DE69217120T2

DE69217120T2 - Antriebsvorrichtung eines Wandlers, seine Herstellung und Apparatur und Antrieb mit solcher Vorrichtung

Info

Publication number: DE69217120T2
Application number: DE69217120T
Authority: DE
Inventors: Yutaka Hira; Yuji Kasanuki; Masaru Nakayama; Yasuhiro Shimada; Yoshio Suzuki; Takayuki Yagi; Keisuke Yamamoto
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-05-30
Filing date: 1992-05-28
Publication date: 1997-06-12
Anticipated expiration: 2012-05-29
Also published as: EP0516418B1; CA2069708A1; CA2069708C; JPH05187867A; US5966787A; DE69217120D1; ATE148582T1; JP3148946B2; EP0516418A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine piezoelektrische Stelleinrichtung, einen Fühler-Antriebsmechanismus, Verfahren zu deren Herstellung und eine diese anwendende Vorrichtung wie eine Tunnelstrom-Erfassungsvorrichtung und eine Informationsverarbeitungsvorrichtung.
In den letzten Jahren wurde die Anwendung von Abtasttunnelmikroskop-Techniken bzw. STM-Techniken bei einer Vielzahl von technischen Gebieten einschließlich Beobachtung und Verarbeitung von Halbleitermaterialien und hochmolekularen Materialien auf atomarer oder molekularer Ebene, Feinarbeiten und Aufzeichnungsvorrichtungen untersucht.
Insbesondere sind Auf zeichnungsvorrichtungen erforderlich, die eine große Kapazität bei Berechnungsinformationen und Bildinformationen eines Computers usw. aufweisen, wobei die Entwicklung einer STM-Technik dafür immer stärker verlangt wird. Als Ergebnis des Fortschritts bei der Halbleiterverarbeitungstechnik sind Mikroprozessoren verkleinert worden und hat sich die Rechenfähigkeit verbessert. Folglich ist es erwünscht, daß Aufzeichnungsvorrichtungen weiter verkleinert werden. Zur Befriedigung derartiger Erfordernisse ist eine Aufzeichnungs-Wiedergabevorrichtung offenbart, die einen Aufnehmer mit einem Tunnelstromerzeugungsfühler anwendet, der auf einer Antriebseinrichtung vorgesehen ist, die eine Feinjustierung des Zwischenraums zwischen dem Fühler und einem Aufzeichnungsträger durchführen kann. Diese Vorrichtung zeichnet auf einem minimalen Aufzeichnungsbereich von 10 nm² durch Anlegen einer Spannung mittels des Wandlers Informationen auf, damit die Austrittsarbeit an der Oberfläche auf dem Aufzeichnungsträger geändert wird, oder liest Informationen durch Erfassung der Veränderung eines Tunnelstroms aus, die durch die Veränderung der Austrittsarbeit bedingt wird (japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 63-161 552).
Im allgemeinen muß die Anzahl der Fühler zur Beschleunigung der Übertragung und Aufzeichnung von Daten erhöht werden. Bei der Übertragung und Aufzeichnung von Daten bei der vorstehend erwähnten Vorrichtung laufen die Fühler entlang den Zeilen aufgezeichneter Daten durch Justierung des Zwischenraums zwischen dem Fühler und dem Aufzeichnungsträger. Da die Breite der Zeilen der aufgezeichneten Daten extrem schmal ist, kann infolge einer durch eine Temperaturänderung der Vorrichtung verursachten Drift, eines Herauslaufens der Fühler aus den Datenzeilen aufgrund einer externen Erschütterung und anderen Einflüssen eine stabile Aufzeichnung/Wiedergabe nicht ohne weiteres erreicht werden. Dementsprechend ist es erforderlich, daß jeweilige Fühler sich unabhängig mit hoher Geschwindigkeit in einer Richtung senkrecht zu der zugewandten Seite des Aufzeichnungsträgers bewegen.
Zur Erfüllung einer derartigen Erfordernis offenbart beispielsweise die W089/07 256 einen Ausleger, der wie in Fig. 6 gezeigt aus einer Schichtung von Schichten 5 und 7 aus piezoelektrischen Material sowie Elektrodenschichten 4, 6 und 8 besteht. Der Ausleger wird dadurch erzeugt, daß eine aus einem Siliziumoxidfilm bestehende Isolierschicht 11 ausgebildet wird, diese gemustert wird und ein Substrat 1 zum Erhalt eines bimorphen Arms 10 anisotrop geätzt wird.
Bei dem vorstehend beschriebenen Beispiel gemäß dem Stand der Technik ist es jedoch notwendig, die Dicke der Isolierschicht 11 zur Unterdrückung eines seitlichen Ätzens des Siliziumsubstrats bzw. des Si-Substrats 1 bei dem Ätzen des bimorphen Arms 10 und der Isolierschicht 11 dünn auszuführen. Dabei wird zwischen der unteren Elektrode 4 und dem Siliziumsubstrat eine nichtvernachlässigbare Kapazität hervorgerufen, wobei in Verbindung mit einer anderen Elektrode über das Substrat wie in Fig. 7 gezeigt ein Ersatzschaltbild gebildet wird.
Gewöhnlich ist die Ansteuerfrequenz eines Auslegers durch die Resonanzfrequenz begrenzt, die durch die Abmessungen und den Schichtaufbau des Auslegers bestimmt ist. Bei dem Beispiel gemäß den Stand der Technik ist die Ansteuerfrequenz außerdem durch den Anstieg der Zeitkonstante aufgrund der durch die Schichten 5 und 7 aus piezoelektrischen Material hervorgerufenen Kapazität und der vorstehend beschriebenen parasitären Kapazität begrenzt. Folglich wird die Justierung des Zwischenraums zwischen einem Träger und dem Fühler unmöglich und treten Fehlfunktionen beim Schreiben und Lesen auf. Bei einem Aufbau mit mehreren Fühlern verursachen unterschiedliche Verdrahtungslängen zu jeweiligen Ansteuerelektroden eine starke Änderung der parasitären Kapazität, die eine Anderung der Antriebseigenschaften des Auslegers verursacht.
