WO1997035308A1 - Appareil d'enregistrement - Google Patents

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WO1997035308A1
WO1997035308A1 PCT/JP1996/000682 JP9600682W WO9735308A1 WO 1997035308 A1 WO1997035308 A1 WO 1997035308A1 JP 9600682 W JP9600682 W JP 9600682W WO 9735308 A1 WO9735308 A1 WO 9735308A1
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recording
force
probe
recording apparatus
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Sumio Hosaka
Kimio Nakamura
Hajime Koyanagi
Original Assignee
Hitachi, Ltd.
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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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    • 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
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    • G11B9/1418—Disposition or mounting of heads or record carriers
    • G11B9/1427—Disposition or mounting of heads or record carriers with provision for moving the heads or record carriers relatively to each other or for access to indexed parts without effectively imparting a relative movement
    • G11B9/1436—Disposition or mounting of heads or record carriers with provision for moving the heads or record carriers relatively to each other or for access to indexed parts without effectively imparting a relative movement with provision for moving the heads or record carriers relatively to each other
    • G11B9/1445—Disposition or mounting of heads or record carriers with provision for moving the heads or record carriers relatively to each other or for access to indexed parts without effectively imparting a relative movement with provision for moving the heads or record carriers relatively to each other switching at least one head in operating function; Controlling the relative spacing to keep the head operative, e.g. for allowing a tunnel current flow

Definitions

  • the present invention relates to a recording apparatus, and more particularly to an apparatus that records information in a size of several tens of nanometers or less by applying the principle of an atomic force microscope.
  • thermomechanical recording method in which heating by a pulsed laser beam and pressurization by a probe (head) are applied is disclosed.
  • a head (probe) 1 and a recording medium 2 are brought into contact with each other so as to have a constant atomic force (repulsive force). Heat.
  • the surface of the recording medium 2 becomes soft due to a rise in temperature.
  • the concave structure 3 can be formed on the recording medium 2 with a small force.
  • An object of the present invention is to provide a recording device using plastic deformation that can be simplified, It is to provide a recording device having a recording bit size of nanometer or less.
  • the present invention uses a method in which a force exceeding the plastic deformation yield point at room temperature of the recording medium 2 is generated between the probe 1 and the recording medium 2 at the time of writing as shown in FIG. .
  • a force exceeding the plastic deformation yield point at room temperature of the recording medium 2 is generated between the probe 1 and the recording medium 2 at the time of writing as shown in FIG.
  • the electrostatic force generated between the probe 1 and the recording medium 2 is used, and the electrostatic force by applying a voltage or the force cantilever is pushed into the sample side by a piezoelectric element and the pressure is applied to the recording medium. And the like.
  • the method using the capacitance is a method using an electrostatic force generated by rapidly applying positive and negative charges to both ends of the probe and the recording medium 2.
  • the probe and the cantilever use Si doped with an impurity element, and as a recording medium, a resist material used in the semiconductor process, UV curable resin, etc., was applied to a thickness of 1 ⁇ m or less.
  • a Si wafer doped with impurity elements is used as the substrate.
  • an attractive force F is generated as shown in the following equation.
  • k is the panel constant of cantilever.
  • FIG. 1A and 1B are explanatory diagrams of the harm principle of the present invention.
  • FIG. 1A is a schematic diagram of recording
  • FIG. 1B is explanatory diagrams of the harm principle of the present invention.
  • FIG. 1A is a schematic diagram of recording
  • FIG. 1B is a schematic diagram of recording
  • FIGS. 2A and 2B are principle diagrams of thermo-mechanical writing using a laser beam, which is a conventional technique.
  • FIG. 2A is a schematic diagram of recording
  • FIG. 2B is a timing diagram of substrate heating or laser beam irradiation.
  • FIG. 3 is a diagram showing one embodiment of the present invention using the electric power of controversy.
  • FIG. 4 is a diagram showing another embodiment of the present invention using a piezoelectric element.
  • FIG. 5 is a diagram showing another embodiment of the present invention using a disk rotating mechanism.
  • FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the present invention using a disk rotating mechanism.
  • FIG. 7 is a diagram showing another embodiment of the present invention using a disk rotating mechanism.
  • FIG 3 is a schematic diagram of a recording device using an atomic force microscope (AFM).
  • AFM technology is disclosed in Physical Review Letters, Vol. 56 (1986), p. 930.
