JPH06251438A

JPH06251438A - 情報処理装置

Info

Publication number: JPH06251438A
Application number: JP6247493A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiro Shimada; 康弘島田; Osamu Takamatsu; 修高松; Yoshimasa Okamura; 好真岡村; Yoshihiro Yanagisawa; 芳浩柳沢; Akira Kuroda; 亮黒田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-03-01
Filing date: 1993-03-01
Publication date: 1994-09-09

Abstract

(57)【要約】【目的】大容量の情報の記録再生を行う情報処理装置
を提供する。【構成】カンチレバー１０３を構成している磁性体に
永久磁石１２２により磁力を作用させ、複数のカンチレ
バー１０３に設けられた探針１０１を記録媒体１０２に
接触させて情報の記録再生を行う装置。【効果】記録媒体と複数の探針との間隔制御を簡便に
行うことができ、安定した高速駆動が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、情報の記録及び／また
は情報の再生を行う情報処理装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】情報記録素子ないし情報記録装置、いわ
ゆるメモリーは、コンピュータ及びその関連機器の中核
をなすものであるのみならず、ビデオディスク、デジタ
ルオーディオディスク等に見られるように映像装置、音
響装置の中でも重要な地位を占めている。このメモリー
に要求される性能は、その用途によって異なるが、一般
的には、高密度で、記憶容量が大きい。記録再生の応答速度が大きい。消費電力が少ない。生産性が高く、価格が安い。等が挙げられ、現在もこうした性能を実現するメモリー
方式やメモリー媒体の開発が極めて活発に進められてい
る。

【０００３】従来、メモリーの中心は磁性体、半導体を
素材とした磁気メモリー、半導体メモリーであったが、
近年、レーザー技術の進展にともない、有機色素、フォ
トポリマーなどの有機薄膜を用いた、安価で高密度な光
メモリーが登場している。

【０００４】現在これらのメモリーをされに高密度で大
容量にするために単位メモリービットの微細化に向けて
の開発がすすめられているが、これらの従来のメモリー
とは全く別の原理に基づくメモリーの提案もされてい
る。たとえば、個々の有機分子に論理素子やメモリー素
子の機能を持たせた分子電子デバイスの概念もそのひと
つである。分子電子デバイスは単位メモリービットの微
細化を極限まで進めたものと見ることができるが、これ
まで個々の分子にいかにアクセスするかが問題とされて
きた。

【０００５】この問題を解決する可能性をもった技術と
して、最近、導体の表面原子の電子構造を直接観察でき
る走査型トンネル顕微鏡（以下、ＳＴＭと略す）が開発
され［Ｂｉｎｎｉｎｇｅｔａｌ．，Ｐｈｙｓ．
Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．４９，５７（１９８２）］、単
結晶、非結晶を問わず実空間像を高い分解能で観察でき
るようになった。

【０００６】ＳＴＭは金属の探針（ブローブ電極）と導
電性物質の間に電圧を加えて、両者の距離を１ｎｍ程度
まで近づけると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変化に極めて敏感であって、
このトンネル電流を一定に保つように両者の距離を制御
しながら探針を導電性物質の表面で走査することによ
り、この導電性物質の実空間像の表面構成を描くことが
できると同時に、表面原子の全電子雲に関する種々の情
報をも読み取ることができる。この際、面内方向の分解
能は１Å程度である。したがって、ＳＴＭの原理を応用
すれば、十分に原子オーダー（数Å）での高密度記録再
生を行うことが可能である。

【０００７】この際の記録再生方法としては、粒子線
（電子線、イオン線）あるいは、Ｘ線などの高エネルギ
ー電磁波、及び可視・紫外光などのエネルギー線を用い
て適当な記録層の表面を変化させて記録を行い、ＳＴＭ
で再生する方法や、記録層として電圧印加によって電導
度の異なる状態へ遷移するスイッチング特性を有し、か
つ、電導度の異なる各状態が、電圧を印加しない状態で
も保持されるメモリー特性を有している媒体、たとえ
ば、π電子共投系を豊富に含む有機化合物やカルコゲン
化合物の薄膜層を用いて記録、再生を共にＳＴＭ装置で
行う方法等が提案されている。また、ＳＴＭの原理を応
用し、半導体中に電荷を蓄積することにより記録を行
い、蓄積電荷による局所的電気容量変化を検知すること
により再生を行う方法も開発されている［Ｂａｒｒｅｔ
ｅｔａｌ．，Ｊ．Ａｐｐｌ，Ｐｈｙｓ．７
０，２７２５（１９９１）］。