Falls die Isolierschicht unter der Elektrode zur Verringerung der parasitären Kapazität zur Vermeidung der vorstehend beschriebenen Probleme dick ausgeführt wird, wird, wenn die Isolierschicht 11 geätzt wird, Silizium in seitlicher Richtung in einer Größenordnung von zehnmal oder mehr als die Dicke der in Fig. 6 gezeigten Isolierschicht isotrop geätzt, was die Steuerbarkeit des Auslegers verringert.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine neue piezoelektrische Stelleinrichtung und eine einen Fühler-Antriebsmechanismus, bei denen die zwischen den Ausleger und dem Träger hervorgerufene Kapazität zur Verbesserung der Ansprechfähigkeit und zur Vermeidung unnötigen Ätzens verringert ist, und außerdem ein Verfahren zu deren Herstellung zu schaffen.
Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine Informationsverarbeitungsvorrichtung mit einer Tunnelstrom- Erfassungseinrichtung, die den vorstehend beschriebenen bezüglich der Genauigkeit und der Ansprechfähigkeit verbesserten Fühler-Antriebsmechanismus anwendet, und Einrichtungen zur Aufzeichnung, zur Wiedergabe und zum Löschen zu schaffen.
Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist eine piezoelektrische Stelleinrichtung mit einem einen geschichteten Aufbau aufweisenden, bimorphen Ausleger mit zwei zwischen einer Vielzahl von Elektroden geschichteten piezoelektrischen Filmen geschaffen, wobei der Ausleger an einem Ende durch einen Träger getragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Isolierschicht und eine zweite Isolierschicht zwischen dem Träger und dem Ausleger vorgesehen sind, wobei die erste Isolierschicht den Träger berührt und die zweite Isolierschicht den Ausleger berührt, die Gesamtdicke der Isolierschichten sich in Richtung auf den Rand des Trägers derart verringert, daß der bimorphe Ausleger einen geneigten Abschnitt zwischen dem Auslegerabschnitt des bimorphen Aufbaus und dem von dem Rest des Trägers getragenen Abschnitt aufweist.
Gemäß einen Ausführungsbeispiel der Erfindung bildet die Stelleinrichtung einen Fühler-Antriebsmechanismus, wobei der Mechanismus außerdem an dem von dem Träger abgewandten Ende des Auslegers einen Fühler zur Informationseingabe und Informationsausgabe aufweist.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Abtasttunnelmikroskopvorrichtung bzw. eine STM-Vorrichtung geschaffen mit zumindest einem Fühler-Antriebsmechanismus wie in dem vorstehenden Abschnitt beschrieben, einer Treibereinrichtung zur Ansteuerung des Fühler-Antriebsmechanismus, einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Treibereinrichtung, einer Einrichtung zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen einer Probe und einer Fühlerspitze, einer Einrichtung zur Erfassung eines zwischen der Probe und der Fühlerspitze fließenden elektrischen Tunnelstroms und Einrichtungen zur Ausgabe von Informationen von einer Oberfläche der Probe entsprechend dem erfaßten Tunnelstrom.
Gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Fühler-Antriebsmechanismus geschaffen, gekennzeichnet durch die Schritte Erzeugen einer ersten Isolierschicht mit einer Dicke von nicht weniger als 5000 Å auf einem Träger, Versehen der ersten Isolierschicht mit Mustern durch anisotropes Ätzen zur Ausbildung eines geneigten Abschnitts, dessen Dicke in Richtung auf den Rand des Trägers verringert ist, Erzeugen einer zweiten Isolierschicht auf der ersten Isolierschicht, aufeinanderfolgendes Schichten einer Vielzahl von Elektrodenschichten und piezoelektrischen Schichten auf die zweite Isolierschicht und Entfernen eines Teils des Trägers durch Ätzen zur Ausbildung eines bimorphen Auslegers.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines erfindungsgemäßen Fühler-Antriebsmechanismus.
Fig. 2A bis 2C veranschaulichen ein Verfahren zur Herstellung eines Fühler-Antriebsmechanismus.
Fig. 3 veranschaulicht ein weiters Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Fühler-Antriebsmechanismus.
Fig. 4 zeigt eine einfache Darstellung einer Anordnung mit mehreren Fühlern.
Fig. 5 zeigt eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Informationsverarbeitungsvorrichtung.
Fig. 6 veranschaulicht vereinfacht ein Beispiel gemäß dem Stand der Technik.
Fig. 7 zeigt ein Ersatzschaltbild zwischen den Elektroden gemäß dem Stand der Technik gemäß Fig. 6.
Fig. 8 veranschaulicht einen bei einer erfindungsgemäßen Informationsverarbeitungsvorrichtung angewendeten elektrischen Speichereffekt einer Aufzeichnungsschicht.
Fig. 9A und 9B zeigen Beispiele für eine Anwendung einer erfindungsgemäßen piezoelektrischen Stelleinrichtung.