  • the contact force between the conductive probe 1 ′ and the recording medium 2 deflects the panel (cantilever) 10.
  • the recording medium 2 includes a substrate 13 and a recording layer 33.
  • the change of the laser beam 12 from the laser diode module 4 reflected from the back of the panel panel 10 By detecting the position with the photo detector 5, the contact force between the probe 1 'and the recording medium 2 is detected.
  • the servo circuit 6 outputs the Z drive signal 17 to the XYZ scanner 7 so that the signal 15 from the photodetector 5 becomes a constant value.
  • the pulse voltage source 8 applies a voltage pulse 19 to the probe 1 ′ to generate an electrostatic force between the probe 1 ′ and the recording medium 2.
  • an attractive force F as shown in the following equation is generated.
  • the probe 1 ′ digs into the surface of the recording medium 2, and the surface undergoes plastic deformation to form a concave structure 3.
  • the XYZ scanner 7 controls the contact force between the probe 1 ′ and the recording medium 2 to a constant value by driving in the Z direction, and moves the probe 1 ′ relative to the recording medium 2 by driving in the XY direction. .
  • the probe 1 ' is often formed integrally with the panel 10 by a semiconductor process.
  • the recording information can be written (saved) by applying a voltage pulse 19 corresponding to the XY signal 18 or the I ⁇ I signal from the control system 9.
  • a drive source using a magnetic field and an electric field can be used, and this method is also within the scope of the present invention.
  • the tip of the probe 1 can be formed with a radius of curvature of 20 nm or less.
  • the probe 1 and the panel 10 are made of an insulating material such as silicon oxide or silicon nitride. Two types are used: one with a surface coated with gold, platinum, etc. to provide conductivity, and one formed from a conductive or semiconductive Si substrate.
  • the size of the concave structure to be formed is almost determined by the size of the tip of the probe electrode 2. According to this method, it is possible to realize Tb / in 2 class recording that forms a concave structure with a diameter of 20 nm or less. .
  • Reading can be performed using this system. Normally, the same as when measuring the concave structure 3 by AFM, the structure 3 is detected from the Z drive signal 17 by keeping the gap between the probe and the recording medium 2 constant, and the movement of the probe 1 There is a method to detect from. In the case of high-speed scanning, the latter method is used. In this way, the recording device can be made lighter and simpler by simply providing an electric supply circuit between the probe and the recording medium instead of the laser irradiation mechanism and optical system as compared with the conventional technology. it can.
  • FIG. 4 shows an embodiment in which writing is performed by pressing the probe 1 against the recording medium 2 mechanically.
  • a method in which the probe 1 ′ is held by the piezoelectric element 11 is used.
  • the probe 1 is pushed into the sample side, and the concave structure 3 is formed by the mechanical pressure.
  • the force of the formula (2) is further applied to the recording medium 2.
  • k is IN Zm
  • X is 1 ⁇
  • the force at the time of pushing is 10-6, which is a marginal force; plastic deformation can be caused and used for damage.
  • the piezoelectric element 11 is provided on the probe side in the figure, it may be provided on the recording medium side.
  • FIG. 5 shows an embodiment in which the present invention is applied to disk rotation recording.
  • the disk recording medium 2 having the same structure as the recording medium 2 is mounted on the disk driving motor 22 driven by the rotation signal 21 from the control system 20.
  • the recording medium 2 was driven XYZ, but here this method Is difficult, and the method of XYZ driving the tip 1 'side is adopted.
  • the method using the same piezoelectric element 11 as in Example 2 was employed for the damage.
  • the gap between the probe 1 and the recording medium 2 is changed by inputting the probe 1 position signal 15 from the position sensor 5 to the servo circuit 16 by the optical lever method, Signal 17 was input to scanner 14 and kept constant.
  • an XYZ scanner 14 using a circular piezoelectric element is used, but various scanners such as a tripod type scanner can be adopted. Further, in the figure, the mechanism for moving the probe 1 ′ in the radial direction shown in FIG. 7 is omitted, but this mechanism is necessary for information recording.
  • the method of writing and reading is almost the same as the method described so far, but the position information is in a polar coordinate system. For this reason, the address circuit of the control system is the same as that of the current optical disk or magnetic disk. Also, the same positioning mechanism or positioning method is used for tracks and sectors.
