JPH05325274A - Piezoelectric displacement element, microprobe and their production as well as scanning type tunnel microscope and information processor constituted by using these members - Google Patents

Piezoelectric displacement element, microprobe and their production as well as scanning type tunnel microscope and information processor constituted by using these members

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JPH05325274A
JPH05325274A JP4148046A JP14804692A JPH05325274A JP H05325274 A JPH05325274 A JP H05325274A JP 4148046 A JP4148046 A JP 4148046A JP 14804692 A JP14804692 A JP 14804692A JP H05325274 A JPH05325274 A JP H05325274A
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JP
Japan
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probe
microprobe
film
cantilever
piezoelectric
Prior art date
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Withdrawn
Application number
JP4148046A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshiaki Aeba
利明 饗場
Takehiko Kawasaki
岳彦 川崎
Shigeki Yoshida
茂樹 吉田
Keisuke Yamamoto
敬介 山本
Toshimitsu Kawase
俊光 川瀬
Toshihiko Miyazaki
俊彦 宮崎
Masahiro Tagawa
昌宏 多川
Osamu Takamatsu
修 高松
Yasuhiro Shimada
康弘 島田
Masaru Nakayama
優 中山
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Original Assignee
Canon Inc
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Abstract

PURPOSE:To provide the cantilever-shaped displacement element and cantilever type probe which are used for the scanning type microscope and the information processor, warp-less, can be made pluralized and can be integrated. CONSTITUTION:Plural electrode and piezoelectric films 2, 3 and 2', 3' which are formed with the same batch and have the same crystallinity and stress state are stuck to each other by using an adhesive and are disposed symmetrically with a center line. As a result, the cantilever-shaped displacement element which does not generate the stress difference between the upper and lower layers and extremely little warps in the state of not impressing a voltage thereto is obtd. The scanning type microscope and information processor for which the cantilever type probe 4 constituted by providing the above-mentioned cantilever-shaped displacement element with a probe for information input and output is used are the devices having excellent reliability and stability.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、トンネル電流検出装
置、微小力検出装置、並びに走査型トンネル顕微鏡(以
下、STMと略す)等に用いられるカンチレバー(片持
ちばり)状変位素子、微小プローブ、カンチレバー型プ
ローブ及びこれらの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cantilever (cantilever) displacement element, a microprobe, used for a tunnel current detection device, a micro force detection device, a scanning tunnel microscope (hereinafter abbreviated as STM), and the like. The present invention relates to a cantilever type probe and a method for producing these.

【0002】さらに本発明は、上記微小プローブ、カン
チレバー型プローブを備えたSTM、及びSTMの手法
により、情報の記録、再生、消去等を行う情報処理装置
に関する。
Further, the present invention relates to an information processing apparatus for recording, reproducing, erasing information and the like by the method of STM provided with the above-mentioned microprobe and cantilever type probe, and STM.

【0003】[0003]

【従来の技術】近年において、導体の表面原子の電子構
造を直接観測できるSTMが開発され、単結晶、非晶質
を問わず実空間像を著しく高い分解能(ナノメートル以
下)で測定できるようになった。更に現在、STMの手
法を用いて半導体、あるいは高分子材料等の原子オーダ
ー、分子オーダーの観察評価、微細加工、及び記録再生
装置等のさまざまな分野への応用が研究されている。
2. Description of the Related Art In recent years, an STM has been developed which can directly observe the electronic structure of surface atoms of a conductor, and enables real space images to be measured with extremely high resolution (nanometer or less) regardless of whether it is a single crystal or an amorphous structure. became. Further, at present, application to various fields such as atomic order and molecular order observation and evaluation of semiconductors or polymer materials, microfabrication, and recording / reproducing apparatus is being studied by using the STM method.

【0004】なかでも、コンピューターの計算情報等で
は大容量を有する記録装置の要求がますます高まってお
り、半導体プロセス技術の進展により、マイクロプロセ
ッサが小型化し、計算能力が向上したために記録装置の
小型化が望まれている。これらの要求を満たす目的で、
記録媒体との間隔が微調整可能な駆動手段上に存在する
トンネル電流発生用プローブからなる変換器から、電圧
印加することによって、記録媒体表面の仕事関数を変化
させることにより記録書き込みし、仕事関数の変化によ
るトンネル電流の変化を検知することにより情報の読み
出しを行い、最小記録面積が10nm平方となる記録再
生装置が提案されている。
In particular, there is an increasing demand for a recording device having a large capacity for computer calculation information and the like, and due to the progress of semiconductor process technology, the microprocessor is downsized and the calculation capability is improved. Is desired. To meet these requirements,
Recording and writing are performed by changing the work function of the surface of the recording medium by applying a voltage from a converter consisting of a probe for generating a tunnel current existing on a driving means whose distance to the recording medium can be finely adjusted. A recording / reproducing apparatus has been proposed in which the minimum recording area is 10 nm square by reading information by detecting the change in the tunnel current due to the change.

【0005】かかる装置においては、試料をプローブで
数nm〜数μmの範囲で走査する必要があり、その際の
移動機構として圧電体素子が用いられる。この例として
は、3本の圧電体素子を、x、y、z方向に沿って互い
に直交するように組み合わせ、その交点にプローブを配
置したトライポッド型や、円筒型の圧電体素子の外周面
の電極を分割して一端を固定し、他端にプローブを取り
付け、各々の分割電極に対応させて円筒を変形させて走
査する円筒型等のタイプがある。
In such an apparatus, it is necessary to scan a sample with a probe within a range of several nm to several μm, and a piezoelectric element is used as a moving mechanism at that time. As an example of this, three piezoelectric elements are combined so as to be orthogonal to each other along the x, y, and z directions, and a probe is arranged at the intersection of the three piezoelectric elements. There is a type such as a cylindrical type in which an electrode is divided, one end is fixed, a probe is attached to the other end, and a cylinder is deformed and scanned corresponding to each divided electrode.

【0006】さらに最近では、半導体技術を背景にして
半導体を機械的構造体として用いた半導体圧力センサ
ー、半導体加速度センサー、マイクロアクチュエーター
等の機械的電気素子(マイクロメカニクス)が脚光を浴
びるようになってきた。
More recently, against the background of semiconductor technology, mechanical electrical elements (micromechanics) such as semiconductor pressure sensors, semiconductor acceleration sensors, and microactuators using semiconductors as mechanical structures have come into the limelight. It was

【0007】特に微小変位素子としては圧電体膜を利用
したカンチレバー状のものが挙げられ、これは非常に微
細な動きを制御する事が可能なので、STMに応用され
ている。例えば、スタンフォード大学のクエート等によ
り提案された微小変位素子を用いたSTMプローブ(I
EEE Micro Electro Mechani
cal Systems,p188−199,Feb.
1990)がある。これは、図18に示すようにSiウ
エハ181の裏面を一部除去しシリコンメンブレンを形
成し、表面にAl薄膜183とZnO薄膜184を順次
積層し、バイモルフのカンチレバーを形成しその後、裏
面より反応性のドライエッチングによりシリコンメンブ
レンとウエハ表面のエッチングの保護層(シリコン窒化
膜182)を除去して、STMプローブ変位用のバイモ
ルフカンチレバーを作製している。
Particularly, a micro-displacement element includes a cantilever-shaped element using a piezoelectric film, which is applied to the STM because it can control very fine movement. For example, an STM probe (I
EEE Micro Electro Mechani
cal Systems, p188-199, Feb.
1990). As shown in FIG. 18, a back surface of the Si wafer 181 is partially removed to form a silicon membrane, an Al thin film 183 and a ZnO thin film 184 are sequentially laminated on the front surface, a bimorph cantilever is formed, and then a reaction is performed from the back surface. The silicon membrane and the protective layer (silicon nitride film 182) for etching on the surface of the wafer are removed by dry etching to produce a bimorph cantilever for STM probe displacement.

【0008】上記圧電体バイモルフからなるカンチレバ
ーの先端には金属のプローブ185が接着等により取り
つけられ、引き出し電極(図には示していない)を介し
てトンネル電流を検知する。このカンチレバーは、バイ
モルフ構成を持つため、とりわけ上下方向に大きな変位
量を得ることができるという優れた特性を持つ。
A metal probe 185 is attached to the tip of the cantilever made of the above piezoelectric bimorph by adhesion or the like, and a tunnel current is detected through an extraction electrode (not shown). Since this cantilever has a bimorph structure, it has an excellent characteristic that a large amount of displacement can be obtained especially in the vertical direction.

【0009】またこのようなマイクロマシーニング技術
により形成されるプローブ駆動機構は微細にでき、記録
再生装置の情報の書き込み、読み出しの速度を向上させ
るのに要求されるプローブの複数化を容易にすることが
可能となる。更に、この方法は、圧電体材料の薄膜技術
を利用している点で、Si半導体を主流とするICプロ
セスにそのまま組み込むことができ、優れた方法といえ
る。
Further, the probe driving mechanism formed by such a micromachining technique can be made fine and facilitates the pluralization of the probe required for improving the writing / reading speed of information of the recording / reproducing apparatus. It becomes possible. Further, this method can be said to be an excellent method because it can be directly incorporated into an IC process mainly using a Si semiconductor because the thin film technology of the piezoelectric material is used.

【0010】また、上記STMの観察分解能を高め、情
報処理装置の高記録密度を達成するためには、上記プロ
ーブ185の先端部の曲率半径が小さいことが要求され
る。
Further, in order to improve the observation resolution of the STM and achieve a high recording density of the information processing apparatus, it is required that the radius of curvature of the tip portion of the probe 185 is small.

【0011】従来、プローブの製造方法は、Pt等の材
料を機械的に切断し偶然得られる先端をプローブとして
用いたり、W等の材料を電解研磨して作製したり、単結
晶Si材料をフォトリソグラフィー技術とエッチング技
術を駆使してピラミッド状の形状に加工する方法がとら
れていた。
Conventionally, in the method of manufacturing a probe, a tip obtained by mechanically cutting a material such as Pt and using it by accident is used as a probe, a material such as W is produced by electrolytic polishing, or a single crystal Si material is photo-processed. A method of making a pyramid-like shape by making full use of lithography technology and etching technology has been adopted.

【0012】さらには、半導体製造プロセス技術を使
い、斜め蒸着及びリフトオフ法を応用した微小プローブ
が記載されている(特開平2−93349号公報)。以
下、この方法による微小プローブの製造方法を図19を
用いて説明する。まず最初に、支持体191上に、プロ
ーブ引き出し電極192とリフトオフ層193と円形な
いし多角形のマスク開口部195を有するマスク層19
4からなる層状構造の複合薄膜を用意する。
Further, there is described a microprobe to which the oblique deposition and the lift-off method are applied by using the semiconductor manufacturing process technology (Japanese Patent Laid-Open No. 2-93349). Hereinafter, a method for manufacturing a microprobe according to this method will be described with reference to FIG. First, a mask layer 19 having a probe extraction electrode 192, a lift-off layer 193, and a circular or polygonal mask opening 195 on a support 191.
A composite thin film having a layered structure of 4 is prepared.

【0013】次に、図19(a)に示すように、支持体
191を回転させた状態で支持体191上の複合薄膜に
対して斜め方向から開口部に向かって、所望のプローブ
材料196を蒸着する。このとき、マスク層194上に
もプローブ材料196が蒸着され、かつ、マスク層19
4の開口部端にも蒸着されるために、蒸着の進行に伴っ
てマスク開口部195が覆われ開口部面積が減少する
(図19(b)参照)。
Next, as shown in FIG. 19A, a desired probe material 196 is applied obliquely toward the opening with respect to the composite thin film on the support 191 while the support 191 is rotated. Vapor deposition. At this time, the probe material 196 is also vapor-deposited on the mask layer 194, and the mask layer 19 is also formed.
Since the vapor deposition is also performed on the edge of the opening of No. 4, the mask opening 195 is covered as the vapor deposition progresses, and the area of the opening decreases (see FIG. 19B).

【0014】その結果、マスク層194下に先端の尖っ
た円錐ないし角錐状の蒸着物質による微小突起が形成さ
れる。その後、リフトオフ層193を化学処理等によっ
て取り除くことによって、前記支持体上の微小プローブ
197を得ることができる(図19(c)参照)。
As a result, fine projections made of a vapor-deposited material having a sharp cone or a pyramid are formed under the mask layer 194. Then, the lift-off layer 193 is removed by a chemical treatment or the like to obtain the microprobe 197 on the support (see FIG. 19C).

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図18
に示したカンチレバーにおいては、たくさんの層の電極
及び圧電体の積層を行うため各々の層の厚み及び応力を
十分に制御しなければならない。というのも、Si基板
をエッチング除去して作製するカンチレバーは各々の層
の膜厚、応力に依存してカンチレバーに反りが発生する
ことがあったためである。特に圧電体膜は窒化物、酸化
物で構成されており、電極として使用する金属との界面
は、まったく異種の材料の接合となり、そこで非常に大
きな応力を発生し、特に薄膜化した場合には、その界面
で発生した応力は、バルクのような厚いものの場合と異
なり無視できる値ではなくなってしまう。さらに圧電体
膜は下地の影響を受けやすいので、同一条件で同一膜厚
で積層しても、1層目と2層目の圧電体であるところの
ZnO薄膜の結晶性が異なるために、これらの圧電体の
応力が異なってしまう。このため、カンチレバーの反り
が発生しないように各々の層の膜厚、応力を制御するこ
とは困難であった。
However, as shown in FIG.
In the cantilever shown in (1), the thickness and stress of each layer must be sufficiently controlled in order to stack many layers of electrodes and piezoelectric bodies. This is because the cantilever produced by etching away the Si substrate may warp depending on the film thickness and stress of each layer. In particular, the piezoelectric film is composed of nitrides and oxides, and the interface with the metal used as the electrode is a junction of completely different materials, and very large stress is generated there, especially when thinning it. , The stress generated at the interface is no longer a negligible value, unlike the case of a thick material such as bulk. Further, since the piezoelectric film is easily influenced by the base, even if the piezoelectric films are laminated with the same film thickness under the same conditions, the crystallinity of the ZnO thin films of the first and second layers is different. The stress of the piezoelectric body is different. Therefore, it is difficult to control the film thickness and stress of each layer so that the cantilever does not warp.

【0016】また、複数のカンチレバーを作製した場
合、成膜時の条件の違いによりカンチレバーの内部応力
が異なり、結果的に反り量にバラツキが生じ各カンチレ
バーの特性が揃わないという問題点が生じた。
In addition, when a plurality of cantilevers are manufactured, the internal stress of the cantilevers varies due to the difference in the conditions during film formation, and as a result, the amount of warpage varies and the characteristics of each cantilever are not uniform. ..

【0017】従って、微小変位素子としての性能の向上
のためには内部応力による反りをなんらかの方法で低減
させる必要があった。
Therefore, in order to improve the performance as the minute displacement element, it is necessary to reduce the warp due to the internal stress by some method.

【0018】さらに、内部応力を低下させようとすると
圧電体の抵抗率が低下し、誘電損失が大きくなるという
問題点も生じた。
Further, if an attempt is made to reduce the internal stress, the resistivity of the piezoelectric material will be lowered and the dielectric loss will be increased.

【0019】また、従来のプローブの製造方法では、以
下の問題が有った。 (イ)機械切断を用いた方法では、偶然性に頼る方法で
あり再現性のある先端曲率半径を得られない。 (ロ)電解研磨を用いた方法では、表面に酸化膜層を形
成しSTMにおいてトンネル電流の検出が出来なくなる
場合がある。 (ハ)図19に示されるような方法は、複合薄膜を用い
たリフトオフ法により作製されるため、製造工程が長く
なり製造コストが高くなる。
Further, the conventional probe manufacturing method has the following problems. (A) In the method using mechanical cutting, it is a method that relies on chance, and it is not possible to obtain a reproducible tip radius of curvature. (B) In the method using electropolishing, an oxide film layer may be formed on the surface and the tunnel current may not be detected by the STM. (C) Since the method shown in FIG. 19 is manufactured by the lift-off method using the composite thin film, the manufacturing process becomes long and the manufacturing cost becomes high.

【0020】本発明の目的は上記問題に鑑なされたもの
で、上述の従来法により作製した圧電体バイモルフから
なるカンチレバー状変位素子の、大きな変位量といった
優れた特長を生かしながら、反りの小さい、複数化、集
積化可能なカンチレバー状変位素子及びこの製造方法を
提供することにある。
The object of the present invention is to solve the above-mentioned problems. The cantilever-shaped displacement element made of the piezoelectric bimorph produced by the above-mentioned conventional method has excellent characteristics such as a large displacement amount and a small warpage, An object of the present invention is to provide a cantilever-shaped displacement element that can be integrated and integrated, and a manufacturing method thereof.

【0021】さらに本発明の目的は、先端が鋭利な微小
プローブ、及びこのプローブのマルチ化が容易で、かつ
従来に比べてプロセスの簡略化ができ、製造コストを低
減させた微小プローブの製造方法を提供することにあ
る。
Further, an object of the present invention is to provide a microprobe having a sharp tip, and a method for producing a microprobe, which is easy to make into a multi-probe and which can simplify the process as compared with the prior art and which reduces the production cost. To provide.

【0022】さらにはまた本発明の目的は、上記カンチ
レバー状変位素子を用いることにより、動作時の反りの
小さなカンチレバー型プローブ、及び、このカンチレバ
ー型プローブ或いは上記微小プローブを用いた、信頼
性、安定性に優れたSTM、情報処理装置を提供するこ
とにある。
Still another object of the present invention is to use the above cantilever-like displacement element to reduce the warpage during operation, and the reliability and stability of the cantilever probe or the minute probe. An object of the present invention is to provide an STM and an information processing device having excellent properties.

【0023】[0023]

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的は以下
の構成により達成される。
Means and Actions for Solving the Problems The above object is achieved by the following constitutions.