BESCHREIBUNG DES BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELS

Erfindungsgemäß ist die Steifigkeit des Auslegerabschnitt verringert und die Isolierschicht auf dem Substrat dick ausgeführt, wodurch die parasitäre Kapazität verringert und die Antriebseigenschaften des Auslegers verbessert sind.
Die Isolierschicht weist vorzugsweise eine Dicke von zumindest 5000 Å bzw. 500 nm und besser 1 um auf.
Die Erfindung ist insbesondere unter Bezug auf Beispiele beschrieben.

Beispiel 1

Fig. 1 zeigt eine Schnittansicht eines Aufbaus eines Auslegers und Leitelektroden. Der Auslegerabschnitt besteht aus Schichten 5 und 7 eines piezoelektrischen Materials und Ansteuerelektrodenschichten 4, 6 und 8. Bei dem freien Ende des Auslegers ist eine Spitze 9 vorgesehen. Die Elektrode zum Herausleiten des Tunnelstroms wird gleichzeitig mit der Ausbildung der oberen Elektrode 8 ausgebildet. Die mittleren und oberen Elektroden 6 und 8 sind über eine große Distanz tatsächlich zu einem verbindungsabschnitt hin verdrahtet, obwohl sie in der Zeichnung abgeschnitten dargestellt sind.
Der Aufbau und die Wirkung der Erfindung sind unter Bezug auf die Darstellung eines Herstellungsablaufs gemäß Fig. 2A bis 2C beschrieben. Wie in Fig. 2A gezeigt, werden, da auf einem (100) Siliziumsubstrat ein dicker Film leicht ausgebildet werden kann, Siliziumoxidfilme 3 mit einer Dicke von 1 um oder mehr in einem Wärmeoxidationsofen darauf ausgebildet.
Beide Oberflächen werden einem Mustern unterzogen. Bei dem Mustern werden die Siliziumoxidfilme auf beiden Oberflächen nur an dem Trägerabschnitt 13 stehengelassen. Das Mustern des Siliziumoxidfilms wird vorzugsweise durch ein isotropes Ätzen mit einer wäßrigen HF-Lösung oder dergleichen durchgeführt, da die Abdeckung der nachfolgend auszubildenden unteren Elektrode 4 unzureichend wird, falls das Ende des Randabschnitts 12 des Siliziumoxidfilms stark geneigt ist und die bei dem Schritt gemäß Fig. 2C auszubildende untere Elektrode relativ dünn ist. Danach werden Siliziumnitridfilme 2 mit einer Dicke von 1000 bis 1500 Å bzw. 100 bis 150 nm durch ein Wachstum aus der Dampfphase eines SiH&sub2;Cl&sub2;-Gases und eines NH&sub3;-Gases ausgebildet, wobei lediglich der Film auf der Rückseite gemustert wird. Statt der Ausbildung der Siliziumnitridfilme können wieder Siliziumoxidfilme mittels eines Wärmeoxidationsofens ausgebildet werden. Nachfolgend wird wie in Fig. 28 gezeigt zur Ausbildung einer Siliziummembran 10 mit einer Dicke von einigen zehn um an dem Abschnitt des Auslegerabschnitt durch anisotropes Ätzen von Silizium beispielsweise durch Erhitzen mit wäßrigem KOH ein Ätzen durchgeführt. Danach werden wie in Fig. 2C gezeigt eine untere Elektrode 4 mit einer Dicke von etwa 1000 Å bzw. 100 nm und eine Schicht 5 piezoelektrischen Materials ausgebildet. In derselben Weise werden eine Zwischenelektrode 6, eine andere Schicht 7 piezoelektrischen Materials und eine obere Elektrode 8 in dieser Reihenfolge geschichtet. Darauf wird eine Spitze 9 ausgebildet. Nachdem das sich ergebende Material in einer Dicke von 10 um beschichtet ist, werden die Siliziummembran 10 und der Sliziumnitridfilm 2 durch anisotropes Ätzen mit einer wäßrigen KOH-Lösung oder dergleichen oder durch ein Plasma-Ätzen mit einem Gas wie CF&sub4; und SF&sub6; entfernt. Außerdem wird die Beschichtung durch ein Plasma-Ätzen mit einem Gas wie CF&sub4; und SF&sub6; entfernt. Somit wird ein Ausleger mit einem in Fig. 1 gezeigten Aufbau erhalten.
Der Vorteil des vorstehend beschriebenen Aufbaus ist nachstehend beschrieben. Bei dem herkömmlichen Aufbau gemäß Fig. 6 werden wie bei dem in Fig. 7 dargestellten Ersatzschaltbild gezeigt unerwünschte parasitäre Kapazitäten c&sub1; und c&sub2; hervorgerufen, wobei c die Kapazität des piezoelektrischen Materials, r&sub1; und r&sub2; die Verdrahtungswiderstände sowie r&sub3; den Widerstand des Substrats darstellen.
Die Werte von c, c&sub1; und c&sub2; gemäß der Erfindung (Fig. 1) sind mit denen gemäß dem Stand der Technik (Fig. 6) unter den nachstehend beschriebenen Bedingungen verglichen.