【０００８】また、ＳＴＭの技術を応用した原子間力顕
微鏡（以下、ＡＦＭと略す）が開発され［Ｂｉｎｎｉｎ
ｇｅｔａｌ．，Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔ
ｔ．５６，９３０（１９８６）］、ＳＴＭと同様、表面
の凹凸情報を得ることができるようになった。ＡＦＭ
は、試料表面に対して１ｎｍ以下の距離まで接近させた
探針を支持するカンチレバー（弾性体）が、試料−探針
間に働く力を受けて、撓む量から逆に力を検知し、この
力を一定にするように試料−探針間の距離を制御しなが
ら試料表面を操作することにより、表面の３次元形状を
ナノメートル以下の分解能で観察するものである。ＡＦ
Ｍでは、走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）のように、試
料が導電性を有する必要がなく、絶縁性試料、特に、半
導体レジスト面や、生体高分子などを原子・分子のオー
ダーで観察可能であるため、広い応用が期待されてい
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のような記録また
は再生を行う装置において、その再生方法としては、探
針と記録媒体表面の間を流れる電流を一定に保持しなが
ら、記録媒体表面上で探針を走査すると、電導度の高い
領域では探針が記録媒体表面から遠ざかることを利用
し、この探針の動き量を検知して記録ビットを再生する
か、もしくは、探針と記録媒体間の距離を一定に保持し
ながら記録媒体表面上で探針を走査し、電導度の高い領
域で、探針と記録媒体表面を流れる電流が増すことを利
用し、この電流量を検知して記録ビットを再生するもの
がある。

【００１０】しかし、前者の再生方法をとった場合、記
録媒体のわずかな凹凸に対しても、探針が追従するた
め、媒体表面の凹凸と記録ビットの区別を探針の働き量
だけから行うことは困難であった。また電流を一定に保
持するための帰還制御回路の帯域の上限によって、制御
可能な走査周波数が制限されるため、高速操作が困難で
あった。また、後者の再生方法によった場合も、高速走
査が可能であるものの、記録媒体表面の凹凸によって
も、電流量が変化してしまい前者同様区別が困難であっ
た。更に探針と記録媒体表面間は一定距離だけ離れてお
り、これが絶縁障壁として働いているが、この障壁は記
録ビット書き込み部とそうでない領域とに共通であり、
実効的にはトンネル抵抗として直列に挿入されることに
なる。このため探針と記録媒体表面の距離が変化してし
まった場合、書き込み部と非書き込み部とで検出される
電流量の比が変化してしまうため、ビットの読み出しを
正確に行えないという問題があった。

【００１１】従って、再生信号は記録媒体の凹凸による
成分が分離されたものである必要があり、また、探針と
記録媒体表面の絶縁障壁によるトンネル抵抗を可能な限
り小さく、一定に保持して、記録ビットの有無による再
生信号比を可能な限り大きくする必要がある。また、記
録に際しても、記録による印加電圧変化が、探針と記録
媒体との間隔制御に影響を与えにくいことが望ましい。

【００１２】更に、記録媒体と探針間の距離が大きい場
合、ＳＴＭとしての分解能が下がり、すなわち記録密度
の点からも記録媒体と探針は極力接近することが望まし
い。

【００１３】記録媒体表面の凹凸信号による成分を再生
信号から除き、かつ記録時の間隔制御が印加電圧に左右
されないようにするためには、記録媒体表面と探針間の
距離を両者間を流れる電流以外の量によって一定に制御
する方法が考えられ、そのひとつとして両者間に働く原
子間力によって距離を制御する原子間力顕微鏡（ＡＦ
Ｍ）の利用が特開平１−２４５４４５号広報に開示され
ている。

