JPH0612708A - 固体表面における個別原子の時間経過に安定なラベリング、および原子範囲における情報ユニットの記憶装置 - Google Patents
固体表面における個別原子の時間経過に安定なラベリング、および原子範囲における情報ユニットの記憶装置Info
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- JPH0612708A JPH0612708A JP3159335A JP15933591A JPH0612708A JP H0612708 A JPH0612708 A JP H0612708A JP 3159335 A JP3159335 A JP 3159335A JP 15933591 A JP15933591 A JP 15933591A JP H0612708 A JPH0612708 A JP H0612708A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は時間経過に安定な原子または原子群
のラベリング方法を提供することを目的とする。 【構成】 固体表面において、局部的に変性した構造変
化または電子配置変化をすることにより個々の原子の時
間経過に安定なラベリングが得られ、これを情報記憶に
利用するものである。
のラベリング方法を提供することを目的とする。 【構成】 固体表面において、局部的に変性した構造変
化または電子配置変化をすることにより個々の原子の時
間経過に安定なラベリングが得られ、これを情報記憶に
利用するものである。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は局部的に変性した構造的
または電子的構成によっての固体表面における個別原子
の時間経過に安定なラベリング方法、およびこの方法を
情報記憶に利用する方法に係るものである。
または電子的構成によっての固体表面における個別原子
の時間経過に安定なラベリング方法、およびこの方法を
情報記憶に利用する方法に係るものである。
【0002】
【従来の技術】情報の記憶装置、特に映像およびデータ
信号の記憶装置は、現在主として磁気または光記録担体
を使用している。これらを用いて達成できる情報密度
は、この方法により書き込みおよび再読み出しされるこ
とのできる最小の情報ユニットによって決められる。通
常の磁気記録媒体においては、これらのユニットは磁区
[ワイス(Weiss)ドメイン]の寸法により決めら
れ、機械的な観点からみると用いられる書き込み/読み
出しヘッドのヘッドギャップおよび実際の情報担体から
の書き込み/読み出しユニットの距離によって決められ
る。記憶された情報が光物性の変化によって生成される
ような情報担体においては、制限値は使用される光の波
長である。この形式の光記録担体における記憶密度の増
加は、例えばまた近視野光学顕微鏡により達成されてお
り、ここでは光学的読み出しユニットは単に情報搬送表
面上の数ナノメーターのみである。現在ここで達成され
ている最高の情報密度は、約20nmの次数になるだけ
である。
信号の記憶装置は、現在主として磁気または光記録担体
を使用している。これらを用いて達成できる情報密度
は、この方法により書き込みおよび再読み出しされるこ
とのできる最小の情報ユニットによって決められる。通
常の磁気記録媒体においては、これらのユニットは磁区
[ワイス(Weiss)ドメイン]の寸法により決めら
れ、機械的な観点からみると用いられる書き込み/読み
出しヘッドのヘッドギャップおよび実際の情報担体から
の書き込み/読み出しユニットの距離によって決められ
る。記憶された情報が光物性の変化によって生成される
ような情報担体においては、制限値は使用される光の波
長である。この形式の光記録担体における記憶密度の増
加は、例えばまた近視野光学顕微鏡により達成されてお
り、ここでは光学的読み出しユニットは単に情報搬送表
面上の数ナノメーターのみである。現在ここで達成され
ている最高の情報密度は、約20nmの次数になるだけ
である。
【0003】情報密度をさらに増加させるためには、ナ
ノメーター範囲よりさらに小さく分解できる近視野技術
の利用によってのみ可能である。この目的のための適当
な方法は、走査トンネル顕微鏡および原子力顕微鏡を含
む走査プローブ技術である。これらの方法は、原子単位
での表面の映像化を許容している。従って個別原子また
は分子の範囲で、最高に可能の密度を有する情報記憶媒
体を製造することが提案されている。これらの媒体を開
発するのに成功すれば、情報密度がテトラバイト/cm
2範囲となることが可能となる。
ノメーター範囲よりさらに小さく分解できる近視野技術
の利用によってのみ可能である。この目的のための適当
な方法は、走査トンネル顕微鏡および原子力顕微鏡を含
む走査プローブ技術である。これらの方法は、原子単位
での表面の映像化を許容している。従って個別原子また
は分子の範囲で、最高に可能の密度を有する情報記憶媒
体を製造することが提案されている。これらの媒体を開
発するのに成功すれば、情報密度がテトラバイト/cm
2範囲となることが可能となる。
【0004】情報記憶を無機または有機体表面上にナノ
メーター範囲で作るための多くの提案が行なわれてお
り、例えばエム.エ−.マックコードおよび共同研究者
(M.A.McCord et al)のジャーナル
バキューム サイエンス テクノロジー(J.Vac.
