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JP2603270B2 - 記録装置および再生装置 - Google Patents

記録装置および再生装置

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JP2603270B2
JP2603270B2 JP62212153A JP21215387A JP2603270B2 JP 2603270 B2 JP2603270 B2 JP 2603270B2 JP 62212153 A JP62212153 A JP 62212153A JP 21215387 A JP21215387 A JP 21215387A JP 2603270 B2 JP2603270 B2 JP 2603270B2
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recording
probe electrode
recording medium
voltage
substrate
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有子 森川
宏 松田
春紀 河田
邦裕 酒井
一佐哲 河出
健 江口
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Description

【発明の詳細な説明】 〔背景技術〕 近年メモリ材料の用途は、コンピユータおよびその関
連機器,ビデオデイスク,デイジタルオーデイオデイス
ク等のエレクトロニクス産業の中核をなすものであり、
その材料開発も極めて活発に進んでいる。メモリ材料に
要求される性能は用途により異なるが、一般的には、 高密度で記録容量が大きい、 記録再生の応答速度が速い、 消費電力が少ない、 生産性が高く、価格が安い、 等が挙げられる。
従来までは磁性体や半導体を素材とした半導体メモリ
や磁気メモリが主であったが、近年レーザー技術の進展
にともない有機色素,フオトポリマーなどの有機薄膜を
用いた光メモリによる安価で高密度な記録媒体が登場し
てきた。
一方、最近、導体の表面原子の電子構造を直接観察で
きる走査型トンネル顕微鏡(以後STMと略す)が開発さ
れ、〔G.Binning et al.,Helvetica Physica Acta,55,7
26(1982)〕 単結晶、非晶質を問わず実空間像の高い分解能の測定が
できるようになり、しかも媒体に電流による損傷を与え
ずに低電力で観測できる利点をも有し、さらに大気中で
も動作し種々の材料に対して用いることができるため広
範囲な応用が期待されている。
STMは金属の探針(プローブ電極)と導電性物質の間
に電圧を加えて1nm程度の距離まで近づけるとトンネル
電流が流れることを利用している。この電流は両者の距
離変化に非常に敏感であり、トンネル電流を一定に保つ
ように探針を走査することにより実空間の表面構造を描
くことができると同時に表面原子の全電子雲に関する種
々の情報をも読み取ることができる。この際、面内方向
の分解能は1Å程度である。従って、STMの原理を応用
すれば十分に原子オーダー(数Å)での高密度記録再生
を行うことが可能である。この際の記録再生方法として
は、粒子膜(電子線,イオン線)或いはX線等の高エネ
ルギー電磁波及び可視・紫外線等のエネルギー線を用い
て適当な記録層の表面状態を変化させて記録を行い、ST
Mで再生する方法や、記録層として電圧電流のスイツチ
ング特性に対してメモリ効果をもつ材料、例えばπ電子
系有機化合物やカルコゲン化物類の薄膜層を用いて、記
録・再生をSTMを用いて行う方法等が提案されている。
この場合、ひとつの特定の記録媒体に対して記録・再生
の繰り返しを行う限りに於いては、STM内のプローブ電
極の走査精度並びに位置制御精度が極めて優れている
為、原子オーダーでの記録・再生に何ら支障は生じな
い。然し乍ら、異なる記録媒体との交換や広範な記録面
への記録・再生を行うことを考えると、記録・再生に用
いられるプローブ電極を複数の記録媒体上の所望の情報
記録部位上に正確に動かす必要がある。この場合の位置
制御は、各記録媒体上に何らかの位置に関する情報を設
置しておき、係る情報を検出することにより、記録媒体
上に位置に関する基準(以後基準目盛と呼ぶ)を設定
し、係る基準目盛を基に行われる。
係る手法はVTRによる記録・再生方式を始め、今日一
般に高密度記録方式といわれる、光カード・光デイスク
等においても採用されている。微少位置検出手段として
は、光学式手法、磁気式手法或いは静電容量式手法等を
挙げることができるが、これらの内で最も高分解能が得
られるのは格子干渉の原理を用いた光学式手法である。
これは単色光を基準目盛としての回折格子に入射させ、
回折させた±1次の回折光を半透鏡を用いて合成・干渉
させ、得られた明暗の干渉光を光検出器で光電変換し、
干渉光の明暗から光学系と基準目盛の相対変位量を検知
するものである。
然し乍ら、上記従来例に於いて、最も高分解能を有す
る格子干渉光学式位置検出法の性能(分解能)は主に格
子ピツチで決められ、これをいかに精度よく微少間隔で
刻み、かつそれを精度よく検出できるかが重要な点であ
り、現状の精密加工技術(EB描画やイオンビーム加工)
ではせいぜい0.01μm(=100Å)の精度が限界であ
り、又検出技術(光ヘテロダイン法)に於いても0.01μ
mの分解能が限界である。従ってSTMを用いた記録・再
