JPH0612710A - Method for driving cantilever type displacement element, scanning type tunnel microscope, information process device and cantilever type displacement element - Google Patents

Method for driving cantilever type displacement element, scanning type tunnel microscope, information process device and cantilever type displacement element

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JPH0612710A
JPH0612710A JP4191414A JP19141492A JPH0612710A JP H0612710 A JPH0612710 A JP H0612710A JP 4191414 A JP4191414 A JP 4191414A JP 19141492 A JP19141492 A JP 19141492A JP H0612710 A JPH0612710 A JP H0612710A
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cantilever type
cantilever
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敬介 山本
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岳彦 川崎
Yoshio Suzuki
義勇 鈴木
Masaru Nakayama
優 中山
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春紀 河田
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Abstract

PURPOSE:To obtain a displacement quantity of good accuracy at a high speed by providing an electrode for electrostatic driving in parallel with an electrode to form a parallel flat plate capacitor with the electrode for piezoelectric driving and applying a voltage thereto, thereby controlling the vibration of the displacement element. CONSTITUTION:The cantilever type displacement element is constituted by sticking the bimorph cantilever type displacement element which is formed by laminating the electrode 5, a piezoelectric thin film 4, the electrode 6, the piezoelectric thin film 8 and the electrode 9 in this order on an Si substrate 12 and the electrode 11 for electrostatic driving below the rear surface of the cantilever on the substrate 2 to each other. The parallel flat plate capacitor is formed of the electrode 5 and the electrode 11. The electrode 9 and electrode 5 of the cantilever part are short-circuited and an impressing power source 19 for piezoelectric driving is connected to the electrode 6. The electrode 6 is held grounded. The limitation of the displacement quantity and generating power of the cantilever type displacement element by the electrostatic force of the parallel flat plate part is enabled by maintaining the power source 16 at a suitable voltage.

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、逆圧電効果により駆動
するカンチレバー(片持ち梁)型変位素子及びこれを用
いた走査型トンネル顕微鏡(以下「STM」と記す)、
情報処理装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cantilever (cantilever) type displacement element driven by an inverse piezoelectric effect and a scanning tunneling microscope (hereinafter referred to as "STM") using the same.
The present invention relates to an information processing device.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、この種のカンチレバー型変位素子
は、図9に示すものが知られている。
2. Description of the Related Art Conventionally, a cantilever type displacement element of this type is known as shown in FIG.

【0003】ここに用いられているカンチレバー型変位
素子91は電気的に分極されたPZT等から形成される
圧電体薄膜4,8と電極5,6,9で形成される積層構
造を有している。このカンチレバー型変位素子は支持体
92で固定されカンチレバー型となっている。ここで圧
電体薄膜4,8をそれぞれ縮む方向、伸びる方向に或い
はその逆方向に、電圧を5,6,9の電極に印加すると
上方或いは下方に湾曲変位する。この湾曲変位により自
由端部93は上下方向に変位することができる。
The cantilever type displacement element 91 used here has a laminated structure formed of piezoelectric thin films 4 and 8 formed of electrically polarized PZT and electrodes 5, 6 and 9. There is. This cantilever type displacement element is of a cantilever type fixed by a support 92. Here, when a voltage is applied to the electrodes 5, 6 and 9 in the contracting direction, the expanding direction and the opposite direction of the piezoelectric thin films 4 and 8, respectively, the piezoelectric thin films 4 and 8 are curvedly displaced upward or downward. This curved displacement allows the free end 93 to be displaced in the vertical direction.

【0004】また、近年半導体プロセス技術を背景にし
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。
In recent years, with the background of semiconductor process technology, mechanical electric elements (micromechanics) such as semiconductor pressure sensors, semiconductor acceleration sensors, and microactuators using semiconductors as mechanical structures have come into the limelight. It was

【0005】係る素子の特徴として、小型で且つ高精度
の機械機構部品を提供でき、且つ半導体ウエハを用いる
ためにSiウエハ上に素子と電気回路を一体化できるこ
とが挙げられる。また、半導体プロセスをベースに作製
することで、半導体プロセスのバッチ処理による生産性
の向上を期待できる。特に、圧電体薄膜を利用したカン
チレバー型変位素子が挙げられるが、これは非常に微細
な動きを制御することが可能なので、原子レベル、分子
レベルを直接観察できる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カ
ンチレバー型変位素子を用いたSTMプローブ(IEE
E Micro Electro Mechanic
al Systems,p188−199,Feb.1
990)がある。これは図10に示すようにSi基板
(ウエハ)1のウエハ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Al94とZnO95の薄膜を
順次積層し、バイモルフのカンチレバーを形成した後、
裏面より反応性のドライエッチ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)を除去して、STMプローブ変位用のバイモルフカ
ンチレバー型変位素子を作製している。このカンチレバ
ーの上面自由端部にトンネル電流検知用プローブ10を
取り付け、良好なSTM像を得ている。
As a feature of such an element, it is possible to provide a small-sized and highly precise mechanical mechanism component and to integrate the element and an electric circuit on a Si wafer because a semiconductor wafer is used. Further, by manufacturing the semiconductor process as a base, it can be expected that the productivity is improved by batch processing of the semiconductor process. In particular, a cantilever type displacement element using a piezoelectric thin film can be mentioned. Since it can control extremely fine movement, it is applied to an STM that can directly observe the atomic level and the molecular level. For example, an STM probe (IEEE) using a cantilever type displacement element proposed by Kuwait et al. Of Stanford University
E Micro Electro Mechanical
al Systems, p188-199, Feb. 1
990). As shown in FIG. 10, the back surface of the wafer of the Si substrate (wafer) 1 is partially removed to form a silicon membrane, and thin films of Al94 and ZnO95 are sequentially laminated on the surface to form a bimorph cantilever,
By removing the silicon membrane and the etching protection layer (silicon nitride film) on the wafer surface from the back surface by reactive dry etching, a bimorph cantilever type displacement element for STM probe displacement is manufactured. A tunnel current detection probe 10 is attached to the free end of the upper surface of the cantilever, and a good STM image is obtained.

【0006】一方、STMの手法を用いて、半導体或い
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(E.E.Ehrichs,4th In
ternational Conference on
Scanning Tunnering Micro
scopy/Spectroscopy,’89,S1
3−3)、及び記録再生装置の様々な分野への応用が研
究されている。中でも、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へ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形状を変化させ
る事により記録書き込みし、形状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平方となる情報処理装置が提案
されている(USP4575822)。
On the other hand, by using the STM method, atomic order and molecular order observation and evaluation of semiconductors or polymer materials and fine processing (EE Ehrichs, 4th In
international Conference on
Scanning Tuning Micro
copy / Spectrocopy, '89, S1
3-3), and application of the recording / reproducing apparatus to various fields has been studied. In particular, there is an ever-increasing demand for recording devices with a large capacity for computer calculation information and the like, and due to advances in semiconductor process technology, microprocessors have become smaller and computational power has improved. It is rare. In order to meet these requirements, recording is performed by changing the shape of the surface of the recording medium by applying a voltage from a converter consisting of a tunnel current generating probe that is present on a driving means whose distance from the recording medium can be finely adjusted. An information processing apparatus has been proposed in which information is read by writing and detecting a change in tunnel current due to a change in shape, and the minimum recording area becomes 10 nm square (USP4575752).

【0007】STMは、先鋭な導電性プローブを試料表
面に数nm以下に接近させた時に、その間の障壁を通り
抜けて電流が流れるトンネル効果を利用したものであ
る。[G.Binnig et al.,Helvet
ica Physica Acta,55,726(1
982)、米国特許第4343993号]。
[0007] The STM utilizes the tunnel effect in which a current flows through a barrier between a sharp conductive probe and a sample surface that are several nm or less in distance. [G. Binnig et al. , Helvet
ica Physica Acta, 55, 726 (1
982), U.S. Pat. No. 4,433,993]].

【0008】このSTMの原理を応用して、高密度な情
報処理(記録再生)を行う装置が、特開昭63−161
552号公報,特開昭63−161553号公報等に提
案されている。これはSTMと同様のプローブを用い
て、プローブと記録媒体間にかかる電圧を変化させて記
録を行うものである。
An apparatus for performing high-density information processing (recording / reproducing) by applying this STM principle is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 63-161.
No. 552, JP-A No. 63-161553, and the like. This uses a probe similar to the STM and changes the voltage applied between the probe and the recording medium to perform recording.

【0009】従来、これらの記録再生装置に用いられて
いたプローブの形成手法としては、半導体製造プロセス
の技術を使い一つの基板上に微細な構造を作る加工技術
[K.E.Peterson“Silicon as
a MechanichalMaterial”,Pr
oceeding of the IEEE,70
(5),420−457(1982)]が知られてい
た。このような手法により構成したSTMが、特開昭6
1−206148号公報に提案されている。
Conventionally, as a probe forming method used in these recording / reproducing apparatuses, a processing technique [K. E. Peterson “Silicon as
a MechanicalMaterial ”, Pr
oceding of the IEEE, 70
(5), 420-457 (1982)] was known. An STM constructed by such a method is disclosed in
It is proposed in JP-A 1-206148.

