(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と該基板上に導電体が蒸着された導電体膜とを有する書込板と、
前記導電体膜に情報を記録する機能を有するスポット状の炭素含有物質を形成または除去するためのチップと
を具備したことを特徴とする炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージ。
【請求項２】
前記基板は、Ｓｉ基板上にＳｉＯ2層を成膜した基板よりなることを特徴とする請求項１に記載の炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージ。
【請求項３】
前記導電体膜は、Ａｕが蒸着されて形成された膜よりなることを特徴とする請求項１に記載の炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージ。
【請求項４】
前記チップは、Ｓｉよりなるチップ上にＴｉがコーティングされてなることを特徴とする請求項１に記載の炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージ。
【請求項５】
基板と該基板上に導電体がストライプ状に蒸着されてパターニングされた導電体膜パターンとを有する書込板と、
前記導電体膜パターンに情報を記録する機能を有するスポット状の炭素含有物質を形成または除去するために、前記ストライプ状の導電体膜パターンと交差する方向のカンチレバーに前記ストライプ状の導電体膜パターンに対応するように一定の間隔のアレイ状に配列されたチップと
を具備したことを特徴とする炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージ。
【請求項６】
前記基板は、Ｓｉ基板上にＳｉＯ2膜を成膜した基板よりなることを特徴とする請求項５に記載の炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージ。
【請求項７】
前記導電体膜は、Ａｕが蒸着されて形成された膜よりなることを特徴とする請求項５に記載の炭素含有物質を用いた再書込み可能な炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージ。
【請求項８】
前記チップは、Ｓｉよりなるチップ上にＴｉがコーティングされてなることを特徴とする請求項５に記載の炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージ。
【請求項９】
基板と該基板上に導電体が蒸着された導電体膜とを有する書込板と、前記導電体膜に情報を記録する機能を有するスポット状の炭素含有物質を形成または除去するためのチップとを具備してなる炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージにおいて、情報の書込みと読出しとを実行する方法であって、（ａ）前記チップと導電体膜との間に、所定のバイアス電圧を印加して、導電体膜上に炭素含有物質を形成することにより情報を記録する段階と、（ｂ）前記チップと導電体膜との間に、前記情報を記録する段階で印加するバイアス電圧とは反対の極性の電圧を印加して、既に形成されている炭素含有物質を除去することにより情報を消去する段階と、（ｃ）前記導電体膜と炭素含有物質との形状の差を判読することにより情報を再生する段階とを含むことを特徴とする炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージの書込み方法並びに読出し方法。
【請求項１０】
前記（ａ）段階で生成される炭素含有物質のスポットの大きさは、前記導電体膜と前記チップとの間に印加するバイアス電圧の大きさ、または前記バイアス電圧を印加する時間を調節することにより制御されることを特徴とする請求項９に記載の炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージの書込み方法並びに読出し方法。
【請求項１１】
前記（ｂ）段階で除去される炭素含有物質のスポットの大きさは、前記導電体膜と前記チップとの間に印加するバイアス電圧の大きさ、または前記バイアス電圧を印加する時間を調節することにより制御されることを特徴とする請求項９に記載の炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージの書込み方法並びに読出し方法。
【請求項１２】
前記（ｃ）段階は、前記導電体膜と前記炭素含有物質との間の静電容量の差、電気抵抗の差、摩擦係数の差、及び高低の差のうちいずれか１つを用いてなることを特徴とする請求項９に記載の炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージの書込み方法並びに読出し方法。
【請求項１３】
