JP2942011B2

JP2942011B2 - 情報記憶装置

Info

Publication number: JP2942011B2
Application number: JP17679491A
Authority: JP
Inventors: 清 ▲瀧▼本; 俊彦宮▲崎▼; 邦裕酒井; 亮黒田
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1991-07-17
Filing date: 1991-07-17
Publication date: 1999-08-30
Anticipated expiration: 2014-08-30
Also published as: JPH0528550A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばトンネル電流を
用いて高密度な情報の記録及び／又は再生を行なう技術
分野に関する。

【０００２】

【従来の技術】情報記憶素子や情報記憶装置等のいわゆ
るメモリは、コンピュータ及びその他関連機器の中核を
なすものであり、ビデオディスク、デジタルオーディオ
ディスク等に見られるように、映像装置、音響装置の中
でも重要な地位を占めている。このメモリに要求される
性能はその用途によって異なるが、一般的には以下のよ
うな点が挙げられる。（１）高密度で記録容量が大きい。（２）記録再生の応答速度が大きい。（３）消費電力が少ない。（４）生産性が高く、価格が低い。

【０００３】従来、メモリの中心は磁性体や半導体を素
材とした磁気メモリーや半導体メモリであったが、近
年、レーザ技術の進展に伴い、有機色素、フォトポリマ
などの有機薄膜を用いた安価で高密度な光メモリが登場
している。現在、これらのメモリを更に高密度で大容量
にするために単位メモリビットの微細化に向けての技術
開発が進められているが、これらの従来のメモリとは全
く別の原理に基づくメモリの提案もされている。例え
ば、個々の有機分子に論理素子やメモリ素子の機能を持
たせた分子電子デバイスの概念もその一つである。分子
電子デバイスは単位メモリビットの微細化を極限まで進
めたものと見ることができるが、これまで個々の分子に
いかにアクセスするかが問題とされてきた。

【０００４】一方、最近、導体の表面原子の電子構造を
直接観察できる走査型トンネル顕微鏡（以後、ＳＴＭと
略す）が開発され [G.Binnig etal. Phys. Rev. Lett,
49,57 (1982)]、単結晶、非晶質を問わず実空間像を高
い分解能で測定できるようになり、しかもＳＴＭは試料
に電流による損傷を与えずに低電力で観測が行なえる利
点も有しており、更に大気中でも動作し、種々の材料に
対して用いることができるため広範囲な応用が期待され
ている。最近では導体表面に吸着した有機分子の分子像
観察すら可能であることが報告されている。

【０００５】一方、ＳＴＭの技術を応用した原子間力顕
微鏡（以後、ＡＦＭと略す）が開発され [G.Binnig et
al.,Phys.Rev.Lett.,56,930(1985)]、ＳＴＭと同様、表
面の凹凸情報を得ることができるようになった。ＡＦＭ
は導電体に限らず絶縁性の試料に対しても原子オーダー
で測定が可能なため今後の発展が望まれている。

【０００６】ＳＴＭは金属の探針（プローブ電極）と導
電性物質間に電圧を印加して、１ｎｍ程度の距離まで近
づけるとトンネル電流が流れることを利用している。こ
の電流は両者の距離変化に非常に敏感である。トンネル
電流を一定に保つように探針を走査することにより、こ
の導電性物質の実空間の表面構造を描くことができると
同時に、表面原子の全電子雲に関する種々の情報をも読
み取ることができる。この際、面内方向の分解能は１Å
（０．１ｎｍ）程度である。

【０００７】従ってＳＴＭの原理を応用すれば十分に原
子オーダー（数Å）での高密度記録再生を行なうことが
可能である。この際の記録再生方法としては、粒子線
（電子線、イオン線）あるいはＸ線等の高いエネルギ電
磁波、及び可視・紫外光等のエネルギ線を用いて、適当
な記録層の表面状態を変化させて記録を行ない、ＳＴＭ
で再生する方法や、あるいは記録層として電圧印加によ
って導電率の異なる状態へ遷移するスイッチング特性を
有し、且つ導電率の異なる各状態が電圧を印加しない状
態でも保持されるメモリ特性を有している媒体、例えば
π電子系有機化合物やカルコゲン化合物類の薄膜層を用
いて記録・再生をＳＴＭで行なう方法が知られている。
これは例えば特開昭６３−１６１５５２号公報、特開昭
６３−１６１５５３号公報等に開示されている。この方
法によれば、記録のビットサイズを１０ｎｍとすれば１
０¹²ｂｉｔ／ｃｍ² もの高密度記録再生が可能である。

