(57)【要約】【課題】サイクリック伝送における不整合なデータの問題を解決するとともに、データの読み出しの遅れがなく、複数のデータフレーム間のフラグの比較処理をなくす。【解決手段】読出し／書込み方法は、ナノ・チップアレイ１４を用いて、記録媒体７０上でデータを読出し／書込みする。ナノ・チップアレイ１４は、複数のシリコン・マイクロチップ４２を微小電気機械システム技術により形成し、各シリコン・マイクロチップ４２上に少なくも一つのカーボン・ナノチューブ１６を外側へ向かって伸延するように一体的に形成することによって製造される。記録媒体７０は、複数のシリコン・マイクロチップに隣接して置かれる。カーボン・ナノチューブ１６から放出された電子線により読出し／書込み処理が実行される。【選択図】            図２
2004268233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナノ・チップアレイを用いて、記録媒体上でデータを読出し／書込みするための読出し／書込み方法であって、
複数のシリコン・マイクロチップからなるシリコン・マイクロチップアレイを微小電気機械システム技術を用いて形成する段階と、
前記各シリコン・マイクロチップ上に、当該マイクロチップから離れるように外側へ向かって伸延した少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを一体的に形成する段階と、
前記シリコン・マイクロチップアレイに対して並置される記録媒体を配置する段階と、
少なくとも一つのカーボン・ナノチューブが前記データの読出し／書込み機能を果たすように作用する際に、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブに対して電流を流す段階と、を有することを特徴とする読出し／書込み方法。
【請求項２】
前記複数のシリコン・マイクロチップからなるシリコン・マイクロチップアレイを形成する段階は、圧電材料で少なくとも一部が形成されており懸架された腕部の一の端部に一つずつ前記シリコン・マイクロチップをフォトリソグラフィー技術を用いて形成する段階を有することを特徴とする請求項１に記載の読出し／書込み方法。
【請求項３】
前記複数のシリコン・マイクロチップからなるシリコン・マイクロチップアレイを形成する段階は、窒化アルミニウムで少なくとも一部が形成されており懸架された腕部の複数の端部に前記複数のシリコン・マイクロチップを形成する段階を有することを特徴とする請求項１に記載の読出し／書込み方法。
【請求項４】
前記各シリコン・マイクロチップに対応して開口を一つずつ備えるように複数の開口が設けられた陽極板を形成する段階と、
前記陽極板に正電荷を流す段階と、を有することを特徴とする請求項１に記載の読出し／書込み方法。
【請求項５】
少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを一体的に形成する前記段階は、
前記各シリコン・マイクロチップの少なくとも一部を触媒で覆う段階と、
化学気相成長法によって、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを前記各シリコン・マイクロチップの前記触媒上に成長させる段階と、
を有することを特徴とする請求項１に記載の読出し／書込み方法。
【請求項６】
少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを一体的に形成する前記段階は、
前記各シリコン・マイクロチップの少なくとも一部をニッケル層で覆う段階と、
複数のカーボン・ナノチューブが分散されて含まれている電解液中で、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを前記各シリコン・マイクロチップの前記ニッケル層上に成長させる段階と
を有することを特徴とする請求項１に記載の読出し／書込み方法。
【請求項７】
少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを一体的に形成する前記段階は、
前記各シリコン・マイクロチップの少なくとも一部をＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、およびＩｒからなる群から選ばれた少なくとも１種類の金属層で覆う段階と、
グラファイト、またはＣＨ基を含む化合物を前駆体として用いて化学気相成長法によって、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを前記各シリコン・マイクロチップの前記金属層上に成長させる段階と、を有することを特徴とする請求項１に記載の読出し／書込み方法。
【請求項８】
少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを一体的に形成する前記段階は、
前記各シリコン・マイクロチップ上に、複数のカーボン・ナノチューブを集めてなる一束のカーボン・ナノチューブを当該マイクロチップから離れるように外側に向かって一体的に形成する段階を有することを特徴とする請求項１に記載の読出し／書込み方法。
【請求項９】
