JPH0620311A - Multi-probe head - Google Patents

Multi-probe head

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JPH0620311A
JPH0620311A JP4173331A JP17333192A JPH0620311A JP H0620311 A JPH0620311 A JP H0620311A JP 4173331 A JP4173331 A JP 4173331A JP 17333192 A JP17333192 A JP 17333192A JP H0620311 A JPH0620311 A JP H0620311A
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capacitance
probe electrode
electrode
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Takahiro Oguchi
高弘 小口
Katsunori Hatanaka
勝則 畑中
Kunihiro Sakai
邦裕 酒井
Akihiko Yamano
明彦 山野
Shunichi Shito
俊一 紫藤
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Abstract

PURPOSE:To obtain a multi-probe head used for a recoding and reproducing device using the principle of a scanning type electron microscope, forming a read/write circuit on the same substrate as a probe electrode and reading a signal from the probe electrode with a high S/N. CONSTITUTION:The probe electrode Pi,j is connected to the base of a transistor TRi,j, and an analog switch SBi.j for applying bias voltage to the probe electrode Pi,j is provided. Further, the analog switch SAi,j is provided on the emitter side of the transistor TRi,j. By detecting the flowing out of charge stored in the base capacitance of the transistor TRi,j as tunnel current by an emitter follower circuit consisting of the transistor TRi,j, the signal is read from the probe electrode Pi,j.

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、複数のプローブ電極と
記録媒体との物理的な相互作用によりデータの記録およ
び/または再生を行なう装置に用いられるマルチプロー
ブヘッドに関し、特に、走査型トンネル電子顕微鏡の原
理を利用した高密度大容量の記録再生装置に使用される
マルチプローブヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a multi-probe head used in a device for recording and / or reproducing data by physical interaction between a plurality of probe electrodes and a recording medium, and more particularly to a scanning tunnel electron. The present invention relates to a multi-probe head used in a high-density and large-capacity recording / reproducing device that utilizes the principle of a microscope.

【0002】[0002]

【従来の技術】メモリ材料技術は、コンピュータおよび
その周辺機器、ビデオディスク、デジタルオーディオデ
ィスクなどのエレクトロニクス産業の分野においてその
中核をなすものであり、近年、メモリ材料の開発が極め
て活発に行なわれている。メモリとしては、従来、磁性
体や半導体を素材とした磁気メモリや半導体メモリが主
流であったが、レーザ技術の発展に伴い、有機色素やフ
ォトポリマーなどの有機薄膜を用いた光メモリが登場し
てきている。光メモリは、安価で高記録密度の記録媒体
である。
2. Description of the Related Art Memory material technology is at the core of the electronics industry such as computers and their peripherals, video discs, digital audio discs, etc., and memory material development has been extremely active in recent years. There is. Conventionally, magnetic memories and semiconductor memories made of magnetic materials or semiconductors have been the mainstream of memory, but with the development of laser technology, optical memories using organic thin films such as organic dyes and photopolymers have appeared. There is. The optical memory is an inexpensive recording medium having a high recording density.

【0003】一方、導体の表面原子の電子構造を直接観
察できる走査型トンネル電子顕微鏡(Scanning Tunneli
ng Microscope、以下、STMと略す。)が開発され
[G.ビニッヒ(G. Binnig)ら、Phys. Rev. Lett., 4
9, 57(1982)]、単結晶あるいは非晶質などを問わず、
実空間像を高い分解能で測定できるようなった。さらに
STMは、試料に対して電流による損傷を与えることな
く低電力で観測でき、大気中でも動作するという利点も
有し、広範囲な応用が期待されている。
On the other hand, a scanning tunneling electron microscope (Scanning Tunneli Microscope) capable of directly observing the electronic structure of surface atoms of a conductor.
ng Microscope, hereinafter abbreviated as STM. ) Was developed [G. Binnig et al., Phys. Rev. Lett., 4
9 , 57 (1982)], whether single crystal or amorphous,
It became possible to measure real space images with high resolution. Further, the STM has the advantage that it can be observed at low power without damaging the sample with an electric current and operates in the atmosphere, and is expected to have a wide range of applications.

【0004】STMは、金属の探針(プローブ電極)と
試料である導電性物質との間に電圧を印加して両者を1
nm程度の距離まで近付けると、両者間にトンネル電流
が流れることを利用している。この電流は両者の距離の
変化に対して指数関数的に応答するため、STMは表面
状態に非常に鋭敏である。また、トンネル電流を一定に
保つように探針を走査することにより、実空間における
全電子雲に関する種々の情報も読み取ることができる。
この際、面内方向の分解能は0.1nm程度となる。し
たがって、STMの原理を応用すれば、十分に原子オー
ダー(サブ・ナノメートル)での高密度記録および再生
を行なうことが可能となる。例えば、特開昭61-80563号
公報には、記録媒体の表面に吸着された原子粒子を電子
ビームなどによって取り除いてデータの書き込みを行な
い、STMによってデータを読み出す記録再生装置が開
示されている。
In the STM, a voltage is applied between a metallic probe (probe electrode) and a conductive substance which is a sample, so that both are set to 1
The fact that a tunnel current flows between the two is used when they are brought close to a distance of about nm. Since this current responds exponentially to changes in the distance between the two, the STM is very sensitive to surface conditions. Further, by scanning the probe so as to keep the tunnel current constant, various information regarding all electron clouds in the real space can also be read.
At this time, the resolution in the in-plane direction is about 0.1 nm. Therefore, if the principle of STM is applied, it is possible to sufficiently perform high-density recording and reproduction on the atomic order (sub-nanometer). For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 61-80563 discloses a recording / reproducing apparatus in which atomic particles adsorbed on the surface of a recording medium are removed by an electron beam or the like to write data and the data is read by STM.

【0005】記録層として、電圧対電流のスイッチング
特性にメモリ効果を有する材料、例えば共役π電子系有
機化合物やカルコゲン化合物などの薄膜層を用い、記
録、再生をSTMを用いて行なう方法が提案されている
(特開昭63-161552、特開昭63-161553の各公報)。すな
わちこれらの記録層は、しきい値を越える電圧を印加す
ることにより、印加時の極性によって、2つの異なる状
態間を遷移させることができ、これらの状態は電圧を印
加しないときには安定に存続する。そして、記録層の表
面と探針との距離を一定にしたときのトンネル電流値の
相違で、どちらの状態にあるかを検出できる。トンネル
電流検出用の探針を用いて記録層にしきい値を越える電
圧を印加することができるから、結局、STMの面内分
解能に見合う記録密度で情報の2値記録と再生が行なえ
ることなる。この方法によれば、記録ビットのサイズを
10nmとすれば、1012ビット/cm2もの大容量記
録および再生が可能となる。さらに、小型化を目的とし
て、複数のプローブ電極を半導体基板上に形成しこれと
対向する記録媒体を変位させて記録を行なう装置が提案
されている(特開昭62-281138、特開平1-196751の各公
報)。例えば1cm角のシリコンチップ上に2500本
のプローブを50×50のマトリックス配置したマルチ
プローブヘッドと上述したメモリ効果を有する記録材料
とを組み合わせることにより、1プローブ電極当り40
0Mビット、総記録容量1T(テラ)ビットのデジタル
データの記録再生が行なえることになる。
As a recording layer, a method has been proposed in which a material having a memory effect on voltage-current switching characteristics, for example, a thin film layer of a conjugated π-electron organic compound or a chalcogen compound is used, and recording and reproduction are performed by using STM. (Japanese Patent Laid-Open Nos. 63-161552 and 63-161553). That is, by applying a voltage exceeding the threshold value, these recording layers can transit between two different states depending on the polarity at the time of application, and these states remain stable when no voltage is applied. . Then, it is possible to detect in which state the difference is in the tunnel current value when the distance between the surface of the recording layer and the probe is constant. Since a voltage exceeding the threshold value can be applied to the recording layer by using the probe for detecting the tunnel current, binary recording and reproduction of information can be performed at a recording density corresponding to the in-plane resolution of the STM. . According to this method, if the recording bit size is 10 nm, a large capacity recording and reproducing of 10 12 bits / cm 2 are possible. Further, for the purpose of downsizing, an apparatus has been proposed in which a plurality of probe electrodes are formed on a semiconductor substrate and a recording medium facing the probe electrodes is displaced to perform recording (Japanese Patent Laid-Open No. 62-281138, Japanese Laid-Open Patent Publication No. 196751 publications). For example, by combining the multi-probe head in which 2500 probes are arranged in a matrix of 50 × 50 on a 1 cm square silicon chip and the above-mentioned recording material having a memory effect, it is possible to obtain 40 probes per probe electrode.
It is possible to record / reproduce digital data having 0 M bits and a total recording capacity of 1 T (tera) bits.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、複数の
プローブ電極を有するマルチプローブヘッドと上述した
メモリ効果を有する記録材料とを組み合わせて情報の記
録再生を行なおうとした場合、以下のような問題点が生
じていた。 マルチプローブヘッドにおいては、各プローブ電極間
の距離および各プローブ電極と記録媒体との距離を精度
よく制御する必要があり、そのため熱膨張の影響を排除
しなければならないので、発熱量を極力抑える必要があ
る。それゆえ、マルチプローブヘッド上に形成される読
み出し/書き込み回路には、発熱の少ない回路構成が必
須である。従来、読み出し回路として、低入力バイアス
電流であってかつ高速動作のOPアンプを用いた電流検
出型のものが用いられているが、この回路は熱的な問題
からモノリシックにプローブ電極と同一の基板上に形成
することは困難である。そのため、これらの回路はマル
チプローブヘッドとは別個に設ける必要があり、マルチ
プローブヘッド自体が小さく構成できたとしても外部の
構成部分が大きくなり、結果として、STMの特徴を生
かした小型・大容量の記録再生装置を実現することが難
しい。 複数のプローブ電極のそれぞれについて記録媒体との
距離を制御するためには、全てのプローブ電極から信号
を高いS/N比で読み出す必要がある。しかし、複数の
プローブ電極を単純にマトリックス配置し、それぞれの
プローブ電極をスイッチ素子で選択して制御を行なう場
合、スイッチングに伴う信号電圧のリーク、各スイッチ
素子のゲート容量のばらつきなどによって、S/N比が
低下する。本発明の目的は、読み出し/書き込み回路を
プローブ電極と同一基板上に形成でき、かつ、プローブ
電極からの信号を高いS/N比で読み出すことのできる
マルチプローブヘッドを提供することにある。
However, when recording / reproducing information by combining a multi-probe head having a plurality of probe electrodes with the above-mentioned recording material having a memory effect, the following problems occur. Was occurring. In the multi-probe head, it is necessary to control the distance between each probe electrode and the distance between each probe electrode and the recording medium with high accuracy, and therefore the effect of thermal expansion must be eliminated, so it is necessary to suppress the amount of heat generation as much as possible. There is. Therefore, the read / write circuit formed on the multi-probe head must have a circuit configuration with less heat generation. Conventionally, as a readout circuit, a current detection type which uses a low input bias current and a high-speed operation OP amplifier has been used, but this circuit is monolithically the same substrate as the probe electrode due to a thermal problem. It is difficult to form on. Therefore, it is necessary to provide these circuits separately from the multi-probe head, and even if the multi-probe head itself can be made small, the external components become large, and as a result, small size and large capacity utilizing the characteristics of the STM. Is difficult to realize. In order to control the distance between each of the plurality of probe electrodes and the recording medium, it is necessary to read out signals from all the probe electrodes with a high S / N ratio. However, when a plurality of probe electrodes are simply arranged in a matrix and each probe electrode is selected and controlled by a switch element, signal voltage leakage due to switching, variation in gate capacitance of each switch element, etc. The N ratio decreases. An object of the present invention is to provide a multi-probe head in which a read / write circuit can be formed on the same substrate as a probe electrode and a signal from the probe electrode can be read at a high S / N ratio.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】第1の発明のマルチプロ
ーブヘッドは、記録媒体に対して少なくともデータの再
生を行なう複数のプローブ電極を有するマルチプローブ
ヘッドであって、前記各プローブ電極ごとに設けられた
能動素子と、前記各プローブ電極のうちの任意のプロー
ブ電極を選択するためのスイッチ素子とを有し、前記プ
ローブ電極と前記能動素子と前記スイッチ素子とが同一
基板上に形成されている。
The multi-probe head of the first invention is a multi-probe head having a plurality of probe electrodes for reproducing at least data on a recording medium, and is provided for each probe electrode. And a switch element for selecting an arbitrary probe electrode among the probe electrodes, and the probe electrode, the active element, and the switch element are formed on the same substrate. .

