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JPH06195776A - Recording/reproducing method and device - Google Patents

Recording/reproducing method and device

Info

Publication number
JPH06195776A
JPH06195776A JP34431192A JP34431192A JPH06195776A JP H06195776 A JPH06195776 A JP H06195776A JP 34431192 A JP34431192 A JP 34431192A JP 34431192 A JP34431192 A JP 34431192A JP H06195776 A JPH06195776 A JP H06195776A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
recording
probe
recording medium
circuit
reproducing
Prior art date
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Granted
Application number
JP34431192A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3093065B2 (en
Inventor
Kunihiro Sakai
邦裕 酒井
Takahiro Oguchi
高弘 小口
Akihiko Yamano
明彦 山野
Shunichi Shito
俊一 紫藤
Akira Kuroda
亮 黒田
Katsunori Hatanaka
勝則 畑中
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Canon Inc
Original Assignee
Canon Inc
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Canon Inc filed Critical Canon Inc
Priority to JP04344311A priority Critical patent/JP3093065B2/en
Publication of JPH06195776A publication Critical patent/JPH06195776A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3093065B2 publication Critical patent/JP3093065B2/en
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  • Recording Measured Values (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent a recording error from occurring in a recording/ reproducing method and a device therefor. CONSTITUTION:When a probe 11 scans in the +X-axis direction as a distance between the probe 11 and a recording layer 13 is kept at a fixed value in a recording and reproducing device 10, a control signal C is transmitted over an offet generating circuit 21 from a write timing circuit 18, and offset voltage VOF is output from the offset generating circuit 21 to a drive circuit 17. A piezo actuator 21 is driven by a drive signal SD prepared by the drive circuit 17 corresponding to voltage, in which offset voltage VOF is overlapped to drive voltage VD, thus moving the probe 11 in the -Z-axis direction until the probe II is brought into contact molecularly with the recording layer 13. A recording bit 14 is formed at the said position of recording of the recording layer 13.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、記録再生方法および記
録再生装置に関し、特に、記録媒体とプローブとの間の
物理的相互作用により生じる信号を利用して記録媒体に
記録情報を記録するとともにこの記録された記録情報を
再生する記録再生方法および記録再生装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a recording / reproducing method and a recording / reproducing apparatus, and more particularly to recording recording information on a recording medium using a signal generated by a physical interaction between a recording medium and a probe. The present invention relates to a recording / reproducing method and a recording / reproducing apparatus for reproducing the recorded record information.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、導体の表面原子の電子構造を直接
観測できる走査型トンネル顕微鏡(STM)が開発さ
れ、以下に示す理由により、広範囲な応用が期待されて
いる(G.Binnig et al., Phys. Rev. Lett., 49, 57, 19
82)。 (1)単結晶,非晶質を問わずに、実空間像の測定を著
しく高い分解能(ナノメートル以下)で行える。 (2)試料に電流による損傷を与えずに、低電力で観測
できる利点を有する。 (3)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。
2. Description of the Related Art In recent years, a scanning tunneling microscope (STM) has been developed which can directly observe the electronic structure of surface atoms of a conductor, and is expected to have a wide range of applications for the following reasons (G. Binnig et al. , Phys. Rev. Lett., 49, 57, 19
82). (1) Real-space images can be measured with extremely high resolution (nanometer or less) regardless of whether they are single crystals or amorphous. (2) It has an advantage that it can be observed at low power without damaging the sample by current. (3) It operates in the atmosphere and can be used for various materials.

【0003】走査型トンネル顕微鏡は、プローブ(金属
の探針)と導電性物質との間に電圧を加えた状態で、プ
ローブを導電性物質の表面から1nm程度の距離まで近
づけたときにプローブと導電性物質の表面との間に流れ
るトンネル電流を利用するものである。このトンネル電
流の大きさは、プローブと導電性物質の表面との間の距
離に依存し、かつ、この距離の変化に非常に敏感であ
る。そのため、トンネル電流の大きさを一定に保つよう
にプローブを走査することにより、実空間の全電子雲に
関する種々の情報を読み取ることが可能となる。また、
走査型トンネル顕微鏡を用いた解析は、導電性物質の表
面解析に限らず、導電性材料の表面に薄く形成された絶
縁膜の構造解析にも応用され始めている。なお、いずれ
の場合においても、導電性物質または絶縁膜の面内方向
の分解能は、0.1nm程度である。
A scanning tunneling microscope is used as a probe when a probe (metal probe) and a conductive substance are applied with a voltage and the probe is brought close to the surface of the conductive substance by a distance of about 1 nm. The tunnel current flowing between the conductive material and the surface of the conductive material is used. The magnitude of this tunneling current depends on the distance between the probe and the surface of the conductive material and is very sensitive to changes in this distance. Therefore, by scanning the probe so as to keep the magnitude of the tunnel current constant, it becomes possible to read various kinds of information regarding the whole electron cloud in the real space. Also,
The analysis using the scanning tunneling microscope is not limited to the surface analysis of the conductive material, but is beginning to be applied to the structural analysis of the insulating film thinly formed on the surface of the conductive material. In any case, the in-plane resolution of the conductive material or the insulating film is about 0.1 nm.

【0004】このような走査型トンネル顕微鏡の原理を
応用すれば、十分に原子オーダ(サブ・ナノメートル)
での高密度記録再生を行うことが可能である。すなわ
ち、記録媒体上に物理的変形または記録媒体の表面の電
子状態に変化を与えることによって記録情報を記録する
とともに、記録した記録情報を走査型トンネル顕微鏡に
より再生することが可能である。たとえば、記録媒体と
プローブとの間にパルス電圧(たとえば、波高値3〜8
Vおよびパルス幅1〜100μsのパルス電圧)を印加
することにより、記録媒体としてグラファイトを用いた
場合には、グラファイトの表面に微小ホール(たとえ
ば、直径4nm程度の微小ホール)を形成でき、また、
記録媒体としてAuなどの金属を用いた場合には、この
金属の表面に微小突起(たとえば、直径10nm程度の
微小突起)を形成できることが知られており、かかる微
小ホールおよび微小突起を記録ビットとして使用するこ
とができる。
If the principle of such a scanning tunneling microscope is applied, the atomic order (sub-nanometer) can be sufficiently obtained.
It is possible to perform high-density recording / reproduction in. That is, it is possible to record the recorded information by physically deforming it or changing the electronic state of the surface of the recording medium on the recording medium, and it is possible to reproduce the recorded recording information by the scanning tunneling microscope. For example, a pulse voltage (for example, a peak value of 3 to 8) is applied between the recording medium and the probe.
By applying V and a pulse voltage having a pulse width of 1 to 100 μs, when graphite is used as the recording medium, minute holes (for example, minute holes having a diameter of about 4 nm) can be formed on the surface of the graphite.
When a metal such as Au is used as the recording medium, it is known that minute protrusions (for example, minute protrusions having a diameter of about 10 nm) can be formed on the surface of the metal, and such minute holes and minute protrusions are used as recording bits. Can be used.

【0005】また、記録層として、導電率変化のスイッ
チング特性に対してメモリ効果をもつ材料(たとえば、
π電子系有機化合物またはカルコゲン化合物類の薄膜
層)を用いて記録再生を走査型トンネル顕微鏡で行う方
法が、特開昭63−161552号公報および特開昭6
3−161553号公報に開示されている。この方法に
よれば、記録ビットのサイズを10nmとすれば、10
12bit/cm2 もの大容量記録再生が可能である。
Further, as the recording layer, a material having a memory effect on the switching characteristic of the change in conductivity (for example,
A method of performing recording / reproduction with a scanning tunneling microscope using a thin film layer of a π-electron organic compound or chalcogen compound is disclosed in JP-A-63-161552 and JP-A-6-165552.
It is disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-161553. According to this method, if the recording bit size is 10 nm, then 10
Large-capacity recording / playback of 12 bit / cm 2 is possible.

