JP2992910B2 - Information processing device - Google Patents
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Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、情報の記録あるいは再
生等を行う情報処理装置に関し、更に詳しくは、一方を
プローブ電極とした少なくとも一対の電極間に配置した
記録媒体が、電解質の存在下で電気化学的な酸化還元反
応によって、可逆的な状態変化を起こすことを用いた情
報処理装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an information processing apparatus for recording or reproducing information, and more particularly, to a recording medium disposed between at least a pair of electrodes, one of which is a probe electrode, in the presence of an electrolyte. The present invention relates to an information processing apparatus using a reversible state change by an electrochemical oxidation-reduction reaction.
【0002】[0002]
【従来の技術】近年、メモリ材料の用途は、コンピュー
タおよびその関連機器,ビデオディスク,ディジタルオ
ーディオディスク等のエレクトロニクス産業の中核をな
すものであり、その材料開発も極めて活発に進んでい
る。メモリ材料に要求される性能は用途により異なる
が、一般的に高密度で記録容量が大きいものが必要とさ
れている。2. Description of the Related Art In recent years, the use of memory materials is at the core of the electronics industry such as computers and related equipment, video disks, digital audio disks, and the like, and the development of such materials has been very active. The performance required for the memory material varies depending on the application, but in general, a material having a high density and a large recording capacity is required.
【0003】従来までは磁性体や半導体を素材とした半
導体メモリや磁気メモリが主であったが、近年レーザー
技術の進展に伴い、有機色素,フォトポリマーなどの有
機薄膜を用いた光メモリによる安価で高密度な記録媒体
が登場してきた。Conventionally, semiconductor memories and magnetic memories using a magnetic material or a semiconductor as a material have been mainly used. However, with the recent development of laser technology, inexpensive optical memories using organic thin films such as organic dyes and photopolymers have been used. High-density recording media have appeared.
【0004】光メモリにおいては、記録媒体の表面の凹
凸、反射率の差異を利用して、μmオーダーの高密度記
録再生が可能になってきた。かかる記録媒体として金属
または金属化合物の薄膜、有機色素薄膜等が用いられ、
レーザー光の熱を利用して、蒸発・溶融により穴をあけ
たり反射率を変化させて、情報を記録しており、かかる
方法においては、使用するレーザー光のスポット径が記
録密度を規定している。さらに、現在にあっては、映像
情報化が急速に進んでおり、より小型で大容量の高密度
メモリの開発の要求が高まっている。In optical memories, high-density recording / reproducing on the order of μm has become possible by utilizing the unevenness of the surface of a recording medium and the difference in reflectance. As such a recording medium, a metal or metal compound thin film, an organic dye thin film, or the like is used,
Using the heat of laser light, information is recorded by drilling holes and changing the reflectance by evaporation and melting, and in such a method, the spot diameter of the laser light used defines the recording density. I have. Furthermore, at present, the use of video information is rapidly progressing, and there is an increasing demand for the development of smaller and larger-capacity high-density memories.
【0005】一方、最近、導体の表面原子の電子構造を
直接観察できる走査型トンネル顕微鏡(以後、STMと
略す)が開発され[G.Binning et a
l.,Helvetica Physica Act
a,55,726(1982)]、単結晶、非晶質を問
わず実空間像が高い分解能で測定ができるようになり、
しかも、電流による損傷を媒体に与えることなく、低電
力で観測できる利点をも有し、さらに大気中でも作動
し、種々の材料に対して用いることができるため、広範
囲な応用が期待されている。On the other hand, recently, a scanning tunneling microscope (hereinafter abbreviated as STM) capable of directly observing the electronic structure of surface atoms of a conductor has been developed [G. Binning et a
l. , Helvetica Physica Act
a, 55 , 726 (1982)], real-space images can be measured with high resolution regardless of whether they are single crystal or amorphous.
In addition, it has the advantage that it can be observed with low power without causing damage to the medium by current damage, and furthermore, it operates in the atmosphere and can be used for various materials, so that a wide range of applications is expected.
【0006】このSTMは、金属の探針と導電性物質の
間に電圧を加えて1nm程度の距離まで近づけると、そ
の間にトンネル電流が流れることを利用している。この
電流は両者の間の距離変化に非常に敏感であり、トンネ
ル電流を一定に保つように探針を走査することにより、
実空間の表面構造を描くことができると同時に、表面原
子の全電子雲に関する種々の情報をも読み取ることがで
きる。[0006] This STM utilizes the fact that when a voltage is applied between a metal probe and a conductive substance to approach a distance of about 1 nm, a tunnel current flows between them. This current is very sensitive to the change in distance between the two, and by scanning the tip to keep the tunnel current constant,
At the same time as drawing the surface structure of the real space, it is also possible to read various kinds of information on the total electron cloud of surface atoms.
【0007】かかるSTMの記録再生技術への応用とし
ては、電子ビーム,イオンビーム,X線あるいは光など
の電磁波により、記録媒体の表面状態を変化させて記録
しSTMで再生する方法や、記録媒体として電圧電流特
性においてメモリ効果を有する材料、例えばカルコゲン
化物類の薄膜層やπ電子系有機化合物の薄膜層を用い
て、記録再生をSTMを用いて行う方法が提案されてい
る。As an application of the STM to the recording / reproducing technique, there are a method of recording by changing the surface state of the recording medium by an electromagnetic wave such as an electron beam, an ion beam, X-rays or light, and reproducing the information by the STM. A method has been proposed in which recording and reproduction are performed using an STM by using a material having a memory effect in voltage-current characteristics, for example, a thin film layer of a chalcogenide or a π-electron organic compound.
【0008】また、STMのプローブ電極に電界放出が
生じる電圧をかけRh−Zr合金の試料表面に局所的に
溶融させてコーン状の突起を作るという試みがなされて
いる[U.Stafer et al.,Appl.P
hys.Lett.51(4)27 July 198
7]。Attempts have also been made to produce cone-shaped protrusions by applying a voltage that causes field emission to the STM probe electrode and locally melting the Rh-Zr alloy sample surface [U. See Stafer et al. , Appl. P
hys. Lett. 51 (4) 27 July 198
7].
【0009】[0009]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、酸化
還元反応により、記録媒体上の非常に微小な領域に、可
逆な状態変化を生ぜしめることにより、メモリー性を有
した従来より高密度でかつ消去可能な情報処理装置を提
供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to produce a reversible state change in a very small area on a recording medium by an oxidation-reduction reaction. Another object of the present invention is to provide an information processing apparatus which can be erased.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段及び作用】上記目的を達成
するための構成として、第1に、少なくとも1つのプロ
ーブ電極と該プローブ電極と対向配置した作用電極とを
有し、可動イオンを供給する電解質及び該電解質の存在
下で外部からの電圧印加によって酸化状態と還元状態と
の間の可逆的な変化を容易に制御しうる記録媒体が前記
プローブ電極と前記作用電極の間に配置され、更に、前
記プローブ電極と前記作用電極との間に電圧を印加する
手段と前記プローブ電極と前記記録媒体との距離を制御
する手段を設けた装置であって、前記記録媒体の状態変
化における酸化反応又は還元反応に対する反応を補償す
る反応補償領域を、プローブ最先端部を除くプローブ上
又はその近傍、或いは記録媒体表面近傍に備えた情報処
理装置、としている点にある。As a structure for achieving the above object, first, at least one probe electrode and a working electrode opposed to the probe electrode are provided to supply movable ions. An electrolyte and a recording medium capable of easily controlling a reversible change between an oxidized state and a reduced state by application of an external voltage in the presence of the electrolyte are disposed between the probe electrode and the working electrode. An apparatus provided with a means for applying a voltage between the probe electrode and the working electrode and a means for controlling a distance between the probe electrode and the recording medium, wherein an oxidation reaction or a change in state of the recording medium is performed. An information processing apparatus provided with a reaction compensation region for compensating a reaction to the reduction reaction on or near the probe except for the tip of the probe, or near the surface of the recording medium. There is a point.
【0011】すなわち、本発明の第1の特徴は、図1で
示すように、プローブ電極3と作用電極4との間にバイ
アス電圧を印加するによって、記録媒体(基板上に作用
電極4及び記録層5を積層したもの)に惹き起こされる
酸化反応又は還元反応の電荷補償を行う反応補償領域6
を備えることにあり、プローブ電極3最先端を除くプロ
ーブ電極上に設けるか、プローブ電極3及び記録媒体表
面近傍に新たに専用電極を備える構成にある。That is, the first feature of the present invention is that, as shown in FIG. 1, a bias voltage is applied between the probe electrode 3 and the working electrode 4 so that the recording medium (the working electrode 4 and the recording Reaction compensation region 6 for compensating the charge of the oxidation reaction or reduction reaction caused by the layer 5).
In this configuration, a dedicated electrode is provided on the probe electrode except for the tip of the probe electrode 3, or a dedicated electrode is newly provided near the probe electrode 3 and the surface of the recording medium.
【0012】本発明の第2の特徴は、前記反応補償領域
6が、記録媒体と同一材料で形成され、かつ、その初期
状態において補償領域の酸化還元状態が記録媒体の逆状
態に設定されていることにある。A second feature of the present invention is that the reaction compensation region 6 is formed of the same material as the recording medium, and in the initial state, the oxidation-reduction state of the compensation region is set to the opposite state of the recording medium. Is to be.
【0013】一般に電気化学反応系における電極反応で
は、二電極間で電荷の補償が行われることによって、電
荷が蓄積することなく反応が進行する。例えば、一方の
電極で電子放出を伴う酸化反応が起こった場合、他方の
電極では電子付加を伴う還元反応が進行し、電子の収支
が相殺され電荷が補償される。また、測定用電解液セル
における反応系では、注目する測定材料の形成される作
用電極に対して、対向電極として、それ自身は反応しな
いが触媒作用が強いPt,Au,Ir等の貴金属又はカ
ーボンが用いられる。この場合、作用電極4で進行する
酸化反応又は還元反応の補償反応として対向電極側で発
生する対反応としては、ガスの発生又は反応生成物の析
出を伴う反応が殆どであり、系全体としては非可逆な反
応系である。測定セルの場合は、対向電極表面積を作用
電極に比べて遥かに大きくすると同時に、電解液の補
充,撹拌又は洗浄による対向電極表面吸着ガス又は反応
生成物の脱離を行うことができるために非可逆な反応系
であることは問題とならない。In general, in an electrode reaction in an electrochemical reaction system, charge is compensated between two electrodes, so that the reaction proceeds without accumulation of charge. For example, when an oxidation reaction involving emission of electrons occurs at one electrode, a reduction reaction involving addition of electrons proceeds at the other electrode, and the balance of electrons is canceled to compensate for the charge. In the reaction system in the electrolyte cell for measurement, a noble metal such as Pt, Au, Ir or the like which does not react by itself but has strong catalytic action is used as a counter electrode with respect to the working electrode on which the target measurement material is formed. Is used. In this case, as a counter-reaction generated on the counter electrode side as a compensation reaction of an oxidation reaction or a reduction reaction that proceeds at the working electrode 4, a reaction accompanied by generation of gas or deposition of a reaction product is almost performed. It is an irreversible reaction system. In the case of a measurement cell, the surface area of the counter electrode is much larger than that of the working electrode, and at the same time, the gas adsorbed on the counter electrode surface or the reaction product can be desorbed by replenishment, stirring, or washing of the electrolyte. It does not matter that the reaction system is a reversible reaction system.
【0014】しかし、STMメモリーシステムとして考
える場合には、対向電極に相当するプローブ電極、特に
その先端部におけるガスの発生や反応生成物の析出は、
プローブ電極先端部が関与するトンネル電流を用いた距
離制御,再生等のSTM動作に支障をきたすことにな
る。同時に非可逆な系では、ガス発生に伴う膜剥離,耐
久性,特性劣化等の点で問題があり、系全体としてガス
発生や反応生成物析出の起こらない可逆な反応系が望ま
しい。However, when considered as an STM memory system, the generation of gas and the deposition of reaction products at the probe electrode corresponding to the counter electrode, particularly at the tip thereof,
STM operations such as distance control and reproduction using the tunnel current involving the tip of the probe electrode will be hindered. At the same time, an irreversible system has problems in film peeling, durability, deterioration of characteristics, etc. due to gas generation, and a reversible reaction system in which gas generation and reaction product precipitation do not occur as a whole system is desirable.
