(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
記録媒体にプローブを対向させて電圧を印加し記録を行う情報記録装置のプローブにおいて、該プローブが導電性を有する先端の尖鋭な探針と、該探針に接続され該探針に記録のためのパルス電圧を印加するための配線とを有し、該探針と前記配線との接続部における該探針の一部と前記配線との間または該探針近傍の前記配線中に、記録時に印加する電圧によって該探針と前記記録媒体間に流れる電流値が過大となることを制限する電流制限抵抗を有していることを特徴とするプローブ。
【請求項２】
前記電流制限抵抗が、前記探針の一部と前記配線との間における該探針を構成する部材中に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のプローブ。
【請求項３】
記録媒体に、先端の尖鋭な探針と該探針に記録のためのパルス電圧を印加するための配線とを有するプローブを対向させて、電圧を印加し記録を行う情報記録装置の記録媒体において、該記録媒体が導電性を有する基板と該基板上の記録層とで構成され、該基板と該記録層との間、又は該記録層中に、記録時に印加する電圧によって該探針と該記録媒体間に流れる電流値が過大となることを制限する電流制限抵抗層を有することを特徴とする記録媒体。
【請求項４】
記録媒体にプローブを対向させて電圧を印加し記録を行う情報記録装置のプローブにおいて、該プローブが導電性を有する先端の尖鋭な探針と該探針に電圧を印加するための配線とを有し、この探針と配線とが電圧を印加する手段の印加電圧信号電位に電気接続された電磁シールドによって覆われていることを特徴とするプローブ。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載のプローブを記録媒体に対向させて電圧を印加し記録を行う情報記録方法であって、前記電流制限抵抗により、記録時に探針と記録媒体間に流れる電流値が過大となることを制限して、前記記録媒体と探針と記録信号電圧印加手段を含む回路ループの周波数特性を向上させ記録を行うことを特徴とする情報記録方法。
【請求項６】
請求項３に記載の記録媒体にプローブを対向させて電圧を印加し記録を行う情報記録方法であって、前記電流制限抵抗層により、記録時に探針と記録媒体間に流れる電流値が過大となることを制限して、前記記録媒体と探針と記録信号電圧印加手段を含む回路ループの周波数特性を向上させ記録を行うことを特徴とする情報記録方法。
【請求項７】
請求項４に記載のプローブを記録媒体に対向させて電圧を印加し記録を行う情報記録方法であって、前記プローブにおける前記電磁シールドにより、前記探針並びに配線と記録媒体間の静電容量を低減して、前記記録媒体と探針と記録信号電圧印加手段を含む回路ループの周波数特性を向上させ記録を行うことを特徴とする情報記録方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は記録媒体にプローブを対向させて電圧を印加し、記録を行う情報記録装置のプローブ及び記録媒体、並びにこれらを用いた情報記録方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ナノメートル以下の分解能で導電性物質表面を観察可能な走査型トンネネル顕微鏡（以下ＳＴＭと略す）が開発され（米国特許第４３４３９９３号明細書）、金属・半導体表面の原子配列、有機分子の配向等の観察が原子・分子スケールでなされている。また、ＳＴＭ技術を発展させ、絶縁物質等の表面をＳＴＭと同様の分解能で観察可能な原子間力顕微鏡（以下ＡＦＭと略す）も開発された（米国特許第４７２４３１８号明細書）。
このＳＴＭの原理を応用し、試料の代わりに記録媒体を用い、ＳＴＭ構成でトンネル電流を一定にするように記録媒体−探針間隔をフィードバック制御しながら、記録媒体に探針をアクセスし、記録媒体−探針間に電圧を印加し、原子・分子のスケールのビットサイズの記録再生を行うことにより、高密度メモリーを実現するという提案がなされている（米国特許第４５７５８２２号明細書、特開昭６３−１６１５５２号公報、特開昭６３−１６１５５３号公報）。
さらに、ＳＴＭとＡＦＭとを組み合わせた構成で、導電性を有する弾性体プローブを用い、プロープ先端の探針を記録媒体に対し接触させた状態で走査を行い、記録再生を行うという提案もなされている（特開平０１−２４５４４５号公報、特開平０３−１９４１２４号公報）。
このような、従来における接触走査方式では、基本的に弾性体プローブの弾性変形を利用して、記録媒体表面に沿ってプローブをならうように走査させるため、記録媒体に局所的欠陥や厚さむらがあったりすると、記録再生時に電流が流れすぎて発生する熱等により、探針や媒体が破壊する場合があった。
