JPH05120741A - 情報処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ＳＴＭの原理を応用した情報処理装置におい
て、情報を記録再生する際の精度の向上、Ｓ／Ｎの向
上、装置としての簡略化を達成することにある。 【構成】 記録媒体とプローブ電極を相対的に移動する
移動手段及び該移動を制御する制御手段とを少なくとも
有する情報処理装置において、プローブ電極と記録媒体
の間隔を制御する制御手段のサンプルタイミングが、プ
ローブ電極と記録媒体との間における記録媒体面方向の
相対走査手段の制御クロックと同期制御される回路を有
し、かつ該走査に対応した所定期間のみの信号情報から
記録媒体の傾き情報を算出する演算回路を有する情報処
理装置、を特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば走査型トンネル
顕微鏡等の技術を応用した情報処理装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、メモリ材料の用途は、コンピュー
タ及びその関連機器、ビデオディスク、デジタルオーデ
ィオディスク等のエレクトロニクス産業の中核をなすも
のであり、その材料開発も極めて活発に進んでいる。か
かるメモリ材料に要求される性能は用途により異なる
が、記録再生の応答速度が早いことは必要不可欠であ
る。

【０００３】従来までは、磁性体や半導体を素材とした
半導体メモリや磁気メモリが主であったが、近年レーザ
ー技術の進展に伴い、有機色素、フォトポリマーなどの
有機薄膜を用いた光メモリによる安価で高密度な記録媒
体が登場してきた。

【０００４】一方、最近、導体の表面面原子の電子構造
を直接観察できる走査型トンネル顕微鏡（以後、ＳＴＭ
と略す）が開発され［Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔ．ａ
ｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ，４９，５７（１９
８２）］、単結晶、非晶質を問わず実空間像の高い分解
能の測定ができるようになり、しかも電流による損傷を
試料に与えることなく低電力で観測できる利点も有し、
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。

【０００５】このＳＴＭは、金属の探針（プローブ電
極）と導電性物質間に電圧を加えて１ｎｍ程度の距離ま
で近づけるとトンネル電流が流れることを利用してい
る。この電流は両者の距離変化に指数関数的に応答する
ため非常に敏感である。トンネル電流を一定に保つよう
に探針を走査することにより、実空間の全電子雲に関す
る種々の情報をも読み取ることができる。この際、面内
方向の分解能は０．１ｎｍ程度である。

【０００６】したがって、ＳＴＭの原理を応用すれば十
分に原子オーダー（サブ・ナノメートル）での高密度記
録再生を行うことが可能である。例えば、特開昭６１−
８０５３６号公報に開示されている情報処理装置では、
電子ビーム等によって媒体表面に吸着した原子粒子を取
り除き書き込みを行い、ＳＴＭによりこのデータを再生
している。また米国特許第４，５７５，８２２号明細書
に開示されているように、記録媒体表面とプローブ電極
との間に流れるトンネル電流を用いて、媒体表面に形成
された誘電体層に電荷を注入し記録する。あるいは、レ
ーザー光、電子ビーム、粒子線等を用いて媒体表面の物
理的な崩壊によって記録する方法が提案されている。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、例えば共役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
で行う方法が提案されている［特開昭６３−１６１５５
２号公報、特開昭６３−１６１５５３号公報］。この方
法によれば、記録のビットサイズを１０ｎｍとすれば、
１０¹²ｂｉｔ／ｃｍ² もの大容量記録再生が可能であ
る。これらの情報処理装置でのプローブ電極と記録媒体
の距離制御に関しては、特開平２−５３３９号公報等に
開示されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】情報処理装置ではプロ
ーブ電極と記録媒体の間に電流が流れるまでの距離に両
者を近接させ、その電流の流れた状態を保ったままでプ
ローブ電極を記録媒体面内方向に走査し、記録媒体表面
の凹凸および電子状態の変動に伴う電流量の増減に対応
して距離制御している。