Sci.Techol.)B4、(1986)、86−
88、アール、エム、シルバーおよび共同研究者(R.
M.Silver etal)のアプライド フィジッ
ク レター(Appl.Phys.Lett.)51
(1987)、247−249およびユー.ストーファ
ーおよび共同研究者(U.Staufer et a
l)のジャーナル バキューム サイエンステクノロジ
ー J.Vac.Sci.Technol.)A6(1
988)、537−539が含まれている。個々の原子
の堆積が、またアール.エス.ベッカーおよび共同研究
者(R.S.Becker et al)のネイチュア
ー(Nature)325(1987)、419−42
1に報告されている。
メーター範囲で作るための多くの提案が行なわれてお
り、例えばエム.エ−.マックコードおよび共同研究者
(M.A.McCord et al)のジャーナル
バキューム サイエンス テクノロジー(J.Vac.
Sci.Techol.)B4、(1986)、86−
88、アール、エム、シルバーおよび共同研究者(R.
M.Silver etal)のアプライド フィジッ
ク レター(Appl.Phys.Lett.)51
(1987)、247−249およびユー.ストーファ
ーおよび共同研究者(U.Staufer et a
l)のジャーナル バキューム サイエンステクノロジ
ー J.Vac.Sci.Technol.)A6(1
988)、537−539が含まれている。個々の原子
の堆積が、またアール.エス.ベッカーおよび共同研究
者(R.S.Becker et al)のネイチュア
ー(Nature)325(1987)、419−42
1に報告されている。
【0005】しかしながら、これまでに開示された極大
分解能のある情報記憶媒体に対するすべての提案は、特
に長期間の安定性において不十分である。有機記憶媒体
はこれまで8nmよりも小さいライン幅を生成すること
が不可能であり、一方で無機系は約3nm以下の構造を
再現できるが、原子順序における付随的変化なしに安定
状態に保持することができない。対照として従来報告さ
れている[バン レーネンおよび共同研究者(Van
Loenen et al)、アプライド フィジック
レター(Appl.Phys.Lett.)55(1
989)、1312−1314]ケイ素における長期間
安定な構造の場合には、原子構造が破壊されすなわち原
子順序が局部的に失われている。従ってこの形式の方法
は、唯ナノメーター範囲における消さない記憶媒体を製
造するためにのみ適応している。
分解能のある情報記憶媒体に対するすべての提案は、特
に長期間の安定性において不十分である。有機記憶媒体
はこれまで8nmよりも小さいライン幅を生成すること
が不可能であり、一方で無機系は約3nm以下の構造を
再現できるが、原子順序における付随的変化なしに安定
状態に保持することができない。対照として従来報告さ
れている[バン レーネンおよび共同研究者(Van
Loenen et al)、アプライド フィジック
レター(Appl.Phys.Lett.)55(1
989)、1312−1314]ケイ素における長期間
安定な構造の場合には、原子構造が破壊されすなわち原
子順序が局部的に失われている。従ってこの形式の方法
は、唯ナノメーター範囲における消さない記憶媒体を製
造するためにのみ適応している。
【0006】
【発明の目的】従って本発明の目的は、時間経過に安定
な原子または原子群のラベリング方法を提供して、これ
により特に変性域の原子環境に構造的変化なしで時間経
過に安定な情報記憶を達成させることである。
な原子または原子群のラベリング方法を提供して、これ
により特に変性域の原子環境に構造的変化なしで時間経
過に安定な情報記憶を達成させることである。
【0007】
【発明の構成】上記目的が固体のドープされた表面にお
いて個別原子の時間経過に安定なラベリングをする方法
により達成されることを発見し、このことは個々のドー
ピング原子またはドーピング原子群を原子尺度において
固体表面に動かして予め定められた位置に再配置するこ
とを含み、これによって局部的な電子密度の時間経過に
安定な変化が達成されるものである。
いて個別原子の時間経過に安定なラベリングをする方法
により達成されることを発見し、このことは個々のドー
ピング原子またはドーピング原子群を原子尺度において
固体表面に動かして予め定められた位置に再配置するこ
とを含み、これによって局部的な電子密度の時間経過に
安定な変化が達成されるものである。
