DE69323360T2

DE69323360T2 - Verschiebungselement, freitragende Probe und Verwendung dieser Probe in einem Informationsverarbeitungsgerät

Info

Publication number: DE69323360T2
Application number: DE69323360T
Authority: DE
Inventors: Tsutomu Ikeda; Haruki Kawada; Masaru Nakayama; Takayuki Yagi; Keisuke Yamamoto
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1992-07-06
Filing date: 1993-06-17
Publication date: 1999-09-02
Anticipated expiration: 2013-06-18
Also published as: US5396066A; DE69323360D1; EP0582376B1; EP0582376A1; JP3402661B2; JPH0674753A; ATE176527T1

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein zur Verwendung bei einer Tunnelstrom-Erfassungsvorrichtung, einem Rastertunnelmikroskop oder ähnlichem geeignetes Verschiebungselement und eine dieses Element verwendende freitragende Sonde. Die Erfindung betrifft insbesondere ein mit großer Kapazität und hoher Dichte arbeitendes Informationsverarbeitungsgerät zur Aufnahme, Wiedergabe und zum Löschen von Informationen unter Verwendung der freitragenden Sonde über die Technik eines Rastertunnelmikroskops.

Stand der Technik

In den letzten Jahren zogen elektromechanische Elemente (Mikromechanik) wie Halbleiter-Drucksenoren, Halbleiter- Beschleunigungssensoren, Mikroaktuatoren oder dergleichen, die Halbleiter als mechanische Strukturen verwenden, die Aufmerksamkeit als Anwendungen vor dem Hintergrund der Halbleiterverarbeitungstechnologie auf sich.
Derartige Elemente sind wünschenswert, da sie kompakt sind und sehr genaue mechanische Teile hinreichend verfügbar sind. Da ein Halbleiterwafer verwendet wird, können die Elemente und elektrischen Schaltungen auf einem Si-Wafer integriert ausgebildet werden. Man kann durch Massenproduktion in einer Halbleiterverarbeitung eine Produktivitätssteigerung erwarten, indem derartige Elemente basierend auf derartigen Halbleiterverarbeitungen gefertigt werden. Ein Beispiel eines sehr kleinen Verschiebungselements ist das eines Auslegertyps unter Verwendung einer elektrostatischen Kraft oder einer piezoelektrischen Dünnschicht. Da sehr kleine Bewegungen dieses Elements genau gesteuert werden können, wird dieses Element bei einem (nachstehend als STM bezeichneten) Rastertunnelmikroskop angewendet, welches in der Lage ist, Atome und Molekularzustände direkt beobachten zu können.
Ein Ausleger, der elektrostatische Kraft verwendet, ist beispielsweise aus der Druckschrift US-A-4 668 865 bekannt. Wie in Fig. 6 gezeigt, wird dieser in einen Ausleger 65 ausgebildet, indem Si 63 epitaktisch aufgewachsen wird, nachdem eine Elektrodenschicht 62 auf einem Si-Wafer 61 durch Verunreinigungsdotierung vorgesehen wurde, nochmals eine Verunreinigung zur Ausbildung einer Elektrode 64 hinein dotiert wird, dann eine nicht dotierte Si-Schicht dazwischen entfernt wird und dann eine Aufnahmeelektrode 67 durch Gasphasenabscheidung ausgebildet wird. Von Quate et al., Stanford Universität, wird die Verwendung von piezoelektrischen Dünnschichten in Strukturen wie einer STM-Sonde vorgeschlagen (IEEE Micro Electro Mechnanical Systems, S. 188-199, Feb. 1990). Wie in Fig. 7 gezeigt, wird dies durch die Entfernung eines Teils der hinteren Oberfläche des Si-Wafers zur Ausbildung einer Siliziummembran ausgebildet, wobei Al 72 und ZnO 73 aufeinanderfolgend auf der Oberfläche eines zweielementigen Auslegers geschichtet werden, dann die Siliziummembran und eine Ätzschutzschicht (eine Siliziumnitridschicht) auf der Oberfläche des Wafers durch reaktives Trockenätzen entfernt werden, wodurch ein zweiteiliger Ausleger zur Verschiebung einer STM-Spitze ausgebildet wird. Eine Mikrospitze zur Erfassung des Tunnelstroms wird auf dem freien Endabschnitt der oberen Oberfläche des Auslegers angebracht, so daß ein befriedi gendes STM-Bild erlangt werden kann.