【００１４】ＡＦＭにおいては、探針を弾性体で支持
し、探針と記録媒体表面間に働く力を弾性体の変形によ
るばね力とつり合わせ、この変形量を一定に保持するよ
うに帰還制御が行われる。

【００１５】このようなＡＦＭを応用した情報の記録再
生装置において、高密度で大容量の記録再生を行うため
には、探針を支持するカンチレバーを複数使用必要があ
るが、これら複数のカンチレバーは作製プロセス上の誤
差や、これらを支持するヘッドそのものが有するうねり
等によって初期状態の撓み量にばらつきが生ずる。

【００１６】また、探針の高さや記録媒体表面のうねり
も存在するため、装置構成の初期状態において複数の探
針先端と記録媒体との間隔はまちまちで通常１μｍ程度
のばらつきが存在する。

【００１７】このばらつきを補正するには、個々のカン
チレバーを個別に変位させるためのアクチュエーター、
例えば圧電体を用いたバイモルフやユニモルフ、静電力
で駆動するものなどをカンチレバー毎に設ける必要があ
り、装置が複雑でまた高速性に欠けるという問題があっ
た。

【００１８】従って本発明の目的は、上記従来技術の問
題点に鑑み、特に複数の探針を用いて高密度大容量の記
録再生を行う際においても、すべての探針と記録媒体と
の間隔制御を、より簡便に行うことができ、且つ高速駆
動が可能な情報処理装置を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するための本発明は、第１に、片持ち梁（カンチレバ
ー）に設けられた探針を記録媒体に接触させ、該記録媒
体に該探針を介して情報の記録及び／または再生を行う
装置であって、上記片持ち梁を磁力により変形させ上記
探針を上記記録媒体に対して位置調整を行う位置調整手
段を有することを特徴とする情報処理装置であり、第２
に、前記片持ち梁の一部が、磁性体であることを特徴と
する上記第１の情報処理装置であり、第３に、前記位置
調整手段が、電磁石であることを特徴とする上記第１又
は第２の情報処理装置であり、第４に、前記位置調整手
段が、永久磁石であることを特徴とする上記第１又は第
２の情報処理装置であり、第５に、前記記録媒体、該記
録媒体に電圧を印加するための基板電極、該記録媒体の
支持体のうち、いずれかに自発磁化が存在することを特
徴とする上記第４の情報処理装置である。

【００２０】以上が本発明の構成要素であり、その詳細
及び作用について以下に説明する。

【００２１】図１は本発明の一実施態様例を示す装置の
断面図及び構成図、図２はカンチレバーの断面図であ
る。

【００２２】図２に示されるように、探針１０１はそれ
ぞれ弾性体として働くカンチレバーの一端に支持され、
このカンチレバーは、支持体であるところの弾性体１０
６、探針１０１によって検出する電流取り出し用の配線
電極１０７、及びカンチレバーを駆動させるための磁性
体１０５を有している。磁性体１０５の材料としては、
パーマロイ合金、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ及びこれを含む合
金、及び各種フェライト等が用いられる。また、個々の
カンチレバーには、先述したようなカンチレバーを個別
に変位させるためのアクチュエーターを備えても良い。

【００２３】本発明の情報処理装置では、図１に示され
るように、導電性を有する探針１０１が、記録媒体１０
２の表面に対して先端を接触させて配置される。

【００２４】本発明に用いる記録媒体は電圧印加によっ
て、その導電状態が変化し且つ、かかる導電状態が、電
圧を印加しない状態で保持されているものであれば、い
かなる媒体でも良いが、特に好適な媒体としては、特開
昭６３−１６１５５２号広報及び特開昭６３−１６１５
５３号広報に開示された、π電子準位を持つ群を有する
有機材料から構成された媒体が挙げられ、更に好ましく
はラングミュアブロジェット法（ＬＢ法）によって形成
された前記有機材料の単分子累積膜が挙げられる。

