Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Informationswiedergabeverfahren und eine
Informationswiedergabevorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. 2 angegebenen
Art, insbesondere eine Speichervorrichtung sehr hoher Speicherdichte, von dem
Prinzip der STM (Rastertunnelmikroskop) Gebrauch macht, welches im Stande ist,
Unregelmäßigkeiten auf der Atomebene durch Nachweis eines Tunnelstroms zu
messen.
Zugehöriger technischer Hintergrund
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Auf dem Gebiet der Informationsaufzeichnung bestand ein großer Wunsch, eine
Technologie zu entwickeln, die in der Lage ist, mit hoher Dichte Aufzeichnungen
vorzunehmen. Der Wunsch nach einem Speicher hoher Kapazität ist
Hauptgegenstand der elektronischen Industrie, beispielsweise der Rechnerhersteller, der
Hersteller von Peripheriegeräten und von Videoplatten. Folglich wurden zahlreiche Studien
unternommen, die dem oben erwähnten Wunsch entsprechen.
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Bislang wurde zur Aufzeichnung von Information großen Umfangs die magnetische
Aufzeichnung entwickelt. In jüngerer Zeit wurden die optische Aufzeichnung mit
Hilfe von Laserstrahlen und die opto-magnetische Aufzeichnung mit Hilfe sowohl
von Laserstrahlen als auch von Magnetfeldern verfügbar, wodurch die
Aufzeichnungsdichte weiter gesteigert werden konnte. Da die optischen
Aufzeichnungsverfahren einen Laserstrahl benötigen, dessen Wellenlänge kürzer ist, um die
Aufzeichnungsdichte
weiter zu steigern, steht zu erwarten, daß es äußerst schwierig sein
wird, die Aufzeichnungsdichte spürbar zu steigern.
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Andererseits wurde ein hochauflösendes Mikroskop mit der Bezeichnung "STM"
(von Scanning Tunnel Microscope = Rastertunnelmikroskop) entwickelt, welches in
der Lage ist, direkt Atome zu betrachten, die sich auf der Oberfläche eines
Leitermaterials befinden [G. Binning et al., Helvetica Physica Acta, 55, 726 (1982)]. Als
Ergebnis läßt sich ein Bild im realen Raum bei hoher Auflösung unabhängig davon
betrachten, ob der Gegenstand einkristallin oder amorph ist. Außerdem hat das
STM den Vorteil, daß der Betrachtungsgegenstand bei reduzierter Energie
beobachtet werden kann, während das Risiko einer Beschädigung des Mediums durch einen
elektrischen Strom beseitigt ist. Da außerdem das STM in der Lage ist, in der
Atmosphäre zu arbeiten und bei unterschiedlichen Materialien eingesetzt werden kann,
wird erwartet, daß das STM umfangreiche Anwendung erlangt.
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Das STM ist derart ausgebildet, daß es von dem Umstand Gebrauch macht, daß ein
Tunnelstrom fließt, wenn zwischen eine Sonde (eine Sondenelektrode) und einen
leitenden Stoff eine Spannung gelegt wird, und die beiden Teile sehr nahe bis auf
eine Distanz von etwa 1 nm zusammengeführt werden. Da der Tunnelstrom sehr
empfindlich ist gegenüber Änderungen des Abstands zwischen der Sondenelektrode
und dem leitenden Stoff, läßt sich die Oberflächenstruktur des realen Raums
dadurch nachzeichnen, daß man die Sondenelektrode in der Weise rasternd führt, daß
der Tunnelstrom auf einem konstanten Wert gehalten wird. Gleichzeitig kann
verschiedene Information, die sämtliche Elektronenwolken der Oberflächenatome
betrifft, ausgelesen werden. Die Auflösung in Ebenenrichtung beträgt hierbei etwa 1Å.
Unter Verwendung des Prinzips des STM läßt sich also eine
Aufzeichnung/Wiedergabe mit der gewünschten hohen Dichte in der Größenordnung von Atomen
ausführen (einige Å). Als Aufzeichnungs-/Wiedergabe-Verfahren wurde ein Verfahren
vorgeschlagen, wonach der Oberflächenzustand einer geeigneten
Aufzeichnungsschicht dadurch geändert wird, daß man Korpuskularstrahlen (Elektronenstrahlen
oder Ionenstrahlen), hochenergetische elektromagnetische Wellen wie
Röntgenstrahlen,
oder Energiestrahlen wie sichtbares Licht oder Ultraviolettlicht einsetzt, um
dadurch die Aufzeichnung vorzunehmen. Dadurch wird das STM zur Wiedergabe von
Daten eingesetzt. Es wurde ein weiteres Verfahren vorgeschlagen, in welchem ein
Material mit dem Effekt des Speicherns der Umschaltkennlinie eines elektrischen
Stroms, beispielsweise eine konjugierte, organische π-Elektronen-Verbindung oder
ein Material, welches ein Chalkogen enthält, dazu dient, eine dünne Schicht zu
bilden, um auf diese Weise eine Aufzeichnung/Wiedergabe mit Hilfe des STM
durchzuführen.