【０００８】従来の発明では、記録媒体とプローブ電極
の間隔を図４のブロック図で表わされる様な回路が使用
され、電流信号の低周波成分を抽出しその情報を記録媒
体の傾き情報として制御し、電極と記録媒体の距離を制
御している。このような制御では、図５のようにエリア
走査によって情報の記録再生を行う場合には全走査期間
の信号を低周波通過フィルターを通して傾き情報として
いるため、Ｘ軸走査信号図６に対して記録媒体傾き情報
は図７の様になる。図中の補助線に示すように走査の端
点付近では実際の基盤傾きからの誤差が大きくなり（斜
線部分）プローブ記録媒体間の距離制御の精度が劣化し
ていた。

【０００９】また、記録情報の低周波成分が傾き情報に
影響するため、記録の変調方式にＮＲＺ方式等を選択す
るなどの配慮が必要となり、装置の応用面を狭める原因
となっていた。

【００１０】すなわち、本発明の目的とするところは、
情報等を記録再生する際の精度の向上を図ると共に、装
置としての簡略化をも達成し得る情報処理装置を提供す
ることにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するための本発明の構成は、記録媒体とプローブを相対
的に移動する移動手段及び該移動を制御する制御手段と
を少なくとも有する情報処理装置において、プローブと
記録媒体の間隔を制御する制御手段のサンプルタイミン
グが、プローブと記録媒体との間における記録媒体面方
向の相対走査手段の制御と同期制御され、かつ該走査に
対応した所定期間のみの信号情報から記録媒体の傾き情
報を算出する演算回路を有する情報処理装置、としてい
る点にある。

【００１２】

【実施例】以下の実施例では傾き検出に用いるトンネル
電流信号をＸ方向走査の向きごとに区別して使用し、ま
た走査端付近での比較的周波数の高い信号成分を除去す
ることで走査領域全般にわたって精度の高いプローブ記
録媒体間距離制御を行えるものである。

【００１３】本発明の記録媒体に用いる記録層は、プロ
ーブ電極と記録媒体の間の電流電圧特性に対してメモリ
効果を有するものであれば良い。例えば、表面に凹凸を
形成し記録するものではＨＯＰＧ（Ｈｉｇｈｌｙ−Ｏｒ
ｉｅｎｔｅｄ−Ｐｙｒｏｌｉｔｈｉｃ−Ｇｒａｐｈｉｔ
ｅ）劈開基板、Ｓｉウエハー、真空蒸着またはエピタキ
シャル成長させたＡｕ，Ａｇ，Ｐｔ，Ｍｏ，Ｃｕなどの
金属薄膜、Ｒｈ２５Ｚｒ７５、Ｃｏ３５Ｔｂ６５などの
ガラス金属が挙げられる。表面の電子状態により記録す
るものではアモルファスＳｉ，π電子系有機化合物やカ
ルコゲン化合物類の薄膜層等が挙げられる。

【００１４】以下、本発明を実施例にて具体的に説明す
る。

【００１５】（実施例１）図１に示すのは、本発明に係
る情報処理装置の構成ブロック図である。本図中、１０
１はステージ、１０２は下部電極層、１０３は記録層、
１０４は記録媒体表面に形成されたトラック溝、１０５
はプローブ電極、１０６は円筒型のＰＺＴアクチュエー
タで、プローブ電極１０５を記録媒体上のデータ列に沿
って走査するためのもので、Ｘ、Ｙ、及びＺ方向にそれ
ぞれ２μｍまで移動できる。

【００１６】プローブ電極１０５は電流アンプ１０７に
接続される。電流アンプ１０７の出力はコンパレータ１
０８、高域通過フィルター１１０、誤差増幅器１１２に
接続される。誤差増幅器の出力は傾き情報演算装置１１
１に入力される。傾き情報演算装置の出力はサンプルホ
ールド回路１０９を介して円筒型ＰＺＴのΔＺ駆動電極
と減衰器ＶＲ２を通じてコンパレータ１１３とに入力さ
れる。高域通過フィルターの出力はコンパレータ１１３
のもう一方の入力に接続される。さらに、コンパレータ
１１３の出力はデータ変復調部１１４のデータ復調器に
入力される。データ変復調部のデータ変調出力はパルス
発生器１１５に接続され、ＤＣバイアス電圧ＶＢ１と合
成して記録媒体電極に接続される。