基板と該基板上に導電体がストライプ状に蒸着されてパターニングされた導電体膜パターンとを有する書込板と、前記導電体膜パターンに情報を記録する機能を有するスポット状の炭素含有物質を形成または除去するために、前記ストライプ状の導電体膜パターンと交差する方向のカンチレバーに前記ストライプ状の導電体膜パターンに対応するように一定の間隔のアレイ状に配列されたチップとを具備してなる炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージにおいて、情報の書込みと読出しとを実行する方法であって、
（ａ）前記カンチレバーの位置を所定の位置に定め、カンチレバーのチップと選択された導電体膜パターンとの間に所定のバイアス電圧を印加して、前記選択された導電体膜パターン上の選択された領域に炭素含有物質を形成することにより情報を記録する段階と、
（ｂ）前記カンチレバーの位置を所定の位置に定めて、カンチレバーのチップと前記選択された導電体膜パターンとの間に前記情報を記録する段階で印加するバイアス電圧とは反対の極性の電圧を印加して、既に形成されている炭素含有物質を除去することにより情報を消去する段階と、
（ｃ）前記導電体膜パターンと炭素含有物質との間の形状の差を判読することにより情報を再生する段階と
を含むことを特徴とする炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージの書込み方法並びに読出し方法。
【請求項１４】
前記（ａ）段階で生成される炭素含有物質のスポットの大きさは、前記導電体膜パターンと前記カンチレバーのチップとの間に印加するバイアス電圧の大きさ、または前記バイアス電圧を印加する時間を調節することにより制御されることを特徴とすることを特徴とする請求項１３に記載の炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージの書込み方法並びに読出し方法。
【請求項１５】
前記（ｂ）段階で除去される炭素含有物質のスポットの大きさは、前記導電体膜パターンと前記カンチレバーとの間に印加するバイアス電圧の大きさ、または前記バイアス電圧を印加する時間を調節することにより制御されることを特徴とする請求項１３に記載の炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージの書込み方法並びに読出し方法。
【請求項１６】
前記（ｃ）段階は、前記導電体膜パターンと前記炭素含有物質との間の静電容量の差、電気抵抗の差、摩擦係数の差及び高低の差のうちのいずれか１つを用いて実行されることを特徴とする請求項１３に記載の炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージの書込み方法並びに読出し方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、再書込み可能なデータストレージ及びその書込み方法並びに読出し方法に係り、特に、マイクロチップとストレージ基板との間に印加されたバイアス電圧を制御することによって形成される炭素含有物質（ｃａｒｂｏｎａｃｅｏｕｓ  ｍａｔｅｒｉａｌ）を用いた再書込み可能なデータストレージ及びその書込み方法並びに読出し方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のデータストレージ（ｄａｔａ  ｓｔｏｒａｇｅ：データ記憶）技術としては、強誘電体を分極させる方法、ポリマーを熱的に変換させる方法、磁性体の相変換（ｐｈａｓｅ  ｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ）を生起させる方法、抵抗体（ｒｅｓｉｓｉｔａｎｔ  ｓｕｂｓｔａｎｃｅ）の相変換を生起させる方法、金属または半導体を酸化させて相変換を生起させる方法等があるが、これらの技術は、記録時間、データ保持の安定性等の面で、各々一長一短を有していた。
【０００３】
このような従来のデータストレージのうち、一部は、再書込み（ｒｅｗｒｉｔａｂｌｅ）が不可能である。また、もし再書込みが可能であった場合でも、記録媒体の相変換現象を利用するにあたって、情報の書込み及び情報の消去の周期（ｗｒｉｔｅ／ｅｒａｓｅ  ｃｙｃｌｅ）に伴う物質特性の低下、並びに情報の書込みと情報の消去の繰り返しで実用上耐え得る反復回数（ｅｎｄｕｒａｎｃｅ）が小さくなってしまうという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、前記問題点を解決するために創案されたものであって、相変換を応用することなく再書込みを行なうことによって、物質特性の低下を抑えると共に、情報の書込みと情報の消去との繰り返しにおける耐用回数を向上させるべく、炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージ及びその書込み方法並びに読出し方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するための本発明に係る炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージは、基板と該基板上に導電体が蒸着された導電体膜とを有する書込板と前記導電体膜に情報を記録する機能を有するスポット状の炭素含有物質を形成または除去するためのチップとを具備したことを特徴とする。（請求項１）
