JPH0714224A

JPH0714224A - 記録媒体及び情報処理装置

Info

Publication number: JPH0714224A
Application number: JP17586393A
Authority: JP
Inventors: Yuuko Morikawa; 有子森川; Hiroshi Matsuda; 宏松田; Toshihiko Takeda; 俊彦武田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1993-06-24
Filing date: 1993-06-24
Publication date: 1995-01-17

Abstract

(57)【要約】【目的】走査型トンネル顕微鏡や原子間力顕微鏡の原
理を応すると共に、記録媒体表面凹凸の影響を受けずに
トラッキングが行える情報処理装置を提供する。【構成】トラックとなる磁化パターンが形成されてい
る磁性体層１０３を有する記録媒体１に、片持ち梁３に
支持されると共に磁性体を有するプローブ電極２が対向
配置され、記録媒体１とプローブ電極２間に作用するＺ
方向の原子間斥力を制御すると共に、これらの間に作用
する磁気力による片持ち梁３の変位を検出することでト
ラッキングを行う情報処理装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプローブ電極によって情
報の記録および／又は再生を行なう情報処理装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報化社会の発展につれ、大容量
メモリの開発が極めて活発に行われている。メモリに要
求される性能は一般に１）高密度で記録容量が大きい２）記録再生の応答速度が速い３）消費電力が少ない４）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伴い、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らに高密度で大
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
の技術開発が進められているが、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。例えば、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一つで
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、個々の分
子に如何にアクセスするかが問題とされてきた。

【０００５】一方、最近では走査型トンネル顕微鏡（以
下、「ＳＴＭ」と称す）が開発され（Ｇ．Ｂｉｎｎｉ
ｇｅｔａｌ．Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｌｅｔｔ．
４９、５７（１９８２））、単結晶、非晶質を問わず
実空間の高い分解能の測定が出来るようになった。かか
るＳＴＭは金属探針（プローブ電極）と導電性物質の間
に電圧を加えて１０Å程度の距離まで近付けると、これ
らの間にトンネル電流が流れることを利用している。こ
のトンネル電流は両者の距離変化に非常に敏感であり、
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
より実空間の表面構造を描くことが出来ると同時に、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
が出来る。この際の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充分に原子オ
ーダー（数Å）で高密度記録再生を行うことが可能であ
る。この際の記録再生方法として、粒子線（電子線、イ
オン線）あるいはＸ線等の高エネルギー電磁波及び可視
・紫外光等のエネルギー線を用いて適当な記録層の表面
状態を変化させて記録を行いＳＴＭで再生する方法や、
記録層として電圧電流のスイッチング特性に対するメモ
リ効果を持つ材料、例えばπ電子系有機化合物やカルコ
ゲン化物類の薄膜層を用いて記録再生をＳＴＭを用いて
行う方法等が提案されている。その他、電圧パルスを印
加することで基板上に分子を流体から補足し、選択的に
データビットを書き込み、またそれを読み取り、消去を
行う方法、装置の提案がある（特開平１−１９６７５１
号公報）。

【０００６】上記のような記録再生方法において、実際
に多量の情報を記録再生するためには、プローブ電極の
ＸＹ方向（記録媒体面内方向）の位置検出及び補正制御
（トラッキング）が必要となる。このトラッキングの方
法としては既に記録媒体基板の原子配列を利用して、高
密度かつ高精度に行なう方法が提案されているが、位置
検出そのものも極めて高密度に行なう必要があるため、
取り扱い上簡便とは言い難い問題があった。

【０００７】また、トラッキングを簡便に行なうため
に、記録媒体の基板に予め凹凸を設けることによりトラ
ックを形成し、そのトラックの凹状部分あるいは凸状部
分にプローブ電極を追従させる方法として、プローブ電
極の高さを一定にしてトラッキングする方法（コンスタ
ントハイトモード）と、プローブ電極と基板間の距離を
一定に保ちながらトラッキングする方法（コンスタント
カレントモード）が提案されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前者のコンスタントハ
イトモードの場合、凸状の部分でトンネル電流が流れる
ようにプローブ電極の高さを調整しておき、凸状部分か
らプローブ電極が凹状部分に外れたときにトンネル電流
が小さくなるのを検知して、プローブ電極を凸状部分に
戻すように位置制御することによりトラッキングを行な
っている。しかし、この方法をとったとき、プローブ電
極が凹状部分に位置したときにトンネル電流値が極めて
小さくなるため、精度良くトラッキングを行なうことが
困難であるという問題があった。

【０００９】また、後者のコンスタントカレントモード
の場合、プローブ電極を基板上の凹凸に追従させながら
トラッキングを行なう方法をとるため、プローブ電極を
Ｚ方向（記録媒体面に垂直な方向）に追従させてやらな
ければならなかった。即ち、トラッキング用のＺ方向の
追従系つまり、フィードバック系が必要となり、記録再
生装置自身にトラッキングの為のＺ方向フィードバック
用機構及び回路等を設けなければならず、トラッキング
精度は良いものの、記録再生装置自身が複雑になってし
まうという問題点があった。

