発明の範囲
内に入り、このような堆積による応力でビームを都合よ
く移動させることも発明の範囲にはいる。最後に、ビー
ムは最初から高度に曲がるように作って、ビット・アレ
イ構造または平坦な基準面を用いて固定する前にティッ
プを平面化してもよい。組立中のギャップ修正手段の一
部として、ＣＶＤタングステンを用いてティップの大き
さを変えることも本発明の範囲内である。
利用。これには六フッ化タングステンを用いたＣＶＤに
よるものなどがあり、ビームと空洞のギャップを橋絡し
てそこに固定する。ＣＶＤタングステンを用いてビーム
４７自身の中に接合部を結合させることも本発明の範囲
内に入り、このような堆積による応力でビームを都合よ
く移動させることも発明の範囲にはいる。最後に、ビー
ムは最初から高度に曲がるように作って、ビット・アレ
イ構造または平坦な基準面を用いて固定する前にティッ
プを平面化してもよい。組立中のギャップ修正手段の一
部として、ＣＶＤタングステンを用いてティップの大き
さを変えることも本発明の範囲内である。
【００８３】恒久的な固定手段を設けずに、使用者がビ
ット・アレイから離れたところにティップを設置して、
使用しない時は保護をし、装置の動作中は屈曲カンチレ
バーの問題点をたとえば、望ましくない外部振動に中立
で応答してにマイクロアクチュエータ・カンチレバー４
７を上記のような手段の１つによって実際に駆動するこ
とにより改善する方法も本発明の範囲内である。ＡＦＭ
では、検知ティップは、たとえば局部質量，電荷あるい
は磁気極性振動などを有する検体により起こされる力で
影響を受ける。このコントラスト（ここではビット・コ
ントラスト）は検体（ここではビット・アレイ）に対し
て高い周波数でティップを振動させ、検体により加えら
れた力で起こされたティップの振動周波数の変化−−力
が加えられなければ安定していた周波数の−−を検出す
ることにより検出する。本発明では、カンチレバー・ビ
ーム４７はこのような方法で検知ティップ２７を振動さ
せる役割を果たす。このとき、材料４６により溶融する
ことはない。空洞４５はティップ２７の容量変位センサ
として機能する。
ット・アレイから離れたところにティップを設置して、
使用しない時は保護をし、装置の動作中は屈曲カンチレ
バーの問題点をたとえば、望ましくない外部振動に中立
で応答してにマイクロアクチュエータ・カンチレバー４
７を上記のような手段の１つによって実際に駆動するこ
とにより改善する方法も本発明の範囲内である。ＡＦＭ
では、検知ティップは、たとえば局部質量，電荷あるい
は磁気極性振動などを有する検体により起こされる力で
影響を受ける。このコントラスト（ここではビット・コ
ントラスト）は検体（ここではビット・アレイ）に対し
て高い周波数でティップを振動させ、検体により加えら
れた力で起こされたティップの振動周波数の変化−−力
が加えられなければ安定していた周波数の−−を検出す
ることにより検出する。本発明では、カンチレバー・ビ
ーム４７はこのような方法で検知ティップ２７を振動さ
せる役割を果たす。このとき、材料４６により溶融する
ことはない。空洞４５はティップ２７の容量変位センサ
として機能する。
【００８４】このようにビット・アレイに電流を用いる
ことなく、絶縁磁気検体（ビット）のコントラストを見
ることができるＡＦＭ技術は、さらに本発明のために媒
体を選択するコントラスト機能を持つ。
ことなく、絶縁磁気検体（ビット）のコントラストを見
ることができるＡＦＭ技術は、さらに本発明のために媒
体を選択するコントラスト機能を持つ。
【００８５】ビーム４７上の最後の振動として、微細ア
クチュエータが排除され、ティップが、たとえばＶ字型
ビームの鋭い先端部としてビーム自身に組み込まれ、先
端部がビット・アレイ２６に向かって曲がると、上述の
駆動手段を用いて、とがらせたビーム４７を制御可能に
曲げて装置を動作することもできる。このような方法で
は、丈夫でしかも変形可能なダイアフラム（プレート状
でできれば多孔性であること）か、共鳴周波数が高く応
答時間の速い複片ビームを用いることが最もよい。ここ
での目的は、広範囲の屈曲を可能にしつつ剛性を高くし
て固定せずに粗屈曲と微屈曲をできるようにすることで
ある。
クチュエータが排除され、ティップが、たとえばＶ字型
ビームの鋭い先端部としてビーム自身に組み込まれ、先
端部がビット・アレイ２６に向かって曲がると、上述の
駆動手段を用いて、とがらせたビーム４７を制御可能に
曲げて装置を動作することもできる。このような方法で
は、丈夫でしかも変形可能なダイアフラム（プレート状
でできれば多孔性であること）か、共鳴周波数が高く応
答時間の速い複片ビームを用いることが最もよい。ここ
での目的は、広範囲の屈曲を可能にしつつ剛性を高くし
て固定せずに粗屈曲と微屈曲をできるようにすることで
ある。
【００８６】図１０は、ティップ／微細アクチュエータ
の粗調整の別の方法を示す。３個のティップ／微細アク
チュエータが示され、それぞれは、圧力材料５０よりな
る支持台に置かれている。圧力材料５０自身は一番右側
の圧力材料支持台５０に示されるように、複数の内部電
極５０ａを持つ複層設計となっている。このため、本方
法では、粗調整が物理的な溶融や結合により固定されな
いために、粗調整は装置を用いるときのみ行われ、装置
が用いられないときはそのままである。または、粗屈曲
を起こす電圧がこの期間中もオンのままとなったままで
もよい。これをエレクトロニック・クランピングという
。このようなアクチュエータを用いて、外部から与えら
れた望ましくない振動を実際に抑制してもよい。
の粗調整の別の方法を示す。３個のティップ／微細アク
チュエータが示され、それぞれは、圧力材料５０よりな
る支持台に置かれている。圧力材料５０自身は一番右側
の圧力材料支持台５０に示されるように、複数の内部電
極５０ａを持つ複層設計となっている。このため、本方
法では、粗調整が物理的な溶融や結合により固定されな
いために、粗調整は装置を用いるときのみ行われ、装置
が用いられないときはそのままである。または、粗屈曲
を起こす電圧がこの期間中もオンのままとなったままで
もよい。これをエレクトロニック・クランピングという
。このようなアクチュエータを用いて、外部から与えら
れた望ましくない振動を実際に抑制してもよい。
【００８７】図１０では、たとえばポリイミド製の可撓
性薄膜ウェブ５１がそれぞれのピエゾアクチュエータ５
０を充分に覆うことにより、タイプ３１と４４の相互接
続はティップ２７と微細アクチュエータ上部電極２９と
から、タイプ４３のビア（図示せず）を通じて隣接のシ
リコン５７内にあるティップ電子部２３まで接続される
。図１０では、相互接続４４は微細アクチュエータのベ
ース電極として示されており、３１はティップ自身に接
続されている。微細アクチュエータ上部電極２９に接続
するもののようなその他の電極は示されていない。個々
のピエゾアクチュエータ５０の上部は、層５１の下で、
電極を有し（図示せず）、一方３個すべてのアクチュエ
ータに共通のベース電極４９が示されている。粗アクチ
ュエータ５０間の空間５２は、エラストマ材料で満たさ
れて、その上の層５１は連続面を有している。
性薄膜ウェブ５１がそれぞれのピエゾアクチュエータ５
０を充分に覆うことにより、タイプ３１と４４の相互接
続はティップ２７と微細アクチュエータ上部電極２９と
から、タイプ４３のビア（図示せず）を通じて隣接のシ
リコン５７内にあるティップ電子部２３まで接続される
。図１０では、相互接続４４は微細アクチュエータのベ
ース電極として示されており、３１はティップ自身に接
続されている。微細アクチュエータ上部電極２９に接続
するもののようなその他の電極は示されていない。個々
のピエゾアクチュエータ５０の上部は、層５１の下で、
電極を有し（図示せず）、一方３個すべてのアクチュエ
ータに共通のベース電極４９が示されている。粗アクチ
ュエータ５０間の空間５２は、エラストマ材料で満たさ
れて、その上の層５１は連続面を有している。
【００８８】図１０では、下地の基板５５は、電子部分
が組み込まれない限り、必ずしも半導体材料である必要
はない。図１０の代替の実施例では、（５７ではなく）
５５は、電子部分が集積された半導体で、５７は湾曲層
５１の片端面を形成するコンタクト・ビアを含む誘電ス
ペーサとなっている。この場合、層５７がたとえば、厚
くスピンニングされたポリイミドであると、空洞５２を
満たし、同時に湾曲層５１として機能することができる
。最後に、アクチュエータ５０（図示せず）の上の電極
は、たとえば、スタック５０のパターンニングとエッチ
ングのためのエッチ・マスクとして動作することのでき
る金で作られてもよい。
が組み込まれない限り、必ずしも半導体材料である必要
はない。図１０の代替の実施例では、（５７ではなく）
５５は、電子部分が集積された半導体で、５７は湾曲層
５１の片端面を形成するコンタクト・ビアを含む誘電ス
ペーサとなっている。この場合、層５７がたとえば、厚
くスピンニングされたポリイミドであると、空洞５２を
満たし、同時に湾曲層５１として機能することができる
。最後に、アクチュエータ５０（図示せず）の上の電極
は、たとえば、スタック５０のパターンニングとエッチ
ングのためのエッチ・マスクとして動作することのでき
る金で作られてもよい。
【００８９】図１１に移ると、２個のティップ／アクチ
ュエータのセットが同様に示されており、粗調整と微調
整の役割を果たす１個の複層ピエゾアクチュエータ５０
にそれぞれ載っている。下の半導体基板５５には、ティ
ップ電子部分２３が含まれる。圧力積層構造５０とティ
ップ２７とを起動させる下部電極５４と相互接続部３１
は図示されているが、積層構造の上部電極は図示されて
いない。二酸化シリコンなどの材料からなる層５２は、
ボンド部３と相互接続部（図示せず）の平坦面を作って
いる。層５３はティップ／アクチュエータ層２をカンチ
レバー（プレート）層３のウェブ壁２５に結合させる接
合材料のボンド部となっている。この結合ボンド部は、
低温拡散接着剤，流動ガラスまたはハンダ接着剤，陽極
接着剤，エポキシ接着剤またはその他の恒久接着剤，ま
たは装置を損傷しない程度の低温で実行される剛性クラ
ンピング部または締め付け部より構成される。
ュエータのセットが同様に示されており、粗調整と微調
整の役割を果たす１個の複層ピエゾアクチュエータ５０
にそれぞれ載っている。下の半導体基板５５には、ティ
ップ電子部分２３が含まれる。圧力積層構造５０とティ
ップ２７とを起動させる下部電極５４と相互接続部３１
は図示されているが、積層構造の上部電極は図示されて
いない。二酸化シリコンなどの材料からなる層５２は、
ボンド部３と相互接続部（図示せず）の平坦面を作って
いる。層５３はティップ／アクチュエータ層２をカンチ
レバー（プレート）層３のウェブ壁２５に結合させる接
合材料のボンド部となっている。この結合ボンド部は、
低温拡散接着剤，流動ガラスまたはハンダ接着剤，陽極
接着剤，エポキシ接着剤またはその他の恒久接着剤，ま
たは装置を損傷しない程度の低温で実行される剛性クラ
ンピング部または締め付け部より構成される。
【００９０】図１０および図１１の両方で、圧力材料５
０は可撓性ＰＶＤＦでもよく、これは図１０の層５７と
、図１１の層５２とにより規定されるようなくぼみの中
にスピンまたは鋳造することができる。ＰＶＤＦはまた
、きわめて薄い層に積層することもできる。ＰＶＤＦで
、下方の電極なしに、２個の隣接する表面電極だけを用
いて、表面を屈曲させることができることも知られてい
る。この方法はアクチュエータ５０のを組み込む際の１
方法として明らかに含まれる。ＰＶＤＦタイプの圧力膜
は、たとえば参考文献１０および１１において論じられ
ている。
０は可撓性ＰＶＤＦでもよく、これは図１０の層５７と
、図１１の層５２とにより規定されるようなくぼみの中
にスピンまたは鋳造することができる。ＰＶＤＦはまた
、きわめて薄い層に積層することもできる。ＰＶＤＦで
、下方の電極なしに、２個の隣接する表面電極だけを用
いて、表面を屈曲させることができることも知られてい
る。この方法はアクチュエータ５０のを組み込む際の１
方法として明らかに含まれる。ＰＶＤＦタイプの圧力膜
は、たとえば参考文献１０および１１において論じられ
ている。
【００９１】図１２は、微制御用の第１マイクロアクチ
ュエータ積層構造が粗調整用の第２マイクロアクチュエ
ータ積層構造上に置かれている別の構成を示す。この図
では引き線のついた番号は、対応する引き線のついてい
ない番号と同じ機能を持つ。
ュエータ積層構造が粗調整用の第２マイクロアクチュエ
ータ積層構造上に置かれている別の構成を示す。この図
では引き線のついた番号は、対応する引き線のついてい
ない番号と同じ機能を持つ。
【００９２】ティップとそれに伴う微細アクチュエータ
を作る肯定は、マイクロ真空管，強誘電体ＲＡＭ，集積
回路などを構築するために用いられる技術の応用である
；参考文献１２ないし１７を参照のこと。参考文献１２
はティップ２７に類似の顕微鏡エミッタを示している。 これは、ティップがパターニングされた丸い穴の底に成
長する蒸着とそれに続くリフトオフ・リソグラフィック
技術か、あるいは等方性湿式または乾式エッチングとシ
リコンのような単結晶材料の酸化とを組み合わせて形成
される。どちらの方法も広く実施されている方法である
。本発明のティップ材料は、たとえばタングステン，タ
ングステン−レニウムのようなタングステン合金，ドー
ピングされたタングステン，プラチナ，プラチナ−イリ
ジウム合金，モリブデン，シリコン（またはドーピング
されたシリコン），ドーピングされたダイヤモンドまた
はプラチナを被覆したタングステンやモリブデン，イリ
ジウムまたはプラチナ−イリジウム合金などの屈折金属
または導電性セラミックなどがよい。これらはすべてＡ
ＦＭとＳＴＭの好適な材料である。リフトオフ工程と、
酸化を加えた等方性湿式、乾式エッチングの性質は、そ
れぞれ、非常に鋭端な円錐型の金属材料または単結晶材
料を堆積および／またはエッチングすることができるも
のである。先端が鋭いので、ビット・アレイ内でビット
の間隔を密接に配置することができ、読み書きの際に互