【0024】即ち、本発明の第1は、圧電体膜と該圧電
体膜を逆圧電効果により変位させるための電極を有する
カンチレバー状変位素子において、同一下地上に同一条
件、より好ましくは同一バッチで形成された同一の結晶
性及び応力状態を有する複数の電極・圧電体膜を、例え
ば接着剤を用いて中心対称に配置して構成されているこ
とを特徴とするカンチレバー状変位素子であり、さらに
は上記カンチレバー状変位素子の自由端側に情報入出力
用プローブを設けたカンチレバー型プローブである。
That is, the first aspect of the present invention is, in a cantilever displacement element having a piezoelectric film and an electrode for displacing the piezoelectric film by an inverse piezoelectric effect, on the same substrate, under the same condition, more preferably, the same batch. A plurality of electrodes / piezoelectric films having the same crystallinity and stress state formed by, for example, a cantilever displacement element characterized by being arranged symmetrically about the center using an adhesive, Furthermore, it is a cantilever type probe in which an information input / output probe is provided on the free end side of the cantilever-shaped displacement element.

【0025】本発明第1によれば、同一の結晶性及び応
力状態を有する複数の電極・圧電体膜を、完全に対称な
形で配置することにより、上下層の応力差が生じない。
このため、カンチレバー状変位素子の反りを非常に小さ
くすることが可能である。
According to the first aspect of the present invention, by arranging a plurality of electrodes / piezoelectric films having the same crystallinity and stress state in a completely symmetrical form, a stress difference between upper and lower layers does not occur.
Therefore, it is possible to make the warp of the cantilever displacement element extremely small.

【0026】次に図面を用いて本発明第1を詳細に説明
する。
Next, the first aspect of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0027】本発明第1の圧電変位素子、及び、これを
用いたカンチレバー型プローブの作製手順と、概略の構
成図を図1〜4に示す。
1 to 4 show the procedure for producing the first piezoelectric displacement element of the present invention and a cantilever type probe using the same, and a schematic configuration diagram.

【0028】図中、1,1’は基板、2,2’、5,
5’は電極、3,3’は圧電体膜、4は探針である。
In the figure, 1, 1'is a substrate, 2, 2 ', 5,
5'is an electrode, 3'is a piezoelectric film, and 4 is a probe.

【0029】本発明第1の圧電変位素子は、まず、図1
(a)に示すように、同一条件、好ましくは同一バッチ
で、同一種の基板1,1’上に、電極2,2’、圧電体
膜3,3’の順で堆積後、図1(b)に示すように両者
が中心対称となるように配置する。
The first piezoelectric displacement element of the present invention is first shown in FIG.
As shown in (a), under the same conditions, preferably in the same batch, the electrodes 2, 2 ′ and the piezoelectric films 3, 3 ′ are deposited in this order on the same type of substrate 1, 1 ′, and then, as shown in FIG. As shown in b), they are arranged so that they are centrally symmetrical.

【0030】次に、図1(c)に示すように、基板1’
を除去後、パターニングする。最後に、図1(d)に示
すように、素子の片端部を除いて、素子下部の基板1を
除去して作製される。
Next, as shown in FIG. 1C, the substrate 1 '
After removing, patterning is performed. Finally, as shown in FIG. 1D, the substrate 1 under the element is removed except for one end of the element.

【0031】本発明第1の圧電変位素子はまた、図3の
方法によっても作製できる。まず、図3(a)に示すよ
うに、同一条件、好ましくは同一バッチで同一種の基板
1,1’上に、電極2,2’、圧電体膜3,3’、電極
5,5’の順で堆積後、図3(b)に示すように、両者
が中心対称となるように配置する。
The first piezoelectric displacement element of the present invention can also be manufactured by the method shown in FIG. First, as shown in FIG. 3A, electrodes 2, 2 ′, piezoelectric films 3, 3 ′, electrodes 5, 5 ′ are formed on the same type of substrate 1, 1 ′ under the same conditions, preferably in the same batch. After depositing in this order, as shown in FIG. 3 (b), they are arranged so as to be center-symmetric.

【0032】次に、図3(c)に示すように、基板1’
を除去後、パターニングする。最後に、図3(d)に示
すように、素子の片端部を除いて、素子下部の基板1を
除去して作製される。
Next, as shown in FIG. 3C, the substrate 1 '
After removing, patterning is performed. Finally, as shown in FIG. 3D, the substrate 1 under the element is removed except for one end of the element.

【0033】また上記の圧電変位素子を用いたカンチレ
バー型プローブは、図1(e)、図3(e)に示すよう
に、該圧電変位素子の自由端部に情報入出用のプローブ
4を設けることで作製される。このプローブの斜視図を
図2、図4に示す。
Further, in the cantilever type probe using the above piezoelectric displacement element, as shown in FIGS. 1 (e) and 3 (e), a probe 4 for inputting / outputting information is provided at the free end portion of the piezoelectric displacement element. It is made by that. 2 and 4 are perspective views of this probe.

【0034】以下に、本発明第1の圧電変位素子の動作
原理を簡単に説明する。図1の方法で作製した圧電変位
素子では、下部電極2と上部電極2’の間に電界を印加
した場合、第1層の圧電体膜3、及び第2層の圧電体膜
3’では分極の方向が異なるため、同一の印加電界に対
して、圧電体膜3,3’のうち片方は伸び側に変位し、
もう片方は縮み側に変位する現象が起こる。
The operating principle of the first piezoelectric displacement element of the present invention will be briefly described below. In the piezoelectric displacement element manufactured by the method of FIG. 1, when an electric field is applied between the lower electrode 2 and the upper electrode 2 ′, the piezoelectric film 3 of the first layer and the piezoelectric film 3 ′ of the second layer are polarized. Since the directions of are different, one of the piezoelectric films 3, 3'is displaced toward the extension side for the same applied electric field,
The other causes a phenomenon of displacement toward the contraction side.

【0035】また図3の方法で作製した圧電変位素子で
は、中電極5,5’をアースにとり、下部電極2と中電
極5の間に負の電界を印加し中電極5’と上部電極2’
の間に負の電界を印加した場合、第1層の圧電体膜3、
及び第2層の圧電体膜3’では分極の方向が異なるた
め、上記の印加電界に対して、圧電体膜3,3’のうち
片方は伸び側に変位し、もう片方は縮み側に変位する現
象が起る。このため、本発明第1の、図1及び図3のカ
ンチレバー状変位素子の自由端部は、大きく上、または
下側に変位することになる。
In the piezoelectric displacement element manufactured by the method shown in FIG. 3, the middle electrodes 5 and 5'are grounded, and a negative electric field is applied between the lower electrode 2 and the middle electrode 5 to form the middle electrode 5'and the upper electrode 2. '
When a negative electric field is applied between the first layer piezoelectric film 3,
Since the polarization directions of the piezoelectric film 3'of the second layer are different from each other, one of the piezoelectric films 3 and 3'is displaced toward the extension side and the other is displaced toward the contraction side with respect to the applied electric field. Phenomenon occurs. Therefore, the free end portion of the cantilever-shaped displacement element according to the first aspect of the present invention shown in FIGS. 1 and 3 is largely displaced upward or downward.

【0036】圧電体膜3,3’に用いられる材料として
は、AlN、ZnO、Ta23 、PbTiO3 、Bi
4 Ti312 、BaTiO3 、LiNbO3 など、圧
電性を持つ材料であれば特に限定されることはない。
Materials used for the piezoelectric films 3 and 3'include AlN, ZnO, Ta 2 O 3 , PbTiO 3 and Bi.
There is no particular limitation as long as it is a material having piezoelectricity, such as 4 Ti 3 O 12 , BaTiO 3 , and LiNbO 3 .

【0037】また圧電体膜3,3’の作製方法としては
特に限定されないが、蒸着法、スパッタ法、CVD法、
ゾル・ゲル法などが用いられる。更にこれらの成膜方法
にプラズマ、活性ガス、光照射などのアシストを組み合
わせて用いることもできる。
The method of forming the piezoelectric films 3 and 3'is not particularly limited, but the vapor deposition method, the sputtering method, the CVD method,
The sol-gel method or the like is used. Further, these film forming methods can be used in combination with assist such as plasma, active gas, and light irradiation.

【0038】また、電極2,2’,5,5’に用いられ
る材料としては、貴金属が好ましくAu、Pt、Pdな
どが用いられる。また、圧電体膜3,3’に比較的低い
基板温度で成膜できるAlN、ZnOなどの材料を用い
た場合は、該電極にAlなどの材料も用いることができ
る。更には、またITOなどの導電性酸化物を用いるこ
ともできる。いずれの材料を用いた場合でも、基板1,
1’と電極2,2’との密着性を向上させるため、適当
な密着層(例えばCr/Au積層膜におけるCr)を用
いることもできる。
The material used for the electrodes 2, 2 ', 5, 5'is preferably a noble metal, such as Au, Pt or Pd. When a material such as AlN or ZnO that can be formed at a relatively low substrate temperature is used for the piezoelectric films 3 and 3 ', a material such as Al can also be used for the electrodes. Furthermore, a conductive oxide such as ITO can also be used. Whichever material is used, the substrate 1,
In order to improve the adhesion between 1'and the electrodes 2, 2 ', a suitable adhesion layer (for example, Cr in a Cr / Au laminated film) can be used.

【0039】また、複数の電極・圧電体膜を中心対称に
配置する方法としては、ろう接等が適用できるが、簡便
性の面から、接着剤を用いて貼り合わせる方法が好まし
い。また、この接着剤としてはエポキシ系接着剤等が適
用できる。
As a method of arranging a plurality of electrodes / piezoelectric films symmetrically about the center, brazing or the like can be applied, but from the viewpoint of simplicity, a method of bonding with an adhesive is preferable. Further, an epoxy adhesive or the like can be applied as this adhesive.

【0040】また、素子部のパターニングは通常のフォ
トレジストを用いたフォトリソグラフィーと、反応性イ
オンエッチング等によるドライエッチングや、酸、ある
いはアルカリ等のエッチング液を用いたウエットエッチ
ングを組み合わせて行う。また、電極等において適当な
エッチング方法のない場合は、リフトオフプロセスを用
いることもできる。素子上部の基板1’の除去には、基
板の化学エッチングなどを用いて行ない、素子下部の基
板1の除去には、基板の異方性エッチングを用いて行う
ことができる。該基板に通常用いるSiの場合は、代表
的な方法としてSi34 をマスク層とし、このマスク
層をパターニングした後、水酸化カリウム水溶液をエッ
チング液として用いる方法がある。
The patterning of the element portion is performed by combining photolithography using a normal photoresist, dry etching by reactive ion etching or the like, and wet etching using an etching solution such as acid or alkali. Further, if there is no suitable etching method for the electrodes and the like, a lift-off process can be used. The substrate 1 ′ above the element can be removed by chemical etching of the substrate, and the substrate 1 below the element can be removed by anisotropic etching of the substrate. In the case of Si normally used for the substrate, a typical method is to use Si 3 N 4 as a mask layer, pattern this mask layer, and then use an aqueous potassium hydroxide solution as an etching solution.

【0041】次に本発明の第2について述べる。Next, the second aspect of the present invention will be described.

【0042】本発明の第2は、圧電体膜と該圧電体膜を
逆圧電効果により変位させるための電極を有するカンチ
レバー状変位素子の製造方法において、該圧電体膜をN
e混合雰囲気下でのスパッタ法により形成することを特
徴とするカンチレバー状変位素子の製造方法である。
A second aspect of the present invention is a method for manufacturing a cantilever displacement element having a piezoelectric film and an electrode for displacing the piezoelectric film by an inverse piezoelectric effect, wherein the piezoelectric film is N
e A method of manufacturing a cantilever displacement element, which is characterized in that the displacement element is formed by a sputtering method in a mixed atmosphere.

【0043】本発明第2によれば、従来用いられている
Arに対してNeという比較的半径の小さな原子を用い
るため、Ne原子が圧電体膜の格子に入ってもそれを押
し広げる作用はArの場合よりも小さく、従って、圧電
体膜内の内部応力を低減できる。
According to the second aspect of the present invention, since Ne, which has a relatively small radius, is used in comparison with the conventionally used Ar, even if Ne atoms enter the lattice of the piezoelectric film, they have the effect of spreading them. Since it is smaller than that of Ar, the internal stress in the piezoelectric film can be reduced.

【0044】また、Neが存在すると成膜時のガス圧力
変化に対して内部応力の値の変化は小さくなる事から、
複数のカンチレバーを作製した時、内部応力値のバラツ
キも小さくなりカンチレバーの反り量のバラツキも抑え
られる。
When Ne is present, the change in the value of internal stress is small with respect to the change in gas pressure during film formation.
When a plurality of cantilevers are manufactured, variations in internal stress value are reduced and variations in the amount of cantilever warp can be suppressed.

【0045】本発明第2において、Ne混合ガスとして
は、Ne/O 2 ,Ne/N2 /O2等が適用でき、例え
ばNe/O 2 を用いる場合、その混合比は0.1〜9.
0より好ましくは0.6〜1.5の範囲である。
In the second aspect of the present invention, as the Ne mixed gas,
Is Ne / O 2, Ne / N2/ O2Etc. can be applied, for example
Ne / O 2When using, the mixing ratio is 0.1-9.
It is more preferably from 0 to 0.6 to 1.5.

【0046】また、圧電体膜及び電極に用いられる材料
としては、前記本発明第1で述べたものと同様のものが
適用でき、特に限定されるものではない。
As the material used for the piezoelectric film and the electrode, the same materials as those described in the first aspect of the present invention can be applied and are not particularly limited.

【0047】また、素子部のパターニングも本発明第1
と同様である。
The patterning of the element portion is also the first aspect of the present invention.
Is the same as.

【0048】次に本発明の第3について述べる。Next, the third aspect of the present invention will be described.

【0049】本発明の第3は、最先端の曲率半径を原子
・分子オーダーまで鋭利にした微小プローブ及びこの製
造方法に関する。
The third aspect of the present invention relates to a microprobe having a cutting edge radius of curvature sharpened to the order of atoms and molecules, and a manufacturing method thereof.

【0050】即ち、本発明の第3は、トンネル電流又は
微小な力を検出する尖った先端を有する微小プローブに
おいて、該微小プローブの表面が例えば貴金属、貴金属
合金、炭化物等の材料からなる、粒径の異なる複数の粒
状膜によって積層被覆されて形成され、好ましくは該粒
状膜において、最表面の粒状膜の粒子径が最も小さく、
該粒子径が0.1nm〜10nmの範囲にあることを特
徴とする微小プローブであり、さらには、トンネル電流
又は微小な力を検出する尖った先端を有する微小プロー
ブの製造方法において、プローブ表面に粒状膜となる材
料を気相から固相へ付着させ、粒子径の異なる複数の粒
状膜を積層することを特徴とする微小プローブの製造方
法であり、好ましくは、上記微小プローブの製造方法に
おいて、プローブ表面に粒状膜となる材料のスパッタ粒
子を堆積させる工程と、 (a)堆積回数に応じて粒状膜となる材料を異種材料に
交換する工程 (b)堆積回数に応じてプローブの加熱温度を下げる工
程 (c)堆積回数に応じて粒状膜の膜厚を下げる工程 上記(a)〜(c)の工程のうち少なくとも1つの工程
を有することを特徴とする微小プローブの製造方法であ
り、またさらには、プローブ表面に粒状膜となる材料の
クラスターイオンを堆積させる工程と、 (a)堆積回数に応じてプローブの加熱温度を下げる工
程 (b)堆積回数に応じてクラスターイオンの加速電圧を
下げる工程 (c)堆積回数に応じて粒状膜の膜厚を下げる工程 上記(a)〜(c)の工程のうち少なくとも1つの工程
を有することを特徴とする微小プローブの製造方法であ
る。
That is, a third aspect of the present invention is a microprobe having a sharp tip for detecting a tunnel current or a microforce, and the surface of the microprobe is made of a material such as a noble metal, a noble metal alloy, or a carbide. It is formed by being laminated and covered by a plurality of granular films having different diameters, and in the granular film, the particle diameter of the outermost granular film is preferably the smallest,
A microprobe characterized in that the particle diameter is in the range of 0.1 nm to 10 nm, and further, in a method for producing a microprobe having a sharp tip for detecting a tunnel current or a minute force, A method of manufacturing a microprobe, which comprises depositing a material to be a granular film from a gas phase to a solid phase, and laminating a plurality of granular films having different particle sizes, preferably, in the method of manufacturing the microprobe, A step of depositing sputtered particles of a material forming a granular film on the probe surface, and (a) a step of exchanging the material forming the granular film with a different material depending on the number of depositions. (B) heating temperature of the probe depending on the number of depositions. Step of lowering (c) Step of reducing the film thickness of the granular film according to the number of times of deposition A micro-program comprising at least one of the above steps (a) to (c) And a step of depositing cluster ions of a material forming a granular film on the surface of the probe, and (a) lowering the heating temperature of the probe according to the number of depositions and (b) the number of depositions. Step of reducing the acceleration voltage of the cluster ions accordingly (c) Step of reducing the film thickness of the granular film according to the number of times of deposition At least one of the above steps (a) to (c) It is a method of manufacturing a probe.

【0051】上記本発明第3において、前記粒状膜の材
料としては、具体的にはPt,Pd,Au,Au−P
d,Pt−Pd,Pt−Rh,TiC,WC、ダイヤモ
ンド等の材料を用いることができ特に制限されるもので
はない。
In the third aspect of the present invention, the material of the granular film is specifically Pt, Pd, Au, Au-P.
Materials such as d, Pt-Pd, Pt-Rh, TiC, WC and diamond can be used and are not particularly limited.