【0006】走査型トンネル顕微鏡の原理を応用した記
録再生装置では、記録媒体へ記録情報を記録する場合に
は、プローブが所定の位置までくるのを待って、プロー
ブの走査を継続しながらまたはプローブの走査を停止し
たのちに、プローブと記録媒体との間に流れるトンネル
電流を大きくする操作が行われる。ここで、トンネル電
流を大きくするためには、一般的には、印加バイアス電
圧を徐々にまたは急峻に変化させればよいが、記録時間
の短縮化を図り、温度ドリフトや振動などの外乱の影響
を抑えるためには、パルス状の電圧を記録媒体とプロー
ブとの間に印加することが好ましく、たとえば波高値2
〜10Vおよびパルス幅0.1〜100μsのパルス電
圧が印加される。
In the recording / reproducing apparatus applying the principle of the scanning tunneling microscope, when recording the recording information on the recording medium, the probe is kept waiting for the probe to reach a predetermined position, or while the probe is being scanned. After stopping the scanning of, the operation of increasing the tunnel current flowing between the probe and the recording medium is performed. Here, in order to increase the tunnel current, generally, the applied bias voltage may be gradually or sharply changed, but the recording time is shortened and the influence of disturbance such as temperature drift and vibration is increased. In order to suppress the noise, it is preferable to apply a pulsed voltage between the recording medium and the probe.
A pulse voltage of -10 V and a pulse width of 0.1-100 μs is applied.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た走査型トンネル顕微鏡の原理を応用した記録再生装置
では、記録時に印加電圧を大きくした結果として、記録
媒体とプローブとの間の電界強度も大きくなる。すなわ
ち、記録媒体とプローブとの間の距離が1nm程度であ
ったとすると、記録媒体とプローブとの間に生じる電界
は107 〜108V/cmにも達する。かかる強電界下
では、主として電界放射による電流が流れる。この場
合、トンネル電流とは異なり、プローブの最先端の原子
に限らず、プローブの先端近傍の先鋭部または記録媒体
側の凸部先端からのキャリア注入が生じる可能性があ
る。その結果、場合によっては記録ビットの生成率が低
下する。また、記録ビットが形成される場合でも、トン
ネル電流モードでアクセスされる記録再生位置(記録ビ
ットの形成目標位置)と記録時にトンネル電流が流れる
箇所(記録ビットの実際の形成位置)がずれたり、記録
ビットの形状が歪んだり、または、記録ビットが肥大化
したりすることがある。
However, in the recording / reproducing apparatus to which the principle of the scanning tunneling microscope described above is applied, the electric field strength between the recording medium and the probe also increases as a result of increasing the applied voltage during recording. . That is, assuming that the distance between the recording medium and the probe is about 1 nm, the electric field generated between the recording medium and the probe reaches 10 7 to 10 8 V / cm. Under such a strong electric field, a current mainly due to field emission flows. In this case, unlike the tunnel current, carrier injection may occur not only from the tipmost atom of the probe but from the sharp tip near the tip of the probe or the tip of the convex portion on the recording medium side. As a result, in some cases, the generation rate of recording bits decreases. Further, even when the recording bit is formed, the recording / reproducing position (recording bit formation target position) accessed in the tunnel current mode and the portion where the tunnel current flows during recording (actual recording bit formation position) are displaced, The shape of the recording bit may be distorted or the recording bit may be enlarged.

【0008】大容量の記録再生装置においては、記録エ
ラーの問題は記録再生プロセスの複雑化を招き、また、
記録の冗長性が増すことで記録密度の低下を引き起こ
す。その結果として、システム全体が複雑化および大型
化してしまう。
In a large-capacity recording / reproducing apparatus, the problem of recording error causes the recording / reproducing process to be complicated, and
The increase in recording redundancy causes a decrease in recording density. As a result, the entire system becomes complicated and large.

【0009】本発明の目的は、記録エラーの防止が図れ
る記録再生方法および記録再生装置を提供することにあ
る。
It is an object of the present invention to provide a recording / reproducing method and a recording / reproducing apparatus capable of preventing a recording error.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明の記録再生方法
は、記録媒体とプローブとの間の物理的相互作用により
生じる信号を利用して該記録媒体に記録情報を記録する
とともに該記録された記録情報を再生する記録再生方法
において、前記記録媒体に前記記録情報を記録する期間
では、該記録媒体に前記プローブを分子接触させる。
In the recording / reproducing method of the present invention, recording information is recorded on the recording medium by using a signal generated by a physical interaction between the recording medium and the probe. In the recording / reproducing method of reproducing recorded information, the probe is brought into molecular contact with the recording medium during a period of recording the recorded information.

【0011】ここで、前記記録媒体に前記プローブを分
子接触させたときの該記録媒体と該プローブとの間の接
触抵抗値を1MΩ以下としてもよく、前記記録媒体に前
記プローブを分子接触させたときの該記録媒体と該プロ
ーブとの間の接触抵抗値を100kΩ以下としてもよ
い。
Here, the contact resistance value between the recording medium and the probe when the probe is brought into molecular contact with the recording medium may be 1 MΩ or less, and the probe is brought into molecular contact with the recording medium. The contact resistance value between the recording medium and the probe at this time may be 100 kΩ or less.

【0012】また、前記記録媒体に前記プローブを分子
接触させる期間では、該記録媒体と該プローブとの間に
10-8N以上の作用力が生じる程度までに、該記録媒体
と該プローブとを接近させてもよく、前記記録媒体に前
記プローブを分子接触させる期間では、該記録媒体と該
プローブとの間に10-7N以上の作用力が生じる程度ま
でに、該記録媒体と該プローブとを接近させてもよい。
Further, during the period in which the probe is brought into molecular contact with the recording medium, the recording medium and the probe are moved to such an extent that an acting force of 10 −8 N or more is generated between the recording medium and the probe. The recording medium and the probe may be brought close to each other to such an extent that an action force of 10 −7 N or more is generated between the recording medium and the probe during the period in which the probe is brought into molecular contact with the recording medium. May approach.

【0013】さらに、前記記録媒体に前記記録情報を記
録する期間以外の期間での該記録媒体と前記プローブと
の距離をZ0 nmとしたとき、該記録媒体に前記記録情
報を記録する期間では、該記録媒体と前記プローブとを
(Z0−4) nm以上接近させてもよく、前記記録媒体
に前記記録情報を記録する期間では、該記録媒体と前記
プローブとをZ0 nm以上(Z0+3) nm以下だけ接
近させてもよい。
Further, when the distance between the recording medium and the probe in a period other than the period for recording the recording information on the recording medium is Z 0 nm, during the period for recording the recording information on the recording medium, The recording medium and the probe may be brought closer to each other by (Z 0 −4) nm or more, and during the period in which the recording information is recorded on the recording medium, the recording medium and the probe are set to Z 0 nm or more (Z 0 nm or more (Z 0 +3) You may make it approach only by nm or less.

【0014】本発明の記録再生装置は、記録媒体とプロ
ーブとの間の物理的相互作用により生じる信号を利用し
て該記録媒体に記録情報を記録するとともに該記録され
た記録情報を再生する記録再生装置において、前記プロ
ーブを前記記録媒体の表面に対して垂直方向に移動させ
るプローブ移動手段と、該プローブ移動手段を駆動する
駆動手段とを含み、該駆動手段が、前記記録媒体に前記
記録情報を記録する期間では該記録媒体に前記プローブ
を分子接触させるよう前記プローブ移動手段を駆動す
る。
The recording / reproducing apparatus of the present invention records the recording information on the recording medium using a signal generated by the physical interaction between the recording medium and the probe, and reproduces the recorded recording information. The reproducing apparatus includes probe moving means for moving the probe in a direction perpendicular to the surface of the recording medium, and driving means for driving the probe moving means, the driving means including the recorded information on the recording medium. In the recording period, the probe moving means is driven to bring the probe into molecular contact with the recording medium.

【0015】ここで、前記記録媒体に前記プローブを分
子接触させたときに該記録媒体と該プローブとの間に流
れる電流を1μA以下に制限する電流制限手段をさらに
含んでもよく、前記電流制限手段が、前記電流の経路に
設けられた抵抗素子であってもよく、前記抵抗素子の抵
抗値が、1MΩ以下であってもよい。
Here, a current limiting means may be further included for limiting a current flowing between the recording medium and the probe to 1 μA or less when the probe is brought into molecular contact with the recording medium. However, it may be a resistance element provided in the current path, and the resistance value of the resistance element may be 1 MΩ or less.

【0016】[0016]

【作用】本発明の記録再生方法および記録再生装置は、
公知のプローブを用いた接触記録方式と接触の程度にお
いて著しく異なる。すなわち、本発明の記録再生方法お
よび記録再生装置における接触は、プローブの最先端部
の微小領域のみが記録媒体に接触している状態(原子接
触または分子接触)である。なお、この接触は最先端原
子,最先端分子または分子集合体サイズでの接触である
ことから、本明細書中では、便宜上、かかる接触を「分
子接触」と呼ぶ。
The recording / reproducing method and recording / reproducing apparatus of the present invention are
There is a marked difference in the degree of contact with the contact recording method using a known probe. That is, the contact in the recording / reproducing method and the recording / reproducing apparatus of the present invention is a state (atomic contact or molecular contact) in which only the minute region at the tip of the probe is in contact with the recording medium. In addition, since this contact is a contact at the most advanced atom, most advanced molecule, or molecular aggregate size, in the present specification, such contact is referred to as “molecular contact” for convenience.

