JPH0575047A - 記憶装置 - Google Patents
記憶装置Info
- Publication number
- JPH0575047A JPH0575047A JP4042833A JP4283392A JPH0575047A JP H0575047 A JPH0575047 A JP H0575047A JP 4042833 A JP4042833 A JP 4042833A JP 4283392 A JP4283392 A JP 4283392A JP H0575047 A JPH0575047 A JP H0575047A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- arrangement
- information
- dimer
- probe
- recording medium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000003860 storage Methods 0.000 title claims abstract description 45
- 239000000539 dimer Substances 0.000 claims abstract description 109
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 83
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 20
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 13
- 239000013078 crystal Substances 0.000 claims description 9
- 230000000994 depressogenic effect Effects 0.000 claims description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 14
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 description 11
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 10
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 8
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 7
- 238000001451 molecular beam epitaxy Methods 0.000 description 7
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 4
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 2
- 239000003550 marker Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000002265 prevention Effects 0.000 description 2
- 230000005610 quantum mechanics Effects 0.000 description 2
- 238000012552 review Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- ORFPWVRKFLOQHK-UHFFFAOYSA-N amicarbazone Chemical compound CC(C)C1=NN(C(=O)NC(C)(C)C)C(=O)N1N ORFPWVRKFLOQHK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 1
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 1
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 1
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 1
- 238000011982 device technology Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 1
- 238000001459 lithography Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 1
- 230000008707 rearrangement Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000000087 stabilizing effect Effects 0.000 description 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 1
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- 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
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- 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
-
- 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
- G11B9/1463—Record carriers for recording or reproduction involving the use of microscopic probe means
- G11B9/149—Record carriers for recording or reproduction involving the use of microscopic probe means characterised by the memorising material or structure
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/0002—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using resistive RAM [RRAM] elements
- G11C13/0009—RRAM elements whose operation depends upon chemical change
- G11C13/0014—RRAM elements whose operation depends upon chemical change comprising cells based on organic memory material
-
- G—PHYSICS
- G11—INFORMATION STORAGE
- G11C—STATIC STORES
- G11C13/00—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00
- G11C13/02—Digital stores characterised by the use of storage elements not covered by groups G11C11/00, G11C23/00, or G11C25/00 using elements whose operation depends upon chemical change
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01Q—SCANNING-PROBE TECHNIQUES OR APPARATUS; APPLICATIONS OF SCANNING-PROBE TECHNIQUES, e.g. SCANNING PROBE MICROSCOPY [SPM]
- G01Q80/00—Applications, other than SPM, of scanning-probe techniques
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
- Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y10S977/00—Nanotechnology
- Y10S977/902—Specified use of nanostructure
- Y10S977/932—Specified use of nanostructure for electronic or optoelectronic application
- Y10S977/943—Information storage or retrieval using nanostructure
- Y10S977/947—Information storage or retrieval using nanostructure with scanning probe instrument
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】原子間距離程度の記録密度を有する記憶装置を
実現する。 【構成】本発明の記憶装置では、表面が平らな材料（例
えば、半導体）の表面に存在する原子に、先端部が原子
間隔程度（数Å程度）の大きさの細い針を原子間隔程度
の距離に近付け、上記針に電圧を印加し、量子力学的効
果であるトンネル効果を利用して上記針の近傍にある表
面上のダイマー（２つの原子からなる対）の配置を変位
させることによって情報の１単位（１ビット）を記憶す
る。 【効果】従来の面積の百万分の一から数億分の一の面積
に情報が蓄えられる。
実現する。 【構成】本発明の記憶装置では、表面が平らな材料（例
えば、半導体）の表面に存在する原子に、先端部が原子
間隔程度（数Å程度）の大きさの細い針を原子間隔程度
の距離に近付け、上記針に電圧を印加し、量子力学的効
果であるトンネル効果を利用して上記針の近傍にある表
面上のダイマー（２つの原子からなる対）の配置を変位
させることによって情報の１単位（１ビット）を記憶す
る。 【効果】従来の面積の百万分の一から数億分の一の面積
に情報が蓄えられる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、情報の書き込み及び読
み出しが可能な記憶装置に係り、特に、数個の原子の配
置の変化を情報の単位として記憶する記憶装置に関す
る。
み出しが可能な記憶装置に係り、特に、数個の原子の配
置の変化を情報の単位として記憶する記憶装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の記憶装置として、コンデンサーに
電荷を蓄えるか否かによって情報を記憶させるＳＲＡＭ
(Static Random AccessMemory)、またはフリップ・フロ
ップ回路を作って情報を記憶させるＤＲＡＭ(Dinamic R
andom Access Memory)があり、一単位の情報を記憶する
