JP2002184051A - 接触抵抗測定を用いた情報記録再生装置並びにその情報の記録方法及び再生方法 - Google Patents

接触抵抗測定を用いた情報記録再生装置並びにその情報の記録方法及び再生方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 接触抵抗測定を利用した情報記憶装置及びそ
の記録と再生方法を提供する。 【解決手段】 情報が記憶される記憶媒体と、前記記憶
媒体に情報の書込みを実行したり、情報の読出しを実行
したりするように、前記記憶媒体と対向して設置された
プローブとを備える情報記憶装置において、前記記憶媒
体は基板３５と、前記基板３５の上部に形成された導電
層３４及び前記導電層３４の上部に形成された絶縁層３
３とを備え、これにより従来のＳＰＭ（走査型原子間力
顕微鏡）の技術を利用した情報記憶媒体の開発にあたっ
て問題になってきた情報維持の問題、情報再生の速度、
信号対雑音比などの問題を解決できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、接触抵抗測定を利
用した情報記録再生装置並びにその記録方法及び再生方
法に係り、より詳細には、プローブのチップと情報記憶
媒体との接触抵抗によって生じる出力電圧値の変化を利
用した情報記録再生装置、及びその記録方法、及び再生
方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏ
ｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）や走査型
プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂ
ｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）等の開発が進むにつれて、
原子レベルで様々な新しい物理現象を観測できるように
なった。例えば、ＳＰＭでは、走査プローブとして、先
端部にプローブ（探針）を設けたＳＰＭプローブを使用
している。ＳＰＭは、このプローブを試料表面に沿って
スキャン（走査）し、試料表面とプローブとの間に発生
する相互作用（引力または斥力）を前記ＳＰＭプローブ
の撓み量として検出することにより、試料表面の形状測
定が行われる。このような走査型プローブ顕微鏡の原理
に基づき、高密度記憶、高速度動作を目指した情報記憶
装置の研究開発が活発となってきている。
【０００３】これまで、情報記憶媒体や、情報の書込み
及び情報の読出しについて、種々の研究開発が行なわれ
てきた。その多くは、磁性体、圧電体、またはチャージ
トラップ現象を利用したり、あるいは層変化を利用した
りして、数十ｎｍまたは原子レベルのオーダーで、情報
ビットの書込みや読出しを実行することが可能な記憶媒
体を具現することを目的としている。
【０００４】しかしながら、情報記憶媒体が前記圧電体
やチャージトラップから形成される場合、この記憶媒体
は、情報保持の点で重大な問題を招来する虞がある。す
なわち、このような記憶媒体に記憶される信号は微弱な
ものであり、原子レベルまたは数十ｎｍという極めて微
細な情報ビットを読み出すには、極めて高感度のプロー
ブを開発することが必須となっている。
【０００５】このような問題点を解決するために、例え
ばＩＢＭ社（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｓｉｎ
ｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｃｏｒｐ．）では、ポリマ
ーから形成された情報記憶媒体を開発している。しかし
ながら、この情報記憶媒体では、感度または情報再生速
度などの点で限界がある。以下、この情報記憶媒体につ
いて図１、図２を参照しながら説明する。
【０００６】図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、各々、従来
の汎用ポリマーから構成された情報記憶媒体を用いた情
報記録再生装置における情報の書込みのメカニズム、及
び情報の読出しのメカニズムを示す。まず、図１（Ａ）
を参照しながら情報の書込みのメカニズムについて説明
する。図１（Ａ）に示すように、従来の情報記憶媒体に
おいては、カンチレバー１２で通電される電流Ｉによっ
てチップが加熱され、このチップによって記憶媒体であ
るポリマー１３が溶融される。その結果、情報単位とし
ての情報ビット１５が、基板１４の上に形成されたポリ
マー１３の上に書き込まれる。このとき、ポリマー１３
の厚さが薄いほど、ポリマー１３の上により小さなサイ
ズの情報ビットを書き込むことが可能になる。
【０００７】次に、情報の読出しのメカニズムについて
図１（Ｂ）を参照しながら説明する。すなわち、ポリマ
ー１３に書き込まれた情報をチップ１１を用いて読み出
すには、カンチレバー１２を通してチップ１１に電流を
通電してチップ１１を加熱し、加熱されたチップ１１が
情報記憶媒体であるポリマー１３の表面を走査する。そ
の際、チップ１１の温度はポリマー１３が溶融しない程
度の温度に保持される。
【０００８】プローブがポリマー１３の表面をスキャン
する場合と、プローブが情報ビット１５の底面をスキャ
ンする場合とでは熱伝導度が異なり、この差異に応じて
プローブの両端部における電流が変わる。このため、こ
のような熱伝導度の差異による電流の変化を検知してプ
ローブが情報を読み出す。換言すれば、プローブはポリ
マー１３を感知したときと情報ビット１５を感知したと
きとの温度差を検知する。
【０００９】すなわち、ポリマー１３の上に書き込まれ
た情報ビット１５の溝の深さが深ければ深いほど、より
高い信号対雑音比（ＳＮ比；ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｎｏ
ｉｓｅ ｒａｔｉｏ）が得られる。ところが、前記情報
の書込みのメカニズムで説明したように、ポリマー１３
の上により小さなサイズの情報ビットを形成して情報を
