JPH0518741A - 微小変位型情報検知探針素子及びこれを用いた走査型トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、情報処理装置 - Google Patents
微小変位型情報検知探針素子及びこれを用いた走査型トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、情報処理装置Info
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- JPH0518741A JPH0518741A JP3159852A JP15985291A JPH0518741A JP H0518741 A JPH0518741 A JP H0518741A JP 3159852 A JP3159852 A JP 3159852A JP 15985291 A JP15985291 A JP 15985291A JP H0518741 A JPH0518741 A JP H0518741A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 トンネル電流等を用いて情報の記録，再生等
を行うにあたり、記録媒体や基板のμｍオーダのうねり
等及びｎｍオーダの周期的表面凹凸等の全てに対応して
追従することが可能な微小変位型情報検知探針素子を提
供することにある。 【構成】 基板上に積層した絶縁層を延長して１段目の
片持ばり７０１を形成し、該１段目の片持ばり上に、電
極部材間に圧電材料を挟持した層構造７０８〜７１０を
設け、該層構造を有した片持ばりの先端から延長上に、
さらに２段目の片持ばり７０２を形成すると共に該２段
目の片持ばりの自由端部に情報検知探針７０３を形成
し、前記層構造の電極間に電圧を印加することで生じる
逆圧電効果を利用して、前記１段目の片持ばり７０１を
変位させる構成とした微小変位型情報検知探針素子、を
特徴とする。
を行うにあたり、記録媒体や基板のμｍオーダのうねり
等及びｎｍオーダの周期的表面凹凸等の全てに対応して
追従することが可能な微小変位型情報検知探針素子を提
供することにある。 【構成】 基板上に積層した絶縁層を延長して１段目の
片持ばり７０１を形成し、該１段目の片持ばり上に、電
極部材間に圧電材料を挟持した層構造７０８〜７１０を
設け、該層構造を有した片持ばりの先端から延長上に、
さらに２段目の片持ばり７０２を形成すると共に該２段
目の片持ばりの自由端部に情報検知探針７０３を形成
し、前記層構造の電極間に電圧を印加することで生じる
逆圧電効果を利用して、前記１段目の片持ばり７０１を
変位させる構成とした微小変位型情報検知探針素子、を
特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、走査型トンネル顕微鏡
等の探針の位置決めに逆圧電効果を利用した微小変位型
情報検知探針素子及びかかる素子を搭載した走査型トン
ネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、情報処理装置に関する。
等の探針の位置決めに逆圧電効果を利用した微小変位型
情報検知探針素子及びかかる素子を搭載した走査型トン
ネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、情報処理装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、記録装置に於けるデータの記録容
量は益々大きくなる傾向がある。このような傾向におい
ては記録単位の大きさが益々小さくなり、その密度がさ
らに高くなることが必須要件となる。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。
量は益々大きくなる傾向がある。このような傾向におい
ては記録単位の大きさが益々小さくなり、その密度がさ
らに高くなることが必須要件となる。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。
【０００３】一方、最近物質表面及び表面近傍の電子構
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 ｅｔａ
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
を媒体に与えることなく、低電力で観測できる利点をも
有し、さらには超高真空中のみならず、大気中、あるい
は溶液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。
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 ｅｔａ
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
を媒体に与えることなく、低電力で観測できる利点をも
有し、さらには超高真空中のみならず、大気中、あるい
は溶液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】かかるＳＴＭは、金属の探針（プローブ電
極）と導電性物質の間に電圧を加えて１ｎｍ（１０Å）
程度の距離まで近づけると両者の間に電流が流れること
を利用している。この電流は両者の距離変化に非常に敏
感であり、電流もしくは両者の平均的な距離を一定に保
つように探針を走査することにより実空間の表面情報を
得ることができる。この際、面内方向の分解能は１Å以
上である。
極）と導電性物質の間に電圧を加えて１ｎｍ（１０Å）
程度の距離まで近づけると両者の間に電流が流れること
を利用している。この電流は両者の距離変化に非常に敏
感であり、電流もしくは両者の平均的な距離を一定に保
つように探針を走査することにより実空間の表面情報を
得ることができる。この際、面内方向の分解能は１Å以
上である。
【０００５】このＳＴＭの原理を応用し、記録媒体とし
て電圧電流のスイッチング特性に対してメモリー効果を
もつ材料、例えば、π電子系有機化合物やカルコゲン化
物類の薄膜層等を用いれば記録単位が０．００１μｍ2
以下の情報記録が可能である。
て電圧電流のスイッチング特性に対してメモリー効果を
もつ材料、例えば、π電子系有機化合物やカルコゲン化
物類の薄膜層等を用いれば記録単位が０．００１μｍ2
以下の情報記録が可能である。
【０００６】また、原子間力顕微鏡（以下ＡＦＭと略
す）は、試料表面に対して１ナノメートル以下の距離ま
で接近させた探針を支持するカンチレバー（弾性体）
が、試料−探針間に働く力を受けてたわむ量から、逆に
力を検出し、この力を一定にするように試料−探針間の
距離を制御しながら試料表面を走査することにより、表
面の３次元形状をナノメートル以下の分解能で観察する
ものである［Ｂｉｎｎｉｇｅｔ．ａｌ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅ
ｖ．Ｌｅｔｔ．５６，９３０（１９８６）］。かかるＡ
ＦＭでは、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）のように試
料が導電性を有する必要がなく、絶縁性試料、特に半導
体レジスト面や生体高分子などを原子・分子オーダーで
観察可能であるため、広い応用が期待されている。
す）は、試料表面に対して１ナノメートル以下の距離ま
で接近させた探針を支持するカンチレバー（弾性体）
が、試料−探針間に働く力を受けてたわむ量から、逆に
力を検出し、この力を一定にするように試料−探針間の
距離を制御しながら試料表面を走査することにより、表
面の３次元形状をナノメートル以下の分解能で観察する
ものである［Ｂｉｎｎｉｇｅｔ．ａｌ，Ｐｈｙｓ．Ｒｅ