【0008】第2の発明のマルチプローブヘッドは、記
録媒体に対して少なくともデータの再生を行なう複数の
プローブ電極を有するマルチプローブヘッドであって、
前記各プローブ電極ごとに設けられ当該プローブ電極に
一端が接続された第1の静電容量と、前記各プローブ電
極ごとに設けられかつ当該プローブ電極には接続されな
い第2の静電容量と、前記各プローブ電極のうちの任意
のプローブ電極を選択するためのスイッチ素子と、前記
選択されたプローブ電極に対応する前記第1および第2
の静電容量の電位を読み出す読み出し回路とを有し、前
記プローブ電極と前記各静電容量と前記スイッチ素子と
前記読み出し回路とが同一基板上に形成されている。
The multi-probe head of the second invention is a multi-probe head having a plurality of probe electrodes for reproducing at least data on a recording medium,
A first capacitance provided for each probe electrode and having one end connected to the probe electrode; a second capacitance provided for each probe electrode and not connected to the probe electrode; A switch element for selecting an arbitrary probe electrode among the probe electrodes, and the first and second corresponding to the selected probe electrode.
Read circuit for reading out the potential of the electrostatic capacitance, and the probe electrode, each of the electrostatic capacitances, the switch element, and the read circuit are formed on the same substrate.

【0009】[0009]

【作用】第1の発明のマルチプローブヘッドでは、プロ
ーブ電極とプローブ電極ごとに設けられた能動素子とプ
ローブ電極を選択するためのスイッチ素子とが同一基板
上に形成されているので、読み出し/書き込み回路がプ
ローブ電極と同一基板上に形成されていることなる。こ
の場合、能動素子の寄生容量にスイッチ素子を介して電
圧を印加し、この寄生容量の電荷変化を能動素子の負荷
側に読み出すことにより、微小なトンネル電流の変化を
検出するようにするとよい。能動素子としては、例えば
トランジスタを用いることができ、その回路構成として
はインピーダンス変換回路であるエミッタフォロワ回路
を用いることができる。
In the multi-probe head of the first invention, since the probe electrode, the active element provided for each probe electrode, and the switch element for selecting the probe electrode are formed on the same substrate, read / write The circuit is formed on the same substrate as the probe electrode. In this case, it is advisable to detect a minute change in tunnel current by applying a voltage to the parasitic capacitance of the active element via the switch element and reading the charge change of this parasitic capacitance to the load side of the active element. For example, a transistor can be used as the active element, and an emitter follower circuit that is an impedance conversion circuit can be used as the circuit configuration.

【0010】第2の発明のマルチプローブヘッドでは、
プローブ電極に接続された第1の静電容量と、第1の静
電容量に対するダミーである第2の静電容量とを設けて
あるので、トンネル電流による第1の静電容量の電圧の
変化が双方の静電容量の電圧差として検出でき、静電容
量の洩れ電流などの影響を受けることなく、高いS/N
比で信号を読み出すことができる。この場合、第1およ
び第2の静電容量の容量値が実質的に等しいことが望ま
しい。
In the multi-probe head of the second invention,
Since the first capacitance connected to the probe electrode and the second capacitance that is a dummy for the first capacitance are provided, the change in the voltage of the first capacitance due to the tunnel current. Can be detected as the voltage difference between both capacitances, and the S / N ratio is high without being affected by the leakage current of the capacitance.
The signal can be read out as a ratio. In this case, it is desirable that the capacitance values of the first and second capacitances be substantially equal.

【0011】[0011]

【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は本発明の第1の実施例のマルチプロ
ーブヘッドの構成を示すブロック図である。このマルチ
プローブヘッドは、プローブ電極がm×nのマトリック
ス状に配置されている。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. 1 is a block diagram showing the configuration of a multi-probe head according to a first embodiment of the present invention. In this multi-probe head, probe electrodes are arranged in a matrix of m × n.

【0012】まず、図1に基づき、全体の回路構成を説
明する。クロックCLKxが入力しn+1本の出力線c0
〜cnを有するx−シフトレジスタ7と、クロックCL
yが入力しm+1本の出力線q1〜qm+1を有するy−
シフトレジスタ8が設けられている。出力線q1〜qm
それぞれに対応して、m本の信号読み出し線31〜3m
m本の電圧供給線41〜4mが設けられている。各信号読
み出し線31〜3mの一端は、それぞれ、アナログスイッ
チST1〜STmを介して共通に設けられた信号線5に接
続され、アナログスイッチSR1〜SRmを介してバイア
ス電圧Vbbを印加されるようになっている。このバイア
ス電位Vbbは、後述するMOSFET(MOS電界効果
トランジスタ)9を能動状態におくためのバイアス電位
である。また、各電圧供給線41〜4mの一端は、それぞ
れアナログスイッチSX1〜SXmを介して共通に設けら
れたバイアス線6に接続されている。アナログスイッチ
ST1〜STm,SX1〜SXmは、それぞれ対応する出力
線q1〜qmによってゲートコントロールがなされ、アナ
ログスイッチSR1〜SRmはそれぞれ出力線q2〜qm+1
でゲートコントロールがなされている。すなわち、アナ
ログスイッチSTi,SXiは、i番目(1≦i≦m)の
出力線qiでゲートコントロールされ、アナログスイッ
チSRiはi+1番目の出力線qi+1でゲートコントロー
ルがなされる。さらに、各信号読み出し線31〜3m
は、それぞれ負荷容量CR1〜CRmが等価的に接続され
ている。負荷容量CR1〜CRmの値は、例えば数pF程
度のものである。
First, the overall circuit configuration will be described with reference to FIG. Clock CLK x is input and n + 1 output lines c 0
And x- shift register 7 having a to c n, clock CL
Y− having K y input and m + 1 output lines q 1 to q m + 1
A shift register 8 is provided. Corresponding to each of the output lines q 1 to q m , m signal reading lines 3 1 to 3 m and m voltage supply lines 4 1 to 4 m are provided. One end of each signal readout line 3 1 to 3 m are respectively connected to the signal line 5 provided in common through the analog switch ST 1 ~ST m, the bias voltage V through the analog switch SR 1 to SR m bb is applied. The bias potential Vbb is a bias potential for keeping a MOSFET (MOS field effect transistor) 9 described later in an active state. Further, one ends of the respective voltage supply lines 4 1 to 4 m are connected to the commonly provided bias line 6 via the analog switches SX 1 to SX m , respectively. Analog switch ST 1 ~ST m, SX 1 ~SX m , the gate control is performed by the output line q 1 to q m of the corresponding analog switches SR 1 to SR m each output line q 2 ~q m + 1
Gate control is done in. That is, the analog switches ST i and SX i are gate-controlled by the i-th (1 ≦ i ≦ m) output line q i , and the analog switch SR i is gate-controlled by the i + 1-th output line q i + 1. . Further, load capacities CR 1 to CR m are equivalently connected to the signal read lines 3 1 to 3 m , respectively. The values of the load capacitors CR 1 to CR m are, for example, about several pF.