ためには、それぞれ約１００ｎｍ2又は２５ｎｍ2の面積
が必要である。
電荷を蓄えるか否かによって情報を記憶させるＳＲＡＭ
(Static Random AccessMemory)、またはフリップ・フロ
ップ回路を作って情報を記憶させるＤＲＡＭ(Dinamic R
andom Access Memory)があり、一単位の情報を記憶する
ためには、それぞれ約１００ｎｍ2又は２５ｎｍ2の面積
が必要である。
【０００３】さらに高密度記録が可能な記憶装置の実現
に向けて、分子量が非常に大きな分子（アドベンゼン）
や固体表面に文字を書く技術が知られている。
に向けて、分子量が非常に大きな分子（アドベンゼン）
や固体表面に文字を書く技術が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ＳＲＡＭあるいはＤＲ
ＡＭのような従来の記憶装置では、製造技術等の限界に
より、さらに高密度な記録が可能な記憶装置の実現は困
難である。
ＡＭのような従来の記憶装置では、製造技術等の限界に
より、さらに高密度な記録が可能な記憶装置の実現は困
難である。
【０００５】このような限界を克服するため、物質の構
成単位である原子を記憶の単位とすることが考えられ
る。
成単位である原子を記憶の単位とすることが考えられ
る。
【０００６】本発明の目的は、記憶の単位が占める面積
を原子間隔程度とする記憶装置を提供することにある。
を原子間隔程度とする記憶装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明の記憶装置では、表面が平らな材料（例え
ば、半導体）の表面に存在する原子に、先端部が原子間
隔程度（数Å程度）の大きさの細い針を原子間隔程度の
距離に近付け、上記針に電圧を印加し、量子力学的効果
であるトンネル効果を利用して上記針の近傍にある表面
上のダイマー（２つの原子からなる対）の配置を変位さ
せることによって情報の１単位（１ビット）を記憶す
る。本発明では、表面上のダイマーの配置を変位させる
ためのエネルギー障壁の値（数ｅＶ）よりも大きなエネ
ルギーに相当する電圧を印加する。また、このエネルギ
ー障壁の値は室温（２７３°Ｋ）に相当するエネルギー
よりも大きいため、記憶装置を使用する温度が室温付近
の場合でも表面上のダイマーの配置は安定に存在する。
め、本発明の記憶装置では、表面が平らな材料（例え
ば、半導体）の表面に存在する原子に、先端部が原子間
隔程度（数Å程度）の大きさの細い針を原子間隔程度の
距離に近付け、上記針に電圧を印加し、量子力学的効果
であるトンネル効果を利用して上記針の近傍にある表面
上のダイマー（２つの原子からなる対）の配置を変位さ
せることによって情報の１単位（１ビット）を記憶す
る。本発明では、表面上のダイマーの配置を変位させる
ためのエネルギー障壁の値（数ｅＶ）よりも大きなエネ
ルギーに相当する電圧を印加する。また、このエネルギ
ー障壁の値は室温（２７３°Ｋ）に相当するエネルギー
よりも大きいため、記憶装置を使用する温度が室温付近
の場合でも表面上のダイマーの配置は安定に存在する。
【０００８】また、上記針を表面上のダイマーに近付け
た時に生じるトンネル電流を検出し、ダイマーの配置に
対応したトンネル電流の値を判定することによって情報
の１単位（１ビット）を読み取る。
た時に生じるトンネル電流を検出し、ダイマーの配置に
対応したトンネル電流の値を判定することによって情報
の１単位（１ビット）を読み取る。
【０００９】すなわち、温度が低く、かつ原子論的に平
面とみなせる材料（例えば半導体など）の表面に形成さ
れる再構成面を構成する原子配置の特性を利用して、数
オングストロームの大きさの配置構造に情報の単位であ
る１ビットが蓄えられる。具体的には、ＳＴＭ（Scanni
ng Tunnelling Microscope：走査トンネル顕微鏡）を用
いて原子の配置構造を読み取ることで情報を取り出す。
さらに、ＳＴＭの針の先端を用いて表面構造を変化させ
てへこませたり、ＳＴＭの針の先端に吸着させる原子を
のせ、電気力や量子力学に起因する力を用いて、原子を
移動させて所望の位置に原子を置いたり、ＭＢＥ（Mole
cular Beam Epitaxy：分子線エピタキシー）装置と組合
せて用いて原子の配置構造を書き込んだりすることによ
り情報を書き込む。
面とみなせる材料（例えば半導体など）の表面に形成さ
れる再構成面を構成する原子配置の特性を利用して、数
オングストロームの大きさの配置構造に情報の単位であ
る１ビットが蓄えられる。具体的には、ＳＴＭ（Scanni
ng Tunnelling Microscope：走査トンネル顕微鏡）を用
いて原子の配置構造を読み取ることで情報を取り出す。
さらに、ＳＴＭの針の先端を用いて表面構造を変化させ
てへこませたり、ＳＴＭの針の先端に吸着させる原子を
のせ、電気力や量子力学に起因する力を用いて、原子を
移動させて所望の位置に原子を置いたり、ＭＢＥ（Mole
cular Beam Epitaxy：分子線エピタキシー）装置と組合
せて用いて原子の配置構造を書き込んだりすることによ
り情報を書き込む。
【００１０】
【作用】本発明の記憶装置により、原子配置の変位を情
報の記録の単位とするので、原子間隔程度の領域に情報
の単位を記憶でき、かつ、原子配置の変化には室温に相
当するエネルギーよりも大きなエネルギー障壁を必要と
する原子配置を用いるので、室温においても情報を安定
に保持できる。
報の記録の単位とするので、原子間隔程度の領域に情報
の単位を記憶でき、かつ、原子配置の変化には室温に相
当するエネルギーよりも大きなエネルギー障壁を必要と
する原子配置を用いるので、室温においても情報を安定
に保持できる。
【００１１】
【実施例】原子的レベルで一様な平面の作製方法を半導
体に適用した例が、ハマース等フィジカルレビュー ビ
イ３４、５３４３ページ、１９８６年（R.J.Hamaers et
al, Phys. Rev. B34, 5343, (1986)）に報告されてい
る。また、先端には原子一つしか存在しないような半導
体や金属の針あるいは突起も上記の方法で作製される。
さらに、個々の原子を置いたり、並べ替えたりする制御
は、Nature, April,Vol334, 524pp, 1990で述べられて
いる。これらの技術を利用して結晶の表面に情報を記憶
する記憶装置の実施例を以下に述べる。
体に適用した例が、ハマース等フィジカルレビュー ビ
イ３４、５３４３ページ、１９８６年（R.J.Hamaers et
al, Phys. Rev. B34, 5343, (1986)）に報告されてい
る。また、先端には原子一つしか存在しないような半導
体や金属の針あるいは突起も上記の方法で作製される。
さらに、個々の原子を置いたり、並べ替えたりする制御
は、Nature, April,Vol334, 524pp, 1990で述べられて
いる。これらの技術を利用して結晶の表面に情報を記憶
する記憶装置の実施例を以下に述べる。
【００１２】図１は、本発明の記憶装置の全体図であ
る。図１に示すように、試料台に固定した試料１の清浄
表面を保持するため、温度、圧力コントローラ１０１及
び真空ポンプ１０２は容器１０３内の温度と圧力及び真
空度を制御する。外部信号４を入力とするコントローラ
３は、試料１の表面上における探針２の位置を制御し、
試料１の表面上の原子を探針２で変位させたり、電気力
あるいは磁力を原子に与えて原子を表面下にもぐり込ま
せたり、潜り込ませた原子を探針２で引き上げたり、あ
るいは、電気的な力や量子力学に起因する力を利用して
探針２の先端部で原子を移動させて任意の位置に置いた
り除去したりして物質表面の原子の位置を制御すること
によって、外部情報を物質表面に書き込む。
る。図１に示すように、試料台に固定した試料１の清浄
表面を保持するため、温度、圧力コントローラ１０１及
び真空ポンプ１０２は容器１０３内の温度と圧力及び真
空度を制御する。外部信号４を入力とするコントローラ
３は、試料１の表面上における探針２の位置を制御し、
試料１の表面上の原子を探針２で変位させたり、電気力
あるいは磁力を原子に与えて原子を表面下にもぐり込ま
せたり、潜り込ませた原子を探針２で引き上げたり、あ
るいは、電気的な力や量子力学に起因する力を利用して
探針２の先端部で原子を移動させて任意の位置に置いた
り除去したりして物質表面の原子の位置を制御すること
によって、外部情報を物質表面に書き込む。
【００１３】さらに、トンネル電流あるいは電子に起因
する原子からの力を利用して表面の電子や原子の状態を
測定できる装置、例えばＳＴＭ（走査トンネル顕微鏡）
などを用いることによって、記録情報の読みだしを行な
う。この時、レーザで表面上の一部または全部の原子を
加熱して除去し、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）で原子
を表面上に積み上げた後、ＳＴＭで記録情報を書き込
み、あるいは読みだし操作を行なう。
する原子からの力を利用して表面の電子や原子の状態を
測定できる装置、例えばＳＴＭ（走査トンネル顕微鏡）
などを用いることによって、記録情報の読みだしを行な
う。この時、レーザで表面上の一部または全部の原子を
加熱して除去し、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）で原子
を表面上に積み上げた後、ＳＴＭで記録情報を書き込
み、あるいは読みだし操作を行なう。
【００１４】上記方法により、図２の５、６に示すよう
な、表面構造に存在する原子パターンに記録情報の単位
である１ビットを対応させる。例えば、原子が表面から
陥没しているパターンを”０”、原子が表面から突出し
ているパターンを”１”にそれぞれ対応させる。
な、表面構造に存在する原子パターンに記録情報の単位
である１ビットを対応させる。例えば、原子が表面から
陥没しているパターンを”０”、原子が表面から突出し
ているパターンを”１”にそれぞれ対応させる。
【００１５】以下では、Ｓｉ（１００）表面を一例に取
って説明する。Ｓｉ（１００）表面には、幾つかの欠陥
があることが知られている。表面処理の方法によって、
表面の欠陥はランダムに分布したり、固まって存在した
りする場合と、欠陥がある秩序を持つパターンを形成す
る場合とがある。どちらの場合も書き込み動作を行なう
前の状態を記録しておけば、新しく情報を書き込んだこ
とによって作られた欠陥か、もともとあった欠陥かを区
別することができる。
って説明する。Ｓｉ（１００）表面には、幾つかの欠陥
があることが知られている。表面処理の方法によって、
表面の欠陥はランダムに分布したり、固まって存在した
りする場合と、欠陥がある秩序を持つパターンを形成す
る場合とがある。どちらの場合も書き込み動作を行なう
前の状態を記録しておけば、新しく情報を書き込んだこ
とによって作られた欠陥か、もともとあった欠陥かを区
別することができる。
【００１６】一般に、半導体などは上記の欠陥とは別に
特有な表面の再構成（再配列構造）を有する。この表面
の様子の一例を図３に示す。図３に示すように、表面上
にダイマー（２つの原子からなる対）８がある場合を記
録ビットの゛１゛に対応させ、表面上にダイマーがない
場合あるいはダイマー７が表面下にもぐり込んでいる場
合を記録ビットの゛０゛に対応させることにより、外部
からの情報を結晶表面の原子配置構造に蓄える。
特有な表面の再構成（再配列構造）を有する。この表面
の様子の一例を図３に示す。図３に示すように、表面上
にダイマー（２つの原子からなる対）８がある場合を記