【０００６】
また、前記の炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージにおいて、前記基板はＳｉ基板上にＳｉＯ2層を成膜した基板よりなり、前記導電体膜はＡｕが蒸着されて形成された膜よりなり、前記チップはＳｉよりなるチップ上にＴｉがコーティングされてなることが望ましい。（請求項２、３、４）
【０００７】
このように構成すれば、チップと導電体膜との間に印加される電圧を適宜に調節することにより導電体膜上に電流誘起電気化学反応を生起して炭素含有物質を形成し、この炭素含有物質の形成による情報の書込み、あるいはこの炭素含有物質の除去による情報の消去を実行することができる、炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージを具現化できる。
【０００８】
さらに、前記目的を達成するための本発明に係る炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージは、基板と該基板上に導電体がストライプ状に蒸着されてパターニングされた導電体膜パターンとを有する書込板と、前記導電体膜パターンに情報を記録する機能を有するスポット状の炭素含有物質を形成または除去するために、前記ストライプ状の導電体膜パターンと交差する方向のカンチレバーに前記ストライプ状の導電体膜パターンに対応するように一定の間隔のアレイ状に配列されたチップとを具備したことを特徴とする。（請求項５）
【０００９】
さらにまた、前記の炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージにおいて、前記基板はＳｉ基板上にＳｉＯ2膜を成膜した基板よりなり、前記導電体膜はＡｕが蒸着されて形成された膜よりなり、前記チップはＳｉよりなるチップ上にＴｉがコーティングされてなることが好ましい。（請求項６、７、８）
【００１０】
このように構成すれば、基板上にストライプ状の導電体膜パターンを形成し、その上にチップがアレイ状に形成されたカンチレバーを設けて回路を構成するので、比較的大面積のストレージを形成した場合でも、所望の領域に情報をランダムアクセスして情報の書込みまたは情報の読出しを実行することが可能となる。また、このチップがアレイ状に形成されてなるカンチレバーを複数個形成して備えるようにすれば、このカンチレバーを比較的短い距離で移動させて、情報のランダムアクセスを実行することが可能なデータストレージを具現化できる。
【００１１】
また、このような本発明に係る炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージは、再書込み可能でありながら相変換現象を伴わないため、従来の技術に比べてより長期間にわたって情報を安定かつ持続的に記録することが可能であると共に、この情報を記録したり消去したりするという繰り返し周期において実用性能が確保される反復回数が向上し、なおかつ物質特性の低下の問題も改善される。
【００１２】
そして、前記目的を達成するための炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージの書込み方法並びに読出し方法は、基板と該基板上に導電体が蒸着された導電体膜とを有する書込板と、前記導電体膜に情報を記録する機能を有するスポット状の炭素含有物質を形成または除去するためのチップとを具備してなる炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージにおいて、情報の書込みと読出しとを実行する方法であって、（ａ）前記チップと導電体膜との間に、所定のバイアス電圧を印加して、導電体膜上に炭素含有物質を形成することにより情報を記録する段階と、（ｂ）前記チップと導電体膜との間に、前記情報を記録する段階で印加するバイアス電圧とは反対の極性の電圧を印加して、既に形成されている炭素含有物質を除去することにより情報を消去する段階と、（ｃ）前記導電体膜と炭素含有物質との形状の差を判読することにより情報を再生する段階とを含むことを特徴とする。（請求項９）
【００１３】
