JPH07311985A - 記録媒体、情報処理装置および情報記録再生方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 記録層がポリイミド膜から成り、該記録層上
にシロキサン結合を有するシランカップリング剤の層が
形成されている記録媒体を、ＳＴＭ（走査型トンネル顕
微鏡）の原理を応用した情報処理装置に用いる。 【効果】 記録媒体表面が強固となり、（１）従来に比
べて数段高い機械的強度を示す記録媒体を提供すること
ができ、（２）記録媒体とプローブ電極が近接した情報
処理装置で、プローブ電極の走査によって、記録媒体表
面の変形や破壊が生じる危険を回避することができ、
（３）記録、再生、消去における電流検出のＳ／Ｎ比を
向上させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、情報の記録および／ま
たは再生を行なう記録媒体およびそれを用いた記録およ
び／または再生装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、情報化社会の発展に伴って、大容
量メモリの開発が極めて活発に行なわれている。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高い ３）電力消費が小さい ４）生産性が高く価格が安い 等が挙げられ、現在もそのような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
化を局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】一方、最近では走査型トンネル顕微鏡（Ｓ
ＴＭ）が開発され（G. Binninig et al., Phys. Rev.
Lett., 49, 57(1982)）、単結晶、非晶質を問わず、実
空間の高分解能測定が可能となった。ＳＴＭは、金属の
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
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。その場合の面内方向の分
解能は１Å程度である。従って、ＳＴＭの原理を応用す
れば、十分に原子オーダー（数Å）で高密度記録再生を
行なうことができる。

【０００６】そ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
および可視・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ない、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を用いて行な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
から捕捉し、選択的にデータビットを書き込み、またそ
れを読み取り、消去を行なう方法・装置の提案がある
（特開平１−１９６７５１公報）。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のような記録また
は再生を行なう装置における再生方法としては、プロー
ブ電極と記録媒体表面の間に流れる電流を一定に保持し
ながら、媒体表面上でプローブ電極を走査し、凹凸を検
知し再生する方法や、導電率の高い領域で、プローブ電
極と記録媒体表面間を流れる電流が増すことを利用し、
その電流量を検知して記録ビットを再生する方法があ
る。

【０００８】しかしながら、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プローブ電極が
追従するため、媒体表面の凹凸と記録ビットの区別をプ
ローブ電極の動き量だけから行な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、高速走査が困難であった。

【０００９】また、後者の再生方法によった場合、高速
走査が可能であるものの、媒体表面の凹凸によっても、
電流量が変化してしまい、前者の方法同様、区別が困難
であった。さらに、プローブ電極と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、実行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。そのため、プローブ電極と媒体
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大きく異なってし
まうため、ビットを正確に読み出す際に問題となる可能
性があった。

【００１０】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、プロー
ブ電極と記録媒体表面間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、記録による印加電圧変化がプローブ電極と媒体と
の間隔制御に影響を与えにくいことが好ましい。

【００１１】さらに、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、すなわ
ち、記録密度の点からも記録媒体とプローブ電極は極力
接近するほうが好ましい。

【００１２】しかしながら、上述のような記録媒体とプ
ローブ電極が接近した状態で記録および／または再生を
行なおうとすると、プローブ電極が外的ショックなど何
らかの原因で記録媒体と強く接触してしまった場合、プ
ローブ電極が容易に記録媒体を剥ぎ取ってしまうことが
ある。

【００１３】また、記録媒体とプローブ電極の間に存在
する吸着水の影響や、記録媒体とプローブ電極の間に働
く相互作用によって記録媒体表面が変形したり、記録媒
体とプローブ電極の間に働く力が急激に変化して、滑ら
かな走査が困難であった。

【００１４】ここで、記録媒体表面に存在する吸着水を
極力減少させ、記録媒体とプローブ電極との間に働く相
互作用を小さくする方法として、記録媒体の水に対する
接触角を高くすることが考えられる。それに対しては、
記録層上に脂肪酸金属塩で表面処理したり、かかる脂肪
酸金属塩の分子の一部または全部をフッ素で置換し、水
に対する接触角を９０°、さらにはそれ以上に高くしよ
うとする方法がある。例えば、脂肪酸金属塩の単分子累
積膜を用いることによって、水に対する接触角を１１５
°程度とすることも可能であるが、その場合には、記録
層上の表面処理層によって、記録層とプローブ電極の距
離が離れてしまい、記録層にアクセスすることが困難に
なるという問題点を有している。