【0017】分子接触の程度に関しては、分子接触した
状態で流れる電流値や抵抗値またはプローブと記録媒体
との間に生じる作用力(接触圧)によってモニタするこ
とができる。また、公知の走査型トンネル顕微鏡技術に
よってプローブと記録媒体との間の距離をサブ・ナノメ
ートルのオーダーで制御(たとえば、圧電体を用いたプ
ローブ位置のサーボ制御)することは容易であり、かか
る状態から一定量だけプローブを記録媒体に接近させる
ことによって所望の分子接触状態を再現性よく実現する
ことも可能である。
The degree of molecular contact can be monitored by the value of current or resistance flowing in the state of being in molecular contact or the acting force (contact pressure) generated between the probe and the recording medium. Further, it is easy to control the distance between the probe and the recording medium on the order of sub-nanometers (for example, servo control of the probe position using a piezoelectric body) by a known scanning tunneling microscope technique. It is also possible to reproducibly achieve a desired molecular contact state by bringing the probe close to the recording medium by a certain amount from the state.

【0018】[0018]

【実施例】以下、本発明の実施例について、図面を参照
して説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0019】図1は、本発明の記録再生装置の第1の実
施例を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the recording / reproducing apparatus of the present invention.

【0020】記録再生装置10は、プローブ11と、ピ
エゾアクチュエータ12と、XYステージ13と、電流
電圧変換回路14と、サンプルホールド回路15と、サ
ーボ回路16と、ドライブ回路17と、書込みタイミン
グ回路18と、バイアス発生回路19と、XY走査回路
20と、オフセット発生回路21と、データ変調回路2
2と、データ復調回路23とを含む。
The recording / reproducing apparatus 10 includes a probe 11, a piezo actuator 12, an XY stage 13, a current / voltage conversion circuit 14, a sample / hold circuit 15, a servo circuit 16, a drive circuit 17, and a write timing circuit 18. , Bias generating circuit 19, XY scanning circuit 20, offset generating circuit 21, and data modulating circuit 2
2 and a data demodulation circuit 23.

【0021】記録媒体1は、基板11 と、基板11 の表
面に形成された下地電極12 と、下地電極12 の表面に
形成された、電流電圧のスイッチング特性に関してメモ
リ効果を有する材料からなる記録層13 とで構成されて
いる。具体的には、記録媒体1は、シリコン基板または
ガラスや雲母などの平坦な基板を基板11 として用い、
また、単結晶性の金(Au)を下地電極12 として用い
ている。さらに、記録媒体1は、
The recording medium 1 is made of a material having a substrate 1 1, and the base electrode 1 2 formed on the surface of the substrate 1 1, which is formed on the base electrode 1 second surface, a memory effect with respect to switching characteristics of the current-voltage It is composed of a recording layer 1 3 made of. Specifically, the recording medium 1, using a flat substrate such as a silicon substrate or a glass or mica as the substrate 1 1,
Also used monocrystalline gold (Au) as the base electrode 1 2. Furthermore, the recording medium 1 is

【0022】[0022]

【化1】 で示されるポリアミック酸分子(分子量約20万)の[Chemical 1] Of polyamic acid molecule (molecular weight about 200,000)

【0023】[0023]

【化2】 で示されるヘキサデシルアミン塩の単分子膜をLB法に
より下地電極12 上に二層,四層または六層累積したの
ち、300℃で10分間の熱処理を行うことでイミド化
して形成した
[Chemical 2] The hexadecylamine salt monomolecular film represented by the formula ( 2 ) was formed by accumulating two, four or six layers on the base electrode 12 by the LB method, and then performing a heat treatment at 300 ° C. for 10 minutes for imidization.

【0024】[0024]

【化3】 で示されるポリイミド単分子累積膜を記録層13 として
用いている。
[Chemical 3] And a polyimide monomolecular film shown in using as the recording layer 1 3.

【0025】次に、記録再生装置10の各構成要素につ
いて詳しく説明する。
Next, each component of the recording / reproducing apparatus 10 will be described in detail.

【0026】(1)プローブ11およびピエゾアクチュ
エータ12 ピエゾアクチュエータ12は、ドライブ回路17から送
られてくるドライブ信号SD により駆動されて、ドライ
ブ信号SD に応じてプローブ11を図示Z軸方向に移動
させる。
(1) Probe 11 and piezo actuator 12 The piezo actuator 12 is driven by the drive signal S D sent from the drive circuit 17, and moves the probe 11 in the Z-axis direction in the drawing in response to the drive signal S D. Let

【0027】(2)XYステージ13 XYステージ13は、XY走査回路20の出力信号によ
り駆動されて、この出力信号に応じて図示X軸方向およ
びY軸方向に移動される。なお、記録媒体1はXYステ
ージ13上に載置されている。
(2) XY stage 13 The XY stage 13 is driven by the output signal of the XY scanning circuit 20 and is moved in the X-axis direction and the Y-axis direction in the figure in accordance with the output signal. The recording medium 1 is placed on the XY stage 13.

【0028】(3)電流電圧変換回路14,サンプルホ
ールド回路15,サーボ回路16およびドライブ回路1
7 電流電圧変換回路14は、記録層13 を介してプローブ
11と下地電極12 との間を流れる電流Jを検出して電
圧信号Vに変換する。サンプルホールド回路15は、書
込みタイミング回路18から送られてくる第1の書込み
制御信号W1 に応じて、電流電圧変換回路14から送ら
れてくる電圧信号Vの電圧値をホールドする。サーボ回
路16は、サンプルホールド回路15から送られてくる
電圧信号Vの電圧値を用いて所定の演算を行うことによ
りドライブ電圧VD を算出する。ドライブ回路17は、
サーボ回路16から送られてくるドライブ電圧VD およ
びオフセット発生回路21から送られてくるオフセット
電圧VOFに応じてドライブ信号SD を作成し、作成した
ドライブ信号SD をピエゾアクチュエータ12に出力す
る。
(3) Current-voltage conversion circuit 14, sample-hold circuit 15, servo circuit 16 and drive circuit 1
7 current-voltage conversion circuit 14 converts detects a current J flowing between the probe 11 and the base electrode 1 2 through the recording layer 1 3 into a voltage signal V. The sample hold circuit 15 holds the voltage value of the voltage signal V sent from the current-voltage conversion circuit 14 in response to the first write control signal W 1 sent from the write timing circuit 18. The servo circuit 16 calculates the drive voltage V D by performing a predetermined calculation using the voltage value of the voltage signal V sent from the sample hold circuit 15. The drive circuit 17 is
A drive signal S D is created according to the drive voltage V D sent from the servo circuit 16 and the offset voltage V OF sent from the offset generation circuit 21, and the created drive signal S D is output to the piezo actuator 12. .

【0029】(4)書込みタイミング回路18およびオ
フセット発生回路21 書き込みタイミング回路18は、記録時に制御信号Cを
発生する。オフセット発生回路21は、制御信号Cが書
き込みタイミング回路18から送られてくると、プロー
ブ11を記録層13 に分子接触させるためのオフセット
電圧VOFを出力する。
(4) Write Timing Circuit 18 and Offset Generation Circuit 21 The write timing circuit 18 generates the control signal C during recording. Offset generating circuit 21, the control signal C is the transmitted from the write timing circuit 18, and outputs an offset voltage V OF for causing molecules contacting the probe 11 to the recording layer 1 3.

【0030】(5)バイアス発生回路19およびXY走
査回路20 バイアス発生回路19は、書込みタイミング回路18か
ら送られてくる第2の書込み制御信号W2 に応じて読出
しバイアス電圧VBRおよび記録パルス電圧VPWを発生し
て、記録媒体1の下地電極12 に印加する。XY走査回
路20は、書込みタイミング回路18から送られてくる
第3の書込み制御信号W3 に応じてXYステージ13を
駆動して、プローブ11が記録媒体1の記録データ列を
追跡するように制御する。
(5) Bias Generating Circuit 19 and XY Scanning Circuit 20 The bias generating circuit 19 responds to the second write control signal W 2 sent from the write timing circuit 18 to read bias voltage V BR and recording pulse voltage. generates a V PW, is applied to the base electrode 1 second recording medium 1. The XY scanning circuit 20 drives the XY stage 13 in response to the third write control signal W 3 sent from the write timing circuit 18, and controls the probe 11 to trace the recording data string of the recording medium 1. To do.