【0015】そこで、本発明においては、STM動作の
要であるプローブ電極3先端部において不要な副反応が
起こらない様に、プローブ先端部近傍に反応媒体側で進
行する酸化反応又は還元反応の対反応を補償する領域を
設け、系全体として可逆な反応系を成立させることを提
案する。Therefore, in the present invention, in order to prevent an unnecessary side reaction from occurring at the tip of the probe electrode 3 which is a key to the STM operation, the reaction of the oxidation reaction or the reduction reaction which proceeds on the reaction medium side near the tip of the probe is performed. It is proposed to provide a region for compensating the reaction and establish a reversible reaction system as a whole.
【0016】反応補償領域6における反応は、その反応
電位がプローブ電極先端部におけるガス発生電位又は副
反応生成物析出電位よりも小さく、かつ可動イオンの収
支を含めた反応系全体として可逆的であればよい。The reaction in the reaction compensation region 6 is required if the reaction potential is smaller than the gas generation potential or the by-product deposition potential at the tip of the probe electrode, and reversible as a whole reaction system including the balance of mobile ions. I just need.
【0017】特に、本発明においては、理想的な補償反
応として記録媒体で進行する反応の逆反応を用いること
を提案し、本発明の第2の特徴とする。反応補償領域を
記録媒体と同一材料で形成し、かつその初期状態におい
て、反応補償領域の酸化還元状態を記録媒体の逆状態に
設定することによって、記録媒体と同じ反応電位,反応
当量を有し、同一の可動イオンを付加,脱離する理想的
な可逆反応系を実現することができる。In particular, the present invention proposes to use a reverse reaction of a reaction that proceeds in a recording medium as an ideal compensation reaction, which is a second feature of the present invention. By forming the reaction compensation region from the same material as the recording medium and setting the oxidation-reduction state of the reaction compensation region to the opposite state of the recording medium in the initial state, the reaction compensation region has the same reaction potential and reaction equivalent as the recording medium. Thus, an ideal reversible reaction system in which the same mobile ions are added and desorbed can be realized.
【0018】本発明においては、一方の電極に少なくと
も1つのプローブ電極を用い、更にプローブ電極をST
Mを用いて記録媒体のごく近傍、およそ1nm程度まで
近づけることにより酸化還元反応を起こす領域を制限
し、極めて微小な領域に電子状態の異なる分子もしくは
分子団を生ぜしめることによって、高密度記録を達成し
ている。In the present invention, at least one probe electrode is used for one of the electrodes, and the probe electrode is set to ST.
By using M to approach the recording medium very close to about 1 nm, the area where the oxidation-reduction reaction occurs is limited, and molecules or molecular groups having different electronic states are generated in extremely small areas, thereby achieving high-density recording. Have achieved.
【0019】かかる電子状態の相異なる領域の識別は、
従来光記録に用いられている読み取りをもってしては不
可能であり、分子近傍の電子雲の拡がりに関して極めて
敏感なSTMを利用して初めて可能となる。具体的には
プローブ電極と対向電極間に流れるトンネル電流値の変
化により検知するが、トンネル電流値を一定に保つよう
プローブ電極と記録媒体の距離を制御し、その際の制御
信号により検知してもよい。The identification of the regions having different electronic states is as follows.
This is not possible with reading conventionally used for optical recording, but is only possible with the use of STM, which is extremely sensitive to the spread of electron clouds near molecules. Specifically, the detection is performed based on a change in a tunnel current value flowing between the probe electrode and the counter electrode, but the distance between the probe electrode and the recording medium is controlled so as to keep the tunnel current value constant, and the detection is performed based on a control signal at that time. Is also good.
【0020】本発明に関わる記録媒体及び反応補償体に
用いられる材料としては、広く可逆的な酸化還元反応が
可能な有機化合物及び無機化合物に亘り、典型的な例と
してエレクトロクロミー材料が掲げられる。As a material used for the recording medium and the reaction compensator according to the present invention, there is a wide range of organic compounds and inorganic compounds capable of reversible oxidation-reduction reaction, and a typical example is an electrochromic material. .
【0021】かかるエレクトロクロミズムとは、電気化
学的な酸化還元反応によって、電子移動体の一方もしく
は両方が着色する現象をいい、金属イオンあるいは有機
分子の価数の変化により、電子状態及びそのバンド構造
が変化することにより、吸収スペクトルあるいは導電率
といった物理特性が可逆的にスウィッチングするもので
ある。かかるメモリー性に鑑み、表示用途以外に記録媒
体としての応用も有望視されている。有機物ではビオロ
ゲンポリマー,スチリル類化合物,希土類ジフタロシア
ニン,TTF化ポリスチレン等、或いは主に電解重合膜
のドーピングによって得られ易いポリチオフェン,ポリ
アニリン,ポリピロール,ポリチェニレン等の導電性高
分子群等々、無機物ではWO3,IrOX等の遷移金属酸
化物等が代表的である。The electrochromism is a phenomenon in which one or both of the electron carriers are colored by an electrochemical oxidation-reduction reaction. The change in the valence of a metal ion or an organic molecule causes the electronic state and its band structure to change. Changes, the physical characteristics such as the absorption spectrum and the electrical conductivity are reversibly switched. In view of such a memory property, application as a recording medium in addition to display use is also expected. Viologen polymer is organic, styryl class compounds, rare earth diphthalocyanine, TTF polystyrene or the like, or mainly easily polythiophene obtained by doping electrolytic polymerization film, polyaniline, polypyrrole, etc. conductive polymer groups such as polythienylene, WO 3 is an inorganic substance , transition metal oxides such as IrO X is typical.
【0022】次に、前記目的を達成できる第2の構成
は、少なくとも1つのプローブ電極と該プローブ電極と
対向配置した作用電極とを有し、可動イオンを供給する
電解質及び該電解質の存在下で外部からの電圧印加によ
って酸化状態と還元状態との間の可逆的な変化を容易に
制御しうる記録媒体が前記プローブ電極と前記作用電極
の間に配置され、更に、前記プローブ電極と前記作用電
極との間に電圧を印加する手段と前記プローブ電極と前
記記録媒体との距離を制御する手段を設けた装置であっ
て、前記記録媒体の酸化状態と還元状態間の変化に関与
する電子が、前記プローブ電極と前記記録媒体間に発生
するトンネル電流によって供給される情報処理装置、と
している点にある。Next, a second configuration which can achieve the above object has at least one probe electrode and a working electrode opposed to the probe electrode, and is provided with an electrolyte for supplying mobile ions and an electrolyte in the presence of the electrolyte. A recording medium capable of easily controlling a reversible change between an oxidized state and a reduced state by applying an external voltage is disposed between the probe electrode and the working electrode, and further, the probe electrode and the working electrode A device provided with a means for applying a voltage between and a means for controlling the distance between the probe electrode and the recording medium, wherein electrons involved in the change between the oxidized state and the reduced state of the recording medium, An information processing apparatus provided by a tunnel current generated between the probe electrode and the recording medium.
【0023】ここで、前記電解質は電解液であって、前
記記録媒体面近傍に電位規制用の基準参照電極を備え、
又前記プローブ電極の最先端部を除いた電解液に浸漬さ
れた部位が不活性絶縁材料で被覆されている構成とする
点、また、前記電解質は、ゲル状又は固体状電解質であ
って、該ゲル状又は固体状電解質が前記記録媒体と前記
作用電極との間に配置される構成とする点、さらには、
前記記録媒体と前記作用電極との間に電子阻止層を配置
することをも構成とする点、また、前記記録媒体と前記
作用電極が互いに伝導型の異なる半導体材料であり、両
者の接合界面がダイオード特性を有する構成とする点、
また、前記作用電極に対向する、前記プローブ電極以外
の第2の対向電極を有する構成とする点、等を満足した
情報処理装置をも特徴とするものである。Here, the electrolyte is an electrolytic solution, and a reference electrode for regulating potential is provided near the recording medium surface.
In addition, the portion of the probe electrode immersed in the electrolytic solution except for the foremost portion is coated with an inert insulating material, and the electrolyte is a gel or solid electrolyte, A point in which a gel or solid electrolyte is arranged between the recording medium and the working electrode, further,
A point that an electron blocking layer is also arranged between the recording medium and the working electrode, and the recording medium and the working electrode are semiconductor materials having different conductivity types from each other, and a bonding interface between the two is different. A point having a diode characteristic,
Further, the present invention is also characterized by an information processing apparatus which satisfies, for example, a configuration having a second counter electrode other than the probe electrode opposite to the working electrode.
【0024】以下、本発明の構成及び作用についてさら
に詳述する。Hereinafter, the structure and operation of the present invention will be described in more detail.
【0025】本発明では、プローブ電極と作用電極との
間に印加される電圧によって惹き起こされる、記録媒体
における可逆な酸化還元反応に関与する電子が、少なく
とも記録時においてはプローブ電極と記録媒体間に生ず
るトンネル電流によって供給されることにある。これに
よれば、関与電子がプローブ最先端の数原子のみからの
トンネル電子であるため、記録媒体において惹き起こさ
れる酸化還元反応も実効トンネル電流域に限定され、十
数Å〜百Åφ以下の極微な領域に限定した可逆的状態変
化を制御することが可能となる。According to the present invention, electrons involved in a reversible oxidation-reduction reaction in a recording medium caused by a voltage applied between the probe electrode and the working electrode are used at least during recording between the probe electrode and the recording medium. Is supplied by the tunnel current generated in According to this, since the participating electrons are only tunneling electrons from a few atoms at the tip of the probe, the oxidation-reduction reaction caused in the recording medium is also limited to the effective tunnel current region, and is extremely small in the range of tens to several hundreds Å or less. It is possible to control a reversible state change limited to a specific region.
【0026】以下、図2を用いて上述した本発明の特徴
をさらに詳しく説明する。一般に可動イオンの付加,脱
離を伴う可逆的な酸化還元反応は、陽イオン(Kati
on)K+,陰イオン(Anion)A-とすれば、化学
式1又は化学式2で表わせる。Hereinafter, the features of the present invention will be described in more detail with reference to FIG. Generally, a reversible oxidation-reduction reaction involving addition and desorption of mobile ions is carried out by using a cation (Kati)
on) K + and Anion A − can be represented by Chemical Formula 1 or Chemical Formula 2.
【0027】[0027]
【化1】 Embedded image
【0028】[0028]
【化2】 ここで、電解質が電解液である一般的な系の場合を考え
る。図2(a)に示す様に、電解セル容器2内に満たさ
れた可動陽イオンK+を含む電解液中で、作用電極4上
に形成された反応媒体5と先端の尖ったプローブ電極3
が対向する反応系において、プローブ電極3側を作用電
極4に対して正方向にバイアスすることによって、陽イ
オンK+が反応媒体5中に強制的にドリフトし、同時に
作用電極4側から注入される電子によって化1式に示す
順方向反応が進行し生成物MKが作られる。Embedded image Here, the case of a general system in which the electrolyte is an electrolyte is considered. As shown in FIG. 2A, a reaction medium 5 formed on a working electrode 4 and a probe electrode 3 having a sharp tip are placed in an electrolytic solution containing mobile cations K + filled in an electrolytic cell container 2.
Are biased in the positive direction with respect to the working electrode 4 with respect to the working electrode 4 so that the positive ions K + drift forcibly into the reaction medium 5 and are simultaneously injected from the working electrode 4 side. The forward reaction shown in Chemical Formula 1 proceeds by the electrons to produce a product MK.
【0029】酸化還元反応を起こすために、可動イオン
を媒体中に強制的にドリフトする方向に電圧印加した場
合には、この反応に関与する電子は常に反応媒体5の形
成された作用電極4側より供給される。一方、逆方向バ
イアスでは、陽イオンK+はプローブ電極3周辺部に集
まり、反応媒体5中には導入されず、従って反応が進行
しない。化1式の逆反応(図2(b))、化式2の順反
応(図2(c))、化式2の逆反応(図2(d))の場
合でも状況は同じであり、各反応の進行する方向に反応
媒体5中に可動イオンを注入又は注出する方向に、作用
電極4及びプローブ電極3間にバイアス印加する場合に
は、各反応に関与する電子は常に作用電極4側から供給
されるため、プローブ電極3,作用電極4間に発生する
トンネル電子は反応に関与できない。一方、逆方向のバ
イアス印加では可動イオンが関与できず、従って反応は
進行しない。When a voltage is applied in a direction in which mobile ions are forcibly drifted into the medium in order to cause an oxidation-reduction reaction, electrons involved in this reaction are always applied to the working electrode 4 on which the reaction medium 5 is formed. Supplied by On the other hand, with the reverse bias, the cations K + gather around the probe electrode 3 and are not introduced into the reaction medium 5, so that the reaction does not proceed. The situation is the same in the case of the reverse reaction of Formula 1 (FIG. 2 (b)), the forward reaction of Formula 2 (FIG. 2 (c)), and the reverse reaction of Formula 2 (FIG. 2 (d)). When a bias is applied between the working electrode 4 and the probe electrode 3 in a direction in which mobile ions are injected or ejected into the reaction medium 5 in a direction in which each reaction proceeds, electrons involved in each reaction are always applied to the working electrode 4. Since it is supplied from the side, tunnel electrons generated between the probe electrode 3 and the working electrode 4 cannot participate in the reaction. On the other hand, the application of the bias in the reverse direction does not involve mobile ions, and thus the reaction does not proceed.