いに弁別することができるようにする。
を作る肯定は、マイクロ真空管，強誘電体ＲＡＭ，集積
回路などを構築するために用いられる技術の応用である
；参考文献１２ないし１７を参照のこと。参考文献１２
はティップ２７に類似の顕微鏡エミッタを示している。 これは、ティップがパターニングされた丸い穴の底に成
長する蒸着とそれに続くリフトオフ・リソグラフィック
技術か、あるいは等方性湿式または乾式エッチングとシ
リコンのような単結晶材料の酸化とを組み合わせて形成
される。どちらの方法も広く実施されている方法である
。本発明のティップ材料は、たとえばタングステン，タ
ングステン−レニウムのようなタングステン合金，ドー
ピングされたタングステン，プラチナ，プラチナ−イリ
ジウム合金，モリブデン，シリコン（またはドーピング
されたシリコン），ドーピングされたダイヤモンドまた
はプラチナを被覆したタングステンやモリブデン，イリ
ジウムまたはプラチナ−イリジウム合金などの屈折金属
または導電性セラミックなどがよい。これらはすべてＡ
ＦＭとＳＴＭの好適な材料である。リフトオフ工程と、
酸化を加えた等方性湿式、乾式エッチングの性質は、そ
れぞれ、非常に鋭端な円錐型の金属材料または単結晶材
料を堆積および／またはエッチングすることができるも
のである。先端が鋭いので、ビット・アレイ内でビット
の間隔を密接に配置することができ、読み書きの際に互
いに弁別することができるようにする。
【００９３】ティップには、性能を向上させるための導
電性皮膜を施してもよい。適切なティップ皮膜の例とし
ては、ニッケル，金，プラチナ，イリジウム，ロジウム
，タングステン，レニウムがある。
電性皮膜を施してもよい。適切なティップ皮膜の例とし
ては、ニッケル，金，プラチナ，イリジウム，ロジウム
，タングステン，レニウムがある。
【００９４】参考文献１３ないし１７に、薄膜の形態に
圧力材料を堆積させる既存の機能を示す。ここではアク
チュエータとしてではなく、メモリ・セル（この場合は
その強誘電特性が利用されている），共振器クロックま
たは光ファイバ皮膜として用いられているが、その圧電
特性を利用したものである。
圧力材料を堆積させる既存の機能を示す。ここではアク
チュエータとしてではなく、メモリ・セル（この場合は
その強誘電特性が利用されている），共振器クロックま
たは光ファイバ皮膜として用いられているが、その圧電
特性を利用したものである。
【００９５】参考文献１３と１４とは、スパッタリング
された薄膜ＰＺＴを用いており、参考文献１５ではゾル
−ゲル工程によるスピンされたＰＺＴを用いている。
された薄膜ＰＺＴを用いており、参考文献１５ではゾル
−ゲル工程によるスピンされたＰＺＴを用いている。
【００９６】スパタリングしたＺｎＯ薄膜圧力材料を用
いた他の処理法が参考文献１６に解説されているが、こ
こでは薄膜ＺｎＯ圧力材料と湿式エッチングしたシリコ
ン薄膜の両方を用いて発振構造を作成している。同様の
用途によるＡｌＮの使用法も解説されている。このよう
な共振器処理法は、圧力膜４２を内蔵する、ここで示さ
れる変形マイクロアクチュエータ・ビーム４７を組み込
む際に直接利用できることと、この技術は同時集積回路
作成と互換性があることとに留意されたい。このような
方法では、図８および図９のティップ２７は、絶縁され
たビームまたはダイアフラム４７上に直接載っており、
ビーム／ダイアフラム４７は薄膜圧力材料４２をパルス
化することにより任意にたわませる（または振動させる
）ことができる。同様に、材料４２は制御されたバイメ
タル上の屈曲を誘導する抵抗ヒータより構成されていて
もよい。
いた他の処理法が参考文献１６に解説されているが、こ
こでは薄膜ＺｎＯ圧力材料と湿式エッチングしたシリコ
ン薄膜の両方を用いて発振構造を作成している。同様の
用途によるＡｌＮの使用法も解説されている。このよう
な共振器処理法は、圧力膜４２を内蔵する、ここで示さ
れる変形マイクロアクチュエータ・ビーム４７を組み込
む際に直接利用できることと、この技術は同時集積回路
作成と互換性があることとに留意されたい。このような
方法では、図８および図９のティップ２７は、絶縁され
たビームまたはダイアフラム４７上に直接載っており、
ビーム／ダイアフラム４７は薄膜圧力材料４２をパルス
化することにより任意にたわませる（または振動させる
）ことができる。同様に、材料４２は制御されたバイメ
タル上の屈曲を誘導する抵抗ヒータより構成されていて
もよい。
【００９７】参考文献１７は、エッジだけで支持されて
いる共振器構造を示す。これを用いても、ビーム４７と
ここで解説されるような微／粗アクチュエータのような
種類の構造を実現することができる。
いる共振器構造を示す。これを用いても、ビーム４７と
ここで解説されるような微／粗アクチュエータのような
種類の構造を実現することができる。
【００９８】ビット・アレイ２６が実現されるビット媒
体に話を移すと、ビット・アレイは１個の読み書きティ
ップ２７によりアドレス可能なビット媒体のエリアであ
ることを当業者であればご理解いただけよう。２つの一
般的な場合を論ずることにする：すなわち、第１の場合
は、読み込み専用メモリに消去不能媒体を用いており、
第２の場合では読み書きメモリに消去可能メモリを用い
ている。ＳＴＭとＡＴＭ技術が、高性能の顕微鏡ツール
で期待されるような、技術上の目標である実質的にそれ
ぞれの半導体材料の原子解像度高コントラスト画像を作
成することに成功すれば、望ましいスケールで望ましい
コントラストを達成でき、しかも高周波でそれを読み込
むことができる機能は、かなり大きな単一ティップのＳ
ＴＭ／ＡＦＭ顕微鏡により、非常に少数の書き込まれた
フィーチャではすでに証明されている。そのため、問題
はティップを用いてこのようなコントラストと安定した
フィーチャを作り出し、後で書かれたフィーチャのコン
トラストを中性化することが問題となる；すなわち、再
書き込みが可能なメモリにおける消去である。本発明は
、前述の顕微鏡を用いた用途において、安定した方法で
画像化が可能な多くの媒体の利用に関する。ＳＴＭで知
られている電流を流す多くの種類のティップ操作はたい
へん簡単に実行することができる；特に、コントラスト
・ティップ高モードと顕微鏡モードは容易である。
体に話を移すと、ビット・アレイは１個の読み書きティ
ップ２７によりアドレス可能なビット媒体のエリアであ
ることを当業者であればご理解いただけよう。２つの一
般的な場合を論ずることにする：すなわち、第１の場合
は、読み込み専用メモリに消去不能媒体を用いており、
第２の場合では読み書きメモリに消去可能メモリを用い
ている。ＳＴＭとＡＴＭ技術が、高性能の顕微鏡ツール
で期待されるような、技術上の目標である実質的にそれ
ぞれの半導体材料の原子解像度高コントラスト画像を作
成することに成功すれば、望ましいスケールで望ましい
コントラストを達成でき、しかも高周波でそれを読み込
むことができる機能は、かなり大きな単一ティップのＳ
ＴＭ／ＡＦＭ顕微鏡により、非常に少数の書き込まれた
フィーチャではすでに証明されている。そのため、問題
はティップを用いてこのようなコントラストと安定した
フィーチャを作り出し、後で書かれたフィーチャのコン
トラストを中性化することが問題となる；すなわち、再
書き込みが可能なメモリにおける消去である。本発明は
、前述の顕微鏡を用いた用途において、安定した方法で
画像化が可能な多くの媒体の利用に関する。ＳＴＭで知
られている電流を流す多くの種類のティップ操作はたい
へん簡単に実行することができる；特に、コントラスト
・ティップ高モードと顕微鏡モードは容易である。
【００９９】本発明には、ＡＦＭ技術は適用できないと
いうことではない。実際、図８および図９のビーム４７
を利用して、ＡＦＭ結像モードを実行するかを解説して
きた。これは、振動カンチレバー周波数の変化またはマ
イクロアクチュエータ・カンチレバーの駆動信号の大き
さをを介してコントラストを検出し、カンチレバー４７
が装置の動作中に自由にたわむことができる場合に、図
８と図９のティップとビットとのギャップを一定に保つ
方法である。
いうことではない。実際、図８および図９のビーム４７
を利用して、ＡＦＭ結像モードを実行するかを解説して
きた。これは、振動カンチレバー周波数の変化またはマ
イクロアクチュエータ・カンチレバーの駆動信号の大き
さをを介してコントラストを検出し、カンチレバー４７
が装置の動作中に自由にたわむことができる場合に、図
８と図９のティップとビットとのギャップを一定に保つ
方法である。
【０１００】一般的に言って、ＳＴＭ技術のほうが、テ
ィップと試料とのギャップが通常は小さいために、最終
的な解像度は高くなる。電流を流すＳＴＭモードもティ
ップ支持用のカンチレバーを必要としない。
ィップと試料とのギャップが通常は小さいために、最終
的な解像度は高くなる。電流を流すＳＴＭモードもティ
ップ支持用のカンチレバーを必要としない。
【０１０１】ＳＴＭ法では、コントラスト・ティップ高
モードを用いると、操作は最も速くなる。これは、ティ
ップの高さの調整をせずに、ティップ−検体電圧または
電流の変化としてコントラストが検知されるためである
。これは、ティップ・マイクロエレクトロニクス支持回
路構成により、ティップを上下方向に動かす必要がなく
、たいへん迅速に実行することができる。ただし、ビッ
ト・アレイ２６の比較的ゆっくりとした掃引動作により
平均ギャップ寸法が変化した場合は動かさねばならない
。ＳＴＭ分光モードでは、ティップ／ビット・アレイ電
圧の掃引と、ティップ／ビット・アレイ電流の依存度を
測定しなければならない；すなわち、一定のギャップ寸
法において与えられたサイトすなわちビットの位置にお
けるコンダクタンスを測定するか、あるいは一定の電圧
（または電流）とギャップ寸法における電流（または電
圧）を測定して、電子バリアの高さを分析する。特定の
ビットのコンダクタンスのコントラストを１回のパスで
測定しようとする場合は、この操作は非常に高速で行わ
なければならない。
モードを用いると、操作は最も速くなる。これは、ティ
ップの高さの調整をせずに、ティップ−検体電圧または
電流の変化としてコントラストが検知されるためである
。これは、ティップ・マイクロエレクトロニクス支持回
路構成により、ティップを上下方向に動かす必要がなく
、たいへん迅速に実行することができる。ただし、ビッ
ト・アレイ２６の比較的ゆっくりとした掃引動作により
平均ギャップ寸法が変化した場合は動かさねばならない
。ＳＴＭ分光モードでは、ティップ／ビット・アレイ電
圧の掃引と、ティップ／ビット・アレイ電流の依存度を
測定しなければならない；すなわち、一定のギャップ寸
法において与えられたサイトすなわちビットの位置にお
けるコンダクタンスを測定するか、あるいは一定の電圧
（または電流）とギャップ寸法における電流（または電
圧）を測定して、電子バリアの高さを分析する。特定の
ビットのコンダクタンスのコントラストを１回のパスで
測定しようとする場合は、この操作は非常に高速で行わ
なければならない。
【０１０２】また、数回のパスで電流と電圧の測定を数
回行うことにより、掃引されたビットのストリング全体
のコンダクタンスを測定してもよい。このようなコンダ
クタンスのプロット、またはこのようなプロットの派生
型は、それ自身２値のオフ／オンビット状態として機能
する電子構造を示す。最後に、２値の０／１あるいはオ
フ・オン・ビット状態を検知する（あるいは検知しない
）代わりに、そのアナログ状態を検知するアナログ・ビ
ット・メカニズムを実現してもよい。この場合はビット
が駆動，検知および弁別される状態には２種類以上の度
合の状態がある。
回行うことにより、掃引されたビットのストリング全体
のコンダクタンスを測定してもよい。このようなコンダ
クタンスのプロット、またはこのようなプロットの派生
型は、それ自身２値のオフ／オンビット状態として機能
する電子構造を示す。最後に、２値の０／１あるいはオ
フ・オン・ビット状態を検知する（あるいは検知しない
）代わりに、そのアナログ状態を検知するアナログ・ビ
ット・メカニズムを実現してもよい。この場合はビット
が駆動，検知および弁別される状態には２種類以上の度
合の状態がある。
【０１０３】可能な媒体は、いくつかのクラスに分類す
ることができるが、このリストは絶対的なものではなく
、メモリ構造に用いることのできる独自のものを、ＳＴ
ＭとＡＦＭ要の結像モードとして使ってもよい。大半の
ビット・ティップ構造においては、ＳＴＭのような解像
度すなわち区別可能な最小ビットの寸法は、参考文献１
の数式８，９，１０に与えられる。おわかりのように、
それぞれ１０オングストロームと２０オングストローム
のビット・サイズとピッチとは、非合理なものではない
。これで、それぞれ２５０，０００個のビットを有する
、１０００万の１μｃｍ２のカンチレバーからなる１個
のｃｍ２装置内に、２×１０１２という驚くべき数のビ
ットを実現することができる。かなり大きな、たとえば
１００オングストロームのビット・サイズと、２００オ
ングストロームのピッチでも、２×１０１０個のビット
を提供することができる。このために、この技術は容量
とビット／ｃｍ２に関する限り最先端のものとなってい
る。
ることができるが、このリストは絶対的なものではなく
、メモリ構造に用いることのできる独自のものを、ＳＴ
ＭとＡＦＭ要の結像モードとして使ってもよい。大半の
ビット・ティップ構造においては、ＳＴＭのような解像
度すなわち区別可能な最小ビットの寸法は、参考文献１
の数式８，９，１０に与えられる。おわかりのように、
それぞれ１０オングストロームと２０オングストローム
のビット・サイズとピッチとは、非合理なものではない
。これで、それぞれ２５０，０００個のビットを有する
、１０００万の１μｃｍ２のカンチレバーからなる１個
のｃｍ２装置内に、２×１０１２という驚くべき数のビ
ットを実現することができる。かなり大きな、たとえば
１００オングストロームのビット・サイズと、２００オ
ングストロームのピッチでも、２×１０１０個のビット
を提供することができる。このために、この技術は容量
とビット／ｃｍ２に関する限り最先端のものとなってい
る。