【００１７】プローブ電極と記録媒体表面との距離の制
御は、トンネル電流の電圧変換した値を誤差増幅器１１
２により基準電圧ＶＢ２と比較し、傾き情報演算装置１
１１によって傾き情報のみを算出し円筒型ＰＺＴをΔＺ
駆動する。実際には図２中Ａ線に示す様な検出電流信号
の走査端付近のデータを切り捨てた図２中ａ点からｂ点
の間のデータから傾き情報図２中Ｂ線を得る。そしてそ
のＢ線に示す様な、位置に応じて増加あるいは減少する
信号を次のラインの走査時にＺ方向のＰＺＴの制御信号
に加算する。

【００１８】この制御により、プローブ電極は記録媒体
の傾きに追従するように走査しながら記録又は再生動作
をする。これを交互に繰り返す。即ち第１回目の走査で
傾き検出し、第２回目の走査で上記追従を行なわせなが
ら記録又は再生を行なう、という２段階走査を繰り返
す。傾き情報演算装置は入力をＡ／Ｄ変換しデジタルシ
グナルプロセッサ（ＤＳＰ）で傾き情報を演算し出力時
にＤ／Ａ変換している。

【００１９】次に、再生時における動作を説明する。プ
ローブ電極により検出されたトンネル電流は１０７の電
流アンプにより増幅された後、高域通過フィルターによ
り高域周波数成分すなわちデータ情報成分を抽出し、コ
ンパレータ１１３によりデータ列のエンベロープ信号を
適当に減衰した電圧をスライスレベルとして２値化デー
タを得る。

【００２０】続いて、記録時における動作を用いて説明
する。サンプルホールド制御信号をデータ書込みクロッ
クに同期してホールド状態とし、サンプルホールド回路
１０９を通過するＺ方向の制御信号が記録電圧印加時に
のみ、定値となる様にした状態でパルス発生器１１５よ
り書込みパルスを発生させる。その為記録電圧印加時に
はプローブ電極のＺ方向の移動が停止する。このサンプ
ルホールド回路は再生時にはスルー状態となる。

【００２１】記録再生時にはエッジ検出信号はアップダ
ウンカウンタを強制的にアップカウント動作に切換え
る。さらに、一定カウント値アップカウントした後、再
びダウンカウントに切換える。

【００２２】トラッキング制御部１１６はアップダウン
カウンタ１１７及び、Ｄ／Ａコンバータ１１８を介して
円筒型ＰＺＴアクチュエータ１０６を駆動する。アップ
ダウンカウンタ１１７のアップ入力にはエッジ検出用の
コンパレータ１１３の出力とトラッキング制御部からの
トラック移動ＳＴＡＴＵＳ信号とのＡＮＤ出力をトラキ
ング制御部からのアップ制御信号とのＯＲをとり接続す
る。

【００２３】一方、アップダウンカウンタ１１７のダウ
ン入力にはトラッキング制御部のダウン制御信号を接続
する。アップダウンカウンタのカウント出力はＤ／Ａ変
換器１１８によりアナログ電圧に変換され往復運動が行
なわれる様に円筒型ＰＺＴをΔＸ駆動する。さらに、Ｄ
／Ａ変換器１１８の出力は走査方位制御信号で制御され
る可変抵抗ＶＲ１と抵抗Ｒ１を介してトラッキング制御
部からのウォブリング信号と合成され、円筒型ＰＺＴを
往復運動が行なわれる様にΔＹ駆動する。これによっ
て、例えば図５に示される様な走査が行なわれる。前述
の１回目の傾き検出用走査と２回目の追従走査はこのΔ
Ｘ往復運動中の同じ方向の走査として行なわれる。これ
は往復動の往動で傾き検出をして復動で追従と記録又は
再生を行なう様にしても良い。この場合制御信号に加算
される信号はＢ線とは左右逆になる。