【０００８】一方、情報記憶装置として、その情報転送
速度を向上させるため一般的に用いられる方法は、情報
の記録手段及び再生手段を複数具備した記憶装置によっ
て、時系列情報を並列情報に変換して複数の情報を同時
に記録し、又、複数の情報を並列情報として読出した
後、時系列情報に変換して再生するものである。ＳＴＭ
を応用した情報記憶装置においても、複数のプローブ電
極を具備することにより、同様に転送速度の向上がはか
れる。

【０００９】又、半導体の微細加工技術を駆使して、片
持梁などの弾性体上にプローブ電極を形成し、かつ圧電
アクチュエータ等を弾性体上に形成して弾性体を変形駆
動可能とした記録再生ヘッドを複数個、一体基板上に形
成した情報記憶システムも提案されている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ＳＴＭを応用した情報
記憶装置においては、プローブ電極を記録媒体表面に極
く近く、１ｎｍ程度まで接近させる必要がある。従って
プローブ電極を複数個具備させた場合には、全てのプロ
ーブ電極を等しく記録媒体表面から１ｎｍ程度のところ
まで接近させなければならない。即ち全てのプローブ電
極の先端を記録媒体表面を１ｎｍ程度平行移動させた仮
想曲面上に位置させる必要性がある。

【００１１】しかしながら、複数個のプローブ電極が１
つの支持体上に一体構成されている場合、全てのプロー
ブ電極の先端がある特定の曲面上に位置するように作成
することは困難である。該曲面が平面の場合、プローブ
電極先端の平面からの位置ずれは全プローブ電極それぞ
れについて１ｎｍ以下であることが望ましく、そのよう
な精度で複数のプローブ電極を支持体上に一体作成する
ことは困難である。又、仮にプローブ電極先端位置を極
めて均一に形成できたとしても、記録媒体表面は厳密に
はうねり等があって不均一である場合が多く、各プロー
ブ電極先端と記録媒体との距離を同一にすることが困難
である。

【００１２】そこで、それぞれのプローブ電極の先端位
置を独立に移動させる機構を設け、該プローブ電極先端
それぞれの位置を独立に変化させ、全プローブ電極の先
端の位置する曲面を、形成時とは異なった曲面にする必
要がある。しかしながら、プローブ電極先端群と記録媒
体表面の相対関係が情報記憶装置の駆動毎に常に一定に
保たれるとは限らない。従って駆動開始時には相対関係
が不明であるから、プローブ電極先端の変位量は駆動毎
に求めなければならない。このためプローブ電極移動機
構の無駆動時の変位が一方向に偏る場合が起こり得る。

【００１３】一方、プローブ電極群と記録媒体の接近が
完了した後、情報記憶装置として動作する際には、接近
完了時に必要であった各プローブ電極の変位量を保持
し、あるいはこの変位量の周りで微小な変位を継続さ
せ、位置制御を行なう。この際、上述の変位の偏りによ
って、一部のプローブ電極の位置制御が可能な範囲が制
限される場合が生じてしまう畏れがあるという課題があ
った。

【００１４】以上の問題は、走査型プローブ顕微鏡（Ｓ
ＴＭ）や原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を応用した情報記憶
装置において、プローブが複数存在する場合に全て共通
する課題であった。

【００１５】本発明は上記課題を解決すべくなされたも
ので、全てのプローブ電極を記録媒体表面の極く近傍ま
で接近させることが可能であり、プローブ電極製造時の
プローブ先端位置のばらつき、あるいは記録媒体表面が
不均一であっても、その影響を受けずに補償することの
できる装置の提供を目的とする。

【００１６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決する本発
明の情報記憶装置は、情報の記録及び／又は再生用の複
数のプローブと、該複数のプローブを媒体に対向して並
列に配置して一体的に支持する支持手段と、前記媒体と
前記支持手段との間隔を調整する調整手段と、前記媒体
と前記各プローブ先端との間隔を独立に調整するため
に、各プローブを独立に間隔方向に変位させる変位手段
と、前記媒体と前記各プローブ先端との間隔が全て等し
くなるように前記変位手段を制御し、その時の前記複数
のプローブの変位量の平均が実質的に０となるように前
記調整手段を制御する制御手段と、前記プローブを用い
て媒体に記録及び／又は再生を行なう手段とを有するこ
とを特徴とする。

【００１７】

【実施例】以下、所謂ＳＴＭの原理を用いた情報記憶装
置の実施例を説明する。図１はプローブ電極を中心とし
た記録ヘッド部分の構成図であり、１はプローブ電極、
２は各プローブ電極の先端部を媒体表面垂直方向に移動
させて両者の間隔を調整するためのプローブ変位機構で
あり、各プローブ電極１と対になって設けられている。
３は複数のプローブ変位機構２を一体的に支持する支持
体であり、ｍ×ｎ個のプローブ変位機構２及びプローブ
電極１が記録ヘッドユニットとして一体化されている。