【００１０】一方、記録媒体とプローブ電極間の距離が
大きい場合、ＳＴＭとしての分解能が下がり、即ち、記
録密度の点からも記録媒体とプローブ電極は極力接近す
ることが好ましい。そこで、記録媒体表面の凹凸による
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
とプローブ電極間の距離を、両者間に流れる電流以外の
量によって制御する方法が考えられ、その一つとして両
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（以下、「ＡＦＭ」と称す）の利用が特開平１−２
４５４４５号公報に開示されている。

【００１１】ＡＦＭにおいては、プローブ電極を弾性体
で支持し、プローブ電極先端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帰還制御が行なわれる。

【００１２】さらに、走査型磁気力顕微鏡（以下、「Ｍ
ＦＭ」と称す）は、プローブ電極として磁性体を用い、
この磁気プローブを磁性試料に接近させたときの磁気力
などを検出して試料の磁化状態を調べる装置である
［Ｙ．Ｍａｒｔｉｎｅｔ．ａｌ、ＡＰＬ、５０、
１４５５、（１９８７）」。

【００１３】本発明の目的は、上述した様な従来技術が
有する問題点に鑑み、表面の凹凸の影響を受けることな
くトラッキングが容易に行ない得る記録媒体を提供する
ことにあり、更には、この記録媒体にプローブ電極を介
して精度良く高密度の情報の記録再生等を行ない得る、
より簡易な構成を有する情報処理装置を提供することに
ある。

【００１４】

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するために成された本発明は、プローブ電極を介して情
報の記録再生等を行う情報処理装置に用いられる記録媒
体であって、該記録媒体は少なくとも磁性体層と記録層
を有し、かつ、該磁性体層にはトラックとなる磁化パタ
ーンが形成されていることを特徴とする記録媒体であ
り、更には、上記本発明の記録媒体に、該記録媒体に対
向配置したプローブ電極を介して情報の記録及び／又は
再生を行なう情報処理装置であって、前記プローブは弾
性部材に支持されており、該弾性部材を前記プローブ・
記録媒体の間隔変動を補正する方向に変形させる該プロ
ーブ・記録媒体間の近接相互作用力が、該プローブ・記
録媒体間に作用するように該プローブ・記録媒体の間隔
を制御する近接制御手段と、前記記録媒体に形成された
磁化パターンを検知する検知手段と、該検知手段で検知
された信号に基づき、前記プローブを前記記録媒体上で
相対的に走査する駆動手段と、記録用パルス電圧印加回
路及び／又は再生用バイアス電圧印加回路を具備するこ
とを特徴とする情報処理装置である。

【００１５】本発明の記録媒体に係る磁性体層には、例
えば従来の公知技術である磁気ヘッド等による電磁変換
作用を用いて、所望のトラックパターンにＮ極，Ｓ極を
配列させた磁化パターンが形成されているため、係る磁
化パターン上を、例えば磁性体を有するプローブ電極で
走査すると、磁化パターンが異なるＮ極上とＳ極上では
プローブ電極に作用する磁気力が変化することになる。

【００１６】即ち、本発明の記録媒体によれば、前述の
ＭＦＭの原理を応用して磁化パターンを検出することに
より、トラッキングを行なうことを可能にするものであ
る。

【００１７】本発明の記録媒体に係る記録層は電圧印加
によって、その導電状態が変化しかつ、係る導電状態が
電圧を印加しない状態で保持されるものならば、いかな
る材料でもよいが、特に好適な材料としては、特開昭６
３−１６１５５２号公報および、特開昭６３−１６１５
５３号公報に開示された、π電子準位を持つ群を有する
有機材料が挙げられ、さらに好ましくはラングミュアー
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。

【００１８】本発明の記録媒体は、例えば磁性体層を有
する基板上に下地電極を形成し、更に該電極上に上記の
単分子累積膜からなる記録層を形成して構成される。上
記構成を有する本発明の記録媒体にプローブ電極を近接
配置した状態においては、図８に示すような単分子累積
膜８３を金属電極８１（下地電極に対応）及び金属電極
８２（プローブ電極に対応）で挟持したＭＩＭ構造素子
が構成される。このＭＩＭ構造素子は図９、図１０に示
される電流電圧特性を示し（特開昭６３−９６９５６号
公報参照）、２つの状態（ＯＮ状態とＯＦＦ状態）は、
しきい値以上の電圧印加によって相互に遷移し、かつ、
それぞれの状態はしきい値電圧以下で保持される。これ
らの特性は数Åから数１０００Åの膜厚のものに発現さ
れているが、本発明における記録層としては、特開昭６
３−１６１５５２号及び特開昭６３−１６１５５３号公
報に開示された如く、数Åから５００Åの範囲の膜厚の
ものがよく、もっとも好ましくは１０Åから１００Åの
膜厚を持つものがよい。