このため、記録再生の回路中に電流制限抵抗を挿入しその電流値を一定に制限するという提案がなされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述のような電流制限抵抗を記録再生回路中に単に挿入したのでは、記録速度が低下してしまうという問題点が生じる。
これを図１１〜１３を用いて以下に説明する。
図１１は、接触走査方式の記録再生装置の概念図である。
図において、１３０１は記録媒体、１３０２は記録媒体に接触した状態で記録再生を行う弾性体からなるプローブ、１３０３はプローブ先端に設けられた導電性探針、１３０４は記録再生信号印加および取り出しのための配線である。
また、記録信号印加手段１３０５から電流制限抵抗ＲＬ１３０６、プローブ１３０２上の配線１３０４、探針１３０３を経て、記録信号が記録媒体１３０１に印加される。
実際の装置構成では、プローブが記録媒体に対し、近接しているので、プローブ上の配線や探針と記録媒体との間に浮遊容量と呼ばれるある大きさの静電容量Ｃｓが存在する。
一方、探針と記録媒体との間には、接触抵抗、探針−記録媒体間にわずかに（＝ナノメートルオーダー）存在する空間のトンネル抵抗、記録媒体自身の膜抵抗等からなるギャップ抵抗ＲＧが存在する。
【０００４】
これらの関係を表す等価回路を図１３に示す。
記録信号パルスの角振動数をω（ω＝２πｆ：ｆは記録信号パルスの振動数）とすると、浮遊容量Ｃｓｌ５０３によるインピーダンス１／ωＣｓは、電流制限抵抗ＲＬより小さくなる。
実際の装置における典型値としては、浮遊容量Ｃｓ〜１［ｐＦ］、記録信号パルスの周波数ｆ＝１００［ｋＨｚ］程度であるからω〜６×１０５［ｒａｄ／ｓ］、１／ωＣｓ〜１．７［ＭΩ］となる。ギャップ抵抗ＲＧおよび電流制限抵抗ＲＬの値の典型値は、それぞれＲＧ＝１〜１０００［ＧΩ］、ＲＬ〜１０［ＭΩ］である。
１／ωＣｓ＜＜ＲＧであるから、パルス印加電圧ＶＰはＲＬと１／ωＣｓ、ＲＧとの間でほぼＲＬ：１／ωＣｓの比に分圧されると考えられる。記録信号電圧ＶＰを印加した際に、実際に記録媒体に加わる電圧ＶＧは、ＶＧ＝（１／ωＣｓ）・ＶＰ／（１／ωＣｓ＋ＲＬ）〜０．１４ＶＰとなり、ＶＰに比べ、小さい値となる。
これはωが大きく、すなわち高周波記録信号ではより顕著となる。
この場合の記録用印加電圧波形ＶＰと実際に記録媒体に加わる電圧ＶＧの波形の比較を図１２に示す。
図において、記録媒体に加わる電圧波形ＶＧは、記録用印加電圧波形ＶＰに比べ、ピーク値が小さく、しかも時間的になまったものとなっていることを示している。
【０００５】
以上のような状態では、記録用信号ＶＰを印加しても、記録媒体に加わる電圧は記録のしきい値を越えず、記録が行われない。
しかも、時間的になまってしまうため、連続に記録用信号パルスを印加することができず、記録速度が低下してしまう。
【０００６】
そこで、本発明は上記問題を解決し、信頼性が高く、記録速度を低下させることなく記録が可能な情報記録装置のプローブ及び記録媒体、並びにこれらを用いた情報記録方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するため、電流制限抵抗をプローブにおける探針の一部と前記配線との間または該探針近傍の前記配線中に配置するか、或はそれを基板と該記録層との間、又は該記録層中に配置するか、又はパルス印加回路系の浮遊容量を低減する等の手段により、記録用パルス印加回路系の周波数特性の向上を図り、記録することを可能としたものである。
すなわち、本発明は第１に、記録媒体にプローブを対向させて電圧を印加し記録を行う情報記録装置のプローブにおいて、該プローブが導電性を有する先端の尖鋭な探針と、該探針に接続され該探針に記録のためのパルス電圧を印加するための配線とを有し、該探針と前記配線との接続部における該探針の一部と前記配線との間、または該探針近傍の前記配線中に、記録時に印加する電圧によって該探針と前記記録媒体間に流れる電流値が過大となることを制限する電流制限抵抗を有していることを特徴としている。
第２に、記録媒体に、先端の尖鋭な探針と該探針に記録のためのパルス電圧を印加するための配線とを有するプローブを対向させて、電圧を印加し記録を行う情報記録装置の記録媒体において、該記録媒体が導電性を有する基板と該基板上の記録層とで構成され、該基板と該記録層との間、又は該記録層中に、記録時に印加する電圧によって該探針と該記録媒体間に流れる電流値が過大となることを制限する電流制限抵抗層を有することを特徴としている。
第３に、記録媒体にプローブを対向させて電圧を印加し記録を行う情報記録装置のプローブにおいて、該プローブが導電性を有する先端の尖鋭な探針と該探針に電圧を印加するための配線とを有し、この探針と配線とが電圧を印加する手段の印加電圧信号電位に電気接続された電磁シールドによって覆われていることを特徴としている。