Bedingungen

SiO&sub2;-Dicke, 3 (gemäß der Erfindung) 1 µm
Si&sub3;N&sub3;-Dicke, 2 (Isolierschicht gemäß Stand der Technik) 0,15 µm
Dicke der Schichten 5, 7 piezoelektrischen Materials 0,3 µm
Abmessungen des Auslegers 300 µm x 100 µm
Verdrahtung 5 um breit x 5 mm lang
Dielektrische Konstante von Si&sub3;N&sub4; 1,1 x 10&supmin;¹¹ (F/m)
Dielektrische Konstante von SiO&sub2; 3,5 x 10&supmin;¹¹ (F/m)
Dielektrische Konstante von ZnO 1,1 x 10&supmin;¹¹ (F/M)
(wobei c' die Gesamtkapazität von c&sub1; und c&sub2; ist)
Wie vorstehend beschrieben beträgt das Verhältnis der parasitären Kapazität zu der Kapazität des Hauptaufbaus des Auslegers (c'/c) etwa 40 %, während der Wert c' gemäß der Erfindung lediglich 1/10 oder weniger davon beträgt. In dem Fall einer Anordnung gemäß Fig. 4 mit mehreren Fühlern unterscheiden sich die Verdrahtungslängen bei den Fühlern, die große Unterschiede bei den parasitären Kapazitäten der Fühler und bei den Widerständen der Substrate verursachen, wodurch Änderungen bei der Auslegeransteuerung verursacht werden. Im Gegensatz dazu ist bei dem erfindungsgemäßen Ausleger die Änderung der parasitären Kapazität aufgrund der Änderungen der Länge bei der Verdrahtung gering, da die parasitäre Kapazität gering ist. Anders ausgedrückt ermöglicht die Erfindung eine starke Verringerung der Änderung der Eigenschaften bei den jeweiligen Auslegern.