【００１８】図２は図１における各々のプローブ電極及
びプローブ変位機構の詳細な構造を示す。同図におい
て、ＳｉＯ₂ から成る片持梁構造の弾性体２０１と、該
片持梁上に金属電極２０２と、ＡｌＮから成る圧電性薄
膜２０３を交互に積層したバイモルフ構造の圧電アクチ
ュエータを形成し、金属電極２０２間に電圧を印加する
ことによって、少なくとも圧電薄膜の面外方向に撓むよ
うに駆動することができる。なお、プローブ電極の先端
部１０１は、記録・再生・消去の分解能を向上させるた
めには、できるだけ尖らせた方が良く、理論的には先端
部１０１を原子・分子レベルまで尖らせることによっ
て、原子・分子オーダーの分解能を得ることができる。
該プローブ電極の作成法として本実施例ではＳｉＯ₂ 上
にＳｉをフォーカスト・イオンビームで打ち込み、Ｓｉ
の上に選択的にＳｉを結晶させて先端部１０１を形成
し、その上にＡｕを蒸着して導電コート１０２を施し
た。これらはマイクロメカニクスの技術により、シリコ
ンウエハ上に一体で形成される。なお、プローブ変位機
構２として、弾性体の構造は片持梁には限定されない。
又、アクチュエータもバイモルフ構造に限定されるもの
ではなく、プローブ電極先端を記録媒体表面へ接近を可
能にする運動が可能であれば良く、それらの構成材料も
上述の材料に限られるものではない。更にプローブ電極
１の形状や形成法や処理も上述の実施例に限定されるも
のではない。

【００１９】図３は上記機構を有する情報記憶装置の実
施例の全体構成図を示す。４は記録媒体を示し、導電性
の基板４０２上に記録層４０１が形成されている。記録
層４０１としては、例えばＳＯＡＺ（スクアリリウム−
ビス−６−オクチルアズレン）をＬＢ法を用いて８層累
積したものである。５は媒体微動機構、７は媒体粗動機
構であり、それぞれ記録媒体４を支持体３に対して３次
元的に粗動変位、微動変位させる。微動制御回路６、粗
動制御回路８はそれらの駆動制御を行なう。又、１０の
プローブ制御回路は複数のプローブ電極のそれぞれの移
動機構２の駆動制御を独立に行なう。１１は電流検出回
路であり、それぞれのプローブ電極１と記録媒体４との
間に流れるトンネル電流を独立に検出する。１２は電圧
印加回路であり、各プローブ電極１と記録媒体との間に
記録・再生・消去のための電圧を独立に印加する。９は
マイクロコンピュータであり装置全体の中央制御を行な
う。１３に示す筐体によって制御回路を除く上記各機構
が一体的にユニット化されている。なお、支持体３と記
録媒体４との間の相対的位置関係を変化させる機構であ
れば上記構成には限定されない。例えば、支持体３側に
粗動機構、微動機構を設けたり、支持体側と記録媒体側
の両方に移動機構を設けるようにしても良い。

【００２０】次に以上の構成の装置の動作について詳細
に説明する。支持体３上に互いに直交するＸ軸、Ｙ軸を
とり、これらに垂直方向をＺ軸とし、記録媒体に近づく
方向を正とする。各プローブ駆動機構の無駆動時からの
変位をもって各プローブ電極先端位置のＺ座標とする。
プローブ電極は支持体上に一体で形成されるので、形成
時に各プローブ電極先端のＸ座標、Ｙ座標は知ることが
できる。なお、プローブ変位機構の変位量は制御電圧に
よって制御されるため、変位量は制御電圧の関数として
表わされる。従って変位−電圧特性を予め知っておけ
ば、制御電圧のモニタによって変位量を知ることができ
る。

【００２１】プローブ電極の接近方法の手順は以下の通
りである。なお、図４はこの手順を詳細に示すフローチ
ャート図である。これらの動作ステップはマイクロコン
ピュータ９の指令に基づいてなされる。始めに、全ての
プローブ電極に等しい所定のバイアス電圧を印加し、そ
れぞれのプローブ電極に流れる電流をモニタしながら、
媒体粗動機構７によってある程度まで大まかに接近さ
せ、次に媒体微動機構５によって記録媒体とプローブ電
極群の支持体との間隔を僅かずつ接近させる。接近させ
る最中、電流検出回路１１において、ｍ×ｎ個のプロー
ブ電極のそれぞれに流れる電流を個別に検出する。接近
するにつれて各プローブ電極に流れる電流値が徐々に増
加する。最初にいずれかのプローブ電極の１つの電流が
予め設定した閾値を越えた時、記録媒体の接近を一旦停
止させ、前記閾値を越えたプローブ電極に対応したプロ
ーブ変位機構への制御電圧を制御して、このプローブ電
極のみ所定距離だけ後退させる。しかる後に、再びプロ
ーブ電極群に対して記録媒体を接近開始させる。前記後
退させたプローブ電極を除いた残りのプローブ電極に関
して、同様に最初に前記閾値を越えたプローブ電極を後
退させ、再び記録媒体を接近させる。このステップを繰
り返して、ｍ×ｎ個のプローブ電極それぞれに流れる電
流が全て前記閾値を越えたら記録媒体の接近を停止す
る。

