JPH08297870A - 情報処理装置および情報処理方法 - Google Patents
情報処理装置および情報処理方法Info
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- JPH08297870A JPH08297870A JP12592395A JP12592395A JPH08297870A JP H08297870 A JPH08297870 A JP H08297870A JP 12592395 A JP12592395 A JP 12592395A JP 12592395 A JP12592395 A JP 12592395A JP H08297870 A JPH08297870 A JP H08297870A
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- probe
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- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y10/00—Nanotechnology for information processing, storage or transmission, e.g. quantum computing or single electron logic
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- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11B—INFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
- G11B9/00—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
- G11B9/12—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor
- G11B9/14—Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using near-field interactions; Record carriers therefor using microscopic probe means, i.e. recording or reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as used in Scanning Tunneling Microscopy [STM] or Atomic Force Microscopy [AFM] for inducing physical or electrical perturbations in a recording medium; Record carriers or media specially adapted for such transducing of information
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- G11B11/00—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor
- G11B11/002—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor using recording by perturbation of the physical or electrical structure
- G11B11/007—Recording on or reproducing from the same record carrier wherein for these two operations the methods are covered by different main groups of groups G11B3/00 - G11B7/00 or by different subgroups of group G11B9/00; Record carriers therefor using recording by perturbation of the physical or electrical structure with reproducing by means directly associated with the tip of a microscopic electrical probe as defined in G11B9/14
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- G11B2005/0002—Special dispositions or recording techniques
- G11B2005/0005—Arrangements, methods or circuits
- G11B2005/0021—Thermally assisted recording using an auxiliary energy source for heating the recording layer locally to assist the magnetization reversal
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Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明は、操作が容易で、装置の全体構成がコ
ンパクトで、集積化が可能な情報処理装置および情報処
理方法を提供することを目的とするものである。 【構成】本発明は上記目的を達成するために、弾性体に
より支持された探針をこれに対向する記録媒体に対して
走査し、その物理現象から生じる信号を検出して情報処
理を行う情報処理装置において、前記探針と前記記録媒
体との間への電圧印加手段と、該電圧印加手段の電圧印
加により前記探針と前記記録媒体間に流れる電流によっ
て発生する熱の温度上昇で軟化する記録媒体と、該軟化
した記録媒体に対して前記弾性体により支持された探針
の先端を押し込む力を作用させて該記録媒体表面に凹構
造の記録ビットを形成する記録ビット形成手段とによ