【0052】また、上記粒状膜の形成方法は、スパッタ
法、イオンビームスパッタ法、蒸着法等が適用でき、特
に制限されるものではないが、プローブ最先端の曲率半
径を制御する上では、スパッタ等、イオンビームスパッ
タ法が好ましい。
The method for forming the above-mentioned granular film may be a sputtering method, an ion beam sputtering method, a vapor deposition method, or the like, and is not particularly limited, but in controlling the radius of curvature at the tip of the probe, the sputtering method is used. Etc., the ion beam sputtering method is preferable.

【0053】さらに、本発明第3の微小プローブの製造
方法においては、プローブの加熱温度、粒状膜となる材
料、クラスターイオンの加速電圧、粒状膜の膜厚等は特
に限定されるものではなく、微小プローブの最先端の曲
率半径を好適に形成するために、適宜変えるものであ
る。
Further, in the third method for producing a microprobe of the present invention, the heating temperature of the probe, the material to be the granular film, the accelerating voltage of cluster ions, the film thickness of the granular film, etc. are not particularly limited. The radius of curvature of the tip of the microprobe is appropriately changed so that the radius of curvature is appropriately changed.

【0054】次に本発明第3を図面を用いて説明する。Next, the third aspect of the present invention will be described with reference to the drawings.

【0055】図9は本発明第3の特徴を最もよく表す微
小プローブの先端を模式的に示した断面図の一例であ
り、図10は図9の微小プローブ先端拡大模式図であ
る。
FIG. 9 is an example of a cross-sectional view schematically showing the tip of a microprobe that best represents the third feature of the present invention, and FIG. 10 is an enlarged schematic view of the tip of the microprobe of FIG.

【0056】図9において、91は最表面粒状薄膜、9
2は1層目の粒状薄膜、93はタングステン、白金等の
材料を電解研磨により先端を鋭利に加工したSTM用の
プローブである。図10(a)は、図9のプローブ93
の先端拡大模式図であり、図10(b)は、前記プロー
ブ93の表面に1層目の粒状薄膜92を被覆した後の先
端拡大模式図であり、図10(c)は、2層目の粒状薄
膜91を1層目の粒状薄膜92表面に堆積させた後の先
端拡大模式図である。図10(a),(b),(c)の
最先端の曲率半径R1 ,R2 ,R3 の大きさの関係は、
1 >R2 >R3 である。
In FIG. 9, 91 is the outermost granular thin film, and 9
2 is a granular thin film of the first layer, and 93 is a probe for STM whose tip is sharpened by electrolytic polishing a material such as tungsten or platinum. FIG. 10A shows the probe 93 of FIG.
10 (b) is an enlarged schematic view of the tip of the probe 93, and FIG. 10 (c) is an enlarged schematic view of the tip of the probe 93 after the surface of the probe 93 is covered with the granular thin film 92 of the first layer. FIG. 9 is an enlarged schematic view of the tip after depositing the granular thin film 91 on the surface of the first granular thin film 92. The relationship between the sizes of the curvature radii R 1 , R 2 , and R 3 at the leading edge of FIGS.
R 1 > R 2 > R 3 .

【0057】このように、粒径の異なる複数の粒状膜を
積層し、順次これらの粒径を小さくすることにより、微
小プローブ先端の曲率半径を小さくすることが可能とな
る。
As described above, by laminating a plurality of granular films having different particle diameters and successively decreasing the particle diameters, it becomes possible to reduce the radius of curvature of the tip of the microprobe.

【0058】次に本発明の第4について述べる。Next, the fourth aspect of the present invention will be described.

【0059】本発明の第4によれば、電極上に形成した
微小突起を微小プローブの形状の元とし、方向性のある
成膜法により、微小突起の形状を反映させて微小プロー
ブを形成するものである。
According to the fourth aspect of the present invention, the microprotrusions formed on the electrodes are used as the basis of the shape of the microprobes, and the microprobes are formed by reflecting the shape of the microprotrusions by a directional film forming method. It is a thing.

【0060】即ち、本発明の第4は、トンネル電流又は
微小な力を検出する尖った先端を有する微小プローブの
製造方法において、少なくとも支持体の表面にパターニ
ングされた電極を形成する工程と、該電極上に例えば、
フォトレジストで微小突起を形成する工程と、該微小突
起を含む該電極上に例えば、真空蒸着法又はイオンビー
ムスパッタ法の方向性のある成膜法によりプローブ材料
を成膜する工程を有することを特徴とする微小プローブ
の製造方法であり、さらには上記製造方法により製造さ
れる微小プローブである。
That is, the fourth aspect of the present invention is, in a method of manufacturing a microprobe having a sharp tip for detecting a tunnel current or a microscopic force, the step of forming a patterned electrode on at least the surface of a support, On the electrode, for example
And a step of forming a fine projection with a photoresist, and a step of forming a probe material on the electrode including the fine projection by a directional film forming method such as a vacuum vapor deposition method or an ion beam sputtering method. It is a method for producing a characteristic microprobe, and further is a microprobe produced by the above-mentioned production method.

【0061】次に、図面を用いて本発明第4を詳細に説
明する。
Next, the fourth aspect of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【0062】図16は本発明第4の微小プローブの製造
方法の主要工程の一例を示す断面図である。図16
(a)において、まず支持体161を用意する。この支
持体161としては、半導体、金属、ガラス、セラミッ
クス等の材料を用いることができる。また、駆動機構を
有する基板、例えば圧電素子、静電駆動素子等も用いる
ことができる。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing an example of main steps of the fourth method for manufacturing a microprobe according to the present invention. FIG.
In (a), first, the support 161 is prepared. As the support 161, a material such as semiconductor, metal, glass, or ceramics can be used. Further, a substrate having a driving mechanism, such as a piezoelectric element or an electrostatic driving element, can be used.

【0063】続いて、支持体161上に電極162を形
成する。該電極162はトンネル電流を取り出す配線で
あるから、高導電率を有していれば良い。例えば、C
r,Al,Ti,Mo,Au,Ptなどが挙げられる。
なお、電極162の形成方法としては、従来公知の技
術、例えば半導体産業で一般に用いられている真空蒸着
法やスパッタ法、化学気相成長法等の薄膜作製技術やフ
ォトリソグラフ技術及びエッチング技術を適用すること
ができ、その作製方法は本発明を制限するものではな
い。
Subsequently, the electrode 162 is formed on the support 161. Since the electrode 162 is a wiring for extracting a tunnel current, it may have high conductivity. For example, C
Examples include r, Al, Ti, Mo, Au, Pt and the like.
As a method of forming the electrode 162, a conventionally known technique, for example, a thin film forming technique such as a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, a chemical vapor deposition method or the like, which is generally used in the semiconductor industry, a photolithography technique, and an etching technique are applied. However, the manufacturing method thereof is not a limitation of the present invention.

【0064】次に図16(b)に示すように、微小突起
163を電極162上に形成する。本発明に係る微小突
起163は、微小プローブ形成の元となることから、先
端が比較的尖った形状が望ましい。このようなものは半
導体製造技術により形成できる。たとえば、フォトリソ
グラフィとエッチングによるものや、フォトレジストを
過剰露光し現像する方法などが挙げられる。
Next, as shown in FIG. 16B, the minute protrusion 163 is formed on the electrode 162. The micro-protrusion 163 according to the present invention is a basis for forming a micro-probe, and therefore it is desirable that the tip has a relatively sharp tip. Such a thing can be formed by a semiconductor manufacturing technique. For example, photolithography and etching, a method of overexposing and developing a photoresist, and the like can be mentioned.

【0065】次に図1(c)に示すように、プローブ材
料を、方向性のある成膜法により全面に成膜する。この
とき、支持体161を蒸着源に対して傾斜させておくこ
とにより、すなわち、斜め蒸着を行うことにより先端の
尖った形状を得ることができる。尚、方向性のある成膜
法としては、真空蒸着法、イオンビームスパッタ法が挙
げられる。続いて、プローブ領域以外をエッチング除去
することにより微小プローブを製造できる。
Next, as shown in FIG. 1C, a probe material is formed on the entire surface by a directional film forming method. At this time, the support 161 can be tilted with respect to the vapor deposition source, that is, oblique vapor deposition can be performed to obtain a pointed shape. The directional film forming method includes a vacuum vapor deposition method and an ion beam sputtering method. Then, a minute probe can be manufactured by etching away the portion other than the probe region.

【0066】以上のように、本発明第4の微小プローブ
の製造方法は、微小突起を形成した後、斜め蒸着により
プローブを形成するため、先述した図19に示されるよ
うな従来方法に比べ、製造工程が簡略化でき、かつ、製
造コストの低減が可能である。
As described above, according to the fourth method of manufacturing a microprobe of the present invention, the microprotrusion is formed and then the probe is formed by oblique vapor deposition. Therefore, as compared with the conventional method shown in FIG. The manufacturing process can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

【0067】また本発明の第5は、前記本発明第1、第
3、又は第4のカンチレバー型プローブ或いは微小プロ
ーブを有することを特徴とする走査型トンネル顕微鏡で
ある。
The fifth aspect of the present invention is a scanning tunneling microscope characterized by having the above-mentioned first, third, or fourth cantilever type probe or minute probe of the present invention.

【0068】また本発明の第6は、トンネル電流或いは
原子間力を用いて記録媒体に対して情報の記録再生を行
う情報処理装置において、前記本発明第1、第3又は第
4のカンチレバー型プローブ或いは微小プローブを有す
ることを特徴とする情報処理装置である。
A sixth aspect of the present invention is an information processing apparatus for recording / reproducing information on / from a recording medium by using a tunnel current or an atomic force, wherein the cantilever type of the first, third or fourth aspect of the present invention is used. An information processing apparatus having a probe or a minute probe.

【0069】[0069]

【実施例】以下、本発明を実施例を用いて詳細に説明す
る。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples.

【0070】実施例1 本実施例は本発明第1のカンチレバー状変位素子に関連
する。
Example 1 This example relates to the first cantilever-shaped displacement element of the present invention.

【0071】まず、図1(a)に示すように、同一バッ
チで基板1,1’上に電極2,2’を形成する。基板
1,1’には面方位(100)のSi単結晶基板の両面
に、該基板の異方性エッチングのためのマスク層として
Si34 を0.2μm堆積したものを用いた。電極
2,2’はPt膜を用い、通常の高周波スパッタリング
により0.1μmの厚さに堆積した。
First, as shown in FIG. 1A, electrodes 2 and 2'are formed on substrates 1 and 1'in the same batch. As the substrates 1 and 1 ', Si 3 N 4 was deposited on both surfaces of a Si single crystal substrate having a plane orientation (100) as a mask layer for anisotropic etching of the substrate to a thickness of 0.2 μm. The electrodes 2 and 2 ′ were Pt films, and were deposited to a thickness of 0.1 μm by ordinary high frequency sputtering.

【0072】次に、同一バッチで圧電体膜3,3’を成
膜した。成膜条件は、ターゲットがZnO、基板温度が
200℃、スパッタリングガスとしてはArとO2
1:1で混合したものを用い、ガス圧は0.5Paと
し、スパッタ時のプラズマパワーを200Wとした。
Next, the piezoelectric films 3 and 3'were formed in the same batch. The film forming conditions are as follows: the target is ZnO, the substrate temperature is 200 ° C., the sputtering gas is a mixture of Ar and O 2 at a ratio of 1: 1, the gas pressure is 0.5 Pa, and the plasma power during sputtering is 200 W. did.

【0073】次に図1(b)に示すように、両者が中心
対称になるように、接着剤を用いて貼り合わせた。次に
図1(c)に示すように、HF:HNO3 =1:5溶液
を用いて基板のエッチングにより素子上部の基板1’を
除去した。次に通常のフォトリソグラフィーにより、圧
電体薄膜3,3’及び電極2,2’の不用部分を除去し
た後、図1(d)に示すように、水酸化カリウム水溶液
を用いて基板の異方性エッチングにより素子の片端部を
除いて素子下部の基板1を除去して作製した。本実施例
で作製した圧電変位素子の形状は、長さ500μm、幅
50μmである。
Next, as shown in FIG. 1 (b), the two were bonded using an adhesive so that they were center-symmetric. Next, as shown in FIG. 1C, the substrate 1 ′ on the upper part of the device was removed by etching the substrate using a HF: HNO 3 = 1: 5 solution. Next, after removing unnecessary portions of the piezoelectric thin films 3 and 3'and the electrodes 2 and 2'by ordinary photolithography, as shown in FIG. It was produced by removing the substrate 1 under the element except for one end portion of the element by reactive etching. The piezoelectric displacement element manufactured in this example has a length of 500 μm and a width of 50 μm.

【0074】このようにして作製したカンチレバー状変
位素子の下部電極2と上部電極2’の間に±3Vの電圧
を印加した場合に、カンチレバーの先端部は図1の上下
方向に±5μm変位した。
When a voltage of ± 3 V was applied between the lower electrode 2 and the upper electrode 2'of the cantilever displacement element thus manufactured, the tip of the cantilever was displaced ± 5 μm in the vertical direction in FIG. ..

【0075】カンチレバー形成後の、電圧を印加しない
状態でのカンチレバー部の反りは、先端部で0.5μm
以下であった。また、電圧を印加しない状態で周辺温度
を変化させた時発生するカンチレバー部の反りの変動は
非常に小さく、0℃〜100℃の範囲内で最大0.1μ
mであった。更に、圧電変位素子に用いた膜中のクラッ
ク、膜はがれはまったく観察されなかったとともに、そ
れによる動作不良も一切観察されなかった。
After forming the cantilever, the warp of the cantilever portion without applying a voltage is 0.5 μm at the tip portion.
It was below. Also, the fluctuation of the warp of the cantilever portion that occurs when the ambient temperature is changed without applying a voltage is very small, and the maximum is 0.1 μm within the range of 0 ° C.
It was m. Furthermore, neither cracks nor film peeling in the film used for the piezoelectric displacement element were observed at all, and no operation failure due to it was observed.

【0076】次に、図1(e)に示すように、このよう
にして作製した圧電変位素子を用いたカンチレバー型プ
ローブを、該圧電変位素子の自由端部に情報入出力用の
プローブ4を設けることで作製した。探針4はPt、R
h、Wなどの金属片を接着して形成した。
Next, as shown in FIG. 1 (e), a cantilever type probe using the piezoelectric displacement element manufactured in this manner is provided with a probe 4 for information input / output at the free end of the piezoelectric displacement element. It was prepared by providing. The probe 4 is Pt, R
It was formed by bonding metal pieces such as h and W.

【0077】また、上述のカンチレバー型プローブを用
いたSTM装置を作製した。この装置のブロック図を図
5に示す。
Further, an STM device using the above cantilever type probe was manufactured. A block diagram of this device is shown in FIG.

【0078】本装置では、まず図中51の本実施例で作
製したカンチレバー型プローブにて、52の試料に、4
のプローブを近づけたのち(図中Z方向)、試料52面
内のX、Y方向を、53のX−Yステージにて走査し、
プローブ4と試料52間に、54のバイアス電圧印加回
路により電圧を加え、このとき観察されるトンネル電流
を、55のトンネル電流増幅回路で読み出し、像観察を
行う。
In the present apparatus, first, the cantilever type probe produced in the present example of 51 in the figure is used to measure 52 samples and 4
After bringing the probe of No. 3 closer (Z direction in the figure), the X and Y directions in the plane of the sample 52 are scanned by the XY stage 53.
A voltage is applied between the probe 4 and the sample 52 by the bias voltage application circuit 54, and the tunnel current observed at this time is read by the tunnel current amplifier circuit 55 to perform image observation.

【0079】また、試料52とプローブ4の間隔制御と
X−Yステージの駆動制御は56の駆動制御回路にて行
い、これらの回路のシーケンス制御は57のCPUにて
行う。図には示していないが、X−Yステージ53によ
る走査の機構としては、円筒型ピエゾアクチュエータ、
平行バネ、差動マイクロメータ、ボイスコイル、インチ
ウォーム等の制御機構を用いて行う。
The drive control circuit 56 controls the distance between the sample 52 and the probe 4 and the drive control of the XY stage, and the CPU 57 controls the sequence of these circuits. Although not shown in the figure, as a scanning mechanism by the XY stage 53, a cylindrical piezo actuator,
This is done using a control mechanism such as a parallel spring, a differential micrometer, a voice coil, and an inch worm.

【0080】この装置にて、試料52にHOPG(グラ
ファイト)板を用いて表面観察を行った。バイアス電圧
印加回路54にて200mVの直流電圧をプローブ4と
試料52の間に加え、この状態で試料52に沿ってプロ
ーブ4を走査してトンネル電流検出回路55を用いて検
出される信号より表面観察を行った。スキャンエリアを
0.05μm×0.05μmとして観察したところ、良
好な原子像を得ることができた。
Using this apparatus, the surface of the sample 52 was observed using a HOPG (graphite) plate. A bias voltage application circuit 54 applies a DC voltage of 200 mV between the probe 4 and the sample 52, and in this state, the probe 4 is scanned along the sample 52 and the surface detected by the tunnel current detection circuit 55 is detected. Observed. Observation with a scan area of 0.05 μm × 0.05 μm revealed that a good atomic image could be obtained.

【0081】次に、本実施例で作製したカンチレバー型
プローブを複数個用いた情報処理装置を作製した。この
装置の主要部構成及びブロック図を図6に示す。
Next, an information processing apparatus using a plurality of cantilever type probes manufactured in this example was manufactured. The configuration and block diagram of the main part of this device are shown in FIG.