【0013】信号線5の一端はMOSFET9のゲート
に接続され、このMOSFET9のソースには電源電圧
ccが供給され、ドレインは出力端子Voutに接続され
ている。バイアス線6には、3個のアナログスイッチS
w,Sd,Srを介して、それぞれ、書き込みバイアス電圧
w,消去バイアス電圧Vd,読み出しバイアス電圧Vr
印加されている。アナログスイッチSw,Sd,Srは、そ
れぞれ、書き込みクロック信号φw,消去クロック信号φ
d,読み出しクロック信号φrによってゲートコントロー
ルがなされている。
One end of the signal line 5 is connected to the gate of the MOSFET 9, the power source voltage V cc is supplied to the source of the MOSFET 9, and the drain is connected to the output terminal V out . Bias line 6 has three analog switches S
A write bias voltage V w , an erase bias voltage V d , and a read bias voltage V r are applied via w , S d , and S r , respectively. The analog switches S w , S d , and S r have write clock signal φ w and erase clock signal φ, respectively.
Gate control is performed by d and the read clock signal φ r .

【0014】(m・n)個のプローブ電極P1,1〜Pm,n
が設けられ、これらプローブ電極P 1,1〜Pm,nに対応し
て、アナログスイッチSA1,1〜SAm,n,SB1,1〜S
m,nとバイポーラ型のトランジスタTR1,1〜TRm,n
が設けられている。各プローブ電極P1,1〜Pm,nまわり
の回路は全て同一なので、ここでは、i行j列の(ただ
し、1≦i≦m、1≦j≦n)プローブ電極Pi,jにつ
いて説明する。トランジスタTRi,jのコレクタには電
源電圧Vccが印加され、ベースにはプローブ電極i ,j
接続されている。さらにこのベースは、アナログスイッ
チSBi,jを介してi番目の電圧供給線4iに接続されて
いる。
(M · n) probe electrodes P1,1~ Pm, n
Are provided, and these probe electrodes P 1,1~ Pm, nCorresponding to
Analog switch SA1,1~ SAm, n, SB1,1~ S
Bm, nAnd bipolar transistor TR1,1~ TRm, n
Is provided. Each probe electrode P1,1~ Pm, nAround
Since all the circuits are the same, here, (i
1 ≦ i ≦ m, 1 ≦ j ≦ n) probe electrode Pi, jNitsu
And explain. Transistor TRi, jThe collector of
Source voltage VccIs applied to the probe electrode on the basei , jBut
It is connected. Furthermore, this bass is an analog switch
Chi SBi, jVia the i-th voltage supply line 4iConnected to
There is.

【0015】このアナログスイッチSBi,jは、x−シ
フトレジスタ7からのj番目の出力線cjでゲートコン
トロールされている。トランジスタTRi,jのエミッタ
は、アナログスイッチSAi,jを介してi番目の信号読
み出し線4iに接続され、このアナログスイッチSAi,j
は、x−シフトレジスタからのj−1番目の出力線c
j-1によってゲートコントロールされている。
The analog switch SB i, j is gate-controlled by the j-th output line c j from the x-shift register 7. Transistor TR i, emitter of j, the analog switches SA i, is connected to the i-th signal read lines 4 i through j, the analog switches SA i, j
Is the j-1th output line c from the x-shift register
Gate controlled by j-1 .

【0016】以上のようにマルチプローブヘッドが構成
されていることにより、複数のプローブ電極のうちi行
j列のプローブ電極Pi,jに注目した場合の等価回路図
は、図2に示したもののようになる。すなわちプローブ
電極Pi,jの先端は、接地された基板1上に設けられた
記録媒体層2に対向している。基板1および記録媒体層
2によって記録媒体10が構成されている。記録媒体層
2としては、例えば上述したメモリ効果を有する記録材
料や微小な凹凸を形成することができる金属薄膜などを
使用することができる。
Since the multi-probe head is configured as described above, an equivalent circuit diagram in the case of paying attention to the probe electrode P i, j in the i- th row and the j-th column among the plurality of probe electrodes is shown in FIG. It becomes like a thing. That is, the tip of the probe electrode P i, j faces the recording medium layer 2 provided on the grounded substrate 1. A recording medium 10 is composed of the substrate 1 and the recording medium layer 2. As the recording medium layer 2, for example, the above-mentioned recording material having a memory effect or a metal thin film capable of forming minute unevenness can be used.

【0017】プローブ電極Pi,jはトランジスタTRi,j
のベースに接続されているが、このトランジスタi,j
ベース容量CSi,jが、ベースと大地との間に等価的に
挿入されている。さらにこのベースは、アナログスイッ
チSBi,jと電圧供給線4iを介してバイアス線6に接続
されている。バイアス線6には、アナログスイッチSr,
w,Sdを介して、読み出しバイアス電圧Vr,書き込み
バイアス電圧Vw,消去バイアス電圧Vdがそれぞれ印加
されるようになっている。
The probe electrode P i, j is a transistor TR i, j
The base capacitance CS i, j of the transistor i, j is equivalently inserted between the base and the ground. Further, this base is connected to the bias line 6 via the analog switch SB i, j and the voltage supply line 4 i . The bias line 6 has an analog switch S r ,
The read bias voltage V r , the write bias voltage V w , and the erase bias voltage V d are applied via S w and S d , respectively.

【0018】トランジスタTRi,jのコレクタには電源
電圧Vccが供給され、エミッタはアナログスイッチSA
i,jを介して信号読み出し線3iに接続されている。この
信号読み出し線3iには、上述のように負荷容量CRi
等価的に接続されており、アナログスイッチSRiを介
してバイアス電位Vbbが印加されるようになっている。
信号読み出し線3iは信号線5を介してMOSFET9
のゲートに接続されている。MOSFET9のソースに
は電源電圧Vccが印加され、ドレインには負荷抵抗RL
と出力端子Voutとが接続されている。
The power supply voltage V cc is supplied to the collector of the transistor TR i, j and the emitter thereof is the analog switch SA.
It is connected to the signal readout line 3 i via i, j . The load capacitance CR i is equivalently connected to the signal read line 3 i as described above, and the bias potential V bb is applied via the analog switch SR i .
The signal readout line 3 i is connected to the MOSFET 9 via the signal line 5.
Is connected to the gate. The power supply voltage V cc is applied to the source of the MOSFET 9 and the load resistance RL is applied to the drain.
And the output terminal V out are connected.

【0019】次に、このマルチプローブヘッドの動作に
ついて説明する。このマルチプローブヘッドにおける信
号の読み出しの原理は、トランジスタTRi,jのベース
容量CSi,jに蓄えられた電荷がプローブ電極Pi,jを経
て記録媒体層2に流れ出したことによるベース電位の変
化を、このトランジスタTRi,jからなるエミッタフォ
ロワ回路およびアナログスイッチSAi,jを介して信号
読み出し線3iの負荷容量CRiに転送し、この負荷容量
CRiの電位をアナログスイッチSTiを介してMOSF
ET9からなるソースフォロワ回路で取り出すことにあ
る。ベース容量CSi,jは、読み出しに先立って所定の
電圧に充電されていなければならないが、この電圧は、
電圧供給線4iとアナログスイッチSBi,jを介して、バ
イアス線6から供給される。また、データの書き込みや
消去に必要な電圧も同様にバイアス線6からプローブ電
極Pi,jに供給される。
Next, the operation of this multi-probe head will be described. The principle of signal reading in this multi-probe head is that the electric charge accumulated in the base capacitance CS i, j of the transistor TR i, j flows out to the recording medium layer 2 via the probe electrode P i, j and the base potential of The change is transferred to the load capacitance CR i of the signal read line 3 i via the emitter follower circuit composed of the transistor TR i, j and the analog switch SA i, j, and the potential of the load capacitance CR i is transferred to the analog switch ST i. Through MOSF
It is to be taken out by the source follower circuit composed of ET9. The base capacitance CS i, j must be charged to a predetermined voltage before reading, but this voltage is
The voltage is supplied from the bias line 6 through the voltage supply line 4 i and the analog switch SB i, j . Further, the voltage required for writing and erasing data is also supplied from the bias line 6 to the probe electrode P i, j .

【0020】以下、図3のタイミングチャートを用い、
プローブ電極Pi,jに対する動作をより詳細に説明す
る。プローブ電極Pi,jは、記録媒体層2のデータを読
み出すべき所定の位置に対向しているものとする。
Hereinafter, using the timing chart of FIG.
The operation for the probe electrode P i, j will be described in more detail. The probe electrode P i, j is assumed to face a predetermined position where the data of the recording medium layer 2 should be read.