Die Beobachtungen von atomaren und molekularen Zuständen bei Halbleitern, Polymeren oder dergleichen wurden unter Verwendung einer STM-Technik ausgewertet, wobei die Mikrobearbeitung (micromachining) untersucht wurden (E.E. Ehrichs, "4th International Conference on Scanning Tunneling Microscope/Spectroscopy", '89, S13-3). Die Anwendungen von Aufzeichnungs- und Wiedergabegeräten in verschiedenen Gebieten wurden ebenfalls untersucht. Insbesondere besteht eine wachsende Nachfrage für Aufzeichnungsgeräte mit großer Kapazität zur Speicherung von Informationen, aufgrund denen eine Berechnung mit einem Computer durchgeführt wird. Da Mikroprozessoren kompakt wurden und ihre Rechenleistung mit dem Fortschritt in der Halbleiterverarbeitungstechnologie ansteigt, gibt es eine Nachfrage nach noch kompakteren Aufzeichnungsgeräten. Damit diese Bedürfnisse befriedigt werden, wurde ein Aufzeichnungsgerät vorgeschlagen, das aufzeichnet und schreibt, indem es die Gestalt des Aufzeichnungsmediums durch Anlegen einer Spannung ändert, die von einem aus einer Mikrosonde ausgebildeten Wandler zugeführt wird. Eine derartige Mikrospitze wird auf einer Ansteuereinrichtung bereitgestellt, die in der Lage ist, den Abstand zum Aufzeichnungsmedium zur Erzeugung eines Tunnelstroms genau einzustellen, wobei deren minimale Aufzeichnungsfläche (10 nm)² beträgt.
Eine Mikrospitze eines STM wird auf einer freien Endseite eines Auslegers ausgebildet, wobei der Ausleger derart aus mehreren Unterauslegern zusammengesetzt ist, daß diese sich unabhängig voneinander verbiegen können, und weiterhin mit einer Halbleitervorrichtung als eine Einheit hergestellt sind. Ein Aufzeichnungs- und Wiedergabegerät wurde vorgeschlagen, wobei ein Ausleger mit einer Mikrospitze zur Erfassung eines Tunnelstroms, ein Verstärker zur Verstärkung des Tunnelstroms, ein Multi plexer zur Auswahl der Auslegeransteuerung sowie des Tunnelstroms und ähnlichem auf einer Platine angebracht sind.
Ein bekannter Ausleger an sich ist zur Ansteuerung des Abtastvorgangs aus mehreren Schichten ausgebildet. Der beispielsweise in Fig. 7 gezeigte Auslegeraufbau ist ein Fünfschichtaufbau aus piezoelektrischen Elementen und Elektroden. Wenn verschiedene Arten von Dünnschichten gestapelt oder zusammen gebondet sind, tritt in den Dünnschichten unvermeidlich innere Verspannung auf. Vermutlich tritt dies wegen der Unterschiede in den thermischen Ausdehnungskoeffizienten und den Gitterkonstanten an den Grenzflächen auf. Insbesondere in Dünnschichten (Dicke < 2 um) ist eine an den Grenzflächen auftretende innere Verspannung ein Hauptproblem. Aus diesem Grund ist es unmöglich, die Verspannungswerte streng zu steuern, und der durch Schichtung von Dünnschichten ausgebildete Ausleger verformt sich manchmal wegen der inneren Verspannung, was eine Steuerung mit hohem Genauigkeitsgrad der Ansteuerung des Auslegers unmöglich macht. Da der Ausleger aus piezoelektrischen Werkstoffen ausgebildet ist, ist außerdem deren Elastizitätsmodul gering, wodurch deren Eigenfrequenz und Steifheit nicht hoch sind. Eine niedrige Eigenfrequenz und Steifheit verursachen eine niedrige Abtastgeschwindigkeit und es können ziemlich viele durch mechanischen Stoß verursachte Probleme auftreten.
Da der Ausleger selbst nach der in der Druckschrift US-A-4 668 865 offenbarten und in Fig. 6 gezeigten elektrostatischen Ansteuerart als Elektrode verwendet wird, ist außerdem ein zweischichtaufbau eines Auslegers und eine isolierende Schicht zur Isolation der Mikrospitze notwendig. Der vorstehende Fall verdeutlicht ein Problem, bei dem eine parasitäre Kapazität in der Mikrospitze verursacht wird, da eine Mikrospitze 68 und eine Elektrode 64 mit einer dazwischen liegenden isolierenden Schicht 66 angeordnet sind. In diesem Verfahren kann überdies der Ausleger lediglich senkrecht (z-Achse) zu einem Si-Wafer 61 angesteuert werden.
Die Druckschrift EP-A-0 194 323 offenbart ein Rastertunnelmikroskop mit einem freitragenden Verschiebungselement, das eine einzelne Elektrode und eine Mikrospitze verwendet.