【０１０４】通常、ビット・コントラストが実行／消去
されるのは次のような要素によるものである：（ａ）地
形的（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ）な特徴または局部の組
成を作るあるいは変更する，（ｂ）結晶層を変更する，
（ｃ）電子状態を作るあるいは破壊する，（ｅ）領域構
造または分極状態を作るあるいは変更する，（ｆ）化学
結合を作るあるいは変更する。これらのメカニズムのう
ち２つ以上を利用する媒体でもよく、また読み書きのメ
カニズムが別のものでも構わない。このようなカテゴリ
に入る例をいくつか説明する。
されるのは次のような要素によるものである：（ａ）地
形的（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｉｃ）な特徴または局部の組
成を作るあるいは変更する，（ｂ）結晶層を変更する，
（ｃ）電子状態を作るあるいは破壊する，（ｅ）領域構
造または分極状態を作るあるいは変更する，（ｆ）化学
結合を作るあるいは変更する。これらのメカニズムのう
ち２つ以上を利用する媒体でもよく、また読み書きのメ
カニズムが別のものでも構わない。このようなカテゴリ
に入る例をいくつか説明する。
【０１０５】概して、ＳＴＭタイプの媒体は、少なくと
も一部は、電導体あるいは半導体であって、電子はティ
ップから媒体（または媒体からティップへと）ティップ
／ビット・アレイのギャップを越えて運ばれる。このギ
ャップは、トンネル・モードのもっとも高い解像度に対
して、平均サイズが数オングストロームから約１０ない
し１５オングストロームのオーダーである。ギャップが
大きくなればビット・サイズも大きくなるのは明白であ
る。これらの媒体のティップ／ビット・アレイ相対電圧
は、数ミリボルトから数ボルトの範囲である。ティップ
／ビット・アレイ電流は、トンネル・モードでの動作中
は、通常数ナノアンペアのオーダーである。プレートま
たはビット・アレイ２６を支持するカンチレバーは充分
な導電性を持つので、電子は媒体領域から（または向か
って）導電される。プレートまたはカンチレバーは互い
に電気的に絶縁されており、サブデバイス間の電気的弁
別を行って、複数のサブデバイスが同時に読み書きでき
るようになっていてもよい。媒体並びにティップは、装
置の真空領域にあることが好ましいが、媒体とティップ
とが非反応性、非吸収性材料でできている多くの場合に
ついては、ティップ／媒体を気体または液体環境で動作
させることも可能である。このような場合の制限要因は
、望ましいカンチレバーまたはプレートの振動に対する
気体または液体の衝撃と、電子と、ティップ／ビット・
アレイ電流の電子誘導加熱がある場合の、このような気
体と液体の安定性である。この気体または液体が安定で
なく、動作中のティップ・サイトにおけるビット・アレ
イに堆積物および／またはエッチ・ピットを発するとき
は、このような現象事態を用いてビットの作成／破壊が
可能であることは言うまでもない。
も一部は、電導体あるいは半導体であって、電子はティ
ップから媒体（または媒体からティップへと）ティップ
／ビット・アレイのギャップを越えて運ばれる。このギ
ャップは、トンネル・モードのもっとも高い解像度に対
して、平均サイズが数オングストロームから約１０ない
し１５オングストロームのオーダーである。ギャップが
大きくなればビット・サイズも大きくなるのは明白であ
る。これらの媒体のティップ／ビット・アレイ相対電圧
は、数ミリボルトから数ボルトの範囲である。ティップ
／ビット・アレイ電流は、トンネル・モードでの動作中
は、通常数ナノアンペアのオーダーである。プレートま
たはビット・アレイ２６を支持するカンチレバーは充分
な導電性を持つので、電子は媒体領域から（または向か
って）導電される。プレートまたはカンチレバーは互い
に電気的に絶縁されており、サブデバイス間の電気的弁
別を行って、複数のサブデバイスが同時に読み書きでき
るようになっていてもよい。媒体並びにティップは、装
置の真空領域にあることが好ましいが、媒体とティップ
とが非反応性、非吸収性材料でできている多くの場合に
ついては、ティップ／媒体を気体または液体環境で動作
させることも可能である。このような場合の制限要因は
、望ましいカンチレバーまたはプレートの振動に対する
気体または液体の衝撃と、電子と、ティップ／ビット・
アレイ電流の電子誘導加熱がある場合の、このような気
体と液体の安定性である。この気体または液体が安定で
なく、動作中のティップ・サイトにおけるビット・アレ
イに堆積物および／またはエッチ・ピットを発するとき
は、このような現象事態を用いてビットの作成／破壊が
可能であることは言うまでもない。
【０１０６】地形または組成の作成と変更：たいていの
説明では、ＳＴＭコントラスト−電流モードの全コント
ラストは、ティップが結像可能な試料（ビット・アレイ
）に関して走査されたときのティップの電子クラウドの
重なり量と、隣接する試料−原子との変化によるもので
ある。試料（またはビット媒体は、ティップに対して、
可変する表面の電子状態を与えるが、これはたとえばテ
ィップが一定の平均距離（および電流）において走査さ
れると、原子スケールの突起によりギャップ距離が一瞬
にして小さくなり、それによって電子クラウドのオーバ
ーラップが大きくなり一定電圧のトンネル電流が大きく
なるためである。逆に、原子が滑らかな試料では、原子
結合の方向性により、個々の表面原子の電子クラウド密
度が左右方向と上下方向に可変する。これが、広く知ら
れているへき開したグラファイトとシリコンの美しい画
像を作り出す。最後に、表面が原子的に滑らかであれば
、結合の異なる、異なった原子の種類を互いに見分ける
ことができる。
説明では、ＳＴＭコントラスト−電流モードの全コント
ラストは、ティップが結像可能な試料（ビット・アレイ
）に関して走査されたときのティップの電子クラウドの
重なり量と、隣接する試料−原子との変化によるもので
ある。試料（またはビット媒体は、ティップに対して、
可変する表面の電子状態を与えるが、これはたとえばテ
ィップが一定の平均距離（および電流）において走査さ
れると、原子スケールの突起によりギャップ距離が一瞬
にして小さくなり、それによって電子クラウドのオーバ
ーラップが大きくなり一定電圧のトンネル電流が大きく
なるためである。逆に、原子が滑らかな試料では、原子
結合の方向性により、個々の表面原子の電子クラウド密
度が左右方向と上下方向に可変する。これが、広く知ら
れているへき開したグラファイトとシリコンの美しい画
像を作り出す。最後に、表面が原子的に滑らかであれば
、結合の異なる、異なった原子の種類を互いに見分ける
ことができる。
【０１０７】上記のような状態のときに、ティップに組
み込むことができ、ティップで検出できることの物理的
または化学的な変更は、候補にあげた読み書きのメカニ
ズムである。非常に多くの具体的な手段がこれに含まれ
、次のようなものがある：ティップ誘導加熱による表面
変形，静電界または機械的コンタクト，揮発性／凝縮性
種の脱離／吸収／吸着，結合種の化学吸着および脱離，
ティップを媒体に接触させることによる実際の表面改良
，電界と電子誘導加熱の影響下でのイオン種の堆積およ
び／または拡散によるドーピング，電子ビームによる反
応性金属有機ガスまたは液体の解離による堆積，液体媒
体中の電解メッキによる堆積，気化によるエッチングま
たは電解エッチング，電界により媒体内にイオン種を加
速化することによる注入および、特に原子表面の調整に
関する原子表面構造の処理。上記の多くは、ティップ誘
導加熱または局部抵抗ヒータによるビット・アレイ全体
の巨視的な加熱のいずれかにより、消去が行えることを
利用したものである。上記のうち、多くのものの例につ
いていくつか参照する。
み込むことができ、ティップで検出できることの物理的
または化学的な変更は、候補にあげた読み書きのメカニ
ズムである。非常に多くの具体的な手段がこれに含まれ
、次のようなものがある：ティップ誘導加熱による表面
変形，静電界または機械的コンタクト，揮発性／凝縮性
種の脱離／吸収／吸着，結合種の化学吸着および脱離，
ティップを媒体に接触させることによる実際の表面改良
，電界と電子誘導加熱の影響下でのイオン種の堆積およ
び／または拡散によるドーピング，電子ビームによる反
応性金属有機ガスまたは液体の解離による堆積，液体媒
体中の電解メッキによる堆積，気化によるエッチングま
たは電解エッチング，電界により媒体内にイオン種を加
速化することによる注入および、特に原子表面の調整に
関する原子表面構造の処理。上記の多くは、ティップ誘
導加熱または局部抵抗ヒータによるビット・アレイ全体
の巨視的な加熱のいずれかにより、消去が行えることを
利用したものである。上記のうち、多くのものの例につ
いていくつか参照する。
【０１０８】参考文献１８は、データ・ビットとして機
能することのできるマイクロバンプまたはヒロックの可
逆的な形成について述べている。これらは非晶性ガラス
金属Ｒｈ２５Ｚｒ７５に形成される。まず、イオン圧延
（ｉｏｎ−ｍｉｌｌｉｎｇ）処理により膜を超平坦にす
る。この膜には、その他の金属ガラスを用いることもで
きる。
能することのできるマイクロバンプまたはヒロックの可
逆的な形成について述べている。これらは非晶性ガラス
金属Ｒｈ２５Ｚｒ７５に形成される。まず、イオン圧延
（ｉｏｎ−ｍｉｌｌｉｎｇ）処理により膜を超平坦にす
る。この膜には、その他の金属ガラスを用いることもで
きる。
【０１０９】参考文献１９は、より低い解像度放出電流
モードを用いて、金とタングステンの化学的解離と堆積
とを起こすことのできる５ないし４０ｅＶの電子を発生
させる、あるいはビットとして使用することのできる材
料を絶縁する目的で、ティップを動作させる方法を解説
している。欠点は、ティップの堆積と粗いビット・ピッ
チである。
モードを用いて、金とタングステンの化学的解離と堆積
とを起こすことのできる５ないし４０ｅＶの電子を発生
させる、あるいはビットとして使用することのできる材
料を絶縁する目的で、ティップを動作させる方法を解説
している。欠点は、ティップの堆積と粗いビット・ピッ
チである。
【０１１０】参考文献２０は、ＳＴＭを用いて非イオン
性導電ポリマー内で金属を電解堆積させエッチングする
方法を解説している。説明される過程を用いることはで
きるが、実際に巨視的な金属堆積を行うことは必ずしも
必要ない。検出可能な金属堆積物が成長しないうちに、
電極下で移動性イオンが高濃度になる段階を用いて、導
電性のコントラストを生み出すことができる。ドーピン
グされたポリマー堆積物を非常に薄く保ち、イオン濃度
が充分に高くてその組合せの効果が、膜を貫通する大き
な漏洩電流となると、ティップはポリマーに触れること
なく掃引することができ、トンネルまたは放出電子は膜
内を流れる。
性導電ポリマー内で金属を電解堆積させエッチングする
方法を解説している。説明される過程を用いることはで
きるが、実際に巨視的な金属堆積を行うことは必ずしも
必要ない。検出可能な金属堆積物が成長しないうちに、
電極下で移動性イオンが高濃度になる段階を用いて、導
電性のコントラストを生み出すことができる。ドーピン
グされたポリマー堆積物を非常に薄く保ち、イオン濃度
が充分に高くてその組合せの効果が、膜を貫通する大き
な漏洩電流となると、ティップはポリマーに触れること
なく掃引することができ、トンネルまたは放出電子は膜
内を流れる。
【０１１１】参考文献２１は、特定の金／ポリマー導電
マトリクスについて解説し、Ｗ／Ａｌ２Ｏ３ＣＥＲＭＥ
Ｔマトリクス材料に言及している。いずれの材料の特性
も、ここに述べる媒体２６に適用することができる。導
電性粒子が粒子間トンネル電流に対するよりも互いに絶
縁されている場合には、その状況をティップに有利なよ
うに操作してもよい。このような膜のある領域だけを局
所的に加熱することにより、非可逆的な粒子の合体と大
きな導電率の変化を誘導することができる。または、テ
ィップを用いてこのような膜にトンネルまたは漏洩電流
を通して、金属クラスタ上に実際に静電荷を起こすこと
もできる。このように、局所の導電率は、エリア全体に
影響を受け、消去可能なビットを形成することができる
。
マトリクスについて解説し、Ｗ／Ａｌ２Ｏ３ＣＥＲＭＥ
Ｔマトリクス材料に言及している。いずれの材料の特性
も、ここに述べる媒体２６に適用することができる。導
電性粒子が粒子間トンネル電流に対するよりも互いに絶
縁されている場合には、その状況をティップに有利なよ
うに操作してもよい。このような膜のある領域だけを局
所的に加熱することにより、非可逆的な粒子の合体と大
きな導電率の変化を誘導することができる。または、テ
ィップを用いてこのような膜にトンネルまたは漏洩電流
を通して、金属クラスタ上に実際に静電荷を起こすこと
もできる。このように、局所の導電率は、エリア全体に
影響を受け、消去可能なビットを形成することができる
。
【０１１２】参考文献２２は、ＳＴＭを用いて、きわめ
て滑らかな金超薄膜を操作する方法を解説している。こ
のような膜は、局部溶融と、それに続くヒロックまたは
張り出し加工（ｂｕｌｇｉｎｇ）により物理的に改変す
ることができ、参考文献１８に解説されたいくつかのメ
カニズムを用いて地形ビットを形成することができる。
て滑らかな金超薄膜を操作する方法を解説している。こ
のような膜は、局部溶融と、それに続くヒロックまたは
張り出し加工（ｂｕｌｇｉｎｇ）により物理的に改変す
ることができ、参考文献１８に解説されたいくつかのメ
カニズムを用いて地形ビットを形成することができる。
【０１１３】参考文献２３には、上述のＲｈ−Ｚｒ膜に
類似のヒロックに関する言及がある。
類似のヒロックに関する言及がある。
【０１１４】参考文献２４では、酸素吸着質がＧａＡｓ
の表面に結像可能なコントラストをどのように作り出す
かを解説している。このメモリに使用するには、ビット
・アレイ２６を実現するための、へき開したばかりの、
きわめて平坦な、原子的に清浄な表面と、超真空を用い
ることが困難である。別の方法では、脱離させなければ
完全に１００％の局部吸着率で吸着しているビット位置