第４に、上記した本発明の該探針と前記配線との接続部における該探針の一部と前記配線との間または該探針近傍の前記配線中に、電流制限抵抗を有するプローブ、或は前記基板と記録層との間、又は前記記録層中に前記電流制限抵抗層を有している記録媒体、又は電磁シールドによって覆われたプローブを用いて情報記録方法を構成し、それらの電流制限抵抗、電流制限抵抗層、電磁シールド等により、記録時に探針と記録媒体間に流れる電流を制限して、前記記録媒体と探針と記録信号電圧印加手段を含む回路ループの周波数特性を向上させ記録を行うことを特徴としている。
さらに、本発明におけるこれらのプローブ及び記録媒体、並びにこれらを用いた情報記録方法の細部の特徴については、以下の説明により明らかにする。
【０００８】
【作用】
本発明は、上記構成により記録用パルス印加回路系の周波数特性を向上させ、記録速度を低下させることなく記録できるようにしたものである。
以下、これを順を追って説明する。
まず、図１０を用いて、本発明を適用するプローブ接触走査方式記録再生装置の原理を説明する。
導電性を有する基板１２０１上の記録層１２１４からなる記録媒体１２０２に対し、先端の探針１２０５が接触するように、複数のプローブ１２０３が配置されている。各プローブ１２０３において、探針１２０５は弾性変形を生じる弾性体１２０４により支持されている。
ここで、典型値としては、弾性体１２０４の弾性変形の弾性定数が約０．１［Ｎ／ｍ］、弾性変形量が約１［μｍ］であるが、このとき記録媒体に対する探針の接触力は約１０−７［Ｎ］程度となる。
記録媒体１２０２に取り付けられたｘｙｚ駆動機構１２０９により、プローブ１２０３と記録媒体１２０２とは相対的に３次元方向に移動される。記録媒体１２０２に対し、プローブ１２０３のｘｙ方向及びｚ方向位置を調節し、記録媒体１２０２上の所望の位置に、かつ所望の接触力で接触させた状態にプローブ１２０３が位置合わせされる。
記録信号発生器１２０６から発生された記録信号が増幅器１２０７、電流制限抵抗１２０８、弾性体１２０４上の配線を通して各探針１２０５から記録媒体１２０２に印加される。このようにして、記録層１２１４の探針１２０５先端が接触する部分に局所的に記録が行われる。
【０００９】
上述の装置における記録層１２１４としては、電圧印加により流れる電流が変化するような材料を用いる。具体例としては、第１に、特開昭６３−１６１５５２号公報、、特開昭６３−１６１５５３号公報に開示されているようなポリイミドやＳＯＡＺ（ビス−ｎ−オクチルスクアリリウムアズレン）等電気メモリー効果を有するＬＢ膜（＝Ｌａｎｇｍｕｉｒ−Ｂｌｏｄｇｅｔｔｅ法により作製された有機単分子膜の累積膜）が挙げられる。
この材料は、探針−ＬＢ膜−基板間にしきい値以上の電圧（５〜１０［Ｖ］程度）を印加すると間のＬＢ膜の導電性が変化（ＯＦＦ状態→ＯＮ状態）し、再生用のバイアス電圧（０．０１〜２［Ｖ］程度）を印加した際に流れる電流が増大するものである。
第２の具体例として、ＧｅＴｅ、ＧａＳｂ、ＳｎＴｅ等の非晶質薄膜材料が挙げられる。
この材料は、探針−非晶質薄膜材料−基板間に電圧を印加し、流れる電流により発生する熱により、非晶質→結晶質への相転移を起こさせるものである。これにより材料の導電性が変化し、再生用のバイアス電圧を印加した際に流れる電流が増大するものである。
第３の具体例として、ＺｎやＷ、Ｓｉ、ＧａＡｓ等の酸化性金属・半導体材料が挙げられる。
この材料は、探針−酸化性金属・半導体材料間に電圧を印加すると、流れる電流により、材料表面に吸着している水や大気中の酸素と反応し、表面に酸化膜が形成されるために材料表面の接触抵抗が変化し、バイアス電圧を印加した際に流れる電流が減少するものである。
【００１０】
上述のように記録が行われたビットの再生は次のように行う。
スイッチ１２１３により、各プローブ１２０３への信号配線を再生系に切り替えた後、バイアス電圧印加手段１２１０により、探針１２０５と基板１２０１との間にバイアス電圧を印加し、間に流れる電流を電流検出器１２１１により検出する。
記録媒体１２０２上の記録ビットの部分は記録がなされていない部分に比べ、電流が多く（または、少なく）流れるため、再生信号処理器１２１２において、この電流の違いを検出し、再生信号とする。
上記のプローブ接触走査方式記録再生装置において記録媒体に対しプローブを走査する際、プローブ１２０３の探針１２０５先端は記録媒体１２０２に対し、常に接触した状態を保つ。
