(57)【要約】【課題】ＡＦＭベースのデータストレージ装置用の読み取り／書き込み構成要素を提供する。【解決手段】具体的な実施形態では、読み取り／書き込み構成要素は、てこ手段および支持構造を備え、前記てこ手段は、実質的なピボット動作をするために前記支持構造に接続される。前記てこ手段は、書き込みモードおよび読み取りモードで動作可能な使用される電源供給手段に前記てこ手段を接続できる、前記支持構造上の一対の電源供給ライン（Ｒ、Ｃ）の間の第１の電流経路および第２の電流経路を提供する。書き込みモードヒータは前記第１の電流経路内の前記てこ手段上に提供され、読み取り／書き込みチップは、書き込みモードヒータ上に提供される。読み取りモードヒータは、前記第２の電流経路内の前記てこ手段上に提供される。結合解除手段は、前記電源供給手段が前記読み取りモードで動作しているときに、使用されている前記第１の電流経路を介して書き込みモードヒータへの電流の流れを阻止するために配置される。別々の書き込みモードヒータおよび読み取りモードヒータを備えている、この構成要素によって、一対の供給ラインを介し、書き込みモードおよび読み取りモードのどちらにも対処することができる。他の実施形態によって、熱的結合解除機構、および、このてこ手段とこの支持構造の間の近接を検知する配置によって読み取り検知器を動作させる読み取り／書き込み構成要素を使用する、読み取り／書き込み構成要素が提供される。原子力マイクロスコープ用の検知装置により、また、同様の近接検知の配置を介して、チップの動きを検出することができる。【選択図】図６
2004513466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データストレージデバイス用の読み取り／書き込み構成要素であって、前記読み取り／書き込み構成要素が、
てこ手段および支持構造であって、前記てこ手段が実質上ピボット動作をするために支持構造に接続され、前記支持構造上の対の電気供給ライン（Ｒ，Ｃ）の間に第１の電流経路と第２の電流経路を提供し、前記電流経路を介して、書き込みモードおよび読み取りモードで動作可能な使用されている電源供給手段に、前記てこ手段を接続することが可能である、てこ手段および支持構造と、
前記第１の電流経路内の前記てこ手段の上に提供される、書き込みモードヒータと、
前記書き込みモードヒータ上に提供される、読み取り／書き込みチップと、
前記第２の電流経路内の前記てこ手段の上に提供される、読み取りモードヒータと、
電源供給手段が読み取りモードで動作しているときに、使用されている前記第１の電流経路を介した書き込みモードヒータへの電流の流れを阻止するように配置された結合解除手段と、
を有する、読み取り／書き込み構成要素。
【請求項２】
前記結合解除手段が、前記電源供給手段が書き込みモードで動作しているときに、使用されている前記第２の電流経路を介した読み取りモードヒータへの電流の流れを阻止するように追加して配置されている、請求項１に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項３】
前記結合解除手段が、前記電源供給手段が読み取りモードで動作しているときに、前記書き込みモードヒータへの電流の流れを阻止するための書き込み結合解除手段と、前記電源供給手段が前記書き込みモードで動作しているときに、前記読み取りモードヒータへの電流の流れを阻止するための読み取り結合解除手段とを有する、請求項２に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項４】
前記てこ手段が、片持ち梁として構成される、請求項１から請求項３のうちの一つに記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項５】
前記読み取りモードヒータが、前記片持ち梁と前記支持構造の間であって、接続点から前記書き込みモードヒータより離れて配置されている、請求項４に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項６】
前記片持ち梁が支持構造のそれぞれの対応する端で接続され、第１のブリッジ部分と第２のブリッジ部分が２つのレッグ部分にそれぞれ相互接続している、側面に配置された２つのレッグ部分を備え、
前記第１のブリッジ部分が前記書き込みモードヒータを備え、前記第２のブリッジ部分が前記読み取りモードヒータを備え、
前記レッグ部分および前記第１のブリッジ部分が前記第１の電流経路を規定し、前記レッグ部分および前記第２のブリッジ部分が前記第２の電流経路を規定し、
前記結合解除手段が片持ち梁の上に配置される、
請求項４または請求項５に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項７】
請求項３および請求項５に依存するときに、前記書き込み結合解除手段が、前記第１のブリッジ部分の上の前記第１の電流経路に提供され、前記読み取り結合解除手段が、前記第１のブリッジ部分を越えて前記第２の電流経路内に提供される、請求項６に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項８】
前記片持ち梁が、前記支持構造にそれぞれの対応する端で接続される側面に配置された３つのレッグ部分を備え、第１のブリッジ部分が中央のレッグ部分を第１の外側のレッグ部分に相互接続し、第２のブリッジ部分が前記中央のレッグ部分を第２の外側のレッグ部分に相互接続し、
前記第１のブリッジ部分が前記書き込みモードヒータを備え、前記第２のブリッジ部分が前記読み取りモードヒータを備え、
前記第１の外側のレッグ部分、前記第１のブリッジ部分および前記中央のレッグ部分が、前記第１の電流経路を規定し、
前記第２の外側のレッグ部分、前記第２のブリッジ部分および前記中央のレッグ部分が、前記第２の電流経路を規定し、
前記結合解除手段が、前記支持構造の上に配置される、
請求項４または請求項５に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項９】
請求項３に依存するときに、前記書き込み結合解除手段が、前記供給ライン（Ｒ）および前記第１の外側のレッグ部分の間に接続され、前記読み取り結合解除手段が、前記供給ライン（Ｒ）と前記第２の外側のレッグ部分との間に接続される、請求項８に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項１０】
前記てこ手段が、延長したてこ本体と２つの接続アームを備え、その各側の上でてこ本体から外側に延長し、前記てこ本体を前記支持構造に接続し、前記てこ本体の端からオフセットし、そのまわりで使用される前記てこ本体がピボットする、ピボット軸（Ｐ）を定義し、前記書き込みモードヒータおよび読み取りモードヒータが、ピボット軸（Ｐ）の反対側であって前記てこ本体の端もしくはその近辺に配置される、請求項１から請求項３のうちの一つに記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項１１】
前記読み取りモードヒータが、前記書き込みモードヒータよりピボット軸（Ｐ）より離れてオフセットされる、請求項１０に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項１２】
側面に配置された２つのレッグ部分を有する前記てこ本体であって、第１のブリッジ部分が前記てこ本体の一端もしくはその近辺で前記レッグ部分に相互接続し、第２のブリッジ部分が前記てこ本体のもう一方の端もしくはその近辺で前記レッグ部分に相互接続し、
前記第１のブリッジ部分が前記書き込みモードヒータを備え、前記第２のブリッジ部分が前記読み取りモードヒータを備え、
前記第１の電流経路が、前記接続アーム、前記接続アームと第１のブリッジ部分との間の前記レッグ部分のセクション、および、前記第１のブリッジ部分によって規定され、
前記第２の電流経路が、前記接続アーム、前記接続アームと第２のブリッジ部分との間の前記レッグ部分のセクション、および、前記第２のブリッジ部分によって規定され、
前記結合解除手段が、前記てこ本体上に提供される、
請求項１０または請求項１１に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項１３】
請求項３に依存するとき、前記書き込み結合解除手段が、前記接続アームと前記書き込みモードヒータとの間の前記第１の電流経路に提供され、前記読み取り結合解除手段が、前記接続アームと前記読み取りモードヒータとの間の前記第２の電流経路に提供される、請求項１２に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項１４】
書き込みモードの場合に、前記供給ライン（Ｒ、Ｃ）の間に可能な一つの極性を適用し、前記読み取りモードの場合に、前記供給ライン（Ｒ、Ｃ）の間に可能な逆の極性を適用するように配置される供給電源とともに使用され、前記書き込み結合解除手段が、前記可能な読み取りモードの適用の結果として生じる向きに電流が流れている場合に、前記書き込みモードヒータへの電流の流れを阻止するように動作し、前記読み取り結合解除手段が、前記可能な書き込みモードの適用の結果として生じる向きに電流が流れている場合に、前記読み取りモードヒータへの電流の流れを阻止するように動作する、請求項３、７、９、１３のいずれか一つに記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項１５】
前記書き込み結合解除手段および前記読み取り結合解除手段のそれぞれが、少なくとも一つのダイオードを含んでいる、請求項１４に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項１６】
請求項７または請求項１３に依存するときに、前記書き込み結合解除手段および前記読み取り結合解除手段のそれぞれが、ピボット動作の軸に対して垂直な長軸のまわりで、前記てこ手段のバランスをとるように配置されている一対のダイオードを備える、請求項１５に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項１７】
前記支持構造が、ピボット動作の軸（Ｐ）に対してほぼ平行な平面内の前記てこ手段のまわりに、少なくとも部分的に延長し、前記読み取りモードヒータが、前記読み取りモードヒータと前記表面の間にギャップを提供するように、前記てこ手段のまわりの前記支持構造の表面の上に延長し、ギャップ（Ｇ）の厚さが前記てこ手段のピボット動作とともに変化する、請求項４から請求項１６のいずれか一つに記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項１８】
前記てこ手段が、前記書き込みモードヒータが、前記読み取り／書き込みチップの方向に、前記表面の平面から、前記読み取りモードヒータより離れてオフセットされるような形状である、請求項１７に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項１９】
各構成要素の一方の供給ラインが、アレイの同じ行内の全ての構成要素に対して共通な、行の供給ラインであり、各構成要素のもう一方の供給ラインが、アレイの同じ列内の全ての構成要素に対して共通な、列の供給ラインである、請求項１から請求項１８のいずれかに記載の読み取り／書き込み構成要素のアレイを備える装置である、データストレージデバイス用の読み取り／書き込み装置。
【請求項２０】
データストレージ媒体と、
前記アレイ中の各構成要素の前記読み取り／書き込みチップが表面に対して斜めになるように、前記データストレージ媒体の表面に相対的に位置づけ可能な装置である、請求項１９に記載の読み取り／書き込み装置と、