【0030】しかしながら、作用電極4側からの注出入
電子が関与する反応における反応領域は、バイアス印加
によってプローブ電極3,作用電極4間に発生する広が
りのある電界に相当する数百nmφ以上の比較的大きな
ものであり、本発明の趣旨に適わない。However, the reaction region in the reaction involving the injected and injected electrons from the working electrode 4 side has a comparison area of several hundred nmφ or more corresponding to a widening electric field generated between the probe electrode 3 and the working electrode 4 by bias application. It is not suitable for the purpose of the present invention.
【0031】そこで、前述本発明を実現する構成上の特
徴として、作用電極4と反応媒体5間に電子阻止層19
を形成するか、又は反応媒体5と作用電極4に夫々電導
型の異なる半導体材料を用い、バイアス印加時に電子障
壁層を形成することによって、反応媒体5と作用電極4
間の電子移動を遮断することを提案する。図2(a)に
示す様に、まず化式1の順方向反応を起こすために、プ
ローブ電極3電位を作用電極4に対して正方向にバイア
スし、電解液中の陽イオンを反応媒体5中に強制的にド
リフトさせる。しかし、この時作用電極4からの電子は
上述の電子阻止層19によって遮断されているため、反
応は進行しない。陽イオン供給直後に反対極性のパルス
電圧を印加し、反応媒体5中の陽イオンが電解液中に拡
散又はドリフトする前にプローブ先端部よりトンネル電
子を供給することによって、化1式の順方向反応を進行
させることが可能となる。この場合、反応領域はトンネ
ル電流領域に限定され、十数Åφ〜百Åφの極微領域で
の可逆な酸化還元反応を実現でき、この反応領域を記録
ビットとすれば、従来よりはるかに高密度な記録再生等
が可能な情報処理装置を提供することができる。Therefore, as a structural feature for realizing the present invention, an electron blocking layer 19 is provided between the working electrode 4 and the reaction medium 5.
Alternatively, the reaction medium 5 and the working electrode 4 are formed by using semiconductor materials having different conductivity types for the reaction medium 5 and the working electrode 4 and forming an electron barrier layer when a bias is applied.
It is proposed to block electron transfer between them. As shown in FIG. 2A, first, in order to cause a forward reaction of Formula 1, the potential of the probe electrode 3 is biased in a positive direction with respect to the working electrode 4 so that cations in the electrolytic solution are reacted with the reaction medium 5. Force to drift inside. However, at this time, since the electrons from the working electrode 4 are blocked by the electron blocking layer 19, the reaction does not proceed. Immediately after the supply of cations, a pulse voltage of the opposite polarity is applied, and tunnel electrons are supplied from the tip of the probe before the cations in the reaction medium 5 diffuse or drift into the electrolyte. The reaction can proceed. In this case, the reaction region is limited to the tunnel current region, and a reversible oxidation-reduction reaction can be realized in a very small region of more than tens of Åφ to 100Åφ. It is possible to provide an information processing device capable of recording and reproducing.
【0032】化1式の逆反応,化2式の順反応及び逆反
応(図2(b))についても同様で、まず可動イオンを
反応方向に注出入させ、電子のトンネル時間がイオンの
移動時間に比べてはるかに短いことを利用して、イオン
が逆拡散又は逆方向ドリフトする前にプローブ電極3及
び反応媒体5間でトンネル電子の注出入を行うことによ
って、トンネル電子の関与する酸化還元反応を進行する
ことができる。図2ではプローブ電極3の極性を切り換
えることによって可動イオンの注出入,トンネル電子の
注出入を行なったが、可動イオンの注出入用の対向平坦
電極を別に設け、プローブ電極3はトンネル電子発生時
のみ制御電極的に使用するようにしてもよい。図2
(c),(d)は、反応媒体5と作用電極4との導電型
を異ならせpn接合を形成するもので、反応の進行する
方向で逆方向バイアスとなるようにすれば、電子阻止層
19を設けることなく作用電極4側からの電子供給を遮
断することができる。The same applies to the reverse reaction of the chemical formula 1 and the forward reaction and the reverse reaction of the chemical formula 2 (FIG. 2B). Taking advantage of the fact that the time is much shorter than the time, the injection and injection of tunnel electrons between the probe electrode 3 and the reaction medium 5 before the ions reversely diffuse or drift in the reverse direction can be performed. The reaction can proceed. In FIG. 2, the polarity of the probe electrode 3 is switched to perform injection / injection of mobile ions and injection / injection of tunnel electrons. However, an opposing flat electrode for injection / injection of mobile ions is separately provided. Only the control electrode may be used. FIG.
(C) and (d) show that the conductivity type of the reaction medium 5 and the working electrode 4 are made different to form a pn junction. If a reverse bias is applied in the direction in which the reaction proceeds, the electron blocking layer is formed. Electron supply from the working electrode 4 side can be cut off without providing 19.
【0033】以上の様にして、トンネル電子によって極
微領域の酸化還元反応を起こす、即ち記録するためには
上記プローブ電極3と記録媒体の記録層5(前述反応媒
体5に相当)との距離を10Å以内の距離に、0.1Å
以下の精度で制御し、プローブ電極3及び記録媒体間に
電圧印加した時に発生するトンネル電流を検知し、前述
したSTM解析技術を応用することにより実現可能であ
る。記録ビットを再生する場合も同様で、反応した記録
ビットの導電率,表面仕事関数,分子間結合状態,分子
団サイズ等の物理状態の違いに対応した電子状態の相異
を反映するトンネル電流を検知し、STM技術によって
Åオーダーの面内方向分解能を実現することができる。As described above, in order to cause an oxidation-reduction reaction in a very small area by the tunnel electrons, that is, to perform recording, the distance between the probe electrode 3 and the recording layer 5 of the recording medium (corresponding to the above-described reaction medium 5) is set. 0.1Å within a distance of 10Å
It can be realized by controlling with the following accuracy, detecting a tunnel current generated when a voltage is applied between the probe electrode 3 and the recording medium, and applying the aforementioned STM analysis technology. The same applies to the case of reproducing recorded bits, in which the tunnel current reflecting the difference in the electronic state corresponding to the difference in the physical state such as the conductivity, surface work function, intermolecular bonding state, molecular group size, etc. of the recorded bit is measured. Detecting and realizing in-plane direction resolution of the order of Å by STM technology.
【0034】さて、大気中,真空中と比較して、電解液
中でのSTM解析において特に問題となるのは、可動イ
オンの移動に伴って発生するファラダイックな電流とト
ンネル電流との識別が困難なことであり、その解決の為
には距離制御,再生時においては記録媒体の記録層5表
面及びプローブ電極3表面の電位を表面反応の発生する
反応電位以下に抑えること、更に、例え反応が起こって
も影響が最小となる様に反応面積を必要最小限に抑える
ことが重要である。Now, it is more difficult to discriminate between a faradic current generated by the movement of mobile ions and a tunnel current as compared with that in the air or vacuum, in the STM analysis in the electrolyte. In order to solve this problem, the potentials of the surface of the recording layer 5 and the surface of the probe electrode 3 of the recording medium should be kept below the reaction potential at which a surface reaction occurs during distance control and reproduction. It is important to minimize the reaction area so that the effect is minimized even if it occurs.
【0035】そこで、本発明の次なる特徴として、電解
液中でのシステムにおいては、記録層5表面及びプロー
ブ電極3表面の電位を規制する参照電極7を記録媒体面
近傍に有し(図1参照)、更にトンネル電子発生部であ
るプローブ電極3最先端部1nm〜数百nmφの領域を
除く電解液中浸漬部が、高分子ポリマー又はガラス等の
不活性な絶縁材で被覆され、不要な表面反応の発生する
領域を最小限に制限することを提案し、上述要求を満足
する。Therefore, as a next feature of the present invention, in a system in an electrolytic solution, a reference electrode 7 for regulating the potential on the surface of the recording layer 5 and the surface of the probe electrode 3 is provided near the recording medium surface (FIG. 1). Further, the immersion part in the electrolytic solution excluding the region of 1 nm to several hundred nmφ of the tip part of the probe electrode 3 which is the tunnel electron generation part is covered with an inert insulating material such as a polymer or glass, so that unnecessary parts are unnecessary. It is proposed to minimize the area where the surface reaction occurs, and satisfies the above requirements.
【0036】本発明の次なる特徴は、電解質として固体
状又はゲル状電解質を用い、記録層5と作用電極4との
間に電解質を配置し、プローブ電極3及び作用電極4間
に一方向のバイアス電圧を印加することによって、電解
質と記録媒体間での可動イオンの注出入、及び記録媒体
とプローブ電極間でのトンネル電子注出入を同時に成立
させる構成を提案することにある。The next feature of the present invention is that a solid or gel electrolyte is used as the electrolyte, the electrolyte is disposed between the recording layer 5 and the working electrode 4, and a unidirectional electrolyte is provided between the probe electrode 3 and the working electrode 4. It is an object of the present invention to propose a configuration in which a bias voltage is applied to simultaneously inject and eject movable ions between an electrolyte and a recording medium and tunnel electrons between a recording medium and a probe electrode.
【0037】本発明に関わる記録層5としては、広く可
逆的な酸化還元反応が可能な有機化合物,無機化合物に
亘り、典型的な例としてエレクトロクロミー材料が掲げ
られる。エレクトロクロミズムとは、電気化学的な酸化
還元反応によって、電子移動体の一方もしくは両方が着
色する現象であり、金属イオンあるいは有機分子の価数
の変化により、電子状態及びそのバンド構造が変化する
ことにより、吸収スペクトル,導電率といった物理特性
が可逆的にスイッチング可能で、メモリー性も有するた
め表示用途以外に記録媒体としての応用も有望視されて
いる。有機物では、ビオロゲンポリマー,スチリル類化
合物,希土類ジフタロシアニン,TTF化ポリスチレン
等、或いは主に電解重合膜のドーピングによって得られ
易いポリチオフェン,ポリアニリン,ポリピロール,ポ
リチェニレン等の導電性高分子群等々、無機物ではWO
3,IrOx等の遷移金属酸化物等が代表的である。As the recording layer 5 according to the present invention, an electrochromic material is listed as a typical example of an organic compound and an inorganic compound capable of performing a wide and reversible oxidation-reduction reaction. Electrochromism is a phenomenon in which one or both of the electron movers is colored by an electrochemical redox reaction.The change in the electronic state and its band structure due to a change in the valence of a metal ion or an organic molecule. Accordingly, physical characteristics such as an absorption spectrum and conductivity can be reversibly switched and have a memory property, so that it is expected to be used not only for display but also as a recording medium. Examples of organic substances include viologen polymers, styryl compounds, rare earth diphthalocyanines, TTF-modified polystyrene and the like, and conductive polymers such as polythiophene, polyaniline, polypyrrole, and polyphenylene which are easily obtained mainly by doping of an electropolymerized film.
3 , transition metal oxides such as IrO x are typical.
【0038】電子阻止層19としては、Al2O3等の各
種酸化膜或は窒化膜等の無機材料、有機系ではLB法に
よって良好な絶縁特性の報告されている直鎖脂肪酸系,
ポリイミド系材料が好適である。As the electron blocking layer 19, various oxide films such as Al 2 O 3 or inorganic materials such as a nitride film, etc .;
Polyimide-based materials are preferred.
【0039】固体状又はゲル状電解質としては、Si
O,MgF2,Cr2O3,ZrO2,Ta2O5等の含水誘
電体、又はβ−アルミナ,RbAg4I5,Li3N,ア
クリルアミドメチル,プロパンスルホン酸ポリマー,N
afion,PbF2,LiF,CaCl2等の反応媒体
に見合った可動イオンを含む固体電解質、又は各種電解
液をポリエーテル系等のポリマーに含漬させてゲル化し
たもの等が考えられる。As the solid or gel electrolyte, Si
O, MgF 2 , Cr 2 O 3 , ZrO 2 , Ta 2 O 5, etc., or a hydrous dielectric, β-alumina, RbAg 4 I 5 , Li 3 N, acrylamidomethyl, propanesulfonic acid polymer, N
A solid electrolyte containing mobile ions suitable for a reaction medium such as afion, PbF 2 , LiF, and CaCl 2 , or a gel formed by impregnating various electrolytes with a polymer such as a polyether-based polymer can be considered.