生には著しく精度に劣るという問題があった。
〔発明の概要〕
本発明の目的は、プローブ電極を用いた電気的な高密
度記録・再生方式に於いて、高精度な位置検出機能並び
に位置制御機能を導入し、記録・再生を高密度かつ高精
度に行うことができる記録装置および再生装置を提供す
ることにある。
本発明の上記目的は、第1には、基板上に所定方向に
沿って複数の基準目盛が規則的に配置された位置座標軸
及び記録層が設けられた記録媒体を用い、前記記録媒体
に対向して配置されたプローブ電極と、前記プローブ電
極を前記所定方向に移動する移動手段と、前記プローブ
電極と記録媒体との間に電圧を印加する電圧印加手段
と、電圧の印加によって前記プローブ電極と記録媒体と
の間に流れるトンネル電流を検出する電流検出手段とを
備え、前記移動手段でプローブ電極を所定の方向に走査
し、前記電流検出手段で検出されるトンネル電流の変化
から前記基準目盛を検出し、検出された基準目盛を位置
の基準として記録層の所望の位置にプローブ電極から電
圧を印加することによって情報を記録することを特徴と
する記録装置によって達成される。
また、本発明の上記目的は、第2には、基板上に所定
方向に沿って複数の基準目盛が規則的に配置された位置
座標軸及び記録層が設けられた記録媒体を用い、前記記
録媒体に対向して配置されたプローブ電極と、前記プロ
ーブ電極を前記所定方向に移動する移動手段と、前記プ
ローブ電極と記録媒体との間に電圧を印加する電圧印加
手段と、電圧の印加によって前記プローブ電極と記録媒
体との間に流れるトンネル電流を検出する電流検出手段
とを備え、前記移動手段でプローブ電極を所定の方向に
走査し、前記電流検出手段で検出されるトンネル電流の
変化から前記基準目盛を検出し、検出された基準目盛を
位置の基準として記録層の所望の位置にプローブ電極か
ら電圧を印加し、前記電流検出手段で検出されるトンネ
ル電流の量の変化から記録層の記録を再生することを特
徴とする再生装置によって達成される。
〔発明の態様の詳細な説明〕
本発明の位置検出装置は、情報の記録・再生と同様、
導電性材料(プローブ電極)と導電性物質との間に電圧
を印加しつつ両者の距離を1nm程度に迄近づけるとトン
ネル電流が流れることを利用している。トンネル電流
は、導体表面での仕事関数に依存するため、種々の表面
電子状態についての情報を読みとることができる。これ
を応用して規則的原子配列あるいは、又、任意に形成し
た基準原点を有する記録媒体に対し、係る規則的原子配
列或いは又、基準原点を基準目盛とし、係る基準目盛に
対応する特徴的なトンネル電流の変化を検出することに
より位置検出を行うと共に、係る位置検出結果を基に、
記録媒体上の所望する記録乃至は再生位置上へプローブ
電極の位置制御を行うものである。
<基準目盛> 本発明に用いられる位置検出系としての基準目盛は規
則的原子配列を利用した原子目盛、及び又は任意の位置
に形成した基準原点が用いられる。係る原子目盛として
の規則的原子配列としては、予め格子間距離がわかって
いる導電性材料、即ち各種金属やグラフアイト単結晶等
を利用することができる他、本発明で利用されるトンネ
ル電流はnA程度の大きさである為、上記導電性材料は10
-10(Ω・cm)-1以上の電導率を有していればよく、従
ってシリコン等のいわゆる半導体物の単結晶を用いるこ
ともできる。これらの内、代表例として金属試料を考え
る。今、距離Zだけ離れたプローブ電極と上記金属試料
との間に、仕事関数φより低い電圧Vを印加すると、電
子はポテンシヤル障壁をトンネルすることが知られてい
る。トンネル電流密度JTを自由電子近似で求めると、 JT=(βV/2πλZ)exp(−2Z/λ) …(1) の様に表わすことができる 式(1)に於いて、Z=ZCと一定の値とすれば、トン
ネル電流密度JTは基準原子配列の仕事関数φに応じ変化
する。従ってプローブ電極を係る金属試料面上、Z=ZC
に保ちつつ任意の直線方向に走査させれば金属原子配列
に従って周期的にトンネル電流が変化する。ここで、金
属試料の結晶格子は既知であるから、任意の結晶面上の
或る格子点を基準とした任意の方向の原子配列状態は自
明であり、係る方向へプローブ電極を走査させた場合に
得られる周期的トンネル電流の変化は十分に予測し得
る。従って係るトンネル電流変化の予測値と実際にプロ
ーブ電極を走査して得られたトンネル電流変化の測定値
とが等しい値をとる様にプローブ電極の走査方向を補正
すれば、面内方向(X,Y方向)のプローブ電極の走査系
を金属試料の結晶格子に対して一義的に定めることがで
きる。以上より記録媒体表面の一部又は全てが規則的原
子配列を有し、かつその配列状態が既知である場合に
は、係る原子配列の結晶格子に対して一義的なX・Y座
標系を持つ、プローブ電極走査系を設定することができ
る。
次に基準原点に関して述べる。上述の如く、規則的な
原子配列を利用した原子目盛を用いれば記録媒体上に一
義的な座標系を設定することができるが、この場合、座
標系の原点については、これを明確には定めることは困
難である。一方、既に述べた様に本発明の記録・再生は
記録媒体表面の仕事関数の変化をトンネル電流の変化量
として検出することにより行われる。従って記録媒体上
の任意の位置の表面状態を作為的に変化させておけば、
その位置を原点(基準原点)として記録媒体上に位置に
関する座標系を導入することができる。この際、複数個
の基準原点を設ければ、係る座標系の軸方向を決定する
ことができる。又、先に述べた原子目盛と併用すれば、
この場合、座標系の軸方向は既に一義的に決定されてい