【００１９】また、上記の下地電極材料は高い電導性を
有するものであればよく、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、Ａｇ、
Ｐｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｗなどの金属やこれら
の合金、さらにはグラファイトやシリサイド、またさら
にはＩＴＯなどの導電性酸化物を初めとして数多くの材
料が挙げられ、これらの本発明への適用が考えられる。
かかる材料を用いた電極形成方法としても従来公知の薄
膜技術で充分である。ただし、磁性体層上に形成される
電極材料は、記録層となるＬＢ膜形成の際、表面に絶縁
性の酸化膜を作らない導電材料、たとえば貴金属やＩＴ
Ｏなどの酸化物導電体を用いることが好ましい。

【００２０】図１１は、本発明の記録媒体に対し、これ
に対向配置した磁性体を有するプローブを介して情報の
記録をする様子を模式的に示した平面図である。同図に
おいて、１０１は記録層であり、３００は磁性体層に形
成された磁化パターンの内のトラック部であり、３０１
は記録ビットである。記録媒体表面を図中の矢印の方向
にプローブを走査させながら情報の記録を行なう際に、
プローブに作用する磁気力の変化を検知することにより
トラックを検出でき、温度ドリフト、プローブ駆動用圧
電体のクリープ等で、プローブの往復運動がＹ方向に進
むに連れて、所望の軌道からずれてくる（点線矢印）こ
とを補正することができる。

【００２１】本発明の記録媒体に情報の記録再生等を行
なう情報処理装置の主要部構成例を図１に示す。同図に
おいて、１は記録層１０１，電極層１０２，磁性体層１
０３及び基板１０４からなる記録媒体であり、２は記録
媒体１に対向して設けられた磁性体を有するプローブ電
極、３はプローブ電極２を支持する弾性体であるところ
の片持ち梁、４は片持ち梁３の支持体である。この片持
ち梁３によってプローブ電極２はＺ軸方向に変位できる
ようになっている。

【００２２】プローブ電極２と、記録媒体１の下地電極
１０２は、記録、消去用の電圧を印加する電圧印加回路
とプローブ電極２と記録媒体１の間を流れる電流を検知
する電流検知回路からなる、電圧印加及び電流検知回路
１０に接続されている。

【００２３】ｘｙｚ微動装置５及びｘｙｚ粗動装置６は
制御回路８，９によってそれぞれ駆動される。これらの
回路と、電圧印加及び電流検知回路１０はマイクロコン
ピュータ１２と接続され、制御される。

【００２４】本装置はｘｙｚ微動装置５及びｘｙｚ粗動
装置６を駆動し、プローブ電極２を記録媒体１に対して
両者の間に斥力が作用するまで近接させ、この状態でプ
ローブ電極を記録媒体表面上で走査し、かつ両者間に電
圧印加回路によって所望の電圧を印加し、記録，再生等
を行なうものである。

【００２５】即ち、前記プローブ・記録媒体の間隔変動
を補正する方向に片持ち梁を変形させる力が、前記プロ
ーブ・記録媒体間に作用するように、前記プローブ・記
録媒体を近接配置することによって、前記プローブ・記
録媒体間隔を制御し、該制御状態で前記プローブ・記録
媒体間に電圧を印加して情報の記録を行なう及び／又
は、前記プローブ・記録媒体間の電流を検出することに
よって再生を行なうようにしている。また、プローブを
支持する弾性部材が変形することにより、記録媒体とプ
ローブとの間隔が可変であり、前記記録媒体とプローブ
との間に斥力が作用するまで近接した配置状態とし、該
作用する力自体により弾性部材を可撓自在とし、該状態
で前記プローブ・記録媒体間に電圧を印加して情報の記
録を行なう及び／又は前記プローブ・記録媒体間の電流
を検出することによって再生を行なうようにしている。

【００２６】本発明の情報処理装置は、上述のようにし
て情報の記録再生等を行う際に、特に記録媒体１の磁性
体層１０３に形成された磁化パターンよりプローブ電極
２に作用する磁気力の変化によってもたらされる片持ち
梁３のたわみ量の変化を検知し、この検知された信号に
基づきプローブ電極を記録媒体上で相対的に走査してト
ラッキングを行うものである。

【００２７】図１の構成においては、上記片持ち梁３の
たわみ量の変化を検知する手段として光学的手法を用い
ており、即ち、光源１２からのレーザービームをレンズ
１３を介して片持ち梁３に照射し、該片持ち梁３からの
反射ビームの変位量を２分割フォトダイオード１４で検
知し、係る変位量の信号をｘｙｚ微動装置５の制御回路
８に送り、これにより帰還制御することでトラッキング
を行う。

【００２８】本発明において、片持ち梁のたわみ量の変
化を検知する手段は、上記光学的手段に限定されるもの
ではなく、トンネル電流や静電容量変化等を検知するも
のであっても良い。

【００２９】また、以下に述べる実施例ではプローブ電
極・記録媒体間に働く原子間斥力を用いて間隔制御を行
ない、磁気力を用いてトラッキングを行なっているが、
係る磁気力は原子間斥力に比べ、遠距離に存在する力な
ので、磁性体層上に電極層や記録層を有していても磁気
力は検出可能であり、トラッキングに支障を来たすこと
はない。また係る磁気力は磁化パターンが変化した場合
にのみ変化するので、記録媒体表面の凹凸の影響を受け
ることがなく、原子間斥力の検知と磁気力の検知は分離
することが可能である。