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Mit Hilfe der oben erläuterten Aufzeichnungs-/Wiedergabe-Verfahren läßt sich ein
Speicher realisieren, der sich durch eine extrem hohe Dichte und hohe Kapazität
auszeichnet. Wenn allerdings eine große Informationsmenge aktuell ausgelesen
werden soll, ist ein XY-Stellungsnachweis (in der Ebenenrichtung des
Aufzeichnungsmediums) der Sonde sowie eine Korrektursteuerung (Spurverfolgung) von
Nöten.
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Die Spurverfolgung läßt sich mit Hilfe eines Verfahrens ausführen, bei dem die
Atomanordnung des Aufzeichnungsmediums dazu benutzt wird, das
Spurverfolgungssignal zu bilden und dadurch die Rasterbewegung einer Sondenelektrode
auszuführen.
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Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau einer
Informationswiedergabevorrichtung zeigt, die die Spurverfolgung von Information ermöglicht, die aus dem
Wiedergabesignal ohne Wobbeln erzeugt werden soll. Wie in Fig. 2 gezeigt ist,
enthält die Speichervorrichtung gemäß dieser Ausführungsform: eine Sondenelektrode
2; eine (nicht-gezeigte) Spurverfolgungseinrichtung, die die Sondenelektrode 2
veranlaßt, der Oberfläche eines Informationszeilen tragenden Aufzeichnungsmediums
gegenüber zu liegen, wobei die Zeilen sequentiell als Pits und Vorsprünge auf der
Oberfläche oder durch Änderungen der elektronischen Zustände aufgezeichnet
wurden, damit die Sonde sich relativ zu der Informationszeile entlang dieser bewegt;
eine Spannungsanlegeeinrichtung (nicht dargestellt) zum Anlegen einer Spannung
zwischen ein Aufzeichnungsmedium 1 und der Sondenelektrode 2, damit ein
Tunneistrom erzeugt wird; eine Vorspannungsquelle 4, einen Widerstand R, einen
Verstärker 5 und eine Signalverarbeitungsschaltung 6 zum Umsetzen des
Tunnelstromsignals in ein Spannungssignal zwecks Wiedergabe von Informationen, die auf dem
Aufzeichnungsmedium 1 aufgezeichnet sind; eine Nachweisschaltung 7 zum
Nachweis der Änderung der Stärke eines Hüllkurvensignals des Tunnelstroms, das in das
Spannungssignal umgesetzt und von dem Verstärker 5 ausgegeben wurde; zwei
Abtast- und Halteschaltungen 8, einen Vergleicher 9, einen Mikrocomputer 10 und
piezoelektrische Keramikelemente 15 zur Feinbewegung der Sondenelektrode 2 in
Schnittrichtung (senkrechter Richtung) relativ zu der Erzeugungsrichtung der
Informationszeilen auf dem Aufzeichnungsmedium 1, basierend auf dem
Nachweisergebnis.
