JP3118654B2 - Information processing device and scanning tunneling electron microscope - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、媒体をプローブにより
２次元走査し、媒体とプローブの物理的相互作用により
記録再生等を行う情報処理装置、あるいは走査型トンネ
ル電子顕微鏡（ＳＴＭ）に関する。詳しくは、プローブ
接近制御と情報記録再生の方法に関するもので、特に、
ＳＴＭ及びＳＴＭの原理を応用した小型高密度な情報処
理装置に関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an information processing apparatus or a scanning tunneling electron microscope (STM) for two-dimensionally scanning a medium with a probe and performing recording and reproduction by physical interaction between the medium and the probe. Specifically, it relates to probe access control and information recording / reproducing methods.
The present invention relates to an STM and a small and high-density information processing apparatus to which the principle of the STM is applied.

【０００２】[0002]

【従来の技術】近年、物質表面及び表面近傍の電子構造
を直接観察できる走査型トンネル顕微鏡（以下ＳＴＭと
云う）が開発され［Ｇ．Ｂｉｎｎｉｇ ｅｔ．ａｌ．，
Ｈｅｌｂｅｔｉｃａ Ｐｈｙｓｉｃａ Ａｃｔａ．５
５．７２６（１９８２）］、単結晶、非結晶を問わず高
分解能で実空間像の観測ができるようになり、しかもこ
のＳＴＭは試料物質に電流による損傷を殆ど与えずに低
電力で測定できる利点をも有し、更には超高真空中のみ
ならず大気中、溶液中でも動作し、種々の材料に対して
適用できるため広汎な応用が期待されている。2. Description of the Related Art In recent years, a scanning tunneling microscope (hereinafter, referred to as an STM) capable of directly observing the electronic structure on and near the surface of a material has been developed [G. Binnig et. al. ,
Helvetica Physica Acta. 5
5.726 (1982)], which makes it possible to observe a real space image with high resolution irrespective of single crystal or non-crystal, and that this STM can be measured at low power with little damage to the sample material due to current. It has advantages, and operates not only in an ultra-high vacuum but also in the air and in a solution, and can be applied to various materials.

【０００３】ＳＴＭは金属の探針と導電性試料との間に
電圧を印加して、約１ｎｍ程度の距離まで近付けると、
トンネル電流が発生する現象を利用している。最近で
は、例えば特開昭６３−１６１５５２号公報、特開昭６
３−１６１５５３号公報に開示されるように、このＳＴ
Ｍの原理を応用し、超高密度記録・再生を主とした情報
処理装置を構成する提案が数多くなされている。即ち、
ＳＴＭの探針に相当するプローブ電極により、試料に相
当する記録媒体上に物理的変形を与え、又は媒体表面の
電子状態を変化させて情報を記録し、両者間を流れるト
ンネル電流により記録ビットの情報を再生する方法を用
いれば、分子、原子オーダの高密度で大規模情報を記録
再生できるとされている。In STM, when a voltage is applied between a metal probe and a conductive sample to approach a distance of about 1 nm,
The phenomenon that a tunnel current occurs is used. Recently, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 63-161552 and
As disclosed in JP-A-3-161553, this ST
Many proposals have been made to apply an M principle to configure an information processing apparatus mainly for ultra-high density recording / reproduction. That is,
The probe electrode corresponding to the STM probe gives physical deformation on the recording medium corresponding to the sample, or changes the electronic state of the medium surface to record information. It is said that by using a method for reproducing information, large-scale information can be recorded and reproduced at a high density of the order of molecules and atoms.

【０００４】なお、上述の記録方法の内、物理的変形を
与えるには、尖鋭な記録プローブを記録媒体に押圧させ
て凹ませる他に、グラファイト等の記録媒体上ではパル
ス電圧印加によりホールを形成できることが最近報告さ
れている。即ち、プローブ電極を記録媒体表面に近接さ
せた上で、両者間に３〜８Ｖ、１〜１００μｓのパルス
幅で電圧の印加を行うことで、直径約４０オングストロ
ーム程度のホールが形成でき、記録ビットとして十分に
使用可能である。一方、電子状態を変化させて記録を行
うには、記録媒体と下地電極とプローブ電極間に電圧を
印加して、微小部分の電気抵抗特性を変化させる方法が
知られており、消去・書換えが容易であるため注目され
ている。Among the above recording methods, in order to impart physical deformation, a sharp recording probe is pressed against a recording medium to be depressed, and a hole is formed by applying a pulse voltage on a recording medium such as graphite. What can be done recently has been reported. That is, by bringing the probe electrode close to the surface of the recording medium and applying a voltage between the two with a pulse width of 3 to 8 V and 1 to 100 μs, a hole having a diameter of about 40 Å can be formed. Can be used as well. On the other hand, in order to perform recording by changing the electronic state, there is known a method in which a voltage is applied between a recording medium, a base electrode, and a probe electrode to change the electrical resistance characteristics of a minute portion. Attention has been paid to its ease.