るので、基準原点は例え1点であっても記録媒体表面上
に絶対座標を設定することが可能である。何れにせよこ
れらの基準目盛を複数個用いることにより位置検出に関
する精度はより向上する。基準原点としては記録媒体表
面にエツチング等の手法により凹凸をつけたり、イオン
注入等の手法に因って他原子を部分選択的に媒体表面上
に配置する等して導入することが考えられるが、これら
は現状では何れもSTMの分解能に対する基準原点として
の精度には劣る為、大まかな位置把握に利用するのが適
当である。現状では実際に所望の情報の記録を行うに先
立って、記録媒体の記録面の一部に、原点に関する何ら
かの情報を書き込み、係る点を基準原点とする方法が精
度的にも、又作成が容易な点に於いても優れる。
<記録媒体> 本発明で用いられる記録媒体としては、電流・電圧特
性に於いて、メモリースイツチング現象(電気メモリ効
果)をもつ材料を利用できる。例えば、 (1)酸化物ガラスやホウ酸塩ガラスあるいは周期律表
III,IV,V,VI族元素と化合したSe,Te,Asを含んだカルコ
ゲン化物ガラス等のアモルフアス半導体が挙げられる。
それらは光学的バンドギヤツプEgが0.6〜1.4eVあるいは
電気的活性化エネルギー△Eが0.7〜1.6eV程度の真性半
導体である。カルコゲン化物ガラスの具体例としては、
As−Se−Ts系、Ge−As−Se系、Si−Ge−As−Te系、例え
ばSi16Ge14As5Te65(添字は原子%)、あるいはGe−Te
−X系、Si−Te−X系(X=少量のV,VI族元素)例えば
Ge15Te81Sb2S2が挙げられる。
更にはGe−Sb−Se系カルコゲン化物ガラスも用いるこ
とができる。
上記化合物を電極上に堆積したアモフフアス半導体層
において、膜面に垂直な方向にプローブ電極を用いて電
圧を印加することにより媒体の電気メモリー効果を発現
することができる。
係る材料の堆積法としては従来公知の薄膜形成技術で
充分本発明の目的を達成することができる。例えば好適
な成膜法としては、真空蒸着法やクラスターイオンビー
ム法等を挙げることができる。一般的には、係る材料の
電気メモリー効果は数μm以下の膜厚で観測されてお
り、記録媒体としての記録分解能に関しては、より薄い
方が好ましいが、均一性、記録性の観点から100Å以上
1μm以下の膜厚のものが良く、更に好適には1000Å以
下の膜厚のものがよい。
(2)更にはテトラキノジメタン(TCNQ)、TCNQ誘導
体、例えばテトラフルオロテトラシアノキノジメタン
(TCNQF4)、テトラシアノエチレン(TCNE)およびテト
ラシアノナフトキノジメタン(TNAP)などの電子受容性
化合物と銅や銀などの還元電位が比較的低い金属との塩
を電極上に堆積した有機半導体層も挙げることができ
る。
係る有機半導体層の形成法としては、銅あるいは銀の
電極上に前記電子受容性化合物を真空蒸着する方法が用
いられる。
かかる有機半導体の電気メモリー効果は、数十μm以
下の膜厚のもので観測されているが、成膜性、均一性の
観点から100Å〜1μmの膜厚のものが好ましい。
(3)また更にはアモルフアスシリコンを材料とした記
録媒体を挙げることができる。例えば金属/A−Si(p+
/n層/i層)あるいは金属/A−Si(n+層/p層/i層)の層構
成を有する記録媒体であり、A−Siの各層の堆積法は従
来公知の方法によって充分行うことが可能である。本発
明では好適にはグローデイスチヤージ法(GD)が用いら
れる。A−Siの膜厚はn層として2000Å〜8000Å、i,p+
層は1000Å程度が好適であり、全膜厚は0.5μm〜1μ
m程度のものが良い。
(4)また更にはπ電子準位をもつ群とσ電子準位のみ
を有する群を併有する分子を電極上に積層した記録媒体
を挙げることができる。
本発明に好適なπ電子系を有する色素の構造としては
例えば、フタロシアニン、テトラフエニルポルフイン等
のポリフイリン骨格を有する色素、スクアリリウム基及
びクロコニツクメチン基を結合鎖としてもつアズレン系
色素及びキノリン、ベンゾチアゾール、ベンゾオキサゾ
ール等の2ケの含窒素複素環をスクアリリウム基及びク
ロコニツクメチン基により結合したシアニン系類似の色
素、またはシアニン色素、アントラセン及びピレン等の
縮合多環芳香族、及び芳香環及び複素環化合物が重合し
た鎖状化合物及びジアセチレン基の重合体、さらにはテ
トラキノジメタンまたはテトラチアフルバレンの誘導体
およびその類縁体およびその電荷移動錯体また更にはフ
エロセン、トリスビピリジンルテニウム錯体等の金属錯
体化合物が挙げられる。
有機記録媒体の形成に関しては、具体的には蒸着法や
クラスターイオンビーム法等の適用も可能であるが、制
御性、容易性そして再現性から公知の従来技術の中では
LB法が極めて好適である。
このLB法によれば、1分子中に疎水性部位と親水性部
位とを有する有機化合物の単分子膜またはその累積膜を
基板上に容易に形成することができ、分子オーダの厚み
を有し、かつ大面積にわたって均一、均質な有機超薄膜
を安定に供給することができる。
LB法は、分子内に親水性部位と疎水性部位とを有する
構造の分子において、両者のバランス(両親媒性のバラ
ンス)が適度に保たれている時、分子は水面上で親水性
基を下に向けて単分子の層になることを利用して単分子
膜またはその累積膜を作成する方法である。
疎水性部位を構成する基としては、一般に広く知られ
ている飽和及び不飽和炭化水素基や縮合多環芳香族基及
び鎖状多環フエニル基等の各種疎水基が挙げられる。こ
れらは各々単独又はその複数が組み合わされて疎水性部