【００２５】記録媒体１０２は基板電極１０８上に設け
られている。複数のカンチレバーを支持している記録再
生ヘッド１０４と基板電極１０８はｘｙ駆動素子１０９
及びｚ方向駆動素子１１０を介して対向配置され、それ
ぞれｘｙ方向駆動回路１１１及びｚ方向位置制御回路１
１８、ｚ方向駆動回路１１２によって駆動され、記録再
生ヘッド１０４面と記録媒体１０２面とのｘｙ方向位置
合わせ、ｚ方向位置制御、面と面との傾き制御が行われ
る。

【００２６】配線電極１０７は、電流制限抵抗１１３、
１１４を介して記録用電圧印加回路１１５及び電流検出
回路１１６に接続されている。電流制限抵抗１１３、１
１４は、記録再生時に記録用電圧や再生用電圧を印加す
る際、過電流が流れる事による探針先端や記録媒体の損
傷を防ぐためのものである。記録用電圧印加回路１１５
から基板電極１０８に、また電流検出回路１１６から再
生用電圧印加回路１１７を経て、基板電極１０８に配線
が接続されている。

【００２７】１２２はカンチレバー１０３を磁力により
変形させて記録媒体１０２との位置調整をするための手
段であり、ｚ方向に磁場を発生させる永久磁石である。
永久磁石１２２は記録媒体１０２とカンチレバー１０３
との中間に配置されており、磁力による引力によりカン
チレバー１０３と記録媒体１０２との位置調整を行うも
のである。永久磁石１２２はカンチレバー１０３との距
離を調節するための永久磁石駆動素子１１９及び永久磁
石駆動回路１２０を有する。永久磁石駆動回路１２０は
ｚ方向位置制御回路１１８を介して電流検出回路１１６
と接続されている。本発明において、永久磁石としては
Ｓｍ−Ｃｏ磁石、アルニコ磁石などの合金磁石、Ｂａフ
ェライトなどのフェライト磁石、及び希土類磁石等、自
発磁化を持つものなら使用可能である。

【００２８】上記探針１０１と記録媒体１０２とを用い
た記録再生は以下のようにして行う。すなわち探針１０
１と記録媒体１０２を接触させた状態で、ｘｙ方向の走
査を行い、その状態で探針１０１と記録媒体１０２の間
に記録用電圧印加回路１１５に依り電圧を印加して情報
の記録を行い、また、探針と記録媒体の間の電流を電流
検出回路１１６により検出して再生を行う。

【００２９】複数の探針１０１と記録媒体１０２との相
対位置制御方法を、図６を用いて説明する。複数のカン
チレバー１０３はプロセス上の誤差や記録再生ヘッド１
０４そのものが有するうねり等により、初期状態の撓み
量にばらつきを生じている（図６（イ）参照）。また、
探針１０１の高さや記録媒体１０２表面のうねりも存在
するため、複数の探針先端と記録媒体との間隔はまちま
ちで通常１μｍ程度のばらつきが存在する。

【００３０】このような初期状態にある複数のカンチレ
バーａ〜ｆに対してｚ方向駆動素子１１０を駆動して記
録媒体１０２に近づける。この時、初期状態の間隔が小
さいものから順に（ｆ→ｂ→ｄ→…）接触していく（図
６（ロ）参照）。

【００３１】次に、すべての探針先端が記録媒体に接触
した（図６（ハ）参照）後、永久磁石１２２を駆動して
カンチレバー１０３に磁力による引力を作用させる。さ
らに、ｚ方向駆動素子１１０を逆向きに駆動し、最初に
記録媒体に接触した探針（ｆ）の駆動位置と、最後に記
録媒体に接触した探針（ａ）の駆動位置との中間位置で
駆動信号を保持し相対位置制御完了とする（図６（ニ）
参照）。

