JPH06508954A - 微細構造アレイおよびそれの起動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 微細構造アレイおよびそれの起動装置 発明の背景 本発明は主として半導体装置と微細構造装置およびそれの製造の分野に関するも のであり、更に詳しく言えば、１つの特定の実施例においては肉眼でもとらえら れるような電気機械的要素の運動の必要を制限し、または解消するデータ記憶お よびデータ転送のための方法および装置に関するものである。

トランジスタがほとんど具空管の代わりをするようになって、他の種々の電子的 機能が今では固体装置により＠き換えられている。超小牛化の速度によって今で はワイヤその他の諸構成素子を２０ｎｍのように細くできる。製造されたｔ？１ １の寸法はミクロンからサブミクロンの範囲である。それらの微小なセンサおよ びアクチュエータを以後微小装置と呼ぶ。重要な用途は工業生産から顕微手術の 範囲に使用するための微小ロボットと、光の発生、変調および検出のための光学 両画と、生物学的処理および化学的処理のための完全な微小装置とを含む。

狙いは微小センサ、微小トランスデユーサ、触覚および振動検出アレイ、および 薄膜に使用するための物理的微小構造、化学的微小構造、および生物学的微小ｔ ｆ４造にある。そのような小型装置を製造するためにめられる性能は、リソグラ フィー、分子ビーム・エピタキシ、および金属／有機物蒸着においてすでに可能 にされている。それらの物質−処理技術および微小製造技術は、電磁センサおよ びアクチュエータとして機能できる種々の微小装置を製造するために、半導体製 造技術に組み合わされて成功している。微小装置は、たとえば、１９８８年６月 ６〜９日にサウスカロライナ州ヒルトン・ヘッドａ　０１ｉｌｔｏｎ　Ｈｅａｄ 　ｌ５ｌａｎｄ）において開催されたｒｌＥＥＥ固体センサおよびアクチュエー タ・セミナー（ＩＥＥＥＳｏｌｉｄ−５ｔａｔｅ　５ｅｎｓｏｒ　ａｎｄ　Ａｃ ｔｕａｔｏｒ　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ）　Ｊ　の議事録、１９８９年２月２０〜２２ 日にユタ州ソルト・レーク市において開催された「微小電気機械装置についての ＩＥＥＥセミナー（ＩＥＥＥ　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ　ｏｎ　Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃ ｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　５ｙｓｔｅ−タ）」の議事録、および１９９０年 ２月１１〜１４日にカリホルニア州ナパ・バレイ（Ｎａｐａ　Ｖａｌｌｅｙ）　 において開催された「微小電気機械装置についてのＩＥＥＥセミナー（ＩＥＥＥ 　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ　ｏｎ　Ｍｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　ｍｅｃｈａｎｉｃａ ｌ　ＳｙｓＬｅｍｓ）　Ｊ　の議事録に開示されている。それらをあらゆる目的 のための参照のためにここに収めた。

チップの上でマイクロエレクトロニクスに集積化された、またはハイブリッドと して集積化された微小装置のためにめられる工程は当業者にとって周知である。

たとえば、その技術は、あらゆる目的のために先にここに収めたＩＥＥＥ（１９ ９０）のケニーＣＫｅｎｎｙ）　他の「微小機械加工したシリコン電子トンネリ ング・センサ（Ａ　Ｘｉｃｒｏｗａｃｈｉｎｅｄ　５ｉｌｌｉｃｏｎ　Ｅｌｅｃ ｔｒｏｎ　Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　５ｅｎｓｏｒ）　Ｊに記載されている。

フローＩビイ・ディスクΦドライブ、ハード会ドライブおよび磁気テープのよう な電了的大容暖記憶装置は周知である。従来の改良された電子的人容暖記憶装置 へ、高い情報密度と、短いアクセス時間と、長時間安定性との３つの要因が請求 められている駆動力を提供していた。過去３０年にわたって、電子的データ人容 頃記憶装置のための普遍的な技術は磁気記録であった。磁気記憶装置の成功は、 少なくとも部分的には、速度は低下するが、競争力のある価格で希望のデータ容 ｗＬ（たと九ば、市販されているディスクでは１０７ビツト／Ｃ■２、および最 近の宣伝用ディスクでは１桁大きい）を提供するという着実な進歩と、それのほ とんど無制限の消去サイクル数とに帰することができる。十分な成功を収めてい るが、３つの要因を満足に満たす技術を提供するには困難に遭遇して０た。記憶 装置の階層の典型的な設計は工率背反性を含む。この工率背反性の結果としてほ とんどの装置は、プロセッサの速度、および（より遅い）磁気記憶装置により良 く整合させるため、長時間記憶のためにより大きい容量を得るために、（高価な ）半導体メモリの組合わせを含む。

磁気記録装置の基本的な素子は、磁化可能な記憶媒体と、この媒体へ情報を書込 むこととその媒体から情報を読出すことの少なくとも一方を行うことができるト ランスデユーサと、媒体とトランスデユーサを相対的に動かすための手段と、適 当な関連する電子装置とを備える。磁気記録装置においては、トランスデユーサ はヘッドと呼ばれる。最も一般的に用いられる２つのヘッド技術は誘導法および 磁束検出法を基にしており、たとえば、ミー　（ｌｅｅ）　他著「磁気記録ハン ドブック（Ｍａｇｎｅｔｔｃ　Ｒｅｃｏｒｄｉｎｇ　Ｈａｎｄｂｏｏｋ）　Ｊ　 マグロ−・ヒル０１ｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ）　、＋９９０、に記述されている。

あらゆる目的に対して参考のためにこれをここに収めた。

磁気記録／消去装置における誘導ヘッドは磁心に巻かれた線のコイルを含み、フ ァラデーの誘導法則に依存する。読出し過程においては、ヘッド／媒体の相対的 な運動によりヘッドは遷移領域における媒体の磁化の時間的な変化率をビックア フブさせられる。そうするとコイル中に電流が誘導される。書込み過程において は、コイルを流れる電流によってヘッド中に磁界が発生される。その磁界は磁化 された領域を記憶媒体に生じさせるために用いられる。誘導読出しトランスデユ ーサとは異なり、磁束感知読出しトランスデユーサは記録媒体に対する相対的な 運動を必要としない。磁束感知トランスデユーサは抵抗値の変化（磁気抵抗効果 ）、電界の変化（ホール効果）、および環状磁心の磁気抵抗の変化（磁束ゲート ）を基にするトランスデユーサを含む。ここにおける読出しトランスデユーサに ついての残りの説明のほとんどは磁気抵抗トランスデユーサに依存する。これは 限定することを意図するものではない。磁気抵抗ヘッドは、磁化の変化を伴う磁 性物質の抵抗値の変化に依存する。それは、誘導ヘッドの場合における磁束の変 化率に依存するのではなくて、磁束自体に依存する。したがって、その出力は媒 体からの瞬時磁界のみに依存し、ヘッド／媒体の相対速度、または磁束の時間的 変化率とは独立している。感知素子の出力の直線性を最適にするために、感知素 子は磁界でバイアスされる。多くのバイアス手法が利用されている。その手法の 最大のクラスは、磁気抵抗素子に非常に近接している補助微小構造を介してバイ アス磁界を供給する。更に、それは読出し専用装置であるから、それは誘導書込 みヘッドに組合わせるべきである。磁気抵抗テープ・ヘッドは市販されているが 、磁気抵抗ディスク・ヘッドはデモンストレーシ四ンの段階である。

それの優勢な位置にも拘らず、磁気記憶技術は、記憶装置自体ではな（て、大容 瞬記憶装置とコンピュータの間で動くヘッドによりデータを転送する現在の方法 から主として生ずるいくつかの基本的な問題で悩まされる。欠点は次の通りであ る。

（１）アクセス速度が比較的遅い。ディスク記憶装置からブロックを転送するた めに１０ミリ秒のオーダを要する。

（２）衝撃および震動に弱い。

（３）ヘプト／媒体の相対的な運動から生ずる材料の問題。材料の選択は、希望 の電電的性能と、摩擦学的（摩耗と摩擦）制約との間の妥協である。

（４）磁気記録装置の密度に対する実際的な制約は現在は読出し／書込みヘッド の寸法により現在定められる。多くの実施例においては現在それは理論的な制約 よりも２桁低い。原理的には、各磁区が１ビツトを符号化できる。実際には、個 々の磁区を探すこと、すなわちアドレスすることは、ヘッドの寸法のために今日 では克服できない事が判明している諸問題を生ずる。従来のヘッド／ディスク技 術を基にした磁気記録装置においては、各ビットが多数の磁区を含むことを実際 的な考察が指示する。そうすると理論的な記憶密度に達することが阻止される。

（５）媒体の表面に垂直な方向の磁化は距離とともに指数関数的に低下する。

ヘッド／媒体の間隔が広（なるのに対応して検出信号が失われる。したがって、 設計は、高密度記憶のために必須の狭い間隔と、接触を避けるために要求される 安定度を維持するための必要性との間の妥協である。

コンピュータ・アプリケーンタンは内部コンピュータ・メモリと、ディスクのよ うな外部記憶装置との間の多唾のデータ転送を必要とする。コンピュータの内部 処理速度と人力／出力（Ｉｌｏ）の速度とは一般に大きく食い違う。典型的なコ ンピュータ命令時間はマイクロ秒のオーダーから１０ナノ秒台までの範囲にわた る。データのセクタを転送するための典型的なオペレーン１ンはｌＯミリ秒台で ある。セクタの転送と単一命令の間の比較は、■１０のためおよび処理のために 要する相対的な時間を直接表すものではないことは明らかであるが、データ転送 集約的なアプリケーンタンにおける典型的な１１０時間が、典型的なＣＰＵ処理 時間よりも数桁以に長いことがある事が実際的な経験から周知である。処理と１ １０の間の速度のこの大きい食い違いは、それら２つの機能を特徴付ける時定数 の間の極めて大きな違いを反映するものである。ＣＰＵの処理時間はトランジス タのスイッチング時間により支配される。そのスイッチング時間は、従来のヘッ ド／ディスク人容票記憶装置に重要な肉眼で見える電気機械部品の動きの特性時 間より、何桁も短い。そのようなアプリケージロンにおいては、処理時間ではな くて、Ｉｌｏが、処理層を制約する要因である。コンピュータ処理の全体の速度 におけるこの手入な制約を克服する事が、コレクタ処理装置の設計における大き な問題である。

磁気ディスクはデータをトラックと呼ばれる同心円に記憶する。デジタル・デー タがトラックの周囲に直列に記憶される。各トラックはセクタに分割される。

セクタというのは連続するビットの群である。それらのビットは１回のＩ１０動 作中に、メモリとディスクの間で全体として転送されるアクセス・アームの端部 に設けられている読出し／書込みヘッドによりデータはアクセスされる。はとん どのディスク装置においては、２つの機械的な運動の組合わせにより、与えられ たセクタの上にヘッドが位置させられる。すなわち、ディスクが回転して角度位 置を与え、アクセス・アームが半径方向へ動いて半径方向位置を与える。ディス クの回転とアクセス・アームの運動の組合わせにより、ヘッドをディスクの任意 の点（ディスクおよびトラックの任意のセクタ）の上に位置させることができる 。