書き込むためにはポリマー１３をより薄くする必要があ
る。
【００１０】しかしながら、ポリマー１３が過度に薄く
なると、情報を読み出す際に感度の問題が生じて信号対
雑音比が阻害される。このため、従来の技術では、ポリ
マーの厚さを４０ｎｍ程度とするのが望ましいとされて
いたが、この場合には、微細な情報ビットからの微弱な
信号を読み出すための増幅回路を別途備える必要になる
という問題があった。
【００１１】一方、情報記録再生装置においては、情報
の書込み密度の更なる高密度化と、情報の読出し量（情
報の読出し速度）の更なる向上という問題がある。情報
の読み出し速度には主にプローブの固有振動数が寄与す
るが、従来の技術のように情報が書き込まれた部位と情
報が書き込まれていない部位との温度差を感知して情報
を読み出すプローブにおいては、前記固有振動数の他
に、熱時定数も情報の読み出し速度に影響を及ぼす。
【００１２】しかしながら、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）
に示すように、前記温度差を感知して情報の読み出しを
実行する場合には、鮮明な像を得るのが困難である。図
２は、従来の情報記録再生装置の情報記憶媒体におい
て、情報の書込み及び情報の読出しが実行されたときの
情報ビットを示すＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃ
ｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）
写真であり、図２（Ａ）は情報が書き込まれた情報ビッ
トを示すＳＥＭ写真であり、図２（Ｂ）は（Ａ）の情報
ビットが読み出されて得られた像を示すＳＥＭ写真であ
る。
【００１３】したがって、このような従来の技術が直面
する問題、すなわちサイズが小さな情報ビットの書込み
と読出しとを実行する際の、情報の読出し速度の向上及
び信号対雑音比の改善に関する問題を解決するために、
新しい情報記録再生装置、及びこの情報記録再生装置に
おける情報の書込みと読出しを実行する方法を開発する
ことが強く要求されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】前記問題点を解決する
ために、本発明は、情報記憶単位のビットのサイズをよ
り小さくすることにより情報の読出し速度を向上させる
と共に、より高い信号対雑音比を得るための情報記録再
生装置、及びこの情報記録再生装置における情報の記録
方法、並びに情報の再生方法を提供することを目的とす
る。
【００１５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明に係る請求項１は、情報の書込みが実行され
る記憶媒体と、前記記憶媒体で情報の書込みと、書き込
まれた情報の読出しとを実行するために、前記記憶媒体
と対向して設けられたプローブとを備える情報記録再生
装置において、前記記憶媒体は、基板と、前記基板の上
に形成される導電層と、前記導電層の上に形成される絶
縁層とを具備して構成されることを特徴とする情報記録
再生装置を提供する。
【００１６】また、本発明に係る請求項２は、前記請求
項１において、絶縁層が、前記導電層の表面を露出させ
るように、所定部位に孔部が形成されて構成されること
を特徴とする情報記録再生装置を提供する。本発明に係
る請求項３は、前記請求項１において、絶縁層が、有機
物、ポリマー、ワックス、及び液晶材料からなる群の中
から選ばれた１種で形成されると共に、前記導電層は、
金属または半導体で構成されることを特徴とする情報記
録再生装置を提供する。
【００１７】更に、本発明に係る請求項４は、前記請求
項１において、基板が、シリコン基板、ガラス基板、及
び金属基板からなる群の中から選ばれた１種で構成され
ることを特徴とする情報記録再生装置を提供する。本発
明に係る請求項５は、前記請求項１において、プローブ
が、カンチレバー及び前記カンチレバーに固定されたチ
ップを含んで構成されることを特徴とする情報記録再生
装置を提供する。
【００１８】そして、本発明に係る請求項６は、前記請
求項５において、カンチレバーが、Ｓｉ、ＳｉＮ、及び
絶縁体材料からなる群の中から選ばれた１種で構成され
ると共に、チップは、シリコン（Ｓｉ）で形成されると
共に、前記チップの表面が金属層で被覆されて構成され
ることを特徴とする情報記録再生装置を提供する。
【００１９】また、本発明に係る請求項７は、前記請求
項５において、プローブが、前記記憶媒体から所定距離
を置いた位置、または前記記憶媒体と接触した位置で操
作されることを特徴とする請求項５に記載の情報記録再
生装置を提供する。本発明に係る請求項８は、前記請求
項５において、プローブが、更に前記カンチレバーのシ
ョートラインと電気的に接続される第１コンタクトパッ
ド及び第２コンタクトパッドを備え、前記第１コンタク
トパッドと電気的に接続されるショートラインが、前記
プローブのチップと電気的に接続され、前記第２コンタ
クトパッドと電気的に接続されるショートラインが、前
記プローブのチップと電気的に接続されないように構成
されることを特徴とする情報記録再生装置を提供する。
【００２０】前記課題を解決するために、本発明に係る
請求項９は、基板と、前記基板の上に形成された導電層
と、前記導電層の上に形成された絶縁層とから構成され
た記憶媒体と、情報の書込みまたは書き込まれた情報の
読出しを実行するために、前記記憶媒体と対向して設け
られたプローブとを備える情報記録再生装置における情
報の記録方法及び再生方法であって、前記導電層の表面
を露出させるように、前記導電層の所定部位に孔部を形
成することによって情報の書込みを実行する情報記録手
段と、前記プローブを用いて前記記憶媒体の表面をスキ
ャンする際に、前記プローブと前記記憶媒体とが接触す
ることによって生起される出力電圧値の変化を検知する
ことにより、書き込まれた情報の読出しを実行する情報
再生手段とから構成されることを特徴とする情報記録再