【００３２】磁力による引力の大きさは、カンチレバー
１０３と磁石１２２の間の距離の２乗に反比例し、探針
１０１先端と記録媒体１０２とが接触した状態から離れ
るまでにヒステリシスを有するため、アクチュエーター
のついていない各カンチレバー上の探針と記録媒体との
間隔のばらつきを図６（ハ）に示したような探針１０１
・記録媒体１０２間に斥力の働く強い接触状態でなく、
図６（ニ）に示したような弱い接触状態に補正すること
が可能である。この手法を用いることにより、大容量記
録再生を行うために複数の探針を使用する際にも、すべ
ての探針と記録媒体との間隔制御を接触という簡便な形
で行うことが可能である。

【００３３】本発明に係る位置調整手段であるところの
磁石１２２を有しない場合、図６（ロ）または（ハ）に
示されるような状態で記録再生を行うことになるが、図
６（ロ）のように各探針と記録媒体との間隔が異なる
と、探針と記録媒体との間隔が大きい探針は、トンネル
電流が流れずに記録再生できなくなる。また図６（ハ）
のように各探針と記録媒体が斥力の働く強い接触状態に
あると、探針を走査するときに記録媒体を破壊してしま
う。

【００３４】

【実施例】以下、実施例を挙げて本発明を詳細に説明す
る。

【００３５】実施例１本実施例は、図２に示したようなカンチレバーを１６
本、同一基板上にマトリックス配置し、図１に示したよ
うな装置を構成したものである。

【００３６】本実施例のカンチレバーは単結晶シリコン
基板上に半導体プロセス技術を用いて作製され、その作
製方法はまずＮｉ，Ｆｅ合金の磁性体層１０５を形成
し、次に弾性体１０６となるＳｉＯ₂薄膜を形成し、次
にＣｒ及びＡｕを積層した配線電極１０７を形成し、さ
らに、Ｗ（タングステン）の探針１０１を形成し、その
表面にＰｔをコーティングし、最後にカンチレバー部の
シリコンをエッチング除去して作製した。

【００３７】また、永久磁石にはＳｍ−Ｃｏ磁石を用
い、記録媒体にはＬＢ法によってＳＯＡＺ（スクアリリ
ウム−ビス−６−オクチルアズレン）を４層積層したも
のを用いた。本装置を用いて以下のようにして記録再生
の実験を行った。

【００３８】複数の探針と記録媒体との相対位置を図６
に示した方法にて制御した。すなわち複数のカンチレバ
ーａ〜ｆに対してｚ方向駆動素子１１０を駆動して記録
媒体１０２を近づけ、すべての探針先端が記録媒体に接
触した（図６（ハ）参照）後、カンチレバー１０３に磁
力を作用させた。さらに、ｚ方向駆動素子１１０を逆向
きに駆動し、最初に記録媒体に接触した探針（ｆ）の駆
動位置と最後に記録媒体に接触した探針（ａ）の駆動位
置との中間位置で駆動信号を保持し相対位置制御完了と
した。その後、探針と記録媒体との間に電圧を印加する
ことにより、記録媒体の一部の導電率が変化し、ビット
が形成された。また、形成されたビットに探針を接近さ
せ、探針と記録媒体との間に流れる電流を検知すること
により、ビットを検出することができた。複数の探針を
用い、それらをシフトレジスターを用いて並列に走査
し、信号の書き込み、読み取りを行った結果、高速で安
定な、且つ信頼性の高い情報の記録再生を行うことがで
きた。

【００３９】実施例２図３に本実施例における装置の断面図及び構成図、図４
にカンチレバーの断面図を示す。本実施例は実施例１と
基本構成は同一である。本実施例で実施例１と異なると
ころは、探針部分を磁性体で構成してその表面を導電性
にし、位置調整手段に電磁石１２３を用いたところにあ
る。以下、その異なる部分のみ説明する。

【００４０】本実施例のカンチレバーは、まず弾性体１
０６であるＳｉＯ₂薄膜を形成し、次に、Ｃｒ及びＡｕ
を積層した配線電極１０７を形成し、更に探針１０１部
分に探針形状をしたＦｅ₃Ｏ₄の磁性体層１０５を形成し
た後、その表面にＰｔ（プラチナ）をコーティングし、
最後にカンチレバー部のシリコンをエッチング除去して
作製した。