【００１５】そこで、そのような脂肪酸金属塩の単分子
膜を用いると、その膜中にピンホールなどの欠陥を生
じ、それが原因となって機械的耐久性の低下を招く場合
があった。機械的強度を高めるために重合体を用いる方
法もあるが、その方法では、一旦記録層を形成した後に
重合を行なうため、保護層内の重合度に関して局所的な
変動が生じ、それが原因となって均一な表面を得にくい
場合があった。さらに、利用可能な材料は重合体部分を
有するものに限定され、その選択範囲が狭いものであっ
た。さらに、重合時における膜の体積変化（膨張または
収縮）をゼロにすることは事実上極めて困難であり、そ
のような体積変化に伴って、膜中に亀裂等の欠陥が生
じ、先の脂肪酸金属塩の単分子膜を用いる場合と同様、
その欠陥が原因となって、機械的耐久性の低下を招く場
合があった。

【００１６】一方、フッ素化合物の単分子膜または単分
子累積膜を形成する場合においても、そのフッ素化合物
が互いに反発するため、均質さを保ったまま膜内の分子
密度を高めることは必ずしも容易ではなかった。

【００１７】また、一般に上記の単分子膜または単分子
累積膜を形成する手法としては、ラングミュアーブロジ
ェット（ＬＢ）法によるのが簡単であるが、特に前記の
フッ素化合物をＬＢ法によって成膜する際には、特別な
金属イオンを導入する等の方法で前述した分子間の反発
を緩和する必要があるなど、その膜材料や成膜条件は限
定されたものとなる。

【００１８】その他、記録媒体中にフッ素化合物を導入
して、記録媒体表面の吸着水の影響を小さくし、記録媒
体とプローブ電極の走査を滑らかに行なおうとする手法
がある。ところが、その方法によりプローブ電極の走査
は滑らかに行なうことはできるが、プローブ電極に何ら
かの強い外的ショックが加わったときに、プローブ電極
が記録媒体を変形させたり、剥ぎ取ってしまう危険性は
残る。

【００１９】一方、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、媒体表面とプローブ間の距
離を両者が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（ＡＦＭ）の
利用が特開平１−２４５４４５号公報に開示されてい
る。

【００２０】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バネ力と釣り合わせ、この変形量
を一定に保持するように帰還制御が行なわれる。

【００２１】さらに、ＡＦＭを用いて基板上の有機膜に
荷重を加えて行なった実験の報告としては、E. Mayerら
の報告（E. Mayer et al., Nature, 349, 398-400(199
1)）などがある。その報告によれば、比較的強い荷重に
対しては、有機膜にダメージが発生することが示唆され
ている。

【００２２】そこで本発明の目的は、記録層表面が強固
な記録媒体およびその記録媒体を用いた信頼性の高い情
報処理装置を提供し、そのような装置を用いた優れた情
報記録再生方法を提供することにある。

【００２３】

【課題を解決するための手段】本発明は第１に、少なく
とも電極層と記録層が積層されて成る記録媒体におい
て、記録層がポリイミド膜から成り、該記録層上にシロ
キサン結合を有するシランカップリング剤の層が形成さ
れていることを特徴とする記録媒体を提供する。

【００２４】第２に本発明は、上記の記録媒体、該記録
媒体と該記録媒体に対向配置されたプローブ電極との間
に電圧印加する手段、該記録媒体と該プローブ電極の間
に流れる電流を検知する電流検知手段、該記録媒体と該
プローブ電極との間の距離を設定する間隔設定手段、お
よびプローブ電極走査時に該設定間隔を一定に保持する
間隔保持手段を有する情報処理装置を提供する。

【００２５】第３に本発明は、上記の情報処理装置を用
い、間隔設定手段によって記録媒体とプローブ電極の間
の距離をトンネル電流が流れ得る距離とし、間隔保持手
段によって該距離を保持しながら、該記録媒体と該プロ
ーブ電極の間に流れるトンネル電流を検出して、該記録
媒体の電気特性を検出することによって再生を行なう情
報再生方法、ならびに記録媒体とプローブ電極の間に電
圧を印加して、該記録媒体の電気特性を変化させること
によって記録を行なう情報記録方法を提供する。