録ビットの゛１゛に対応させ、表面上にダイマーがない
場合あるいはダイマー７が表面下にもぐり込んでいる場
合を記録ビットの゛０゛に対応させることにより、外部
からの情報を結晶表面の原子配置構造に蓄える。
【００１７】図４には、ダイマーを構成している原子の
うち片方の原子が表面から落ちこんでいる場合の情報ビ
ットの対応関係を示す。図４では、片方の原子が表面か
ら落ちこんでいるダイマー９を記録ビットの”０”に対
応させ、両方の原子が表面上にあるダイマー１０を記録
ビットの”１”に対応させる。図４の場合も、図３に示
した場合と同様に外部情報を記憶できる。
うち片方の原子が表面から落ちこんでいる場合の情報ビ
ットの対応関係を示す。図４では、片方の原子が表面か
ら落ちこんでいるダイマー９を記録ビットの”０”に対
応させ、両方の原子が表面上にあるダイマー１０を記録
ビットの”１”に対応させる。図４の場合も、図３に示
した場合と同様に外部情報を記憶できる。
【００１８】図３あるいは図４に示す構造を形成するた
めには数ｅＶのエネルギーが必要であるが、形成された
構造は物質の融点よりも低い温度、とくに常温付近ある
いはそれ以下の温度で安定に存在する。これらの構造を
利用すれば、表面に新しい原子を乗せたり、表面から原
子を取り去るのに比べて、使用するエネルギーも少な
く、しかも付けたり取り除いたりするための余分な装置
が不要であるので、実用性にも優れている。しかも、原
子の存在状態は変わらないため、同じ場所を何回も使う
ことができ、再書き込みが可能である点で優れている。
従って、図３あるいは図４に示す構造はプログラマブル
メモリあるいはＲＡＭとして使用できる。情報の読みだ
し操作が表面に対して影響を与えない場合はＳＲＡＭと
して使え、影響を与える場合はＤＲＡＭとして使える。
情報の読みだし時に表面に影響を与えないＳＲＡＭを構
成するためにＳＴＭを使用した場合、探針の先端を表面
から１０Å以上離して、ハマース等のフィジカルレビュ
ー ビイー３４、５３４３ページ、１９８６年（R.J.Ha
mers et al. Phys. Rev. B34, 5343 (1986)）に記載さ
れている条件で情報の書き込み及び読みだしのための測
定を行なう。
めには数ｅＶのエネルギーが必要であるが、形成された
構造は物質の融点よりも低い温度、とくに常温付近ある
いはそれ以下の温度で安定に存在する。これらの構造を
利用すれば、表面に新しい原子を乗せたり、表面から原
子を取り去るのに比べて、使用するエネルギーも少な
く、しかも付けたり取り除いたりするための余分な装置
が不要であるので、実用性にも優れている。しかも、原
子の存在状態は変わらないため、同じ場所を何回も使う
ことができ、再書き込みが可能である点で優れている。
従って、図３あるいは図４に示す構造はプログラマブル
メモリあるいはＲＡＭとして使用できる。情報の読みだ
し操作が表面に対して影響を与えない場合はＳＲＡＭと
して使え、影響を与える場合はＤＲＡＭとして使える。
情報の読みだし時に表面に影響を与えないＳＲＡＭを構
成するためにＳＴＭを使用した場合、探針の先端を表面
から１０Å以上離して、ハマース等のフィジカルレビュ
ー ビイー３４、５３４３ページ、１９８６年（R.J.Ha
mers et al. Phys. Rev. B34, 5343 (1986)）に記載さ
れている条件で情報の書き込み及び読みだしのための測
定を行なう。
【００１９】一般的に、表面近傍にあるダイマーは図５
に示すように、表面に対して非対称な状態で存在する。
すなわち、表面近傍には、ダイマーを構成する原子対の
結合子の向きが（図５では）左上がりのダイマー１１と
（図５では）右上がりのダイマー１２とが存在する。図
５には、非対称な２つの状態と記録する情報との対応関
係を示す。すなわち、周囲のダイマー１２ａ、１２ｂと
原子対の結合子の向きが逆向きのダイマー１１をビット
の”０”に対応させ、同じ向きのダイマー１２をビット
の”１”に対応させる。非対称のダイマー全体が特定の
パターンあるいは乱雑なパターンを形成していても、あ
らかじめ最初の表面のパターンを記録しておけば、書き
込み動作によって生じた相違は区別できる。
に示すように、表面に対して非対称な状態で存在する。
すなわち、表面近傍には、ダイマーを構成する原子対の
結合子の向きが（図５では）左上がりのダイマー１１と
（図５では）右上がりのダイマー１２とが存在する。図
５には、非対称な２つの状態と記録する情報との対応関
係を示す。すなわち、周囲のダイマー１２ａ、１２ｂと
原子対の結合子の向きが逆向きのダイマー１１をビット
の”０”に対応させ、同じ向きのダイマー１２をビット
の”１”に対応させる。非対称のダイマー全体が特定の
パターンあるいは乱雑なパターンを形成していても、あ
らかじめ最初の表面のパターンを記録しておけば、書き
込み動作によって生じた相違は区別できる。
【００２０】ダイマーの向きは５０°Ｋ程度の温度で変
化してしまうので、室温におけるダイマーの向きは不安
定である。そのため、試料全体を低温に保つ必要があ
る。しかし、図５に示す構造は、読み取り操作が表面に
対して影響を与えない場合はＳＲＡＭとして使用でき、
影響を与える場合はＤＲＡＭとして使用できる。情報の
読みだし時に表面に影響を与えないＳＲＡＭを構成する
ためにＳＴＭを使用した場合、探針の先端を表面から１
０Å以上離し、上述したハマース逹の方法及び条件で、
情報の書き込み及び読みだしのための測定を行なう。
化してしまうので、室温におけるダイマーの向きは不安
定である。そのため、試料全体を低温に保つ必要があ
る。しかし、図５に示す構造は、読み取り操作が表面に
対して影響を与えない場合はＳＲＡＭとして使用でき、
影響を与える場合はＤＲＡＭとして使用できる。情報の
読みだし時に表面に影響を与えないＳＲＡＭを構成する
ためにＳＴＭを使用した場合、探針の先端を表面から１
０Å以上離し、上述したハマース逹の方法及び条件で、
情報の書き込み及び読みだしのための測定を行なう。
【００２１】記録媒体として、図５に示すようなＳｉ
（１００）清浄表面に存在するダイマー１１、１２を用
いた場合を一例として、図６（ａ）及び（ｂ）を用いて
本発明における情報の書き込み及び読みだし動作を具体
的に説明する。非対称ダイマー１１、１２は、下方の原
子から上方の原子に電子が移動することにより、ダイマ
ーを構成する二つのＳｉ原子の高さが等しい対称ダイマ
ー８に比較して、一つのダイマー当り数ｅＶ程度だけ低
いエネルギー状態にある。従って、ダイマー１１、１２
はダイマー８に比べてエネルギー的に安定な状態にあ
り、ダイマー１１とダイマー１２との間で状態変化を生
じさせるためには、ダイマー８の状態を経由しなければ
ならず、そのためには、数ｅＶの大きさを有するネルギ
ー障壁を越えるエネルギーをダイマー１１あるいは１２
に加える必要がある。上記のエネルギー障壁は、室温を
エネルギーに換算した値よりも大きいため、ダイマー１
１、１２の状態は室温においても安定に存在する。
（１００）清浄表面に存在するダイマー１１、１２を用
いた場合を一例として、図６（ａ）及び（ｂ）を用いて
本発明における情報の書き込み及び読みだし動作を具体
的に説明する。非対称ダイマー１１、１２は、下方の原
子から上方の原子に電子が移動することにより、ダイマ
ーを構成する二つのＳｉ原子の高さが等しい対称ダイマ
ー８に比較して、一つのダイマー当り数ｅＶ程度だけ低
いエネルギー状態にある。従って、ダイマー１１、１２
はダイマー８に比べてエネルギー的に安定な状態にあ
り、ダイマー１１とダイマー１２との間で状態変化を生
じさせるためには、ダイマー８の状態を経由しなければ
ならず、そのためには、数ｅＶの大きさを有するネルギ
ー障壁を越えるエネルギーをダイマー１１あるいは１２
に加える必要がある。上記のエネルギー障壁は、室温を
エネルギーに換算した値よりも大きいため、ダイマー１
１、１２の状態は室温においても安定に存在する。
【００２２】本実施例では、左下がりの非対称ダイマー
１２を右下がりの非対称ダイマー１１に変換する手段に
よって、情報の書き込み及び読みだしを行なう。左下が
りの非対称ダイマー１２を右下がりの非対称ダイマー１
１に変換するためには、対称ダイマー８を経由する。す
なわち、一つのダイマー当り数ｅＶのエネルギー障壁を
超える必要がある。ここで、左下がりをビット”１”と
定義し、右下がりをビット”０”と定義すると、エネル
ギー障壁を乗り越えて、非対称ダイマーの傾きを変える
ことにより、ビット情報（２進情報）を試料１の表面の
原子に書き込むことが出来る。
１２を右下がりの非対称ダイマー１１に変換する手段に
よって、情報の書き込み及び読みだしを行なう。左下が
りの非対称ダイマー１２を右下がりの非対称ダイマー１
１に変換するためには、対称ダイマー８を経由する。す
なわち、一つのダイマー当り数ｅＶのエネルギー障壁を
超える必要がある。ここで、左下がりをビット”１”と
定義し、右下がりをビット”０”と定義すると、エネル
ギー障壁を乗り越えて、非対称ダイマーの傾きを変える
ことにより、ビット情報（２進情報）を試料１の表面の
原子に書き込むことが出来る。
【００２３】情報の書き込み及び読みだしは、例えば次
のようにして実現する。図６（ａ）に示すように、非対
称ダイマー１２の上方の原子に電子が余分に存在してい
るので、ＳＴＭ探針２にエネルギー障壁を超えるに必要
な負の電圧を電源３０により印加して、余分の電子を上
方の原子から下方の原子に移動させる。その結果、図６
（ｂ）に示すように、この電子の移動により、非対称ダ
イマー１２の傾きが右下がりとなり、１ビットの情報の
書き込みが行なわれる。
のようにして実現する。図６（ａ）に示すように、非対
称ダイマー１２の上方の原子に電子が余分に存在してい
るので、ＳＴＭ探針２にエネルギー障壁を超えるに必要
な負の電圧を電源３０により印加して、余分の電子を上
方の原子から下方の原子に移動させる。その結果、図６
（ｂ）に示すように、この電子の移動により、非対称ダ
イマー１２の傾きが右下がりとなり、１ビットの情報の
書き込みが行なわれる。
【００２４】書き込んだビット情報を読みだす時は、図
６（ｂ）に示すように、スイッチ３１により電源３０を
正の電圧に切り替え、右下がりの非対称ダイマー１１の
傾きを変えない程度の電圧をＳＴＭの探針２に印加して
ＳＴＭ像を取得する。ＳＴＭの高さ方向の分解能は０．
１Å程度であり、非対称ダイマーの高さの差（数Å）を
十分に検出できるので、ビット情報を読み取ることが出
来る。
６（ｂ）に示すように、スイッチ３１により電源３０を
正の電圧に切り替え、右下がりの非対称ダイマー１１の
傾きを変えない程度の電圧をＳＴＭの探針２に印加して
ＳＴＭ像を取得する。ＳＴＭの高さ方向の分解能は０．
１Å程度であり、非対称ダイマーの高さの差（数Å）を
十分に検出できるので、ビット情報を読み取ることが出
来る。
【００２５】探針２の位置をずらしながら、上記の操作
を試料１の表面上の複数のダイマーに対して施すことに
より、原子間隔程度の記録密度を有する書き換え可能な
不揮発性ファイルメモリが実現できる。
を試料１の表面上の複数のダイマーに対して施すことに
より、原子間隔程度の記録密度を有する書き換え可能な
不揮発性ファイルメモリが実現できる。
【００２６】図７を用いて、情報の記録／再生すなわち
書き込み／読みだしのさらに詳細な実施例を以下に示
す。図７は、ＳＴＭの定電流モードを基本とした実施例
である。図７に示す記憶装置は、近接間隙制御系３ａ−
１、アドレス用探針制御回路３ａ−２、トンネル電流検
出系３ｂ−１、信号処理回路３ｂ−２、探針２及び記録