を脱離させることにより、ビットを書き込むビット・ア
レイ２６を用いている。これは、基板／吸着質によって
は、原子的に清浄な表面上に欠陥（原子）ができること
を防ぐよりも、連続膜内に欠陥（空白）を維持するほう
が簡単なためである。表面を吸着質から守ることが簡単
であるのは、付着係数からわかる。吸着種または化学吸
着種には、単一の原子またはイオン，きわめて短いオー
ダーの、複数の原子からなる分子またはマイクロクラス
タが含まれる。分子は、ラングミュア−ブロジェット（
ＬＢ）法を用いて参考文献２５に解説されるように、あ
らかじめ付着しておく。この参考文献では、吸着材がテ
ィップを用いて破壊的に消去される過程を解説している
。参考文献２６は、個々の金属吸着質をグラファイト基
板から見分けるかを解説している。グラファイトによる
結像そのものは、高真空の操作を必要としない。
の表面に結像可能なコントラストをどのように作り出す
かを解説している。このメモリに使用するには、ビット
・アレイ２６を実現するための、へき開したばかりの、
きわめて平坦な、原子的に清浄な表面と、超真空を用い
ることが困難である。別の方法では、脱離させなければ
完全に１００％の局部吸着率で吸着しているビット位置
を脱離させることにより、ビットを書き込むビット・ア
レイ２６を用いている。これは、基板／吸着質によって
は、原子的に清浄な表面上に欠陥（原子）ができること
を防ぐよりも、連続膜内に欠陥（空白）を維持するほう
が簡単なためである。表面を吸着質から守ることが簡単
であるのは、付着係数からわかる。吸着種または化学吸
着種には、単一の原子またはイオン，きわめて短いオー
ダーの、複数の原子からなる分子またはマイクロクラス
タが含まれる。分子は、ラングミュア−ブロジェット（
ＬＢ）法を用いて参考文献２５に解説されるように、あ
らかじめ付着しておく。この参考文献では、吸着材がテ
ィップを用いて破壊的に消去される過程を解説している
。参考文献２６は、個々の金属吸着質をグラファイト基
板から見分けるかを解説している。グラファイトによる
結像そのものは、高真空の操作を必要としない。
【０１１５】結晶相の改変：
ティップからの電流パルスにより起こった、媒体の局所
加熱により、非晶性シリコンなどの材料を結晶性シリコ
ンに変換することもできる。逆に、もっと短いパルスを
使うと、すばやく溶融冷却して粒子の成長を防げば、結
晶性材料を非晶質のようにすることもできる。これらの
方法は、準安定非晶質または金属ガラス状態を得るため
にスプラット冷却とレーザ薄膜処理で用いられる方法と
同様である。
加熱により、非晶性シリコンなどの材料を結晶性シリコ
ンに変換することもできる。逆に、もっと短いパルスを
使うと、すばやく溶融冷却して粒子の成長を防げば、結
晶性材料を非晶質のようにすることもできる。これらの
方法は、準安定非晶質または金属ガラス状態を得るため
にスプラット冷却とレーザ薄膜処理で用いられる方法と
同様である。
【０１１６】既存の電子状態を充填するあるいは空にす
る： 二酸化シリコン膜は、バルクの状態でもシリコン／酸化
物インターフェースにおいてもいくつかの電荷状態を含
むことが知られている。水素は、このような膜に拡散し
、トラップを満たすことが知られている。さらに、ナト
リウムやカリウムなどのある種のイオン汚染源は、特に
電界の影響下ではこのような膜にすばやく拡散すること
が知られている。トラップが作られ、電荷注入および／
または誘導されたトンネル処理によりそのトラップが満
たされるあるいは空にされるような状態で、超薄膜酸化
膜を有するティップを媒体として用いると、ビット・コ
ントラストを発生させることができる。ギャップ距離を
充分に制御できるトンネル電流が与えられて、ティップ
と媒体の衝突を防ぐ。このような酸化物，酸素窒化物，
窒化物その他の誘電体にイオン注入を行い、これらの目
的のための漏洩および／または電荷可能な状態の集中を
促進させることもできる。
る： 二酸化シリコン膜は、バルクの状態でもシリコン／酸化
物インターフェースにおいてもいくつかの電荷状態を含
むことが知られている。水素は、このような膜に拡散し
、トラップを満たすことが知られている。さらに、ナト
リウムやカリウムなどのある種のイオン汚染源は、特に
電界の影響下ではこのような膜にすばやく拡散すること
が知られている。トラップが作られ、電荷注入および／
または誘導されたトンネル処理によりそのトラップが満
たされるあるいは空にされるような状態で、超薄膜酸化
膜を有するティップを媒体として用いると、ビット・コ
ントラストを発生させることができる。ギャップ距離を
充分に制御できるトンネル電流が与えられて、ティップ
と媒体の衝突を防ぐ。このような酸化物，酸素窒化物，
窒化物その他の誘電体にイオン注入を行い、これらの目
的のための漏洩および／または電荷可能な状態の集中を
促進させることもできる。
【０１１７】上記の例の代替案としては、薄膜誘電体を
ナトリウムやカリウムなどの移動性イオン種でドーピン
グして、ティップを用いて、このような種の局部的濃度
を蓄積あるいは空乏化することによりビットを作成し、
トンネル電流またはコンダクタンスを発生させる。非Ｓ
ＴＭ方法では、振動カンチレバーの上のティップのＡＦ
Ｍ機能を用いて、電荷領域の静電荷を（電流を流さずに
）検知することもできる。
ナトリウムやカリウムなどの移動性イオン種でドーピン
グして、ティップを用いて、このような種の局部的濃度
を蓄積あるいは空乏化することによりビットを作成し、
トンネル電流またはコンダクタンスを発生させる。非Ｓ
ＴＭ方法では、振動カンチレバーの上のティップのＡＦ
Ｍ機能を用いて、電荷領域の静電荷を（電流を流さずに
）検知することもできる。
【０１１８】またさらに別の構成では、水素をドーピン
グした非晶性シリコンまたはセレンのフォトコンダクタ
を媒体として用いることにより、ティップがこのような
材料の非電荷膜または均一に電荷された膜上のビット・
パターンに電荷を与えることもできる。 このような
膜を、フォトコンダクタが保持する電荷をすべて放出す
るような照明に露出することにより、消去することもで
きる。この場合は、透明材料内に移動式のカンチレバー
またはプレートを組み込んで、照明を後ろからビット・
アレイに当てることができるようにすることもできる。 この方法では、ビット・アレイ内のそれぞれのビットで
はなく、ビット・アレイが消去される。数百万のビット
・アレイがあるとすると、これが障害になるとは言えな
い。消去用の照明を、局部的に内蔵された発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）または半導体レーザによって、選択的にビ
ット・アレイに設けることもできる。消去あるいは媒体
の初期化（すなわちプレチャージング）は、放出モード
でトンネル・ティップを動作させることにより実行する
こともできる。この場合は、ティップまたは隣接する媒
体のどちらかが熱イオン放出またはフィールド放出によ
り熱的に電子を放出する。ビット密度が低い場合は、こ
れらの放出モードを用いてビットを書き込むこともでき
る。
グした非晶性シリコンまたはセレンのフォトコンダクタ
を媒体として用いることにより、ティップがこのような
材料の非電荷膜または均一に電荷された膜上のビット・
パターンに電荷を与えることもできる。 このような
膜を、フォトコンダクタが保持する電荷をすべて放出す
るような照明に露出することにより、消去することもで
きる。この場合は、透明材料内に移動式のカンチレバー
またはプレートを組み込んで、照明を後ろからビット・
アレイに当てることができるようにすることもできる。 この方法では、ビット・アレイ内のそれぞれのビットで
はなく、ビット・アレイが消去される。数百万のビット
・アレイがあるとすると、これが障害になるとは言えな
い。消去用の照明を、局部的に内蔵された発光ダイオー
ド（ＬＥＤ）または半導体レーザによって、選択的にビ
ット・アレイに設けることもできる。消去あるいは媒体
の初期化（すなわちプレチャージング）は、放出モード
でトンネル・ティップを動作させることにより実行する
こともできる。この場合は、ティップまたは隣接する媒
体のどちらかが熱イオン放出またはフィールド放出によ
り熱的に電子を放出する。ビット密度が低い場合は、こ
れらの放出モードを用いてビットを書き込むこともでき
る。
【０１１９】電子状態の作成と破壊：
参考文献２７は、電圧を印加することにより書き込むこ
とも消去することもできるバルクで分布された電荷をト
ラップするために窒化シリコンを用いる既知の方法につ
いて解説している。超薄膜窒化シリコン膜に電荷をプロ
グラミングして、電荷の存在をトンネル行動の変化によ
り検知することもできる。膜内に誘導された電荷状態に
より、トンネル定常状態の漏洩電流を変化させ、標準の
ＳＴＭのような方法で検知を行う。変化しない媒体材料
またはギャップ制御用の既知の一定漏洩を持つその他の
材料で、セクタまたはトラック領域がビット・アレイ内
に設けられる。
とも消去することもできるバルクで分布された電荷をト
ラップするために窒化シリコンを用いる既知の方法につ
いて解説している。超薄膜窒化シリコン膜に電荷をプロ
グラミングして、電荷の存在をトンネル行動の変化によ
り検知することもできる。膜内に誘導された電荷状態に
より、トンネル定常状態の漏洩電流を変化させ、標準の
ＳＴＭのような方法で検知を行う。変化しない媒体材料
またはギャップ制御用の既知の一定漏洩を持つその他の
材料で、セクタまたはトラック領域がビット・アレイ内
に設けられる。
【０１２０】参考文献２８は、このような超薄膜絶縁性
または導電性積層媒体に用いることのできるＳＴＭ操作
の１モードを解説している。ここでは、低エネルギの衝
撃性により、このような電子が介在膜の薄い層に浸透し
て、端子として動作する下部の基板により収集されるこ
とになる。このような種類の３端子構成により、欠陥，
膜導電性およびこのようなきわめて薄い積層されたサン
ドイッチ構造間の界面バリアの高さを探ることができる
。本方法は、電子トラッピング，移動性イオン種および
ティップを電流／熱にさらすことにより起こるバリアの
高さの変動によるコントラストを利用している媒体に広
く適用されている。領域構造または極性化状態の作成と
変更：
または導電性積層媒体に用いることのできるＳＴＭ操作
の１モードを解説している。ここでは、低エネルギの衝
撃性により、このような電子が介在膜の薄い層に浸透し
て、端子として動作する下部の基板により収集されるこ
とになる。このような種類の３端子構成により、欠陥，
膜導電性およびこのようなきわめて薄い積層されたサン
ドイッチ構造間の界面バリアの高さを探ることができる
。本方法は、電子トラッピング，移動性イオン種および
ティップを電流／熱にさらすことにより起こるバリアの
高さの変動によるコントラストを利用している媒体に広
く適用されている。領域構造または極性化状態の作成と
変更：
【０１２１】参考文献１４は、メモリ・セルとして薄膜
ＰＺＴを用いる方法を解説している。ＰＺＴのような強
誘電材料は極性化されて、極性フィールドが除去された
後も残留極性を保持する。逆の極性化電圧により材料は
反対方向に極性化される。そのため、この材料を用いて
２つの明確な極性電圧閾値を有する双安定メモリ・コン
デンサを作ることができる。極性は極性フィールドが除
去された後も、不揮発の状態である。検知の際に極性が
破壊されたら、再度書き込みを行わねばならない。検知
では、トンネル電流または電圧の変化を介して、印加さ
れたフィールドと極性状態との相互作用を測定する。本
発明の実行例では、ティップは必要な読み書き電圧を強
誘電性超薄膜に印加するが、非接触状態で印加すること
が好ましい。トンネル電流モードでティップを動作させ
るだけでなく、フィールド放出モードでも動作させると
、はるかに大きな電流と電圧とを媒体に導入することが
できる。ただし横方向の解像度は犠牲となる。典型的な
トンネル・モードでは、媒体材料の電歪誘導された変形
を地形変動として検知することもできる。
ＰＺＴを用いる方法を解説している。ＰＺＴのような強
誘電材料は極性化されて、極性フィールドが除去された
後も残留極性を保持する。逆の極性化電圧により材料は
反対方向に極性化される。そのため、この材料を用いて
２つの明確な極性電圧閾値を有する双安定メモリ・コン
デンサを作ることができる。極性は極性フィールドが除
去された後も、不揮発の状態である。検知の際に極性が
破壊されたら、再度書き込みを行わねばならない。検知
では、トンネル電流または電圧の変化を介して、印加さ
れたフィールドと極性状態との相互作用を測定する。本
発明の実行例では、ティップは必要な読み書き電圧を強
誘電性超薄膜に印加するが、非接触状態で印加すること
が好ましい。トンネル電流モードでティップを動作させ
るだけでなく、フィールド放出モードでも動作させると
、はるかに大きな電流と電圧とを媒体に導入することが
できる。ただし横方向の解像度は犠牲となる。典型的な
トンネル・モードでは、媒体材料の電歪誘導された変形
を地形変動として検知することもできる。
【０１２２】参考文献２９では、強誘電体不揮発性メモ
リ・セルの製造についても解説している。読み込みのメ
カニズムについてより詳しい解説をしているが、これに
ついては参考文献１４も参照のこと。
リ・セルの製造についても解説している。読み込みのメ
カニズムについてより詳しい解説をしているが、これに
ついては参考文献１４も参照のこと。
【０１２３】参考文献１１では、薄膜として圧電ポリマ
ーを使用する方法について解説している。この材料はテ
ィップにより印加された電圧により、極性をもたせるこ
とができる。強誘電性圧電材料に極性をもたせることに
より、電歪効果を起こすことができるが、これはギャッ
プの変化として検知することができる変形である。元の
極性電圧と同じ電圧を用いて電流を流そうとすることに
より、ティップで極性の方向を検知することもできる。 電流が通らなければ、コンデンサはすでに極性を持って
いる。このように２つのメカニズムが可能である。ポリ
マーをパターニングされた電極または高い横方向の抵抗
を有する電極に被覆する改良案も利用することができる
