(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報を書き込むための記憶媒体と、
前記記憶媒体への情報の書込みと、前記記憶媒体に書き込まれた情報の読出しとを実行するために、前記記憶媒体と対向して設けられたプローブとを備える情報記録再生装置において、
前記記憶媒体は、基板と、前記基板の上に形成される導電層と、前記導電層の上に形成される絶縁層とを具備して構成され、
前記プローブは、カンチレバーと、前記カンチレバーに固定されたチップとを含んで構成され、
前記プローブは、更に前記カンチレバーのショートラインと電気的に接続される第１コンタクトパッドと第２コンタクトパッドとを備え、
前記第１コンタクトパッドと電気的に接続されるショートラインは、前記プローブのチップと電気的に接続され、
前記第２コンタクトパッドと電気的に接続されるショートラインは、前記プローブのチップと所定の間隔をあけて配置されることを特徴とする情報記録再生装置。
【請求項２】
基板と、前記基板の上に形成される導電層と、前記導電層の上に形成される絶縁層とから構成される記憶媒体と、
前記記憶媒体への情報の書込みと、前記記憶媒体に書き込まれた情報の読出しとを実行するために、前記記憶媒体と対向して設けられたプローブとを備える情報記録再生装置における情報の記録方法及び再生方法であって、
前記導電層の表面が露出するように、前記絶縁層の所定部位に孔部を形成することによって、情報の書込みを実行する情報記録手段と、
前記プローブを用いて前記記憶媒体の表面をスキャンする際に、前記プローブと前記記憶媒体とが接触することによって起きる出力電圧値の変化を検知することにより、書き込まれた情報の読出しを実行する情報再生手段とから構成され、
前記プローブは、カンチレバーと、前記カンチレバーに固定されたチップとを含んで構成され、
前記孔部は、前記プローブに所定の電圧を印加して前記チップを加熱し、前記加熱したチップで前記絶縁層を溶融することにより形成されることを特徴とする情報記録再装置の記録方法及び再生方法。
【請求項３】
基板と、前記基板の上に形成される導電層と、前記導電層の上に形成される絶縁層とから構成される記憶媒体と、
前記記憶媒体への情報の書込みと、前記記憶媒体に書き込まれた情報の読出しとを実行するために、前記記憶媒体と対向して設けられたプローブとを備える情報記録再生装置における情報の記録方法及び再生方法であって、
前記導電層の表面が露出するように、前記絶縁層の所定部位に孔部を形成することによって、情報の書込みを実行する情報記録手段と、
前記プローブを用いて前記記憶媒体の表面をスキャンする際に、前記プローブと前記記憶媒体とが接触することによって起きる出力電圧値の変化を検知することにより、書き込まれた情報の読出しを実行する情報再生手段とから構成され、
前記プローブは、カンチレバーと、前記カンチレバーに固定されたチップとを含んで構成され、
前記プローブは、更に前記カンチレバーのショートラインと電気的に接続するように、第１コンタクトパッドと第２コンタクトパッドとを備え、
前記第１コンタクトパッドと電気的に接続されるショートラインは、前記プローブのチップと電気的に接続され、
前記第２コンタクトパッドと電気的に接続されるショートラインは、前記プローブのチップと所定の間隔をあけて配置されることを特徴とする情報記録再装置の記録方法及び再生方法。
【請求項４】
基板と、前記基板の上に形成される導電層とから構成される記憶媒体と、
前記記憶媒体への情報の書込みと、前記記憶媒体に書き込まれた情報の読出しとを実行するために、前記記憶媒体と対向して設けられたプローブとを備える情報記録再生装置における情報の記録方法及び再生方法であって、
前記基板の表面が露出するように、前記導電層の所定部位に孔部を形成することによって、情報の書込みを実行する情報記録手段と、
前記プローブを用いて前記記憶媒体の表面をスキャンする際に、前記プローブと前記記憶媒体とが接触することによって起きる出力電圧値の変化を検知することにより、書き込まれた情報の読出しを実行する情報再生手段とから構成され、
前記プローブは、カンチレバーと、前記カンチレバーに固定されたチップとを含んで構成され、
前記孔部は、前記プローブに所定の電圧を印加して前記チップを加熱し、前記加熱したチップで前記導電層を溶融することにより形成されることを特徴とする情報記録再生装置の記録方法及び再生方法。
【請求項５】
基板と、前記基板の上に形成される導電層とから構成される記憶媒体と、
前記記憶媒体への情報の書込みと、前記記憶媒体に書き込まれた情報の読出しとを実行するために、前記記憶媒体と対向して設けられたプローブとを備える情報記録再生装置における情報の記録方法及び再生方法であって、
前記基板の表面が露出するように、前記導電層の所定部位に孔部を形成することによって、情報の書込みを実行する情報記録手段と、
前記プローブを用いて前記記憶媒体の表面をスキャンする際に、前記プローブと前記記憶媒体とが接触することによって起きる出力電圧値の変化を検知することにより、書き込まれた情報の読出しを実行する情報再生手段とから構成され、