  • Example 3 shown in FIG. 5 the optical lever method was a large mechanical part, and it was difficult to reduce the size of the recording device head.
  • a structure in which a piezoresistive element 24 is attached to a cantilever 10 is adopted as a probe 1 ′, and an optical lever detecting portion is eliminated.
  • the piezoresistive element 24 one formed by direct ion injection into the cantilever 10 or one attached to the force cantilever 10 is used.
  • the probe 1 receives a force and bends, the resistance increases, and by detecting the resistance value, the amount of bending, that is, the force is detected.
  • a Heiston Bridge circuit or the like is used for detection.
  • the resistance detection signal 25 is detected by the detection circuit 23, and the resulting force signal 15 of the probe 1 is input to the servo circuit to keep the gap between the probe 1 and the recording medium 2 constant.
  • the write / read operation is performed in the same manner as in the first to third embodiments.
  • the XYZ scanner 7 (1) is used to drive the gap control between the probe 1 and the recording medium 2, but this is large in size and weight and large in head. It will be sharp.
  • a write head 10 and a probe 1 ′ are mounted on a slider 26 used in magnetic recording to form a recording head. This is attached to the arm 27 and the turning mechanism 28 driven by the turning mechanism drive signal 29 to form a radial positioning mechanism.
  • the slider 26 and the recording medium 2 are illustrated as being separated from each other in the figure, the operation is such that at least the probe 1 is in contact with the recording medium at a distance of 1 nm or less.
  • the operation is such that information is recorded on the recording medium 2 by performing the operation as in the second or fourth embodiment.
  • a method using an electrostatic force as in the first embodiment can be used.
  • FIG. 3 shows a cross-sectional structure of the recording medium 2.
  • the recording layer 33 be made of a material having a low elasticity limit against external force and excellent workability, and a surface flatness of several nanometers or less.
  • the recording medium 2 has a two-layer structure of a recording layer 33 and a substrate 13. It is desirable that the substrate 13 has conductivity or semi-conductivity, the recording layer 33 has insulating properties, and that the material has a plastic deformation yield point smaller than that of the substrate 13.