各構成要素の前記供給ライン（Ｒ、Ｃ）の間に適用が可能な前記書き込みモードと前記読み取りモードを、動作可能な電源供給手段とを備え、
使用される前記データストレージ媒体の前記表面が、前記構成要素の前記供給ライン（Ｒ、Ｃ）間の可能な書き込みモードの適用時に前記書き込みモードヒータからの熱伝達によって、表面の局所的溶解を引き起こし、読み取り／書き込みチップが入り込むことによってくぼみを形成でき、一方、前記供給ライン（Ｒ、Ｃ）間の可能な読み取りモードの適用時には、前記構成要素の前記読み取りモードヒータからの熱伝達が、表面を溶解するのには不十分である、データストレージデバイス。
【請求項２１】
読み取り／書き込み構成要素が、
てこ手段および支持構造であって、前記てこ手段が実質上ピボット動作をするために支持構造に接続され、前記支持構造上の一対の電源供給ライン（Ｒ、Ｃ）の間の少なくとも一つの電流経路を提供する、てこ手段および支持構造と、
前記電流経路内の前記てこ手段上に提供される書き込みモードヒータと、
前記書き込みモードヒータ上に提供される読み取り／書き込みチップと、
前記電流経路内の前記てこ手段上に提供される読み取りモード検知器を備え、
書き込みモードヒータと前記てこ手段の隣接領域、および、前記読み取りモード検知器と前記てこ手段の隣接領域の熱特性が、使用されている前記供給ライン（Ｒ、Ｃ）を介する第１の信号パルス（ＳＷ）を適用することにより、前記書き込みモードヒータを書き込み温度ＴＷまで加熱可能であるが、前記読み取りモード検知器はＴＷより低い温度のままであり、前記第１の信号パルス（ＳＷ）より低振幅で長い間隔の第２の信号パルス（ＳＲ）を適用することにより、使用されている前記供給ライン（Ｒ、Ｃ）を介して、前記読み取りモード検知器を読み取り温度ＴＲ＜ＴＷまで加熱できるが、前記書き込みモードヒータはＴＷより低い温度のままであるような、熱特性である、
データストレージデバイス用の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項２２】
前記書き込みモードヒータが前記読み取りモード検知器より小型であり、前記書き込みモードヒータと隣接する前記てこ手段の領域によって、使用されている前記書き込みモードヒータからの比較的高速に熱が失われるようにし、前記読み取りモード検知器に隣接する前記てこ手段の領域によって、使用されている前記読み取りモード検知器から比較的低速に熱が失われるようにする、請求項２１に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項２３】
前記てこ手段が少なくとも一つの前記電流経路を規定するように形成された伝導性素材で形成され、前記読み取りモード検知器に隣接する前記てこ手段の前記領域が、使用されている前記読み取りモード検知器からの熱損失を阻止するために圧縮している、請求項２２に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項２４】
前記支持構造に、それぞれの対応する端で接続された、２つの側面に配置されたレッグ部分を含んでいる片持ち梁として構成される前記てこ手段と、前記レッグ部分に相互接続するブリッジ部分、一つの前記電流経路を規定する前記レッグ部分および前記ブリッジ部分を備え、前記書き込みモードヒータおよび読み取りモード検知器のそれぞれが前記ブリッジ部分の上または前記ブリッジ部分の近辺に提供されている、請求項２１から請求項２３のいずれか一つに記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項２５】
前記読み取りモード検知器がヒータを備えている、請求項２１から請求項２４のいずれか一つに記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項２６】
前記読み取りモード検知器が、使用されている第２の信号パルス（ＳＲ）の適用中に、前記書き込みモードヒータからの熱損失によって、読み取り温度ＴＲまでの読み取りモード検知器の加熱を引き起こす、前記書き込みモードヒータに十分近接している熱抵抗要素を有している、請求項２１から請求項２４までのいずれか一つに記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項２７】
前記読み取りモード検知器が、前記書き込みモードヒータよりも前記ピボット動作の軸（Ｐ）から離れて配置されている、請求項２１から請求項２６に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項２８】
前記支持構造が、前記ピボット動作の軸（Ｐ）にほぼ平行な平面内で、前記てこ手段のまわりに少なくとも部分的に延長し、前記読み取りモード検知器が、前記読み取りモード検知器と前記表面との間にギャップを与えるように、前記てこ手段のまわりの前記支持構造の表面の上に延長し、その結果、ギャップの厚さが、前記てこ手段のピボット動作とともに変化する、請求項２１から請求項２７のいずれか一つに記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項２９】
前記書き込みモードヒータが、前記表面の平面から、前記読み取り／書き込みチップの向きに前記読み取りモード検知器より離れてオフセットされるように、前記てこ手段が形成されている、請求項２８に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項３０】
各構成要素の一方の供給ラインが、前記アレイの同じ行の全ての構成要素に共通する行の供給ライン（Ｒ）であり、各構成要素のもう一方の供給ラインが、前記アレイの同じ列の全ての構成要素に共通する列の供給ライン（Ｃ）である、請求項２１から請求項２９のいずれか一つに記載の読み取り／書き込み構成要素のアレイを備えている装置である、データストレージデバイス用の読み取り／書き込み装置。
【請求項３１】
データストレージ媒体と、
前記アレイの各構成要素の前記読み取り／書き込みチップが、表面に対して斜めとなるように、データストレージ媒体の表面に相対的に位置づけ可能な装置である、請求項３０に記載の読み取り／書き込み装置と、
前記供給ライン（Ｒ、Ｃ）を介して、各構成要素に前記第１の信号パルス（ＳＷ）を適用する書き込みモードにおいて、および、前記供給ライン（Ｒ、Ｃ）を介して、各構成要素に前記第２の信号パルス（ＳＲ）を適用する読み取りモードにおいて、動作可能である、電源供給手段とを備え、
使用されている前記データストレージ媒体の前記表面が、前記構成要素の前記書き込みモードヒータをＴＷまで加熱する際に、前記書き込みモードヒータからの熱伝達によって、表面の局所的溶解が引き起こされ、読み取り／書き込みチップが入り込むことによってくぼみを形成でき、一方、前記構成要素の前記読み取りモード検知器をＴＲまで加熱する際には、前記読み取りモード検知器からの熱伝達が前記表面を溶解するには不十分である、
データストレージデバイス。
【請求項３２】
読み取り／書き込み構成要素が、
てこ手段および支持構造であって、前記てこ手段が、実質上ピボット動作をするために支持構造に接続され、前記支持構造上の一対の電源供給ライン（Ｒ、Ｃ）の間に第１の電流経路を提供し、前記支持構造が、前記ピボット動作の軸（Ｐ）にほぼ平行な平面内で前記てこ手段のまわりに少なくとも部分的に延長している、てこ手段および支持構造と、
前記第１の電流経路内の前記てこ手段上に提供される書き込みモードヒータと、
前記書き込みモードヒータ上に提供される読み取り／書き込みチップと、
前記てこ手段のまわりの前記支持構造の部分上に提供される、第１の近接検知要素と、
第１の近接検知要素と第２の近接検知要素の間の距離が、前記てこ手段のピボット動作とともに変化するように、前記てこ手段上に提供され、および、第１の近接検知要素の上に配置される、第２の近接検知要素とを備え、
前記てこ手段と支持構造のうちの少なくとも一つによって、前記第１の近接検知要素と前記第２の近接検知要素を介して前記供給ライン（Ｒ、Ｃ）を結合するための第２の電流経路を提供する、
データストレージデバイス用の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項３３】
前記第１の近接検知要素および前記第２の近接検知要素の一方が、前記第２の電流経路を介して前記供給ライン（Ｒ、Ｃ）の対応する一方にそれぞれ接続される対の接続電極を有し、前記第１の近接検知要素と前記第２の近接検知要素のもう一方が、ブリッジ接続点を有し、前記てこ手段が、ブリッジ接続点が前記対の接続電極に接続する位置と、前記ブリッジ接続点が前記接続電極から接続解除される位置との間で、ピボット動作が可能である、請求項３２に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項３４】
前記第１の近接検知要素と前記第２の近接検知要素の一方が、前記第２の電流経路を介して前記供給ライン（Ｒ、Ｃ）の対応する一方とそれぞれ接続する一対の電極を備え、前記第１の近接検知要素と前記第２の近接検知要素のもう一方が、それらの間のギャップを提供する、対の電極と反対方向に配置された対面電極を有し、ギャップの厚さが、前記てこ手段のピボット動作とともに変化する、請求項３２に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項３５】
前記第２の近接検知要素が前記対の電極を有し、前記第２の電流経路が前記てこ手段によって提供される、請求項３３または請求項３４に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項３６】
書き込みモードにおいて、前記供給ラインにわたって、可能な書き込みモードを適用するように動作可能であり、読み取りモードにおいて、前記供給ラインにわたって、可能な読み取りモードを適用するように動作可能な電源供給手段とともに使用し、前記構成要素が、前記電源供給手段が前記読み取りモードで動作されているときに、使用している前記第１の電流経路を介して、前記書き込みモードヒータへの電流の流れを阻止するように配置される結合解除手段を有する、請求項３３から請求項３５のいずれか一つに記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項３７】
前記結合解除手段が、前記電源供給手段が前記書き込みモードで動作されているときに、使用している前記第２の電流経路を介した電流の流れを阻止するように追加的に配置されている、請求項３６に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項３８】
前記てこ手段が、延長したてこ本体と、２つの接続アームを備え、前記接続アームがその各側の上の前記てこ本体から外側に伸び、前記てこ本体を前記支持構造に接続し、使用している前記てこ本体のピボットの軸（Ｐ）を規定し、前記軸（Ｐ）が、前記てこ本体の端からオフセットされ、前記書き込みモードヒータと前記第２の近接検知要素が、前記てこ本体の端またはその近辺で前記軸（Ｐ）の反対側の上に配置される、請求項３２から請求項３７のいずれか一つに記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項３９】
前記第２の近接検知要素が、前記書き込みヒータより前記軸（Ｐ）から離れてオフセットされる、請求項３８に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項４０】