【0031】(6)データ変調回路22およびデータ復
調回路23 データ変調回路22は、外部から送られてくる記録デー
タDを変調して、書込みタイミング回路18に出力す
る。データ復調回路23は、電流電圧変換回路14から
送られてくる電圧信号Vから記録媒体1の記録層13
記録された記録データDを復調し、外部に出力する。
(6) Data Modulation Circuit 22 and Data Demodulation Circuit 23 The data modulation circuit 22 modulates the recording data D sent from the outside and outputs it to the write timing circuit 18. Data demodulation circuit 23 demodulates the recorded data D recorded on the recording layer 1 3 of the recording medium 1 from the voltage signal V sent from the current-voltage conversion circuit 14, and outputs to the outside.

【0032】次に、記録再生装置10の動作について、
図1および図2を参照して説明する。
Next, regarding the operation of the recording / reproducing apparatus 10,
This will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

【0033】サーボ回路16から送られてくるドライブ
電圧VD に応じてドライブ回路17で作成されたドライ
ブ信号SD によってピエゾアクチュエータ21が駆動さ
れ、また、XYステージ13がXY走査回路20の出力
信号によって駆動されることにより、図2(A)に示す
ように、プローブ11と記録層13 との間の距離が一定
値Z0 に保たれたまま、プローブ11が図示矢印方向
(+X軸方向)に走査されて所定の記録位置まで移動さ
れる。続いて、XY走査回路20からXYステージ13
への出力信号の出力が中止されることにより、プローブ
11は前記記録位置で停止する。続いて、制御信号Cが
書き込みタイミング回路18からオフセット発生回路2
1に送られることにより、オフセット電圧VOFがオフセ
ット発生回路21からドライブ回路17に出力される。
これにより、ドライブ電圧VD にオフセット電圧VOF
重畳された電圧に応じたドライブ信号SD が、ドライブ
回路17で作成される。作成されたドライブ信号SD
よってピエゾアクチュエータ21が駆動されることによ
り、同図(B)に示すように、プローブ11が記録層1
3 に分子接触されるまで図示下方(−Z軸方向)に移動
される。
The piezo actuator 21 is driven by the drive signal S D generated by the drive circuit 17 in accordance with the drive voltage V D sent from the servo circuit 16, and the XY stage 13 outputs the output signal of the XY scanning circuit 20. by being driven by, as shown in FIG. 2 (a), while the distance between the probe 11 and the recording layer 1 3 is kept at a constant value Z 0, the probe 11 is shown arrow direction (+ X-axis direction ) And is moved to a predetermined recording position. Then, from the XY scanning circuit 20 to the XY stage 13
By stopping the output of the output signal to the probe 11, the probe 11 stops at the recording position. Then, the control signal C changes from the write timing circuit 18 to the offset generation circuit 2
By being sent to 1, the offset voltage V OF is output from the offset generation circuit 21 to the drive circuit 17.
As a result, the drive circuit 17 produces the drive signal S D corresponding to the voltage obtained by superposing the offset voltage V OF on the drive voltage V D. As the piezo actuator 21 is driven by the generated drive signal S D , the probe 11 moves the recording layer 1 as shown in FIG.
It is moved downward (-Z axis direction) in the figure until it comes into molecular contact with 3 .

【0034】その後、0.1Vのバイアス電圧に波高値
2.5Vのパルス電圧が重畳された記録パルス電圧VPW
がバイアス発生回路19からプローブ11と下地電極1
2 との間に印加されることにより、同図(C)に示すよ
うに、記録層13 の前記記録位置に記録ビット14 が生
成される。続いて、オフセット発生回路21からドライ
ブ回路17へのオフセット電圧VOFの出力が中止される
ことにより、同図(D)に示すように、プローブ11と
記録層13 との間の距離が一定値Z0 となるまで、プロ
ーブ11が図示上方(+Z軸方向)に移動される。続い
て、XY走査回路20の出力信号がXYステージ13へ
再度出力されることにより、プローブ11が次の記録位
置まで走査される。
Thereafter, a recording pulse voltage V PW in which a pulse voltage having a peak value of 2.5 V is superimposed on a bias voltage of 0.1 V
From the bias generation circuit 19 to the probe 11 and the base electrode 1.
By being applied between 2 and 2 , the recording bit 1 4 is generated at the recording position of the recording layer 1 3 as shown in FIG. Then, the output of the offset voltage V OF from the offset generation circuit 21 to the drive circuit 17 is stopped, as shown in FIG. 1 (D), the distance between the probe 11 and the recording layer 1 3 is constant The probe 11 is moved upward (in the + Z axis direction) in the figure until the value becomes Z 0 . Then, the output signal of the XY scanning circuit 20 is output to the XY stage 13 again, so that the probe 11 is scanned to the next recording position.

【0035】その後、以上の動作が繰り返されることに
より、記録ビット14 が記録層13の各記録位置にそれ
ぞれ生成されていく。
After that, by repeating the above operation, the recording bit 1 4 is generated at each recording position of the recording layer 1 3 .

【0036】ここで、プローブ11の図2図示右方向
(X軸方向)への走査とプローブ11の図2図示上下方
向(Z軸方向)への移動のタイミングとしては、図3
(A)に示すように、プローブ11をX軸方向へ走査し
ながらプローブ11をZ軸方向へ移動してもよく、ま
た、同図(B)に示すように、プローブ11が記録層1
3 に分子接触するまでZ軸方向に移動する際にのみプロ
ーブ11のX軸方向への走査を停止してもよく、さら
に、同図(C)に示すように、プローブ11をZ軸方向
に移動する際にはプローブ11のX軸方向への走査を停
止してもよい。なお、上述した記録再生装置10の動作
は、プローブ11を図3図(C)に示すようにX軸方向
へ走査させるとともにZ軸方向に移動させたときのもの
である。
The timing for scanning the probe 11 in the right direction (X-axis direction) in FIG. 2 and the timing for moving the probe 11 in the vertical direction (Z-axis direction) in FIG. 2 is as shown in FIG.
As shown in (A), the probe 11 may be moved in the Z-axis direction while scanning the probe 11 in the X-axis direction, and as shown in FIG.
The scanning of the probe 11 in the X-axis direction may be stopped only when the probe 11 moves in the Z-axis direction until it comes in contact with the molecule 3 , and further, as shown in FIG. When moving, the scanning of the probe 11 in the X-axis direction may be stopped. The operation of the recording / reproducing apparatus 10 described above is performed when the probe 11 is scanned in the X-axis direction and moved in the Z-axis direction as shown in FIG.

【0037】以上のようにして、所定数の記録ビット1
4 を記録媒体1に記録したのち、プローブ11と記録層
3 との間の距離を一定に保ったままプローブ11をX
軸方向に走査して、このときにプローブ11で検出され
る電流Jを電流電圧変換回路14で電圧信号Vに変換し
てデータ復調回路23に送ることにより、データ復調回
路23で記録データDを復調した。
As described above, the predetermined number of recording bits 1
4 After recording on a recording medium 1, the left probe 11 was kept constant distance between the probe 11 and the recording layer 1 3 X
By scanning in the axial direction, the current J detected by the probe 11 at this time is converted into a voltage signal V by the current-voltage conversion circuit 14 and sent to the data demodulation circuit 23, whereby the recording data D is recorded by the data demodulation circuit 23. Demodulated.

【0038】その結果、記録層13 を層数二層,四層お
よび六層としたいずれの記録媒体1においても、以下に
示す結果が得られた。
[0038] As a result, the number of layers two layers recording layer 1 3, in any of the recording medium 1 with four layers and sixth layer, the results shown below were obtained.

【0039】プローブ11と記録層13 との間の走査時
の距離Z0 を1nmとした実験において、 (a)プローブ11の記録層13 への接近量が0.6n
m未満のときには、1024個の記録ビット14 の形成
に対して1〜2%程度の確率で記録エラー(すなわち、
記録ビット14 の未形成や20nmφ以上の記録ビット
4 の異常生成)が観察された。また、記録ビット14
が異常生成した記録位置の前後で、意図した記録位置と
実際に記録ビット14 が形成された位置とのずれ(記録
ビットの位置ズレ)が5nm以上に達する場合もあっ
た。
In an experiment in which the scanning distance Z 0 between the probe 11 and the recording layer 1 3 was 1 nm, (a) the approach amount of the probe 11 to the recording layer 1 3 was 0.6 n.
When less than m, the recording error with a probability of about 1-2% with respect to the formation of 1024 recording bit 1 4 (i.e.,
It was observed that the recording bit 1 4 was not formed and the recording bit 1 4 with a diameter of 20 nm or more was abnormally generated. Also, record bit 1 4
Is before and after the recording position generated abnormally, and in some cases the deviation of the intended recording position actually recording bits 1 4 is formed position (positional deviation of the recording bit) reaches more than 5 nm.