媒体であるＳｉ基板１から構成されている。図７におい
て破線で囲った各部分は、図１に示すコントローラ３に
格納されており、それぞれの符号の一部が対応してい
る。
書き込み／読みだしのさらに詳細な実施例を以下に示
す。図７は、ＳＴＭの定電流モードを基本とした実施例
である。図７に示す記憶装置は、近接間隙制御系３ａ−
１、アドレス用探針制御回路３ａ−２、トンネル電流検
出系３ｂ−１、信号処理回路３ｂ−２、探針２及び記録
媒体であるＳｉ基板１から構成されている。図７におい
て破線で囲った各部分は、図１に示すコントローラ３に
格納されており、それぞれの符号の一部が対応してい
る。
【００２７】近接間隙制御系３ａ−１はトンネル間隙制
御機構４１と探針走査機構４２とから構成されており、
トンネル電流検出系３ｂ−１は読み出し用直流バイアス
４３、探針２からトンネル電流を取り出すトンネル電流
検出回路４４及びトンネル電流に対応した出力から探針
２の上下方向の位置を補正するための信号を生成する定
電流制御回路４５から構成されている。アドレス指定の
ためのアドレス用探針制御回路３ａ−２と記録された情
報を読み出すための信号処理回路３ｂ−２はディジタル
回路である。アドレス用探針制御回路３ａ−２はカウン
タ４６、ＤＡ（ディジタル・アナログ）変換器４７及び
探針走査機構用ドライバ回路４８で構成されており、信
号処理回路３ｂ−２はアナログ信号をディジタル信号に
整形するコンパレータ４９及びゲート回路５０から構成
されている。
御機構４１と探針走査機構４２とから構成されており、
トンネル電流検出系３ｂ−１は読み出し用直流バイアス
４３、探針２からトンネル電流を取り出すトンネル電流
検出回路４４及びトンネル電流に対応した出力から探針
２の上下方向の位置を補正するための信号を生成する定
電流制御回路４５から構成されている。アドレス指定の
ためのアドレス用探針制御回路３ａ−２と記録された情
報を読み出すための信号処理回路３ｂ−２はディジタル
回路である。アドレス用探針制御回路３ａ−２はカウン
タ４６、ＤＡ（ディジタル・アナログ）変換器４７及び
探針走査機構用ドライバ回路４８で構成されており、信
号処理回路３ｂ−２はアナログ信号をディジタル信号に
整形するコンパレータ４９及びゲート回路５０から構成
されている。
【００２８】情報の読み出し操作は次の手順により実行
される。まず、所望の番地に探針２が設定される。その
後、クロックパルス４６ａがカウンタ４６に入力され、
ＤＡ変換器４７の出力が０から徐々に増加することによ
り、探針２がＳｉ基板１の面内を走査する。これによ
り、直流バイアス４３によって流れるトンネル電流はＳ
ｉ表面の原子５１の凹凸によるトンネル間隙の変化に従
って変動する。トンネル電流が一定に保たれるように、
定電流制御回路４５がトンネル間隙制御機構４１を制御
すると、探針軌跡５２のようにＳｉ表面の原子５１の配
列に対応して探針２の上下方向の位置が制御される。即
ち、Ｓｉ表面の原子５１の凹凸に対応して、定電流制御
回路４５から高さ情報が出力される。
される。まず、所望の番地に探針２が設定される。その
後、クロックパルス４６ａがカウンタ４６に入力され、
ＤＡ変換器４７の出力が０から徐々に増加することによ
り、探針２がＳｉ基板１の面内を走査する。これによ
り、直流バイアス４３によって流れるトンネル電流はＳ
ｉ表面の原子５１の凹凸によるトンネル間隙の変化に従
って変動する。トンネル電流が一定に保たれるように、
定電流制御回路４５がトンネル間隙制御機構４１を制御
すると、探針軌跡５２のようにＳｉ表面の原子５１の配
列に対応して探針２の上下方向の位置が制御される。即
ち、Ｓｉ表面の原子５１の凹凸に対応して、定電流制御
回路４５から高さ情報が出力される。
【００２９】図８にＳｉ表面の原子５１の配列とディジ
タル信号回路３ａ−２、３ｂ−２の各部の入力あるいは
出力波形の対応関係を示す。（ａ１）はＳｉ表面の原子
５１の配列であり、（ａ２）はＳｉ表面の原子５１の凹
凸に対応して定電流制御回路４５から出力され、コンパ
レータ４９へ入力されるアナログ信号である。（ｂ１）
は、（ａ２）に示したアナログ信号としきい値電圧Ｖｒ
（５３）とをコンパレータ４９に入力した時に得られる
コンパレータ４９の出力信号の波形である。すなわち、
コンパレータ４９の出力信号（ｂ１）は、（ａ１）に示
した左上がり又は右上がりのダイマーにそれぞれ対応し
た（１、０）又は（０、１）の信号対となる。図７に示
す探針走査機構４２を動作させるためのクロックパルス
４６ａは、図８の（ｂ２）に示すように、（ａ１）に示
す各ダイマーの左側の原子の真上に探針２が移動した時
の時間と同期している。コンパレータ４９の出力信号
（ｂ１）とクロックパルス４６ａ（ｂ２）とをゲート回
路５０に入力すると、図８（ｃ）に示すように、（ａ
１）に示す左上がりのダイマーに対応して”１”の信号
がゲート回路から出力され、（ａ１）に示す左下がりの
ダイマーに対応して”０”の信号がゲート回路から出力
される。
タル信号回路３ａ−２、３ｂ−２の各部の入力あるいは
出力波形の対応関係を示す。（ａ１）はＳｉ表面の原子
５１の配列であり、（ａ２）はＳｉ表面の原子５１の凹
凸に対応して定電流制御回路４５から出力され、コンパ
レータ４９へ入力されるアナログ信号である。（ｂ１）
は、（ａ２）に示したアナログ信号としきい値電圧Ｖｒ
（５３）とをコンパレータ４９に入力した時に得られる
コンパレータ４９の出力信号の波形である。すなわち、
コンパレータ４９の出力信号（ｂ１）は、（ａ１）に示
した左上がり又は右上がりのダイマーにそれぞれ対応し
た（１、０）又は（０、１）の信号対となる。図７に示
す探針走査機構４２を動作させるためのクロックパルス
４６ａは、図８の（ｂ２）に示すように、（ａ１）に示
す各ダイマーの左側の原子の真上に探針２が移動した時
の時間と同期している。コンパレータ４９の出力信号
（ｂ１）とクロックパルス４６ａ（ｂ２）とをゲート回
路５０に入力すると、図８（ｃ）に示すように、（ａ
１）に示す左上がりのダイマーに対応して”１”の信号
がゲート回路から出力され、（ａ１）に示す左下がりの
ダイマーに対応して”０”の信号がゲート回路から出力
される。
【００３０】図９は、高速読み出しを実現する場合の具
体例である。本実施例では、図７に示した定電流制御回
路４５の変わりに、図７に比べて応答周波数を低くした
定電流制御回路５４を設け、探針２の動きがＳｉ表面上
の原子５１の微小な凹凸に追従せずに、Ｓｉ表面の大き
な変化にのみに追従するようにするため、図９に示すよ
うにクラッシュ防止用制御回路６０を設けた。図７の場
合よりも高速に探針２を走査しても探針２はＳｉ基板１
に衝突せず、図９に示す探針軌跡６１のように探針２が
走査される。この時、トンネル間隙が変動するので電流
検出回路４４の出力にはトンネル間隙の大きさに対応し
たトンネル電流の変化が得られる。その結果、定電流制
御回路５４からの出力信号の波形として図９の６２よう
な波形が得られる。この出力信号を、容量結合を介し
て、図７に示したコンパレータ４９に入力すれば、図７
と同じようなメモリ情報が得られ。
体例である。本実施例では、図７に示した定電流制御回
路４５の変わりに、図７に比べて応答周波数を低くした
定電流制御回路５４を設け、探針２の動きがＳｉ表面上
の原子５１の微小な凹凸に追従せずに、Ｓｉ表面の大き
な変化にのみに追従するようにするため、図９に示すよ
うにクラッシュ防止用制御回路６０を設けた。図７の場
合よりも高速に探針２を走査しても探針２はＳｉ基板１
に衝突せず、図９に示す探針軌跡６１のように探針２が
走査される。この時、トンネル間隙が変動するので電流
検出回路４４の出力にはトンネル間隙の大きさに対応し
たトンネル電流の変化が得られる。その結果、定電流制
御回路５４からの出力信号の波形として図９の６２よう
な波形が得られる。この出力信号を、容量結合を介し
て、図７に示したコンパレータ４９に入力すれば、図７
と同じようなメモリ情報が得られ。
【００３１】図１０は本発明における情報の書き込み動
作の具体例である。情報の書き込みには、図６に示すよ
うに、数ｅＶ以上のエネルギーを有する電子をＳｉ表面
上のダイマーを構成する原子対のうち結合エネルギーの
高い方の原子に注入すると、それまで結合エネルギーが
低くかった方の原子の結合エネルギーが高くなることを
利用する。特に、図７あるいは図９に示すような情報の
読みだしの場合と異なる点は、書き込み用直流バイアス
７０及び書き込みか否かを選択するスイッチ７１を設け
た点にある。Ｓｉ表面上の所望の位置にある原子配列を
左上がりの状態から右上がりの状態に変える、即ち、記
憶されている情報を”１”から”０”に書き替えるた
め、クロックパルス４６ａにより所望のアドレスが設定
された時に、書き込み信号７２をスイッチ７１に入力す
ると書き込み用直流バイアス７０が選択され、図６に示
すような原子配列の変化が生じて情報が書き替えられ
る。すなわち、左上がりのダイマーを構成する原子対の
うち、結合エネルギーの高い方の原子の近傍に探針２が
移動したときに書き込み信号７２をオン状態にすると、
情報は”１”から”０”に書き替えられる。一方、右上
がりのダイマーを構成する原子対のうち、結合エネルギ
ーの高い方の原子の近傍に探針２が移動したときに書き
込み信号７２をオン状態にすると、情報は”０”から”
１”に書き替えられる。情報を書き込まない（通常の状
態）場合、情報の読み出しと同じ直流バイアス７３（４
３）が選択され、探針２がＳｉ表面上の原子の近傍にあ
っても原子配列のパターンが変化しないようにする。
作の具体例である。情報の書き込みには、図６に示すよ
うに、数ｅＶ以上のエネルギーを有する電子をＳｉ表面
上のダイマーを構成する原子対のうち結合エネルギーの
高い方の原子に注入すると、それまで結合エネルギーが
低くかった方の原子の結合エネルギーが高くなることを
利用する。特に、図７あるいは図９に示すような情報の
読みだしの場合と異なる点は、書き込み用直流バイアス
７０及び書き込みか否かを選択するスイッチ７１を設け
た点にある。Ｓｉ表面上の所望の位置にある原子配列を
左上がりの状態から右上がりの状態に変える、即ち、記
憶されている情報を”１”から”０”に書き替えるた
め、クロックパルス４６ａにより所望のアドレスが設定
された時に、書き込み信号７２をスイッチ７１に入力す
ると書き込み用直流バイアス７０が選択され、図６に示
すような原子配列の変化が生じて情報が書き替えられ
る。すなわち、左上がりのダイマーを構成する原子対の
うち、結合エネルギーの高い方の原子の近傍に探針２が
移動したときに書き込み信号７２をオン状態にすると、
情報は”１”から”０”に書き替えられる。一方、右上
がりのダイマーを構成する原子対のうち、結合エネルギ
ーの高い方の原子の近傍に探針２が移動したときに書き
込み信号７２をオン状態にすると、情報は”０”から”
１”に書き替えられる。情報を書き込まない（通常の状
態）場合、情報の読み出しと同じ直流バイアス７３（４
３）が選択され、探針２がＳｉ表面上の原子の近傍にあ
っても原子配列のパターンが変化しないようにする。
【００３２】上記のような情報の書き込み／読み出しの
動作を行う記憶装置の一実施例を図１１に示す。図１１
に示した記憶装置は、（００１）面を記録面とするＳｉ
結晶の記録媒体８１、記録媒体を保持する機能を持つ媒
体保持装置８２、情報の記録／再生を行なうタングステ
ン製の記録／再生ヘッド８３（探針）、記録／再生ヘッ
ド８３を保持しかつ、これを任意の位置に移動させるＰ
ＺＴ３軸アクチュエータ８４、記録媒体と記録／再生ヘ