り、操作が容易で、全体構成がコンパクトで集積化が可
能な情報処理装置を実現したものである。
ンパクトで、集積化が可能な情報処理装置および情報処
理方法を提供することを目的とするものである。 【構成】本発明は上記目的を達成するために、弾性体に
より支持された探針をこれに対向する記録媒体に対して
走査し、その物理現象から生じる信号を検出して情報処
理を行う情報処理装置において、前記探針と前記記録媒
体との間への電圧印加手段と、該電圧印加手段の電圧印
加により前記探針と前記記録媒体間に流れる電流によっ
て発生する熱の温度上昇で軟化する記録媒体と、該軟化
した記録媒体に対して前記弾性体により支持された探針
の先端を押し込む力を作用させて該記録媒体表面に凹構
造の記録ビットを形成する記録ビット形成手段とによ
り、操作が容易で、全体構成がコンパクトで集積化が可
能な情報処理装置を実現したものである。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は走査型プロープ顕微鏡の
構成を応用し、情報の記録・再生・消去を行う情報処理
装置および方法に関するものである。
構成を応用し、情報の記録・再生・消去を行う情報処理
装置および方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】近年、米国特許第４３４３９９３号明細
書に記載されているようなナノメートル以下の分解能で
導電性物質表面を観察可能な走査型トンネル顕微鏡（以
下ＳＴＭと略す）が開発され、金属・半導体表面の原子
配列、有機分子の配向等の観察が原子・分子スケールで
なされている。また、ＳＴＭ技術を発展させ、絶縁物質
等の表面をＳＴＭと同様の分解能で観察可能な原子間力
顕微鏡（以下ＡＦＭと略す）も開発された（米国特許第
４７２４３１８号明細書）。このＳＴＭの原理を応用
し、ＳＴＭ構成でトンネル電流を一定にするように記録
媒体−探針間隔をフィードバック制御しながら、記録媒
体に探針をアクセスし、間に電圧を印加し、原子・分子
スケールのビットサイズの記録再生を行うことにより、
高密度メモリーを実現するという提案がなされている
（米国特許第４５７５８２２号明細書、特開昭６３−１
６１５５２号公報、特開昭６３−１６１５５３号公
報）。また、ＳＴＭとＡＦＭとを組み合わせた装置構成
を用い、探針を記録媒体に接触させた状態で間に電圧を
印加することにより記録を行い、ＡＦＭの原理を用いて
記録ビット形状を検出することにより再生を行う記録再
生装置や、記録及び再生中の探針位置制御をＡＦＭの原
理を応用して行う記録再生装置、探針を支持する弾性体
の変形を利用して、記録及び再生中に探針先端を記録媒
体表面をならわせる記録再生装置の提案もなされている
（特開平１−２４５４４５号公報、特開平４−３２１９
５５号公報）。上記のようなＳＴＭやＡＦＭの原理を用
いた高密度メモリーの記録方式の一つとして、最近、透
明な記録媒体に対し、ＡＦＭ探針を接触させ、記録媒体
裏面からＡＦＭ探針先端付近に光を照射することにより
探針先端を熱し、接触部分の記録媒体温度を上昇させ、
軟らかくし、ＡＦＭ探針との間に働く力により凹構造の
記録ビットを形成し、ＡＦＭの原理を用いてこれを検出
することにより再生を行うという記録再生方法が示され
た（Ｍａｍｉｎ他 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．ｖ
ｏｌ．６１（１９９２）ｐｐ．１００３）。
書に記載されているようなナノメートル以下の分解能で
導電性物質表面を観察可能な走査型トンネル顕微鏡（以
下ＳＴＭと略す）が開発され、金属・半導体表面の原子
配列、有機分子の配向等の観察が原子・分子スケールで
なされている。また、ＳＴＭ技術を発展させ、絶縁物質
等の表面をＳＴＭと同様の分解能で観察可能な原子間力
顕微鏡（以下ＡＦＭと略す）も開発された（米国特許第
４７２４３１８号明細書）。このＳＴＭの原理を応用
し、ＳＴＭ構成でトンネル電流を一定にするように記録
媒体−探針間隔をフィードバック制御しながら、記録媒
体に探針をアクセスし、間に電圧を印加し、原子・分子
スケールのビットサイズの記録再生を行うことにより、
高密度メモリーを実現するという提案がなされている
（米国特許第４５７５８２２号明細書、特開昭６３−１
６１５５２号公報、特開昭６３−１６１５５３号公
報）。また、ＳＴＭとＡＦＭとを組み合わせた装置構成
を用い、探針を記録媒体に接触させた状態で間に電圧を
印加することにより記録を行い、ＡＦＭの原理を用いて
記録ビット形状を検出することにより再生を行う記録再
生装置や、記録及び再生中の探針位置制御をＡＦＭの原
理を応用して行う記録再生装置、探針を支持する弾性体
の変形を利用して、記録及び再生中に探針先端を記録媒
体表面をならわせる記録再生装置の提案もなされている
（特開平１−２４５４４５号公報、特開平４−３２１９
５５号公報）。上記のようなＳＴＭやＡＦＭの原理を用
いた高密度メモリーの記録方式の一つとして、最近、透
明な記録媒体に対し、ＡＦＭ探針を接触させ、記録媒体
裏面からＡＦＭ探針先端付近に光を照射することにより
探針先端を熱し、接触部分の記録媒体温度を上昇させ、
軟らかくし、ＡＦＭ探針との間に働く力により凹構造の
記録ビットを形成し、ＡＦＭの原理を用いてこれを検出
することにより再生を行うという記録再生方法が示され
た（Ｍａｍｉｎ他 Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．ｖ
ｏｌ．６１（１９９２）ｐｐ．１００３）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような光照射により探針先端を加熱し、接触部分に記録
ビットを形成する方法では次のような問題があった。第
１に、光ディスクメモリーと同様に記録部分に光を照射
するような構成となるため、光源、ミラー、レンズ等光
学部品が必要で、装置全体の構成が大きくなってしま
い、集積化がしにくいという問題が挙げられる。第２
に、ＡＦＭ信号検出とは別に、記録のためにＡＦＭ探針
先端の位置に集束光ビームを照射する必要があり、ＡＦ
Ｍ探針と光ビームの位置合わせが煩雑であるという問題
が挙げられる。
ような光照射により探針先端を加熱し、接触部分に記録
ビットを形成する方法では次のような問題があった。第
１に、光ディスクメモリーと同様に記録部分に光を照射
するような構成となるため、光源、ミラー、レンズ等光