  • the conductive layer need not be used for the sample, which is different from the case where the electrostatic force is used.
  • the surface of the recording medium 2 has insulating properties, it causes charge-up, and it is important to apply a thin conductive film that is easily deformed plastically.
  • a recording medium having a three-layer structure and a two-layer structure is desired.
  • the electrostatic force or the pressing force of the probe 1 ′ is used for writing without heating, a concave structure having a size of tens of nanometers or less can be uniformly formed. It has become possible to form stably.
  • the recording density can provide a number 1 0 0 G b / in 2 power et 1 T b / in 2 or more storage devices.
  • the configuration of the device may be such that a piezoelectric element having a small driving range and its driving circuit can be provided, or an applied power supply for generating electric power can be prepared, and the recording device can be made lighter and simpler. Can be.
  • thermomechanical recording which is a conventional technique, adds thermal deformation to bit formation, and plastic flow extends over a wide range due to the high temperature of the medium 2 surface.

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Description

明 細 書 記録装置 技術分野
本発明は記録装置に係り、 特に原子間力顕微鏡の原理を応用して情報を数 十ナノメータ以下のサイズで記録する装置に関する。 背景技術
塑性変形によるナノメー トルオーダの記録方法は、 例えばアプライ ド フィジックス レター 6 1卷 （1 9 9 2年） 1 0 0 3ページ〜 1 0 0 5ぺ ージに記載されている。 ここには、 パルスレーザ光による加熱と探針 （へッ ド） による加圧を付与する熱機械記録方式が開示されている。 この方式は、 図 2に示すように、 ヘッド （探針） 1 と記録媒体 2を一定の原子問力 （斥 力） になるように接触させ、 任意の位置でヘッド下をレーザ光 3 0で加熱す る。 すると記録媒体 2の表面の温度上昇により表面が軟らかくなる。 これに より小さな力でも記録媒体 2に凹構造 3を形成することができる。 これは、 室温では原子間力 （斥力） で記録媒体の表面は塑性変形されないが、 レーザ 照射により加熱された記録媒体の温度上昇により塑性変形降伏点が低下し、 これによりヘッドと記録媒体との間にかかっている原子間力 （斥力） でも容 易に凹構造を形成できることを利用している。 このように従来技術では、 一 定の原子問力を加える手段と加熱するレーザ照射手段を使用していた。 この 場合、 レ-ザ照射手段は補助的な役割を演ずるが、 装置としては、 斥力制御機 構のほかに光記録と同じ機構系及び光学系を有し、 複雑な構造となるため、 装置の軽装化が問題となる。 発明の開示
本発明の目的は、 記録装置として簡素化できる塑性変形を利用した、 数十 ナノメータ以下の記録ビッ トサイズを持つ記録装匱を提供することにある。 上記目的を達成するために、 本発明では、 図 1のように書き込み時に記録 媒体 2の室温での塑性変形降伏点を超える力を探針 1と記録媒体 2の間に発 生させる方式を用いる。 力を発生させる手段としては、 探針 1と記録媒体 2 との問に発生する静電容量を利用して、 電圧印加による静電力、 あるいは力 ンチレバーを試料側に圧電素子で押し込み記録媒体に圧力を印加する方法等 を採用する。