【０００５】記録媒体としては、電圧−電流特性におい
てメモリ性のスイッチング特性を示す材料、例えばカル
コゲン化物類、π電子系有機化合物の薄膜層が用いら
れ、例えば下地電極上にラングミュア・ブロジェット法
（以下ＬＢ法と云う）によって適切な有機物質の累積膜
を作成したものが使用される。[0005] As the recording medium, a material exhibiting a memory switching characteristic in voltage-current characteristics, for example, a thin film layer of chalcogenides or a π-electron organic compound is used. For example, a Langmuir-Blodgett method ( A film obtained by forming an appropriate organic substance accumulation film by the LB method is used.

【０００６】プローブ電極としては、例えばタングステ
ン、Ｐｔ−Ｉｒ、Ｐｔ等の針先端を機械的研磨後に電界
研磨したもの等を圧電素子に取り付けて、印加電圧によ
って変位制御を行うものが一般的である。プローブ電極
を動かす可撓部の製造方法としては、例えば半導体プロ
セス技術を用い、１個の基板上に微細な構造を作る加工
技術（Ｋ．Ｅ．Ｐｅｔｅｒｓｏｎ．．“Ｓｉｌｉｃｏｎ
ａｓ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｍａｔｅｒｉａｌ”．
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ＩＥＥＥ．７
０ ｖｏｌ．４２０ｐ，１９８２）がある。これによっ
て、例えば図９に示す単結晶シリコン基板２１に空孔部
３０を設け、シリコン基板２１に舌状の微動機構２を片
持ち支持で設け、その先端にプローブ電極１を取り付け
る加工も可能になった。As a probe electrode, for example, one in which a tip of a needle such as tungsten, Pt-Ir, Pt or the like is mechanically polished and then electropolished is attached to a piezoelectric element, and displacement is controlled by an applied voltage. . As a method of manufacturing a flexible portion for moving a probe electrode, for example, a semiconductor processing technology is used to form a fine structure on one substrate (KE Peterson. “Silicon”).
as Mechanical Material ".
Proceedings of the IEEE. 7
0 vol. 420p, 1982). Thereby, for example, it is possible to provide a hole portion 30 in the single-crystal silicon substrate 21 shown in FIG. 9, provide the tongue-shaped fine movement mechanism 2 in the silicon substrate 21 with cantilever support, and attach the probe electrode 1 to the tip thereof. became.

【０００７】この舌状部２は層状の圧電素子と電極から
構成されており、電極間に電圧を印加することによっ
て、プローブ電極が単結晶シリコン基板２１の平面と垂
直方向（Ｚ軸方向）に変化する。ＸＹ方向の変位に関し
ては、上記シリコン基板乃至対向する媒体を走査可能な
ステージ上に設置することで相対的な移動を行う。勿論
この時、舌状部２を多数個に配列した変換器アレイを備
えた記憶装置を実現することができる。なお、このよう
な片持ち構造の舌状部２の他に、橋梁状の両持ち梁構造
のものも知られている。The tongue-shaped portion 2 is composed of a layered piezoelectric element and electrodes. By applying a voltage between the electrodes, the probe electrode moves in a direction perpendicular to the plane of the single-crystal silicon substrate 21 (Z-axis direction). Change. With respect to the displacement in the XY directions, the silicon substrate or the opposing medium is placed on a scannable stage to perform relative movement. Of course, at this time, it is possible to realize a storage device having a converter array in which a plurality of tongue-shaped portions 2 are arranged. In addition to the cantilever portion 2 having such a cantilever structure, a bridge-like double-supported beam structure is also known.

【０００８】[0008]

【発明が解決しようとする課題】微細加工で微動機構を
有するプローブを形成することは情報処理装置の小型
化，大容量化，高速化を図る上で大変有意である。しか
し、その反面、駆動の為の信号系と記録再生の信号系が
極めて接近する為にクロストークやＳ／Ｎ比の劣化を招
く。The formation of a probe having a fine movement mechanism by micromachining is very significant in reducing the size, capacity, and speed of an information processing apparatus. However, on the other hand, the signal system for driving and the signal system for recording / reproducing are so close to each other that crosstalk and deterioration of the S / N ratio are caused.

【０００９】本発明の目的は、駆動系信号と記録や再生
信号との相互間のカップリングを減少乃至除去し、精密
な変位制御及び記録再生の再現性，安定性の向上を可能
としたプローブを用いる情報処理装置及び走査型トンネ
ル電子顕微鏡を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to reduce or eliminate coupling between a drive system signal and a recording / reproducing signal, thereby enabling precise displacement control and improvement of reproducibility and stability of recording / reproducing. And a scanning tunneling electron microscope.