Beispiel 2

Ein anderer Herstellungsablauf eines Auslegers ist nachstehend unter Bezug auf Fig. 3 beschrieben. Der grundsätzliche Aufbau und die Wirkungen gemäß diesem Beispiel sind dieselben wie die gemäß Beispiel 1.
Auf beiden Oberflächen eines Siliziumsubstrats 1 sind jeweilige Siliziumnitridfilme 2 durch eine Reaktion von SiH&sub2;Cl&sub2; und NH&sub3; bei etwa 800 ºC mit einer Dicke von 100 bis 1500 Å bzw. 10 bis 150 nm mittels einer LPCVD-Vorrichtung ausgebildet. Der Siliziumnitridfilm auf der Rückseite wird zur Ausbildung eines Silizium-Membranabschnitts 10 einem Mustern und einem Ätzen unterzogen. Dann wird eine Siliziumoxidfilm 3 lediglich auf der Vorderseite durch eine Reaktion von SiH&sub4; und O&sub2; mittels einer Normaldruck-CVD-Vorrichtung ausgebildet, wobei der sich ergebende Film zum Erhalt eines in Fig. 3 gezeigten Aufbaus gemustert und geätzt wird. Der darauffolgende Ablauf ist derselbe wie der gemäß Beispiel 1.
Im übrigen wird durch Ausbildung der Siliziuinmembran 10 vor der Ausbildung des Siliziumoxidfilms 3 dasselbe Ergebnis erhalten.