ッド８３とを清浄に保つためにこれらを外気から封止す
る真空封止容器８５、真空封止容器８５の内部の気体を
排気する排気装置８６、真空封止容器８５に排気装置８
６を接続する排気装置脱着バルブ８７、記録／再生ヘッ
ド８３を制御する制御部８８および記録再生信号を処理
する信号処理部８９から構成されている。制御部８８は
アクセスコントローラ８８ａ、Ｘ−Ｙ軸サーボ回路８８
ｂ、Ｘ−Ｙ軸駆動系８８ｃ、Ｚ軸サーボ回路８８ｄ、Ｚ
軸駆動系８８ｅおよび電流検出増幅器８８ｆから構成さ
れており、信号処理部８８は波形整形パルス化回路８９
ａ、クロック発生回路８９ｂ及び弁別回路８９ｃから構
成されている。
動作を行う記憶装置の一実施例を図１１に示す。図１１
に示した記憶装置は、（００１）面を記録面とするＳｉ
結晶の記録媒体８１、記録媒体を保持する機能を持つ媒
体保持装置８２、情報の記録／再生を行なうタングステ
ン製の記録／再生ヘッド８３（探針）、記録／再生ヘッ
ド８３を保持しかつ、これを任意の位置に移動させるＰ
ＺＴ３軸アクチュエータ８４、記録媒体と記録／再生ヘ
ッド８３とを清浄に保つためにこれらを外気から封止す
る真空封止容器８５、真空封止容器８５の内部の気体を
排気する排気装置８６、真空封止容器８５に排気装置８
６を接続する排気装置脱着バルブ８７、記録／再生ヘッ
ド８３を制御する制御部８８および記録再生信号を処理
する信号処理部８９から構成されている。制御部８８は
アクセスコントローラ８８ａ、Ｘ−Ｙ軸サーボ回路８８
ｂ、Ｘ−Ｙ軸駆動系８８ｃ、Ｚ軸サーボ回路８８ｄ、Ｚ
軸駆動系８８ｅおよび電流検出増幅器８８ｆから構成さ
れており、信号処理部８８は波形整形パルス化回路８９
ａ、クロック発生回路８９ｂ及び弁別回路８９ｃから構
成されている。
【００３３】本実施例の記憶装置の動作を説明する。記
録媒体８１には、これまで述べた動作によってＸ及びＹ
方向の２次元のアドレスが書き込まれる。情報の書き込
みあるいは読み出しの要求はインターフェイス９０から
アクセスコントローラ８８ａ及び電流検出増幅器８８ｆ
に伝達される。アクセスコントローラ８８ａは記録媒体
８１に記憶されている情報の番地（アドレス情報を含
む）と記録／再生ヘッド８３の現在位置を記憶してお
り、要求された書き込みあるいは読み出し動作を行なう
媒体位置まで記録／再生ヘッド８３を動かすための移動
量あるいは目標値を計算し、電流検出増幅器８８ｆから
のｏｎ／ｏｆｆ信号に基づいて、計算結果をＸ−Ｙ軸サ
ーボ回路８８ｂに転送する。Ｘ−Ｙ軸サーボ回路８８ｂ
は、上記計算結果及び電流検出増幅器８８ｆからのアド
レス情報に基づいて、記録／再生ヘッド８３を目的の位
置に動かすための制御信号を生成し、Ｘ−Ｙ軸駆動系８
８ｃにこの制御信号を送る。この制御信号はＸ−Ｙ軸駆
動系８８ｃで増幅されてＰＺＴ３軸アクチュエータ８４
を駆動する。ＰＺＴ３軸アクチュエータ８４は記録／再
生ヘッド８３をＸ−Ｙ方向に動かす。
録媒体８１には、これまで述べた動作によってＸ及びＹ
方向の２次元のアドレスが書き込まれる。情報の書き込
みあるいは読み出しの要求はインターフェイス９０から
アクセスコントローラ８８ａ及び電流検出増幅器８８ｆ
に伝達される。アクセスコントローラ８８ａは記録媒体
８１に記憶されている情報の番地（アドレス情報を含
む）と記録／再生ヘッド８３の現在位置を記憶してお
り、要求された書き込みあるいは読み出し動作を行なう
媒体位置まで記録／再生ヘッド８３を動かすための移動
量あるいは目標値を計算し、電流検出増幅器８８ｆから
のｏｎ／ｏｆｆ信号に基づいて、計算結果をＸ−Ｙ軸サ
ーボ回路８８ｂに転送する。Ｘ−Ｙ軸サーボ回路８８ｂ
は、上記計算結果及び電流検出増幅器８８ｆからのアド
レス情報に基づいて、記録／再生ヘッド８３を目的の位
置に動かすための制御信号を生成し、Ｘ−Ｙ軸駆動系８
８ｃにこの制御信号を送る。この制御信号はＸ−Ｙ軸駆
動系８８ｃで増幅されてＰＺＴ３軸アクチュエータ８４
を駆動する。ＰＺＴ３軸アクチュエータ８４は記録／再
生ヘッド８３をＸ−Ｙ方向に動かす。
【００３４】一方、Ｚ軸サーボ回路８８ｅは、電流検出
増幅器８８ｆからの信号に基づいて、記録／再生ヘッド
８３と記録媒体８１との間隔を所定の大きさに維持する
ための制御信号を生成する。この制御信号はＺ軸駆動系
８８ｅで増幅され、記録／再生ヘッド８３をＺ軸方向に
駆動する。記憶する情報に対応する信号はインターフェ
イス９０から電流検出増幅器８８ｆに送られる。電流検
出増幅器８８ｆは、図７及び図１０に示した動作に従っ
て、記録／再生動作に必要な電圧を記録／再生ヘッド８
３に印加し、かつ、記録された情報やアドレスをトンネ
ル電流として検出し増幅する。電流検出増幅器８８ｆで
増幅されたアドレス信号は、記録／再生ヘッド８３の位
置を制御し、かつその位置を記憶するために、Ｘ−Ｙ軸
サーボ回路８８ｂ及びアクセスコントローラ８８ａに送
られる。また、電流検出増幅器８８ｆで増幅された情報
再生信号は、記録／再生ヘッド８３と記憶媒体８１の間
隔を所定の大きさに制御するためにＺ軸サーボ回路８８
ｄに送られ、情報として出力するために波形整形パルス
化回路８９ａに送られる。
増幅器８８ｆからの信号に基づいて、記録／再生ヘッド
８３と記録媒体８１との間隔を所定の大きさに維持する
ための制御信号を生成する。この制御信号はＺ軸駆動系
８８ｅで増幅され、記録／再生ヘッド８３をＺ軸方向に
駆動する。記憶する情報に対応する信号はインターフェ
イス９０から電流検出増幅器８８ｆに送られる。電流検
出増幅器８８ｆは、図７及び図１０に示した動作に従っ
て、記録／再生動作に必要な電圧を記録／再生ヘッド８
３に印加し、かつ、記録された情報やアドレスをトンネ
ル電流として検出し増幅する。電流検出増幅器８８ｆで
増幅されたアドレス信号は、記録／再生ヘッド８３の位
置を制御し、かつその位置を記憶するために、Ｘ−Ｙ軸
サーボ回路８８ｂ及びアクセスコントローラ８８ａに送
られる。また、電流検出増幅器８８ｆで増幅された情報
再生信号は、記録／再生ヘッド８３と記憶媒体８１の間
隔を所定の大きさに制御するためにＺ軸サーボ回路８８
ｄに送られ、情報として出力するために波形整形パルス
化回路８９ａに送られる。
【００３５】波形整形パルス化回路８９ａは再生された
情報波形をＳ／Ｎ比が高くなるように整形し、かつパル
ス化してクロック発生回路８９ｂと弁別回路８９ｃに転
送する。クロック発生回路８９ｂは波形整形パルス化回
路８９ａから転送された情報パルスを用いて、情報の再
生速度に同期したクロックを発生し、弁別回路８９ｃと
インターフェイス９０とに転送する。弁別回路８９ｃは
クロック発生回路８９ｂで発生したクロックのタイミン
グで情報パルスがハイレベルかローレベルかを判断し、
２進情報としてインターフェイス９０に転送する。
情報波形をＳ／Ｎ比が高くなるように整形し、かつパル
ス化してクロック発生回路８９ｂと弁別回路８９ｃに転
送する。クロック発生回路８９ｂは波形整形パルス化回
路８９ａから転送された情報パルスを用いて、情報の再
生速度に同期したクロックを発生し、弁別回路８９ｃと
インターフェイス９０とに転送する。弁別回路８９ｃは
クロック発生回路８９ｂで発生したクロックのタイミン
グで情報パルスがハイレベルかローレベルかを判断し、
２進情報としてインターフェイス９０に転送する。
【００３６】本実施例によれば、従来からＳＴＭや磁気
ディスク装置などに用いられている制御や信号処理方法
を用いることができるので、簡便かつ高速に情報の記録
／再生ができ、信頼性が高く、小型、高速かつ大容量の
記憶装置を実現できる。
ディスク装置などに用いられている制御や信号処理方法
を用いることができるので、簡便かつ高速に情報の記録
／再生ができ、信頼性が高く、小型、高速かつ大容量の
記憶装置を実現できる。
【００３７】記憶装置では、以上に述べた読み出し書き
込み機能のほかに記録媒体上にアドレスを作る必要があ
る。具体的には、記録媒体上にマーカを人工的に作るこ
とにより、従来の磁気ディスク等のセクタ、トラックに
相当するものを記録媒体上に形成できる。これには、リ
ソグラフィ技術や読み出し書き込みに使用した探針２に
よるＳｉ基板表面への機械的加工により実現できる。こ
の時、アドレス用マーカをビット原子対よりも大きくす
ることが望ましい。これにより、高速に探針２を所望の
セクタ、あるいはトラックの位置を決めることができ
る。なお、トンネル電流以外の物理量として、微小力、
光、静電容量、熱（温度）、音（歪波）を検出対象とし
たＳＴＭ関連技術を本発明の読み出し機能に適用しても
本発明を実施できる。
込み機能のほかに記録媒体上にアドレスを作る必要があ
る。具体的には、記録媒体上にマーカを人工的に作るこ
とにより、従来の磁気ディスク等のセクタ、トラックに
相当するものを記録媒体上に形成できる。これには、リ
ソグラフィ技術や読み出し書き込みに使用した探針２に
よるＳｉ基板表面への機械的加工により実現できる。こ
の時、アドレス用マーカをビット原子対よりも大きくす
ることが望ましい。これにより、高速に探針２を所望の
セクタ、あるいはトラックの位置を決めることができ
る。なお、トンネル電流以外の物理量として、微小力、
光、静電容量、熱（温度）、音（歪波）を検出対象とし
たＳＴＭ関連技術を本発明の読み出し機能に適用しても
本発明を実施できる。
【００３８】情報の保存性すなわち安定性をよくするた
めには、作った原子構造の安定性をよくすればよい。そ
のためには、書き込むためのエネルギーが大きい程よ
い。例えば、図３及び図４に示した表面原子の配置を用
いれば十分であるが、さらに安定性をよくするために
は、ダイマー原子対が抜けた穴であるダイマー空孔（図
１２の１３）を用いる、あるいはダイマー空孔と図３や
図４に示した表面欠陥構造とを隣合わせて、一つの欠陥
構造に対応させたり、あるいは表面に付いた吸着原子を
（図１３の１６）を用いて、情報の書き込みを行なう。
ここで、吸着原子は表面を構成している原子と種類が同
一である必要はない。さらに、情報の記憶単位には単体
原子だけでなく、分子を対応させることも可能である。
めには、作った原子構造の安定性をよくすればよい。そ
のためには、書き込むためのエネルギーが大きい程よ
い。例えば、図３及び図４に示した表面原子の配置を用
いれば十分であるが、さらに安定性をよくするために
は、ダイマー原子対が抜けた穴であるダイマー空孔（図
１２の１３）を用いる、あるいはダイマー空孔と図３や
図４に示した表面欠陥構造とを隣合わせて、一つの欠陥
構造に対応させたり、あるいは表面に付いた吸着原子を
（図１３の１６）を用いて、情報の書き込みを行なう。
ここで、吸着原子は表面を構成している原子と種類が同
一である必要はない。さらに、情報の記憶単位には単体
原子だけでなく、分子を対応させることも可能である。
【００３９】図１２は、空孔をビット”０”に対応さ
せ、表面ダイマーをビット”１”に対応させた場合を示
す。図１３は、吸着原子（Ｓｉあるいは他の原子）にビ
ット”０”を対応させ、表面ダイマーにビット”１”を
対応させた場合を示す。ダイマー空孔（ダイマーを形成
する２つの原子を取り去った穴）を用いて情報の書き込
みを行なう場合は、レーザ光等の光を試料表面に照射し
て局所的に温度を上げたり、圧力を加えることによっ
て、ダイマーを取り去り、ダイマーを構成する一方の原
子を分解する。図１２及び図１３の場合には、解離ある
いは化学反応を起こさせるエネルギーを外部からダイマ
ーに供給する必要がある。なお、図１２及び図１３に示
した原子配列の構造は、ＲＯＭ(Read Only Memory)とし
て使用できる。
せ、表面ダイマーをビット”１”に対応させた場合を示
