JPH04157639A - 情報記録担体及びこれを使用する情報処理装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、情報記録担体及びこれを使用する情報処理装
置に関するものである。

［従来の技術］ 近年、物質表面及び表面近傍の電子構造を直接観察でき
る走査型トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭと云う）が開発さ
れ［Ｇ、Ｂ１ｎｎ１ｇ　ｅｔ　ａｌ、、Ｈｅ１ｖｅｔｉ
ｃ−ａ　Ｐｈｙｓｉｃａ　Ａｃｔａ、５５，７２６（１
９８２）］　、単結晶、非結晶を問わず高分解能で実空
間像の観測ができるようになり、しかも試料物質に電流
による損傷を殆ど与えずに低電力で測定できる利点をも
有し、更には超高真空中のみならず大気中、溶液中でも
動作し、種々の材料に対して適用できるため広汎な応用
が期待されている。

ＳＴＭは金属の探針と導電性試料との間に電圧を印加し
て約１ｎｍ程度の距離まで近付けると、トンネル電流が
発生する現象を利用している。最近では、例えば特開昭
６３−１６１５５２号公報、特開昭６３−１６１５５３
号公報に開示されるように、このＳＴＭの原理を応用し
、超高密度配録・再生を主とした情報処理装置を構成す
る提案が数多くなされている。即ち、ＳＴＭの探針に相
当するプローブ電極により試料に相当する記録媒体上に
物理的変形を与え、又は媒体表面の電子状態を変化させ
て情報を記録し、両者間を流れるトンネル電流により記
録ビットの情報を再生する方法を用いれば、分子、原子
オーダの高密度で大規模情報を記録再生できるとされて
いる。

なお、上述の記録方法の内、物理的変形を与えるには、
尖鋭な記録プローブを記録媒体に押圧させて凹ませる他
に、グラファイト等の記録媒体上ではパルス電圧印加に
よりホールを形成できることが最近報告されている。即
ち、プローブ電極を記録媒体表面に近接させた上で、両
者間に３〜８■、１〜１００μｓのパルス幅で電圧の印
加を行うことで、直径的４０以下度のホールが形成でき
、記録ビットとして充分に使用可能である。−方、電子
状態を変化させて記録を行うには、下地電極上にラング
ミュア・プロジェット法（以下ＬＢ法と云う）等により
適切な有機分子の累積膜を作成し、下地１ｉ極とプロー
ブ電極間に電圧印加して、この微小部分の電気抵抗特性
を変化させる方法が知られており、消去・書換えが容易
であるため注目されている。

第６図は電子状態を変化させて記録を行う従来例の情報
記録担体及びこれを使用する情報処理装置の構成を示し
、粗動機構１上に設けられた移動基板２上には下地電極
３、スイッチングメモリ効果を有する記録媒体４が載置
され、この記録媒体４に対向して三次元駆動機構５に取
り付けられたプローブ電極６が設けられていて、先ずマ
イクロコンピュータ７、粗動制御回路８によって粗動機
構１を駆動することにより、プローブ１を極６と記録媒
体４との概略の位置合わせが行われる。記録時には、Ｘ
Ｙ走査駆動回路９により三次元駆動機構５を駆動してプ
ローブ電極６を記録媒体４上で走査し、記録位置で電圧
印加装置１０によってプローブ電極６、下地電極３間に
パルス電圧を印加すると、記録媒体４に局所的に電気的
抵抗が異なる部位が作り出され記録が行われる。

再生時には、プローブ電極６、記録媒体４間にトンネル
電流が流れる程度の一定電圧を印加しながら、記録媒体
４の面上でプローブ電極６を走査する。その際に得られ
るトンネル電流を電流増幅器１１で増幅して検出し、ト
ンネル電流が常に一定値となるように、サーボ回路１２
によって三次元駆動機構５を駆動してプローブ電極６を
上下方向に移動しており、この上下方向の移動量が記録
情報に対応している。なお、これらの制御は全てマイク
ロコンピュータ７によって行われている。

このように、トンネル電流を利用するには、プローブ電
極６と記録媒体４とを約１ｎｍ程度まで近接する必要が
あり、プローブ電極６、記録媒体４には高精度な加工、
製作技術が要求されている。