前記てこ本体が、２つの側面に配置されているレッグ部分、前記てこ本体の一方の端でもしくはその近辺で前記レッグ部分に相互接続している第１のブリッジ部分、前記レッグ本体の他方の端でもしくはその近辺で前記レッグ部分に相互接続している第２のブリッジ部分とを備え、
前記第１のブリッジ部分が前記書き込みモードヒータを有し、前記第２のブリッジ部分が前記第２の近接検知要素を有し、
前記第１の電流経路が、前記接続アーム、前記接続アームと第１のブリッジ部分との間のレッグ部分のセクション、および前記第１のブリッジ部分によって規定される、
請求項３８または請求項３９に記載の読み取り／書き込み構成要素。
【請求項４１】
各構成要素の一方の供給ラインが、アレイの同じ行の全ての構成要素に対して共通である行の供給ライン（Ｒ）であり、各構成要素の他方の供給ラインが、アレイの同じ列の全ての構成要素に対して共通である列の供給ラインである、請求項３２から請求項４０のいずれか一つに記載の読み取り／書き込み構成構成要素のアレイを備える装置である、データストレージデバイス用の読み取り／書き込み装置。
【請求項４２】
データストレージ媒体と、
前記アレイの各構成要素の読み取り／書き込みチップが、前記表面に対して斜めになるように、データストレージ媒体の表面に相対的に位置づけ可能な装置である、請求項４１に記載の読み取り／書き込み装置と、
各構成要素の前記供給ラインにわたって、可能な書き込みモードおよび読み取りモードを適用するために動作可能な電源供給手段を備え、
使用される前記データストレージ媒体の前記表面が、前記構成要素の前記供給ライン（Ｒ、Ｃ）にわたって、可能な書き込みモード適用時の前記書き込みモードヒータからの熱伝達によって、前記表面の局所的溶解を引き起こし、前記読み取り／書き込みチップが入り込むことによって、くぼみを形成できる、
データストレージ媒体。
【請求項４３】
装置が、
てこ手段および支持構造であって、てこ手段が実質上ピボット動作をするために支持構造に接続され、支持構造が前記ピボット動作の軸（Ｐ）にほぼ平行な平面内で、前記てこ手段のまわりに少なくとも部分的に延長する、てこ手段および支持構造と、
前記てこ手段上に提供される検知チップであって、前記チップと使用されている走査されるサンプルの間の原子間力の相互作用によって、前記てこ手段の前記ピボット動作が引き起こされる、検知チップとを備え、
前記てこ手段の部分が、前記部分間の距離（Ｇ）が前記ピボット動作とともに変化するように、前記てこ手段のまわりの支持構造の部分の上に延長し、使用されるチップによって走査されるサンプルの形態が、前記距離（Ｇ）の変化によって表示される、
原子間力顕微鏡用の検知装置。
【請求項４４】
前記てこ手段の前記部分が、ピボット動作の前記軸から離れた前記てこ手段の端もしくはその近辺に配置されている、請求項４３に記載の装置。
【請求項４５】
前記てこ手段の前記部分がヒータを含み、前記てこ手段が使用されている前記支持構造を介して供給電源にヒータを接続するための電流経路を提供し、前記支持構造の前記部分が、前記ヒータの温度が前記距離の変化とともに変化するようなヒートシンクとして働く、請求項４３または請求項４４に記載の装置。
【請求項４６】
前記検知チップが、前記支持構造の前記部分から、前記チップの方向に前記ヒータより離れてオフセットされている前記てこ手段の部分の上に提供される、請求項４５に記載の装置。
【請求項４７】
前記支持構造の前記部分が、第１の近接検知要素を含み、前記てこ手段の前記部分が、第２の近接検知要素を含み、前記てこ手段と支持構造の少なくとも一方によって、使用している前記第１の近接検知要素と前記第２の近接検知要素を介した電源供給の終端を結合するための電流経路が提供される、請求項４３または請求項４４に記載の装置。
【請求項４８】
前記第１の近接検知要素と前記第２の近接検知要素の一方が、前記電流経路を介して、使用している前記終端の対応する一方にそれぞれ接続可能な一対の電極を含み、前記第１の近接検知要素と前記第２の近接検知要素のもう１方が、、それらの間のギャップ（Ｇ）を提供する、対の電極と反対方向に配置された対面電極を有し、前記ギャップの厚さが、前記てこ手段のピボット動作とともに変化する、請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記第２の近接検知要素が、前記対の電極を有し、前記電流経路が前記てこ手段によって提供される、請求項４８に記載の装置。
【請求項５０】
前記てこ手段が延長したてこ本体と、２つの接続アームを備え、前記接続アームが各側上の前記てこ本体から外側に延長し、前記てこ本体を前記支持構造に接続し、使用している前記てこ本体のピボットのまわりの軸（Ｐ）を規定し、前記軸（Ｐ）が前記てこ本体の端からオフセットされ、前記検知チップと前記てこ手段の前記部分が、前記てこ本体の端でまたはその近辺で前記軸（Ｐ）の反対側に配置される、請求項４３から請求項４９のいずれか一つに記載の装置。
【請求項５１】
前記てこ手段の前記部分が、前記検知チップより前記軸（Ｐ）から離れてオフセットされる、請求項５０に記載の装置。
【請求項５２】
前記てこ本体が、２つの側面に配置されたレッグ部分、前記てこ本体の一方の端でまたはその近辺で前記レッグ部分に相互接続する第１のブリッジ部分、前記てこ本体のもう一方の端でまたはその近辺で前記レッグ部分に相互接続する第２のブリッジ部分を備え、
前記検知チップが前記第１のブリッジ部分上に提供され、
前記第２のブリッジ部分が前記てこ手段の前記部分を有する、
請求項５０または請求項５１に記載の装置。
【請求項５３】
請求項４５または請求項４９に依存するときに、前記電流経路が前記接続アーム、前記接続アームと第２のブリッジ部分との間のレッグ部分の前記セクション、および、前記第２のブリッジ部分によって定義される、請求項５２に記載の装置。
【請求項５４】
前記第１のブリッジ部分を介した前記接続アーム間の電流の流れを阻止するための手段を含んでいる、請求項５３に記載の装置。
【請求項５５】
請求項４３から請求項５４のいずれか一つに記載の検知装置と、
前記検知チップによって走査される位置にあるサンプルを支持するためのサンプル支持台と、
チップによるサンプル走査するために、サンプル支持台と、検知装置との、相対的な動きを生じさせる手段と、
サンプル走査中に、前記サンプルの形態を表示可能な出力を提供するために、前記距離の変化を検出するための手段と
を備える、原子間力顕微鏡。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）ベースのデータストレージおよび顕微鏡システムに関する。本発明の具体的な実施形態によって、データストレージデバイスに使用される読み取り／書き込み装置および、原子間力顕微鏡に使用される検知装置を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
原子間力顕微鏡は、微小に形成された片持ち梁の端に載せられたチップによって、サンプルの形態を検知する、現在既知の装置である。サンプルを走査するとき、ナノメータの形状のチップと、サンプル表面の間の原子間力の相互作用によって、片持ち梁のピボットのふれが生じる。サンプルの形態は、このふれを検出することによって、決められる。このＡＦＭ技法は、大容量のメモリアプリケーション用の高密度で高速のデータ速度のデータストレージデバイスの新製品を提供する目的で、データストレージの分野で適用されている。ＡＦＭベースのデータストレージは、ＩＢＭ Ｊｏｕｒｎａｌ Ｏｆ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ＆ Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，Ｖｏｌｕｍｅ４４，Ｎｏ３，２０００年５月発行、ｐｐ３２３〜３４０、Ｖｅｔｔｉｇｅｒ等の「Ｔｈｅ ’Ｍｉｌｌｉｐｅｄｅ’ − Ｍｏｒｅ Ｔｈａｎ Ｏｎｅ Ｔｈｏｕｓａｎｄ Ｔｉｐｓ ｆｏｒ Ｆｕｔｕｒｅ ＡＦＭ Ｄａｔａ Ｓｔｏｒａｇｅ」に記載され、参照として本明細書で引用する。ここで、片持ち梁に載せられたチップを、データストレージ媒体の表面のデータを、読み取り、書き込むために使用する。この片持ち梁の設計およびこの読み取り／書き込み動作の基本原理を、以下に簡単に要約する。
【０００３】
ＡＦＭベースのデータストレージデバイスの読み取り／書き込み構成要素１を、添付図面の図１から図３に概略的に示す。構成要素１は、一般に、支持構造３（図では部分だけ示されている）に接続されている、Ｕ形の片持ち梁２を備えている。片持ち梁２のレッグ２ａ、２ｂが撓曲することによって、ピボット軸Ｐのまわりに、片持ち梁の実質上ピボット動作を提供する。読み取り／書き込みチップ４は、片持ち梁２の端でプラットフォームを形成する、ヒータ５の上に提供される。高密度でドーピングされたシリコンの片持ち梁のレッグ２ａ、２ｂによって、支持構造３の上の一対の電源供給用ライン（図示せず）の間にヒータプラットフォーム５を接続する電流経路が規定される。動作上は、この読み取り／書き込みチップ４は、６で概略的に示されているデータストレージ媒体の表面に対して斜めになっており、この図ではその断面を示す。この図においては、このストレージ媒体は、シリコン基板６ａ、および、４０ナノメートルの厚さのポリマー基板表面層６ｂを有している。
【０００４】
書き込みモードでは、ヒータプラットフォーム５は、電源供給用のラインにわたって可能な書き込みモードを適用することによって、書き込み温度ＴＷまで、加熱することができる。結果としてチップ４が加熱されることによって、ポリマー表面層６ａに熱が伝達される結果となり、ポリマーの局所的溶解を引き起こす。このことによって、チップ４は表面層に入り込むことができ、図１に示すように、くぼみ、もしくはビットインデント７を形成する。前述したくぼみはビットの「１」の値を表し、ビットの「０」の値は、くぼみが無いことによって表される。ストレージ媒体６は、読み取り／書き込み構成要素１と相対的に移動でき、このチップが、移動領域に対応する表面もしくは「記憶領域」にわたって、データの書き込みを可能にする。
【０００５】
読み取りモードでは、ヒータプラットフォーム５は、この温度依存性の抵抗を利用することによって、熱検知器として使用される。可能な読み取りモードは、電源供給ラインにわたって適用され、このヒータを、書き込み温度ＴＷより低く、ポリマー溶解を引き起こすほど高くはない、読み取り温度ＴＲにまで加熱する。ストレージ領域がチップ４によって走査されるときには、片持ち梁２のピボット位置は、くぼみ７が有るもしくは無いことによって、それぞれのビット位置で異なっている。くぼみが無い場合では、図２に示すように、ヒータプラットフォーム５とストレージ媒体６の間の距離は、ピットが有るときの対応する距離よりも長く、このチップは、図３に示すようにこのピットに入り込む。ヒータ５とストレージ媒体６の間のエアギャップにわたる熱伝達によって、ピットがビット位置に有るときには効率が良くなり、熱が相対的に高いことによってストレージ媒体に対して放出する結果となり、ヒータ５の温度は、したがってその抵抗は、低くなる。したがって、ストレージ領域が走査されるときは、このデータビットは、ヒータ５の温度変化を測定することにより、実際には、電源供給ラインの一方の一連の抵抗にわたって電圧の変化を測定することにより、検出される。
【０００６】
一つの読み取り／書き込み構成要素１の動作を以上に記述したが、実際には、前述した構成要素のアレイが、先に記載したように使用されている。各構成要素用の２本の供給ラインの一方は、アレイの同じ行の全ての構成要素に対して共通の行の供給ラインであり、もう一方の供給ラインは、アレイの同じ列の全ての構成要素に対して共通の列の供給ラインである。このようにして、供給ラインの数が最小化され、単純なｘ−ｙ（行ー列）のアドレス付け方式が、読み取り／書き込み構成要素に電力を供給し、ヒータ５を駆動するのに使用される。