Kurzzusammenfassung der Erfindung

Daher liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verschiebungselement und eine freitragende Sonde bereitzustellen, wobei die innere Verspannung leicht gesteuert werden kann, keine Formänderung auftritt, eine hohe Steifheit und charakteristische Frequenz vorliegt und mit hoher Geschwindigkeit angesteuert werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine freitragende Sonde bereitzustellen, in der das Verschiebungselement zur Reduzierung der in der Mikrospitze verursachten parasitären Kapazität verwendet wird, und ein mit großer Kapazität und hoher Dichte arbeitendes Informationsverarbeitungsgerät zur Aufnahme, Wiedergabe und Löschung von Informationen unter Verwendung der freitragenden Sonde bereitzustellen.
Die Erfindung stellt ein Verschiebungselement gemäß Anspruch 1 bereit.
Es kann ein Informationsverarbeitungsgerät bereitgestellt werden, das ein erfindungsgemäßes Verschiebungselement, ein Aufzeichnungsmedium, Einrichtungen zum Bewegen der Mikrospitze des Verschiebungselements in die unmittelbare Nähe des Aufzeichnungsmediums und Einrichtungen zum Anlegen einer Spannung zwischen die Mikrospitze und das Aufzeichnungsmedium aufweist.
Die vorstehenden und weiteren Aufgaben und neuen Merkmale der Erfindung werden deutlicher im Zusammenhang der nachstehenden ausführlichen Beschreibung, die im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung zu lesen ist. Die Zeichnung ist jedoch ausdrücklich zur Veranschaulichung gedacht und nicht etwa als Definition der Grenzen der Erfindung.

Kurzbeschreibung der Zeichnung

Die Fig. 1(a) bis 1(c) zeigen Veranschaulichungen einer erfindungsgemäßen freitragenden Sonde.
Die Fig. 2(a) bis 2(i) zeigen Veranschaulichungen eines Schritts zur Herstellung einer erfindungsgemäßen freitragenden Sonde.
Die Fig. 3(a) bis 3(i) zeigen Veranschaulichungen des Schritts zur Herstellung einer erfindungsgemäßen freitragenden Sonde.
Fig. 4 zeigt eine Veranschaulichung einer erfindungsgemäßen integrierten freitragenden Sonde.
Fig. 5 zeigt ein Blockschaltbild zur Veranschaulichung des Aufbaus eines erfindungsgemäßen Informationsverarbeitungsgeräts.
Fig. 6 zeigt eine Veranschaulichung einer bekannten freitragenden Sonde, und
Fig. 7 zeigt eine Veranschaulichung der bekannten freitragenden Sonde.

Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele

Gemäß dem Aufbau eines Verschiebungselements der Erfindung kann ein Ausleger innerhalb einer einzelnen Schicht ausgebildet werden. Daher kann eine Verspannung des Auslegers sehr leicht gesteuert werden und eine Formänderung des Auslegers kann reduziert werden. Geeignete Materialien für ein Substrat beinhalten Halbleiter, Metalle, Glas, Keramiken und ähnliches. Ein Halbleitersubstrat, speziell ein Si-Wafer ist zu bevorzugen, um das Substrat und einen Ausleger, die aus einem Halbleiter ausgebildet sind, als Einheit auszubilden, worauf ein Ausleger und eine elektrostatische Ansteuerelektrode durch Verunreinigungsdiffusion ausgebildet sind. Wenn ein Halbleitersubstrat verwendet wird, kann eine Elektrode auf dem Substrat in derselben Weise wie bei einem Ausleger durch Verunreinigungsdiffusion ausgebildet werden.
Für die Verunreinigungen, die zur Ausbildung einer Elektrode verwendet werden können, gibt es bei der Erfindung keine besonderen Einschränkungen. Bor (B) oder Phosphor (P) können beispielsweise verwendet werden. In diesem Fall ist die Elektrode dann p- oder n-leitend.
Nachstehend wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnung erklärt.
Fig. 1(a) zeigt eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung einer auf einem erfindungsgemäßen Verschiebungselement vorgesehenen freitragenden Sonde (Auslegersonde) mit einer Mikrospitze. Fig. 1(b) zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie A-A' aus Fig. 1(a).
Auf einem Si-Substrat 11 des Verschiebungselements sind ein aus polykristallinem Silizium ausgebildeter Ausleger 12 und eine elektrostatische Ansteuerelektrode 13 angeordnet, wobei zwischen dem Ausleger und der Elektrode eine vorbestimmte Lücke beibehalten wird. Auf dem polykristallinen Silizium des Auslegers 12 ist eine teilweise in zwei Teile geteilte elektrostatische Ansteuerelektrode 14 ausgebildet; in die eine Verunreinigung eindiffundiert ist. Eine Mikrospitze 15 für ein Informations- Eingabe/Ausgabe-STM und eine Aufnahmeelektrode 16 dafür sind zwischen den Teilen der elektrostatischen Ansteuerelektrode 14 auf dem Ausleger 12 angeordnet. Integrierte Schaltkreise für eine Schaltung zum Betreiben der freitragenden Sonde und für eine Schaltung zur Signalverarbeitung sind auf einem einzigen Siliziumsubstrat angebracht, obwohl sie nicht gezeigt sind. Es ist möglich, das äußerste Ende der Mikrospitze 15 auf dem Ausleger 12 aufwärts oder abwärts (z-Achse) zu bewegen, indem eine an die elektrostatischen Ansteuerelektroden 13 und 14 angelegte Spannung verändert wird. Es ist ebenfalls möglich, den Ausleger 12 zu drehen, indem verschiedene Spannungen an die zweigeteilte elektrostatische Ansteuerelektrode 14 angelegt werden, was dazu führt, daß das äußerste Ende der Mikrospitze 15 seitwärts bewegt werden kann (y-Achse). Fig. 1(c) veranschaulicht die Arbeitsweise des Auslegers 12, während das Verschiebungselement angesteuert wird.