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Das Aufzeichnungsmedium 1 ist dargestellt durch seinen Querschnitt in einer
Richtung senkrecht zu der Aufzeichnungsbitlinie. Das Aufzeichnungsmedium 1 kann aus
einem Material bestehen, welches eine Strom-Spannungs-Kennlinie aufweist, die ein
Speicher-Umschaltphänomen besitzt, d.h. ein Material mit einem umkehrbaren
Übergang der elektrischen Leitfähigkeit, wobei das Material auf einem leitenden
Substrat ausgebildet ist. Beispiele für dieses Material sind: ein amorpher Halbleiter
wie z.B. Oxidglas, Boratglas oder Chalkogen-Glas, welches Se, Te oder As enthält,
kombiniert mit einem Element der III-, IV-, V- oder VI-Gruppe des periodischen
Systems; eine organische Verbindung mit einer Gruppe mit einem konjugierten
π-Elektronenpegel und eine Gruppe mit einem -Elektronenpegel in seinem Molekül; einem
Färbstoff mit einem Porphingerüst wie z.B. Phthalocyanin oder Tetraphenylporphin;
einen Azulen-Färbestoff auf Squalillyum-Basis und einer chrokonischen Basis als
Bindekette; einen Färbestoff wie ein Cyanin, bei dem zwei Stickstoff enthaltende
Heterocyklen wie Chinolin, Benzothiazol und Benzo-Oxazol miteinander durch die
Squalillyum-Basis und eine chrokonische Basis gebunden sind; einen
Cyanin-Färbestoff, eine kondensierte polyzyklische aromatische Gruppe wie Anthracen und
Pyren, eine Kettenverbindung, bei der ein aromatischer Zyklus und eine
heterozyklische Verbindung miteinander polymerisiert sind, und ein Polymer der
Diacetylengruppe;
ein Derivat von Tetrachinodimethan und Diacetylen, dessen analoger Stoff,
sein Ladungstransfer-Komplex; und eine Metallkomplexverbindung wie Ferrocen und
Trisbipyridin-Ruthenium-Komplex. Das oben beschriebene Material wird in Form
eines monomolekularen Films oder einer Aufbauschicht eingesetzt. Es ist zu
bevorzugen, ein sog. Langmuir-Blodgetts-(LB-)Verfahren einzusetzen, bei dem zur
Ausbildung des monomolekularen Films oder der Aufbauschicht aus der organischen
Verbindung ein amphipathisches Material molekular mit hoher Dichte auf einem
Wasserfilm orientiert wird, um eine monomolekulare Schicht zu bilden, wobei der
monomolekulare Film dann auf das Substrat übertragen wird.
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Das Aufzeichnungsmedium 1 wird gebildet durch Auflaminieren einer aus Au
gebildeten Basisschicht und einer aus amorphem Si bestehenden Aufzeichnungsschicht,
die 30 Atom-% Wasserstoff enthält, auf ein Glassubstrat.
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Die Sondenelektrode 2 besitzt einen Endabschnitt, der möglichst ausgeprägt durch
Ätzen oder Elektropolieren zugespitzt ist. Bei dieser Ausführungsform wird die
Sondenelektrode 2 in der Weise hergestellt, daß ein Wolfram-Draht mit einem
Durchmesser von 1 mm mechanisch poliert wird, damit er eine konische Form mit einem
Winkel von 90º erhält, wobei anschließend ein elektrisches Feld unter Hochvakuum
angelegt wird, um die Oberflächenatome zu verdampfen.
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Zum Auslesen von Informationen muß der Abstand zwischen dem
Aufzeichnungsmedium 1 und der als Abnehmer dienenden Sondenelektrode 2 derjenige Abstand
sein, bei dem aufgrund des Tunneleffekts ein nachzuweisender Tunnelstrom erzeugt
wird. Der Abstand von der Sondenelektrode 2 zu dem Aufzeichnungsmedium 1 und
deren relative Lage werden von einem Aktuator 12 gesteuert. Der Aktuator 12
enthält eine fixe Basis 13, eine bewegliche Basis 16 und piezoelektrische
Keramikelemente 14 und 15, beispielsweise einen PLZT oder einen PZT. Die bewegliche Basis
16 ist mit der Sondenelektrode 2 gekoppelt. Wenn an diese eine Steuerspannung
gelegt wird, damit sich die piezoelektrischen Keramikelemente 14 und 1 5
ausdehnen/zusammenziehen, läßt sich die Sondenelektrode 2 in Z-Richtung (vertikaler
Richtung) oder in XY-Richtung (seitlicher Richtung) bezüglich des
Aufzeichnungsmediums 1 bewegen.
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Informationen können auf dem Aufzeichnungsmedium 1 mit Hilfe einer Apparatur
aufgezeichnet werden, die in der Weise ausgebildet ist, daß eine Impulsspannung
mit einer Höhe von 5 V und einer Impulsbreite von 1 µs an die Sondenelektrode 2
gelegt wird, damit ein Tunnelstrom durch die Aufzeichnungsstelle fließt, wenn
gemäß Fig. 2 ein Schalter 3 umgelegt und die Sondenelektrode 2 bewegt wird. Als
Ergebnis werden Aufzeichnungsbits mit einem Durchmesser von jeweils etwa
10 nm entlang einer Geraden mit einer Schrittweite von 15 nm erzeugt. Im
folgenden wird eine Spurverfolgungsregelung beschrieben, die beim Wiedergabebetrieb
zum Auslesen von auf dem Aufzeichnungsmedium 1 in der oben beschriebenen
Weise aufgezeichneten Signalen ausgeführt wird. Der Schalter 3 ist auf den
anderen als den in Fig. 2 dargestellten Anschluß gelegt.