【００４１】電磁石１２３は、電流を調節して発生する
磁場を制御するための電磁石駆動回路１２１を有する。
電磁石駆動回路１２１はｚ方向位置制御回路１１８を介
して電流検出回路１１６と接続されている。

【００４２】本実施例においても、記録媒体にＳＯＡＺ
を用いて、実施例１と同様にして記録再生の実験を行っ
たところ、実施例１と同様に、高速で安定な、且つ信頼
性の高い情報の記録再生を行うことができた。

【００４３】実施例３図５に本実施例における装置の断面図及び構成図を示
す。本実施例は実施例１と基本構成は同一である。本実
施例においては、磁力が距離の２乗に反比例する効果を
より大きくするために、さらに磁石１２２を探針１０１
に接近させた。すなわち記録媒体１０２を支持する基板
にＢａフェライト磁石を用いることにより自発磁化を持
たせた。

【００４４】本実施例においては、探針１０１をｚ方向
駆動素子１１０にて記録媒体１０２に接近させていく途
中段階で磁場の引力により急激に記録媒体１０２方向に
引き込まれて接触する。その後ｚ方向駆動素子１１０を
逆方向に動作させて弱い接触状態となったところで記録
再生を行う。実施例１と比較して永久磁石及び永久磁石
の駆動素子の部分を省略することができるため、よりコ
ンパクトな構造にすることができる。

【００４５】本実施例においても記録媒体にＳＯＡＺを
用いて、実施例１と同様にして記録再生の実験を行った
ところ、実施例１と同様に、高速で安定な、且つ信頼性
の高い情報の記録再生を行うことができた。

【００４６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明は以下の
効果を奏する。

【００４７】（１）個々のカンチレバーにアクチュエー
ターを設けることなく、記録媒体と複数の探針との間隔
制御を接触という簡便な形で行うことができ、装置の簡
略化が成される。

【００４８】（２）複数の探針と記録媒体との接触は弱
い接触状態にあり、安定して高速駆動することができる
と共に、より一層信頼性の高い情報の記録再生を行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１における情報処理装置の構成図であ
る。

【図２】実施例１におけるカンチレバーの断面図であ
る。

【図３】実施例２に於ける情報処理装置の構成図であ
る。

【図４】実施例２におけるカンチレバーの断面図であ
る。

【図５】実施例３における情報処理装置の構成図であ
る。

【図６】複数の探針と記録媒体との相対位置制御方法を
示す図である。

【符号の説明】

１０１探針１０２記録媒体１０３カンチレバー１０４記録再生ヘッド１０５磁性体１０６弾性体１０７配線電極１０８基板電極１０９ｘｙ方向駆動素子１１０ｚ方向駆動素子１１１ｘｙ方向駆動回路１１２ｚ方向駆動回路１１３抵抗１１４抵抗１１５記録用電圧印加回路１１６電流検出回路１１７再生用電圧印加回路１１８ｚ方向位置制御回路１１９永久磁石駆動素子１２０永久磁石駆動回路１２１電磁石駆動回路１２２永久磁石１２３電磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者柳沢芳浩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)発明者黒田亮東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】片持ち梁（カンチレバー）に設けられた
探針を記録媒体に接触させ、該記録媒体に該探針を介し
て情報の記録及び／または再生を行う装置であって、上
記片持ち梁を磁力により変形させ上記探針を上記記録媒
体に対して位置調整を行う位置調整手段を有することを
特徴とする情報処理装置。
【請求項２】前記片持ち梁の一部が磁性体であること
を特徴とする請求項１に記載の情報処理装置。
【請求項３】前記位置調整手段が、電磁石であること
を特徴とする請求項１又は２に記載の情報処理装置。
【請求項４】前記位置調整手段が、永久磁石であるこ
とを特徴とする請求項１又は２に記載の情報処理装置。
【請求項５】前記記録媒体、該記録媒体に電圧を印加
するための基板電極、該記録媒体の支持体のうち、いず
れかに自発磁化が存在することを特徴とする請求項４に
記載の情報処理装置。