したがって、ディスクと内部コンピュータ・メモリの間でデータを移動させるた めに要する時間（アクセス時間）は３つの主な成分を有する。それらの成分はデ ータ記憶過程およびデータ検索過程における別々の３つの動作を表す。

（＋）シーク時間（またはアクセス運動時間）というのは、アクセス・アームが それの続出し／Ｉ込みヘッドを適切なトラックの上に位置させるために要する時 間である。

（２）回転遅延（または待ち時間）は回転するディスクが希望のセクタをアクセ ス・アームの丁へ移動させるために要する時間である。

（３）データ転送時間（またはデータ移動時間）はデータをディスクと主メモリ の間で転送させるために要する時間である。

ディスクで読出す（または書込み）ために要するアクセス時間は３つの時間の和 である： アクセス時間　＝　シーク時間中回転遅延＋データ転送時間平均ンーク時間と回 転遅延の和を以後位置決め時間と呼ぶことにする：位置決め時間　＝　ン一り時 間十回転遅延典型的な時間が示すように、ＨＰ　７９３５Ｈのキロバイト・セク タに対する平均シーク時間は２４　ｍ　Ｓ　＋回転遅延はＩｆ、ｌｍ５ｑデ一タ 転送時間は１．０ｍｓである。ＩＢＭ　３３８−０の対応する時間はそれぞれ１ Ｂｍｓ、８．３ｍｓ。

および０．３３ｍ５である。セクタからの実際のデータ転送時間より３０〜８０ 倍長いようである平均位置決め時間は、アクセス時間を制限する要因であること が明らかである。

従来の磁気記憶装置によるデータ記憶および検索の技術は、ヘッドと記憶媒体の 間の相対運動に依存する。記録媒体をヘッドの近くで送っている間に、両者の相 対運動により書込みまたは読出しを行える。一般に、この運動により読出し／書 込みヘッドと媒体中に記録されている空間パターンの間で転送がひき起こされる 。

書込み中に、記録される空間磁化パターンへの一時的人力データの変換を行う基 本的な過程はい（つかのステップを含む。

（１）磁気記録すべき情報（オーディオ、ビデオ、またはデータ）が時間的に変 化する電気信号として符号化される。

（２）符号化されたパターンの信号電流が書込みヘッド巻線へ加えられる。

（３）この電流はヘッドを磁化する。

（４）ヘッドからの縁部磁界が、動いている媒体の上に、電気信号で符号化され たパターンを再生する磁化の空間的に変化するパターンを生ずる。

読出し過程は、記録されている磁化パターンを時間的に変化する電気信号へ再変 換するために、同じヘッドまたは別のヘッドを用いる。その時間的に変化する電 気信号を、たとえば、データをコンピュータへ供給するため、またはスピーカを 駆動するため、あるいは受信機へ供給するために有用なレベルまで増幅できる。

ヘッドの側におけるディスクの回転はそれらの装置において二重の役割を演する 。

（ａ）読出し過程においては、ヘッド中の巻線が記憶媒体からの磁力線を横切っ て運動すると、それらの巻線中に電流を発生する。これは、媒体と誘導ヘッドの 間の与えられたビットの実際の転送の基礎を成す基本的な機構である。運動のこ の面は磁気抵抗ヘッドに対しては役割を演じない。

（ｂ）トラックに沿うヘッドの相対運動はセクタ内のデータを直列にアクセスす る。記録過程においては、これは、ヘッドに加えられた入力端子に従って磁化パ ターンを生ずる。入力信号の周波数をｆ１媒体が相対速度Ｖで動いているとする と、磁化パターン（ＯｓまたはＩｓ）がλ　＝　ｖ／ｆ　（１） により与えられる基本的な波長で記録される。

一般に、全ての一時的信号変化が関係 ｘ　＝　ｖｔ　（２） により空間変化へ変換される。ここに、Ｘは媒体に沿うパターン座標を示し、ｔ は入力信号の一時的座標である。ヘプト／媒体運動のこの面が誘導ヘッドおよび 磁気抵抗ヘッドのためにめられる。

速さＶへの依存に加えて、書込み過程に関連する現象はその他のパラメータのう ち、ヘッド媒体間隔ｄ（他には浮上高さとして知られている）に依存する。たと えば、ＩＥＥＥ学会報（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ＩＥＥＥ）　 ７４巻、１９８６年１１月号、所蔵の「磁気情報技術における特殊部門（Ｓｐｅ ｃｉａｌ　５ｅｃｔｉｏｎ　ｏｎ　ＭａｇｎｅｔｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　 Ｓｔｏｒａｇｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）　Ｊを参照されたい。アクチュエータ ではなくてセンサとして機能しているヘッドに付随する違いから離れて、媒体か ら読出された時に発生される信号は、Ｖとｄを含めて、それらの同じパラメータ のほとんどの関数である。

半導体ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭｓ）も当業者には周知である。ＲＡ Ｍはチップ上で集積化されて、いくつかの周辺回路を有するメモリセルのセット を備える。ＲＡＭ５は、たとえば、ボラト（Ｐｏｒａｔ）　他著「デジタル技術 入門（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｔｏ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｓ）　Ｊジ１ン・ワイリー（Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ）　１９７９年、を参照され たい。これをあらゆる目的の参考のためにここに収めた。

一般に、ＲＡＭ回路は、アドレッシング（アクセスのための特定の場所の選択） と、電力供給と、ファンアウト（多数の向きへの信号の送信）と、使用可能な出 力信号を発生するためにめられる調整とを含めたい（つかの機能を実行する。

ＲＡＭメモリにおいては、アドレッシングのやり方は希望のセルに対する直接ア クセスを許し、アクセス時間はセルの場所とは独立している。それから選択され た部分が使用のためにとり出される。ＲＡＭは一般にＣＰＵと両立できるほど十 分速いが、大容量記憶装置として使用するためには一般に高価すぎる。更に、メ モリを定期的にリフレッシュするために電源を供給せねばならないという意味で ＲＡＭは一般に揮発性である。したがって、それらを長期間記憶のために使用で きない。ＲＡＭの代わり１つはＥＰＲＯＭ５　（電子的に消去可能な読出し専用 メモリ）のようなＲＯＭを含む。そのようなメモリはリフレッシュ・サイクルを 必要としないが、１回だけプログラム可能であるという明らかな欠点を持つ。Ｅ ＡＲＯＭ　（電気的に変更可能な読出し専用メモリ）またはＥＥＲＯＭ（電気的 に消去可能な読出し専用メモリ）のような、繰り返し書込むことができる別の不 揮発性半導体メモリは、長期間記憶のための磁気メモリの信頼度に近い信頼度を 提供しない。

走査トンネル型顕微鏡（ＳＴＭ）は表面特性を測定するために用いられる装置で ある。それは、導電性表面の電子構造をトンネル効果により調べることができる 、タングステンで通常製作されている鋭い針を備える。そのプローブは表面の極 めて近（に置かれ、それの上で物理的に走査させられる。この装置は、たとえば 、導体の静的表面特性を特徴付けるための道具である。それは表面情報を原子的 スケールで提供する点で独特のものであり、生物学的システムから遠隔ロボット までの範囲にわたる開かれた機会を有する。ＳＴＭの派生装置がトンネル・セン サの性能を導電性表面は勿論非導電性表面の測定まで拡張してきた。

しかし、広く関心を持たれているが、ＳＴＭプローブにより表面を物理的に走査 するために要する時間よりはるかに短い時間尺度で起きる過渡表面効果を含んで いるあらゆる種類の現象が存在する。それらの効果の多（は新しい電子材料、新 しい装置、および新しい回路の開発に伴って直接生ずる。したがって、表面効果 の応用のｗＬ要性、表面特性が容積特性とは大きく興なり、かつ容積の特性はど は知られていないという事実、および動的表面効果を従来の方法により原子的尺 度で測定する事が困難であること、のようないくつかの要因の集まりから由来す る動的な表面効果を測定する新規な方法を開発する必要がある。

発明の概要 サブミリメートル自トランスデユーサ（センサ／アクチュエータ）のアレイがサ ポート電子装置によりチップの上に形成され、またはハイブリッドとして形成さ れる。そのトランスデユーサ・アレイにおいては、データを記憶媒体から読出し 、または記憶媒体へデータを書込むために、個々のトランスデユーサがとくに選 択された位置、およびと（に選択された時刻において動作する。アドレッシング のやり方により個々の任意のトランスデユーサを直接アクセスする。この場合の アクセス時間はアレイ中のトランスデユーサの場所とはほとんど独立している。

アレイ上の個々のトランスデユーサは選択されたアドレスにおいて、およびとく に関連する時刻に起動させられ、それらのトランスデユーサの動作はトランスデ ユーサ・システム全体としての機能へ電子的に変換される。トランスデユーサを 起動させる位置および時刻の選択はトランスデユーサ・アレイの特定の応用によ り決定される。それらの選択の性質については、本発明の以下の特定の実施例を 参昭することにより更に理解できる。

一実施例によれば、半導体メモリに対するアクセスを特徴付ける電子的スイッチ ングの固有の速度を持つ磁気記憶技術を本発明は利用する。これは、磁気記憶の ために読出し／ＩＩ込みトランスデユーサとして現在用いられている肉眼で見え るような動くヘッドの代わりに、チップ上の相互に接続されているサブミリメー トル磁気トランスデユーサのアレイを用いることにより、行われる。

１つの好適な実施例においては、本発明は、（ｉ）微小なデータ記憶セルの検出 と起動の少な（とも一方を行うことができる適当に相互接続されたサブミリメー トル・トランスデユーサと、（ｉｉ）選択された個々のトランスデユーサを起動 させるための電子的スイッチングと、の組み合わせによりデータ転送を実行する 。トランスデユーサが起動される空間点は、読出しまたは書込むべきメモリ場所 に対応する点である。全てのデータ・ブロックを一度に移動できるように、選択 されたトランスデユーサが起動される時刻はほぼ同じである。好適な実施例にお いては、電子的にスイッチングされる装置は、データを選択されたトランスデユ ーサとの間でほぼ同じ時刻にやり取りする。本発明の１つの面に従えば、アレイ 全体として統合的に動作させるために、トランスデユーサは電子装置によりアレ イ状に相互に接続され、選択された個々のトランスデユーサを特定の時刻に起動 させることにより、単独で動作するトランスデユーサでは発揮できない性能を果 たす。

本発明の別の面によれば、表面走査を物理的ではなくて電子的に実行することに より、動的表面効果の測定に走査型トンネル顕微鏡のアレイが利用される。プロ ープが移動させられる空間点の選択は、測定すべき動的効果が上を伝わるような 点により決定される。接続されたプローブが起動される時刻は、選択された空間 点の上における効果の伝播に一致するように選択される。