【0082】本図に基づいて説明すると、図中61の記
録再生ヘッドには、本実施例で作製した62のカンチレ
バー型プローブが配置されている(図6ではこれらのう
ちの1つのみ示してある)。これら複数のプローブ63
は、一様に媒体と対向する様に配置してある。64は情
報記録用の記録媒体、65は媒体とプローブとの間に電
圧を印加するための下地電極、66は記録媒体ホルダー
である。記録媒体としては、例えば石英ガラス基板の上
に下地電極65として真空蒸着法によってCrを50Å
堆積させ、さらにその上にAuを300Å同法により蒸
着したものを用い、その上にラングミュアー・ブロジェ
ット法によってSOAZ(スクアリリウム−ビス−6−
オクチルアズレン)を4層積層した電気メモリー効果を
有する媒体を用いる。67は記録すべきデータを記録に
適した信号に変調するデータ変調回路、68はデータ変
調回路で変調された信号を下地電極65とプローブ63
の間に電圧を印加することで記録媒体64に記録するた
めの記録電圧印加装置である。プローブ63を記録媒体
64に所定間隔まで近づけ、記録電圧印加装置68によ
って記録媒体に導電率の変化を生じさせる閾値を越えた
電圧、例えば3V、幅50nsの矩形状のパルス電圧を
印加すると、記録媒体64が特性変化を起こし電気抵抗
の低い部分が生じる。X−Yステージ69を用いて、こ
の操作をプローブ63で記録媒体64上で走査しながら
行うことによって情報の記録がなされる。図では示して
いないが、X−Yステージ69による走査の機構として
は、円筒型プエゾアクチュエータ、平行ばね、差動マイ
クロメ−ター、ボイスコイル、インチウォーム等の制御
機構を用いて行う。
Explaining with reference to this figure, 62 cantilever type probes produced in the present example are arranged in the recording / reproducing head 61 in the figure (only one of them is shown in FIG. 6). is there). These multiple probes 63
Are arranged so as to uniformly face the medium. 64 is a recording medium for recording information, 65 is a base electrode for applying a voltage between the medium and the probe, and 66 is a recording medium holder. As a recording medium, for example, Cr is used as a base electrode 65 on a quartz glass substrate by a vacuum deposition method with 50 Å Cr.
It was deposited and further Au was vapor-deposited on it by the same method as 300Å, and SOAZ (squarylium-bis-6-) was formed on it by the Langmuir-Blodgett method.
A medium having an electric memory effect in which four layers of octyl azulene) are laminated is used. 67 is a data modulation circuit that modulates the data to be recorded into a signal suitable for recording, and 68 is the signal modulated by the data modulation circuit and the base electrode 65 and the probe 63.
A recording voltage applying device for recording on the recording medium 64 by applying a voltage between the two. When the probe 63 is brought close to the recording medium 64 up to a predetermined interval and a voltage exceeding a threshold value which causes a change in conductivity to the recording medium is applied by the recording voltage applying device 68, for example, a rectangular pulse voltage of 3 V and a width of 50 ns is applied, recording is performed. The characteristics of the medium 64 change and a portion having a low electric resistance is generated. Information is recorded by performing this operation while scanning the recording medium 64 with the probe 63 using the XY stage 69. Although not shown in the figure, as the scanning mechanism by the XY stage 69, a control mechanism such as a cylindrical piezo actuator, a parallel spring, a differential micrometer, a voice coil, an inch worm, etc. is used.

【0083】また記録電圧印加装置68は記録ビットの
消去にも使用する。即ちプローブ63を記録媒体64上
の記録ビットに所定間隔まで近づけ、閾値を越えた電
圧、例えば7V、幅50nsの三角波パルス電圧を印加
すると、記録ビットが特性変化を起こして電気抵抗が記
録ビットのない部分と同じ値となり、記録ビットの消去
が行われる。
The recording voltage applying device 68 is also used for erasing recorded bits. That is, when the probe 63 is brought close to a recording bit on the recording medium 64 to a predetermined interval and a voltage exceeding a threshold value, for example, a triangular wave pulse voltage having a width of 7 V and a width of 50 ns is applied, the recording bit causes a characteristic change and the electric resistance is equal to It becomes the same value as the non-existing part, and the recorded bit is erased.

【0084】70はプローブ63と記録媒体64との間
にバイアス電圧を印加して両者間に流れるトンネル電流
を検出する記録信号検出回路、71は記録信号検出回路
70の検出したトンネル電流信号を復調するデータ復調
回路である。再生時にはプローブ63と記録媒体64と
を所定間隔にし、記録媒体に導電率の変化を生じさせる
閾値電圧を越えない電圧、例えば200mVの直流電圧
をプローブ63と記録媒体64間に加える。この状態で
記録媒体64上の記録データ列に沿ってプローブ63に
て走査中に記録信号検出回路70を用いて検出されるト
ンネル電流信号が記録データ信号に対応する。従って、
この検出したトンネル電流信号を電流電圧変換して出力
データ復調回路71で復調することにより再生データ信
号を得られる。
Reference numeral 70 denotes a recording signal detection circuit for applying a bias voltage between the probe 63 and the recording medium 64 to detect a tunnel current flowing between them, and 71 demodulates the tunnel current signal detected by the recording signal detection circuit 70. Data demodulation circuit. At the time of reproduction, the probe 63 and the recording medium 64 are arranged at a predetermined interval, and a voltage that does not exceed a threshold voltage that causes a change in conductivity of the recording medium, for example, a DC voltage of 200 mV is applied between the probe 63 and the recording medium 64. In this state, the tunnel current signal detected by the recording signal detection circuit 70 during scanning with the probe 63 along the recording data string on the recording medium 64 corresponds to the recording data signal. Therefore,
A reproduced data signal can be obtained by converting the detected tunnel current signal into a current voltage and demodulating it by the output data demodulation circuit 71.

【0085】72はプローブ高さ検出回路である。この
プローブ高さ検出回路72は記録信号検出回路70検出
信号を受け、情報ビットの有無による高周波の振動成分
をカットして残った信号を処理し、この残りの信号値が
一定になる様にプローブ63を上下動制御させるために
x,y軸駆動制御回路74に命令信号を発信する。これ
によりプローブ63と媒体64との間隔が略一定に保た
れる。
Reference numeral 72 is a probe height detecting circuit. The probe height detection circuit 72 receives the detection signal of the recording signal detection circuit 70, cuts high-frequency vibration components due to the presence or absence of information bits, processes the remaining signal, and probes the remaining signal value to be constant. A command signal is transmitted to the x- and y-axis drive control circuit 74 in order to control the vertical movement of 63. This keeps the distance between the probe 63 and the medium 64 substantially constant.

【0086】73はトラック検出回路である。トラック
検出回路73はプローブ63で記録媒体64上を走査す
る際にプローブ63のデータがこれに沿って記録される
べき経路、或いは記録されたデータ列(以下これらをト
ラックと称する)からのずれを検出する回路である。
Reference numeral 73 is a track detection circuit. When the probe 63 scans the recording medium 64, the track detection circuit 73 shifts the path along which the data of the probe 63 should be recorded, or the deviation from the recorded data string (hereinafter, these are referred to as tracks). This is the detection circuit.

【0087】上述の様にトラック検出回路73で得るデ
ータ列の信号によりプローブ63と媒体との間隔を調整
しつつ、トラッキングのためにプローブが振動しながら
走行するように駆動制御回路74にてカンチレバーを変
位させる必要がある。
As described above, the drive control circuit 74 cantilevers the drive control circuit 74 so that the probe travels while vibrating for tracking while adjusting the distance between the probe 63 and the medium by the signal of the data string obtained by the track detection circuit 73. Need to be displaced.

【0088】以上のデータ変調回路67、記録電圧印加
装置68、記録信号検出回路70、データ復調回路7
1、プローブ高さ検出回路72、トラック検出回路7
3、z軸駆動制御回路74、x,y軸駆動制御回路74
で記録再生用回路75を形成する。該記録再生回路75
をCPU76によって制御して記録再生装置となる。
The above data modulating circuit 67, recording voltage applying device 68, recording signal detecting circuit 70, data demodulating circuit 7
1, probe height detection circuit 72, track detection circuit 7
3, z-axis drive control circuit 74, x, y-axis drive control circuit 74
Thus, the recording / reproducing circuit 75 is formed. The recording / reproducing circuit 75
Is controlled by the CPU 76 to become a recording / reproducing device.

【0089】本実施例の情報処理装置により、記録情報
の書き込み、読み出し、消去を再現性よく安定に行える
ことが確認できた。
It has been confirmed that the information processing apparatus of this embodiment can stably write, read, and erase recorded information with good reproducibility.

【0090】尚、情報記録用の記録媒体64としては、
前記以外にも、メモリースイッチング現象(電気メモリ
効果)を持つものであれば利用できる。
As the recording medium 64 for recording information,
Other than the above, any one having a memory switching phenomenon (electric memory effect) can be used.

【0091】本発明で言う電気メモリー効果とは、電圧
印加に対応して少なくとも2つ以上の異なる抵抗状態を
示し、各状態間は記録層の導電率を変化させる閾値を越
えた電圧又は電流を印加することにより自由に遷移し、
また得られた各抵抗状態は閾値を越えない電圧又は電流
を印加する限りにおいてその状態を保持し得ることを言
う。実施例2 本実施例は本発明第1のカンチレバー状変位素子に関連
し、実施例1の他の態様を示すものである。
The electric memory effect referred to in the present invention means at least two or more different resistance states corresponding to voltage application, and between each state, a voltage or current exceeding a threshold value that changes the conductivity of the recording layer is indicated. It can be freely transitioned by applying
It is also said that each of the obtained resistance states can be maintained as long as a voltage or current that does not exceed the threshold value is applied. Example 2 This example relates to the first cantilever-shaped displacement element of the present invention, and shows another mode of Example 1.

【0092】まず、図1(a)に示すように、同一バッ
チで基板1,1’上に電極2,2’を形成する。基板
1,1’には面方位(100)のSi単結晶基板の両面
に、該基板の異方性エッチングのためのマスク層として
Si34 を0.2μm堆積したものを用いた。電極
2,2’はAu膜を用い、真空蒸着により0.1μmの
厚さに堆積した。
First, as shown in FIG. 1A, electrodes 2 and 2'are formed on substrates 1 and 1'in the same batch. As the substrates 1 and 1 ', Si 3 N 4 was deposited on both surfaces of a Si single crystal substrate having a plane orientation (100) as a mask layer for anisotropic etching of the substrate to a thickness of 0.2 μm. The electrodes 2 and 2 ′ were Au films, and were deposited by vacuum evaporation to a thickness of 0.1 μm.

【0093】次に、同一バッチで圧電体膜3,3’を成
膜した。成膜条件は、実施例1と同様、ターゲットがZ
nO、基板温度が200℃、スパッタリングガスとして
はArとO2 を1:1で混合したものを用い、ガス圧は
0.5Paとし、スパッタ時のプラズマパワーを200
Wとした。
Next, the piezoelectric films 3 and 3'were formed in the same batch. The film forming conditions are the same as in Example 1 except that the target is
nO, the substrate temperature is 200 ° C., the sputtering gas is a mixture of Ar and O 2 at a ratio of 1: 1, the gas pressure is 0.5 Pa, and the plasma power during sputtering is 200
W.

【0094】次に図1(b)に示すように、両者が中心
対称になるように、接着剤を用いて貼り合わせた。次
に、図1(C)に示すように、HF:HNO3 =1:5
溶液を用いて基板のエッチングにより素子上部の基板
1’を除去した。次に通常のフォトリソグラフィーによ
り、圧電体薄膜3,3’及び電極2,2’の不用部分を
除去した後、図1(d)に示すように、水酸化カリウム
水溶液を用いて基板の異方性エッチングにより素子の片
端部を除いて素子下部の基板1を除去して作製した。
Next, as shown in FIG. 1 (b), the two were bonded using an adhesive so that they were center-symmetric. Next, as shown in FIG. 1C, HF: HNO 3 = 1: 5
The substrate 1 ′ above the element was removed by etching the substrate using the solution. Next, after removing unnecessary portions of the piezoelectric thin films 3 and 3'and the electrodes 2 and 2'by ordinary photolithography, as shown in FIG. It was produced by removing the substrate 1 under the element except for one end portion of the element by reactive etching.

【0095】本実施例で作製した圧電変位素子の形状
は、長さ500μm、幅50μmである。
The shape of the piezoelectric displacement element manufactured in this example is 500 μm in length and 50 μm in width.

【0096】このようにして作製したカンチレバー状変
位素子の下部電極2と上部電極2’の間に±3Vの電圧
を印加した場合に、カンチレバーの先端部は図1の上下
方向に±5μm変位した。
When a voltage of ± 3 V was applied between the lower electrode 2 and the upper electrode 2'of the cantilever displacement element thus manufactured, the tip of the cantilever was displaced ± 5 μm in the vertical direction in FIG. ..

【0097】カンチレバー形成後の、電圧を印加しない
状態でのカンチレバー部の反りは、先端部で0.5μm
以下であった。また、電圧を印加しない状態で周辺温度
を変化させた時発生するカンチレバー部の反りの変動は
非常に小さく、0℃〜100℃の範囲内で最大0.1μ
mであった。更に、圧電変位素子に用いた膜中のクラッ
ク、膜はがれはまったく観察されなかったとともに、そ
れによる動作不良も一切観察されなかった。
After forming the cantilever, the warp of the cantilever portion when no voltage is applied is 0.5 μm at the tip portion.
It was below. Also, the fluctuation of the warp of the cantilever portion that occurs when the ambient temperature is changed without applying a voltage is very small, and the maximum is 0.1 μm within the range of 0 ° C.
It was m. Furthermore, neither cracks nor film peeling in the film used for the piezoelectric displacement element were observed at all, and no operation failure due to it was observed.

【0098】又、実施例1と同様に、上記のようにして
作製した圧電変位素子の自由端部に情報入出力用のプロ
ーブ4を設けカンチレバー型プローブを形成し、これを
用いて図5のSTM並びに図6の情報処理装置を作製し
たところ、実施例1と同様に、良好な動作を行った。
Further, as in the first embodiment, a probe 4 for information input / output is provided at the free end of the piezoelectric displacement element produced as described above to form a cantilever type probe, which is used in FIG. When the STM and the information processing device shown in FIG. 6 were manufactured, good operation was performed as in the first embodiment.

【0099】実施例3 本実施例は本発明第1のカンチレバー状変位素子に関連
し、実施例1,2の他の態様を示すものである。
Example 3 This example relates to the first cantilever-shaped displacement element of the present invention, and shows another mode of Examples 1 and 2.

【0100】まず図3(a)に示すように、同一バッチ
で基板1,1’上に電極2,2’を形成する。基板1,
1’には面方位(100)のSi単結晶基板の画面に、
該基板の異方性エッチングのためのマスク層としてSi
34 を0.2μm堆積したものを用いた。電極2,
2’はPt膜を用い、通常の高周波スパッタリングによ
り0.1μmの厚さに堆積した。
First, as shown in FIG. 3A, electrodes 2 and 2'are formed on substrates 1 and 1'in the same batch. Board 1,
In 1 ', the screen of the Si single crystal substrate of the plane orientation (100),
Si as a mask layer for anisotropic etching of the substrate
3 N 4 0.2 μm deposited was used. Electrode 2,
2'is a Pt film, which was deposited by ordinary high frequency sputtering to a thickness of 0.1 μm.

【0101】次に、同一バッチで圧電体薄膜3,3’を
成膜した。成膜条件は実施例1,2と同様、ターゲット
がZnO、基板温度が200℃、スパッタリングガスと
してはArとO2 を1:1で混合したものを用い、ガス
圧は0.5Paとし、スパッタ時のプラズマパワーを2
00Wとした。
Next, the piezoelectric thin films 3 and 3'were formed in the same batch. The film forming conditions are the same as in Examples 1 and 2, the target is ZnO, the substrate temperature is 200 ° C., the sputtering gas is a mixture of Ar and O 2 at a ratio of 1: 1 and the gas pressure is 0.5 Pa. Plasma power of 2
It was set to 00W.

【0102】次に同一バッチで電極5,5’を成膜し
た。電極5,5’はPt膜を用い、通常の高周波スパッ
タリングにより0.1μmの厚さに堆積した。
Next, electrodes 5 and 5'were formed in the same batch. The electrodes 5 and 5 ′ were Pt films, and were deposited to a thickness of 0.1 μm by ordinary high frequency sputtering.

【0103】次に図3(b)に示すように両者が中心対
称になるように、接着剤を用いて貼り合わせた。次に図
3(c)に示すようにHF:HNO3 =1:5溶液を用
いて基板のエッチングにより素子上部の基板1’を除去
した。次に通常のフォトリソグラフィーにより、圧電体
薄膜3,3’及び電極2,2’,5,5’の不用部分を
除去した後、図3(d)に示すように、水酸化カリウム
水溶液を用いて基板の異方性エッチングにより素子の片
端部を除いて素子下部の基板1を除去して作製した。
Next, as shown in FIG. 3 (b), the two were bonded by using an adhesive so that they were centered symmetrically. Next, as shown in FIG. 3C, the substrate 1 ′ on the upper part of the device was removed by etching the substrate using a HF: HNO 3 = 1: 5 solution. Next, after removing unnecessary portions of the piezoelectric thin films 3, 3'and the electrodes 2, 2 ', 5, 5'by ordinary photolithography, an aqueous potassium hydroxide solution is used as shown in FIG. 3 (d). The substrate 1 below the element was removed by anisotropic etching of the element to remove one end of the element.

【0104】本実施例で作製した圧電変位素子の形状
は、長さ500μm、幅50μmである。
The shape of the piezoelectric displacement element produced in this example is 500 μm in length and 50 μm in width.

【0105】このようにして作製したカンチレバー状変
位素子の中電極5,5’をアースにとり下部電極2と中
電極5の間に±3Vの電圧を印加し、中電極5’と上部
電極2’の間に±3Vを印加した場合に、カンチレバー
の先端部は図3の上下方向に±5μm変位した。
The middle electrodes 5 and 5'of the cantilever displacement element thus manufactured are grounded, and a voltage of ± 3 V is applied between the lower electrode 2 and the middle electrode 5, and the middle electrode 5'and the upper electrode 2 '. When ± 3 V was applied between the two, the tip of the cantilever was displaced ± 5 μm in the vertical direction in FIG.