ｖ．Ｌｅｔｔ．５６，９３０（１９８６）］。かかるＡ
ＦＭでは、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）のように試
料が導電性を有する必要がなく、絶縁性試料、特に半導
体レジスト面や生体高分子などを原子・分子オーダーで
観察可能であるため、広い応用が期待されている。
【０００７】また、上記記録媒体を用いて高密度の記録
再生を行うために、多くの装置が提案されている。例え
ば、特開昭６２−２８１１３８号公報に示されている装
置では、変換器と、情報の記録・再生を行う探針と、記
録媒体と探針間距離を調整する探針駆動機構を、シリコ
ンチップ上にフォトリソグラフィー技術を用いて一体で
形成し、記録ヘッドの集積化を行っている。
再生を行うために、多くの装置が提案されている。例え
ば、特開昭６２−２８１１３８号公報に示されている装
置では、変換器と、情報の記録・再生を行う探針と、記
録媒体と探針間距離を調整する探針駆動機構を、シリコ
ンチップ上にフォトリソグラフィー技術を用いて一体で
形成し、記録ヘッドの集積化を行っている。
【０００８】このように、集積化された記録ヘッドを高
密度の記録再生装置に設置する場合、記録ヘッド１つの
占有する記録面積がμｍオーダであるため、記録ヘッド
を数１００〜数１０００個用意し、さらに、記録媒体と
複数の記録ヘッド間においてｍｍオーダの相対的移動を
行える形態にして、記録容量或いは記録スピードを上げ
ることが必要となっている。
密度の記録再生装置に設置する場合、記録ヘッド１つの
占有する記録面積がμｍオーダであるため、記録ヘッド
を数１００〜数１０００個用意し、さらに、記録媒体と
複数の記録ヘッド間においてｍｍオーダの相対的移動を
行える形態にして、記録容量或いは記録スピードを上げ
ることが必要となっている。
【０００９】しかしながら、上記のように数１００〜数
１０００個を有する記録ヘッドを用意し、記録媒体に近
傍させ、かつ記録媒体と記録ヘッドを相対的にｍｍの移
動を行う場合、以下の問題点が生じる。 １）記録媒体と記録ヘッド先端に設置されている記録探
針との距離は、数ｎｍという非常に近接した状態にあ
る。この状態で、記録ヘッドが記録媒体に追従するため
には、記録ヘッドの変位量が１μｍ程度であることか
ら、記録媒体や基板のうねり、或いは傾きを１μｍ程度
以内におさえなければならない。 ２）記録媒体や基板は数μｍ周期の大きなうねり以外
に、記録ビットや基板の作製時にできたｎｍ周期の凹凸
をも有している。この記録媒体と記録ヘッドを相対的に
数ｍｍ移動させる場合、記録ヘッドはｎｍ周期の凹凸と
μｍ周期のうねりの両方に追従することが必要となる。
従って、μｍ周期のうねりに追従できる状態でｎｍ周期
の凹凸に追従しようとすると、共振周波数との関係上装
置速度を上げることが困難である。
１０００個を有する記録ヘッドを用意し、記録媒体に近
傍させ、かつ記録媒体と記録ヘッドを相対的にｍｍの移
動を行う場合、以下の問題点が生じる。 １）記録媒体と記録ヘッド先端に設置されている記録探
針との距離は、数ｎｍという非常に近接した状態にあ
る。この状態で、記録ヘッドが記録媒体に追従するため
には、記録ヘッドの変位量が１μｍ程度であることか
ら、記録媒体や基板のうねり、或いは傾きを１μｍ程度
以内におさえなければならない。 ２）記録媒体や基板は数μｍ周期の大きなうねり以外
に、記録ビットや基板の作製時にできたｎｍ周期の凹凸
をも有している。この記録媒体と記録ヘッドを相対的に
数ｍｍ移動させる場合、記録ヘッドはｎｍ周期の凹凸と
μｍ周期のうねりの両方に追従することが必要となる。
従って、μｍ周期のうねりに追従できる状態でｎｍ周期
の凹凸に追従しようとすると、共振周波数との関係上装
置速度を上げることが困難である。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】すなわち、本発明の目
的とするところは、 １）記録媒体や基板のμｍオーダのうねり等及びｎｍオ
ーダの周期的表面凹凸等の全てに対応して追従すること
が可能な微小変位型情報検知探針素子を提供することに
ある。 ２）また、かかる微小変位型情報検知探針素子を用いる
ことで、アクセス速度の向上及び安定化等を可能ならし
めた走査型トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、さらに
は、記録，再生，等を行える情報処理装置を提供するこ
とにある。
的とするところは、 １）記録媒体や基板のμｍオーダのうねり等及びｎｍオ
ーダの周期的表面凹凸等の全てに対応して追従すること
が可能な微小変位型情報検知探針素子を提供することに
ある。 ２）また、かかる微小変位型情報検知探針素子を用いる
ことで、アクセス速度の向上及び安定化等を可能ならし
めた走査型トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、さらに
は、記録，再生，等を行え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】上記目的を達成するため
の本発明は、第１に、基板上に積層した絶縁層を延長し
て１段目の片持ばりを形成し、該１段目の片持ばり上
に、電極部材間に圧電材料を挟持した層構造を設け、該
層構造を有した片持ばり面内又は片持ばり先端から延長
上に、さらに２段目の片持ばりを形成すると共に該２段
目の片持ばりの自由端部に情報検知探針を形成し、前記
層構造の電極間に電圧を印加することで生じる逆圧電効
果を利用して、前記１段目の片持ばりを変位させる構成
とした微小変位型情報検知探針素子、第２に、前記２段
目の片持ばりが、前記層構造を有した１段目の片持ばり
面内にスリットを設けることで形成した逆向きの片持ば
りであって、前記層構造の電極間に電圧を印加すること
で生じる逆圧電効果を利用して、該２段目の片持ばりを
変位させる構成とした前記第１に記載の微小変位型情報
検知探針素子、第３に、前記２段目の片持ばりが、複数
個並列に設けられている前記第１または第２に記載の微
小変位型情報検知探針素子、第４に、基板上に積層した
絶縁層を延長して板状の片持ばりを形成し、該片持ばり
上に、電極部材間に圧電材料を挟持した層構造を設け、
該層構造を有した片持ばり面内にスリットを設けること
で逆向きの片持ばりを形成し、さらに該逆向きの片持ば
り面内に、これと逆向きの片持ばりを形成することを順
次繰返すことで複数個の片持ばりを形成し、該複数個形
成した片持ばりの中で最小片持ばりの自由端部に情報検
知探針を形成し、前記層構造の電極間に電圧を印加する
ことで生じる逆圧電効果を利用して、前記複数の片持ば
りを変位させる構成とした微小変位型情報検知探針素
子、第５に、前記第１〜第４いずれかに記載の微小変位
型情報検知探針素子を備えた走査型トンネル顕微鏡、第
６に、前記第１に記載の微小変位型情報検知探針素子
と、前記２段目の片持ばりのたわみ方向の変位量を検知
する手段とを備えた原子間力顕微鏡、第７に、前記第１
〜第４いずれかに記載の微小変位型情報検知探針素子
と、これに対向して記録媒体を設け、かつ、該素子の探
針と記録媒体間にパルス電圧を掃引して情報を記録する
手段を具備した情報処理装置、第８に、前記第１〜第４
いずれかに記載の微小変位型情報検知探針素子と、これ
に対向して記録媒体を設け、かつ、該記録媒体の情報を
該素子の探針により読み取る再生手段を具備した情報処
理装置、第９に、前記第８に記載の再生手段が、前記２
段目の片持ばりのたわみ方向の変位量を検知する手段を
具備した前記第８に記載の情報処理装置、第１０に、前
記第１〜第４いずれかに記載の微小変位型情報検知探針
素子と、これに対向して記録媒体を設け、かつ、該素子
の探針と記録媒体間にパルス電圧を掃引して情報を記録
する手段を有すると共に、該記録媒体の情報を該素子の
探針により読み取る再生手段を具備した情報処理装置、