。
ーを使用する方法について解説している。この材料はテ
ィップにより印加された電圧により、極性をもたせるこ
とができる。強誘電性圧電材料に極性をもたせることに
より、電歪効果を起こすことができるが、これはギャッ
プの変化として検知することができる変形である。元の
極性電圧と同じ電圧を用いて電流を流そうとすることに
より、ティップで極性の方向を検知することもできる。 電流が通らなければ、コンデンサはすでに極性を持って
いる。このように２つのメカニズムが可能である。ポリ
マーをパターニングされた電極または高い横方向の抵抗
を有する電極に被覆する改良案も利用することができる
。
【０１２４】参考文献１５は、圧電ポリマーＰＶＦ２お
よび結晶性ＺｎＯやＰＺＴ圧力材料の使用法を解説して
いる。厚み１０００オングストロームのＰＺＴゾル−ゲ
ル膜が解説される。この使用については参考文献１１に
もある。
よび結晶性ＺｎＯやＰＺＴ圧力材料の使用法を解説して
いる。厚み１０００オングストロームのＰＺＴゾル−ゲ
ル膜が解説される。この使用については参考文献１１に
もある。
【０１２５】一種の極性化行動を行う別の種類の材料は
、ポリマー・エレクトレットである。これは通常は、移
動性または移動種の緩和時間定数により決定される有効
時間の間は、バイアス電圧を持たずに、電気的極性化を
維持することのできるポリマーである。
、ポリマー・エレクトレットである。これは通常は、移
動性または移動種の緩和時間定数により決定される有効
時間の間は、バイアス電圧を持たずに、電気的極性化を
維持することのできるポリマーである。
【０１２６】媒体の一例として、薄膜２６として設定さ
れる、ペルフルオロアルコキシ樹脂ポリマー系すなわち
「ＰＦＡ」系樹脂より構成されるものがある。アセトン
，エチルアセテートまたはメチルアルコールのようなサ
ブデバイス領域に揮発性の成分を入れると、あらかじめ
極性を設定されたＰＦＡとティップとの影響下で、この
ような種の吸着／脱離を電気的に検出することができる
。
れる、ペルフルオロアルコキシ樹脂ポリマー系すなわち
「ＰＦＡ」系樹脂より構成されるものがある。アセトン
，エチルアセテートまたはメチルアルコールのようなサ
ブデバイス領域に揮発性の成分を入れると、あらかじめ
極性を設定されたＰＦＡとティップとの影響下で、この
ような種の吸着／脱離を電気的に検出することができる
。
【０１２７】ティップを可動電極として用いて、モリブ
デン酸ガドリニウムのような強誘電性ビット・アレイ材
料２６の薄膜内の強誘電性／強弾性の島状領域の移動す
る方法もここに含む。この方法では、領域をビット・ア
レイの平面内で移動させる。このため媒体は極小型のバ
ブル・メモリとなる。
デン酸ガドリニウムのような強誘電性ビット・アレイ材
料２６の薄膜内の強誘電性／強弾性の島状領域の移動す
る方法もここに含む。この方法では、領域をビット・ア
レイの平面内で移動させる。このため媒体は極小型のバ
ブル・メモリとなる。
【０１２８】参考文献３０は、単結晶材料を多少軸から
外れて切断することにより、表面の原子スケール上に一
連の一定のステップができる様子を解説している。この
ような軸から外れた表面を使用して、横桟やこぶをつく
り、これらがフォーマッティングされたレーザＣＤや磁
気メモリ・ディスクのようなトラックとは言えないまで
も、規則正しく配置された好ましい結合サイトを作り出
す方法も本発明の範囲内である。
外れて切断することにより、表面の原子スケール上に一
連の一定のステップができる様子を解説している。この
ような軸から外れた表面を使用して、横桟やこぶをつく
り、これらがフォーマッティングされたレーザＣＤや磁
気メモリ・ディスクのようなトラックとは言えないまで
も、規則正しく配置された好ましい結合サイトを作り出
す方法も本発明の範囲内である。
【０１２９】化学結合の作成と変更：
表面に吸着される種は、ＳＴＭ状のモードで地形上と電
子的なコントラストの両方を示す。装置（またはサブデ
バイス）の封止された領域内の、そのために設けられた
種の可逆的な吸着（または化学的吸着）と脱離も、本発
明の範囲内である。このような種は、凝固により凝縮し
た形できちんと保持され、後で部分的なヒータを用いて
、望ましい位置に蒸着堆積され、きれいに蒸着するか全
体を覆うように凝縮させて書き込み可能な表面を初期化
する。このような種の選択的脱離によるデータの書き込
みはティップからの電流パルスを用いて実行することも
可能である。媒体の表面は、イオン注入により起こった
破壊と同様に、種に対して好ましい結合サイトを与える
ように処理される。凝縮性炭化水素分子は、この方法に
用いることができる。
子的なコントラストの両方を示す。装置（またはサブデ
バイス）の封止された領域内の、そのために設けられた
種の可逆的な吸着（または化学的吸着）と脱離も、本発
明の範囲内である。このような種は、凝固により凝縮し
た形できちんと保持され、後で部分的なヒータを用いて
、望ましい位置に蒸着堆積され、きれいに蒸着するか全
体を覆うように凝縮させて書き込み可能な表面を初期化
する。このような種の選択的脱離によるデータの書き込
みはティップからの電流パルスを用いて実行することも
可能である。媒体の表面は、イオン注入により起こった
破壊と同様に、種に対して好ましい結合サイトを与える
ように処理される。凝縮性炭化水素分子は、この方法に
用いることができる。
【０１３０】さて、図１３および図１４に移ると、上記
に例としてあげた媒体のうち２種類のティップ／ビット
・アレイ領域の一部が示されている。図１３は、Ｒｈ２
５Ｚｒ７５のようなガラス金属を用いた参考文献１８に
解説されているマイクロバンピング媒体の実行例を示す
。図１４は、圧電または強誘電体膜媒体に関して参考文
献１１，１４，１５，２９に解説されているような、電
気的に極性化された領域としてビットを記憶する媒体の
実行例を示す。図１４はまた、上記の、表面，バルク電
子状態またはトラップの作成／破壊または充填／空白化
を用いた媒体をも示している。これは非晶性シリコンや
セレンなどのようなフォトコンダクタ，または窒化シリ
コンや二酸化シリコンなどの絶縁体の材料に関するもの
である。
に例としてあげた媒体のうち２種類のティップ／ビット
・アレイ領域の一部が示されている。図１３は、Ｒｈ２
５Ｚｒ７５のようなガラス金属を用いた参考文献１８に
解説されているマイクロバンピング媒体の実行例を示す
。図１４は、圧電または強誘電体膜媒体に関して参考文
献１１，１４，１５，２９に解説されているような、電
気的に極性化された領域としてビットを記憶する媒体の
実行例を示す。図１４はまた、上記の、表面，バルク電
子状態またはトラップの作成／破壊または充填／空白化
を用いた媒体をも示している。これは非晶性シリコンや
セレンなどのようなフォトコンダクタ，または窒化シリ
コンや二酸化シリコンなどの絶縁体の材料に関するもの
である。
【０１３１】図１３では、ティップ２７は支持動作手段
２４の上にある。手段２４は分かりやすくするために概
略図となっている。ティップ構造に対するカンチレバー
またはプレート７，７’または７”の走査動作は、矢印
６３により示されている。ビット・アレイ媒体はカンチ
レバーまたはプレート７，７’または７”上に、薄膜の
形で堆積されている２層６１，６２より構成される。層
６２は、参考文献１８のガラス金属Ｒｈ２５Ｚｒ７５で
あり、６０により示される、ティップの電流と電界とに
露出することによりディンプル加工される。形成された
ばかりのディンプルまたはヒロックまたはデータ・ビッ
ト５８がティップ２７に隣接して示される。以前に形成
されたディンプル・ビット５９も示される。既存のビッ
トの隣にビットを書き込むことにより、参考文献１８に
解説されたように古いビットが消去される。ビット・ア
レイの空間的配置を助けるために用いられるトラックは
、従来のディスク・メモリのサーボトラッキングに用い
られるのと同様の方法で、連続の直線またはディンプル
として書くことができる。層６１は、材料７，７’また
は７”からの媒体材料６２の熱的金属的絶縁物として，
材料７，７’，７”が導電性でない場合の電極として，
また材料７，７’，７”が導電性であり、その材料を回
路の一部として利用したくない場合の絶縁体としてなど
いくつかの機能を果たす。図を簡単にするために図示さ
れなかった層には、材料６２上に堆積され、パターニン
グされて実施のビット・エリアから除去される、リソグ
ラフィで規定されたトラックなどの光学膜が含まれる。
２４の上にある。手段２４は分かりやすくするために概
略図となっている。ティップ構造に対するカンチレバー
またはプレート７，７’または７”の走査動作は、矢印
６３により示されている。ビット・アレイ媒体はカンチ
レバーまたはプレート７，７’または７”上に、薄膜の
形で堆積されている２層６１，６２より構成される。層
６２は、参考文献１８のガラス金属Ｒｈ２５Ｚｒ７５で
あり、６０により示される、ティップの電流と電界とに
露出することによりディンプル加工される。形成された
ばかりのディンプルまたはヒロックまたはデータ・ビッ
ト５８がティップ２７に隣接して示される。以前に形成
されたディンプル・ビット５９も示される。既存のビッ
トの隣にビットを書き込むことにより、参考文献１８に
解説されたように古いビットが消去される。ビット・ア
レイの空間的配置を助けるために用いられるトラックは
、従来のディスク・メモリのサーボトラッキングに用い
られるのと同様の方法で、連続の直線またはディンプル
として書くことができる。層６１は、材料７，７’また
は７”からの媒体材料６２の熱的金属的絶縁物として，
材料７，７’，７”が導電性でない場合の電極として，
また材料７，７’，７”が導電性であり、その材料を回
路の一部として利用したくない場合の絶縁体としてなど
いくつかの機能を果たす。図を簡単にするために図示さ
れなかった層には、材料６２上に堆積され、パターニン
グされて実施のビット・エリアから除去される、リソグ
ラフィで規定されたトラックなどの光学膜が含まれる。
【０１３２】図１４では、同様の構成が示されるが、異
なるのは、媒体層６２が、絶縁体，フォトコンダクタ，
強誘電性／圧電材料，あるいはエレクトレット・ポリマ
ーなどの電気的に極性を持つことができるあるいは電荷
された膜より構成されている点である。図面を簡単にす
るために、図示された表面電荷ビット・エリアの画像電
荷は図示されていない。これらは層６１が導電性であれ
ば、層６１と６２との間の界面にあるのが普通である。 層６２が強誘電体のような極性化可能な材料である場合
は、書き込まれたビット領域の対向極も６１と６２の界
面にできる。層６２の厚みを通してバルク電荷がある場
合は、書き込まれたビット・サイトにおいて層６２内の
電圧傾斜はほとんどないかあるいは全くない。膜６２が
フォトコンダクタである場合は、ティップ２７を放出モ
ードで用いて領域６４に示される表面全体を負に電荷し
て、次に、正にバイアスされたら、ティップで電子を選
択的に除去して、ビット領域５９，５８を形成する（書
き込む）。層６１は、たとえば電極として機能し、この
ときは膜全体がバイアスされ、導電性となって（局部Ｌ
ＥＤにより照射されて）、ブランケット電荷６４で初期
化する。膜層６１は絶縁体としても機能し、７，７’，
７”が電気回路内に入らないようにする。
なるのは、媒体層６２が、絶縁体，フォトコンダクタ，
強誘電性／圧電材料，あるいはエレクトレット・ポリマ
ーなどの電気的に極性を持つことができるあるいは電荷
された膜より構成されている点である。図面を簡単にす
るために、図示された表面電荷ビット・エリアの画像電
荷は図示されていない。これらは層６１が導電性であれ
ば、層６１と６２との間の界面にあるのが普通である。 層６２が強誘電体のような極性化可能な材料である場合
は、書き込まれたビット領域の対向極も６１と６２の界
面にできる。層６２の厚みを通してバルク電荷がある場
合は、書き込まれたビット・サイトにおいて層６２内の
電圧傾斜はほとんどないかあるいは全くない。膜６２が
フォトコンダクタである場合は、ティップ２７を放出モ
ードで用いて領域６４に示される表面全体を負に電荷し
て、次に、正にバイアスされたら、ティップで電子を選
択的に除去して、ビット領域５９，５８を形成する（書
き込む）。層６１は、たとえば電極として機能し、この
ときは膜全体がバイアスされ、導電性となって（局部Ｌ
ＥＤにより照射されて）、ブランケット電荷６４で初期
化する。膜層６１は絶縁体としても機能し、７，７’，
７”が電気回路内に入らないようにする。
【０１３３】電荷層または極性化層を組み込んだ媒体の
ために、能動半導体装置または接合を層６１の代わりに
または層６１の下に利用することもできる。このような
ダイオード、ショットキー・バリアまたはその他の半導
体接合を用いて、遠隔操作で切り替えやバイアスが可能
な電極として用いることもできる。このような電極は、
分光的なビットの弁別，初期化，半導体発光ダイオード
による初期化または消去のための光の発生のために便利
であり、また書き込まれたビットを維持あるいは書換え
するためにも便利である。
ために、能動半導体装置または接合を層６１の代わりに
または層６１の下に利用することもできる。このような
ダイオード、ショットキー・バリアまたはその他の半導
体接合を用いて、遠隔操作で切り替えやバイアスが可能
な電極として用いることもできる。このような電極は、
分光的なビットの弁別，初期化，半導体発光ダイオード
による初期化または消去のための光の発生のために便利
であり、また書き込まれたビットを維持あるいは書換え
するためにも便利である。
【０１３４】図１５では、メモリ装置の構成全体を概略
図で示す。左側に示されるのは、駆動共振器１，カンチ
レバー７，ビット・アレイ２６，ティップ／マイクロア
クチュエータ層２などの基本的な電気的機械的構成部品
である。この概略図では駆動共振器はカンチレバー７に
直接接続されている点に留意されたい。しかし、実際に
は上述のように、層２を通じて機械的接続がなされるこ
とが好ましい。直接接続した主な理由は、層２の電子部
品が熱伝導を介して放散電力をより容易に隔離できるた
めである。