【００１０】[0010]

【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するための本発明の構成は、プローブと媒体を接近させ
る手段と、プローブを介して信号印加或いは検出する手
段と、プローブの位置制御を行う微動機構とを少なくと
も有し 、 かつ、前記信号印加或は検出する期間中、前記
微動機構に印加される駆動信号を一時的に切り離すスイ
ッチ機構を設けた情報処理装置としている点にある。To achieve the above object, the present invention provides a means for bringing a probe and a medium close to each other, a means for applying or detecting a signal via a probe, and controlling the position of the probe. a fine adjustment mechanism for at least chromatic performed, and the signal during the application or period for detecting, that is with the <br/> information processing apparatus provided with a switch mechanism temporarily disconnecting the drive signal applied to the fine movement mechanism It is in.

【００１１】かかる構成によれば、プローブを通して信
号印加或いは検出する期間中、上記スイッチをオフにす
ることで微動機構に印加された電圧はフローティング状
態となり、プローブ信号系に対して電気的ポテンシャル
を持たなくすることができる。その結果、駆動系信号か
ら微小信号であるプローブ系へのカップリングは著しく
減少もしくは除去される。According to such a configuration, during the period of applying or detecting a signal through the probe, the voltage applied to the fine movement mechanism is in a floating state by turning off the switch, and has an electric potential to the probe signal system. Can be eliminated. As a result, coupling from the drive system signal to the probe system, which is a small signal, is significantly reduced or eliminated.

【００１２】尚、上述の構成において、プローブと媒体
を接近させる手段としては、圧電体の逆圧電効果を利用
するカンチレバー型アクチュエータを用いることが好ま
しく、また、上述プローブを複数個配置したマルチプロ
ーブとして構成することも好ましい手段である。In the above arrangement, it is preferable to use a cantilever type actuator utilizing an inverse piezoelectric effect of a piezoelectric body as a means for bringing the probe and the medium close to each other. Constitution is also a preferred means.

【００１３】さらに、上述のような構成においては、媒
体の代わりに観察試料を対象とすれば、トンネル電流に
て試料表面の観察が可能な走査型トンネル電子顕微鏡を
提供することもできる。Further, in the above-described configuration, if an observation sample is used instead of a medium, a scanning tunneling electron microscope capable of observing the sample surface with a tunnel current can be provided.

【００１４】[0014]

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.

【００１５】（実施例１）図１は、本発明の第１の実施
例に係る情報処理装置を示すブロック構成図である。図
１中、３は記録媒体であり、これに接近してカンチレバ
ー型の微動機構２上に設けられたプローブ電極１が対向
している。微動機構２は積層型圧電素子（カンチレバー
型アクチュエータ）によって形成されており、Ｚ方向へ
の微小変位が可能である。FIG. 1 is a block diagram showing an information processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 3 denotes a recording medium, and a probe electrode 1 provided on a cantilever type fine movement mechanism 2 is opposed to the recording medium. The fine movement mechanism 2 is formed by a laminated piezoelectric element (cantilever type actuator), and is capable of minute displacement in the Z direction.

【００１６】Ｚ方向への粗動は微動機構２の支持体に設
けられており（不図示）、これによってプローブ１／媒
体３間の距離を大きく変化させることができる。尚、媒
体表面と平行なＸＹ方向への変位・走査は、媒体支持体
に設けられた走査機構（不図示）によって行う。かかる
装置においては、ＸＹ走査を行いながらプローブで検出
されたトンネル電流信号を電流アンプ４で増幅し、誤差
増幅器６で基準値と比較し、トンネル電流が一定になる
様に微動機構２をドライバー８によって駆動するサーボ
制御を行う。尚、１２は再生情報表示等を行う表示機器
を表わしている。また、ローパスフィルタ７はノイズ除
去、制御系の安定性向上を目的として採用している。１
０は微動機構の駆動系用ドライバーの出力側に設けられ
たスイッチであり、１１はプローブ信号をオン・オフす
るスイッチ、５はかかる信号を保持するためのサンプル
ホールドであり、これらはタイミング発生回路９によっ
てコントロールされている。The coarse movement in the Z direction is provided on a support of the fine movement mechanism 2 (not shown), so that the distance between the probe 1 and the medium 3 can be largely changed. The displacement and scanning in the XY directions parallel to the medium surface are performed by a scanning mechanism (not shown) provided on the medium support. In such an apparatus, while performing XY scanning, a tunnel current signal detected by a probe is amplified by a current amplifier 4 and compared with a reference value by an error amplifier 6, and the fine movement mechanism 2 is driven by a driver 8 so that the tunnel current becomes constant. Servo control driven by Reference numeral 12 denotes a display device for displaying reproduction information and the like. The low-pass filter 7 is employed for the purpose of removing noise and improving the stability of the control system. 1
0 is a switch provided on the output side of the driver for the drive system of the fine movement mechanism, 11 is a switch for turning on / off the probe signal, 5 is a sample and hold for holding such a signal, and these are timing generation circuits. 9 is controlled.