以上の説明および図面を参明することにより発明を更に理解できる。

図面の簡単な説明 図１は発明を示す全体のブロック図である。

図２は、一致して書込むための２本の交差線と、図１に示されている発明の実施 例に従ってトランスデユーサ・セルのアレイと磁気メモリの間でデータを転送す るために用いられる磁気抵抗読出しトランスデユーサとを備える、単一セルのト ランスデユーサ構成を示す。書込みトランスデユーサは読出しトランスデユーサ のために必要なバイアス磁界も供給する。

図３は鼻込むための単一のループと、図１に示されている発明の実施例に従って トランスデユーサ・セルのアレイと磁気メモリの間でデータを転送するためにノ スデューサ構成を示す。書込みトランスデユーサは読出しトランスデユーサのた めに必要なバイアス磁界も供給する。

図４ａ〜４ｃは図２に示されているセル構成に従って磁気媒体へデータを書込む ために用いられる回路である。

図６は図２に示されているセル構成に従って書込み回路を駆動する電源を示す。

図６および図７は指定されていない行中の最初の２個のセルのための読出し条横 化回路を示す（それぞれＭＯＳおよびバイポーラ）。

図８は固定記憶装置を有する高速直列バッファのブロック図である。

図９は本発明の５７Ｍプローブのアレイを示す。

好適な実施例の詳細な説明 内容 ■、定義 ｎ、ａ括 ■９Ｍ気データ記憶アレイ Ａ、静止実施例 １、書込みトランスデユーサ ２、読出しトランスデユーサ Ｂ、マイクロマシン実施例 Ｃ，Ｓ込み／続出し回路 ０．１１造法の流れ Ｅ１代表的な応用 ■、走査型トンネル顕微鏡アレイ ここで用いられる下記の用語は下記のような一般的な意味を持つことを意図する ものである。

「トランスデユーサ」は検出（装置の圧力、磁界、湿度等のような物理量を測定 する）と起動（物理量を装置へ供給する）の少なくとも一方のために用いられる 。本発明の好適な面に従って用いられるトランスデユーサ装置のうちに、記録材 料の上にデータ・ビットが存在するか、存在しないかを検出するように磁性材料 の１つまたは複数の特性を検出し、データ・ビットが存在するか、存在しないか を記録媒体の上に記録するように記録材料の１つまたは複数の特性を起動させる ために用いられるトランスデユーサのアレイと、動的表面効果を測定するために 用いられる５７Ｍプローブのアレイとがある。

「磁気トランスデユーサ」は、読出しのための磁界の記録または検出のための磁 化を生成するトランスデユーサを意味する。

「起動」は、トランスデユーサをアドレッシングするステップ、およびそれの接 続された機能を実行するためのオペレージ８ンを指す。ＭＡＧＦＥＴｓの特定の 例においては、起動はＭＡＧＦＥＴをアドレッシングし、周囲の磁界を検出する ためのＭＡＧＦＥＴを動作させるステップを指す。別の例として、磁気コイルの 特定の場合には、起動はコイルをアドレッシングし、コイルに電流を流して、磁 性材料に「０」または「１」を形成させるために十分な磁界を供給するステップ を指す。磁気抵抗素子の特定の場合には、起動は素子の抵抗率のアドレッシング および検出を指す。その抵抗率は磁化に応じて変化する。

■、総括 本発明はサブミリメートル・トランスデユーサすなわち微小装置を電子装置にア レイ状に組合わせて、外挿の応用に使用するための新規な機能を実行する性能を 持つ集積化されたトランスデユーサ装置を製造する。アレイ上の特定の空間点に おいて動作するようにトランスデユーサは個々に選択され、選択された個々のト ランスデユーサが動作する時刻は、別の選択されたトランスデユーサが動作する 時刻および点にと（に関連付けられる。それらの新規な機能は、個々のトランス デユーサが中油で動作する時、特定の空間点において、ただし相互に関連しない か、それらの点に関連しないような時刻にトランスデユーサが集合的に動作する 時、または特定の時間において、ただし相互に関連しないか、それらの時刻に関 連しないような点においてトランスデユーサが集合的に動作する時には一般に利 用できない。微小装置は、たとえば、震動または回転のような微小な機械的運動 を伴うものと、それらの運動を伴わないものとの、２Ｎ類の全般的な型のものと することができる。トランスデユーサの選択、それらのトランスデユーサが動作 する時刻の選択、選択された各トランスデユーサが動作する位置の選択は、トラ ンスデユーサ・アレイにより実行すべき機能に一般に依存する。

本発明は進歩した材料処理技術および微小製造技術を現在の集積回路技術に組合 わせて、サポート電子装置とともに集積化されるサブミリメータ・トランスデユ ーサ（センサ／アクチュエータ）のアレイをチップの上に、またはハイブリッド として製造するものである。製造されたアレイにおいては、個々のトランスデユ ーサはとくに選択された位置または時刻において動作して、トランスデユーサ装 置へ新規な性能を提供するものである。アドレッシング技術は任意のトランスデ ユーサを直接アクセスし、アクセス時間はアレイ中のトランスデユーサの場所と は独立している。アレイにおける個々のトランスデユーサは選択されたアドレス において、とくに関連する時刻に起動させられ、それらのトランスデユーサの動 作は全体としてトランスデユーサ装置の機能へ電子的に変換される。

一実施例によれば、本発明は磁気記憶技術の主な利点と半導体メモリのアクセス を特徴付ける電子的スイッチングの固有の速度とを組合わせる。これはＳ磁気記 録のための読出し／ｍｌ込みトランスデユーサとして現在役立っている肉眼で見 えるような動くヘッドの代わりに、チップ上の相互に接続されているサブミリメ ートルｍｘトランスデユーサを用い、記憶媒体の運動を無（すか、減少させるこ とにより達成される。結果として、高速かつ頑丈であり、保守作業が不要で、小 型で、信頼性が高い全電磁、長期間、大容量記憶装置が得られる。

好適な一実施例においては、（ｉ）磁気データ記憶セルのような微小データ記憶 セルの感知と起動の少なくとも一方を行うことができる適当に相互接続されたサ ブミリメートル・トランスデユーサと、（ｉｉ）データを読出しおよび書込むた めに選択された個々のトランスデユーサを起動させるための電子的スイッチング との組合わせにより、データ転送を行う。好適な実施例においては、電子的スイ ッチング装置は、起動されているトランスデユーサとの間で、はぼ同じ時刻にデ ータを転送する。

本発明の特定の方法が、各種の大容量記憶媒体との間でのデータの転送に適用さ れる。それを実行するために、チップ上に電子装置とともに集積化された微小装 置のアレイが、個々の任意のトランスデユーサに対する直接アクセスのために編 成される。この場合にはアクセス時間はアレイ上のトランスデユーサの場所とは 独立しており、各トランスデユーサは１つまたは複数のデータ・ビットを記憶媒 体上の対応する場所との間で転送できる。アレイは記憶媒体のすぐ近くに置かれ 、とくに選択された場所における個々のトランスデユーサがほぼ同じ時刻に電子 的に起動されて、データのブロックを媒体との間でまとめて転送する。全体とし て機能するために電子的に相互接続された個々のサブミリメートル・トランスデ ユーサのアレイを備え、全体として機能する時に大容量記憶装置との間でデータ のブロックを１度に転送できる。そのようなトランスデユーサ装置のことをここ では転送ボードと呼ぶことにする。磁気記録媒体の特定の場合には、符号化され ているデータを含んでいる入力信号に従って記憶媒体中に磁気を誘導させること がまとめてでき（書込み動作）、かつそれとは逆に、記録されているデータを含 んでいる出力信号を発生するために記憶媒体中の磁化パターンを検出できる（Ｍ 出し動作）。別のメモリ技術（たとえば、磁気光学、位相変化、バンブ形成、− レーザ・ダイオードのアレイを用いる−または超伝導のような）も記憶媒体とし て機能でき、磁気媒体について述べることは限定する意図ではない。

本発明の好適な面によれば、記憶媒体は、フロッピーディスクまたはハードディ スクのような、現在の技術の記憶媒体と同じもの、またはそれと両立するものと することができる。従来の読出し／書込み装置のヘッドが全体として機能するア レイへ適当な電子装置により相互接続されているサブミリメートル・トランスデ ユーサで置き換えられ、データ転送中は磁化可能な媒体とトランスデユーサ・ア レイは全体としては互いに動かないが、ある実施例においては、データ転送の前 にデータのブロックの上で整列または位置決めするための限られた運動を本発明 により許すことができる。

本発明は、コンピュータ争メモリと大容量記憶装置の間のデータの転送に応用さ れた時は、データ転送を行う手段として微小装置のアレイを用いることにより、 従来の人容頃記憶技術の短所と欠点を克服し、性能が向上した大容置記憶装置と なる。たとえば、ディスク・ドライブ技術を基にしている装置の位置決め時間の 原因であった２欅類の肉眼でも見える機械的運動を無（すか、減少することによ り位置決め時間自体を無（すことによって、ある実施例においては、磁気記録の 利点を失う事なしに、アクセス時間が短縮される。本発明を基にしている装置に おいては、回転データ・ディスクと標準的なディスクΦドライブのアクセス・ア ームの組合わせの代わりに、現在の技術のデータ・ディスクおよび転送ボードの ２つの静止隣接ディスクが用いられる。概念的には、転送ボードと記憶媒体は適 当に隣接させるべき質なる部品である。物理的には、単一の基板上に１つの製造 法により２つを一緒に製造して単一の装置を形成できる。これは本発明の特定の 実施例のためのケースである。別の実施例においては、データ・ディスクと磁気 記憶媒体は別々の装置として製造される。一般に、転送ボードと記憶媒体を単一 の装置として製造するか、別々の方法で製造してから結合するかは、記憶媒体の ＦＩＷ４と、読出し／書込みトランスデユーサの種類と、材料のｌｌｌ類とに依 存する。

データ転送のために要する時間は、ある実施例においては、Ｋ１０に対しては数 桁も短縮され、それに伴って、拡張１１０を要求するあらゆる用途に対するコン ピュータ処理速度が向上する。データ・ディスクも転送ボードも動かず、あるい は連動が大幅に減少させられるから、それらの形は円形である必要はない。もっ とも、それらが同じ形であるならば最も効率的である。転送ボードは記憶媒体に 関して静止しているから、ヘッド／媒体の運動による材料に関連する諸問題は減 少させられる。摩擦または摩擦に対する保護の必要がないか、必要が減少するか ら、摩擦学的諸問題は大幅に減少させられる。これはデータ記憶材料の選択にお いて重要である。その材料はそれの磁気特性について現在は最適にできる。更に 、肉眼で見えるようなヘッドにより少数の磁区または個々の磁区の場所を探した り、アドレッシングすることに付随する諸問題が減少させられる。