【００２２】次いで、それぞれのプローブ電極に流れる
電流が前記閾値と等しくなるように各プローブ変位機構
への制御電圧を調整してその状態を保持する。これによ
って各々のプローブ電極先端と記録媒体との距離を全て
等しく保持することができる。

【００２３】次に、各プローブ変位機構に印加保持され
ている制御電圧から各プローブ電極先端位置のＺ座標を
全て求めて記憶し、又、全プローブ電極のＺ座標の平均
値を求めてこれをＺ₀ とする。

【００２４】ここまでの手順で全プローブ電極が記録媒
体表面に接近した状態では、全てのプローブ電極先端の
Ｚ座標は０もしくは負であるため、平均値Ｚ₀ も負であ
る。そこで平均値Ｚ₀ が０になるように、媒体微動機構
５もしくは媒体粗動機構７によって記録媒体をプローブ
電極に対して｜Ｚ₀ ｜だけ遠ざかる向きに移動させる。
その状態で再びそれぞれのプローブ電極に流れる電流を
モニタしながら、それぞれのプローブ変位機構への制御
電圧を変化させて、プローブ電極に流れる電流が閾値に
等しくなったらその時の制御電圧を保持する。これによ
って、全てのプローブ電極先端位置の座標を０にすると
共に、各プローブ変位機構への制御電圧を０（プローブ
変位機構が無駆動状態）付近に分布させることができ
る。

【００２５】なお、上記実施例のプローブ接近方法の変
形例として、微動機構５、粗動機構７を用いずに、全て
のプローブ変位機構に等しい駆動電圧を印加して、各プ
ローブ電極先端を記録媒体表面へある程度まで等しく接
近させ、その後に上記実施例と同様の手順で操作を行な
うようにしても良い。

【００２６】以上の手順で操作を行なった後、各々のプ
ローブ電極と記録媒体との間の距離が何らかの理由で変
動した場合、この変動によって両者間を流れる電流も変
動する。よってこの電流の予め設定した閾値からのずれ
によってプローブ変位機構をフィードバック制御するこ
とによって、両者間の距離を常に一定に保つことができ
る。

【００２７】以上の手順で記録媒体とプローブ電極先端
とを接近させて位置合わせを行なった後に、記録（消
去）、再生の動作を行なう。以下にその動作例を示す。

【００２８】全てのプローブ電極には０．５Ｖのバイア
ス電圧を印加しておき、また電流の閾値は３×１０^-10
Ａに設定した。記録媒体をＸＹ面内で駆動しながら、個
々のプローブ電極に個別のビット情報（図６中の
（ａ））に基づいて生成された書込みパルス列（図６中
の（ｂ））を印加して書込みを行なった。ここでビット
情報の最初のビットは個々のビット情報全てについてＯ
Ｎ状態に対応するビットとしておいた。

【００２９】書込みパルス印加後、再び書込み時と同じ
方法で記録媒体をＸＹ面内駆動して、バイアス電圧０．
５Ｖ印加の条件下でプローブ電極と記録媒体間を流れる
電流（トンネル電流）を測定したところ、４桁程度の電
流変化が各プローブ電極に対して得られた。これらの電
流測定値を二値化して得たパルス列は、各プローブ電極
に加えた個別のビット情報（第６図中の（ａ））に一致
し、記録情報の再生が確認された。

【００３０】次に、以上の操作で記録媒体上に書込んだ
個別のビット情報に基づいて図６中の（ｃ）に示すよう
な消去パルス列を生成した。ここで全てのビット情報に
対して最初のビットはＯＮのまま消去しないものとして
おく。書込み時と同じ方法で記録媒体をＸＹ面内で駆動
して電流を測定し、最初のビットすなわち最初に電流値
が４桁程度変化した位置で記録媒体の駆動を一次停止し
た。この時、初めに定めたビット情報の条件の通り、全
てのプローブ電極について４桁程度の変化が認められ
た。続いて媒体の駆動を再開し、これに同期させて先に
生成した個々のプローブ電極に対して、対応する個別の
消去パルス列を印加した。再び書込み時と同じ方法で記
録媒体をＸＹ面内で駆動して電流を測定して情報再生し
たところ、最初のビット以外は全てＯＦＦ状態、すなわ
ち３×１０^-10 Ａ程度の電流値を示し、消去の完了が確
認された。