【００２６】本発明の記録媒体に用いられるシランカッ
プリング剤には種々の構造のものがあるが、記録媒体表
面の分子の結合力を高めるためには、網目状構造を取り
やすいシロキサン結合を有しているものが好ましい。ま
た、そのようなシランカップリング剤は記録媒体本来の
特性を失うことがないように、単分子層からなることが
望ましい。

【００２７】そのような観点から、ジシロキサン、１，
１，１，３，５，７，７，７−オクタメチルテトラシロ
キサン、１，１，１，３，５，５，５−ヘプタメチルト
リシロキサン、１，１，３，３，５，５−ヘキサメチル
トリシロキサンなどが本発明の記録媒体に用いられるシ
ランカップリング剤としては好ましい。

【００２８】そのようなシランカップリング剤と記録層
が結合し、網目構造をとる正確な機構は十分に解明され
ていないが、シランカップリング剤の例えばメチル基等
が記録層および隣接するシランカップリング剤と結合
し、さらにシロキサン結合を有しているために、その結
合が安定化した網目状構造を形成して、かかる結合が強
固になるものと考えられる。

【００２９】一方、本発明の記録媒体における記録層と
なるポリイミド単分子膜、単分子累積膜はラングミュア
−ブロジェット（ＬＢ）法によって得られたポリアミド
酸単分子膜または単分子累積膜から形成することが薄膜
化の観点から好ましい。その方法としては例えば、まず
ポリアミド酸に適度の疎水性を持たせるための長鎖アル
キルアミン類を混合し、ポリアミド酸アミン塩として成
膜し、その後加熱焼成することにより、脱水閉環（イミ
ド化）反応および脱アミン化反応を行なわしめ、ポリイ
ミド膜とする。

【００３０】本発明で用いられるポリアミド酸はカルボ
ン酸無水物とジアミンとを縮合させることによって得ら
れる。カルボン酸無水物としては例えば、ピロメリット
酸無水物、３，３’，４，４’−ビフェニルテトラカル
ボン酸無水物、３，３’，４，４’−ベンゾフェノンテ
トラカルボン酸無水物、２，２−ビス（３，４−ジカル
ボキシフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘキサフ
ルオロプロパンの酸無水物などが挙げられる。

【００３１】ジアミンとしては、フェニレンジアミン、
４，４’−ジアミノジフェニルエーテル、１，４−ビス
（４−アミノフェノキシ）ベンゼン、４，４''−ジアミ
ノ−ｐ−テルフェニル、４，４’−ジアミノジフェニル
チオエーテル、４，４’−ジアミノジフェニルスルホ
ン、ビス（４−アミノフェニル）メタン、２，２−ビス
（４−アミノフェニル）−１，１，１，３，３，３−ヘ
キサフルオロプロパン、１，３−ビス（３−アミノプロ
ピル）−１，１，３，３−テトラメチルジシロキサンな
どが挙げられる。

【００３２】さらに、かかるポリアミド酸は、アミド酸
構造の単位がポリマー主鎖に一部含まれているものであ
っても本発明の記録媒体に使用可能であることから、２
種以上のカルボン酸無水物および／または２種以上のジ
アミンを用いた共重合体ポリアミド酸の利用も可能であ
る。

【００３３】本発明において、上記アルキルアミンには
１〜３級のアルキルアミン、さらに、アルキル基の一部
がハロゲン置換されているもの、アルキル鎖の一部が水
酸基で置換されているもの、分岐型アルキル基、ベンゼ
ン環等環状構造を有しているものなどを用いることが可
能である。

【００３４】これら分子の混合比としては、ポリアミド
酸のカルボキシル基を全てアミン塩化させる程度するの
が好ましい。すなわち、ポリアミド酸の１繰返し単位当
り通常２個のカルボキシル基が存在するが、この場合、
ポリアミド酸の繰返し単位数の総和：アルキルアミンの
分子数を、１：１〜１：３、より好ましくは１：２〜
１：２．５とする。

【００３５】この時の溶媒としては、Ｎ，Ｎ−ジメチル
アセトアミド（ＤＭＡＣ）など、ポリアミド酸およびア
ミンが十分に溶解し、かつ水面上にそれの溶液を展開す
ることが可能な溶媒であれば何を用いてもよく、また混
合溶媒でもよい。