Mit dem vorstehenden Aufbau kann eine in der Mikrospitze verursachte parasitäre Kapazität während des Ansteuerns des Auslegers reduziert werden. Eine erheblich größere Steifheit als die eines bekannten, einen piezoelektrischen Werkstoff wie ZnO verwendenden Auslegers kann durch die Verwendung eines Materials mit einem hohen Elastizitätsmodul, beispielsweise Si wie vorstehend beschrieben, als Auslegermaterial erzielt werden.
Bei der freitragenden Sonde dieser Erfindung werden Edelmetalle wie Pt, Au, Rh oder Pd, ein Metall wie W, Legierungen dieser Metalle, eine Schichtung dieser Metalle oder TiC als Materialien für die Mikrospitze verwendet. Nachdem kleine Stücke der vorstehend beschriebenen Materialien gebondet wurden oder Dünnschichten der vorstehend beschriebenen Materialien gestapelt wurden, kann die freitragende Sonde verarbeitet und durch Ätzen oder, falls notwendig, elektrolytisches Polieren in einer gewünschten Gestalt hergestellt werden.
Eine bekannte Technik für Dünnschicht-Herstellungsverfahren wie beispielsweise ein Vakuumabscheideverfahren, Sputterverfahren, chemisches Gasphasenabscheideverfahren, photolithographische Techniken oder Ätztechniken, welche allgemein in der Halbleiterindustrie verwendet werden, kann erfindungsgemäß als das Verfahren zur Ausbildung eines Verschiebungselements und einer freitragenden Sonde verwendet werden. Das Herstellungsverfahren schränkt jedoch die Erfindung nicht ein.
Ein auf einem Substrat ausgebildetes Aufzeichnungsmedium zur Informationsaufzeichnung und eine darauf angeordnete Aufzeichnungsschicht mit einem Speicherschaltphänomen (elektrischer Speichereffekt) bei den Strom- und Spannungseigenschaften wird vorzugsweise in der Erfindung verwendet. Das Aufzeichnungsmedium ist jedoch nicht auf dieses Ausbildungsverfahren beschränkt.
Der elektrische Speichereffekt der Erfindung bedeutet, daß mindestens zwei verschiedene Widerstandszustände im Zusammenhang mit der Spannungszuführung auftreten. D.h., daß Übergänge zwischen den Zuständen als Folge einer einen Schwellenwert zur Änderung der Leitfähigkeit der angewendeten Aufzeichnungsschicht übersteigenden Spannung oder Stroms frei auftreten, wobei jeder der erlangten Widerstandszustände so lange bestehen bleibt, wie eine den Schwellenwert nicht übersteigende Spannung oder Strom zugeführt wird. Aufzeichnungsmaterialien (Medien) mit einem derartigen elektrischen Speichereffekt, wie bei spielsweise in der JP-A-63 161 522 und der JP-A-63 161 523 offenbart, werden bevorzugt als Aufzeichnungsmaterialien verwendet.
Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug zu den Ausführungsbeispielen näher erklärt.