静電容量を利用する方法とは、 探針と記録媒体 2の両端に正負の電荷を急 激に加えることにより発生する静電気力を用いる方法である。 ここで、 探針 とカンチレバー （片持ちばね） は不純物元素をドープした S iを用い、 記録 媒体としは半導体プロセスで使用するレジスト材ゃ紫外線硬化樹脂等を 1 μ m以下の厚さに塗布したものを用い、 基板としては不純物元素をドープした S i ウェハを用いる。 この場合、 カンチレバーと S i ウェハの問に電圧 Vを 印加すると、 次式のような引力 Fが発生する。
F= £ S V2/2 d 2 (1) 但し、 ε ：誘電率、 S ： コンデンサとして働く電極の面積、 d ： コンデンサ として働くカンチレバーと S i ウェハ問の距離。
今、 f を 8 X 1 0— 12F/m、 Sを 50 Χ 50 μπι2、 dを 5 μπι、 νを 1 00Vとすると、 引力 Fは約 1 0一5 Ν発生することになる。 これは、 レジス ト材ゃ紫外線硬化榭脂の塑性変形降伏点より約 2桁大きい力となる。 また通 常、 書き込まない時の力あるいは読み出す際に設定する力を 1 0— 8〜1 0_7 Νに設定するので、 これより 3桁から 4桁大きな力となる。 従って、 このよ うな構造に 1 00 V程度の電圧を印加すると大きな力が発生して、 これを書 き込み用の力に適用することができる。 これは、 従来技術に比べ、 レーザ照 射のための機構や光学系に代り、 探針と記録媒体の間に電気供給回路を設け るだけで良く記録装置の軽装化、 簡素化を図ることができる。
別の例として、 探針を圧電素子により記録媒体の表面に垂直に押し込む方 法がある。 今、 Xだけ探針あるいはカンチレバを押し込むと、 記録媒体には さらに次式の力が加えられる。
F = kX (2)
但し、 k ： カンチレバのパネ定数である。
ここで kを l N m， Xを 1 μπ とすると、 力は 1 0— 6となり、 ぎりぎり ではあるが塑性変形を起こすことができ、 これを書き込みに利用することが できる。 この装置構成も、 小さい駆動範囲を有する圧電素子とその駆動回路 を設ければ良く、 記録装置の軽装化、 簡素化を図ることができる。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の害き込み原理の説明図で、 （a) は記録概略図 (b) は記録時の加圧タイミング図である。
図 2は、 従来技術であるレーザ光を用いた熱機械書き込みの原理図で、 (a) は記録概略図、 （b) は基板加熱あるいはレーザ光照射のタイミング 図である。
図 3は、 諍電気力を用いた本発明の一実施例を示す図である。
図 4は、 圧電素子を用いた本発明の他の実施例を示す図である。
図 5は、 ディスク回転機構を用いた本発明の他の実施例を示す図である。 図 6は、 ディスク回転機構を用いた本発明の他の実施例を示す図である。 図 7は、 ディスク回転機構を用いた本発明の他の実施例を示す図である。 発明を実施するための最良の形態
(実施例 1 )
図 3は原子間力顕微鏡 (Atomic Force Microscope：以下 AFMと略す） を 用いた記録装置の概略図である。 AFMの技術は、 フィジカル レビュー レ ターズ （Physical Review Letters) 第 56卷 （1986年） 第 930頁に開示されて いる。 導電性探針 1 ' と記録媒体 2との接触力は板パネ （カンチレバ） 1 0 を撓ませる。 記録媒体 2は、 基板 1 3と記録層 33から成る。 板パネ 1 0の 背面から反射されるレーザダイォ一ドモジュール 4からのレーザ光 1 2の変 位をフォトディテクタ 5で感知することにより、 探針 1 ' と記録媒体 2との 接触力が検出される。 サ一ボ回路 6はフォトディテクタ 5からの信号 1 5が —定値になるように XYZスキャナ 7に Z駆動信号 1 7を出力する。 これに より探針 1 ' と記録媒体 2との接触力が一定値に制御される。 パルス電圧源 8は探針 1 ' に電圧パルス 1 9を印加し、 探針 1 ' と記録媒体 2との間に静 電力を発生させる。 探針 1 ' と S i ウェハの間に電圧 Vを印加すると、 次式 のような引力 Fが発生する。
F= £ S W2 d 2 (3) · 但し、 ε ：誘電率、 S ： コンデンサとして働く電極の面積、 d ： コンデンサ として働くカンチレバ 1 0と S iウェハ 1 3間の距離。
今、 £を 8 X 1 0-12FZm、 Sを 50 X 50 im2、 dを 5 m、 Vを 1 00Vとすると、 引力 Fは約 1 0一5 N発生することになる。 これは、 レジス ト材ゃ紫外線硬化榭脂の塑性変形降伏点より約 2桁大きい力となる。 また通 常、 害き込まない時の力又は読み出す際に設定する力を 10— 8〜1 0— 7Nに 設定するので、 これより 3桁から 4桁大きな力となる。 従って、 このような 構造に 1 00V程度の電圧を印加すると大きな力が発生して、 これを書き込 み用の力に適用することができる。
これにより探針 1 ' が記録媒体 2表面に食い込み、 表面に塑性変形が起こ り凹構造 3が形成される。 XYZスキャナ 7は Z方向の駆動により探針 1 ' と記録媒体 2との接触力を一定値に制御するとともに、 XY方向に駆動する ことで探針 1 ' を記録媒体 2に相対的に移動させる。 探針 1 ' は半導体プロ セスにより板パネ 1 0と一体形成されたものを使用することが多い。 実際の 書き込みの場合は、 制御系 9から XY信号 1 8あるいは I·一 Θ信号に対応し て電圧パルス 1 9を印加することにより、 記録情報を書き込む （保存する） ことができる。 この他に、 磁場と電界を用いた駆動源を用いることもでき、 この方法も、 本発明の範囲である。