【0021】まず、アナログスイッチSrをオン状態と
して電圧供給線4iに読み出しバイアス電圧Vrを印加す
る。この状態で出力線cjをオン状態にしてアナログス
イッチSBi,jをオン状態とすると、トランジスタTR
i,jのベース電位が読み出しバイアス電圧Vrになって、
ベース容量CSi,jがこの電位に充電される。そのの
ち、アナログスイッチSBi,jをオフ状態にする。ベー
ス容量CSi,jに蓄積された電荷はプローブ電極Pi,j
ら記録媒体層2に流れ出し、プローブ電極Pi,jの電位
すなわちトランジスタTRi,jのベース電位は徐々に低
下する。プローブ電極Pi ,jから流れ出す電流すなわち
トンネル電流は、記録媒体層2の記録状態によって異な
るから、一定時間経過後のトランジスタTRi,jのベー
ス電位は、記録状態によって異なるはずである。
First, the analog switch S r is turned on to apply the read bias voltage V r to the voltage supply line 4 i . In this state, when the output line c j is turned on and the analog switch SB i, j is turned on, the transistor TR
The base potential of i, j becomes the read bias voltage V r ,
The base capacitance CS i, j is charged to this potential. After that, the analog switch SB i, j is turned off. The charges accumulated in the base capacitance CS i, j flow out from the probe electrode P i, j to the recording medium layer 2, and the potential of the probe electrode P i, j , that is , the base potential of the transistor TR i, j gradually decreases. Since the current flowing out from the probe electrode P i , j, that is, the tunnel current varies depending on the recording state of the recording medium layer 2 , the base potential of the transistor TR i, j after a certain period of time should vary depending on the recording state.

【0022】所定の時間の経過後、出力線qi+1をオン
状態にしてアナログスイッチSRi,jをオン状態とし、
信号読み出し線3iの電位をバイアス電位Vbbにする。
この結果、信号読み出し線3iの負荷容量CRiもこの電
位に充電される。そして、アナログスイッチSRi,j
オフ状態とし、その直後に出力線cj-1をオン状態にし
てアナログスイッチSAi,jをオン状態にする。その結
果、このときのトランジスタTRi,jのベース電位は、
このトランジスタTRi,jによるエミッタフォロワ回路
によって信号読み出し線3iの負荷容量CRiに転送され
る。転送の結果変化した負荷容量CRiの電位は、図3
において矢印で示されている。トランジスタTRi,j
feが十分大きいように(例えば数百以上)しておくこ
とにより、そのベース電位は減少することなく負荷容量
CRiに転送される。このときの負荷容量CRiの電位
は、アナログスイッチSTiを介してMOSFET9か
らなるソースフォロワ回路によって端子Voutに出力さ
れる。
After a lapse of a predetermined time, the output line q i + 1 is turned on and the analog switch SR i, j is turned on,
The potential of the signal read line 3 i is set to the bias potential V bb .
As a result, the load capacitance CR i of the signal read line 3i is also charged to this potential. Then, the analog switch SR i, j is turned off, and immediately thereafter, the output line c j-1 is turned on and the analog switch SA i, j is turned on. As a result, the base potential of the transistor TR i, j at this time is
The data is transferred to the load capacitance CR i of the signal read line 3 i by the emitter follower circuit formed by the transistor TR i, j . The potential of the load capacitance CR i changed as a result of the transfer is shown in FIG.
Is indicated by an arrow. By setting h fe of the transistor TR i, j to be sufficiently large (for example, several hundreds or more), its base potential is transferred to the load capacitance CR i without decreasing. The potential of the load capacitance CR i at this time is output to the terminal V out by the source follower circuit including the MOSFET 9 via the analog switch ST i .

【0023】図3では、アナログスイッチSBi,jの状
態がオフ→オン→オフと変化してからアナログスイッチ
SAi,jがオン状態となるまでに、複数回にわたってア
ナログスイッチSRi,jの状態がオフ→オン→オフと変
化している。このうちアナログスイッチSAi,jがオン
状態になる直前以外のものは、プローブ電極Pi,j以外
のプローブ電極からのデータ読み出しのための負荷容量
の充電に使用されている。アナログスイッチSBi,j
オン状態となってからアナログスイッチSAi,jがオン
状態となるまでの時間間隔は、常に一定であるように制
御されている。
In FIG. 3, after the state of the analog switch SB i, j changes from OFF → ON → OFF until the analog switch SA i, j turns ON, the analog switch SR i, j is turned on a plurality of times. The state is changing from off → on → off. Of these, those other than immediately before the analog switch SA i, j is turned on are used to charge the load capacitance for reading data from the probe electrodes other than the probe electrode P i, j . The time interval from the turning on of the analog switch SB i, j to the turning on of the analog switch SA i, j is controlled to be always constant.

【0024】以上の動作を各プローブ電極について順次
繰り返し行なうことにより、記録媒体層2における表面
の凹凸あるいは電子状態の変化に起因するトンネル電流
の変化をトランジスタTRi,jのベース電位の変化とし
て読み出すことができ、記録媒体層2から良好にデータ
を読み出すことができた。
By repeating the above operation sequentially for each probe electrode, a change in tunnel current due to a surface irregularity in the recording medium layer 2 or a change in electronic state is read out as a change in base potential of the transistor TR i, j. It was possible to read out the data from the recording medium layer 2 satisfactorily.

【0025】次に、記録動作について説明する。ここで
は、2値の記録すなわち"0"および"1"の記録を行なう
ことを、それぞれ消去動作および書き込み動作と呼ぶこ
とにする。書き込み動作を行なう場合、アナログスイッ
チSwをオン状態とし、電圧供給線4iに書き込みバイア
ス電圧Vwを印加する。記録媒体層2の所定の記録位置
にプローブ電極Pi,jを対向させておき、アナログスイ
ッチSBi,jをオン状態にしてプローブ電極Pi,jに書き
込みバイアス電圧Vwを印加し、再びアナログスイッチ
SBi,jをオフ状態とする。プローブ電極Pi,jの電位
は、読み出しのときと同様に徐々に低下する。書き込み
バイアス電圧Vwは、記録媒体層2としてあるしきい値
を越える電圧で変調されるようなπ電子系化合物を用い
る場合には、そのしきい値を越える電圧とする。また、
金属薄膜の表面の部分的な溶融や蒸発を用いて記録を行
なう場合には、そのビット形成に必要なエネルギーEよ
り、次式で与えられる値を用いる。
Next, the recording operation will be described. Here, the binary recording, that is, the recording of "0" and "1" is referred to as an erase operation and a write operation, respectively. When performing a write operation, the analog switch S w is turned on, applying a write bias voltage V w to the voltage supply line 4 i. The probe electrode P i, j is opposed to a predetermined recording position on the recording medium layer 2, the analog switch SB i, j is turned on, the write bias voltage V w is applied to the probe electrode P i, j , and the probe electrode P i, j is turned on again. The analog switch SB i, j is turned off. The potential of the probe electrode P i, j gradually decreases as in the reading. The write bias voltage V w is set to a voltage exceeding the threshold when the recording medium layer 2 uses a π-electron compound that is modulated by a voltage exceeding a certain threshold. Also,
When recording is performed by partially melting or evaporating the surface of the metal thin film, a value given by the following equation is used from the energy E required for forming the bit.

【0026】Vw ≧ [2E/Ccs1/2 (ただし、Ccsはベース容量CSi,jの容量値であ
る。)この電圧により記録媒体層2に書き込みビットが
形成される。消去動作を行なう場合には、同様にして、
電圧供給線4iに消去バイアス電圧Vdを印加し、アナロ
グスイッチSBi,jをオン状態とし、プローブ電極Pi,j
に記録ビットの消去に必要な電圧を印加すればよい。
V w ≧ [2E / C cs ] 1/2 (where C cs is the capacitance value of the base capacitance CS i, j ). This voltage forms a write bit in the recording medium layer 2. When performing the erase operation,
The erase bias voltage V d is applied to the voltage supply line 4 i , the analog switch SB i, j is turned on, and the probe electrode P i, j.
The voltage necessary for erasing the recorded bits may be applied to.

【0027】本実施例では、記録媒体層からのデータの
読み出し動作は、予め電荷が蓄積された静電容量をトン
ネル電流によって放電させ、放電後の静電容量の電位を
能動素子で読み出すことによって行なっている。もちろ
ん、トンネル電流で静電容量を充電し、充電後の静電容
量の電位を能動素子で読み出すようにしてもよい。この
ようにトンネル電流による静電容量の電位の変化を能動
素子で読み出すことにより、S/N比が高くビット間の
ばらつきの少ない信号読み出しを行なうことができた。
また、書き込み・消去動作においては、記録媒体層への
書き込みまたは消去に必要な注入電荷量とエネルギー量
とを静電容量の値と充電電圧とで規定できるので、プロ
ーブと記録媒体層の間のトンネル・ギャップが変化した
場合であっても、異常電流が流れることなく、安定にか
つ再現性よく、書き込みや消去を行なうことができた。
In the present embodiment, the data read operation from the recording medium layer is performed by discharging the electrostatic capacity in which electric charges are accumulated in advance by the tunnel current and reading the electric potential of the electrostatic capacity after the discharging by the active element. I am doing it. Of course, the electrostatic capacitance may be charged with a tunnel current, and the potential of the electrostatic capacitance after charging may be read by the active element. In this way, by reading the change in the potential of the electrostatic capacitance due to the tunnel current with the active element, it was possible to perform signal reading with a high S / N ratio and little variation between bits.
Further, in the write / erase operation, the amount of injected charge and the amount of energy required for writing or erasing in the recording medium layer can be defined by the value of the electrostatic capacitance and the charging voltage, so that the amount of charge between the probe and the recording medium layer is reduced. Even if the tunnel gap changed, abnormal current did not flow, and writing and erasing could be performed stably and with good reproducibility.