本発明の一実施例においては、記憶媒体の上における与えられた情報セルの場所 は、情報セルに対して読出しと書込みの少なくとも一方を行う転送ボードにお〜 ）で特定のトランスデユーサにより行われる。１ビツトを符号化できる最少数の 磁区は本発明の方法において、読出し／書込み過程において単一の微小装置と交 差する磁区の数により定められる。データを転送するたびにボード上のトランス デユーサをメモリ場所に関して位置させることを要しないことが、一般に転送ボ ード概念の特徴である。与えられた情報セルの記憶媒体上の場所は、この情報セ ルに対して読出しと書込みの少なくとも一方を行う特定のトランスデユーサによ り定められる。各微小装置は、その対応する情報セルと、記憶媒体上の各情報セ ルの相対位置と、固定されている転送ボード上のその対応するトランスデユーサ とを定める。したがって、各情報セルはその独特の対応するトランスデユーサと の交差を介してアクセスされる。それからそれは電子的に実現されるアドレッシ ングのやり方により直接アクセスされる。いいかえると、転送ボードは磁気媒体 に関して自己整列する。これは、各ヘッドが読出しまたは書込むたびにヘッドを 正確に位置させねばならない従来のディスク・ドライブの場合とは、定性的には 対照的である。ディスクΦドライブ技術を基にした装置において読出し／書込み トランスデユーサとして機能する動くヘッドの肉眼で見える寸法から起きる、個 々の磁区の場所を探し、アドレッシングするというそれらの問題を解消すること により、各磁区が１ビツトを符号化し、それに伴って記憶密度が２桁高くなった 記憶装置への道が開かれる。

記憶媒体からの読出し／書込みトランスデユーサの最小間隔に対する運動に関連 する制約は、本発明のある面に従って減少させられ、または解消される。データ ・ディスクと転送ボードの間の相対的な肉眼で見える運動の不存在または減少に より、ディスク／ボード間隔をディスク・ドライブのそれと比較して大幅に小さ くできる。間隔のそのような減少によりセンサ／アクチュエータを非常に弱い信 号で機能させることができる。

したがって、ディスク・ドライブおよび回転ディスクの運動の代わりをする、チ ップＩ−に微小装置のアレイを備えるトランスデユーサ装置を基にした大容量記 憶装置の結果として、コンピュータ処理速度が大幅に向上するばかりでなく、磁 気記憶装置の容量を２桁増大させることの主な制約を除去するものである。

本発明の方法の別の特定の実施は原子的スケールで動的な表面効果の測定に適用 される。この実施は、単一プローブ走査型トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）、および静 的特性だけを測定する従来技術のそれの一般化の制約を克服するために、単一プ ローブ装置による物理的走査の代わりに、アレイ上の多数のＳＴＭ）ンネル効果 プローブによる電子的走査を用いる。本発明の方法の実施においては、チップの 上で電子装置と共に集積化され、またはハイブリッドとして集積化された単一プ ローブのアレイが任意の個々のプローブを直接アクセスするために編成される。

その場合には、アクセス時間はアレイ上のプローブの場所とはほとんど独立であ り、各プローブは表面からの距離をトンネル効果により検出できる。アレイは表 面のすぐ近くに置かれ、アレイ上のと（に選択された空間点における個々のプロ ーブが、動的効果を測定するように、それらの選択された空間点の上における動 的効果の伝播に一致するために選択される時刻に電子的に起動させられる。動的 効果の測定前は、アレイ中のチップは以前に測定された静的表面輪郭へ調整され たが、これはこの方法の応用のためにはめられない。

図１は本発明の一実施例の斜視図である。本発明は適当な基板２を含む。

この基板の上に複数のトランスデユーサ４が置かれ、または形成される。トラン スデユーサ４に隣接し、または接触して第２の基板６が設けられる。第２の基板 の少なくとも１つの表面の上に、記録表面８が形成される。各セル−トランスデ ユーサプラス電子装置−は約１０００μｍ２以下、好ましくは約１００μｍ２以 Ｆ１最も好ましくは１０μｍ２以下の面積を占める事が好ましい。ある実施例に おいては、トランスデユーサは約１０’／ｃｍ’のセル密度、好ましくは約１０ ’／Ｃ■２の密度、最も好ましくは約１０’／ｃｍ２の密度を持つアレイで形成 される。

本発明の好適な一実施例によれば、トランスデユーサ４は磁気トランスデユーサ である。本の１つの特定の実施例では、磁気トランスデユーサが記録材料の磁化 を検出するようにされる。この目的のために適当な磁気トランスデユーサは分割 ドレイン磁界感知金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＡＧＦＥＴｓ）を 含む。アレイ中に製造されたそれらの装置は、たとえば、クラーク（Ｃｌａｒｋ ）著ｒｃＭＯ５磁気センサ・アレイ（ＣＭＯ５Ｍａｇｎｅｔｉｃ　５ｅｎｓｏｒ 　Ａｒｒｅｙｓ）　Ｊ　Ｔ　Ｅ　Ｅ　ＥＴＨ−０２１５−４／８８１００００− ００７２　（１９８８）　に開示されテいる。これはあらゆる目的のためにここ に収めた。本発明に関連して適当な別のトランスデユーサは、ヘッドで書込むた めに用いられる種類の磁気抵抗片（ジャギリンスキー（Ｊａｇｌｅｌｅｉｎｓｋ ｉ）著「将来の高性能磁気記録ヘッド用材料（閾ａｔｅｒｉａｌｓ　ｆｏｒ　Ｆ ｕｔｕｒｅ　Ｈｉｇｈ　Ｐｅｒずｏｒｗｓｎｃｅ　Ｍａｇｎｅｔｉｃ　Ｒｅｃｏ ｒｄｉｎｇ　Ｈｅａｄｓ）　Ｊ　ＭＲＳ　プ泣e ン（ＭＲ３Ｂｕｌｌｅｔｉｎ）、１９９０年３月、参考のためにここに収めた） 、１９８８年６月６〜９日に開催されたｒＥＥＥ固体センサおよびアクチュエー タ・セミナー　（ＩＥＥＥ　５ｏｌｉｄ　５ｔａｔｅ　５ｅｎｓｏｒ　ａｎｄ　 Ａｃｔｕａｔｏｒ　Ｗｏｒｋｓｈｐ）における、アーフェルド（Ｅｈｒｆｅｌｄ ）の「リガ法：Ｘ線リソグラフィによるセンサ製造技術　（ＬＩＧＡ　ｐｒｏｃ ｅｓｓ：　５ｅｎｓｏｒ　Ｃｏｎ５ｔｒｕｃｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　 Ｖｉａ　Ｘ−Ｒ＠ｙ　Ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）　Ｊに開示さ黷■ いるような微小フィル、これもあらゆる目的で参考のためにここに収めた、およ び図２に示すような交差線を含む。それらの実施例によれば、記録表面８は当業 者に知られている！９！類の磁気記録材料である。適当な磁気記録材料は、たと えば、酸化鉄（７−Ｆｅ７０３）％バリウム・フィライト（Ｂａｏ　・６Ｆｅｚ ｏｔ）％および希土類フェライトを含む。図２および図３に示されている実施例 に従って、読出しトランスデユーサと書込みトランスデユーサは磁気記録媒体の 上に直接付着される。別の実施例においては、基板と記録材料は約＋００ｎｍと ３００ｎｍの間、好ましくは約２０ｎｍ隔てることが好ましい。各トランスデユ ーサは、データの弔−ビットが記憶媒体に対して読出しと書込みの少な（とも一 方を行う場所に対応する。

典〒的には、記録媒体は、薄膜非磁性バインダ中に懸濁された磁性粒子で構成さ れる。記録応用のために強磁性膜とフェリ磁性膜を使用できる。

磁気記録媒体の性能を特徴付ける際にいくつかのパラメータが重要な役割を演す る。磁化Ｍは媒体のバルク特性である。加えられた磁界がＨで示される。飽和磁 化Ｍ、は高いＨ磁界でＭが到達する制限値である。残留磁気Ｍ、は零Ｈ磁界にお いて材料が保持できるＭの最大値である。したがって、それは、読出し過程にお いて検出のために利用できる磁界に相関する。Ｈの向きのＭの成分を零まで減少 させるために必要なＨ磁界は保磁力Ｈ７と呼ばれる。

また、磁化可能な媒体は、Ｍ、に等しい値を持ち、磁区と呼ばれる一様な磁化の 領域により特徴付けられる。各領域は２つの安定な向きの（状態）磁化を有する 。それらの磁化は記憶媒体の２進特性を提供し、十分に強い磁界Ｈにより切り換 えることができる。磁区の磁化の向きを変更させるために要する最低磁界はスイ ッチング磁界と呼ばれ、保磁力のオーダである。ビットは一連の逆向きに磁化の 領域として記録される。

ここでの媒体の選択に際して考察すべきことが５つある。

（１）媒体は書込みトランスデユーサ磁界における磁化に対して十分に敏感でな ければならない。

（２）読出しトランスデユーサ中に測定可能な抵抗率変化を生ずる誘導磁界を生 ずるために、媒体は書込み動作の結果として十分な残留磁気を保持せねばならな い。

（３）媒体の飽和保磁力は、データ記憶セル中の磁化の向きまたは存在を、書込 みトランスデユーサにより、それの２つの状ｆｉ（すなわち、切り換えられる２ 進状ｆｉ）の間で容易に逆にできるようなものでなければならない。

（４）記録媒体は、読出し／１１込みトランスデユーサ回路内では電気的相互作 用を行ってはならない。このことは、誘導性書込みトランスデユーサの近くにこ の磁気媒体が存在することによりひき起こされる相互インダクタンスの増加に対 する考察においてとくに重要である。その増加が大きすぎるとすると、書込み動 作が４分な動作速度を持たないことがある。

（５）最後の要求は、磁気媒体がサポートできる２Ｍ類の磁化パターン、長手方 向と垂直（またはＷ行）に関係がある。設計のために選択された読出しトランス デユーサと書込みトランスデユーサは、記録媒体に垂直な磁界に依存する。した がって、そのような設計の媒体はその表面に垂直な磁化成分をサポートできなけ ればならない。

磁気ディスクと磁気テープ媒体の少なくとも一方に使用できる、およそ２４種類 の一般的な材料、強磁性体とフェリ磁性体が存在する。それらの材料のほとんど はマイクロ摩擦学的特性に対して最適にされる。というのは、既存の大容量記憶 装置は記憶媒体の上で読出し／書込みヘッドを動かす必要があるからである。

この装置は固定されているから、ディスクまたはテープに関連する制約の下には ない。したがって、我々の用途に利用できる可能な薄膜データ記憶材料が非常に 多数存在する（もっとも、設計により、はとんどの実施例においては媒体はフェ リ磁性体でなければならない）。