このように構成すれば、前記の炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージにおいて、チップと導電体膜との間に印加される電圧を適宜に調節することにより導電体膜上に電流誘起電気化学反応を生起して炭素含有物質を形成し、この炭素含有物質の形成による情報の書込み、またはこの炭素含有物質の除去による情報の消去を実行することができる、炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージの書込み方法並びに読出し方法を具現化できる。
【００１４】
さらに、前記の炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージの書込み方法並びに読出し方法において、前記（ａ）段階で生成される炭素含有物質のスポットの大きさは、前記導電体膜と前記チップとの間に印加するバイアス電圧の大きさ、または前記バイアス電圧を印加する時間を調節することにより制御されることが望ましい。また、前記（ｂ）段階で除去される炭素含有物質のスポットの大きさは、前記導電体膜と前記チップとの間に印加するバイアス電圧の大きさ、または前記バイアス電圧を印加する時間を調節することにより制御されることが好ましい。さらに、前記（ｃ）段階は、前記導電体膜と前記炭素含有物質との間における、静電容量の差、電気抵抗の差、摩擦係数の差、及び高低の差のうちいずれか１つを用いてなることが望ましい。（請求項１０、１１、１２）
【００１５】
このように構成すれば、前記の炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージで、情報を記録する機能を有する炭素含有物質の大きさが、チップと導電体膜との間に印加される電圧のレベル、または印加時間を調節することで制御することを可能としたデータストレージの書込み方法並びに読出し方法を具現化できる。
【００１６】
また、前記目的を達成するための炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージの書込み方法並びに読出し方法は、基板と該基板上に導電体がストライプ状に蒸着されてパターニングされた導電体膜パターンとを有する書込板と、前記導電体膜パターンに情報を記録する機能を有するスポット状の炭素含有物質を形成または除去するために、前記ストライプ状の導電体膜パターンと交差する方向のカンチレバーに前記ストライプ状の導電体膜パターンに対応するように一定の間隔のアレイ状に配列されたチップとを具備してなる炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージにおいて、情報の書込みと読出しとを実行する方法であって、（ａ）前記カンチレバーの位置を所定の位置に定め、カンチレバーのチップと選択された導電体膜パターンとの間に、所定のバイアス電圧を印加して前記選択された導電体膜パターン上の選択された領域に炭素含有物質を形成することにより情報を記録する段階と、（ｂ）前記カンチレバーの位置を所定の位置に定めて、カンチレバーのチップと前記選択された導電体膜パターンとの間に、前記情報を記録する段階で印加するバイアス電圧とは反対の極性の電圧を印加して、既に形成されている炭素含有物質を除去することにより情報を消去する段階と、（ｃ）前記導電体膜パターンと前記炭素含有物質との間の形状の差を判読することにより情報を再生する段階とを含むことを特徴とする。（請求項１３）
【００１７】
このように構成すれば、基板上にストライプ状の導電体膜パターンを形成し、その上にチップがアレイ状に形成されたカンチレバーを設けて回路を構成することにより、比較的大面積のストレージを形成した場合でも所望の領域に炭素含有物質を形成して情報の書込みを実行することが可能となり、また、このようにして書き込まれた情報を読み出す場合には、例えば各導電体膜パターンに設けられたスイッチを適宜に選択すると共に、カンチレバーの位置を適切に選定して所定の電圧を印加することにより、所望の領域に書き込まれた情報を読出すことを可能とした、炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージの書込み方法並びに読出し方法を具現化できる。
【００１８】
前記の炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージの書込み方法並びに読出し方法において、前記（ａ）段階で生成される炭素含有物質のスポットの大きさは、前記導電体膜パターンと前記カンチレバーのチップとの間に印加するバイアス電圧の大きさ、または前記バイアス電圧を印加する時間を調節することにより制御されることが好ましい。また、前記（ｂ）段階で除去される炭素含有物質のスポットの大きさは、前記導電体膜パターンと前記カンチレバーとの間に印加するバイアス電圧の大きさ、または前記バイアス電圧を印加する時間を調節することにより制御されると都合がよい。さらに、前記（ｃ）段階は、前記導電体膜パターンと前記炭素含有物質との間における、静電容量の差、電気抵抗の差、摩擦係数の差、及び高低の差のいずれか１つを用いて実行されてもよい。（請求項１４、１５、１６）