【0010】これは、単結晶シリコンを基板として、微
細加工によりXY方向に微動できる平行バネを形成し、
さらにその可動部にプローブを形成したカンチレバー部
を設け、カンチレバー部と底面部に電界を与えて静電力
により基板平面と直角な方向Z方向とするに変位するよ
うに構成されている。
This is to form a parallel spring which can be finely moved in the XY directions by fine processing using single crystal silicon as a substrate.
Further, a cantilever portion having a probe formed thereon is provided in the movable portion, and an electric field is applied to the cantilever portion and the bottom portion so that the cantilever portion is displaced in the direction Z perpendicular to the plane of the substrate by electrostatic force.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】従来のカンチレバー型
変位素子は、変位素子の変位量や作動力に対して特に規
制する手段を持たなかった。特にカンチレバー型変位素
子をSTMプローブとして使用する際にはその変位量及
び作動力は非常に重要となってくる。STMは針先を数
Åまで試料に近づけ、その間を流れるトンネル電流をモ
ニターすることによって試料の凹凸を観察するものであ
る。このため、STMプローブとしては、高速で且つ精
度よく微小変位することが望ましい。このため従来のカ
ンチレバー型変位素子は変位量や作動力に対して規制制
御する手段を持たなかったため、カンチレバー型変位素
子の有する特性が一義的に決定してしまうために精度よ
く所望の変位量を制御することが難しかった。
The conventional cantilever type displacement element has no means for particularly restricting the displacement amount or the operating force of the displacement element. Especially when the cantilever type displacement element is used as an STM probe, its displacement amount and operating force become very important. The STM is to observe the unevenness of the sample by bringing the needle tip close to the sample up to several Å and monitoring the tunnel current flowing between them. Therefore, it is desirable for the STM probe to make small displacements at high speed and with high accuracy. For this reason, the conventional cantilever type displacement element does not have a means for restricting and controlling the displacement amount and the operating force, and therefore the characteristics of the cantilever type displacement element are uniquely determined, so that the desired displacement amount can be accurately determined. It was difficult to control.

【0012】また、STMを応用した情報処理装置にお
いては、記録媒体上の情報は、STMプローブから電気
的パルスを与えることによって、記録媒体上の凹凸によ
るビットなど、物理的変化により形成されたビットとし
て記録される。このような場合においては、STMプロ
ーブを記録媒体と所望の位置、距離に位置決めされなけ
ればならない。このような手法を用いた情報処理装置に
おいては、カンチレバー型変位素子の自由端部に取り付
けられたSTMプローブが記録媒体との位置決めを行う
ために、時間と共に変化する種々の印加電圧を圧電体に
与えなければならない。例えば矩形波の電圧が印加され
ると、カンチレバー型変位素子は矩形波の応答をすると
共に、固有振動数を主成分とする不要振動を発生する。
この不要振動が減衰するまで、次の動作が行えないため
に情報処理装置の高速化を抑制していた。不要振動は可
能なかぎり除去或いは、減衰させることが必要となって
くる。このためにカンチレバーの支持部にダンパー効果
のあるゴム等で挟持することが通常となっている。しか
し半導体プロセスにより薄膜技術及びエッチング技術で
作製されるカンチレバー型変位素子においては、構成上
このような試みは困難と言える。
Further, in the information processing apparatus applying the STM, the information on the recording medium is a bit formed by a physical change such as a bit due to unevenness on the recording medium by applying an electric pulse from the STM probe. Is recorded as. In such a case, the STM probe must be positioned at a desired position and distance from the recording medium. In the information processing apparatus using such a method, the STM probe attached to the free end of the cantilever type displacement element positions the piezoelectric body with various applied voltages that change with time in order to perform positioning with the recording medium. I have to give. For example, when a rectangular wave voltage is applied, the cantilever type displacement element responds to the rectangular wave and also generates unnecessary vibration whose main component is the natural frequency.
Until the unnecessary vibration is dampened, the next operation cannot be performed, so that the speeding up of the information processing device is suppressed. Unnecessary vibration needs to be removed or attenuated as much as possible. For this reason, it is usual to sandwich the cantilever with a rubber or the like having a damper effect on the supporting portion. However, in a cantilever type displacement element manufactured by a thin film technique and an etching technique by a semiconductor process, such an attempt can be said to be difficult due to its structure.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明の目的とするとこ
ろは、 (1)高速でかつ精度よい変位量を持つ。
The object of the present invention is to (1) have a high-speed and accurate displacement amount.

【0014】(2)不要振動を除去し、高速化を図る。(2) Unnecessary vibration is removed to increase the speed.

【0015】以上が本発明の目的であり、これを達成す
べくカンチレバー型変位素子およびその駆動方法、ST
M、情報処理装置を提供することにある。
The above is the object of the present invention. In order to achieve this, a cantilever type displacement element and its driving method, ST
M, to provide an information processing device.

【0016】即ち本発明の第1は、カンチレバーの長手
方向に直交する面での断面形状を変化させるための少な
くとも1層の圧電体と、該圧電体に電圧を印加するため
の電極を具備したカンチレバー型変位素子において、該
電極と平行に静電駆動用電極を設けて上記圧電体駆動用
電極とで平行平板コンデンサーを形成し、該平行平板コ
ンデンサーに電圧を印加することにより変位素子の振動
を制御することを特徴とするカンチレバー型変位素子の
駆動方法であり、第2は該駆動方法を用いたSTMであ
り、第3は上記駆動方法を用いた情報処理装置である。
That is, the first aspect of the present invention comprises at least one layer of piezoelectric material for changing the cross-sectional shape of the cantilever in a plane orthogonal to the longitudinal direction, and an electrode for applying a voltage to the piezoelectric material. In a cantilever type displacement element, an electrostatic drive electrode is provided in parallel with the electrode, a parallel plate capacitor is formed with the piezoelectric body drive electrode, and a voltage is applied to the parallel plate capacitor so that the displacement element vibrates. A driving method of a cantilever type displacement element characterized by controlling, a second is an STM using the driving method, and a third is an information processing apparatus using the driving method.

【0017】係る構成によれば、カンチレバー型変位素
子は平行平板コンデンサーにかかる静電力によって、変
位素子の変位量、発生力を抑制でき、所望の微小変位量
を精度よくコントロールすることができる。また、静電
力により発生力を抑える結果、ダンパー効果として働
き、不要振動の除去もできる。
According to this structure, the cantilever type displacement element can suppress the displacement amount and the generated force of the displacement element by the electrostatic force applied to the parallel plate capacitor, and can control the desired minute displacement amount with high accuracy. Further, as a result of suppressing the generated force by electrostatic force, it works as a damper effect, and unnecessary vibration can be removed.

【0018】さらに本発明の第4は、圧電体と該圧電体
に電圧を印加するための電極とを積層してなるカンチレ
バー型変位素子であって、圧電体上表面及び下表面に圧
電体駆動用電極とは絶縁状態でそれぞれ振動吸収用電極
を設け、上下一対の該振動吸収用電極が電気的に接続さ
れていることを特徴とするカンチレバー型変位素子であ
り、第5は該変位素子を同一のシリコン単結晶基板上に
マルチ配置したカンチレバー型変位素子、第6は第4の
カンチレバー型変位素子を用いたSTM、第7は情報処
理装置である。
Further, a fourth aspect of the present invention is a cantilever type displacement element comprising a piezoelectric body and electrodes for applying a voltage to the piezoelectric body, which are driven by the piezoelectric body on the upper and lower surfaces of the piezoelectric body. Is a cantilever-type displacement element, characterized in that a vibration absorption electrode is provided in an insulated state, respectively, and a pair of upper and lower vibration absorption electrodes are electrically connected. A cantilever type displacement element multi-arranged on the same silicon single crystal substrate, a sixth STM using a fourth cantilever type displacement element, and a seventh information processing apparatus.

【0019】上記構成によれば、変形による圧電効果で
表面に生ずる電荷を、上下一対の振動吸収用電極間を流
れる電流に変換する。このことにより弾性振動のエネル
ギーは電気エネルギーに変換され、最終的にジュール熱
となる。このため振動の減衰時間を大幅に短縮すること
が可能となる。
According to the above structure, the electric charge generated on the surface due to the piezoelectric effect due to the deformation is converted into a current flowing between the pair of upper and lower vibration absorbing electrodes. As a result, the energy of elastic vibration is converted into electric energy and finally becomes Joule heat. Therefore, it is possible to significantly reduce the vibration damping time.

【0020】また上記の上下一対の振動吸収用電極をカ
ンチレバー部の左右に設け互いに電気的に接続すること
により、長軸方向の屈曲振動のみならず幅方向、対角線
方向の弾性振動も電気エネルギーとして吸収することが
でき高速高精度の変位制御が可能となった。またこのよ
うに有害な振動を除去することにより、高精度且つ高速
のSTM用のプローブの実現が可能となった。
Further, by providing the pair of upper and lower vibration absorbing electrodes on the left and right of the cantilever portion and electrically connecting them to each other, not only bending vibration in the long axis direction but also elastic vibration in the width direction and the diagonal direction are converted into electric energy. It can be absorbed and high-speed and high-precision displacement control is possible. Further, by removing harmful vibrations in this way, it has become possible to realize a probe for STM with high accuracy and high speed.

【0021】更に同一基板上へ複数集積化することで、
マルチプローブを有する小型で高精度なSTMシステム
を構築することができ、基板としてSi単結晶を用いる
ことにより、トランジスタやダイオード等の半導体素子
も同時に集積化することが可能である。
Further, by integrating a plurality of devices on the same substrate,
A small and highly accurate STM system having a multi-probe can be constructed, and by using a Si single crystal as a substrate, semiconductor elements such as transistors and diodes can be integrated at the same time.

【0022】また、STMの観察対象として電圧印加に
より状態の変化する媒体を用いた大容量且つ高密度の記
録再生が可能な情報処理装置を提供することが可能とな
った。
It has also become possible to provide an information processing apparatus capable of high-capacity and high-density recording / reproduction using a medium whose state is changed by voltage application as an STM observation target.