【0040】(b)これに対して、プローブ11の記録
層13 への接近量を0.6nm以上(特に、1〜4n
m)としたときには、記録ビット14 の形状ばらつきが
極めて少なく、かつ、5nmφ以下の微小な記録ビット
4 が形成できた。また、記録ビット位置ずれも±1n
m以下であった。なお、距離Z0 =1nmの状態でプロ
ーブ11を0.6nmしか接近させないにもかかわらず
良好な記録ビットが形成されたのは、大気中で実験を行
ったために、記録媒体1の表面の吸着水などの分子レベ
ルのコンタミネーションが介在して距離Z0 より0.4
nm程度小さい接近距離から分子接触が生じたためと考
えられる。
[0040] (b) In contrast, more than 0.6nm approach of the recording layer 1 3 of the probe 11 (in particular, 1~4N
when the m), the shape variation of the recording bit 1 4 is extremely small, and, following minute recording bits 1 4 5Nmfai was formed. Also, the recording bit position shift is ± 1n
It was m or less. It should be noted that the reason why a good recording bit was formed even though the probe 11 was brought close to only 0.6 nm in the state of the distance Z 0 = 1 nm was that adsorption on the surface of the recording medium 1 was performed because the experiment was performed in the atmosphere. 0.4 from the distance Z 0 due to molecular level contamination such as water
It is considered that the molecular contact occurred from the approach distance as small as about nm.

【0041】(c)距離Z0 =1nmに対してプローブ
11を4nmほど押し込んだ場合でも、プローブ11の
先端による圧痕などが記録層13 ,下地電極12 および
基板11 に観察されなかった。このことより、距離Z0
以上にプローブ11を記録層13 に移動させても、ある
程度までの変位(押し込み)に対しては、プローブ11
または記録層13 を含めた基板11 が弾性変形すること
で、分子接触の状態が保たれると考えられる。
(C) Even when the probe 11 was pushed in by about 4 nm for the distance Z 0 = 1 nm, no indentation or the like due to the tip of the probe 11 was observed on the recording layer 1 3 , the base electrode 1 2 and the substrate 1 1 . . Therefore, the distance Z 0
Even when the probe 11 is moved to the recording layer 1 3 above, for the displacement to some extent (push), the probe 11
Alternatively, it is considered that the substrate 1 1 including the recording layer 1 3 is elastically deformed to maintain the state of molecular contact.

【0042】(d)上記(c)において、プローブ11
を記録層13 に5〜7nmほど押し込んだときには、記
録ビット14 のサイズばらつきが大きくなる傾向が認め
られたが、これは本発明の分子接触の領域を越えたため
と考える。
(D) In the above (c), the probe 11
The when pushed into the recording layer 1 3 as 5~7nm is a tendency that the size variation of the recording bit 1 4 increases were observed, which is considered to be because beyond the region of molecular contact of the present invention.

【0043】押し込み量に対して弾性変形が保たれる領
域は基板11 の材質などに大きく依存するが、プローブ
11と記録媒体1との間に流れる電流Jをモニタしなが
ら押し込み量を制御することで、材料や環境などに影響
されることなく、かつ、安定に目的の分子接触を達成す
ることができる。たとえば、上記実験においては、電流
Jが100nA以上(このときのバイアス電圧は100
mV、抵抗値換算で1MΩ以下)、さらに好ましくは1
μA以上流れるまで、プローブ11と記録媒体1との間
の相対距離を接近させることによって、良好な記録ビッ
ト14 の形成(記録操作)が実現できた。かかるる方法
によれば、押し込み以前に距離Z0 の値が不明であって
も、分子接触を再現性よく制御することができる。
The area where the elastic deformation is maintained against the pushing amount is dependent largely like material of the substrate 1 1, to control the amount of push while monitoring the current J flowing between the probe 11 and the recording medium 1 As a result, the desired molecular contact can be achieved stably without being affected by the material or environment. For example, in the above experiment, the current J is 100 nA or more (the bias voltage at this time is 100 nA).
mV, 1 MΩ or less in terms of resistance value), more preferably 1
until flowing above .mu.A, by approaching the relative distance between the probe 11 and the recording medium 1, formation of a good recording bit 1 4 (recording operation) can be realized. According to such a method, molecular contact can be controlled with good reproducibility even if the value of the distance Z 0 is unknown before the pushing.

【0044】ただし、プローブ11を記録媒体1に分子
接触させた状態では、プローブ11と記録層13 との間
を離した状態と比較して、記録パルス電圧VPWの印加時
に過剰の電流Jが流れる場合があり、この結果、記録ビ
ット14 の形状劣化や記録確率の低下が生じることがあ
る。これを抑止するためには、制限抵抗またはロードレ
ジスタンスを設置すること、すなわち、電流Jの経路の
一部に抵抗性素子または導電率の低い領域を設けるが望
まれる。具体的には、バイアス発生回路19の出力イン
ピーダンスを規定値以上になるように設計するか、また
は、電流電圧変換回路14の入力インピーダンスを規定
値以上になるように設計する。もちろん、プローブ11
と電流電圧変換回路14との間に、または、バイアス発
生回路19と下地電極12 との間に、抵抗体または抵抗
素子を直列に接続してもよい。また、下地電極12 と記
録層12 との間にSiO2 などの絶縁薄膜層を形成して
もよい。このときの好適な抵抗値は、記録パルス電圧V
PWの条件(波高値および幅)や記録層12 の厚さなどの
記録条件に依存するが、概ね1kΩ〜10kΩ以上の値
であれば記録ビット14 の形状の劣化などを防ぐことが
できる。また一方で、分子接触状態をモニタするために
は、この制限抵抗値は接触抵抗値(たとえば1MΩ)以
下であることが好ましい。
[0044] However, in the state of being molecules contacting the probe 11 to the recording medium 1, as compared to the state of release between the probe 11 and the recording layer 1 3, excess current J during application of the recording pulse voltage V PW may flow, as a result, there is a decrease in the shape deterioration and the recording probability of recording bit 1 4 occurs. In order to prevent this, it is desirable to provide a limiting resistance or load resistance, that is, to provide a resistive element or a region having low conductivity in a part of the path of the current J. Specifically, the output impedance of the bias generation circuit 19 is designed to be a specified value or more, or the input impedance of the current-voltage conversion circuit 14 is designed to be a specified value or more. Of course, probe 11
And between the current-voltage conversion circuit 14, or, between the bias generating circuit 19 and the base electrode 1 2, a resistor or resistive element may be connected in series. It is also possible to form the insulating thin film layer such as SiO 2 between the base electrode 1 2 and the recording layer 1 2. The preferable resistance value at this time is the recording pulse voltage V
Depending on recording conditions, such as conditions (wave height value and width) and the recording layer 1 of 2 thickness of PW, but generally it is possible to prevent such deterioration of the shape of the recording bit 1 4 If the value of the above 1kΩ~10kΩ . On the other hand, in order to monitor the molecular contact state, it is preferable that the limiting resistance value is equal to or less than the contact resistance value (for example, 1 MΩ).

【0045】本発明の記録再生装置の第2の実施例を示
す概略構成図である。
It is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the recording / reproducing apparatus of the present invention.

【0046】本実施例の記録再生装置110 は、3×3個
のプローブ(プローブ11111〜11113のみ図示)を有する
マルチプローブヘッド111 と、横方向駆動素子112 と、
縦方向駆動素子113 と、位置制御回路114 と、記録用電
圧印加回路115 と、切替回路116 と、検出電流信号処理
回路117 と、制御コンピュータ118 と、レーザ光源121
と、レンズ122 と、ポリゴンミラー123 と、回転速度制
御回路124 と、位置検出素子125 と、位置検出信号処理
回路126 とを含み、各プローブが記録媒体101に分子接
触した状態で生じる各プローブと記録媒体101 との間の
作用力を基にして、各プローブの位置をそれぞれ制御す
るものである。
The recording / reproducing apparatus 110 of this embodiment comprises a multi-probe head 111 having 3 × 3 probes (only probes 111 11 to 111 13 are shown), a lateral drive element 112,
The vertical drive element 113, the position control circuit 114, the recording voltage application circuit 115, the switching circuit 116, the detection current signal processing circuit 117, the control computer 118, and the laser light source 121.
A lens 122, a polygon mirror 123, a rotation speed control circuit 124, a position detection element 125, and a position detection signal processing circuit 126, and each probe generated when each probe is in molecular contact with the recording medium 101. The position of each probe is controlled based on the acting force with the recording medium 101.

【0047】次に、記録再生装置110 の各構成要素につ
いて詳しく説明する。
Next, each component of the recording / reproducing apparatus 110 will be described in detail.