す。図１３は、吸着原子（Ｓｉあるいは他の原子）にビ
ット”０”を対応させ、表面ダイマーにビット”１”を
対応させた場合を示す。ダイマー空孔（ダイマーを形成
する２つの原子を取り去った穴）を用いて情報の書き込
みを行なう場合は、レーザ光等の光を試料表面に照射し
て局所的に温度を上げたり、圧力を加えることによっ
て、ダイマーを取り去り、ダイマーを構成する一方の原
子を分解する。図１２及び図１３の場合には、解離ある
いは化学反応を起こさせるエネルギーを外部からダイマ
ーに供給する必要がある。なお、図１２及び図１３に示
した原子配列の構造は、ＲＯＭ(Read Only Memory)とし
て使用できる。
【００４０】図１２及び図１３に示した原子配列の構造
も、周囲温度が高いと原子が表面を運動するので、媒体
基板の温度を低くする必要がある。系の融点がＴｍの場
合、温度Ｔは表面の上部のみが融解（pre-melting）す
る温度よりも低い温度、すなわちＴ＜２／３Ｔｍあるい
は数Ｋの温度に設定される。
も、周囲温度が高いと原子が表面を運動するので、媒体
基板の温度を低くする必要がある。系の融点がＴｍの場
合、温度Ｔは表面の上部のみが融解（pre-melting）す
る温度よりも低い温度、すなわちＴ＜２／３Ｔｍあるい
は数Ｋの温度に設定される。
【００４１】一般に、ある特定の情報を保持したダイマ
ーの付近に存在するダイマーにも、従来の情報理論に基
づいたビット情報を記憶させて予備の情報を蓄えておく
ことにより、なんらかのじょう乱によって系が乱れて
も、元のビット情報を復元できるので記憶装置の信頼性
が向上する。このように書き込んだ情報を長い間保管し
ておくためには、酸化あるいは他の物質との化学反応に
よって、情報が記憶された表面あるいはその周囲を安定
化させ、温度によって表面の状態が変化しないようにす
る必要がある。さらに簡単な方法としては、単に温度を
下げて熱による振動の大きさを小さくすれ方法がある。
ーの付近に存在するダイマーにも、従来の情報理論に基
づいたビット情報を記憶させて予備の情報を蓄えておく
ことにより、なんらかのじょう乱によって系が乱れて
も、元のビット情報を復元できるので記憶装置の信頼性
が向上する。このように書き込んだ情報を長い間保管し
ておくためには、酸化あるいは他の物質との化学反応に
よって、情報が記憶された表面あるいはその周囲を安定
化させ、温度によって表面の状態が変化しないようにす
る必要がある。さらに簡単な方法としては、単に温度を
下げて熱による振動の大きさを小さくすれ方法がある。
【００４２】一方、複数個の原子を集めて一つのグルー
プを構成し、グループ毎に一つの情報を記憶することに
よって雑音が相殺されるので、情報の信頼性が向上す
る。特に、複数のダイマーが互いに相互作用しあって複
数のダイマーの向きがそろう現象を利用することも可能
である。また、ある温度でダイマーの向きあるいは空孔
がそろう現象を利用することも可能である。この温度を
利用して、ある領域全体に一つの情報を記憶できる。例
えば、Ｓｉ（１００）の結晶表面全体は、ある温度で、
４ｘ２構造から２ｘ１構造に変化し、欠陥がランダムに
分布している場合に観測される２ｘ１の対称性から欠陥
がそろった場合に観測される２ｘ８あるいは２ｘ１１の
対称性に変化する。欠陥がそろっている場合を”１”、
欠陥がランダムに分布している場合を”０”とすること
によって、表面状態に情報が蓄えられる。
プを構成し、グループ毎に一つの情報を記憶することに
よって雑音が相殺されるので、情報の信頼性が向上す
る。特に、複数のダイマーが互いに相互作用しあって複
数のダイマーの向きがそろう現象を利用することも可能
である。また、ある温度でダイマーの向きあるいは空孔
がそろう現象を利用することも可能である。この温度を
利用して、ある領域全体に一つの情報を記憶できる。例
えば、Ｓｉ（１００）の結晶表面全体は、ある温度で、
４ｘ２構造から２ｘ１構造に変化し、欠陥がランダムに
分布している場合に観測される２ｘ１の対称性から欠陥
がそろった場合に観測される２ｘ８あるいは２ｘ１１の
対称性に変化する。欠陥がそろっている場合を”１”、
欠陥がランダムに分布している場合を”０”とすること
によって、表面状態に情報が蓄えられる。
【００４３】情報が書き込まれた表面の上に表面を安定
化させる材料をのせ、その上に情報を書き込んだ時に用
いた材料を層状に積み上げ、記録動作を行ない、その上
に、また上記の材料を積み上げることによって、小さな
領域に多くの情報を記憶できる。この方法によって、表
面の部分的領域にあるパターンを作り、そのパターンに
バーコードなどのパターン情報を蓄えることも可能であ
る。
化させる材料をのせ、その上に情報を書き込んだ時に用
いた材料を層状に積み上げ、記録動作を行ない、その上
に、また上記の材料を積み上げることによって、小さな
領域に多くの情報を記憶できる。この方法によって、表
面の部分的領域にあるパターンを作り、そのパターンに
バーコードなどのパターン情報を蓄えることも可能であ
る。
【００４４】以上の実施例では、Ｓｉ（１００）表面を
一例としたが、他のＳｉ表面や他の物質の表面を用いて
も、同じ原理で情報を蓄える記憶装置が作れる。ダイマ
ーが存在しないＳｉ（１１１）の再構成表面の場合に
も、その独自の表面再構成の原子構造を用いて、記憶装
置あるいはそれを利用した情報処理装置が作れる。
一例としたが、他のＳｉ表面や他の物質の表面を用いて
も、同じ原理で情報を蓄える記憶装置が作れる。ダイマ
ーが存在しないＳｉ（１１１）の再構成表面の場合に
も、その独自の表面再構成の原子構造を用いて、記憶装
置あるいはそれを利用した情報処理装置が作れる。
【００４５】実施例では記憶の単位としてビット情報を
用いたが、ビット情報の代わりに情報を別の形で蓄えら
れる。例えば、表面の圧力及び温度を変えて、表面の欠
陥をランダムに分布させたり、特定な秩序で分布させ
て、表面の部分領域にバーコードなどのパターン情報を
蓄えることもできる。
用いたが、ビット情報の代わりに情報を別の形で蓄えら
れる。例えば、表面の圧力及び温度を変えて、表面の欠
陥をランダムに分布させたり、特定な秩序で分布させ
て、表面の部分領域にバーコードなどのパターン情報を
蓄えることもできる。
【００４６】上記の例において、単独の探針では情報の
書き込み／読みだしのために長い時間がかかるので、複
数個の探針２０を用いて複数個の情報を書き込み／読み
だしできる記憶装置の実施例を図１４に示す。図１４で
は、複数の入力出力信号２２に対応して、探針２０を複
数個用意し、並列計算機あるいは並列プロセッサを用い
て、情報の読みだし及び書き込みに伴う制御処理を並列
に行なう。
書き込み／読みだしのために長い時間がかかるので、複
数個の探針２０を用いて複数個の情報を書き込み／読み
だしできる記憶装置の実施例を図１４に示す。図１４で
は、複数の入力出力信号２２に対応して、探針２０を複
数個用意し、並列計算機あるいは並列プロセッサを用い
て、情報の読みだし及び書き込みに伴う制御処理を並列
に行なう。
【００４７】図１４に示すように、トンネル電流や電子
に起因する原子からの力から表面の電子や原子の状態を
並列に変化させうる装置、特にＳＴＭ（走査トンネル顕
微鏡）や原子を蒸着させることのできるＭＢＥ（分子線
エピタキシー）等に複数個の探針を設けて同時に原子を
動かして所望の位置に置いたり、あるいは、取り除いた
りして情報の書き込みを行なう。
に起因する原子からの力から表面の電子や原子の状態を
並列に変化させうる装置、特にＳＴＭ（走査トンネル顕
微鏡）や原子を蒸着させることのできるＭＢＥ（分子線
エピタキシー）等に複数個の探針を設けて同時に原子を
動かして所望の位置に置いたり、あるいは、取り除いた
りして情報の書き込みを行なう。
【００４８】図１４に示すような複数個の探針を有する
記憶装置の構造を以下に具体的に述べる。図１４に示す
ように、複数の信号線からなる回路網の交点に探針の根
本が位置するように複数の探針を取付け、かつ、図１５
に示すようにその探針（図１５の２４，２５）が制御し
ようとする原子あるいは原子群（例えば図１５の２２と
２３）に対応するように複数個の探針を配置する。さら
に、回路網の各交点が情報処理装置内のデータの番地に
対応させ、従来の半導体記憶装置の技術を併用すると、
効率的にデータを記憶できる。この場合の探針制御とし
ては、データの番地に対応した探針を上下させてトンネ
ル電流や量子力学的力を変化させ、あるいはデータの番
地に対応させた探針から電磁気的力が短時間だけ印加さ
れるようにパルスを発生させる。その結果、探針の下方
位置にある原子あるいは原子群の構造を変化させること
ができる。材料の特性によっては、探針の下方位置にあ
る原子あるいは原子群が独立に動作させることができ
る。ＧａＡｓあるいはＳｉ半導体の場合には、図３及び
図４のような原子の配置構造を作った場合、構造自体を
形成するための活性化エネルギーが数ｅＶであるので上
記の動作が可能となる。特に、図３及び図４のような原
子配置の場合には、読みだし動作が原子配置に対して影
響を与えないようにできるので、記憶装置はＳＲＡＭと
して使え、影響を与える場合はＤＲＡＭとして使える。
記憶装置の構造を以下に具体的に述べる。図１４に示す
ように、複数の信号線からなる回路網の交点に探針の根
本が位置するように複数の探針を取付け、かつ、図１５
に示すようにその探針（図１５の２４，２５）が制御し
ようとする原子あるいは原子群（例えば図１５の２２と
２３）に対応するように複数個の探針を配置する。さら
に、回路網の各交点が情報処理装置内のデータの番地に
対応させ、従来の半導体記憶装置の技術を併用すると、
効率的にデータを記憶できる。この場合の探針制御とし
ては、データの番地に対応した探針を上下させてトンネ
ル電流や量子力学的力を変化させ、あるいはデータの番
地に対応させた探針から電磁気的力が短時間だけ印加さ
れるようにパルスを発生させる。その結果、探針の下方
位置にある原子あるいは原子群の構造を変化させること
ができる。材料の特性によっては、探針の下方位置にあ
る原子あるいは原子群が独立に動作させることができ
る。ＧａＡｓあるいはＳｉ半導体の場合には、図３及び
図４のような原子の配置構造を作った場合、構造自体を
形成するための活性化エネルギーが数ｅＶであるので上
記の動作が可能となる。特に、図３及び図４のような原
子配置の場合には、読みだし動作が原子配置に対して影
響を与えないようにできるので、記憶装置はＳＲＡＭと
して使え、影響を与える場合はＤＲＡＭとして使える。
【００４９】以上のように、本発明は原子間隔程度の領
域に情報を蓄積する記録媒体とこの記録媒体に外部信号
に従って情報を記録するための記録手段と、上記記録媒
体から情報を検出するための検出手段を有する記憶装置
である。
域に情報を蓄積する記録媒体とこの記録媒体に外部信号
に従って情報を記録するための記録手段と、上記記録媒
体から情報を検出するための検出手段を有する記憶装置
である。
【００５０】
【発明の効果】本発明によれば、原子レベルの安定状態
を利用して情報を記録するため、従来の面積の数百万分
の一から数億分の一の面積に情報を蓄えることが出来る
超高密度の記憶装置を実現できる。また、原子の安定状
態間の遷移に要する時間は極めて短いため、原理的に高
速の記録を実現することが出来る。
を利用して情報を記録するため、従来の面積の数百万分
の一から数億分の一の面積に情報を蓄えることが出来る
超高密度の記憶装置を実現できる。また、原子の安定状
態間の遷移に要する時間は極めて短いため、原理的に高