【0023】[0023]

【実施例】以下、実施例を用いて本発明を具体的に詳述
する。
EXAMPLES The present invention will be described in detail below with reference to examples.

【0024】実施例1 本実施例で示すものは本発明第1の駆動方法を用いたカ
ンチレバー型変位素子である。
Example 1 This example shows a cantilever type displacement element using the first driving method of the present invention.

【0025】図1(a)に本実施例のカンチレバー型変
位素子の斜視図を示す。これは、Si基板上に、通常の
IC作製プロセスとSiの異方性エッチングとにより作
製したものである。図1(b)はカンチレバー型変位素
子の断面図の模式図である。Si基板12上に電極5、
圧電体薄膜4、電極6、圧電体薄膜8、電極9の順に積
層されたバイモルフカンチレバー型変位素子とSi基板
の上でカンチレバーの背面下方に静電駆動用電極11を
張り合せたものにより構成される。尚、電極5と電極1
1とで平行平板コンデンサーを形成している。10はト
ンネル電流検出用プローブである。
FIG. 1A shows a perspective view of a cantilever type displacement element of this embodiment. This is manufactured on a Si substrate by a normal IC manufacturing process and Si anisotropic etching. FIG. 1B is a schematic diagram of a cross-sectional view of a cantilever displacement element. The electrode 5 on the Si substrate 12,
The piezoelectric thin film 4, the electrode 6, the piezoelectric thin film 8 and the electrode 9 are laminated in this order, and a bimorph cantilever type displacement element and an electrostatic drive electrode 11 bonded to the lower rear surface of the cantilever on the Si substrate. It Incidentally, the electrode 5 and the electrode 1
And 1 form a parallel plate capacitor. Reference numeral 10 is a probe for detecting a tunnel current.

【0026】図2は上述したカンチレバー型変位素子の
製造工程図である。先ずカンチレバー部について述べる
(図2(a)〜(d))。最初に厚さ250μmのSi
(100)基板1上に、LP−CVD法によりシリコン
窒化膜2,3を500Å積層し、フォトリソグラフィー
によりパターニングし、エッチングマスクとする。次に
抵抗加熱法によりAu電極5を1000Å積層し、パタ
ーニングした。さらにRFマグネトロンスパッタ法によ
り圧電体ZnO薄膜4を1μm、抵抗加熱法によりAu
電極6を1000Å、再度スパッタ法にて圧電体ZnO
薄膜8を1μm積層し、パターニングを行った(図2
(a))。続いて、抵抗加熱法によってAuの引き出し
電極9を1000Å堆積し、パターニングを行った。そ
の上部に、蒸着法によりPtで形成されるトンネル電流
検知用STMプローブ10を作製した(図2(b))。
その後KOH溶液によるSiの異方性エッチングを行
い、カンチレバーを作製した(図2(c))。最後に、
反応性イオンエッチング法により、シリコン窒化膜を除
去した(図2(d))。
FIG. 2 is a manufacturing process drawing of the above-described cantilever type displacement element. First, the cantilever portion will be described (FIGS. 2A to 2D). First, Si with a thickness of 250 μm
On the (100) substrate 1, 500 Å of silicon nitride films 2 and 3 are laminated by the LP-CVD method and patterned by photolithography to form an etching mask. Then, 1000 Å of Au electrode 5 was laminated by the resistance heating method and patterned. Further, the piezoelectric ZnO thin film 4 is made to have a thickness of 1 μm by the RF magnetron sputtering method, and Au by the resistance heating method.
The electrode 6 is set to 1000 Å and the piezoelectric material ZnO is again formed by the sputtering method.
The thin films 8 were laminated in a thickness of 1 μm and patterned (FIG. 2).
(A)). Subsequently, 1000 Å of the Au extraction electrode 9 was deposited by the resistance heating method and patterned. An STM probe 10 for detecting a tunnel current formed of Pt was formed on the top of the STM probe 10 (FIG. 2B).
After that, anisotropic etching of Si was performed with a KOH solution to prepare a cantilever (FIG. 2C). Finally,
The silicon nitride film was removed by the reactive ion etching method (FIG. 2 (d)).

【0027】次に、平行平板コンデンサー部側について
述べる(図2(e)〜(h))。先ず、厚さ250μm
のSi(100)基板1’上に、Siの熱酸化膜13を
1000Å程度形成した(図2(e))。次に、LP−
CVD法によりシリコン窒化膜14を2000Å積層し
てパターニングを行い、エッチングマスクとした(図2
(f))。次いで、抵抗加熱法によりAu電極11を1
000Å積層し、パターニングした(図2(g))。さ
らにKOH溶液によるSiの異方性エッチングを行い、
台形状の基体を形成した。ここでエッチング深さは約2
20μmであった(図2(h))。最後にカンチレバー
部(図2(d))と基体(図2(h))とを陽極接合に
より接着し、平行平板コンデンサー部15を形成した
(図2(i))。
Next, the parallel plate capacitor section side will be described (FIGS. 2E to 2H). First, the thickness is 250 μm
A thermal oxide film 13 of Si was formed on the Si (100) substrate 1 ′ of about 1000 Å (FIG. 2E). Next, LP-
2000 Å of silicon nitride film 14 was laminated by the CVD method and patterned to form an etching mask (see FIG. 2).
(F)). Then, the Au electrode 11 is set to 1 by the resistance heating method.
000Å was laminated and patterned (Fig. 2 (g)). Furthermore, anisotropic etching of Si by KOH solution,
A trapezoidal substrate was formed. Here, the etching depth is about 2
It was 20 μm (FIG. 2 (h)). Finally, the cantilever portion (FIG. 2 (d)) and the base body (FIG. 2 (h)) were bonded by anodic bonding to form the parallel plate capacitor portion 15 (FIG. 2 (i)).

【0028】カンチレバー型変位素子は矩形で、長さ3
00μm×幅100μm、厚さ約2.2μmであり、平
行平板コンデンサー部15の電極5と電極11の対向面
積は300μm×100μm、間隔は約30μmであっ
た。
The cantilever type displacement element is rectangular and has a length of 3
The size was 00 μm × width 100 μm, thickness was about 2.2 μm, the opposing area of the electrode 5 and the electrode 11 of the parallel plate capacitor part 15 was 300 μm × 100 μm, and the interval was about 30 μm.

【0029】この時の平行平板コンデンサー部に印加電
圧を加えないときのカンチレバー型変位素子の変位特性
は次の通りであった。
The displacement characteristics of the cantilever type displacement element when no applied voltage was applied to the parallel plate capacitor section at this time were as follows.

【0030】固有振動数 20KHz 変位量 0.25μm/V (圧電体単位印加電
圧に対する自由端の変位量) 固有振動時における機械的Q値 56 次に本発明のカンチレバー型変位素子の駆動方法につい
て述べる。図3はその模式結線図である。カンチレバー
部の上電極9と下電極5とを短絡させ、中電極6に圧電
体駆動用印加電源19をつなぐ。なお中電極6は接地さ
れている。次に平行平板コンデンサー部の静電力可変直
流電源16を図3のように結ぶ。17は電流電圧変換増
幅器、18はトンネル電流の信号出力である。可変直流
電源16を適当な電圧にすることによってカンチレバー
型変位素子の変位量や発生力を平行平板部の静電力によ
って、制限することができる。
Natural frequency 20 KHz Displacement amount 0.25 μm / V (Displacement amount at free end with respect to piezoelectric unit applied voltage) Mechanical Q value at natural vibration 56 Next, a method of driving the cantilever displacement element of the present invention will be described. . FIG. 3 is a schematic connection diagram thereof. The upper electrode 9 and the lower electrode 5 of the cantilever portion are short-circuited, and the piezoelectric body driving application power source 19 is connected to the middle electrode 6. The middle electrode 6 is grounded. Next, the electrostatic force variable DC power source 16 of the parallel plate capacitor section is connected as shown in FIG. Reference numeral 17 denotes a current-voltage conversion amplifier, and 18 denotes a tunnel current signal output. By setting the variable DC power supply 16 to an appropriate voltage, the displacement amount and the generated force of the cantilever type displacement element can be limited by the electrostatic force of the parallel plate portion.

【0031】図4は種々の静電力印加電圧による圧電体
駆動電圧とカンチレバー部自由端の先端変位量の関係を
示したものである。静電力印加電圧によってカンチレバ
ーの変位量の傾きが変化し、圧電体単位印加電圧当りの
変位量が静電力印加電圧によって制御できることが分か
る。カンチレバーの変位量において切片が異なるのは、
静電力によってカンチレバー部が若干湾曲するためであ
る。このように平行平板コンデンサーを設けることによ
って、圧電体印加電圧における変位量の傾きを変えるこ
とができるので、種々の微小な変位量を制御することが
でき、精度よく位置出しを行える。
FIG. 4 shows the relationship between the piezoelectric body driving voltage and the tip displacement of the free end of the cantilever portion due to various electrostatic force applied voltages. It can be understood that the inclination of the displacement amount of the cantilever changes depending on the electrostatic force applied voltage, and the displacement amount per unit applied voltage of the piezoelectric body can be controlled by the electrostatic force applied voltage. The difference in the displacement of the cantilever is that the intercept is
This is because the cantilever portion is slightly curved by the electrostatic force. By providing the parallel plate capacitor in this way, the inclination of the displacement amount in the piezoelectric body applied voltage can be changed, so that various minute displacement amounts can be controlled and accurate positioning can be performed.

【0032】図5(a)は圧電体印加電圧値を固定して
正弦波の圧電体印加電圧を加えたときの、種々の静電力
印加電圧の周波数応答性をとったものである。この時の
周波数応答性は、次の通りであった。
FIG. 5A shows the frequency response of various electrostatic force applied voltages when the piezoelectric applied voltage is fixed and a sinusoidal piezoelectric applied voltage is applied. The frequency response at this time was as follows.