【0028】ここで、複数のプローブ電極から特定のプ
ローブ電極Pi,jを選択する動作について、補足的に説
明する。
Here, the operation of selecting a specific probe electrode P i, j from a plurality of probe electrodes will be supplementarily described.

【0029】X−シフトレジスタ7の1つの出力線c
j-1が選択され、対応する列の信号転送用のアナログス
イッチSAi,jがオン状態となり、トランジスタTRi,j
のベース電位が行の信号読み出し線3iに転送される。
この列の選択時に、1つ手前の列の充電用のアナログス
イッチSBi,j-1もオン状態となり、電圧供給線4iから
トランジスタTRi,j-1のベース電位が充電される。各
行の信号読み出し線3iから負荷容量CRiに転送された
信号は、Y−シフトレジスタ8で駆動されるアナログス
イッチSTiによりマルチプレクス(多重化)されて信
号線5に出力され、MOSFET9によるインピーダン
ス変換ののち出力される。このとき、アナログスイッチ
STiをオンにすると同時に、1つ手前の行の信号読み
出し線3i-1のアナログスイッチSRi-1もオンとなり、
この信号読出し線3i-1の負荷容量CRi-1がバイアス電
位Vbbにリセットされる。すなわち各負荷容量CR
iは、その電位が読み出されると、次のクロックタイミ
ングでバイアス電位Vbbにリセットされ、次回の信号転
送サイクルに備えることになる。
One output line c of the X-shift register 7
j-1 is selected, the analog switch SA i, j for signal transfer in the corresponding column is turned on, and the transistor TR i, j
Is transferred to the signal read line 3 i of the row.
When this column is selected, the analog switch SB i, j-1 for charging the immediately preceding column is also turned on, and the base potential of the transistor TR i, j-1 is charged from the voltage supply line 4 i . The signal transferred from the signal read line 3 i of each row to the load capacitance CR i is multiplexed (multiplexed) by the analog switch ST i driven by the Y-shift register 8 and output to the signal line 5, and the signal is transferred by the MOSFET 9. It is output after impedance conversion. At this time, at the same time when the analog switch ST i is turned on, the analog switch SR i-1 of the signal readout line 3 i-1 in the immediately preceding row is also turned on,
The load capacitance CR i-1 of the signal read line 3 i-1 is reset to the bias potential V bb . That is, each load capacity CR
When the potential of i is read out, it is reset to the bias potential V bb at the next clock timing to prepare for the next signal transfer cycle.

【0030】X−シフトレジスタ7による列選択を順次
進めるごとに以上の動作を繰り返すことにより、マトリ
クス状に配置された全てのプローブ電極から信号を読み
出し、時系列に出力することができた。さらに、読み出
しバイアス電圧Vrの代りに、書き込みバイアス電圧Vw
あるいは消去バイアス電圧Vdを印加することにより、
読み出しと同じタイミングで書き込みあるいは消去を行
なうことができた。
By repeating the above operation each time the column selection by the X-shift register 7 is sequentially advanced, signals can be read out from all the probe electrodes arranged in a matrix and output in time series. Further, instead of the read bias voltage V r , the write bias voltage V w
Alternatively, by applying the erase bias voltage V d ,
It was possible to write or erase at the same timing as reading.

【0031】本実施例では、個々のプローブ電極の出力
が、ヘッド上において各プローブ電極の近傍で増幅され
るので、マトリクス配線によるプローブ電極間のクロス
トークやスイッチ素子のスイッチングノイズなどの影響
をほとんどなくすことができ、S/N比の高い読み出し
が可能となった。なお、本実施例では、能動素子として
トランジスタを用いたが、このほか、能動素子としてF
ETを用い、ソースフォロワ回路構成としてもよい。
In the present embodiment, since the output of each probe electrode is amplified in the vicinity of each probe electrode on the head, crosstalk between the probe electrodes due to the matrix wiring, switching noise of the switch element, and the like are hardly affected. It can be eliminated, and reading with a high S / N ratio becomes possible. In this embodiment, a transistor is used as an active element, but in addition to this, an F element is used as an active element.
A source follower circuit configuration may be used using ET.

【0032】次に、本発明の第2の実施例のマルチプロ
ーブヘッドについて説明する。図4はこのマルチプロー
ブヘッドの構成を示すブロック図であり、図5はそのタ
イミングチャートである。
Next, a multi-probe head according to a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 4 is a block diagram showing the structure of this multi-probe head, and FIG. 5 is its timing chart.

【0033】このマルチプローブヘッドは、k個のプロ
ーブ電極P1〜Pkを有し、各プローブ電極P1〜Pkに共
通に、k出力のシフトレジスタ102、クロック線C
L、バイアス線BL、信号読み出し線SL、ダミーの読
み出し線NLが設けられている。シフトレジスタ102
は、その選択端子Dに入力する選択信号Sinによってシ
フト動作を開始するものであり、外部から供給されるク
ロックCLKに同期してその出力Q1〜Qkのうちのいず
れ1つかをオン状態とする。シフトレジスタ102各出
力Q1〜Qkに対応してゲートG1〜Gkが設けられてい
る。ゲートG1〜Gkは、それぞれ、シフトレジスタ10
2の対応する出力Q1〜Qkを一方の入力とし、他方の入
力がクロック線CLに接続され、他方の入力の論理否定
値と一方の入力との論理積を求めて出力するものであ
る。バイアス線BLの一端はバイアス電源VBに接続さ
れている。信号読み出し線SL、ダミーの読み出し線N
Lの一端には、それぞれアナログスイッチSs,Snを介
して読み出しバイアス電圧Vrが供給されている。これ
らアナログスイッチSs,Snは、クロック線CLに外部
から供給される転送用クロックφによってゲートコント
ロールされる。信号読み出し線SL、ダミーの読み出し
線NLには、それぞれ負荷容量CSL,CNLが等価的に接
続され、これら負荷容量CSL,CNLは、相互に容量値が
等しくなっている。また、信号読み出し線SLとダミー
の読み出し線NLとの線間の電位差を増幅するための差
動増幅器108が設けられ、この差動増幅器108の出
力Voutがこのマルチプローブヘッド全体の信号出力と
なる。
[0033] The multi-probe head has a k number of probe electrodes P 1 to P k, in common to the respective probe electrodes P 1 to P k, shift register 102 k output clock line C
L, a bias line BL, a signal read line SL, and a dummy read line NL are provided. Shift register 102
Is for starting the shift operation by the selection signal S in input to the selection terminal D, and turns on any one of the outputs Q 1 to Q k in synchronization with the clock CLK supplied from the outside. And Gates G 1 to G k are provided corresponding to the respective outputs Q 1 to Q k of the shift register 102. The gates G 1 to G k are respectively provided in the shift register 10
Two corresponding outputs Q 1 to Q k are used as one input, the other input is connected to the clock line CL, and a logical product of the logical negation value of the other input and one input is obtained and output. . One end of the bias line BL is connected to the bias power supply V B. Signal read line SL, dummy read line N
The read bias voltage V r is supplied to one end of L via the analog switches S s and S n , respectively. These analog switches S s and S n are gate-controlled by a transfer clock φ supplied from the outside to the clock line CL. Signal reading line SL, and the dummy read line NL, respectively the load capacitance C SL, C NL is equivalently connected, these load capacitance C SL, C NL are mutually capacitance value is equal. A differential amplifier 108 for amplifying the potential difference between the signal read line SL and the dummy read line NL is provided, and the output V out of the differential amplifier 108 is the signal output of the entire multi-probe head. Become.

【0034】次に、それぞれのプローブ電極P1〜Pk
わりの回路構成について、i番目のプローブ電極Pi
代表として説明する。他のプローブ電極に関しても同一
の回路構成となっている。
Next, the circuit configuration around each of the probe electrodes P 1 to P k will be described by taking the i-th probe electrode P i as a representative. The other probe electrodes have the same circuit configuration.