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Als erstes wird der Abstand zwischen der Sondenelektrode 2 und dem
Aufzeichnungsmedium 1 eingestellt, um den Tunnelstrom in der Steuerschaltung 1 zu
erhalten. Durch Führen der Sondenelektrode 2 entlang der auf dem
Aufzeichnungsmedium 1 gebildeten Informationsbitlinie zum Zweck des Auslesens von Informationen
ändert sich der durch die Sondenelektrode 2 fließende Tunnelstrom nach Maßgabe
der aufgezeichneten Bits (Kurve TN in Fig. 3A). Eine in Fig. 3A gezeigte Kurve EV
zeigt die Hüllkurve des obigen Tunnelstromsignals. Man kann sehen, daß die
Zunahme/Abnahme des Absolutwerts der Hüllkurve im wesentlichen übereinstimmt
mit einer Zunahme/Abnahme der Amplitude eines Signals (einer Informationsbit-
Signalkomponente), die den Aufzeichnungsbits entspricht. Der oben beschriebene
Signalstrom wird über den Widerstand R einer I-V-Umsetzung unterzogen und
anschließend von dem Verstärker 5 verstärkt. Dann wird das Ausgangssignal des
Verstärkers 5 an die Signalverarbeitungsschaltung 6 gegeben, so daß man die
Wiedergabeinformation "EIN" oder "AUS" erhält. Das Ausgangssignal des Verstärkers 5
wird ebenfalls an die Nachweisschaltung 7 gegeben, in der das reproduzierte Signal
einer Hüllkurven-Demodulation unterzogen wird, bevor es an die beiden Abtast- und
Halteschaltungen 8 gegeben wird. Jede der Abtast- und Halteschaltungen 8
aktualisiert abwechselnd die Hüllkurven-Absolutwerte durch Verwendung von
Abtastimpulsen, die von dem Mikrocomputer 10 gesendet werden. Dann werden die
Hüllkurven-Absolutwerte von dem Vergleicher 9 sequentiell Vergleichen unterzogen.
Fig. 3B zeigt ein Beispiel für jeden der Ausgangssignale S&sub1; und S&sub2; der
entsprechenden Abtast- und Halteschaltungen 8. Das Vergleichsergebnis wird in den
Mikrocomputer 10 eingegeben, um die Richtung der an die piezoelektrischen
Keramikelemente 15 anzulegenden Spannung so zu unterscheiden, daß die richtige Spannung
an die piezoelektrischen Keramikelemente 15 gelegt wird. Das heißt: der
anzulegende Spannungspegel wird geändert, beispielsweise erhöht, um mit dem
nächstfolgenden Abtast-Hüllkurvenwert verglichen zu werden. Wenn der Absolutwert der
Abtast-Hüllkurve (der Pegel) der aktualisierten Schaltung höher ist als der Abtast-
Hüllkurvenpegel der anderen Schaltung, so kann der Pegel der angelegten Spannung
erhöht werden (ist der Wert niedriger, wird der Spannungspegel für den Vergleich
mit dem nächsten Abtast-Hüllkurvenwert verringert). Dann wird die angelegte
Spannung so lange, bis der Hüllkurvenpegel der aktualisierten Werte einem
Vergleich mit dem Pegel der Abtastung der entgegengesetzten Seite verringert wird
(bis er im gegenteiligen Fall erhöht wird) in die gleiche Richtung geändert, d.h., die
Sondenelektrode 2 wird in die gleiche Richtung verlagert. Wie oben beschrieben,
wird die Steuerspannung an die piezoelektrischen Keramikelemente 15 angelegt, um
die seitliche Stellung der Sondenelektrode 2 so zu steuern, daß der Hüllkurvenpegel
des Wiedergabesignals den maximalen Pegel aufweist, wodurch die
Sondenelektrode 2 an der bestmöglichen Position in stabilem Zustand positioniert wird und sich
die Spurverfolgung automatisch ausführen läßt.
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Beispielsweise wird die Periodendauer für den Abtastimpuls größer eingestellt als
die Periodendauer der Informationsbits, und der von dem Mikrocomputer 10 an die
piezoelektrischen Keramikelemente 15 zu liefernde Spannungsversatz pro Schritt
wird auf 1 mm eingestellt, wodurch der Hüllkurvenpegel des Wiedergabesignals in
einen stabilen Zustand gebracht und die Spurregelung mit einer Genauigkeit von
± 1 nm erfolgen kann.