前記プローブは、カンチレバーと、前記カンチレバーに固定されたチップとを含んで構成され、
前記プローブは、更に前記カンチレバーのショートラインと電気的に接続するように、第１コンタクトパッドと第２コンタクトパッドとを備え、
前記第１コンタクトパッドと電気的に接続されるショートラインは、前記プローブのチップと電気的に接続され、
前記第２コンタクトパッドと電気的に接続されるショートラインは、前記プローブのチップと所定の間隔をあけて配置されることを特徴とする情報記録再生装置の記録方法及び再生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接触抵抗測定を利用した情報記録再生装置並びにその記録方法及び再生方法に係り、より詳細には、プローブのチップと情報記憶媒体との接触抵抗によって生じる出力電圧値の変化を利用した情報記録再生装置、及びその記録方法、及び再生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）や走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）等の開発が進むにつれて、原子レベルで様々な新しい物理現象を観測できるようになった。例えば、ＳＰＭでは、走査プローブとして、先端部にプローブ（探針）を設けたＳＰＭプローブを使用している。ＳＰＭは、このプローブを試料表面に沿ってスキャン（走査）し、試料表面とプローブとの間に発生する相互作用（引力または斥力）を前記ＳＰＭプローブの撓み量として検出することにより、試料表面の形状測定が行われる。このような走査型プローブ顕微鏡の原理に基づき、高密度記憶、高速度動作を目指した情報記憶装置の研究開発が活発となってきている。
【０００３】
これまで、情報記憶媒体や、情報の書込み及び情報の読出しについて、種々の研究開発が行なわれてきた。その多くは、磁性体、圧電体、またはチャージトラップ現象を利用したり、あるいは層変化を利用したりして、数十ｎｍまたは原子レベルのオーダーで、情報ビットの書込みや読出しを実行することが可能な記憶媒体を具現することを目的としている。
【０００４】
しかしながら、情報記憶媒体が前記圧電体やチャージトラップから形成される場合、この記憶媒体は、情報保持の点で重大な問題を招来する虞がある。すなわち、このような記憶媒体に記憶される信号は微弱なものであり、原子レベルまたは数十ｎｍという極めて微細な情報ビットを読み出すには、極めて高感度のプローブを開発することが必須となっている。
【０００５】
このような問題点を解決するために、例えばＩＢＭ社（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｂｕｓｉｎｅｓｓ  Ｍａｃｈｉｎｅｓ  Ｃｏｒｐ．）では、ポリマーから形成された情報記憶媒体を開発している。しかしながら、この情報記憶媒体では、感度または情報再生速度などの点で限界がある。以下、この情報記憶媒体について図１、図２を参照しながら説明する。
【０００６】
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は、各々、従来の汎用ポリマーから構成された情報記憶媒体を用いた情報記録再生装置における情報の書込みのメカニズム、及び情報の読出しのメカニズムを示す。まず、図１（Ａ）を参照しながら情報の書込みのメカニズムについて説明する。図１（Ａ）に示すように、従来の情報記憶媒体においては、カンチレバー１２で通電される電流Ｉによってチップが加熱され、このチップによって記憶媒体であるポリマー１３が溶融される。その結果、情報単位としての情報ビット１５が、基板１４の上に形成されたポリマー１３の上に書き込まれる。このとき、ポリマー１３の厚さが薄いほど、ポリマー１３の上により小さなサイズの情報ビットを書き込むことが可能になる。
【０００７】
次に、情報の読出しのメカニズムについて図１（Ｂ）を参照しながら説明する。すなわち、ポリマー１３に書き込まれた情報をチップ１１を用いて読み出すには、カンチレバー１２を通してチップ１１に電流を通電してチップ１１を加熱し、加熱されたチップ１１が情報記憶媒体であるポリマー１３の表面を走査する。その際、チップ１１の温度はポリマー１３が溶融しない程度の温度に保持される。
【０００８】
プローブがポリマー１３の表面をスキャンする場合と、プローブが情報ビット１５の底面をスキャンする場合とでは熱伝導度が異なり、この差異に応じてプローブの両端部における電流が変わる。このため、このような熱伝導度の差異による電流の変化を検知してプローブが情報を読み出す。換言すれば、プローブはポリマー１３を感知したときと情報ビット１５を感知したときとの温度差を検知する。
【０００９】
すなわち、ポリマー１３の上に書き込まれた情報ビット１５の溝の深さが深ければ深いほど、より高い信号対雑音比（ＳＮ比；ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  ｎｏｉｓｅ  ｒａｔｉｏ）が得られる。ところが、前記情報の書込みのメカニズムで説明したように、ポリマー１３の上により小さなサイズの情報ビットを形成して情報を書き込むためにはポリマー１３をより薄くする必要がある。