このような接触走査方式の利点としては、探針１２０５先端を記録媒体１２０２に対し接触させたまま走査する場合に、記録媒体１２０２表面に凹凸があっても、弾性体１２０４の弾性変形によりこれを吸収するため、探針１２０５先端と記録媒体１２０２表面の接触力はほぼ一定に保たれ、探針１２０５先端や記録媒体１２０２表面が破壊することが避けられる。
また、この方式はピエゾ素子等、個々のプローブのｚ方向位置合わせ手段が不必要であるため、構成が複雑にならず、特に複数のプローブを有する装置に適している。
さらに、記録媒体１２０２に対する個々のプローブ１２０３のｚ方向位置のフィードバック制御が不必要であるため、記録媒体１２０２に対するプローブ１２０３の高速走査が可能となる。
【００１１】
そして、このような接触走査方式においては、前述の［従来の技術］の項で述べたような接触走査中の記録用電圧パルス印加において、過大電流が流れるためにおこる探針あるいは媒体の破壊を回避するために、図１０中に示すように電流制限抵抗１２０８を用いることが効果的である。
しかしながら、この電流制限抵抗をプローブから離れた位置に置いたのでは［発明が解決しようとする課題］の項で述べたように記録用パルス印加回路系の周波数特性が低下してしまい、記録媒体に加わる電圧がなまって小さくなってしまうという問題が生じる。
これを避けるためには、次の３通りの手段が考えられる。
すなわち、
（１）電流制限抵抗を探針又はその近傍に配置する。
（２）電流制限抵抗を記録媒体の探針対向部分近傍に配置する。
（３）パルス印加回路系の浮遊容量を低減する。
という３通りの手段である。
上記（１）の手段において、電流制限抵抗を探針の近傍に配置する場合、図１４に示すように、パルス印加手段側から見ると、電流制限抵抗ＲＬ１６０１とギャップ抵抗ＲＧ１６０２とが直列の関係になり、これらと浮遊容量Ｃｓ１６０３とが並列の関係になる。
したがって、ＲＬ＋ＲＧにパルス印加電圧ＶＰが加わることになり、ＲＬ＜＜ＲＧである（典型値：ＲＬ〜１０［ＭΩ］、ＲＧ＝１〜１０００［ＧΩ］）から、記録媒体に加わる電圧ＶＧは、ＶＧ〜ＶＰとなって、記録媒体に加わる電圧がなまって小さくなることはなくなる。
上記（２）の手段において、電流制限抵抗を記録媒体の探針接触部分近傍に配置する場合も、図１６に示すように、パルス印加手段側から見ると、ギャップ抵抗ＲＧ１８０２と電流制限抵抗ＲＬ１８０１とが直列の関係になり、これらと浮遊容量Ｃｓ１８０３とが並列の関係になる。ＲＧ＋ＲＬにパルス印加電圧ＶＰが加わることになり、ＲＬ＜＜ＲＧである（典型値：ＲＬ〜１０［ＭΩ］、ＲＧ＝１〜１０００［ＧΩ］）から、記録媒体に加わる電圧ＶＧは、ＶＧ〜ＶＰとなる。
したがって、記録媒体に加わる電圧がなまって小さくなることはなくなる。
上記（３）の手段において、パルス印加回路系の浮遊容量を低減すると、図１３において、浮遊容量Ｃｓｌ５０３によるインピーダンス１／ωＣｓ（ωはパルスの角振動数、ω＝２πｆ、ｆは記録信号パルスの振動数）を、ギャップ抵抗ＲＧより十分小さいまま、電流制限抵抗ＲＬよりも大きくすることができる。
典型的な数値例を挙げると、ω〜２π×１０５［ｒａｄ／ｓ］として、Ｃｓ〜０．０１［ｐＦ］程度まで浮遊容量を低減すると、１／ωＣｓ〜１６０［ＭΩ］となり、ＲＧ＝１〜１０００［ＧΩ］よりも十分小さく、ＲＬ〜１０［ＭΩ］よりも大きくなる。
このとき、パルス印加電圧ＶＰはＲＬと１／ωＣｓ、ＲＧとの間で、ほぼＲＬ：１／ωＣｓの比に分圧されるが、ＲＬ＜１／ωＣｓであるから、記録媒体に加わる電圧ＶＧは、ＶＧ〜ＶＰとなる。
したがって、パルス印加電圧に比べ、記録媒体に加わる電圧がなまって小さくなることはなくなる。
【００１２】
【実施例】
次に、上記（１）〜（３）のそれぞれを実現するための具体的手段について、実施例により詳細に説明する。
［実施例１］
本発明の実施例１を図１に示す。図１は電流制限抵抗をトーション型弾性体に支持される可動部材上の探針近傍の配線中に設けたプローブの例である。
図１において、トーション型弾性体１０１、１０２に支持された可動部材１０３上に探針１０４、配線１０５、電流制限薄膜抵抗１０６が設けられている。トーション型弾性体１０１、１０２がねじれることにより可動部材１０３に傾きが生じ、図１中ｚ方向に探針１０４が移動可能である。
【００１３】
電流制限薄膜抵抗１０６は探針１０４の近傍に設けられているため、探針１０４および探針１０４から電流制限薄膜抵抗１０６までの部分の配線１０５と、探針１０４に対向する記録媒体（不図示）との間の浮遊容量が微小になる。したがって、等価回路的には図１４と同様となる。
本実施例のプローブの作製プロセスを図２を用いて説明する。＜１００＞の面方位を有するＳｉ基板表面に膜厚１［μｍ］の熱酸化膜（ＳｉＯ２）を形成し（図２ａ）、ＳｉＯ２をトーション型形状にパターニングし、可動部材形状を形成する（図２ｂ）。可動部材上に電流引き出し用のＡｌ配線を形成（図２ｃ）した後、スパッタ法により、カーボン薄膜をコーティングし、パターニング後、電流制限薄膜抵抗を形成する（図２ｄ）。