【００３１】ここで使用した消去パルスに変えて、書込
みに用いたビット情報の内、最初のビットを除く任意の
ＯＮ状態のビットを選んで消去パルス列（図６中の
（ｄ））を生成し、前述の手順と同様にして消去実験を
行なったところ、選択したビットのみの消去が確認でき
た。

【００３２】［第２実施例］次に、所謂ＡＦＭの原理を
用いた情報記憶装置の実施例を説明する。本実施例では
プローブ電極を変位させる片持梁の撓みを光学的手法を
用いて検出して、プローブ先端と記録媒体との距離を得
ることを特徴とする。図５はその要部の概略を説明する
図であり、このような構成が図１のようにｍ×ｎ個設け
られている。なお、それぞれの片持梁には第１実施例と
同様、図２に示すようなプローブ変位機構が設けられて
いる。プローブ電極１を記録媒体４に非常に近接させる
と、プローブ電極と記録媒体表面の間に働く力（原子間
力）によって片持梁２に撓みが生じる。この撓み具合を
光学的に検出する。これはレーザ光源５０からのレーザ
ビームを光ファイバ５１で導いて、片持梁２の表面に対
して照射し、該レーザビームの反射ビームを２分割光セ
ンサ５２で受光し、各検出素子の出力をコンパレータ５
３で比較することによって、反射ビームのずれが分か
り、片持梁２の撓みを検出することができる。これは光
てこ法と呼ばれる手法である。なお、光てこ法には限ら
ず例えば光干渉を用いた測定法や、あるいは片持梁自体
に撓みを検出する機構を設けるなどして、光学的以外の
手法によって撓みを測定する構成としても良い。

【００３３】全体の装置構成は図３とほぼ同様である。
プローブ電極の接近方法の手順は、上記第１実施例にお
ける電流検出を、力の検出すなわち片持梁の撓みを検出
に変えた以外は同様である。これらの動作ステップはマ
イクロコンピュータ９の指令に基づいてなされる。始め
に媒体粗動機構７によってある程度まで大まかに接近さ
せ、次に媒体微動機構５によって記録媒体とプローブ電
極群の支持体との間隔を僅かずつ接近させる。接近させ
る最中、ｍ×ｎ個のプローブ電極のそれぞれを変位させ
る片持梁の撓みを個別に検出する。接近するにつれて各
片持梁のたわみが徐々に増加する。最初にいずれかの片
持梁のたわみが予め設定した閾値を越えた時、記録媒体
の接近を一旦停止させ、前記閾値を越えた片持梁に対応
したプローブ変位機構への制御電圧を制御して、このプ
ローブ電極のみ所定距離だけ後退させる。しかる後に、
再びプローブ電極群に対して記録媒体を接近開始させ
る。前記後退させたプローブ電極を除いた残りのプロー
ブ電極に関して、同様に最初に前記閾値を越えたプロー
ブ電極を後退させ、再び記録媒体を接近させる。このス
テップを繰り返して、ｍ×ｎ個のプローブ電極それぞれ
を変位させる片持梁のたわみが全て前記閾値を越えたら
記録媒体の接近を停止する。

【００３４】次いで、それぞれのプローブ電極を変位さ
せる各片持梁の撓みをモニタしながら、各プローブ変位
機構への制御電圧を調整し、媒体とプローブ電極の間に
力を作用しない状態で予め求めておいた片持梁の撓みと
プローブ変位機構への制御電圧との関係からずれを検出
する。このずれは媒体とプローブ電極の間に作用する力
によるものであって、所定の力が作用した際のずれを生
じる状態まで各プローブ変位機構への制御電圧を調整
し、その状態を保持する。これによって各々のプローブ
電極先端と記録媒体との距離を全て等しく設定すること
ができる。

【００３５】次に、各プローブ変位機構に印加保持され
ている制御電圧から各プローブ電極先端位置のＺ座標を
全て求めて記憶し、又、全プローブ電極のＺ座標の平均
値を求めてこれをＺ₀ とする。