適当な媒体の１つの例がバリウム・フェライト物質群である。それらの材料は良 く理解されている、安価で、（全ての一般的な技術により）薄膜として付着する 事が容易であり、室温で安定しており、汚染されない。−例がＢａ０・６Ｆｅ。

０１　（「フェライト３」）である。この材料はいくつかの記録応用に既に用い られている。それの磁化は３．２ＫＧであり、保磁力は３０００　０ｅ、磁界温 度が４５０℃である。バリウム・フェライト族には、特性が僅かに異なる無数の 構成の変化がある。これによって特定のセル構造内の磁界に一致する特定のフェ ライトを選択することが可能にされる。バリウム・フェライトの別の１つの著名 な利点は、サブミクロン（＜＝Ｏ，１μｍ）の粒子状でスパッタリングすること により付着できる事である。それらの材料は分離することなしにパターン化させ ることもできる。

い（つかの実施例では、保磁力が３００〜５００　０ｅの範囲である記憶材料が 望ましい。そのような磁性材料は多数ある。しかし、そのように比較的低い保磁 力の材料では、パフケージ全体を環境に対して磁気遮蔽せねばならない事が最も ありそうである。

各トランスデユーサは語線１０とビット線藍２へ接続される。選択されたトラン スデユーサを動作させるための適切な電圧信号または電流信号を供給するために 、語５ｉｌｏとビット線１２はトランスデユーサへ接続される。

１、霞込みトランスデユーサ 個々のビットの記憶は、書込みトランスデユーサを用いて薄膜磁気記憶媒体を磁 化することにより行われる。このトランスデユーサは特定の記憶ノード内の記憶 媒体の磁区を向かせ、磁界がもはや加えられなくなった後で媒体中に残留磁気誘 岬を残すために１・分な大きさの単なる磁界源Ｈである。２進データ記憶の場合 には、１状態またはＯ状態を区別するためには、個々の記憶セル中の２つの向き のうちの１つに記憶媒体を弔に磁化するだけで十分である。２つの磁化状態の間 の違いは、検出（すなわち、読出し）中は明確であるように十分である必要が烏 るだＩ＋である。残ｆｗＭ導磁界の絶対値は、トランスデユーサの感度および支 持ｙ＠７装置ＦＦによってのみ制約される。書込みトランスデユーサは異方性の 反転可能な磁界を生ずる清遊であれば任徹の種類のものとすることができる。典 型的には、トラシスデューサは電流ループ、コイル、またはその他のインダクタ とすることができる。

ＭＷ性書込みトランスデユーサに対する制約は一般に次の通りである。

（＋）トランスデユーサが大きな電力を消費せず、記録装置全体の帯域幅内でＬ 　ＣＲ発振を生じないように、トランスデユーサは低抵抗値の導電体で製造でき ろ− （２）トランスデユーサは指示ｉ　Ｔ−ｖ＆ｍとインタフェースする必要がある 。とくに、実際の電気信号を、記録装置の周波数要求内の上のな磁界へ容易に変 換できねばならない。

（３）肉込みトランスデユーサは保磁力が最小であるか、好ましくは非磁性でな ければならない。これはすぐ動作を適切に機能させるために重要である。さもｔ ｉいと、記録導体は書込みトランスデユーサへ帰還し、トランスデユーサの相互 インダクタンスは装置の動作を遅クシ、隣接する記憶セルと望ましくない相互作 用をひき起こす。

（４１ｆｌｌ込みトランスデユーサは、十分な残留磁気を保持する事なしに、高 い反転可能な磁界を生じなければならない。

（５）２選書込み動作におけるあいまいさをなくすために、書込みトランスデユ ー舛は低ノイズ装置である必要がある。これは本発明において提案されている鐸 −の微小構造記録アレイにおいてとくに重要である。

誘導書込みトランスデユーサは２つの基本的設計で構成される。

（１）磁性膜の両側の交差線。これは書込みに同時動作の必要がある。

（２）屯−コイル。これはそれ自体で書込む。

それらの基本的構成には変更がある。たとえば、交差線は直線状とすることがで き、または各交差線自体をコイルにできる。有用な情報を与えられた区域に書込 むためにコイルではより小さい電流でよいから、交差する単一ループコイルは１ ＩＩｒｎ状交差線より有利である。それらの書込み構成が磁気抵抗読出しトラン スデユーサに絹合わされた時に、付加可能性が生ずる。とくに、単一コイルでは 続出しトランスデユーサをコイルからの磁性膜の両側、コイルと膜の閏、または コイルの内側に設けることができる。２つの基本的の構成が図２と図３に示され ている。

図２はここで利用される書込みトランスデユーサの特定の実施例を示す。図２８ に示すように、このトランスデユーサは強磁性１１１［２０２に書込むために用 いら第１る。強磁性膜の一方の側に第１の線すなわち導体２０４が置かれ、第２ の導体２０６が第１の導体とは反対の側に、第１の導体の向きに対して直角な向 きに置かれる。第１の導体に電流ｉ、を流し、第２の導体に電流ｉ、を流すこと により、導体への声込みが行われる。電流パルスが線を流れると、右手の法則に 従って磁諷誘瑯が綽を一方性的に囲む。したがって、記憶媒体中に建設的妨害ま たは破壊的妨害が存在する。妨害（１１段的または破壊的）の向きと性質が、媒 体中の、書込み綿の交差佐賀の近くの４つの象限における磁区の磁化状態を支配 する。媒体中の４つの可能な向きが２進１状態または０状顛に対応する。読出し は線を囲んでいる４つの峻限内の続出しトランスデユーサ２０８を介して行われ る。図２ｂは書込み＃２０４．２０６の詳細を示す。図示のように、書込み線は 、セルの外側に全体としてより太い（たとえば、２×１μｍ）部分を、およびセ ルの内部に全体上してより細い（たとえば、０．１μｍ’）　部分を含む。セル の長さは例えば３ｚｚｍである。

図３は霞込みトランスデユーサの別の実施例を示す。この実施例においては、強 磁性体のほぼ甲らな表面の１．または下にループ状にパターン化される。この実 絶倒においては、ループ３０２を流れる電流は磁気媒体中の磁化の向きを反転さ せるのにト分である。続出しトランスデユーサ３０４により続出しが行われる。

１の実施例の両方において、種々の導体の寸法をＶＬＳ　ＩＩＩ造技術を用いて 極めて小さくできる。たとえば、ある実施例においては、導体の寸法は約０．１ 〜ＩＯ１好ましくはＯ，１〜５ミクロン、より好ましくは畜ミクロンまたはそれ 以下、である。

誘導線としての書込みトランスデユーサは最低抵抗および「非磁性」でなければ ならない。いくつかの材料選択がある。有線順位に従って列挙すれば、それらは アルミニウム（１％シリコン合金）、金、モリブデン、またはタングステンであ る。それらの材料の導電度はそれぞれ３７７．４５２．１８７、および１８９ｋ Ｍｈｏｓ／ｃ−であり、融点はそれぞれ８３３．１３３８．２８９０、および３ ６８０　Ｋである。アルミニウムはブレーナＩＣ法で選択される金属である。例 外はプロセスの流れに対するものである。それは次に高温（＞＝６００℃）工程 を有するつこの場合には、全が紅ましい。モリブデンおよびタングステンは、導 電度が多少低いが、融占が極めて高い特殊用途金属である。

２、Ｍ出しトランスデユーサ 書込みトランスデユーサに対して相補的なものは検出トランスデユーサ、または 続出しトランスデユーサである。この装置は、個々のセルの磁気状態を変更する 事なしに、ａ々のセルの磁気状態を検出し、情報を支持電子装置へ転送できるよ うにする手段を提供するものである。２つの基本的な種類の読出しトランスデユ ーサがある。第１の、より一般的なものは、ファラデーの法則に従うて動作し、 トランスデユーサの内部で残留磁界が時間とともに変化する時に電流を発生する 磁気ｓ置型である。この欅の続出しトランスデユーサは磁気媒体をトランスデユ ーサに関連して運動させることを常にめる。第２の種類の読出しトランスデユー サは、誘導読出しトランスデユーサの場合におけるような磁束の変化率に依ａす るのではなくて、磁束に依存する。誘導読出しトランスデユーサとは異なって、 ！！１ｏｗ知続出しトランスデユーサは記録媒体に対するどのような運動もめな いうその結緊、これはこの記憶装置に対する最も適切な型のトランスデユーサで ある。ｌ＄１！東感知トランスデユーサは抵抗値の変化を基にしたトランスデユ ー＋（＠気抵抗効果）と、電界の変化を基にしたトランスデユーサ（ホール効果 ）と、環状磁心の磁気抵抗の変調を基にしたトランスデユーサ（磁束ゲート）と を含む６１！λ抵抗読出しトランスデユーサは現在最も高度に開発された磁束感 知再生技術であるから、磁気抵抗続出しトランスデユーサが好ましい。磁気抵抗 材料はそれを通る磁束に従って絶対抵抗率を変化させる。したがって、磁気抵抗 読出しトランスデユーサの抵抗率は、トランスデユーサに近接している記憶セル が１つの磁化状態にあるときと、別の磁化状態にある時とで異なる。

この実施例においては、磁気抵抗読出しトランスデユーサのいくつかの好適な特 性が存在する。

（１）信号す１１比を最高にするように、読出しトランスデユーサの抵抗率は低 くなければならない（＠界が存在しない場合）。読出しトランスデユーサが支持 ＠路中の１了装置と効果的にインタフェースするものとすれば、それは極めてｑ ｌ斐であろう （２）Ｍ出しトランスデユーサの磁化Ｍは低くなければならない。読出しトラン スデユーサに近接して〜する書込みトランスデユーサと記ｓＩ１体は、読出し回 路中にヒステリシスまたは渦電流を生ずる事を許す。それは検出過程にあいまい さを生ずることがある。

（３）隣接する２１１ｍデータφセルの間で漏話が存在しな１１ように、読出し トランスデユーサは甲独で買方性でなければならない。

（４）装置が１分な帯域幅およびＳ／Ｎ比で記録媒体のデジタル・スイッチング に応答するように、読出しトランスデユーサの飽和保磁力は仰々なければならな いつそれらは、記録セル内にトランスデユーサを慎重に配置し、以下に簡単に説 明するように磁気抵抗材料を適切に選択することにより、満たすことができる。

読出しトランスデユーサのための２哩類の材料の一方または両方が、本発明の１ ［な実施例に従って提供される。第１の材料はＮｉｓ＋Ｆｅ＋ｓである。これは 、原着、ゾルーゲル付精、またはスパッタリングにより薄膜応用に一般に用いら れる間知の＋ＩＪ磁性材料である。このＩ４１の導電度は１００Ｉｌｌｈｏ／ｃ ■以上であり、（バイアス−成のＦにおいては）最高磁気抵抗比は０．０２５で ある。比透磁率は２８００であり、保磁力は９００ｅであって、この材料を先に 簡単に述べた要求に従うて読出しトランスデユーサに応用できるように見える。