【０００７】
したがって、前述した装置を使用して、供給ラインの一対のみが、書き込みモードおよび読み取りモードの両方の各構成要素に対処するために必要とされ、単純なｘ−ｙを使用することによって、アレイ構造をアドレス付けすることができる。しかし、個々の構成要素では、このヒータプラットフォームの設計によって、書き込み要求と読み取り要求の間の折り合いをつけることを余儀なくされ、このことにより、この書き込みモードとこの読み取りモードの間の動作効率を制限することになる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の第一の側面によれば、データストレージデバイスのための読み取り／書き込み構成要素が提供される。この読み取り／書き込み構成要素は、以下のものを含んでいる。それは、
てこ手段および支持構造であって、このてこ手段が、実質上ピボット動作をするために支持構造に接続され、使用されるこのてこ手段が、支持構造上の一対の電源供給ラインの間に第１の電流経路と第２の電流経路を提供し、この支持構造を介して、書き込みモードおよび読み取りモードで動作できる電源供給手段に接続可能である、てこ手段と支持構造と、
第１の電流経路において、このてこ手段上に提供される書き込みモードヒータと、
書き込みモードヒータ上に提供される、読み取り／書き込みチップと、
第２の電流経路において、このてこ手段上に提供される読み取りモードヒータと
電源供給手段が、この読み取りモードで操作されているときに、使用されている第１の電流経路を介して、書き込みモードヒータへの電流の流れを阻止するように配置される、結合解除手段である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
したがって、本発明の実施形態では、支持構造上の供給ライン間のそれぞれの電流経路にあるてこ手段上に、別々の書き込みモードヒータおよび読み取りモードヒータを提供し、結合解除手段によって、この構成要素が読み取りモードで動作するときに、電流経路を介した書き込みモードヒータへの電流の流れを阻止する。読み取りモード動作で書き込みヒータを結合解除するとともに、別々の読み取りヒータおよび書き込みヒータを使用することによって、書き込みヒータおよび読み取りヒータの設計を、書き込みモードと読み取りモードの動作要求により近づけるように調整でき、一方、この２つのモードの構成要素に対処する供給ラインは、依然として一対のみ要求される。たとえば、書き込みヒータは高速で低電圧低電力の書き込み要素を提供するように、低抵抗で小型に作成することができる。逆に、この読み取りヒータは、温度に対する感度を上げ、読み取りモードのＳＮ（ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ｎｏｉｓｅ）比を大きくするために、大型に作成でき、一方、この結合解除手段は、この場合は、書き込みヒータを加熱することによって、このヒータが書き込み温度に達するのを防ぐように、電流の流れを阻止するように動作する。したがって、この構成要素の効果は、たとえば書き込み速度の点では、消費電力と読み取りの感度が、この２つのモード動作のために追加の供給ラインを必要とすることなく非常に改良することができ、前述したように、単なるｘ−ｙアドレス付けアレイの配列を都合よく実施することができる。
【００１０】
結合解除手段が、読み取りモードで、書き込みヒータへの電流の流れを阻止することのみに働く実施形態においては、次に書き込みモードで、ＴＷまで書き込みヒータを加熱する間に、読み取りヒータへのある程度の加熱が発生する。このエネルギー損失は重大なものではないが、好ましい実施形態においては、この結合解除手段によって、電源供給手段が書き込みモードで動作しているときに、使用されている第２の電流経路を介して、読み取りモードのヒータに電流が流れることを阻止するよう、追加的に調整されている。前述した実施形態においては、この読み取りヒータおよび書き込みヒータは、効率よく別々に対処することが可能であり、読み取り／書き込みヒータの最適化によって最大性能の利得を得ることができる。
【００１１】
配置によって、この結合解除手段がこの動作モードに従った２つの電流経路の間を切り替えるために、いくつかの電源制御スイッチの形を含むように構想できる。しかし、簡単にするために、好ましい実施形態においては、この結合解除手段は書き込み結合解除および読み取り結合解除手段を含み、書き込み結合解除は電源供給手段が読み取りモードで動作するときに書き込みモードヒータへ電流が流れることを阻止し、読み取り結合解除手段は電源供給手段が書き込みモードで動作するときに読み取りモードヒータへ電流が流れることを阻止する。以下にさらに論ずるように、この構成要素の結合解除手段の配置は、てこ手段の特定の設計に依存する。
【００１２】
このてこ手段を、片持ち梁として構成することが可能であり、一方、組み込みは、片持ち梁上の伝導トラックのように電流経路を提供するように構想でき、この片持ち梁は、一般にその形態の効果によって電流経路を定める伝導構造として、便宜的に形成できる。一実施形態では、この片持ち梁は、支持構造の対応する端にそれぞれ接続する、２つの側面に配置されたレッグ部分、および、この２つのレッグ部分にそれぞれ相互接続している第１のブリッジ部分と第２のブリッジ部分を含んでいる。本実施形態では、この第１のブリッジ部分は書き込みモードヒータを含み、第２のブリッジ部分は読み取りモードヒータを含む。この実施形態では、レッグ部分と最初のブリッジ部分は、それ自体第１の電流経路を規定でき、第２の電流経路は、レッグ部分と第２のブリッジ部分によって同様に規定できる。前述した実施形態は、以下により詳細に説明され、この場合では、この結合解除手段は片持ち梁の上に配置される。他の実施形態においては、この片持ち梁は、支持構造の対応する端にそれぞれ接続される３つの側面に配置されたレッグ部分、この中央のレッグ部分を第１の外側のレッグ部分に相互接続する第１のブリッジ部分、および、この中央のレッグ部分を第２の外側のレッグ部分に相互接続する第２のブリッジ部分を含んでいる。また、この第１のブリッジ部分は書き込みモードヒータを有し、この第２のブリッジ部分は読み取りモードヒータを有している。しかし、この場合では、第１の外側のレッグ部分、第１のブリッジ部分、および、中央のレッグ部分によって、この第１の電流経路を規定し、第２の外側のレッグ部分、第２のブリッジ部分、および、中央のレッグ部分によって、この第２の電流経路を規定する。この構造を使用すると、この結合解除手段を、以下に記載するように支持構造の上に都合よく配置できる。
【００１３】
代替的な配置では、このてこ手段は、先の配置の中の片持ち梁と同様の構成ではなく、延長したてこ本体、および、てこ本体のそれぞれの側面から外側に伸び、てこ本体を支持構造に接続し、てこ本体の端からオフセットされ、そのまわりで使用されている、てこ本体がピボット（旋回）するピボット軸を規定する、２つの接続アームを、備えている。この「スイングてこ」の配置では、書き込みモードヒータと読み取りモードヒータは、てこ本体の端またはその近くで、ピボット軸の反対側に配置される。また、このてこ本体は、２本の電流経路を定めるように形成することができ、このような実施形態の例を以下に説明する。
【００１４】
てこ手段のどの特定構造であっても、好ましい実施形態においては、読み取りモードヒータは、書き込みモードヒータよりも、このてこ手段のピボット動作の軸から離れてオフセットされる。この形態によって、読み取りモードヒータによって描かれるピボットの動きを、読み取り／書き込みチップによって描かれる動きと比較して増幅する機械的な増幅機構が提供され、先の配置と比較して、リードバックの感度についても、さらに改善することができる。
【００１５】
この結合解除手段自体は、内部で、この電源供給手段がこの２つの異なるモードでどのように動作するかに依存して、様々な形式をとることができる。特定の簡単なシステムでは、書き込みモードの供給ラインの間に可能な一極性を課し、読み取りモードの供給ラインの間に可能な反対極性を課すように、この電源供給手段を配置することができる。前述したシステムで使用される読み取り／書き込み構成要素では、この書き込み結合解除手段は、可能な読み取りモードの適用の結果として生じる電流の流れの向きでの書き込みモードヒータへの電流の流れを単に阻止し、可能な書き込みモードの適用の結果として生じる電流の流れの向きでの読み取りモードヒータへの電流の流れを単に阻止することができる。
【００１６】
前述した発明の実施形態に、新規の読み取り検知の構成を、追加して使用することができる。具体的に、この支持構造は、ピボットの動作の軸に十分に平行な平面内で、このてこ手段のまわりに少なくとも部分的に延長でき、この読み取りモードヒータは、このてこ手段のまわりの支持構造の表面上に延長でき、読み取りモードヒータとこの表面との間にギャップを提供する。その結果、このギャップの厚さは、てこ手段のピボット動作とともに変化する。従来の装置に、熱的読み取り検知システム用のヒートシンクとしてストレージ媒体を使用するのではなく、この配置を使用することにより、この支持構造をヒートシンクとして使用することができる。この配置を使用する実施形態においては、この読み取りモードヒータは、ポリマーを溶解し、したがってデータ消去可能という危険を伴うことなく、高めの温度で動作できる。この構成要素の構成においては、読み取りモードヒータと支持構造の間のギャップを、たとえば一度きりのフィルムプロセスを使用して、小型に作成でき、正確に制御することができる。したがって、この配置によって、読み取りモードの感度についても、さらに改善することが可能になる。
【００１７】
前述したような本発明の第１の側面の実施形態においては、結合解除手段は、電流の流れを阻止するために与えられ、したがって、読み取りモード動作において、少なくとも書き込みモードヒータの加熱が阻止される。本発明の第２の側面において、データストレージデバイス用の読み取り／書き込み構成要素が提供され、この読み取り／書き込み構成要素は以下のものを含んでいる。それは、
てこ手段および支持構造であって、てこ手段が実質上ピボット動作をするために支持構造に接続され、支持構造上の対の電源供給ライン間の少なくとも一つの電流経路を供給している、てこ手段および支持構造と、
前記電流経路内で、てこの手段上に提供される書き込みモードヒータと、
前記書き込みモードヒータ上に提供される、読み取り／書き込みチップと、
前記電流経路内で、てこの手段上に提供される読み取りモードヒータであり、
この構成要素において、この書き込みもーどヒータとこのてこ手段の隣接領域、およびこの読み取りモード検知器とこのてこ手段の隣接領域の、温度特性は、使用される供給ラインを介して第１の信号パルスを適用することにより、書き込みモードヒータは、書き込み温度ＴＷまで加熱可能であり、一方、読み取りモード検知器はＴＷより低い温度のままにし、第１の信号パルスより小さい振幅で長いパルス間隔の第２の信号パルスを適用することにより、使用されている供給ラインを介して、この読み取りモード検知器は、読み取り温度ＴＲ＜ＴＷにまで加熱でき、一方、書き込みモードヒータは、ＴＷより低い温度のままにする。
【００１８】