さらに、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを、前記記録媒体に対して物理的に接触させずに間隔を持たせつつ作用させる段階を有することを特徴とする請求項１に記載の読出し／書込み方法。
【請求項１０】
圧電材料で少なくとも一部が形成されており懸架された腕部上に各シリコン・マイクロチップが形成されている複数のシリコン・マイクロチップからなるシリコン・マイクロチップアレイと、
前記各シリコン・マイクロチップ上に、当該マイクロチップから離れる方向へ向かって伸延して一体的に形成された少なくとも一つのカーボン・ナノチューブと、
前記各シリコン・マイクロチップに対応して開口を一つずつ備えるように複数の開口が設けられた陽極板と、
前記少なくとも一つのカーボン・ナノチューブから放出される電子によって磁気特性が変更可能な薄膜で被覆されてなる動作面を有しており、当該動作面が前記複数のシリコン・マイクロチップに並置して設けられている記録媒体と、を有することを特徴とするデータ記録装置。
【請求項１１】
前記懸架された腕部は、窒化アルミニウムで少なくとも一部が形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のデータ記録装置。
【請求項１２】
前記各シリコン・マイクロチップ上に、複数のカーボン・ナノチューブを集めてなる一束のカーボン・ナノチューブが一体的に形成されていることを特徴とする請求項１０に記載のデータ記録装置。
【請求項１３】
前記記録媒体は、前記少なくとも一つのカーボン・ナノチューブで覆われた前記複数のシリコン・マイクロチップによって走査されるように、回転駆動される回転手段上に配置されていることを特徴とする請求項１０に記載のデータ記録装置。
【請求項１４】
前記少なくとも一つのカーボン・ナノチューブは、１００Å以下の直径を有する電子線を生じさせることを特徴とする請求項１０に記載のデータ記録装置。
【請求項１５】
各シリコン・マイクロチップ上に少なくとも一つのカーボン・ナノチューブが形成された複数のシリコン・マイクロチップからなるシリコン・マイクロチップアレイを製造する製造方法であって、
複数のシリコン・マイクロチップからなるシリコン・マイクロチップアレイを微小電気機械システム技術を用いて形成する段階と、
前記各シリコン・マイクロチップ上に、当該マイクロチップから離れるように外側へ向かって伸延した少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを、化学気層成長法または電気堆積法を用いて、一体的に形成する段階と、を有することを特徴とするシリコン・マイクロチップアレイ製造方法。
【請求項１６】
前記複数のシリコン・マイクロチップからなるシリコン・マイクロチップアレイを形成する段階は、圧電材料で少なくとも一部が形成されており懸架された腕部の端部の一の端部に一つずつ前記シリコン・マイクロチップをフォトリソグラフィー技術を用いて形成する段階を有することを特徴とする請求項１５に記載のシリコン・マイクロチップアレイ製造方法。
【請求項１７】
少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを一体的に形成する前記段階は、
前記各シリコン・マイクロチップの少なくとも一部を触媒で覆う段階と、
化学気相成長法によって、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを前記各シリコン・マイクロチップの前記触媒上に成長させる段階と、
を有することを特徴とする請求項１５に記載のシリコン・マイクロチップアレイ製造方法。
【請求項１８】
少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを一体的に形成する前記段階は、
前記各シリコン・マイクロチップの少なくとも一部をニッケル層で覆う段階と、
複数のカーボン・ナノチューブが分散されて含まれている電解液中で、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを前記各シリコン・マイクロチップの前記ニッケル層上に成長させる段階と
を有することを特徴とする請求項１５に記載のシリコン・マイクロチップアレイ製造方法。
【請求項１９】
少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを一体的に形成する前記段階は、
前記複数のシリコン・マイクロチップをＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｔ、Ｐｄ、およびＩｒからなる群から選ばれた少なくとも１種類の金属層で覆う段階と、