【００３０】本発明に係るプローブの形成方法は、従来
公知である半導体リソグラフィ技術を用いることが可能
であり、以下に述べる実施例においては、ＳｉＯ₂基板
上にＳｉをフォーカストイオンビームで打ち込み、Ｓｉ
の上に選択的にＳｉを結晶させ、これを磁性体で被覆
し、更に導電性処理を行なったプローブを用いている
が、プローブの形状や処理方法は何らこれに限定するも
のではない。係るプローブに用いられる磁性体として
は、パーマロイ合金、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉおよびこれを含
む合金、および各種フェライト等が挙げられる。また、
係るプローブに対し、プローブの長軸方向（図１におけ
るＺ軸方向）と平行に外部磁界をヘルムホルツコイルを
用いて印加し、プローブの磁気モーメントを長軸方向と
平行にする。係る処理によってプローブの磁気モーメン
トが均一になり磁気力を高感度、高Ｓ／Ｎに検出するこ
とが可能になる。さらに、プローブの表面にＰｔ、Ｐ
ｄ、Ａｕ、Ａｇなどの金属や、これらの元素を含む合金
からなる導電層を形成することにより、プローブの変質
を防止すると共に、磁気力と同時に原子間斥力や、トン
ネル電流などを同時に測定することが可能になる。この
際、上記磁気力の検知と原子間斥力の検知を別々のプロ
ーブを用いて行っても良い。

【００３１】以下に述べる実施例では、プローブ電極と
記録媒体間に働く原子間斥力及び磁気力を弾性体の変形
によるばね力とつり合わせる構成を用いる。弾性体とし
ては、たとえば、両持ち梁の中央や片持ち梁の自由端側
にプローブ電極を設けるなどが挙げられる。また、梁の
材料としてはＡｕ、Ｎｉ、ＳＵＳなどの箔を用いるのが
よく、さらに微小な梁を作るには、マイクロメカニクス
でよく行なわれるＳｉＯ₂薄膜などが挙げられる。その
ほか弾性部材としては、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用いることも
可能である。

【００３２】また、プローブ電極と記録媒体との間に働
く力は非常に小さいので、プローブ電極及び弾性支持体
の質量はできるだけ小さくしたほうが好ましく、また、
変位を大きくするために弾性支持体は柔らかく、しかも
外部からの振動に対しては強いことが好ましい。

【００３３】

【実施例】以下、本発明の実施例を説明する。

【００３４】実施例１本実施例は本発明の記録媒体を作成すると共に、この記
録媒体に対して図１に示したような構成を有する情報処
理装置を用いて記録再生の実験を行ったものである。

【００３５】本実施例では、記録媒体は以下の如く作成
した。

【００３６】光学研磨したガラス基板（基板１０４）を
中性洗剤及びトリクレンを用いて洗浄した後、０．５μ
ｍ厚のＮｉＦｅをスパッタ法により形成し、続けて０．
２μｍ厚のＣｏ−Ｃｒをスパッタ法により形成し、磁性
体層１０３とした。係る磁性体層１０３に対して、ＷＳ
Ｐ形磁気ヘッドを用いて幅０．５μｍ、長さ１００μｍ
のライン状のトラック部３００（図１１参照）を１μｍ
ピッチで作製した。この時、トラック部３００がプロー
ブ電極との間に斥力が生じる極性であれば、トラック部
を除く記録領域上を走査しているときはプローブ電極は
記録媒体上に引きつけられており、トラック部上を走査
しているときはプローブ電極はトラック部との間に生じ
る斥力により、記録媒体上から引き離され、係るプロー
ブ電極の変位は片持ち梁３からの反射ビームの変位とな
って２分割フォトダイオード１４に検知される。本実施
例においてはトラック部をプローブ電極との間に斥力が
生じる極性にしているが、何らこれに限定するものでは
ない。

【００３７】次に下引き層としてＣｒを真空蒸着法によ
り５０Å堆積させ、さらにＡｕを同法により４００Å蒸
着して下地電極（Ａｕ電極層１０２）を形成した。

【００３８】続いて、下式で表されるポリアミド酸をジ
メチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）に溶解させ（単量体換
算濃度１×１０^-3Ｍ）、

【００３９】

【化１】

【００４０】別途用意したＮ，Ｎ−ジメチルオクタデシ
ルアミンの同溶媒による１×１０^-3Ｍ溶液とを１：２
（Ｖ／Ｖ）に混合して、ポリアミド酸アミン塩溶液を調
製した。かかる溶液を水温２０℃の純水からなる水相上
に展開し、水面上に単分子膜を形成した。溶媒蒸発除去
後、表面圧を２５ｍＮ／ｍにまで高めた。表面圧を一定
に保ちながら、上述の基板を水面を横切る方向に速度５
ｍｍ／ｍｉｎで静かに浸漬した後、続いて５ｍｍ／ｍｉ
ｎで静かに引き上げて２層のＹ型単分子累積膜を作成し
た。かかる操作を繰り返して、６層のポリアミド酸アミ
ン塩の単分子累積膜を形成した。続いて、かかる基板を
３００℃で１０分間加熱焼成しポリイミド膜とし、記録
層１０１を形成した。かかるポリイミド膜の膜厚はエリ
プソメトリ法により、一層あたり４Åと求められた。