【0035】プローブ電極Piに対応して、プローブ電
極Piに対して並列に挿入された電荷蓄積用の静電容量
CSiとダミーの静電容量CNiと4個のアナログスイッ
チSA i,SBi,NAi,NBiとが設けられている。アナ
ログスイッチSAiはプローブ電極Piを信号読み出し線
SLに接続し、アナログスイッチNAiはダミーの静電
容量CNiをダミーの読み出し線NLに接続するための
ものである。これらアナログスイッチSAi,NAiは、
i番目のゲートGiの出力でゲートコントロールされて
いる。一方、アナログスイッチSBi,NBiは、それぞ
れプローブ電極Piとダミーの静電容量CNiをバイアス
線BLに接続するためのものであり、i+1番目のゲー
トGi+1の出力でゲートコントロールされている。ここ
で、電荷蓄積用の静電容量CSiとダミーの静電容量C
iとが実質的に同じ静電容量値を有し、アナログスイ
ッチSAiとNAiとが同特性となり、アナログスイッチ
SBiとNBiとが同特性となるように設計されている。
Probe electrode PiCorresponding to the probe voltage
Pole PiCapacitance for charge storage inserted in parallel with
CSiAnd dummy capacitance CNiAnd 4 analog switches
Chi SA i, SBi, NAi, NBiAnd are provided. Anna
Log switch SAiIs the probe electrode PiThe signal readout line
Analog switch NA connected to SLiIs a dummy electrostatic
Capacity CNiFor connecting to the dummy read line NL
It is a thing. These analog switches SAi, NAiIs
i-th gate GiIs gated with the output of
There is. On the other hand, analog switch SBi, NBiIs that
Probe electrode PiAnd dummy capacitance CNiBias
It is for connecting to the line BL, and is the i + 1th game
Gi + 1The output is gate controlled. here
So, the capacitance CS for charge storageiAnd dummy capacitance C
NiAnd have substantially the same capacitance value, and
Touch SAiAnd NAiAnd have the same characteristics, and analog switch
SBiAnd NBiAnd are designed to have the same characteristics.

【0036】次に、本実施例の動作について図5を用い
て説明する。クロックCLKはデューティ比が50%で
あり、転送用クロックφはこのクロックCLKに同期し
かつデューティ比が50%未満であるとする。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. It is assumed that the clock CLK has a duty ratio of 50%, the transfer clock φ is synchronized with the clock CLK, and the duty ratio is less than 50%.

【0037】プローブ電極Piを記録媒体層の所定の記
録位置に対向させておく。ここで選択信号Sinが入力す
ると、シフトレジスタ102はシフト動作を開始し、各
出力Q1〜Qkは順次オン状態となる。プローブ電極Pi
に注目したとき、電荷蓄積用の静電容量CSiとダミー
の静電容量CNiとは、それぞれ前回の転送サイクルで
出力Qi+1がオン状態となったときに、アナログスイッ
チSBi,NBiによって、バイアス電圧VBにまで充電さ
れている。電荷蓄積用の静電容量CSiは、プローブ電
極Piが接続されているので、プローブ電極Piから記録
媒体層に流れるトンネル電流により、徐々にその両端の
電圧VSiが降下する。一方、ダミーの静電容量CNi
は電流の流れ出すものが接続されていないので、その両
端の電圧VNiは変化しない。トンネル電流の大きさは、
記録媒体層における記録状態によって変化するから、一
定時間経過後の両方の静電容量CSi,CNiの電圧差
は、この記録状態に依存して決まることになる。
The probe electrode P i is opposed to a predetermined recording position on the recording medium layer. When the selection signal S in is input here, the shift register 102 starts the shift operation, and the outputs Q 1 to Q k are sequentially turned on. Probe electrode P i
, The charge storage capacitance CS i and the dummy capacitance CN i are the analog switch SB i , when the output Q i + 1 is turned on in the previous transfer cycle. It is charged to the bias voltage V B by NB i . Since the probe electrode P i is connected to the charge storage capacitance CS i , the tunnel current flowing from the probe electrode P i to the recording medium layer causes the voltage V Si at both ends thereof to gradually drop. On the other hand, since a current source is not connected to the dummy capacitance CN i , the voltage V Ni across it does not change. The magnitude of the tunnel current is
Since it changes depending on the recording state in the recording medium layer, the voltage difference between the electrostatic capacitances CS i and CN i after a certain period of time depends on this recording state.

【0038】転送用クロックφの同期して、アナログス
イッチSs,Snにより、信号読み出し線SLの負荷容量
SLとダミーの読み出し線NLの負荷容量CNLとはそれ
ぞれ読み出しバイアス電圧Vrにまで充電される。シフ
トレジスタ102のシフト動作が進行し、出力Qiがオ
ン状態になったとする。ゲートGiの出力は、転送用ク
ロックφがオン状態であるうちはオフ状態であるが、転
送用クロックφが立ち下がるタイミングでオン状態(図
示期間A)となる。その結果、アナログスイッチSAi,
SAiによって、電荷蓄積用の静電容量CSiとダミーの
静電容量CNiの電圧VSi,VNiが、信号読み出し線SL
とダミーの読み出し線NLとにそれぞれ転送され、各負
荷容量CSL,CNLの電圧が各静電容量のCSi,CNiの電
圧に応じてそれぞれ変化する。両方の読み出し線SL,
NL間の電位差は、差動増幅器108によって読み出さ
れて増幅され、信号Voutとして出力される。この信号
は、各静電容量CSi,CNiの間の電位差すなわちプロ
ーブ電極Piで読み出されるデータに応じて変化する。
[0038] synchronization with the transfer clock phi, analog switches S s, by S n, respectively and the load capacitance C NL of the load capacitance C SL and the dummy read line NL in the signal readout line SL to the read bias voltage V r Is charged up. It is assumed that the shift operation of the shift register 102 progresses and the output Q i is turned on. The output of the gate G i is in the off state while the transfer clock φ is in the on state, but is in the on state (the period A in the figure) at the timing when the transfer clock φ falls. As a result, the analog switch SA i ,
Due to SA i , the voltages V Si and V Ni of the electrostatic charge storage capacitance CS i and the dummy capacitance CN i are changed to the signal read line SL.
To the dummy read line NL, and the voltages of the load capacitors C SL and C NL change according to the voltages of the electrostatic capacitors CS i and CN i , respectively. Both read lines SL,
The potential difference between NL is read out by the differential amplifier 108, amplified, and output as a signal V out . This signal changes according to the potential difference between the electrostatic capacitances CS i and CN i , that is, the data read by the probe electrode P i .

【0039】シフトレジスタ102の出力Qi+1がオン
状態となったとき、転送用クロックφが立ち下がるタイ
ミングで、i+1番目のゲートGi+1の出力がオン状態
となる(図示期間B)。このとき、アナログスイッチS
i,NBiにより、各静電容量CSi,CNiがバイアス電
圧VBにまで充電され、次の読み出しサイクルに備える
ことになる。
When the output Q i + 1 of the shift register 102 is turned on, the output of the (i + 1) th gate G i + 1 is turned on at the timing when the transfer clock φ falls (illustrated period B). . At this time, the analog switch S
B i and NB i charge the respective capacitances CS i and CN i to the bias voltage V B , and prepare for the next read cycle.

【0040】以上、i番目のプローブ電極Piに注目し
て読み出し動作を説明したが、実際には、シフトレジス
タ102のシフト動作の進行に伴い、クロックCLKに
同期して、各プローブ電極からデータが順次読み出され
て信号Voutとして出力されることになる。すなわち本
実施例では、クロックCLKあるいはこれに同期した転
送用クロックφを用いて一連の読み出し動作を各々のプ
ローブ電極について順次繰り返し行なうことにより、記
録媒体層における凹凸変調あるいは電子状態の変化に起
因したトンネル電流の変化を静電容量CSiの電位変化
として読み出すことができた。また、書き込み動作や消
去動作を行なう場合には、バイアス線BLに対して、読
み出しバイアス電圧Vrの代りに、書き込みバイアス電
圧Vwあるいは消去バイアス電圧Vdを印加し、記録ビッ
トの書き込みあるいは消去に必要な電圧を静電容量CS
i加えればよい。
The read operation has been described above by focusing on the i-th probe electrode P i , but in reality, as the shift operation of the shift register 102 progresses, data is read from each probe electrode in synchronization with the clock CLK. Are sequentially read and output as a signal V out . That is, in the present embodiment, a series of read operations are sequentially repeated for each probe electrode using the clock CLK or the transfer clock φ synchronized with the clock CLK, resulting in unevenness modulation in the recording medium layer or a change in electronic state. The change in the tunnel current could be read as the change in the potential of the electrostatic capacitance CS i . Further, when performing a write operation or an erase operation, the write bias voltage V w or the erase bias voltage V d is applied to the bias line BL instead of the read bias voltage V r to write or erase the recording bit. The voltage required for the capacitance CS
i just add.

【0041】本実施例では、記録媒体層からのデータの
読み出し動作は、トンネル電流による静電容量の充電あ
るい放電を用いているので、低電流かつ高インピーダン
スの回路でありながら熱雑音の影響を受けにくく、S/
N比が高く、ビット間のばらつきの少ない信号読み出し
を行なうことができた。さらに、プローブ電極に接続さ
れた静電容量とダミーの静電容量の電位差として信号を
取り出すため、プローブ電極における容量のばらつきや
マトリクス配線によるクロストークの影響やスイッチ素
子によるスイッチングノイズなどの影響をなくすことが
できた。
In this embodiment, since the operation of reading data from the recording medium layer uses charging or discharging of electrostatic capacity by tunneling current, the influence of thermal noise is obtained even though the circuit has low current and high impedance. Less susceptible to S /
It was possible to perform signal reading with a high N ratio and little variation between bits. Furthermore, since the signal is extracted as the potential difference between the capacitance connected to the probe electrode and the dummy capacitance, the influence of capacitance variation at the probe electrode, crosstalk due to matrix wiring, and switching noise due to switch elements are eliminated. I was able to.