グラファイト、またはＣＨ基を含む化合物を前駆体として用いて化学気相成長法によって、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを前記各シリコン・マイクロチップの前記金属層上に成長させる段階と、を有することを特徴とする請求項１５に記載のシリコン・マイクロチップアレイ製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には、データ記録装置およびそのデータの読出し／書込み方法に関し、より具体的には、シリコン・マイクロチップ上にカーボン・ナノチューブを備えるデータ記録装置およびそのデータの読出し／書込み方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年では、カーボン・ナノチューブは、電子放出器（電子エミッタ）のように、電界放出ディスプレイパネルにおける応用分野のために開発が進められている。このような応用分野で使用されるカーボン・ナノチューブは、通常では、単一壁または多重壁で囲まれたナノスケールのチューブである中空チューブとして形成されている。このカーボン・ナノチューブは、フラクチャーされた後で、約１乃至３μｍの長さを有している。また、カーボン・ナノチューブの外径は、約５乃至５０ナノメータの寸法を有している。したがって、たとえば、長さが１μｍであり外径が１０ｎｍである場合には、その長さ寸法を外径寸法で割って得られたアスペクト比は、約１００となる。
【０００３】
このように大きなカーボン・ナノチューブのアスペクト比によって理解されるとおり、ナノチューブの長さが実質的にその直径よりも大きいという事実によって、カーボン・ナノチューブは理想的な電子の放出器となることができる。小電圧がカーボン・ナノチューブの先端に印加されると、１００Åよりも小さい径を持った電子線を形成するように電子が放出される。このようにカーボン・ナノチューブは、理想的な電界放出源を構成することができる。また、単一のカーボン・ナノチューブは、非常に高解像度の電子線を放出するための電子放出器として用いることができる。しかしながら、このような性質を有するカーボン・ナノチューブの用途は、電界放出ディスプレイ装置の技術分野を除いて、広く研究されてきたとはいえなかった。
【０００４】
また、一方で、ＭＥＭＳ技術（微小電気機械システム技術：マイクロ  エレクトロ  メカニカル  システム）と呼ばれる技術も、微視的な寸法の機械部分（すなわち、マイクロメータ程度の寸法の部品）を形成するために発展してきている。このようなＭＥＭＳ技術は、半導体製造業界における応用へと拡張されてきている。たとえば、半導体装置は、プレーナ技術によって平面構造で形成されることが可能である。異なる複数の材料、すなわち、絶縁材料および金属導電材料で構成される複数の層が順次に互いの層上に形成され、その半導体装置の形状構成となるように種々の層を通じてエッチングされる。最近では、半導体装置の３次元構造もＭＥＭＳ技術によって形成されている。
【０００５】
ところで、データ記録装置、および多くのデータを記録する方法は、現在のデータ処理技術において重要な位置を占める。データ記録装置の鍵となる構成は、読出し／書込み機能、およびデータ記録装置においてデータの読出し／書込みをする方法である。従来では、記録装置においてデータの読出し／書込みをするための構成要素として、レーザービームまたは磁気ヘッドが用いられてきた。最近では、細いプローブ針を、このような読出し／書込み機能を実行するために用いることもある。しかしながら、このようなプローブ針は、偶発的に磁気媒体の表面に衝突する場合に、損傷を受けやすいものである。さらに、このプローブ針は、長時間の使用の後に、容易に摺り減ってしまう。また、原子レベルの分解能を達成するためのプローブ針を製作することは、困難な技術である。したがって、従来のレーザービームまたは磁気ヘッドを用いることなく、しかも記録媒体に対して直接に物理的な接触することを避けることが可能な読出し／書込み用の構成要素を提供することが望まれている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、上記の従来のデータ記録装置およびデータ読出し／書込み装置が持つような不利益または短所を有しないデータ記録装置を提供することである。
【０００７】
本発明の他の目的は、圧電材料で少なくとも一部が形成されており懸架された腕部上にそれぞれ形成された複数のシリコン・マイクロチップを読出し／書込み要素として有するデータ記録装置を提供することである。
【０００８】
さらに、本発明の他の目的は、各マイクロチップの上に少なくとも一つのカーボン・ナノチューブが一体的に形成された複数のシリコン・マイクロチップを読出し／書込み要素として有するデータ記録装置を提供することである。
【０００９】
さらに、本発明の他の目的は、化学気相成長法を用いて、各マイクロチップの上に少なくとも一つのカーボン・ナノチューブが一体的に形成されている、シリコン・マイクロチップアレイを製造する方法を提供することである。
【００１０】
さらに、本発明の他の目的は、電気堆積法を用いて、各マイクロチップの上に少なくとも一つのカーボン・ナノチューブが一体的に形成されている、シリコン・マイクロチップアレイを製造する方法を提供することである。
【００１１】
さらに、本発明の他の目的は、それぞれが少なくとも一つの成長したカーボン・ナノチューブを有する複数のシリコン・マイクロチップによって形成されたナノ・チップアレイを用いて、記録媒体上のデータを読出し／書込みするための方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【００１３】