次いでレプリカに形成した探針を張り合わせる方法や開口部を設けたマスク越しに材料を回転蒸着し、針状に構造物を形成するスピント法を用いて、探針を形成（図２ｅ）後、ＫＯＨ溶液により、Ｓｉ基板を異方性エッチングすることにより、空隙部分を形成し、トーション型可動部材を形成する（図２ｆ）。
【００１４】
このようにして作製したプローブを図１０のプローブ接触走査型記録再生装置に用いて（ただし、図１０中の電流制限抵抗１２０８はプローブ上の電流制限薄膜抵抗（図１における１０６）に対応する。）、記録用の電圧パルスを印加したところ、図１５に示すように、記録媒体に加わる電圧ＶＧは、波形がなまって波高値が小さくなるようなことはなく、記録用印加パルス電圧ＶＰの波形とほぼ同じ形、波高値の波形が得られ、周波数特性が向上した。
本実施例の特徴として、周波数特性向上の程度は後述の実施例２程ではないものの、作製プロセスが比較的単純であるので、コストが低く、弾性体部分にそり・歪が生じにくいという利点がある。
なお、本実施例では弾性体形状として、トーション型のものを例に挙げ説明したが、他の形状、例えばカンチレバー型でもよい。
【００１５】
［実施例２］
本発明の実施例２を図３に示す。図３は電流制限抵抗をカンチレバー型弾性体上の探針と一体に設けたプローブの例である。
図３において、カンチレバー型弾性体３０１上に探針３０２、配線３０３、電流制限抵抗部分３０４が設けられている。カンチレバー型弾性体３０１に撓みが生じることにより、図３中ｚ方向に探針３０２が移動可能である。
電流制限抵抗部分３０４は探針３０２と一体に設けられているため、探針３０２から電流制限抵抗部分３０４までの部分と、探針３０２に対向する記録媒体（不図示）との間の浮遊容量が微小になる。したがって、等価回路的には図１４と同様となる。
本実施例のプローブの作製プロセスを図４を用いて説明する。
＜１００＞の面方位を有するＳｉ基板表面に膜厚０．１［μｍ］の熱酸化膜（ＳｉＯ２）を形成した後、探針作製のためにＳｉＯ２を矩形マスク形状にパターニングし、ＫＯＨ溶液で異方性エッチングを行い、四角錘型の溝を形成する（図４ａ）。
エッチングでＳｉＯ２を除去した後、探針およびカンチレバー上電流引き出し用の配線を形成するために、レジストをパターニング（図４ｂ）後、Ｐｔを蒸着し、探針および配線を形成する（図４ｃ）。
レジストをエッチング、Ｐｔをパターニング、レジストを塗布し、電流制限抵抗部分形成用マスク形状にパターニングした後（図４ｄ）、スパッタ法によりカーボン薄膜をコーティングし、電流制限抵抗部分を形成する（図４ｅ）。
カンチレバー形成用マスク形状にパターニング後（図４ｆ）、低圧ＣＶＤにより、１［μｍ］膜厚のＳｉ３Ｎ４薄膜を形成し、基板上にカンチレバー形状を形成する（図４ｇ）。
次に、切断用溝を形成し、部分的に剥離用のＣｒ薄膜を施したガラスを基板に陽極接合（図４ｈ）後、ガラスを切断し（図４ｉ）、ＫＯＨ溶液でＳｉをエッチングしてカンチレバーを形成する（図４ｊ）。
【００１６】
このようにして作製したプローブを図１０のプローブ接触走査型記録再生装置に用いて（ただし、図１０中の電流制限抵抗１２０８はプローブ上の電流制限薄膜抵抗（図３における３０４）に対応する。）、記録用の電圧パルスを印加したところ、図１５に示すように、記録媒体に加わる電圧ＶＧは、波形がなまって波高値が小さくなるようなことはなく、記録用印加パルス電圧ＶＰの波形とほぼ同じ形、波高値の波形が得られ周波数特性が向上した。
本実施例の特徴として、前述の実施例１に比べ、作製プロセスがやや複雑ではあるものの周波数特性がより向上するという利点がある。
なお、本実施例では弾性体形状として、カンチレバー型のものを例に挙げ説明したが、他の形状、例えばトーション型でもよい。
【００１７】
［実施例３］
本発明の実施例３を図５に示す。図５は電流制限抵抗を記録層と基板との間に設けた記録媒体の例である。
図５において、導電性を有する基板７０１上に電流制限抵抗薄膜７０２、その上に記録層７０８を形成し、これを記録媒体７０３とする。この記録層７０８に接するようにプローブ７０４を配置する。
電流制限抵抗薄膜７０２が記録層７０８と基板７０１との間に形成されているため、探針が対向する部分の面積がプローブ７０４全体と基板７０１が対向している面積に比べて十分に小さく、探針７０５から探針に対向する記録層部分７０７を経て電流制限抵抗薄膜７０２中の電流制限抵抗部分７０６までの間の浮遊容量は、探針７０５と基板７０１との間の浮遊容量に比べて、ほとんど０といえる程無視できる程度になる。したがって、等価回路的には図１６と同様となる。