Beispiel 3

Nachstehend ist eine Aufzeichnungs-Wiedergabevorrichtung als Beispiele für eine erfindungsgemäße Informationsverarbeitungsvorrichtung beschrieben, die den vorstehend beschriebenen Fühler-Antriebsmechanismus verwendet. Fig. 5 zeigt vereinfacht eine erfindungsgemäße Aufzeichnungs-Wiedergabevorrichtung. Auf einem Siliziumsubstrat 101 ist der erfindungsgemäße Fühler-Antriebsmechanismus 102 mehrfach vorgesehen. Ein piezoelektrisches Element 105 zum Grobantrieb bzw. zur Grobbewegung in Z-Richtung treibt das Siliziumsubstrat in Z- Richtung an. Die Bezugszahl 103 bezeichnet einen plattenförmigen Aufzeichnungsträger. Datenzeilen 104 sind durch eine zeilenweise Anordnung von durch einen abtastbaren Bereich des Fühler-Antriebsmechanismus bestimmten Aufzeichnungsbereichen ausgebildet. Der Aufzeichnungsträger 103 wird durch einen in der Zeichnung nicht gezeigten Bewegungsmechanismus parallel zu der durch den Pfeil in der Zeichnung angezeigten Richtung bewegt, wobei Informationen zeilenweise in die Aufzeichnungsbereiche geschrieben werden. Der Fühler-Antriebsmechanismus 102 und das piezoelektrische Element 105 für den Grobantrieb in Z-Richtung sind derart aufgebaut, daß sie in einer Richtung senkrecht zu der Richtung der Datenzeilen durch einen Bewegungsmechanismus wie einen in der Zeichnung nicht gezeigten Linearmotor bewegbar sind. Dadurch wird auf jede gewünschte Datenzeile zur Datenaufzeichnung und Datenwiedergabe zugegriffen. Der Zugriff auf die gewünschte Datenzeile wird durch eine Positionserfassungseinrichtung wie einen linearen Kodierer durchgeführt. Danach tastet jeder Fühler des Fühler- Antriebsmechanismus 102 die jeweiligen Aufzeichnungsbereiche der beabsichtigten Datenzeilen ab.
Die Aufzeichnungschicht 103 kann aus einen ein Speicher- Schaltphänomen (oder einen elektrischen Speichereffekt) bei Strom-Spannungs-Kennlinien zeigenden Material wie ein organischer Monomolekularfilm oder einen darauf aufgebauten Film sein, der durch Schichten auf Molekülen mit sowohl. einer Gruppe mit einem π-Elektronenpegel als auch einer Gruppe mit lediglich einem -Elektronenpegel auf einer Elektrode erzeugt, wie in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. Sho-63-161 552 beschrieben. Der elektrische Speichereffekt ermöglicht durch Anlegen einer einen Schwellwert überschreitenden Spannung einen umkehrbaren Übergang (oder Schalten) zwischen zwei oder mehreren elektrisch leitenden Zustän den (gemäß Fig. 8 einem eingeschalteten und einem ausgeschalteten Zustand), nämlich einem Zustand niedrigen Widerstands (eingeschalteten Zustand) und einem Zustand hohen Widerstands (ausgeschalteten Zustand) eines Dünnfilms wie des vorstehend beschriebenen organischen Monomolekularfilms oder eines darauf aufgebauten, zwischen einem Paar Elektroden angeordneten Films. Die jeweiligen Zustände können ohne Anlegen einer Spannung zurückerhalten (oder gespeichert) werden.
Der Aufzeichnungsträger 103 kann ebenfalls aus einem Material wie ein Metallfilm aus Gold oder Platin und dergleichen hergestellt sein, das den Oberflächenzustand dahingehend verändert, daß er konvex oder konkav ist, indem durch Anlegen einer einen Schwellwert überschreitenden Spannung lokal geschmolzen oder lokal verdampft wird.
Nachstehend ist das Verfahren zur Aufzeichnung und Wiedergabe beschrieben.
Die Aufzeichnung wird durch Bewegung des piezoelektrischen Elements 105 zur Grobbewegung in Z-Richtung und des Fühler- Antriebsmechanismus 102 durch einen Bewegungsmechanismus zu einer Aufzeichnungsposition und durch darauffolgendes Anlegen einer einen Schwellwert überschreitenden Spannung an den Aufzeichnungsträger 103 durchgeführt. Zu diesem Zeitpunkt wird durch eine Vorspannungschaltung 106 eine Vorspannung an den Aufzeichnungsträger 103 angelegt, wobei die Fühler von dem Aufzeichnungsträger auf einen Abstand gehalten werden, damit das Fließen eines Tunnelstroms ermöglicht wird. Die Fühler werden durch das piezoelektrische Element 105 zur Grobbewegung in Z-Richtung nahe an den Aufzeichnungsträger. gebracht, wobei dann jeweilige Fühler durch den Fühler-Antriebsmechanismus 102 in den Tunnelbereich gebracht werden. Der Fühler wird durch eine Rückkopplung des Tunnelstroms, die über eine Z-Richtungs-Servoschaltung 110 des jeweiligen Fühler-Antriebsmechanismus durch eine Tunnelstrom-Erfassungsschaltung 107 erfaßt wird, auf einen vorbestimmten Abstand von dem Aufzeichnungsträger gehalten. Bei der Z-Richtungs-Servoschaltung 110 ist ein Tiefpaßfilter vorgesehen, wobei die Grenzfrequenz derart ausgewählt ist, daß sie nicht dem Datensignal sondern der Bewegung des Aufzeichnungsträgers und den Wellen auf dem Aufzeichnungsträger folgt, wodurch der durchschnittliche Abstand zwischen dem Fühler und dem Aufzeichnungsträger derart geregelt wird, daß er konstant bleibt
Zum Zeitpunkt der Aufzeichnung werden die Aufzeichnungssignale aus einer Steuerschaltung 112 zu einer Pulssignal-Anlegeschaltung 108 gesendet, wodurch zur Durchführung der Aufzeichnung eine Pulsspannung an jeweilige Fühler angelegt wird. Bei der Z-Richtungs-Servosschaltung 110 ist eine Halteschaltung vorgesehen, wobei eine Ansteuerspannung des Fühler- Antriebsmechanismus 102, an dem eine Pulsspannung angelegt ist, derart beibehalten wird, daß das Anlegen der Pulsspannung keine Änderung des Abstands zwischen dem Fühler und dem Aufzeichnungsträger verursacht. Dadurch werden die Aufzeichnungsbits in einer Matrixform in dem Aufzeichnungsbereich der Datenzeilen 104 aufgezeichnet. Bei den jeweiligen Aufzeichnungszeilen werden Adreßinformationen eingesetzt, die bei der Wiedergabe eine Unterscheidung der Daten ermöglichen.
Die Wiedergabe wird wie nachstehend beschrieben durchgeführt.
Bei der Wiedergabe wird der Fühler zu dem Aufzeichnungsbereich der gewünschten Datenzeile 104 bewegt, wobei der Unterschied zwischen dem zwischen dem Aufzeichnungsträger 103 und dem Fühler an dem aufgezeichneten Abschnitt fließenden Tunnelstrom und dem an einem nicht aufgezeichneten Abschnitt fließenden Tunnelstrom erfaßt wird. Der Fühler-Antriebsmechanismus 102 wird durch eine XY-Positionssteuerschaltung 109 derart gesteuert, daß der Fühler den gesamte Aufzeichnungsbereich abtastet. Das Wiedergabesignal eines Aufzeichnungsbereichs gelangt durch die Tunnelstrom-Erfassungsschaltung 107 und wird zeitweilig durch eine Signalverarbeitung in der Steuerschaltung 112 gespeicher. Daraus werden nur erwünschte Daten wiedergegeben und ausgegeben.
Bei einer derartigen Aufzeichnungs-Wiedergabevorrichtung verbreitert der Fühler-Antriebsmechanismus mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau den durch einen Fühler abtastbaren Bereich, wobei der Aufzeichnungsbereich vergrößert und die Aufzeichnungsdichte insgesamt vergrößert werden.