ある実施例において使用される第２の材料はＣｏＦｅＮｉ合金である。これをＦ ｅＮｉ合金と同様のやり方で付着できる。しかし、この材料の導電度は高く（１ ４０ｋＮｈｏ／ｃｍ）　、磁気抵抗比は３倍である。したがって、ＣｏＦｅＮｉ の信号ｔ４ｎｎ比を品くできると信ぜられる。２つの材料の磁化と飽和保磁力は 匹敵する、分離したＣｏからの化７的汚染は製造工程において制限せねばならな い。その理由は、この元素はシリコン中で非常に深いレベルにあり、十分なレベ ルが遊離させられると製造装置が汚染されることがあるからである。

読出しトランスデユーサのための材料のいずれかが、適切なバイアスの下で、適 当なＩ！ＩＦ電体を介して支持電子装置が読み取る事が十分できる！状態と０状 態の間の鰹電圧を生ずる。この電圧は、ここで説明したような、単一磁区、また は単一に近い磁区のｆ！！ｘ装置における磁区境界から一般に生ずる磁区バルク ハウゼンｒ４ズからの妨害を防ぐためにも１分である。

磁気抵抗比が８常に高い材料についての最近の研究により０．５までの値が示さ れているうこの比の値がそのように高く、他の要求を満たす材料は、再書込みお よび再読ｊ１１シの必要をな（す。これは読出し時間を３分の１から５分の■に 短縮する。

１ｑＬＱＲｔＨ１は強磁性体であるから、ある実施例においては読出しトランス デユーサ双方体が記憶媒体上して機能する。

Ｂ、マｆクロマシン実施例 微小な連動を行う微小装置によりデータを転送するためのトランスデユーサの１ つの実現が、読出しトランスデユーサおよび書込みトランスデユーサ双方の誘瑯 効Ｊに依存する。そのトランスデユーサは回転微小装置ＩＫ（マイクロロータ） の′ｒ祥＋ｉ向部品の端部に桿を備える。その綿が磁界中で運動すると線（リー ド）中に電流がＪＩＩＩＩＦされる。その電流が線を流れると磁界が発生される 。その磁界は記ｎ媒体！に・ぐターンを生ずる（書込み）。書込むべきデータは 時間的に変化する信号としてｎＱ化される。その信号はマイクロロータの半径方 向部品の綿の端部・′・供給さする。そうするとマイクロロータはデータ書ディ スク」二に空間的に変化するパターンを生ずる。そのパターンは時間的に変化す る信号で符号化されているパターンを再生する。読出しプロセスは記録されてい る磁化パターンを線中の時間的に変化する電気信号へ変換する。入力信号の周波 数がｆｌで、半径「の微小装置が周波数ｆ２で回転するとすれば、磁化パターン は波長がλ　＝　２πｒｆ、／ｆ、　（３） で、回転要素の端部でトレースされる円の円周上に記録される。微小装置が１回 転するのに要する時間は ｔヤ　＝　１／ｒ、　（４） である。その間にデータディスクの半径「の円に記録されるビットの数はｍ　＝ 　２πｒ／λ＝ｆ２／ｆ、　（５）である。

各マイクロロータは、１回転中にｍビットを直列に転送する。ｎ　／　ｍ個のマ イクロロータが並列に起動させられたとすると、転送ボードに対する１回のアク セスで全部でｎビットが転送される。

微小運動を行う微小装置による第２の実現もマイクロロータおよび誘導効果に依 存する。各マイクロロータはｍ個の半径方向部品を有し、それらの部品の端部に 線が設けられる。それは、ｍ個の半径方向部品の端部におけるｍ個のビットを符 号化し、かつＩ　／　ｍ回転させることにより、それらのビットを並列に転送す る。

すなわち、それは１ステツプでｍビットを読出しまたは書込むステッピングモー タとして機能する。そうすると、１回の転送ボードアクセスでｎビットを並列転 送することが、おのおのｍビットを転送するｎ　／　ｍ個のマイクロロータの並 列アクセスであり、２つの異なる機構により行われる。

転送ボード（すなわち、静止磁気トランスデユーサ、マイクロマシントランスデ ユーサの第１の実施例および第２の実施例）によるアクセスの３つのモード（す なわち、静止磁気トランスデユーサ、マイクロマシントランスデユーサの第１の 実施例および第２の実施例）を表１に要約して示す。

表１ 各微小装置によりアク　並列に起動される　並列にアクセスモード　セスされる ビット数　微小装置の数　されるビット数２　ｍ　ｎ／ｍ　ｎ／ｍ ３　ｍ　ｎ／ｍ　ｎ 本発明の方法に従って構成された１つの種類の転送ボードが、記憶ディスク上の 各データ・ビットに対して微小な運動を行わない１つの微小装置を含む。転送ボ ード中の対応するｎ個の微小装置を起動させることにより、記憶装置の任意のセ クタ内のビットが並列にアクセスされる。データの転送の機能は、はとんどの実 施例においては、この欅の転送ボードにおいてデータの連続ビットをアクセスす る機能から分離される。２つの機能は異なる機構により実行される。

従来の装置の位置決め時間は、本発明の方法を基にした装置において転送ボード ・アクセス時間により置換される。これはＲＡＭアクセス時間に類似し、伝搬時 間と、アドレス復号と、関連する電子装置の機能との組合わせにより規定される 。それは数ｎｓから２００ｎｓまでの範囲である。１ビツト・データ転送時間は 、利用される特定のトランスデユーサに一般に依存するが、従来の装置に匹敵す る。それは４０ｎｓから１μｓの範囲とすることができる。今はデータ・アクセ ス時間は２つの時間の和になる。

データーアクセス時間＝転送ボード書アクセス時間＋データ転送時間約１　、２ 　ＩＩ　Ｓ　／　５ｅｃｔｏｒである総データアクセス時間を、前記ＩＢＭ　３ ３８０についての２４．６ｍｓ／５ｅｃｔｏｒと比較する。これは１１０時間が 約２００００分の１に短縮された事に相当する。本発明の方法におけるＩｌｏを 制限する時間は、制限する要因が位置決め時間である従来の装置とは対照的に、 転送ボードのアクセス時間およびデータ転送時間の相対的な大きさに依存するよ うである。

微小な機械的運動なしの微小装置により実現される、データ転送への本発明の方 法の応用においては、アクセス時間は、従来のディスク・ドライブ技術と比較し て、２つの要素のために、何桁分の１にも短縮される。位置決め時間は無（なり 、それの機能は電子的スイッチングにより置き換えられ、従来技術におけるデー タの直列転送がそれらのデータの並列転送により置き換えられているいるから、 データ転送時間は大幅に短縮される。好適な実施例においては、アドレスのやり 方および関連する回路の指令の下に個々のデータ場所をアクセスできる。

本発明の方法に従って構成された１つのＮ類の転送ボードは微小運動を行わない 微小装置を含む。この種の転送ボードの１つの実現が、磁気記憶装置の続出し動 作および書込み動作のためにアレイにおける種々のトランスデユーサを使用する 。磁化を検出するために磁気抵抗素子が利用され、線のコイルを流れる電流が、 記憶媒体における磁化の特定の向きを加えるためにめられるスイッチング磁界を 発生する。磁気抵抗素子に近接している補助微小装置が、異なる磁化を生ずるた めに必要とするバイアス磁界を供給する。図２および図３に示されている実施例 においては、バイアス磁界は書込みトランスデユーサにより、書込みのために要 する電流より小さい電流を用いて供給される。一実施例においては、分子ビーム ・エピタキシのような従来の半導体製造技術を用いて形成された層状構造を用い てコイルが製作される。磁気媒体への信号の記録と、そのような媒体からの信号 の対応する再生とに関連するめられている磁界の強さを決定するための計算は当 業者には周知である。読出し／書込みヘッドと転送ボードの間の違いを考慮に入 れるために適当に変更することにより、磁化の向きと転送ボード内の磁気抵抗素 子により検出すべき磁界の向きを切り換えるためにコイルにより発生せねばなら ない磁界の計算と、転送ボード中の磁気抵抗素子により検出すべき磁界の計算と が、従って従来技術において用いられる計算と同じである。

本発明の方法に従って構成された第２の種類の転送ボードが、微小な運動を行う 微小装置を含む。運動は震動、回転、または並進とすることができる。それらの 運動の全てのＮ類は技術において知られており、示されている。

２本の交差書込み線の間で一致させる書込みトランスデユーサを使用することに より、雫−の書込み回路により各書込み線を駆動できる。図４８は書込み回路の 例４０２を示す。そこに示されている特定の実施例はブレッドボード上のような 個別部品で実現できるが、はとんどの実施例は単一の基板上のＶＬＳ　１回路と して実現できる。インダクタの記号は直列の１つまたは複数の書込みトランスデ ユーサを表す。２つのＷＲｌＴＥ　Ｏ線４０４ａ、４０４ｂは同一の信号により 駆動され、２つのＷＲＩＴＥ　１＠４０６ａ１４０６ｂは同一の信号により駆動 される。ＷＲＩＴＥ　Ｏ線とＷＲＩＴＥ　１線が低（ＯＶ近く）の時は回路に電 流は流れない。ＷＲＩＴＥ　Ｏ線が低く、ＷＲＩＴＥ　１線が高い時（少なくと も＋５Ｖ）は電流はインダクタ記号を通って右へ流れ、ＷＲＩＴＥ　Ｏ線が低い 時は電流はインダクタ記号を通って左へ流れる。ＷＲＩＴＥ　Ｏ線とＷＲＩＴＥ ｌ線は同時には高くなれない。別のトランジスタ／ダイオード構成が図４ｂと図 ４０に示されている。

水平（行）書込み線を駆動する全ての書込み回路の十電源電圧が単一の電源によ り供給され、垂直（列）書込み線を駆動する全ての書込み回路の十電源電圧が別 の電源により供給される。

図５はブレッドボードに使用するための電源５０２を示す。集積回路において類 似の回路を使用できる。図５の回路は、書込み回路が高いＷＲＩＴＥ　Ｏまたは ＷＲＩＴＥ　＋によりターンオンされた時に１００ｍＡの電流を供給し、全ての 書込み回路がターンオフされた時に約：５．７Ｖの電圧を供給する。それはｌμ ＨまでのインダクタンスにおいてＯ，ｌａｍｐの電流を２０ｎｓより短い間発生 できる。

甲−ループよりなる跨込みトランスデユーサの場合におけるように、書込みトラ ンスデユーサが同時動作しないとき書込みのためにめられる回路は益々拡張する ようになる。その場合には、図４の書込み回路をアレイの各セルに含めなければ ならない。しかし、図５のただ１つ（２つの代わりに）の電源がアレイのために められる。