【００１７】前述の圧電体素子による微動機構の形成手
順を図２を用いて以下に説明する。先ず、シリコン半導
体基板２１表面に絶縁膜として膜厚５００ｎｍの窒化シ
リコン膜２２を高周波スパッタにより形成した（図２
（ａ））。次にフォトリソ工程を経て該窒化膜に開口部
２３（幅１μｍ）を設けた後、金属電極と圧電体の積層
構造から成る圧電体バイモルフを窒化膜上に形成した
（図２（ｂ）〜（ｅ））。電極材料としては、下地電極
２４にＣｒを下引きとしたＡｕを用い、中間電極２６お
よび上部電極２７にはＡｌを用いた。また、圧電体層２
５には高周波スパッタによって堆積したＺｎＯ（膜厚
１．２μｍ）を用いた。更に、以上のようにして作製し
たバイモルフ素子全体を、スパッタ法により堆積した窒
化シリコン膜から成る保護層２９で被覆した後に、蒸着
Ａｕで構成される円錐状の突起を有するプローブ１の形
成を行った。更に、ＫＯＨ水溶液をエッチャントとした
異方性エッチングを基板下部より行い、開口部３０に空
隙部を設けることによって、図２（ｆ）に断面概略を示
すプローブユニットを得た。The procedure for forming the fine movement mechanism using the above-described piezoelectric element will be described below with reference to FIG. First, a 500-nm-thick silicon nitride film 22 was formed as an insulating film on the surface of a silicon semiconductor substrate 21 by high-frequency sputtering (FIG. 2).
(A)). Next, after an opening 23 (1 μm width) was provided in the nitride film through a photolithography process, a piezoelectric bimorph having a laminated structure of a metal electrode and a piezoelectric material was formed on the nitride film (FIGS. 2B to 2B). e)). As the electrode material, Au was used for the base electrode 24 and Cr was used for the lower electrode, and Al was used for the intermediate electrode 26 and the upper electrode 27. Also, the piezoelectric layer 2
For ZnO, ZnO (film thickness 1.2 μm) deposited by high frequency sputtering was used. Further, after covering the entire bimorph element fabricated as described above with a protective layer 29 made of a silicon nitride film deposited by a sputtering method, a probe 1 having a conical projection made of vapor-deposited Au is formed. Was. Further, anisotropic etching using a KOH aqueous solution as an etchant was performed from the lower portion of the substrate, and a void portion was provided in the opening 30 to obtain a probe unit having a schematic cross section shown in FIG.

【００１８】かかるカンチレバーに於て、電極２６及び
２７間、電極２６及び２４間に印加される電圧差によっ
て、バイモルフ構造の圧電体素子がたわみ、プローブが
Ｚ方向に変位する。尚、プローブ用配線電極３１は図３
に示す様に、上部電極２７と同一面上に形成されてい
る。In such a cantilever, a bimorph-structure piezoelectric element is bent by a voltage difference applied between the electrodes 26 and 27 and between the electrodes 26 and 24, and the probe is displaced in the Z direction. The probe wiring electrode 31 is shown in FIG.
As shown in the figure, it is formed on the same plane as the upper electrode 27.

【００１９】ここで、配線電極３１は上部電極２７との
間隔が数μｍ〜１０μｍ程度にて配置されるため、電極
間の結合容量やもれ抵抗が問題となってくる。また、配
線電極３１と中間電極２６間での結合容量，もれ抵抗も
存在し、実際に上述カンチレバーを用いて従来公知のＺ
方向の変位制御を行うと、駆動信号がプローブを通して
検出されるトンネル電流にて重畳し、フィードバックゲ
インを高くした状態での精密な制御を安定よく行うこと
が難しい。Here, since the wiring electrode 31 is arranged at a distance of about several μm to 10 μm from the upper electrode 27, the coupling capacitance between the electrodes and the leakage resistance become problems. In addition, there is a coupling capacitance and a leakage resistance between the wiring electrode 31 and the intermediate electrode 26, and actually using the above-mentioned known cantilever,
When the displacement control in the direction is performed, the driving signal is superimposed by the tunnel current detected through the probe, and it is difficult to stably perform the precise control with the feedback gain increased.

【００２０】しかし、プローブで信号を検出する期間、
カンチレバーへの駆動信号を切り離すことで、電極２
７，２６，２４に印加された電圧はフローティング状態
となり、電位を持たなくなる。その結果、電極３１，２
７間、電極３１，２６間での電流の流出入が抑止され、
クロストークが改善される。一方、カンチレバーに印加
された電圧は、電極２７及び２６間、電極２６及び２４
間に形成されるコンデンサーによって一定時間保持され
る。すなわち、駆動信号が切り離されている期間が、コ
ンデンサの放電時間より短かければ、カンチレバーの変
位は保たれる。However, during the period when the signal is detected by the probe,
By separating the drive signal to the cantilever, the electrode 2
The voltages applied to 7, 26 and 24 are in a floating state and have no potential. As a result, the electrodes 31 and
7, the flow of current between the electrodes 31 and 26 is suppressed,
Crosstalk is improved. On the other hand, the voltage applied to the cantilever is between the electrodes 27 and 26 and between the electrodes 26 and 24.
It is held for a certain period of time by a capacitor formed between them. That is, if the period during which the drive signal is disconnected is shorter than the discharge time of the capacitor, the displacement of the cantilever is maintained.

