JPH04337540A - 情報再生装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば大容量・高密度
の情報記録媒体に対する記録及び／又は検出装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、記録再生装置におけるデータの記
録容量は急速に大きくなる傾向があり、記録単位の大き
さは小さく記録密度は高くなっている。例えば、光記録
によるデジタル・オーディオ・ディスクにおいては、記
録単位の大きさは１μｍ２　程度にまで及んでいる。そ
の背景には、メモリ材料開発の活発化があり、有機色素
・フォトポリマ等の有機薄膜を用いた安価で高密度な記
録媒体が登場している。

【０００３】一方、最近では導体の表面原子の電子構造
を直接観察できる走査型トンネル顕微鏡（以後ＳＴＭと
略す）が開発され［Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ　ｅｔ　ａｌ，　
Ｈｅｌｖｅｔｉｃａ　Ｐｈｙｓｉｃａ　Ａｃｔａ，５５
　７２６　（１９８２）］、単結晶、非晶質を問わず実
空間像の高分解能の測定ができるようになり、しかもこ
のＳＴＭは記録媒体に電流による損傷を与えずに低電力
で観測できる利点をも有し、更に大気中でも動作し種々
の材料に対して用いることができるため、広範囲な応用
が期待されている。

【０００４】ＳＴＭはプローブ電極と導電性物質の間に
電圧を加えて、１ｎｍ程度の距離まで近付けるとトンネ
ル電流が流れることを利用している。この電流は両者の
距離変化に非常に敏感であり、電流又は両者の平均的な
距離を一定に保つようにプローブ電極を走査することに
より、実空間の表面情報を得ることができる。この際に
、面内方向の分解能は１オングストローム程度となる。

【０００５】このＳＴＭの原理を応用すれば、十分に数
オングストロームの原子オーダでの高密度記録再生を行
うことが可能である。この際の記録再生方法としては、
粒子線（電子線、イオン線）或いはＸ線等の高エネルギ
電磁波及び可視、紫外線等のエネルギ線を用いて適当な
記録層の表面状態を変化させて記録を行い、ＳＴＭで再
生する方法がある。また、記録層として電圧電流のスイ
ッチング特性に対してメモリ効果を持つ材料、例えばπ
電子系有機化合物やカルコゲン化合物類の薄膜層を用い
て、記録・再生をＳＴＭ応用の記録再生を行う場合があ
る。

【０００６】これらの場合に、プローブ電極と記録媒体
との距離をオングストロームオーダで制御すること、及
び記録媒体上に二次元的に配列した情報を記録再生する
ために、プローブ電極の二次元走査を数１０オングスト
ロームオーダで制御することが必要である。ここで、Ｓ
ＴＭを利用した記録再生装置においてはシステムの機能
向上、特に高速化の観点から、上述のように多数のプロ
ーブを同時に作動させる所謂マルチプローブが必要とな
ってきている。第８図にその一例を示し、記録媒体Ａに
対向して多数のプローブＢが並んで配置され、それぞれ
が記録再生動作を行う。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】このような装置では、
プローブ電極と記録媒体との距離等をオングストローム
オーダで制御していても、例えば熱的なドリフト、外来
の振動ノイズが発生することがあり、この場合にそれに
起因するノイズ信号を本来の信号から分離することは困
難である。特にマルチプローブの場合に、それぞれのプ
ローブからの信号にそれぞれ異なるノイズが発生するの
で、それぞれのプローブの本来の信号をそれぞれ分離す
ることは難しい。

【０００８】記録再生用のプローブが１個だけの場合に
は、位置検出用プローブを別設して、上述の熱的なドリ
フト、振動ノイズを検出するだけで、これを補償するこ
とが考えられる。

【０００９】本発明の目的は、マルチプローブにおいて
熱的なドリフトや振動ノイズを全てのプローブで最適に
補償することができる記録及び／又は検出装置を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めの本発明に係る記録及び／又は検出装置は、記録媒体
に向けて配置し情報を記録及び／又は情報を検出するた
めの情報プローブと、前記記録媒体と前記情報プローブ
側との距離変動を検出する複数の距離検出用プローブと
、前記距離検出用プローブと前記各情報プローブの出力
、及びこれらの位置関係から、前記情報プローブの距離
変動分を補償したデータ量を演算する演算手段とを備え
たことを特徴とすることを特徴とするものである。

【００１１】

【作用】上述の構成を有する記録及び／又は検出装置は
、記録又は検出の際の距離検出用プローブ、情報を記録
又は情報を検出するプローブ（以下記録再生用プローブ
と云う）との位置関係から記録再生用プローブの補償量
を決定し、温度ドリフト或いは外的振動等から距離変動
を補償する。