図で示す。左側に示されるのは、駆動共振器１，カンチ
レバー７，ビット・アレイ２６，ティップ／マイクロア
クチュエータ層２などの基本的な電気的機械的構成部品
である。この概略図では駆動共振器はカンチレバー７に
直接接続されている点に留意されたい。しかし、実際に
は上述のように、層２を通じて機械的接続がなされるこ
とが好ましい。直接接続した主な理由は、層２の電子部
品が熱伝導を介して放散電力をより容易に隔離できるた
めである。
【０１３５】右側に示されるのは、実際に装置そのもの
に物理的に集積されるさまざまなエレクトロニクス支持
機能である。ただし、ここでは観察のために分解されて
いる。示される部品には、マイクロプロセッサ６７，マ
ルチプレクサ７０，おもに電源，検知回路およびデジタ
ル／アナログとアナログ／デジタルの変換回路からなる
回路群６６，切り替え手段６５がある。切り替え手段６
５により、上記すべての機能は正確なビット／アレイと
ティップ／マイクロアクチュエータとの間で適切にアド
レスされる。
に物理的に集積されるさまざまなエレクトロニクス支持
機能である。ただし、ここでは観察のために分解されて
いる。示される部品には、マイクロプロセッサ６７，マ
ルチプレクサ７０，おもに電源，検知回路およびデジタ
ル／アナログとアナログ／デジタルの変換回路からなる
回路群６６，切り替え手段６５がある。切り替え手段６
５により、上記すべての機能は正確なビット／アレイと
ティップ／マイクロアクチュエータとの間で適切にアド
レスされる。
【０１３６】性能を最も高めるためには、これらの回路
構成のほとんどまたはすべてを、上述した層２の領域２
３に集積するとよい。これによって容量とインダクタン
スが最小限に抑えられると共に、信号伝播の統合性が最
大となり、それによって特定のビット密度と信号対雑音
比について達成可能なカンチレバーの走査速度が最大と
なる。装置の他の部分に集積されているこの回路構成の
他の領域２３も同様に可能である。これはシリコンのよ
うな利用される構造材料がこのような機能を果たすこと
ができるためである。
構成のほとんどまたはすべてを、上述した層２の領域２
３に集積するとよい。これによって容量とインダクタン
スが最小限に抑えられると共に、信号伝播の統合性が最
大となり、それによって特定のビット密度と信号対雑音
比について達成可能なカンチレバーの走査速度が最大と
なる。装置の他の部分に集積されているこの回路構成の
他の領域２３も同様に可能である。これはシリコンのよ
うな利用される構造材料がこのような機能を果たすこと
ができるためである。
【０１３７】共振器高圧電源６６ａが、回路群６６に含
まれる。この電源はマイクロプロセッサ６７により指示
されたように、駆動共振器１に電圧波形を与える。電圧
波形はマイクロプロセッサ６７により選択され、振動励
起の状態を作り出したり打ち消したり、あるいはカンチ
レバーを目的の領域に駆動させて読み書きデータの転送
だけを行う。この電源６６ａは、バス７１によりマイク
ロプロセッサにリンクされており、６６内のその他の回
路機能も同様である。
まれる。この電源はマイクロプロセッサ６７により指示
されたように、駆動共振器１に電圧波形を与える。電圧
波形はマイクロプロセッサ６７により選択され、振動励
起の状態を作り出したり打ち消したり、あるいはカンチ
レバーを目的の領域に駆動させて読み書きデータの転送
だけを行う。この電源６６ａは、バス７１によりマイク
ロプロセッサにリンクされており、６６内のその他の回
路機能も同様である。
【０１３８】回路群６６内の次の部品は、選択されたカ
ンチレバー７の実際の位置を判定する位置センサ６６ｂ
である。容量位置センサ７２が、Ｎ番目のカンチレバー
７に隣接して示され、この回路に接続されている。また
、この回路構成もバス７１を介してマイクロプロセッサ
６７に接続される。このようなコンデンサは、カンチレ
バーと対向するウェブ壁２５との上に電極を配置するこ
とにより実現される。ビット・アレイ自身を用いてカン
チレバーの位置を判定する別の手段を、以下に論ずる。
ンチレバー７の実際の位置を判定する位置センサ６６ｂ
である。容量位置センサ７２が、Ｎ番目のカンチレバー
７に隣接して示され、この回路に接続されている。また
、この回路構成もバス７１を介してマイクロプロセッサ
６７に接続される。このようなコンデンサは、カンチレ
バーと対向するウェブ壁２５との上に電極を配置するこ
とにより実現される。ビット・アレイ自身を用いてカン
チレバーの位置を判定する別の手段を、以下に論ずる。
【０１３９】回路群６６の次の機能は、プレート／カン
チレバーＤＣ／ＡＣ電圧バイアス手段６６ｃである。こ
れは基本的にはＳＴＭサンプル電圧バイアス発生器と同
じである。ＤＣ電圧モードでは、電位はティップに関し
て発生されて、トンネル電流または放出電流の発生と維
持とを行う。ＡＣ成分をＤＣベースライン電圧の上ある
いはその代わりに重ねることができるようにすると、ビ
ットの導電性を判定することが可能になり、そのために
導電性をコントラスト・メカニズムとして使用すること
ができる。これはＳＴＭに関して行われるものと同じで
、異なるサンプル・フィーチャ（ビット）が独自の導電
性を有する。ここでもバス７１によりこの回路構成はマ
イクロプロセッサ６７に接続されている。
チレバーＤＣ／ＡＣ電圧バイアス手段６６ｃである。こ
れは基本的にはＳＴＭサンプル電圧バイアス発生器と同
じである。ＤＣ電圧モードでは、電位はティップに関し
て発生されて、トンネル電流または放出電流の発生と維
持とを行う。ＡＣ成分をＤＣベースライン電圧の上ある
いはその代わりに重ねることができるようにすると、ビ
ットの導電性を判定することが可能になり、そのために
導電性をコントラスト・メカニズムとして使用すること
ができる。これはＳＴＭに関して行われるものと同じで
、異なるサンプル・フィーチャ（ビット）が独自の導電
性を有する。ここでもバス７１によりこの回路構成はマ
イクロプロセッサ６７に接続されている。
【０１４０】回路群６６には、ティップ位置検知回路構
成６６ｄも含まれる。これも、Ｎ番目のカンチレバーに
ついて示されたものと同様の受動容量検知手段７３で構
成されるか、あるいは望ましい駆動電圧範囲についてマ
イクロアクチュエータの変位を直線化し、較正する能動
回路構成より構成されてもよい。この回路は書き込まれ
ていないビット・アレイ・トラックで測定されたティッ
プ電流と、そのためのセクタ基準位置とを利用する。個
々でも、マイクロプロセッサ６７に対するバス接続７１
が設けられる。
成６６ｄも含まれる。これも、Ｎ番目のカンチレバーに
ついて示されたものと同様の受動容量検知手段７３で構
成されるか、あるいは望ましい駆動電圧範囲についてマ
イクロアクチュエータの変位を直線化し、較正する能動
回路構成より構成されてもよい。この回路は書き込まれ
ていないビット・アレイ・トラックで測定されたティッ
プ電流と、そのためのセクタ基準位置とを利用する。個
々でも、マイクロプロセッサ６７に対するバス接続７１
が設けられる。
【０１４１】回路群６６に含まれる次の回路は、ティッ
プＤＣ／ＡＣ電圧バイアス手段６６ｅである。この回路
は、プレート／カンチレバーＤＣ／ＡＣ電源６６ｃと同
様の機能を果たす。カンチレバー７ではなく、プレート
７’または７”の場合は、１枚のプレートにつき複数の
ティップがあり、そのために、対応するビット・アレイ
が同電圧の同一プレート上にあっても、異なるティップ
からの異なるギャップ電圧下で動作の自由を与える。こ
こでもマイクロプロセッサ６７に対するバス接続７１が
設けられる。そのため、異なるティップの読み書きをプ
レート・ビット・アレイを用いて同時に行うことができ
る。
プＤＣ／ＡＣ電圧バイアス手段６６ｅである。この回路
は、プレート／カンチレバーＤＣ／ＡＣ電源６６ｃと同
様の機能を果たす。カンチレバー７ではなく、プレート
７’または７”の場合は、１枚のプレートにつき複数の
ティップがあり、そのために、対応するビット・アレイ
が同電圧の同一プレート上にあっても、異なるティップ
からの異なるギャップ電圧下で動作の自由を与える。こ
こでもマイクロプロセッサ６７に対するバス接続７１が
設けられる。そのため、異なるティップの読み書きをプ
レート・ビット・アレイを用いて同時に行うことができ
る。
【０１４２】回路群６６の次の回路機能は、ティップ・
トンネル／放出電流回路構成６６ｆである。トンネル・
モードでは、この回路構成は多くのモードにおけるＳＴ
Ｍと同様の動作をする；たとえば一定の平均電流モード
では、電流をモニターして、ビットにより起こされた摂
動をすべて検知する。通常電流は、ＳＴＭの場合と同じ
く、ナノアンペアのオーダーで、電圧はミリボルトのオ
ーダーである。このような摂動は、必要なだけ増幅統合
され、設定されたポイントのトンネル平均電流が維持さ
れる。しかし、ビットにより起こされた摂動は被検知デ
ータ・ビットとして読み込まれる。放出モードは、ティ
ップ２７に数十電子ボルトを与え、相対的に大きなギャ
ップで電子放出を起こすことにより利用される。この場
合は、この回路が放出電子のトラックを相対的に大きな
ギャップを越えて転送された状態に維持する。トンネル
電子と放出電子の両方を利用するビット・メカニズムと
媒体とは前述されている。ここでもマイクロプロセッサ
６７に対するバス接続７１が設けられる。
トンネル／放出電流回路構成６６ｆである。トンネル・
モードでは、この回路構成は多くのモードにおけるＳＴ
Ｍと同様の動作をする；たとえば一定の平均電流モード
では、電流をモニターして、ビットにより起こされた摂
動をすべて検知する。通常電流は、ＳＴＭの場合と同じ
く、ナノアンペアのオーダーで、電圧はミリボルトのオ
ーダーである。このような摂動は、必要なだけ増幅統合
され、設定されたポイントのトンネル平均電流が維持さ
れる。しかし、ビットにより起こされた摂動は被検知デ
ータ・ビットとして読み込まれる。放出モードは、ティ
ップ２７に数十電子ボルトを与え、相対的に大きなギャ
ップで電子放出を起こすことにより利用される。この場
合は、この回路が放出電子のトラックを相対的に大きな
ギャップを越えて転送された状態に維持する。トンネル
電子と放出電子の両方を利用するビット・メカニズムと
媒体とは前述されている。ここでもマイクロプロセッサ
６７に対するバス接続７１が設けられる。
【０１４３】回路群６６の最後は、ティップ・マイクロ
アクチュエータ高圧電源６６ｇである。この電圧により
、変形可能な下層マイクロアクチュエータまたはマイク
ロアクチュエータ／カンチレバーを介して、ティップ２
７の実際の変位が起こる。与えられる電圧は、ＳＴＭで
広く知られているものと同様の最も典型的なモードにお
ける設定ポイント平均トンネル電流により決まる。
アクチュエータ高圧電源６６ｇである。この電圧により
、変形可能な下層マイクロアクチュエータまたはマイク
ロアクチュエータ／カンチレバーを介して、ティップ２
７の実際の変位が起こる。与えられる電圧は、ＳＴＭで
広く知られているものと同様の最も典型的なモードにお
ける設定ポイント平均トンネル電流により決まる。
【０１４４】回路群６６の回路は、装置内で必ずしも物
理的に互いに隣接していなくてもよいことを強調したい
。この図のようにグループになっているのは、これらの
回路がすべて同じ供給／電源の性質を持っているからで
あって、これらの回路は好ましくは２３のような領域に
、マイクロ電子的に集積回路可能なハード配線回路を用
いていてもよい。
理的に互いに隣接していなくてもよいことを強調したい
。この図のようにグループになっているのは、これらの
回路がすべて同じ供給／電源の性質を持っているからで
あって、これらの回路は好ましくは２３のような領域に
、マイクロ電子的に集積回路可能なハード配線回路を用
いていてもよい。
【０１４５】次に重要な電子構成部品は切り替え手段６
５である。この手段の目的は、上述の回路手段６６ａな
いし６６ｇの適用と、選択されたビット・アレイとのビ
ット・ストリームの流れを指示することである。このた
め、切り替え手段６５には、デジタル・ビットストリー
ムおよびアナログ電圧と電流を切り替える手段が含まれ
る。切り替え手段６５は層２３の一部として実現するこ
とができ、マイクロプロセッサ６７またはマルチプレク
サ７０からの命令を伝える。一例として、マイクロプロ
セッサ６７はバス６８上で、ビットストリームを４つの
サブストリームに出力し、この４つのストリームのデー
タを４個の隣接するビット・アレイに記憶させることが
望ましいという、着信メッセージを受け取る。多重化さ
れたデータは、バス６８を通ってマイクロプロセッサ６
７に到着するか、あるいはバス６９を通って（同じバス
でもよい）デマルチプレクサ７０に到着し、デマルチプ
レクサ７０では４つのサブストリームに分割される。こ
れらの４つのサブストリームは、たとえばマルチプレク
サ７０のバッファ・メモリに記憶され、シリアルにまた
は平行に切り替え手段６５を通って４個のビット・アレ
イにロードされる。切り替え手段６５は、複数の平行チ
ャンネルを通じてデータを送ることもできるが、この場
合は回路６６が、本動作に関わるいくつかのサブデバイ
スに同時に用いられる。手段６５による切り替えは、マ
イクロプロセッサ６７の指令下で行われる。マイクロプ
ロセッサ６７はタスクを実行するための一定の組合せの
ソフトウェアとファームウェアとを持つマイクロコント
ローラより構成されるとよい。
５である。この手段の目的は、上述の回路手段６６ａな
いし６６ｇの適用と、選択されたビット・アレイとのビ
ット・ストリームの流れを指示することである。このた
め、切り替え手段６５には、デジタル・ビットストリー
ムおよびアナログ電圧と電流を切り替える手段が含まれ
る。切り替え手段６５は層２３の一部として実現するこ
とができ、マイクロプロセッサ６７またはマルチプレク
サ７０からの命令を伝える。一例として、マイクロプロ
セッサ６７はバス６８上で、ビットストリームを４つの
サブストリームに出力し、この４つのストリームのデー
タを４個の隣接するビット・アレイに記憶させることが
望ましいという、着信メッセージを受け取る。多重化さ