【００１０】
しかしながら、ポリマー１３が過度に薄くなると、情報を読み出す際に感度の問題が生じて信号対雑音比が阻害される。このため、従来の技術では、ポリマーの厚さを４０ｎｍ程度とするのが望ましいとされていたが、この場合には、微細な情報ビットからの微弱な信号を読み出すための増幅回路を別途備える必要になるという問題があった。
【００１１】
一方、情報記録再生装置においては、情報の書込み密度の更なる高密度化と、情報の読出し量（情報の読出し速度）の更なる向上という問題がある。情報の読み出し速度には主にプローブの固有振動数が寄与するが、従来の技術のように情報が書き込まれた部位と情報が書き込まれていない部位との温度差を感知して情報を読み出すプローブにおいては、前記固有振動数の他に、熱時定数も情報の読み出し速度に影響を及ぼす。
【００１２】
しかしながら、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、前記温度差を感知して情報の読み出しを実行する場合には、鮮明な像を得るのが困難である。図２は、従来の情報記録再生装置の情報記憶媒体において、情報の書込み及び情報の読出しが実行されたときの情報ビットを示すＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）写真であり、図２（Ａ）は情報が書き込まれた情報ビットを示すＳＥＭ写真であり、図２（Ｂ）は（Ａ）の情報ビットが読み出されて得られた像を示すＳＥＭ写真である。
【００１３】
したがって、このような従来の技術が直面する問題、すなわちサイズが小さな情報ビットの書込みと読出しとを実行する際の、情報の読出し速度の向上及び信号対雑音比の改善に関する問題を解決するために、新しい情報記録再生装置、及びこの情報記録再生装置における情報の書込みと読出しを実行する方法を開発することが強く要求されている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
前記問題点を解決するために、本発明は、情報記憶単位のビットのサイズをより小さくすることにより情報の読出し速度を向上させると共に、より高い信号対雑音比を得るための情報記録再生装置、及びこの情報記録再生装置における情報の記録方法、並びに情報の再生方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明に係る請求項１は、情報を書き込むための記憶媒体と、前記記憶媒体への情報の書込みと、前記記憶媒体に書き込まれた情報の読出しとを実行するために、前記記憶媒体と対向して設けられたプローブとを備える情報記録再生装置において、前記記憶媒体は、基板と、前記基板の上に形成される導電層と、前記導電層の上に形成される絶縁層とを具備して構成され、前記プローブは、カンチレバーと、前記カンチレバーに固定されたチップとを含んで構成され、前記プローブは、更に前記カンチレバーのショートラインと電気的に接続される第１コンタクトパッドと第２コンタクトパッドとを備え、前記第１コンタクトパッドと電気的に接続されるショートラインは、前記プローブのチップと電気的に接続され、前記第２コンタクトパッドと電気的に接続されるショートラインは、前記プローブのチップと所定の間隔をあけて配置されることを特徴とする情報記録再生装置を提供する。
【００１６】
また、前記課題を解決するために、本発明に係る請求項２は、基板と、前記基板の上に形成される導電層と、前記導電層の上に形成される絶縁層とから構成される記憶媒体と、前記記憶媒体への情報の書込みと、前記記憶媒体に書き込まれた情報の読出しとを実行するために、前記記憶媒体と対向して設けられたプローブとを備える情報記録再生装置における情報の記録方法及び再生方法であって、前記導電層の表面が露出するように、前記絶縁層の所定部位に孔部を形成することによって、情報の書込みを実行する情報記録手段と、前記プローブを用いて前記記憶媒体の表面をスキャンする際に、前記プローブと前記記憶媒体とが接触することによって起きる出力電圧値の変化を検知することにより、書き込まれた情報の読出しを実行する情報再生手段とから構成され、前記プローブは、カンチレバーと、前記カンチレバーに固定されたチップとを含んで構成され、前記孔部は、前記プローブに所定の電圧を印加して前記チップを加熱し、前記加熱したチップで前記絶縁層を溶融することにより形成されることを特徴とする情報記録再装置の記録方法及び再生方法を提供する。
【００１７】