【００３６】ここまでの手順で全プローブ電極が記録媒
体表面に接近した状態では、全てのプローブ電極先端の
Ｚ座標は０もしくは負であるため、平均値Ｚ₀ も負であ
る。そこで平均値Ｚ₀ が０になるように、媒体微動機構
５もしくは媒体粗動機構７によって記録媒体をプローブ
電極に対して｜Ｚ₀ ｜だけ遠ざかる向きに移動させる。
その状態で再びそれぞれの片持梁の撓みをモニタしなが
ら、それぞれのプローブ変位機構への制御電圧を変化さ
せて、プローブ電極と媒体間に作用する力が所定の値に
等しくなったらその時の制御電圧を保持する。これによ
って、全てのプローブ電極先端位置の座標を０にすると
共に、各プローブ変位機構への制御電圧を０（プローブ
変位機構が無駆動状態）付近に分布させることができ
る。

【００３７】なお、上記実施例のプローブ接近方法の変
形例として、微動機構５、粗動機構７を用いずに、全て
のプローブ変位機構に等しい駆動電圧を印加して、各プ
ローブ電極先端を記録媒体表面へある程度まで等しく接
近させ、その後に上記実施例と同様の手順で操作を行な
うようにしても良い。

【００３８】以上の手順で操作を行なった後、各々のプ
ローブ電極と記録媒体との間の距離が何らかの理由で変
動した場合、この変動によって両者間に作用する力も変
動する。よってこの力の変動による片持梁の撓みの予め
設定した閾値からのずれによってプローブ変位機構をフ
ィードバック制御することによって、両者間の距離を常
に一定に保つことができる。

【００３９】以上の手順で記録媒体とプローブ電極先端
とを接近させて位置合わせを行なった後に、記録（消
去）、再生の動作を行なう。以下にその動作例を示す。

【００４０】本実施例では書込み時にバイアス電圧の印
加は特に行なわない。プローブ電極と媒体間に作用する
力の閾値は１×１０^-8に設定した。記録媒体をＸＹ面内
で駆動しながら、個々のプローブ電極に個別のビット情
報（図６中の（ａ））に基づいて生成された書込みパル
ス列（図６中の（ｂ））を印加して書込みを行なった。
ここでビット情報の最初のビットは個々のビット情報全
てについてＯＮ状態に対応するビットとしておいた。

【００４１】書込みパルス印加後、再び書込み時と同じ
方法で記録媒体をＸＹ面内駆動して、バイアス電圧０．
１Ｖ印加の条件下でプローブ電極と記録媒体間を流れる
電流（トンネル電流）を測定したところ、４桁程度の電
流変化が各プローブ電極に対して得られた。これらの電
流測定値を二値化して得たパルス列は、各プローブ電極
に加えた個別のビット情報（第６図中の（ａ））に一致
し、記録情報の再生が確認された。

【００４２】次に、以上の操作で記録媒体上に書込んだ
個別のビット情報に基づいて図６中の（ｃ）に示すよう
な消去パルス列を生成した。ここで全てのビット情報に
対して最初のビットはＯＮのまま消去しないものとして
おく。書込み時と同じ方法で記録媒体をＸＹ面内で駆動
して電流を測定し、最初のビットすなわち最初に電流値
が４桁程度変化した位置で記録媒体の駆動を一次停止し
た。この時、初めに定めたビット情報の条件の通り、全
てのプローブ電極について４桁程度の変化が認められ
た。続いて媒体の駆動を再開し、これに同期させて先に
生成した個々のプローブ電極に対して、対応する個別の
消去パルス列を印加した。再び書込み時と同じ方法で記
録媒体をＸＹ面内で駆動して電流を測定して情報再生し
たところ、最初のビット以外は全てＯＦＦ状態、すなわ
ち１×１０^-10 Ａ程度の電流値を示し、消去の完了が確
認された。

【００４３】ここで使用した消去パルスに変えて、書込
みに用いたビット情報の内、最初のビットを除く任意の
ＯＮ状態のビットを選んで消去パルス列（図６中の
（ｄ））を生成し、前述の手順と同様にして消去実験を
行なったところ、選択したビットのみの消去が確認でき
た。

【００４４】［第３実施例］上記第２実施例において、
プローブ電極を接近させる際、各プローブ電極に等しい
バイアス電圧を印加し、光てこ法によって片持梁の撓み
を検出すると同時にプローブ電極と媒体との間に流れる
電流の測定を行ない、図７に示すような媒体とプローブ
電極との距離に対する力と電流の関係を得る。これによ
ってプローブ電極と媒体との間に流れる電流から両者間
に作用する力を得ることができる。