【0040】導電性の低い試料をSTMで解析する際、
導電性材料の表面にごく薄く、数十オングストローム以
下の膜厚で形成しなければならない。かかる超薄膜記録
層の形成に関しては、具体的には蒸着法,電解重合法,
プラズマ重合法,MBE法やクラスターイオンビーム法
等の適用も可能であるが、有機物に限定して言えば制御
性,容易性そして再現性から公知の従来技術の中ではラ
ングミュアーブロジェット法(LB法)が極めて好適で
ある。When analyzing a sample with low conductivity by STM,
It must be formed very thinly on the surface of the conductive material with a thickness of several tens angstroms or less. Regarding the formation of such an ultra-thin recording layer, specifically, a vapor deposition method, an electrolytic polymerization method,
Although the plasma polymerization method, MBE method, cluster ion beam method, and the like can be applied, if it is limited to organic substances, Langmuir-Blodget method (LB) is a known conventional technique because of its controllability, easiness, and reproducibility. Method) is very suitable.
【0041】かかるLB法は、分子内に親水性部位と疎
水性部位とを有する構造の分子において、両者のバラン
ス(両親媒性のバランス)が適度に保たれている時、分
子は水面上で親水性基を下に向けて単分子の層になるこ
とを利用して単分子膜またはその累積膜を形成する方法
である。According to the LB method, when a molecule having a structure having a hydrophilic site and a hydrophobic site in a molecule and a balance between them (an amphiphilic balance) is appropriately maintained, the molecule is placed on the water surface. This is a method of forming a monomolecular film or a cumulative film thereof by utilizing the fact that the hydrophilic group is turned downward to form a monomolecular layer.
【0042】このLB法によれば、1分子中に疎水性部
位と親水性部位とを有する有機化合物の単分子膜または
その累積膜を基板上に容易に形成することができ、分子
オーダーの厚みを有し、かつ大面積にわたって均一、均
質な有機超薄膜を安定に供給することができる。従っ
て、STMによる解析に必要な超薄膜を容易に形成しう
る。更に、エレクトロクロミズムの弱点である応答速度
に関しても、これを律速している要因は自由電荷のドリ
フト速度であって、かかる超薄膜の状態では問題になら
ない。According to the LB method, a monomolecular film of an organic compound having a hydrophobic portion and a hydrophilic portion in one molecule or a cumulative film thereof can be easily formed on a substrate, and the thickness on the order of molecules can be obtained. And a uniform and homogeneous organic ultrathin film can be stably supplied over a large area. Therefore, an ultrathin film required for analysis by STM can be easily formed. Further, regarding the response speed, which is a weak point of electrochromism, the factor that determines the response speed is the drift speed of free charge, which is not a problem in the state of such an ultrathin film.
【0043】本発明において、無機及び有機材料が積層
された薄膜を支持するための基板としては、金属,ガラ
ス,セラミックス,プラスチック材料等いずれでもよ
い。上記の如き基板は、任意の形状でよく平板状である
のが好ましいが、平板に何ら限定されない。すなわち前
記成膜法においては、基板の表面がいかなる形状であっ
てもその形状通りに膜を形成し得る利点を有するからで
ある。In the present invention, the substrate for supporting the thin film on which the inorganic and organic materials are laminated may be any of metal, glass, ceramics, plastic materials and the like. The substrate as described above may have any shape and is preferably flat, but is not limited to a flat plate. That is, this is because the film formation method has an advantage that a film can be formed according to the shape of the surface of the substrate regardless of its shape.
【0044】一方、本発明で用いられる電極材料も高い
伝導性を有し、かつ電解質と不用な反応を起こさないも
のであれば良く、例えばAu,Pt,Ag,Pd,A
l,In,Sn,Pb,Wなどの金属やこれらの合金、
さらにはグラファイトやシリサイド、またさらにはIT
Oなどの導電性酸化物を始めとして数多くの材料が挙げ
られ、これらの本発明への適用が考えられる。かかる材
料を用いた電極形成法としても従来公知の薄膜技術で充
分である。On the other hand, the electrode material used in the present invention also has to have high conductivity and does not cause unnecessary reaction with the electrolyte. For example, Au, Pt, Ag, Pd, A
metals such as 1, In, Sn, Pb, W and alloys thereof;
Furthermore, graphite and silicide, and even IT
Numerous materials, including conductive oxides such as O, can be cited, and these can be applied to the present invention. As a method for forming an electrode using such a material, a conventionally known thin film technique is sufficient.
【0045】また、プローブ電極3の先端は記録/再生
/消去の分解能を上げるためできるだけ尖らせる必要が
ある。本発明では、1mmφの太さの白金の先端を90
°のコーンになるように機械的に研磨し超高真空中で電
界をかけて表面原子を蒸発させたものを用いているが、
何らこれに限定されるものではない。The tip of the probe electrode 3 needs to be as sharp as possible in order to increase the resolution of recording / reproducing / erasing. In the present invention, the tip of platinum having a thickness of 1 mmφ is 90
°, mechanically polished to a cone and applying an electric field in an ultra-high vacuum to evaporate surface atoms,
It is not limited to this.
【0046】また、プローブ電極3の最先端を除く電解
液中浸漬部は、ポリマー,ガラス等の絶縁不活性材料に
よって被覆されており、プローブ電極表面上での副反応
によるファラダイック電流を極力小さくし、距離制御,
再生時におけるトンネル電流信号のS/N比を保証して
いる。The portion of the probe electrode 3 immersed in the electrolytic solution except for the leading edge is coated with an insulating inert material such as a polymer or glass to minimize the Faradic current due to a side reaction on the probe electrode surface. , Distance control,
The S / N ratio of the tunnel current signal at the time of reproduction is guaranteed.
【0047】[0047]
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。Embodiments of the present invention will be described below.
【0048】(実施例1)図1は、本発明の第1の実施
例を示す情報処理装置を示すブロック構成図である。本
図中、23は電流電圧変換増幅器で、22はプローブ電
流が一定になるように圧電素子を用いた微動駆動機構9
を制御するサーボ回路である。27は参照電極7の電位
を基準にしてプローブ電極3及び作用電極4の表面電位
及び両電極間のバイアス電圧を制御する電位規制回路、
26はプローブ電極3と作用電極4の間に記録/消去用
のパルス電圧を印加するためのパルス印加回路である。(First Embodiment) FIG. 1 is a block diagram showing an information processing apparatus according to a first embodiment of the present invention. In this figure, reference numeral 23 denotes a current-voltage conversion amplifier, and reference numeral 22 denotes a fine movement driving mechanism 9 using a piezoelectric element so that the probe current becomes constant.
Is a servo circuit that controls 27 is a potential regulating circuit for controlling the surface potential of the probe electrode 3 and the working electrode 4 and the bias voltage between both electrodes with reference to the potential of the reference electrode 7;
Reference numeral 26 denotes a pulse application circuit for applying a pulse voltage for recording / erasing between the probe electrode 3 and the working electrode 4.
【0049】ここで、パルス電圧を印加するときプロー
ブ電流が急激に変化することから、サーボ回路22はそ
の間出力電圧が一定になるように、HOLD回路をON
にするように制御している。Here, since the probe current changes abruptly when the pulse voltage is applied, the servo circuit 22 turns on the HOLD circuit so that the output voltage becomes constant during that time.
It is controlled to be.
【0050】25はXY方向にプローブ電極3を移動制
御するためのXY走査駆動回路である。粗動駆動機構1
0と粗動駆動回路24は、あらかじめ10-9A程度のプ
ローブ電流が得られるようにプローブ電極3と記録層5
との距離を粗動制御するものである。これらの各機能
は、すべてコンピュータ21により中央制御されてい
る。Reference numeral 25 denotes an XY scanning drive circuit for controlling the movement of the probe electrode 3 in the XY directions. Coarse movement drive mechanism 1
0 and the coarse drive circuit 24 are connected to the probe electrode 3 and the recording layer 5 such that a probe current of about 10 −9 A is obtained in advance.
And coarse movement control. All of these functions are centrally controlled by the computer 21.
【0051】本実施例では、プローブ電極3として、白
金製のプローブ電極を用いた。このプローブ電極3は、
記録層5の表面との間に流れるトンネル電流を一定に保
つように、圧電素子によりその距離(Z)を微動制御さ
れている。更に微動駆動機構9は距離Zを一定に保った
まま、面内(X,Y)方向にも微動制御できるように設
計されている。In this embodiment, a platinum probe electrode is used as the probe electrode 3. This probe electrode 3
The distance (Z) is finely controlled by a piezoelectric element so as to keep the tunnel current flowing between the recording layer 5 and the surface constant. Further, the fine movement driving mechanism 9 is designed so that the fine movement can be controlled in the in-plane (X, Y) direction while keeping the distance Z constant.
【0052】本発明に係る反応補償領域6は、プローブ
電極3及び記録層5表面の近傍に、記録層5に対向する
平坦な電極上に配置され、固定されていてもよいが、望
ましくは、独立又はプローブ電極3に連動して駆動制御
される。The reaction compensating region 6 according to the present invention may be arranged and fixed on a flat electrode facing the recording layer 5 in the vicinity of the probe electrode 3 and the surface of the recording layer 5. Drive control is performed independently or in conjunction with the probe electrode 3.
【0053】かかる反応補償領域6は、記録層5と同一
材料にて形成される。本実施例では、LB法を用いてル
テチウムジフタロシアニン[LuH(Pc)2]のt−
ブチル誘導体の単分子膜が形成された。以下にその詳細
を示す。The reaction compensation area 6 is formed of the same material as the recording layer 5. In this example, the t- of lutetium diphthalocyanine [LuH (Pc) 2 ] was determined using the LB method.
A monomolecular film of the butyl derivative was formed. The details are shown below.
【0054】光学研磨したガラス基板を中性洗剤および
トリクレンを用いて洗浄した後、スパッタ法によりIT
Oを真空蒸着し、電極を形成した。次に、[LuH(P
c)2]のt−ブチル誘導体をクロロホルム/トリメチ
ルベンゼン/アセトン(1/1/2)混合溶媒に溶か
し、濃度0.5mg/mlの溶液を得た。上述の基板を
20℃の純粋水相中に水没させた後上記溶液を水相上に
展開し、水面上に単分子膜を形成した。溶媒の蒸発を待
ち、単分子膜の表面圧を20mN/mまで高め、更にこ
れを一定に保ちながら前記基板を水面を横切るように速
度3mm/分で静かに引きあげ、基板上に単分子膜を形
成した。記録層5も全く同様にして形成される。After cleaning the optically polished glass substrate with a neutral detergent and trichlene, the IT substrate is sputtered.
O was vacuum-deposited to form an electrode. Next, [LuH (P
c) The t-butyl derivative of 2 ] was dissolved in a mixed solvent of chloroform / trimethylbenzene / acetone (1/1/2) to obtain a solution having a concentration of 0.5 mg / ml. After the above-mentioned substrate was submerged in a pure aqueous phase at 20 ° C., the above solution was developed on the aqueous phase to form a monomolecular film on the water surface. Waiting for the evaporation of the solvent, increasing the surface pressure of the monolayer to 20 mN / m, and while keeping this constant, slowly pull up the substrate across the water surface at a speed of 3 mm / min. Formed. The recording layer 5 is formed in exactly the same manner.
【0055】反応補償領域6の電位は、電位規制回路2
7によって独立に制御されてもよいが、本実施例ではプ
ローブ電極3と等電位に設定されている。The potential of the reaction compensation area 6 is
7 may be controlled independently, but in this embodiment, it is set to the same potential as the probe electrode 3.