【0106】カンチレバー形成後の、電圧を印加しない
状態でのカンチレバー部の反りは、先端部で0.5μm
以下であった。また、電圧を印加しない状態で周辺温度
を変化させた時発生するカンチレバー部の反りの変動は
非常に小さく、0℃〜100℃の範囲内で最大0.1μ
mであった。更に、圧電変位素子に用いた膜中のクラッ
ク、膜はがれはまったく観察されなかったとともに、そ
れによる動作不良も一切観察されなかった。
After forming the cantilever, the warp of the cantilever portion in the state where no voltage is applied is 0.5 μm at the tip portion.
It was below. Also, the fluctuation of the warp of the cantilever portion that occurs when the ambient temperature is changed without applying a voltage is very small, and the maximum is 0.1 μm within the range of 0 ° C.
It was m. Furthermore, neither cracks nor film peeling in the film used for the piezoelectric displacement element were observed at all, and no operation failure due to it was observed.

【0107】又、実施例1,2と同様に、上記のように
して作製した圧電変位素子の自由端部に情報入出力用の
プローブ4を設けカンチレバー型プローブを形成し、こ
れを用いて図5のSTM並びに図6の情報処理装置を作
製したところ、実施例1,2と同様に、良好な動作を行
った。
As in the first and second embodiments, a probe 4 for inputting / outputting information is provided at the free end of the piezoelectric displacement element manufactured as described above to form a cantilever type probe. When the STM of No. 5 and the information processing apparatus of FIG. 6 were manufactured, good operation was performed as in Examples 1 and 2.

【0108】実施例4 本実施例は本発明第1のカンチレバー状変位素子に関連
し、実施例1〜3の他の態様を示すものである。
Example 4 This example relates to the first cantilever-shaped displacement element of the present invention, and shows another mode of Examples 1 to 3.

【0109】まず図3(a)に示すように同一バッチで
基板1,1’上に電極2,2’を形成する。基板1,
1’には面方位(100)のSi単結晶基板の画面に、
該基板の異方性エッチングのためのマスク層としてSi
34 を0.2μm堆積したものを用いた。電極2,
2’はAu膜を用い、真空蒸着により0.1μmの厚さ
に堆積した。
First, as shown in FIG. 3A, the electrodes 2 and 2'are formed on the substrates 1 and 1'in the same batch. Board 1,
In 1 ', the screen of the Si single crystal substrate of the plane orientation (100),
Si as a mask layer for anisotropic etching of the substrate
3 N 4 0.2 μm deposited was used. Electrode 2,
2 ′ was an Au film, which was deposited by vacuum evaporation to a thickness of 0.1 μm.

【0110】次に、同一バッチの条件で圧電体膜3,
3’を成膜した。成膜条件は、実施例1〜3と同様、タ
ーゲットがZnO、基板温度が200℃、スパッタリン
グガスとしてはArとO2 を1:1で混合したものを用
い、ガス圧は0.5Paとし、スパッタ時のプラズマパ
ワーを200Wとした。
Next, under the same batch conditions, the piezoelectric film 3,
3'was deposited. As in the case of Examples 1 to 3, the film forming conditions were as follows: the target was ZnO, the substrate temperature was 200 ° C., the sputtering gas was a mixture of Ar and O 2 at a ratio of 1: 1 and the gas pressure was 0.5 Pa. The plasma power during sputtering was set to 200W.

【0111】次に、同一バッチで電極5、5’を成膜し
た。電極5、5’はAu膜を用い、真空蒸着により0.
1μmの厚さに堆積した。
Next, electrodes 5 and 5'were formed in the same batch. The electrodes 5 and 5 ′ are made of Au film and are formed by vacuum vapor deposition to a thickness of 0.
It was deposited to a thickness of 1 μm.

【0112】次に図3(b)に示すように両者が中心対
称になるように、接着剤を用いて貼り合わせた。次に、
図3(c)に示すように、HF:HNO3 =1:5溶液
を用いて基板のエッチングにより素子上部の基板1’を
除去した。次に通常のフォトリソグラフィーにより、圧
電体薄膜3,3’及び電極2,2’,5,5’の不要部
分を除去した後、図3(d)に示すように、水酸化カリ
ウム水溶液を用いて基板の異方性エッチングにより素子
の片端部を除いて素子下部の基板1を除去して作製し
た。
Next, as shown in FIG. 3 (b), the two were bonded using an adhesive so that they were center-symmetric. next,
As shown in FIG. 3C, the substrate 1 ′ on the upper part of the device was removed by etching the substrate using a HF: HNO 3 = 1: 5 solution. Next, after removing unnecessary portions of the piezoelectric thin films 3, 3'and the electrodes 2, 2 ', 5, 5'by ordinary photolithography, an aqueous potassium hydroxide solution is used as shown in FIG. 3 (d). The substrate 1 below the element was removed by anisotropic etching of the element to remove one end of the element.

【0113】本実施例で作製した圧電変位素子の形状
は、長さ500μm、幅50μmである。このようにし
て作製したカンチレバー状変位素子の中電極5,5’を
アースにとり下部電極2と中電極5の間に±3Vの電圧
を印加し、中電極5’と上部電極2’の間に±3Vを印
加した場合に、カンチレバーの先端部は図3の上下方向
に±5μm変位した。
The shape of the piezoelectric displacement element produced in this example is 500 μm in length and 50 μm in width. The middle electrodes 5 and 5 ′ of the cantilever displacement element thus manufactured are grounded, and a voltage of ± 3 V is applied between the lower electrode 2 and the middle electrode 5, and between the middle electrode 5 ′ and the upper electrode 2 ′. When ± 3 V was applied, the tip of the cantilever was displaced ± 5 μm in the vertical direction in FIG.

【0114】カンチレバー形成後の、電圧を印加しない
状態でのカンチレバー部の反りは、先端部で0.5μm
以下であった。また、電圧を印加しない状態で周辺温度
を変化させた時発生するカンチレバー部の反りの変動は
非常に小さく、0℃〜100℃の範囲内で最大0.1μ
mであった。更に、圧電変位素子に用いた膜中のクラッ
ク、膜はがれはまったく観察されなかったとともに、そ
れによる動作不良も一切観察されなかった。
After forming the cantilever, the warp of the cantilever portion without applying a voltage is 0.5 μm at the tip portion.
It was below. Also, the fluctuation of the warp of the cantilever portion that occurs when the ambient temperature is changed without applying a voltage is very small, and the maximum is 0.1 μm within the range of 0 ° C.
It was m. Furthermore, neither cracks nor film peeling in the film used for the piezoelectric displacement element were observed at all, and no operation failure due to it was observed.

【0115】又、実施例1〜3と同様に、上記のように
して作製した圧電変位素子の自由端部に情報入出力用の
プローブ4を設けカンチレバー型プローブを形成し、こ
れを用いて図5のSTM並びに図6の情報処理装置を作
製したところ、実施例1〜3と同様に、良好な動作を行
った。
Similarly to the first to third embodiments, the information displacement probe 4 is provided at the free end of the piezoelectric displacement element manufactured as described above to form a cantilever type probe. When the STM of No. 5 and the information processing apparatus of FIG. 6 were manufactured, good operation was performed as in Examples 1 to 3.

【0116】実施例5 本実施例は、本発明第2のカンチレバー状変位素子に関
連する。
Example 5 This example relates to a second cantilever-shaped displacement element of the present invention.

【0117】図7は圧電薄膜としてZnOを用い、これ
をNe/O2 雰囲気のスパッタで成膜した時、ZnOの
c軸方向の格子定数の値を成膜時のガス圧力に対してプ
ロットしたものである。ガス圧力が減少すると共にZn
Oのc軸方向の格子定数は増加するものの、同図に示し
た従来のAr雰囲気中で成膜した場合に比べ、格子の伸
びははるかに少ない。
In FIG. 7, when ZnO is used as the piezoelectric thin film and the film is formed by sputtering in a Ne / O 2 atmosphere, the value of the lattice constant of ZnO in the c-axis direction is plotted against the gas pressure during film formation. It is a thing. As gas pressure decreases, Zn
Although the lattice constant of O in the c-axis direction increases, the lattice elongation is much smaller than that in the case of forming a film in the conventional Ar atmosphere shown in FIG.

【0118】この結果は、成膜されたZnOの内部応力
がNeを用いた場合は小さくなる事を意味している。
This result means that the internal stress of the formed ZnO is small when Ne is used.

【0119】さらに、図7において、成膜時の圧力変化
に対して格子の伸びの変化が少ない事から、複数のカン
チレバーにおける反り量のバラツキを少なくする事が出
来る。
Further, in FIG. 7, since there is little change in the elongation of the lattice with respect to the change in pressure during film formation, it is possible to reduce the variation in the amount of warpage among a plurality of cantilevers.

【0120】図18と同様なカンチレバーをNe/O2
混合雰囲気で成膜したZnOを用いて作製した所、カン
チレバーの自由端の先端と、Si基板との高さのずれは
200本中カンチレバーの厚みに対して±50%であ
り、従来のようにAr/O2 混合雰囲気時の±80%に
比べ向上が得られた。
A cantilever similar to that shown in FIG. 18 is replaced with Ne / O 2
When ZnO was formed in a mixed atmosphere, the height difference between the tip of the free end of the cantilever and the Si substrate was ± 50% of the thickness of the cantilever in 200, which was the same as the conventional one. An improvement was obtained compared to ± 80% in the Ar / O 2 mixed atmosphere.

【0121】図8に内部応力に対するZnO膜の抵抗値
を示した。Ar混合雰囲気中で成膜したZnO膜は内部
応力0近傍では抵抗値が低下する。これは誘電損失が大
きくなる事を意味し、カンチレバー駆動時のエネルギー
ロスが大きくなることにつながる。
FIG. 8 shows the resistance value of the ZnO film with respect to the internal stress. The resistance value of the ZnO film formed in the Ar mixed atmosphere decreases when the internal stress is near zero. This means that the dielectric loss becomes large, which leads to a large energy loss when driving the cantilever.

【0122】これに対して、Ne/O2 混合雰囲気中で
成膜したZnOの場合は、低応力近傍で抵抗率が低下す
る傾向は同様だが、その絶対値はArの場合よりも高抵
抗を保っており、これは低応力かつエネルギーロスの少
ないカンチレバーを実現できる事を意味する。
On the other hand, in the case of ZnO formed in the Ne / O 2 mixed atmosphere, the resistivity tends to decrease in the vicinity of low stress, but its absolute value has a higher resistance than that of Ar. This means that a cantilever with low stress and low energy loss can be realized.

【0123】実施例6 本実施例は本発明第3の微小プローブに関連する。 Example 6 This example relates to the third microprobe of the invention.

【0124】本実施例では、図9に示してあるような本
発明第3の微小プローブを作製した。
In this example, the third microprobe of the present invention as shown in FIG. 9 was prepared.

【0125】以下に、微小プローブの製造方法を図11
を用いて説明する。
A method of manufacturing a microprobe will be described below with reference to FIG.
Will be explained.

【0126】図11は、粒状膜堆積に用いた多元スパッ
タ装置の概略図である。93はタングステン製のプロー
ブ、110はプローブ93を加熱させるためのヒータ
ー、111はプローブ93を軸回転させるための軸回転
機構、112はプローブ93の角度を変えるための角度
調整機構、113は1層目の堆積材料、114は電源、
115は2層目の堆積材料、116は電源、117はガ
ス取入れ口、118は排気口、119は真空容器であ
る。プローブ93の作製は、直径1mmのタングステン
棒をKOHをエッチング溶液として、交流の電解研磨を
用いて鋭利な先端を形成した。エッチング条件は、電
圧:2Vp−p,電流:0.025Aであった。この時
の先端曲率半径は、0.5μm程度であった。先端曲率
半径の算出は、高分解能の電界放射走査型電子顕微鏡を
用いて行った。113の堆積材料として、Auを用い
た。115の堆積材料として、Pt−Pdを用いた。
FIG. 11 is a schematic view of a multi-source sputtering apparatus used for depositing a granular film. Reference numeral 93 is a tungsten probe, 110 is a heater for heating the probe 93, 111 is an axis rotating mechanism for rotating the probe 93, 112 is an angle adjusting mechanism for changing the angle of the probe 93, and 113 is one layer. Eye deposit material, 114 is power supply,
115 is a second layer deposition material, 116 is a power supply, 117 is a gas intake port, 118 is an exhaust port, and 119 is a vacuum container. The probe 93 was manufactured by forming a sharp tip using a 1 mm diameter tungsten rod with KOH as an etching solution and alternating current electrolytic polishing. The etching conditions were voltage: 2 Vp-p and current: 0.025A. The radius of curvature of the tip at this time was about 0.5 μm. The calculation of the radius of curvature of the tip was performed using a high resolution field emission scanning electron microscope. Au was used as the deposition material for 113. Pt—Pd was used as the deposition material for 115.

【0127】次に、堆積材料積層の工程を説明する。Next, the steps of stacking the deposited materials will be described.

【0128】先ず、1層目の堆積材料113をプローブ
93の表面に被覆する工程を説明する。1層目の堆積材
料113は、Auである(材料は、4インチ基板使
用)。軸回転機構111によりプローブ93を回転させ
た。また、角度調整機構112により1層目の堆積材料
113とプローブ93が垂直になるように調整した。真
空容器119内へアルゴンガスをガス取入れ口117か
ら導入した。
First, the step of coating the surface of the probe 93 with the first layer deposition material 113 will be described. The deposited material 113 of the first layer is Au (the material is a 4-inch substrate). The probe 93 was rotated by the shaft rotation mechanism 111. Also, the angle adjusting mechanism 112 was adjusted so that the deposited material 113 of the first layer and the probe 93 were vertical. Argon gas was introduced into the vacuum container 119 through the gas inlet 117.

【0129】次に、以下に示す条件でスパッタ法により
プローブ93表面に被覆した。
Next, the surface of the probe 93 was coated by the sputtering method under the following conditions.

【0130】プローブ加熱温度: 150℃ アルゴン圧力: 2mmTorr 電源パワー: 200W 堆積レート: 100Å/min 膜厚が1000Åに到達した時点で、スパッタを中止さ
せた。
Probe heating temperature: 150 ° C. Argon pressure: 2 mmTorr Power supply power: 200 W Deposition rate: 100 Å / min Sputtering was stopped when the film thickness reached 1000 Å.

【0131】次に、2層目の堆積材料115を1層目の
堆積材料113の表面に堆積させる工程を説明する。2
層目の堆積材料115は、Pt−Pdである。
Next, the step of depositing the second layer deposition material 115 on the surface of the first layer deposition material 113 will be described. Two
The deposition material 115 of the layer is Pt-Pd.

【0132】軸回転機構111によりプローブ93を回
転させた。また、角度調整機構112により2層目の堆
積材料115とプローブ93が垂直になるように調整し
た。真空容器119内へアルゴンガスをガス取入れ口1
17から導入した。
The probe 93 was rotated by the shaft rotating mechanism 111. Further, the angle adjusting mechanism 112 was adjusted so that the second-layer deposited material 115 and the probe 93 were vertical. Argon gas inlet 1 into the vacuum container 119
It was introduced from 17.

【0133】次に、以下に示す条件でスパッタ法により
プローブ93表面に被覆した。
Next, the surface of the probe 93 was coated by the sputtering method under the following conditions.

【0134】プローブ加熱温度: 80℃ アルゴン圧力: 2mmTorr 電源パワー: 200W 堆積レート: 50Å/min 膜厚が300Åに到達した時点で、スパッタを中止させ
た。
Probe heating temperature: 80 ° C. Argon pressure: 2 mmTorr Power supply power: 200 W Deposition rate: 50 Å / min When the film thickness reached 300 Å, sputtering was stopped.

【0135】このようにして作製した微小プローブ先端
を透過電子顕微鏡と電界放射電子顕微鏡を用いて観察し
た。その結果、1層目の膜の先端曲率半径は0.1μm
であり、2層目の膜の先端曲率半径は5nmであった。
以上のように、先端の曲率半径の非常に小さい、鋭利な
微小プローブを作製できた。
The tip of the microprobe thus manufactured was observed using a transmission electron microscope and a field emission electron microscope. As a result, the radius of curvature of the tip of the first layer is 0.1 μm.
And the radius of curvature of the tip of the second layer film was 5 nm.
As described above, a sharp microprobe with a very small radius of curvature of the tip could be manufactured.

【0136】実施例7 本実施例は本発明第3の微小プローブに関連し、実施例
6の他の態様を示すものである。
Example 7 This example relates to the third microprobe of the present invention and shows another aspect of Example 6.

【0137】図12を用いて本実施例を説明する。This embodiment will be described with reference to FIG.

【0138】図12は粒状膜堆積に用いたクラスターイ
オンビーム装置の概略図である。
FIG. 12 is a schematic view of a cluster ion beam apparatus used for depositing a granular film.

【0139】110はヒーター、111はプローブ93
を回転させる軸回転機構、120は堆積材料、121は
るつぼ、122はるつぼ121を加熱させる電子放出フ
ィラメント、123は噴射ノズル、124はイオン化用
電子引出しグリッド、125は加速電極、126はクラ
スターイオン、127はクラスターイオン126をプロ
ーブ93に照射させないためのシャッター、128は真
空容器である。堆積材料120には、Auを用いた。
110 is a heater, 111 is a probe 93.
An axis rotation mechanism for rotating the material, 120 a deposition material, 121 a crucible, 122 an electron emission filament for heating the crucible 121, 123 an injection nozzle, 124 an electron extraction grid for ionization, 125 an accelerating electrode, 126 a cluster ion, 127 is a shutter for preventing the cluster ions 126 from irradiating the probe 93, and 128 is a vacuum container. Au was used as the deposition material 120.

【0140】以下に堆積方法を説明する。The deposition method will be described below.