更に、前記課題を解決するために、本発明に係る請求項３は、基板と、前記基板の上に形成される導電層と、前記導電層の上に形成される絶縁層とから構成される記憶媒体と、前記記憶媒体への情報の書込みと、前記記憶媒体に書き込まれた情報の読出しとを実行するために、前記記憶媒体と対向して設けられたプローブとを備える情報記録再生装置における情報の記録方法及び再生方法であって、前記導電層の表面が露出するように、前記絶縁層の所定部位に孔部を形成することによって、情報の書込みを実行する情報記録手段と、前記プローブを用いて前記記憶媒体の表面をスキャンする際に、前記プローブと前記記憶媒体とが接触することによって起きる出力電圧値の変化を検知することにより、書き込まれた情報の読出しを実行する情報再生手段とから構成され、前記プローブは、カンチレバーと、前記カンチレバーに固定されたチップとを含んで構成され、前記プローブは、更に前記カンチレバーのショートラインと電気的に接続するように、第１コンタクトパッドと第２コンタクトパッドとを備え、前記第１コンタクトパッドと電気的に接続されるショートラインは、前記プローブのチップと電気的に接続され、前記第２コンタクトパッドと電気的に接続されるショートラインは、前記プローブのチップと所定の間隔をあけて配置されることを特徴とする情報記録再生装置の記録方法及び再生方法を提供する。
【００１８】
そして、前記課題を解決するために、本発明に係る請求項４は、基板と、前記基板の上に形成される導電層とから構成される記憶媒体と、前記記憶媒体への情報の書込みと、前記記憶媒体に書き込まれた情報の読出しとを実行するために、前記記憶媒体と対向して設けられたプローブとを備える情報記録再生装置における情報の記録方法及び再生方法であって、前記基板の表面が露出するように、前記導電層の所定部位に孔部を形成することによって、情報の書込みを実行する情報記録手段と、前記プローブを用いて前記記憶媒体の表面をスキャンする際に、前記プローブと前記記憶媒体とが接触することによって起きる出力電圧値の変化を検知することにより、書き込まれた情報の読出しを実行する情報再生手段とから構成され、前記プローブは、カンチレバーと、前記カンチレバーに固定されたチップとを含んで構成され、前記孔部は、前記プローブに所定の電圧を印加して前記チップを加熱し、前記加熱したチップで前記導電層を溶融することにより形成されることを特徴とする情報記録再生装置の記録方法及び再生方法を提供する。
【００１９】
また、前記課題を解決するために、本発明に係る請求項５は、基板と、前記基板の上に形成される導電層とから構成される記憶媒体と、前記記憶媒体への情報の書込みと、前記記憶媒体に書き込まれた情報の読出しとを実行するために、前記記憶媒体と対向して設けられたプローブとを備える情報記録再生装置における情報の記録方法及び再生方法であって、前記基板の表面が露出するように、前記導電層の所定部位に孔部を形成することによって、情報の書込みを実行する情報記録手段と、前記プローブを用いて前記記憶媒体の表面をスキャンする際に、前記プローブと前記記憶媒体とが接触することによって起きる出力電圧値の変化を検知することにより、書き込まれた情報の読出しを実行する情報再生手段とから構成され、前記プローブは、カンチレバーと、前記カンチレバーに固定されたチップとを含んで構成され、前記プローブは、更に前記カンチレバーのショートラインと電気的に接続するように、第１コンタクトパッドと第２コンタクトパッドとを備え、前記第１コンタクトパッドと電気的に接続されるショートラインは、前記プローブのチップと電気的に接続され、前記第２コンタクトパッドと電気的に接続されるショートラインは、前記プローブのチップと所定の間隔をあけて配置されることを特徴とする情報記録再生装置の記録方法及び再生方法を提供する。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図３（Ａ）は本発明に係る情報記録再生装置の第１実施形態の構成及び原理を示す模式図である。まず、本発明に係る情報記録再生装置の構成について説明する。基板３５の上部に導電層３４が形成され、この導電層３４は、金属層または半導体層で構成されるのが望ましい構成である。また、導電層３４の上部に絶縁層３３が形成されている。
【００２９】
図３（Ａ）に示すような本発明に係る情報記録再生装置の構造と、図１に示す従来の情報記録再生装置の構造との差異は、本発明において、基板３５と絶縁層３３との間に導電層３４が更に挿入されていることである。この基板３５は、シリコン基板、ガラス基板あるいは金属基板が用いられる。
【００３０】
このとき、導電層３４は、その材料に特に限定されるものではないが、前述したように金属層または半導体層で構成されるのが望ましい構成である。更に、金（Ａｕ）などのように酸化が生じ難い物質であるのがより望ましい構成である。また、本発明に係る情報記録再生装置で用いられる絶縁層３３は、チップ３１と導電層３４との間のショート（短絡）を防止するために、保護膜（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ）としての役割を果たすものである。このような絶縁層３３は、有機物質、ポリマー、ワックス及び液晶からなる群の中から選ばれた１種が使用されるのが望ましい構成である。
【００３１】
図３（Ａ）を参照しながら本発明に係る情報記録再生装置における情報の書込み及び情報の読出しの過程を説明すると次の通りである。