【００１９】
このように構成すれば、前記の炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージにおいて、情報を記録する機能を有する炭素含有物質の大きさが、カンチレバーチップと導電体膜との間に印加される電圧のレベル、または印加時間を調節することで制御することを可能としたデータストレージの書込み方法並びに読出し方法を具現化できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明に係る炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージ及びその書込み方法並びに読出し方法を詳細に説明する。
まず、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）を参照しながら本発明に係る炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージの基本的な構成について説明する。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、本発明に係る炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージの基本的な構造及び動作原理を示す断面図であって、図１（Ａ）は情報の書込み過程を示し、図１（Ｂ）は情報の消去過程を示す図である。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示されるように、本発明に係る再書込み可能なデータストレージは、基板として、例えばＳｉ基板上にＳｉＯ2層を形成した基板１０を用い、この基板１０と、この基板１０上に導電体として、例えばＡｕが蒸着されて形成された導電体膜２０とからなるＡｕ／ＳｉＯ2／Ｓｉの書込板１００が備えられて構成される。
【００２１】
さらに、本発明に係る再書込み可能なデータストレージには、導電体膜２０に情報を記録する機能を有するスポット状の炭素含有物質３０を形成または除去するためのカンチレバーチップ５０が備えられている。その際に使用されるチップは、Ｓｉのカンチレバー上にＴｉをコーティングしてなるＴｉ／Ｓｉのカンチレバーチップ５０のようなＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  ｆｏｒｃｅ  ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：原子間力顕微鏡）チップなどのＳＰＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型プローブ顕微鏡）系のチップを使用することが望ましい。ここで、図１（Ａ）、（Ｂ）の部材番号４０は、空気中でＡｕ膜の表面に吸着したＣＯ2、Ｈ2Ｏ、Ｏ2、Ｎ2、ＣＨ4のような周辺雰囲気に含まれる残留ガス種（ａｍｂｉｅｎｔ  ｒｅｓｉｄｕａｌ  ｇａｓ  ｓｐｉｅｃｉｅｓ）である。
前述したような構成の炭素のコンタミネーション（ｃａｒｂｏｎ  ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ）を応用した再書込み可能なデータストレージ（ｒｅｗｒｉｔａｂｌｅ  ｄａｔａ  ｓｔｏｒａｇｅ）及びその書込み方法並びに読出し方法は次の通りである。
【００２２】
Ｔｉ／Ｓｉのカンチレバーチップ５０とＡｕ／ＳｉＯ2／Ｓｉの書込板１００との間にバイアス電圧Ｖを印加すれば、導電体（Ａｕ）膜２０に炭素含有物質３０が形成される。その際、Ａｕ／ＳｉＯ2／Ｓｉの書込板１００とＴｉ／Ｓｉのカンチレバーチップ５０との間に印加されるバイアス電圧の大きさを変えれば、変質した炭素含有物質の大きさが相異なるようになる。そして、このように相異なる大きさの炭素含有物質の形状を検出することによって、記録された情報が読み出される。
【００２３】
すなわち、図１（Ａ）に示されるようにＡＦＭに備えられたＴｉ／Ｓｉのカンチレバーチップ５０を使用し、情報の書込みを実行すべき部分に対してこのカンチレバーチップ５０と導電膜（Ａｕ膜）２０との間に逆バイアス電圧（−Ｖ）を印加して炭素含有物質を形成する。この過程が、情報の「書込み」過程となる。
【００２４】
また、図１（Ｂ）に示されるようにＡＦＭに備えられたＴｉ／Ｓｉのカンチレバーチップ５０を使用し、情報の消去を実行すべき部分に対してこのカンチレバーチップ５０と導電膜（Ａｕ膜）２０との間に逆バイアス電圧（＋Ｖ）を印加して炭素含有物質を除去する。この過程が情報の「消去」を実行する過程となる。
【００２５】
そして、情報の記録を読み出すときには、Ｔｉ／Ｓｉのカンチレバーチップ５０と導電膜（Ａｕ膜）２０との間に電圧を印加することなく、導電膜（Ａｕ膜）２０の表面で形状が変質した部分と形状が変質していない部分との間の形状の差、物質的特性の差、または電気的特性の差を検出することにより情報の読出しを実行することができる。この過程が、情報の「読出し」過程となる。