【0033】 静電力印加電圧 0V 固有振動数 20KHz 機械的Q値 56 静電力印加電圧10V 固有振動数 25KHz 機械的Q値 6 このように静電力印加電圧を変えることにより、固有振
動数をあげ、機械的Q値をさげることができた。
Electrostatic force applied voltage 0V Natural frequency 20KHz Mechanical Q value 56 Electrostatic force applied voltage 10V Natural frequency 25KHz Mechanical Q value 6 By changing the electrostatic force applied voltage in this way, the natural frequency is increased, I was able to reduce the target Q value.

【0034】図5(b)は圧電体印加電圧に矩形波(1
msec)を与えたときの種々の静電力印加電圧時の変
位量の応答を見たものである。静電力印加電圧0Vの時
は、固有振動数を主成分とする不要振動が見られ減衰ま
で約0.6msecを要した。しかし静電力印加電圧1
0Vの時は不要振動は全く見られず、高速に応答できる
ことが分かる。
FIG. 5B shows a rectangular wave (1
(msec) is a view showing the response of the displacement amount under various electrostatic force applied voltages. When the electrostatic force applied voltage was 0 V, unnecessary vibration having a natural frequency as a main component was observed, and it took about 0.6 msec to attenuate. However, electrostatic force applied voltage 1
It can be seen that no unnecessary vibration is observed at 0 V, and a high-speed response is possible.

【0035】この様に、高速な応答性、精度良い変位
量、ならびに不要振動のないカンチレバー型変位素子を
形成することができた。さらに所望の応答性ならびに変
位量を必要とする場合は、カンチレバー型変位素子の長
さを変えたり、圧電体薄膜の材料を変えたり、厚さを変
える等の設計を行えばよい。本実施例では圧電体薄膜と
してZnO薄膜を用いたが、これは、PbTiO3 、P
ZTやAlN、Ta25 、PLZT、等の他の圧電材
料でも構わない。
As described above, a cantilever type displacement element having high-speed response, accurate displacement amount, and unnecessary vibration could be formed. Further, when desired responsiveness and a desired amount of displacement are required, the length of the cantilever displacement element may be changed, the material of the piezoelectric thin film may be changed, and the thickness may be changed. While it is using ZnO film as the piezoelectric thin film in the present embodiment, which, PbTiO 3, P
Other piezoelectric materials such as ZT, AlN, Ta 2 O 5 and PLZT may be used.

【0036】実施例2 実施例1のカンチレバー型変位素子を用いたSTM装置
について述べる。図6に本実施例のSTMの構成図を示
す。除震台61の上にXY走査機構62が設置され、観
察物の試料63はXY方向に移動可能である。また、Z
粗動機構64上に本発明に係るカンチレバー型変位素子
が設置され、そのカンチレバーの先端にSTMプローブ
66が作製されている。XY走査機構62はXY駆動回
路67によって、Z粗動機構64はZ駆動回路70によ
って駆動される。またカンチレバー65は、静電力印加
電圧回路71により変位特性を可変できる。圧電駆動
(フィードバック)回路72により試料63とSTMプ
ローブ66間に流れるトンネル電流値が一定になるよう
に、Z方向にフィードバックがかけられる。バイアス印
加回路68により試料、STMプローブ間にバイアス電
圧が印加され、トンネル電流検出回路69により検出さ
れる。全ての回路は、マイクロコンピューター73によ
り統一して制御され、観察結果は表示装置74に表示さ
れる。
Example 2 An STM apparatus using the cantilever type displacement element of Example 1 will be described. FIG. 6 shows a block diagram of the STM of this embodiment. An XY scanning mechanism 62 is installed on the anti-vibration table 61, and the sample 63 of the observation object is movable in the XY directions. Also, Z
The cantilever type displacement element according to the present invention is installed on the coarse movement mechanism 64, and the STM probe 66 is produced at the tip of the cantilever. The XY scanning mechanism 62 is driven by an XY driving circuit 67, and the Z coarse movement mechanism 64 is driven by a Z driving circuit 70. Further, the cantilever 65 can change the displacement characteristic by the electrostatic force application voltage circuit 71. The piezoelectric drive (feedback) circuit 72 provides feedback in the Z direction so that the tunnel current value flowing between the sample 63 and the STM probe 66 becomes constant. A bias voltage is applied between the sample and the STM probe by the bias applying circuit 68 and detected by the tunnel current detecting circuit 69. All the circuits are uniformly controlled by the microcomputer 73, and the observation result is displayed on the display device 74.

【0037】本実施例において、サンプルにエピタキシ
ャル成長させたAu薄膜を用いた。この際に1μm×1
μmの領域のSTM観察を行った。最初、静電力印加電
圧回路71により0VでX方向走査速度100HzでS
TM観察を行った。次に静電力印加電圧を5Vにしたと
ころ、X方向走査速度200Hzでも同等の像が得られ
た。本方法によれば、高速に鮮明な像が得られるSTM
が得られる。
In this example, an Au thin film epitaxially grown was used as a sample. At this time, 1 μm x 1
STM observation of the μm region was performed. First, the electrostatic force applied voltage circuit 71 causes S to be 0V at an X-direction scanning speed of 100 Hz.
TM observation was performed. Next, when the electrostatic force applied voltage was set to 5 V, an equivalent image was obtained even at an X-direction scanning speed of 200 Hz. According to this method, an STM that can obtain a clear image at high speed
Is obtained.

【0038】実施例3 本実施例においては、実施例1のカンチレバー型変位素
子を用いた情報処理装置について述べる。図7は、本実
施例の情報処理装置の構成図である。除震台61上にX
Y走査機構62が設置され、さらにその上部に記録媒体
75が設置されている。XY走査機構62はXY駆動回
路67によって駆動され、記録媒体75にはバイアス印
加回路68により記録ビットの書き込み、読み出し、消
去のための各種バイアス或いは、パルス電圧が印加され
る。Z軸駆動回路70によって粗動できるZ粗動機構6
4上には、10mm角の複数のマルチカンチレバー型変
位素子76が設置されており、4×3=12本のカンチ
レバー77が取り付けられている。各カンチレバーの自
由端部にはSTMプローブ66が設けられている。各S
TMプローブに流れるトンネル電流は、トンネル電流検
出回路69により検出され、各カンチレバーは圧電駆動
(フィードバック)回路72により、駆動される。ま
た、静電力印加電圧回路71によって変位特性を制御す
ることができる。全ての回路は、マイクロコンピュータ
ー73により制御される。記録媒体75は、マイカ基板
上にエピタキシャル成長させたAu薄膜(2500Å)
上に、有機記録層を積層したものを用いた。有機記録層
としては、スクアリリウム−ビス−6−オクチアズレン
のLB膜(1層)を使用した。尚LB膜の形成方法は、
特開昭63−161552号公報に開示の方法に従っ
た。
Example 3 In this example, an information processing apparatus using the cantilever type displacement element of Example 1 will be described. FIG. 7 is a block diagram of the information processing apparatus of this embodiment. X on the seismic isolation table 61
A Y scanning mechanism 62 is installed, and a recording medium 75 is further installed on the Y scanning mechanism 62. The XY scanning mechanism 62 is driven by an XY drive circuit 67, and various biases or pulse voltages for writing, reading and erasing recording bits are applied to the recording medium 75 by a bias applying circuit 68. Z coarse movement mechanism 6 capable of coarse movement by Z axis drive circuit 70
A plurality of 10 mm square multi-cantilever displacement elements 76 are installed on the surface 4, and 4 × 3 = 12 cantilevers 77 are installed. An STM probe 66 is provided at the free end of each cantilever. Each S
The tunnel current flowing through the TM probe is detected by the tunnel current detection circuit 69, and each cantilever is driven by the piezoelectric drive (feedback) circuit 72. Further, the displacement characteristic can be controlled by the electrostatic force applied voltage circuit 71. All circuits are controlled by the microcomputer 73. The recording medium 75 is an Au thin film (2500Å) epitaxially grown on a mica substrate.
What laminated | stacked the organic recording layer on the top was used. As the organic recording layer, an LB film of squarylium-bis-6-octiazulene (one layer) was used. The method for forming the LB film is
The method disclosed in JP-A-63-161552 was followed.

【0039】次に、記録再生の方法について述べる。ま
ずSTMプローブの1本を+側、Au薄膜を−側にし
て、記録層が低抵抗状態(ON状態)に変化するしきい
値電圧VthON以上のパルス電圧(図8に示す)を印加
し、ON状態を生じさせた。該STMプローブと記録層
との距離を保持したまま、該探針とAu薄膜との間に1
Vの電圧を印加してトンネル電流を測定したところ、
0.5mA程度の電流が流れ、ON状態になっているこ
とが確認できた。
Next, a recording / reproducing method will be described. First, with one of the STM probes on the + side and the Au thin film on the-side, a pulse voltage (shown in FIG. 8) of a threshold voltage V th ON or more at which the recording layer changes to a low resistance state (ON state) is applied. Then, the ON state was generated. While maintaining the distance between the STM probe and the recording layer, 1 is provided between the probe and the Au thin film.
When the tunnel current was measured by applying a voltage of V,
It was confirmed that a current of about 0.5 mA flowed and that it was in the ON state.