Beispiel 4

Unter Verwendung eines Auslegerfühlers gemäß Beispiel 1 wurde eine Abtasttunnelmikroskopvorrichtung bzw. eine STM-Vorrichtung aufgebaut. Das Blockschaltbild der Vorrichtung ist ähnlich dem gemäß Fig. 5.
Mit dieser Vorrichtung wurde eine Spaltfläche eines Substrats aus HOPG (stark ausgerichtetem Pyrolysegraphit) mit einem Vorspannungsstrom von 1 nA und einer Abtastfläche von 100 Å x 100 Å bzw. 10 x 10 nm beobachtet, wodurch ein ausreichendes Atombild erhalten wurde.
Die Oberfläche des HOPG-Substrats mit kleinen Stufen wurde in derselben Weise wie vorstehend beschrieben bei einem Abtastbereich von 500 Å x 500 Å bzw. 50 x 50 nm beobachtet. Danach wurde der Fühler einmal von dem Substrat entfernt und die Beobachtung noch einmal durchgeführt, wodurch die Schritte auf der Oberfläche an den gleichen Positionen mit einer ausreichenden Wiedergabe beobachtet werden.

Beispiel 5

Ein Satz piezoelektrischer Stelleinrichtungen für einen Tintenstrahlkopf wurde durch eine Nebeinanderanordnung einer Vielzahl von Stelleinrichtungen aufgebaut. Eine Schnittansicht und eine perspektivische Ansicht davon sind vereinfacht in Fig. 9A bzw. 9B dargestellt.
Die piezoelektrischen Stelleinrichtungen wurden in derselben Weise wie gemäß Beispiel 1 unmittelbar vor der Entfernung des Substrats erzeugt, mit der Ausnahme, daß die Spitzen nicht ausgebildet wurden. Darauffolgend wurden eine Vielzahl von Düsenöffnungen 29 auf einem Substrat 28 für Düsen ausgebildet. Abstandhalter 27 wurden aus einer leitfähigen dünnen Platte aus einem Edelmetall oder dergleichen hergestellt. Die Abstandhalter verbinden obere Elektroden 8 miteinander und dienen außerdem als Leitelektroden. Jede untere Elektrode der jeweiligen piezoelektrischen Stelleinrichtungen wurde mit einer in der Zeichnung nicht gezeigten Leitelektrode zum individuellen Anlegen einer Spannung verbunden. Nach der Passung wurden das den piezoelektrischen Stelleinrichtungen aufweisend Substrat 1 und das Düsensubstrat 28 miteinander verklebt. Schließlich wurde das Substrat an den Abschnitten unter der piezoelektrischen Stelleinrichtung durch anisotropes Ätzen mit einem wäßrigen Kaliumhydroxid wie gemäß Beispiel 1 gezeigt mit Ausnahme der einen Seite der Endabschnitte der piezoelektrischen Stelleinrichtungen entfernt.
Der auf diese Weise erzeugte Tintenstrahlkopf kann Tinte durch eine Düsenöffnung 29 ausstoßen, indem das freie Ende der piezoelektrischen Stelleinrichtung aufgrund der an die untere Elektrode 4 angelegten Spannung vertikal versetzt wird, wobei dadurch der Druck der Tinte in der Nähe der Düsenöffnung 29 vergrößert wird. Durch Verwendung einer Vielzahl von Stelleinrichtungen, an die eine Spannung wie vorstehend beschrieben ausgewählt und stoßweise angelegt wird, wird mit ausreichendem Ansprechen auf das Anlegen der Spannung ein gewünschter Druck durchgeführt.
Erfindungsgemäß wird die Isolierschicht zwischen dem Substrat und der Elektrode des Auslegers lediglich unter dem Verdrahtungsabschnitt des Substrats stehengelassen, worauf die Elektrodenschicht und die piezoelektrische Schicht geschichtet werden. Deshalb tritt das Problem eines unerwünschten seitlichen Ätzens von Silizium beim Ätzen der Isolierschicht nach dem Ätzen der Siliziummembran an dem Auslegerabschnitt nicht auf. Dementsprechend können die Isolierschicht unter der Verdrahtung dick ausgeführt und dadurch die parasitäre Kapazität zwischen den Verdrahtungsabschnitten verringert werden sowie die Steifigkeit des Auslegerabschnitts verringert werden. Somit kann die Änderungen bei den parasitären Kapazitäten zwischen den Fühlern gering gemacht werden, wodurch die Steuerbarkeit des Fühlers deutlich verbessert wird. Zusätzlich sind die Antriebseigenschaften des Auslegers verbessert.