学部品が必要で、装置全体の構成が大きくなってしま
い、集積化がしにくいという問題が挙げられる。第２
に、ＡＦＭ信号検出とは別に、記録のためにＡＦＭ探針
先端の位置に集束光ビームを照射する必要があり、ＡＦ
Ｍ探針と光ビームの位置合わせが煩雑であるという問題
が挙げられる。
【０００４】そこで、本発明は上記問題を解決し、操作
が容易で、装置の全体構成がコンパクトで、集積化が可
能な情報処理装置および情報処理方法を提供することを
目的とするものである。
が容易で、装置の全体構成がコンパクトで、集積化が可
能な情報処理装置および情報処理方法を提供することを
目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するため、 弾性体により支持された探針をこれに対
向する記録媒体に対して走査し、その物理現象から生じ
る信号を検出して情報処理を行う情報処理装置におい
て、前記探針と前記記録媒体との間への電圧印加手段
と、該電圧印加手段の電圧印加により前記探針と前記記
録媒体間に流れる電流によって発生する熱の温度上昇で
軟化する記録媒体と、該軟化した記録媒体に対して前記
弾性体により支持された探針の先端を押し込む力を作用
させて該記録媒体表面に凹構造の記録ビットを形成する
記録ビット形成手段とにより、操作が容易で、全体構成
がコンパクトで集積化が可能な情報処理装置を実現した
ものである。また、本発明は、前記探針と前記記録媒体
と前記電圧印加手段とからなる電気回路ループ中に、電
流制限電気抵抗を設け、その電流制限電気抵抗を前記電
圧印加により前記探針と前記記録媒体間流れる電流によ
って発生する熱で前記探針と前記記録媒体のいずれかが
熱的破壊するしきい値に対応する第１の電流しきい値に
電流を制限する電気抵抗の第１のしきい値より大きい値
で、かつ、前記熱により前記記録媒体が軟化するしきい
値に対応する第２の電流しきい値に電流を制限する電気
抵抗の第２のしきい値より小さい値の範囲とし、前記記
探針と前記記録媒体の熱的破壊を防止するようにするこ
とができる。そして、前記記録ピット形成手段は、その
記録媒体に対して弾性体により支持された探針の先端を
押し込む力として、該探針と該記録媒体との間に作用す
る斥力を用いるか、または該斥力に加算して電圧印加に
より該探針と該記録媒体との間に作用する静電力を用い
るとより効果的である。また、本発明の情報処理装置
は、前記弾性体の弾性変形量を検出する手段と、該弾性
変形量検出手段から出力される弾性変形量検出信号から
前記記録媒体上に形成された凹構造の記録ビットを検出
する情報再生のための信号処理手段とによりＡＦＭ再生
装置を構成することができる。さらに、本発明の情報処
理装置は、前記電圧印加手段の電圧印加により前記探針
と前記記録媒体との間に流れる電流を検出する電流検出
手段と、該電流検出手段から出力される電流検出信号か
ら前記記録媒体上に形成された凹構造の記録ビットを検
出する情報再生のための信号処理手段とにより接触電流
再生装置を構成することができる。本発明の情報処理装
置における記録ビット消去手段は、前記電圧印加手段に
よる電圧印加により流れる電流によって発生する熱で軟
化する前記記録媒体に対し、前記探針の先端と前記記録
媒体とを離れる方向に移動させることにより、前記凹構
造記録ビットを消去するように構成することができる。
またそのー括消去手段としては、前記記録媒体の温度を
上昇させる加熱手段により該記録媒体全体の温度を上昇
させて記録ビットー括消去する構成を採ることができ、
ブロック消去手段としては、ビーム源のビーム照射によ
り該記録媒体上の該照射部分の温度を選択的に上昇させ
てビットを選択的に消去する構成をとることができる。
本発明の情報処理方法は、探針をこれに対向する記録媒
体に対して走査し、その物理現象から生じる信号を検出
して情報処理を行う情報処理方法において、前記探針と
前記記録媒体との間への電圧の印加によりそれらの間に
流れる電流によって発生する熱の温度上昇で軟化する記
録媒体に対し、弾性体により支持された探針の先端を押
し込む力を作用させて該記録媒体表面に凹構造の記録ビ
ットを形成するようにしたことを特徴とするものであ
る。この方法は、その電圧の印加において、該記録媒体
と該探針の間に流れる電流を制限して、前記記探針と前
記記録媒体の熱的破壊を防止するように構成することが
でき、またその記録ビットを形成を、弾性体により支持
された探針の先端を前記記録媒体表面に斥力が作用する
程度に接触させ、該斥力により、または該斥力に電圧印
加により該記録媒体と該探針との間に作用する静電力を
加算することにより、該記録媒体に対し前記弾性体によ
り支持された探針の先端を押し込むように作用させ記録
ビットを形成するように構成することができる。
成するため、 弾性体により支持された探針をこれに対
向する記録媒体に対して走査し、その物理現象から生じ
る信号を検出して情報処理を行う情報処理装置におい
て、前記探針と前記記録媒体との間への電圧印加手段
と、該電圧印加手段の電圧印加により前記探針と前記記
録媒体間に流れる電流によって発生する熱の温度上昇で
軟化する記録媒体と、該軟化した記録媒体に対して前記
弾性体により支持された探針の先端を押し込む力を作用
させて該記録媒体表面に凹構造の記録ビットを形成する
記録ビット形成手段とにより、操作が容易で、全体構成
がコンパクトで集積化が可能な情報処理装置を実現した
ものである。また、本発明は、前記探針と前記記録媒体
と前記電圧印加手段とからなる電気回路ループ中に、電
流制限電気抵抗を設け、その電流制限電気抵抗を前記電
圧印加により前記探針と前記記録媒体間流れる電流によ
って発生する熱で前記探針と前記記録媒体のいずれかが
熱的破壊するしきい値に対応する第１の電流しきい値に
電流を制限する電気抵抗の第１のしきい値より大きい値
で、かつ、前記熱により前記記録媒体が軟化するしきい
値に対応する第２の電流しきい値に電流を制限する電気
抵抗の第２のしきい値より小さい値の範囲とし、前記記
探針と前記記録媒体の熱的破壊を防止するようにするこ
とができる。そして、前記記録ピット形成手段は、その
記録媒体に対して弾性体により支持された探針の先端を
押し込む力として、該探針と該記録媒体との間に作用す
る斥力を用いるか、または該斥力に加算して電圧印加に
より該探針と該記録媒体との間に作用する静電力を用い
るとより効果的である。また、本発明の情報処理装置
は、前記弾性体の弾性変形量を検出する手段と、該弾性