【００２１】本発明をより詳細に説明する為に、具体的
な各信号のタイミングの一例を図４に示す。本図中、Ｓ
Ｄ，ＳＲはそれぞれカンチレバー駆動系に挿入されたス
イッチ１０，プローブ信号系スイッチ１１のオン・オフ
状態を表わす（Ｈｉがオン，Ｌｏがオフに相当）。かか
る信号はタイミング発生回路９内部のクロック信号ＣＬ
Ｋに同期している。In order to explain the present invention in more detail, FIG. 4 shows an example of specific timing of each signal. In the figure, S
D and SR represent the ON / OFF states of the switch 10 and the probe signal system switch 11 inserted in the cantilever drive system, respectively (Hi corresponds to ON and Lo corresponds to OFF). This signal is a clock signal CL in the timing generation circuit 9.
Synchronized with K.

【００２２】今、ＳＤがオンの時駆動系はカンチレバー
に接続され、圧電体に印加される電圧Ｖｄｒｖは所望の
駆動電圧に達する。このとき、ＳＲはオンであっても良
いが、プローブ信号系から駆動系へのカップリング乃至
駆動系信号による電流アンプ４の飽和等の誤動作を考え
るとオフであることが好ましい。Now, when SD is on, the drive system is connected to the cantilever, and the voltage Vdrv applied to the piezoelectric body reaches a desired drive voltage. At this time, SR may be on, but is preferably off considering coupling from the probe signal system to the drive system or malfunction such as saturation of the current amplifier 4 due to the drive system signal.

【００２３】次に、ＳＤがオフになると、Ｖｄｒｖは徐
々に放電されるがｎクロック後（周期Ｔ）再び充電され
所望の電圧に到達する。ＳＤがオフになってｍクロック
後、ＳＲがオンになっている状態でサンプルホールド５
にサンプル信号ＳＴを印加し、プローブ信号を検出す
る。この時、ＳＤがオフであるためクロストークのない
良好な信号が得られる。ＳＴも周期Ｔで繰り返される。
従って、図１で示されるサーボ制御系は離散値系となる
が、サンプリング間隔Ｔが信号帯域より充分に短かけれ
ば何等問題なく、またかかる制御系をコンピュータ等を
用いたデジタル制御とすることは容易である。Next, when SD is turned off, Vdrv is gradually discharged, but is charged again after n clocks (period T) to reach a desired voltage. After m clocks after SD is turned off, sample and hold 5 while SR is on
To apply a sample signal ST to detect a probe signal. At this time, a good signal without crosstalk is obtained because SD is off. ST is also repeated in a cycle T.
Therefore, although the servo control system shown in FIG. 1 is a discrete value system, there is no problem if the sampling interval T is sufficiently shorter than the signal band, and it is not possible to use such a control system as digital control using a computer or the like. Easy.

【００２４】（実施例２）図５は本発明の第２の実施例
に係るプローブが設置された、カンチレバー型圧電体素
子による微細機構の上面図である。本実施例では、前述
プローブ配線電極３１とカンチレバー上電極２７とを一
体とした共用電極３２を用いた。システム構成及び制御
タイミングは実施例１と同一である。ＳＤとＳＲが同時
にオンにならないタイミングであれば、実施例１同様良
好なプローブ信号検出が可能であり、安定で精密な制
御、再現性の高い再生信号が得られる。(Embodiment 2) FIG. 5 is a top view of a fine mechanism using a cantilever type piezoelectric element on which a probe according to a second embodiment of the present invention is installed. In this embodiment, the common electrode 32 in which the probe wiring electrode 31 and the cantilever upper electrode 27 are integrated is used. The system configuration and control timing are the same as in the first embodiment. As long as SD and SR are not turned on at the same time, a good probe signal can be detected as in the first embodiment, and a stable and precise control and a reproduced signal with high reproducibility can be obtained.

【００２５】（実施例３）図６に本発明の第３の実施例
に係るカンチレバーとプローブを複数個配置した情報処
理装置を示す。６１はＸＹ方向走査駆動回路、７０は記
録媒体、７５は記録媒体上のトラッキングパターン（凹
状の溝もしくは表面電子状態の異なるパターン）、７１
はステージと媒体の基台、７２はマルチプローブヘッ
ド、７３はカンチレバー、７４はプローブ電極、６２，
６４はそれぞれステージをＸ方向に駆動するドライバー
及びピエゾアクチュエータ、６３，６５はステージをＹ
方向に駆動するドライバー及びピエゾアクチュエータで
ある。６７はマルチプローブヘッドをＸ方向に駆動する
ピエゾアクチュエータ、６８は各プローブ毎のデータ入
出力とＺ軸方向の駆動制御をパラレルに行う様に各プロ
ーブ毎に設けられている制御回路が複数内蔵されている
制御回路部である。Embodiment 3 FIG. 6 shows an information processing apparatus according to a third embodiment of the present invention in which a plurality of cantilevers and probes are arranged. 61 is an XY direction scanning drive circuit, 70 is a recording medium, 75 is a tracking pattern (a concave groove or a pattern having a different surface electronic state) on the recording medium, 71
Is a stage and medium base, 72 is a multi-probe head, 73 is a cantilever, 74 is a probe electrode, 62,
64 is a driver and piezo actuator for driving the stage in the X direction, and 63 and 65 are Y stages.
A driver and a piezo actuator that drive in the direction. Reference numeral 67 denotes a piezo actuator for driving the multi-probe head in the X direction. Reference numeral 68 denotes a plurality of built-in control circuits provided for each probe so as to perform data input / output for each probe and drive control in the Z-axis direction in parallel. Control circuit section.