本発明のデータ読出し／書込み方法は、ナノ・チップアレイを用いて、記録媒体上でデータを読出し／書込みするための読出し／書込み方法であって、複数のシリコン・マイクロチップからなるシリコン・マイクロチップアレイをＭＥＭＳ（マイクロ  エレクトロ  メカニカル  システム）技術を用いて形成する段階と、上記の各シリコン・マイクロチップ上に、当該シリコン・マイクロチップから離れるように外側へ向かって伸延した少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを一体的に形成する段階と、上記のシリコン・マイクロチップアレイに対して並置される記録媒体を配置する段階と、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブがデータの読出し／書込み機能を果たすように達成するために少なくとも一つのカーボン・ナノチューブが記録媒体に作用する際に、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブに対して電流を流す段階と、を有することを特徴とする。
【００１４】
上記の複数のシリコン・マイクロチップからなるシリコン・マイクロチップアレイを形成する段階は、圧電材料で少なくとも一部が形成されており懸架された腕部の一の端部に一つずつシリコン・マイクロチップをフォトリソグラフィー技術を用いて形成する段階を有していてもよい。あるいは、窒化アルミニウム（アルミニウムナイトライド）で少なくとも一部が形成されており懸架された腕部の複数の端部に複数のシリコン・マイクロチップを形成する段階を有していてもよい。本方法は、さらに、各シリコン・マイクロチップに対応して開口（アパーチャ）を一つずつ備えるように複数の開口が設けられた陽極板（アノード）を形成する段階と、上記の陽極板に正電荷を流す段階と、を有していてもよい。少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを一体的に形成する段階は、各シリコン・マイクロチップの少なくとも一部を触媒で覆う段階と、化学気相成長法技術によって、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを前記触媒上に成長させる段階と、を有していてもよい。少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを一体的に形成する段階は、各シリコン・マイクロチップの少なくとも一部を、たとえばニッケル層などの導電性金属層で覆う段階と、電気堆積技術を用いて、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを各シリコン・マイクロチップの導電性金属層上に成長させる段階とを有していてもよい。具体的には、各シリコン・マイクロチップの少なくとも一部をＮｉ（ニッケル）層で覆う段階と、カーボン・ナノチューブが分散されて含まれている電解液中で、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを各シリコン・マイクロチップの前記ニッケル層上に成長させる段階とを有していてもよい。
【００１５】
あるいは、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを一体的に形成する段階は、各シリコン・マイクロチップの少なくとも一部を、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、およびＩｒ（イリジウム）からなる群から選ばれた少なくとも１種類の金属層で覆う段階と、グラファイト、またはＣＨ基（炭化水素基）を含む化合物を前駆体として用いて化学気相成長法によって、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを各シリコン・マイクロチップの金属層上に成長させる段階とを有していてもよい。また、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを一体的に形成する段階は、各シリコン・マイクロチップ上に、複数のカーボン・ナノチューブを集めてなる一束のカーボン・ナノチューブを、このシリコン・マイクロチップから離れるように外側に向かって一体的に形成する段階を有していてもよく、さらに、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを、記録媒体に対して物理的に接触させずに間隔を持たせつつ当該記録媒体に対して作用させる段階を有していてもよい。
【００１６】
本発明のデータ記録装置は、圧電材料で少なくも一部が形成されており懸架された腕部上に各シリコン・マイクロチップが形成されている複数のシリコン・マイクロチップからなるシリコン・マイクロチップアレイと、各シリコン・マイクロチップ上に、当該マイクロチップから離れる方向へ向かって伸延して一体的に形成された少なくとも一つのカーボン・ナノチューブと、各シリコン・マイクロチップに対応して開口を一つずつ備えるように複数の開口が設けられた陽極板と、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブから放出される電子によって磁気特性が変化可能な薄膜で被覆された動作面を有しており、当該動作面が複数のシリコン・マイクロチップに並置して設けられている記録媒体と、有することを特徴とする。
【００１７】