【００３６】また、ポリアミド酸の濃度にも特に制限は
ないが、展開性の面から、単量体換算濃度１×１０^-7〜
１×１０^-3Ｍの範囲とすることが好ましい。

【００３７】さて、以上のようにして調製したポリアミ
ド酸アミン塩の溶液を水面上に静かに展開する。この
時、水相としては、２０〜２５℃の純水が一般に用いら
れるが、各種金属イオンの添加や酸、アルカリを加えて
ｐＨの調整を行なっても構わない。次に、水面上に展開
したポリアミド酸アミン塩を圧縮し、水面上にポリアミ
ド酸アミン塩の単分子膜を形成する。

【００３８】かかる単分子膜を表面圧を一定に保ったま
ま、水面上単分子膜を横切る方向に浸漬し、引続き引き
上げることにより、２層のＹ型分子膜を支持体上に累積
することが可能となる。

【００３９】ポリアミド酸アミン塩の単分子膜を基板上
に写し取るには、上述の垂直浸漬法の他、水平付着法、
回転円筒法などの方法によることもできる。

【００４０】上記のような単分子累積膜を２つの金属電
極で挟持したＭＩＭ構造素子（図７）は、図８および図
９に示すような電流電圧特性を示す（特開昭６３−９６
９５６号公報参照）。２つの状態（ＯＮ状態とＯＦＦ状
態）は閾値以上の電圧印加によって相互に遷移し、かつ
それぞれの状態は閾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
るが、本発明の記録媒体には、特開昭６３−１６１５５
２号公報および特開昭６３−１６１５５３号公報に開示
されたごとく、好ましくは数Åから５００Åの範囲の膜
厚とし、最も好ましくは１０Åから２００Åの膜厚とす
る。

【００４１】また、本発明の記録媒体における電極層の
材料として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、Ｐ
ｂ、Ｗなどの金属やそれらの合金、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
物を始めとして数多くの材料が挙げられる。また、それ
らの材料を用いた電極形成方法としても、従来の薄膜技
術で十分である。ただし、基板上に直接形成される電極
材料は、表面がＬＢ膜形成の際、絶縁性の酸化膜を作ら
ない材料、例えば貴金属やＩＴＯなどの酸化物導電体を
用いることが好ましい。

【００４２】なお、記録媒体の金属電極は、記録層の絶
縁性が高い場合には用いたほうが好ましいが、その金属
層が１ＭΩ以下の半導体的性質を示すものであれば金属
電極は用いなくともよい。

【００４３】本発明の情報処理装置では、上述の本発明
の記録媒体を対向配置されたプローブ電極を介して情報
の記録および／または再生を行なう装置に組み込み、プ
ローブ電極・記録媒体間の間隔の変動を補正する方向の
力がそのプローブ電極・記録媒体間に作用するようにし
てその間隔を一定に保持しながら、プローブ電極・記録
媒体間に電圧を印加して情報の記録を行なうか、もしく
はプローブ電極・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するものである。

【００４４】プローブ電極・記録媒体間の距離の制御を
行う手段としては、プローブ電極先端と記録媒体表面間
の原子間力を検出し、その検出値に基づいて上述の変動
補正を行う方向の力をプローブ電極・記録媒体間に加え
る手段、あるいはプローブ電極を支持しプローブ電極先
端と記録媒体表面間の斥力に応じて撓む弾性支持体など
がある。

【００４５】後者の弾性支持体としては例えば、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た
ものなどが挙げられる。また、梁の材料としては、Ａ
ｕ、Ｎｉ、ＳＵＳなどの箔を用いるのが好ましく、さら
に微小な梁を作るには、マイクロメカニクスで頻用され
るＳｉＯ₂薄膜などが挙げられる。

【００４６】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、プローブ電極および弾性支持
体の質量はできるだけ小さくしたほうが好ましく、ま
た、変化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。

【００４７】本発明においては、上記プローブ電極と記
録媒体の間の距離を両者の間に斥力などの力が作用する
まで近接した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
加え、記録、再生および消去を行なう。

【００４８】そのため、プローブ電極の先端は、記録、
再生、消去の分解能を上げるためにできるだけ尖らせる
ことが望ましい。例えば、ＳｉＯ₂基板上にＳｉをフォ
ーカストイオンビームで打ち込み、そのＳｉの上に選択
的にＳｉを結晶させ、Ａｕを蒸着して導電性処理を行な
ったプローブを用いることができるが、プローブの形状
や処理方法は何らこれに限定されるものではない。