代わって、本発明の第２の側面の実施形態においては、読み取りモード検知器は、前述した書き込みモードヒータと別々に提供されるが、この実施形態においては、この結合解除機構は、電気的ではなく熱的である。特に、これらの実施形態では、この配置によって、書き込みモードヒータの熱特性、読み取りモード検知器、およびてこ手段の隣接領域について、以下の動作を可能にする。（ａ）書き込みモードヒータを第１の信号パルスによってＴＷまで加熱し、一方、読み取りモード検知器の温度はＴＷより低い温度を持続し、（ｂ）読み取りモード検知器を、低出力でパルス間隔が長い第２の信号パルスによってＴＲまで加熱し、一方、書き込みモードヒータの温度はＴＷより低い温度を持続する。したがって、この書き込みモードヒータは、比較的長く、低振幅の読み取りモードパルスに応答して、ＴＷまで加熱しない程度にまで、読み取りモードにおいて熱的結合解除する結果となる。同様に、この読み取りモード検知器は、比較的短く、高振幅の書き込みモードパルスに応答して、ＴＷまで加熱しない程度にまで、書き込みモードにおいて熱的結合解除する結果となる。したがって、前述した電気的な結合解除の実施形態を使用するときのように、読み取りモード検知器は、書き込みモードヒータと別々に提供されるが、その構成要素は、書き込みモードおよび読み取りモードの両方に、一対の供給ラインのみを使用して、依然として対処できる。したがって、この熱的結合解除機構を使用する実施形態によって同様な利点が提供される。
【００１９】
てこ手段要素の構成、配置、形態、大きさおよび材質などの様々な側面の設計を、適切に選択し、要求された熱特性を提供できることは、当業者には明白である。たとえば、所与の要素の熱容量は、所与の温度にまでこの要素を加熱するために必要なエネルギー量を表し、この要素の材質および体積に依存する。同様に、構成要素のサーマル時間定数は、素材の表面の熱損失比および熱伝達における隣接要素の熱効率に依存し、したがって、大きさ、面積、断面および材質などの要因に依存する。したがって様々な形態を適当に選択することによって、書き込みモードヒータとその周辺との間および読み取りモードヒータとその周辺との間の、異なる熱的結合強度を達成することができる。
【００２０】
好ましい実施形態においては、この書き込みモードヒータは読み取りモード検知器より小さく、書き込みモードヒータに隣接するてこ手段の領域は、使用されている書き込みモードヒータから相対的に高速に熱が失われ、読み取りモード検知器に隣接するてこ手段の領域は、使用されている読み取りモード検知器から相対的に低速に熱が失われるようになっている。たとえば、特定の好ましい場合においては、てこ手段が前記少なくとも一つの電流経路を規定するために実質的に伝導性の材料の形で形成され、読み取りモード検知器に隣接するてこ手段の領域は、使用されている読み取りモード検知器からの熱損失を阻止するように圧縮することが好ましい。
【００２１】
このてこ手段は、片持ち梁もしくは電気的に結合解除する実施形態としての他の方法で、様々に構成することができるが、特に便宜的な片持ち梁の構成を以下に詳しく説明する。さらに、本発明のこの側面における実施形態では、ヒートシンクとしてこの支持構造を使用する前述したような新規の読み取り検知配列を使用でき、ピボット軸から書き込みヒータより離れて読み取りモード検知器を配置することによって、機械的な増幅を利用できるという利点を得ることができる。いくつかの実施形態では、この読み取りモード検知器自体は、前述したようなヒータを含むことができる。しかし、他の実施形態では、この読み取りモード検知器は、使用されている読み取りモード信号パルスを適用する間、書き込みモードヒータからの熱損失によって読み取り温度ＴＲまでの読み取りモード検知器の加熱が引き起こされるように、書き込みモードヒータに十分近接している熱抵抗性検知器を単に備えることができる。
【００２２】
前述した新規の読み取り検知器の配置の基本原理を展開することによって、種々の読み取り検知機構を使用する読み取り／書き込み構成要素を効率的に実施することが、実用的になる。したがって、本発明の第３の側面によれば、データストレージデバイス用の読み取り／書き込み構成要素が提供される。この読み取り／書き込み構成要素は、以下のものを含む。それは、、てこ手段および支持構造であって、このてこ手段が実質上ピボット動作をするために、支持構造に接続され、この支持構造上の一対の電力供給ラインの間に第１の電流経路を提供し、この支持構造が前記ピボット動作の軸にほぼ平行な平面内で、このてこ手段のまわりに少なくとも部分的に延長する、てこ手段および支持構造と、
第１の電流経路内で、てこの手段上に提供される書き込みモードヒータと、
書き込みモードヒータ上に提供される、読み取り／書き込みチップと、
てこ手段のまわりの支持構造の部分上に提供される第１の近接検知要素と、
このてこ手段上に提供され、この第１の近接検知要素の上に配置される、第２の近接検知要素であって、第１の近接検知要素と第２の近接検知要素との間の距離が、このてこ手段のピボット動作とともに変化する、第２の近接検知要素であり、
少なくとも一つのてこ手段と支持構造が、第１の近接検知要素と第２の近接検知要素を介して、供給ラインを結合するために、第２の電流経路を提供する。
【００２３】
本発明のこの側面を具現化する読み取り／書き込み構成要素の例が、以下に詳しく説明される。本発明のこの側面による実施形態は、前述したような結合解除手段を使用することができ、具体的には、読み取りモード動作において、少なくとも書き込みモードヒータへの電流の流れを阻止し、また、好ましくは、要求される場合には、書き込みモードにおいて、読み取り検知器の配列への電流の流れを阻止することは明白であろう。さらに、このてこ手段の種々の構成によって、前述したように構想できるが、具体的に好ましい配置について、以下に詳細に説明する。
【００２４】
以上の記述は、データストレージアプリケーションに具体的に焦点を当てているが、前述したような構成要素の種々の特徴は、および、より具体的には新規の読み取り検知配列は、また、当業者には既知であり、本明細書では詳細に記述しないけれども、この動作原理についての以下の基本的な記載を考慮するのに有用である、原子間力顕微鏡アプリケーション、ＡＦＭ技法において、かなりの利点を提供することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
添付図面の図４は、ＡＦＭの概略図を示し、本技術分野で使用される３つの基本的検出機構を、同一の図で示している。ＡＦＭの検知装置１０は、ピボット軸Ｐのまわりで実質上ピボット動作をするために支持構造１２に接続された微細に形成された片持ち梁１１を有し、この動作は、前述したように片持ち梁本体の撓曲性によって提供されている。この検知チップ１３は、支持構造１２から離れて、片持ち梁の端に配置される。動作上は、分析されるサンプル１４は、サンプル支持台１５の上に載せられる。駆動機構は、参照番号１６で概念的に示すが、サンプル支持台１５と検知装置１０を相対的に動かし、その結果、このサンプルはチップ１３によって走査される。走査中は、チップとサンプル表面の間の原子間力の相互作用によって、片持ち梁１１のピボット動作が生じ、サンプルの形態はこの動きを検出することによって明らかになる。３つの基本的検出システムを、一般的に１７、１８、１９で示す（実際には、もちろん、この検出システムのうちの一つのみが使用される）。この第１のシステムは、図１７で概念的に示されるように、片持ち梁のふれを検出するために、光学的機構を使用する。第２のシステムはピエゾ電気要素１８を使用し、片持ち梁のピボットのふれによって生じる応力を検知する。第３のシステムは、片持ち梁１１の上に載せられるインライン電極１９を使用する。このことによって、片持ち梁１３用の近接検知器として働き、片持ち梁とインライン電極１９の間の距離は、片持ち梁のふれとともに変化する。
【００２６】
前述したＡＦＭシステムに関連した様々な問題がある。インライン電極配列１９は、形成が困難であり、一方、光学検知機構１７を提供することは、結果として比較的複雑な配置となる。ピエゾ電気機構１８を使用する場合は、応力に依存する感度は、片持ち梁のふれによって引き起こされ、この応力は片持ち梁の剛性とともに増加する。より剛性の大きい片持ち梁は、高感度を提供するが、この場合、同じふれに対しチップとサンプル間のより高い接触圧力が要求され、チップの磨耗と、サンプルに損傷を与える可能性が、増大してしまう結果となる。
【００２７】
本発明の第４の実施形態によれば、原子間力顕微鏡のための検知装置が提供される。この装置は、以下のものを含んでいる。それは、
てこ手段および支持構造であって、このてこ手段が実質上ピボット動作をするために、支持構造に接続されており、この支持構造が前記ピボット動作の軸にほぼ平行な平面内で、てこ手段のまわりに少なくとも部分的に延長している、てこ手段および支持構造と、
てこ手段上に提供される検知用のチップであって、チップと、使用される走査されるサンプルとの間の原子間力の相互作用によって、てこ手段の前記ピボット動作を引き起こす検知用のチップとであり、
てこ手段の部分が、前記部分の間の距離が前記ピボット動作とともに変化するように、てこ手段のまわりの支持構造の部分の上に延長し、そのことによって、使用されているチップによって走査されるサンプルの形態が、前記距離の変化によって表される。
【００２８】
したがって、本発明のこの側面の実施形態においては、チップの動きは、前述で定義したてこ手段の特定部分と支持構造の特定部分の相対的な近接を検出することによって、簡単に測定することができる。このことによって、前に論じた既存のシステムの欠点を回避する、簡単で高効率の近接検知機構が得られる。
【００２９】
この装置の前述した部分における近接の変化は、様々な方法で検出できることは明白であり、具体例を、以下に記述する。しかし、前述した要素のうちの少なくとも一つが、この変化を検知するための近接検知要素を提供することが好ましい。具体的には、好ましい実施形態では、前述したデータストレージ構成要素と同様の熱的近接検知器を使用する。本実施形態では、このてこ手段の前述した部分は、ヒータを有することができ、このてこ手段は使用されているこの支持構造を介して、供給電源へヒータを接続するための電流経路を提供し、このことにより、この支持構造の前記部分は、ヒータの温度が前記距離の変化とともに変化するようなヒートシンクとして働く。ヒートシンクとして働く支持構造を使用すると、このヒータは、たとえば生物サンプルなどのサンプルに損傷を与える危険なしに、比較的高温で動作できる。近接検知システムが使用される場合は、常に、感度をあげるため、てこ手段の前述部分は、ピボット動作軸から離れた、てこ手段の位置にもしくはその近辺に、配置することが好ましい。前述した読み取り／書き込み構成要素を使用するときは、このてこ手段は、様々な構成をとることができるが、機械増幅をともなったこの「スイングてこ」の構造は、この実施形態では特に利点がある。以下により詳しく説明するが、読み取り／書き込み構成要素に関して、前述した様々な他の形態を、検知装置の実施形態に有益となるように使用できる。
【００３０】
本発明の他の側面は、前述したような検知装置を組み込んでいる、原子間力顕微鏡を提供する。本発明のそれぞれのさらなる側面によって、本発明の第１、第２および第３の側面に従った読み取り／書き込み構成要素のアレイを含む装置、および、前述したアレイを組み込んだデータストレージデバイスを含む装置を提供する。
【００３１】
本発明の好ましい実施形態を、例示の目的で、添付図面を参照しながら、次に記述する。
【００３２】