【0008】本発明の目的のためには、ドーピング原子
はマトリックス グリッド中に希釈された形で存在する
原子のタイプであり、半導体物理の概念で言うとホスト
格子原子上で電子正または電子負の影響を持つことにな
る。さらに、この中にはまた、完全に混合し得る合金の
化学成分および化合物の成分も含まれている。
はマトリックス グリッド中に希釈された形で存在する
原子のタイプであり、半導体物理の概念で言うとホスト
格子原子上で電子正または電子負の影響を持つことにな
る。さらに、この中にはまた、完全に混合し得る合金の
化学成分および化合物の成分も含まれている。
【0009】本発明方法は、限られた時間および限られ
た範囲において外部から電場または磁場を適用すること
により、半導体ラミネート物質の表面構成に電子変化を
与えることによっても実施されることができる。
た範囲において外部から電場または磁場を適用すること
により、半導体ラミネート物質の表面構成に電子変化を
与えることによっても実施されることができる。
【0010】本発明方法においては、局部的な電子再構
成が、ドーピング原子またはドーピング原子群(クラス
タ)の予め定められた場所の固体表面から再配置するこ
とにより実施することで好適に達成される。
成が、ドーピング原子またはドーピング原子群(クラス
タ)の予め定められた場所の固体表面から再配置するこ
とにより実施することで好適に達成される。
【0011】個別原子の安定なラベリングのための本発
明方法は、特に情報ユニットを記憶するために好適に使
用されることができる。これは情報記憶を原子尺度で行
なう方法を提供しており、従って原子尺度に対応した高
情報密度を達成できる。しかしながら、本発明方法は情
報記憶にのみ用いられるだけでなく、また記憶媒体から
情報を抹消する消去にも用いられることができる。従っ
て本発明方法により記憶された情報ユニットは熱処理に
より、生成するボイド中への再拡散によりまたはドーピ
ング物質でのボーンバードにより再び消去され、これに
よって元の状態を再現して情報を消去することができ
る。この目的のためには、全表面を加熱するように熱エ
ネルギーを与えるか、または全表面または特定する点の
レーザー処理が有効である。
明方法は、特に情報ユニットを記憶するために好適に使
用されることができる。これは情報記憶を原子尺度で行
なう方法を提供しており、従って原子尺度に対応した高
情報密度を達成できる。しかしながら、本発明方法は情
報記憶にのみ用いられるだけでなく、また記憶媒体から
情報を抹消する消去にも用いられることができる。従っ
て本発明方法により記憶された情報ユニットは熱処理に
より、生成するボイド中への再拡散によりまたはドーピ
ング物質でのボーンバードにより再び消去され、これに
よって元の状態を再現して情報を消去することができ
る。この目的のためには、全表面を加熱するように熱エ
ネルギーを与えるか、または全表面または特定する点の
レーザー処理が有効である。
【0012】本発明方法は、固体、特にドープされたカ
ルコゲン、例えばWSe2 を通常含んでいる半導体層
の表面処理から出発する。原子ラベリングは、このタイ
プの層の表面において、近視野技術、例えば表面感受性
走査プローブの針状電極により、例えば走査トンネル顕
微鏡または走査原子力顕微鏡により短時間の電場または
磁場を適用して実施される。このタイプの走査プローブ
の極大電場の面積は好適には半導体ラミネート物質の表
面上で10nmから0.1nmの範囲になるので、この
表面上の原子構造または電子構造は直接的に作用される
ことができる。エネルギーを局部的に与えることによっ
て、侵入型ドーピング原子または規則的な格子原子が極
大電・磁場強度の諸点内で再配置されるようになる。各
種測定は、真空下または常圧下、例えば室温、常圧下で
行なわれることができる。
ルコゲン、例えばWSe2 を通常含んでいる半導体層
の表面処理から出発する。原子ラベリングは、このタイ
プの層の表面において、近視野技術、例えば表面感受性
走査プローブの針状電極により、例えば走査トンネル顕
微鏡または走査原子力顕微鏡により短時間の電場または
磁場を適用して実施される。このタイプの走査プローブ
の極大電場の面積は好適には半導体ラミネート物質の表
面上で10nmから0.1nmの範囲になるので、この
表面上の原子構造または電子構造は直接的に作用される
ことができる。エネルギーを局部的に与えることによっ
て、侵入型ドーピング原子または規則的な格子原子が極
大電・磁場強度の諸点内で再配置されるようになる。各