分を構成する。一方、親水性部分の構成要素として最も
代表的なものは、例えばカルボキシル基、エステル基、
酸アミド基、イミド基、ヒドロキシル基、更にはアミノ
基(1,2,3級及び4級)等の親水性基等が挙げられる。
これらも各々単独又はその複数が組み合わされて上記分
子の親水性部分を構成する。
これらの疎水性基と親水性基をバランス良く併有し、
かつ適度な大きさをもつπ電子系を有する色素分子であ
れば、水面上で単分子膜を形成することが可能であり、
本発明に対して極めて好適な材料となる。
具体例としては、例えば下記の如き分子等が挙げられ
る。
ここでR1は前述のσ電子準位をもつ群に相当したもの
で、しかも水面上で単分子膜を形成しやすくするために
導入された長鎖アルキル基で、その炭素数nは5n
30が好適である。
以上具体例として挙げた化合物は基本構造のみであ
り、これら化合物の種々な置換体も本発明において好適
であることは言うにおよばない。
[II] スクアリリウム色素 [I]で挙げた化合物のクロコニツクメチン基を下記
の構造を持つスクアリリウム基で置き換えた化合物。
Rは単分子膜を形成しやすくするために導入されたも
ので、ここで挙げた置換基に限るものではない。又、R1
〜R4,Rは前述したσ電子準位をもつ群に相当している。
[V]ジアセチレン化合物 CH3CH2 nC≡C−C≡CCH2 mX 0n,m20 但し n+m>10 Xは親水基で一般的には−COOHが用いられるが−OH,
−CONH2等も使用できる。
[VI]その他 尚、上記以外でもLB法に適している色素材料であれ
ば、本発明に好適なのは言うまでもない。例えば、近年
研究が盛んになりつつある生体材料(例えばパクデリオ
ロドプシンやチトクロームc)や合成ポリペプチド(PB
LGなど)等も適用が可能である。
これらのπ電子準位を有する化合物の電気メモリー効
果は、数十μm以下の膜厚のもので観測されているが、
成膜性,均一性の観点から15〜2000Åの膜厚のものが好
ましい。
以上(1)〜(4)項に亘って述べた電気メモリー効
果を有する材料を支持する基板としては、電極としての
性格を有する必要があるが、10-6(Ω・cm-1)以上の電
導率を有する導電体であれば全て使用することができ
る。即ち、Au,Pt,Pd,Ag,Al,In,Sn,Pb,W等の金属板やこ
れらの合金、或いはこれら金属や合金を蒸着したガラ
ス、セラミツクス、プラスチツクス材料、又はSi(結
晶,アモルフアス)やグラフアイト、又更にはITO等の
導電性酸化物を始めとして数多くの材料が挙げられる。
これらの電気メモリー材料とその支持基板(電極)と
の組み合わせにより、本発明の記録媒体は構成される
が、前述した基準目盛としての原子目盛を用いる場合、
係る電気メモリー材料自体の原子配列はその規則性に劣
る場合が多く、原子目盛としての利用は余り好ましくな
い。従って、基板に金属,結晶Si,グラフアイト等の規
則的原子配列を有する材料を用いた上で、その一部を電
気メモリー材料未堆積とし、係る箇所の基板原子配列を
原子目盛として利用することが望ましい。
〔プローブ電極〕
本発明で用いられるプローブ電極の先端は記録/再生
/消去の分解能を上げるため出来るだけ尖らせる必要が
ある。本発明では、1φの太さのタングステンの先端を
90゜のコーンになるように機械的に研摩し、超高真空中
で電界をかけて表面原子を蒸発させたものを用いている
が、プローブの形状や処理方法は何らこれに限定するも
のではない。
更には、プローブ電極の本数も一本に限る必要はな
く、位置検出用と記録・再生用を分ける等、複数のプロ
ーブ電極を用いてもよい。
〔記録および再生装置の構成〕
第1図は本発明の記録および再生装置を示すブロツク
構成図である。第1図中、105はプローブ電流増巾器
で、106はプローブ電極が一定になるように圧電素子を
用いた微動機構107を制御するサーボ回路である。108は
プローブ電極102と電極103の間に記録/消去用のパルス
電圧を印加するための電源である。
パルス電圧を印加するときプローブ電極が急激に変化
するためサーボ回路106は、その間出力電圧が一定にな
るように、HOLD回路をONにするように制御している。
109はX,Y方向にプローブ電極102を移動制御するため
のX,Y走査駆動回路である。110と111は、あらかじめ10
-9A程度のプローブ電流が得られるようにプローブ電極1
02と記録媒体1との距離を粗動制御したり、プローブ電
極と基板とのX,Y方向相対変位を大きくとる(微動制御
機構範囲外)ためのものである。これらの各機器は、す
べてマイクロコンピユータ112により中央制御されてい
る。また、113は表示機器を表わしている。
また、圧電素子を用いた移動制御における機械的性能
を下記に示す。
Z方向微動制御範囲:0.1nm〜1μm Z方向粗動制御範囲:10nm〜10mm X,Y方向走査範囲:0.1nm〜1μm X,Y方向粗動制御範囲:10nm〜10mm 計測,制御許容誤差:<0.1nm(微動制御時) 計測,制御許容誤差:<1nm(粗動制御時) 以下、本発明の記録・再生方式について、実施例によ
り詳細な説明を行う。
〔実施例〕
第1図に示す記録および再生装置を用いた。プローブ
電極102としてタングステン製のプローブ電極を用い
た。このプローブ電極102は記録媒体1の表面との距離
(Z)を制御するためのもので、電流を一定に保つよう
に圧電素子により、その距離(Z)は微動制御されてい
る。更に微動制御機構は距離(Z)を一定に保ったま