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Obschon bei der oben erläuterten Ausführungsform der Hüllkurvenpegel benutzt
wird, kann man von einem anderen Verfahren Gebrauch machen, bei dem die
Amplitude der Informationsbit-Signalkomponente direkt nachgewiesen und die
Stellung der Sonde in der Richtung gesteuert wird, in der die auf diese Weise
nachgewiesene Amplitude vergrößert wird. Außerdem kann die Spurregelung dadurch
erfolgen, daß man den Teil antreibt, der das Aufzeichnungsmedium 1 trägt.
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Bei dieser Vorrichtung läßt sich die Spurverfolgungsinformation aus dem
Wiedergabesignal generieren.
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Man kann ein weiteres Verfahren verfügbar machen, bei dem vorab eine Spur auf
der Oberfläche des Aufzeichnungsmediums erzeugt wird. Außerdem kann man ein
Wobbel-Verfahren verwenden, bei dem die Sondenelektrode in Breitenrichtung der
Informationsbitlinie minutiös zum Schwingen gebracht wird. Insbesondere das
Wobbel-Verfahren ist sehr einfach und geeignet im Vergleich zu anderen Verfahren,
weil das Spurverfolgungssignal aus dem Wiedergabesignal der Information generiert
werden kann.
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Im folgenden wird das Wobbel-Verfahren beschrieben.
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Wenn bei dem Wobbel-Verfahren die aufgezeichnete Informationsbitlinie abgetastet
wird, um das Wiedergabesignal zu lesen, wird die Sondenelektrode stationär mit
einer Frequenz f zum Schwingen gebracht, wobei die Amplitude kleiner ist als die
Breite der Bitlinie, und zwar in einer Richtung senkrecht zu der Bitlinie. Die Frequenz
f wird auf einen Wert eingestellt, der in Bezug auf die Frequenz des
Wiedergabesignals der Bitlinie ausreichend groß ist. Als Ergebnis ändert sich die Amplitude des
Wiedergabesignals für die Bitlinie nach Maßgabe der Versetzung zwischen der
Sondenelektrode und der Bitspur, wie dies in Fig. 1A gezeigt ist. Die Amplitude des
modulierten Signals nimmt dann einen Maximalwert an, wenn die Sondenelektrode
sich oberhalb der Bitlinie befindet, wie dies in der Zeichnung nach Fig. 1A zu sehen
ist. Hingegen wird sie kleiner, wenn die Sondenelektrode von der Bitlinie
wegbewegt wird. Wird die Sonde bei der Frequenz f minutiös zum Schwingen gebracht,
so wird die Hüllkurve des Wiedergabesignals für die Bitlinie gemäß Fig. 1D
geändert, wie dies durch die Signale b, c und d in Fig. 1B dargestellt ist, abhängig von
den jeweiligen Positionen, die in Fig. 1A durch entsprechende Symbole bezeichnet
sind. Nimmt man also die Signale, welche die Änderungen der Hüllkurve angeben,
so lassen sich die in Fig. 1B gezeigten Signale b' c' und d' erhalten. Das heißt: das
Hüllkurvenänderungssignal bezüglich der Schwingungs-Wellenform a der
Sondenelektrode wird verringert, wie dies durch das Signal c' dargestellt ist, wenn die
Sondenelektrode sich oberhalb der Bitlinie befindet, was durch einen Pfeil c kenntlich
gemacht ist. Wenn sie nach oben versetzt wird, wie durch den Pfeil b angegeben,
wird die Amplitude vergrößert, während die Phase um 180º gegenüber der
Vibrations-Wellenform a der Sondenelektrode versetzt wird. Wenn sie nach unten gemäß
dem Pfeil d verlagert wird, vergrößert sich die Amplitude bei gleicher Phase wie die
der Sondenelektrode. Indem man also eine Phasendemodulation unter Verwendung
des normalen Signals mit der Frequenz f der Sondenelektrode als Referenzsignal
durchführt, erhält man ein Spurverfolgungssignal im Verhältnis zu der Versetzung
gegenüber der Bitlinie. Als Ergebnis läßt sich eine Regelung durchführen, durch die
die Sondenelektrode an einer Stelle oberhalb der Bitzeile verbleibt, indem das
Spurverfolgungssignal verwendet wird.
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Nach dem Wobbel-Verfahren muß die Wobbel-Frequenz f höher sein als die Außer-
Spur-Frequenzkomponente, um eine stabile Spurverfolgung zu erreichen. Hingegen
ergibt sich das Problem, daß der Rauschabstand des Wiedergabesignals sich im
Verhältnis zu der Vibrationsfrequenz der Sondenelektrode verschlechtert. Das heißt,
es gibt eine umgekehrte Beziehung zwischen der Stabilität der Spurverfolgung und
dem Rauschabstand im Wiedergabesignal [vgl. beispielsweise "Collection of
Integrated Technology of Optical Memory and Opto-magnetic Memory (Science Forum,
1983, S. 123), organisiert von Yoshifumi Sakurai und Shizuo Tatsuoka].