前記情報の記憶媒体では、基板３５の上部に導電層３４が形成されており、この導電層３４の上部に絶縁層３３が形成された構造を有している。このとき、情報の書込みを実行するには、カンチレバー３２の金属電極に電流を通電する際に、このカンチレバー３２の先端部に配置され、所定の金属層が塗布されて構成される比較的大きな抵抗を有するチップ３１が発熱する。このチップ３１の発熱を利用して絶縁層３３、例えば、ポリマーで形成された絶縁層３３の所定部位を加熱すれば、このポリマーで形成された絶縁層３３の溶融を生じさせることができる。このポリマーで形成された絶縁層３３が溶融した所定部位で、導電層３４の表面と連通される孔部３８’が形成される。そして、このような孔部３８’を一つの情報ビットとして利用する。この過程が情報の書込みを実行する過程である。
【００３２】
次に、情報の読出しを実行する過程について説明する。前記金属層が塗布されて構成されるチップ３１を絶縁層３３、例えばポリマー層３３の上部をスキャン（走査）すると、所定部位に形成された孔部３８’にチップ３１が入り込む。このとき、チップ３１と、例えば、前記の金属または半導体から構成された導電層３４との間でショート（短絡）が生じる。そして、図３（Ａ）に示されるように、外部抵抗３６を配置した回路では、電圧の出力値に比較的大きな変化が生じる。このような電圧の主力値の変化を外部に備えられる電圧計３７で測定することによりナノメートルスケールの情報ビットの読出しを実行することができる。
【００３３】
このようにして実行される情報の読出しは、前記プローブとしてのチップ３１のスキャン（走査）位置における電圧の出力値、すなわち絶縁層３３、例えばポリマー層の上部（孔部が形成されていない部位）をスキャンしたときの電圧の出力値と、前記プローブとしてのチップ３１が孔部３８’に入り込んで導電層３４と電気的に接続したときの電圧の出力値との差によって行なわれるものである。
【００３４】
したがって、本発明に係る情報記録再生装置の絶縁層３３は、単に非絶縁層たる導電層３４と、前記プローブとしてのチップ３１との間のショートを防止するための保護層としての役割を果たすためのものである。このような導電層３４としては、前述したように、金属または半導体のように、絶縁層３３に対して導電性の差を有する物質で構成されるのが望ましく、特に酸化が生じ難い安定な物質で構成されるのが更に望ましい。
【００３５】
次に、図３（Ｂ）を参照して、本発明に係る情報記録再生装置の他の実施形態について説明する。前記の図３（Ａ）に示される本発明に係る情報記録再生装置では、前記プローブとしてのチップ３１が、絶縁性を有するポリマーで形成された絶縁層３３の上部をスキャン（走査）する際、形成された孔部３８’に入り込むと、ポリマーで形成された絶縁層３３の下部に設けられた導電層３４との間でショート（短絡）が生じ、外部に備えられた負荷抵抗に作用する電圧を読み取ることによって情報の読出しが実行されるものである。一方、図３（Ｂ）に示される本発明に係る情報記録再生装置では、図３（Ａ）に示されたものとは異なり、このようなショート（短絡）の発生の過程が省略されて情報の読出しが実行されるという長所を有している。
【００３６】
すなわち、図３（Ｂ）に示す本発明に係る情報記録再生装置は、基板３５の上部に導電層３３’として、例えば導電性ポリマー層３３’が形成された構造を有しているのに対し、図３（Ａ）に示された本発明に係る情報記録再生装置が、絶縁性ポリマー層３３が形成され、このポリマー３３と基板３５との間に導電層３４が形成された構造を有しているという点で、両者は異なっている。
【００３７】
このような、本発明に係る他の実施形態の情報記録再生装置における情報記録方法及び再生方法を説明すると次のようになる。
まず、情報の書込みを実行する方法は、前記の図３（Ａ）に示す実施形態と同様である。すなわち、情報の書込みを実行するために、カンチレバー３２の金属電極に所定の電流を通電すると、このカンチレバー３２の先端部に設けられ、比較的大きな抵抗を有するチップ３１の部分が発熱する。この発熱を利用して導電性ポリマー層３３’の所定部位を加熱すれば、導電性ポリマー層３３’が溶融する。この導電性ポリマー層３３’が溶融した部位で、基板３５の表面に向かう窪みを有する孔部３８が形成され、このような孔部３８を一つの情報ビットとして利用する。この過程が情報の書込みを実行する過程である。
【００３８】
しかしながら、図３（Ｂ）に示す本発明に係る情報記録装置の情報の読出しを実行する過程は、前記の図３（Ａ）に示された本発明に係る情報記録再生装置と大きく異なっている。すなわち、プローブとしてのチップ３１が基板３５の表面をスキャン（走査）すれば、導電性ポリマー層３３’とプローブとしてのチップ３１との間で導通が生じる。このとき、外部に備えられ導電性ポリマー３３’とチップ３１とに電気的に接続された電圧計３７で一定の電圧の出力値が記録される。しかしながら、ポリマー３３’に形成された孔部３８にチップ３１が到達すると、直ちに電圧計３７の電圧の出力値が０または微小な値に急激に減少する。
【００３９】
すなわち、このようにして情報の読出しが実行される場合には、前記の図３（Ａ）の場合に比べて、基板３５の上部に導電性ポリマー層３３’を１層のみ形成すればよく、構成が比較的単純化されるという長所がある。また、この場合には前記の図３（Ａ）の場合に比べて、情報が書き込まれている孔部３８の内部に、前記プローブとしてのチップ３１が充分に入り込む必要がないため、情報の読出しの実行速度が一段と速くなるという長所があり、しかもチップ３１の摩耗度を抑えることができる。