【0040】次に、この情報処理装置を用いて次々と記
録を行った。最初、静電力印加電圧を0Vにして、カン
チレバー1本に対して1ビット当り10msecのスピ
ードで12本のカンチレバーを順次駆動させ、記録を行
った。その後、同じ速度でこの情報を読み取ることが可
能であった。この時、記録ビットのエラーは見られなか
った。次に同様の実験を1ビット当り5msecのスピ
ードで行い、その後、再生を行ったところ記録ビットの
エラーが1%ほど検出された。しかし、静電力印加電圧
を5Vにし、同様な実験を行ったところ記録ビットのエ
ラーは見られなかった。
Next, recording was performed one after another using this information processing apparatus. First, with the electrostatic force applied voltage set to 0 V, 12 cantilevers were sequentially driven at a speed of 10 msec per bit for one cantilever for recording. It was then possible to read this information at the same speed. At this time, no recorded bit error was observed. Next, the same experiment was conducted at a speed of 5 msec per bit, and thereafter, when reproduction was performed, an error of about 1% in the recorded bit was detected. However, when the electrostatic force applied voltage was set to 5 V and a similar experiment was performed, no error was found in the recording bit.

【0041】実施例4 図11は本発明カンチレバー型変位素子の特徴を最もよ
く表す構成図であり、図11(b)は図11(a)中の
A−A’面における断面図である。
Embodiment 4 FIG. 11 is a configuration diagram best showing the features of the cantilever type displacement element of the present invention, and FIG. 11 (b) is a sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 11 (a).

【0042】本図において111は基板であり、112
は下部電極、113aは下部圧電体薄膜、113bは上
部圧電体薄膜、114は中間電極、115は上部電極、
116a,116b,116c,116dは振動吸収用
電極である。
In this drawing, 111 is a substrate, and 112
Is a lower electrode, 113a is a lower piezoelectric thin film, 113b is an upper piezoelectric thin film, 114 is an intermediate electrode, 115 is an upper electrode,
116a, 116b, 116c and 116d are vibration absorbing electrodes.

【0043】ここで、圧電体薄膜113a,113bは
分極軸が117の矢印に示す方向に配向して形成されて
おり、電圧印加により伸長又は収縮させることができ、
これによりカンチレバー部118が屈曲変位する。電極
112,114,115は外部に引き出されており、外
部より駆動電圧を印加することができるようになってい
る。
Here, the piezoelectric thin films 113a and 113b are formed so that the polarization axes are oriented in the direction indicated by the arrow 117, and can be expanded or contracted by applying a voltage.
As a result, the cantilever portion 118 is bent and displaced. The electrodes 112, 114, 115 are drawn out to the outside so that a drive voltage can be applied from the outside.

【0044】振動吸収用電極116aと116d及び1
16bと116cは、基板111上で電気的に接続され
ている。係る構造にすることにより、カンチレバー部1
18を変位させた時に生ずる不要な振動を電気的に吸収
することが可能となる。
Vibration absorbing electrodes 116a, 116d and 1
16b and 116c are electrically connected on the substrate 111. With such a structure, the cantilever portion 1
It is possible to electrically absorb unnecessary vibration that occurs when the 18 is displaced.

【0045】以下、その原理を説明する。電極112,
114,115に所定の電圧を印加し、カンチレバー部
118を屈曲変位させた場合、カンチレバー部118に
は目的とする変位量を中心として上下に振動が発生す
る。この時の様子を図12(a)に示す。この振動は圧
電体薄膜113a,113bを変形させるため圧電体1
13a,113bには圧電効果により表面に電荷が発生
する。この際、圧電体薄膜113aの下方の表面と11
3bの上方の表面とでは、圧縮変形と膨張変形とが相対
して交互に起こるため、発生する電荷の負号は常に反対
となる。
The principle will be described below. Electrode 112,
When a predetermined voltage is applied to 114 and 115 to bend and displace the cantilever portion 118, the cantilever portion 118 vertically vibrates around a target displacement amount. The state at this time is shown in FIG. This vibration deforms the piezoelectric thin films 113a and 113b, so
Electric charges are generated on the surfaces of 13a and 113b due to the piezoelectric effect. At this time, the lower surface of the piezoelectric thin film 113a and 11
Since the compressive deformation and the expansive deformation alternately occur on the upper surface of 3b, the negative signs of the generated charges are always opposite.

【0046】本発明による所の振動吸収用電極116
a,116b,116c,116dを圧電体薄膜113
a,113bの表面に設け、圧電体を挟んで上下に相対
する116aと116d及び116bと116cを電気
的に接続する。これにより圧電効果により発生した電荷
は振動吸収用電極116aと116d及び116bと1
16cの間を電流となって往復する。このため振動のエ
ネルギーの一部は電気エネルギーに変換されるため振動
の減衰を早めることができる。
The vibration absorbing electrode 116 according to the present invention
a, 116b, 116c, 116d are piezoelectric thin film 113
It is provided on the surface of a, 113b, and electrically connects 116a and 116d and 116b and 116c, which are vertically opposed to each other with the piezoelectric body interposed therebetween. As a result, the electric charges generated by the piezoelectric effect are transmitted to the vibration absorbing electrodes 116a and 116d and 116b and 1
It makes a current between 16c and reciprocates. Therefore, a part of the vibration energy is converted into electric energy, so that the vibration damping can be accelerated.

【0047】本発明による振動吸収用電極116a,1
16b,116c,116dを設けた場合のカンチレバ
ー部118の変位特性を図12(b)に示す。
Vibration absorbing electrodes 116a, 1 according to the present invention
FIG. 12B shows the displacement characteristic of the cantilever portion 118 when 16b, 116c, and 116d are provided.

【0048】この様に振動吸収用電極を用いることによ
りカンチレバー型変位素子の変位制御をより精確に行う
ことが可能となった。
As described above, by using the vibration absorbing electrode, the displacement control of the cantilever type displacement element can be performed more accurately.

【0049】次に図13(a)〜(f)を用いて本実施
例に係るカンチレバー型変位素子の製造方法の一例を説
明する。
Next, an example of a method of manufacturing the cantilever type displacement element according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 13 (a) to 13 (f).

【0050】先ず面方位(100)の単結晶シリコン基
板111上へ減圧CVD法によりSi34 膜を150
0Å成膜し、絶縁層119を形成したものを基板として
用いる。次に密着性確保のためCrを5〜10Å真空蒸
着したのちAuを1000Å蒸着し金属膜を形成する。
この金属膜上に感光性レジストを塗布して一般的なフォ
トリソグラフを行い不要部のAu/Crエッチング除去
し下部電極112及び振動吸収用電極116c,116
dをパターン形成する(図13(a))。
First, a Si 3 N 4 film of 150 is formed on a single crystal silicon substrate 111 having a plane orientation (100) by a low pressure CVD method.
A substrate having a film thickness of 0Å and an insulating layer 119 formed thereon is used as a substrate. Next, in order to secure adhesion, Cr is vapor-deposited in a volume of 5 to 10 liters and then Au is deposited in a volume of 1000 liters to form a metal film.
A photosensitive resist is applied on this metal film and general photolithography is performed to remove unnecessary portions of Au / Cr by etching to remove the lower electrode 112 and the vibration absorbing electrodes 116c and 116.
d is patterned (FIG. 13A).

【0051】次にその上にスパッタ蒸着法によりZnO
を5000Å形成し、圧電体薄膜113aを形成する。
この時、スパッタ蒸着の条件を適切に調整することで圧
電分極軸(C軸)とその極性をそろえることができる
(図13(b))。
Next, ZnO is formed thereon by the sputter deposition method.
To form a piezoelectric thin film 113a.
At this time, the piezoelectric polarization axis (C axis) and its polarity can be aligned by appropriately adjusting the conditions of sputter deposition (FIG. 13B).

【0052】次に圧電体薄膜113aの上に再び真空蒸
着法によりAuを1000Å成膜する。その後感光性レ
ジストを塗布しフォトリソグラフを行い不要部分をエッ
チングにより除去し中間電極114のパターン形成をす
る(図13(c))。
Next, Au is deposited on the piezoelectric thin film 113a again by the vacuum evaporation method to a thickness of 1000 liters. After that, a photosensitive resist is applied, photolithography is performed, and unnecessary portions are removed by etching to form a pattern of the intermediate electrode 114 (FIG. 13C).

【0053】次に図13(b)の工程と同様にスパッタ
蒸着法によりZnOを5000Å形成し、圧電体薄膜1
13bを形成する(図13(d))。
Next, in the same manner as in the step of FIG. 13B, 5000 Å of ZnO was formed by the sputter deposition method, and the piezoelectric thin film 1 was formed.
13b is formed (FIG. 13D).

【0054】再びAuを1000Å成膜しフォトリソグ
ラフによりパターニングを行い上部電極115、及び振
動吸収用電極116a,116bを形成する。この後再
びフォトリソグラフを行い、不要部分のZnOをエッチ
ング除去する(図13(e))。
Again, 1000 liters of Au is formed and patterned by photolithography to form the upper electrode 115 and the vibration absorbing electrodes 116a and 116b. After that, photolithography is performed again to remove unnecessary portions of ZnO by etching (FIG. 13E).

【0055】次にSi単結晶基板111の裏面より、面
方位によりエッチング速度が大きく異なることを利用し
た異方性エッチングを行い、Si34 の絶縁層119
の位置までSiを除去する。次に反応性イオンエッチン
グによりSi34 膜を取り除き、カンチレバー部11
8を形成する(図13(f))。
Next, anisotropic etching is carried out from the back surface of the Si single crystal substrate 111 by utilizing the fact that the etching rate greatly differs depending on the plane orientation, and the Si 3 N 4 insulating layer 119 is formed.
Si is removed to the position. Next, the Si 3 N 4 film is removed by reactive ion etching to remove the cantilever portion 11
8 is formed (FIG. 13F).