【0141】まず、軸回転機構111を用いてプローブ
93を回転させる。次に電子放出フィラメント122を
用いてるつぼ121に中に入っているAu材料120を
加熱し、123の噴射ノズルから蒸発させ電子引出しグ
リッド124によりイオン化し加速電極125により加
速させクラスターイオン126として、プローブ93に
向かってクラスターイオンを飛ばす。1層目の堆積をシ
ャッター127を開けると共に行う。1層目の堆積条件
を以下に示す。
First, the probe 93 is rotated using the shaft rotating mechanism 111. Next, the Au material 120 contained in the crucible 121 is heated using the electron emission filament 122, evaporated from the injection nozzle 123, ionized by the electron extraction grid 124, accelerated by the acceleration electrode 125, and clustered as the cluster ion 126. The cluster ions are ejected toward 93. The first layer is deposited while the shutter 127 is opened. The deposition conditions for the first layer are shown below.

【0142】プローブ加熱温度: 400℃ イオン化電流: 300mA 加速電圧: 8kV 成膜速度: 2Å/sec 上記条件に基づき、プローブ93表面にAuを500Å
堆積させた。堆積後は、直ちにシャッター127を閉じ
た。
Probe heating temperature: 400 ° C. Ionization current: 300 mA Acceleration voltage: 8 kV Film formation rate: 2 Å / sec Based on the above conditions, 500 Å Au on the surface of the probe 93.
Deposited. The shutter 127 was closed immediately after the deposition.

【0143】次に2層目の堆積を以下の条件に基づき行
う。条件を変更後、シャッター127を開けた。
Next, the second layer is deposited under the following conditions. After changing the conditions, the shutter 127 was opened.

【0144】プローブ加熱温度: 80℃ イオン化電流: 200mA 加速電圧: 7kV 成膜速度: 0.5Å/sec 上記条件に基づき、1層目の堆積膜にAuを200Å堆
積させた。堆積後は、直ちにシャッター127を閉じ
た。
Probe heating temperature: 80 ° C. Ionization current: 200 mA Acceleration voltage: 7 kV Film formation rate: 0.5 Å / sec Under the above conditions, 200 Å of Au was deposited on the first deposited film. The shutter 127 was closed immediately after the deposition.

【0145】次に、3層目の堆積を以下の条件に基づき
行う。条件を変更後、シャッター127を開けた。
Next, the third layer is deposited under the following conditions. After changing the conditions, the shutter 127 was opened.

【0146】プローブ加熱温度: 室温 イオン化電流: 150mA 加速電圧: 7kV 成膜速度: 0.5Å/sec 上記条件に基づき、2層目の堆積表面にAuを100Å
堆積させた。堆積後は、直ちにシャッター127を閉じ
た。このようにして作製した微小プローブ先端を透過電
子顕微鏡と電界放射電子顕微鏡を用いて観察した。その
結果、1層目の膜の先端曲率半径は0.2μmであり、
2層目の膜の先端曲率半径は50nmであり、3層目の
膜の先端曲率半径は12nmであった。
Probe heating temperature: room temperature Ionization current: 150 mA Accelerating voltage: 7 kV Deposition rate: 0.5 Å / sec Based on the above conditions, 100 Å Au was deposited on the deposition surface of the second layer.
Deposited. The shutter 127 was closed immediately after the deposition. The tip of the microprobe thus produced was observed using a transmission electron microscope and a field emission electron microscope. As a result, the radius of curvature of the tip of the first layer film is 0.2 μm,
The tip radius of curvature of the second layer film was 50 nm, and the tip radius of curvature of the third layer film was 12 nm.

【0147】実施例8 本実施例は本発明第3の微小プローブ素子をSTM装置
に搭載したものである。
Embodiment 8 In this embodiment, the third microprobe element of the present invention is mounted on an STM device.

【0148】図13は本発明による本実施例のSTM装
置のブロック構成図である。
FIG. 13 is a block diagram of the STM device of this embodiment according to the present invention.

【0149】図中130は、図11の多元スパッタ装置
を用いて、AuとPtを積層被覆した微小プローブであ
り、先端曲率半径は、5nmであった。132はHOP
G(高配向グラファイト)上に液晶(10CB)分子を
蒸着した観察試料、133は試料台、134はプローブ
130を3次元に走査する微動用圧電素子、135はプ
ローブ130を観察試料132へ粗接近させる粗動機
構、131はバイアス電源、136は電流電圧変換器、
137は対数変換器、138は比較器、139は積分
器、140はマイクロコンピュータ、141は増幅器、
142は表示装置、143は微動用円筒圧電素子134
を3次元に走査する3次元走査回路、144はプローブ
130を電極に接近させるための粗動制御回路である。
プローブ130を、微動用圧電素子134に取り付ける
際は、微動用圧電素子134の走査方向に対し、プロー
ブ130先端の角度が最小になるようにセッティングす
る。
Reference numeral 130 in the figure is a microprobe in which Au and Pt are laminated and coated using the multi-source sputtering apparatus of FIG. 11, and the tip curvature radius is 5 nm. 132 is HOP
An observation sample in which liquid crystal (10CB) molecules are vapor-deposited on G (highly oriented graphite), 133 is a sample stage, 134 is a piezoelectric element for fine movement that scans the probe 130 in three dimensions, and 135 is a probe 130 that roughly approaches the observation sample 132. A coarse movement mechanism, 131 a bias power source, 136 a current-voltage converter,
137 is a logarithmic converter, 138 is a comparator, 139 is an integrator, 140 is a microcomputer, 141 is an amplifier,
Reference numeral 142 is a display device, and 143 is a fine movement cylindrical piezoelectric element 134.
Is a three-dimensional scanning circuit for three-dimensionally scanning the probe, and 144 is a coarse movement control circuit for bringing the probe 130 close to the electrodes.
When the probe 130 is attached to the fine-movement piezoelectric element 134, the probe 130 is set so that the angle of the tip of the probe 130 with respect to the scanning direction of the fine-movement piezoelectric element 134 is minimized.

【0150】次に、上述の構成からなる本実施例の表面
観察装置を大気中にて動作させる。プローブ130と観
察試料132との間に流れるトンネル電流の値が、数ナ
ノメートルの一定状態になるように制御するために、バ
イアス電源131が100ミリボルトの電圧に設定され
た状態で電流−電圧変換器136、対数変換器137、
比較器138、積分器139、増幅器141を通じた電
気的フィードバック信号を微動用円筒圧電素子134に
与える。円筒圧電素子134の変位量は、1キロボルト
当り1マイクロメートルである。この後、電気的フィー
ドバックをかけながら微動用円筒圧電素子134を3次
元走査回路143にて、プローブ130と観察試料13
2との間に流れるトンネル電流が一定となるように走査
させ、試料表面の分子像を表示装置142に出力した。
この時のプローブ130の走査速度は、1ラインあた
り、2ミリセカンドの速度とした。この出力像では、鮮
明な液晶の分子が観測された。
Next, the surface observation apparatus of the present embodiment having the above-mentioned structure is operated in the atmosphere. In order to control the value of the tunnel current flowing between the probe 130 and the observation sample 132 to be a constant state of several nanometers, current-voltage conversion is performed with the bias power supply 131 set to a voltage of 100 millivolts. Unit 136, logarithmic converter 137,
An electrical feedback signal from the comparator 138, the integrator 139, and the amplifier 141 is applied to the fine-motion cylindrical piezoelectric element 134. The displacement amount of the cylindrical piezoelectric element 134 is 1 micrometer per kilovolt. Thereafter, the three-dimensional scanning circuit 143 moves the cylindrical piezoelectric element for fine movement 134 while applying electrical feedback to the probe 130 and the observation sample 13.
Scanning was performed so that the tunnel current flowing between the sample and the sample 2 was constant, and a molecular image of the sample surface was output to the display device 142.
The scanning speed of the probe 130 at this time was 2 milliseconds per line. In this output image, clear liquid crystal molecules were observed.

【0151】従来のWの電解研磨プローブでは、走査開
始部分での像のひずみによる観察分子のピッチ誤差が、
しばしば観測されたが、本発明の微小プローブでは、像
のひずみ等の影響は観測されなかった。また、分解能の
良い像が安定に観測された。
In the conventional W electropolishing probe, the pitch error of the observed molecule due to the distortion of the image at the scanning start portion is
Although often observed, the microprobe of the present invention did not observe the influence of image distortion or the like. An image with good resolution was also observed stably.

【0152】実施例9 本実施例は本発明第3の微小プローブ素子を情報処理装
置に搭載したものである。
Example 9 In this example, the third microprobe element of the present invention is mounted on an information processing apparatus.

【0153】図14は本発明による本実施例の情報処理
装置のブロック構成図である。
FIG. 14 is a block diagram of the information processing apparatus of this embodiment according to the present invention.

【0154】図中130は、図12のクラスターイオン
ビーム装置を用いて、Auを3層積層した本発明第3の
微小プローブであり、最先端の曲率半径は15nmであ
った。
Reference numeral 130 in the figure denotes the third micro probe of the present invention in which three layers of Au are laminated by using the cluster ion beam device of FIG. 12, and the radius of curvature at the leading edge is 15 nm.

【0155】149はプローブ電流増幅器で、150は
圧電素子を用いた微動機構151をプローブ電流が一定
になるように、制御するサーボ回路である。152はプ
ローブ電極130と基板電極147の間に記録/消去用
のパルス電圧を印加するための電源である。
Reference numeral 149 is a probe current amplifier, and reference numeral 150 is a servo circuit for controlling the fine movement mechanism 151 using a piezoelectric element so that the probe current becomes constant. Reference numeral 152 is a power supply for applying a pulse voltage for recording / erasing between the probe electrode 130 and the substrate electrode 147.

【0156】パルス電圧を印加するときプローブ電流が
急激に変化するため、サーボ回路150は、その間HO
LD回路をONにしてサーボ回路150の出力電圧が一
定になるように制御している。
Since the probe current changes abruptly when the pulse voltage is applied, the servo circuit 150 keeps the HO during that time.
The LD circuit is turned on so that the output voltage of the servo circuit 150 is controlled to be constant.

【0157】153はXY方向にプローブ電極130を
移動制御するためのXY走査駆動回路である。154と
155は、あらかじめ10-9A程度のプローブ電流が得
られるようにプローブ電極130と記録媒体145との
距離を粗動制御するものである。これらの各機器は、す
べてマイクロコンピュータ156により中央制御されて
いる。また157は表示機器を表している。
Reference numeral 153 is an XY scanning drive circuit for controlling the movement of the probe electrode 130 in the XY directions. 154 and 155 are for coarse movement control of the distance between the probe electrode 130 and the recording medium 145 so that a probe current of about 10 −9 A can be obtained in advance. All of these devices are centrally controlled by the microcomputer 156. Reference numeral 157 represents a display device.

【0158】また、圧電素子を用いた移動制御における
機械的性能を下記に示す。
The mechanical performance of movement control using a piezoelectric element is shown below.

【0159】 Z方向微動制御範囲: 0.1nm〜1μm Z方向粗動制御範囲: 10nm〜10mm XY方向走査範囲: 0.1nm〜1μm 計測,制御許容誤差: <0.1nm 本装置では、プローブ電極130と記録層146の表面
の間を流れるプローブ電流を一定に保つように、圧電素
子を用いてプローブ電極130と記録層146の表面と
の距離(Z)を微動制御する。更に微動制御機構151
は距離Zを一定に保ったまま、面内(X,Y)方向にも
微動制御できるように設計されている。しかし、これら
はすべて従来公知の技術である。またプローブ電極13
0は直接記録・再生・消去を行うために用いることがで
きる。また、記録媒体は高精度のXYステージ158の
上に置かれ、任意の位置に移動させることができる。
Z direction fine movement control range: 0.1 nm to 1 μm Z direction coarse movement control range: 10 nm to 10 mm XY direction scanning range: 0.1 nm to 1 μm Measurement and control tolerance: <0.1 nm The distance (Z) between the probe electrode 130 and the surface of the recording layer 146 is finely controlled by using a piezoelectric element so that the probe current flowing between the surface of the recording layer 146 and 130 is kept constant. Further, the fine movement control mechanism 151
Is designed to be capable of fine movement control in the in-plane (X, Y) directions while keeping the distance Z constant. However, these are all conventionally known techniques. In addition, the probe electrode 13
0 can be used for direct recording / reproducing / erasing. Further, the recording medium is placed on the high precision XY stage 158 and can be moved to an arbitrary position.

【0160】次に、Auで形成した基板電極147の上
に形成されたスクアリリュウム−ビス−6−オクチルア
ズレン(以下SOAZと略す)のLB膜(8層)を用い
た記録・再生・消去の実験についてその詳細を記す。
Next, recording / reproducing / erasing using an LB film (8 layers) of squarylium-bis-6-octylazulene (hereinafter abbreviated as SOAZ) formed on the substrate electrode 147 formed of Au. The details of the experiment are described below.

【0161】SOAZ8層を累積した記録層146をも
つ記録媒体145をXYステージ158の上に置き、ま
ず目視によりプローブ電極130の位置を決め、しっか
りと固定した。Au電極147に対して、プローブ電極
130に−1.0Vの電圧を印加し、電流をモニターし
ながらプローブ電極130と記録層146表面との距離
(Z)を調整した。その後、微動制御機構151を制御
してプローブ電極130と記録層146表面までの距離
を変えていくと、図15(a)に示すような電流特性が
得られた。
The recording medium 145 having the recording layer 146 in which the SOAZ8 layers were accumulated was placed on the XY stage 158, and first the position of the probe electrode 130 was visually determined and firmly fixed. A voltage of −1.0 V was applied to the probe electrode 130 with respect to the Au electrode 147, and the distance (Z) between the probe electrode 130 and the surface of the recording layer 146 was adjusted while monitoring the current. Then, when the distance between the probe electrode 130 and the surface of the recording layer 146 was changed by controlling the fine movement control mechanism 151, the current characteristic as shown in FIG. 15A was obtained.

【0162】なお、プローブ電流および、プローブ電圧
を変化させることでプローブ電極130と記録層146
表面との距離Zを調整することができるが、距離Zを適
当な値で一定に保持するためには、プローブ電流I
が、
The probe current and probe voltage
The probe electrode 130 and the recording layer 146
The distance Z to the surface can be adjusted, but the distance Z
In order to keep the value constant, the probe current I p
But,

【0163】[0163]

【式1】 好適には、[Formula 1] Preferably,

【0164】[0164]

【式2】 になるようにプローブ電圧を調整する必要がある。[Formula 2] It is necessary to adjust the probe voltage so that

【0165】まず、図15(a)のa領域の電流値に制
御電流を設定した(10-7A)。この条件下ではプロー
ブ電極130は記録層146の表面に接触している。サ
ーボ回路150の出力電圧を一定に保持し、以下の実験
を行った。プローブ電極130とAu電極147との間
に電気メモリー効果を生じる閾値電圧を越えていない電
圧である0.5V読み取り用電圧を印加して電流値を測
定したところ、μA以下でOFF状態を示した。次にO
N状態を生じる閾値電圧Vth ON以上の電圧である
図15(b)に示した波形をもつ三角波パルス電圧を印
加したのち、再び0.5Vの電圧を電極間に印加して電
流を測定したところ0.3mA程度の電流が流れON状
態となっていたことを示した。
First, the control current was set to the current value in the area a of FIG. 15A (10 −7 A). Under this condition, the probe electrode 130 is in contact with the surface of the recording layer 146. The following experiment was conducted with the output voltage of the servo circuit 150 kept constant. When the current value was measured between the probe electrode 130 and the Au electrode 147 by applying a reading voltage of 0.5 V, which is a voltage that does not exceed the threshold voltage for producing the electric memory effect, and the current value was measured. .. Then O
After applying a triangular wave pulse voltage having a waveform shown in FIG. 15B, which is a voltage equal to or higher than the threshold voltage Vth ON for generating the N state, a voltage of 0.5 V is applied again between the electrodes and the current is measured. It was shown that a current of about 0.3 mA flowed and was in the ON state.

【0166】次にON状態からOFF状態へ変化する閾
値電圧Vth OFF以上の電圧である三角波パルス電
圧を印加したのち、再び0.5Vを印加したところ、こ
の時の電流値はμA以下でOFF状態に戻ることが確認
された。
Next, when a triangular wave pulse voltage which is a voltage equal to or higher than the threshold voltage Vth OFF that changes from the ON state to the OFF state is applied and then 0.5 V is applied again, the current value at this time is μA or less and the state is OFF. Was confirmed to return to.

【0167】次にプローブ電圧を0.5Vとし、プロー
ブ電流I pを10-9A(図15(a)のb領域に相当す
る。)に設定して、プローブ電極130と記録層146
表面との距離Zを制御した。
Next, the probe voltage is set to 0.5 V and the probe voltage is
Current I p is 10-9A (corresponding to the area b in FIG. 15A)
It ), The probe electrode 130 and the recording layer 146.
The distance Z to the surface was controlled.

【0168】XYステージ158を一定の間隔(1μ
m)で移動させながら、前記と同様な波形を有する閾値
電圧Vth ON以上のパルス電圧(Vmax=−15
V)を印加して、ON状態を書き込んだ。なお、パルス
電圧を印加する際は、サーボ回路150の出力電圧を一
定にしている。
The XY stage 158 is moved at a constant interval (1 μm).
pulse voltage (Vmax = −15) equal to or higher than the threshold voltage Vth ON having the same waveform as described above while moving at m).
V) was applied to write the ON state. The output voltage of the servo circuit 150 is kept constant when the pulse voltage is applied.