探針 1の先端は曲率半径 20 nm以下に形成可能である。 通常、 探針 1お よび板パネ 1 0はシリコン酸化物や窒化シリコンなどの絶縁性材料からなり、 導電性を持たせるため表面に金や白金などがコーティングされたものと、 導 電性あるいは半導電性をもつ S i基板から形成されたものが用いられる。 形 成される凹構造のサイズは探針電極 2先端の大きさによりほぼ決定され、 こ の方法によれば直径 2 0 n m以下の凹構造を形成する T b / i n 2級記録が実 現できる。
読みだしは、 このシステムを用いて行なうことができる。 通常、 凹構造 3 を A F Mで計測する場合と同じで、 構造 3を探針と記録媒体 2との間隙を一 定にすることによる Z駆動信号 1 7から検出するものと、 探針 1の動きから 検出する方法がある。 高速走査の場合には後者の方式が用いられる。 このよ うに、 従来技術に比べ、 レーザ照射のための機構や光学系に代り、 探針と記 録媒体の間に電気供給回路を設けるだけで良く記録装置の軽装化、 簡素化を 図ることができる。
(実施例 2 )
図 4に、 機械的に探針 1を記録媒体 2に押しつけて書き込みを行なう実施 例を示す。 ここでは、 探針 1 ' を圧電素子 1 1で保持した方法を用いている。 書き込み時に、 電圧 1 9を圧電素子 1 1に印加すると、 探針 1は試料側に押 し込まれ、 この機械的圧力によって凹構造 3が形成される。
今、 Xだけ探針 1あるいはカンチレバ 1 0を押し込むと、 記録媒体 2には 式 （2 ) の力がさらに、 加えられる。 カンチレバのパネ定数、 kを I N Zm, Xを 1 μ πιとすると、 押し込む時の力は 1 0 —6となり、 ぎりぎりではある力；、 塑性変形を起こすことができ、 害き込みに使用することができる。 図では探 針側に圧電素子 1 1を設けたが、 これを記録媒体側に設けてもよい。
尚、 その他の書き込みおよび読みだしは、 実施例 1と同じ方法で行なう。 (実施例 3 )
図 5に、 本発明をディスク回転記録に応用した実施例を示す。 この場合、 制御系 2 0からの回転信号 2 1で駆動されるディスク駆動用のモータ 2 2上 には記録媒体 2と同じ構造を持つディスク記録媒体 2が搭載されている。 図 3、 4では記録媒体 2を X Y Z駆動したが、 ここでは回転体のためこの方法 は難しく、 探針 1 ' 側を X Y Z駆動する方法を採用している。 また、 害き込 みは実施例 2と同じ圧電素子 1 1による方法を採った。 この場合も、 上記 2 例と同様に、 探針 1と記録媒体 2との間隙は、 光てこ方式によりポジション センサ 5からの探針 1位置信号 1 5をサーボ回路 1 6に入力し、 Z駆動信号 1 7をスキャナ 1 4に入力して一定に保った。 ここでは、 円简型圧電素子に よる X Y Zスキャナ 1 4を用いているが、 トライポッド型のものなど色々な スキャナを採用することができる。 また、 図では、 図 7で示している探針 1 ' の半径方向の移動機構を省略しているが、 情報記録にはこの機構が必要 となる。
書き込み読みだしに関しては、 今迄述べた方法とほとんど同じであるが、 位置情報が、 極座標系となっている。 このため、 制御系のア ドレス回路は現 状の光ディスクや磁気ディスクと同じものを用いている。 また、 トラック、 セクタなどの位置決め機構あるいは位置決め方式は同じものを採用している。
(実施例 4 )
図 5に示した実施例 3では、 光てこ方式が大きな機構部分となり、 記録装 置のヘッドの小型化が困難であった。 ここでは、 図 6のように、 カンチレバ 1 0にピエゾ抵抗素子 2 4を貼付たものを探針 1 ' に採用し、 光てこ検出部 分をなく した構成としたものである。 ピエゾ抵抗素子 2 4はカンチレバ 1 0 の中に直接ィオン注入法によつて形成したものや力ンチレバ 1 0に貼付たも のを用いている。 探針 1が力を受け、 撓むと、 抵抗が増し、 この抵抗値を検 出することにより撓み量、 即ち、 力を検出するものである。 検出にはホイス トンプリッジ回路などが用いられる。 抵抗検出信号 2 5を検出回路 2 3で検 出し、 これから得られた探針 1の力信号 1 5をサ一ボ回路に入力して、 探針 1 と記録媒体 2との間隙を一定に保ち、 書き込み読みだし動作を実施例 1か ら実施例 3までの方法と同じように行なう。
(実施例 5 )
図 6に示す実施例 4では、 探針 1 と記録媒体 2の間隙制御の駆動に X Y Z スキャナ 7 ( 1 ) を用いていたが、 これは寸法や重量が大きくヘッ ドが大 きくなつてしまう。 この欠点を解消するために、 本実施例は、 図 7のように、 磁気記録で採用されているスライダ 2 6に書き込み用圧電素子 1 0および探 針 1 ' を搭載して記録ヘッドとしている。 これをアーム 2 7、 旋回機構駆動 信号 2 9で駆動される旋回機構 2 8に取付け、 半径方向の位置決め機構を構 成する。 尚、 図ではスライダ 2 6と記録媒体 2とが離れているように図示し ているが、 少なくとも探針 1が記録媒体に 1 n m以下の距離で接触している ように動作をしている。 動作は、 実施例 2や実施例 4のような動作をして、 記録媒体 2に情報記録するものである。 この他に、 実施例 1のような静電力 を利用する方法等を用いることができる。