ある実施例においては、鼻込みトランスデユーサは定常状態ではｌｏｏｍＡの電 流を伝えることができない。これは任意の与えられた場所において書込みの動作 サイクルを制限することにより取り扱われる。最近（たとえば、最後の１０回の データ・アクセス時間）実行された書込み動作の位置を保持するために外部シフ トレジスタが用いられ、それらの位置への書込みを禁止する。

アレイの縁部においてのみ書込み回路を必要とし、およびしたがってセルの寸法 が非同時動作設計より潜在的により小さく１同時動作設計のために、寸法の利点 がＭＯ３技術を支援する。あらゆるセルにバイポーラ書込み回路を必要とする非 同時動作設計に対して、バイポーラ読出し回路の付加寸法が全体の面積の差を比 較的小さくする。この場合には、従って２ＩｇＩ類の技術がセルにおいて混じり 合う事を避けるようにバイポーラ読出し回路を使用することが好まし〜１゜図６ はＭＯ８装置を用いる読出し多重化回路６０２を示す。この図は指定されていな い行中の初めの２つのセルを詳細に示す。ＭＯ３装置は小さいチップ区域に設け て、セル面積を小さくできる。全セル−トランスデユーサ電子装置−の予測面積 は、本発明の一実施例においては約１０μｍ×１０μｍである。適切な行および 列アドレスを起動し、たとえば、読出しトランスデユーサの抵抗値を測定するこ とにより、読出しを行う。

図７はバイポーラ・トランジスタを用いる読出し多重化装置１７０２を示す。セ ル選択の詳細は示していない。この回路は図６のＭＯ５回路より広いチップ面積 を使用するものと予測される。全セルの予測寸法は約３０μｍＸ３０μｍである 。

そのようなセルを３２Ｘ３２個含むサブアレイの寸法は約０．１ｗｍＸ０．１■ ■である。そのようなサブアレイを３２Ｘ３２個含む１メガビツト・チップの寸 法は約１．５″Ｘ１．５＃である。接続および支持回路を含んでいるから、寸法 が約３＃×３＃×１＃のパッケージはプロトタイプのためには全く妥当である。

１つのセル中の磁気抵抗読出しトランジスタへＭＲＩＡとＭＲＩＢが接続され、 同様に第２のセルへＭＲ２ＡとＭＲ２Ｂが接続される。セル１が選択されると、 今接続された読出し線を介して、磁気抵抗素子の抵抗値を測定する。

両方の読出し設計が続出し動作を１００ｎｓ秒以内に行う。それでも、下記の理 由から、ブレッドボードにおける総続出し時間はｌμｓで投影される。読出しヘ ッドにおいて現在用いられている典型的な磁気抵抗材料は、２〜７％の範囲の部 分抵抗値変化を行う。したがって、ブレッドボード設計において信頼できる結栗 を得るためには値を、読出し、再書込みし、再読出しし、更に比較する必要があ る。したがって、その様なブレッドボード設計においては、電子的読出し動作と ブレッドボードのための総続出し時間の間に、ｌＯより良い係数が供給される。

この再書込み技術および再読出し技術は、ある実施例における製造設計を包含さ せる必要はない。

読出し設計と書込み設計において、データは選択的にアドレス可能である、すな わち、個々のデータ・ビットまたはデータ・ビットの群の読出しと書込みを、Ｒ ＡＭ回路等と全く同じやり方で行えることに注目すべきである。データ・ビット の全てまたはほとんどを、たとえば、ラスク走査のようにして走査し、使用する ために希望のデータ・ビットを選択する必要がない、、Ｉｔｔに例として、コン ピュータ装置においてはアドレスバスへ、書込みまたは検索すべきデータ・ビッ トの場所をシステムがアドレスする識別されたデータ会ビットを基にして供給で きる。

典型的な実施例においては、■６ビツト×１６ビツト＝２５６ビツトのサブアレ イが組合わされて１ＭビットのＦＲＯＭチップを構成する。このチップの寸法は １．５＃Ｘ１．５＃付近と見積もられる。これを、サポート回路およびコネクタ を含んでいる３＃×３＃×１＃パツケ一ジ内部に装着できる。

１つの磁区をスイッチするために必要な時間は記憶媒体中の材料の特性と、書込 みトランスデユーサ中の誘導パルスとの関数である。スイッチング時間は次式に よりめられる。

τ　＝　Ｋ／Δｉ ここにΔｉは書込みトランスデユーサの電流変化、Ｋは各記憶媒体ごとに興なる 定数である。このに値は一般に次式で与えられる。

Ｋ　：　αＨｅτｄＸ ここに、αは無名定数、Ｈｃは飽和保磁力、τ、は各材料ごとに異なる「ダンピ ング係数Ｊ％Ｘはスイッチング方向の磁区の寸法である。Ｋの値、従ってスイッ チング速度は選択された任意の記憶媒体で異なるが、例は２５０ＯＡパーマロイ 膜である。誘導磁界が＞＝３０ｅであれば、τ＝３ｎｓである。ダンピング係数 が小さく、磁区の寸法が小さいバリウム・フェライトを用いると、性能が向上す る。この例においては％　３　ｎ　ｓという値はスイッチング速度の控え目に高 い見積もりである。

電力消費電を最小にするために採用される好適な実施例の２つの特徴がある。

第１の特徴は、飽和保磁力が最小であるために低い誘導磁界値で切り替わる適切 な記憶媒体の選択を介するものである。そのような選択における工率背反は、正 常な条件の下では漂遊磁界からの望ましくないスイッチングが決して起きな〜１ ように、飽和保磁力を十分に高くしなければならないことである。飽和保磁力が 低い膜を使用したとすると、スイッチング動作中は書込みトランスデユーサにお ける消費電力は少ない。

電力を節約する第２の方法は、書込みパルス中に発生された磁界を最大にするこ とである。これを行う最も容易なやり方は、書込みトランスデユーサの製造にす ／技術を用いることである。すなわち、書込み線が細くなると与えられた電流に おける書込み磁界が強くなる。必要なスイッチング磁界が固定値（セルの設計と 記憶媒体により定められる）であれば、書込み線の半径を小さくすることによっ て、必要な書込みパルス電流が対応して減少する。この綿半径の縮小はセルの中 心（長さが１μｍで）でのみ起きることを協調せねばならない。残りの相互接続 部の半径を小さくする必要はない。したがって、電流はＷ、値に逆比例するから 、電力？ｒ４費置装（Ｗ７）〜２に比例して減少する。このｌＩ′１′！径減少 の工率背反は、希望の特徴寸法を達成するために細い線を使用し、より細かいナ ノ技術を使用するとコストが上昇するからである。寸法が小さくなるにつれて、 それにより得られる利益がなくなる１ｆｉｔ点が存在する。

図８は持久メモリを有する高速直列バッファのブロック図である。それは１〜２ ００のデマルチプレクサ８００と、記憶装置８０２とを含む。

デマルチプレクサへの入力は、ビット転送速度が、たとえば、１Ｇｂｉｔ／秒、 すなわち、Ｉｎｓごとに新しい１ビツトが転送されるような、のビット流である 。

デマルチプレクサは２００個の出力線を有する。各出力線は５Ｍｂ　ｉ　ｔ／秒 、すなわち、２００ｎｓごとに１個の新しいビット、のビット転送速度でビット 流を出す。

典〒的な記憶装置は２００ビット−編成されたＰＲＯＭチップ８０４を含む。

各チップの容量はＩＭｂｉｔで、書込みアクセス時間は２００ｎｓである。各Ｐ ＲＡＭチップのデータ入力端子はデマルチプレクサの出力線へ接続される。アド レッシングのやり方が各ＦＲＯＭチップのアドレスを２００ｎｓごとに１回進ま せる。

Ｄ、製造法 ここに提案する不揮発性大容量記憶装置アレイの製造法における詳細なプロセス の流れは、集積回路の流れに類似する。１つの方法における主な工程の例が次の 通りである。

電、ウェハーの準備および化学的洗浄 ２、蝕酸化 ３、フォトパターン化　＃１：最初の書込み線（サブミクロン形状）４、アルミ ニウム付着 ５、リフトオフｅパターン化、最初の書込み線形成６、フェライト膜付着 ７、フォトパターン化　＃２：記憶セル８、ドライ・エツチング記憶媒体形成； レジスト除去９、アルミニウム付着 １０、フォトパターン化　＃３：２回目の書込み線（サブミクロン形状）１１、 低温ＣＶＤＩＩ！縁体付着 １２、磁気抵抗薄膜付性 ＋３．フォトパターン化　＃４：続出しトランスデユーサ描画１４、ドライ・エ ツチング読出し抵抗（サブミクロン形状）１５、パイロックス付着、低温 ＋６．フォトパターン化　＃５：接点バイア１７、ドライΦエツチング接点穴 １８、ウェット・エツチング参オーミック接点、ストリップ・レジスト１９、フ ォトパターン化　＃６：相互接続金属２０、アルミニウム付着 ２１、リフトオフ処理、相互接続描画 ２２、カバーガラス／窒素付着、プラズマ増強ＣＶＤ２３、フォトパターン化　 ＃７：接点バッド・バイア２４、ウェハー切断 ２５、ボンディングおよびパッケージ／組立上記上程は主な製造工程である。各 フォトリソグラフィ一工程に（平均）４０の小工程（洗浄、アッシング、ソフト ベーキング等のような）が付随する。この方法の流れはメモリ［相］アレイを有 する集積化された電子装置を含まないことに注目すべきである。好適な実施例に おいては、プロトタイプのためにめられる３つのサブミクロン特徴リソグラフィ 一工程が、電子ビーム直接書込みリソグラフィーまたはｘ！Ｉリソグラフィーに より実行される。

Ｅ１代表的な応用 ここで説明した大容量記憶装置の独特の特徴は、無数の高速データ記憶および検 索装置に力を貸し、かつそれらの装置において直接の価値を有する。一般に、転 送ボードはディスク装置およびテープ装置よりも５つの点ではるかに優れている 。すなわち、データアクセス時間が１桁も短い、衝撃および震動に極めて強い、 信頼度が高い、保守不要で動作する、および摩擦学的問題がない、ことである。

特定の応用の部分的なリストが下記のものを含む。

主な用途は、データ記憶８暖が太き（、アクセス速度が高い事を必要とするコン ピュータ応用である。それの−例が誘導システムのような意志決定要求を持つ入 玉知能プロセスである。別の重要な例は、センサ人力と迅速な応答動作を必要と するロボットシステムである。不揮発性メモリからの高速および並列アクセスの 利益を享受するコンピュータ処理応用がこの部品から利益を得る。これの例が、 急激で、ランダムに起きる電源切れを経験することがある屋外通信システムおよ び制御器である。典型的には、デジタル通信制御器が最大の帯域幅を必要とする 。

衝撃および震動に対する転送ボードの顕著な高〜１抵抗性は、（ａ）へビーデユ ーティ陸上車両、（ｂ）水上船舶および水中船舶、（Ｃ）航空機およびその他の 宇宙船、などの各欅の乗物用に使用することが期待される。それの頑丈な事、比 較的小型軽暖なことの独特の組合わせが最後の用途にとくに重要である。