【0169】書き込まれた情報は、書き込みの際と同じ
条件でプローブ電極130と記録層146の表面の距離
を制御したのち、サーボ回路150の出力を一定に保持
したままで、XYステージ158を駆動し、ON状態領
域とOFF状態領域とのプローブ電流の変化で直接読み
取るか、又は、サーボ回路150を動作させたまま(H
OLD回路OFF)XYステージ158を駆動し、ON
状態領域とOFF状態領域とでのサーボ回路150の出
力電圧の変化で読み取ることができる。本実施例では、
ON状態領域でのプローブ電流が記録前(又はOFF状
態領域)と比較して3桁以上変化していたことを確認し
た。
For the written information, the distance between the probe electrode 130 and the surface of the recording layer 146 is controlled under the same conditions as the writing, and then the XY stage 158 is driven while keeping the output of the servo circuit 150 constant. Then, it is directly read by the change in the probe current between the ON state region and the OFF state region, or the servo circuit 150 is kept operating (H
OLD circuit OFF) XY stage 158 is driven and turned ON
It can be read by the change in the output voltage of the servo circuit 150 in the state region and the OFF state region. In this example,
It was confirmed that the probe current in the ON state region was changed by three digits or more as compared with that before recording (or the OFF state region).

【0170】更に書き込みの際と同じ条件でプローブ電
極130と記録層146の表面との距離を制御したのち
サーボ回路150の出力を一定に保持し、プローブ電圧
をVth OFF以上の8Vに設定して、再びXYステ
ージ158を駆動して、記録位置をトレースした結果、
全ての記録状態が消去され、OFF状態に遷移したこと
も確認した。
Further, after controlling the distance between the probe electrode 130 and the surface of the recording layer 146 under the same conditions as in writing, the output of the servo circuit 150 is kept constant and the probe voltage is set to 8 V which is Vth OFF or higher. , The XY stage 158 is driven again to trace the recording position,
It was also confirmed that all the recorded states were erased and the state changed to the OFF state.

【0171】XYステージ158を駆動するかわりにX
Y駆動回路153を動作させ、微動制御機構151を駆
動して、0.01μm間隔に、前述と同じ条件で記録・
再生・消去の実験を行っても、同様な結果が得られた。
すなわち書き込み後の記録層146の表面との距離を一
定に保持したのち、サーボ回路150の出力を一定に
し、その後微動制御回路機構151を駆動して、記録位
置をトレースしたところ、0.01μm周期で3桁以上
のプローブ電流の変化を確認した。また、同じ条件でプ
ローブ電圧を8Vに設定し、記録位置をトレースした結
果、0.01μm周期の記録状態は全て消去されること
も確認した。上述の記録・再生・消去実験を繰り返して
行っても安定した実験が可能であった。
Instead of driving the XY stage 158, X
The Y drive circuit 153 is operated and the fine movement control mechanism 151 is driven to record at 0.01 μm intervals under the same conditions as described above.
Similar results were obtained even when the reproduction / erasure experiment was performed.
That is, after the distance from the surface of the recording layer 146 after writing is kept constant, the output of the servo circuit 150 is kept constant, and then the fine movement control circuit mechanism 151 is driven to trace the recording position. The change in probe current of 3 digits or more was confirmed by. Further, as a result of setting the probe voltage to 8 V under the same condition and tracing the recording position, it was confirmed that the recording state of 0.01 μm cycle was completely erased. A stable experiment was possible even if the above-mentioned recording / reproducing / erasing experiment was repeated.

【0172】次に微動制御機構151を用いて、0.0
01μmから0.1μmの間の種々のピッチで長さ1μ
mのストライプを上記の方法で書き込み、分解能を測定
したところ0.01μm以上のピッチでは常に3桁以上
のプローブ電流の変化が書き込みピッチと同じピッチで
確認された。0.01μm未満のピッチではプローブ電
流の変化が次第に小さくなり、0.001μmピッチで
はプローブ電流の変化の観測は困難であった。
Next, using the fine movement control mechanism 151, 0.0
Length 1μ with various pitches between 01μm and 0.1μm
When the m stripe was written by the above method and the resolution was measured, a change in probe current of 3 digits or more was always confirmed at the same pitch as the writing pitch at a pitch of 0.01 μm or more. When the pitch was less than 0.01 μm, the change in the probe current was gradually reduced, and when the pitch was 0.001 μm, it was difficult to observe the change in the probe current.

【0173】以上の実験に用いたSOAZ−LB膜は下
記のごとく作成した。
The SOAZ-LB film used in the above experiment was prepared as follows.

【0174】光学研磨したガラス基板(基板148)を
中性洗剤およびトリクレンを用いて洗浄した後下引き層
としてCrを真空蒸着法により厚さ50Å堆積させ、更
にAuを同法により400Å蒸着した下地電極(Au電
極147)を形成した。
An optically polished glass substrate (substrate 148) was washed with a neutral detergent and trichlene, and then Cr was deposited as a subbing layer to a thickness of 50 Å by a vacuum evaporation method, and further Au was evaporated to 400 Å by the same method. An electrode (Au electrode 147) was formed.

【0175】次にSOAZを濃度0.2mg/mlで溶
かしたクロロホルム溶液を20℃の水相上に展開し、水
面上に単分子膜を形成した。溶媒の蒸発を待ち係る単分
子膜の表面圧を20mN/mまで高め、更にこれを一定
に保ちながら前記電極基板を水面を横切るように速度5
mm/分で静かに浸漬し、さらに引上げ2層のY形単分
子膜の累積を行った。
Next, a chloroform solution in which SOAZ was dissolved at a concentration of 0.2 mg / ml was spread on the water phase at 20 ° C. to form a monomolecular film on the water surface. The surface pressure of the monomolecular film awaiting the evaporation of the solvent is increased to 20 mN / m, and while maintaining this constant, the speed is set so as to cross the water surface across the electrode substrate.
It was gently dipped at a rate of mm / min, and further pulled up to accumulate two layers of Y-shaped monomolecular film.

【0176】実施例10 本実施例は本発明第4の微小プローブに関連する。 Example 10 This example relates to the fourth microprobe of the present invention.

【0177】本実施例を図16を参照しつつ説明する。
まず、熱酸化膜が5000Å形成されたシリコンウエハ
を支持体161として用意する。続いて金を真空蒸着法
により支持体161上に0.2μm成膜し、フォトリソ
グラフィとエッチングによりパターン形成を行い電極1
62を形成した。なお、金と熱酸化膜の密着性向上のた
めにCrを50Å下引き層として用いた(図16(a)
参照)。
This embodiment will be described with reference to FIG.
First, a silicon wafer on which a thermal oxide film of 5000 Å is formed is prepared as a support 161. Subsequently, gold is formed into a film having a thickness of 0.2 μm on the support 161 by a vacuum deposition method, and patterning is performed by photolithography and etching to form the electrode 1.
62 was formed. Note that Cr was used as a 50Å undercoat layer to improve the adhesion between gold and the thermal oxide film (Fig. 16 (a)).
reference).

【0178】次に電極162上に微小突起163を形成
した。微小突起163の形成はポジ型フォトレジストA
Z4620A(ヘキスト社製)を用いスピナーによって
塗布し、更に90℃30分でプリベークを行った。この
時に得られたレジスト膜厚は3.0μmであった。続い
て、直径3.0μmパターンのフォトマスクを用い過剰
露光を行った後、現像することにより、高さ2.0μm
の円錐型の微小突起を得た(図16(b)参照)。
Next, fine protrusions 163 were formed on the electrodes 162. The fine projections 163 are formed by using a positive photoresist A.
Z4620A (manufactured by Hoechst) was applied by a spinner, and prebaked at 90 ° C. for 30 minutes. The resist film thickness obtained at this time was 3.0 μm. Subsequently, after performing overexposure using a photomask having a pattern of a diameter of 3.0 μm, development is performed to obtain a height of 2.0 μm.
The conical micro-projections of were obtained (see FIG. 16 (b)).

【0179】次に、プローブ材料として金をイオンビー
ムスパッタ法により、全面に成膜しフォトリソグラフィ
とエッチングによりパターン形成を行いプローブ164
を形成した。なお、このときの金の膜厚は3.0μmと
し、基板はターゲットの対向位置より15°傾斜させ回
転させて成膜を行った。
Next, gold is formed as a probe material on the entire surface by an ion beam sputtering method, and a pattern is formed by photolithography and etching to form a probe 164.
Formed. The film thickness of gold at this time was 3.0 μm, and the film was formed by rotating the substrate at an angle of 15 ° from the facing position of the target.

【0180】次に、上述した方法により作製した微小プ
ローブをSEM(走査型電子顕微鏡)で観察したとこ
ろ、先端が鋭利に形成されているプローブを確認した。
なおプローブの先端曲率半径は0.09μmであった。
Next, when the microprobe manufactured by the above-mentioned method was observed with an SEM (scanning electron microscope), a probe having a sharp tip was confirmed.
The radius of curvature of the tip of the probe was 0.09 μm.

【0181】次に、本実施例で作製した微小プローブを
図13に示すようなSTM装置に搭載し、実施例8と同
様に観察試料132にHOPGを用いて表面観察したと
ころ、実施例8と同様に良好な原子像を再現性良く得る
ことができた。
Next, the microprobe manufactured in this example was mounted on an STM apparatus as shown in FIG. 13, and the surface of the observed sample 132 was observed using HOPG in the same manner as in Example 8. Similarly, a good atomic image could be obtained with good reproducibility.

【0182】次に、本実施例で作製した微小プローブを
図14に示すような情報処理装置に搭載し、実施例9と
同様に、情報の記録、再生、消去の実験を行ったとこ
ろ、実施例9と同様に良好な結果が得られた。
Next, the microprobe manufactured in this example was mounted on an information processing apparatus as shown in FIG. 14, and an experiment for recording, reproducing and erasing information was carried out in the same manner as in Example 9. Good results were obtained as in Example 9.

【0183】実施例11 本実施例は本発明第4の微小プローブに関連し、実施例
10の他の態様を示すものである。
Example 11 This example relates to the fourth microprobe of the present invention and shows another aspect of the tenth embodiment.

【0184】本実施例を図17を参照しつつ説明する。
まず、熱酸化膜が5000Å形成されたシリコンウエハ
を支持体161として用意する。続いて金を真空蒸着法
により支持体161上に0.2μm成膜し、フォトリソ
グラフィとエッチングによりパターン形成を行い電極1
62を形成した。なお、金と熱酸化膜の密着性向上のた
めにCrを50Å下引き層として用いた(図17(a)
参照)。
This embodiment will be described with reference to FIG.
First, a silicon wafer on which a thermal oxide film of 5000 Å is formed is prepared as a support 161. Subsequently, gold is formed into a film having a thickness of 0.2 μm on the support 161 by a vacuum deposition method, and patterning is performed by photolithography and etching to form the electrode 1.
62 was formed. Note that Cr was used as a 50Å undercoat layer to improve the adhesion between gold and the thermal oxide film (FIG. 17 (a)).
reference).

【0185】次に、SiO2 を支持体161及び電極1
62上にスパッタ法により2μm成膜し、突起形成層1
65を形成した。続いて、フォトリソグラフィによりレ
ジストパターン166を突起形成層165上に形成し
た。フォトレジストにはRD2000N(日立化成社
製)を用い、直径2μmのパターンとした(図17
(b)参照)。
Next, SiO 2 is added to the support 161 and the electrode 1.
A film having a thickness of 2 μm is formed on 62 by a sputtering method to form a protrusion forming layer
65 was formed. Then, a resist pattern 166 was formed on the protrusion forming layer 165 by photolithography. RD2000N (manufactured by Hitachi Chemical Co., Ltd.) was used as a photoresist to form a pattern having a diameter of 2 μm (FIG. 17).
(See (b)).

【0186】次に電極162上に微小突起163を形成
した。微小突起163の形成は突起形成層165をエッ
チングすることにより高さ1.9μmの円錐型の微小突
起を得た。この時、エッチング液にはフッ酸とフッ化ア
ンモニウムの混合液を用いた(図17(c)参照)。
Next, the minute protrusions 163 were formed on the electrodes 162. The fine protrusions 163 were formed by etching the protrusion forming layer 165 to obtain conical fine protrusions having a height of 1.9 μm. At this time, a mixed solution of hydrofluoric acid and ammonium fluoride was used as the etching solution (see FIG. 17C).

【0187】次に、プローブ材料としてパラジウムをイ
オンビームスパッタ法により、全面に成膜しフォトリソ
グラフィとエッチングによりパターン形成を行いプロー
ブ164を形成した。なお、このときのパラジウムの膜
厚は3.0μmとし、基板はターゲットの対向位置より
10°傾斜させ回転させて成膜を行った(図17(d)
参照)。
Next, palladium was used as a probe material on the entire surface by an ion beam sputtering method, and a pattern was formed by photolithography and etching to form a probe 164. The film thickness of palladium at this time was 3.0 μm, and the substrate was tilted by 10 ° from the position facing the target and rotated to form a film (FIG. 17D).
reference).

【0188】次に、上述した方法により作製した微小プ
ローブをSEM(走査型電子顕微鏡)で観察したとこ
ろ、先端が鋭利に形成されているプローブを確認した。
なおプローブの先端曲率半径は0.07μmであった。
Next, when the microprobe manufactured by the above-mentioned method was observed with an SEM (scanning electron microscope), it was confirmed that the probe had a sharp tip.
The radius of curvature of the tip of the probe was 0.07 μm.

【0189】次に、本実施例で作製した微小プローブを
図13に示すようなSTM装置並びに図14に示すよう
な情報処理装置に搭載し、実施例10と同様の実験を行
ったところ、実施例10と同様に良好な結果が得られ
た。
Next, the microprobe manufactured in this example was mounted on an STM apparatus as shown in FIG. 13 and an information processing apparatus as shown in FIG. 14, and the same experiment as in Example 10 was conducted. Good results were obtained as in Example 10.

【0190】実施例12 本実施例は本発明第4の微小プローブに関連し、実施例
10,11の他の態様を示すものである。
Example 12 This example relates to the fourth microprobe of the present invention, and shows another mode of Examples 10 and 11.

【0191】本実施例では、プローブ材料にパラジウム
を用い、実施例11と同様の方法でプローブを作製し、
かつ、マルチに作製した。
In this example, palladium was used as the probe material, and a probe was prepared in the same manner as in Example 11,
And, it was made in multi.

【0192】尚、パラジウムの成膜には真空蒸着法を用
いた。プローブ数はマトリックス状に配置し、100個
とした。尚プローブ間のピッチは200μmとし、開口
径は4μmとした。こうして形成したプローブをSEM
で観察したところ、プローブの高さは5.3μm±0.
1μm、先端曲率半径は0.06μm±0.02μmの
バラツキ内に収まっており、マルチにした場合に形状の
そろったプローブが得られることが判かった。
A vacuum deposition method was used for forming the palladium film. The number of probes was 100, arranged in a matrix. The pitch between the probes was 200 μm, and the opening diameter was 4 μm. SEM of the probe thus formed
The height of the probe was 5.3 μm ± 0.
The radius of curvature was 1 μm, and the radius of curvature of the tip was within the range of 0.06 μm ± 0.02 μm, and it was found that a probe having a uniform shape could be obtained in the case of multi-processing.

【0193】[0193]

【発明の効果】以上説明したように、本発明において
は、以下の効果を有する。
As described above, the present invention has the following effects.

【0194】(1)本発明第1による圧電変位素子で
は、全く同一に形成した圧電膜を完全に対称な形で配置
できるので上下層の応力差が生じないため、従来の圧電
体バイモルフからなるカンチレバー状変位素子で問題と
されていた反りを、先端部で0.5μm以下とすること
ができ、複数化、集積化可能なカンチレバー状変位素
子、及び、これを用いたカンチレバー型プローブを安定
して提供することが可能となった。
(1) In the piezoelectric displacement element according to the first aspect of the present invention, since the identically formed piezoelectric films can be arranged in a completely symmetrical form, a stress difference between upper and lower layers does not occur, and therefore, the conventional piezoelectric bimorph is used. The warp, which has been a problem with the cantilever-shaped displacement element, can be reduced to 0.5 μm or less at the tip portion, and the cantilever-shaped displacement element that can be integrated and made stable, and the cantilever-type probe using this can be stabilized. It is now possible to provide.

【0195】(2)本発明第2による圧電変位素子の製
造方法によれば、Ne混合雰囲気中におけるスパッタで
成膜することにより、圧電体膜における内部応力を低減
しカンチレバーの反り量を低減させる事が出来る。ま
た、成膜時の圧力変化に対し内部応力の変化が小さいの
で複数のカンチレバーの反り量のバラツキを小さくする
事が出来、各カンチレバーの特性を揃える事が出来る。
(2) According to the method for manufacturing a piezoelectric displacement element according to the second aspect of the present invention, the film is formed by sputtering in a Ne mixed atmosphere to reduce the internal stress in the piezoelectric film and reduce the warp amount of the cantilever. I can do things. Further, since the change in internal stress is small with respect to the change in pressure during film formation, it is possible to reduce variations in the amount of warp of the plurality of cantilevers, and it is possible to make the characteristics of each cantilever uniform.

【0196】更に、低応力であっても抵抗値の低下は最
小限に抑えられる事から、低応力かつエネルギーロスの
少ないカンチレバーを提供することが可能となった。
Further, even if the stress is low, the decrease in the resistance value can be suppressed to the minimum, so that it becomes possible to provide the cantilever with low stress and less energy loss.

【0197】(3)本発明第3による微小プローブ及び
その製造方法によれば、微小プローブ表面に粒径の異な
る粒状薄膜を積層被覆させたことにより、原子・分子オ
ーダーの先端曲率半径を持つ微小プローブを安定に提供
することが可能となった。
(3) According to the microprobe and the method for manufacturing the same according to the third aspect of the present invention, since the surface of the microprobe is coated with the granular thin films having different grain sizes, the microprobe having the tip radius of curvature on the order of atoms or molecules is formed. It became possible to provide the probe stably.