【００２６】
このような情報の読出し方法には、Ｔｉ／Ｓｉのカンチレバーチップ５０とＡｕ／ＳｉＯ2／Ｓｉの書込板１００との間に印加された電圧により形成された炭素含有物質よりなるスポット部分３０と元の導電膜（Ａｕ膜）２０の部分における物理的な特性の差を用いて、次のような各種の方法を適用することができる。
【００２７】
例えば、Ｔｉ／Ｓｉのカンチレバーチップ５０とＡｕ／ＳｉＯ2／Ｓｉの書込板１００との間に印加されたバイアス電圧によって形成された炭素含有物質のスポット部分３０と、本来の導電膜（Ａｕ膜）部分２０との間の形状の差、静電容量の差、電気抵抗の差、または摩擦係数の差を検出して情報の読出しを実行する方法がある。
【００２８】
このような図１（Ａ）、（Ｂ）に示される炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージの基本的な構成をさらに詳細に説明すると次のようになる。Ｓｉ基板上にＳｉＯ2層を形成した基板（ＳｉＯ2／Ｓｉ）１０上に導電膜（Ａｕ膜）２０を形成した書込板（Ａｕ／ＳｉＯ2／Ｓｉ）１００を備え、この書込板１００の所定位置に、Ｓｉのカンチレバーチップ上にＴｉをコーティングしてなるカンチレバーチップ（Ｔｉ／Ｓｉ）５０を配置させる。次いで、この書込板１００の導電膜２０とカンチレバーチップ５０との間に所定の電圧を印加して大気中で電子を放出させる（すなわち、放電現象を生起させる）。
【００２９】
このようにして放出された電子は、大気中に通常に存在するＣＯ2、Ｈ2Ｏ、Ｎ2、Ｏ2、ＣＨ4等と、書込板１００の導電膜２０上で、電気化学反応（または、ｃｕｒｒｅｎｔ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｒｅａｃｔｉｏｎ：電流誘起電気化学反応）を生起させて、書込板１００の導電膜２０の局所的な所定位置のみに炭素含有物質を蒸着させる。そして、このようにして記録された情報を消去する場合には、逆極性の電圧を印加して前記電気化学反応の逆反応（または、ｖｏｌｔａｇｅ  ｏｒ  ｃｕｒｒｅｎｔ  ｉｎｄｕｃｅｄ  ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ  ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ／ｄｅｓｏｒｐｔｉｏｎ：電圧または電流誘起電気化学分解または脱離）を生起し、形成されたスポット状の炭素含有物質３０を導電膜２０上から除去する。
このようにして書き込まれた情報、または消去された情報の差を読み出す場合には、元の導電膜２０と成長した炭素含有物質との間の形状の差を検出することによって読み出される。
【００３０】
前述のようにして実際に形成された炭素含有物質を、ＡＦＭを用いて読出しを実行することにより得られたＡＦＭ像が図２（Ａ）、（Ｂ）及び図３（Ａ）、（Ｂ）に示される。図２（Ａ）は、−６Ｖをカンチレバーチップ５０（図１）に印加し、導電膜２０（図１）上の略長方形の領域に炭素含有物質（炭素のコンタミネーション）を形成して情報の記録を実行した後、ＡＦＭを用いてこの情報の記録が読み出された際の形状を示すものである。図２（Ｂ）は、＋５Ｖの電圧をカンチレバーチップ５０（図１）に印加して図２（Ａ）に示される略長方形の領域に書き込まれた情報の一部を消去した（中央付近の黒っぽい部分）後、ＡＦＭで読み出したＡＦＭ像を示したものである。
【００３１】
図３（Ａ）は、＋５Ｖの電圧を前記カンチレバーチップ５０（図１）に印加して、図２（Ｂ）に示されるようなＡＦＭ像の情報を読み出した直後に、この情報の中からスポット状の情報をさらに３箇所消去したものである。そして、図３（Ｂ）は、−６Ｖをカンチレバーチップ５０（図１）に印加して図２（Ｂ）に示されるように情報の一部が消去された部分（中央付近の黒っぽい部分）に情報の再書込みを実行した後、（中央の白い点）、ＡＦＭを用いて読み出したＡＦＭ像を示したものである。
【００３２】
図２（Ａ）、（Ｂ）及び図３（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、前記の書込板１００（図１）上の所定領域に炭素含有物質を形成し、このように形成された炭素含有物質３０（図１）を除去した後、このように炭素含有物質３０が除去された部分に再び炭素含有物質３０を形成する工程が、図１（Ａ）、（Ｂ）に示されるカンチレバーチップ５０と導電膜２０との間に印加されるバイアス電圧の極性の変換により可能となることがわかる。
【００３３】
図４は、前記基板１０（図１）とカンチレバーチップ５０との間に印加されるバイアス電圧の大きさを適宜に変えて印加した場合に、前記の書込板１００上に形成された炭素含有物質のスポット３０の様子をＡＦＭで読み出すことによって得られたＡＦＭ像を示すものである。ここで、このように形成される炭素含有物質３０（図１）の大きさは、基板１０とカンチレバーチップ５０との間に印加されるバイアス電圧の大きさ、またはこのバイアス電圧の印加時間に応じて所望の大きさとすることができる。