上記のデータ記録装置において、懸架された腕部は、窒化アルミニウム（アルミニウムナイトライド）で少なくとも一部が形成されていてもよい。また、複数のカーボン・ナノチューブを集めてなる一束のカーボン・ナノチューブが、各シリコン・マイクロチップ上に一体的に形成されていてもよい。記録媒体は、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブで被覆された複数のシリコン・マイクロチップによって走査されるように、回転駆動される回転手段上に配置されていてもよい。少なくとも一つのカーボン・ナノチューブは、１００Å以下の直径をもう電子線を生じさせることが望ましい。
【００１８】
本発明のシリコン・マイクロチップアレイ製造方法は、各シリコン・マイクロチップ上に少なくとも一つのカーボン・ナノチューブが一体的に形成された複数のシリコン・マイクロチップからなるシリコン・マイクロチップアレイの製造方法であって、複数のシリコン・マイクロチップからなるシリコン・マイクロチップアレイをＭＥＭＳ（マイクロ  エレクトロ  メカニカル  システム）技術を用いて形成する段階と、各シリコン・マイクロチップ上に、当該マイクロチップから離れるように外側へ向かって伸延した少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを、化学的気相成長法または電気堆積法のなから選択される技術を用いて一体的に形成する段階と、を有することを特徴とする。
【００１９】
複数のシリコン・マイクロチップからなるシリコン・マイクロチップアレイを形成する段階は、圧電材料で少なくとも一部が形成されており懸架された腕部の一の端部上に一つずつシリコン・マイクロチップをフォトリソグラフィー技術を用いて形成する段階を有していてもよい。また、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを一体的に形成する段階は、各シリコン・マイクロチップの少なくとも一部を触媒で覆う段階と、化学気相成長法技術によって、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを各シリコン・マイクロチップの前記触媒上に成長させる段階とを有していてもよい。少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを一体的に形成する段階は、各シリコン・マイクロチップの少なくとも一部をニッケル層などの導電性金属層で覆う段階と、電気堆積法を用いて、複数のカーボン・ナノチューブが分散されて含まれている電解液中で、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを各シリコン・マイクロチップの導電性金属層上に成長させる段階とを有していてもよい。少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを一体的に形成する段階は、各シリコン・マイクロチップの少なくとも一部を、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、およびＩｒ（イリジウム）からなる群から選ばれた少なくとも１種類の金属層で覆う段階と、グラファイト、またはＣＨ基を含む化合物を前駆体として用いて化学気相成長法によって、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを各シリコン・マイクロチップの金属層上に成長させる段階と、を有していてもよい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
本発明の上記または他の目的、作用、および効果は、以下の詳細な説明および添付図面から明らかとなる。
【００２１】
本発明の様々な実施の形態によって、ナノ・チップアレイ（ｎａｎｏ  ｔｉｐａｒｒａｙ）を用いて記録媒体上のデータを読出し／書込みするための方法が開示される。なお、本明細書において、マイクロチップ（ｍｉｃｒｏ  ｔｉｐ）とは、微小な尖鋭部を意味し、シリコン・マイクロチップとは、シリコンで構成された微小尖鋭部を意味する。また、シリコン・マイクロチップアレイとは、シリコンで構成された微小尖鋭部を複数にわたって配列したものである。また、ナノ・チップアレイとは、ナノ構造を有する尖鋭部を配列したものである。本実施の形態では、シリコンで構成された各微小尖鋭部、すなわちシリコン・マイクロチップの頂部にカーボン・ナノチューブを形成することによってナノ・チップアレイ、すなわちナノ構造を有する尖鋭部を複数にわたって配列した構造が構成される。
【００２２】
本発明は、このようなナノ・チップアレイを用いて記録媒体上でデータの読出し／書込みを実行するための方法を開示する。本発明によれば、まず、ＭＥＭＳ（マイクロ  エレクトロ  メカニカル  システム）の手法によって、複数のシリコン・マイクロチップからなるシリコン・マイクロチップアレイを形成する。次に、各シリコン・マイクロチップの上にそれぞれ少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを当該マイクロチップから外側へ向かって伸延するように形成する。そして、記録媒体が、シリコン・マイクロチップアレイに並置して配置されて、シリコン・マイクロチップアレイによって走査（スキャニング）するために、回転手段によって回転される。少なくとも一つのカーボン・ナノチューブが記録媒体に作用してデータの読出し／書込み機能を果たす際には、この少なくとも一つのカーボン・ナノチューブに電流が流される。