【００４１】次に、図２に示すような本実施例で用いた
片持ち梁３及びプローブ電極２の作成方法を説明する。

【００４２】片持ち梁３はシリコンのエッチング技術を
用い、シリコンの結晶の性質を高度に利用した異方性エ
ッチングの手法で長さ１００μｍ、幅２０μｍ、厚さ１
μｍのＳｉＯ₂の片持ち梁を形成した。この手法は公知
である［Ｋ．Ｅ．Ｐｅｔｅｒｓｅｎ、Ｐｒｏｃ．
ＩＥＥＥ７０、４２０（１９８２）］。この片持ち
梁３上にＣｒおよびＡｕを積層した配線電極２０４を形
成し、さらに係る片持ち梁３の一端にＳｉイオンを打ち
込み、このＳｉ上に選択的にＳｉを結晶成長させて、先
端の鋭利なピラミッド状の結晶２０１を形成した後、Ｆ
ｅ₃Ｏ₄をスパッタリングして磁性体２０２を形成した。
更に、Ａｕを真空蒸着法により厚さ３００Å蒸着し、導
電層２０３を形成してプローブ電極２を作成した。

【００４３】本実施例では、ｘｙｚ粗動装置６はｘｙｚ
ステージを使用しており、この粗動装置６を不図示のベ
ースに固定し、さらにこのベースを不図示の除震台上に
設置してある。

【００４４】次に記録、再生、消去の具体的な仕方につ
いて述べる。

【００４５】図１に示した情報処理装置において、前述
のようにして得られた記録媒体１をｘｙｚ微動装置５の
上に固定した後、プローブ電極２と記録媒体１のＡｕ電
極層１０２の間に回路１０よりバイアス電圧１００ｍＶ
を印加し、ｘｙｚ粗動装置６、そしてｘｙｚ微動装置５
を駆動し、記録媒体１をプローブ電極２に近付ける。プ
ローブ電極２と記録媒体１の間を流れる電流をモニター
しながら両者間の距離を考えてゆくと図４に示すような
電流特性（図中のＩで示す曲線）が得られた。

【００４６】一方、プローブ電極２と記録媒体１が接近
すると両者の間に力が働き、この力によって片持ち梁３
が変形する。この変形量を、光源１２からのレーザービ
ームの片持ち梁３での反射ビームのずれによって検出す
る光てこ方式を用いて、前記電流特性と同時に測定した
結果も同時に図４に示してある（図中のＦで示す曲
線）。

【００４７】プローブ電極２と記録媒体１の間に斥力が
働く図４のａ領域では、両者間に流れる電流は両者間の
距離に対してほぼ一定となっている。そこで以後の走査
では、まず、回路１０によって電流をモニターして、マ
イクロコンピュータ１１による制御によってプローブ電
極２と記録媒体１とを両者間に斥力（具体的には１０ ^-8
［Ｎ］程度）が働く距離まで接近させる。

【００４８】この状態でｘｙｚ微動装置５は記録媒体１
のｚ軸方向の位置を固定させ、ｘ軸及びｙ軸方向に記録
媒体１を移動させることにより、プローブ電極２で記録
媒体１を走査させる。情報記録時にはこの走査中に記録
情報に応じて所定の位置で記録媒体１をＯＮ状態にする
しきい値電圧以上の電圧を回路１０で印加していく。こ
れにより記録媒体１上に情報記録がなされていく。

【００４９】消去時には記録媒体１をＯＦＦ状態に戻す
しきい値以上の電圧を印加し、再生時には微小電圧を印
加して回路１０でプローブ電極２と記録媒体１との間に
流れる電流を検出していく。この時の検出電流の変化状
態が記録媒体上に記録された情報を示すことになる。

【００５０】この時、Ｚ軸方向の位置を固定した記録媒
体からプローブ電極に作用する磁気力の変化による片持
ち梁３のたわみ量の変化を、前述した光てこ方式により
検知することでトラッキングを行なうことにより、任意
のトラック上をこれから外れることなく走査しつつ、記
録、再生、消去を行なう。すなわち、プローブ電極の先
端と記録媒体表面とを、これらの間に原子間斥力が働く
距離まで近付け、該原子間斥力によってプローブ電極の
支持体を弾性変形させた状態で磁気力の変化を検知しト
ラッキングを行ないながら、プローブ電極２を記録媒体
１表面上で走査させ、同時にプローブ電極２と記録媒体
１間に媒体変化電圧を加えて記録、消去を行ない、かつ
微小電圧を印加して記録媒体を流れる電流を検知するこ
とによって電導度の異なる領域、即ち、記録ビットを検
出する。