【0042】次に、本実施例のマルチプローブヘッドの
基板上への構成例について、図6のおよび図7を用いて
説明する。図6はこのマルチプローブヘッドの斜視図で
あり、図7はプローブ電極近傍の拡大図である。
Next, an example of the structure of the multi-probe head of this embodiment on the substrate will be described with reference to FIGS. 6 and 7. FIG. 6 is a perspective view of this multi-probe head, and FIG. 7 is an enlarged view of the vicinity of the probe electrode.

【0043】マルチプローブヘッド100の基板101
としては、例えばシリコン基板が使用される。基板10
1の一辺には外方に向って櫛歯状の多数の圧電体カンチ
レバー107が設けられており、各カンチレバー107
の上面にはそれぞれプローブ電極106が形成されてい
る。基板101上には、各プローブ電極106に近接し
て、そのプローブ電極106に対応する電荷蓄積用の静
電容量104とダミーの静電容量103がそれぞれ設け
られている。外部からのノイズの影響を減らすため、図
7に示すように、プローブ電極106から電荷蓄積用の
静電容量104に至る配線130は、ダミーの静電容量
103に接続されたガードリング状の配線131のよっ
て取り囲まれている。
Substrate 101 of multi-probe head 100
For example, a silicon substrate is used. Board 10
A large number of comb-shaped piezoelectric cantilevers 107 are provided outwardly on one side of each of the cantilevers 107.
A probe electrode 106 is formed on each of the upper surfaces. On the substrate 101, a capacitance 104 for charge storage and a dummy capacitance 103 corresponding to each probe electrode 106 are provided in the vicinity of each probe electrode 106. In order to reduce the influence of noise from the outside, as shown in FIG. 7, the wiring 130 extending from the probe electrode 106 to the charge storage capacitance 104 is a guard ring-shaped wiring connected to the dummy capacitance 103. Surrounded by 131.

【0044】基板101の圧電体カンチレバー107が
形成されている辺に対向する辺には、信号線を接続する
ための複数のボンディングパッド109が列に並ぶよう
に設けられている。これにより、ボンディングパッド1
09が並ぶ方向と平行な方向に記録媒体(不図示)を移
動させ、記録再生を行なうことが可能となる。このボン
ディングパッドは、基板101の対向する2辺のそれぞ
れに設けるようにしてもよい。ボンディングパッド10
9に近接してシフトレジスタ102が設けられ、さらに
基板101の中央部には制御回路部105が形成されて
いる。この制御回路部105には、ダミーの各静電容量
103や電荷蓄積用の各静電容量104に接続されるア
ナログスイッチ類、プローブ電極106にバイアスを印
加するための回路などが一体的に形成されている。さら
に、基板101上にはデータを出力するための差動増幅
器108が設けられている。これらの回路は、シリコン
IC製造プロセスを応用して製造することができるる。
この場合、CMOS回路を中心とした低消費電力の素子
を主としてこれらの回路を構成することにより、回路電
流による発熱もほとんどなく、プローブ電極の位置制御
に悪影響を及ぼすことはなかった。
A plurality of bonding pads 109 for connecting signal lines are arranged in a line on the side of the substrate 101 opposite to the side on which the piezoelectric cantilevers 107 are formed. As a result, the bonding pad 1
Recording and reproduction can be performed by moving a recording medium (not shown) in a direction parallel to the direction in which 09 are arranged. This bonding pad may be provided on each of two opposing sides of the substrate 101. Bonding pad 10
9 is provided with a shift register 102, and a control circuit unit 105 is formed in the center of the substrate 101. The control circuit unit 105 is integrally formed with analog switches connected to the dummy capacitances 103 and the charge storage capacitances 104, a circuit for applying a bias to the probe electrode 106, and the like. Has been done. Further, a differential amplifier 108 for outputting data is provided on the substrate 101. These circuits can be manufactured by applying a silicon IC manufacturing process.
In this case, by forming these circuits mainly with low power consumption elements centering on the CMOS circuit, there was almost no heat generation due to the circuit current, and the position control of the probe electrode was not adversely affected.

【0045】ここではシリコン基板を用いてデータの読
み書きのための駆動素子を一体的に形成しているが、本
発明はシリコン基板に限られることはなく、サファイア
基板上にシリコン薄膜をエピタキシャル成長させたもの
(いわゆるSOS基板)を用いてもよいし、さらには石
英基板上に成長させたポリシリコン薄膜や固相エピタキ
シャル膜など、あらゆる形態の半導体層および基板を用
いることができる。
Here, the drive element for reading and writing data is integrally formed using the silicon substrate, but the present invention is not limited to the silicon substrate, and a silicon thin film is epitaxially grown on the sapphire substrate. What is called a so-called SOS substrate may be used, and further, a semiconductor layer and a substrate of any form such as a polysilicon thin film or a solid phase epitaxial film grown on a quartz substrate can be used.

【0046】図8は、本発明のマルチプローブヘッドを
用いた記録再生装置の構成の一例を示すブロック図であ
る。
FIG. 8 is a block diagram showing an example of the structure of a recording / reproducing apparatus using the multi-probe head of the present invention.

【0047】枠型の構造体110の内側上部には、アク
チュエータ112を介してマルチプローブヘッド100
が取り付けられ、これに対向して、記録媒体10の基板
1がアクチュエータ113を介して構造体110の内側
下部に取り付けられている。アクチュエータ112は走
査回路111で駆動されるようになっている。記録媒体
10の基板1上には記録媒体層2が設けられ、この記録
媒体層2とマルチプローブヘッド100側のプローブ電
極106の先端とはトンネル電流が流れ得るまで近接し
ている。マルチプローブヘッド100はプローブヘッド
制御回路114に接続され、これら両者間で必要なデー
タと制御情報とがやりとりされるようになっている。こ
のプローブヘッド制御回路114の出力は、プローブ・
記録媒体間距離制御回路115を介して、カンチレバー
駆動回路116および傾き補正回路117の双方に接続
されている。カンチレバー駆動回路116の出力は、マ
ルチプローブヘッド100に接続されて各カンチレバー
107(図6)の駆動に用いられる。一方、傾き補正回
路117の出力は、アクチュエータ113に接続され、
記録媒体10の傾きの補正に使用されている。さらにプ
ローブヘッド制御回路114は、データの入出力を行な
う符号器118、復号器119と接続されている。ここ
で、記録媒体層2の面内方向にX方向とY方向をとり、
記録媒体層2に垂直な方向をZ方向とする。
The multi-probe head 100 is mounted on the inner upper portion of the frame-shaped structure 110 via an actuator 112.
Is attached, and the substrate 1 of the recording medium 10 is attached to the inside lower part of the structure 110 via the actuator 113 so as to face this. The actuator 112 is driven by the scanning circuit 111. The recording medium layer 2 is provided on the substrate 1 of the recording medium 10, and the recording medium layer 2 and the tip of the probe electrode 106 on the multi-probe head 100 side are close to each other until a tunnel current can flow. The multi-probe head 100 is connected to a probe head control circuit 114 so that necessary data and control information can be exchanged between them. The output of this probe head control circuit 114 is
It is connected to both the cantilever drive circuit 116 and the tilt correction circuit 117 via the inter-recording medium distance control circuit 115. The output of the cantilever drive circuit 116 is connected to the multi-probe head 100 and used to drive each cantilever 107 (FIG. 6). On the other hand, the output of the tilt correction circuit 117 is connected to the actuator 113,
It is used to correct the inclination of the recording medium 10. Further, the probe head control circuit 114 is connected to an encoder 118 and a decoder 119 that input / output data. Here, the X direction and the Y direction are taken in the in-plane direction of the recording medium layer 2,
The direction perpendicular to the recording medium layer 2 is the Z direction.

【0048】次に、この記録再生装置の動作について説
明する。プローブヘッド制御回路114は、マルチプロ
ーブヘッド100の各プローブ電極106と記録媒体層
2間に流れるトンネル電流の情報をプローブヘッド10
6ごとに読み出す。このトンネル電流には、記録媒体層
2に記録された情報のほか、プローブ電極106と記録
媒体層2との間の距離に関する情報も含まれている。プ
ローブ・記録媒体間距離制御回路115は、プローブ電
極106の基準位置からのずれを検出する。そして、検
出されたずれに基づき、カンチレバー駆動回路116は
個々のカンチレバー107(図6)のZ方向への駆動を
行ない、プローブ電極106と記録媒体層2の距離が一
定に保たれるように制御する。傾き補正回路117は、
マルチプローブヘッド100と記録媒体10との相対的
な姿勢を正す必要があるときに、アクチュエータ113
を駆動して記録媒体10の傾きを調整し、姿勢の補正を
行なう。
Next, the operation of this recording / reproducing apparatus will be described. The probe head control circuit 114 provides information on the tunnel current flowing between each probe electrode 106 of the multi-probe head 100 and the recording medium layer 2 to the probe head 10.
Read every six. The tunnel current includes information recorded on the recording medium layer 2 as well as information on the distance between the probe electrode 106 and the recording medium layer 2. The probe / recording medium distance control circuit 115 detects a deviation of the probe electrode 106 from the reference position. Then, based on the detected displacement, the cantilever drive circuit 116 drives the individual cantilevers 107 (FIG. 6) in the Z direction, and controls so that the distance between the probe electrode 106 and the recording medium layer 2 is kept constant. To do. The tilt correction circuit 117
When it is necessary to correct the relative postures of the multi-probe head 100 and the recording medium 10, the actuator 113
Is driven to adjust the inclination of the recording medium 10 to correct the posture.