Erstes Ausführungsbeispiel

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel wird die in Fig. 1 gezeigte freitragende Sonde der Erfindung durch Verwendung von Si als Substrat durch einen IC- Herstellungsvorgang gefertigt.
Das Herstellungsverfahren wird nachstehend erklärt. Die Fig. 2(a) bis 2(i) sind Veranschaulichungen eines Schritts zur Herstellung einer freitragenden Sonde gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Zunächst wird ein Si&sub3;N&sub4; 22 in einer Dicke von 3000 Å auf der Oberfläche des Si-Substrats 11 ausgebildet, auf der eine thermisch oxidierte Schicht 21 5000 Å dick durch Einrichtungen eines LP-CVD-Geräts ausgebildet wird (Fig. 2(a)). Danach wird eine elektrostatische Ansteuerelektrode 13 (W-Si) auf dem Si-Substrat 11 durch ein lift-off- Verfahren ausgebildet (Fig. 2(b)). Nachdem eine als Opferschicht dienende oxidierte Si-Schicht 23 mit 5 um Dicke durch Sputtern ausgebildet wurde (Fig. 2(c)), wird sie durch ein photolithographisches Verfahren und Naßätzen strukturiert (Fig. 2(d)). Danach wird durch das LP-CVD-Verfahren eine polykristalline Si-Schicht 24 (p-Si) in einer Dicke von 0,8 um ausgebildet (Fig. 2(e)). Nachdem eine Schutzlackstruktur ausgebildet wurde, wird dann eine Ionenimplantation zur Ausbildung der elektrostatischen Ansteuerelektrode 14 auf der Seite des Auslegers durchgeführt (Fig. 2(f)). Zur Implantation wird Phosphor (P) bei einer Konzentration von 1·10¹&sup6; Ionen/cm² verwendet. Nachdem eine Temperaturbehandlung durchgeführt wurde, wird der Ausleger 12 durch ein photolithographisches Verfahren und Naßätzen strukturiert (Fig. 2(g)). Dann werden Metallstücke aus Pt, Rh, W oder dergleichen auf den Ausleger 12 zur Ausbildung der Mikrospitze 15 gebondet (Fig. 2(h)). Schließlich wird eine Opferschicht 23 durch Naßätzen entfernt (Fig. 2(i)).
Hinsichtlich der auf diesem Weg hergestellten freitragenden Sonde kann die Verspannung der freitragenden Sonde leicht durch Temperaturbehandlung gesteuert werden, da der Ausleger aus einer einzelnen, aus lediglich p-Si gebildeten Schicht ausgebildet wurde. Eine Formänderung des Auslegers tritt kaum auf. Wenn die Ausbildung der Mikrospitze 15 in dem vorstehend beschriebenen Herstellungsvorgang ausgelassen wird, kann ein Verschiebungselement gefertigt werden.
Die Ausmaße und Verhältnisse der gefertigten freitragenden Sonde sind nachstehend aufgeführt:
- Auslegerausmaße: 500 · 100 · 0,8 um
- Größe der elektrostatischen Ansteuerlücke: 5 um
- Ausmaß der Verschiebung in y-Richtung: 7 Å/±0,5 V
- (Mikrospitze: 7 um lang)
- Ausmaß der Verschiebung in z-Richtung: 1,7 um/±2 V
- charakteristische Frequenz der z-Achse: 10 kHz
Wie vorstehend beschrieben, kann eine freitragende Sonde mit hoher Ansprechempfindlichkeit und hoher Steifheit ausgebildet werden. Wenn es abgewandelt wird, damit der Grad der Ansprechempfindlichkeit und Steifheit wechselt, kann sich die Länge und Dicke des Auslegers ändern.
In diesem Ausführungsbeispiel ist das vorstehend beschriebenen Verschiebungselement durch die Verwendung von Si als Substrat mehrfach ausgebildet worden.
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht dieser mehrfa chen freitragenden Sonde. Auf der freitragenden Sonde sind nicht nur eine Vielzahl der Ausleger 12 und der Mikrospitzen 15, sondern auch ein Tunnelstromverstärker 41 und ein integrierter Schaltkreis 42 angebracht, durch den etliche Steuerdaten der Arbeitsvorgänge einer Vielzahl von Auslegern und Informationen übertragen werden können. Dieser integrierte Schaltkreis 42 ist auf eine Elektrodenanschlußfläche 43 ausgedehnt. Fig. 5 zeigt ein Blockdiagramm des Aufbaus eines die freitragende Sonde dieses Ausführungsbeispiels verwendenden Informationsverarbeitungsgeräts. Ein Ausleger 502 einer freitragenden Sonde 501 dieses Ausführungsbeispiels, eine Mikrospitze 503 und ein IC 510 zur Steuerung des Auslegers und der Mikrospitze sind innerhalb einer Struktur 508 auf einem