【0056】本実施例のように、反応補償領域6が記録
層5と同一材料で形成される場合には、反応補償領域6
の初期状態は記録層5と反応の状態に設定される。即
ち、予めKClを電解液とする他の電解セルにて形成
し、初期還元状態である[LuH(Pc)2]と反対の
酸化状態[LuH(Pc)2]・2Clに初期設定され
た後、プローブ電極3,作用電極4及び反応補償領域6
の形成された反応補償電極より構成される反応系が電位
規制回路27を中継して閉じられる。電解液1は1MK
Cl水溶液を用い、各電極が浸漬するまで加えられた。When the reaction compensation region 6 is formed of the same material as the recording layer 5 as in this embodiment, the reaction compensation region 6
Is set to a state of reaction with the recording layer 5. That is, after being previously formed in another electrolytic cell using KCl as an electrolytic solution and initially set to an oxidation state [LuH (Pc) 2 ] · 2Cl opposite to the initial reduction state [LuH (Pc) 2 ]. , Probe electrode 3, working electrode 4 and reaction compensation area 6
Is closed by relaying the potential regulating circuit 27. Electrolyte 1 is 1MK
A Cl aqueous solution was added until each electrode was immersed.
【0057】以下、記録・再生動作について順に説明す
る。プローブ電極3と記録層5の間の距離設定は、電子
規制回路27(ポテンショスタット)によって各電極電
位を規制しながら、プローブ電極3に記録層5表面電位
に対して−0.3Vの電圧を印加した状態で、粗動駆動
回路24を介して圧電ピエゾ素子等で構成される粗動駆
動機構10によって、徐々に記録層5をプローブ電極3
に接近させて行く。同時に、プローブ電極3と作用電極
4間に流れる電流をモニターしながら、両電極間にトン
ネル電流が発生し始める〜10Åの距離で粗動駆動を停
止し、次に微動駆動機構9によって設定距離に対応する
トンネル電流値になるように、サーボ回路22を介して
プローブ電極3を引き込む。以後XY走査駆動回路25
を介して微動駆動機構9によってX,Y走査を行いなが
ら、トンネル電流が一定となる様にサーボ回路22を働
らかせ、この時サーボ回路22の出力電圧である微動駆
動機構9へのZ方向制御信号をモニタすることによっ
て、記録層5表面の凹凸状態又は電子状態を検知するこ
とができる。The recording / reproducing operation will be described below in order. The distance between the probe electrode 3 and the recording layer 5 is set by applying a voltage of -0.3 V to the surface potential of the recording layer 5 to the probe electrode 3 while regulating the potential of each electrode by the electronic regulation circuit 27 (potentiometer). In the state where the voltage is applied, the recording layer 5 is gradually moved to the probe electrode 3 by the coarse movement driving mechanism 10 including a piezoelectric piezo element or the like via the coarse movement driving circuit 24.
To approach. At the same time, while monitoring the current flowing between the probe electrode 3 and the working electrode 4, the coarse drive is stopped at a distance of 10 ° at which a tunnel current starts to be generated between the two electrodes, and then the fine drive mechanism 9 stops the coarse drive. The probe electrode 3 is drawn through the servo circuit 22 so as to have a corresponding tunnel current value. Thereafter, the XY scanning drive circuit 25
The servo circuit 22 is operated so that the tunnel current is constant while performing X and Y scanning by the fine movement driving mechanism 9 via the micro-movement driving mechanism 9. At this time, the Z-direction to the fine movement driving mechanism 9 which is the output voltage of the servo circuit 22 is applied. By monitoring the control signal, an uneven state or an electronic state of the surface of the recording layer 5 can be detected.
【0058】以上の様にして、まず数百nm□の領域を
走査し、数Å〜十数Å以内の範囲で十分に平坦であるこ
とを確認した後、領域中心位置にてZ方向サーボ信号及
びXY走査信号をホールドしてプローブ電極3を固定し
た後、プローブ電極3及び反応補償電極に記録層5表面
に対して+1.5Vのパルス電圧を印加することによっ
て、図3(a)に示す様に、記録層5ではアニオン(A
-,ここではCl-)が注入されると、同時に電子が作用
電極4に放出され、化学式3As described above, an area of several hundred nm square is scanned first, and it is confirmed that the area is sufficiently flat within a range of several to ten and several degrees. 3A by applying a +1.5 V pulse voltage to the surface of the recording layer 5 to the probe electrode 3 and the reaction compensation electrode after holding the probe electrode 3 by holding the XY scanning signal. Thus, in the recording layer 5, the anion (A
− , Here, Cl − ) is injected, and at the same time, electrons are released to the working electrode 4 and the chemical formula 3
【0059】[0059]
【化3】 の酸化反応が進行し、プローブ電極3と作用電極4間の
距離に依存した電界の広がりに相当する、数十nm〜百
数十nmφの微小な記録ビットが形成される。ここで、
もし反応補償電極がない場合、記録層5における酸化反
応の対反応としてプローブ電極表面にてK++e-→Kの
還元反応が進行し、プローブ電極上にカリウムが析出す
る。電解液としてHClを用いた場合には、2H++2
e-→H2の還元反応が進行し、プローブ電極表面よりH
2ガスが発生する。いずれの場合も、プローブ電極3に
よる距離制御再生等のSTM動作に重大な支障を来たす
恐れがある。これに対して、本発明による構成では、電
解液としてHClを用いた場合には図3(a)に示すよ
うに記録層5での酸化反応と平行して、反応補償領域6
にてアニオンCl-放出に伴う化学式4Embedded image Oxidation reaction progresses, and minute recording bits of several tens nm to one hundred and several tens nm nm corresponding to the spread of the electric field depending on the distance between the probe electrode 3 and the working electrode 4 are formed. here,
If there is no reaction compensating electrode, a reduction reaction of K + + e − → K proceeds on the probe electrode surface as a counter reaction to the oxidation reaction in the recording layer 5, and potassium is deposited on the probe electrode. When HCl is used as the electrolytic solution, 2H + +2
e − → The reduction reaction of H 2 proceeds, and H
2 gas is generated. In any case, the STM operation such as the distance control reproduction by the probe electrode 3 may be seriously hindered. On the other hand, in the configuration according to the present invention, when HCl is used as the electrolytic solution, the reaction compensation region 6 is formed in parallel with the oxidation reaction in the recording layer 5 as shown in FIG.
At anion Cl - Formula 4 due to the release
【0060】[0060]
【化4】 の還元反応が進行するため、反応生成分析出,ガス発生
等の副反応の心配がなく、反応系全体として良好な可逆
性を維持することができ、本発明の目的を達成できる。Embedded image Since the reduction reaction proceeds, there is no need to worry about side reactions such as reaction product analysis and gas generation, and good reversibility can be maintained in the entire reaction system, thereby achieving the object of the present invention.
【0061】再生は、プローブ電極3を記録層5表面に
対して−0.3Vに保ったまま、記録前に走査した周辺
数百nmの領域を再走査することにより行う。記録ビッ
トが形成された[LuH(Pc)2]・2Clの酸化領
域では、20〜150nmφの領域に対応して凹凸状態
又は電子状態の顕著な変化が認められ、トンネル電流換
算で3桁の信号変化が検出される。Reproduction is performed by re-scanning a region of several hundred nm around the periphery which was scanned before recording, while keeping the probe electrode 3 at -0.3 V with respect to the surface of the recording layer 5. In the [LuH (Pc) 2 ] .2Cl oxidized region where the recording bit was formed, a conspicuous state or a remarkable change in the electronic state was recognized corresponding to the region of 20 to 150 nmφ, and a three-digit signal in terms of tunnel current was detected. A change is detected.
【0062】一方、消去は、プローブ電極3及び反応補
償電極に記録層5表面に対して−1.5Vのパルス電圧
を印加することによって、記録層5側では記録時の逆反
応である還元反応が進行し、同時に反応補償領域では対
反応である酸化反応が進行し、両者間で可動イオン,電
子の補償が行われる。パルス印加後、記録ビットは初期
状態へと還元され、消去可能であることを確認した。On the other hand, erasing is performed by applying a pulse voltage of -1.5 V to the surface of the recording layer 5 to the probe electrode 3 and the reaction compensating electrode. At the same time, an oxidation reaction which is a counter-reaction proceeds in the reaction compensation region, and mobile ions and electrons are compensated between the two. After the pulse application, the recording bit was reduced to the initial state, and it was confirmed that the recording bit was erasable.
【0063】図3(b)は、記録層5と作用電極4間に
電子阻止層19が設けられた場合の原理図である。この
場合には、記録層5と作用電極4間での電子の移動が遮
断されるため、記録時においても、記録層5上での酸化
還元反応に関与する電子はプローブ電極3及び記録層5
間に発生するトンネル電流によって供給される。従っ
て、形成される記録ビットは、プローブ電極3の先端数
原子のみが関与する実効トンネル電流域に相当する1n
m〜10nmφの極微の記録ビットを形成することがで
きる。記録は2段階に分けて行われ、まず第一段階でプ
ローブ電極,反応補償電極電位を−1.5V(記録層表
面に対して)にバイアスし、記録層側ではアニオンCl
-が注入され、一方反応補償電極側では還元反応が進行
する。ここで、第2段階として、逆極性パルス+2.5
V(作用電極4に対して)をプローブ電極3に印加する
ことによって、プローブ電極3及び記録層5間でトンネ
ル電流が発生し、記録層中の過剰電子がトンネル電子と
して放出され、記録層5における酸化反応が進行する。FIG. 3B is a principle diagram when the electron blocking layer 19 is provided between the recording layer 5 and the working electrode 4. In this case, since the movement of electrons between the recording layer 5 and the working electrode 4 is blocked, even during recording, the electrons involved in the oxidation-reduction reaction on the recording layer 5 are not absorbed by the probe electrode 3 and the recording layer 5.
It is supplied by the tunnel current generated between them. Therefore, the formed recording bit is 1n corresponding to an effective tunnel current region in which only the top few atoms of the probe electrode 3 are involved.
Very small recording bits of m to 10 nmφ can be formed. Recording is performed in two stages. First, in the first stage, the potential of the probe electrode and the reaction compensation electrode is biased to -1.5 V (relative to the surface of the recording layer).
- is injected, while in the reaction compensation electrode side progresses reduction reaction. Here, as a second stage, a reverse polarity pulse +2.5
By applying V (with respect to the working electrode 4) to the probe electrode 3, a tunnel current is generated between the probe electrode 3 and the recording layer 5, and excess electrons in the recording layer are emitted as tunnel electrons. The oxidation reaction proceeds in.
【0064】(実施例2)実施例1では特に反応補償領
域6の材料が記録層5と同一材料の場合について述べた
が、特に同一材料に限定されることはなく、反応電位が
ガス発生や反応生成物析出電位よりも低い可逆な酸化還
元反応が可能で、相方の可動イオンを供給できる適当な
電解質が存在するような材料であればよい。例えば、
[LuH(Pc)2]を記録層5とする系で、典型的な
無機エレクトロクロミック材料である三酸化タングステ
ンWO3を反応補償領域材料として用いることができ
る。(Embodiment 2) In Embodiment 1, the case where the material of the reaction compensation region 6 is the same as that of the recording layer 5 has been described. However, the material is not particularly limited to the same material. Any material can be used as long as it is capable of performing a reversible oxidation-reduction reaction lower than the reaction product deposition potential and has a suitable electrolyte capable of supplying the opposite mobile ions. For example,
In a system in which [LuH (Pc) 2 ] is used as the recording layer 5, tungsten trioxide WO 3 which is a typical inorganic electrochromic material can be used as a reaction compensation region material.
【0065】ここで、電解液を0.5MHCl水溶液と
した場合に、記録時に記録層5で進行する酸化反応、化
学式5Here, when the electrolytic solution is a 0.5M HCl aqueous solution, the oxidation reaction that proceeds in the recording layer 5 during recording,
【0066】[0066]
【化5】 に対する対反応として、反応補償領域において、化学式
6Embedded image In the reaction compensation region, the chemical formula 6
【0067】[0067]
【化6】 の還元反応が進行し、電解液の分解反応、化学式7Embedded image Of the electrolytic solution proceeds, the decomposition reaction of the electrolytic solution, the chemical formula 7
【0068】[0068]
【化7】 に伴う可動イオンと電子の収支を補償し、系全体として
ガス発生や反応生成物析出などのない良好な可逆性を維
持することができる。Embedded image The balance of mobile ions and electrons accompanying the above can be compensated, and good reversibility without gas generation or reaction product precipitation can be maintained as a whole system.
【0069】(実施例3)実施例1では反応補償領域6
を、プローブ電極3及び記録層5とは異なる、新たに設
けられた補償電極上に形成したが、必らずしもこれに限
定されることはない。図4(a)はプローブ電極3の最
先端部を除く電極表面上に、不活性絶縁被膜を設ける代
わりに反応補償領域6を形成するもので、プローブ電極
先端部に最も近い理想的配置であると同時に、新たに電
極を設ける必要がないという利点を有する。(Embodiment 3) In Embodiment 1, the reaction compensation area 6
Is formed on a newly provided compensating electrode different from the probe electrode 3 and the recording layer 5, but the present invention is not necessarily limited to this. FIG. 4A shows a case where a reaction compensation region 6 is formed on the electrode surface except for the tip end portion of the probe electrode 3 instead of providing an inert insulating film, which is an ideal arrangement closest to the tip of the probe electrode. At the same time, there is an advantage that it is not necessary to newly provide an electrode.