【００２６】６６は６８からのトンネル電流信号とトラ
ッキングエッジ検出レベルとの比較からトラッキングパ
ターンの位置信号を検出してトラッキングずれを測定
し、それを補正すべくアクチュエータ６７を駆動するト
ラッキング制御回路部である。Reference numeral 66 denotes a tracking control circuit which detects the position signal of the tracking pattern from the comparison between the tunnel current signal from 68 and the tracking edge detection level, measures the tracking deviation, and drives the actuator 67 to correct the deviation. is there.

【００２７】本実施例における各カンチレバーの制御
は、実施例１と同じように行う。トラッキングパターン
の追跡はマルチプローブヘッドに取り付けられたアクチ
ュエータ６７により行う。The control of each cantilever in this embodiment is performed in the same manner as in the first embodiment. Tracking of the tracking pattern is performed by an actuator 67 attached to the multi-probe head.

【００２８】記録媒体７０としては、電圧電流のスイッ
チング特性に対し、メモリ効果をもつ材料を基板７１上
に形成したものを用いた。本実施例では、ガラスや雲母
などの平坦な基板上に金をエピタキシャル成長させた基
板７１を用意し、この基板上に電圧電流のスイッチング
特性に対しメモリ効果をもつ材料としてスクアリウム−
ビス−６−オクチルアズレンを用い、ラングミュア・ブ
ロジェット法（ＬＢ法）により、単分子膜２層の累積膜
を基板電極上に形成した。As the recording medium 70, a recording medium formed of a material having a memory effect on the switching characteristics of voltage and current was formed on a substrate 71. In this embodiment, a substrate 71 prepared by epitaxially growing gold on a flat substrate such as glass or mica is prepared, and squarium-based material having a memory effect on the switching characteristics of voltage and current is prepared on this substrate.
Using bis-6-octylazulene, a two-layer monomolecular film was formed on the substrate electrode by the Langmuir-Blodgett method (LB method).

【００２９】各プローブ及びカンチレバーに接続される
信号線には、実施例１同様スイッチ素子が挿入されてい
る。具体的な回路例の一つを図７に示す。As in the first embodiment, a switch element is inserted in a signal line connected to each probe and the cantilever. One specific circuit example is shown in FIG.

【００３０】ＳＤ，ＳＲは実施例１同様、それぞれカン
チレバー駆動系、プローブ信号読出し系のスイッチ素子
である。検出されたプローブ信号は実施例１同様Ｚ軸制
御回路６８中に設けられたサンプルホールド素子ＳＴ
（不図示）を通して誤差増幅回路に接続される。ＳＷ，
ＳＥはそれぞれ記録用パルス印加回路，消去用パルス印
加回路に接続されたスイッチ素子である。各スイッチは
図８に示されるタイミングでオン・オフが制御される。
尚、各スイッチ素子は従来公知の半導体技術でシリコン
ウエハ上に作製したＭＯＳ型スイッチであり、カンチレ
バーは該シリコン基板上に実施例１と同一の工程を用い
形成した。SD and SR are switch elements of a cantilever driving system and a probe signal reading system, respectively, as in the first embodiment. The detected probe signal is supplied to the sample and hold element ST provided in the Z-axis control circuit 68 as in the first embodiment.
(Not shown) and connected to an error amplifier circuit. SW,
SE is a switch element connected to the recording pulse applying circuit and the erasing pulse applying circuit, respectively. ON / OFF of each switch is controlled at the timing shown in FIG.
Each switch element is a MOS type switch manufactured on a silicon wafer by a conventionally known semiconductor technology, and the cantilever is formed on the silicon substrate by using the same process as in the first embodiment.