第１１に、前記第１０に記載の再生手段が、前記２段目
の片持ばりのたわみ方向の変位量を検知する手段を具備
した前記第１０に記載の情報処理装置、としている点に
ある。
の本発明は、第１に、基板上に積層した絶縁層を延長し
て１段目の片持ばりを形成し、該１段目の片持ばり上
に、電極部材間に圧電材料を挟持した層構造を設け、該
層構造を有した片持ばり面内又は片持ばり先端から延長
上に、さらに２段目の片持ばりを形成すると共に該２段
目の片持ばりの自由端部に情報検知探針を形成し、前記
層構造の電極間に電圧を印加することで生じる逆圧電効
果を利用して、前記１段目の片持ばりを変位させる構成
とした微小変位型情報検知探針素子、第２に、前記２段
目の片持ばりが、前記層構造を有した１段目の片持ばり
面内にスリットを設けることで形成した逆向きの片持ば
りであって、前記層構造の電極間に電圧を印加すること
で生じる逆圧電効果を利用して、該２段目の片持ばりを
変位させる構成とした前記第１に記載の微小変位型情報
検知探針素子、第３に、前記２段目の片持ばりが、複数
個並列に設けられている前記第１または第２に記載の微
小変位型情報検知探針素子、第４に、基板上に積層した
絶縁層を延長して板状の片持ばりを形成し、該片持ばり
上に、電極部材間に圧電材料を挟持した層構造を設け、
該層構造を有した片持ばり面内にスリットを設けること
で逆向きの片持ばりを形成し、さらに該逆向きの片持ば
り面内に、これと逆向きの片持ばりを形成することを順
次繰返すことで複数個の片持ばりを形成し、該複数個形
成した片持ばりの中で最小片持ばりの自由端部に情報検
知探針を形成し、前記層構造の電極間に電圧を印加する
ことで生じる逆圧電効果を利用して、前記複数の片持ば
りを変位させる構成とした微小変位型情報検知探針素
子、第５に、前記第１〜第４いずれかに記載の微小変位
型情報検知探針素子を備えた走査型トンネル顕微鏡、第
６に、前記第１に記載の微小変位型情報検知探針素子
と、前記２段目の片持ばりのたわみ方向の変位量を検知
する手段とを備えた原子間力顕微鏡、第７に、前記第１
〜第４いずれかに記載の微小変位型情報検知探針素子
と、これに対向して記録媒体を設け、かつ、該素子の探
針と記録媒体間にパルス電圧を掃引して情報を記録する
手段を具備した情報処理装置、第８に、前記第１〜第４
いずれかに記載の微小変位型情報検知探針素子と、これ
に対向して記録媒体を設け、かつ、該記録媒体の情報を
該素子の探針により読み取る再生手段を具備した情報処
理装置、第９に、前記第８に記載の再生手段が、前記２
段目の片持ばりのたわみ方向の変位量を検知する手段を
具備した前記第８に記載の情報処理装置、第１０に、前
記第１〜第４いずれかに記載の微小変位型情報検知探針
素子と、これに対向して記録媒体を設け、かつ、該素子
の探針と記録媒体間にパルス電圧を掃引して情報を記録
する手段を有すると共に、該記録媒体の情報を該素子の
探針により読み取る再生手段を具備した情報処理装置、
第１１に、前記第１０に記載の再生手段が、前記２段目
の片持ばりのたわみ方向の変位量を検知する手段を具備
した前記第１０に記載の情報処理装置、としている点に
ある。
【００１２】すなわち、本発明の基本となる構成は、一
端が基板上に固定された板状の片持ばりを形成し、該片
持ばり上に導電性の電極材料と逆圧電効果を生ずる圧電
材料とを交互に積層した構造とし、かつ、この片持ばり
面内あるいは片持ばり先端から延長上に、さらに２段目
の微小な片持ばりを形成し、かつ、この微小な片持ばり
の自由端部に情報検知探針を設けたことにあり、かかる
構成において電極部材間に電圧を印加することで以下の
ような作用が得られる。
端が基板上に固定された板状の片持ばりを形成し、該片
持ばり上に導電性の電極材料と逆圧電効果を生ずる圧電
材料とを交互に積層した構造とし、かつ、この片持ばり
面内あるいは片持ばり先端から延長上に、さらに２段目
の微小な片持ばりを形成し、かつ、この微小な片持ばり
の自由端部に情報検知探針を設けたことにあり、かかる
構成において電極部材間に電圧を印加することで以下の
ような作用が得られる。
【００１３】
【作用】圧電材料に外部から電場Ｅが加えられると、圧
電結晶中に分極Ｐが生じ、その結晶は分極Ｐに比例する
微小な歪みを起こす。通常の誘電体では、分極Ｐは電場
Ｅに比例するので歪みはＥに比例する。
電結晶中に分極Ｐが生じ、その結晶は分極Ｐに比例する
微小な歪みを起こす。通常の誘電体では、分極Ｐは電場
Ｅに比例するので歪みはＥに比例する。
【００１４】かかる性質を利用し、例えば板状に設けた
圧電材に部分的に異ならしめた電場を与えることで、全
体として板状のたわみを起こさせることができるもので
ある。
圧電材に部分的に異ならしめた電場を与えることで、全
体として板状のたわみを起こさせることができるもので
ある。
【００１５】さらに、片持ばりの面内あるいは片持ばり
の先端から延長上に複数段目の片持ばりを形成し、かつ
少なくとも１段目の片持ばりが上記逆圧電効果によるた
わみが得られる構成とすることで、全ての片持ばりにた
わみを生じさせたとき最外部の片持ばりと最内部の片持
ばりとの間に、各々のたわみ量の総和に等しいたわみ量
を得ることができる。
の先端から延長上に複数段目の片持ばりを形成し、かつ
少なくとも１段目の片持ばりが上記逆圧電効果によるた
わみが得られる構成とすることで、全ての片持ばりにた
わみを生じさせたとき最外部の片持ばりと最内部の片持
ばりとの間に、各々のたわみ量の総和に等しいたわみ量
を得ることができる。
【００１６】従って、例えば記録媒体と探針間の距離を
調整するような場合、かかる作用を成す構成を組み込め
ば、記録媒体や基板が有するｎｍオーダの凹凸やμｍオ
ーダのうねりのそれぞれに追従させることが可能とな
る。
調整するような場合、かかる作用を成す構成を組み込め
ば、記録媒体や基板が有するｎｍオーダの凹凸やμｍオ
ーダのうねりのそれぞれに追従させることが可能とな
る。
【００１７】
【実施例】以下、実施例に基づいて本発明を具体的に詳
述する。
述する。
【００１８】（実施例１）図１及び図２は、本発明の第
１の実施例を説明するための構成図と動作模式図であ
る。図１において、１００は基板、１０１は片持ばりを
形成するためのＳｉＯ2やＳｉ3Ｎ4等の絶縁層、１０２
〜１０７，１１２〜１１８は片持ばりを三次元的に駆動
するためのＡｕ，Ａｌ等の材料を用いた電極、１０９，
１１１は電気信号を与えることにより微小変位を行うＰ
ＺＴ，ＺｎＯ，ＡｌＮ等の圧電材料、１２０はトンネル
電流，原子間力，磁気力等の電流や力等を検知するため
の情報検知探針、１１９は逆向きの微小片持ばりを形成
するための屈曲スリットである。
１の実施例を説明するための構成図と動作模式図であ
る。図１において、１００は基板、１０１は片持ばりを
形成するためのＳｉＯ2やＳｉ3Ｎ4等の絶縁層、１０２
〜１０７，１１２〜１１８は片持ばりを三次元的に駆動
するためのＡｕ，Ａｌ等の材料を用いた電極、１０９，
１１１は電気信号を与えることにより微小変位を行うＰ
ＺＴ，ＺｎＯ，ＡｌＮ等の圧電材料、１２０はトンネル
電流，原子間力，磁気力等の電流や力等を検知するため
の情報検知探針、１１９は逆向きの微小片持ばりを形成
するための屈曲スリットである。
【００１９】また、図２において、図２（ａ）は片持ば
り２０１の初期状態図であり、図２（ｂ）は片持ばり２
０１と逆向きの微小片持ばり２０２が逆圧電効果により
変位した時の状態図である。
り２０１の初期状態図であり、図２（ｂ）は片持ばり２
０１と逆向きの微小片持ばり２０２が逆圧電効果により
変位した時の状態図である。
【００２０】以上説明したような構成を有する微小変位
型情報検知探針素子を、図１及び図２を用いてさらに詳
細な説明を行う。
型情報検知探針素子を、図１及び図２を用いてさらに詳
細な説明を行う。
【００２１】先ず、本発明に係る微小変位型情報検知探