【００５１】尚、プローブ電極２を支持する片持ち梁３
を、プローブ電極先端と記録媒体表面との間に働く斥力
による弾性変形状態で使用するため、媒体表面の凹凸に
よってプローブ電極先端が媒体表面に近づき斥力が大き
くなれば、片持ち梁３の変形は増してプローブ電極先端
は媒体表面から遠ざかり、また、プローブ電極先端が媒
体表面から遠ざかって斥力が小さくなれば、片持ち梁３
の変形が減りプローブ電極先端は媒体表面に近づく。こ
の時、走査中の媒体表面凹凸による片持ち梁３の変形量
が弾性変形の範囲にあれば、プローブ電極２と記録媒体
表面との距離は略一定に保たれることになる。このた
め、片持ち梁３にアクチュエータを取付け、片持ち梁の
変形量によって帰還制御をする必要がない。

【００５２】この時、磁化パターンが変化しないかぎり
磁気力による変位の変化は生じないので、プローブ電極
と記録媒体が近づいた状態においても、磁化パターンを
検知することによってトラッキングを行なうことが可能
である。

【００５３】さらにこの状態でプローブ電極と記録媒体
間に微小電圧を印加することによって検出される電流信
号には記録媒体表面の凹凸に起因する電流信号は含まれ
ないため、正確な記録ビットの再生が可能となる。

【００５４】次に、この装置において行なった記録、再
生、消去の実験について述ベる。

【００５５】検出電流をモニターしながらプローブ電極
２と記録媒体１との距離を図４のａ領域で示す状態まで
接近させ、この状態でｘｙｚ微動装置５、ｘｙｚ粗動装
置６の制御回路８，９の出力を保持し、ＯＮ状態を生じ
るしきい値電圧Ｖｔｈ_ON以上の電圧である図５に示され
る波形を持つ三角波パルス電圧をプローブ電極２とＡｕ
電極１０２との間に印加した後、再び１００ｍＶのバイ
アスを印加して測定したところ、８μＡ程度の電流が流
れ、ＯＮ状態となったことを示した。

【００５６】次に、ＯＮ状態からＯＦＦ状態へ変化する
しきい値電圧Ｖｔｈ_OFF以上の電圧である図６に示され
る波形を持つ三角波パルス電圧を印加した後、再び１０
０ｍＶのバイアスを印加したところ、電流値は１ｎＡ程
度であり、ＯＦＦ状態へ戻ることが確認された。

【００５７】次に、ｘｙｚ微動装置５のｙ軸と記録媒体
のトラックの長さ方向がほぼ平行になるように設置し
て、前記と同様にプローブ電極２と記録媒体１との距離
を図４のａ領域で示される状態まで接近させた状態で電
流をモニターしたところ、電流値はほぼ１ｎＡの一定値
を示した。次に、プローブ電極２と記録媒体１との距離
ｚを一定に保ちながら、プローブ電極２をｘ方向、即
ち、トラックを横切る方向に走査し、記録媒体にトラッ
クが形成されていることを確認した後、プローブ電極２
を任意のトラック上で保持した。次に、距離ｚを一定に
保ちながら、プローブ電極２をｙ方向に走査させた。こ
の時、前述した方法によりトラッキングを行なうことに
より、任意のトラック上をこれからはずれることなくプ
ローブ電極２を走査させることが可能であることがわか
った。

【００５８】次に、プローブ電極をトラック上で走査さ
せながら、１０ｎｍ間隔に図５に示した波形を有するし
きい値電圧Ｖｔｈ_ON以上の三角波パルス電圧をプローブ
電極２とＡｕ電極１０２の間に印加した後、バイアス１
００ｍＶ一定下で、再び、トラック上を走査させた。そ
の結果、プローブ電極２とＡｕ電極１０２の間を流れる
電流を測定したところ、１０ｎｍ周期で４桁程度に変化
する電流が観測され、ＯＮ状態が周期的に書き込まれた
ことが確認された。さらにＯＮ状態とＯＦＦ状態とでの
電流の比もほぼ一定値を保持していた。

【００５９】また、上記ＯＮ状態が周期的に書き込まれ
た領域で再びトラック上を走査し、任意のＯＮ状態領域
上でｘｙｚ微動装置５を停止させこの位置を保持した状
態で、図６に示した波形を有するしきい値電圧Ｖｔｈ
_OFF以上の三角波パルス電圧を印加した。トラック上の
走査を繰り返し、電流を測定したところ、上記パルスを
印加した領域のＯＮ状態が消去され、１ｎＡ程度の電流
を示すＯＦＦ状態に戻っていることが確認された。この
任意のビット消去同様、プローブ電極２とＡｕ電極１０
２の間の電圧をしきい値Ｖｔｈ_OFF以上に設定して、記
録領域上を走査し、その後電流測定をしたところ、電流
値は１ｎＡ程度でほぼ一定値を示し、１０ｎｍ周期で記
録されたＯＮ状態がすべて消去されＯＦＦ状態となった
ことが確認された。本実施例では、記録媒体の磁性体層
に形成した磁化パターンの変化を検出することによりト
ラッキングを高速に行うことができ、更には記録、再
生、消去のビットエラーレートは３×１０^-6程度と非常
に小さく、高速かつ高精度の情報処理が可能であった。