変形量検出手段から出力される弾性変形量検出信号から
前記記録媒体上に形成された凹構造の記録ビットを検出
する情報再生のための信号処理手段とによりＡＦＭ再生
装置を構成することができる。さらに、本発明の情報処
理装置は、前記電圧印加手段の電圧印加により前記探針
と前記記録媒体との間に流れる電流を検出する電流検出
手段と、該電流検出手段から出力される電流検出信号か
ら前記記録媒体上に形成された凹構造の記録ビットを検
出する情報再生のための信号処理手段とにより接触電流
再生装置を構成することができる。本発明の情報処理装
置における記録ビット消去手段は、前記電圧印加手段に
よる電圧印加により流れる電流によって発生する熱で軟
化する前記記録媒体に対し、前記探針の先端と前記記録
媒体とを離れる方向に移動させることにより、前記凹構
造記録ビットを消去するように構成することができる。
またそのー括消去手段としては、前記記録媒体の温度を
上昇させる加熱手段により該記録媒体全体の温度を上昇
させて記録ビットー括消去する構成を採ることができ、
ブロック消去手段としては、ビーム源のビーム照射によ
り該記録媒体上の該照射部分の温度を選択的に上昇させ
てビットを選択的に消去する構成をとることができる。
本発明の情報処理方法は、探針をこれに対向する記録媒
体に対して走査し、その物理現象から生じる信号を検出
して情報処理を行う情報処理方法において、前記探針と
前記記録媒体との間への電圧の印加によりそれらの間に
流れる電流によって発生する熱の温度上昇で軟化する記
録媒体に対し、弾性体により支持された探針の先端を押
し込む力を作用させて該記録媒体表面に凹構造の記録ビ
ットを形成するようにしたことを特徴とするものであ
る。この方法は、その電圧の印加において、該記録媒体
と該探針の間に流れる電流を制限して、前記記探針と前
記記録媒体の熱的破壊を防止するように構成することが
でき、またその記録ビットを形成を、弾性体により支持
された探針の先端を前記記録媒体表面に斥力が作用する
程度に接触させ、該斥力により、または該斥力に電圧印
加により該記録媒体と該探針との間に作用する静電力を
加算することにより、該記録媒体に対し前記弾性体によ
り支持された探針の先端を押し込むように作用させ記録
ビットを形成するように構成することができる。
【０００６】
【作用】本発明は、上記したように記録層として熱的に
軟化するものを用い、探針先端を記録層表面に対し接触
させ、電圧印加により発生する熱で記録層を熱軟化させ
て、記録層との間に働く力により探針先端を記録層中に
押し込むことにより、凹構造の記録ビットを形成するよ
うにしたものである。したがって、従来のような記録部
分に光を照射するための、光源、ミラー、レンズ等光学
部品が不要となり、また、ＡＦＭ信号検出とは別に、記
録のためにＡＦＭ探針先端の位置に集束光ビームを照射
する必要もなく、位置合わせ等装置調整の手間が軽減さ
れる。
軟化するものを用い、探針先端を記録層表面に対し接触
させ、電圧印加により発生する熱で記録層を熱軟化させ
て、記録層との間に働く力により探針先端を記録層中に
押し込むことにより、凹構造の記録ビットを形成するよ
うにしたものである。したがって、従来のような記録部
分に光を照射するための、光源、ミラー、レンズ等光学
部品が不要となり、また、ＡＦＭ信号検出とは別に、記
録のためにＡＦＭ探針先端の位置に集束光ビームを照射
する必要もなく、位置合わせ等装置調整の手間が軽減さ
れる。
【０００７】
【実施例】以下、図面に基づいて本発明の実施例を説明
する。 ［実施例１］図１は、本発明の実施例１の情報記録再生
装置の構成を示す図である。図１において、ホストコン
ピュータ１０１の制御により、ｘｙｚ駆動回路１０２か
らの信号をもとに、ｘｙｚ駆動機構１０３を駆動し、探
針１０５の先端を記録媒体１０４表面上の記録を行う所
定の位こに近接させる。ここで、同様にホストコンピュ
ータ１０１の制御を受けて、記録／消去制御回路１０７
からパルス電圧源１０８に記録制御信号を送り、パルス
電圧源１０８により記録パルス電圧を探針１０５と記録
媒体１０４との間に印加し、記録媒体１０４上に記録ビ
ットを形成し、情報の記録を行う。探針１０５は弾性体
からなるレバー１０６によって支持されており、探針１
０５先端は記録媒体１０４表面に対して１０-7〜１０-9
Ｎ程度の斥力が作用する程度に接触している。記録再生
時における記録媒体１０４に対する探針１０５の走査の
際は、レバー１０６の弾性変形により、探針１０５が記
録媒体１０４表面のうねりや記録ビットの形状に沿って
ならうように走査される。探針は常に記録層に接触した
状態にあるため、探針と基板との間隔を調節して電流値
を調節することは難しい。そこで、記録時に探針１０５
と記録媒体１０４との間に流れる電流値が適切な範囲に
なるように調節するために、電流制限電気抵抗１０９
を、図のように探針１０５−記録媒体１０４−パルス電
圧源１０８からなる電気回路ループ中に挿入する。
する。 ［実施例１］図１は、本発明の実施例１の情報記録再生
装置の構成を示す図である。図１において、ホストコン
ピュータ１０１の制御により、ｘｙｚ駆動回路１０２か
らの信号をもとに、ｘｙｚ駆動機構１０３を駆動し、探
針１０５の先端を記録媒体１０４表面上の記録を行う所
定の位こに近接させる。ここで、同様にホストコンピュ
ータ１０１の制御を受けて、記録／消去制御回路１０７
からパルス電圧源１０８に記録制御信号を送り、パルス
電圧源１０８により記録パルス電圧を探針１０５と記録
媒体１０４との間に印加し、記録媒体１０４上に記録ビ
ットを形成し、情報の記録を行う。探針１０５は弾性体
からなるレバー１０６によって支持されており、探針１
０５先端は記録媒体１０４表面に対して１０-7〜１０-9
Ｎ程度の斥力が作用する程度に接触している。記録再生
時における記録媒体１０４に対する探針１０５の走査の
際は、レバー１０６の弾性変形により、探針１０５が記
録媒体１０４表面のうねりや記録ビットの形状に沿って
ならうように走査される。探針は常に記録層に接触した
状態にあるため、探針と基板との間隔を調節して電流値
を調節することは難しい。そこで、記録時に探針１０５
と記録媒体１０４との間に流れる電流値が適切な範囲に
なるように調節するために、電流制限電気抵抗１０９
を、図のように探針１０５−記録媒体１０４−パルス電
圧源１０８からなる電気回路ループ中に挿入する。
【０００８】つぎに、図２を用いて、本発明の記録方法