【００４９】

【実施例】以下、図面を用いながら、実施例によって本
発明を具体的に説明する。

【００５０】（実施例１）図１は、本発明の情報記録再
生装置の１例のブロック構成図である。図中、１は記録
媒体、２は記録媒体１に対向して設けられたプローブ電
極、３はプローブ電極２が取り付けられている片持ち
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。媒体１はｘｙｚ微動装置５によってｘ、ｙお
よびｚ軸方向に微小量動かすことができ、さらにｘｙｚ
粗動装置６によって動かすことができる。片持ち梁の支
持体４とｘｙｚ粗動装置６はベース７に固定されてい
る。ベース７は図示されていないが、除震台上に設置し
てある。

【００５１】片持ち梁３はシリコンのエッチング技術を
用いて作製した。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２０μ
ｍ、厚さ１μｍ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. IEEE., 70, 42
0(1982)）。プローブ電極２は前記の異方性エッチング
で作製したＳｉＯ₂の片持ち梁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、Ａｕを真空蒸着法により厚さ３００Å蒸着し、導電
層２０２を形成して作製した。ｘｙｚ微動装置５は、円
筒形圧電素子を用いており、任意の電圧を印加すること
で、ｘ、ｙおよびｚ軸方向に記録媒体１を微動できる。
ｘｙｚ粗動装置６はｘｙｚステージを使用している。

【００５２】プローブ電極２と記録媒体１の下地電極１
０２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および電流検知回
路１０に接続されている。

【００５３】ｘｙｚ微動装置５およびｘｙｚ粗動装置６
は制御回路８および９によってそれぞれ駆動される。こ
れらの回路と、電圧印加および電流検知回路１０はマイ
クロコンピュータ１２と接続され、制御される。

【００５４】記録媒体の作製は以下のように行った。な
お符号は図１に従う。

【００５５】光学研磨したガラス基板（基板１０３）を
中性洗剤およびトリクレンを用いて洗浄した後、下引き
層としてＣｒを真空蒸着法によって５０Å堆積させ、さ
らにＡｕを同様の方法によって４００Å蒸着した下地電
極（Ａｕ電極１０２）を形成した。

【００５６】その後、下記式（１）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）、別途調製した１×１
０^-3ＭのＮ，Ｎ−ジメチルオクタデシルアミンのＤＭＡ
Ｃ溶液と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。

【００５７】

【化１】 その溶液を水温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。溶媒の蒸発除去後、表面
圧を２５ｍＮ／ｍまで高め、表面圧を一定に保ちなが
ら、上記基板を水面を横切る方向に速度５ｍｍ／ｍｉｎ
で静かに浸漬した後、続いて５ｍｍ／ｍｉｎで静かに引
き上げて、２層のＹ型単分子累積膜を作製した。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。

【００５８】続いて、その基板を３００℃で１０分間加
熱焼成してポリイミド膜とし、本発明における記録層と
した。そのポリイミド膜の膜厚はエリプソメトリ法によ
り、一層当たり４Åと求められた。

【００５９】次に、その基板をヘキサメチルジシロキサ
ンの蒸気中に室温で一昼夜保持して、単分子吸着膜を形
成した。

【００６０】以上のようにして作成した記録媒体をＡＦ
Ｍを用いて１×１０^-7Ｎの荷重をかけて走査したとこ
ろ、記録媒体表面の変形は認められなかった。

【００６１】以下、記録、再生、消去の具体的な方法に
ついて述べる。

【００６２】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Ａｕ電極１０２の間にバイア
ス電圧１００ｍＶを印加し、ｘｙｚ粗動装置６そしてｘ
ｙｚ微動装置５を駆動し、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、両者間の距離を変えていくと、図
３に示すような電流特性（図中のＩで示す曲線）が得ら
れた。

【００６３】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、その力によって片持ち梁
３が変形する。レーザービームの片持ち梁での反射ビー
ムのずれによって検出する光てこ方式を用いて、前記の
電流特性と同時に、その変形量を測定し、その結果も同
時に図３に示した（図中のＦで示した曲線）。

【００６４】プローブ電極２と記録媒体１の間に斥力が
働く図８の領域ａでは、両者の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。