次に図５を参照すると、データストレージデバイス２０は、データストレージ媒体２１と、読み取り／書き込み構成要素２３のアレイ２２の形の読み取り／書き込み装置を備えている（読み取り／書き込み構成要素２３として使用する様々な実施形態を、以下に詳しく説明する。しかし、これらの構成要素には、要求される場合は増幅回路などの追加回路を含むことができることは明白であるが、このような追加回路は本発明の実施形態の中心となるものではなく、したがって、以下の記述からは省略している）。各読み取り／書き込み構成要素２３は、図に概念的に示すように、行の供給ラインＲと列の供給ラインＣの、２つの供給ラインに接続される。アレイの同じ行の全ての構成要素２３は、同一の行の供給ラインＲを共有する。同様に、アレイの同じ列の全ての構成要素は、同一の列の供給ラインＣを共有する。駆動手段は、２４で概念的に示され、このアレイとストレージ媒体の相対的な動きを可能にし、そのことによって、動作中に、各構成要素２３は前述したような別々のストレージ領域を走査でき、ストレージ媒体に対する動作位置に、このアレイを正確に配置できる。
【００３３】
アレイ２２の行のラインＲと列のラインＣは、２５で汎用的に表されている供給電源、および読み取り検出回路に接続される。回路２５はアレイ２２の構成要素に電源を供給するように動作し、個々の構成要素２３は、回路２５の行と列のマルチプレクサ（別々には図示せず）を介して、既知の方法によって、行と列のラインにアドレス付けされる。各構成要素２３は、書き込みモードおよび読み取りモードの両方でアドレス付けされることが可能であり、この電源供給回路は書き込みモードの供給ラインを介して書き込みモード信号を供給し、読み取りモードの供給ラインを介して読み取りモード信号を供給する。このブロック２５の読み取り検出回路は、読み取りモードで動作し、構成要素２３の読み取り検知機構によって示されるビット値を検出する。一般的には、この読み取り検出は、当業者には明白である、様々な方法で実行できる。しかし、以下に記載される具体的な実施形態では、この読み取り検出は、アレイ２２の列のラインＣに接続される一連の抵抗にわたって電圧を測定することによる従来のシステムで、便宜的に実行される。
【００３４】
図６は、読み取り／書き込み構成要素３０の第１の実施形態を示し、この読み取り／書き込み構成要素３０は、図５のデータストレージデバイスのアレイ２２と同様の構成要素のアレイに使用されることができる。この構成要素３０は、片持ち梁３１の形で部分のみを図に示した支持構造３２に接続された、てこ手段を含んでいる（組み込み支持構造は、実際は、アレイの全ての構成要素用に提供され、この全アレイは、一般的に知られるタイプの半導体生成技術を使用する集積回路として形成される。したがって、このチップの主要な本体はアレイの全ての片持ち梁３１用の支持構造３２を提供する）。この片持ち梁３１は、第１のブリッジ部分３４と第２のブリッジ部分３５によってそれぞれ相互接続された、側面に配置された２つの片持ち梁のレッグ部分３３ａと３３ｂによって形成される。書き込みモードヒータ３６は、第１の、比較的小さいセクションのブリッジ部分３４の中央に配置され、読み取り／書き込みチップ３７用のプラットフォームを形成する。一対のダイオード３８ａと３８ｂは、ヒータ３６のどちらか片側のブリッジポート３４に組み込まれる。これらのダイオード３８ａと３８ｂは、以下に説明するように、書き込み結合解除手段を構成する。この第２のブリッジ部分３５は、書き込みモードヒータ３６よりもかなり大きく、支持構造への接続点から離れて、片持ち梁のレッグ３３ａ、３３ｂの端に接続する、読み取りモードヒータ３９によって形成される。一対のダイオード４０ａ、４０ｂも、読み取りモードヒータ３９のどちらか片側の第１のブリッジ部分と第２のブリッジ部分の間の、片持ち梁のレッグのセクションに組み込まれる。これらのダイオード４０ａ、４０ｂは、以下に説明するように読み取り結合解除手段を構成する。
【００３５】
片持ち梁のレッグ３３ａ、３３ｂの撓曲性が変化することによって、この片持ち梁は、支持構造への接続点でピボット軸Ｐのまわりに実質上ピボット動作を示すことができる。（この動きが片持ち梁のレッグの撓曲性によって提供されるので、この動きはピボット上に載せられた剛体のようにはピボット軸のまわりに厳密なピボット動作をすることはないことは当然明白である。しかし、この効果は、実質上同じであり、「ピボット動作」および「ピボット軸」の用語は、本明細書ではそのように解釈されるものとして使用されている。）
【００３６】
このアレイを形成する間に、片持ち梁構造の様々な要素が、既知の半導体プロセス技術によって形成される。この片持ち梁のレッグ３３ａ、３３ｂは、本明細書では、書き込みヒータ３６および読み取りヒータ３９を、この支持構造上の行の供給ラインＲと列の供給ラインＣに導電的に接続するために、高密度にドーピングされたシリコンで形成される。この形態の効果によって、この片持ち梁３１は供給ラインＲ、Ｃの間の２つの電流経路を規定することがわかる。この片持ち梁のレッグ３３ａ、３３ｂと第１のブリッジ部分３４は、ダイオード３８ａ、３８ｂおよび書き込みヒータ３６を有する、第１の電流経路を提供する。このレッグ３３ａ、３３ｂと第２のブリッジ部分３５は、ダイオード４０ａ、４０ｂおよび読み取りヒータ３９を有する、第２の電流の経路を提供する。図７はこの構成要素３０用の、等価の電気回路を示す。この図から、ダイオード対３８ａ、３８ｂは、供給ライン間の一方の向きの電流の流れを阻止するように接続され、一方、ダイオード対４０ａ、４０ｂは、反対の向きの電流の流れを阻止するように接続されることがわかる。
【００３７】
図５のストレージ装置のアレイ２２内のこの構成要素３０の動作において、この電源供給回路２５は、書き込みモードで、供給ラインＲ、Ｃの間に可能な一方の極性を適用するように動作し、読み取りモードでは、供給ラインの間に可能なもう一方の極性を適用するように動作する。したがって、書き込みモードでは、電流は、ダイオード３８ａ、３８ｂを介して、書き込みヒータ３６への第１の電流経路を流れるが、第２の電流経路の読み取りヒータ３９への電流の流れは、ダイオード４０ａ、４０ｂによって阻止される。同様に、読み取りモードでは、電流は、ダイオード４０ａ、４０ｂを介して読み取りヒータ３９への第２の電流経路を流れるが、第１の電流経路の書き込みヒータ３６への電流の流れは、ダイオード３８ａ、３８ｂによって阻止される。したがって、この書き込みモードでは、狭いブリッジ部分３４にある小型の低抵抗の書き込みヒータ３６が、読み取りヒータ３９に、エネルギーを無駄に消費することなく、書き込み温度ＴＷまで、かなり高速に加熱される。読み取りモードにおいては、比較的大規模な読み取りヒータ３６によって、熱検知動作用ための高い感度がもたらされ、読み取り温度ＴＲまで加熱する間、この書き込みヒータ３６は、ダイオード３８ａ、３８ｂの結合解除動作によって、加熱が妨げられる。したがって、このチップ３７とストレージ媒体のポリマー表面層は、読み取りの間には低温度で保持されることとなり、ポリマーが磨耗するのを低減している。したがって、構成要素３０のすべてによって、高速の書き込み速度、低消費電力および高い読み取り感度をともなう、高効率の読み取り／書き込み構成要素を提供し、行の供給ラインと列の供給ラインの一つの対を介して、両モードに対処することが可能である。
【００３８】
電気的に結合解除効果を成し遂げるには、ダイオード対３８ａ、３８ｂおよび４０ａ、４０ｂのうちの一つのみが、この実施形態において提供される必要があることは、明白であろう。しかし、この好ましい配列においては、それぞれの対の２つのダイオードは、ピボット軸Ｐに対して垂直な長軸方向のまわりの片持ち梁のバランスをとるために提供されている。また、２つのヒータ３６と３９のうち、読み取りヒータ３９は、ピボット軸Ｐから離れている方の、片持ち梁３１のブリッジ部分の上に提供されることに留意されたい。逆の配置が可能であるけれども、この配置は、チップ３７によって走査している読み取りモードを、読み取りプラットフォームの動きに拡張するために、書き込みプラットフォームのピボット動作を保証する。図８はこの効果をさらに利用する一実施形態を示す。この実施形態の構成要素４５では、片持ち梁の様々な要素が図６の要素に対応するけれども、読み取りヒータ４６とピボット軸の間の距離ｄ１と、書き込みヒータ４７とピボット軸ｄ２の比が増大し、それによって、図の矢印で示されたように、チップのピボット動作の振幅が、図で矢印で示されるように増加する。この機械的な増幅機構によって、構成要素の読み取り感度がさらに改良される。特定のチップ対ピボット軸の間の距離を達成可能な増幅要素（ｄ１／ｄ２）が、動作速度、撓曲性、および、片持ち梁の共鳴周波数などの構成要素の様々な面においての設計に依存することは明白である。しかし、少なくとも２つの増幅ファクターについて容易に達成することが可能であり、好ましい実施形態では、この増幅ファクターは、設計の制約に依存して、約５から約１０までの間の値である。
【００３９】
図９は、図５のデータストレージデバイスに使用される、読み取り／書き込み構成要素の第３の実施形態を示す。この実施形態の構成要素５０は、また、ピボット軸Ｐのまわりに実質上ピボット動作をするために、支持構造５２に接続される片持ち梁５１を備えている。しかし、この実施形態においては、この片持ち梁は側面に配置された３つのレッグ５３ａ、５３ｂ、５３ｃを備える。第１のブリッジ部分５４は、外側のレッグ５３ａと中央のレッグ５３ｂを相互接続する。第２のブリッジ部分５５は、外側のレッグ５３ｃと中央のレッグ５３ｂを相互接続する。第１のブリッジ部分は、読み取り／書き込みチップ５７用のプラットフォームを形成する、書き込みモードヒータ５６によって形成される。読み取りモードヒータ５８は、第２のブリッジ部分５５内に提供される。前述したように、この伝導性の片持ち梁のレッグ５３ａ、５３ｂ、５３ｃは、図に示すように、支持構造５２上の行の供給ラインＲと列の供給ラインＣへの接続を提供する。片持ち梁は、また、供給ラインＲ、Ｃの間の２つの電流経路を規定することがわかるだろう。この第１の電流経路は、外側のレッグ５３ａ、書き込みヒータ５６を有する第１のブリッジ部分５４、および中央のレッグ５３ｂによって、規定される。この第２の電流経路は、外側のレッグ５３ｃ、読み取りヒータ５８を有する第２のブリッジ部分５５、および、中央のレッグ５３ｂによって規定される。結合解除手段が、また、提供されているが、この実施形態では、この結合解除手段は、この支持構造の上に配置される。特に、図に示すように、書き込み結合解除ダイオード６０は、行の供給ラインＲと外側のレッグ５３ａとの間に接続され、読み取り結合解除ダイオード６１は、行の供給ラインＲと外側のレッグ部５３ｃとの間に接続される。この実施形態の等価な電気回路を、図１０に示すが、この図から、このダイオード６０および６１が、供給ラインＲとＣの間の逆向きの電流の流れを阻止するために接続されていることがわかるだろう。したがって、図５のデータストレージデバイスの、この実施形態の動作では、この電源供給回路には、また、書き込みモードと読み取りモードにおいての供給ラインの間に、可能な逆の極性が適用される。書き込みモードでは、電流は、ダイオード６０を介して、書き込みヒータ５６へ、第１の電流経路を通って流れるが、第２の電流経路を通る読み取りヒータ５８への電流の流れは、ダイオード６１によって阻止される。読み取りモードでは、電流は、ダイオード６１を介して、読み取りヒータ５８へ、第２の電流経路を通って流れるが、第１の電流経路を通る書き込みヒータ５６への電流の流れは、ダイオード６０によって阻止される。したがって、対応する動作上の利点が、図６の構成要素３０に利用されているように、この実施形態に利用されている。しかし、この実施形態では、一つのダイオードのみが、各電流経路内に提供されている。さらに、この片持ち梁の設計を使用して、結合解除手段を、片持ち梁自体にではなく、支持構造上に、便宜的に配置することもできる。
【００４０】