装置の記録方法及び再生方法を提供する。
【００２１】また、本発明に係る請求項１０は、前記請
求項９において、プローブが、カンチレバー及び前記カ
ンチレバーに固定されたチップを含んで構成されること
を特徴とする情報記録再生装置の記録方法及び再生方法
を提供する。本発明に係る請求項１１は、前記請求項１
０において、孔部が、前記プローブに電流を通電して前
記チップを加熱し、このようにして加熱されたチップで
前記絶縁層を溶融させることにより形成されることを特
徴とする情報記録再生装置の記録方法及び再生方法を提
供する。
【００２２】更に、本発明に係る請求項１２は、前記請
求項１１において、出力電圧値の変化が、前記チップが
前記絶縁層の上をスキャンする際に、前記チップと前記
孔部が露出している導電層の表面との間で短絡が生じる
ことによって生起され、当該情報記録再生装置に含まれ
る電圧計によって、前記出力電圧値の変化を測定される
ことを特徴とする情報記録再生装置の記録方法及び再生
方法を提供する。本発明に係る請求項１３は、前記請求
項１０において、導電層が、金属または半導体で形成さ
れ、前記カンチレバーは、Ｓｉ、ＳｉＮ及び絶縁体材料
からなる群の中から選ばれた１種で構成されることを特
徴とする情報記録再生装置の記録方法及び再生方法を提
供する。
【００２３】そして、本発明に係る請求項１４は、前記
請求項１０において、チップが、シリコン（Ｓｉ）で形
成されると共に、前記チップの表面が金属層で被覆され
て構成されることを特徴とする情報記録再生装置の記録
方法及び再生方法を提供する。本発明に係る請求項１５
は、前記請求項１０において、プローブが、前記記憶媒
体から所定距離を置いた位置または前記記憶媒体と接触
した位置で操作されることを特徴とする情報記録再生装
置の記録方法及び再生方法を提供する。本発明に係る請
求項１６は、前記請求項１０において、プローブが、更
に前記カンチレバーのショートラインと電気的に接続す
るように、第１コンタクトパッド及び第２コンタクトパ
ッドを備え、前記第１コンタクトパッドと電気的に接続
されるショートラインは、前記プローブのチップと電気
的に接続され、前記第２コンタクトパッドと電気的に接
続されるショートラインは、前記プローブのチップと電
気的に接続されないように構成されることを特徴とする
請求項１０に記載の情報記録再生装置の記録方法及び再
生方法を提供する。
【００２４】前記課題を解決するために、本発明に係る
請求項１７は、基板と、前記基板の上に形成された導電
層で構成された記憶媒体と、情報の書込みまたは書き込
まれた情報の読出しを実行するために、前記記憶媒体と
対向して設けられたプローブとを備える情報記録再生装
置における情報の記録再生方法であって、前記導電層の
表面を露出させるように、前記導電層の所定部位に孔部
を形成することによって、情報の書込みを実行する情報
記録手段と、前記プローブが前記記憶媒体の表面をスキ
ャンする際に、前記プローブと前記記憶媒体とが接触す
ることによって生起される出力電圧値の変化を検知する
ことにより、書き込まれた情報の読出しを実行する情報
再生手段とから構成されることを特徴とする情報記録再
生装置の記録方法及び再生方法を提供する。
【００２５】また、本発明に係る請求項１８は、前記請
求項１７において、プローブが、カンチレバー及び前記
カンチレバーに固定されたチップを含んで構成されるこ
とを特徴とする請求項１７に記載の情報記録再生装置の
記録方法及び再生方法を提供する。本発明に係る請求項
１９は、前記請求項１８において、孔部が、前記プロー
ブに電流を通電して前記チップを加熱し、このようにし
て加熱されたチップで前記導電層を溶融させることによ
り形成されることを特徴とする情報記録再生装置の記録
方法及び再生方法を提供する。
【００２６】更に、本発明に係る請求項２０は、前記請
求項１９において、チップが、前記導電層の上をスキャ
ンし、前記チップが前記孔部を検出すると、前記チップ
と前記導電層とが短絡して、前記孔部の周辺部の出力電
圧値が０Ｖに減少し、このような前記出力電圧値の変化
を前記情報記憶再生装置に含まれる電圧計で測定するこ
とを特徴とする情報記録再生装置の記録方法及び再生方
法を提供する。本発明に係る請求項２１は、前記請求項
１７において、 導電層が、導電性ポリマーで構成され
ることを特徴とする情報記録再生装置の記録方法及び再
生方法を提供する。
【００２７】そして、本発明に係る請求項２１は、前記
請求項１７において、導電層が、導電性ポリマーで構成
されることを特徴とする情報記録再生装置の記録方法及
び再生方法を提供する。
【００２８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しながら詳細に説明する。図３（Ａ）は本
発明に係る情報記録再生装置の第１実施形態の構成及び
原理を示す模式図である。まず、本発明に係る情報記録
再生装置の構成について説明する。基板３５の上部に導
電層３４が形成され、この導電層３４は、金属層または
半導体層で構成されるのが望ましい構成である。また、
導電層３４の上部に絶縁層３３が形成されている。
【００２９】図３（Ａ）に示すような本発明に係る情報
記録再生装置の構造と、図１に示す従来の情報記録再生
装置の構造との差異は、本発明において、基板３５と絶
縁層３３との間に導電層３４が更に挿入されていること
である。この基板３５は、シリコン基板、ガラス基板あ
るいは金属基板が用いられる。
【００３０】このとき、導電層３４は、その材料に特に
限定されるものではないが、前述したように金属層また
は半導体層で構成されるのが望ましい構成である。更
に、金（Ａｕ）などのように酸化が生じ難い物質である
のがより望ましい構成である。また、本発明に係る情報
記録再生装置で用いられる絶縁層３３は、チップ３１と
導電層３４との間のショート（短絡）を防止するため
に、保護膜（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）としての役割を