本実施例の電流制限抵抗薄膜が形成された記録媒体の作製は次のようにして行う。マイカ（白雲母）をへき開したものを下地基板とし、これを真空中で６００［℃］程度に加熱した状態で、上面にＡｇやＣｕを蒸着する。
これにより、マイカ上にＡｇやＣｕがエピタキシャル成長し、ＡｇやＣｕの平滑な面が得られ、これを導電性基板とする。この基板を、水蒸気雰囲気中で３００［℃］程度に加熱することにより、ＡｇやＣｕ表面に酸化膜を形成し、この酸化膜を電流制限薄膜抵抗とする。
この酸化膜上に前述の電気メモリー性を有するＬＢ膜、非晶質薄膜材料、酸化性金属・半導体材料のような記録層を成膜する。
ここで、酸化膜の代わりに別の高抵抗材料、例えば、電気メモリー性を有せず高抵抗性を示すＬＢ膜、Ｓｉ３Ｎ４といった材料の薄膜を導電性基板上に成膜し、電流制限薄膜抵抗としてもよい。
このようにして作製した記録媒体を図１０のプローブ接触走査型記録再生装置（ただし、電流制限抵抗１２０８は、記録媒体１２０２と基板１２０１との間に電流制限抵抗薄膜の形で位置する）に用いて、記録用の電圧パルスを印加したところ、図１５に示すように、記録媒体に加わる電圧ＶＧは、波形がなまって波高値が小さくなるようなことはなく、記録用印加パルス電圧ＶＰの波形とほぼ同じ形、波高値の波形が得られ周波数特性が向上した。
さて、図５において、電流制限抵抗薄膜は探針と記録層の間、すなわち、記録層の上面に設けても同様の効果を有する。このとき、図１６において、ＲＧとＲＬの位置関係を逆にすればよい。このような記録媒体の作製例としては、導電性基板上に記録層を成膜後、さらに記録層の表面に高抵抗材料薄膜を成膜し、これを電流制限薄膜抵抗とすればよい。
また、電流制限抵抗薄膜を記録層と一体に設けても同様の効果を有する。
このような記録媒体の作製例として、例えば、前記電気メモリー性ＬＢ膜材料の場合は、基板上に酸化膜を設ける代わりに、電気メモリー効果を有しないような別の高抵抗性ＬＢ膜材料と１層毎に交互に成膜したものを記録媒体とすればよい。本実施例の特徴として、記録媒体の作製プロセス中に酸化膜等の電流制限抵抗薄膜の成膜プロセスを加えるだけであるので、他の実施例に比べ、かなリコストが低くなるという利点がある。プローブ側に電流制限抵抗を設ける訳ではないので、プローブの作製プロセスを複雑にすることがないという利点も合わせ持つ。ここで注意すべきこととして、図１７に示すように、電流制限抵抗１９０１を基板１９０２から見て探針１９０３と逆の側に設けると、本実施例と同様の効果は得られない。この場合、等価回路的には図１８と同様になる。
この場合は、図１３と同様、ギャップ抵抗ＲＧ２００１と浮遊容量Ｃｓとが並列となる。
浮遊容量Ｃｓ２００２によるインピーダンス１／ωＣｓがギャップ抵抗ＲＧおよび電流制限抵抗ＲＬより小さい場合、ＶＧ＜ＶＰとなり、図１２に示すように記録媒体に加わる電圧がなまって小さくなってしまうことになる。
【００１８】
［実施例４］
本発明の実施例４を図６に示す。図６はパルス印加回路系の浮遊容量を低減したプローブの実施例である。
図６において、カンチレバー型弾性体８０１上に探針８０２、配線８０３が設けられている。
カンチレバー型弾性体８０１の固定端は、カンチレバー支持部材８０５によりプローブ基板８０４に固定されている。カンチレバー型弾性体８０１に撓みが生じることにより、図６中ｚ方向に探針８０２が移動可能である。さらに、カンチレバー型弾性体８０１全体は電磁シールド８０６で覆われている。
電磁シールド８０６はパルス印加手段の記録パルス信号の電位に電気的に接続されている。
この接続の様子を図１９に示す。図１９において、電磁シールド２１０１は、記録信号印加手段２１０２と電流制限抵抗２１０３の間に接続されている。こうすることにより、探針２１０４・配線２１０５と記録媒体２１０６との間の浮遊容量が低減される。
再び図６において、電磁シールド８０６の一部、探針８０２の近傍には探針８０２先端がシールド外に出るような微小開口８０７が形成されている。なお、図６は説明のために電磁シールドの一部分を取り除いて描いてある。
探針８０２先端を除き、探針８０２の根元、配線８０３が電磁シールド８０６に完全に覆われているので、探針・配線と記録媒体（不図示）との間の浮遊容量を極めて小さくすることができる。
等価回路的には図１３と同様であるが、浮遊容量Ｃｓｌ５０３の値を小さくすることができる。したがって、浮遊容量Ｃｓｌ５０３によるインピーダンス１／ωＣｓは、電流制限抵抗ＲＬより十分大きくなる。
本実施例のプローブの作製プロセスを図７を用いて説明する。表面に酸化膜（ＳｉＯ２）を形成したＳｉ基板表面に膜厚３［μｍ］のレジスト膜を形成した後、低圧ＣＶＤ法により、１［μｍ］膜厚のＳｉ３Ｎ４薄膜を形成する（図７ａ）。これをカンチレバー形状にパターニング後（図７ｂ）、２［μｍ］膜厚のＳｉ３Ｎ４薄膜を成膜・パターニングし、カンチレバー支持Ｓｉ３Ｎ４部材を形成する（図７ｃ）。