Claims

1. Piezoelektrische Stelleinrichtung mit einem einen geschichteten Aufbau aufweisenden, bimorphen Ausleger (4, 5, 6, 7, 8) mit

zwei zwischen einer Vielzahl von Elektroden (4, 6, 8) geschichteten piezoelektrischen Filmen (5, 7), wobei der Ausleger (4, 5, 6, 7, 8) an einem Ende durch einen Träger (1) getragen wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

eine erste Isolierschicht (3) und eine zweite Isolierschicht (2) zwischen dem Träger (1) und dem Ausleger (4, 5, 6, 7, 8) vorgesehen sind, wobei die erste Isolierschicht (3) den Träger (1) berührt und die zweite Isolierschicht (2) den Ausleger berührt, die Gesamtdicke der Isolierschichten (2, 3) sich in Richtung auf den Rand des Trägers (1) derart verringert, daß der bimorphe Ausleger einen geneigten Abschnitt (12) zwischen dem Auslegerabschnitt des bimorphen Aufbaus und dem von dem Rest des Trägers (1) getragenen Abschnitt aufweist.

2. Piezoelektrische Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Isolierschichten (2, 3) eine Gesamtdicke von 5000 Å oder mehr aufweisen.

3. Piezoelektrische Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Isolierschicht (3) einen Siliziumoxidfilm aufweist.

4. Piezoelektrische Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Isolierschicht (2) einen Siliziumnitridfilm aufweist.

5. Piezoelektrische Stelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) Silizium aufweist

6. Piezoelektrische Stelleinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, die einen Fühler-Antriebsmechanismus bildet, wobei

der Mechanismus an dem von dem Träger (1) abgewandten Ende des Auslegers (4, 5, 6, 7, 8) einen Fühler (9) zur Informationseingabe und -ausgabe aufweist

7. Abtast-Tunnelmikroskopvorrichtung (STM) mit zumindest einem Fühler-Antriebsmechanismus nach Anspruch 6,

einer Treibereinrichtung zur Ansteuerung des Fühler-Antriebsmechanismus,

einer Steuereinrichtung zur Steuerung der Treibereinrichtung,

einer Einrichtung zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen einer Probe und einer Fühlerspitze,

einer Einrichtung zur Erfassung eines zwischen der Probe und der Fühlerspitze fließenden elektrischen Tunnelstroms und

Einrichtungen zur Ausgabe von Informationen von einer Oberfläche der Probe entsprechend dem erfaßten Tunnelstrom

8. Informationsverarbeitungsvorrichtung mit zumindest einem Fühler-Antriebsmechanismus (102) nach Anspruch 6,

einer Treibereinrichtung (111) zur Ansteuerung des Fühler-Antriebsmechanismus (102),

einer Steuereinrichtung (112) zur Steuerung der Treibereinrichtung,

einer Einrichtung (106) zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen einem Auf zeichnungsträger (103) und einer Fühlerspitze,

einer Einrichtung (107) zur Erfassung eines zwischen dem Aufzeichnungsträger (103) und der Fühlerspitze fließenden elektrischen Tunnelstroms und

Einrichtungen zur Ausgabe von Informationen von einer Oberfläche des Auf zeichnungsträgers (103) entsprechend dem erfaßten Tunnelstrom

9. Tintenstrahlkopf mit einer piezoelektrischen Stelleinrichtung nach Anspruch 1 und einer Düse (29).

10. Verfahren zur Herstellung eines Fühler-Antriebsmechanismus,

gekennzeichnet durch die Schritte

Erzeugen einer ersten Isolierschicht (3) mit einer Dicke von nicht weniger als 5000 Å auf einem Träger (1),

Versehen der ersten Isolierschicht (3) mit Mustern durch anisotropes Ätzen zur Ausbildung eines geneigten Abschnitts (12), dessen Dicke in Richtung auf den Rand des Trägers (1) verringert ist,

Erzeugen einer zweiten Isolierschicht (2) auf der ersten Isolierschicht (3),

aufeinanderfolgendes Schichten einer Vielzahl von Elektrodenschichten (4, 6, 8) und piezoelektrischen Schichten (5, 7) auf die zweite Isolierschicht (2) und

Entfernen eines Teils des Trägers (1) durch Ätzen zur Ausbildung eines bimorphen Auslegers.

11. Verfahren zur Herstellung eines Fühler-Antriebsmechanismus nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Träger (1) Silizium aufweist.

12. Verfahren zur Herstellung eines Fühler-Antriebsmechanismus nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Isolierschicht (3) einen Siliziumoxidfilm aufweist.

13. Verfahren zur Herstellung eines Fühler-Antriebsmechanismus nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Isolierschicht (2) einen Siliziumnitridfilm aufweist

14. Verfahren zur Herstellung eines Fühler-Antriebsmechanismus nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des Trägers (1) durch anisotropes Ätzen entfernt wird.

15. Verfahren zur Herstellung einer piezoelektrischen Stelleinrichtung mit dem Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, gekennzeichnet durch den Schritt

Ausbilden eines Fühlers (9) zur Informationseingabe und -ausgabe an dem von dem Träger (1) abgewandten Ende des Auslegers.