針素子の作製工程を以下に示す。厚さ０．５ｍｍのＳｉ
（１００）基板１００上に、ＣＶＤ法によりＳｉ3Ｎ4膜
を０．１５μｍの厚さに成膜して絶縁層１０１を形成し
た。使用した原料ガスはＳｉＨ2Ｃｌ2：ＮＨ3（１：
９）であり、基板温度は８００℃であった。次に、フォ
トリソグラフィー技術とＣＦ4ガスを用いたドライエッ
チングを用いて、Ｓｉ3Ｎ4膜１０２を図１に示すような
所望の片持ばりと、屈曲スリット１１９により形成され
る逆向きの微小片持ばりの形状にパターニングした。続
いて、電極１０２〜１０７の材料として、スパッタ法に
より絶縁層１０１の片持ばり部にＡｕを０．１μｍ成膜
し、フォトリソグラフィー技術を用いて所望の形状にパ
ターニングした。この際のパターニング形状は、図１中
上面に示された電極１１２〜１１７と同一である。尚、
Ｓｉ3Ｎ4とＡｕとの密着性を向上させるためにＣｒを成
膜してもよい。次に、圧電材料１０９として、スパッタ
法により、ＡｌＮを０．３μｍ成膜した。ターゲットに
はＡｌを用い、Ａｒ＋Ｎ2雰囲気でスパッタした。さら
に、フォトリソグラフィーとＡｌ用エッチング液による
ウェットエッチングでパターニングした。その後、上記
工程を繰り返し、圧電材料と電極を交互に形成して、図
１に示すようなＳｉ基板−Ｓｉ3Ｎ4−Ａｕ−ＡｌＮ−Ａ
ｕ−ＡｌＮ−Ａｕのバイモルフ構造を形成した。最後
に、情報検知探針１２０の材料として、蒸着法によりＷ
を円錐形状に堆積した。
針素子の作製工程を以下に示す。厚さ０．５ｍｍのＳｉ
（１００）基板１００上に、ＣＶＤ法によりＳｉ3Ｎ4膜
を０．１５μｍの厚さに成膜して絶縁層１０１を形成し
た。使用した原料ガスはＳｉＨ2Ｃｌ2：ＮＨ3（１：
９）であり、基板温度は８００℃であった。次に、フォ
トリソグラフィー技術とＣＦ4ガスを用いたドライエッ
チングを用いて、Ｓｉ3Ｎ4膜１０２を図１に示すような
所望の片持ばりと、屈曲スリット１１９により形成され
る逆向きの微小片持ばりの形状にパターニングした。続
いて、電極１０２〜１０７の材料として、スパッタ法に
より絶縁層１０１の片持ばり部にＡｕを０．１μｍ成膜
し、フォトリソグラフィー技術を用いて所望の形状にパ
ターニングした。この際のパターニング形状は、図１中
上面に示された電極１１２〜１１７と同一である。尚、
Ｓｉ3Ｎ4とＡｕとの密着性を向上させるためにＣｒを成
膜してもよい。次に、圧電材料１０９として、スパッタ
法により、ＡｌＮを０．３μｍ成膜した。ターゲットに
はＡｌを用い、Ａｒ＋Ｎ2雰囲気でスパッタした。さら
に、フォトリソグラフィーとＡｌ用エッチング液による
ウェットエッチングでパターニングした。その後、上記
工程を繰り返し、圧電材料と電極を交互に形成して、図
１に示すようなＳｉ基板−Ｓｉ3Ｎ4−Ａｕ−ＡｌＮ−Ａ
ｕ−ＡｌＮ−Ａｕのバイモルフ構造を形成した。最後
に、情報検知探針１２０の材料として、蒸着法によりＷ
を円錐形状に堆積した。
【００２２】上記工程により作製した微小変位型情報検
知探針素子の片持ばりの大きさは、幅１５０μｍ，長さ
６００μｍであった。また屈曲スリット１１９の内側に
形成された逆向きの微小片持ばりの大きさは、幅５０μ
ｍ，長さ３００μｍであった。
知探針素子の片持ばりの大きさは、幅１５０μｍ，長さ
６００μｍであった。また屈曲スリット１１９の内側に
形成された逆向きの微小片持ばりの大きさは、幅５０μ
ｍ，長さ３００μｍであった。
【００２３】前述したが、電極のパターンは、１１２，
１１３，１１４，１１５，１１６，１１７の電極と１０
２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７の電極が
各々対応して同一形状であり、中間電極である１１０
は、片持ばり全面に形成されている。
１１３，１１４，１１５，１１６，１１７の電極と１０
２，１０３，１０４，１０５，１０６，１０７の電極が
各々対応して同一形状であり、中間電極である１１０
は、片持ばり全面に形成されている。
【００２４】次に、図１に示した微小変位型情報検知探
針素子の駆動方法を説明する。先ず、ＡｌＮ圧電素子１
０９，１１１に電圧を掃引しない場合は、図２（ａ）の
ような形態である。次に、Ａｕ電極１１０をグランドと
して、１１３，１１７の上部電極にマイナスバイアスを
掃引し、１０３，１０７の下部電極にはプラスバイアス
を掃引し、１０４，１０６の下部電極にはマイナスバイ
アスを掃引し、１１４，１１６の上部電極にはプラスバ
イアスを掃引し、１０２，１０５の下部電極にはプラス
バイアスを掃引し、１１２，１１５の上部電極にはマイ
ナスバイアスを掃引する。これにより生じる逆圧電効果
を利用してＡｌＮ圧電素子１０９，１１１を伸縮させる
ことにより、図２（ｂ）に示すようなたわみ変位を得る
ことができる。
針素子の駆動方法を説明する。先ず、ＡｌＮ圧電素子１
０９，１１１に電圧を掃引しない場合は、図２（ａ）の
ような形態である。次に、Ａｕ電極１１０をグランドと
して、１１３，１１７の上部電極にマイナスバイアスを
掃引し、１０３，１０７の下部電極にはプラスバイアス
を掃引し、１０４，１０６の下部電極にはマイナスバイ
アスを掃引し、１１４，１１６の上部電極にはプラスバ
イアスを掃引し、１０２，１０５の下部電極にはプラス
バイアスを掃引し、１１２，１１５の上部電極にはマイ
ナスバイアスを掃引する。これにより生じる逆圧電効果
を利用してＡｌＮ圧電素子１０９，１１１を伸縮させる
ことにより、図２（ｂ）に示すようなたわみ変位を得る
ことができる。
【００２５】従って、本発明の微小変位型情報検知探針
素子を使用すれば、寸法が従来の片持ばりと同一であっ
ても、従来に比べ１．５倍〜２倍程度の変位量を得るこ
とが可能となった。尚、本実施例で示した屈曲スリット
１１９の大きさ及び形状は本実施例に限定する必要はな
く、様々な形状を持つことが可能である。例えば、屈曲
スリットの形状は山状の形状でもよい。
素子を使用すれば、寸法が従来の片持ばりと同一であっ
ても、従来に比べ１．５倍〜２倍程度の変位量を得るこ
とが可能となった。尚、本実施例で示した屈曲スリット
１１９の大きさ及び形状は本実施例に限定する必要はな
く、様々な形状を持つことが可能である。例えば、屈曲
スリットの形状は山状の形状でもよい。
【００２６】（実施例２）図３及び図４に、第２の実施
例を示す。図３中、１００は基板、１０１は絶縁層、３
０１は片持ばり、３０２，３０３は屈曲スリット、３０
４は第１の逆向き微小片持ばり、３０５は第１の逆向き
微小片持ばり３０４の内側に形成した第２の微小片持ば
りである。
例を示す。図３中、１００は基板、１０１は絶縁層、３
０１は片持ばり、３０２，３０３は屈曲スリット、３０
４は第１の逆向き微小片持ばり、３０５は第１の逆向き
微小片持ばり３０４の内側に形成した第２の微小片持ば
りである。
【００２７】尚、図３には不図示であるが、図１の膜構
造と同様の絶縁材料，圧電材料，電極材料が、Ｓｉ基板
１００上にＳｉ3Ｎ4−Ａｕ−ＡｌＮ−Ａｕ−ＡｌＮ−Ａ
ｕのバイモルフ構造として形成されている。図４は、図
３の変位前後の状態模式図である。
造と同様の絶縁材料，圧電材料，電極材料が、Ｓｉ基板
１００上にＳｉ3Ｎ4−Ａｕ−ＡｌＮ−Ａｕ−ＡｌＮ−Ａ
ｕのバイモルフ構造として形成されている。図４は、図
３の変位前後の状態模式図である。
【００２８】図３に不図示のＡｕ電極に、実施例１に記
載の駆動方法と同様の方法でバイアス電圧を与え、不図
示のＡｌＮ圧電材料を変位させ、３０１，３０４，３０
５の片持ばりをたわませる。その結果、図４（ｂ）に示
すように、従来の片持ばりと同一寸法をもつ本発明の素
子を使用し、２〜３倍の変位量を得ることができた。
載の駆動方法と同様の方法でバイアス電圧を与え、不図
示のＡｌＮ圧電材料を変位させ、３０１，３０４，３０
５の片持ばりをたわませる。その結果、図４（ｂ）に示
すように、従来の片持ばりと同一寸法をもつ本発明の素