カンチレバー上電流引き出し用の配線を形成するために、再びレジスト成膜後、パターニングを行い、Ａｌを蒸着し、Ａｌ配線を形成する（図７ｄ）。次に、カンチレバー形状先端部分にスピント法により、高さ１０［μｍ］のＡｕ探針を形成する（図７ｅ）。
Ａｌ配線と電磁シールドとを絶縁するための絶縁体を形成した後、再び５［μｍ］の厚さにレジストを塗布し、電磁シールド内部形状にパターニングを行う（図７ｆ）。
電磁シールド用にＡｌ膜を１［μｍ］の厚さに蒸着後（図７ｇ）、パターニングし、探針の部分に直径３［μｍ］程度の微小開口を形成する（図７ｈ）。最後に、オゾンプラズマ法により、レジスト部分をエッチングにより除去する（図７ｉ）。
このようにして作製したプローブを図１０のプローブ接触走査型記録再生装置に用いて、記録用の電圧パルスを印加したところ、図１５に示すように、記録媒体に加わる電圧ＶＧは、波形がなまって波高値が小さくなるようなことはなく、記録用印加パルス電圧ＶＰの波形とほぼ同じ形、波高値の波形が得られ、周波数特性が向上した。
本実施例の特徴として、作製プロセスが複雑であるものの探針・配線と基板間の浮遊容量を極めて小さくすることができるので、周波数特性が特に向上するという利点を有する。
なお、本実施例では弾性体形状として、カンチレバー型のものを例に挙げ説明したが、他の形状、例えばトーション型でもよい。
【００１９】
［実施例５］
本発明の実施例５を図８に示す。図８はパルス印加回路系の浮遊容量を低減した別のプローブの実施例である。
図８において、カンチレバー型弾性体１００１上に探針１００２、配線１００３が設けられている。
カンチレバー型弾性体１００１に撓みが生じることにより、図８中ｚ方向に探針１００２が移動可能である。さらに、カンチレバー型弾性体１００１のおもて面（記録媒体に対向する面）は電磁シールド１００４、１００５で覆われている。電磁シールド１００４、１００５はパルス印加手段の記録パルス信号の電位に電気的に接続されている。
この接続の様子は前述の実施例４と同様である。電磁シールド１００４の一部、探針１００２の近傍には探針１００２先端がシールド外に出るような微小開口１００６が形成されている。
探針１００２先端を除き、探針１００２の根元、配線１００３が電磁シールド１００４、１００５に覆われているので、探針・配線と記録媒体・基板との間の浮遊容量を小さくすることができる。
等価回路的には図１３と同様であるが、浮遊容量Ｃｓ１５０３の値を小さくすることができる。したがって、浮遊容量Ｃｓ１５０３によるインピーダンス１／ωＣｓは、電流制限抵抗ＲＬより大きくなる。
本実施例のプローブの作製プロセスを図９を用いて説明する。表面から１［μｍ］の深さまでｐ＋＋層が形成されるようにＢをドーピングした＜１００＞の面方位を有するｎ−Ｓｉ基板表面に酸化膜（ＳｉＯ２）を形成する（図９ａ）。探針形成用マスク形状にＳｉＯ２膜およびｐ＋＋層をエッチングにより除去した後（図９ｂ）、ＫＯＨ溶液により、異方性エッチングを行い、四角錘の溝を形成する（図９ｃ）。
次にイオン注入法によりＢをドーピングすることにより、四角錘の溝中にｐ＋＋層を形成し（図９ｄ）、これを３００℃の水蒸気中で処理することにより、ｐ＋＋層中に酸化膜（ＳｉＯ２）層を形成する（図９ｅ）。これに、探針および配線形成用のＰｔを蒸着する（図９ｆ）。
次に、切断用溝を形成し、部分的に剥離用のＣｒ薄膜を施したガラスを基板に陽極接合後（図９ｇ）、ＫＯＨ溶液で探針先端部分のＳｉＯ２層が露出するまでｎ−Ｓｉ基板をエッチングする（図９ｈ）。ついで、ＨＦ溶液により、探針先端に露出したＳｉＯ２層を取り除き、Ｐｔ探針を露出させる（図９ｉ）。最後にガラスを切断し、ＫＯＨ溶液で残りのｎ−Ｓｉをエッチングしてカンチレバーを形成する（図９ｊ）。
このようにして作製したプローブを図１０のプローブ接触走査型記録再生装置に用いて、記録用の電圧パルスを印加したところ、図１５に示すように、記録媒体に加わる電圧ＶＧは、波形がなまって波高値が小さくなるようなことはなく、記録用印加パルス電圧ＶＰの波形とほぼ同じ形、波高値の波形が得られ、周波数特性が向上した。
本実施例の特徴として、周波数特性向上の程度は前述の実施例４程ではないものの、作製プロセスが比較的単純であるので、コストが低いという利点がある。
なお、本実施例では弾性体形状として、カンチレバー型のものを例に挙げ説明したが、他の形状、例えばトーション型でもよい。
【００２０】
【発明の効果】
本発明は、以上の構成により記録信号印加回路系の周波数特性を向上させることができるから、記録媒体に加わる記録用信号電圧波形の大きさが小さくなったり、また波形が時間的になまることを防止することができ、確実で信頼性の高い記録を行うことができる。