【００４５】次に、光てこ法による片持梁の撓みを検出
は行なわずに、プローブ電極と媒体間に流れる電流のモ
ニタするだけでプローブ電極の記録媒体での接近を行な
う。この際、プローブ電極に加えるバイアス電圧は、先
に力と電流の関係を求めた時のバイアス電圧と同一に設
定する。プローブ電極の接近の手順は第１実施例と同様
であるが、閾値電流は所定の力に対応する値に設定す
る。始めに全てのプローブ電極に等しい所定のバイアス
電圧を印加し、それぞれのプローブ電極に流れる電流を
モニタしながら、媒体粗動機構７によってある程度まで
大まかに接近させ、次に媒体微動機構５によって記録媒
体とプローブ電極群の支持体との間隔を僅かずつ接近さ
せる。接近させる最中、電流検出回路１１において、ｍ
×ｎ個のプローブ電極のそれぞれに流れる電流を個別に
検出する。接近するにつれて各プローブ電極に流れる電
流値が徐々に増加する。最初にいずれかのプローブ電極
の１つの電流が予め設定した閾値を越えた時、記録媒体
の接近を一旦停止させ、前記閾値を越えたプローブ電極
に対応したプローブ変位機構への制御電圧を制御して、
このプローブ電極のみ所定距離だけ後退させる。しかる
後に、再びプローブ電極群に対して記録媒体を接近開始
させる。前記後退させたプローブ電極を除いた残りのプ
ローブ電極に関して、同様に最初に前記閾値を越えたプ
ローブ電極を後退させ、再び記録媒体を接近させる。こ
のステップを繰り返して、ｍ×ｎ個のプローブ電極それ
ぞれに流れる電流が全て前記閾値を越えたら記録媒体の
接近を停止する。

【００４６】次いで、それぞれのプローブ電極に流れる
電流が前記閾値と等しくなるように各プローブ変位機構
への制御電圧を調整してその状態を保持する。これによ
って各々のプローブ電極先端と記録媒体との距離を全て
等しく保持することができる。

【００４７】次に、各プローブ変位機構に印加保持され
ている制御電圧から各プローブ電極先端位置のＺ座標を
全て求めて記憶し、又、全プローブ電極のＺ座標の平均
値を求めてこれをＺ₀ とする。

【００４８】ここまでの手順で全プローブ電極が記録媒
体表面に接近した状態では、全てのプローブ電極先端の
Ｚ座標は０もしくは負であるため、平均値Ｚ₀ も負であ
る。そこで平均値Ｚ₀ が０になるように、媒体微動機構
５もしくは媒体粗動機構７によって記録媒体をプローブ
電極に対して｜Ｚ₀ ｜だけ遠ざかる向きに移動させる。
その状態で再びそれぞれのプローブ電極に流れる電流を
モニタしながら、それぞれのプローブ変位機構への制御
電圧を変化させて、プローブ電極に流れる電流が閾値に
等しくなったらその時の制御電圧を保持する。これによ
って、全てのプローブ電極先端位置の座標を０にすると
共に、各プローブ変位機構への制御電圧を０（プローブ
変位機構が無駆動状態）付近に分布させることができ
る。

【００４９】なお、上記実施例のプローブ接近方法の変
形例として、微動機構５、粗動機構７を用いずに、全て
のプローブ変位機構に等しい駆動電圧を印加して、各プ
ローブ電極先端を記録媒体表面へある程度まで等しく接
近させ、その後に上記実施例と同様の手順で操作を行な
うようにしても良い。

【００５０】以上の手順の操作を行なった後、各々のプ
ローブ電極と記録媒体との間の距離が変動した場合、こ
の変動によって両者間に作用する力も変動するため、所
定の力からのずれによってプローブ変位機構をフィード
バックすることによって、両者間の距離を一定に保つこ
とができるが、特にプローブ電極が、媒体との間に斥力
が作用するまで接近した状態ではフィードバック制御す
ることなく全てのプローブ電極と媒体との距離が一定に
保持される。

【００５１】以上の手順で記録媒体とプローブ電極先端
とを接近させて位置合わせを行なった後に、記録（消
去）、再生の動作を行なう。以下にその動作例を示す。

【００５２】全てのプローブ電極には０．１Ｖのバイア
ス電圧を印加しておき、また電流の閾値は図７における
領域（ａ）に対応する１０^-9Ａに設定した。すなわちプ
ローブ電極と媒体間には斥力が作用しており、フィード
バック制御なしで距離が一定に保持される。記録媒体を
ＸＹ面内で駆動しながら、個々のプローブ電極に個別の
ビット情報（図６中の（ａ））に基づいて生成された書
込みパルス列（図６中の（ｂ））を印加して書込みを行
なった。ここでビット情報の最初のビットは個々のビッ
ト情報全てについてＯＮ状態に対応するビットとしてお
いた。

【００５３】書込みパルス印加後、再び書込み時と同じ
方法で記録媒体をＸＹ面内駆動して、バイアス電圧０．
１Ｖ印加の条件下でプローブ電極と記録媒体間を流れる
電流（トンネル電流）を測定したところ、４桁程度の電
流変化が各プローブ電極に対して得られた。これらの電
流測定値を二値化して得たパルス列は、各プローブ電極
に加えた個別のビット情報（第６図中の（ａ））に一致
し、記録情報の再生が確認された。