【００３１】かかる装置を用いた記録／再生／消去の実
験は、以下の様にして行った。各プローブは、プローブ
信号検出及びＺ軸制御回路６８を用いてバイアス電圧１
００ｍＶの条件下でプローブ電流が１ｎＡになる位置で
止める。この時、ＳＤとＳＲ，ＳＴは実施例１と同一の
タイミングで制御を行う。次に、ＸＹ走査回路６１によ
って記録媒体７０をプローブ７４に対しＸＹ方向に走査
させる。このとき、プローブは３０５によって記録媒体
表面に対し一定の距離に保持される。この状態で、ＳＲ
をオンさせる替わりにＳＷをオンする（記録）。ＳＷは
具体的には＋６Ｖのバイアス電源に接続されており、Ｓ
Ｗがオンしている間、プローブと記録媒体間には波高値
＋６Ｖのパルスが印加される。ＸＹ走査を待って再びプ
ローブがパルス印加が行われた場所に戻った時点で、検
出されるプローブ電流は瞬間的に約０．１μＡまで増加
した。記録位置での検出電流が約２桁増加していること
が読み出される（再生）。更に、再びＸＹ走査されてプ
ローブが記録ビット位置に達した時、ＳＲの替わりにＳ
Ｅをオンさせることにより、記録媒体に−４Ｖ波高値の
パルスを印加（消去）すると、以後かかる位置で検出さ
れるプローブ電流は１ｎＡに戻る。以上の記録／再生／
消去は安定に繰り返すことができる。また、図８に示す
様に複数のプローブに対し、それぞれ独立に同様の実験
を行うことができ、本発明がマルチのプローブを用いた
情報処理装置に於ても有用であることがわかる。An experiment of recording / reproducing / erasing using such an apparatus was performed as follows. Each probe uses a probe signal detection and Z-axis control circuit 68 to apply a bias voltage of 1
Stop at the position where the probe current becomes 1 nA under the condition of 00 mV. At this time, SD, SR, and ST perform control at the same timing as in the first embodiment. Next, the recording medium 70 is caused to scan the probe 74 in the XY directions by the XY scanning circuit 61. At this time, the probe is held by the 305 at a fixed distance from the surface of the recording medium. In this state, SR
SW is turned on instead of turning on (recording). SW is specifically connected to a bias power supply of +6 V.
While W is on, a pulse having a peak value of +6 V is applied between the probe and the recording medium. When the probe returned to the place where the pulse was applied again after waiting for the XY scan, the detected probe current instantaneously increased to about 0.1 μA. It is read that the detected current at the recording position is increased by about two digits (reproduction). Further, when the probe is again XY-scanned and reaches the recording bit position, S is replaced with S instead of SR.
When a pulse having a peak value of -4 V is applied (erased) to the recording medium by turning E on, the probe current detected at that position thereafter returns to 1 nA. The above recording / playback /
Erasing can be repeated stably. Further, as shown in FIG. 8, similar experiments can be independently performed on a plurality of probes, and it is understood that the present invention is also useful in an information processing apparatus using multiple probes.

【００３２】[0032]

【発明の効果】以上の本発明によれば、微動機構制御用
信号とプローブ検出乃至印加信号とのクロストークを抑
止或いは除去することができ、安定な位置制御、Ｓ／Ｎ
比の向上した検出信号、再現性の高い記録再生を得るこ
とが可能となる。According to the present invention described above, it is possible to suppress or eliminate the crosstalk between the fine movement mechanism control signal and the probe detection or application signal, thereby achieving stable position control and S / N.
It is possible to obtain a detection signal with an improved ratio and a recording / reproducing with high reproducibility.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】本発明実施例の情報処理装置のブロック構成図
である。FIG. 1 is a block diagram of an information processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

【図２】バイモルフ駆動のカンチレバー型圧電体素子の
形成手順を示す断面図である。FIG. 2 is a sectional view showing a procedure for forming a bimorph-driven cantilever type piezoelectric element.

【図３】カンチレバー外形概略図（平面及び断面）であ
る。FIG. 3 is a schematic view (plane and cross section) of the outer shape of a cantilever.

【図４】スイッチ素子及び圧電体に印加される電圧のタ
イミング図である。FIG. 4 is a timing chart of voltages applied to a switch element and a piezoelectric body.

【図５】本発明に係る第２の実施例のカンチレバー外形
概略図である。FIG. 5 is a schematic external view of a cantilever according to a second embodiment of the present invention.

【図６】本発明に係る第３の実施例の情報処理装置ブロ
ック構成図である。FIG. 6 is a block diagram of an information processing apparatus according to a third embodiment of the present invention.

【図７】ｊ番目のカンチレバー及び接続される信号、ス
イッチ素子を示す回路図である。FIG. 7 is a circuit diagram showing a j-th cantilever, a connected signal, and a switch element.

【図８】スイッチ素子の駆動タイミング図である。FIG. 8 is a drive timing chart of the switch element.