【0056】ここでフォトリソグラフに用いたエッチン
グ液はAuに対してはKI:I2 水溶液、Crに対して
は(NH42 Ce(NO36 :HClO4 水溶液、
ZnOに対しては酢酸水溶液を用いた。またSiの異方
性エッチングにはKOH水溶液を用い、反応性イオンエ
ッチングにはCF4 ガスを用いた。
The etching solution used for the photolithography here is a KI: I 2 aqueous solution for Au, a (NH 4 ) 2 Ce (NO 3 ) 6 : HClO 4 aqueous solution for Cr,
An acetic acid aqueous solution was used for ZnO. A KOH aqueous solution was used for anisotropic etching of Si, and CF 4 gas was used for reactive ion etching.

【0057】以下に、本実施例で作製したカンチレバー
型変位素子の各部の寸法及び駆動特性の一例を示す。
An example of the dimensions and drive characteristics of each part of the cantilever type displacement element manufactured in this embodiment is shown below.

【0058】 カンチレバー部118の長さ500μm,幅50μm 中間電極114をグランドとして下部電極112及び上
部電極115 への印加電圧 ±3V その時のカンチレバー部118の先端部での変位量±2
μm 不要振動減衰時間 10msec 以上のように本発明を用いることによりカンチレバー型
変位素子に発生する不要振動の減衰時間を大きく短縮す
ることが可能となり、位置制御における精度を大きく向
上させることができた。
Cantilever portion 118 has a length of 500 μm and a width of 50 μm. The voltage applied to the lower electrode 112 and the upper electrode 115 is ± 3 V with the intermediate electrode 114 as the ground. The amount of displacement at the tip of the cantilever portion 118 is ± 2 V.
μm Unwanted vibration damping time 10 msec By using the present invention as described above, it is possible to greatly reduce the damping time of unnecessary vibration generated in the cantilever type displacement element, and it is possible to greatly improve the accuracy in position control.

【0059】本実施例においては圧電体としてZnOを
用いたが、これはZnOに限定されるものではなく、A
lN,PZT,BaTiO3 ,LiNbO3 ,PVDF
等他の圧電材料を用いても同様の効果が得られる。また
電極材料としてAu,Crを用いているがPt,Pd,
Ti,W,Al等、他の導電性物質によって代用しても
同様の効果が得られる。
Although ZnO is used as the piezoelectric material in this embodiment, it is not limited to ZnO.
1N, PZT, BaTiO 3 , LiNbO 3 , PVDF
Similar effects can be obtained by using other piezoelectric materials. Although Au and Cr are used as electrode materials, Pt, Pd,
Similar effects can be obtained by substituting other conductive materials such as Ti, W, and Al.

【0060】作製方法も特に限定されるものではなく他
の方法によっても形成できる。
The manufacturing method is not particularly limited, and it can be formed by other methods.

【0061】実施例5 図14に本発明の第5の実施例を示す。図14(b)は
図14(a)中のB−B’面における断面図である。本
実施例では、下部電極が112a,112b、上部電極
が115a,115bと2つに分割された構造を有する
カンチレバー型変位素子であり電極112a,115a
と112b,115bへ印加する電圧の負号を逆にする
ことにより実施例4の上下方向への屈曲変位に加え、左
右方向への微小変位をも可能にした変位素子である。
Embodiment 5 FIG. 14 shows a fifth embodiment of the present invention. FIG. 14B is a sectional view taken along the line BB ′ in FIG. In this embodiment, the lower electrode is a cantilever type displacement element having a structure in which the lower electrode 112a and 112b and the upper electrode are divided into 115a and 115b.
By inverting the negative signs of the voltages applied to and 112b and 115b, in addition to the bending displacement in the vertical direction of the fourth embodiment, it is also a displacement element that enables a slight horizontal displacement.

【0062】本実施例において振動吸収用電極116
a,116b,116c,116dは、116aと11
6d及び116bと116cが電気的に接続されている
ことに加えて更にカンチレバー部118の先端部におい
て116aと116b及び116cと116dが電気的
に接続されている。
In this embodiment, the vibration absorbing electrode 116 is used.
a, 116b, 116c, 116d are 116a and 11
In addition to electrically connecting 6d, 116b and 116c, 116a and 116b and 116c and 116d are electrically connected at the tip of the cantilever portion 118.

【0063】係る構成とすることにより、実施例4にお
けるカンチレバー部118における長さ方向の屈曲振動
のみならず、カンチレバー部118の幅方向の振動、対
角線方向の振動など種々のモードの寄生振動を電気的に
吸収することが可能となる。
With such a structure, not only the bending vibration in the length direction of the cantilever portion 118 in the fourth embodiment, but also the parasitic vibration in various modes such as the vibration in the width direction of the cantilever portion 118 and the vibration in the diagonal direction are electrically generated. It becomes possible to be absorbed.

【0064】係る構造の変位素子は、実施例4で示した
作製方法においてフォトリソグラフを行う際のフォトマ
スクのパターンを変更するだけで作製することができ
る。
The displacement element having such a structure can be manufactured only by changing the pattern of the photomask when performing photolithography in the manufacturing method shown in the fourth embodiment.

【0065】本実施例及び実施例4において振動吸収用
電極116aと116d,116bと116cの電気的
接続は基板111の上でなされているが、接続の位置及
び方法は、これに限定されるものではなく図15に示す
ように圧電体薄膜113a,113bにスルーホール1
20を形成し、そこで電気的に接続することも可能であ
る。
In the present embodiment and the fourth embodiment, the vibration absorbing electrodes 116a and 116d and 116b and 116c are electrically connected on the substrate 111, but the connection position and method are not limited to this. Instead, as shown in FIG. 15, the through holes 1 are formed in the piezoelectric thin films 113a and 113b.
It is also possible to form 20 and electrically connect there.

【0066】また図16に示すようにカンチレバー部1
18の側面の一部または全部に側面電極121を形成し
ても同様の効果が得られる。
As shown in FIG. 16, the cantilever portion 1
Similar effects can be obtained by forming the side surface electrode 121 on a part or all of the side surface of 18.

【0067】また中間電極への電圧印加がグランドのみ
の場合は図17に示すようにスルーホール120を通し
て中間電極114と接続する構造、或いは図18に示す
ように側面電極121を中間電極114と接続する構造
も可能である。この様な構造にすることにより圧電効果
により表面に生ずる電荷をより効果的に電流として消費
することができ、振動吸収の効率が上がる。
When the voltage applied to the intermediate electrode is only the ground, the structure is such that the intermediate electrode 114 is connected through the through hole 120 as shown in FIG. 17, or the side electrode 121 is connected to the intermediate electrode 114 as shown in FIG. The structure which does is also possible. With such a structure, the charge generated on the surface by the piezoelectric effect can be more effectively consumed as a current, and the efficiency of vibration absorption is improved.

【0068】実施例6 本発明の第6の実施例を図19,図20に示す。図19
(b)は図19(a)中のC−C’における断面図、図
20は図19(a)裏面図である。
Sixth Embodiment A sixth embodiment of the present invention is shown in FIGS. FIG. 19
19B is a sectional view taken along the line CC ′ in FIG. 19A, and FIG. 20 is a rear view of FIG. 19A.

【0069】本実施例では実施例5の構成に加えて圧電
体薄膜113b上に新たに引き出し電極122とカンチ
レバー部118の先端部に引き出し電極122と接続さ
れた導電性の探針123を設けた。
In this embodiment, in addition to the structure of the fifth embodiment, a lead electrode 122 is newly provided on the piezoelectric thin film 113b, and a conductive probe 123 connected to the lead electrode 122 is provided at the tip of the cantilever portion 118. .

【0070】このように導電性の探針123を先端部に
設けることにより本発明によるカンチレバー型変位素子
をSTMのプローブとして用いることができる。即ち各
電極に所定の駆動電圧を印加し、カンチレバー部118
を屈曲変位させ、探針123を観察対象の表面へ接近さ
せる。表面が導電性を持つ場合、探針123と表面との
距離が数nm程度まで近づくと探針123と表面との間
にトンネル電流が流れる。このトンネル電流は、探針1
23の先端と表面との距離により指数関数的に変化する
ため、引き出し電極122を通してこのトンネル電流を
取り出して増幅を行い、カンチレバー部118の駆動電
圧にフィードバックをかけることにより、探針123の
先端と表面までの距離を一定に保つことができる。この
様な状態でカンチレバー部をx,y方向に微小に移動さ
せることにより、フィードバック電圧の変化から極微小
表面の凹凸や電気抵抗の分布等を観察することが可能で
ある。本発明による振動吸収電極116a,116b,
116c,116dを設けることにより、有害な振動の
発生を抑制することができ、フィードバックを正確に行
うことができるためSTMの分解能を高めることが出来
る。
By thus providing the conductive probe 123 at the tip, the cantilever type displacement element according to the present invention can be used as a probe of STM. That is, by applying a predetermined drive voltage to each electrode, the cantilever portion 118
Is bent and displaced to bring the probe 123 closer to the surface of the observation target. When the surface has conductivity, a tunnel current flows between the probe 123 and the surface when the distance between the probe 123 and the surface approaches a few nm. This tunnel current is
Since it changes exponentially with the distance between the tip of 23 and the surface, this tunnel current is taken out through the extraction electrode 122 for amplification, and by feeding back to the drive voltage of the cantilever portion 118, the tip of the probe 123 is The distance to the surface can be kept constant. By moving the cantilever portion slightly in the x and y directions in such a state, it is possible to observe the irregularities of the extremely small surface, the distribution of electric resistance, and the like from the change in the feedback voltage. The vibration absorbing electrodes 116a, 116b according to the present invention,
By providing 116c and 116d, it is possible to suppress the generation of harmful vibrations and perform accurate feedback, so that the resolution of the STM can be improved.