【００６５】この状態で、ｘｙｚ微動装置５は、媒体１
のｚ軸方向の位置を固定して、ｘ軸およびｙ軸方向に媒
体１を移動させることにより、プローブ電極２で媒体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媒体をＯＮ状態にする閾値電圧以
下の電圧を回路１０で印加していく。これにより、媒体
１上に情報記録がなされていく（オール０信号の記録で
ある）。

【００６６】消去時には、媒体をＯＦＦ状態に戻す閾値
以下の電圧を印加しながら、回路１０でプローブ電極２
と媒体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媒体上に記録された情報を示すこ
とになる。

【００６７】このように、プローブ電極の先端と記録媒
体表面とをこの間に斥力が働く距離まで近付け、その斥
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との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、すなわち記録ビットを検出する。

【００６８】プローブ電極の支持体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、媒体表面の凹凸のためにプローブ電極先
端が媒体表面に近付き斥力が大きくなれば支持体が変形
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、支持体が前記とは逆の方向に変形してプローブ
電極先端は媒体表面に近付き、走査中の表面凹凸による
プローブ電極支持体の変形量が弾性変形の範囲にあれ
ば、プローブ電極２と媒体１表面との距離は、支持体に
アクチュエータを取り付け、支持体の変形量によって帰
還制御をしなくともほぼ一定に保たれることになる。

【００６９】さらに、この状態でプローブ電極の記録媒
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。

【００７０】また、本発明においては、上述の記録、再
生、消去に用いる記録媒体は前述した記録媒体の形成方
法により、記録媒体表面の機械的な強度が向上している
ことから、記録媒体表面をプローブ電極が走査したとき
に荷重がかかっても、プローブ電極先端で記録媒体表面
を変形させる危険性が減少し、走査中のトラブルによる
記録、再生、消去のエラーを減少させることが可能とな
った。

【００７１】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べる。

【００７２】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３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
じる閾値電圧ＶｔｈＯＮ以上の電圧である図４に示した
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。

【００７３】次に、ＯＮ状態からＯＦＦ状態へ変化する
閾値電圧ＶｔｈＯＦＦ以上の電圧で図５に示した波形を
持つ三角波パルス電圧を印加した後、再び１００ｍＶの
バイアスを印加したところ、電流値１ｎＡ程度で、ＯＦ
Ｆ状態に戻ることが確認された。

【００７４】次に、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３のａ領域で示される距離まで接近
させた状態でｘｙｚ微動装置５のｙ、ｚ軸を固定し、ｘ
軸方向のみに駆動して、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、ｘ軸方向の
みを駆動しながら、１０ｎｍ間隔に図４の波形を有する
閾値電圧ＶｔｈＯＮ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、ｘ軸方向のみの駆動を繰返
し、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。

【００７５】また、上記のＯＮ状態が周期的に書き込ま
れた領域を再びｘ軸駆動のみによって走査し、任意のＯ
Ｎ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５の波形を有する閾値電圧Ｖｔｈ
ＯＦＦ以上の三角波パルス電圧を印加した。ｘ軸方向の
みの走査を繰返し、電流を測定したところ、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電極の間の
電圧を閾値ＶｔｈＯＦＦ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１ｎ
Ａ程度でほぼ一定値を示し、１０ｎｍ周期で記録された
ＯＮ状態が全て消去されＯＦＦ状態となったことが確認
された。

【００７６】続いて、ｘｙｚ微動装置５を制御し、１ｎ
ｍから１μｍの間の種々のピッチで長さ１μｍのストラ
イプを上記の方法で書き込み、分解能を測定したとこ
ろ、３ｎｍ以上のピッチでは常に４桁程度の電流変化が
書き込みピッチと同じピッチで確認されたが、３ｎｍ未
満のピッチでは電流量の変化が次第に小さくなった。

【００７７】さらに、上記実験の間プローブ電極による
記録媒体表面の変形やプローブ電極走査中のエラーはな
かった。

【００７８】（実施例２）次に、実施例１で用いた片持
ち梁の形成方法およびプローブ電極の形成方法によって
１辺の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た。