ま、面内(X,Y)方向にも微動制御できるように設計さ
れている。しかし、これらは従来公知の技術である。
プローブ電極102は記録媒体面内の相対方向位置検出
及び、記録・再生・消去を行う為に用いられる。又、記
録媒体1は高精度のX,Yステージ114の上に置かれ、任意
の位置に移動させることができる(X,Y粗動機構)。な
お、粗動機構のX,Y方向と微動機構のX,Y方向とは各移動
制御機構の精度の差に起因する誤差範囲内で一致してい
る。
次に本実施例で用いた記録媒体の詳細について述べ
る。記録媒体の構成図を第2図に示す。第2図(A)
は、本発明で用いた記録媒体の平面図で、第2図(B)
はそのA−A′断面図である。直径1/2インチの(111)
面を出したP型Siウエハー(Bドープ0.3mm厚)を基板1
04として用いた。該基板は記録・再生装置のX,Yステー
ジ114上に設置する際の方向性をほぼ一定にする目的
で、B−B′点で切断されている。なお、B−B′点は
Si結晶の[11]方向にほぼ並行である。
次に、B−B′の中点から基板中心に向って1mmの位
置を1μm角、深さ0.2μmにエツチングし、基準原点
(粗)を作成した。係る基準原点(粗)の作成法を以下
に示す。
まず、Si基板上に電子線レジストであるポリメタクリ
ル酸メチル(PMMA,商品名OEBR−1000東京応化工業
(株))を1μmの厚さに塗布し、電子線を加速電圧20
KeV,ビーム径0.1μmφで1μm四方の大きさに描画し
た。その後、専用現像液を使って電子線照射部を溶解し
た。エツチングは、CF4とH2の混合ガスを用いて圧力3P
a,放電電力100Wで20分間スパツタエツチングした。その
ときのエツチング深さは20.μmであった。最後にメチ
ルエチルケトンを使ってPMMAを溶解した。
次に、係る基板上基準原点(粗)201近傍をマスキン
グした後、下引き層としてCrを真空蒸着法により厚さ50
Å堆積させ、更にAuを同法により400Å蒸着して基板電
極103とした。
次に、係るAu電極上にスクアリリウム−ビス−6−オ
クチルアズレン(以下SOAZと略す)のLB膜(4層)を積
層し、記録層101とした。以下、記録層形成方法につい
て述べる。先ず、SOAZを濃度0.2mg/mlで溶かしたベンゼ
ン溶液を20℃の水相上に展開し、水面上に単分子膜を形
成した。溶媒の蒸発を待ち、係る単分子膜の表面圧を20
mN/mまで高め、更にこれを一定に保ちながら前記基板を
水面に横切る方向に速度3mm/分で静かに浸漬・引き上げ
を繰り返し、SOAZ単分子膜の4層累積膜を基板電極103
上に形成させた。
以上により作成された記録媒体1を用いて、記録・再
生の実験を行った。
以下、その詳細を記す。
SOAZ4層を累積した記録層101をもつ記録媒体1の基板
の切り欠きB−B′方向を所定の方向に合わせて、X,Y
ステージ114の上に置いた。
次に、B−B′から1mm程度基板内側の位置にプロー
ブ電極102を動かし、プローブ電極とSi基板104との間に
0.6Vのプローブ電圧を印加した上で、プローブ微動機構
107,109のX方向をB−B′にほぼ平行な方向に仮に合
わせた後、長さ1μmに亘って走査させた。
次に、Y方向(X方向に直角方向)にも1μmに亘り
走査させた。この時、X,Y座標軸のとり方を種々変化さ
せて表面状態の測定を繰り返し、得られたSi原子の配列
ピツチが各々6.65Å及び3.84Åに最も近い値をとる様に
調整した。係る調整により微動機構のX軸はSi基板の
[11]方向に、Y軸は[01]方向に合致している。
この時同時に粗動機構のX,Y方向が、調整した微動機
構のX,Y方向と粗動機構の制御誤差範囲内で一致する様
に調整した。次に、X,Y方向に関して粗動機構を用いて
プローブ電極を走査し、基準原点(粗)201の位置を検
出した。係る基準原点(粗)の中心から2mmY軸方向に沿
って基板中心部に向かった位置に基準原点(微)202を
設けた。係る基準原点(微)は、記録層101の電気メモ
リー効果を利用して形成される。即ち、プローブ電極10
2とAu電極103との間に1.0Vのプローブ電圧を印加し、プ
ローブ電極Ipが10-9Aになる様に微動機構107を用いてプ
ローブ電極102と記録層101表面との距離(Z)を調整し
た。次に、プローブ電極102を+側、Au電極を−側にし
て、電気メモリー材料(SOAZ・LB膜4層)が低抵抗状態
(ON状態)に変化する閾値電圧Vth ON以上の矩形パルス
電圧(18V 0.1μS)を印加し、ON状態を生じさせた。
プローブ電極102と記録層101との距離(Z)を保持した
まま、プローブ電極102とAu電極間103との間に1.0Vのプ
ローブ電圧を印加して、プローブ電流Ipを測定したとこ
ろ0.5mA程度の電流が流れ、ON状態となっていることが
確かめられた。以上の操作により、基準原点(微)202
とした。この時、10nm角の記録層領域をON状態にするこ
とにより基準原点(微)202に関する位置情報と、後に
書き込まれる記録情報とが混同して再生されない様にし
たが(第3図)、基準原点(微)202の形状は何ら本実
施例の形状に限られるものではない。
次に係る基準原点(微)をプローブ電極位置制御系の
X,Y座標上の原点として、プローブ電極102を微動走査さ
せ0.01μmピツチで情報の記録を行った。記録面101上
の1ビツト毎の記録位置の模式図を第3図に示した。係
る記録は、基準原点(微)の形成と同様の手法により、
電気メモリー材料(SOAZ・LB膜4層)にON状態とOFF状
態(記録前の高抵抗状態)とを作ることにより行った。