種測定は、真空下または常圧下、例えば室温、常圧下で
行なわれることができる。
【0013】記憶情報を消去する目的は、再び層表面の
熱処理、可及的になかんずくIRレーザー ボンバーダ
により達成されることができる。これによって、過剰の
原子が以前に作られているサンプル中のまたは固体表面
のボイド中に戻り拡散して、元の状態を再現することに
なる。
熱処理、可及的になかんずくIRレーザー ボンバーダ
により達成されることができる。これによって、過剰の
原子が以前に作られているサンプル中のまたは固体表面
のボイド中に戻り拡散して、元の状態を再現することに
なる。
【0014】情報書き込み用に用いられる近視野技術
は、通常の走査トンネル顕微鏡または原子力顕微鏡方法
であることができる。これらの近視野技術を表面処理に
用いる方法は既知であり、開示されている[ワイ.クク
および共同研究者(Y.Kuk.et al.)、レビ
ューサイエンス インストルメント(Rev.Sci.
Instrum.)60(2)(1989)、165−
180]。本発明方法は、以下の図面で説明されてい
る:タングステン ニセレン化物サンプルの表面が、は
じめに走査トンネル顕微鏡(SCM)を用いる原子解離
で映像化された。サンプル上のトンネル先端の走査間
に、0.8乃至10ボルト強度の電圧パルスが適用され
て、パルス ジエネレーターによってトンネル先端とサ
ンプルの間で約1msの間トンネル電圧に重ねられた。
その後のサンプル走査は、この電圧パルスの水準で増加
した横方向の伸展をもった表面構造を与える。
は、通常の走査トンネル顕微鏡または原子力顕微鏡方法
であることができる。これらの近視野技術を表面処理に
用いる方法は既知であり、開示されている[ワイ.クク
および共同研究者(Y.Kuk.et al.)、レビ
ューサイエンス インストルメント(Rev.Sci.
Instrum.)60(2)(1989)、165−
180]。本発明方法は、以下の図面で説明されてい
る:タングステン ニセレン化物サンプルの表面が、は
じめに走査トンネル顕微鏡(SCM)を用いる原子解離
で映像化された。サンプル上のトンネル先端の走査間
に、0.8乃至10ボルト強度の電圧パルスが適用され
て、パルス ジエネレーターによってトンネル先端とサ
ンプルの間で約1msの間トンネル電圧に重ねられた。
その後のサンプル走査は、この電圧パルスの水準で増加
した横方向の伸展をもった表面構造を与える。
【0015】3個の原子を含む群がここで特別に変性さ
れて、相対的な位置がパルス時におけるトンネル先端の
位置に正確に対応することになる。再配置された原子
は、ネガ映像にしている(図2)。この方法によってサ
ンプル上にパターンを書き込むことが可能であって、各
電圧パルスが決められた位置において原子をラベルし、
これによって立体的または電子的構成が変性された。
れて、相対的な位置がパルス時におけるトンネル先端の
位置に正確に対応することになる。再配置された原子
は、ネガ映像にしている(図2)。この方法によってサ
ンプル上にパターンを書き込むことが可能であって、各
電圧パルスが決められた位置において原子をラベルし、
これによって立体的または電子的構成が変性された。
【0016】同一の先端を用い、その後でこれらを原子
解離での映像化にすることで100以上の構造書き込み
をするのに問題はなかった。一般的には、パルス結果と
してのサンプル先端の映像品質に変化はなかった。
解離での映像化にすることで100以上の構造書き込み
をするのに問題はなかった。一般的には、パルス結果と
してのサンプル先端の映像品質に変化はなかった。
【0017】書き込みおよび読み出し両方とも、普通の
条件下で、特に不活性ガス、真空または低温を用いるこ
となしに実施されることができる。
条件下で、特に不活性ガス、真空または低温を用いるこ
となしに実施されることができる。
【0018】さらに、試験結果によれば、高真空または
超高真空を用いても書き込みまたは読み出し操作に何ら
の観測される影響もなかったことが、示された。
超高真空を用いても書き込みまたは読み出し操作に何ら
の観測される影響もなかったことが、示された。
【0019】時間経過に安定なラベリングを試験するた
めには、ラベルされた各点の一定配置、例えば三角形、
四角形または平行四辺形が特別に書き込まれて、得られ
た構造が映像化され、次にそれらの相互の相対位置が記
録された。これらの構造体は、再び2日後に変わらない
形状および同一の配置で見出された。特にこれらは、真