次に本発明で使用される記録媒体の特徴について説明する。 図 3に記録媒 体 2の断面構造を示す。 基本的には、 記録層 3 3は外力に対する弹性限界が 低く加工性に優れた材料であること、 および表面の平坦性が数ナノメータ以 下であることが望まれる。 図 3のように静電力を用いる場合、 記録媒体 2は 記録層 3 3と基板 1 3の 2層構造を採用している。 基板 1 3は導電性あるい は半導電性を、 記録層 3 3は絶縁性を持ち、 さらに、 塑性変形降伏点が基板 1 3より小さい材料であることが望まれる。 また、 図 4の探針 1を記録媒体 2に押しつけて書き込みを行なう方法では、 基板 1 3に導電性以外にポリ力 —ボネイ トのような樹脂基板を用い、 これを単独で使ったり、 シリコン基板 に樹脂を塗布したものを使用することが考えられる。 この場合は、 試料に導 電層を使用しなくても良く、 この点が静電力を使用する場合と異なる。 読み だしに関しては、 記録媒体 2の表面が絶縁性を持つとチャージアツプの原因 となり、 塑性変形し易い薄い導電性膜を塗布することが重要となる。 図 4の 記録方法を応用した記録媒体 2の構造は、 3層構造および 2層構造を持った 記録媒体が望まれる。
上記記録装置および記録媒体を使用することにより、 約 2 0 n m径の均一 な凹構造を安定に形成することができた。
以上述べたように、 本発明によれば、 加熱せず、 静電力や探針 1 ' の押し つけ力を書き込みに使えば、 数十ナノメータ以下のサイズの凹構造を均一か つ安定に形成することが可能となった。 これは、 記録密度が数 1 0 0 G b / i n 2力 ら 1 T b / i n 2以上の記録装置を提供できることを意味している。 また、 装置構成も、 小さい駆動範囲を有する圧電素子とその駆動回路を設けれたり、 諍電気力を発生させるための印加電源を準備すれば良く、 記録装匱の軽装化、 簡素化を図ることができる。 さらに、 常温で記録ができるため、 本発明では、 従来技術である熱機械記録より小さいビットが形成できる。 これは、 従来技 術である熱機械記録がビッ ト形成に熱変形も加わることや、 媒体 2表面の温 度が高いため塑性流動が広い範囲に及ぶことに起因する。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 記録媒体の表面に複数の凹構造を形成することにより情報を記録する記 録装置において、 記録媒体に書き込み用の力を加えることにより室温で上記 記録媒体の塑性変形を行ない上記記録媒体上に複数の凹構造を形成するため のヘッドを有することを特徴とする記録装置。
2 . 上記ヘッドが、 尖鋭化された先端を有する固体探針と、 上記個体探針を 保持する微小力検出用板パネと、 上記板パネの変位を検出する検出手段とか ら成ることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の記録装置。
3 . 上記ヘッド又は上記記録媒体のどちらかの位置を動かし、 それらの相対 位置が縮まるように駆動することにより、 上記書き込み用の力を発生させる ことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の記録装置。
4 . 上記ヘッドと上記記録媒体との間に電圧印加することにより、 上記書き 込み用の力を発生させることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の記録装置。
5 . 上記板パネの変位検出信号に基づいて、 上記記録された情報を読み出す ことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の記録装置。
6 . 上記駆動源に逆圧電効果を用レ、ることを特徴とする請求の範囲第 3項記 載の記録装置。
7 . 上記駆動源に電磁誘導を用いることを特徴とする請求の範囲第 3項記截 の記録装置。
8 . 上記記録媒体は、 基板と、 上記基板上に形成された書き込み層とから成 ることを特徴とする請求の範囲第 1項記載の記録装置。
9 . 上記基板が半導体あるいは導体であることことを特徴とする請求の範囲 第 8項記載の記録装置。
1 0 . 上記記録媒体は、 上記書き込み層の塑性変形降伏点が上記基板の降伏 点より小さいことを特徴とする請求の範囲第 8項記載の記録装置。
1 1 . 上記記録媒体を回転運動させる機構を備え、 情報の記録を極座標系で 行なうことを特徴とする請求の範囲第 1項記載の記録装置。
1 2 . 上記板パネは、 歪ゲージ （ピエゾ （歪み） 抵抗素子） を有することを 特徴とする請求の範囲第 2項記載の記録装置。
1 3 . 上記変位検出に光てこ手段を用いることを特徴とする請求の範囲第 2 項記載の記録装置。
1 . 上記記録媒体の最上部が導電性膜で被われたことを特徴とする請求の 範囲第 1項記載の記録装置。
1 5 . 上記探針と記録媒体との問に働く力を一定に制御する手段として、 ス ライダによる流体浮上手段を用いたことを特徴とする請求の範囲第 1項記載 の記録装置。
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