【0048】(1)マルチプローブヘッド111 マルチプローブヘッド111 は、電子間力顕微鏡(AF
M)に用いられるような柔らかい弾性体カンチレバーか
らなる複数のプローブを一つの基板に集積化したもので
ある。すなわち、図示左端のプローブ11111 は、弾性体
からなるカンチレバー13111 と、カンチレバー13111
先端に形成された導電性のティップ13211とを備えたも
のであり、他のプローブについても同様である。
(1) Multi-probe head 111 The multi-probe head 111 is an electron force microscope (AF).
In this embodiment, a plurality of probes composed of soft elastic cantilevers used in M) are integrated on one substrate. In other words, the probe 111 11 illustrated left end, the cantilever 131 11 made of an elastic body, which has a tip 132 11 tip formed conductive to the cantilever 131 11 The same applies to the other probe .

【0049】マルチプローブヘッド111 は、次のように
して作製することができる。熱酸化により厚さ0.3μ
mのSiO2 膜をSi基板表面上に形成したのち、長さ
100μmおよび幅20μmのカンチレバー形状を3×
3のマトリックス状にパターニングする。続いて、ティ
ップ電極への電気信号配線パターンを形成したのち、S
i基板裏面からKOH液によって異方性エッチングを行
って、マルチプローブヘッド111 を形成する。続いて、
炭素などの電子ビームデポジション法により、高さ5μ
mのティップをカンチレバー先端に設ける。こうして完
成したマルチプローブヘッド111 上に作製された各プロ
ーブ先端のたわみに対する弾性定数は、0.01N/m
程度となる。また、各カンチレバーの反りや各プローブ
の高さのプロセス誤差などを考慮すると、マルチプロー
ブ支持部材を基準にした各プローブ先端の高さ方向の位
置ばらつきは1μm程度となる。なお、記録媒体101 と
しても、表面のうねりが1μm程度以下まで小さくされ
たものを用いる。
The multi-probe head 111 can be manufactured as follows. Thickness 0.3μ due to thermal oxidation
m SiO 2 film is formed on the surface of the Si substrate, and then a cantilever shape with a length of 100 μm and a width of 20 μm is formed into 3 ×.
3 to form a matrix. Subsequently, after forming an electric signal wiring pattern to the tip electrode, S
The multi-probe head 111 is formed by anisotropically etching the back surface of the i substrate with a KOH solution. continue,
Height of 5μ by electron beam deposition method of carbon etc.
The tip of m is installed on the tip of the cantilever. The elastic constant for the deflection of each probe tip manufactured on the thus completed multi-probe head 111 is 0.01 N / m.
It will be about. Further, considering the warp of each cantilever and the process error of the height of each probe, the positional variation in the height direction of each probe tip based on the multi-probe support member is about 1 μm. As the recording medium 101, one whose surface waviness is reduced to about 1 μm or less is used.

【0050】(2)横方向駆動素子112 ,縦方向駆動素
子113 および位置制御回路114 横方向駆動素子112 は、位置制御回路114 の出力信号に
よって駆動され、マルチプローブヘッド111 を図示X軸
方向,Y軸方向およびθ方向に移動させる。また、縦方
向駆動素子113 は、位置制御回路114 の出力信号によっ
て駆動され、記録媒体101 を図示Z軸方向に移動させ
る。
(2) Horizontal direction drive element 112, vertical direction drive element 113 and position control circuit 114 The horizontal direction drive element 112 is driven by the output signal of the position control circuit 114 to move the multi-probe head 111 in the X-axis direction in the drawing. It is moved in the Y-axis direction and the θ direction. The vertical drive element 113 is driven by the output signal of the position control circuit 114 to move the recording medium 101 in the Z-axis direction in the figure.

【0051】(3)記録用電圧印加回路115 および切替
回路116 記録用電圧印加回路115 は、各プローブと記録媒体101
との間に記録用電圧を印加するためのものであり、ま
た、切替回路116 は、記録用電圧印加回路115 から出力
される記録用電圧を所定のプローブにのみ印加するため
のものである。
(3) Recording voltage application circuit 115 and switching circuit 116 The recording voltage application circuit 115 includes the probes and the recording medium 101.
And a switching circuit 116 for applying the recording voltage output from the recording voltage applying circuit 115 to only a predetermined probe.

【0052】(4)検出電流信号処理回路117 および制
御コンピュータ118 と 検出電流信号処理回路117 は、各プローブと記録媒体10
1 との間に流れる電流の大きさを検出して、再生信号を
作成する。制御コンピュータ118 は、位置制御回路114
と検出電流信号処理回路117 と切替回路116 とをそれぞ
れ制御するためのものである。
(4) The detection current signal processing circuit 117, the control computer 118, and the detection current signal processing circuit 117 are connected to each probe and the recording medium 10.
The magnitude of the current that flows between 1 and 1 is detected and a playback signal is created. The control computer 118 has a position control circuit 114.
And the detection current signal processing circuit 117 and the switching circuit 116, respectively.

【0053】(5)レーザ光源121 ,レンズ122 ,ポリ
ゴンミラー123 ,回転速度制御回路124 ,位置検出素子
125 および位置検出信号処理回路126 レーザ光源121 は、レーザ光Lを発するためのものであ
る。レンズ122 は、レーザ光源121 から発せられたレー
ザ光Lを各プローブのカンチレバー上に集光させるため
のものである。ポリゴンミラー123 は、レンズ122 で集
光されたレーザ光Lを各プローブのカンチレバー上で順
次走査させるためのものである。回転速度制御回路124
は、ポリゴンミラー123 の回転を制御するとともに、レ
ーザ光Lの走査位置(すなわち、どのプローブのカンチ
レバーにレーザ光Lを照射しているかの情報)を出力す
るものである。位置検出素子125 は、レーザー光Lが照
射されたプローブのカンチレバーからの反射光の受光面
上でのスポット位置を検出するためのものである。位置
検出信号処理回路126 は、回転速度制御回路124 の出力
信号(レーザ光Lの走査位置を示す信号)および位置検
出素子125 の出力信号(位置検出信号)から、レーザー
光Lが照射されたプローブのカンチレバーの特定とその
カンチレバーの図示Z軸方向の変位量(たわみ量)の検
出とを行うためのものである。
(5) Laser light source 121, lens 122, polygon mirror 123, rotation speed control circuit 124, position detecting element
125 and the position detection signal processing circuit 126 The laser light source 121 is for emitting the laser light L. The lens 122 is for condensing the laser light L emitted from the laser light source 121 on the cantilever of each probe. The polygon mirror 123 is for sequentially scanning the cantilever of each probe with the laser light L condensed by the lens 122. Rotation speed control circuit 124
Controls the rotation of the polygon mirror 123, and outputs the scanning position of the laser light L (that is, information on which probe cantilever is irradiated with the laser light L). The position detecting element 125 is for detecting the spot position on the light receiving surface of the reflected light from the cantilever of the probe irradiated with the laser light L. The position detection signal processing circuit 126 receives the laser beam L from the output signal of the rotation speed control circuit 124 (a signal indicating the scanning position of the laser beam L) and the output signal of the position detection element 125 (the position detection signal). For identifying the cantilever and detecting the displacement amount (deflection amount) of the cantilever in the Z-axis direction in the drawing.

【0054】次に、マルチプローブヘッド111 と記録媒
体101 との間の距離調整について詳しく説明する。
Next, the distance adjustment between the multi-probe head 111 and the recording medium 101 will be described in detail.

【0055】マルチプローブヘッド111 と記録媒体101
との間の図示Z軸方向の相対距離は、縦方向駆動素子11
3 によって制御される。すなわち、たとえば図示左端の
プローブ11111 を記録媒体101 に1nm以下の距離まで
近づけると、プローブ11111と記録媒体101 との間に作
用力が生じ、この作用力によって、プローブ11111 を支
持する弾性体からなるカンチレバー13111 にたわみが生
じる。このたわみ量は、作用力の大きさに比例する。し
たがって、各カンチレバーのたわみ量を検知しながら、
縦方向駆動素子113 を用いてマルチプローブヘッド111
と記録媒体101との距離および傾きを調整することによ
って、すべてのプローブと記録媒体101との間に所定の
大きさの作用力をそれぞれ生じさせることができ、か
つ、その各作用力の大きさのばらつきを一定の範囲内に
抑えることができる。なお、各カンチレバーのたわみ量
は、以下に示す方法により検知される。
Multi-probe head 111 and recording medium 101
The relative distance in the Z-axis direction in the figure between the vertical drive element 11 and
Controlled by 3. That is, for example, when the probe 111 11 at the left end in the drawing is brought closer to the recording medium 101 by a distance of 1 nm or less, an acting force is generated between the probe 111 11 and the recording medium 101, and this acting force causes an elasticity to support the probe 111 11. The body cantilever 131 11 is bent. This amount of deflection is proportional to the magnitude of the acting force. Therefore, while detecting the amount of deflection of each cantilever,
Multi-probe head 111 using vertical drive element 113
By adjusting the distance and inclination between the recording medium 101 and the recording medium 101, it is possible to generate an acting force of a predetermined magnitude between all the probes and the recording medium 101, and the magnitude of each acting force. Can be suppressed within a certain range. The amount of deflection of each cantilever is detected by the method described below.