【0198】(4)本発明第4による微小プローブ及び
その製造方法によれば、微小突起を形成した後、斜め蒸
着によりプローブを形成するため、従来に比べてプロセ
スの簡略化ができ、製造コストを低減させた微小プロー
ブの製造方法が提供できる。
(4) According to the fourth embodiment of the present invention, the microprobe and the method for manufacturing the microprobe form the microprotrusion and then form the probe by oblique vapor deposition. Therefore, the process can be simplified as compared with the conventional method, and the manufacturing cost can be reduced. It is possible to provide a method for manufacturing a microprobe with reduced

【0199】(5)上記本発明によるカンチレバー型プ
ローブ、微小プローブを備えた走査型トンネル顕微鏡及
び情報処理装置では、高分解能の表面観察や、信頼性、
安定性に優れた情報の記録、再生、消去を行うことが可
能となった。
(5) In the cantilever type probe, the scanning tunnel microscope and the information processing apparatus equipped with the minute probe according to the present invention, high resolution surface observation, reliability,
It became possible to record, reproduce, and erase information with excellent stability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明第1の圧電変位素子、及びカンチレバー
型プローブの作製手順と概略構成図である。
1A and 1B are a manufacturing procedure and a schematic configuration diagram of a first piezoelectric displacement element and a cantilever type probe of the present invention.

【図2】図1のカンチレバー型プローブの斜視図であ
る。
FIG. 2 is a perspective view of the cantilever type probe shown in FIG.

【図3】本発明第1の圧電変位素子、及びカンチレバー
型プローブの他の作製手順と概略構成図である。
3A and 3B are another manufacturing procedure and a schematic configuration diagram of the first piezoelectric displacement element of the present invention and the cantilever type probe.

【図4】図3のカンチレバー型プローブの斜視図であ
る。
FIG. 4 is a perspective view of the cantilever type probe of FIG.

【図5】本発明第1のカンチレバー型プローブを用いた
STM装置のブロック図である。
FIG. 5 is a block diagram of an STM apparatus using the first cantilever type probe of the present invention.

【図6】本発明第1のカンチレバー型プローブを複数個
用いた情報処理装置の主要部構成及びブロック図であ
る。
FIG. 6 is a configuration and block diagram of a main part of an information processing device using a plurality of cantilever type probes according to the first aspect of the present invention.

【図7】本発明第2のカンチレバー状変位素子に係るZ
nO膜の格子定数とガス圧力の関係をプロットした図で
ある。
FIG. 7 is a Z according to a second cantilever displacement element of the present invention.
It is the figure which plotted the relationship of the lattice constant and gas pressure of an nO film.

【図8】本発明第2のカンチレバー状変位素子に係るZ
nO膜の抵抗値と内部応力の関係をプロットした図であ
る。
FIG. 8 is a Z according to a second cantilever displacement element of the present invention.
It is the figure which plotted the relationship between the resistance value of an nO film, and internal stress.

【図9】本発明第3の微小プローブの先端を模式的に示
した断面図の一例である。
FIG. 9 is an example of a cross-sectional view schematically showing the tip of the third microprobe of the present invention.

【図10】図9の微小プローブの先端拡大模式図であ
る。
FIG. 10 is an enlarged schematic view of the tip of the microprobe of FIG.

【図11】本発明第3の微小プローブの製造方法を説明
するための多元スパッタ装置の概略図である。
FIG. 11 is a schematic view of a multi-source sputtering device for explaining a third method for manufacturing a micro probe according to the present invention.

【図12】本発明第3の微小プローブの製造方法を説明
するためのクラスターイオンビーム装置の概略図であ
る。
FIG. 12 is a schematic view of a cluster ion beam device for explaining a third method for manufacturing a micro probe of the present invention.

【図13】本発明第3の微小プローブを用いたSTM装
置のブロック構成図である。
FIG. 13 is a block configuration diagram of an STM device using a third microprobe of the present invention.

【図14】本発明第3の微小プローブを用いた情報処理
装置のブロック構成図である。
FIG. 14 is a block configuration diagram of an information processing device using a third micro probe of the present invention.

【図15】図14の情報処理装置におけるプローブ電極
−記録層間距離と電流特性のグラフ及び三角波パルス電
圧波形である。
15 is a graph of a distance between a probe electrode and a recording layer and a current characteristic and a triangular pulse voltage waveform in the information processing apparatus of FIG.

【図16】本発明第4の微小プローブの製造方法の主要
工程の一例を示す断面図である。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing an example of main steps of a fourth method for manufacturing a micro probe of the present invention.

【図17】本発明第4の微小プローブの製造方法の主要
工程の他の例を示す断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing another example of the main steps of the fourth method for manufacturing a microprobe according to the present invention.

【図18】従来例の圧電体バイモルフからなるカンチレ
バーの製造方法を説明するための図である。
FIG. 18 is a diagram for explaining a method of manufacturing a conventional cantilever made of a piezoelectric bimorph.

【図19】従来例の微小プローブの製造方法を説明する
ための図である。
FIG. 19 is a drawing for explaining the manufacturing method of the conventional microprobe.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1’ 基板 2,2’ 電極 3,3’ 圧電体膜 4 プローブ 5,5’ (中)電極 51 カンチレバー型プローブ 52 試料 53 X−Yステージ 54 バイアス電圧印加回路 55 トンネル電流検出回路 56 駆動制御回路 57 CPU 61 記録再生ヘッド 62 カンチレバー型プローブ 63 プローブ 64 記録媒体 65 下地電極 66 記録媒体ホルダー 67 データ変調回路 68 記録電圧印加装置 69 X−Yステージ 70 記録信号検出回路 71 データ復調回路 72 プローブ高さ検出回路 73 トラック検出回路 74 X,Z軸駆動制御回路 75 記録再生用回路 76 CPU 91 最表面粒状薄膜 92 1層目の粒状薄膜 93 プローブ 110 ヒーター 111 軸回転機構 112 角度調整機構 113 1層目の堆積材料 114 電源 115 2層目の堆積材料 116 電源 117 ガス取入れ口 118 排気口 119 真空容器 120 堆積材料 121 るつぼ 122 電子放出フィラメント 123 噴射ノズル 124 イオン化電子引出しグリッド 125 加速電極 126 クラスターイオン 127 シャッター 128 真空容器 130 微小プローブ(プローブ電極) 131 バイアス電源 132 観察試料 133 試料台 134 微動用圧電素子 135 粗動機構 136 電流電圧変換器 137 対数変換器 138 比較器 139 積分器 140 マイクロコンピューター 141 増幅器 142 表示装置 143 3次元走査回路 144 粗動制御回路 145 記録媒体 146 記録層 147 基板電極 148 基板 149 プローブ電流増幅器 150 サーボ回路 151 微動制御機構 152 パルス電源 153 XY走査駆動回路 154 粗動機構 155 粗動駆動回路 156 マイクロコンピューター 157 表示装置 158 XYステージ 161 支持体 162 電極 163 微小突起 164 プローブ 165 突起形成層 166 レジストパターン 181 Siウエハ 182 シリコン窒化膜 183 Al薄膜 184 ZnO薄膜 185 プローブ 191 支持体 192 引き出し電極 193 リフトオフ層 194 マスク層 195 マスク開口部 196 プローブ材料 197 微小プローブ 1,1 'Substrate 2,2' Electrode 3,3 'Piezoelectric film 4 Probe 5,5' (middle) electrode 51 Cantilever type probe 52 Sample 53 XY stage 54 Bias voltage application circuit 55 Tunnel current detection circuit 56 Drive Control circuit 57 CPU 61 Recording / reproducing head 62 Cantilever type probe 63 Probe 64 Recording medium 65 Base electrode 66 Recording medium holder 67 Data modulation circuit 68 Recording voltage applying device 69 XY stage 70 Recording signal detection circuit 71 Data demodulation circuit 72 Probe height Detecting circuit 73 Track detecting circuit 74 X, Z-axis drive control circuit 75 Recording / reproducing circuit 76 CPU 91 Outermost surface granular thin film 92 First layer granular thin film 93 Probe 110 Heater 111 Axis rotating mechanism 112 Angle adjusting mechanism 113 First layer Deposition material 114 Power supply 11 Second layer deposition material 116 Power source 117 Gas intake port 118 Exhaust port 119 Vacuum container 120 Deposition material 121 Crucible 122 Electron emission filament 123 Injection nozzle 124 Ionization electron extraction grid 125 Acceleration electrode 126 Cluster ion 127 Shutter 128 Vacuum container 130 Micro probe ( Probe electrode) 131 Bias power supply 132 Observation sample 133 Sample stage 134 Fine movement piezoelectric element 135 Coarse movement mechanism 136 Current-voltage converter 137 Logarithmic converter 138 Comparator 139 Integrator 140 Microcomputer 141 Amplifier 142 Display device 143 3D scanning circuit 144 Coarse movement control circuit 145 Recording medium 146 Recording layer 147 Substrate electrode 148 Substrate 149 Probe current amplifier 150 Servo circuit 151 Fine movement control mechanism 152 Power source 153 XY scanning drive circuit 154 Coarse movement mechanism 155 Coarse movement drive circuit 156 Microcomputer 157 Display device 158 XY stage 161 Support body 162 Electrode 163 Micro protrusion 164 Probe 165 Protrusion forming layer 166 Resist pattern 181 Si wafer 182 Silicon nitride film 183 Al thin film 184 ZnO thin film 185 Probe 191 Support 192 Extraction electrode 193 Lift-off layer 194 Mask layer 195 Mask opening 196 Probe material 197 Micro probe

フロントページの続き (72)発明者 山本 敬介 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 川瀬 俊光 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 宮崎 俊彦 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 多川 昌宏 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 高松 修 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 島田 康弘 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 中山 優 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Front page continued (72) Inventor Keisuke Yamamoto 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Toshimitsu Kawase 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Toshihiko Miyazaki 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Masahiro Tagawa 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Osamu Takamatsu 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Yasuhiro Shimada 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Yu Nakayama 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc.

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 圧電体膜と該圧電体膜を逆圧電効果によ
り変位させるための電極を有するカンチレバー状変位素
子において、同一下地上に同一条件で形成された複数の
電極・圧電体膜を、中心対称に配置して構成されている
ことを特徴とするカンチレバー状変位素子。
1. A cantilever-shaped displacement element having a piezoelectric film and an electrode for displacing the piezoelectric film by an inverse piezoelectric effect, wherein a plurality of electrodes / piezoelectric films formed under the same conditions on the same underlayer, A cantilever-shaped displacement element characterized by being arranged symmetrically about a center.
【請求項2】 前記複数の電極・圧電体膜が同一下地上
に同一バッチで形成されていることを特徴とする請求項
1に記載のカンチレバー状変位素子。
2. The cantilever displacement element according to claim 1, wherein the plurality of electrodes / piezoelectric films are formed on the same base in the same batch.
【請求項3】 前記複数の電極・圧電体膜を、接着剤を
用いて貼り合わせることによって、中心対称に配置した
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のカンチレバー
状変位素子。
3. The cantilever-shaped displacement element according to claim 1, wherein the plurality of electrodes / piezoelectric films are bonded to each other with an adhesive so as to be arranged symmetrically about the center.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれかに記載のカンチ
レバー状変位素子の自由端部に、情報入出力用プローブ
を設けたことを特徴とするカンチレバー型プローブ。
4. A cantilever-type probe, wherein an information input / output probe is provided at a free end of the cantilever-shaped displacement element according to claim 1.
【請求項5】 圧電体膜と該圧電体膜を逆圧電効果によ
り変位させるための電極を有するカンチレバー状変位素
子の製造方法において、該圧電体膜をNe混合雰囲気下
でのスパッタ法により形成することを特徴とするカンチ
レバー状変位素子の製造方法。
5. A method for manufacturing a cantilever displacement element having a piezoelectric film and an electrode for displacing the piezoelectric film by an inverse piezoelectric effect, wherein the piezoelectric film is formed by a sputtering method in a Ne mixed atmosphere. A method of manufacturing a cantilever-shaped displacement element, comprising:
【請求項6】 トンネル電流又は微小な力を検出する尖
った先端を有する微小プローブにおいて、該微小プロー
ブ表面が複数の膜に積層被覆されて形成されていること
を特徴とする微小プローブ。
6. A microprobe having a sharp tip for detecting a tunnel current or a microforce, wherein the microprobe surface is formed by laminating and coating a plurality of films.
【請求項7】 前記複数の膜が粒径の異なる粒状膜であ
ることを特徴とする請求項6に記載の微小プローブ。
7. The microprobe according to claim 6, wherein the plurality of films are granular films having different particle sizes.
【請求項8】 前記粒状膜において、最表面の粒状膜の
粒子径が最も小さいことを特徴とする請求項7に記載の
微小プローブ。
8. The microprobe according to claim 7, wherein the granular film on the outermost surface of the granular film has the smallest particle size.
【請求項9】 前記最表面の粒状膜の粒子径が0.1n
m〜10nmの範囲にあることを特徴とする請求項8に
記載の微小プローブ。
9. The particle diameter of the outermost granular film is 0.1 n.
The microprobe according to claim 8, which is in the range of m to 10 nm.
【請求項10】 前記粒状膜の材料が貴金属、貴金属合
金、炭化物のいずれかであることを特徴とする請求項7
〜9に記載の微小プローブ。
10. The material of the granular film is any one of a noble metal, a noble metal alloy, and a carbide.
The microprobe according to any one of 9 to 10.
【請求項11】 トンネル電流又は微小な力を検出する
尖った先端を有する微小プローブの製造方法において、
プローブ表面に粒状膜となる材料を気相から固相へ付着
させ、粒子径の異なる複数の粒状膜を積層することを特
徴とする微小プローブの製造方法。
11. A method of manufacturing a microprobe having a sharp tip for detecting a tunnel current or a microforce, comprising:
A method for manufacturing a microprobe, comprising depositing a material for forming a granular film from a gas phase to a solid phase on a probe surface, and laminating a plurality of granular films having different particle diameters.
【請求項12】 請求項11に記載の微小プローブの製
造方法において、プローブ表面に粒状膜となる材料のス
パッタ粒子を堆積させる工程と、 (a)堆積回数に応じて粒状膜となる材料を異種材料に
交換する工程 (b)堆積回数に応じてプローブの加熱温度を下げる工
程 (c)堆積回数に応じて粒状膜の膜厚を下げる工程 上記(a)〜(c)の工程のうち少なくとも1つの工程
を有することを特徴とする微小プローブの製造方法。
12. The method for manufacturing a microprobe according to claim 11, wherein a step of depositing sputtered particles of a material to be a granular film on the probe surface, and (a) different materials to be a granular film depending on the number of depositions. Step of exchanging the material (b) Step of lowering the heating temperature of the probe according to the number of depositions (c) Step of reducing the film thickness of the granular film according to the number of depositions At least one of the steps (a) to (c) above A method for manufacturing a microprobe, which comprises two steps.
【請求項13】 請求項11に記載の微小プローブの製
造方法において、プローブ表面に粒状膜となる材料のク
ラスターイオンを堆積させる工程と、 (a)堆積回数に応じてプローブの加熱温度を下げる工
程 (b)堆積回数に応じてクラスターイオンの加速電圧を
下げる工程 (c)堆積回数に応じて粒状膜の膜厚を下げる工程 上記(a)〜(c)の工程のうち少なくとも1つの工程
を有することを特徴とする微小プローブの製造方法。
13. The method for manufacturing a microprobe according to claim 11, wherein the step of depositing cluster ions of a material forming a granular film on the surface of the probe, and (a) the step of lowering the heating temperature of the probe according to the number of depositions (B) Step of reducing the acceleration voltage of cluster ions according to the number of depositions (c) Step of reducing the film thickness of the granular film according to the number of depositions At least one of the steps (a) to (c) is included. A method of manufacturing a microprobe characterized by the following.
【請求項14】 トンネル電流又は微小な力を検出する
尖った先端を有する微小プローブの製造方法において、
少なくとも支持体の表面にパターニングされた電極を形
成する工程と、該電極上に微小突起を形成する工程と、
該微小突起を含む該電極上に方向性のある成膜法により
プローブ材料を成膜する工程を有することを特徴とする
微小プローブの製造方法。
14. A method of manufacturing a microprobe having a sharp tip for detecting a tunnel current or a microforce,
At least a step of forming a patterned electrode on the surface of the support, and a step of forming fine protrusions on the electrode,
A method of manufacturing a microprobe, comprising the step of forming a film of a probe material on the electrode including the microprotrusion by a directional film formation method.
【請求項15】 前記微小突起をフォトレジストで形成
することを特徴とする請求項14に記載の微小プローブ
の製造方法。
15. The method of manufacturing a microprobe according to claim 14, wherein the microprotrusion is formed of photoresist.
【請求項16】 前記方向性のある成膜法が真空蒸着法
或いはイオンビームスパッタ法のいずれかの方法である
ことを特徴とする請求項14に記載の微小プローブの製
造方法。
16. The method of manufacturing a microprobe according to claim 14, wherein the directional film forming method is one of a vacuum vapor deposition method and an ion beam sputtering method.
【請求項17】 請求項14〜16のいずれかに記載の
微小プローブの製造方法により製造したことを特徴とす
る微小プローブ。
17. A microprobe manufactured by the method for manufacturing a microprobe according to any one of claims 14 to 16.
【請求項18】 請求項4、請求項6〜10、請求項1
7のいずれかに記載のカンチレバー型プローブ或いは微
小プローブを有することを特徴とする走査型トンネル顕
微鏡。
18. A method according to claim 4, claim 6 to claim 10, and claim 1.
7. A scanning tunneling microscope having the cantilever type probe or the minute probe according to any one of 7 above.
【請求項19】 トンネル電流或いは原子間力を用いて
記録媒体に対して情報の記録再生を行う情報処理装置に
おいて、請求項4、請求項6〜10、請求項17のいず
れかに記載のカンチレバー型プローブ或いは微小プロー
ブを有することを特徴とする情報処理装置。
19. An information processing apparatus for recording / reproducing information on / from a recording medium by using a tunnel current or an atomic force, and the cantilever according to claim 4, claim 6 or claim 10. An information processing apparatus having a type probe or a minute probe.
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