果たすものである。このような絶縁層３３は、有機物
質、ポリマー、ワックス及び液晶からなる群の中から選
ばれた１種が使用されるのが望ましい構成である。
【００３１】図３（Ａ）を参照しながら本発明に係る情
報記録再生装置における情報の書込み及び情報の読出し
の過程を説明すると次の通りである。前記情報の記憶媒
体では、基板３５の上部に導電層３４が形成されてお
り、この導電層３４の上部に絶縁層３３が形成された構
造を有している。このとき、情報の書込みを実行するに
は、カンチレバー３２の金属電極に電流を通電する際
に、このカンチレバー３２の先端部に配置され、所定の
金属層が塗布されて構成される比較的大きな抵抗を有す
るチップ３１が発熱する。このチップ３１の発熱を利用
して絶縁層３３、例えば、ポリマーで形成された絶縁層
３３の所定部位を加熱すれば、このポリマーで形成され
た絶縁層３３の溶融を生じさせることができる。このポ
リマーで形成された絶縁層３３が溶融した所定部位で、
導電層３４の表面と連通される孔部３８’が形成され
る。そして、このような孔部３８’を一つの情報ビット
として利用する。この過程が情報の書込みを実行する過
程である。
【００３２】次に、情報の読出しを実行する過程につい
て説明する。前記金属層が塗布されて構成されるチップ
３１を絶縁層３３、例えばポリマー層３３の上部をスキ
ャン（走査）すると、所定部位に形成された孔部３８’
にチップ３１が入り込む。このとき、チップ３１と、例
えば、前記の金属または半導体から構成された導電層３
４との間でショート（短絡）が生じる。そして、図３
（Ａ）に示されるように、外部抵抗３６を配置した回路
では、電圧の出力値に比較的大きな変化が生じる。この
ような電圧の主力値の変化を外部に備えられる電圧計３
７で測定することによりナノメートルスケールの情報ビ
ットの読出しを実行することができる。
【００３３】このようにして実行される情報の読出し
は、前記プローブとしてのチップ３１のスキャン（走
査）位置における電圧の出力値、すなわち絶縁層３３、
例えばポリマー層の上部（孔部が形成されていない部
位）をスキャンしたときの電圧の出力値と、前記プロー
ブとしてのチップ３１が孔部３８’に入り込んで導電層
３４と電気的に接続したときの電圧の出力値との差によ
って行なわれるものである。
【００３４】したがって、本発明に係る情報記録再生装
置の絶縁層３３は、単に非絶縁層たる導電層３４と、前
記プローブとしてのチップ３１との間のショートを防止
するための保護層としての役割を果たすためのものであ
る。このような導電層３４としては、前述したように、
金属または半導体のように、絶縁層３３に対して導電性
の差を有する物質で構成されるのが望ましく、特に酸化
が生じ難い安定な物質で構成されるのが更に望ましい。
【００３５】次に、図３（Ｂ）を参照して、本発明に係
る情報記録再生装置の他の実施形態について説明する。
前記の図３（Ａ）に示される本発明に係る情報記録再生
装置では、前記プローブとしてのチップ３１が、絶縁性
を有するポリマーで形成された絶縁層３３の上部をスキ
ャン（走査）する際、形成された孔部３８’に入り込む
と、ポリマーで形成された絶縁層３３の下部に設けられ
た導電層３４との間でショート（短絡）が生じ、外部に
備えられた負荷抵抗に作用する電圧を読み取ることによ
って情報の読出しが実行されるものである。一方、図３
（Ｂ）に示される本発明に係る情報記録再生装置では、
図３（Ａ）に示されたものとは異なり、このようなショ
ート（短絡）の発生の過程が省略されて情報の読出しが
実行されるという長所を有している。
【００３６】すなわち、図３（Ｂ）に示す本発明に係る
情報記録再生装置は、基板３５の上部に導電層３３’と
して、例えば導電性ポリマー層３３’が形成された構造
を有しているのに対し、図３（Ａ）に示された本発明に
係る情報記録再生装置が、絶縁性ポリマー層３３が形成
され、このポリマー３３と基板３５との間に導電層３４
が形成された構造を有しているという点で、両者は異な
っている。
【００３７】このような、本発明に係る他の実施形態の
情報記録再生装置における情報記録方法及び再生方法を
説明すると次のようになる。まず、情報の書込みを実行
する方法は、前記の図３（Ａ）に示す実施形態と同様で
ある。すなわち、情報の書込みを実行するために、カン
チレバー３２の金属電極に所定の電流を通電すると、こ
のカンチレバー３２の先端部に設けられ、比較的大きな
抵抗を有するチップ３１の部分が発熱する。この発熱を
利用して導電性ポリマー層３３’の所定部位を加熱すれ
ば、導電性ポリマー層３３’が溶融する。この導電性ポ
リマー層３３’が溶融した部位で、基板３５の表面に向
かう窪みを有する孔部３８が形成され、このような孔部
３８を一つの情報ビットとして利用する。この過程が情
報の書込みを実行する過程である。
【００３８】しかしながら、図３（Ｂ）に示す本発明に
係る情報記録装置の情報の読出しを実行する過程は、前
記の図３（Ａ）に示された本発明に係る情報記録再生装
置と大きく異なっている。すなわち、プローブとしての
チップ３１が基板３５の表面をスキャン（走査）すれ
ば、導電性ポリマー層３３’とプローブとしてのチップ
３１との間で導通が生じる。このとき、外部に備えられ
導電性ポリマー３３’とチップ３１とに電気的に接続さ
れた電圧計３７で一定の電圧の出力値が記録される。し
かしながら、ポリマー３３’に形成された孔部３８にチ
ップ３１が到達すると、直ちに電圧計３７の電圧の出力
値が０または微小な値に急激に減少する。
【００３９】すなわち、このようにして情報の読出しが
実行される場合には、前記の図３（Ａ）の場合に比べ
て、基板３５の上部に導電性ポリマー層３３’を１層の
み形成すればよく、構成が比較的単純化されるという長
所がある。また、この場合には前記の図３（Ａ）の場合
に比べて、情報が書き込まれている孔部３８の内部に、
前記プローブとしてのチップ３１が充分に入り込む必要
がないため、情報の読出しの実行速度が一段と速くなる
という長所があり、しかもチップ３１の摩耗度を抑える
ことができる。