【００３４】
したがって、図２（Ａ）、（Ｂ）及び図３（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、前記の基板１０（図１）とカンチレバーチップ５０との間に印加されるバイアス電圧の極性を変えたり、図３に示されるようにバイアス電圧の大きさを変えたりすることによって、前記書込板１００（図１）上に形成されたり、除去されたりする炭素含有物質のスポット３０の大きさを適宜に制御することが可能である。特に、このような炭素含有物質のスポットは、大きさが少なくとも数十ｎｍのオーダーで制御されることが可能であり、このことから数百Ｇｂ級以上の記憶容量を有する、再書込みが可能なデータストレージを作製することが可能であるということがわかる。
【００３５】
次に、図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に基づき、前述したようにして書き込まれた情報の物質成分を確認するべくＡＥＳ（Ａｕｇｅｒ  ｅｌｅｃｔｒｏｎ  ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ：オージェ電子分光法）で分析した結果について説明する。図５（Ａ）はＡＥＳ分析に用いたサンプルをＡＦＭで読み出したＡＦＭ像であって、約３μｍ×４μｍの大きさの白い紋で示される部分（Ｐ３、Ｐ４）が前述した方法で炭素含有物質を形成した部分(情報の書込みを実行した部分)であり、炭素含有物質が形成されていない導電膜の領域はＰ１、Ｐ２で表されている。図５（Ｂ）においてＰ３、Ｐ４で表されたＡＥＳスペクトルは、情報が書き込まれた部分で検出されたＡＥＳ分析の結果である。また、図５（Ｂ）においてＰ１、Ｐ２で表されたＡＥＳスペクトルは、情報が書き込まれていない元の導電膜（Ａｕ膜）上で検出されたＡＥＳ分析の結果である。
【００３６】
図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように情報が書き込まれていない部分であるＰ１、Ｐ２では、導電膜（Ａｕ膜）に由来するＡｕ成分の信号と、炭素のコンタミネーションに由来するカーボン成分の信号とが共に比較的多量に検出されている反面、情報が書き込まれたＰ３、Ｐ４では前記Ａｕ成分の信号はほとんど検出されず、多量のカーボン成分の信号のみが検出されていることがわかる。したがって、本発明に係る再書込み可能なデータストレージのメカニズムは、前述したように電流誘起電気化学反応によって生起される、導電膜（Ａｕ膜）上における局所的な炭素含有物質の蒸着または除去に基づいて実行されるものと結論づけられる。
【００３７】
次に、図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に基づき、各々、前述したような情報の書込み方法並びに読出し方法の原理を大面積の再書込み可能なデータストレージに実際に適用する場合の例について説明する。
図６（Ａ）に示されるように、まず、基板２００にストライプ状の導電体膜パターン２１０を形成し、その上にカンチレバーチップ２２０がアレイ状に形成されたカンチレバー２２５を設けて回路を構成すれば、所望の部分に炭素含有物質を形成して情報の書込みを実行することが可能である。また、このようにして書き込まれた情報を読み出す場合には、各導電体膜パターン２１０に設けられたスイッチを選択すると共に、カンチレバー２２５の位置を適切に選定して所定の電圧を印加すれば、所望の領域に書き込まれた情報を読み出すことができるようになる。
【００３８】
すなわち、図６（Ｂ）に示されるように、カンチレバーチップ２２０と導電体膜パターン２１０との間にバイアス電圧が印加されない場合には炭素含有物質が形成されない。しかしながら、図６（Ｃ）に示されるようにＡＦＭチップのようなカンチレバーチップ２２０と３番目の導電体膜パターン２１０とを選択してバイアス電圧として−６Ｖを印加すれば、このようにして選択された前記３番目の導電体膜パターン２１０の選択領域に炭素含有物質２３０が形成される。
【００３９】
したがって、このように構成すれば、比較的大面積のストレージを形成した場合でも、所望の領域に情報をランダムアクセスして情報の書込みまたは情報の読出しを実行することが可能となる。また、このチップがアレイ状に形成されてなるカンチレバーを複数個形成して備えるようにすれば、このカンチレバーを比較的短い距離で移動させて、情報のランダムアクセスを実行することが可能なデータストレージを具現化することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように構成される本発明によれば、チップと導電体膜との間に印加される電圧を適宜に調節することによって導電体膜上に電流誘起電気化学反応を生起して炭素含有物質を形成し、この炭素含有物質の形成による情報の書込み、またはこの炭素含有物質の除去による情報の消去を実行することができる炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージを提供できる。