【００５４】次に、以上の操作で記録媒体上に書込んだ
個別のビット情報に基づいて図６中の（ｃ）に示すよう
な消去パルス列を生成した。ここで全てのビット情報に
対して最初のビットはＯＮのまま消去しないものとして
おく。書込み時と同じ方法で記録媒体をＸＹ面内で駆動
して電流を測定し、最初のビットすなわち最初に電流値
が４桁程度変化した位置で記録媒体の駆動を一次停止し
た。この時、初めに定めたビット情報の条件の通り、全
てのプローブ電極について４桁程度の変化が認められ
た。続いて媒体の駆動を再開し、これに同期させて先に
生成した個々のプローブ電極に対して、対応する個別の
消去パルス列を印加した。再び書込み時と同じ方法で記
録媒体をＸＹ面内で駆動して電流を測定して情報再生し
たところ、最初のビット以外は全てＯＦＦ状態、すなわ
ち１０^-9Ａ程度の電流値を示し、消去の完了が確認され
た。

【００５５】ここで使用した消去パルスに変えて、書込
みに用いたビット情報の内、最初のビットを除く任意の
ＯＮ状態のビットを選んで消去パルス列（図６中の
（ｄ））を生成し、前述の手順と同様にして消去実験を
行なったところ、選択したビットのみの消去が確認でき
た。

【００５６】

【発明の効果】以上本発明によれば、プローブ電極それ
ぞれに設けられたプローブ変位機構の無駆動時からの変
位を０付近に分布させ、いずれかの向きへの偏りの無い
状態で、全てのプローブ電極を記録媒体表面の極く近傍
まで接近させることが可能となり、これによってプロー
ブ電極製造時のプローブ先端位置のばらつき、あるいは
記録媒体表面が不均一であっても、その影響を受けずに
補償可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例の記録ヘッド部の構成図である。

【図２】プローブ電極の詳細図である。

【図３】実施例の情報記憶装置の全体構成図である。

【図４】実施例の装置の動作を示すフローチャート図で
ある。

【図５】本発明の第２実施例の光てこ法の説明図であ
る。

【図６】実施例の記録（消去）・再生動作で１本のプロ
ーブ電極に加えたパルス列を示す図である。

【図７】第３実施例中のプローブ電極と媒体との距離に
対する、両者間に作用する力および両者間に流れる電流
の関係を示す図である。

【符号の説明】

１プローブ電極２プローブ変位機構３支持体４記録媒体５媒体微動機構７媒体粗動機構９マイクロコンピュータ１１電流検出回路１２電圧印加回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者黒田亮東京都大田区下丸子３丁目30番２号キヤノン株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G11B 9/00 G01N 37/00 G11B 9/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】情報の記録及び／又は再生用の複数のプ
ローブ、該複数のプローブを媒体に対向して並列に配置して一体
的に支持する支持手段、前記媒体と前記支持手段との間隔を調整する調整手段、前記媒体と前記各プローブ先端との間隔を独立に調整す
るために、各プローブを独立に間隔方向に変位させる変
位手段、前記媒体と前記各プローブ先端との間隔が全て等しくな
るように前記変位手段を制御し、その際の前記複数のプ
ローブの変位量の平均が実質的に０となるように前記調
整手段を制御する制御手段、前記プローブを用いて媒体に記録及び／又は再生を行な
う手段、を有することを特徴とする情報記憶装置。
【請求項２】前記プローブと媒体との間に電圧を印加
する手段を有する請求項１記載の装置。
【請求項３】プローブと媒体との間隔を、前記電圧を
与えた際に流れる電流によって検知する手段を有する請
求項２記載の装置。
【請求項４】前記電流はトンネル電流である請求項３
記載の装置。
【請求項５】プローブと媒体との間隔を、両者間に作
用する力によって検知する手段を有する請求項１記載の
装置。
【請求項６】前記作用する力は斥力である請求項５記
載の装置。
【請求項７】支持部材によって一体的に支持され、且
つ各々独立に変位可能な複数のプローブの各プローブ先
端と、媒体との間隔が全て等しくなるように、前記各ブ
ローブに個別にオフセット変位を与えるステップ、その際に前記各プローブのオフセット変位量の平均が実
質的に０となるように、前記支持部材と前記媒体との間
隔を調整するステップ、上記ステップの後に、前記各プローブと媒体との間に電
圧を印加することによって情報の記録及び／又は再生を
行なうステップ、を有することを特徴とする情報記録及
び／又は再生の方法。