Neigungskorrekturmechanismus 506 angebracht. Ein Substrat 505 für das Aufzeichnungsmedium und eine Aufzeichnungsschicht 504 mit einem zwischen ihnen gelagerten xy-Abtastmechanismus 507 sind derart angebracht, daß sie dem Neigungskorrekturmechanismus 506 gegenüberliegen. Der xy-Abtastmechansimus 507 ist an eine xy-Abtast-Ansteuerungsschaltung 509 angeschlossen. Die freitragende Sonde ist mit der Mikrospitze 503, über eine Medium-zu-Medium Steuerschaltung 513 mit einer Mikrospitzenmatrix-Steuerschaltung 510, einer Auslegerabtastung- Ansteuerschaltung 511 und einer Neigungskorrekturschaltung 512 verbunden. Die Mikrospitzenmatrix- Steuerschaltung 510 ist mit einem Codierer 514a und einem Decodierer 514b verbunden, durch die Daten eingegeben und ausgegeben werden. Der Codierer 514a und der Decodierer 514b sind mit einen Mikrocomputer 515 verbunden, und Informationen können über ein Anzeigegerät 516 festgestellt werden.
Schreibdaten werden durch den Codierer 514a codiert und an die Mikrospitzenmatrix-Steuerschaltung 510 übertragen. Eine freitragende Sonde 501 wird zum Schreiben der Daten auf die Aufzeichnungsschicht 504 angesteuert. Wenn Daten ausgelesen werden müssen, wird eine auszulesende Adresse durch den Mikrocomputer 515 erzeugt, und die Mikrospitzenmatrix-Steuerschaltung 510 wird angesteuert. Die Mikrospitzenmatrix-Steuerschaltung 510 liest Signale von der freitragenden Sonde 501 durch jeweils eine Vielzahl von Mikrospitzen 503 aus, und überträgt die Signale an den Decodierer 514b. Der Decodierer 514b führt eine Fehlererfassung oder Fehlerkorrektur auf der Grundlage dieser Signale durch, und gibt die Daten aus. Auf einem Tunnelstrom durch jede Mikrospitze 503 fließende Informationen werden direkt durch die Mikrospitzen-Steuerschaltung 510 ausgelesen. Eine Abweichung von einem Bezugsort wird durch die Schaltung 513 zur Steuerung der Entfernung zwischen der Mikrospitze und dem Aufzeichnungsmedium erfaßt. Jede der Mikrospitzen 503 entlang der z-Achse wird von der Auslegerabtastung-Ansteuerungsschaltung 511 gesteuert. Wenn es notwendig wird, die Ausrichtung der freitragenden Sonde 501 zu korrigieren, wird eine derartige Korrektur durch die Neigungskorrekturschaltung 512 durchgeführt.
In diesem Ausführungsbeispiel wird ein Glassubstrat als das Substrat 505 des Aufzeichnungsmediums verwendet. Eine Aufzeichnungsschicht mit einer auf dem Substrat 505 in einer Dicke von 100 nm Vakuum-abgeschiedenen Au-Elektrode wird als Aufzeichnungsschicht 505 verwendet. Zunächst wird die freitragende Sonde 501 gegenüber dem Aufzeichnungsmedium positioniert. Eine Spannung von 0,5 V wird an die Mikrospitze 501 und die aus einer Au-Elektrode ausgebildete Aufzeichnungsschicht 504 angelegt. Danach wird eine Spannung zwischen die elektrostatischen Ansteuerelektroden 13 und 14 der freitragenden Sonde 501 angelegt, so daß der Wert eines Tunnelstroms zwischen der Mikrospitze 503 und der Aufzeichnungsschicht 504 annähernd 1 nA wird, wodurch die Mikrospitze 503 entlang der z-Achse verschoben wird. Danach werden verschiedene Spannungen an die auf dem Ausleger 12 in zwei Teile geteilte elektrostatische Ansteuerelektrode 14 der freitragenden Sonde 501 angelegt, die Mikrospitze 503 wird entlang der y-Achse abgetastet und Aufzeichnungsbits werden eines nach dem anderen aufgezeichnet. Danach wird zur Wiedergabe dieser Aufzeichnungsbits die Spannung zwischen den elektrostatischen Ansteuerelektroden 13 und 14 gesteuert, so daß der Tunnelstromwert konstant wird. Das Vorhandensein oder Fehlen von Aufzeichnungsbits kann durch Überprüfung der zwischen diesen elektrostatischen Ansteuerelektroden angelegten Spannung bestimmt werden.
Wie vorstehend gezeigt, kann daher die Aufzeichnung, Wiedergabe oder Löschung von Aufzeichnungsinformationen bei hoher Geschwindigkeit mit einem hohen Grad an Reproduzierbarkeit stabil durchgeführt werden, wenn das Informationsverarbeitungsgerät dieses Ausführungsbeispiels verwendet wird.

