DE69125552T2

DE69125552T2 - Nachführungsmethode für Speichergerät

Info

Publication number: DE69125552T2
Application number: DE69125552T
Authority: DE
Inventors: Katsunori C/O Canon Kabushiki Kaisha Ohta-Ku Tokyo Hatanaka; Yuji C/O Canon Kabushiki Kaisha Ohta-Ku Tokyo Kasanuki; Hiroyasu C/O Canon Kabushiki Kaish Ohta-Ku Tokyo Nose; Takahiro C/O Canon Kabushiki Kaish Ohta-Ku Tokyo Oguchi; Kunihiro C/O Canon Kabushiki Kaish Ohta-Ku Tokyo Sakai; Shunichi C/O Canon Kabushiki Kaish Ohta-Ku Tokyo Shido; Kiyoshi C/O Canon Kabushiki Kaisha Ohta-Ku Tokyo Takimoto; Akihiko C/O Canon Kabushiki Kaisha Ohta-Ku Tokyo Yamano; Yoshihiro C/O Canon Kabushiki Kaisha Ohta-Ku Tokyo Yanagisawa
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1990-09-14
Filing date: 1991-09-10
Publication date: 1997-10-09
Anticipated expiration: 2011-09-11
Also published as: EP0475365B1; EP0475365A3; EP0475365A2; CA2051192A1; DE69125552D1; US5251200A; ATE151557T1; CA2051192C

Description

Hintergrund der Erfindung

Gebiet der Erfindung

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

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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Bei dieser Vorrichtung läßt sich die Spurverfolgungsinformation aus dem Wiedergabesignal generieren.
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.
Im folgenden wird das Wobbel-Verfahren beschrieben.
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.
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].
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.
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.
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

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.
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.
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.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich deutlich aus der nachfolgenden Beschreibung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1A und 1B zeigen die Signalwellenform bei einem konventionellen Wobbel- Betrieb;
Fig. 2 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau einer Informationswiedergabevorrichtung gestattet, die es ermöglicht, Spurverfolgungsinformation aus dem reproduzierten Signal ohne Wobbeln zu generieren;
Fig. 3A und 3B zeigen die Wellenform eines Beispiels für ein in der Vorrichtung nach Fig. 2 verwendetes Signal;
Fig. 4 ist ein Blockdiagramm, welches den Aufbau einer Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung zeigt;
Fig. 5 veranschaulicht die Stelle der Vorab-Abtastung auf einer Signallinie;
Fig. 6 zeigt die Stelle der Vorab-Abtastung auf einem Aufzeichnungsbit; und
Fig. 7 ist eine graphische Darstellung der Relation zwischen den Beträgen der Versetzungen von Vorab-Abtastung und Betriebs-Ausgabewerten.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform

Im folgenden soll die vorliegende Erfindung erläutert werden.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

1. Informationswiedergabeverfahren zum Reproduzieren von Information von einem Datenaufzeichnungsmedium (23) durch relatives Abtasten mit einer Sonde (25) entlang einer Linie (L) kreisförmiger feiner Bits (B), die auf dem Aufzeichnungsmedium (23) gebildet sind, gekennzeichnet durch die Schritte:

a) Vorabtasten mit der Sonde (25) auf der Linie (L) feiner Bits vor der Wiedergabe der Information an zwei Stellen (M&sub1; und M&sub2;), die quer zu der Abtastlinie ein vorbestimmtes Intervall aufweisen, welches kleiner ist als der Durchmesser des abgetasteten Bits, bei gleichzeitigem Integrieren der nachgewiesenen Ströme an jeder abgetasteten Stelle (M&sub1;, M&sub2;),

b) Nachweisen der Differenz zwischen den integrierten Ergebnissen aus dem Schritt a),

c) Nachweisen eines Versatzes zwischen einer Mitte der Linie (L) feiner Bits und einer Stelle (M&sub1;, M&sub2;) der Vorabtastung aus einem Nachweissignal,welches bei der Vorabtastung erhalten wird, und

d) Abtasten mit der Sonde (25) auf der Mitte der Linie (L) feiner Bits, basierend auf einem Nachweisergebnis des Nachweisschritts bei Wiedergabe der Information.

2. Informationswiedergabevorrichtung, umfassend:

- eine Sonde (25), die einem Datenaufzeichnungsmedium (23) gegenüberliegt,

- eine Einrichtung (24, 21) zum relativen Abtasten einer Linie (L) von auf dem Aufzeichnungsmedium gebildeten kreisförmigen feinen Bits mit der Sonde, und

- eine Einrichtung (27, 29, 30) zum Nachweisen eines Wiedergabesignals bei der relativen Abtastung,

gekennzeichnet durch

- eine Einrichtung (28), um vor der Wiedergabe der Information die Linie feiner Bits mit der Sonde mehrere Male bei einem vorbestimmten Intervall quer zu der Abtastlinie und mit geringerer Größe als ein Bit (B) einer Vorabtastung zu unterziehen,

- eine Einrichtung (28) zum Nachweisen eines Versatzes zwischen einer Mitte (O) der Linie (L) feiner Bits und einer Stelle (M&sub1;, M&sub2;) der Vorabtastung aus einem bei der Vorabtastung erhaltenen Nachweissignal, und

- eine Einrichtung, mit der die Sonde (25) die Mitte der Linie feiner Bits, basierend auf einem Nachweisergebnis der Nachweiseinrichtung, bei der Wiedergabe der Information abtastet.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Aufzeichnungsmedium (23) aufgrund einer Änderung der elektrischen Leitfähigkeit einen Speichereffekt aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (26) zum Anlegen einer Spannung zwischen die Sonde (25) und das Aufzeichnungsmedium (23).

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der zwischen der Sonde (25) und dem Aufzeichnungsmedium (23) ein Tunnelstrom fließt.