【００４０】
本発明に係る情報記憶再生装置のプローブは、当該分野で一般的に使用されるプローブの構造と類似するものである。すなわち、このプローブは、カンチレバー３２及びチップ３１から構成され、このカンチレバー３２はチップ３１に電流を通電して、情報の書込み過程及び情報の読出し過程を実行するための２つのショートラインが形成されて構成されている。
【００４１】
図４（Ａ）、図４（Ｂ）及び図５（Ａ）、図５（Ｂ）を参照して本発明に係る情報記録再生装置のカンチレバー及びプローブの構造について具体的に説明する。このカンチレバー４２は、例えば、図４（Ｂ）に示すように、１つの平板に設けられた２つのショートラインに通電するように構成することができる。また、例えば、図５（Ｂ）に示すように、このカンチレバー５２は、前記のような２つのショートラインを設けることなく、導電性を有するカンチレバー自体がこのカンチレバーの先端部に備えられたチップに所定の電流を通電すると共に、所定の信号の読出しを実行できる機能を有するように構成することができる。
【００４２】
したがって、本発明に係る情報記録再生装置のカンチレバー３２（図３（Ａ）、図３（Ｂ）参照）は、このようにチップ３１に電流を通電したり、あるいはこれらのチップ３１と記憶媒体との電流値の変化を読み出したりすることが可能な構造であれば、いかなる形態でも使用することができる。
【００４３】
このようなカンチレバー４２（図４（Ｂ）参照）は、ＳｉＮまたは内部応力が低い絶縁体物質から構成されるのが望ましい構成である。また、カンチレバー４２、５２の先端部にはチップ４１、５１が略円錘形に前記の絶縁層３３（図３（Ａ）、（Ｂ）参照）の面方向と、直交する方向に形成される。そして、これらのチップ４１、５１は、シリコン（Ｓｉ）で形成され、不純物の添加量を少なくして形成されるのが望ましい構成である。これらのチップ４１、５１に対して、カンチレバー４２、５２を通して電流を通電し、発熱を生起させるための金属電極が、２つのショートラインに電気的に接続するように連結して構成されている。
【００４４】
したがって、情報の書込みは、電流を通電してチップ４１、５１を発熱させることによって実行され、また、情報の読出しは、チップ４１、５１と前記の情報記憶媒体との電圧の出力値の変化を測定することによって実行される。更に、これらのチップ４１、５１が情報の読出しを実行するときには、それぞれ、金属層４４、５３によって被覆されるのが望ましい。
【００４５】
図６に、本発明に係る情報記録再生装置のカンチレバー４２、５２及びチップ４１、５１並びに金属層４３、５３を含んで構成されるプローブ（図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図５（Ａ）、図５（Ｂ）参照）の更に他の実施形態の模式図を示す。前記の図４（Ａ）、図４（Ｂ）、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示されるプローブでは、情報の書込み及び情報の読出しのための、ヒーティング用のショートライン及び接触抵抗測定用のショートラインが別々に配置されている。図６に示されたプローブは、これらと異なる構成を有している。すなわち、図６に示されたプローブでは、ヒーティング用のショートライン及び接触抵抗測定用のショートラインの２種類の機能が同時に操作可能なように構成されている。
【００４６】
図６に示すように、本発明に係る情報記録再生装置における他の実施形態のプローブは、第１コンタクトパッド６２と第２コンタクトパッド６３とがカンチレバーのショートライン６５と６６とにそれぞれ電気的に連結されており、第１コンタクトパッド６２に電気的に連結されたショートライン６６がプローブのチップ６１と電気的に接続されるよう構成されている。そして、第２コンタクトパッド６３に連結したショートライン６５は、プローブのチップ６１と所定の間隔をあけて配置されるように構成されている。
【００４７】
図６に示すプローブで情報の書込みまたは情報の読出しを実行する原理について説明すると次のようになる。
まず、情報の書込みを実行する際には、第１コンタクトパッド６２を通して電流を通電して、高抵抗領域を有する第２コンタクトパッド６３で発熱が生じると、チップ６１の近傍にある周辺領域６４が加熱される。したがって、このような発熱によって基板の上に形成されたポリマーを溶融させ、情報の単位としての情報ビットの書込みを実行する。
【００４８】
そして、情報の読出しを実行する場合には、第１コンタクトパッド６２のみを使用して前記ポリマーとチップ６１との間の接触抵抗の変化を測定する。したがって、前記図４（Ａ）から図５（Ｂ）に示す場合のように、情報の書込み及び情報の読出しを実行する際に、それぞれを実行するための専用のショートラインを別々に分離して設ける必要がない。
【００４９】
【実施例】
以下、図面を参照しながら本発明に係る情報記録再生装置における実施例について説明する。