ダイオードが、この図面で示される特定の実施形態において電気的な結合解除機構として使用されるが、当業者には、この電気的な結合解除システムが、たとえば、トランジスタもしくは所望の結合解除効果を提供するように配置された他の要素などの、様々な他の方法で実施できることは明白であろう。さらに、逆極性の電圧が、この書き込みモード動作および読み取りモード動作の実施形態で使用されるが、たとえば電圧の様々なレベルや、一定の閾値レベルの間もしくは一定の閾値レベル以上で、閾値以上／閾値以下の電流の流れを阻止するように配置された回路要素などを使用する、他のシステムが構想できることは明白である。この結合解除機構は、本明細書で示されたシンプルなダイオード配置と比べてより複雑であり、支持構造上にこの結合解除手段を配置が可能であることによって、特に利益を得ることができる。したがって、図９のこの片持ち梁の設計は、この結合解除システムを実施する際に、特に柔軟性をもたらすことになる。
【００４１】
図１１はてこ手段が「スイングてこ」構造を備える、読み取り／書き込み構成要素の第４の実施形態を示す。特に、この実施形態の構成要素６５では、このてこ手段は、２つの接続アーム６８ａと６８ｂによって、この支持構造６７（図にはまた部分的にのみ示す）に接続されている、延長したてこ本体６６を備えている。この接続アームのねじれによって、図の矢印で示すように、ピボット軸Ｐのまわりで、てこ本体６６は実質上ピボット動作をする。このてこ本体６６は、側面に配置された２つのレッグ７０ａと７０ｂとを有し、このレッグの一方の端は第１のブリッジ部分７１によって、もう一方の端は第２のブリッジ部分７２によって、相互接続されている。小型の書き込みモードヒータ７３は、この第１の、比較的狭いブリッジ部分７１に配置され、読み取り／書き込みチップ７４のためのプラットフォームを提供する。第２のブリッジ部分７２は、比較的大型の読み取りモードヒータ７４によって形成される。この伝導性のてこ本体と接続アームによって、この支持構造６７上の、行のラインＲと列のラインＣの間の、２つの電流経路が規定される。この第１の電流経路は、接続アーム６８ａ、６８ｂ、接続アームと第１のブリッジ部分７１の間のレッグ７０ａ、７０ｂのセクション、および書き込みヒータ７３を有するこの第１のブリッジ部分によって提供される。この第２の電流経路は、接続アーム６８ａ、６８ｂ、接続アームと第２のブリッジ部分７２の間のレッグ７０ａ、７０ｂのセクション、および読み取りヒータ７５を有するこの第２のブリッジ部分によって提供される。書き込み結合解除ダイオード７７ａ、７７ｂと、読み取り結合解除ダイオード７８ａ、７８ｂの形での結合解除手段は、このてこ本体６６上に提供される。この書き込み結合解除ダイオード７７ａ、７７ｂは、この接続アームと書き込みヒータ７３の間に、てこ本体の長軸方向に対称的に配置され、この読み取り結合解除ダイオード７８ａ、７８ｂは、この接続アームと読み取りヒータ７５の間に、同様に配置される。
【００４２】
図１２は、この実施形態の構成要素６５のための、等価な電気回路を示す。この図では、前述したように、書き込み結合解除ダイオード７７ａ、７７ｂは、読み取り結合解除ダイオード７８ａ、７８ｂと逆向きの、供給ラインＲ、Ｃの間の電流の流れを阻止するために、接続されることがわかる。したがって、図５のデータストレージデバイスの動作では、この読み取り結合解除ダイオード７８ａ、７８ｂは、第１の電流経路を介して、この書き込みヒータを駆動するために、可能な書き込みモードを供給ラインの間に適用する場合に、読み取りヒータ７５への電流の流れを阻止する。同様に、書き込み結合解除ダイオード７７ａ、７７ｂは、逆極性の可能な読み取りモードが、第２の電流経路を介して、読み取りヒータ７５を駆動するために、逆極性の可能な読み取りモードを適用する場合に、書き込みヒータ７３への電流の流れを阻止する。したがって、前述された片持ち梁の配置などの、対応する動作上の利点が、この実施形態に対して適用される。さらに、小セクションの接続アーム６８ａ、６８ｂのねじれは、片持ち梁のレッグ７０ａ、７０ｂを非常に撓曲することなく、このてこ本体のピボット動作を提供するために、かなり効果的である。前述した機械的な増幅機構は、このスイングてこ構造において、この読み取りヒータ７５を、チップ７４を有する書き込みヒータよりピボット軸Ｐから遠くにオフセットするのにも、容易に使用されることに留意されたい。
【００４３】
前述した実施形態では、読み取りヒータ用のヒートシンクとしてストレージ媒体２１を使用することにより、読み取り検知器を従来のシステムと同様に実行することができる。しかし、図１３は、ヒートシンクとして支持構造を使用して実行するための、熱的読み取り検知器用に、このてこ手段と支持構造を配置する、読み取り／書き込み構成要素の実施形態を示す。この実施形態の構成要素８０は、図１１のスイングてこの具体的表現と一般に同様であり、鍵となる違いのみを図に示す。第１に、図に示すように、この実施形態の支持構造８１は、ピボット軸Ｐにほぼ平行な平面内でてこ本体８２のまわりに、てこ本体の通常の範囲で、延長する。（もちろん、支持構造の表面自体は平面である必要はなく、ここで示された平面は、この支持構造がてこ本体のまわりに延長する、一般的な方向を単に示している。）第２に、てこ本体の部分８２、具体的には読み取りモードヒータ８３は、この支持構造の部分８１の上に延長し、このヒータと支持構造の面している表面との間のギャップＧを提供する。この図からわかるように、ギャップＧの厚さは、てこ本体のピボット動作とともに変化する。したがって、この実施形態では、アレイチップの本体によって提供される支持構造を、熱的読み取り検知システム用のヒートシンクとして使用できる。このことにより、たとえば一度きりのフィルムプロセスによってギャップＧをかなり小さく作成でき、構成要素を形成する際に正確に制御できるので、読み取り感度をさらに改良することができ、この読み取りモードヒータは、データを消去する危険なく、より高い温度で動作できる。さらに、ここで留意すべき違いは、てこ本体８２が、読み取りヒータ８３に面している支持構造の表面に対して、この書き込みヒータが読み取りヒータよりもチップ８４の方向に離れてオフセットするように形成されていることである。この具体的な実施形態では、この形成は、図に示すように、接続アームのチップ側上の、てこ本体の上向きに曲がったセクションによって達成される。この形態により、使用されている読み取りヒータとストレージ媒体の間隔が増加するように働き、その結果、この読み取り検知動作の結果として得られる間隔の個体間格差を低減し、さらに読み取り感度を高めている。（同様の効果を、異なる配置による他の方法で達成できる。たとえば、一次元のアレイで、または、以下に記述するＡＦＭ検知装置などの一チップシステムでは、この読み取りヒータとストレージ媒体のスペーシング（もしくはＡＦＭ当量）は、読み取りヒータをチップよりも媒体から遠ざけるように、装置をこの媒体と相対的に傾けることによって、単に増加する。）
【００４４】
図１３の読み取り検知器の配置を使用することは、スイングてこ構造を備える構成要素に特に都合が良いけれども、同様の配置が、支持構造の適切な構成による上述したような片持ち梁の実施形態に使用できることは明白である。このような場合には、前述したような読み取りヒータとストレージ媒体のスペーシングを大きくするために、所望される場合には、この書き込みヒータプラットフォームを、読み取りヒータと相対的に上昇させることができる。また、たとえば、図９の実施形態では、この読み取りヒータを、ヒートシンクとしての支持構造を使用するように構成し、前述したような機械的増幅機構を利用するために、チッププラットフォームよりもピボット軸から離してオフセットすることができる。どの場合においても、前述したような読み取り検知器の配置が使用されるときは、この支持構造をてこ手段のまわりに完全に延長する必要はないけれども、この構造を、読み取りヒータ用のヒートシンクとして十分に働かせることができることは、明白である。
【００４５】
前述したこの読み取り検知器の配置を使用して、熱近接検知器としてこの読み取りヒータを使用する近接検知が、読み取りヒータと支持構造の間で行われる。しかし、この同様の基礎配置を使用すると、他の近接検知機構を使用する読み取り検知システムが実用化される。一般的に、第１の近接検知要素を、この支持構造の上に配置でき、第２の近接検知要素を、てこ手段の上に提供できる。この第２の要素は、２つの間の距離がピボット動作とともに変化するように、支持構造上の要素の上に配置される。図１４から図１７は、電極が、近接検知要素として使用されている、他の近接検知機構の例を示す。図１４では、電極９０は、てこ手段の読み取りヒータの位置に提供され、一対の電極９１ａ、９１ｂは、この支持構造上に提供される。各電極９１ａ、９１ｂは、支持構造の上の供給ラインＲ、Ｃのうちの一つと接続する。したがって、ギャップＧ内のエアは、ギャップＧの厚さがてこのピボット動作とともに変化するときに可変容量を提供するような、このてこと支持構造の電極との間の誘電体として働く。このようにして、この容量の変量は、読み取りモードの出力を提示するために検出できる。読み取りモードで、コンデンサー電極を介して行ラインと列ラインを結合するために支持構造上に提供される、てこ本体を介した電極９０への電流経路は、本実施形態では必要ではないことに留意されたい。逆の配置を図１５に示す。本実施形態では、対の電極、および、行ラインと列ラインとの接続は、このてこ上に提供され、一つの電極がこの支持構造上に配置される。図１６は他の配置を示し、本実施形態においては、対の接続電極９２ａ、９２ｂは、支持構造上に提供され、ブリッジ接続９３は、てこ上に提供される。この配置は、デジタル読み取り出力を提供するためのスイッチとして効果的に働く。この電極が接続している時は、このスイッチはＯＮとなり、電流が供給ラインの間に流れ、この電極が接続していないときは、スイッチはＯＦＦとなり、供給ラインの間に電流は流れない。本実施形態においては、また、この供給ラインの間の電流経路は、読み取りモード動作用の支持構造上に提供される。図１７は、２つの接続電極、したがって供給ラインの間の電流経路が、このてこ上に提供される、等価な配置を示す。しかし、てこ上の電極が、てこ本体を介して供給ラインの一方と接続し、支持構造上の電極が支持構造を介して他方の供給ラインと接続する、図１８に示すような配置を構想することができることは明らかである。したがって、この場合には、読み取りモード動作のための電流経路は、一部はてこ上に、一部は支持構造上に提供される。図１８の電極が、スイッチとして動作するための、接続電極となることもできることは当然である。
【００４６】
使用される特定の読み取り検知器機構によっては、電極結合解除が必要とされることもできるし、または、必要とされないこともできる。しかし、好ましい実施形態においては、前述したような読み取りモードの動作では、少なくとも書き込み結合解除手段が、書き込みモードヒータへの電流の流れを阻止するために提供される。たとえば、スイッチ配置などにおいては、読み取り結合解除手段を用意することは、ほとんど重要ではないであろう。しかし、通常は、書き込みモード動作において、電流経路を介した近接検知要素への電流の流れを阻止するために、読み取り結合解除手段を提供することも望ましい。このような読み取り結合解除手段は、前述したような読み取りモード動作用の電流経路の配置により、てこ上または支持構造上に、適宜、配置することができる。一般的に、前述した熱的読み取り検知の実施形態においてでさえ、書き込み結合解除手段のみを、場合により提供できるが、好ましい実施形態では、書き込みモード結合解除と読み取りモード結合解除の両方が提供される。
【００４７】