の詳細について説明する。図２に示すように、記録媒体
２０１は導電性を有する基板２０２上に記録層２０３を
設けたものから成り立っている。記録層２０３として
は、温度上昇により、軟化するような材料を選ぶ。一例
として、ポリメタクリル酸メチル（軟化温度〜１００
℃）、ポリスチレン（同〜１００℃）等の熱可塑性プラ
スチックがあげられる。記録層の厚さは、１０Ｖ程度以
下の電圧印加の際に電流が十分流れる程度の厚さ、具体
的には１０ｎｍ以下の厚さが望ましい。電圧を１０Ｖよ
り高くすることにより、１０ｎｍ以上の膜厚でも電流が
流れるが、電界等により探針や基板が破壊する可能性が
生じるため、印加電圧も１０Ｖ以下が好ましい。探針２
０４、基板２０２としては、記録時の数１００℃程度の
温度上昇によって熱的破壊を受けないような１０００℃
以上の融点を有する導電性材料、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、
Ｉｒ、Ｗ、Ｓｉ、ＧａＡｓ等の金属・半導体材料を用い
ればよい。さて、記録層２０３表面に対し、探針２０４
先端を接触させ、記録パルス電圧印加を行って、探針２
０４と基板２０３との間に電流を流す。この電流によっ
て発生する熱により、記録層２０３の温度を局所的に上
昇させ、記録層２０３を局所的に軟化させる。続いて、
記録層２０３との間に働く斥力により、探針２０４の先
端が記録層２０３中に押し込まれ、凹構造２０５を形成
する。ここで、電圧印加を終えて電流を流すことを止め
ることにより、記録層２０３の温度が下降し、形成され
た凹構造を有する記録ビット２０５が安定に保存され
る。なお、実際の電圧印加中には探針２０４と基板２０
３との間に静電力も生じ、この力が探針２０４と記録層
２０３との間に働く斥力に加算され、探針２０４の先端
を記録層２０３中に押し込む力を増大させ、記録ビット
形成をより確実にする効果を有する。
の詳細について説明する。図２に示すように、記録媒体
２０１は導電性を有する基板２０２上に記録層２０３を
設けたものから成り立っている。記録層２０３として
は、温度上昇により、軟化するような材料を選ぶ。一例
として、ポリメタクリル酸メチル（軟化温度〜１００
℃）、ポリスチレン（同〜１００℃）等の熱可塑性プラ
スチックがあげられる。記録層の厚さは、１０Ｖ程度以
下の電圧印加の際に電流が十分流れる程度の厚さ、具体
的には１０ｎｍ以下の厚さが望ましい。電圧を１０Ｖよ
り高くすることにより、１０ｎｍ以上の膜厚でも電流が
流れるが、電界等により探針や基板が破壊する可能性が
生じるため、印加電圧も１０Ｖ以下が好ましい。探針２
０４、基板２０２としては、記録時の数１００℃程度の
温度上昇によって熱的破壊を受けないような１０００℃
以上の融点を有する導電性材料、例えば、Ａｕ、Ｐｔ、
Ｉｒ、Ｗ、Ｓｉ、ＧａＡｓ等の金属・半導体材料を用い
ればよい。さて、記録層２０３表面に対し、探針２０４
先端を接触させ、記録パルス電圧印加を行って、探針２
０４と基板２０３との間に電流を流す。この電流によっ
て発生する熱により、記録層２０３の温度を局所的に上
昇させ、記録層２０３を局所的に軟化させる。続いて、
記録層２０３との間に働く斥力により、探針２０４の先
端が記録層２０３中に押し込まれ、凹構造２０５を形成
する。ここで、電圧印加を終えて電流を流すことを止め
ることにより、記録層２０３の温度が下降し、形成され
た凹構造を有する記録ビット２０５が安定に保存され
る。なお、実際の電圧印加中には探針２０４と基板２０
３との間に静電力も生じ、この力が探針２０４と記録層
２０３との間に働く斥力に加算され、探針２０４の先端
を記録層２０３中に押し込む力を増大させ、記録ビット
形成をより確実にする効果を有する。
【０００９】ここで、記録時に探針−記録層間に流す電
流の大きさを調節するための電流制限電気抵抗の大きさ
の選び方は以下のとおりである。電流が流れる際に発生
する熱による温度上昇により、記録層材料が熱的に軟化
する温度よりも高い温度になるようにする。しかしなが
ら、あまり温度が高くなると、記録層や探針、基板材料
が炭化、熱溶融、蒸発等を生じ、熱的な破壊を生じてし
まう。したがって、記録層の温度上昇は、このような熱
破壊を生じる温度よりも小さくなるようにする必要があ
る。例えば、探針材料としてＰｔ、記録層材料としてポ
リメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、基板材料としてＡ
ｕを選ぶ。記録時に印加する電圧が５Ｖの場合に探針−
基板間の電気抵抗が１００ｋΩとすると、電流制限電気
抵抗値が０Ω、すなわち抵抗を入れないとき、流れる電
流は５０μＡとなる。この電流により、記録層に発生す
る熱は単位時間当たり２５０μＷとなる。熱伝導を考慮
しても、この熱による温度上昇は１０００℃以上にな
り、探針先端、記録層、基板が熱的破壊を受けてしま
う。ここで、電流制限電気抵抗値を５ＭΩとすると、流
れる電流はｌμＡとなり、発生熱は単位時間当たり５μ
Ｗとなる。この熱による温度上昇は２００℃程度であ
り、探針、記録層、基板のいずれも熱的破壊は受けな
い。ＰＭＭＡの熱軟化温度は約１００℃であるため、こ
の発生熱により軟化し、探針先端からの力を受けて凹構
造を形成する。電流が流れない状態では、温度は１００
℃以下に下がっているので、形成された構造は安定に保
存される。さらに電流制限電気抵抗値を増大し、例えば
１００ＭΩとすると、流れる電流は５０ｎＡとなり、発
生熱は単位時間当たり２５０ｎＷとなる。この熱による
温度上昇は１００℃以下であり、ＰＭＭＡの熱軟化温度
より低く、この発生熱では軟化しないため、凹構造は形
成されない。以上から探針：Ｐｔ、記録層：ＰＭＭＡ、
基板：Ａｕ、印加電圧：５Ｖの場合、本発明の記録方式
に最適な電流制限電気抵抗の値は１〜１０ＭΩの間とな
る。なお、上記では、記録媒体として、Ａｕ基板上のＰ
ＭＭＡ記録層を例に挙げ説明したが、他に例えばＰＤＡ
（ポリジアセチレン）等の導電性材料を選べば、別に導
電性基板は不要となり、ＰＤＡフィルムを記録層および
基板を兼ねた記録媒体として用いることができる。
流の大きさを調節するための電流制限電気抵抗の大きさ
の選び方は以下のとおりである。電流が流れる際に発生
する熱による温度上昇により、記録層材料が熱的に軟化
する温度よりも高い温度になるようにする。しかしなが
ら、あまり温度が高くなると、記録層や探針、基板材料
が炭化、熱溶融、蒸発等を生じ、熱的な破壊を生じてし