【0071】このようなプローブの作製は実施例4で示
した作製法においてフォトリソグラフのフォトマスクの
パターンを変更することにおいて形成できる。また導電
性の探針123は上部電極形成後、フォトレジストを5
μm塗布し探針123を形成する位置のみレジストを除
去し、斜め方向よりの蒸着と基板回転を組み合せた方法
により形成した。この方法はアスペクト比の高い微小構
造物の形成手段として知られている。
Such a probe can be manufactured by changing the pattern of the photomask of the photolithography in the manufacturing method shown in the fourth embodiment. In addition, the conductive probe 123 is formed by applying a photoresist 5 after forming the upper electrode.
The resist was removed only at the position where the probe 123 was formed by applying μm and the film was formed by a combination of oblique evaporation and substrate rotation. This method is known as a means for forming a microstructure having a high aspect ratio.

【0072】実施例7 図21及び図22に、本発明の第7の実施例を示す。実
施例6において説明した探針123を有するカンチレバ
ー型アクチュエータを、同一のシリコン基板111上に
複数個作製し、集積化アクチュエータ211を作製した
ものである。
Embodiment 7 FIGS. 21 and 22 show a seventh embodiment of the present invention. A plurality of cantilever actuators having the probe 123 described in the sixth embodiment are manufactured on the same silicon substrate 111 to manufacture the integrated actuator 211.

【0073】係る集積化アクチュエータは、前述実施例
4,5で説明した作製方法において、フォトリソグラフ
のパターンを拡張するだけでよい。このように、同一の
基板上へ複数のカンチレバーを同時に形成できるため、
寸法精度が非常に高く、各カンチレバー間の特性のばら
つきも非常に小さく抑えることができる。
Such an integrated actuator may be obtained by expanding the photolithographic pattern in the manufacturing method described in the fourth and fifth embodiments. In this way, multiple cantilevers can be formed simultaneously on the same substrate,
The dimensional accuracy is very high, and the variation in characteristics between the cantilevers can be suppressed to a very small level.

【0074】また、基板としてSi単結晶を用いること
により、トランジスタやダイオード等の半導体素子も同
一基板上へ集積化することが可能となり、トンネル電流
増幅やカンチレバー駆動用のアンプを一体化することが
できる。
Further, by using Si single crystal as the substrate, semiconductor elements such as transistors and diodes can be integrated on the same substrate, and an amplifier for tunnel current amplification and cantilever drive can be integrated. it can.

【0075】図21は本実施例の集積化アクチュエータ
を用いたSTM装置を模式的に示した図である。これに
より、集積化アクチュエータ211を用い、試料222
の表面上の複数の微小領域のSTM像を同時に観察する
ことができる。同図において221及び223はx,
y,z方向に、粗動機構を有する可動ステージであり、
可動ステージ221には集積化アクチュエータ211が
固定され、可動ステージ223には試料222が固定さ
れている。
FIG. 21 is a diagram schematically showing an STM device using the integrated actuator of this embodiment. As a result, the integrated actuator 211 is used and the sample 222
It is possible to simultaneously observe STM images of a plurality of minute regions on the surface of the. In the figure, 221 and 223 are x,
a movable stage having a coarse movement mechanism in the y and z directions,
The integrated actuator 211 is fixed to the movable stage 221, and the sample 222 is fixed to the movable stage 223.

【0076】以下に、本実施例で作製した集積化アクチ
ュエータの寸法の一例を示す。
An example of the dimensions of the integrated actuator manufactured in this embodiment is shown below.

【0077】 集積化アクチュエータ20の外径…40×40×1mm カンチレバーの本数 …90本 各カンチレバーの長さ …500μm 各カンチレバーの幅 …50μm 探針123の高さ …3μm 実施例8 図13に実施例7で説明した集積化アクチュエータを用
いた情報の記録・再生等を行える情報処理装置の模式図
を示す。
Outer diameter of integrated actuator 20: 40 × 40 × 1 mm Number of cantilevers: 90 Length of each cantilever: 500 μm Width of each cantilever: 50 μm Height of probe 123: 3 μm Example 8 Implemented in FIG. 9 is a schematic diagram of an information processing apparatus capable of recording / reproducing information using the integrated actuator described in Example 7. FIG.

【0078】同図において、233は電圧印加により抵
抗値が変化する記録層、232は金属電極層、231は
記録媒体基板である。234はXYステージ、235は
本発明による集積化アクチュエータ、236は集積化ア
クチュエータの支持体、237は集積化アクチュエータ
をZ方向へ粗動するためのリニアアクチュエータ、23
8,239はXYステージをそれぞれX,Y方向へ駆動
するリニアアクチュエータ、240は記録再生用のバイ
アス回路である。241はトンネル電流検出器、242
は集積化アクチュエータをZ軸方向に移動させるための
サーボ回路であり、243はアクチュエータ237を駆
動するためのサーボ回路である。244は個々のカンチ
レバーを微小変位させるための駆動回路であり、245
はXYステージの位置制御を行う駆動回路である。24
6はこれらの操作を制御するコンピュータである。
In the figure, 233 is a recording layer whose resistance value changes by voltage application, 232 is a metal electrode layer, and 231 is a recording medium substrate. 234 is an XY stage, 235 is an integrated actuator according to the present invention, 236 is a support for the integrated actuator, 237 is a linear actuator for coarsely moving the integrated actuator in the Z direction, 23
Reference numerals 8 and 239 are linear actuators for driving the XY stage in the X and Y directions, respectively, and 240 is a bias circuit for recording and reproduction. 241 is a tunnel current detector, 242
Is a servo circuit for moving the integrated actuator in the Z-axis direction, and 243 is a servo circuit for driving the actuator 237. 244 is a drive circuit for minutely displacing each cantilever, and 245
Is a drive circuit for controlling the position of the XY stage. 24
A computer 6 controls these operations.

【0079】このようなシステムを用いることにより、
大容量の情報を高密度に記録することが可能となり、ま
たプローブを多数集積化し、それらを同時に走査するた
め、高速度の記録再生を行うことができる。
By using such a system,
It is possible to record a large amount of information at a high density, and since a large number of probes are integrated and they are simultaneously scanned, high-speed recording / reproducing can be performed.

【0080】このようなシステムに本発明に係る振動吸
収電極を設けることにより、個々のプローブの分解能が
向上し、記録再生時のトラッキング性能が向上し、書込
み、読取り時のエラーの発生率を小さくすることができ
る。
By providing the vibration absorbing electrode according to the present invention in such a system, the resolution of each probe is improved, the tracking performance during recording / reproducing is improved, and the error occurrence rate during writing / reading is reduced. can do.

【0081】[0081]

【発明の効果】以上説明したように、本発明のカンチレ
バー型変位素子の駆動方法によると、応答性が良く、高
精度な位置出しが行なえ、且つ不要振動がないので、良
好なSTM装置及び情報処理装置を実現できる。
As described above, according to the driving method of the cantilever type displacement element of the present invention, the responsiveness is good, the accurate positioning can be performed, and there is no unnecessary vibration. A processing device can be realized.

【0082】また、本発明のカンチレバー型変位素子に
よれば、カンチレバー部に発生する有害な振動の減衰を
大幅に早めることにより、位置決め精度が向上し、高速
制御が可能となった。さらに、本発明のカンチレバー型
変位素子を用いたSTM装置においては、分解能の向上
をもたらし、情報処理装置においては更なる高密度化、
高速化が可能となり、エラー発生率を低減することがで
きる。
Further, according to the cantilever type displacement element of the present invention, the damaging vibration of the harmful vibration generated in the cantilever portion is significantly accelerated, thereby improving the positioning accuracy and enabling the high speed control. Further, in the STM device using the cantilever type displacement element of the present invention, the resolution is improved, and in the information processing device, further higher density,
The speed can be increased and the error occurrence rate can be reduced.

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

【図1】本発明に係るカンチレバー型変位素子を示す図
である。
FIG. 1 is a diagram showing a cantilever type displacement element according to the present invention.

【図2】図1に示したカンチレバー型変位素子の製造工
程を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a manufacturing process of the cantilever type displacement element shown in FIG.

【図3】本発明に係るカンチレバー型変位素子の模式結
線図である。
FIG. 3 is a schematic connection diagram of a cantilever type displacement element according to the present invention.

【図4】本発明に係るカンチレバー型変位素子の変位特
性を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing displacement characteristics of a cantilever type displacement element according to the present invention.

【図5】本発明に係るカンチレバー型変位素子の変位特
性を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing displacement characteristics of a cantilever type displacement element according to the present invention.

【図6】本発明のSTM装置を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an STM device of the present invention.

【図7】本発明の情報処理装置を示す図である。FIG. 7 is a diagram showing an information processing device of the present invention.

【図8】記録媒体に印加する電圧を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing a voltage applied to a recording medium.

【図9】従来のカンチレバー型変位素子を示す図であ
る。
FIG. 9 is a view showing a conventional cantilever type displacement element.

【図10】従来のカンチレバー型変位素子を示す図であ
る。
FIG. 10 is a view showing a conventional cantilever type displacement element.

【図11】実施例4のカンチレバー型変位素子の構成図
である。
FIG. 11 is a configuration diagram of a cantilever type displacement element according to a fourth embodiment.

【図12】実施例4のカンチレバー型変位素子と従来例
の変位特性を示す図である。
FIG. 12 is a diagram showing displacement characteristics of a cantilever displacement element of Example 4 and a conventional example.