【0049】記録媒体層2にデータを記録する場合、書
き込みデータは、符号器118により符号化されてプロ
ーブヘッド制御回路114に転送され、マルチプローブ
ヘッド100によって記録媒体層2に記録される。デー
タの読み出しを行なう場合には、図示しないプロセッサ
により読み出すべきアドレスを発生し、プローブヘッド
制御回路114にこのアドレスを転送する。プローブヘ
ッド制御回路114は、このアドレスにしたがってマル
チプローブヘッド100から各プローブ電極106の信
号を読み出し、復号器119に転送する。復号器119
は、この信号からエラー検出あるいはエラー訂正を行な
い、読み出したデータとして外部に出力する。
When recording data on the recording medium layer 2, the write data is encoded by the encoder 118, transferred to the probe head control circuit 114, and recorded on the recording medium layer 2 by the multi-probe head 100. When reading data, an address to be read is generated by a processor (not shown), and this address is transferred to the probe head control circuit 114. The probe head control circuit 114 reads the signal of each probe electrode 106 from the multi-probe head 100 according to this address and transfers it to the decoder 119. Decoder 119
Performs error detection or error correction from this signal and outputs it as read data to the outside.

【0050】[0050]

【発明の効果】以上説明したように本発明の第1の発明
は、プローブ電極とプローブ電極ごとに設けられた能動
素子とプローブ電極を選択するためのスイッチ素子とを
同一基板上に形成することにより、読み出し/書き込み
回路がプローブ電極と同一基板上に形成でき、高いS/
N比で良好に信号を読み出すことができるという効果が
ある。また、本発明の第2の発明では、プローブ電極に
接続された第1の静電容量と、第1の静電容量に対する
ダミーである第2の静電容量とを設けることにより、ト
ンネルの変化を双方の静電容量の電圧差を介して検出で
きるので、読み出し/書き込み回路がプローブ電極と同
一基板上に形成でき、かつ静電容量の洩れ電流などの影
響を受けることなく高いS/N比で信号を読み出すこと
ができるという効果がある。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the probe electrode, the active element provided for each probe electrode, and the switch element for selecting the probe electrode are formed on the same substrate. By this, the read / write circuit can be formed on the same substrate as the probe electrode, and high S /
There is an effect that a signal can be read well with an N ratio. Further, in the second aspect of the present invention, the change in the tunnel is provided by providing the first capacitance connected to the probe electrode and the second capacitance that is a dummy for the first capacitance. Can be formed on the same substrate as the probe electrode, and a high S / N ratio can be obtained without being affected by capacitance leakage current. There is an effect that the signal can be read by.

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

【図1】本発明の第1の実施例のマルチプローブヘッド
の構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a multi-probe head according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1のマルチプローブヘッドにおいて、i行j
列のプローブ電極Pi,jに注目した場合の等価回路図で
ある。
FIG. 2 is a diagram showing an i row j in the multi-probe head of FIG.
It is an equivalent circuit diagram when paying attention to the probe electrode P i, j of a row.

【図3】図1のマルチプローブヘッドのタイミングチャ
ートである。
FIG. 3 is a timing chart of the multi-probe head of FIG.

【図4】本発明の第2の実施例のマルチプローブヘッド
の構成を示すブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a multi-probe head according to a second embodiment of the present invention.

【図5】図4のマルチプローブヘッドのタイミングチャ
ートである。
5 is a timing chart of the multi-probe head of FIG.

【図6】図4のマルチプローブヘッドの斜視図である。6 is a perspective view of the multi-probe head of FIG.

【図7】図4のマルチプローブヘッドのプローブ電極近
傍の拡大図である。
FIG. 7 is an enlarged view of the vicinity of probe electrodes of the multi-probe head of FIG.

【図8】本発明のマルチプローブヘッドを用いた記録再
生装置の構成の一例を示すブロック図である。
FIG. 8 is a block diagram showing an example of a configuration of a recording / reproducing apparatus using the multi-probe head of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 基板 2 記録媒体層 31〜3m 信号読み出し線 41〜4m 電圧供給線 5 信号線 6 バイアス線 7 X−シフトレジスタ 8 Y−シフトレジスタ 9 MOSFET 10 記録媒体 100 マルチプローブヘッド 101 基板 102 シフトレジスタ 103 ダミーの静電容量 104 電荷蓄積用の静電容量 105 制御回路部 106 プローブ電極 107 カンチレバー 108 差動増幅器 109 ボンディングパッド 110 構造体 111 走査回路 112,113 アクチュエータ 114 プローブヘッド制御回路 115 プローブ・記録媒体間距離制御回路 116 カンチレバー駆動回路 117 傾き補正回路 118 符号器 119 復号器1 substrate 2 recording medium layer 3 1 to 3 m signal read lines 4 1 to 4 m voltage supply line 5 signal lines 6 bias line 7 X- shift register 8 Y- shift register 9 MOSFET 10 recording medium 100 multi-probe head 101 substrate 102 Shift register 103 Dummy capacitance 104 Capacitance for charge storage 105 Control circuit unit 106 Probe electrode 107 Cantilever 108 Differential amplifier 109 Bonding pad 110 Structure 111 Scanning circuit 112,113 Actuator 114 Probe head control circuit 115 Probe probe Recording medium distance control circuit 116 cantilever drive circuit 117 tilt correction circuit 118 encoder 119 decoder

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山野 明彦 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 紫藤 俊一 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キヤ ノン株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Akihiko Yamano 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Shunichi Shito 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Within the corporation

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 記録媒体から少なくともデータの再生を
行なう複数のプローブ電極を有するマルチプローブヘッ
ドであって、 前記各プローブ電極ごとに設けられた能動素子と、前記
各プローブ電極のうちの任意のプローブ電極を選択する
ためのスイッチ素子とを有し、前記プローブ電極と前記
能動素子と前記スイッチ素子とが同一基板上に形成され
ているマルチプローブヘッド。
1. A multi-probe head having a plurality of probe electrodes for reproducing at least data from a recording medium, wherein an active element provided for each probe electrode and an arbitrary probe of the probe electrodes. A multi-probe head having a switch element for selecting an electrode, wherein the probe electrode, the active element, and the switch element are formed on the same substrate.
【請求項2】 能動素子としてトランジスタが用いら
れ、前記トランジスタのエミッタにスイッチ素子が設け
られ、プローブ電極からの信号を前記トランジスタによ
るエミッタフォロワ回路によって読み出す請求項1に記
載のマルチプローブヘッド。
2. The multi-probe head according to claim 1, wherein a transistor is used as an active element, a switch element is provided at an emitter of the transistor, and a signal from a probe electrode is read by an emitter follower circuit by the transistor.
【請求項3】 各プローブ電極に対してそれぞれ並列に
静電容量が実効的に接続され、前記静電容量に所定の電
荷を与えるスイッチ素子が設けられ、前記プローブ電極
を流れるトンネル電流により前記静電容量の両端の電圧
を変化させ前記変化した電圧を検出することによりデー
タの再生が行なわれる請求項2に記載のマルチプローブ
ヘッド。
3. A capacitance is effectively connected in parallel to each probe electrode, and a switch element for providing a predetermined charge to the capacitance is provided, and the static current is generated by a tunnel current flowing through the probe electrode. The multi-probe head according to claim 2, wherein the data is reproduced by changing the voltage across the capacitance and detecting the changed voltage.
【請求項4】 記録媒体から少なくともデータの再生を
行なう複数のプローブ電極を有するマルチプローブヘッ
ドであって、 前記各プローブ電極ごとに設けられ当該プローブ電極に
一端が接続された第1の静電容量と、前記各プローブ電
極ごとに設けられかつ当該プローブ電極には接続されな
い第2の静電容量と、前記各プローブ電極のうちの任意
のプローブ電極を選択するためのスイッチ素子と、前記
選択されたプローブ電極に対応する前記第1および第2
の静電容量の電位を読み出す読み出し回路とを有し、前
記プローブ電極と前記各静電容量と前記スイッチ素子と
前記読み出し回路とが同一基板上に形成されているマル
チプローブヘッド。
4. A multi-probe head having a plurality of probe electrodes for reproducing at least data from a recording medium, the first capacitance being provided for each probe electrode and having one end connected to the probe electrode. A second capacitance provided for each probe electrode and not connected to the probe electrode, a switch element for selecting an arbitrary probe electrode of the probe electrodes, and the selected The first and second corresponding to probe electrodes
And a readout circuit for reading out the potential of the electrostatic capacitance, wherein the probe electrode, each of the electrostatic capacitances, the switch element, and the readout circuit are formed on the same substrate.
【請求項5】 スイッチ素子が第1の静電容量および第
2の静電容量のそれぞれごとに設けられている請求項4
に記載のマルチプローブヘッド。
5. A switch element is provided for each of the first capacitance and the second capacitance.
The multi-probe head described in.
【請求項6】 読み出し回路が第1の静電容量の電位と
第2の静電容量の電位との差を算出するものである、請
求項4または5に記載のマルチプローブヘッド。
6. The multi-probe head according to claim 4, wherein the read circuit calculates the difference between the potential of the first capacitance and the potential of the second capacitance.
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