【００６０】実施例２本実施例では実施例１で用いた片持ち梁の形成方法及
び、プローブ電極の形成方法によって同一Ｓｉ基板上に
長さ１００μｍ、幅２０μｍ、厚さ１μｍのＳｉＯ₂の
片持ち梁を複数個形成し、それぞれの片持ち梁の先端に
プローブ電極を設けている。

【００６１】本実施例の情報処理装置では、図３に示す
ように記録媒体１はｘｙ駆動素子３１およびｚ方向駆動
素子３２上に配置され、それぞれｘｙ方向駆動回路３３
およびｚ方向位置制御回路３４、ｚ方向駆動回路３５に
よって駆動され、マルチプローブユニット３６面と記録
媒体１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なわれる。

【００６２】配線電極２０４は、電流制限抵抗３７，３
８を介して記録用電圧印加回路３９および電流検出回路
４０に接続されている。電流制限抵抗３７，３８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
流が流れることによるプローブ電極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３９か
ら記録媒体１の電極層１０２に、また電流検出回路４０
から再生用電圧印加回路４１を経て記録媒体１の電極層
１０２に配線が接続されている。

【００６３】図３では２分割フォトダイオードおよび、
光源は図示していないが、これらの構成は実施例１で用
いられたものと同じであり、記録媒体も実施例１と同様
にして形成されている。

【００６４】続いて、かかる記録媒体１をｘｙ方向駆動
素子３１のｙ方向とトラックの長さ方向がほぼ平行にな
るように設置し、プローブ電極２とＡｕ電極１０２の間
にバイアス１００ｍＶを印加した状態で両者を接近させ
る。この際、全プローブ電極が一様に記録媒体１に接近
するように調節し、全プローブを図４のａ領域の状態に
なるまで接近させる。この状態下で実施例１と同様にし
てトラッキングを行ないながら、各プローブ電極２につ
いて実施例１と同様の記録、再生、消去操作を行なう。

【００６５】次に本装置における実験を述べる。上述し
た接近状態で、トラッキングを行ないながら、個々のプ
ローブ電極２とＡｕ電極１０２の間を流れる電流を測定
したところ、いずれもほぼ１ｎＡ程度の電流値を示し、
個々のプローブ電流を流れる電流の走査中の変化は極め
て小さかった。

【００６６】続いて、図７を用いて記録動作を説明す
る。上記と同様に記録媒体をトラッキングしながら、個
々のプローブ電極に個別のビット情報（図７（ａ））に
基づいて、図７中の（ｂ）に示すような書き込みパルス
列を生成して、個々のプローブ電極２とＡｕ電極１０２
との間に印加した。ここで、ビット情報の最初のビット
は個々のビット情報すべてについてＯＮ状態に対応する
ビットとしておいた（図中ａ−１）。上記のパルス印加
後、再び書き込み時と同じ方法で記録媒体をｘｙ平面内
で駆動して、バイアス１００ｍＶ印加条件下でプローブ
電極２とＡｕ電極１０２の間を流れる電流を測定したと
ころ４桁程度の電流変化が各プローブ電極に対して得ら
れ、これらの電流測定値を２値化して得たパルス列は、
各プローブ電極２に加えた個々のビット情報（図７中の
（ａ））に一致した。

【００６７】次に、上記のようにして書き込んだ個々の
ビット情報に基づいて図７中の（ｃ）に示す様な消去パ
ルス列を生成した。ここで、すべてのビット情報に対し
て最初のビットはＯＮのまま消去しないものとした。書
き込み時と同じ方法で記録媒体をｘｙ平面内で駆動して
電流値を測定し、最初のビット、即ち最初に電流値が４
桁程度変化した位置で記録媒体の駆動を一時停止した。
この時、初めに定めたビット情報の条件のとおりすべて
のプローブ電極２について４桁程度の変化が認められ
た。続いて記録媒体の駆動を再開し、これに同期させて
先に生成した個別の消去パルス列を個々のプローブ２に
対して印加した。再び、書き込み時と同じ方法で記録媒
体１をｘｙ平面内で駆動して電流を測定したところ、最
初のビット以外はすべてＯＦＦ状態、即ち１ｎＡ程度の
電流値を示し消去が完了したことが確認された。

【００６８】ここで使用した消去パルスに変えて、書き
込みに用いたビット情報のうち、最初のビットを除く任
意のビットを選んで消去パルス列（図７中の（ｄ））を
生成し、前述の手法と同様にして消去実験をしたとこ
ろ、選択したビットのみの消去が確認できた。

【００６９】さらに本実施例においても記録、再生、消
去のビットエラーレートは３×１０^-6程度と非常に小さ
く、高速かつ高精度の情報処理が可能であった。

【００７０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば以
下の効果を奏する。（１）本発明の記録媒体には、磁化パターンが形成され
ているため、例えば磁性体を有するプローブ電極で走査
する際に磁化パターンの異なる領域上ではプローブ電極
に作用する磁気力が異なる。従って、この磁気力の違い
を検出することにより、記録媒体表面に多少の凹凸が存
在しても、この影響を受けることなくトラッキングを容
易に行なうことができる。