【００１２】

【実施例】本発明を図１〜図７に図示の実施例に基づい
て詳細に説明する。図１は構成図であり、除振台１の上
にＸＹステージ２が設けられ、その上部にＺ方向粗動機
構３が設置されている。粗動機構３の上に積層型圧電素
子等を用いた平行制御機構４ａ、４ｂが構設され、更に
その上に記録媒体保持部５、記録媒体６が載置されてい
る。記録媒体６の上方には支持部７が配置され、この支
持部７の下面には距離検出用プローブ８ａ、８ｂ、カン
チレバー９が設けられており、カンチレバー９の先端に
記録再生用プローブ１０が形成されている。

【００１３】Ｚ方向粗動機構３には粗動駆動部１１の出
力が接続され、平行制御機構４ａ、４ｂには平行制御部
１２の出力が接続されている。また、記録媒体６と距離
検出用プローブ８ａ、８ｂ及び記録媒体６と記録再生用
プローブ１０の間には、図示しない電圧回路から電圧が
印加されている。更に、記録媒体６と距離検出用プロー
ブ８ａ、８ｂの間に流れるトンネル電流検出するために
、これらには距離変動検出用トンネル電流を増幅部１３
が接続され、記録媒体６と記録記録再生用プローブ１０
の間に流れるトンネル電流を検出するために、これらに
は記録情報検出用トンネル電流増幅部１４が接続されて
いる。更に、カンチレバー９を制御するためにフィード
バック部１５の出力がカンチレバー９に接続されている
。そして、マイクロコンピュータ１６が粗動駆動部１１
、平行制御部１２、距離変動検出用トンネル電流増幅部
１３、記録情報検出用トンネル電流増幅部１４、Ｚ方向
フィードバック部１５に接続されている。

【００１４】支持部７と記録媒体６を平行にするために
は、先ず支持部７と記録媒体６を最初に対向させた段階
で距離検出用プローブ８ａ、８ｂの何れかと記録媒体６
との間に、トンネル電流が流れるまで粗動機構３によっ
て記録媒体６側を上昇させる。次に、平行制御機構４ａ
、４ｂを動かして、距離検出用プローブ８ａと記録媒体
６との間のトンネル電流と、距離検出用プローブ８ｂと
記録媒体６との間のトンネル電流を一致させる。この段
階で、支持部７と記録媒体６は平行になっており、情報
の記録、再生はこの状態を保持したままで実施する。

【００１５】続いて、温度ドリフト或いは外的振動の影
響を補償するためには、Ｚ方向フィードバック部１５に
よってフィードバック制御されたカンチレバー９上の記
録再生用プローブ１０と記録媒体６との間の記録情報ト
ンネル電流増幅器１４で得られたトンネル電流出力から
、距離検出用プローブ８ａ、８ｂと記録媒体６との間の
距離変動検出用トンネル電流増幅部１３で得られたトン
ネル電流出力を差し引いたものを、マイクロコンピュー
タ１６により演算して求める。

【００１６】この際に、ｉ番目の記録再生用プローブ１
０ｉの出力をＰｉ、距離検出用プローブ８ａ、８ｂの出
力をＰａ、Ｐｂ、記録再生用プローブ１０ｉと装置全体
の重心Ｇの距離をｒｉ、距離検出用プローブ８ａ、８ｂ
との重心Ｇの距離をｒａ、ｒｂとすると、出力Ｐｉは次
式のような演算で求めることができる。

【００１７】Ｐｉ＝　αＰａ・ｒｉ／ｒａ＋βＰｂ・ｒ
ｉ／ｒａここで、α、βは適当な補償ゲインであり、こ
れらの値を最適化することにより、重心Ｇの並進運動成
分、重心Ｇの周囲の回転運動成分を共に補償することが
可能となる。

【００１８】図２は支持部７の底面図を示し、７ｍｍ×
７ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのＳｉ基板２０上に、後述の工
程によって作成された長さ３００μｍ、幅５０μｍのカ
ンチレバー９が２４本×１０本、計２４０本設けられて
おり、各カンチレバー９の先端部に記録再生用プローブ
１０が形成されている。