子を使用し、２〜３倍の変位量を得ることができた。
【００２９】上述のように、片持ばりを多段に構成した
ことにより、変位量を実施例１よりもさらに大きくとる
ことができた。
ことにより、変位量を実施例１よりもさらに大きくとる
ことができた。
【００３０】（実施例３）図５に、第３の実施例を示
す。
す。
【００３１】図５中、１００は基板、１０１は絶縁層、
５０１は片持ばり、５０２は片持ばり５０１上に並列に
スリット５０３を２個設けて形成した逆向きの微小片持
ばりである。また、１２０は情報検知探針である。この
構成にすることにより、情報検知探針を持つ微小片持ば
りのどちらか一方を予備の片持ばりとして待機させてお
くことが可能となり、片方が何んらかの影響で破損して
も、すぐに復元できることが可能となった。
５０１は片持ばり、５０２は片持ばり５０１上に並列に
スリット５０３を２個設けて形成した逆向きの微小片持
ばりである。また、１２０は情報検知探針である。この
構成にすることにより、情報検知探針を持つ微小片持ば
りのどちらか一方を予備の片持ばりとして待機させてお
くことが可能となり、片方が何んらかの影響で破損して
も、すぐに復元できることが可能となった。
【００３２】尚、本実施例では、並列スリットを２系統
としたが、何んら２つに限る必要はなく、多数配置させ
てもよい。
としたが、何んら２つに限る必要はなく、多数配置させ
てもよい。
【００３３】（実施例４）図６に、第４の実施例を示
す。
す。
【００３４】ここでは、本発明の微小変位型情報検知探
針素子を記録・再生が可能な情報処理装置に搭載した場
合の実施例を示す。図６中、６００は情報を記録再生す
るための探針、６０１は片持ばり、６０２は片持ばり６
０１上に設けられた微小片持ばり、６０３は電圧−電流
のスイッチング特性に対してメモリ効果をもつスクアリ
リウム−ビス−６−オクチルアズレンをグラファイト基
板上にＬＢ法を用いて８層累積した記録層、６０４は電
極、６０５は基板、６０６はＸＹステージ、６０７は基
板、６０８は縦方向（Ｚ軸方向）位置制御手段、６０９
は探針６００と記録層６０３間に流れるトンネル電流を
電圧に変換する電流電圧変換回路、６１０は対数変換
器、６１１は比較器、６１２はある特定の周波数成分だ
けの信号を取り出すバンドパスフィルター、６１３は増
幅器、６１４は決められた低い周波数の信号を取り出す
ローパスフィルター、６１５は増幅器、６１６は片持ば
り６０１及び微小片持ばり６０２を三次元に駆動するた
めの三次元走査回路、６１７は縦方向位置制御手段６０
８を駆動するための駆動回路、６１８は記録層６０３に
情報を記録再生するためのパルス電源、６１９はＸＹス
テージ６０６を駆動するための大粗動回路である。
針素子を記録・再生が可能な情報処理装置に搭載した場
合の実施例を示す。図６中、６００は情報を記録再生す
るための探針、６０１は片持ばり、６０２は片持ばり６
０１上に設けられた微小片持ばり、６０３は電圧−電流
のスイッチング特性に対してメモリ効果をもつスクアリ
リウム−ビス−６−オクチルアズレンをグラファイト基
板上にＬＢ法を用いて８層累積した記録層、６０４は電
極、６０５は基板、６０６はＸＹステージ、６０７は基
板、６０８は縦方向（Ｚ軸方向）位置制御手段、６０９
は探針６００と記録層６０３間に流れるトンネル電流を
電圧に変換する電流電圧変換回路、６１０は対数変換
器、６１１は比較器、６１２はある特定の周波数成分だ
けの信号を取り出すバンドパスフィルター、６１３は増
幅器、６１４は決められた低い周波数の信号を取り出す
ローパスフィルター、６１５は増幅器、６１６は片持ば
り６０１及び微小片持ばり６０２を三次元に駆動するた
めの三次元走査回路、６１７は縦方向位置制御手段６０
８を駆動するための駆動回路、６１８は記録層６０３に
情報を記録再生するためのパルス電源、６１９はＸＹス
テージ６０６を駆動するための大粗動回路である。
【００３５】次に、上述の素子及び媒体の構成で、高密
度の記録再生装置を大気中にて動作させる。探針６００
と記録層６０３との間の距離が、数ｎｍ（ナノメート
ル）の一定状態になるように制御するために、電流電圧
変換回路６０９，対数変換回路６１０，比較器６１１，
バンドパスフィルター６１２，ローパスフィルター６１
４，増幅器６１３，６１５を通じた電気的フィードバッ
ク信号を、片持ばり６０１及び微小片持ばり６０２に与
える。探針６００と記録層６０３との間の位置検知手段
としては、トンネル電流を利用した。以上の状態で、記
録・再生が行える状態となる。記録は、三次元走査回路
６１６と、ＸＹステージ６０６，大粗動回路６１９を用
いて任意の場所に移動させ、パルス電源６１８を用いて
探針６００と記録層６０３との間に電気メモリ効果を生
じる閾値電圧である１．５Ｖを越える２Ｖ，パルス幅１
μｓｅｃの電圧を印加した。その結果、電気的にオン状
態（電流がオフ状態に比べて３ケタ以上多く流れる状
態）を記録層６０３に書き込むことができた。この記録
位置を再びトレースし、オン状態を再生することが可能
であった。
度の記録再生装置を大気中にて動作させる。探針６００
と記録層６０３との間の距離が、数ｎｍ（ナノメート
ル）の一定状態になるように制御するために、電流電圧
変換回路６０９，対数変換回路６１０，比較器６１１，
バンドパスフィルター６１２，ローパスフィルター６１
４，増幅器６１３，６１５を通じた電気的フィードバッ
ク信号を、片持ばり６０１及び微小片持ばり６０２に与
える。探針６００と記録層６０３との間の位置検知手段
としては、トンネル電流を利用した。以上の状態で、記
録・再生が行える状態となる。記録は、三次元走査回路
６１６と、ＸＹステージ６０６，大粗動回路６１９を用
いて任意の場所に移動させ、パルス電源６１８を用いて
探針６００と記録層６０３との間に電気メモリ効果を生
じる閾値電圧である１．５Ｖを越える２Ｖ，パルス幅１
μｓｅｃの電圧を印加した。その結果、電気的にオン状
態（電流がオフ状態に比べて３ケタ以上多く流れる状
態）を記録層６０３に書き込むことができた。この記録
位置を再びトレースし、オン状態を再生することが可能
であった。
【００３６】尚、上記実施例においては、スクアリリウ
ム−ビス−６−オクチルアズレンをグラファイト基板上
にＬＢ法を用いて８層累積したものを記録媒体として用
いた例を示したが、記録媒体（記録層）の材料としては
書き込み、消去のできるものであれば何でもよく、ま
た、媒体の作製方法についても、何んらこれらに限定す
る必要はない。
ム−ビス−６−オクチルアズレンをグラファイト基板上
にＬＢ法を用いて８層累積したものを記録媒体として用
いた例を示したが、記録媒体（記録層）の材料としては
書き込み、消去のできるものであれば何でもよく、ま
た、媒体の作製方法についても、何んらこれらに限定す
る必要はない。
【００３７】上記記録，再生を行う際に、ＸＹステージ
をｍｍオーダで動かすわけだが、かかる場合には、探針
６００が記録層６０３，電極６０４，基板６０５各々固
有の凹凸やうねりにより接触する可能性があるので、片
持ばり６０１或いは微小片持ばり６０２に電気的フィー
ドバック信号を送り、接触を回避させなければならな
い。
をｍｍオーダで動かすわけだが、かかる場合には、探針
６００が記録層６０３，電極６０４，基板６０５各々固
有の凹凸やうねりにより接触する可能性があるので、片
持ばり６０１或いは微小片持ばり６０２に電気的フィー
ドバック信号を送り、接触を回避させなければならな
い。
【００３８】このときの電気的フィードバック信号は、
基板６０５の有する数１０Ｈｚ周期の大きなうねりと、
電極６０４の有する数１００Ｈｚの凹凸とに追従するよ
うに、比較器６１１からの信号を２つに分岐させ、数１
０Ｈｚ周期の信号はローパスフィルター６１４を通して
片持ばり８０１に、数１００Ｈｚ周期の信号はバンドパ
スフィルター６１２を通して微小片持ばり６０２に送ら