【００４０】本発明に係る情報記憶再生装置のプローブ
は、当該分野で一般的に使用されるプローブの構造と類
似するものである。すなわち、このプローブは、カンチ
レバー３２及びチップ３１から構成され、このカンチレ
バー３２はチップ３１に電流を通電して、情報の書込み
過程及び情報の読出し過程を実行するための２つのショ
ートラインの電極が形成されて構成されている。
【００４１】図４（Ａ）、図４（Ｂ）及び図５（Ａ）、
図５（Ｂ）を参照して本発明に係る情報記録再生装置の
カンチレバー及びプローブの構造について具体的に説明
する。このカンチレバー４２は、例えば、図４（Ｂ）に
示すように、１つの平板に設けられた２つのショートラ
イン４１、４２に通電するように構成することができ
る。また、例えば、図５（Ｂ）に示すように、このカン
チレバー５２は、前記のような２つのショートラインを
設けることなく、導電性を有するカンチレバー自体がこ
のカンチレバーの先端部に備えられたチップに所定の電
流を通電すると共に、所定の信号の読出しを実行できる
機能を有するように構成することができる。
【００４２】したがって、本発明に係る情報記録再生装
置のカンチレバー３２（図３（Ａ）、図３（Ｂ）参照）
は、このようにチップ３１に電流を通電したり、あるい
はこれらのチップ３１と記憶媒体との電流値の変化を読
み出したりすることが可能な構造であれば、いかなる形
態でも使用することができる。
【００４３】このようなカンチレバー４２、５２（図４
（Ｂ）及び図５（Ｂ）参照）は、ＳｉＮまたは内部応力
が低い絶縁体物質から構成されるのが望ましい構成であ
る。また、カンチレバー４２、５２の先端部にはチップ
４１、５１が略円錘形に前記の絶縁層３３（図３
（Ａ）、（Ｂ）参照）の面方向と、直交する方向に形成
される。そして、これらのチップ４１、５１は不純物の
添加量を少なくして形成されるのが望ましい構成であ
る。これらのチップ４１、５１に対して、カンチレバー
４２、５２を通して電流を通電し、発熱を生起させるた
めの金属電極が、２つのショートラインに電気的に接続
するように連結して構成されている。
【００４４】したがって、情報の書込みは、電流を通電
してチップ４１、５１を発熱させることによって実行さ
れ、また、情報の読出しは、チップ４１、５１と前記の
情報記憶媒体との電圧の出力値の変化を測定することに
よって実行される。更に、これらのチップ４１、５１が
情報の読出しを実行するときには、それぞれ、金属層４
４、５３を被覆するのが望ましい。
【００４５】図６に、本発明に係る情報記録再生装置の
カンチレバー４２、５２及びチップ４１、５１並びに金
属層４３、５３を含んで構成されるプローブ（図４
（Ａ）、図４（Ｂ）、図５（Ａ）、図５（Ｂ）参照）の
更に他の実施形態の模式図を示す。前記の図４（Ａ）、
図４（Ｂ）、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示されるプロー
ブでは、情報の書込み及び情報の読出しのための、ヒー
ティング用のショートライン及び接触抵抗測定用のショ
ートラインが別々に配置されている。図６に示されたプ
ローブは、これらと異なる構成を有している。すなわ
ち、図６に示されたプローブでは、ヒーティング用のシ
ョートライン及び接触抵抗測定用のショートラインの２
種類の機能が同時に操作可能なように構成されている。
【００４６】図６に示すように、本発明に係る情報記録
再生装置における他の実施形態のプローブは、第１コン
タクトパッド６２と第２コンタクトパッド６３とがカン
チレバーのショートラインに電気的に連結されており、
第１コンタクトパッド６２に電気的に連結されたショー
トラインがプローブのチップ６１と電気的に接続される
よう構成されている。そして、第２コンタクトパッド６
３に連結したショートラインは、プローブのチップ６１
と電気的に接続されないように構成されている。
【００４７】図６に示すプローブで情報の書込みまたは
情報の読出しを実行する原理について説明すると次のよ
うになる。まず、情報の書込みを実行する際には、第１
コンタクトパッド６２を通して電流を通電して、高抵抗
領域を有する第２コンタクトパッド６３で発熱が生じる
と、チップ６１の近傍にある周辺領域６４が加熱され
る。したがって、このような発熱によって基板の上に形
成されたポリマーを溶融させ、情報の単位としての情報
ビットの書込みを実行する。
【００４８】そして、情報の読出しを実行する場合に
は、第１コンタクトパッド６２のみを使用して前記ポリ
マーとチップ６１との間の接触抵抗の変化を測定する。
したがって、前記図４（Ａ）から図５（Ｂ）に示す場合
のように、情報の書込み及び情報の読出しを実行する際
に、それぞれを実行するための専用のショートラインを
別々に分離して設ける必要がない。
【００４９】
【実施例】以下、図面を参照しながら本発明に係る情報
記録再生装置における実施例について説明する。図７
（Ａ）、図７（Ｂ）及び図８は本発明に係る情報記録再
生装置において、情報の書込み及び情報の読出しを実行
して得られた結果を示す写真、及びグラフである。
【００５０】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、それぞれ、
本発明に係る情報記録装置における情報記憶のメカニズ
ムに基づき、従来公知の通常のプローブを使用して情報
ビットの書込みを実行した情報記憶媒体を、ＡＦＭ（Ａ
ｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｉｐｅ：原子
間力顕微鏡）を用いて原子像を撮影した原子像写真、及
び、そのグラフを示したものである。
【００５１】図７（Ａ）に示すＡＦＭ写真は、絶縁層に
孔部を形成した形状を示しており、このような孔部の大
きさ、すなわち情報ビットの大きさは、プローブのチッ
プの大きさに依存する。また、図７（Ｂ）に示すグラフ
では、図７（Ａ）に示すＡＦＭ写真をＡ−Ａ’線で切断
した部分の絶縁層の相対的な高さを示している。図７
（Ｂ）のグラフは、横軸が前記絶縁層の面内方向の相対