れたデータは、バス６８を通ってマイクロプロセッサ６
７に到着するか、あるいはバス６９を通って（同じバス
でもよい）デマルチプレクサ７０に到着し、デマルチプ
レクサ７０では４つのサブストリームに分割される。こ
れらの４つのサブストリームは、たとえばマルチプレク
サ７０のバッファ・メモリに記憶され、シリアルにまた
は平行に切り替え手段６５を通って４個のビット・アレ
イにロードされる。切り替え手段６５は、複数の平行チ
ャンネルを通じてデータを送ることもできるが、この場
合は回路６６が、本動作に関わるいくつかのサブデバイ
スに同時に用いられる。手段６５による切り替えは、マ
イクロプロセッサ６７の指令下で行われる。マイクロプ
ロセッサ６７はタスクを実行するための一定の組合せの
ソフトウェアとファームウェアとを持つマイクロコント
ローラより構成されるとよい。
【０１４６】マイクロプロセッサ６７は以下の機能を行
う：デジタル信号処理，ビット誤り検出／修正，振動補
正，フォーマッティング／消去／初期化，メモリ管理，
ティップ／アレイ位置同期，カンチレバーの軌道計算，
フィルタリングおよびシステム全体の制御。これらの機
能はすべて、その実行のために、ソフトウェアまたはフ
ァームウェアにアルゴリズムとしてプログラミングされ
たマイクロアクチュエータまたはマイクロコントローラ
を利用する。
う：デジタル信号処理，ビット誤り検出／修正，振動補
正，フォーマッティング／消去／初期化，メモリ管理，
ティップ／アレイ位置同期，カンチレバーの軌道計算，
フィルタリングおよびシステム全体の制御。これらの機
能はすべて、その実行のために、ソフトウェアまたはフ
ァームウェアにアルゴリズムとしてプログラミングされ
たマイクロアクチュエータまたはマイクロコントローラ
を利用する。
【０１４７】ＳＴＭでは、デジタル信号処理を広く利用
して信号対雑音比を最大にすると共に、いろいろな波形
整形，フィルタリング，変形，直線化および較正機能を
行う。このメモリ装置では、さらにデジタル信号処理を
用いて、同時に、隣接するティップの動作からの干渉を
打ち消すために用いる。ビット誤りの検出と修正とは、
大容量メモリでは標準的な要件である。さらに、暗号化
も行うことができる。
して信号対雑音比を最大にすると共に、いろいろな波形
整形，フィルタリング，変形，直線化および較正機能を
行う。このメモリ装置では、さらにデジタル信号処理を
用いて、同時に、隣接するティップの動作からの干渉を
打ち消すために用いる。ビット誤りの検出と修正とは、
大容量メモリでは標準的な要件である。さらに、暗号化
も行うことができる。
【０１４８】振動補正は前記に解説されており、適切に
振動を打ち消す実行例をここで計算実行する。装置に大
きな衝撃が与えられると、この回路が能動ティップを退
却させて、衝撃が終わるまでマルチプレクサ７０内にあ
るバッファ・メモリにデータを移す。
振動を打ち消す実行例をここで計算実行する。装置に大
きな衝撃が与えられると、この回路が能動ティップを退
却させて、衝撃が終わるまでマルチプレクサ７０内にあ
るバッファ・メモリにデータを移す。
【０１４９】フォーマッティング，消去および初期化機
能は、ハード・ディスク・ドライブのものと同様である
。マイクロプロセッサ６７にアルゴリズムが設けられて
、プログラムの消去並びにビット・アレイ上にエリアを
作り出す。このエリアは、ディスクのセクタやトラック
とその性質が似ており、ティップがビット・アレイ内で
その位置を認識できるようにするためのものである。
能は、ハード・ディスク・ドライブのものと同様である
。マイクロプロセッサ６７にアルゴリズムが設けられて
、プログラムの消去並びにビット・アレイ上にエリアを
作り出す。このエリアは、ディスクのセクタやトラック
とその性質が似ており、ティップがビット・アレイ内で
その位置を認識できるようにするためのものである。
【０１５０】メモリ管理機能には、ハード・ディスク製
品に設けられているものと同様の、電力管理とデータの
パッキング効率のために設けられる日常的なハウスクリ
ーニング・アルゴリズムも含まれる。
品に設けられているものと同様の、電力管理とデータの
パッキング効率のために設けられる日常的なハウスクリ
ーニング・アルゴリズムも含まれる。
【０１５１】ティップ／アレイ同期アルゴリズムは、回
路群６６（図示せず）に含まれるティップ／アレイ同期
回路構成に対応するために、マイクロプロセッサ６７に
組み込まれてもよい。これは、ティップの動作をカンチ
レバーに合わせるように機能し、正しいデータが正しい
位置に読み書きできるようにする。カンチレバーまたは
プレート・トラックおよびセクタは、ティップ自身によ
り書き込まれたものであることもあるが、このために利
用される。または、カンチレバー位置センサを用いても
よい。これもギャップ寸法の駆動を、ティップ・マイク
ロアクチュエータを介して、カンチレバーの操作のタイ
ミングに合わせて、平均ギャップを一定に保ち、あるい
は使用されていないときはティップを退却させる機能を
果たす。
路群６６（図示せず）に含まれるティップ／アレイ同期
回路構成に対応するために、マイクロプロセッサ６７に
組み込まれてもよい。これは、ティップの動作をカンチ
レバーに合わせるように機能し、正しいデータが正しい
位置に読み書きできるようにする。カンチレバーまたは
プレート・トラックおよびセクタは、ティップ自身によ
り書き込まれたものであることもあるが、このために利
用される。または、カンチレバー位置センサを用いても
よい。これもギャップ寸法の駆動を、ティップ・マイク
ロアクチュエータを介して、カンチレバーの操作のタイ
ミングに合わせて、平均ギャップを一定に保ち、あるい
は使用されていないときはティップを退却させる機能を
果たす。
【０１５２】フィルタおよびその他のコーダやデコーダ
（図示せず）も用いられて、着信発信ビットストリーム
を調整して、最適な処理を行い、装置との間でアドレス
された送信を最適なものにする。フィルタ・アルゴリズ
ムは、マイクロプロセッサ６７のデジタル信号プロセッ
サにより実行してもよい。
（図示せず）も用いられて、着信発信ビットストリーム
を調整して、最適な処理を行い、装置との間でアドレス
された送信を最適なものにする。フィルタ・アルゴリズ
ムは、マイクロプロセッサ６７のデジタル信号プロセッ
サにより実行してもよい。
【０１５３】ブロック７０は、マルチプレクサ／デマル
チプレクサを示し、これはデータを複数のサブデバイス
と同時にダンプすることにより可能になった、非常に増
大したＩ／Ｏビット速度に関しては特に便利である。こ
のような試みは、ディスク・ドライブをアレイ内に取り
付けることにより現在行われつつある。
チプレクサを示し、これはデータを複数のサブデバイス
と同時にダンプすることにより可能になった、非常に増
大したＩ／Ｏビット速度に関しては特に便利である。こ
のような試みは、ディスク・ドライブをアレイ内に取り
付けることにより現在行われつつある。
【０１５４】バス７１は前述されたすべての電子構成部
品を接続して、複数のサブデバイス間の切り替え手段６
５により、データと命令の双方向経路を供給手段６６に
提供する。カンチレバー７，７’，７”と対応するティ
ップ手段２７とは、通常は、２次元あるいは３次元のア
レイに設けられるが、図１５では図を簡単にするために
１次元のアレイしか示していない。図１５ではＮ番目の
サブデバイスに対する接続しか示されていないが、切り
替え手段６５のサブデバイス側には、切り替え手段６５
により接続することのできるすべてのサブデバイスに対
する相互接続部があることをご理解いただきたい。その
ため、もし列行（ｒｏｗ ａｎｄ ｃｏｌｕｍｎ）コー
ダおよびデコーダが、回路群６６，マイクロプロセッサ
６７またはマルチプレクサ／デマルチプレクサ７０にす
でに設けられていない場合は、手段６５には、列行コー
ダおよびデコーダが組み込まれることもある。複数のサ
ブデバイスに対する同時読み書きのために、電子機能６
６ａないし６６ｇはそれぞれが同時に複数のサブデバイ
スとして機能できる能力を持つように構成されることも
ある。
品を接続して、複数のサブデバイス間の切り替え手段６
５により、データと命令の双方向経路を供給手段６６に
提供する。カンチレバー７，７’，７”と対応するティ
ップ手段２７とは、通常は、２次元あるいは３次元のア
レイに設けられるが、図１５では図を簡単にするために
１次元のアレイしか示していない。図１５ではＮ番目の
サブデバイスに対する接続しか示されていないが、切り
替え手段６５のサブデバイス側には、切り替え手段６５
により接続することのできるすべてのサブデバイスに対
する相互接続部があることをご理解いただきたい。その
ため、もし列行（ｒｏｗ ａｎｄ ｃｏｌｕｍｎ）コー
ダおよびデコーダが、回路群６６，マイクロプロセッサ
６７またはマルチプレクサ／デマルチプレクサ７０にす
でに設けられていない場合は、手段６５には、列行コー
ダおよびデコーダが組み込まれることもある。複数のサ
ブデバイスに対する同時読み書きのために、電子機能６
６ａないし６６ｇはそれぞれが同時に複数のサブデバイ
スとして機能できる能力を持つように構成されることも
ある。
【０１５５】しかし、装置の複雑さを最小限に抑えるた
めに、切り替え手段６５を介して電子供給部６６ａない
し６６ｇに同時に接続されるサブデバイスの数を最小限
にするような選択をしなければならない。すべての機能
を切り替える必要はない。この例としては、ティップ・
バイアスまたはカンチレバー・バイアスを同時にすべて
のティップ２７またはカンチレバー７，７’，７”に与
えるようにして、読み書きのために用いられるティップ
だけを、隣接するアレイのトンネル付近へのマイクロア
クチュエータで駆動する。図８および図９のマイクロ動
作手段の変形では、ティップ２７が絶縁されたビーム４
７に直接組み込まれ、ビーム（その場合はマイクロアク
チュエータ）は熱膨張の差分またはバイモルフ圧力膨張
により誘導されたビームの応力で起こる変形で移動され
ることが想起されよう。ここでのポイントは、高電圧の
切り替えを避けつつ、この装置を実現することができる
ということである。たとえば注入された抵抗層４２の、
電流による抵抗加熱または圧力バイモルフの屈曲により
起こった差分熱膨張は、低電圧でも得ることができる。 しかしながら、熱緩和時間定数と慣性効果による新たな
トレードオフが出てくる。
めに、切り替え手段６５を介して電子供給部６６ａない
し６６ｇに同時に接続されるサブデバイスの数を最小限
にするような選択をしなければならない。すべての機能
を切り替える必要はない。この例としては、ティップ・
バイアスまたはカンチレバー・バイアスを同時にすべて
のティップ２７またはカンチレバー７，７’，７”に与
えるようにして、読み書きのために用いられるティップ
だけを、隣接するアレイのトンネル付近へのマイクロア
クチュエータで駆動する。図８および図９のマイクロ動
作手段の変形では、ティップ２７が絶縁されたビーム４
７に直接組み込まれ、ビーム（その場合はマイクロアク
チュエータ）は熱膨張の差分またはバイモルフ圧力膨張
により誘導されたビームの応力で起こる変形で移動され
ることが想起されよう。ここでのポイントは、高電圧の
切り替えを避けつつ、この装置を実現することができる
ということである。たとえば注入された抵抗層４２の、
電流による抵抗加熱または圧力バイモルフの屈曲により
起こった差分熱膨張は、低電圧でも得ることができる。 しかしながら、熱緩和時間定数と慣性効果による新たな
トレードオフが出てくる。
【０１５６】発明者は、現在ある多くの媒体手段と将来
可能性のある媒体手段の利点を生かすことのできる包括
的なメモリ装置にとして実現できるものを解説してきた
。光学メモリや磁気メモリと異なり、マイクロメータの
小数点オーダーのビット・サイズに制限されるものでは
ない。これはリソグラフィ技術によりサイズが制限され
た記憶セルを利用するデジタル集積回路メモリと同様で
ある。極小ビットと莫大な数の重複および平行するサブ
デバイスを用いることの利点により、大型メモリの深刻
なデータ破壊やビットストリームのフロー速度が制限さ
れるという問題が解消される。その他の主な利点は、回
転装置と比べて、単位体積当りのビット数が大きく増加
することと、読み書きのアクセスと待ち時間である。 半導体エレクトロニクス、マイクロ加工装置と回転メモ
リ装置との良い点を、剛性構造に内蔵されるトンネル・
ティップの能力と組み合わせて、原子または個別の電子
状態のレベルまでスケーリングが可能なフィーチャを読
み書きできるようにしている。
可能性のある媒体手段の利点を生かすことのできる包括
的なメモリ装置にとして実現できるものを解説してきた
。光学メモリや磁気メモリと異なり、マイクロメータの
小数点オーダーのビット・サイズに制限されるものでは
ない。これはリソグラフィ技術によりサイズが制限され
た記憶セルを利用するデジタル集積回路メモリと同様で
ある。極小ビットと莫大な数の重複および平行するサブ
デバイスを用いることの利点により、大型メモリの深刻
なデータ破壊やビットストリームのフロー速度が制限さ
れるという問題が解消される。その他の主な利点は、回
転装置と比べて、単位体積当りのビット数が大きく増加
することと、読み書きのアクセスと待ち時間である。 半導体エレクトロニクス、マイクロ加工装置と回転メモ
リ装置との良い点を、剛性構造に内蔵されるトンネル・
ティップの能力と組み合わせて、原子または個別の電子
状態のレベルまでスケーリングが可能なフィーチャを読
み書きできるようにしている。
【０１５７】回転媒体はマイクロ振動媒体に取って替わ
られ、このマイクロ振動媒体がいつまでも密度の点でデ
ジタル集積回路（ＤＲＡＭ）の先を行くものとなろう。 これはビットをＤＲＡＭのように相互接続部によって分
離する必要がないという一般的な長所によるものである
。
られ、このマイクロ振動媒体がいつまでも密度の点でデ
ジタル集積回路（ＤＲＡＭ）の先を行くものとなろう。 これはビットをＤＲＡＭのように相互接続部によって分
離する必要がないという一般的な長所によるものである
。
【０１５８】産業上の適用性
本発明のメモリ装置は、次世代の大型記憶装置とし