【００１９】カンチレバー９の作成においては、先ず厚
さ０．５ｍｍのＳｉ基板２０の上に、ＣＶＤ法によりＳ
ｉ３　Ｎ４　膜を０．１５μｍの厚さに成膜する。使用
する原料ガスはＳｉＨ２　Ｃｌ２　：ＮＨ３　（１：９
）であり、基板２０の温度は８００℃である。次に、フ
ォトリソグラフィ、ＣＦ４　ドライエッチングによりＳ
ｉ３　Ｎ４　を所望の形状にパターニングする。続いて
、Ｃｒを０．０１μｍ、Ａｕを０．０９μｍ成膜し、フ
ォトリソグラフィ及びウェットエッチングによりパター
ニングし、ターゲットにはアルミニウム（Ａｌ）を用い
、Ａｒ＋Ｎ２　の雰囲気中でスパッタリング法でＡｌＮ
を０．３μｍ成膜する。更に、フォトリソグラフィとＡ
ｌ用エッチング液によるウェットエッチングによりパタ
ーニングし、その後に上記の工程を繰り返し、Ｓｉ基板
２０上にＡｕ／Ｃｒ−ＡｌＮ−Ａｕ／Ｃｎ−ＡｌＮ−Ａ
ｕ／Ｃｎのバイモルフ構造を形成し、続いて保護層とし
てアモルファスＳｉＮをＣＶＤ法により０．１５μｍ成
膜する。ここで、Ｗ（タングステン）から成る記録再生
用プローブ１０を蒸着法で作成した後に、ＫＯＨによる
Ｓｉの異方性エッチングを用いて、Ｓｉ３　Ｎ４が付着
していない部分を除去することにより、カンチレバー９
を作成し、最後にＰｔコーティングを行う。

【００２０】図３は上述の工程により作成したカンチレ
バー９の断面図であり、２１、２７はＳｉ３　Ｎ４　膜
、２２、２４、２６はバイモルフ型圧電体を駆動するた
めの電極、２３、２５は圧電体ＡｌＮ、２８はＰｔコー
ティング層である。なお、このカンチレバー９は長手方
向の電極が２分割されており、二次元駆動が可能とされ
ている。

【００２１】本実施例においては、図４に示す２４０本
のカンチレバー９上のプローブ１０の内、４隅の４本を
距離検出用プローブ８ａ、８ｂ、８ｃ、８ｄとして、残
りのプローブ１０を記録再生用プローブ１０として使用
している。

【００２２】記録媒体６には、ガラス基板上に成膜した
Ａｕが用いられている。このＡｕ薄膜と記録再生用プロ
ーブ１０との間に、数Ｖ、数μ秒程度のパルス電圧を印
加して、直径約１０ｎｍの凸部を形成し記録ビットとし
た。先ず、距離検出用プローブ８ａ〜８ｄを設けた４本
のカンチレバー９に電圧を印加し、それぞれのプローブ
８ａ〜８ｄの先端を約２μｍ程度記録媒体６側に変位さ
せた。次に、プローブ８ａ〜８ｄと記録媒体６との間に
０．１Ｖのバイアス電圧を印加し、トンネル電流が１０
０ｐＡ以上となるまで、粗動機構３によりプローブ８ａ
〜８ｄと記録媒体６を接近させた。この際に、各距離検
出用プローブ８ａ〜８ｄを流れるトンネル電流は、それ
ぞれ１００ｐＡ、１ｐＡ、１ｐＡ、１０ｐＡであること
が認められた。次に、プローブ８ｂ〜８ｄを流れるトン
ネル電流が１００ｐＡとなるように、記録媒体保持部５
の４隅に設けられた平行保持機構４ａ、４ｂに電圧を印
加し調整した。この段階で、記録再生用プローブ１０と
記録媒体６との間隔は約２μｍに揃えられた。この状態
で、カンチレバー９を二次元的に駆動してプローブ１０
により記録ビットの書込み・読出しを行ったところ、全
てのカンチレバー９に印加される電圧は０．８〜１．２
Ｖにおさまり、駆動電源、制御系に係る負担は小さいこ
とが認められた。また、温度ドリフトの影響を１／１０
０以下に低減でき、外的振動による読出しエラー率も従
来例よりも１／１０になった。

【００２３】また、同様の工程によって、図５に示すよ
うに３ｍｍ×３ｍｍの基板２０内に４×４＝１６本のカ
ンチレバー９、プローブ１０を作成し、４隅のプローブ
１０を距離検出用プローブ８ａ〜８ｄ、残りのプローブ
を記録再生用プローブ１０とし、記録媒体６も実施例１
と同様のものを用いた。先の実施例と同様にして、支持
部７と記録媒体６との平行を保持した上で記録ビットの
書込みを行い、更に読出しに際しては、例えばプローブ
１０ｐの出力をＰ、プローブ８ａ〜８ｄの出力をＰａ〜
Ｐｄとして、熱ドリフト、振動の影響を補償した出力Ｐ
’を、次式で求めることができる。

【００２４】 Ｐ’＝Ｐ−（ｒａ・Ｐａ＋ｒｂ・Ｐｂ＋ｒｃ・Ｐｃ＋ｒ
ｄ・Ｐｄ）／（ｒａ＋ｒｂ＋ｒｃ＋ｒｄ） ここで、ｒａ〜ｒｄはプローブ１０ｐとプローブ８ａ〜
８ｄとの距離である。この方法によって、重心Ｇの位置
が不明であっても、カンチレバー９の支持部７或いは記
録媒体６の部分的な変形、振動の影響を補償できること
になる。実際に、記録ビットの読出しエラー率は従来例
の約１／１０に低減した。