上記の工程により形成された記録済み記録媒体2を一
旦記録・再生装置から取り外した後、再度X,Yステージ1
14上に設置し、再生実験を行った。先ず、記録時と同じ
く、位置制御系のX,Y方向をSi原子目盛を利用して、各
々、[11]及び[01]方向に合せた後、X,Y方向に
関して粗動機構を用いてプローブ電極を走査させ、基準
原点(粗)201の位置を検出した。係る基準原点(粗)
を基に、基準原点(微)を粗動及び微動機構を用いて捜
し出した。係る基準原点(微)をX,Y座標系の原点とし
て、記録情報の再生を行った。この際、プローブ電極10
2とAu電極103との間に再生用の1.0Vのプローブ電圧を印
加し、ON状態とOFF状態領域に流れるプローブ電流量の
変化を直接読み取るか、或いはプローブ電流Ipが一定に
なる様にプローブ電極102を走査させた際のプローブ電
極102と記録層101表面との距離Zの変化をサーボ回路10
6を通して読み取ることにより、基準原点(微)202の位
置検出並びに記録情報の再生を行った。以上の再生実験
に於いて、ビツトエラーレートは5×10-6であった。
なお、プローブ電圧を電気メモリー材料がON状態から
OFF状態に変化する閾値電圧Vth OFF以上の10Vに設定
し、再び記録位置をトレースした結果、全ての記録状態
が消去されOFF状態に遷移したことも確認した。
〔比較例1〕 実施例1の再生実験に於いて、原子目盛を用いたプロ
ーブ電極走査機構のX,Y座標系の設定並びに基準原点
(粗)及び(微)の位置検出に基く位置座標原点の設定
を省略した場合、記録媒体1上の記録書き込み域を見い
出すのが非常に困難であり、又、再生は殆んど不可能で
あった。
〔実施例2〕 複数個の基準原点による基準目盛を用いて、プローブ
電極走査系のX,Y座標系を設定し、記録・再生を行った
例を以下に示す。
本実施例で用いた記録媒体1の構成図を第4図に示
す。基板104として0.7×1.5cmの光学研磨したガラス基
板(1mm厚)を用いた。次にB−B′の中点から基板中
心に向かって1mmの位置に1μm角、深さ0.1μmの基準
原点(粗)202を作成した。
係る基準原点(粗)の作成法を以下に示す。
従来公知のフオトレジスト法により、レジスト材料
(商品名AZ1350)を1μmの厚さに塗布し、プリベイク
を行ったのち、第3図に対応するマスクを用いて紫外線
露光、現象、ポストベイクを行い、ガラス基板上にマス
クパターンを形成した。次に公知のCF4ガスプラズマエ
ツチング法に基づき、エツチングパワー50W、ガス圧1P
a、CF4ガス流量15SCCMの条件下でガラス面を深さ0.1μ
mに迄ドライエツチングした。マスクのAZ1350はアセト
ン洗浄して除去した。
係る基板をヘキサメチルジシラザンの飽和蒸気中に放
置して表面に疎水処理を施した。係る基板に対し、下引
き層としてCrを真空蒸着法により厚さ50Å堆積させ、更
にAuを同法により400Å蒸着し基板電極103とした。次に
係るAu電極上にルテチウムジフタロシアニン(LuH(P
c))のt−ブチル置換体の10層LB膜を積層し、記録
層101を形成させた。この際、基準原点(粗)201の近傍
には記録層101が堆積されない様にした。
以下、LuH(Pc)のt−ブチル置換体LB膜の成膜条
件を記す。
溶 媒:クロロホルム/トリメチルベンゼン/アセトン
=1/1/2(V/V) 濃 度:0.5mg/ml 水 相:純水、水温20℃ 表面圧:20mN/m 基板上下速度:3mm/分 以上により作成された記録媒体1と実施例1で述べた
記録および再生装置を用いて記録および再生の実験を行
った。以下その詳細を記す。
LuH(Pc)のt−ブチル置換体LB膜10層を累積した
記録層101をもつ記録媒体1のB−B′方向をX,Yステー
ジ114のX軸方向に合わせて係るX,Yステージ上に設置し
た。次に実施例1と同様にして、X,Y方向に関して粗動
組織110を用いて、プローブ電極102を走査し、基準原点
(粗)201の位置を検出した。なお、プローブ電圧は0.1
Vとした。係る基準原点(粗)201の中心からY軸方向に
2mm基板中心部に向かった位置(記録層101上)に、実施
例1の基準原点(徴)の作成法と同様の手法を用いて、
第1基準原点(徴)401を作った。なお、この際粗動機
構のX,Y方向と徴動機構のX,Y方向とは粗動機構の制御誤
差範囲内で一致している。次に微動機構を用いて、係る
第1基準原点(微)401からY軸方向に1μmの位置に
第2基準原点(微)402を作成した。係る第2基準原点
(微)402の作成法は第1基準原点(微)と同様であ
り、両者を区別するため、各点の形状を異なるものにし
てもよいが必ずしもその必要はなく、これらの点が他の
一般記録情報と混同されない様な工夫がなされていれば
よい。次に係る第1基準原点(微)401或いは第2基準
原点(微)402の何れかをX,Y座標系の原点にとり微動機
構を用いて、0.01μmピツチで情報の記録を行った。記
録方法は実施例1と同等の手法に依った。
上記の工程により形成された記録済み記録媒体1を一
旦記録および再生装置から取外した後、再度X,Yステー
ジ114上に設置し再生実験を行った。先づ、記録時と同
じくX,Y方向に関して粗動機構によりプロープ電極を走
査させて基準原点(粗)201を見つけ出し、係る基準原
点(粗)を基に、第1基準原点(微)401を粗動及び微
動機構を用いて捜し出した。次に微動機構を用いて第2
基準原点(微)402を検出後、第1及び第2基準原点
(微)を結ぶ線分の方向とプローブ電極走査系のY軸方
向とが一致する様にX,Y座標系を設定し直した。この