まう。したがって、記録層の温度上昇は、このような熱
破壊を生じる温度よりも小さくなるようにする必要があ
る。例えば、探針材料としてＰｔ、記録層材料としてポ
リメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、基板材料としてＡ
ｕを選ぶ。記録時に印加する電圧が５Ｖの場合に探針−
基板間の電気抵抗が１００ｋΩとすると、電流制限電気
抵抗値が０Ω、すなわち抵抗を入れないとき、流れる電
流は５０μＡとなる。この電流により、記録層に発生す
る熱は単位時間当たり２５０μＷとなる。熱伝導を考慮
しても、この熱による温度上昇は１０００℃以上にな
り、探針先端、記録層、基板が熱的破壊を受けてしま
う。ここで、電流制限電気抵抗値を５ＭΩとすると、流
れる電流はｌμＡとなり、発生熱は単位時間当たり５μ
Ｗとなる。この熱による温度上昇は２００℃程度であ
り、探針、記録層、基板のいずれも熱的破壊は受けな
い。ＰＭＭＡの熱軟化温度は約１００℃であるため、こ
の発生熱により軟化し、探針先端からの力を受けて凹構
造を形成する。電流が流れない状態では、温度は１００
℃以下に下がっているので、形成された構造は安定に保
存される。さらに電流制限電気抵抗値を増大し、例えば
１００ＭΩとすると、流れる電流は５０ｎＡとなり、発
生熱は単位時間当たり２５０ｎＷとなる。この熱による
温度上昇は１００℃以下であり、ＰＭＭＡの熱軟化温度
より低く、この発生熱では軟化しないため、凹構造は形
成されない。以上から探針：Ｐｔ、記録層：ＰＭＭＡ、
基板：Ａｕ、印加電圧：５Ｖの場合、本発明の記録方式
に最適な電流制限電気抵抗の値は１〜１０ＭΩの間とな
る。なお、上記では、記録媒体として、Ａｕ基板上のＰ
ＭＭＡ記録層を例に挙げ説明したが、他に例えばＰＤＡ
（ポリジアセチレン）等の導電性材料を選べば、別に導
電性基板は不要となり、ＰＤＡフィルムを記録層および
基板を兼ねた記録媒体として用いることができる。
【００１０】以上のように情報記録を行なった記録媒体
からの情報再生について説明する。図１において、記録
時と同様にｘｙｚ駆動機構１０３を駆動し、記録媒体１
０４に対し探針１０５の走査を行い、記録ビットを検出
することにより、情報の再生を行う。この記録ビットの
検出方法として、第１にＡＦＭの原理を応用して行う再
生方法がある。これは、探針１０５と記録媒体１０４と
の間に作用する力によって生じるレバー１０６のたわみ
を検出するものである。レバーのたわみ量を検出する方
法として、例えば光てこ法を用いることがでさる。レー
ザー１１２からの光ビームをレバー１０６に照射し、レ
バー１０６のたわみ量に変化が生じるとレバー１０６に
よる光の反射角度に変化を生じる。反射光の反射角度変
化を２分割センサ１１３で検出する。図２に示すよう
に、記録媒体１０４上に凹構造を有する記録ビットの位
置では、レバーたわみ量が減少するので、このレバーた
わみ量の減少をレバーたわみ量検出回路１１０で検出
し、この検出信号を再生信号処理回路１１１で処理し
て、記録ビット検出信号、すなわち再生信号とし、ホス
トコンピュータ１０１に入力する。
からの情報再生について説明する。図１において、記録
時と同様にｘｙｚ駆動機構１０３を駆動し、記録媒体１
０４に対し探針１０５の走査を行い、記録ビットを検出
することにより、情報の再生を行う。この記録ビットの
検出方法として、第１にＡＦＭの原理を応用して行う再
生方法がある。これは、探針１０５と記録媒体１０４と
の間に作用する力によって生じるレバー１０６のたわみ
を検出するものである。レバーのたわみ量を検出する方
法として、例えば光てこ法を用いることがでさる。レー
ザー１１２からの光ビームをレバー１０６に照射し、レ
バー１０６のたわみ量に変化が生じるとレバー１０６に
よる光の反射角度に変化を生じる。反射光の反射角度変
化を２分割センサ１１３で検出する。図２に示すよう
に、記録媒体１０４上に凹構造を有する記録ビットの位
置では、レバーたわみ量が減少するので、このレバーた
わみ量の減少をレバーたわみ量検出回路１１０で検出
し、この検出信号を再生信号処理回路１１１で処理し
て、記録ビット検出信号、すなわち再生信号とし、ホス
トコンピュータ１０１に入力する。
【００１１】［実施例２］本発明の実施例２を図３に示
す。これは、同図に示されているように、バイアス電圧
源３０１により、バイアス電圧を探針３０３−記録媒体
３０４間に印加し、探針３０３−記録媒体３０４間に流
れる接触電流を検出し、記録ビットを検出するように構
成されており、その他の構成、すなわち、レバー３０
６、記録／消去制御回路３０７、パルス電圧源３０８、
電流制限抵抗３０９、ｘｙｚ駆動回路３１０、ｘｙｚ駆
動機構３１１の構成・機能等については、図１と同様で
ある。この実施例における再生方法は、その接触電流を
検出することにより行われる。図４に示すように、記録
媒体上の記録ビットの部分では、記録層に凹構造を形成
しているため、記録ビット非形成部分に比べ、探針先端
と基板との間隔が小さくなり、接触電流が増大する。こ
の接触電流の増大を電流検出回路３０２で検出し、この
検出信号を再生信号処理回路３０５で処理して、記録ビ
ット検出信号、すなわち再生信号とし、ホストコンピュ
ータ３０６に入力する。この再生方法の場合、レバー変
位検出のための光学系も不必要となり、装置がさらにコ
ンパクトになるという効果を有する。
す。これは、同図に示されているように、バイアス電圧
源３０１により、バイアス電圧を探針３０３−記録媒体
３０４間に印加し、探針３０３−記録媒体３０４間に流
れる接触電流を検出し、記録ビットを検出するように構
成されており、その他の構成、すなわち、レバー３０
６、記録／消去制御回路３０７、パルス電圧源３０８、
電流制限抵抗３０９、ｘｙｚ駆動回路３１０、ｘｙｚ駆
動機構３１１の構成・機能等については、図１と同様で
ある。この実施例における再生方法は、その接触電流を
検出することにより行われる。図４に示すように、記録
媒体上の記録ビットの部分では、記録層に凹構造を形成
しているため、記録ビット非形成部分に比べ、探針先端
と基板との間隔が小さくなり、接触電流が増大する。こ
の接触電流の増大を電流検出回路３０２で検出し、この
検出信号を再生信号処理回路３０５で処理して、記録ビ
ット検出信号、すなわち再生信号とし、ホストコンピュ
ータ３０６に入力する。この再生方法の場合、レバー変
位検出のための光学系も不必要となり、装置がさらにコ
ンパクトになるという効果を有する。