［発明が解決しようとする課８］ しかしながら、従来の情報記録担体及びこれを使用する
情報処理装置においては、記録媒体４及びプローブ電極
６の表面が常時大気に曝されていて、大気中の水分等で
経時特性劣化が激しく、また大気中の塵埃がプローブ電
極６、記録媒体４に付着したり、損傷の原因となる。更
には、記録媒体４とプローブ電極６がかなり接近するの
で、外部からの振動によって記録媒体４にプローブ電極
６が接触して記録媒体４の表面を損傷する等の様々な原
因により、Ｓ／Ｎ比低下、記録・再生エラーを生ずる虞
れがある。

本発明の目的は、プローブ、記録媒体の特性劣化、損傷
、塵埃付着等を防止して、記録・再生の信頼性が高い情
報記録担体及びこれを使用する情報処理装置を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］ 上述の目的を達成するために、本発明に係る情報記録担
体及びこれを使用する情報処理装置においては、情報処
理用プローブ、記録媒体及び高粘性の液体をフレーム内
に密封したことを特徴とするものである。

また、上記特定発明に関連する本発明に係る情報処理装
置においては、プローブ、記録媒体及び高粘性の液体を
フレーム内に密封入した情報記録担体を設置し、前記プ
ローブを介して前記記録媒体間に情報の処理を行うこと
を特徴とするものである。

［作用］ 上述の構成を有する情報記録担体及びこれを使用する情
報処理装置は、情報記録担体はフレーム内にプローブ、
記録媒体及び高粘性の液体を密封するので、プローブ、
記録媒体の特性劣化、損傷、塵埃付着が防止される。ま
た、高粘性の液体によってプローブの振動が減衰され、
プローブが記録媒体に接触する危険性が低くなって、記
録、再生の信頼性が向上する。

［実施例］ 本発明を第１区〜第５図に図示の実施例に基づいて詳細
に説明する。

第１図は本発明に係る情報記録担体及びこれを使用する
情報処理装置の断面図であり、情報記録担体２０は処理
装置本体２１に挿着されている。

情報記録担体２０は、少な（とも１個のプローブ電極２
２が記録媒体２３と共にフレーム２４内に収容し、処理
装置本体２１に対して着脱可能に構成されている。この
記録媒体２３は、ＬＢ法で形成した無水ピロメリット酸
及び４．４−ジアミノジフェニルエーテルから成るポリ
イミドを６層累積したものを使用するものとし、タング
ステンから成るプローブ電極２２は、第２図に示すよう
に基台２５に片持ち支持されたバイモルフ梁２６の端部
にそれぞれ取り付けられている。バイモルフ梁２６の断
面構成は、例えば上電極（Ａｕ）／絶縁膜（ＳｉｓＮ４
）／ピエゾ層（ＺｎＯ）／絶縁膜（Ｓｉ３Ｎ−）／中電
極（Ａｕ）／絶縁膜（Ｓｉ−Ｎ４）／ピエゾ層（ＺｎＯ
：）／絶縁膜（Ｓｉ、Ｎ４）／下電極（Ａｕ）となって
おり、寸法は７５０　ｕ　ｍ　Ｘ　１５０μｍ、厚さ７
．５ｕｍ程度のものを作成することができる。このバイ
モルフ梁２６の２つのピエゾ層が同一方向に分極してい
た場合に、中電極に対して上電極に正（負）、下電極に
正（負）のように、同極性の電圧を加えることにより、
バイモルフ梁２６の先端、即ちプローブ電極２２が変位
し、例えば上記のもので印加電圧±１５Ｖにおいてその
変位量は約５μｍ程度である。なお、プローブ電極２２
かもの配線及び各バイモルフ梁２６の駆動電圧を導く回
路は基台２５及びバイモルフ梁２６上に形成することが
できる。また、上記のようなプローブ電極２２及びバイ
モルフ梁２６の製作は、マイクロメカニクス、或いはマ
イクロマシニングと呼ばれている公知の方法［にＥ、　
Ｐｅｔｅｒｓｅｎ、　Ｐｒｏｃ、　Ｉ　ＥＥＥ７０、４
２０　ｆ１９８２）及びＴ、Ｒ，Ａｌｂｒｅｃｈｔ　ｅ
ｔ　ａｌ、４ｔｈ　Ｉｎｔｅ−ｒｎａｔｉｏｎａｌ　ｃ
ｏｎｆｅｒｅｎｅｅ　ｏｎ　ＳＴＭ／ＳＴＳ（ＳＴＭ’
８９）Ｐｉ−２９，３１０−２１により行うことができ
る。