空下または不活性ガス雰囲気中で安定であるだけでな
く、空気中でも安定であったことが示された。
めには、ラベルされた各点の一定配置、例えば三角形、
四角形または平行四辺形が特別に書き込まれて、得られ
た構造が映像化され、次にそれらの相互の相対位置が記
録された。これらの構造体は、再び2日後に変わらない
形状および同一の配置で見出された。特にこれらは、真
空下または不活性ガス雰囲気中で安定であるだけでな
く、空気中でも安定であったことが示された。
【0020】情報記憶用に応用するためには、読み出し
操作が記憶情報を変化させないことが重要である。この
目的のためには、各種タングステン ジセレン化物サン
プル上の大型および小型構造体(図2)が、数時間にわ
たってSTMを用いて走査され、その間に500回まで
映像化された。いかなる場合にも、映像化工程(=デー
タ担体として用いられる時の読み出し工程)による変化
は観察されなかった。情報記憶として用いるために、読
み出し、書き込みおよび消去の各機能が上述のようにし
て示され、それらを達成させるための方法が説明され
た。図2に示されている構造体に対しては、約10テト
ラバイト/cm2のデータ密度が得られており、この能
力は磁気ハードディスクまたは光磁気ディスクの記憶密
度を数十倍超過している。
操作が記憶情報を変化させないことが重要である。この
目的のためには、各種タングステン ジセレン化物サン
プル上の大型および小型構造体(図2)が、数時間にわ
たってSTMを用いて走査され、その間に500回まで
映像化された。いかなる場合にも、映像化工程(=デー
タ担体として用いられる時の読み出し工程)による変化
は観察されなかった。情報記憶として用いるために、読
み出し、書き込みおよび消去の各機能が上述のようにし
て示され、それらを達成させるための方法が説明され
た。図2に示されている構造体に対しては、約10テト
ラバイト/cm2のデータ密度が得られており、この能
力は磁気ハードディスクまたは光磁気ディスクの記憶密
度を数十倍超過している。
【図1】図1は成長したタングステン ジセレン化物表
面の走査トンネル顕微鏡の映像を示している。
面の走査トンネル顕微鏡の映像を示している。
【図2】図2は約1.5ボルトパルスを適用した直後の
同上表面の映像を示している。
同上表面の映像を示している。
Claims (5)
- 【請求項1】 固体のドープされた表面における個別原
子の時間経過に安定なラベリングをする方法であり、こ
の表面スケールで予め定められた位置に個別のドーピン
グ原子またはドーピング原子群を再配置することによ
り、個別ドーピング原子または原子群を同上固体表面の
特定位置に動かすことができることにより、局部的な原
子密度の時間経過に安定な変化が得られるようにするこ
とを特徴とする、ドープされた固体表面の個別原子の時
間経過に安定なラベリング法。 - 【請求項2】 構成中の原子変化が、外部電場または磁
場を限られた時間および限られた範囲において適用させ
ることにより達成されることを特徴とする、請求項1記
載の方法。 - 【請求項3】 限られた時間および限られた範囲の電場
または磁場が、表面感受性走査プローブの先端により発
生されることを特徴とする、請求項2記載の方法。 - 【請求項4】 使用される表面が半導体ラミネート材料
であることを特徴とする、請求項1または2または3の
いずれかに記載の方法。 - 【請求項5】 原子範囲での情報ユニットを記憶させる
ために、請求項1または2または3または4のいずれか
に記載のように個別原子または原子群を時間経過に安定
なラベリングをする工程を用いることを特徴とする方
法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE4021076.6 | 1990-07-03 | ||
DE4021076A DE4021076A1 (de) | 1990-07-03 | 1990-07-03 | Verfahren zur zeitlich stabilen markierung einzelner atome einer festkoerperoberflaeche sowie verwendung dieses verfahrens zur speicherung von informationseinheiten im atomaren bereich |
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