【００２３】
また、本発明は、データ記録装置を開示しており、このデータ記録装置は、複数のシリコン・マイクロチップからなるシリコン・マイクロチップアレイと、各シリコン・マイクロチップの上に少なくとも一つずつ一体的に形成されたカーボン・ナノチューブと、複数の開口が形成された陽極と、シリコン・マイクロチップに並置して置かれて、位置決めされる場合には、回転するように構成された記録媒体と、を有する。
【００２４】
本発明は、さらに、それぞれのシリコン・マイクロチップ上に少なくとも一つのカーボン・ナノチューブが一体的に形成された複数のシリコン・マイクロチップからなるシリコン・マイクロチップアレイの製造方法を開示しており、当該製造方法では、最初に、ＭＥＭＳ（マイクロ  エレクトロ  メカニカル  システム）技術によってシリコン・マイクロチップアレイを形成し、次に、各シリコン・マイクロチップの上にそれぞれに少なくとも一つのカーボン・ナノチューブを当該マイクロチップから外側へ向かって伸延するように形成する。カーボン・ナノチューブの形成は、化学気相成長（ＣＶＤ）および電気堆積法（エレクトロデポジション）を含む種々の手法によって達成される。
【００２５】
本発明の新規のデータ記録装置は、半導体ウェハ上にナノ・チップアレイを形成するためにＭＥＭＳ（マイクロ  エレクトロ  メカニカル  システム）技術とカーボン・ナノチューブ形成手法とを結びつけることによって、新規のデータ記録装置を構成するものである。圧電性を持つ薄膜が、懸架された腕部を形成するために半導体製造工程中に、ＭＥＭＳ技術によって組み入れられて、シリコン・マイクロチップは、上記の腕部の自由端、すなわち固定されていない側の一の端部に形成される。そして、このシリコン・マイクロチップ上にカーボン・ナノチューブが形成された後に、圧電性を持つ薄膜は、マイクロチップを動かし、複数の電子が各カーボン・ナノチューブから記録媒体の表面へ放出される。記録媒体の表面は薄膜で被覆されており、電子の射突によって、その薄膜の磁気特性が変化し、高密度のデータ記録機能，すなわちデータの読出し／書込みの機能が達成される。
【００２６】
カーボン・ナノチューブで被覆された本発明のシリコン・マイクロチップアレイを用いることによって、カーボン・ナノチューブに低電圧電流が流れることによって、直径が１００Åより小さい微細な電子線を生じさせることができる。本発明の新規な装置は、さらに、コリメータレンズ、すなわち電子線のサイズおよび運動を制御するための制御系を利用して、データの読出し／書込み、およびデータの記録を実現する。カーボン・ナノチューブで被覆された本発明のシリコン・マイクロチップアレイは、記録媒体の表面に物理的に接触することはなく、カーボン・ナノチューブが物理的に摩耗しないため、このカーボン・ナノチューブを用いた構造を採用することによって、シリコン・マイクロチップアレイの信頼性と耐久性を改善する。また、電子線の径を微小寸法とすることは、読出し／書込みの分解能を改善するとともに、高密度記録を実現することを可能とする。
【００２７】
本発明の新規な方法は、最初に、ＭＥＭＳ技術によって半導体ウェハ上にシリコン・マイクロチップアレイを形成することによってなされる。触媒の化学気相成長技術や電気堆積法技術が、シリコン・マイクロチップの頂部にカーボン・ナノチューブを一体的に形成するために用いられる。
【００２８】
図１には、本発明のデータ記録装置、すなわち、読出し／書込み装置１０の図が示されている。ＭＥＭＳ技術によって形成された懸架腕部４０、すなわち、片持ち梁４０が図２に示されている。図１に示されるとおり、本発明のデータ記録装置１０における主要な構成は、真空チャンバ１２と、複数のカーボン・ナノチューブが設けられたナノ・チップアレイ１４と、コリメータレンズシステム１８と、回転手段２０の上に配置された磁気記録媒体２２と、陰極２３と，陽極２４と、である。ナノ・チップアレイ１４は、少なくとも一つのカーボン・ナノチューブ１６で各チップの表面が覆われた複数のシリコン・マイクロチップにより構成されている。これらのカーボン・ナノチューブ１６は、非常に低電圧で、径が小さい電子線を生じさせるための電子放出器（電子エミッタ）として用いられる。要求される電圧は、約３Ｖから約５Ｖの間であり、この電圧によって、長時間、すなわち数百時間以上の時間にわたって、安定した電流密度を持った電子線を提供することができる。本発明のデータ記録装置１０は、記録媒体上へのデータの読出し／書込みのためにカーボン・ナノチューブを用いて、高感度、高精度、および高信頼性を有するデータの読出し／書込みを提供するものであり、特に、カーボン・ナノチューブを用いてナノメートルスケールの電子ビームを放出して記録媒体の磁気特性を変化させることによって、高密度の読出し／書込みの実現、すなわち、非常に高密度の記録媒体を実現することができる。
【００２９】