【００７１】また、記録媒体表面にトラックとなる凹凸
を形成する必要がないため、プローブ電極を記録媒体表
面に接近させた状態でトラッキング及び記録，再生，消
去を行う際に、プローブ電極や記録媒体に損傷を与える
危険性が大幅に減少する。（２）本発明の情報処理装置は、ＡＦＭの原理を応用し
てプローブ電極・記録媒体間を極めて接近させた状態で
制御すると共に、これらの間に働く磁気力を用いてトラ
ッキングを行うため、装置構成が簡素化できると共に、
応答速度が改善され且つ高精度の情報処理が可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１で示す本発明の情報処理装置の概略構
成図である。

【図２】図１の装置で用いたプローブ電極及び片持ち梁
の断面図である。

【図３】実施例２で示す本発明の情報処理装置の概略構
成図である。

【図４】プローブ電極と記録層表面との距離を変えたと
きに得られた両者間に流れる電流と両者間に働く力の変
化を示す特性図である。

【図５】記録用のパルス電圧波形である。

【図６】消去用のパルス電圧波形である。

【図７】複数個のプローブ電極を用いた記録、再生、消
去実験において、ある１つのプローブ電極に与えられた
ビット情報、記録層パルス列、消去用パルス列を示す図
である。

【図８】本発明に用いた記録層を金属電極で挟持したＭ
ＩＭ素子の概略構成図である。

【図９】図８の素子で得られる電流電圧特性である。

【図１０】図８の素子で得られるメモリー効果を表す電
流電圧特性である。

【図１１】本発明の記録媒体にプローブを介して情報を
記録する様子を模式的に示した平面図である。

【符号の説明】

１記録媒体２プローブ電極３片持ち梁４片持ち梁の支持体５ｘｙｚ微動装置６ｘｙｚ粗動装置８ｘｙｚ微動装置の制御回路９ｘｙｚ粗動装置の制御回路１０電圧印加及び電流検知回路１１マイクロコンピュータ１２光源１３レンズ１４２分割フォトダイオード３１ＸＹ方向駆動素子３２Ｚ方向駆動素子３３ＸＹ方向駆動回路３４Ｚ方向位置制御回路３５Ｚ方向駆動回路３６マルチプローブユニット３７，３８抵抗３９記録用電圧印加回路４０電流検出回路４１再生用電圧印加回路８１，８２金属電極８３単分子累積膜１０１記録層１０２電極層１０３磁性体層１０４基板２０１Ｓｉ結晶２０２磁性体２０３導電層２０４配線電極３００トラック部３０１記録ビット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プローブ電極を介して情報の記録再生等
を行う情報処理装置に用いられる記録媒体であって、該
記録媒体は少なくとも磁性体層と記録層を有し、かつ、
該磁性体層にはトラックとなる磁化パターンが形成され
ていることを特徴とする記録媒体。
【請求項２】前記記録層が、ラングミュアーブロジェ
ット法により形成されることを特徴とする請求項１に記
載の記録媒体。
【請求項３】前記記録層の厚さが１００Å以下である
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の記録媒体。
【請求項４】請求項１〜３いずれかに記載の記録媒体
に、該記録媒体に対向配置したプローブ電極を介して情
報の記録及び／又は再生を行う情報処理装置であって、前記プローブは弾性部材に支持されており、該弾性部材を前記プローブ・記録媒体の間隔変動を補正
する方向に変形させる該プローブ・記録媒体間の近接相
互作用力が、該プローブ・記録媒体間に作用するよう
に、該プローブ・記録媒体の間隔を制御する近接制御手
段と、前記記録媒体に形成された磁化パターンを検知する検知
手段と、該検知手段で検知された信号に基づき、前記プローブを
前記記録媒体上で相対的に走査する駆動手段と、記録用パルス電圧印加回路及び／又は再生用バイアス電
圧印加回路を具備することを特徴とする情報処理装置。
【請求項５】前記近接相互作用力が、原子間斥力であ
ることを特徴とする請求項４に記載の情報処理装置。
【請求項６】前記プローブ電極は磁性体を有し、該プ
ローブ電極と前記記録媒体間に作用する磁気力による前
記弾性部材の変位を検知することで前記磁化パターンを
検知することを特徴とする請求項４又は５に記載の情報
処理装置。
【請求項７】前記磁化パターンを検知することによ
り、トラッキングを行うことを特徴とする請求項４〜６
いずれかに記載の情報処理装置。
【請求項８】前記記録用パルス電圧印加回路により前
記プローブ・記録媒体間に電圧を印加して、前記記録媒
体の電気特性を変化させることにより記録を行うことを
特徴とする請求項４〜７いずれかに記載の情報処理装
置。
【請求項９】前記再生用バイアス電圧印加回路により
前記プローブ・記録媒体間に電圧を印加すると共にこれ
らの間に流れる電流を検出して、前記記録媒体の電気特
性を検出することにより再生を行なうことを特徴とする
請求項４〜８いずれかに記載の情報処理装置。
【請求項１０】前記プローブは複数存在し、その各々
が弾性部材で支持されていることを特徴とする請求項４
〜９いずれかに記載の情報処理装置。