【0056】レーザ光源121 から発せられたレーザ光L
をレンズ122 によって集光したのち、回転速度制御回路
124 により制御されて回転しているポリゴンミラー123
に入射させる。ポリゴンミラー123 の回転により、レー
ザ光Lは各プローブのカンチレバーの裏面を走査する。
このとき、ポリゴンミラー123 を図示矢印方向に回転す
ることにより、紙面と垂直方向に並設された各プローブ
のカンチレバーをも走査する。カンチレバーの裏面から
の反射光を位置検出素子125 で検出する。ここで、各カ
ンチレバーの長さをd1 とし、カンチレバーの裏面から
位置検出素子125 までの距離をd2 とすると,カンチレ
バーの先端でたわみ量△Zのたわみが生じたときには、
位置検出素子125 上の光スポットは、距離 2×(d2/d1)×△Z だけずれる。したがって、位置検出素子125 の出力信号
を基にして位置検出信号処理回路126 で位置検出素子12
5 上の光スポットの位置ずれを検出することにより、カ
ンチレバーの先端のたわみ量ΔZを検知することができ
る。このとき、ポリゴンミラー123 によってレーザ光L
を走査することにより、各カンチレバーの先端のたわみ
量を時分割で順次検知することができる。
Laser light L emitted from the laser light source 121
After condensing the light with the lens 122, the rotation speed control circuit
Polygon mirror 123 controlled by 124 to rotate
Incident on. The rotation of the polygon mirror 123 causes the laser beam L to scan the back surface of the cantilever of each probe.
At this time, by rotating the polygon mirror 123 in the direction of the arrow in the figure, the cantilevers of the respective probes arranged in parallel in the direction perpendicular to the paper surface are also scanned. The position detection element 125 detects the light reflected from the back surface of the cantilever. Here, assuming that the length of each cantilever is d 1 and the distance from the back surface of the cantilever to the position detection element 125 is d 2 , when the deflection of the deflection amount ΔZ occurs at the tip of the cantilever,
The light spot on the position detecting element 125 is displaced by the distance 2 × (d 2 / d 1 ) × ΔZ. Therefore, based on the output signal of the position detection element 125, the position detection signal processing circuit 126
5 The deflection amount ΔZ of the tip of the cantilever can be detected by detecting the positional deviation of the light spot on the above. At this time, the laser beam L is reflected by the polygon mirror 123.
By scanning, the amount of deflection of the tip of each cantilever can be sequentially detected in a time division manner.

【0057】次に、記録再生装置110 の記録再生動作に
ついて詳しく説明する。
Next, the recording / reproducing operation of the recording / reproducing apparatus 110 will be described in detail.

【0058】記録は、各プローブが上述のようにして記
録媒体101 にそれぞれ近接されて行われる。すなわち、
記録動作では、横方向位置制御信号が位置制御回路114
から横方向駆動素子112 に送られることにより、各プロ
ーブの先端が記録媒体101 上の所望の記録位置に移動さ
れる。その後、所定の記録用電圧が、切替回路116 によ
って選択されたプローブに、記録用電圧印加回路115 か
ら印加される。このとき、少なくとも記録用電圧が印加
さている期間では分子接触状態が得られるように、制御
コンピュータ119 は、位置検出信号処理回路126 からの
信号(すなわち、各カンチレバーのたわみ量)より位置
制御回路114 を制御して、各プローブと記録媒体101 と
の間の相対距離を接近させるように縦方向駆動素子113
を駆動させる。なお、記録媒体101 および記録信号とし
ては、上述した第1の実施例と同様のものを用いた。一
方、再生動作では、二次元走査を行った状態で、各プロ
ーブと記録媒体101 との間に流れる電流の大きさを検出
電流信号処理回路118 で検出して、再生信号を得る。
Recording is performed by bringing each probe close to the recording medium 101 as described above. That is,
In the recording operation, the lateral position control signal is transmitted to the position control circuit 114.
Is sent to the lateral driving element 112, the tip of each probe is moved to a desired recording position on the recording medium 101. After that, a predetermined recording voltage is applied from the recording voltage applying circuit 115 to the probe selected by the switching circuit 116. At this time, the control computer 119 uses the signal from the position detection signal processing circuit 126 (that is, the amount of deflection of each cantilever) so that the molecular contact state is obtained at least during the period when the recording voltage is applied. The vertical driving element 113 is controlled so that the relative distance between each probe and the recording medium 101 is reduced.
Drive. The recording medium 101 and the recording signal used were the same as those used in the first embodiment. On the other hand, in the reproducing operation, the detected current signal processing circuit 118 detects the magnitude of the current flowing between each probe and the recording medium 101 in the state where the two-dimensional scanning is performed, and the reproduced signal is obtained.

【0059】記録媒体101 および記録電圧(電流)条件
などを選ぶことによって、局所的な形状変化を生じる記
録方式を適用することも可能であり、この場合には、記
録位置でのカンチレバーのたわみ量(すなわち、位置検
出信号処理回路126 の出力信号)から再生信号を作成す
ることができる。
By selecting the recording medium 101 and recording voltage (current) conditions, it is possible to apply a recording method that causes a local shape change. In this case, the amount of deflection of the cantilever at the recording position can be applied. (That is, the reproduction signal can be created from the output signal of the position detection signal processing circuit 126).

【0060】以上の構成の記録再生装置110 を用いて記
録再生実験を行った結果、記録時に積極的にプローブを
記録媒体101 に分子接触させることによって、たとえば
プローブと記録媒体101 との間に生じる作用力を5×1
-8N〜1×10-7N以上としたとき、再現性(ビット
位置精度,形状および記録確率)の高い記録ビットの形
成が行えることが明らかとなった。ただし、記録層の厚
さが二層の試料に関しては、1×10-8N程度の分子接
触条件でも安定な記録が実現される場合もあった。
As a result of a recording / reproducing experiment using the recording / reproducing apparatus 110 having the above-mentioned configuration, for example, the probe is brought into molecular contact with the recording medium 101 at the time of recording, so that the probe is generated between the probe and the recording medium 101. 5 × 1 acting force
It has been clarified that the recording bit with high reproducibility (bit position accuracy, shape and recording probability) can be formed when it is set to 0 −8 N to 1 × 10 −7 N or more. However, in the case of a sample having two recording layers, stable recording was sometimes realized even under a molecular contact condition of about 1 × 10 −8 N.

【0061】本発明の記録再生方法および記録再生装置
は、上述した第1の実施例および第2の実施例に限定さ
れるものではなく、記録媒体の表面やプローブの先端に
塑性変形が生じない程度に、かつ、プローブの先端が微
小領域で記録媒体の表面に分子接触している状態で、プ
ローブと記録媒体との間を流れる電流を大きくし、記録
プロセスが実行されるものであればよい。
The recording / reproducing method and the recording / reproducing apparatus of the present invention are not limited to the above-described first and second embodiments, and plastic deformation does not occur on the surface of the recording medium or the tip of the probe. As long as the recording process is performed by increasing the current flowing between the probe and the recording medium to a certain extent and with the tip of the probe in molecular contact with the surface of the recording medium in a minute region. .

【0062】[0062]

【発明の効果】本発明は、上述のとおり構成されている
ので、次の効果を奏する。 (1)微小でかつ形状の揃った記録ビットを再現性よく
形成することができる。 (2)プローブを記録媒体に分子接触するまで相対的に
接近させる方法および手段を従来のこの種の記録再生装
置に併設することは極めて容易であり、記録プロセスや
記録機構の複雑化および大型化を招くことなく本発明を
適用することができる。 (3)記録時のエラーレートの低減および記録ビットの
位置精度が高いことは、記録フォーマットや再生方式,
再生機構や再生回路の単純化を可能とすることから、記
録再生装置全体の簡易化が達成され、高速化,小型化お
よび低価格化が図れる。
Since the present invention is configured as described above, it has the following effects. (1) It is possible to form recording bits that are minute and have a uniform shape with good reproducibility. (2) It is extremely easy to install a method and means for bringing a probe relatively close to a recording medium until it comes into molecular contact with a conventional recording / reproducing apparatus of this type, which complicates and enlarges the recording process and recording mechanism. The present invention can be applied without inviting. (3) The reduction of the error rate at the time of recording and the high position accuracy of the recording bit are due to the recording format and the reproducing system.
Since the reproducing mechanism and the reproducing circuit can be simplified, simplification of the entire recording / reproducing apparatus can be achieved, and high speed, small size, and low price can be achieved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の記録再生装置の第1の実施例を示すブ
ロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a recording / reproducing apparatus of the present invention.