際、第1基準原点(微)401が係るX,Y座標系の原点にな
る様に設定した。係る位置座標系を基準として記録情報
の再生を行ったところビツトエラーレートは3×10-6
あった。
なお、係る基準原点を用いたX,Y座標系の再設定を行
わずに再生を試みたが不可能であった。
〔実施例3〕 記録容量を増やす為に微動走査範囲外に複数の基準点
を設け、各点を基準に記録および再生を行った例を以下
に示す。記録および再生装置は実施例1と全く同様もの
を用いた。
実施例1と全く同様にして記録媒体1を製造し、基準
原点(微)202を同様に作成した。引き続き係る基準原
点(微)202からY軸に沿って基板中心方向へ5μmの
位置にプローブ電極を粗動機構を用いて移動させ、基準
原点(微)202と同様の手法を用いて基準点(微)A501
を形成した。更に同様にして基準点(微)AからY軸に
沿って基板中心方向へ5μmの位置に基準原点(微)B5
02を形成した。これらの各点を基準として、微動制御機
構を用いて記録領域(O)503、記録領域A504、及び記
録領域B505に於いて記録を行った(第5図)。
その後、一旦記録媒体1を記録・再生装置から取り外
して改めて設置し直した後、実施例1と同様の手法を用
いて記録情報の再生を行った。記録領域(O)503、記
録領域A504、及び記録領域B505に於けるビツトエラーレ
ートは何れも5×10-6であった。
〔比較例2〕 実施例3と同様にして記録媒体1を製造し記録を行っ
た。この際基準点(微)A501と基準点(微)B502は形成
せずに記録領域A504及び記録領域B505に相当する位置で
記録を行った。係る記録済み記録媒体1を実施例3と同
様にして再生実験を行った。その結果記録領域(O)50
3でのビツトエラーレートは5×10-6で実施例3の場合
と比較して変化は見られなかったが、記録領域A504及び
記録領域B505に関してはその位置検出が可成り困難であ
り、ビツトエラーレートも2×10-3〜5×10-4となり実
施例3の場合と比較して2ケタ以上精度が低下した。
〔実施例4〕 実施例1の基板104をGa−Asウエハーに、また、記録
層101を塩化シリコンフタロシアニン(PcSniCl2)のt
−ブチル置換体の8層LB膜に変更した他は実施例1とほ
ぼ同様にして記録・再生実験を行った。以下実施例1と
の相違点について述べる。記録媒体1の構成は第2図に
順ずる。ここで基板として直径1/2インチの(110)面を
出したP型Ga−Asウエハー(Znドープ0.3mm厚)を用い
た。なお基板の切り欠きB−B′方向はGa−As結晶の
〔001〕方向にほぼ平行である。
次にB−B′の中点から基板中心に向かって1μm
角、深さ0.2μmにエツチングし基準原点(粗)を作成
した。係る基準原点(粗)の作成法を以下に示す。
先ず、Ga−As基板上に紫外線レジスト(商品名AZ135
0)を1μmの厚さに塗布しプリベイクを行ったのち、
第2図に対応するマスクを用いて紫外線露光、現象、ポ
ストベイクの処理を施し、Ga−As基板上にマスクパター
ンを作成した。次にBCl3ガスを用いてガス圧1Pa、放電
電圧100Wの基、3分間スパツタエツチングを行い、深さ
0.2μmに迄エツチングした。マスクのAZ1350はアセト
ン洗浄により除去した。
係る基板上に実施例1と同様にしてCr/Au基板電極103
を形成した後、係る基板電極103上に塩化シリコンフタ
ロシアニン(PcSiCl2)のt−ブチル置換体の8層LB膜
を累積し記録層101とした。以下、記録層作成条件を記
す。
溶媒 CH3CCl3 溶液濃度 1mg/ml 水相 pH8.2(純水をNaOHで調整) 表面圧 25mN/m 基板上下速度 5mm/分(但し累積はZ型) 以上により作成された記録媒体1を用いて、記録再生
の実験を行ったところ、再生時のビツトエラーレートは
5×10-6であった。
但し原子目盛を用いたX,Y座標軸の設定に関して、X
軸がGa−As結晶の[001]方向と、またY軸が[10]
方向と一致するように調整した。なお、この際のGa−Ga
原子間ピツチは[001]方向に関して5.65Å、[110]方
向に間して4.00Åであった。
〔実施例5〕 実施例2に於いて記録層101をSi16Ge14As5Te65の原子
組成比であらわされるアモルフアス半導体を従来公知の
真空蒸着法により2000Åの膜厚に蒸着したものに変更
し、実施例2と同様の記録・再生実験を行った。なお、
記録用印加電圧は20Vmax,0.1μsの矩形パルス、再生用
印加電圧は1.0V、消去用印加電圧は50Vmax,10μsの矩
形パルスに各々変更した。又、記録ピツチは0.1μmと
し、第1及び第2基準原点(微)の大きさは各々0.1μ
m角に変更した。再生実験の結果、ビツトエラーレート
は1×10-9であった。
〔実施例6〕 実施例1に於いて、SOAZ4層LB膜の代わりに、CuTCNQF
4を用いて記録層101を構成し、実施例1と同様の記録・
再生実験を行った。
なお記録用印加電圧は、2Vmax,10nsの矩形パルスを用
い、再生用の印加電圧は0.1Vとした。また消去用印加電
圧は5Vmax,100nsの矩形パルスを用いた。以上に於いて
記録ピツチは0.1μmとし、基準原点(微)201の大きさ
は0.1μm角に変更した。再生実験の結果ビツトエラー
レートは1×10-9であった。つぎにCuTCNQF4記録層101
の作成法について述べる。Au電極103上にCuとTCNQF4
真空蒸着法により共蒸着してCu+TCNQF4層を2000Å堆積
した(基板温度;室温)。このとき蒸着速度をCu;5Å/