【図13】実施例4のカンチレバー型変位素子の製造工
程図である。
FIG. 13 is a manufacturing process diagram of the cantilever displacement element of Example 4;

【図14】実施例5のカンチレバー型変位素子の構成図
である。
FIG. 14 is a configuration diagram of a cantilever type displacement element according to a fifth embodiment.

【図15】実施例5の他の構成図である。FIG. 15 is another configuration diagram of the fifth embodiment.

【図16】実施例5の他の構成図である。FIG. 16 is another configuration diagram of the fifth embodiment.

【図17】実施例5の他の構成図である。FIG. 17 is another configuration diagram of the fifth embodiment.

【図18】実施例5の他の構成図である。FIG. 18 is another configuration diagram of the fifth embodiment.

【図19】実施例6のカンチレバー型変位素子の構成図
である。
FIG. 19 is a configuration diagram of a cantilever type displacement element of Example 6;

【図20】実施例6のカンチレバー型変位素子の構成図
である。
FIG. 20 is a configuration diagram of a cantilever displacement element according to a sixth embodiment.

【図21】実施例7の集積化アクチュエータの構成図で
ある。
FIG. 21 is a configuration diagram of an integrated actuator of Example 7.

【図22】実施例7の集積化アクチュエータを用いたS
TMの部分断面図である。
FIG. 22 is a diagram illustrating an S using the integrated actuator of Example 7.
It is a fragmentary sectional view of TM.

【図23】実施例8の集積化アクチュエータを用いた情
報処理装置のブロック構成図である。
FIG. 23 is a block configuration diagram of an information processing apparatus using an integrated actuator of Example 8.

【図24】従来例のカンチレバー型変位素子の構成図で
ある。
FIG. 24 is a configuration diagram of a conventional cantilever displacement element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,1’ シリコン基板 2,3 シリコン窒化膜 4,8 圧電体薄膜 5,6,9 電極 10 STMプローブ 11 静電駆動用電極 12 基体 13 熱酸化膜 14 シリコン窒化膜 15 平行平板コンデンサー部 16 静電力可変直流電源 17 電流電圧変換増幅器 18 信号出力 19 圧電体駆動用電源 61 除震台 62 XY走査機構 63 試料 64 Z粗動機構 65 カンチレバー型変位素子 66STMプローブ 67 XY駆動回路 68 バイアス印加回路 69 トンネル電流検出回路 70 Z駆動回路 71 静電力印加電圧回路 72 圧電駆動回路 73 マイクロコンピューター 74 表示装置 75 記録媒体 76 マルチカンチレバー型変位素子 77 カンチレバー 91 カンチレバー型変位素子 92 支持体 93 自由端部 94 Al 95 ZnO 111 基板 112,112a,112b 下部電極 113a 下部圧電体薄膜 113b 上部圧電体薄膜 114 中間電極 115,115a,115b 上部電極 116a〜d 振動吸収用電極 118 カンチレバー部 119 絶縁層 120 スルーホール 121 側面電極 122 引き出し電極 123 探針 211 集積化アクチュエータ 221,223 可動ステージ 222 試料 231 記録媒体基板 232 金属電極層 233 記録層 234 XYステージ 235 集積化アクチュエータ 236 支持体 237 Z方向リニアアクチュエータ 238 X方向リニアアクチュエータ 239 Y方向リニアアクチュエータ 240 記録再生用バイアス回路 241 トンネル電流検出器 242,243 サーボ回路 244,245 駆動回路 246 コンピューター 1,1 ′ Silicon substrate 2,3 Silicon nitride film 4,8 Piezoelectric thin film 5,6,9 Electrode 10 STM probe 11 Electrostatic drive electrode 12 Substrate 13 Thermal oxide film 14 Silicon nitride film 15 Parallel plate capacitor part 16 Static Variable power DC power supply 17 Current-voltage conversion amplifier 18 Signal output 19 Piezoelectric body driving power supply 61 Vibration isolation table 62 XY scanning mechanism 63 Sample 64 Z coarse movement mechanism 65 Cantilever type displacement element 66 STM probe 67 XY driving circuit 68 Bias applying circuit 69 Tunnel Current detection circuit 70 Z drive circuit 71 Electrostatic force applied voltage circuit 72 Piezoelectric drive circuit 73 Microcomputer 74 Display device 75 Recording medium 76 Multi cantilever type displacement element 77 Cantilever 91 Cantilever type displacement element 92 Support body 93 Free end portion 94 Al 95 ZnO 11 Substrate 112, 112a, 112b Lower electrode 113a Lower piezoelectric thin film 113b Upper piezoelectric thin film 114 Intermediate electrode 115, 115a, 115b Upper electrode 116a-d Vibration absorption electrode 118 Cantilever part 119 Insulating layer 120 Through hole 121 Side electrode 122 Extraction electrode 123 Probe 211 Integrated actuator 221,223 Movable stage 222 Sample 231 Recording medium substrate 232 Metal electrode layer 233 Recording layer 234 XY stage 235 Integrated actuator 236 Support 237 Z direction linear actuator 238 X direction linear actuator 239 Y direction linear actuator 240 recording / reproducing bias circuit 241 tunnel current detector 242, 243 servo circuit 244, 245 drive circuit 246 computer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (72)発明者 河田 春紀 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 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Yu Nakayama 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Haruki Kawada 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Within the corporation

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 カンチレバーの長手方向に直交する面で
の断面形状を変化させるための少なくとも1層の圧電体
と、該圧電体に電圧を印加するための電極を具備したカ
ンチレバー型変位素子において、該電極と平行に静電駆
動用電極を設けて上記圧電体駆動用電極とで平行平板コ
ンデンサーを形成し、該平行平板コンデンサーに電圧を
印加することにより変位素子の振動を制御することを特
徴とするカンチレバー型変位素子の駆動方法。
1. A cantilever type displacement element comprising at least one layer of a piezoelectric body for changing the cross-sectional shape of a surface of the cantilever orthogonal to the longitudinal direction, and an electrode for applying a voltage to the piezoelectric body. An electrostatic drive electrode is provided in parallel with the electrode, a parallel plate capacitor is formed with the piezoelectric body drive electrode, and the vibration of the displacement element is controlled by applying a voltage to the parallel plate capacitor. Driving method of cantilever type displacement element.
【請求項2】 請求項1記載のカンチレバー型変位素子
の駆動方法を用いたことを特徴とする走査型トンネル顕
微鏡。
2. A scanning tunneling microscope using the driving method of a cantilever type displacement element according to claim 1.
【請求項3】 請求項1記載のカンチレバー型変位素子
の駆動方法を用いたことを特徴とする情報処理装置。
3. An information processing apparatus using the driving method of a cantilever type displacement element according to claim 1.
【請求項4】 圧電体と該圧電体に電圧を印加するため
の電極とを積層してなるカンチレバー型変位素子であっ
て、圧電体上表面及び下表面に圧電体駆動用電極とは絶
縁状態でそれぞれ振動吸収用電極を設け、上下一対の該
振動吸収用電極が電気的に接続されていることを特徴と
するカンチレバー型変位素子。
4. A cantilever type displacement element comprising a piezoelectric body and an electrode for applying a voltage to the piezoelectric body laminated, wherein the piezoelectric body driving electrode is insulated from the upper and lower surfaces of the piezoelectric body. And a pair of upper and lower vibration absorbing electrodes are electrically connected to each other, and a cantilever type displacement element.
【請求項5】 振動吸収用電極を圧電体駆動用電極を挟
んでその両側に設け、且つ該両側の振動吸収用電極が電
気的に接続されていることを特徴とする請求項4記載の
カンチレバー型変位素子。
5. The cantilever according to claim 4, wherein the vibration absorbing electrodes are provided on both sides of the piezoelectric body driving electrode with the piezoelectric body driving electrode interposed therebetween, and the vibration absorbing electrodes on both sides are electrically connected. Mold displacement element.
【請求項6】 圧電体が酸化亜鉛薄膜からなることを特
徴とする請求項4又は5記載のカンチレバー型変位素
子。
6. The cantilever type displacement element according to claim 4, wherein the piezoelectric body is made of a zinc oxide thin film.
【請求項7】 カンチレバー部先端に導電性探針及び引
き出し電極を設けたことを特徴とする請求項4〜6のい
ずれかに記載のカンチレバー型変位素子。
7. The cantilever type displacement element according to claim 4, wherein a conductive probe and an extraction electrode are provided at the tip of the cantilever portion.
【請求項8】 請求項4〜7のいずれかに記載のカンチ
レバー型変位素子を同一のシリコン単結晶基板上に複数
配置したことを特徴とするカンチレバー型変位素子。
8. A cantilever type displacement element comprising a plurality of the cantilever type displacement elements according to claim 4 arranged on the same silicon single crystal substrate.
【請求項9】 請求項4〜8のいずれかに記載のカンチ
レバー型変位素子を用いたことを特徴とする走査型トン
ネル顕微鏡。
9. A scanning tunneling microscope using the cantilever type displacement element according to claim 4.
【請求項10】 トンネル電流を用いて記録媒体に情報
の記録・再生を行なう情報処理装置であって、請求項4
〜8のいずれかに記載のカンチレバー型変位素子を用い
たことを特徴とする情報処理装置。
10. An information processing apparatus for recording / reproducing information on / from a recording medium by using a tunnel current.
9. An information processing device comprising the cantilever type displacement element according to any one of items 8 to 8.
JP4191414A 1992-06-26 1992-06-26 Driving method of cantilever type displacement element, scanning tunneling microscope, information processing apparatus, and cantilever type displacement element Expired - Fee Related JP3060142B2 (en)

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