【0070】また、図4(b)は反応補償領域6を記録
媒体と同一の支持体上に一体形成するもので、反応補償
領域6が記録層5と同一材料の場合には、単に支持体上
に作用電極4,記録層5を形成する時に、ウェット処理
或いはドライエッチング等により、互いに絶縁された二
つの領域に分割するのみでよく、形成後片側を異なる初
期状態に設定し、プローブ電極3と等電位に配線するこ
とによって、反応補償領域6として使用することができ
る。FIG. 4B shows the case where the reaction compensation area 6 is formed integrally on the same support as the recording medium. When the reaction compensation area 6 is made of the same material as the recording layer 5, the reaction compensation area 6 is simply formed on the support. When the working electrode 4 and the recording layer 5 are formed thereon, it is only necessary to divide them into two regions that are insulated from each other by wet processing or dry etching. The wiring can be used as the reaction compensation area 6 by wiring with the same potential.
【0071】図5(a)〜(c)は、半導体プロセスを
応用したマイクロメカニクス技術を応用して、本発明に
よるシステムを集積して複数個形成する概念図である。
同一Si基板18上に、ZnO等の圧電薄膜バイモルフ
構造による微動駆動用カンチレバー型アクチュエータ1
2を数十〜数百個形成したものであり、各カンチレバー
上には図示するように駆動電極14の他に、プローブ電
極3とプローブ電極を取り囲むようにして形成された電
極13上に反応補償領域6が設けられている。また、参
照電極7は支持Si基板18上に固定されているが、各
カンチレバー上あるいはプローブ電極近傍に夫々設ける
ようにしてもよい。また、駆動電極14及び配線電極1
5,16は、不要な副反応を防止するために、不活性絶
縁被覆膜17で被覆する必要がある。FIGS. 5 (a) to 5 (c) are conceptual diagrams showing a system in which a plurality of systems according to the present invention are integrated and formed by applying micromechanics technology applying a semiconductor process.
On the same Si substrate 18, a cantilever type actuator 1 for fine movement driving by a piezoelectric thin film bimorph structure such as ZnO
Dozens to hundreds of electrodes 2 are formed on each cantilever. In addition to the driving electrode 14 as shown in the drawing, the reaction compensation is formed on the probe electrode 3 and the electrode 13 formed so as to surround the probe electrode. An area 6 is provided. The reference electrode 7 is fixed on the supporting Si substrate 18, but may be provided on each cantilever or near the probe electrode. In addition, the drive electrode 14 and the wiring electrode 1
5 and 16 need to be coated with an inert insulating coating film 17 in order to prevent unnecessary side reactions.
【0072】(実施例4)実施例1〜3は全て電解質と
して電解液を用いる系におけるものであったが、本実施
例では電解質としてゲル状又は固体状電解質を用いるこ
とによって、図6に示す如く、作用電極4上に固体電解
質1を記録層5と反応補償領域(層)6で挟持するよう
にして形成した構成であり、記録媒体部として一体化し
たことを特徴とする。(Embodiment 4) In all of the embodiments 1 to 3, a system using an electrolytic solution as an electrolyte is used. In this embodiment, a gel or solid electrolyte is used as an electrolyte, as shown in FIG. As described above, the solid electrolyte 1 is formed on the working electrode 4 so as to be sandwiched between the recording layer 5 and the reaction compensation region (layer) 6, and is characterized by being integrated as a recording medium portion.
【0073】例えば、記録層5及び反応補償層6として
実施例1で述べた[LuH(Pc)2]t−ブチル誘導
体を用いる場合、固体電解質層として二フッ化鉛PbF
2F2を用いることができる。まず、ITO作用電極4上
に[LuH(Pc)2]tブチル誘導体単分子膜を前述
LB法にて形成した後、フッ化物水溶液電解セル中にて
酸化し[LuH(Pc)2]・2Fとし、ひき続きPb
F2をモリブデンボートを550〜600℃に加熱し、
蒸着前真空度5×10-6torr,蒸着速度5Å/se
cの条件で50〜500Å真空蒸着し、最後に再び[L
uH(Pc)2]t−ブチル誘導体を同様に単分子層に
形成することによって、一体化記録媒体部を得る。For example, when the [LuH (Pc) 2 ] t-butyl derivative described in Example 1 is used as the recording layer 5 and the reaction compensation layer 6, lead difluoride PbF is used as the solid electrolyte layer.
It can be used 2 F 2. First, a [LuH (Pc) 2 ] t-butyl derivative monomolecular film is formed on the ITO working electrode 4 by the above-described LB method, and then oxidized in a fluoride aqueous solution electrolysis cell to form [LuH (Pc) 2 ] · 2F. And continued Pb
Heating the molybdenum boat to 550-600 ° C. with F 2 ,
Vacuum degree before vapor deposition 5 × 10 -6 torr, vapor deposition rate 5Å / sec
Vacuum deposition under the condition of c.
Similarly, by forming the uH (Pc) 2 ] t-butyl derivative in a monomolecular layer, an integrated recording medium portion is obtained.
【0074】プローブ電極3に−0.3V(作用電極4
に対して)印加し、その時発生するトンネル電流をモニ
タしながら、実施例1と同様にSTM動作を行い、プロ
ーブ電極3と記録層5の距離を数Åに制御した後、プロ
ーブ電極3に+2.0V(作用電極4に対して)パルス
印加することによって固体電解質層1よりアニオンF-
が注入されると同時に、記録層5よりプローブ電極3の
最先端数原子に向かってトンネル電子が放出され、その
実効トンネル電流域に相当する極微領域において、化学
式8A voltage of -0.3 V (the working electrode 4
STM operation was performed in the same manner as in Example 1 while monitoring the tunnel current generated at that time, and the distance between the probe electrode 3 and the recording layer 5 was controlled to several Å. By applying a pulse of 0.0 V (to the working electrode 4), the solid electrolyte layer 1 causes the anion F −
At the same time, tunnel electrons are emitted from the recording layer 5 toward the topmost atoms of the probe electrode 3. In a micro-region corresponding to the effective tunnel current region, the chemical formula 8
【0075】[0075]
【化8】 の酸化反応が進行し、十数Å〜数十Åφの極微の記録ビ
ットを形成することができる。一方、平行して反応補償
層6では対反応として、化学式9Embedded image Oxidation reaction progresses, and a very small recording bit of tens to several tens of φ can be formed. On the other hand, in parallel with the reaction compensating layer 6,
【0076】[0076]
【化9】 の還元反応が進行し、系全体としてガス発生や反応生成
物析出などのない良好な可逆性を維持することができ、
ガス発生に伴う界面剥離等による特性劣化のない高い信
頼性を達成することができる。Embedded image The reduction reaction proceeds, and good reversibility without gas generation or reaction product precipitation can be maintained as a whole system,
It is possible to achieve high reliability without characteristic deterioration due to interface peeling or the like due to gas generation.
【0077】再生は、プローブ電極3に−0.3V(作
用電極4に対して)の電圧、消去は、プローブ電極3に
−2.0V(作用電極4に対して)のパルス電圧を印加
することによって、実施例1と同様に行うことができ
る。For reproduction, a voltage of -0.3 V (with respect to the working electrode 4) is applied to the probe electrode 3, and for erasing, a pulse voltage of -2.0V (with respect to the working electrode 4) is applied to the probe electrode 3. This can be performed similarly to the first embodiment.
【0078】他の記録層材料,補償層材料と固体電解質
との組み合わせとして、例えば、記録層と補償層に同一
材料を用いる場合として、無機エレクトロクロミー材料
として有名なWO3又はIrOxと、固体電解質層として
良好なプロトン導伝体であるTa2O5の組み合わせ、又
は記録層,補償層材料としてアニリンモノマーを含む過
塩素酸水溶液系から電解重合されたドーピング膜である
ポリアニリンと、ゲル状電解質としてLiBF4又はL
iClO4/プロピレンカーボネイト溶液をポリマーと
混合してゲル化したものの組み合わせ、或いは更に、こ
れらの記録層,補償層材料を互いに異なる組み合わせで
用いる場合等々、様々な材料構成を考えることができ
る。As a combination of another recording layer material, a compensation layer material and a solid electrolyte, for example, when the same material is used for the recording layer and the compensation layer, WO 3 or IrO x, which is famous as an inorganic electrochromic material, is used. A combination of Ta 2 O 5 which is a good proton conductor as a solid electrolyte layer, or polyaniline which is a doping film electrolytically polymerized from a perchloric acid aqueous solution containing an aniline monomer as a material for a recording layer and a compensating layer; LiBF 4 or L as electrolyte
Various material configurations can be considered, such as a combination of a gel obtained by mixing an iClO 4 / propylene carbonate solution with a polymer, or a case where these recording layer and compensation layer materials are used in different combinations.
【0079】(実施例5)図7に示すのは、本実施例に
係る情報処理装置のブロック構成図である。本図中、プ
ローブ電極3は、記録層5表面との間に流れるトンネル
電流を一定に保つように、圧電素子によりその距離
(Z)を微動制御されている。更に微動駆動機構9は距
離Zを一定に保ったまま、面内(X,Y)方向にも微動
制御できるように設計されている。(Embodiment 5) FIG. 7 is a block diagram of an information processing apparatus according to the present embodiment. In the figure, the distance (Z) of the probe electrode 3 is finely controlled by a piezoelectric element so as to keep the tunnel current flowing between the probe electrode 3 and the surface of the recording layer 5 constant. Further, the fine movement driving mechanism 9 is designed so that the fine movement can be controlled in the in-plane (X, Y) direction while keeping the distance Z constant.
【0080】さて、本実施例においては、記録,再生,
消去に使われるプローブ電極3は、電極表面上における
副反応によるファラダイック電流を極力小さくし、距離
制御,再生時におけるトンネル電流信号S/N比を大き
くするために、プローブ最先端部を除く電解液中浸漬部
は、ポリマー,ガラス等の不活性絶縁被覆膜8によって
被覆されている。プローブ電極3の近傍には、Ag・A
gCl型又はPt,Au wire等の簡易型の参照電
極7が設けられており、電解液系の電位基準として、電
位規制回路(ポテンショスタット)27を介在して、プ
ローブ電極3,記録層5の各表面の電位を規制し、電極
近傍の電気二重層又は記録時の電極反応に伴う電位変動
を補正している。記録媒体部は、支持体の上に形成され
た作用電極4と、その上に形成された電子阻止層19、
更にその上に形成された記録層5によって構成されてお
り、作用電極4と記録層5の間の電子移動は遮断されて
いる。本実施例では記録層5としてルテシウム,ジフタ
ロシアニン[LuH(Pc)2]のt−ブチル誘導体の
単分子膜、電子阻止層19としてカプトン型ポリイミド
の2層膜を用い、いずれもLB法にて形成した。In this embodiment, recording, reproduction,
The probe electrode 3 used for erasing is to minimize the faradic current due to side reactions on the electrode surface and to increase the S / N ratio of the tunnel current signal at the time of distance control and reproduction. The middle immersion portion is covered with an inert insulating coating film 8 such as a polymer or glass. Ag · A is near the probe electrode 3.
A simple reference electrode 7 such as a gCl type or Pt, Au wire or the like is provided. As a potential reference for the electrolyte system, a probe electrode 3 and a recording layer 5 are connected via a potential regulating circuit (potentiometer) 27. The potential on each surface is regulated, and the potential fluctuation accompanying the electrode reaction at the time of recording or the electric double layer near the electrode is corrected. The recording medium portion includes a working electrode 4 formed on a support, an electron blocking layer 19 formed thereon,
Further, it is constituted by a recording layer 5 formed thereon, so that electron transfer between the working electrode 4 and the recording layer 5 is blocked. In this embodiment, a monolayer film of a t-butyl derivative of lutetium and diphthalocyanine [LuH (Pc) 2 ] is used as the recording layer 5, and a two-layer film of Kapton-type polyimide is used as the electron blocking layer 19. Formed.