【００１２】記録ビットの消去は、記録時と同様に電流
を流し、記録層を熱軟化した状態で探針を引き上げるこ
とにより行う。具体的には、図１（あるいは図３）の構
成を用い、記録媒体１０４上の記録ビット形成部分に探
針１０５先端を近接させ、記録／消去制御回路１０７か
らパルス電圧源１０８に消去制御信号を送り、パルス電
圧源１０８により消去パルス電圧を探針１０５と記録媒
体１０４との間に印加した状態で、さらに、記録／消去
制御回路１０７からｘｙｚ駆動回路１０２に消去制御信
号を送り、記録媒体１０４を探針１０５から遠ざける方
向にｘｙｚ駆動機構１０３を駆動する。この結果、図５
に示すように、記録ビット形成部分５０１の記録層が熱
的に軟化し、探針５０２先端に付着した状態で、基板５
０３から離れる方向に引き上げられ、凹構造が平担構造
に戻り、消去が行われる。ここで、電圧印加を終えて電
流を流すことを止めることにより、記録層５０４の温度
が下降し、平担構造が安定に保存される。また、記録媒
体上に形成された記録ビットを一括して消去する方法と
して、ヒーター等を用い、記録媒体全体を熱してその全
体の温度を上昇させ凹構造の記録ビットを一括的に消去
するようにしてもよい。さらに、集束した光ビーム等を
記録媒体上の所定の領域に照射することにより、その領
域全体を１ブロックとしてブロック消去することも可能
である。
を流し、記録層を熱軟化した状態で探針を引き上げるこ
とにより行う。具体的には、図１（あるいは図３）の構
成を用い、記録媒体１０４上の記録ビット形成部分に探
針１０５先端を近接させ、記録／消去制御回路１０７か
らパルス電圧源１０８に消去制御信号を送り、パルス電
圧源１０８により消去パルス電圧を探針１０５と記録媒
体１０４との間に印加した状態で、さらに、記録／消去
制御回路１０７からｘｙｚ駆動回路１０２に消去制御信
号を送り、記録媒体１０４を探針１０５から遠ざける方
向にｘｙｚ駆動機構１０３を駆動する。この結果、図５
に示すように、記録ビット形成部分５０１の記録層が熱
的に軟化し、探針５０２先端に付着した状態で、基板５
０３から離れる方向に引き上げられ、凹構造が平担構造
に戻り、消去が行われる。ここで、電圧印加を終えて電
流を流すことを止めることにより、記録層５０４の温度
が下降し、平担構造が安定に保存される。また、記録媒
体上に形成された記録ビットを一括して消去する方法と
して、ヒーター等を用い、記録媒体全体を熱してその全
体の温度を上昇させ凹構造の記録ビットを一括的に消去
するようにしてもよい。さらに、集束した光ビーム等を
記録媒体上の所定の領域に照射することにより、その領
域全体を１ブロックとしてブロック消去することも可能
である。
【００１３】
【発明の効果】本発明は、以上のように、記録層として
熱的に軟化するものを用い、探針先端を記録層表面に対
し接触させ、電圧印加により発生する熱で記録層を熱軟
化させて、記録層との間に働く力により探針先端を記録
層中に押し込んで凹構造の記録ビットを形成するように
したものであるから、記録部分に光を照射するための、
光源、ミラー、レンズ等の光学部品が不要となり、 装
置の全体構成がコンパクトで、集積化が可能な情報処理
装置を構成することができる。また、ＡＦＭ信号検出と
は別に、記録のためにＡＦＭ探針先端の位置に集束光ビ
ームを照射する必要もなく、位置合わせ等装置調整の手
間が軽減され、操作の容易化等を図ることができる。
熱的に軟化するものを用い、探針先端を記録層表面に対
し接触させ、電圧印加により発生する熱で記録層を熱軟
化させて、記録層との間に働く力により探針先端を記録
層中に押し込んで凹構造の記録ビットを形成するように
したものであるから、記録部分に光を照射するための、
光源、ミラー、レンズ等の光学部品が不要となり、 装
置の全体構成がコンパクトで、集積化が可能な情報処理
装置を構成することができる。また、ＡＦＭ信号検出と
は別に、記録のためにＡＦＭ探針先端の位置に集束光ビ
ームを照射する必要もなく、位置合わせ等装置調整の手
間が軽減され、操作の容易化等を図ることができる。
【図１】本発明における実施例１の情報処理装置の構成
図である。
図である。
【図２】本発明における実施例１の再生方法の説明図で
ある。
ある。
【図３】本発明における実施例２の情報処理装置の構成
図である。
図である。
【図４】本発明における実施例２の再生方法の説明図で
ある。
ある。
【図５】本発明における消去方法の説明図である。
１０１：ホストコンピュータ １０２：ｘｙｚ駆動回路 １０３：ｘｙｚ駆動機構 １０４：記録媒体 １０５：探針 １０６：レバー １０７：記録／消去制御回路 １０８：パルス電圧源 １０９：電流制限電気抵抗 １１０：レバーたわみ量検出回路 １１１：再生信号処理回路 １１２：レーザー １１３：２分割センサ ２０１：記録媒体 ２０２：基板 ２０３：記録層 ２０４：探針 ２０５：凹構造を有する記録ビット ３０１：バイアス電圧源 ３０２：電流検出回路 ３０３：探針 ３０４：記録媒体 ３０５：再生信号処理回路 ３０６：レバー ３０７：記録／消去制御回路 ３０８：パルス電圧源 ３０９：電流制限電気抵抗 ３１０：ｘｙｚ駆動回路 ３１１：ｘｙｚ駆動機構 ５０１：記録ビット形成部分 ５０２：探針 ５０３：基板 ５０４：記録層
Claims (12)
- 【請求項１】 弾性体により支持された探針をこれに対
向する記録媒体に対して走査し、その物理現象から生じ
る信号を検出して情報処理を行う情報処理装置におい
て、前記探針と前記記録媒体との間への電圧印加手段
と、該電圧印加手段の電圧印加により前記探針と前記記
録媒体間に流れる電流によって発生する熱の温度上昇で
軟化する記録媒体と、該軟化した記録媒体に対して前記
弾性体により支持された探針の先端を押し込む力を作用
させて該記録媒体表面に凹構造の記録ビットを形成する
記録ビット形成手段とを有することを特徴とする情報処
理装置。 - 【請求項２】 前記探針と前記記録媒体と前記電圧印加
手段とからなる電気回路ループ中に、電流制限電気抵抗
を設けた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】 前記電流制限電気抵抗は、その値が前記
電圧印加により前記探針と前記記録媒体間流れる電流に
よって発生する熱で前記探針と前記記録媒体のいずれか
が熱的破壊するしきい値に対応する第１の電流しきい値
に電流を制限する電気抵抗の第１のしきい値より大きい
値で、かつ、前記熱により前記記録媒体が軟化するしき