速の記録を実現することが出来る。
【図１】記憶装置の構成図。
【図２】表面原子配置とビットとの対応関係を示す図。
【図３】表面から落ちこんだダイマー、表面ダイマーと
ビットとの対応関係を示す図。
ビットとの対応関係を示す図。
【図４】表面から落ちこんだ原子を持つダイマー、表面
ダイマーとビットとの対応関係を示す図。
ダイマーとビットとの対応関係を示す図。
【図５】非対称ダイマーとビットとの対応関係を示す
図。
図。
【図６】情報の書き込み／読みだしの動作説明図。
【図７】情報の書き込み／読みだしモードの説明図。
【図８】情報の信号処理の説明図。
【図９】高速情報読みだしを行う記憶装置の構成図。
【図１０】情報の書き込み動作の説明図。
【図１１】記録装置の全体構成図。
【図１２】ダイマー空孔、表面ダイマーとビットとの対
応関係を示す図。
応関係を示す図。
【図１３】吸着原子、表面ダイマーとビットとの対応関
係を示す図。
係を示す図。
【図１４】複数個の探針を用いた記憶装置の構成図。
【図１５】複数個の探針を用いた記憶装置の記録媒体表
面と探針との関係を原子レベルで説明するための図。
面と探針との関係を原子レベルで説明するための図。
１…試料（記録媒体）、２…情報書き込み・読みだし用
探針、３…コントローラ、４…入出力信号、５，６…表
面欠陥構造、７…原子２つとも落ちこんだダイマー原子
構造、８…表面ダイマー、９…原子１つが落ちこんだダ
イマー原子構造、１１，１２…非対称ダイマー、１３…
ダイマーが抜けたダイマー空孔、１６…吸着原子、１９
…複数の探針、２０…複数の信号線、３０…電源、３１
…スイッチ、４１…トンネル間隙制御機構、４２…探針
走査機構、４３…読みだし用バイアス、４４…トンネル
電流検出回路、４５…定電流制御回路、４６…カウン
タ、４７…ＤＡ変換器、４８…ドライバ回路、４９…コ
ンパレータ、５０…ゲート回路、５１…Ｓｉ表面原子、
５２…探針軌跡、５３…しきい値電源、６０…クラッシ
ュ防止用制御回路、６１…表面探針軌跡、６２…出力信
号波形、７０…書き込み用直流バイアス、７１…選択ス
イッチ、７２…書き込み信号、７３…書き込み用直流バ
イアス、８１…Ｓｉ結晶記録媒体、８２…媒体保持装
置、８３…記録再生ヘッド、８４…３軸アクチュエー
タ、８５…真空封じ容器、８６…排気装置、８７…バル
ブ、８８…ヘッド制御部、８９…信号処理部。
探針、３…コントローラ、４…入出力信号、５，６…表
面欠陥構造、７…原子２つとも落ちこんだダイマー原子
構造、８…表面ダイマー、９…原子１つが落ちこんだダ
イマー原子構造、１１，１２…非対称ダイマー、１３…
ダイマーが抜けたダイマー空孔、１６…吸着原子、１９
…複数の探針、２０…複数の信号線、３０…電源、３１
…スイッチ、４１…トンネル間隙制御機構、４２…探針
走査機構、４３…読みだし用バイアス、４４…トンネル
電流検出回路、４５…定電流制御回路、４６…カウン
タ、４７…ＤＡ変換器、４８…ドライバ回路、４９…コ
ンパレータ、５０…ゲート回路、５１…Ｓｉ表面原子、
５２…探針軌跡、５３…しきい値電源、６０…クラッシ
ュ防止用制御回路、６１…表面探針軌跡、６２…出力信
号波形、７０…書き込み用直流バイアス、７１…選択ス
イッチ、７２…書き込み信号、７３…書き込み用直流バ
イアス、８１…Ｓｉ結晶記録媒体、８２…媒体保持装
置、８３…記録再生ヘッド、８４…３軸アクチュエー
タ、８５…真空封じ容器、８６…排気装置、８７…バル
ブ、８８…ヘッド制御部、８９…信号処理部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 49/00 Ｚ 8728−4Ｍ
Claims (14)
- 【請求項１】第１の配置、あるいは第２の配置のいずれ
かの配置を取りうる２つの原子からなるダイマーが表面
に複数個形成された記録媒体、 前記ダイマーとの間隙が原子間隔程度の距離を持って設
置された探針、 情報の書き込みあるいは読み出しの制御信号に応じて前
記探針の先端部と前記ダイマーとの間隙の大きさを制御
する間隙制御手段、 指定されたアドレスに応じて前記記録媒体の表面上にお
ける前記探針の位置を制御する探針走査手段、 前記ダイマーを構成するそれぞれの原子と前記探針との
前記間隙に生ずるエネルギーに対応する電磁力を検出す
る検出手段、 前記検出手段で得られた出力波形に基づいて前記ダイマ
ーの一つに対応する情報の一単位が真値あるいは偽値の
いずれかを判定する信号検出手段、 および記憶すべき情報の一単位が真値あるいは偽値のい
ずれかに応じて前記ダイマーの前記第１の配置あるいは
前記第２の配置のいずれかの配置に変化させるための電
磁力を前記探針から前記間隙を介して前記ダイマーを構
成する２つの原子の一方あるいは１つの原子に印加する
信号記録手段とを有することを特徴とする記憶装置。 - 【請求項２】前記記録媒体はＳｉ単結晶であって、前記
Ｓｉ単結晶の（１００）面を情報の記録面とすることを
特徴とする請求項１記載の記憶装置。 - 【請求項３】前記記録媒体はＳｉ単結晶であって、前記
Ｓｉ単結晶の（１１１）面を情報の記録面とすることを
特徴とする請求項１記載の記憶装置。 - 【請求項４】前記信号検出手段は、前記検出手段で得ら
れた出力波形に基づいて前記ダイマーを構成するそれぞ
れの原子と前記探針との間隙の大きさを一定にするため
の前記間隙制御手段への前記制御信号を生成し、前記制
御信号の波形に基づいて前記ダイマーの一つに対応する
情報の一単位が真値あるいは偽値のいずれかを判定する
ことを特徴とする請求項１記載の記憶装置。 - 【請求項５】前記信号記録手段は、前記検出手段で得ら
れた出力波形に基づいて前記ダイマーの前記第１の配置
あるいは第２の配置のいずれかの配置に変化させるため
の電磁力を印加するか否かを決定することを特徴とする
請求項１記載の記憶装置。 - 【請求項６】複数個の前記ダイマーを前記情報の一単位
として前記記録媒体の表面に記憶することを特徴とする
請求項１記載の記憶装置。 - 【請求項７】前記第１の配置は結合子の向きが左上がり
の配置であり、前記第２の配置は結合子の向きが右上が
りの配置である２つの原子からなるダイマーが表面に複
数個形成された前記記録媒体を有することを特徴とする
請求項１記載の記憶装置。 - 【請求項８】前記第１の配置は２つの原子からなるダイ
マーが表面上に突出した配置であり、前記第２の配置は
２つの原子からなるダイマーが表面下に陥没した配置で
ある２つの原子からなるダイマーが表面近傍に複数個形
成された前記記録媒体を有することを特徴とする請求項
１記載の記憶装置。 - 【請求項９】前記第１の配置はダイマーが２つの原子か
らなる配置であり、前記第２の配置は２つの原子からな
るダイマーから一方の原子を欠いた配置であるダイマー
が表面に複数個形成された前記記録媒体を有することを
特徴とする請求項１記載の記憶装置。 - 【請求項１０】前記検出手段は、エネルギーに対応する
前記電磁力として、前記ダイマーを構成するそれぞれの
原子と前記探針との前記間隙に流れるトンネル電流を検
出することを特徴とする請求項１記載の記憶装置。 - 【請求項１１】前記信号記録手段は、記憶すべき情報の
一単位が真値あるいは偽値のいずれかに応じて複数の前
記ダイマーからなる原子群を前記記録媒体の表面下に陥
没させた前記第１の配置あるいは前記原子群を前記記録
媒体の表面上に突出させた前記第２の配置のいずれかの
配置に変化させるための電圧を前記探針から前記間隙を
介して前記原子群に印加することを特徴とする請求項１
記載の記憶装置。 - 【請求項１２】前記信号記録手段は、記憶すべき情報の
一単位が真値あるいは偽値のいずれかに応じて複数の前
記ダイマーからなる原子群を前記記録媒体の表面から除
去した前記第１の配置あるいは前記原子群を前記記録媒
体の表面上に残した前記第２の配置のいずれかの配置に
変化させるための電圧を前記探針から前記間隙を介して
前記原子群に印加することを特徴とする請求項１記載の
記憶装置。 - 【請求項１３】前記信号記録手段は、記憶すべき情報の
一単位が真値あるいは偽値のいずれかに応じて前記記録
媒体を構成する原子と同一あるいは異なる一群の原子を
前記記録媒体の表面上に付加した前記第１の配置あるい
は前記一群の原子を前記記録媒体の表面上から除去した
前記第２の配置のいずれかの配置に変化させるための電
圧を前記探針から前記間隙を介して前記原子群に印加す
ることを特徴とする請求項１記載の記憶装置。 - 【請求項１４】第１の配置、あるいは第２の配置のいず
れかの配置を取りうる２つの原子からなるダイマーが表
面に複数個形成された記録媒体、 前記ダイマーとの間隙が原子間隔程度の同一の距離を持
って設置された複数個の探針、 情報の書き込みあるいは読み出しの制御信号に応じて前
記探針の先端部と前記ダイマーとの間隙の大きさを制御
する間隙制御手段、 指定されたアドレスに応じて前記記録媒体の表面上にお
ける前記探針の位置を制御する探針走査手段、 前記ダイマーを構成するそれぞれの原子と前記探針との
前記間隙に生ずるエネルギーに対応する電磁力を検出す
るそれぞれの前記探針に対応した複数の電流検出手段、 前記検出手段で得られた出力波形に基づいて前記ダイマ
ーの一つに対応する情報の一単位が真値あるいは偽値の
いずれかを判定するそれぞれの前記探針に対応した複数
の信号検出手段、 および記憶すべき情報の一単位が真値あるいは偽値のい
ずれかに応じて前記ダイマーの前記第１の配置あるいは
第２の配置のいずれかの配置に変化させるための電磁力
を前記探針から前記間隙を介して前記ダイマーを構成す
る２つの原子の一方あるいは１つの原子に印加するそれ
ぞれの前記探針に対応した複数の信号記録手段とを有
し、 情報の一単位から構成される情報のグループを前記記録
媒体から並列に読み出し、あるいは前記記録媒体に並列
に書き出することを特徴とする記憶装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4320591 | 1991-03-08 | ||
| JP3-43205 | 1991-03-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0575047A true JPH0575047A (ja) | 1993-03-26 |
Family
ID=12657428
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4042833A Pending JPH0575047A (ja) | 1991-03-08 | 1992-02-28 | 記憶装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5323375A (ja) |
| JP (1) | JPH0575047A (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3025120B2 (ja) * | 1992-12-21 | 2000-03-27 | キヤノン株式会社 | 記録再生装置 |
| JP2924630B2 (ja) * | 1993-09-20 | 1999-07-26 | 富士通株式会社 | 磁気記憶装置 |
| US5448514A (en) * | 1994-04-29 | 1995-09-05 | Massachusetts Institute Of Technology | Ultra high density dimer memory device |
| JP3581421B2 (ja) * | 1995-02-23 | 2004-10-27 | キヤノン株式会社 | 情報処理装置 |