s、TCNQF4;20Å/s程度になるようにあらかじめ設定した
電流値を流し加熱した。その結果、CuTCNQF4生成による
青い膜が堆積することを確認した。
〔実施例7〕 実施例5で用いた基板電極(Cr下引きAu電極)103を
厚さ500ÅのCrに、又記録層101をP+層/n層/i層構造から
成るアモルフアスシリコンに変えた他は、実施例5と全
く同様にして記録・再生実験を行った。再生実験の結
果、ビツトエラーレートは1×10-9であった。
なお記録・再生・消去に対して下記の電圧を印加し
た。
記録用 20V 再生用 0.5V 消去用 −5V 以下記録層101の作成法について記す。Crを500Åの膜
厚に真空蒸着して電極を形成した後、グロー放電法によ
り1000ÅのP+型のアモルフアスシリコン膜を形成した。
その時の作成条件は 導入ガス;B2H6/SiH4(NBH/NSiH=10-1) (H2ガスで0.025モル%に希釈) rfパワー;0.01W/cm2 圧 力;0.5Torr 基板温度;300℃ 堆積温度;30Å/min である。次に余剰の原料ガスを排出した後、新たな原料
ガスを供給してn型のアモルフアスシリコンを5000Å堆
積した。作成条件は下記の通りである。
導入ガス;PH3/SiH4(NPH/NSiH=5×10-3) (H2ガスで0.05モル%に希釈) rfパワー;0,01W/cm2 圧 力;0.5Torr 基板温度;300℃ 堆積速度;40Å/min また、原料ガスを排気したのち、H2ガスで0.05モル%
に希釈したSiH4をチヤンバーに導入し、他の条件は一定
にしてi相のアモルフアスシリコンを1000Å堆積した。
以上述べてきた実施例中で種々の記録媒体の作成法に
ついて述べてきたが、極めて均一な膜が作成できる成膜
法であれば良く、実施例の方法に限定されるものではな
い。なお、本発明は基板材料やその形状および表面構造
について何ら限定するものでもない。
〔発明の効果〕 光記録に較べても、はるかに高密度な記録が可能な全
く新しい記録・再生方法を開示した。
上記の新規記録・再生方法を用いられる新規な記録媒
体を開示した。
再生に必要なエネルギーは小さく、消費電力は少な
い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の記録および再生装置を図解的に示す説
明図である。 第2図(A)は本発明で用いた記録媒体の平面図で、第
2図(B)はそのA−A′断面図である。 第3図は本発明の記録材表面上の記録位置を示す模式図
である。 第4図(A)は、本発明で用いた別の記録媒体の平面図
で、第4図(B)はそのA−A′断面図である。 第5図は、本発明の記録媒体表面上の記録領域の位置関
係を示す模式図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 河田 春紀 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 酒井 邦裕 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 河出 一佐哲 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (72)発明者 江口 健 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 昭63−261554(JP,A) 特開 昭62−212154(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基板上に所定方向に沿って複数の基準目盛
    が規則的に配置された位置座標軸及び記録層が設けられ
    た記録媒体を用い、前記記録媒体に対向して配置された
    プローブ電極と、前記プローブ電極を前記所定方向に移
    動する移動手段と、前記プローブ電極と記録媒体との間
    に電圧を印加する電圧印加手段と、電圧の印加によって
    前記プローブ電極と記録媒体との間に流れるトンネル電
    流を検出する電流検出手段とを備え、前記移動手段でプ
    ローブ電極を所定の方向に走査し、前記電流検出手段で
    検出されるトンネル電流の変化から前記基準目盛を検出
    し、検出された基準目盛を位置の基準として記録層の所
    望の位置にプローブ電極から電圧を印加することによっ
    て情報を記録することを特徴とする記録装置。
  2. 【請求項2】基板上に所定方向に沿って複数の基準目盛
    が規則的に配置された位置座標軸及び記録層が設けられ
    た記録媒体を用い、前記記録媒体に対向して配置された
    プローブ電極と、前記プローブ電極を前記所定方向に移
    動する移動手段と、前記プローブ電極と記録媒体との間
    に電圧を印加する電圧印加手段と、電圧の印加によって
    前記プローブ電極と記録媒体との間に流れるトンネル電
    流を検出する電流検出手段とを備え、前記移動手段でプ
    ローブ電極を所定の方向に走査し、前記電流検出手段で
    検出されるトンネル電流の変化から前記基準目盛を検出
    し、検出された基準目盛を位置の基準として記録層の所
    望の位置にプローブ電極から電圧を印加し、前記電流検
    出手段で検出されるトンネル電流の量の変化から記録層
    の記録を再生することを特徴とする再生装置。
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