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Ein Informationswiedergabeverfahren und eine Informationswiedergabevorrichtung
der im Oberbegriff der Ansprüche 1 und 2 angegebenen Art sind aus der JP-A-
57143743 bekannt. Wenn nach diesem Dokument die Abtastung asymmetrischer
Bit-Pits erfolgt, ändert sich der Pegel des Wiedergabesignals als Funktion der
radialen Spurposition der Sonde relativ zu dem jeweiligen Bit, so daß es möglich ist, ein
Spurfehlersignal zu erhalten, um damit die Sonde über ihre Spur zu halten. Dies
bedeutet im Grunde genommen immer, daß die Bit-Pits eine asymmetrische Gestalt
haben, um ein zweifelsfreies Signal bei sich ändernden Radien zu gewährleisten.
Das aus dieser Schrift bekannte Spurverfolgungsverfahren funktioniert allerdings
nicht, wenn man Bit-Pits kreisförmiger Gestalt verwendet.
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Aus der EP-A-0 325 056 ist eine Spurverfolgungsprozedur bekannt, die eine
exklusive Servomusterfläche bedingt. Das heißt, die Aufzeichnungsfläche des
Aufzeichnungsmediums verschmälert sich um die Servomusterfläche, und außerdem kann
diese Spurverfolgungsprozedur nur bei einem Medium angewendet werden, bei dem
vorab ein Servomuster aufgeschrieben werden kann.
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Die EP-A-0 312 644 offenbart ein Informationswiedergabeverfahren und eine
Informationswiedergabevorrichtung für ein Datenaufzeichnungsmedium, bei dem die
Spurverfolgung der Informationsdaten auf der Grundlage der Amplitude des
detektierten Datensignals erfolgt.
Offenbarung der Erfindung
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Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines Informationswiedergabe-
Verfahrens und einer Informationswiedergabevorrichtung der im Oberbegriff des
Anspruchs 1 bzw. 2 angegebenen Art, das bzw. die die
Spurverfolgungs-Genauigkeit, das S/N-Verhältnis zur Zeit der Wiedergabe und die Zuverlässigkeit des
Wiedergabesignals zu verbessern gestattet.
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Erreicht wird dieses Ziel bezüglich des Verfahrens durch die
Kennzeichnungsmerkmale des Anspruchs 1 und bezüglich der Vorrichtung durch die
Kennzeichnungsmerkmale des Anspruchs 2. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den
Unteransprüchen angegeben.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung werden beispielsweise zweimal
Vorab-Abtastoperationen bezüglich einer Signallinie beim Wiedergabevorgang
ausgeführt. Die physische Größe in Relation zu dem von der Sonde ertasteten
Aufzeichnungsmedium dient zum Nachweis des Versatzes zwischen der zentralen
Position der Signallinie und der Vorab-Abtastposition. Anschließend erfolgt die
eigentliche Aufzeichnung/Wiedergabe-Abtastung nach Maßgabe des so nachgewiesenen
Versatzes.
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Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlich aus der
nachfolgenden Beschreibung.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Fig. 1A und 1B zeigen die Signalwellenform bei einem konventionellen Wobbel-
Betrieb;
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Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau einer
Informationswiedergabevorrichtung gestattet, die es ermöglicht,
Spurverfolgungsinformation aus dem reproduzierten Signal ohne Wobbeln zu
generieren;
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Fig. 3A und 3B zeigen die Wellenform eines Beispiels für ein in der Vorrichtung
nach Fig. 2 verwendetes Signal;
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Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau einer Vorrichtung
gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
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Fig. 5 veranschaulicht die Stelle der Vorab-Abtastung auf einer Signallinie;
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Fig. 6 zeigt die Stelle der Vorab-Abtastung auf einem Aufzeichnungsbit; und
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Fig. 7 ist eine graphische Darstellung der Relation zwischen den Beträgen der
Versetzungen von Vorab-Abtastung und Betriebs-Ausgabewerten.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Im folgenden soll die vorliegende Erfindung erläutert werden.