て、磁気光学装置および磁気装置の両方の回転メモリに
代わり、使用されることになろう。
て、磁気光学装置および磁気装置の両方の回転メモリに
代わり、使用されることになろう。
【図１】マイクロ振動メモリ装置とその主要な部品の等
角図である。
角図である。
【図２】マイクロ振動メモリ装置の好適な実施例を、図
１の直線２−２で切った断面図である。
１の直線２−２で切った断面図である。
【図３】２図の拡大図で、個々のカンチレバーの詳細と
、その表面メモリ・ビットと、ティップと、それに伴う
電子部分およびマイクロ動作手段を示したものである。
、その表面メモリ・ビットと、ティップと、それに伴う
電子部分およびマイクロ動作手段を示したものである。
【図４】３図の拡大図で、ティップとマイクロ動作手段
の詳細を示したものである。
の詳細を示したものである。
【図５】データを数個のティップと同時にやり取りする
場合に有利な３種類の代替実施例である。
場合に有利な３種類の代替実施例である。
【図６】図５と同様のもう一つの実施例である。
【図７】図５と同様のさらにもう一つの実施例である。
【図８】ビームのバックリング（ｂｕｃｋｌｉｎｇ）現
象により粗動作を起こす粗調整を行うティップ／微細ア
クチュエータおよびビーム支持手段の断面図である。
象により粗動作を起こす粗調整を行うティップ／微細ア
クチュエータおよびビーム支持手段の断面図である。
【図９】粗調整を行うためのティップ／微細アクチュエ
ータとビーム支持手段の断面図である。これは図８のも
のと同様であるが、異なるのは可動ビームが両端ではな
く一端で主に支持されており、粗動作が基本的には、カ
ンチレバーのビーム屈曲により起こり、図８のようにビ
ームのバックリングで起こるのではない点である。
ータとビーム支持手段の断面図である。これは図８のも
のと同様であるが、異なるのは可動ビームが両端ではな
く一端で主に支持されており、粗動作が基本的には、カ
ンチレバーのビーム屈曲により起こり、図８のようにビ
ームのバックリングで起こるのではない点である。
【図１０】粗調整を行う支持手段が、微細動作圧力材料
と同じように厚みが変形し、積層されて適切な広がりを
持つところの、圧電支持部材よりそれぞれ構成されるい
くつかのティップ／微細アクチュエータの組の断面図で
ある。
と同じように厚みが変形し、積層されて適切な広がりを
持つところの、圧電支持部材よりそれぞれ構成されるい
くつかのティップ／微細アクチュエータの組の断面図で
ある。
【図１１】必要に応じて粗調整と微調整の両方を行うた
だ１つのアクチュエータを有するティップを示す；この
アクチュエータは支持部材であり積層圧力材料より構成
されて、図１０に示されるような広範な性能を促進する
。
だ１つのアクチュエータを有するティップを示す；この
アクチュエータは支持部材であり積層圧力材料より構成
されて、図１０に示されるような広範な性能を促進する
。
【図１２】第２マイクロアクチュエータに支持されるマ
イクロアクチュエータ上に支持されるティップを示し、
１つのマイクロアクチュエータが微調整を行いもう１つ
のマイクロアクチュエータが粗調整を行う。
イクロアクチュエータ上に支持されるティップを示し、
１つのマイクロアクチュエータが微調整を行いもう１つ
のマイクロアクチュエータが粗調整を行う。
【図１３】カンチレバーに利用することのできるビット
・アレイ媒体のうち１種を示す断面図である。
・アレイ媒体のうち１種を示す断面図である。
【図１４】図１３のものと同様であるが、別の実施例を
示す。
示す。
【図１５】メモリ装置の電子回路構成の概略ブロック図
である。
である。
【参考文献】（省略）
Claims (20)
- 【請求項１】 メモリ装置であって：（ａ）支持手段
と、制御された湾曲手段により可動な少なくとも１個の
表面とに接続された少なくとも１個の表面を有する少な
くとも１個の部材であって、前記可動表面は静止面に対
向して配置され、前記制御された湾曲手段は電気的に変
形可能な圧電性，強誘電性または電歪性材料より構成さ
れ、前記少なくとも１個の可動部材に直接的あるいは間
接的に機械的に結合されているところの部材； （ｂ）前記静止面に配置された複数の読み書きティップ
； （ｃ）前記可動端に配置された複数のビット・アレイで
あって、これにより前記ティップを前記ビット・アレイ
に関して移動させ、このとき前記読み書きティップと前
記ビット・アレイとはそれぞれギャップにより分離され
るところの複数のビット・アレイ； （ｄ）少なくとも１個の前記部材と、少なくとも１個の
前記読み書きティップと、少なくとも１個のビット・ア
レイより構成される群を他のこのような群と、外部環境
とから密閉封止するハウジング手段； （ｅ）前記読み書きティップのそれぞれにより、その対
応ビットの物理的アドレスを対応ビット・アレイに行う
ことのできる前記制御された湾曲手段；（ｆ）各読み書
きティップとその対応ビット・アレイとを電気的にアド
レスして、着信ビット・ストリームを少なくとも前記ビ
ット・アレイの１つに送るか、あるいは前記読み書きテ
ィップの少なくとも１つを通じて前記ビット・アレイの
少なくとも１つから読み込まれるビット・ストリームを
検知する手段；および （ｇ）前記対応ティップとビット・アレイとの間のギャ
ップを、前記ティップのその対応ビット・アレイに向か
う、または対応ビット・アレイからの移動を介して、あ
らかじめ設定，微制御および監視する手段；とから構成
されることを特徴とするメモリ装置。 - 【請求項２】 一端で前記支持手段に装着された屈曲
変形可能なカンチレバーより構成される複数の可動部材
より構成され、自由端が前記ビット・アレイを支持して
、その対応ティップに対向するところの請求項１のメモ
リ装置。 - 【請求項３】 少なくとも１個の可動部材が、前記プ
レートの平面に平行な方向にコンプライアンスを有する
屈曲変形可能なバネにより前記支持手段に付着される非
変形プレートより構成されるところの請求項１のメモリ
装置。 - 【請求項４】 前記少なくとも１個の可動部材が、ガ
ラス，セラミック，酸化物，半導体，積層遷移金属ジカ
ルコゲニド，グラファイト，シリコン，α液晶，一価硫
酸塩リチウム（ｌｉｔｈｉｕｍ ｓｕｌｆａｔｅ ｍｏ
ｎｏｈｙｄｒａｔｅ），チタン酸ジルコン酸鉛（ｌｅａ
ｄ ｚｉｒｃｏｎａｔｅ ｔｉｔａｎａｔｅ），チタン
酸鉛，メタニオブ酸塩鉛，フッ化ポリビニリデン，フッ
化ビニリデンとトリフロロエチレンの共重合体，チタン
酸バリウム，硫化カドミウム，酸化亜鉛，セレン化カド
ミウム，窒化アルミニウム，酸化ベリリウム，シリカ，
ニオブ酸リチウム，タンタル酸リチウム，パラテルライ
ト，酸化ビスマス・ゲルマニウム（ｂｉｓｍｕｔｈ ｇ
ｅｒｍａｎｉｕｍ ｏｘｉｄｅ），ヒ化ガリウム，ドー
ピングされたシリコン，リン酸二水素アンモニア，モリ
ブデン酸ガドリニウムβ構造を有する強誘電材料，およ
びＡとＢとは陽イオンであるところの組成式ＡＢＯ３を
有する材料より選択された材料より構成され、前記少な
くとも１個の可動部材は湿式または乾式エッチング処理
によりモノリシックな初期材料より形成されるところの
、請求項１のメモリ装置。 - 【請求項５】 前記少なくとも１個の可動部材が電気
的に延在可能で、前記ビット・アレイ・ギャップを制御
可能に変化させ、前記電気的延在性が前記対応ビット・
アレイに向かう、または前記対応ビット・アレイからの
前記ティップの移動を補正し、あるいは置き替わり、前
記延在運動は前記物理的アドレス変形から独立している
ところの請求項１のメモリ装置。 - 【請求項６】 前記読み書きティップのそれぞれが、
上面と底面とを有する電気的に変形可能なティップ支持
パッドより構成される少なくとも１個のマイクロアクチ
ュエータ積層構造の上に配置され、前記パッドは電歪材
料または圧電材料より構成され、前記上面および底面上
には電極を有し、前記上面上の前記電極上には誘電層を
有し、前記誘電層上には前記ティップが配置されていて
前記ティップから前記電気的アドレス手段への相互接続
をもつところの、請求項１のメモリ装置。 - 【請求項７】 前記ティップの少なくとも一部が、タ
ングステン，タングステン−レニウム合金，プラチナ，
プラチナ−イリジウム合金，ドーピングされたシリコン
，屈折金属および導電性セラミックよりなる群から選択
された導電材料より構成されるところの請求項６のメモ
リ装置。 - 【請求項８】 前記読み書きティップ・ギャップ微制
御手段が、前記ティップがその上に配置されるところの
、プレート状のダイアフラムまたはカンチレバー構造の
独立して変形可能な支持部材より構成され、前記手段に
より、前記プレート状ダイアフラムまたはカンチレバー
内の圧縮または引っ張り応力の外部誘導を介して、対向
するビット・アレイに向かって、あるいはビット・アレ
イからのバックリングまたは屈曲変形を行うところの、
請求項１のメモリ装置。 - 【請求項９】 前記バックリングまたは屈曲変形が、
前記ダイアフラム上に配置された圧電性または電歪性膜
の電気的変形により行われるところの請求項８のメモリ
装置。 - 【請求項１０】 前記バックリングまたは屈曲変形が
、熱傾斜を作り出すことのできる手段により行われ、そ
のために前記ダイアフラム内の差分膨張変形応力が生ま
れるか、あるいは、前記ダイアフラムをその周辺の支持
構造に対して均一に加熱する手段により行われるところ
の、請求項８のメモリ装置。 - 【請求項１１】 前記バックリングまたは屈曲変形が
、前記ダイアフラムと隣接の支持構造との間に起こるク
ーロン引力または反発力により行われるところの、請求
項８のメモリ装置。 - 【請求項１２】 前記バックリングまたは屈曲変形に
より、粗動作も行われるところの請求項８のメモリ装置
。 - 【請求項１３】 前記プレート状ダイアフラムまたは
カンチレバーが、プレート・コンデンサの１電極として
動作して、前記湾曲または偏向の容量測定を可能にする
ところの請求項８のメモリ装置。 - 【請求項１４】 前記読み書きティップのそれぞれが
、上面と底面とを有する電気的に変形可能なティップ支
持パッドからなる、少なくとも１個のマイクロアクチュ
エータ積層構造よりなる微マイクロ動作手段より構成さ
れて、前記パッドは、少なくとも１層の電歪性または圧
電性材料より構成され、前記上面および底面には電極を
有し、前記上面上の電極上には誘電層を有し、前記ティ
ップは前記誘電層上に配置されて、前記ティップから前
記電気的アドレス手段への相互接続部を有するものであ
って、このとき、前記読み書き・ティップ・ギャップ微
マイクロ動作手段はプレート状ダイアフラムまたはカン
チレバー構造の独立して変形可能な支持部材上に配置さ
れ、この構造が前記プレート状ダイアフラムまたはカン
チレバー内の圧縮または引っ張り応力の外部誘導を介し
て対向ビット・アレイに向かって、またはそこからのバ
ックリングまたは屈曲変形を行うところの、請求項１記
載のメモリ装置。 - 【請求項１５】 その中にビットを書き込むこと、ま
たはそこからビットを消去することのできるビット媒体
層が前記読み書きティップに対向して、前記可動部材の
それぞれの前記表面上に設けられるところの請求項１の
メモリ装置。 - 【請求項１６】 前記ビット媒体層が、電気的に極性
化可能な材料または電荷可能な材料より構成され、前記
ティップによって前記極性化または電荷が起こり、前記
極性化または電荷によって、電荷された，電荷されない
，極性化されたあるいは極性化されない領域の存在また
は不在により、電子的または地形的なビット・コントラ
ストが設けられるところの、請求項１５のメモリ装置。 - 【請求項１７】 前記ビット媒体層が、結晶構造がテ
ィップ誘導加熱と電界とを介して、可逆的に切り替える
ことのできる材料より構成され、前記被切り替え領域に
より電子的または地形的コントラストが設けられるとこ
ろの請求項１５のメモリ装置。 - 【請求項１８】 前記制御された湾曲手段が：（ａ）
少なくとも１個の可動部材の連続的な複数サイクルの振
動運動であって、前記湾曲部材の前記少なくとも１個の
可動表面は、前記湾曲部材の基本共鳴周波数またはその
付近、またはその高調波において移動し、それによって
少なくとも１個のティップ端と１個のデータ−ビット・
アレイとの間に一定の最大振幅の直線的または平面的な
相対走査運動を行う；あるいは （ｂ）少なくとも１個の可動部材を、ビット・アレイ内
の少なくとも１データ・ビットが所定の位置に書き込ま
れ、あるいはそこから読み込まれることができる、その
対応ティップに相対する物理的位置に直接的に駆動する
ように機能する単一図形の衝撃を与える；ところの請求
項１のメモリ装置。 - 【請求項１９】 書き込みビット・コントラストの熱
的に駆動される減衰時間を延長するために室温以下まで
冷却される、請求項１のメモリ装置。 - 【請求項２０】 請求項１のメモリ装置の少なくとも
１個から構成される記憶装置であって： （ａ）前記複数群との間の着信データ／発信データの平
行処理を実質的に同時に行うマルチプレクサ／デマルチ
プレクサとバッファ・メモリ手段； （ｂ）前記ティップの動作を維持するために必要な電圧
と電流とを供給し、ティップ／アレイの対の幾何学的お
よび時間的関係に関する情報を与える出力電圧または電
流を供給する補助回路手段； （ｃ）前記のさまざまな電気制御手段の間にデータと命
令とを伝えるバス手段； （ｄ）前記補助機能と、正しいビット・アレイおよび読
み書きティップとの間のデータ・バス手段とを、選択的
に適用する切り替え手段；および （ｅ）前記補助回路手段の動作と、それらの機能および
望ましいサブデバイスとの間の機能と着信／発信データ
の切り替えと、データの統合性，同期およびメモリのハ
ウスキーピング機能のチェックと、デジタル信号処理ま
たはその方向の調整を行い、同時に望ましくない外部振
動の打ち消しを行うマイクロプロセッサ手段であって、
１つ以上の前記手段は共一体形電子機能，共実装電子機
能または別々に設けられた支持装置として提供されると
ころのマイクロプロセッサ手段；とから構成される電気
制御手段を含む記憶装置。
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