Zweites Ausführungsbeispiel

In diesem Ausführungsbeispiel wird die in Fig. 1 gezeigte freitragende Sonde der Erfindung gemäß dem in Fig. 3 gezeigten Herstellungsvorgang gefertigt.
Zunächst wird das Si&sub3;N&sub4; 22 in einer Dicke von 3000 Å auf der Oberfläche des Si-Substrats 11 ausgebildet, auf dem die thermisch erhobene Schicht 21 durch ein LP-CVD-Gerät 5000 Å dick ausgebildet wird (Fig. 3(a)). Danach wird eine p-Si-Schicht auf dem Si&sub3;N&sub4; 22 ausgebildet, in die durch das LP-CVD-Verfahren Bor eindotiert wurde, und die dann geätzt wurde, wobei die elektrostatische Ansteuerelektrode 13 auf der Seite des Substrats 11 ausgebildet wird (Fig. 3(b)). Nachdem die als Opferschicht dienende oxidierte Si-Schicht 23 durch Sputtern in 5 um Dicke ausgebildet wurde (Fig. 3(c)), wird sie danach durch ein photolithographisches Verfahren und Naßätzen strukturiert (Fig. 3(d)). Als nächstes wird eine polykristalline Si-Schicht 24 (p-Si) in einer Dicke von 0,8 um durch das LP-CVD-Verfahren ausgebildet, wonach eine p-Si-Schicht 31 in einer Dicke von 0,1 um ausgebildet wird, in die Bor eindotiert ist (Fig. 3(e)). Der Schichtwiderstand dieser p-Si-Schicht 31 beträgt 1 Ω/ . Nachdem eine Schutzlackstruktur auf dem p-Si ausgebildet wurde, wird es geätzt, wobei die elektrostatische Ansteuerelektrode 14 auf der Seite des Auslegers ausgebildet wird (Fig. 3(f)). Nachdem eine Temperaturbehandlung durchgeführt wurde, wird der Ausleger 12 durch ein photolithographisches Verfahren und Naßätzen strukturiert (Fig. 3(g)). Danach werden Metallstücke aus Pt, Rh, W oder dergleichen auf den Ausleger gebondet, wodurch die Mikrospitze 15 ausgebildet wird (Fig. 3(h)). Schließlich wird die Opferschicht 23 durch Naßätzen entfernt, wodurch die freitragende Sonde vervollständigt wird (Fig. 3(i)).
Wenn die Aufzeichnung und Wiedergabe unter Verwendung der freitragenden Sonde in der gleichen Weise durchgeführt werden wie im ersten Ausführungsbeispiel, können Daten mit einer hohen Geschwindigkeit und einem hohen Genauigkeitsgrad geschrieben und ausgelesen werden.
Wie vorstehend erklärt wurde, tritt keine Formänderung aufgrund innerer Verspannungen auf, da eine freitragende Sonde in dem Verschiebungselement der Erfindung aus einer einzelnen Schicht ausgebildet werden kann. Zusätzlich kann ein Element mit hoher Steifheit und hoher charakteristischer Frequenz erlangt werden. Daher erzielt die dieses Verschiebungselement verwendende freitragende Sonde eine hohe Zuverlässigkeit und eine hohe Ansprechgeschwindigkeit. Da in struktureller Hinsicht keine parasitäre Kapazität in einer Mikrospitze verursacht wird, kann weiterhin hoch zuverlässiges, hoch dichtes und mit großer Kapazität versehenes Aufzeichnen und Wiedergeben in einem diese Mikrospitze verwendenden Informationsverarbeitungsgerät verwirklicht werden.
Es können viele verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung hergestellt werden, ohne vom Bereich der Erfindung abzuweichen. Die Erfindung sollte so verstanden werden, daß sie nicht auf die in dieser Spezifikation beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Es ist im Gegenteil beabsichtigt, daß die Erfindung viele verschiedene Abänderungen und gleichwertige Anordnungen abdeckt, welche im Bereich der Ansprüche beinhaltet sind.

Claims

1. Verschiebungselement mit

einem eine Elektrode (13) aufweisenden Substrat (11) und

einem Ausleger (12), das ein Halbleitermaterial aufweist und eine Mikrospitze (15) aufweist, wobei der Ausleger auf dem Substrat (11) vorgesehen ist, wobei der Ausleger eine durch Verunreinigungsdiffusion in das Halbleitermaterial ausgebildete elektrostatische Ansteuerelektrode (14) umfaßt, und der Ausleger (12) und die Elektrode (13) einander gegenüberliegend angeordnet sind,

dadurch gekennzeichnet, daß

der Ausleger (12) mindestens zwei elektrostatische Ansteuerelektroden (14) aufweist, und sich die Mikrospitze an einem Ort auf dem Halbleitermaterial befindet, über den sich die elektrostatischen Ansteuerelektroden (14) nicht erstrecken.

2. Verschiebungselement nach Anspruch 1, wobei das Halbleitermaterial Silizium ist.

3. Verschiebungselement nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, wobei die elektrostatischen Ansteuerelektroden (14) durch Eindiffusion von Bor oder Phosphor in das Halbleitermaterial ausgebildet werden.

4. Verschiebungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die elektrostatischen Ansteuerelektroden (14) getrennt längs des Auslegers (12) angeordnet sind.

5. Verschiebungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, mit einer Vielzahl von Auslegern (12) auf einem Substrat.

6. Verschiebungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Mikrospitze (15) auf einem freien Endabschnitt des Auslegers (12) vorgesehen ist.

7. Verschiebungselement nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei eine Aufnahmeelektrode (16) zwischen den elektrostatischen Elektroden (14) angeordnet ist.

8. Informationsverarbeitungsgerät mit einem Verschiebungselement gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, einem Aufzeichnungsmedium (505), Einrichtungen zum Bewegen der Mikrospitze (15) des Verschiebungselements in die unmittelbare Nähe des Aufzeichnungsmediums (505) und Einrichtungen zum Anlegen einer Spannung zwischen die Mikrospitze und das Aufzeichnungsmedium (505).