【００７９】図２に示すように、片持ち梁が形成された
Ｓｉ基板４を支持台１３に固定した。支持台１３は少な
くとも３個の圧電素子１４を介してベース７に取り付け
られている。これら圧電素子１４はマイクロコンピュー
タ１１によって制御された圧電素子制御回路１２によっ
て個々に駆動される。また、電圧印加および電流検知回
路１０によって、個々のプローブ電極２に電圧が印加さ
れ、個々のプローブ電極２と記録媒体１の間に流れる電
流がそれぞれ別個に検知される。

【００８０】この他の構成は、実施例１と同様である。

【００８１】記録媒体は、実施例と同様にして形成した
Ａｕ電極１０２上に記録層１０１を有する。記録層１０
１は以下のようにして形成した。

【００８２】実施例１と同様にして（２）式で表される
ポリアミド酸とＮ，Ｎ−ジメチルオクタデシルアミンを
それぞれ単量体換算濃度１×１０^-3Ｍにジメチルアセト
アミド（ＤＭＡＣ）で溶解した溶液を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。

【００８３】

【化２】 この溶液を用い、実施例１と同様にして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。

【００８４】次に、その基板を３００℃で１０分間加熱
焼成してポリイミド膜の記録層を形成した。

【００８５】このようにして形成した記録媒体を、ＡＦ
Ｍを用いて１×１０^-7Ｎの荷重をかけて走査したとこ
ろ、記録媒体表面の変形は認められなかった。

【００８６】続いて、その記録媒体１をｘｙｚ微動装置
５を駆動し、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た。
この際、圧電素子１４を制御して、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３のａ領域の状態になるまで接近させた。この状態下
でｘｙｚ微動装置５により、媒体１をｘ方向に移動させ
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、消去の操作を行なった。

【００８７】次に、この装置における実験について述べ
る。上述した接近状態で、ｘｙｚ微動装置を制御して、
記録媒体ｘｙ面内で駆動しながら、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
ローブ電極を流れる電流の走査中の変更は極めて小さか
った。

【００８８】続いて、図６を用いて記録動作を説明す
る。上記と同様に記録媒体をｘｙ面内で駆動しながら、
個々のプローブ電極に個別のビット情報（図６（ａ））
に基づいて図６中の（ｂ）に示すような書き込みパルス
列を生成して、これに加えた。ここで、ビット情報の最
初のビットは個々のビット情報全てについてＯＮ状態に
対応するビットとしておいた（図中ａ−１）。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６
中の（ａ））に一致した。

【００８９】次に、上で書き込んだ個々の個別ビット情
報に基づいて、図６中の（ｃ）に示すような消去パルス
列を生成した。ここで、全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ておく。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、すなわち最初に電流値
が４桁程度変化した位置で、媒体の駆動を一時停止し
た。このとき、初めに定めたビット情報の条件の通り全
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。続いて媒体の駆動を再開し、これに同期させて個々
のプローブ２に対して先に生成した個別の消去パルス列
を印加した。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
ビット以外は全てＯＦＦ状態、すなわち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。

【００９０】ここで使用した消去パルスに代えて、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６中の（ｄ））を
生成し、前述の手法と同様にして消去実験を行なったと
ころ、選択したビットのみの消去が確認できた。

【００９１】さらに、本実施例においても、プローブ電
極による記録媒体表面の変形やプローブ電極の急激な位
置の変動はなく、プローブ電極走査中のエラーはなかっ
た。

【００９２】（実施例３）実施例１と同様にして基板上
に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。次に、その基板をビス（トリメチルシロキシ）メチ
ルシランの蒸気中に室温で一昼夜保持して単分子吸着層
を形成した。続いて３００℃で１０分間加熱焼成してポ
リイミド膜を記録層とする記録媒体を得た。

【００９３】この記録媒体を用いて、実施例１と同様の
記録、再生、消去の実験を行ったところ、実施例１およ
び２と同様に良好な記録、再生、消去を行うことができ
た。

【００９４】また、本実施例においても、プローブ電極
による記録媒体表面の変形やプローブ電極走査中のエラ
ーはなかった。

【００９５】

【発明の効果】以上説明した通り、記録層上にシロキサ
ン結合を有するシランカップリング剤の層を形成して、
記録媒体表面に編目状の結合を形成することによって、
記録媒体表面が強固となり、（１）情報の記録再生時に
プローブが外的ショックなど何らかの原因で記録層と強
く接触してしまった場合などにおいても、従来に比べて
数段高い機械的強度を示す記録媒体を提供することがで
き、従って（２）記録媒体とプローブ電極が近接した情
報処理装置で、プローブ電極の走査によって、記録媒体
表面の変形や破壊が生じる危険を回避することができ、
しかも（３）記録、再生、消去における電流検出のＳ／
Ｎ比を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の情報処理装置の１実施態様の構成を簡
略に示す模式図である。