【0081】以下に、その詳細を記す。まず、光学研磨
したガラス基板を中性洗剤およびトリクレンを用いて洗
浄した後、スパッタ法によりITOを真空蒸着し、作用
電極4を形成した。カプトン型ポリイミド膜は、水相と
して純水を用い、表面圧35mN/m,累積速度5mm
/minで垂直浸漬法により上記ITO電極4上にポリ
イミドの前駆体であるPAADをYタイプに2層積層し
た後イミド化処理を行い作製した。イミド化処理は、無
水酢酸,ピリジン,ベンゼン混合液による化学処理によ
った。The details will be described below. First, the optically polished glass substrate was washed with a neutral detergent and trichlene, and then ITO was vacuum-deposited by a sputtering method to form a working electrode 4. The Kapton type polyimide film uses pure water as an aqueous phase, has a surface pressure of 35 mN / m, and has a cumulative speed of 5 mm.
At a rate of / min, two layers of PAAD, which is a precursor of polyimide, were laminated in a Y type on the ITO electrode 4 by a vertical immersion method, and then subjected to an imidization treatment. The imidation treatment was performed by a chemical treatment using a mixed solution of acetic anhydride, pyridine, and benzene.
【0082】次に、[LuH(Pc)2]t−ブチル誘
導体のクロロホルム/トリメチルベンゼン/アセトン
(1/1/2)混合溶媒による濃度0.5mg/mlの
溶液を用い、同様に水相として純水,垂直浸漬法によっ
て表面圧20mN/m,累積速度3mm/minの条件
で、前述のポリイミド2層膜上に[LuH(Pc)2]
のt−ブチル誘導体の単分子膜を形成した。Next, a 0.5 mg / ml solution of [LuH (Pc) 2 ] t-butyl derivative in a mixed solvent of chloroform / trimethylbenzene / acetone (1/1/2) was used, and the aqueous phase was similarly used. [LuH (Pc) 2 ] on the above-described polyimide two-layer film under the conditions of pure water, vertical immersion method, surface pressure of 20 mN / m and cumulative speed of 3 mm / min.
A monomolecular film of the t-butyl derivative was formed.
【0083】以上の様にして形成された記録媒体部を、
電解セル容器2の底面上に固定し、次いで電解質1とし
て塩化カリウム(KCl)水溶液を記録層5及びプロー
ブ電極3,参照電極7が浸るまで加えた。The recording medium portion formed as described above is
It was fixed on the bottom surface of the electrolytic cell container 2, and then an aqueous solution of potassium chloride (KCl) was added as the electrolyte 1 until the recording layer 5, the probe electrode 3, and the reference electrode 7 were immersed.
【0084】以下、記録,再生動作について順に説明す
る。プローブ電極3と記録層5の間の距離設定は、電位
規制回路27によって各電極電位を規制しながら、プロ
ーブ電極3に記録層表面電位に対して−0.3Vの電圧
を印加した状態で、粗動駆動回路24を介して圧電ピエ
ゾ素子等で構成される粗動機構10により、徐々に記録
層5をプローブ電極3に接近させて行く。同時に、プロ
ーブ電極3と作用電極4間に流れる電流をモニターしな
がら、両電極間にトンネル電流が発生し始める〜10Å
の距離で粗動駆動を停止し、次に微動駆動機構9によっ
て、設定距離に対応するトンネル電流値になるように、
サーボ回路22を介してプローブ電極3を引き込む。以
後、XY走査駆動回路25を介して微動駆動機構9によ
ってX,Y走査を行いながら、トンネル電流が一定とな
る様にサーボ回路22を働らかせ、この時サーボ回路2
2の出力電圧である微動駆動機構9へのZ方向制御信号
をモニタすることによって、記録層表面の凹凸状態、又
は電子状態を検知することができる。Hereinafter, the recording and reproducing operations will be described in order. The distance between the probe electrode 3 and the recording layer 5 is set in a state where a voltage of −0.3 V with respect to the recording layer surface potential is applied to the probe electrode 3 while regulating the respective electrode potentials by the potential regulating circuit 27. The recording layer 5 is gradually approached to the probe electrode 3 by the coarse movement mechanism 10 including a piezoelectric piezo element or the like via the coarse movement drive circuit 24. At the same time, while monitoring the current flowing between the probe electrode 3 and the working electrode 4, a tunnel current starts to be generated between the two electrodes to 10 °.
The coarse drive is stopped at a distance of, and then the fine drive mechanism 9 sets a tunnel current value corresponding to the set distance,
The probe electrode 3 is pulled in via the servo circuit 22. Thereafter, while performing X and Y scanning by the fine movement driving mechanism 9 via the XY scanning driving circuit 25, the servo circuit 22 is operated so that the tunnel current becomes constant.
By monitoring the Z-direction control signal to the fine movement driving mechanism 9 which is the output voltage of No. 2, it is possible to detect the unevenness state or the electronic state of the recording layer surface.
【0085】以上の様にして、まず数十nm□の領域を
走査し、数Å〜十数Å以内の範囲で十分に平坦であるこ
とを確認した後、プローブ電極3を領域中心位置で、Z
方向微駆動サーボ信号及びXY走査信号をホールドし固
定した後、まずAg・AgCl参照電極7に対してプロ
ーブ電極3電位を−1.5V(参照電極7に対して)記
録層表面電位を0V(参照電極7に対して)に維持し、
電解液中のCl-イオンを記録層中にドリフト注入す
る。この時、もしポリイミド2分子膜からなる電子阻止
層19がなければ、記録層5側から作用電極4へ電子が
放出され、化学式10As described above, first, an area of several tens of nm square is scanned, and it is confirmed that the area is sufficiently flat within a range of several to several tens of squares. Z
After holding and fixing the direction fine drive servo signal and the XY scanning signal, first, the potential of the probe electrode 3 is -1.5 V with respect to the Ag / AgCl reference electrode 7 (with respect to the reference electrode 7), and the recording layer surface potential is 0 V (with respect to the reference electrode 7). To the reference electrode 7),
Drift injection of Cl - ions in the electrolyte into the recording layer. At this time, if there is no electron blocking layer 19 made of a polyimide bimolecular film, electrons are emitted from the recording layer 5 side to the working electrode 4, and the chemical formula 10
【0086】[0086]
【化10】 の酸化反応が進行し、プローブ電極3と作用電極4間距
離に依存した電界の広がりに対応する比較的大きな領域
に渡って、酸化領域即ち記録ビットが形成されることに
なる。ところが、本実施例における構成では、電子阻止
層19の存在により電子の放出は行われず、従って上記
酸化反応は進行せず、注入されたアニオンCl-はイオ
ンのまま記録層中に残される。然る後に、プローブ電極
3,記録層表面間に逆極性の2.5Vパルス電圧を印加
することによって、パルス印加時のみプローブ電極電位
(記録層5表面に対して)は1.0Vとなり、記録層表
面上のプローブ電極最先端部数原子に対応する極微領域
より、プローブ電極最先端部数原子に向かってトンネル
電子が発生し、その極微領域に対応する[LuH(P
c)2]分子のみで前述の酸化反応が進行する。この場
合、反応領域は実効トンネル電流域に限定され、パルス
幅によっても多少変動はあるが、十数Å〜数十Åφの極
微の記録ビットを形成することができる。パルス印加
後、プローブ電極電位を初期状態の−0.3V(記録層
5表面に対して)に戻すことによって、酸化反応の進行
しなかった他の領域中に残留したCl-イオンは電解液
中へと再放出される。Embedded image Oxidation reaction proceeds, and an oxidized region, that is, a recording bit is formed over a relatively large region corresponding to the spread of the electric field depending on the distance between the probe electrode 3 and the working electrode 4. However, in the structure of this embodiment, the electron emission is not performed by the presence of the electron blocking layer 19, thus the oxidation reaction does not proceed, the injected anions Cl - is left in the recording layer remains ions. Thereafter, by applying a 2.5 V pulse voltage of opposite polarity between the probe electrode 3 and the recording layer surface, the probe electrode potential (relative to the surface of the recording layer 5) becomes 1.0 V only when the pulse is applied, and the recording is performed. Tunneling electrons are generated from the microscopic region corresponding to the topmost atom of the probe electrode on the layer surface toward the topmost atom of the probe electrode, and [LuH (P
c) The oxidation reaction proceeds only with the 2 ] molecule. In this case, the reaction region is limited to the effective tunnel current region, and although there is a slight variation depending on the pulse width, a very small recording bit of tens to several tens of φ can be formed. After the pulse application, the probe electrode potential is returned to the initial state of -0.3 V (relative to the surface of the recording layer 5), whereby Cl - ions remaining in other regions where the oxidation reaction has not progressed are removed from the electrolytic solution. Re-released to
【0087】再生は、プローブ電位を−0.3V(記録
層5表面に対して)に保ったまま、記録前に走査した周
辺数十nmの領域を再走査することにより行った。記録
ビットが形成された[LuH(Pc)2]・2Clの酸
化領域では、20〜50Åφの領域に対応して凹凸状態
又は電子状態の顕著な変化が認められ、トンネル電流換
算で3桁の信号変化が検出できた。The reproduction was performed by re-scanning a region of several tens of nm around the periphery which was scanned before recording, while keeping the probe potential at -0.3 V (relative to the surface of the recording layer 5). In the [LuH (Pc) 2 ] .2Cl oxidized region where the recording bit was formed, a conspicuous state or a remarkable change in the electronic state was observed corresponding to a region of 20 to 50 ° φ, and a signal of three digits in terms of tunnel current was detected. A change was detected.
【0088】消去は、まず記録時と逆極性のプローブ電
位1.5V(参照電極7に対して),記録層表面電位0
V(参照電極7に対して)にバイアスした状態で、両電
極間に逆極性の−2.5Vパルス電圧を印加し、瞬間的
にプローブ電極電位を−1.0V(記録層5表面に対し
て)に変化させることによって行われた。パルス印加と
同時にプローブ電極側から記録層へとトンネル電子が注
入され、記録層中にて化学式11The erasing is performed by first setting the probe potential to 1.5 V (relative to the reference electrode 7) and the recording layer surface potential 0
In a state of being biased to V (with respect to the reference electrode 7), a pulse voltage of -2.5V of opposite polarity is applied between both electrodes, and the probe electrode potential is instantaneously changed to -1.0V (to the surface of the recording layer 5) Was made by changing to). At the same time as the pulse application, tunnel electrons are injected from the probe electrode side into the recording layer.
【0089】[0089]
【化11】 の還元反応が進行し、パルス電圧印加期間後アニオンC
l-は記録層中から放出され、記録ビットは初期状態へ
と還元し、消去可能であることを確認した。Embedded image Of the anion C after the pulse voltage application period
l - was released from the recording layer, and the recording bit was reduced to the initial state, confirming that it could be erased.
【0090】(実施例6)図8に本実施例の概略図を示
す。本実施例では、記録層5の形成される作用電極4に
対向する電極として、プローブ電極3以外の第2の対向
電極28が設けられていることを特徴とする。実施例5
ではプローブ電極3を唯一の対向電極として用い、記録
/消去時において、可動イオンを注出入する第1の段階
からトンネル電子を注入する第2の段階へ移行する時
に、逆極性のパルスを重畳することによって反応を進行
させたが、本実施例においては、第1の段階即ち可動イ
オン注出入制御のためのバイアス印加は、記録層5表面
に平行に対向して新たに設けられた平坦な第2の対向電
極28が行い、プローブ電極3は制御電極として用い、
第2の対向電極28のバイアス下で、逆極性パルスを印
加することによって第2の段階であるトンネル電子の注
出入によって反応を進行させる。(Embodiment 6) FIG. 8 is a schematic diagram of this embodiment. The present embodiment is characterized in that a second counter electrode 28 other than the probe electrode 3 is provided as an electrode facing the working electrode 4 on which the recording layer 5 is formed. Example 5
Uses the probe electrode 3 as the only counter electrode, and superimposes a pulse of the opposite polarity at the time of recording / erasing, when transitioning from the first stage of injecting and ejecting mobile ions to the second stage of injecting tunnel electrons. In the present embodiment, the bias is applied in the first stage, that is, the bias application for controlling the movable ion injection / injection is performed by using a flat second newly provided counter-parallel to the surface of the recording layer 5. 2 and the probe electrode 3 is used as a control electrode.
By applying a reverse polarity pulse under the bias of the second counter electrode 28, the reaction proceeds by injecting and ejecting tunnel electrons, which is the second stage.