【００４１】
その際、情報を記録する機能を有する炭素含有物質の大きさは、カンチレバーチップと導電体膜との間に印加される電圧のレベル、または印加時間を調節することで制御することが可能である。
【００４２】
このような本発明に係る炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージは、再書込み可能でありながら相変換現象を伴わない。このため、従来の技術に比べてより長期間にわたって情報を安定かつ持続的に記録することが可能であると共に、この情報を記録したり消去したりするという繰り返し周期において実用性能が確保される反復回数が向上し、なおかつ物質特性の低下の問題も改善された炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージを提供することができる。
【００４３】
したがって、本発明に係る炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージは、半永久的に使用することが可能である。さらに、前記炭素含有物質は、数十ｎｍの大きさで制御することが可能で、かつ情報の書込み並びに情報の消去が容易に行なえるので、数百Ｇｂ以上という大容量を備えてなる、炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージを提供することができる。
【００４４】
本発明は、以上のような図面に示された実施の形態を参考として説明されたが、これらは単なる例示的なものに過ぎず、当該分野における通常の知識を有する者であれば、これらの実施の形態から各種の変形及び均等な他の実施の形態が可能とであることはいうまでもない。したがって、本発明の真の技術的な保護範囲は特許請求の範囲によって決定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（Ａ）、（Ｂ）はいずれも本発明に係る炭素含有物質を用いた再書込み可能なデータストレージの基本構造及び動作原理を示す模式的な断面図であって、図１（Ａ）は情報の書込み過程を示し、図１（Ｂ）は情報の消去過程を示す図である。
【図２】図２（Ａ）、（Ｂ）は、各々図１（Ａ）、（Ｂ）に示される原理に基づいて実際に形成された炭素含有物質をＡＦＭで読み出して得られたＡＦＭ像であって、図２（Ａ）は−６Ｖの電圧をカンチレバーチップに印加して略長方形の領域の炭素汚染物を金膜上に書き込んだ後、ＡＦＭで読み出したＡＦＭ像であり、図２（Ｂ）は＋５Ｖをチップに印加して図２（Ａ）における略長方形の領域に書き込まれた情報の一部を消去した後(中央の黒い部分)、ＡＦＭで読み出したＡＦＭ像である。
【図３】図３（Ａ）、（Ｂ）は、各々図１（Ａ）、（Ｂ）に示される原理に基づいて実際に形成された炭素含有物質をＡＦＭで読み出して得られたＡＦＭ像であって、図３（Ａ）は＋５Ｖをチップに印加して図２（Ｂ）を読み出した直後スポット状の情報をさらに３箇所消去した後、ＡＦＭで読み出したＡＦＭ像であり、図３（Ｂ）は−６Ｖをチップに印加して図２（Ｂ）で消去した中央に情報を再書込みした後(白点)、ＡＦＭで読み出したＡＦＭ像である。
【図４】図１（Ａ）及び図１（Ｂ）の方法によって基板とチップとの間に印加するバイアス電圧を多様な大きさに変更しつつ印加する場合、生成される炭素含有物質のスポットをＡＦＭで読み出したＡＦＭ像である。
【図５】図５（Ａ）及び図５（Ｂ）は、各々図１（Ａ）及び図１（Ｂ）の方法で記録された情報をＡＦＭで読み出したＡＦＭ像、及びその物質成分を確認するためにＡＥＳで分析した結果を示すグラフである。
【図６】図６（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は各々図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示される書込み方法並びに読出方法の原理を、実際に大面積に再書込み可能なデータストレージに適用した例を示す図面である。
【符号の説明】
１０：Ｓｉ基板上にＳｉＯ2層を形成した基板
２０：導電体膜
３０：炭素含有物質（スポット状）
５０：カンチレバーチップ
１００：書込板
【図１】
0003740032.tif 000002
【図２】
0003740032.tif 000003
【図３】
0003740032.tif 000004
【図４】
0003740032.tif 000005
【図５】
0003740032.tif 000006
【図６】
0003740032.tif 000007