このようにして、バイモルフ梁２６が取り付けられた基
台２５は、第３区に示すようにフレーム２４の上面内部
にプローブ電極２２を下向きにして貼着されている。一
方、記録媒体２３は例えば石英ガラス製の移動基板２７
上に載置された下地電極２８上に設けられ、真空蒸着法
によってＣｒを５０人、その上にＡｕを３００人蒸看さ
せて形成され、移動基板２７は端部上下面に配置された
メカニカルシールから成るバッキング２９によりフレー
ム２４に対して支持されていて、記録媒体２３は基台２
５との距離を一定に保ちながら移動基板２７と共にＸＹ
方向つまり水平面内を移動可能とされている。そして、
フレーム２４の内部の記録媒体２３、フレーム２４、基
台２５、移動基板２７、バッキング２９に囲まれた密閉
領域には、例えばメタクリル酸メチルを重合した重量平
均分子量的７００　（重合度約７）のポリメタクリル酸
メチル（以下ＰＭＭＡと云う）から成る低重合度の高分
子化合物であって高粘性の液体りが封入されている。

そして、第４図の下面の斜視図に示すように、フレーム
２４の下面には移動基板２７の下面が見えるように長方
形の窓部３０が形成され、この窓部３０を通じて処理装
置本体２１のＸＹ駆動機構３１と移動基板２７とが当接
するようにされている。更に、フレーム２４の下端部等
には電極３２が形成されており、第１閣の矢印で示すよ
うに情報記録担体２０を処理装置本体２１の内部まで挿
入した際に処理装置本体２１との信号や電源の接続に使
用される。これらの電極３２はフレーム２４内で基本的
にはプローブ電極２２やバイモルフ梁２６と接続されて
いるが、必要に応じて後述する駆動回路の少なくとも一
部が駆動回路３４として情報記録担体２０に内蔵されて
いる。

一方、処理装置本体２１にはＸＹ力方向移動可能な前述
のＸＹ駆動機構３１が設けられ、この下部には上下動機
構３５が機械的に接続されていて、この上下動機構３５
が上方に移動すると、処理装置本体２１に挿着された情
報記録担体２０内部に窓部３０からＸＹ駆動機横３１が
挿入され、ＸＹ駆動機構３１が移動基板２７に当接する
ようにされていて、このＸＹ駆動機構３１には圧電素子
を所謂インチ・ワーム構成どしたもの等を用いることが
できる。

また、情報記録担体２０の電極３２との接触により、処
理装置本体２１には第５図に示すような駆動回路が完成
する。即ち、ＸＹ駆動機構３１をＸＹ力方向走査駆動さ
せるためのＸＹ走査回路４０、プローブ電極２２と下地
電極２８との間に電圧を印加する電圧印加回路４１、プ
ローブ電極２２と記録媒体２３間のトンネル電流を増幅
する電流増幅器４２、電流増幅器４２を用いて検出され
る電流が一定になるようにバイモルフ梁２６に印加する
電圧を調整するサーボ回路４３、及び装置全体の制御と
データの解析等を行うマイクロコンピュータ４４が設け
られている。なお、粗動機構、粗動駆動回路、他のプロ
ーブ電＠２２、バイモルフ梁２６及びその附属回路は図
示を省略しである。

以上の構成において、情報記録担体２０の着脱を妨げな
い位置まで上下動機構３５によってＸＹ駆動機横３１を
下げて、処理装置本体２１内に情報記録担体２０を第１
図の矢印方向に装置し、挿着時には電極３２と電極接続
部３３が当接して駆動回路が完成され、再びＸＹ駆動磯
構３１を上昇して窓部３０から情報記録担体２０の内部
に挿入して移動基板２７に機械的に当接し、図示しない
粗動機構によって記録媒体２３にプローブ電極２２を近
接させて、情報処理の準備が終了する。