距離を示し、縦軸が前記絶縁層の相対的高さを示してい
る。図７（Ｂ）のグラフに示されるように、本発明に係
る情報記録再生装置では、絶縁層の所定の位置に、所定
の深さを有する孔部が形成されている。
【００５２】図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すような情
報ビットを備えた情報記憶媒体を、本発明に係る情報記
録再生装置における情報記録再生のメカニズムを用いて
示すと、図８のようになる。図８では、印加電圧を３Ｖ
として情報ビットの読出しが実行され、プローブが孔部
の内部で導電層と接触すると、３Ｖの電圧が出力値とし
て検出され、情報ビットが認識されたものである。
【００５３】すなわち、増幅回路を、別途設けて構成す
ることなく、印加電圧と同等の電圧が出力値として得ら
れ、これによって比較的精密な情報の読出しの実行が可
能となる。本発明に係る情報記録再生装置における情報
記録及び情報再生のメカニズムを用いて市販されている
当該分野で従来公知のプローブを使用した場合にも、図
８に示すような結果と類似の結果が得られた。
【００５４】図９（Ａ）は本発明に係る情報記録再生装
置において、情報ビットの書込みを実行した後、この情
報ビットの読出しを実行したときの各種の印加電圧の大
きさによる情報ビットの大きさ変化のテスト結果を示し
たグラフである。図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＡ領域を拡
大した図であり、図９（Ｃ）は図９（Ａ）のＢ領域を拡
大した図である。ここで、横軸のＸ軸はプローブに印加
した電圧を示し、左側の縦軸のＹ軸はポリマーの深さを
示し、右側の縦軸のＹ軸はヒーティングにより生成され
た情報ビットの大きさ（内径）を示す。
【００５５】図９（Ａ）に示すように、情報ビットの大
きさ（内径）の場合（右側の縦軸のＹ軸）、プローブに
よるヒーティングが続くと共に、情報ビットの大きさが
増加することが分かる。一方、ポリマーの深さは、区間
Ａまでは増加し、区間Ｂで減少していることが分かる。
そして、プローブから更に熱が加えられれば（すなわ
ち、区間Ｂを過ぎれば）また情報ビットの深さは増加し
ている。
【００５６】このような結果は、いったん、所定の情
報、すなわち所定の大きさの情報ビットを形成した後、
その情報ビットにプローブを接触させて、区間Ｂの電圧
を印加すれば、情報ビットを埋めることが可能であると
いうことを示唆するものである。すなわち、このように
して、情報単位のビットを除去することが可能となる。
このような情報ビットの削除、及び再書込みは、記憶媒
体として使用する物質間の表面エネルギー、密着性、材
料の選択に応じて適宜最適化することが可能である。
【００５７】ここで、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すような
本発明に係る情報記録再生装置と、従来の情報記録再生
装置である図１（Ａ）、（Ｂ）及び図２（Ａ）、（Ｂ）
とを、更に、３つの大きな主要な問題点に鑑みて比較す
れば次のようになる。
【００５８】まず、情報ビットの大きさについて比較す
れば、従来の情報記録再生装置における絶縁層、すなわ
ちポリマーは、情報ビットとしての作用を果たすもので
あるが、本発明に係る情報記録再生装置では、プローブ
のチップと、メタルまたは半導体との間のショートを防
止するための単なる保護（パッシベーション）膜の役割
を演ずるものである。したがって、本発明にあっては、
ポリマー層の厚さを４０ｎｍ以下と、より薄くすること
ができ、それによって、前記導電層の表面と電気的に連
通させるための孔部の大きさをより小さくすることがで
きる。このことは、情報ビットの大きさを小さくする効
果を発現させて情報記憶密度を向上させる。
【００５９】次に情報の読出し速度、すなわち情報の再
生速度について比較すれば、従来の情報記録再生装置
は、温度の変化を感知する方式に基づくものであった。
これに対して、本発明にあっては、前記プローブのチッ
プと前記絶縁層及び導電層の接触による電圧の出力値の
変化、すなわち、電気的信号を感知することによって読
出し速度は単純にプローブの固有振動数のみの影響を受
けるものとなる。
【００６０】最後に、信号対雑音比について比較する。
本発明に係る情報記録再生装置にあっては、単純に外部
抵抗と接触抵抗との比として出力電圧が検出されるた
め、特段の回路を追加することなく比較的大きな出力値
を得ることができ、従来のものに比べて一段と高い信号
対雑音比が得される。したがって、本発明にあっては、
従来の情報記録再生装置の問題点であった、温度分布に
起因した像のくもりなどの問題は発生しない。
【００６１】以上、本発明に係る接触抵抗測定を用いた
情報記録再生装置並びにその情報の記録方法及び再生方
法の実施の形態、及び実施例について説明したが、本発
明はこれらの実施の形態や実施例のみに限定されるもの
ではなく、種々の変形が可能である。
【００６２】
【発明の効果】以上、説明した通りに構成される本発明
によれば、以下の効果を奏する。本発明によれば、既存
のＳＰＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｐｒｏｂｅ Ｍｉｃｒｏ
ｓｃｏｐｅ：走査型プローブ顕微鏡）技術を利用した情
報記憶媒体の開発において問題とされてきた、情報保
持、超常磁性限界、信号対雑音比などの問題を解決する
ことができる。したがって、例えば、ＳＰＭ技術を利用
した超小型情報記憶装置に、本発明を適用すれば、その
信頼性を大幅に向上させることができ、またこのような
記憶装置の測定回路を、比較的簡単に構成することがで
きるので、製造コスト面においても多大な効果をもたら
すことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の情報記録再生装置における情報の書込み
方法と情報の読出し方法とを示す模式図であって、図１
（Ａ）は情報の書込み方法を示す図であり、図１（Ｂ）