【００２４】トンネル電圧信号はエッジ検出用コンパレ
ータによりスレッショルド電圧ＶＢ１と比較しトンネル
電圧信号がＶＢ１を下回った時をプローブ電極がトラッ
ク溝の凹エッジに接近した時として、プローブ電極がエ
ッジに接近するのを検出する。

【００２５】プローブ電極の走査方位は走査方位制御信
号により可変抵抗ＶＲ１を変化させ円筒型ＰＺＴアクチ
ュエータ１０６のΔＸ／ΔＹの駆動比を変えて行う。ま
た適正走査方位の検出は、ウォブリング電圧をΔＹ駆動
し、このときのトンネル電圧のエンベロープ信号をモニ
ターして判断する。

【００２６】本実施例の様に記録、再生の為の走査中に
傾き検出を行なう事で、走査領域中の部分的な傾きにも
充分に対応できるという効果がある。

【００２７】（実施例２）構成は実施例１と同一で、プ
ローブ電極と記録媒体表面との距離の制御時に図３中Ａ
線に示す様な検出電流信号の走査端付近のデータと信号
の記録再生領域の再生信号とを切り捨てた図３中ａ点か
らｂ点及びｃ点からｄ点の間のデータから、傾き情報図
３中Ｂ線を得て次のラインの走査時に出力する。

【００２８】本実施例の傾き補正方法を用いると、記録
操作時に表面形状の変化を起こさない記録層、たとえば
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
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
いた場合に、媒体上の記録信号による傾き補正量への誤
差をなくすることができる。また、再生信号のＤＣ成分
の選択の自由度が上がるため記録情報の変調方式がＮＲ
Ｚ方式等に制限されないので、装置の応用範囲を広げる
ことが可能となった。

【００２９】又この実施例では、前の走査によって得ら
れた傾き情報に基づく追従走査をｂ、ｃ間で行ない、次
の走査の為の傾き情報検出をａ、ｂ間、ｃ、ｄ間で行な
うという様に同一走査中で傾き検出走査と追従走査が行
なえる。

【００３０】

【発明の効果】以上述べたように本発明の情報処理装置
によれば、記録再生領域全般にわたって精度の高いプロ
ーブ記録媒体間距離制御が行えるため、記録時の誤りが
少なく、Ｓ／Ｎがよく走査速度の高い情報処理装置を実
現することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による情報処理装置の実施例の構成図で
ある。

【図２】実施例１における情報処理装置の傾き補正方法
の説明図である。

【図３】実施例２における情報処理装置の傾き補正方法
の説明図である。

【図４】従来のプローブ電極と記録媒体の距離制御に用
いていた回路系のブロック図である。

【図５】従来例におけるエリア走査の説明図である。

【図６】従来例におけるＸ軸走査信号波形である。

【図７】従来例における走査時の記録媒体傾き情報であ
る。

【符号の説明】

１０１ ステージ １０２ 記録媒体の下部電極 １０３ 記録層 １０４ トラック溝 １０５ プローブ電極 １０６ 円筒型ピエゾアクチュエータ １０７ 電流アンプ １０８ コンパレータ １０９ サンプルホールド回路 １１０ 高域通過フィルタ １１１ 傾き情報演算装置 １１２ 誤差増幅器 １１３ データ検出用コンパレータ １１４ データ変復調部 １１５ データ書き込み用パルス発生器 １１６ トラッキング制御部 １１７ アップダウンカウンタ １１８ Ｄ／Ａコンバータ １１９ ステージ制御部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 紫藤 俊一 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内 (72)発明者 畑中 勝則 東京都大田区下丸子３丁目30番２号 キヤ ノン株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 記録媒体とプローブを相対的に移動する
   移動手段及び該移動を制御する制御手段とを少なくとも
   有する情報処理装置において、 プローブと記録媒体の間隔を制御する制御手段のサンプ
   ルタイミングが、プローブと記録媒体との間における記
   録媒体面方向の相対走査手段の制御と同期制御され、か
   つ該走査に対応した所定期間のみの信号情報から記録媒
   体の傾き情報を算出する演算回路を有することを特徴と
   する情報処理装置。