記録時には、電圧印加回路４１によってプローブ電極２
２、記録媒体２３間に３．５Ｖ、パルス幅５０ｎｓ等の
矩形状パルス電圧を印加すれば、記録媒体２３が特性変
化を起こして電気抵抗の低い部分が生じ、記録を行うこ
とができる。再生時には、プローブ電極２２に例えば２
００ｍＶの直流電圧を加えながら、発生するトンネル電
流を電流増幅器４２によって増幅して検出し、このトン
ネル電流が例えば０．１ｎＡの一定値となるように各バ
イモルフ梁２６に印加する電圧をサーボ回路４３、マイ
クロコンピュータ４４によって制御してプローブ電極２
２を記録媒体２３に対して垂直方向に移動させる。その
際のバイモルフ梁２６のフィードバック駆動量が記録媒
体２３上の記録情報に対応しているから、ＸＹ走査回路
４０で駆動されるＸＹ駆動機構３１によって、プローブ
電極２２を水平面内で移動して、情報の再生を行うこと
ができる。また、消去は５■、パルス幅１ｕＳの三角波
パルス電圧等を印加して行うことができる。なお、複数
のプローブ電極２２が存在する場合には、その選択は駆
動回路３４又はマイクロコンピュータ４４で行う。

このように、プローブ電極２２、記録媒体２３をフレー
ム２４内に収納し、更に高粘性の液体りを封入している
ため、プローブ電極２２及び記録媒体２３は大気から遮
断され、記録媒体交換時にもその密封状態を変化されず
に、劣化防止、防塵効果が高く、精度の高い部分を情報
記録担体２０にユニット化することで、処理装置本体２
１等の他の部分の生産性が向上し、更に高精度部分が交
換可能であるために、事故等による破損に対して保守が
容易である。

また、高粘性の液体りを封入することで、バイモルフ梁
２６の振動を減衰させて、プローブ電極２２と記録媒体
２３との接触、損傷等を防止することができる。従って
、プローブ電極２２と記録媒体２３とを成る程度近接し
た状態のまま情報記録担体２０を交換可能であり、情報
記録担体２０の挿着後のプローブ電極２２と記録媒体２
３との位置合わせを迅速に行うことができる。

封入液体としては、ＰＭＭＡの他に、スチレンを重合し
た重量平均分子量的４００（重合度的３）のポリスチレ
ン（ＰＳ）も適当である。なお、この高分子液体は粘性
の高い液体であるので、密閉領域から漏洩する虞れを極
端に減することができる。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明に係る情報記録担体及びこれ
を使用する情報処理装置は、情報記録担体がプローブ及
び記録媒体を密封した状態で保持し、また高粘性の液体
によって外部の振動を減衰するので、プローブ、記録媒
体の特性劣化、損傷、塵埃付着等を防止することができ
、情報処理装置の記録・再生の信頼性が向上する。

【図面の簡単な説明】

図面第１図〜第５図は本発明に係る情報記録担体及びこ
れを使用する情報処理装置の実施例を示し、第１図は情
報記録担体を処理装置本体に挿着した状態の断面図、第
２図はプローブ電極の取付方法の拡大斜視図、第３図は
情報記録担体の拡大断面図、第４図は情報記録担体の外
観斜視図、第５図は情報記録担体を処理装置本体に挿着
した状態の回路構成図、第６図は従来例の構成図である
。 符号２０は情報記録担体、２１は情報処理装置、２２は
プローブ電極、２３は記録媒体、２４はフレーム、２５
は基台、２６はバイモルフ梁、２７は移動基板、２８は
下地電極、２９はバッキング、３１はＸＹ駆動回路、３
２は電極、４１は電圧印加回路、４２は電流増幅器、４
３はサーボ回路、４４はマイクロコンピュータである。 特許出願人　　キャノン株式会社 第１図 第５図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、情報処理用プローブ、記録媒体及び高粘性の液体を
   フレーム内に密封したことを特徴とする情報記録担体。 ２、前記プローブは複数とした請求項１に記載の情報記
   録担体。 ３、前記記録媒体は高分子膜とした請求項１に記載の情
   報記録担体。 ４、前記高分子膜はポリイミド膜とした請求項３に記載
   の情報記録担体。 ５、前記高粘性の液体は高分子化合物とした請求項１に
   記載の情報記録担体。 ６、プローブ、記録媒体及び高粘性の液体をフレーム内
   に密封入した情報記録担体を設置し、前記プローブを介
   して前記記録媒体間に情報の処理を行うことを特徴とす
   る情報処理装置。