ＭＥＭＳ技術によりシリコン・マイクロチップアレイを形成するための本発明の方法が図２に示されている。ＫＯＨ（水酸化カリウム）のエッチング液が、シリコンをエッチング、およびシリコン・マイクロチップ４２の形成に用いられる。マイクロチップの形成には、エッチングによってシリコン結晶を鋭く尖った形状となるシリコン結晶の（１００）および（１１１）の結晶面が用いられる。ＭＥＭＳ方法は、リソグラフィー技術およびエッチング技術を用いて、微小動作（マイクロアクチュエート）されるＡｌＮ（窒化アルミニウム、アルミニウムナイトライド）薄膜４４を絶縁用のＳｉＯ２膜４６およびゲート酸化膜４８の上に連続的に形成して、片持ち梁状の腕部４０を提供する。陽極板５０は、導電性金属層５２と、ＳｉＯ２のような絶縁材料膜５４とから構成されている。一つの開口６０が、一つのシリコン・マイクロチップ４２に対応するように、複数の開口６０が、陽極板５０に形成されている。データの読出し／書込みの動作が実行される際には、正の電荷が陽極５０に流されて、カーボン・ナノチューブ１６から電子線が放出され、放出される電子線の径および速度が制御される。ここで、片持ち梁４０はシリコン基板３８上に形成されている点に留意すべきである。したがって、ＭＥＭＳによる片持ち梁上の腕部の形成過程において、タングステンあるいは他の適切な金属のような導線性金属で作られた電極が電気メッキにより形成される。たとえば、図２に示されるとおり、第１タングステンバイア５６が陽極板５０用に形成され、第２タングステンバイア５６が陰極、すなわち、片持ち梁状の腕部４０用に形成される。したがって、圧電材料で一部が構成された腕部が微小駆動し、読出し／書込みの動作がされる際には、シリコン・マイクロチップ４２上のカーボン・ナノチューブ１６に電流が流されるが、電気メッキなどにより形成された電極が電流の通路となる。
【００３０】
また、図２に示されるとおり、記録媒体７０は、並列された位置に置かれる。すなわち、カーボン・ナノチューブ１６からの電子線が照射される記録媒体の上面７２上と、シリコン・マイクロチップ４２および受け取りのためのアノード５０とが近接されて配置される。このように照射される電子線は、記録媒体７の上面７２上を覆っている薄膜の磁気特性を変化させて、データの読出し／書込みという結果を達成する。
【００３１】
図３は、３本の片持ち梁形状の懸架腕部４０を備える本発明のデータの読出し／書込み装置（ナノ・チップアレイ）１４の斜視図を示している。複数のシリコン・マイクロチップ４２によって、高密度のデータ読出し／書込みが達成される。同様に、図４および図５は、９個のシリコン・マイクロチップ４２が形成された他の実施例を示しており、各シリコン・マイクロチップ４２には、一つのカーボン・ナノチューブ１６が一体的に形成されている。ここで、図３に示される片持ち梁の懸架腕部と比べると、この懸架腕部４０が異なる構成を有する点に注目すべきである。すなわち、複数の懸架された腕部４０を構成し、各腕部の一の端部に一つずつシリコン・マイクロチップ４２を形成してもよく、懸架された腕部の端部の複数領域に複数のシリコン・マイクロチップ４２を形成してもよい。さらに、図５には、複数の開口６０を設けた陽極板５０が示されている。この図によれば、カーボン・ナノチューブ１６と開口６０との間の対応関係が示されている。
【００３２】
本発明におけるＭＥＭＳ方法では、最初に、低圧化学気相成長法（ＬＰＣＶＤ）によって窒化シリコン（Ｓｉ３Ｎ４）層を成長させることによって、シリコン  オン  インシュレータ（ＳＯＩ）ウェハ上に、シリコン・マイクロチップアレイを形成する。この窒化シリコン（シリコンナイトライド）層は、（図２に示される）シリコンチップ４２を形成するためのシリコンエッチング過程の際におけるハードマスクとして用いられる。また、フォトリソグラフィー技術は、リアクティブイオンエッチング（ＲＩＥ）技術によって、Ｓｉ３Ｎ４をエッチング除去してパターニングされた窓部形を形成するために用いられる。このＲＩＥ技術は、シリコン（１００）結晶面に比べてシリコン（１１１）結晶面のエッチング速度を遅くできるＫＯＨの水溶液を用いて実行される。この結果、シリコン基板は、ＫＯＨエッチング液によってエッチングされて、５４．７°の角度を持って鋭角に尖ったシリコンチップ４２が形成される。
【００３３】
本プロセスの次の過程では、ＨＦ水溶液が残存するＳｉ３Ｎ４を除去するために用いられて、複数のシリコン・マイクロチップの構造が完成する。ＳＯＩウェハを正確にアライメントして、当該ＳＯＩウェハの背面側のシリコン結晶をエッチングすることによって、ウェハの背面上にＳｉＯ２で形成された片持ち梁４０が残されるように、その材料が除去される。そして、片持ち梁４０を形成するＳｉＯ２上に圧電材料をスパッタリングにより被覆するために、リアクティブスパッタリング技術が用いられる。使用するのに適した圧電材料は、ＡｌＮ（窒化アルミニウム）である。図２には、単一のシリコンチップが示されており、図３、図４、および図５には、複数の片持ち梁４０を形成した様々な実施例が示されている。コリメータレンズは、図１に符号１８で示されており、このコリメータレンズは、電子線をコリメートするために用いられる。
【００３４】
本発明のデータの読出し／書込み装置を製造するための第２の大きな過程は、カーボン・ナノチューブをシリコンチップ４２上に一体的に成長させる過程である。カーボン・ナノチューブの成長および固定の技術は、まず、ヘリウムまたはアルゴンの内部ガス雰囲気中で、２つのグラファイト電極を用いてカーボン・ナノチューブを製造することによって達成される。直流電流をグラファイト電極に流すことによって、２つの電極間に電荷を生じさせる。さらに、カーボン・ナノチューブを、さらに、高温の加熱炉内において、Ｆｅ（鉄）またはＣｏ（コバルト）などの触媒である金属微粒子の先端で成長させてもよい。そして、フラクチャリング用の化学処理として、ＣＨ４またはＣ２Ｈ６などのようにＣＨ基を含む化合物がカーボン・ナノチューブを形成するために用いられる。