| JPH09120593A (ja) * | 1995-08-23 | 1997-05-06 | Sony Corp | 記録再生装置 |
| US7260051B1 (en) | 1998-12-18 | 2007-08-21 | Nanochip, Inc. | Molecular memory medium and molecular memory integrated circuit |
| US6608306B1 (en) * | 1999-05-13 | 2003-08-19 | Japan Science And Technology Corporation | Scanning tunneling microscope, its probe, processing method for the probe and production method for fine structure |
| US6985377B2 (en) * | 2002-10-15 | 2006-01-10 | Nanochip, Inc. | Phase change media for high density data storage |
| US6982898B2 (en) * | 2002-10-15 | 2006-01-03 | Nanochip, Inc. | Molecular memory integrated circuit utilizing non-vibrating cantilevers |
| US7233517B2 (en) | 2002-10-15 | 2007-06-19 | Nanochip, Inc. | Atomic probes and media for high density data storage |
| US20040150472A1 (en) * | 2002-10-15 | 2004-08-05 | Rust Thomas F. | Fault tolerant micro-electro mechanical actuators |
| US20050232061A1 (en) * | 2004-04-16 | 2005-10-20 | Rust Thomas F | Systems for writing and reading highly resolved domains for high density data storage |
| US7301887B2 (en) * | 2004-04-16 | 2007-11-27 | Nanochip, Inc. | Methods for erasing bit cells in a high density data storage device |
| US7379412B2 (en) | 2004-04-16 | 2008-05-27 | Nanochip, Inc. | Methods for writing and reading highly resolved domains for high density data storage |
| US7367119B2 (en) * | 2005-06-24 | 2008-05-06 | Nanochip, Inc. | Method for forming a reinforced tip for a probe storage device |
| US7463573B2 (en) | 2005-06-24 | 2008-12-09 | Nanochip, Inc. | Patterned media for a high density data storage device |
| US7309630B2 (en) * | 2005-07-08 | 2007-12-18 | Nanochip, Inc. | Method for forming patterned media for a high density data storage device |
| CN103065643B (zh) * | 2012-12-20 | 2016-06-15 | 华为技术有限公司 | 存储装置、存储系统以及数据存储方法 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4575822A (en) * | 1983-02-15 | 1986-03-11 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Method and means for data storage using tunnel current data readout |
| US4826732A (en) * | 1987-03-16 | 1989-05-02 | Xerox Corporation | Recording medium |
| NL8802335A (nl) * | 1988-09-21 | 1990-04-17 | Philips Nv | Werkwijze en inrichting voor het op sub-mikron schaal bewerken van een materiaal-oppervlak. |
| US5144581A (en) * | 1989-02-09 | 1992-09-01 | Olympus Optical Co., Ltd. | Apparatus including atomic probes utilizing tunnel current to read, write and erase data |
| US5015850A (en) * | 1989-06-20 | 1991-05-14 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Microfabricated microscope assembly |
| US5144148A (en) * | 1989-11-07 | 1992-09-01 | International Business Machines Corporation | Process for repositioning atoms on a surface using a scanning tunneling microscope |
| US5043578A (en) * | 1990-04-05 | 1991-08-27 | International Business Machines Corporation | Writing atomic scale features with fine tip as source of deposited atoms |
-
1992
- 1992-02-28 JP JP4042833A patent/JPH0575047A/ja active Pending
- 1992-03-09 US US07/848,689 patent/US5323375A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5323375A (en) | 1994-06-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JPH0575047A (ja) | 記憶装置 | |
| US5453970A (en) | Molecular memory medium and molecular memory disk drive for storing information using a tunnelling probe | |
| US5144581A (en) | Apparatus including atomic probes utilizing tunnel current to read, write and erase data | |
| EP1530210B1 (en) | Information recording/reproducing apparatus and recording medium | |
| US6665258B1 (en) | Method and apparatus for recording, storing and reproducing information | |
| JPH04339337A (ja) | 情報処理装置 | |
| EP1151437A2 (en) | Molecular memory medium and molecular memory integrated circuit | |
| JP4099100B2 (ja) | 記憶装置、および記憶媒体を走査する方法 | |
| CA2046063A1 (en) | Storage of information units in the nanometer range | |
| US5251200A (en) | Tracking method for memory apparatus | |
| JP3740032B2 (ja) | 炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージ及びその書込み方法並びに読出し方法 | |
| US5343042A (en) | Selective modification of individual nanometer and subnamometer structures in the surface of a solid | |
| JPH04324140A (ja) | 情報再生及び／又は情報記録装置 | |
| US5282191A (en) | Information reproducing method and information reproducing apparatus which uses the method | |
| US8107353B2 (en) | Data storage device and method for operating a data storage system | |
| JPH10334525A (ja) | 記録及び／又は再生方法、記録及び／又は再生装置 | |
| Eleftheriou et al. | A nanotechnology-based approach to data storage | |
| US7085151B2 (en) | Storage device having a resistance measurement system | |
| US5740101A (en) | Time-stable labeling of individual atoms or groups of atoms in the surface of a solid, and the storage of information units in the atomic range | |
| JP3135753B2 (ja) | プローブを用いた記録再生方法および装置 | |
| JPH09511863A (ja) | ローカル・プローブ・アレイの大容量記憶装置 | |
| JPH03250440A (ja) | 記録装置及び記録方法 | |
| JP2983693B2 (ja) | 情報処理方法及び情報処理装置 | |
| JPH05234156A (ja) | プローブ構造体、記録装置、情報検出装置、再生装置及び記録再生装置 | |
| JP3039725B2 (ja) | 情報処理装置 |