図７（Ａ）、図７（Ｂ）及び図８は本発明に係る情報記録再生装置において、情報の書込み及び情報の読出しを実行して得られた結果を示す写真、及びグラフである。
【００５０】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）は、それぞれ、本発明に係る情報記録装置における情報記憶のメカニズムに基づき、従来公知の通常のプローブを使用して情報ビットの書込みを実行した情報記憶媒体を、ＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｉｐｅ：原子間力顕微鏡）を用いて原子像を撮影した原子像写真、及び、そのグラフを示したものである。
【００５１】
図７（Ａ）に示すＡＦＭ写真は、絶縁層に孔部を形成した形状を示しており、このような孔部の大きさ、すなわち情報ビットの大きさは、プローブのチップの大きさに依存する。また、図７（Ｂ）に示すグラフでは、図７（Ａ）に示すＡＦＭ写真をＡ−Ａ’線で切断した部分の絶縁層の相対的な高さを示している。図７（Ｂ）のグラフは、横軸が前記絶縁層の面内方向の相対距離を示し、縦軸が前記絶縁層の相対的高さを示している。図７（Ｂ）のグラフに示されるように、本発明に係る情報記録再生装置では、絶縁層の所定の位置に、所定の深さを有する孔部が形成されている。
【００５２】
図７（Ａ）及び図７（Ｂ）に示すような情報ビットを備えた情報記憶媒体を、本発明に係る情報記録再生装置における情報記録再生のメカニズムを用いて示すと、図８のようになる。図８では、印加電圧を３Ｖとして情報ビットの読出しが実行され、プローブが孔部の内部で導電層と接触すると、３Ｖの電圧が出力値として検出され、情報ビットが認識されたものである。
【００５３】
すなわち、増幅回路を、別途設けて構成することなく、印加電圧と同等の電圧が出力値として得られ、これによって比較的精密な情報の読出しの実行が可能となる。本発明に係る情報記録再生装置における情報記録及び情報再生のメカニズムを用いて市販されている当該分野で従来公知のプローブを使用した場合にも、図８に示すような結果と類似の結果が得られた。
【００５４】
図９（Ａ）は本発明に係る情報記録再生装置において、情報ビットの書込みを実行した後、この情報ビットの読出しを実行したときの各種の印加電圧の大きさによる情報ビットの大きさ変化のテスト結果を示したグラフである。図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＡ領域を拡大した図であり、図９（Ｃ）は図９（Ａ）のＢ領域を拡大した図である。ここで、横軸のＸ軸はプローブに印加した電圧を示し、左側の縦軸のＹ軸はポリマーの深さを示し、右側の縦軸のＹ軸はヒーティングにより生成された情報ビットの大きさ（内径）を示す。
【００５５】
図９（Ａ）に示すように、情報ビットの大きさ（内径）の場合（右側の縦軸のＹ軸）、プローブによるヒーティングが続くと共に、情報ビットの大きさが増加することが分かる。一方、ポリマーの深さは、区間Ａまでは増加し、区間Ｂで減少していることが分かる。そして、プローブから更に熱が加えられれば（すなわち、区間Ｂを過ぎれば）また情報ビットの深さは増加している。
【００５６】
このような結果は、いったん、所定の情報、すなわち所定の大きさの情報ビットを形成した後、その情報ビットにプローブを接触させて、区間Ｂの電圧を印加すれば、情報ビットを埋めることが可能であるということを示唆するものである。すなわち、このようにして、情報単位のビットを除去することが可能となる。このような情報ビットの削除、及び再書込みは、記憶媒体として使用する物質間の表面エネルギー、密着性、材料の選択に応じて適宜最適化することが可能である。
【００５７】
ここで、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すような本発明に係る情報記録再生装置と、従来の情報記録再生装置である図１（Ａ）、（Ｂ）及び図２（Ａ）、（Ｂ）とを、更に、３つの大きな主要な問題点に鑑みて比較すれば次のようになる。
【００５８】
まず、情報ビットの大きさについて比較すれば、従来の情報記録再生装置における絶縁層、すなわちポリマーは、情報ビットとしての作用を果たすものであるが、本発明に係る情報記録再生装置では、プローブのチップと、メタルまたは半導体との間のショートを防止するための単なる保護（パッシベーション）膜の役割を演ずるものである。したがって、本発明にあっては、ポリマー層の厚さを４０ｎｍ以下と、より薄くすることができ、それによって、前記導電層の表面と電気的に連通させるための孔部の大きさをより小さくすることができる。このことは、情報ビットの大きさを小さくする効果を発現させて情報記憶密度を向上させる。
【００５９】
次に情報の読出し速度、すなわち情報の再生速度について比較すれば、従来の情報記録再生装置は、温度の変化を感知する方式に基づくものであった。これに対して、本発明にあっては、前記プローブのチップと前記絶縁層及び導電層の接触による電圧の出力値の変化、すなわち、電気的信号を感知することによって読出し速度は単純にプローブの固有振動数のみの影響を受けるものとなる。
【００６０】