【００３５】
たとえば、触媒の化学気相成長技術を用いることによって、触媒となる金属微粒子で被覆された幾つかの表面にのみに選択的にカーボン・ナノチューブを成長させることができる。すなわち、各シリコン・マイクロチップの頂部を、Ｆｅ（鉄）、Ｃｏ（コバルト）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｐｔ（白金）、Ｐｄ（パラジウム）、およびＩｒ（イリジウム）のような金属で被覆する。そして、このように処理されたＳＯＩウェハは、たとえば、８００℃に保たれた高温の加熱炉内に投入され、Ｈ２、Ａｒ、およびＣ２Ｈ６の適切なガスフローが加熱炉の配管を通じて流される。そして、カーボン・ナノチューブは、化学気相成長法技術によって、触媒反応により、各シリコン・マイクロチップの頂部で成長させられる。この結果、通常では、複数個のカーボン・ナノチューブが集まってなる１束のカーボン・ナノチューブが、各シリコンチップ上で成長される。反応時間をより長くとればとるほど、カーボン・ナノチューブの長さが長く形成される。カーボン・ナノチューブの成長が完了した後に、そのＳＯＩ基板は、浄化のためにエタノール内に置かれて、複数のカーボン・ナノチューブが互いに集まって、単一の鋭い先端（チップ）を形成する。この鋭くとがったナノ・チップの形状は、図４に示される。
【００３６】
カーボン・ナノチューブを形成するための第２の方法として、たとえば、自己アセンブリ法、または、電気堆積法とよばれる方法がある。この方法では、最初に、複数のカーボン・ナノチューブが、均等に分散するように、電解液中に入れられる。Ｎｉ（ニッケル）膜のような導電金属膜で頂部が覆われたＳＯＩウェハは、電解液中に置かれ、このニッケル膜は、電極として用いられる。各シリコン・マイクロチップ上に電界が形成されるように、直流電流が流される。そして、形成された電界は、電解液中に分散した複数のカーボン・ナノチューブを引きつけて、この引きつけられたカーボン・ナノチューブは、電気的な相互作用によってシリコン・マイクロチップと結合する。そして、ＳＯＩウェハを電解液中から取り出して、複数のカーボン・ナノチューブを集めてなるカーボン・ナノチューブを形成するために、表面の活性化用の処理を行われる。この結果、複数のカーボン・ナノチューブが集まってなる鋭い先端を持つ１束のカーボン・ナノチューブが形成される。
【００３７】
以上のように、ナノ・チップアレイを用いて、記録媒体上でデータの読出し／書込みするための本発明の新規な方法、およびシリコン・ナノチップアレイを取り入れたデータ記録装置は、上記の説明および添付した図１〜図５の図面によって十分に記述されている。
【００３８】
以上の説明において本発明が記述されたが、用いられている用語は、説明中の用語の内容に応じて理解されるべきであり、限定的に理解するべきではない。
【００３９】
さらに、本発明の好適で変更可能な実施の形態に関して記述されたが、本発明は、これらの場合に限られるものではなく、発明の精神および思想を逸脱しない範囲において、当業者によって種々の変形が可能であることは明らかである。
【００４０】
【発明の効果】
本発明によれば、カーボン・ナノチューブで覆われたシリコン・マイクロチップアレイは記録媒体の表面に物理的に接触することはなく、カーボン・ナノチューブが物理的な摩耗しないため、このカーボン・ナノチューブを用いた構造を採用することによって、シリコン・マイクロチップアレイの信頼性と耐久性を改善する。また、電子線の径を微小寸法とすることができ、読出し／書込みの分解能を改善するとともに、高密度記録を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、カーボン・ナノチューブを用いた本発明のデータ記録装置を説明する図である。
【図２】図２は、ＭＥＭＳ技術によって形成され、ＣＶＤまたは電気堆積法によって少なくとも一つのカーボン・ナノチューブによって被覆された、本発明のシリコン・マイクロチップを拡大した断面図である。
【図３】図３は、それぞれが少なくとも一つのカーボン・ナノチューブで被覆された複数のシリコン・マイクロチップを含む本発明のデータ記録装置の斜視図である。
【図４】図４は、それぞれが少なくとも一つのカーボン・ナノチューブで被覆された複数のシリコン・マイクロチップを説明するための本発明の他の実施形態を示す斜視図である。
【図５】図５は、図４に示される本発明の実施形態が、配置して置かれた陽極と係合している状態を示す斜視図である。
【符号の説明】
１０…データ記録装置、
１４…ナノ・チップアレイ、
１６…カーボン・ナノチューブ
２２、７０…磁気記録媒体、
４０…腕部、
４２…シリコン・マイクロチップ、
４４…窒化アルミニウム薄膜
５０…陽極、
６０…開口
【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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