記憶されている火曜のデータをアクセスする実時間システムに対する用途もある 。主な例はフンピユータ断層ｘｗＡ撮影装置である。それらの装置は、無数のデ −夕を数秒以内にプロセッサへ供給するＸ線走査器または超音波走査器を典型的 に有する。データ記憶東京が実用的なＲＡＭの性能を超えて〜Ａる。フンピユー タによる処理におけるマトリックス減少要求は大容置の記憶装置を必要とする。

そのような装置は即時にフォードバックを必要とする人達（たとえば、手術台に おける外科医）により典型的に使用されるから、実時間走査が必須で、最高アク セス速度を必要とする。実時間処理システムの無数の他の例が存在する（レーダ 、戦術センサ、航行制御器）。

データベース・サーチ、グラフィックス、およびほとんどの業務用コンピュータ ・アブリケーシッンのような一任意のディスク集約アプリケ−シーンにおいては 、位置決め時間がＩｌｏの大部分を表す。そのようなアプリケージ冒ンの全てに 対して、転送ボードを基にしたデータ転送がＩｌｏに必要な時間を数桁も短縮し 、それに伴ってコンピュータ全体の処理速度も向上する。

この装置は比較的小型軽層であって、直接アクセス速度が高いこととあいまって 、この転送ボードは中型コンピュータおよび小型コンピュータにとって理想的な ものになった。直列アクセス・アプリケ−シーンにおいては、この装置の主な利 点は衝撃および震動に対する高い抵抗性を必要とする環境においてである。

表２は個々に開示したＰＲＡＭ（永久ランダム・アクセス・メモリ）を別のメモ リシステムと比較したものである。

装置 ＥＡＲＯＩＩ２ 特性　ディスクｌ　ＥＥＲＯ閾”　ＣＯＤ’　ＮＢＮ’　ＰＲＡＭ’Ｗ１械的運 動　Ｙｅｓ　Ｎｏ　Ｎｏ　Ｎｏ　Ｎ。

長期間データ保持の 信頼度　高　低　低　高　高 アクセス　直列　ランダム　直列　直列　ランダム衝撃と振動に対する感度　高 　低　低　中　低〜中保守不要動作　Ｎｏ　Ｙｅｓ　Ｙｅｓ　Ｙｅｓ　Ｙｅｓビ ブト当たり　ＫｂｉＬｓ　長　短　長　長　短アクセス時間　１１１ｂｉｔｓ　 中　短　中　中　短１、機械的ディスクドライブ ２、電気的に変更可能な読出し専用メモリ（ＥＡＲＯＭ）３、電気的に消去可能 な読出し専用メモリ（ＥＥＲＯＭ）４．１４荷結合装置 ５、磁気バブルメモリ ６、永久ランダムアクセスメモリ（ＰＲＡＭ）■、走査トンネル型顕微鋺アレイ 別の実施例においては、トランスデユーサは８７Ｍプローブのアレイである。

そのような８７Ｍプローブは、たとえば、ＩＥＥＥマイクロ電気Ｉｌ械装置議事 録（ＰＲＯＣＥＥＤＩＮＧＳ　ＩＥＥＥ　ｌ１ｉｃｒｏ　Ｅｌｅｃｔｒｏ　１ｌ ｌｅｃｈ＠ｎ１ｃａｌ　Ｓｙｓｔｅｍｓ）　ｓ　１９９０年２詩■A Ｉｔ〜１４、所載のケニーＱｅｎｎｙ）　他の「マイクロマシン化したシリコン 電子トンネリング・センサ（Ｎｉｃｒｏｗａｃｈｉｎａｄ　５ｉｌｉｃｏｎｅ　 Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　５ｅｎｓｏｒ）　Ｊ　に記載されている。これを参考まで にここに収めた。５７Ｍアレイは図９に従ってアレイ状に製造され、１つまたは 複数の選択されたＳＴＭプローブ１０とサンプル１２の間にト分な電圧を加える ことによりアクセスされる。したがりて、基板表面の比較的高い解像力の画像を 、サンプル表面の物理的走査の必要なしに得ることができる。ある実施例におい ては、サンプル表面のより完全な「画像」を得るように、８７Ｍプローブのアレ イが僅かに動かされる（およそプローブの分離間隔まで上へ）。ある実施例にお いては、Ｘ運動とＸ運動を行うことができる。また、しかし、必要な運動の大き さは大幅に減少させられる。この８７Ｍプローブのアレイにより提供される限ら れた運動のために（または運動を全（行わない）、製造用の材料を従来の装置よ り広い材料のアレイから選択できる。たとえば、ここでは圧電材料を使用する必 要はない。

８７Ｍプローブのアレイを使用することにより、サンプル表面における動的（時 間的に変化する）効果を研究することが可能になる。そのような動的効果は、た とえば、波の動き、温度変化等を含む。そのような動的効果は、種々の８７Ｍプ ローブを時間を掛けて電子的にポーリングし、かつ種々の８７Ｍプローブの応答 を記録することにより、モニタされる。

ｖ、ｓＬｍ 以上の説明は例示的なものであって、限定的なものではない。この開示を読むこ とにより、この発明の多４の変更が当業者には明らかになるであろう。単に例と して、この発明の範囲を逸脱する事なしに各種のトランスデユーサを利用できる 。したがって、本発明の範囲は上記説明を参考にするのではな仏その代わりに添 付請求の範囲およびそれの均等な全範囲を参考にして決定すべきである。

ｂ蛇　ｌ ＦＩＧ、４α ／簸 ＦＩＧ、６： ＦＩＧ、？ ＦＩＧ　６１゜ 国際調査報告 フロントページの続き Ｉ

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. １．ａ）共通基板の上の個々のサブミリメートル・トランスデューサと、ｂ）前 記トランスデューサのアレイの希望の部分を起動するために選択する手段と、 ｃ）前記トランスデューサのアレイの前記希望の部分のトランスデューサを選択 きれた時に起動させるためのアドレッシング手段と、を備えるトランスデューサ ・アレイ装置。
2. ２．請求の範囲１記載の装置において、前記アレイ内の各前記トランスデューサ に隣接する記録材料を更に備える装置。
3. ３．請求の範囲１記載の装置において、各個々のトランスデューサはデータ・セ ンサとしてまたはデータ・アクチュエータとして動作する装置。
4. ４．請求の範囲１記載の装置において、前記トランスデューサは磁気トランスデ ューサである装置。
5. ５．請求の範囲４記載の装置において、前記磁気トランスデューサはＭＡＧＦＥ Ｔを備える装置。
6. ６．請求の範囲４記載の装置において、前記磁気トランスデューサは微小コイル を備える装置。
7. ７．請求の範囲４記載の装置において、前記磁気トランスデューサはマイクロモ ータを備える装置。
8. ８．請求の範囲４記載の装置において、前記磁気トランスデューサは磁気抵抗材 料を備える装置。
9. ９．請求の範囲４記載の装置において、前記磁気トランスデューサはホール効果 センサを備える装置。
10. １０．請求の範囲１記載の装置において、前記トランスデューサはＳＴＭプロー ブである装置。
11. １１．請求の範囲１記載の装置において、記録材料状におけるデータ・ピットの 存在または非存在を指示するためのデータ転送回路を更に備え、前記データ・ピ ットは個々にアドレス可能である装置。
12. １２．請求の範囲１１記載の装置において、前記転送回路は多数のデータ・ピッ トを１つの時刻に前記基板から転送するための手段を備える装置。
13. １３．ａ）共通基板の上におのおの形成された磁気トランスデューサのアレイと 、 ｂ）選択された時刻に前記磁気トランスデューサの最初に選択された１個を起動 させるためのアドレッシング手段と、ｃ）第２の選択された時刻に前記磁気トラ ンスデューサの第２に選択された１個を起動させるための手段と、 を備え、前記アドレッシング手段は、前記磁気トランスデューサの最初に選択さ れた１個に隣接する固定された場所における磁気記録材料上のデータピットを検 出し、またはその磁気記録材料の上にデータピットを置くように前記磁気トラン スデューサの最初に選択された１個を起動し、前記磁気トランスデューサの最初 に選択された１個は前記磁気トランスデューサの最初に選択された行および列に あり、 前記磁気トランスデューサの第２に選択された１個を起動させるための前記手段 は、前記磁気トランスデューサの第２に選択された１個に隣接する固定された場 所における前記磁気記録材料上におけるデータピットの存在または非存在を検出 し、またはその磁気記録材料の上にデータピットの存在または非存在を設定する ように前記磁気トランスデューサの第２に選択きれた１個を起動し、前記磁気ト ランスデューサの第２に選択された１個は前記磁気トランスデューサの第２に選 択された行および列にあり、前記第２の行および列は前記最初に選択された行お よび列にはそれぞれ隣接しない、データ大容量記憶装置。
14. １４．ａ）共通基板の上のＳＴＭプローブのアレイと、ｂ）あるサンプルが存在 する際に、そのサンプルの表面の動的特徴が伝播することによりとくに関連付け られる時刻に、前記ＳＴＭプローブの各々を起動させる手段と、 ｃ）前記サンプルの表面特徴を識別するように各前記ＳＴＭプローブの各々の応 答を記録する手段と、 を備える走査トンネル型顕微鏡。
15. １５．ａ）１枚の基板の上に、少なくとも一部をアドレス手段により選択的にア ドレス可能なトランスデューサのアレイを形成する過程と、ｂ）選択されたトラ ンスデューサを起動するためにアドレスする過程と、を備える方法。
16. １６．請求の範囲１５記載の方法において、選択されたトランスデューサをアド レスする過程は、隣接する磁気記録材料中に希望の磁化の向きを誘導させるため に十分な強さの磁界を形成するように前記トランスデューサを起動する過程であ る方法。
17. １７．請求の範囲１６記載の方法において、データピットを表す前記磁化の向き を検出するために選択された読出しトランスデューサをアドレフシングする過程 を更に備える方法。
18. １８．請求の範囲１５記載の方法において、前記トランスデューサ・アレイはＳ ＴＭプローブのアレイであり、前記アドレッシングする過程は前記ＳＴＭプロー ブのアレイをアドレッシングする過程である方法。
19. １９．ａ）隣接する磁気記録媒体にデータピットを書込むための磁気トランスデ ューサのアレイを備える１枚の基板の上において、前記磁気トランスデューサの 少なくとも１つの領域内の前記磁気媒体に希望の向きの磁化を誘導させるために 前記磁気トランスデューサの少なくとも１つを起動きせる過程と、ｂ）前記領域 内の前記磁化の向きを検出するために磁気トランスデューサをアドレスし、その 磁気トランスデューサのアレイのトランスデューサが前記領域内のデータピット を表す前記トランスデューサの出力を検出するデータ記憶および検索方法。