は情報の読出し方法を示す図である。
【図２】従来の情報記録再生装置において、情報の書込
み及び情報の読出しが実行された状態を示すＳＥＭ（Ｓ
ｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏ
ｐｅ：走査型電子顕微鏡）像の写真であって、図２
（Ａ）は情報の書込みが実行されて形成された情報ビッ
トのＳＥＭ像であり、図２（Ｂ）は（Ａ）の情報ビット
の読出しが実行されて得られたＳＥＭ象である。
【図３】本発明に係る情報記憶装置の動作メカニズムを
示した模式図であって、図３（Ａ）は本発明に係る１実
施形態の情報記憶装置の動作メカニズムを示し、図３
（Ｂ）は本発明に係る他の実施形態の情報記憶装置の作
動メカニズムを示す。
【図４】本発明に係る実施形態の情報記憶装置のカンチ
レバー及びプローブの構造を示す模式図であって、図４
（Ａ）は本発明に係る１実施形態のカンチレバー及びプ
ローブを示し、図４（Ｂ）は本発明に係る他の実施形態
のカンチレバー及びプローブを示す。
【図５】本発明に係る実施形態の情報記憶装置のカンチ
レバー及びプローブの構造を示す模式図であって、図５
（Ａ）は本発明に係る１実施形態の情報記憶装置のカン
チレバー及びプローブの構造を示し、図５（Ｂ）は本発
明に係る他の実施形態の情報記憶装置のカンチレバー及
びプローブの構造を示す。
【図６】本発明に係る情報記憶装置のプローブの更に他
の実施形態の模式図である。
【図７】本発明に係る情報記録再生装置で情報の書込み
を実行したときのＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ
Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：原子間力顕微鏡）の測定結果で
あって、図７（Ａ）は前記情報記憶媒体に孔部を形成し
た後、その表面の形状を示すＡＦＭ像の写真であり、図
７（Ｂ）は図７（Ａ）のＡ−Ａ’線で切断した絶縁層の
相対高さを示すグラフである。
【図８】図７（Ａ）、（Ｂ）における情報記憶媒体にプ
ローブをスキャンして得られた電圧の出力値を示したグ
ラフである。
【図９】本発明に係る情報記録再生装置で情報ビットを
形成した後に情報の読出しを実行して得られた、情報ビ
ットの大きさに対する情報ビットの読出しのための印加
電圧の依存性を示すグラフであって、図９（Ａ）は情報
ビットの読出しを実行する際の印加電圧と、これによっ
て変化した情報ビットの深さ及び大きさ（内径）との関
係を示すグラフであり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＡ領
域を拡大した図面であり、図９（Ｃ）は図９（Ａ）のＢ
領域を拡大した図面である。
【符号の説明】
１１ チップ １２ カンチレバー １３ ポリマー（記憶媒体） １４ 基板 １５ 情報ビット ３１ チップ ３２ カンチレバー ３３ ポリマー（絶縁層） ３３’ 導電層（導電性ポリマー） ３４ 導電層 ３５ 基板 ３６ 外部抵抗 ３７ 電圧計 ３８ 導電層に形成された孔部 ３８’ 絶縁層に形成された孔部 ４１、５１ チップ ４２、５２ カンチレバー ４３、５３ 金属層

Claims (22)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 情報の書込みが実行される記憶媒体と、
    前記記憶媒体で情報の書込みと、書き込まれた情報の読
    出しとを実行するために、前記記憶媒体と対向して設け
    られたプローブとを備える情報記録再生装置において、 前記記憶媒体は、基板と、前記基板の上に形成される導
    電層と、前記導電層の上に形成される絶縁層とを具備し
    て構成されることを特徴とする情報記録再生装置。
  2. 【請求項２】 前記絶縁層は、前記導電層の表面を露出
    させるように、所定部位に孔部が形成されて構成される
    ことを特徴とする請求項１に記載の情報記録再生装置。
  3. 【請求項３】 前記絶縁層は、有機物、ポリマー、ワッ
    クス、及び液晶材料からなる群の中から選ばれた１種で
    形成されると共に、 前記導電層は、金属または半導体で構成されることを特
    徴とする請求項１に記載の情報記録再生装置。
  4. 【請求項４】 前記基板は、シリコン基板、ガラス基
    板、及び金属基板からなる群の中から選ばれた１種で構
    成されることを特徴とする請求項１に記載の情報記録再
    生装置。
  5. 【請求項５】 前記プローブは、カンチレバー及び前記
    カンチレバーに固定されたチップを含んで構成されるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の情報記録再生装置。
  6. 【請求項６】 前記カンチレバーは、Ｓｉ、ＳｉＮ、及
    び絶縁体材料からなる群の中から選ばれた１種で構成さ
    れると共に、 前記チップは、Ｓｉで形成されると共に、前記チップの
    表面が金属層で被覆されて構成されることを特徴とする
    請求項５に記載の情報記録再生装置。
  7. 【請求項７】 前記プローブは、前記記憶媒体から所定
    距離を置いた位置、または前記記憶媒体と接触した位置
    で操作されることを特徴とする請求項５に記載の情報記
    録再生装置。
  8. 【請求項８】 前記プローブは、更に前記カンチレバー
    のショートラインと電気的に接続される第１コンタクト
    パッド及び第２コンタクトパッドを備え、前記第１コン
    タクトパッドと電気的に接続されるショートラインは、
    前記プローブのチップと電気的に接続され、前記第２コ
    ンタクトパッドと電気的に接続されるショートライン
    は、前記プローブのチップと電気的に接続されないよう
    に構成されることを特徴とする請求項５に記載の情報記
    録再生装置。
  9. 【請求項９】 基板と、前記基板の上に形成された導電
    層と、前記導電層の上に形成された絶縁層とから構成さ