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Fig. 4 zeigt den baulichen Zusammenhang einer Speichervorrichtung gemäß dieser
Ausführungsform. Ein Aufzeichnungsmedium 23, auf dem eine Basiselektrode 22
fixiert ist, wird auf einen XY-Hauptbewegungsmechanismus 21 aufgebracht, der
sich in erster Linie aus parallelen Federn zusammensetzt, die aus elastischen
Gelenken gefertigt sind und in der Lage sind, sich in der XY-Ebene grob zu bewegen. Eine
Sondenelektrode 25 ist an einen dreidimensionalen Feinbewegungsmechanismus 24
aus einem piezoelektrischen Element oberhalb des Aufzeichnungsmediums 23
fixiert. Eine Spannungsanlegeschaltung 26 und eine Stromnachweisschaltung 27
sind mit dem Aufzeichnungsmedium 23 und der Sondenelektrode 25 verbunden.
Die Spannungsanlegeschaltung 26 und die Stromnachweisschaltung 27 sind an
einen Mikrocomputer 28 angeschlossen. Das Ausgangssignal der
Stromnachweisschaltung 27 wird zu Integratoren 29a und 29b gesendet. Die Ausgangssignale der
Integratoren 29a und 29b gelangen über Halteschaltungen 30a und 30b an eine
Differenzschaltung 31. Das Ausgangssignal der Differenzschaltung 31 wird an eine
Treiberschaltung 32 gesendet, die mit dem XY-Hauptbewegungsmechanismus 21,
dem 3-D-Feinbewegungsmechanismus 24 und dem Mikrocomputer 28 verbunden
ist.
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Die Sondenelektrode 25 kann eine Sonde sein, bei der der Kantenabschnitt eines
Stifts aus Wolfram, Pt-Ir, Pt oder dergleichen mechanisch poliert und anschließend
elektrolytisch poliert wird. Das Aufzeichnungsmedium 23 wird derart hergestellt,
daß ein ähnliches Material wie bei der ersten Ausführungsform mit einem
Speichereffekt bezüglich einer Umschaltkennlinie des Spannungs-Stromverhaltens genutzt
wird, beispielsweise das Langmuir-Blodgetts-(LB-)Verfahren, so daß vier Schichten
aus Squarillium-Bis-6-Octyl-Azylen auf einem Graphitsubstrat gebildet werden.
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Zur Zeit der Aufzeichnung und der Wiedergabe werden der
XY-Hauptbewegungsmechanismus 21 und der 3-D-Feinbewegungsmechanismus 24 von dem
Mikrocomputer 28 und der Treiberschaltung 32 angetrieben, so daß die Lagebeziehung
zwischen dem Aufzeichnungsmedium 23 und der Sondenelektrode 25 grob eingestellt
wird.
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Zur Zeit der Aufzeichnung werden der XY-Hauptbewegungsmechanismus 21 und
der 3-D-Feinbewegungsmechanismus 24 von der Treiberschaltung 32 derart
angetrieben, daß die Sondenelektrode 25 relativ zu der Oberfläche des
Aufzeichnungsmediums 23 abgerastert wird. Dann wird die impulsförmige Spannung zwischen die
Sondenelektrode 25 und das Aufzeichnungsmedium 23 mit Hilfe der
Spannungsanlegeschaltung 26 angelegt. Als Ergebnis werden Abschnitte mit unterschiedlichen
elektrischen Widerstandswerten lokal auf der Oberfläche des
Aufzeichnungsmediums 23 gebildet, was der Aufzeichnung entspricht.
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Zur Zeit der Wiedergabe erfolgt die Spurregelung nach einem Verfahren, welches
weiter unten beschrieben wird, und bei dem eine konstante Spannung in einem Maß
angelegt wird, daß der Tunnelstrom zwischen der Sondenelektrode 25 und dem
Aufzeichnungsmedium 23 fließt und damit die Datenlinien auf dem
Aufzeichnungsmedium 23 von der Sondenelektrode 25 abgetastet werden. Der durch diesen
Abtastbetrieb erhaltene Tunnelstrom wird von der Stromnachweisschaltung 27
nachgewiesen. Dann wird der 3-D-Feinbewegungsmechanismus 24 von der
Treiberschaltung
32 derart angetrieben, daß der Mittelwert des Tunnelstroms etwa ein
konstanter Wert wird, wodurch die Sondenelektrode 25 vertikal bewegt wird. Da die
Strekke der Vertikalbewegung zu dieser Zeit den aufgezeichneten Informationen
entspricht, werden Wiedergabedaten entsprechend der Strecke der Vertikalbewegung
erzeugt.