したがって、示した実施形態は、電極の結合解除機構を大いに使用する。熱的結合解除機構を使用する実施形態の例として、次に、図１９から図２１を参照して説明する。この実施形態の構成要素１００は、また、ピボット軸Ｐのまわりに実質上ピボット動作をするための、支持構造１０２（部分のみ示す）に接続された片持ち梁１０１を含む。この片持ち梁は、ブリッジ部分１０４によって、ピボット軸から離れた端で相互接続する、側面に配置された２つのレッグ部分１０３ａ、１０３ｂを有する。したがって、この実施形態においては、この伝導性片持ち梁１０１は、この支持構造上の供給ラインＲ、Ｃの間に一つの電流経路を規定し、この電流経路は、片持ち梁レッグ１０３ａ、１０３ｂおよびブリッジ部分１０４によって提供される。本実施形態においては、チップ１０６を有する書き込みモードヒータ１０５と、読み取りモードヒータ１０７のどちらも、ブリッジ部分１０４上に配置される。したがって、書き込みモードヒータと読み取りモードヒータのどちらも、図２０の等価な電気回路に示するように、同じ電流経路に位置している。
【００４８】
この構成要素１００が、図５のデータストレージデバイス内で使用されるときは、この電源供給回路２５は、図２１に示すように書き込みモード動作内と読み取りモード動作内の供給ラインＲ、Ｃを介して、異なる信号パルスを適用するように動作する。書き込みモードでは、比較的短く、高振幅のパルスＳＷが適用される。対照的に、読み取りモードでは、比較的長く、低振幅のパルスＳＲが適用される。読み取りモードヒータと書き込みモードヒータが同一の電流経路にあるが、この片持ち梁構造は、ヒータと、隣り合う領域の片持ち梁の熱特性が、２つのモードの熱的結合解除効果を提供するように構成されている。特に、短く、高振幅の書き込みモードパルスＳＷを適用することによって、書き込みモードヒータ１０５を、書き込み温度ＴＷまで加熱する結果となるが、読み取りヒータ１０７は、この処理の間の加熱はより低度であり、したがって、温度はＴＷより低いままである。同様に、長く、低振幅の読み取りモードパルスＳＲを適用することによって、読み取りモードヒータ１０７を読み取り温度ＴＲまで加熱する結果となるが、書き込みモードの加熱は書き込みを引き起こすほどではなく、書き込みヒータは、ＴＷより低い温度のままである。この結合解除効果を提供する熱特性を与える片持ち梁設計の特徴は、図１９を見ると把握できる。この書き込みヒータ１０５は、読み取りモードヒータ１０７と比較するとかなり小型であるが、書き込みヒータと片持ち梁の隣接領域１０８、１０９との間で十分に熱接触されている。対照的に、大型の読み取りヒータ１０７と片持ち梁の隣接領域１０９、１１０との間は、比較的不十分な熱接触であり、これらの領域１０９、１１０は、読み取りヒータの隣接側と比較して、圧縮されている。したがって、動作上は、領域１０９、１１０は、読み取りヒータからの比較的低速の熱損失を提供し、領域１０８、１０９は、書き込みヒータからの比較的高速の熱損失を提供する。したがって、書き込みヒータ１０５は急速に加熱するが、片持ち梁に比較的高速に熱を損失し、一方、読み取りヒータ１０７は低速に加熱するが、片持ち梁に比較的低速に熱を損失する。したがって、書き込みモードパルスＳＷの高振幅は、書き込みヒータをＴＷまで加熱するために必要であるが、このパルスが非常に小さいために、読み取りヒータをかなり加熱する結果となる。対照的に、読み取りモードパルスＳＲは十分に長く、読み取りヒータをＴＲまで加熱できるが、この振幅が非常に低いために、書き込みヒータをかなり加熱する結果となる。したがって、熱的結合解除機構が両モードで動作することにより、片持ち梁上のどちらのヒータも有する一つの電流経路のみを備える一対の供給ラインＲ、Ｃを介して、この構成要素は両モードに対処できることになる。
【００４９】
図２１には、動作原理を示すために、単なる矩形のパルスを示すが、これは本質的なものではないことが明白であるのは当然であろう。短い間隔にわたって比較的高電力を、および、長い間隔にわたって比較的低電力を、供給するようにそれぞれ働く、様々な信号パルスを使用できる。したがって、本明細書で参照するパルスの「振幅」は、図２１の単純な例のような一定の直流レベルではなく、たとえば振幅の平均値もしくはＲＭＳ（ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ、二乗平均平方根）であることができる。さらに、この要求される熱特性を提供するために、他のさまざまな片持ち梁の設計を構想できることは、当業者には明白であろう。また、いくつかの実施形態においては、読み取りモード動作において読み取り温度ＴＲまでの加熱を生じさせる読み取りヒータを使用する代わりに、この読み取り検知器は、読み取りモードにおいて、書き込みモードヒータの熱損失によって主に加熱される、単なる熱抵抗性の要素であってもよい。さらに、前述した電気的な結合解除の実施形態の様々な有利な特徴を、熱的結合解除の実施形態において、同等に利するように使用することができる。たとえば、この機械的増幅機構を、ピボット軸から読み取り／書き込みチップより離して読み取り検知器を配置する設計で、使用できる。さらなる実施形態としては、前述したようなヒートシンクとしてこのチップ本体を使用するいくつかの実施形態で、読み取り検知を行うこともできる。
【００５０】
以上の説明は、データストレージアプリケーションに焦点を当てているが、てこのまわりの支持構造の一部の上にてこの部分が延長する配置を、ＡＦＭアプリケーションに有利となるように使用することもできる。このスイングてこ構造は、特にこの実施形態では好ましいものであり、図２２に、図４のＡＦＭで使用するためにこの配置を使用している検知装置の例を示す。この検知装置１１５は、本実施形態では、ピボット軸Ｐのまわりでピボット動作をするためにねじれている接続アーム１１８ａ、１１８ｂを介して、支持構造１１７に接続された、てこ本体１１６を含んでいる、図１３の読み取り／書き込み装置と一般的に同じである。片持ち梁本体１１６は、第１のブリッジ部分１２０と第２のブリッジ部分１２１に、それぞれ、端で相互接続された、側面に配置された２つのレッグ１１９ａ、１１９ｂを備える。検知チップ１２２は、第１のブリッジ部分１２０の上の中央に配置されるが、チップヒータは、ＡＦＭ動作、使用される誘導されたてこ本体のピボット動作には必要なく、チップとサンプル表面の間の原子間力の相互作用が必要となる。この支持構造１１７は、図１３のようにてこ本体のまわりに延長し、このてこの第２のブリッジ部分１２１が周辺の支持構造の部分上に延長して、てこのピボット動作とともに変化する小さいギャップＧを提供する。したがって、ＡＦＭ出力は、チップ１２２によるサンプルの走査中に、ギャップＧの変化を検出することにより得られる。たとえば、図１４から図１８に示すような、てこ本体の部分と支持構造の一方もしくは両方にオーバーラップしている部分の上に近接検知要素を有する、様々な検知機構を、ギャップＧの変化を検知するために使用できる。しかし、この特定の好ましい実施形態においては、熱的近接検知は、このてこ本体の第２のブリッジ部分１２１内にヒータ１２５を提供することによって、前述したように行われる。この接続アーム１１８ａ、１１８ｂ、および、接続アームと第２のブリッジ部分との間のレッグ１１９ａ、１１９ｂのセクションは、したがって、支持構造を介して、図に示すような供給電源および検出回路へ、ヒータ１２５を接続するための電流経路を規定する伝導体である。したがって、検知チップ１２２による走査中に、この支持構造は、ヒータ１２５用のヒートシンクとして働き、この温度、したがってヒータの抵抗は、ギャップＧの変化とともに変化する。この検出回路は、前述したようなこの変化を、たとえばヒータ１２５への回路内の一連の抵抗にわたって電圧を検出することによって、監視できる。
【００５１】
本アプリケーションでは、検知チップ１２２の加熱を必要としないので、てこ本体のチップ側の上のレッグ１１９ａ、１１９ｂのセクションは、高抵抗に形成され、そのことによって、ヒータ１２５の動作中に、第１のブリッジ部分１２０を介した接続アーム間の電流の流れを阻止する手段を提供する。（もちろん、この検知チップは、その他の方法で、たとえば、通電を遮るためにてこ本体のチップ側の全てもしくは一部を酸素中で形成することによって、または、前述したように使用できる結合解除ダイオードによって、ヒータ電流から絶縁させることができる。）てこ本体の様々な部分の異なる特性は、前述したように、形成時に半導体素材を適切にドーピングすることによって提供される。チップ側上のてこ本体の、上に曲げられたセクションと、検知器とピボット軸の距離の増大とによって、このデータストレージの実施形態に関して前に説明した利点が得られる。したがって、全般的にみると、この設計が、単純でしかも効率が良く高感度のＡＦＭ検知装置を提供することになる。
【００５２】
特定の好ましい実施形態が前述したように説明されるが、これらの実施形態に、本発明の主旨を外れることなく、多くの変更および改良を成し得ることは、理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】データストレージデバイス用の従来の読み取り／書き込み構成要素の構造および動作を示す図である。
【図２】データストレージデバイス用の従来の読み取り／書き込み構成要素の構造および動作を示す図である。
【図３】データストレージデバイス用の従来の読み取り／書き込み構成要素の構造および動作を示す図である。
【図４】従来のシステムに使用される基本的な検知機構を示している、原子間力顕微鏡を表す概略図である。
【図５】読み取り／書き込み構成要素に、本発明を具体化する構成要素を使用できる、データストレージデバイスを表す概略図である。
【図６】本発明を具体化する、第１の読み取り／書き込み構成要素を示す概略図である。
【図７】図６の読み取り／書き込み構成要素のための、等価な電気回路図である。
【図８】読み取り／書き込み構成要素の第２の実施形態を示す概略図である。
【図９】読み取り／書き込み構成要素の第３の実施形態を示す概略図である。
【図１０】図９の読み取り／書き込み構成要素のための、等価な電気回路図である。
【図１１】読み取り／書き込み構成要素の第４の実施形態を示す概略図である。
【図１２】図１１の読み取り／書き込み構成要素のための、等価な電気回路図である。
【図１３】読み取り／書き込み構成要素の第５の実施形態を示す概略図である。
【図１４】本発明の実施形態に使用される、様々な近接検知器の配置を示す図である。
【図１５】本発明の実施形態に使用される、様々な近接検知器の配置を示す図である。
【図１６】本発明の実施形態に使用される、様々な近接検知器の配置を示す図である。
【図１７】本発明の実施形態に使用される、様々な近接検知器の配置を示す図である。
【図１８】本発明の実施形態に使用される、様々な近接検知器の配置を示す図である。
【図１９】読み取り／書き込み構成要素の第６の実施形態を示す概略図である。
【図２０】図２０の読み取り／書き込み構成要素のための、等価な電気回路図である。
【図２１】図１９の構成要素を駆動するための、読み取りモード信号および書き込みモード信号のパルスを示す図である。
【図２２】本発明を具体化する代表的なＡＦＭ検知装置を表す概略図である。
【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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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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