    れた記憶媒体と、情報の書込みまたは書き込まれた情報
    の読出しを実行するために、前記記憶媒体と対向して設
    けられたプローブとを備える情報記録再生装置における
    情報の記録方法及び再生方法であって、 前記導電層の表面を露出させるように、前記導電層の所
    定部位に孔部を形成することによって情報の書込みを実
    行する情報記録手段と、 前記プローブを用いて前記記憶媒体の表面をスキャンす
    る際に、前記プローブと前記記憶媒体とが接触すること
    によって生起される出力電圧値の変化を検知することに
    より、書き込まれた情報の読出しを実行する情報再生手
    段と、から構成されることを特徴とする情報記録再装置
    の記録方法及び再生方法。
  10. 【請求項１０】 前記プローブは、カンチレバー及び前
    記カンチレバーに固定されたチップを含んで構成される
    ことを特徴とする請求項９に記載の情報記録再生装置の
    記録方法及び再生方法。
  11. 【請求項１１】 前記孔部は、前記プローブに電流を通
    電して前記チップを加熱し、このようにして加熱された
    チップで前記絶縁層を溶融させることにより形成される
    ことを特徴とする請求項１０に記載の情報記録再生装置
    の記録方法及び再生方法。
  12. 【請求項１２】 前記出力電圧値の変化は、前記チップ
    が前記絶縁層の上をスキャンする際に、前記チップと前
    記孔部が露出している導電層の表面との間で短絡が生じ
    ることによって生起され、当該情報記録再生装置に含ま
    れる電圧計によって、前記出力電圧値の変化を測定され
    ることを特徴とする請求項１１に記載の情報記録再生装
    置の記録方法及び再生方法。
  13. 【請求項１３】 前記導電層は、金属または半導体で形
    成され、前記カンチレバーは、Ｓｉ、ＳｉＮ及び絶縁体
    材料からなる群の中から選ばれた１種で構成されること
    を特徴とする請求項１０に記載の情報記録再生装置の記
    録方法及び再生方法。
  14. 【請求項１４】 前記チップは、Ｓｉで形成されると共
    に、前記チップの表面が金属層で被覆されて構成される
    ことを特徴とする請求項１０に記載の情報記録再生装置
    の記録方法及び再生方法。
  15. 【請求項１５】 前記プローブは、前記記憶媒体から所
    定距離を置いた位置または前記記憶媒体と接触した位置
    で操作されることを特徴とする請求項１０に記載の情報
    記録再生装置の記録方法及び再生方法。
  16. 【請求項１６】 前記プローブは、更に前記カンチレバ
    ーのショートラインと電気的に接続するように、第１コ
    ンタクトパッド及び第２コンタクトパッドを備え、前記
    第１コンタクトパッドと電気的に接続されるショートラ
    インは、前記プローブのチップと電気的に接続され、前
    記第２コンタクトパッドと電気的に接続されるショート
    ラインは、前記プローブのチップと電気的に接続されな
    いように構成されることを特徴とする請求項１０に記載
    の情報記録再生装置の記録方法及び再生方法。
  17. 【請求項１７】 基板と、前記基板の上に形成された導
    電層で構成された記憶媒体と、情報の書込みまたは書き
    込まれた情報の読出しを実行するために、前記記憶媒体
    と対向して設けられたプローブとを備える情報記録再生
    装置における情報の記録再生方法であって、 前記導電層の表面を露出させるように、前記導電層の所
    定部位に孔部を形成することによって、情報の書込みを
    実行する情報記録手段と、 前記プローブが前記記憶媒体の表面をスキャンする際
    に、前記プローブと前記記憶媒体とが接触することによ
    って生起される出力電圧値の変化を検知することによ
    り、書き込まれた情報の読出しを実行する情報再生手段
    と、から構成されることを特徴とする情報記録再生装置
    の記録方法及び再生方法。
  18. 【請求項１８】 前記プローブは、カンチレバー及び前
    記カンチレバーに固定されたチップを含んで構成される
    ことを特徴とする請求項１７に記載の情報記録再生装置
    の記録方法及び再生方法。
  19. 【請求項１９】 前記孔部は、前記プローブに電流を通
    電して前記チップを加熱し、このようにして加熱された
    チップで前記導電層を溶融させることにより形成される
    ことを特徴とする請求項１８に記載の情報記録再生装置
    の記録方法及び再生方法。
  20. 【請求項２０】 前記チップは、前記導電層の上をスキ
    ャンし、前記チップが前記孔部を検出すると、前記チッ
    プと前記導電層とが短絡して、前記孔部の周辺部の出力
    電圧値が０Ｖに減少し、このような前記出力電圧値の変
    化を前記情報記憶再生装置に含まれる電圧計で測定する
    ことを特徴とする請求項１９に記載の情報記録再生装置
    の記録方法及び再生方法。
  21. 【請求項２１】 前記導電層は、導電性ポリマーで構成
    されることを特徴とする請求項１７に記載の情報記録再
    生装置の記録方法及び再生方法。
  22. 【請求項２２】 前記プローブは、更に前記カンチレバ
    ーのショートラインと電気的に接続するように、第１コ
    ンタクトパッド及び第２コンタクトパッドを備え、前記
    第１コンタクトパッドと電気的に接続されるショートラ
    インは、前記プローブのチップと電気的に接続され、前
    記第２コンタクトパッドと電気的に接続されるショート
    ラインは、前記プローブのチップと電気的に接続されな
    いように構成されることを特徴とする請求項１７に記載
    の情報記録再生装置の記録方法及び再生方法。
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