最後に、信号対雑音比について比較する。本発明に係る情報記録再生装置にあっては、単純に外部抵抗と接触抵抗との比として出力電圧が検出されるため、特段の回路を追加することなく比較的大きな出力値を得ることができ、従来のものに比べて一段と高い信号対雑音比が得される。したがって、本発明にあっては、従来の情報記録再生装置の問題点であった、温度分布に起因した像のくもりなどの問題は発生しない。
【００６１】
以上、本発明に係る接触抵抗測定を用いた情報記録再生装置並びにその情報の記録方法及び再生方法の実施の形態、及び実施例について説明したが、本発明はこれらの実施の形態や実施例のみに限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
【００６２】
【発明の効果】
以上、説明した通りに構成される本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明によれば、既存のＳＰＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｐｒｏｂｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型プローブ顕微鏡）技術を利用した情報記憶媒体の開発において問題とされてきた、情報保持、超常磁性限界、信号対雑音比などの問題を解決することができる。したがって、例えば、ＳＰＭ技術を利用した超小型情報記憶装置に、本発明を適用すれば、その信頼性を大幅に向上させることができ、またこのような記憶装置の測定回路を、比較的簡単に構成することができるので、製造コスト面においても多大な効果をもたらすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の情報記録再生装置における情報の書込み方法と情報の読出し方法とを示す模式図であって、図１（Ａ）は情報の書込み方法を示す図であり、図１（Ｂ）は情報の読出し方法を示す図である。
【図２】従来の情報記録再生装置において、情報の書込み及び情報の読出しが実行された状態を示すＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：走査型電子顕微鏡）像の写真であって、図２（Ａ）は情報の書込みが実行されて形成された情報ビットのＳＥＭ像であり、図２（Ｂ）は（Ａ）の情報ビットの読出しが実行されて得られたＳＥＭ象である。
【図３】本発明に係る情報記憶装置の動作メカニズムを示した模式図であって、図３（Ａ）は本発明に係る１実施形態の情報記憶装置の動作メカニズムを示し、図３（Ｂ）は本発明に係る他の実施形態の情報記憶装置の作動メカニズムを示す。
【図４】本発明に係る実施形態の情報記憶装置のカンチレバー及びプローブの構造を示す模式図であって、図４（Ａ）は本発明に係る１実施形態のカンチレバー及びプローブを示し、図４（Ｂ）は本発明に係る他の実施形態のカンチレバー及びプローブを示す。
【図５】本発明に係る実施形態の情報記憶装置のカンチレバー及びプローブの構造を示す模式図であって、図５（Ａ）は本発明に係る１実施形態の情報記憶装置のカンチレバー及びプローブの構造を示し、図５（Ｂ）は本発明に係る他の実施形態の情報記憶装置のカンチレバー及びプローブの構造を示す。
【図６】本発明に係る情報記憶装置のプローブの更に他の実施形態の模式図である。
【図７】本発明に係る情報記録再生装置で情報の書込みを実行したときのＡＦＭ（Ａｔｏｍｉｃ  Ｆｏｒｃｅ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：原子間力顕微鏡）の測定結果であって、図７（Ａ）は前記情報記憶媒体に孔部を形成した後、その表面の形状を示すＡＦＭ像の写真であり、図７（Ｂ）は図７（Ａ）のＡ−Ａ’線で切断した絶縁層の相対高さを示すグラフである。
【図８】図７（Ａ）、（Ｂ）における情報記憶媒体にプローブをスキャンして得られた電圧の出力値を示したグラフである。
【図９】本発明に係る情報記録再生装置で情報ビットを形成した後に情報の読出しを実行して得られた、情報ビットの大きさに対する情報ビットの読出しのための印加電圧の依存性を示すグラフであって、図９（Ａ）は情報ビットの読出しを実行する際の印加電圧と、これによって変化した情報ビットの深さ及び大きさ（内径）との関係を示すグラフであり、図９（Ｂ）は図９（Ａ）のＡ領域を拡大した図面であり、図９（Ｃ）は図９（Ａ）のＢ領域を拡大した図面である。
【符号の説明】
１１  チップ
１２  カンチレバー
１３  ポリマー（記憶媒体）
１４  基板
１５  情報ビット
３１  チップ
３２  カンチレバー
３３  ポリマー（絶縁層）
３３’  導電層（導電性ポリマー）
３４  導電層
３５  基板
３６  外部抵抗
３７  電圧計
３８  導電層に形成された孔部
３８’  絶縁層に形成された孔部
４１、５１  チップ
４２、５２  カンチレバー
４３、５３  金属層
【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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