い値に対応する第２の電流しきい値に電流を制限する電
気抵抗の第２のしきい値より小さい値の範囲から選択さ
れることを特徴とする請求項２記載の情報処理装置。 - 【請求項４】 前記記録ビット形成手段は、その記録媒
体に対して弾性体により支持された探針の先端を押し込
む力として、該探針と該記録媒体との間に作用する斥
力、または該斥力に加算して電圧印加により該探針と該
記録媒体との間に作用する静電力を用いて該記録媒体表
面に凹構造を形成するように構成されていることを特徴
とする請求項１〜請求項３のいずか１項に記載の情報処
理装置。 - 【請求項５】 前記情報処理装置は、前記弾性体の弾性
変形量を検出する手段と、該弾性変形量検出手段から出
力される弾性変形量検出信号から前記記録媒体上に形成
された凹構造の記録ビットを検出する情報再生のための
信号処理手段とを有していることを特徴とする請求項１
〜請求項４のいずか１項に記載の情報処理装置。 - 【請求項６】 前記情報処理装置は、前記電圧印加手段
の電圧印加により前記探針と前記記録媒体との間に流れ
る電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段から
出力される電流検出信号から前記記録媒体上に形成され
た凹構造の記録ビットを検出する情報再生のための信号
処理手段とを有していることを特徴とする請求項１〜請
求項４のいずか１項に記載の情報処理装置。 - 【請求項７】 前記情報処理装置は、前記電圧印加手段
の電圧印加により前記探針と前記記録媒体間に流れる電
流によって発生する熱で軟化する前記記録媒体に対し、
前記探針の先端と前記記録媒体とを離れる方向に移動さ
せることにより、前記凹構造の記録ビットを消去する記
録ビット消去手段を有していることを特徴とする請求項
１〜請求項６のいずか１項に記載の情報処理装置。 - 【請求項８】 前記情報処理装置は、前記記録媒体の温
度を上昇させる加熱手段により該記録媒体全体の温度を
上昇させて前記凹構造の記録ビットを一括的に消去する
記録ビットのー括消去手段を有していることを特徴とす
る請求項１〜請求項６のいずか１項に記載の情報処理装
置。 - 【請求項９】 前記情報処理装置は、ビーム源のビーム
照射により前記記録媒体上の該照射部分の温度を選択的
に上昇させて前記凹構造の記録ビットを選択的に消去す
る記録ビットの選択的消去手段を有していることを特徴
とする請求項１〜請求項６のいずか１項に記載の情報処
理装置。 - 【請求項１０】 探針をこれに対向する記録媒体に対し
て走査し、その物理現象から生じる信号を検出して情報
処理を行う情報処理方法において、前記探針と前記記録
媒体との間への電圧の印加によりそれらの間に流れる電
流によって発生する熱の温度上昇で軟化する記録媒体に
対し、弾性体により支持された探針の先端を押し込む力
を作用させて該記録媒体表面に凹構造の記録ビットを形
成するようにしたことを特徴とする情報処理方法。 - 【請求項１１】 前記電圧の印加において、前記探針と
前記記録媒体間に流れる電流を制限し、前記記探針と前
記記録媒体の熱的破壊を防止するようにしたことを特徴
とする請求項１０に記載の情報処理方法。 - 【請求項１２】 前記凹構造の記録ビットの形成は、前
記弾性体により支持された探針の先端を前記記録媒体表
面に斥力が作用する程度に接触させ、該斥力により、ま
たは該斥力に電圧印加により該探針と該記録媒体との間
に作用する静電力を加算することにより、該記録媒体に
対し前記弾性体により支持された探針の先端を押し込む
ように作用させ記録ビットを形成するようにしたことを
特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の情報処
理方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12592395A JPH08297870A (ja) | 1995-04-26 | 1995-04-26 | 情報処理装置および情報処理方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12592395A JPH08297870A (ja) | 1995-04-26 | 1995-04-26 | 情報処理装置および情報処理方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH08297870A true JPH08297870A (ja) | 1996-11-12 |
Family
ID=14922301
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12592395A Pending JPH08297870A (ja) | 1995-04-26 | 1995-04-26 | 情報処理装置および情報処理方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH08297870A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6218086B1 (en) * | 1997-07-17 | 2001-04-17 | International Business Machines Corporation | Method of forming ultrasmall structures and apparatus therefor |
| WO2002061734A3 (en) * | 2001-01-31 | 2002-12-12 | Ibm | Mechanical data processing |
| WO2002077986A3 (en) * | 2001-03-23 | 2002-12-27 | Ibm | Apparatus and method for storing and reading high data capacities |
| WO2002077988A3 (en) * | 2001-03-23 | 2003-02-20 | Ibm | Data read/write systems |
| KR100438832B1 (ko) * | 2001-11-23 | 2004-07-05 | 삼성전자주식회사 | 반도체 탐침을 이용한 정보 저장 장치 |
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