れる。
基板６０５の有する数１０Ｈｚ周期の大きなうねりと、
電極６０４の有する数１００Ｈｚの凹凸とに追従するよ
うに、比較器６１１からの信号を２つに分岐させ、数１
０Ｈｚ周期の信号はローパスフィルター６１４を通して
片持ばり８０１に、数１００Ｈｚ周期の信号はバンドパ
スフィルター６１２を通して微小片持ばり６０２に送ら
れる。
【００３９】このように、信号を分離し片持ばり６０１
と微小片持ばり６０２を独立に動作させることにより、
高速の走査が可能になり、本実施例の情報処理装置のア
クセス速度を向上させることができた。
と微小片持ばり６０２を独立に動作させることにより、
高速の走査が可能になり、本実施例の情報処理装置のア
クセス速度を向上させることができた。
【００４０】以上述べた実施例１〜４について共通する
ことだが、絶縁層１０１を形成するＳｉ3Ｎ4，圧電材料
であるＡｌＮ，電極材料であるＡｕはそれぞれ異なった
線膨張率やヤング率等を有するため、これらが層構造を
成して片持ばりが形成される場合、温度変化によって片
持ばりのたわみを生ずる場合がある。従って、かかる熱
膨張あるいは収縮をも考慮した上で探針が適正な位置に
くるように、片持ばり及び微小片持ばりの寸法（長さ
等）を適宜選定することが好ましい。
ことだが、絶縁層１０１を形成するＳｉ3Ｎ4，圧電材料
であるＡｌＮ，電極材料であるＡｕはそれぞれ異なった
線膨張率やヤング率等を有するため、これらが層構造を
成して片持ばりが形成される場合、温度変化によって片
持ばりのたわみを生ずる場合がある。従って、かかる熱
膨張あるいは収縮をも考慮した上で探針が適正な位置に
くるように、片持ばり及び微小片持ばりの寸法（長さ
等）を適宜選定することが好ましい。
【００４１】（実施例５）図７及び図８に第５の実施例
を示す。本実施例において、微小変位型情報検知素子は
アクチュエーター付片持ばり部分７０１と微小片持ばり
部分７０２の２段構成になっており、微小片持ばり部分
７０２の先端には記録信号印加および再生信号検出のた
めの探針７０３が取り付けられている。この微小変位型
情報検知探針素子の詳細は図７（ｂ）に示すとおり、Ｓ
ｉ基板７０４の上に設けた２段片持ばりを構成するＳｉ
3Ｎ4層７０５上に、探針７０３に記録信号印加のための
Ａｕ配線７０６が設けられ、さらにその上層に、絶縁層
としてのＳｉ3Ｎ4層７０７、ユニモルフ素子アクチュエ
ーターを構成するＡｕ層７０８、ＺｎＯ層７０９、Ａｕ
層７１０の３層からなる１段目の片持ばりを構成する部
分が設けられている。
を示す。本実施例において、微小変位型情報検知素子は
アクチュエーター付片持ばり部分７０１と微小片持ばり
部分７０２の２段構成になっており、微小片持ばり部分
７０２の先端には記録信号印加および再生信号検出のた
めの探針７０３が取り付けられている。この微小変位型
情報検知探針素子の詳細は図７（ｂ）に示すとおり、Ｓ
ｉ基板７０４の上に設けた２段片持ばりを構成するＳｉ
3Ｎ4層７０５上に、探針７０３に記録信号印加のための
Ａｕ配線７０６が設けられ、さらにその上層に、絶縁層
としてのＳｉ3Ｎ4層７０７、ユニモルフ素子アクチュエ
ーターを構成するＡｕ層７０８、ＺｎＯ層７０９、Ａｕ
層７１０の３層からなる１段目の片持ばりを構成する部
分が設けられている。
【００４２】このような素子の作製工程については、実
施例１に述べた方法とほぼ同様であり、Ｓｉ（１００）
基板上にＣＶＤ法によりＳｉ3Ｎ4を０．５μｍの膜厚に
成膜後、上部にスパッタ法によりＡｕ配線を０．１μｍ
の膜厚に成膜する。ここで、フォトリソグラフィー工程
により２段目片持ばりの形状にパターニング後、１段目
の片持ばりの部分に再びＣＶＤ法によりＳｉ3Ｎ4層を
０．１μｍ成膜し、パターニングを繰り返しながらスパ
ッタ法によりＡｕ層０．１μｍ，ＺｎＯ層０．３μｍ，
Ａｕ層０．１μｍを成膜する。そして、２段目の片持ば
り部分の先端に電子ビームデポジション法により、炭素
等の導電性材料を蒸着して探針を作製し、最後に基板裏
面からＫＯＨによる異方性エッチングにより片持ばりを
形成する。
施例１に述べた方法とほぼ同様であり、Ｓｉ（１００）
基板上にＣＶＤ法によりＳｉ3Ｎ4を０．５μｍの膜厚に
成膜後、上部にスパッタ法によりＡｕ配線を０．１μｍ
の膜厚に成膜する。ここで、フォトリソグラフィー工程
により２段目片持ばりの形状にパターニング後、１段目
の片持ばりの部分に再びＣＶＤ法によりＳｉ3Ｎ4層を
０．１μｍ成膜し、パターニングを繰り返しながらスパ
ッタ法によりＡｕ層０．１μｍ，ＺｎＯ層０．３μｍ，
Ａｕ層０．１μｍを成膜する。そして、２段目の片持ば
り部分の先端に電子ビームデポジション法により、炭素
等の導電性材料を蒸着して探針を作製し、最後に基板裏
面からＫＯＨによる異方性エッチングにより片持ばりを
形成する。
【００４３】上記工程により作製した微小変位型情報検
知探針素子の片持ばりの大きさは、アクチュエーター付
片持ばり部分が幅１５０μｍ，長さ６００μｍの矩形
型、微小片持ばり部分が幅２０μｍ，長さ１００μｍの
Ｖ字型であった。
知探針素子の片持ばりの大きさは、アクチュエーター付
片持ばり部分が幅１５０μｍ，長さ６００μｍの矩形
型、微小片持ばり部分が幅２０μｍ，長さ１００μｍの
Ｖ字型であった。
【００４４】次に、図８を用いて、本実施例の微小変位
型情報検知探針素子を記録・再生を行える情報処理装置
に応用した例について説明する。記録媒体基板８０１に
対して先端を１ナノメートル以下の距離にまで探針８０
２を接近させ、相対的に横方向に走査する。ここで、レ
ーザー８０３からの光ビームを探針８０２を支持する微
小片持ばり部分８０４先端の裏面に照射し、その反射光
ビームスポット位置を２分割センサ８０５によって検知
しておく。記録媒体基板８０１と探針８０２との間に働
く原子間力の大きさに変化が生じると、微小片持ばり部
分のたわみ量に変化が生じ、反射光ビームの角度変化を
伴うため２分割センサ８０５上のビームスポット位置に
変化が生じる。そこで、このビームスポット位置が一定
になるように、すなわち、記録媒体基板８０１と探針８
０２との間に働く原子間力の大きさが一定になるよう
に、アクチュエーター付片持ばり部分８０６のたわみ変
位量を制御する。この制御信号の大きさから、原子間力
の大きさが一定になるよう探針８０２が上下する制御
量、すなわち記録媒体基板８０１表面の形状を検知する
ことができる。このとき、アクチュエーター付片持ばり
部分８０６のたわみ変位に対する共振周波数は１ｋＨｚ
程度であるが、微小片持ばり部分８０４のたわみに対す
る共振周波数は５０ｋＨｚ程度となるので、探針８０２
が記録媒体基板８０１表面のミクロンオーダーの大きな
うねり，傾き８０７に対しては、アクチュエーター付片
持ばり部分８０６のたわみ変位により、ナノメートルオ
ーダーの記録ビット８０８，基板の凹凸８０９に対して
は、微小片持ばり部分８０４のたわみにより、基板表面
を走査させることができる。このように、アクチュエー
ター付片持ばり部分８０６，微小片持ばり部分８０４を
独立に動作させることにより、高速の走査が可能にな
り、本実施例の情報処理装置のアクセス速度を向上させ
ることができた。
型情報検知探針素子を記録・再生を行える情報処理装置
に応用した例について説明する。記録媒体基板８０１に
対して先端を１ナノメートル以下の距離にまで探針８０
２を接近させ、相対的に横方向に走査する。ここで、レ
ーザー８０３からの光ビームを探針８０２を支持する微
小片持ばり部分８０４先端の裏面に照射し、その反射光
ビームスポット位置を２分割センサ８０５によって検知
しておく。記録媒体基板８０１と探針８０２との間に働
く原子間力の大きさに変化が生じると、微小片持ばり部
分のたわみ量に変化が生じ、反射光ビームの角度変化を
伴うため２分割センサ８０５上のビームスポット位置に
変化が生じる。そこで、このビームスポット位置が一定