【図９】カンチレバー型の微動機構及び微動機構上に設
けられたプローブ電極を表わす概略図である。FIG. 9 is a schematic view showing a cantilever-type fine movement mechanism and a probe electrode provided on the fine movement mechanism.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ プローブ ２ 微動機構 ３ 媒体 ４ 電流アンプ ５ サンプルホールド ６ 誤差増幅器 ７ ローパスフィルタ ８ ドライバー ９ タイミング発生回路 １０ 駆動系信号切離しスイッチ １１ プローブ系信号切離しスイッチ １２ 表示機器 ２１ シリコン半導体基板 ２２ 窒化シリコン膜 ２３ 開口部 ２４ 下地電極 ２５ 圧電体層 ２６ 中間電極 ２７ 上部電極 ２９ 保護層 ３０ 開口部 ３１ プローブ用配線電極 ３２ 共用電極 ６１ ＸＹ方向走査駆動回路 ６２ ドライバー ６３ ドライバー ６４ Ｘ方向ピエゾアクチュエータ ６５ Ｙ方向ピエゾアクチュエータ ６６ トラッキング制御回路部 ６７ アクチュエータ ６８ Ｚ軸制御回路部 ７０ 記録媒体 ７１ 基台 ７２ マルチプローブヘッド ７３ カンチレバー ７４ プローブ電極 ７５ トラッキングパターン DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Probe 2 Fine movement mechanism 3 Medium 4 Current amplifier 5 Sample hold 6 Error amplifier 7 Low-pass filter 8 Driver 9 Timing generation circuit 10 Drive system signal separation switch 11 Probe system signal separation switch 12 Display device 21 Silicon semiconductor substrate 22 Silicon nitride film 23 Opening Part 24 Base electrode 25 Piezoelectric layer 26 Intermediate electrode 27 Upper electrode 29 Protective layer 30 Opening 31 Probe wiring electrode 32 Shared electrode 61 XY scanning drive circuit 62 Driver 63 Driver 64 X piezo actuator 65 Y piezo actuator 66 Tracking Control circuit section 67 Actuator 68 Z-axis control circuit section 70 Recording medium 71 Base 72 Multi-probe head 73 Cantilever 74 Probe electrode 75 Tracking pattern

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 紫藤 俊一 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 (72)発明者 畑中 勝則 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 (56)参考文献 特開 平２−116044（ＪＰ，Ａ) 特表 平３−503463（ＪＰ，Ａ) 瀧本清、外４名，“ＳＴＭ下でのＬＢ 膜のスイッチング・メモリー機能”，電 子情報通信学会技術研究報告，電子情報 通信学会，1994年３月18日，Ｖｏｌ. 93，Ｎｏ．524，ｐｐ．７−12 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 13/10 - 13/24 G11B 9/00 - 9/14 G11B 7/34 H01J 37/28 ＪＩＣＳＴファイル（ＪＯＩＳ)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Shunichi Shido 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon Inc. (72) Inventor Katsunori Hatana 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Canon (56) References JP-A-2-116044 (JP, A) JP-A-3-503463 (JP, A) Kiyoshi Takimoto and four others, “Switching memory function of LB film under STM” , IEICE Technical Report, IEICE, March 18, 1994, Vol. 524, pp. 7-12 (58) Fields surveyed (Int. Cl. ⁷ , DB name) G01N 13/10-13/24 G11B 9/00-9/14 G11B 7/34 H01J 37/28 JICST file (JOIS)

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】 プローブと媒体を接近させる手段と、プ
ローブを介して信号印加或いは検出する手段と、プロー
ブの位置制御を行う微動機構とを少なくとも有し、か
つ、前記信号印加或いは検出する期間中、前記微動機構
に印加される駆動信号を一時的に切り離すスイッチ機構
を備えていることを特徴とする情報処理装置。At least a means for bringing a probe and a medium close to each other, a means for applying or detecting a signal via the probe, and a fine movement mechanism for controlling the position of the probe, and during the period for applying or detecting the signal the information processing apparatus characterized by comprising a switch mechanism for disconnecting the drive signal applied to the fine movement mechanism temporarily. 【請求項２】 プローブと媒体を接近させる手段の一部
又は全部を構成する機構として、カンチレバー型圧電体
を用いることを特徴とする請求項１に記載の情報処理装
置。2. The information processing apparatus according to claim 1, wherein a cantilever-type piezoelectric body is used as a mechanism constituting a part or all of a means for bringing the probe and the medium close to each other. 【請求項３】 媒体と対向させた複数個のプローブを有
することを特徴とする請求項１又２に記載の情報処理装
置。3. The information processing apparatus according to claim 1, further comprising a plurality of probes facing the medium. 【請求項４】 媒体と対向させた複数個のプローブ、及
び該プローブの接近機構を独立に駆動する手段を具備す
ることを特徴とする請求項１〜３いずれかに記載の情報
処理装置。4. The information processing apparatus according to claim 1, further comprising: a plurality of probes facing the medium; and means for independently driving an approach mechanism of the probes. 【請求項５】 プローブを試料表面に接近させる手段
と、プローブを介してトンネル電流を検出する手段と、プ
ローブの位置制御を行う微動機構とを少なくとも有し、
かつ、前記トンネル電流を検出する期間中、前記微動機
構に印加される駆動信号を一時的に切り離すスイッチ機
構を備えていることを特徴とする走査型トンネル電子顕
微鏡。5. At least means for bringing a probe close to a sample surface, means for detecting a tunnel current via the probe, and a fine movement mechanism for controlling the position of the probe,
And a switch mechanism for temporarily disconnecting a drive signal applied to the fine movement mechanism during a period of detecting the tunnel current .