【００２５】図６は他の実施例の構成図を示し、基本的
な構成は図１と同様であるが、距離検出用プローブ８ａ
、８ｂがカンチレバー９上に作成されている点と、記録
媒体６はＡｕ薄膜６ａ上に部分的に記録層６ｂを積層し
ている点が異なっている。記録層６ｂには、１層のスカ
リリウム−ビス−６−オクチルアズレンのＬＢ膜が使用
され、ＬＢ膜の形成法は特開昭６３−１６１５５２号公
報に開示の方法によっている。ここで、距離検出用プロ
ーブ８ａ、８ｂはＡｕ薄膜６ａ上に位置し、記録再生用
プローブ１０は記録層６ｂ上に位置している。

【００２６】先ず、記録再生用プローブ１０をプラス側
、Ａｕ薄膜６ａをマイナス側に接続して、記録層６ｂが
低抵抗状態（オン状態）に変化する図７に示す閾値電圧
ＶｔｈＯＮ以上の１０Ｖの矩形パルス電圧を印加し、オ
ン状態を生じさせた。プローブ１０と記録層６ｂとのＺ
方向の距離を保持したまま、プローブ１０とＡｕ薄膜６
ａとの間に１．０Ｖのプローブ電圧を印加して、プロー
ブ電流Ｉｐを測定したところ、０．５ｍＡ程度の電流が
流れ、オン状態となっていることが確かめられた。次に
、プローブ電圧を記録層６ｂがオン状態からオフ状態に
変化する閾値電圧ＶｔｈＯＦＦ　以上の１０Ｖに設定し
、再び記録位置に印加した結果、記録状態が消去されオ
フ状態に遷移したことも確認された。

【００２７】以上の記録再生実験においても、先の説明
と同様の補償算出方法を用いることによって、同様の結
果を得ることができる。

【００２８】なお、本発明は記録の再生装置のみならず
、記録のみの装置、検出のみの装置にも適用できること
は勿論である。

【００２９】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る記録再
生装置においては、熱的ドリフト、外的振動による影響
が減少し、安定した動作が可能となり、記録情報の書込
み・読み出しエラーが減少し、更に安定した動作により
高密度化が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例の構成図である。

【図２】支持部の底面図である。

【図３】バイモルフ型カンチレバーの断面図である。

【図４】各プローブの位置関係図である。

【図５】各プローブの位置関係図である。

【図６】他の実施例の構成図である。

【図７】電圧パルス波形図である。

【図８】従来の補償機構の説明図である。

【符号の説明】 １　　除振台 ２　　ＸＹステージ ３　　Ｚ方向粗動機構 ４ａ、４ｂ　　平行制御機構 ５　　記録媒体保持部 ６　　記録媒体 ７　　支持部 ８ａ〜８ｄ　　距離検出用プローブ ９　　カンチレバー １０　　記録再生用プローブ １１　　粗動駆動部 １２　　平行制御部 １３　　距離変動検出用トンネル電流増幅器１４　　記
録情報検出用トンネル電流増幅部１５　　Ｚ方向フィー
ドバック部 １６　　マイクロコンピュータ ２０　　Ｓｉ基板

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　記録媒体に向けて配置し情報を記録及
   び／又は情報を検出するための情報プローブと、前記記
   録媒体と前記情報プローブ側との距離変動を検出する複
   数の距離検出用プローブと、前記距離検出用プローブと
   前記各情報プローブの出力、及びこれらの位置関係から
   、前記情報プローブの距離変動分を補償したデータ量を
   演算する演算手段とを備えたことを特徴とする記録及び
   ／又は検出装置。
2. 【請求項２】　　前記情報検出及び距離変動検出は、前
   記情報プローブ・距離検出用プローブと前記記録媒体間
   のトンネル電流の変化によって行うようにした請求項１
   に記載の記録及び／又は検出装置。
3. 【請求項３】　　前記複数の距離変動検出プローブと前
   記記録媒体との距離を等しく保つことによって、前記記
   録媒体と前記情報プローブを支持する支持台とを平行に
   対向させるようにした請求項１に記載の記録及び／又は
   検出装置。
4. 【請求項４】　　前記情報プローブは複数であり前記情
   報プローブと前記距離検出用プローブの出力、及びこれ
   らのプローブと前記情報プローブを支持する支持台の重
   心の位置関係を基に、前記情報プローブのそれぞれから
   距離変動を補償した情報検出用出力を得るようにした請
   求項１に記載の記録及び／又は検出装置。