になるように、すなわち、記録媒体基板８０１と探針８
０２との間に働く原子間力の大きさが一定になるよう
に、アクチュエーター付片持ばり部分８０６のたわみ変
位量を制御する。この制御信号の大きさから、原子間力
の大きさが一定になるよう探針８０２が上下する制御
量、すなわち記録媒体基板８０１表面の形状を検知する
ことができる。このとき、アクチュエーター付片持ばり
部分８０６のたわみ変位に対する共振周波数は１ｋＨｚ
程度であるが、微小片持ばり部分８０４のたわみに対す
る共振周波数は５０ｋＨｚ程度となるので、探針８０２
が記録媒体基板８０１表面のミクロンオーダーの大きな
うねり，傾き８０７に対しては、アクチュエーター付片
持ばり部分８０６のたわみ変位により、ナノメートルオ
ーダーの記録ビット８０８，基板の凹凸８０９に対して
は、微小片持ばり部分８０４のたわみにより、基板表面
を走査させることができる。このように、アクチュエー
ター付片持ばり部分８０６，微小片持ばり部分８０４を
独立に動作させることにより、高速の走査が可能にな
り、本実施例の情報処理装置のアクセス速度を向上させ
ることができた。
【００４５】ここで、記録再生の方法について説明す
る。記録媒体基板８０１として例えば、マイカ上でエピ
タキシャル成長させたＡｕ（１１１）面等導電性を有
し、かつ広範囲にわたってサブナノメートルオーダーで
平坦なものを用いる。上述のように探針を基板に接近さ
せ、その間に５Ｖ，１００μｓのパルス電圧を印加する
ことにより、１０ｎｍ程度の径を有する凸形状のビット
を形成することができる。記録法としては、ここに挙げ
た例以外に、記録媒体基板表面形状を変化させるような
方法であればいかなるものでもよく、他の材料でも、ま
た凹形状のビットを形成するものであってもよい。再生
法としては、記録ビットに探針が接近したときに、その
間に働く原子間力により、探針を支持する微小片持ばり
がたわむ量を２分割センサ上の反射光ビームスポットの
位置ずれ量を検出し、これを再生信号とする。なお、記
録ビット等の高周波の信号に対しては、アクチュエータ
ー付片持ばり部分は追従しないため、このような再生が
可能となるものである。
る。記録媒体基板８０１として例えば、マイカ上でエピ
タキシャル成長させたＡｕ（１１１）面等導電性を有
し、かつ広範囲にわたってサブナノメートルオーダーで
平坦なものを用いる。上述のように探針を基板に接近さ
せ、その間に５Ｖ，１００μｓのパルス電圧を印加する
ことにより、１０ｎｍ程度の径を有する凸形状のビット
を形成することができる。記録法としては、ここに挙げ
た例以外に、記録媒体基板表面形状を変化させるような
方法であればいかなるものでもよく、他の材料でも、ま
た凹形状のビットを形成するものであってもよい。再生
法としては、記録ビットに探針が接近したときに、その
間に働く原子間力により、探針を支持する微小片持ばり
がたわむ量を２分割センサ上の反射光ビームスポットの
位置ずれ量を検出し、これを再生信号とする。なお、記
録ビット等の高周波の信号に対しては、アクチュエータ
ー付片持ばり部分は追従しないため、このような再生が
可能となるものである。
【００４６】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の微小変位
型情報検知探針素子は、逆圧電効果を利用するととも
に、片持ばりの面内あるいは片持ばりの先端から延長上
に複数段目の片持ばりを形成することにより、たわみ変
位量の拡大が実現できる。
型情報検知探針素子は、逆圧電効果を利用するととも
に、片持ばりの面内あるいは片持ばりの先端から延長上
に複数段目の片持ばりを形成することにより、たわみ変
位量の拡大が実現できる。
【００４７】また、本発明の微小変位型情報検知探針素
子を走査型トンネル顕微鏡や原子間力顕微鏡、高密度の
記録・再生を行う情報処理装置に搭載した場合には、片
持ばりを複数段に備えていることにより、機能を分離し
て動作させることが可能となり、従来よりもアクセス速
度を向上させることができ、高安定で高速の走査型トン
ネル顕微鏡，原子間力顕微鏡及び情報処理装置を提供で
きた。
子を走査型トンネル顕微鏡や原子間力顕微鏡、高密度の
記録・再生を行う情報処理装置に搭載した場合には、片
持ばりを複数段に備えていることにより、機能を分離し
て動作させることが可能となり、従来よりもアクセス速
度を向上させることができ、高安定で高速の走査型トン
ネル顕微鏡，原子間力顕微鏡及び情報処理装置を提供で
きた。
【図１】本発明の第１の実施例に係る微小変位型情報検
知探針素子の立体斜視図である。
知探針素子の立体斜視図である。
【図２】図１に係る素子の片持ばりの変位状態図を示
す。
す。
【図３】本発明の第２の実施例に係る微小変位型情報検
知探針素子の立体斜視図である。
知探針素子の立体斜視図である。
【図４】図３に係る素子の片持ばりの変位状態図を示
す。
す。
【図５】本発明の第３の実施例に係る微小変位型情報検
知探針素子の立体斜視図である。
知探針素子の立体斜視図である。
【図６】本発明に係る微小変位型情報検知探針素子を搭
載した情報処理装置を示すブロック図である。
載した情報処理装置を示すブロック図である。
【図７】本発明の第５の実施例に係る微小変位型情報検
知探針素子の立体斜視図および断面図である。
知探針素子の立体斜視図および断面図である。
【図８】本発明の第５の実施例に係る微小変位型情報検
知探針素子を搭載した情報処理装置を示す図である。
知探針素子を搭載した情報処理装置を示す図である。
１００ 基板
１０１ 絶縁層
１０２ 電極（下部）
１０３ 電極（下部）
１０４ 電極（下部）
１０５ 電極（下部）
１０６ 電極（下部）
１０７ 電極（下部）
１０９ 圧電材
１１０ 電極
１１１ 圧電材
１１２ 電極（上部）
１１３ 電極（上部）
１１４ 電極（上部）
１１５ 電極（上部）
１１６ 電極（上部）
１１７ 電極（上部）
１１８ 電極（上部）
１１９ 屈曲スリット（コの字形）
１２０ 情報検知探針
２０１ 片持ばり
２０２ 微小片持ばり（逆向き）
３０１ 片持ばり
３０２ 屈曲スリット
３０３ 屈曲スリット
３０４ 第１の微小片持ばり
３０５ 第２の微小片持ばり
５０１ 片持ばり
５０２ 微小片持ばり
５０３ 屈曲スリット
６００ 情報検知探針
６０１ 片持ばり
６０２ 微小片持ばり
６０３ 記録層
６０４ 電極
６０５ 基板
６０６ ＸＹステージ
６０７ 基板
６０８ 縦方向位置制御手段
６０９ 電流電圧変換回路
６１０ 対数変換器
６１１ 比較器
６１２ バンドパスフィルター
６１３ 増幅器
６１４ ローパスフィルター
６１５ 増幅器
６１６ 三次元走査回路
６１７ 粗動回路
６１８ パルス電源
６１９ 大粗動回路
６２０ マイクロコンピューター
６２１ 表示装置
７０１ アクチュエーター付片持ばり部分
７０２ 微小片持ばり部分
７０３ 探針
７０４ Ｓｉ基板
７０５ Ｓｉ3Ｎ4層
７０６ Ａｕ配線
７０７ Ｓｉ3Ｎ4層
７０８ Ａｕ層
７０９ ＺｎＯ層
７１０ Ａｕ層
８０１ 記録媒体基板
８０２ 探針
８０３ レーザー
８０４ 微小片持ばり部分
８０５ ２分割センサ
８０６ アクチュエーター付片持ばり部分
８０７ 基板の大きなうねり，傾き
８０８ 記録ビット
８０９ 基板の作製時にできたｎｍ同期の凹凸
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 黒田 亮
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 能瀬 博康
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 (11)
- 【請求項１】 基板上に積層した絶縁層を延長して１段
目の片持ばりを形成し、該１段目の片持ばり上に、電極
部材間に圧電材料を挟持した層構造を設け、該層構造を