【図2】図1に示した記録再生装置の動作を説明するた
めの図である。
FIG. 2 is a diagram for explaining the operation of the recording / reproducing apparatus shown in FIG.

【図3】図1に示した記録再生装置におけるプローブの
X軸方向の走査とプローブのZ軸方向への移動のタイミ
ングの各例を示す図であり、(A)はプローブを走査し
ながらプローブを移動する例を示す図、(B)はプロー
ブを記録層に接触するまで移動する際にはプローブの走
査を停止する例を示す図、(C)はプローブを移動する
際にはプローブの走査を停止する例を示す図である。
3A and 3B are diagrams showing each example of the timing of scanning of the probe in the X-axis direction and the movement of the probe in the Z-axis direction in the recording / reproducing apparatus shown in FIG. 1. FIG. Showing an example of moving the probe, (B) showing an example of stopping the scanning of the probe when moving the probe until it contacts the recording layer, and (C) showing a scanning of the probe when moving the probe. It is a figure which shows the example which stops.

【図4】本発明の記録再生装置の第2の実施例を示す概
略構成図である。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of the recording / reproducing apparatus of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1,101 記録媒体 11 基板 12 下地電極 13 記録層 10,110 記録再生装置 11 プローブ 12 ピエゾアクチュエータ 13 XYステージ 14 電流電圧変換回路 15 サンプルホールド回路 16 サーボ回路 17 ドライブ回路 18 書込みタイミング回路 19 バイアス発生回路 20 XY走査回路 21 オフセット発生回路 22 データ変調回路 23 データ復調回路 111 マルチプローブヘッド 11111〜11133 プローブ 112 横方向駆動素子 113 縦方向駆動素子 114 位置制御回路 115 記録用電圧印加回路 116 切替回路 117 検出電流信号処理回路 118 制御コンピュータ 121 レーザ光源 122 レンズ 123 ポリゴンミラー 124 回転速度制御回路 125 位置検出素子 126 位置検出信号処理回路 13111〜13133 カンチレバー 13211〜13233 ティップ X,Y,Z 軸1, 101 recording medium 1 1 substrate 1 2 base electrode 1 3 recording layer 10, 110 recording / reproducing device 11 probe 12 piezo actuator 13 XY stage 14 current-voltage conversion circuit 15 sample hold circuit 16 servo circuit 17 drive circuit 18 writing timing circuit 19 Bias generation circuit 20 XY scanning circuit 21 Offset generation circuit 22 Data modulation circuit 23 Data demodulation circuit 111 Multi-probe heads 111 11 to 111 33 Probe 112 Horizontal drive element 113 Vertical drive element 114 Position control circuit 115 Recording voltage application circuit 116 Switching circuit 117 Detection current signal processing circuit 118 Control computer 121 Laser light source 122 Lens 123 Polygon mirror 124 Rotational speed control circuit 125 Position detection element 126 Position detection signal processing circuit 131 11 to 131 33 Cantilever 132 11 to 132 33 Tip X, Y, Z axis

フロントページの続き (72)発明者 紫藤 俊一 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 黒田 亮 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 畑中 勝則 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Front Page Continuation (72) Inventor Shunichi Shito, 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor, Ryo Kuroda 3-30-2, Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Katsunori Hatanaka 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 記録媒体とプローブとの間の物理的相互
作用により生じる信号を利用して該記録媒体に記録情報
を記録するとともに該記録された記録情報を再生する記
録再生方法において、 前記記録媒体に前記記録情報を記録する期間では、該記
録媒体に前記プローブを分子接触させることを特徴とす
る記録再生方法。
1. A recording / reproducing method for recording recording information on the recording medium and reproducing the recorded recording information by utilizing a signal generated by a physical interaction between the recording medium and the probe. A recording / reproducing method, characterized in that the probe is brought into molecular contact with the recording medium during a period of recording the recording information on the medium.
【請求項2】 前記記録媒体に前記プローブを分子接触
させたときの該記録媒体と該プローブとの間の接触抵抗
値を1MΩ以下とすることを特徴とする請求項1記載の
記録再生方法。
2. The recording / reproducing method according to claim 1, wherein a contact resistance value between the recording medium and the probe when the probe is brought into molecular contact with the recording medium is 1 MΩ or less.
【請求項3】 前記記録媒体に前記プローブを分子接触
させたときの該記録媒体と該プローブとの間の接触抵抗
値を100kΩ以下とすることを特徴とする請求項2記
載の記録再生方法。
3. The recording / reproducing method according to claim 2, wherein a contact resistance value between the recording medium and the probe when the probe is brought into molecular contact with the recording medium is 100 kΩ or less.
【請求項4】 前記記録媒体に前記プローブを分子接触
させる期間では、該記録媒体と該プローブとの間に10
-8N以上の作用力が生じる程度までに、該記録媒体と該
プローブとを接近させることを特徴とする請求項1記載
の記録再生方法。
4. During the period in which the probe is brought into molecular contact with the recording medium, a gap between the recording medium and the probe is 10 times.
2. The recording / reproducing method according to claim 1, wherein the recording medium and the probe are brought close to each other to such an extent that an acting force of -8 N or more is generated.
【請求項5】 前記記録媒体に前記プローブを分子接触
させる期間では、該記録媒体と該プローブとの間に10
-7N以上の作用力が生じる程度までに、該記録媒体と該
プローブとを接近させることを特徴とする請求項4記載
の記録再生方法。
5. During a period in which the probe is brought into molecular contact with the recording medium, a gap between the recording medium and the probe is 10 times.
5. The recording / reproducing method according to claim 4, wherein the recording medium and the probe are brought close to each other to such an extent that an acting force of −7 N or more is generated.
【請求項6】 前記記録媒体に前記記録情報を記録する
期間以外の期間での該記録媒体と前記プローブとの距離
をZ0 nmとしたとき、該記録媒体に前記記録情報を記
録する期間では、該記録媒体と前記プローブとを(Z0
−4) nm以上接近させることを特徴とする請求項1
記載の記録再生方法。
6. When the distance between the recording medium and the probe is Z 0 nm in a period other than the period for recording the recording information on the recording medium, the period for recording the recording information on the recording medium is , The recording medium and the probe (Z 0
-4) The distances of about 1 nm or more are set.
Recording / playback method described.
【請求項7】 前記記録媒体に前記記録情報を記録する
期間では、該記録媒体と前記プローブとをZ0 nm以上
(Z0+3) nm以下だけ接近させることを特徴とする
請求項6記載の記録再生方法。
7. The recording medium and the probe are brought close to each other by Z 0 nm or more and (Z 0 +3) nm or less in a period in which the recording information is recorded on the recording medium. Recording and playback method.
【請求項8】 記録媒体とプローブとの間の物理的相互
作用により生じる信号を利用して該記録媒体に記録情報
を記録するとともに該記録された記録情報を再生する記
録再生装置において、 前記プローブを前記記録媒体の表面に対して垂直方向に
移動させるプローブ移動手段と、 該プローブ移動手段を駆動する駆動手段とを含み、 該駆動手段が、前記記録媒体に前記記録情報を記録する
期間では該記録媒体に前記プローブを分子接触させるよ
う前記プローブ移動手段を駆動することを特徴とする記
録再生装置。
8. A recording / reproducing apparatus for recording recording information on the recording medium and reproducing the recorded recording information by using a signal generated by a physical interaction between the recording medium and the probe. A probe moving means for moving the probe in a direction perpendicular to the surface of the recording medium, and a driving means for driving the probe moving means. A recording / reproducing apparatus, characterized in that the probe moving means is driven so as to bring the probe into molecular contact with a recording medium.
【請求項9】 前記記録媒体に前記プローブを分子接触
させたときに該記録媒体と該プローブとの間に流れる電
流を1μA以下に制限する電流制限手段をさらに含むこ
とを特徴とする請求項8記載の記録再生装置。
9. The method according to claim 8, further comprising current limiting means for limiting a current flowing between the recording medium and the probe to 1 μA or less when the probe is brought into molecular contact with the recording medium. The recording / reproducing apparatus described.
【請求項10】 前記電流制限手段が、前記電流の経路
に設けられた抵抗素子であることを特徴とする請求項9
記載の記録再生装置。
10. The current limiting means is a resistance element provided in the current path.
The recording / reproducing apparatus described.
【請求項11】 前記抵抗素子の抵抗値が、1MΩ以下
であることを特徴とする請求項10記載の記録再生装
置。
11. The recording / reproducing apparatus according to claim 10, wherein the resistance value of the resistance element is 1 MΩ or less.
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