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Im folgenden wird die Spursteuerung erläutert. Die Signallinie wird vorab zweimal
abgetastet, um die Signallinie zu erfassen. Das Nachweissignal, welches durch die
Vorab-Abtastung gewonnen wird, dient zur Durchführung einer dritten
Aufzeichnung-/Wiedergabe-Spurverfolgung. Fig. 5 veranschaulicht die Signallinie L und einen
ersten und einen zweiten Vorab-Abtastort M1 und M2. Das zweimalige
Vorab-Abtasten erfolgt parallel in einem Abstand, der geringer ist als der Durchmesser der
Aufzeichnungs-Bits B auf der Signallinie L, so daß die beiden Vorab-Abtaststellen
M1 und M2 über die Signallinie L verlaufen. Die von der Stromnachweisschaltung
27 erfaßten Tunnelströme beim ersten und beim zweiten Vorab-Abtasten werden
von den Integratoren 29a bzw. 29b integriert. Die Integrationsergebnisse Im
allgemeinen und Ib werden von der Halteschaltung 30a bzw. 30b gehalten. Wenn die
zweite Vorab-Abtastung abgeschlossen ist, wird das Differenz-Ausgangssignal,
welches bezeichnend ist für die Differenz (Ia - Ib) zwischen den
Integrationsergebnissen, und welches von der Differenzschaltung 31 gebildet wird, zu der
Treiberschaltung 32 gesendet.
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Fig. 6 zeigt ein Beispiel für die beiden Vorab-Abtaststellen M1 und M2. Fig. 7
veranschaulicht die Relation zwischen dem Versatz der Vorab-Abtaststellen M1 und
M2 in Relation zu dem Aufzeichnungsbit B und dem Differenz-Ausgangssignal von
der Differenzschaltung 11. Für den Fall, daß der Abstand von der Mitte O des
Aufzeichnungsbits B zu der Vorab-Abtaststelle M1 genauso groß ist wie von der Vorab-
Abtaststelle M2, werden die Integrationsergebnisse Ia und Ib gleich. Deshalb wird
die Differenz 0. Wenn die Zwischenposition zwischen den beiden
Vorab-Abtaststellen M1 und M2 bezüglich des Aufzeichnungsbits B nach rechts verlagert ist,
erhöht sich das Integrationsergebnis Ia und verringert sich das Integrationsergebnis
Ib. Als Ergebnis nimmt das Differenz-Ausgangssignal zu, wenn die
Zwischenposition nach links versetzt ist, wird das Integrationsergebnis Ia kleiner, und das Ergebnis
Ib wird größer.
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Da das Intervall zwischen den beiden Vorab-Abtaststellen M1 und M2 ein bekannter
Wert ist, läßt sich der Versatz zwischen der Zwischenposition zwischen den beiden
Vorab-Abtaststellen M1, M2 einerseits und der Mitte O des aktuellen
Aufzeichnungsbits B aus dem Differenz-Ausgangssignal ermitteln. Durch Ausführen einer
drirtten Spurverfolgungsabtastung entsprechend dem so nachgewiesenen Versatz
läßt sich die Sondenelektrode 25 so steuern, daß sie in der Nähe der Mitte der
Signalleitung L verläuft. Die Halteschaltungen 20a und 20b werden vor der Ausführung
der nächsten Vorab-Abtastung zurückgesetzt, so daß der Einfluß der vorherigen
Abtastung beseitigt wird.
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Die Häufigkeit der Vorab-Abtastungen ist nicht auf zwei beschränkt. Die Vorab-
Abtastungen können mehrmals vorgenommen werden, beispielsweise drei- oder
mehrmals. Außerdem läßt sich die vorliegende Erfindung an eine Vorrichtung
anpassen, die in der Lage ist, nur den Aufzeichnungsvorgang auszuführen, oder der in
der Lage ist, ausschließlich den Wiedergabebetrieb auszuführen.
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Wie oben beschrieben, ist das Spurverfolgungsverfahren nach dieser
Ausführungsform derart ausgestaltet, daß eine Signallinie beispielsweise zweimal einer Vorab-
Abtastung bei der Wiedergabe unterzogen wird. Die physische Größe des
Aufzeichnungsmediums, die von der Probe erfaßt wird, dient für den Nachweis des
Versatzes zwischen der Mittelposition der Signallinie und der Vorab-Abtastposition. Da die
Abtastung bei der Aufzeichnung/Wiedergabe entsprechend dem so nachgewiesenen
Versatz erfolgt, läßt sich beim Wiedergabebetrieb die Spurverfolgungsgenauigkeit
ebenso wie das S/N-Verhältnis verbessern. Außerdem kann die Zuverlässigkeit des
Wiedergabesignals gesteigert werden.