有した片持ばり面内又は片持ばり先端から延長上に、さ
らに２段目の片持ばりを形成すると共に該２段目の片持
ばりの自由端部に情報検知探針を形成し、前記層構造の
電極間に電圧を印加することで生じる逆圧電効果を利用
して、前記１段目の片持ばりを変位させる構成としたこ
とを特徴とする微小変位型情報検知探針素子。 - 【請求項２】 前記２段目の片持ばりが、前記層構造を
有した１段目の片持ばり面内にスリットを設けることで
形成した逆向きの片持ばりであって、前記層構造の電極
間に電圧を印加することで生じる逆圧電効果を利用し
て、該２段目の片持ばりを変位させる構成としたことを
特徴とする請求項１記載の微小変位型情報検知探針素
子。 - 【請求項３】 前記２段目の片持ばりが、複数個並列に
設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載
の微小変位型情報検知探針素子。 - 【請求項４】 基板上に積層した絶縁層を延長して板状
の片持ばりを形成し、該片持ばり上に、電極部材間に圧
電材料を挟持した層構造を設け、該層構造を有した片持
ばり面内にスリットを設けることで逆向きの片持ばりを
形成し、さらに該逆向きの片持ばり面内に、これと逆向
きの片持ばりを形成することを順次繰返すことで複数個
の片持ばりを形成し、該複数個形成した片持ばりの中で
最小片持ばりの自由端部に情報検知探針を形成し、前記
層構造の電極間に電圧を印加することで生じる逆圧電効
果を利用して、前記複数の片持ばりを変位させる構成と
したことを特徴とする微小変位型情報検知探針素子。 - 【請求項５】 請求項１〜４いずれかに記載の微小変位
型情報検知探針素子を備えたことを特徴とする走査型ト
ンネル顕微鏡。 - 【請求項６】 請求項１に記載の微小変位型情報検知探
針素子と、前記２段目の片持ばりのたわみ方向の変位量
を検知する手段とを備えたことを特徴とする原子間力顕
微鏡。 - 【請求項７】 請求項１〜４いずれかに記載の微小変位
型情報検知探針素子と、これに対向して記録媒体を設
け、かつ、該素子の探針と記録媒体間にパルス電圧を掃
引して情報を記録する手段を具備したことを特徴とする
情報処理装置。 - 【請求項８】 請求項１〜４いずれかに記載の微小変位
型情報検知探針素子と、これに対向して記録媒体を設
け、かつ、該記録媒体の情報を該素子の探針により読み
取る再生手段を具備したことを特徴とする情報処理装
置。 - 【請求項９】 前記再生手段が、前記２段目の片持ばり
のたわみ方向の変位量を検知する手段を具備したことを
特徴とする請求項８記載の情報処理装置。 - 【請求項１０】 請求項１〜４いずれかに記載の微小変
位型情報検知探針素子と、これに対向して記録媒体を設
け、かつ、該素子の探針と記録媒体間にパルス電圧を掃
引して情報を記録する手段を有すると共に、該記録媒体
の情報を該素子の探針により読み取る再生手段を具備し
たことを特徴とする情報処理装置。 - 【請求項１１】 前記再生手段が、前記２段目の片持ば
りのたわみ方向の変位量を検知する手段を具備したこと
を特徴とする請求項１０記載の情報処理装置。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3159852A JP3030574B2 (ja) | 1990-08-16 | 1991-06-05 | 微小変位型情報検知探針素子及びこれを用いた走査型トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、情報処理装置 |
| EP91307429A EP0472342B1 (en) | 1990-08-16 | 1991-08-13 | Micro-displacement type information detection probe device and microscope and information processing device by use thereof |
| AT91307429T ATE160865T1 (de) | 1990-08-16 | 1991-08-13 | Fühlervorrichtung zum nachweis von mikroverschiebungen sowie mikroskop- und informationsverarbeitungseinrichtungen, die eine solche vorrichtung verwenden |
| US07/744,521 US5276672A (en) | 1990-08-16 | 1991-08-13 | Micro-displacement type information detection probe device and scanning tunneling microscope, atomic force microscope, information processing device by use thereof |
| DE69128317T DE69128317T2 (de) | 1990-08-16 | 1991-08-13 | Fühlervorrichtung zum Nachweis von Mikroverschiebungen sowie Mikroskop- und Informationsverarbeitungseinrichtungen, die eine solche Vorrichtung verwenden |
| CA002049197A CA2049197C (en) | 1990-08-16 | 1991-08-14 | Micro-displacement type information detection probe device and scanning tunneling microscope, atomic force microscope, information processing device by use thereof |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP21502190 | 1990-08-16 | ||
| JP2-215021 | 1990-08-16 | ||
| JP3159852A JP3030574B2 (ja) | 1990-08-16 | 1991-06-05 | 微小変位型情報検知探針素子及びこれを用いた走査型トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、情報処理装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0518741A true JPH0518741A (ja) | 1993-01-26 |
| JP3030574B2 JP3030574B2 (ja) | 2000-04-10 |
Family
ID=26486524
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3159852A Expired - Fee Related JP3030574B2 (ja) | 1990-08-16 | 1991-06-05 | 微小変位型情報検知探針素子及びこれを用いた走査型トンネル顕微鏡、原子間力顕微鏡、情報処理装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5276672A (ja) |
| EP (1) | EP0472342B1 (ja) |
| JP (1) | JP3030574B2 (ja) |
| AT (1) | ATE160865T1 (ja) |
| CA (1) | CA2049197C (ja) |
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