さらに、本発明によると連続に記録用信号パルスを印加することが可能となり、記録速度を低下させることなく記録を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例１における電流制限抵抗をトーション型弾性体に支持される可動部材上の探針近傍の配線中に設けたプローブの実施例を示す図である。
【図２】本発明の実施例１における電流制限抵抗をトーション型弾性体に支持される可動部材上の探針近傍の配線中に設けたプローブの作製プロセスを説明する図である。
【図３】本発明の実施例２における電流制限抵抗をカンチレバー型弾性体上の探針と一体に設けたプローブを示す図である。
【図４】本発明の実施例２における電流制限抵抗をカンチレバー型弾性体上の探針と一体に設けたプローブの作製プロセスを説明する図である。
【図５】本発明の実施例３における電流制限抵抗を記録層と基板との間に設けた記録媒体を示す図である。
【図６】本発明の実施例４におけるパルス印加回路系の浮遊容量を低減したプローブを示す図である。
【図７】本発明の実施例４におけるパルス印加回路系の浮遊容量を低減したプローブの作製プロセスを説明する図である。
【図８】本発明の実施例５におけるパルス印加回路系の浮遊容量を低減したプローブを示す図である。
【図９】本発明の実施例５におけるパルス印加回路系の浮遊容量を低減したプローブの作製プロセスを説明する図である。
【図１０】本発明を適用するプローブ接触走査方式記録再生装置の原理および構成を説明する図である。
【図１１】接触走査方式の記録再生装置の概念図である。
【図１２】記録用印加電圧波形と、実際に記録媒体に加わる電圧がなまって小さくなってしまう場合の波形との比較を示す図である。
【図１３】浮遊容量とギャップ抵抗が並列の関係にあり、これらと電流制限抵抗とが直列の関係にある場合の等価回路図である。
【図１４】電流制限抵抗とギャップ抵抗が直列の関係にあり、これらと浮遊容量とが並列の関係にある場合の等価回路図である。
【図１５】記録用印加電圧波形と、実際に記録媒体に加わる電圧がなまったり、波高値が小さくなるようなことのない波形との比較を示す図である。
【図１６】ギャップ抵抗と電流制限抵抗が直列の関係にあり、これらと浮遊容量とが並列の関係にある場合の等価回路図である。
【図１７】電流制限抵抗を基板から見て探針と逆の側に設けた例を示す図である。
【図１８】浮遊容量とギャップ抵抗が並列の関係にあり、これらと電流制限抵抗とが直列の関係にある場合の等価回路図である。
【図１９】電磁シールドの接続方法を説明する図である。
【符号の説明】
１０１：トーション型弾性体
１０２：トーション型弾性体
１０３：可動部材
１０４：探針
１０５：配線
１０６：電流制限薄膜抵抗
３０１：カンチレバー型弾性体
３０２：探針
３０３：配線
３０４：電流制限抵抗部分
７０１：基板
７０２：電流制限抵抗薄膜
７０３：記録媒体
７０４：プローブ
７０５：探針
７０６：電流制限抵抗部分
７０７：探針に対向する記録層部分
７０８：記録層
８０１：カンチレバー型弾性体
８０２：電流制限抵抗薄膜
８０３：配線
８０４：プローブ基板
８０５：カンチレバー支持部材
８０６：電磁シールド
８０７：微小開口
１００１：カンチレバー型弾性体
１００２：探針
１００３：配線
１００４：電磁シールド
１００５：電磁シールド
１００６：微小開口
１２０１：基板
１２０２：記録媒体
１２０３：プローブ
１２０４：弾性体
１２０５：探針
１２０６：記録信号発生器
１２０７：増幅器
１２０８：電流制限抵抗
１２０９：ｘｙｚ駆動機構
１２１０：バイアス電圧印加手段
１２１１：電流検出器
１２１２：再生信号処理器
１２１３：スイッチ
１２１４：記録層
１３０１：記録媒体
１３０２：プローブ
１３０３：探針
１３０４：配線
１３０５：記録信号印加手段
１３０６：電流制限抵抗
１３０７：プローブと記録媒体間の浮遊容量
１５０１：電流制限抵抗
１５０２：ギャップ抵抗
１５０３：浮遊容量
１６０１：電流制限抵抗
１６０２：ギャップ抵抗
１６０３：浮遊容量
１８０１：電流制限抵抗
１８０２：ギャップ抵抗
１８０３：浮遊容量
１９０１：電流制限抵抗
１９０２：基板
１９０３：探針
２００１：ギャップ抵抗
２００２：浮遊容量
２００３：電流制限抵抗
２１０１：電磁シールド
２１０２：記録信号印加手段
２１０３：電流制限抵抗
２１０４：探針
２１０５：配線
２１０６：記録媒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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