【図２】本発明の情報処理装置の別の実施態様の構成を
簡略に示す模式図である。

【図３】プローブ電極・記録媒体間の距離と、両者間に
流れる電流および両者間に働く力の関係を示すグラフで
ある。

【図４】記録用のパルス電圧波形を示す波形図である。

【図５】消去用のパルス電圧波形を示す波形図である。

【図６】実施例２の実験で、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、消去パルス列を示
す波形図である。

【図７】本発明の記録媒体を金属電極で挟持したＭＩＭ
素子の模式的斜視図である。

【図８】図７の素子で得られる電流電圧特性を示すグラ
フである。

【図９】図７の素子で得られるメモリー効果を表す電流
電圧特性を示すグラフである。

【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 ５ ｘｙｚ微動装置 ６ ｘｙｚ粗動装置 ７ ベース ８ ｘｙｚ微動装置の制御回路 ９ ｘｙｚ粗動装置の制御回路 １０ 電圧印加および電流検知回路 １１ マイクロコンピュータ １２ 圧電素子の制御回路 １３ 支持台 １４ 圧電素子 ４１、４２ 金属電極 ４３ 単分子累積膜 １０１ 記録層 １０２ 電極層 １０３ 基板 ２０１ Ｓｉ結晶 ２０２ 導電層

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも電極層と記録層が積層されて
   成る記録媒体において、記録層がポリイミド膜から成
   り、該記録層上にシロキサン結合を有するシランカップ
   リング剤の層が形成されていることを特徴とする記録媒
   体。
2. 【請求項２】 ポリイミド膜が、ラングミュア−ブロジ
   ェット法によって得られたポリアミド酸アミン塩の単分
   子膜をイミド化して形成されたものである請求項１記載
   の記録媒体。
3. 【請求項３】 ポリイミド膜が、ラングミュア−ブロジ
   ェット法によって得られたポリアミド酸アミン塩の単分
   子累積膜をイミド化して形成されたものである請求項１
   記載の記録媒体。
4. 【請求項４】 シランカップリング剤の層が単分子吸着
   膜である請求項１ないし３のいずれか１項に記載の記録
   媒体。
5. 【請求項５】 記録層の厚さが１００Å以下である請求
   項１ないし４のいずれか１項に記載の記録媒体。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれか１項に記載
   の記録媒体、該記録媒体と該記録媒体に対向配置された
   プローブ電極との間に電圧印加する手段、該記録媒体と
   該プローブ電極の間に流れる電流を検知する電流検知手
   段、該記録媒体と該プローブ電極との間の距離を設定す
   る間隔設定手段、およびプローブ電極走査時に該設定間
   隔を一定に保持する間隔保持手段を有する情報処理装
   置。
7. 【請求項７】 プローブ電極が複数個あり、該プローブ
   電極のそれぞれに間隔保持手段がある請求項６記載の情
   報処理装置。
8. 【請求項８】 間隔保持手段が、記録媒体とプローブ電
   極との間の原子間力を検出して該検出値に基づいて該プ
   ローブ電極を動かす手段である請求項６または７記載の
   情報処理装置。
9. 【請求項９】 間隔保持手段が、記録媒体とプローブ電
   極との間の斥力によって撓む該プローブ電極を支持する
   弾性支持体である請求項６または７記載の情報処理装
   置。
10. 【請求項１０】 請求項６ないし９のいずれか１項に記
    載の情報処理装置を用い、間隔設定手段によって記録媒
    体とプローブ電極の間の距離をトンネル電流が流れ得る
    距離とし、間隔保持手段によって該距離を保持しなが
    ら、該記録媒体と該プローブ電極の間に流れるトンネル
    電流を検出して、該記録媒体の電気特性を検出すること
    によって再生を行なう情報再生方法。
11. 【請求項１１】 請求項６ないし９のいずれか１項に記
    載の情報処理装置を用い、記録媒体とプローブ電極の間
    に電圧を印加して、該記録媒体の電気特性を変化させる
    ことによって記録を行なう情報記録方法。