【0091】ここで、第2の対向電極13は、支持体に
Au、又はPtを真空蒸着して形成した。記録層5,電
子阻止層19等に用いられる材料,記録/再生/消去に
伴う印加バイアス条件等は、全て実施例5と同様であ
る。Here, the second counter electrode 13 was formed by vacuum-depositing Au or Pt on a support. The materials used for the recording layer 5, the electron blocking layer 19, etc., the applied bias conditions for recording / reproducing / erasing, and the like are all the same as in the fifth embodiment.
【0092】図9(a)〜(c)は、前述した半導体プ
ロセスを応用したマイクロメカニクス技術を応用して、
上述のシステムを集積して複数個形成する概念図であ
る。同一Si基板18上にZnO等の圧電薄膜バイモル
フ構造による微動駆動カンチレバー型アクチュエータ1
2を数十〜数百個形成したものであり、各カンチレバー
上には図示するように駆動電極14の他に、プローブ電
極3と第2の対向電極28が設けられている。また、図
9(a),(b)では参照電極7は支持Si基板18上
に固定されているが、各カンチレバー上あるいはプロー
ブ電極近傍に夫々設けるようにしてもよい。また、駆動
電極14及び配線電極15,16は、不要な副反応を防
止するために、不活性絶縁性被覆膜17で被覆する必要
がある。FIGS. 9 (a) to 9 (c) show the application of the micromechanics technology using the above-described semiconductor process.
It is a conceptual diagram which forms a plurality by integrating the above-mentioned system. Fine movement drive cantilever type actuator 1 with piezoelectric thin film bimorph structure such as ZnO on the same Si substrate 18
The probe electrode 3 and the second counter electrode 28 are provided on each cantilever in addition to the drive electrode 14 as shown in the figure. 9A and 9B, the reference electrode 7 is fixed on the supporting Si substrate 18, but may be provided on each cantilever or near the probe electrode. Further, the drive electrode 14 and the wiring electrodes 15 and 16 need to be covered with an inert insulating coating film 17 in order to prevent unnecessary side reactions.
【0093】(実施例7)図10に本実施例の概略図を
示す。(Embodiment 7) FIG. 10 is a schematic diagram of this embodiment.
【0094】本実施例の特徴は、電子阻止層19を設け
る代りに、記録層5,作用電極4の各々に、導伝型の異
なる半導体層を用いることによって、接合界面にダイオ
ード特性を持たせ、逆方向バイアス時に発生する電子障
壁を利用するものである。The feature of this embodiment is that, instead of providing the electron blocking layer 19, semiconductor layers having different conductivity types are used for the recording layer 5 and the working electrode 4 so that the junction interface has diode characteristics. And an electron barrier generated at the time of reverse bias.
【0095】例えば、作用電極4として、酸素欠陥型u
型半導体であるITOをスパッタリング法により形成し
た後、記録層5として、無機エレクトロクロミック材料
として有名なP型伝導を示すアリジウム酸水酸化物Ir
Ox(OH)n-xをひき続き形成することによって実現す
る。かかるIrOx(OH)n-xは、金属Irをターゲッ
トとして、O2,H2雰囲気中で高周波スパッタリングし
50〜500Å形成する。For example, as the working electrode 4,
After forming ITO, which is a type semiconductor, by a sputtering method, as a recording layer 5, an iridium hydroxide Ir showing P-type conduction which is famous as an inorganic electrochromic material is used.
This is achieved by subsequently forming O x (OH) nx . IrO x (OH) nx is formed by sputtering at a high frequency of 50 to 500 ° in a O 2 , H 2 atmosphere using metal Ir as a target.
【0096】電解液として0.05M H2SO4を用
い、書き込みバイアスとして、まずプローブ電極電位を
−1.5V(記録層5表面に対して)に設定し、プロト
ンH+を記録層中に注入する。この時、作用電極4,記
録層5接合界面には空乏層が発生し、電子障壁が形成さ
れる為、作用電極4からは電子は供給されず、プロトン
H+はイオンの状態で膜中に留まっており、連続して逆
極性の2.5Vパルス電圧を重畳することによって、プ
ローブ電極3より記録層5にトンネル電子を注入し、化
学式12Using 0.05 MH 2 SO 4 as an electrolytic solution, a probe electrode potential was first set to −1.5 V (relative to the surface of the recording layer 5) as a writing bias, and proton H + was introduced into the recording layer. inject. At this time, a depletion layer is generated at the junction interface between the working electrode 4 and the recording layer 5, and an electron barrier is formed. Therefore, electrons are not supplied from the working electrode 4, and protons H + are ionized in the film. By continuously superimposing a 2.5 V pulse voltage of the opposite polarity, tunnel electrons are injected from the probe electrode 3 into the recording layer 5, and the chemical formula 12
【0097】[0097]
【化12】 の還元反応を進行させることが可能である。再生,消去
法も実施例1に準ずる。Embedded image Can proceed with the reduction reaction. The reproducing and erasing methods are the same as in the first embodiment.
【0098】他の記録層5としては、例えば、電解重合
法により形成される導伝性高分子群が掲げられる。これ
らの電解重合膜では、電解液中にてアクセプター又はド
ナー型イオン種をドープすることによって容易にその導
伝型を制御することができ、本実施例には好適である。
例えば、アニリンモノマーを含む過塩素水溶液系で電解
重合されたポリアニリンPAnはP型伝導を示す。この
膜は電気化学的に活性であり、アニオン種ClO4 -のド
ープ,脱ドープ反応を可逆的に繰り返すことができる。As the other recording layer 5, for example, a conductive polymer group formed by an electrolytic polymerization method is listed. In these electrolytically polymerized films, the conductivity type can be easily controlled by doping an acceptor or donor type ionic species in the electrolytic solution, which is suitable for the present embodiment.
For example, polyaniline PAn electrolytically polymerized in a perchloric aqueous solution containing an aniline monomer exhibits P-type conductivity. This film is electrochemically active, anionic species ClO 4 - can be repeated doping and dedoping reaction reversible.
【0099】(実施例8)前述実施例5〜7では、全て
電解質として電解液を用いた系におけるものであった
が、本実施例では電解質1として固体電解質を用いるこ
とによって、図11に示す如く、固体電解質層1を記録
層5と作用電極層4とで挟持する構成で、記録媒体部と
して一体化したことを特徴とする。この系においては、
プローブ電極3−作用電極4間の単極性のバイアス印加
で、固体電解質と記録層間での可動イオンの注出入、プ
ローブ電極と記録層間でのトンネル電子の注出入が同時
に成立する利点があり、電解液系で考えたような極性の
反転を伴う2段階の電位制御を必要としない。(Embodiment 8) In Embodiments 5 to 7 described above, all were in the system using an electrolytic solution as an electrolyte. However, in this embodiment, a solid electrolyte is used as the electrolyte 1 so as shown in FIG. As described above, the solid electrolyte layer 1 is sandwiched between the recording layer 5 and the working electrode layer 4 and is integrated as a recording medium portion. In this system,
The application of unipolar bias between the probe electrode 3 and the working electrode 4 has the advantage that the injection of mobile ions between the solid electrolyte and the recording layer and the injection and tunneling of tunnel electrons between the probe electrode and the recording layer are simultaneously established. There is no need for a two-stage potential control with polarity reversal as in liquid systems.
【0100】例えば、記録層5として、実施例5で述べ
た[LuH(Pc)2]t−ブチル誘導体を用いる場
合、固体電解質1として、二フッ化鉛PbF2を用いる
ことができる。かかるPbF2は、モリブデンボードを
550〜600℃に加熱し、蒸着前真空度5×10-6T
orr,蒸着速度5Å/secの条件で、50〜500
Å真空蒸着することによって形成し、ひき続いて前述L
B法にて[LuH(Pc)2]t−ブチル誘導体単分子
膜を形成する。For example, when the [LuH (Pc) 2 ] t-butyl derivative described in Example 5 is used as the recording layer 5, lead difluoride PbF 2 can be used as the solid electrolyte 1. Such PbF 2 is obtained by heating a molybdenum board to 550 to 600 ° C. and performing a pre-deposition vacuum of 5 × 10 −6 T.
orr, deposition rate 5 ° / sec, 50-500
形成 Formed by vacuum evaporation, and then
A [LuH (Pc) 2 ] t-butyl derivative monomolecular film is formed by the method B.
【0101】プローブ電極3に−0.3V(作用電極4
に対して)印加し、その時発生するトンネル電流をモニ
タしながら、実施例5と同様にSTM動作を行い、プロ
ーブ電極3と記録層5の距離を数Åに制御した後、プロ
ーブ電極3に+2.0V(作用電極4に対して)パルス
印加することによって、固体電解質層1よりアニオンF
-が注入されると同時に、記録層5よりプローブ電極3
の最先端数原子に向かってトンネル電子が放出され、そ
の実効トンネル電流域に相当する極微領域において、化
学式13The voltage of -0.3 V (the working electrode 4) was applied to the probe electrode 3.
STM operation was performed in the same manner as in Example 5 while monitoring the tunnel current generated at that time, and the distance between the probe electrode 3 and the recording layer 5 was controlled to several Å. By applying a pulse of 0.0 V (to the working electrode 4), the anion F
- at the same time is injected, the probe electrode 3 from the recording layer 5
Tunneling electrons are emitted toward the few atoms at the forefront of the compound, and in a microscopic region corresponding to the effective tunnel current region, the chemical formula 13
【0102】[0102]
【化13】 の酸化反応が進行し、十数Å〜数十Åφの極微の記録ビ
ットを形成することができる。Embedded image Oxidation reaction progresses, and a very small recording bit of tens to several tens of φ can be formed.
【0103】再生は、プローブ電極−0.3V(作用電
極4に対して)、消去はプローブ電極−2.0V(作用
電極4に対して)を各々印加することによって、実施例
5と同様に行うことができる。As in the case of the fifth embodiment, a probe electrode of -0.3 V (with respect to the working electrode 4) is applied for reproduction, and a probe electrode of -2.0 V (for the working electrode 4) is applied for erasing. It can be carried out.
【0104】他の記録層5,固体電解質1の組み合わせ
としては、例えば、記録層5として代表的な遷移金属酸
化物である三酸化タングステンWO3、固体電解質層1
として良好なプロトン導伝体である五酸化タンタルTa
2O5の系を掲げることができる。Examples of the combination of the other recording layer 5 and the solid electrolyte 1 include, for example, tungsten trioxide WO 3 , which is a typical transition metal oxide, as the recording layer 5;
Pentoxide Ta which is a good proton conductor
2 O 5 systems can be listed.
【0105】プローブ電極3に−1.5V(作用電極4
に対して)パルス電圧を印加することによって、Ta2
O5層からはプロトンH+が注入されると同時に、プロー
ブ電極先端数原子からはトンネル電子が放出,注入され
ることによって、化学式14A voltage of -1.5 V (working electrode 4
By applying a pulse voltage, Ta 2
At the same time as the proton H + is injected from the O 5 layer, the tunnel electrons are emitted and injected from a few atoms at the tip of the probe electrode, whereby chemical formula 14 is obtained.
【0106】[0106]
【化14】 の還元反応が進行し、十数Å〜数十Åφの極微の記録ビ
ットが形成される。Embedded image The reduction reaction proceeds, and a very small recording bit of tens to several tens of φ is formed.
【0107】[0107]
【発明の効果】以上述べたように、プローブ電極と、可
逆な酸化還元反応を行う記録層と記録層における反応を
補償する領域によって構成される系によって、記録層の
反応に伴うガス発生,反応生成物析出等のない、系全体
として可逆性を有する情報処理装置を提供することによ
って、従来型の光学,磁気メモリ記録に比較して、超高
密度な記録が可能となった。また、先に述べた最近種々
提案されているSTM技術を応用した記録再生方法と比
較しても、消去可能という点で大きな利点を有してい
る。As described above, the system composed of the probe electrode, the recording layer that performs the reversible oxidation-reduction reaction, and the region for compensating the reaction in the recording layer provides gas generation and reaction accompanying the reaction of the recording layer. By providing an information processing apparatus having reversibility as a whole system without product precipitation or the like, recording at an ultra-high density has become possible as compared with conventional optical and magnetic memory recording. Also, as compared with the recording / reproducing method using the recently proposed various STM techniques, there is a great advantage in that erasing is possible.
【図1】本発明による情報処理装置を示すブロック図で
ある。FIG. 1 is a block diagram showing an information processing apparatus according to the present invention.
【図2】本発明を説明する原理図である。FIG. 2 is a principle diagram illustrating the present invention.
【図3】本発明を説明する原理図である。FIG. 3 is a principle diagram illustrating the present invention.
【図4】本発明による反応補償領域配置のバリエーショ
ンを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a variation of the arrangement of a reaction compensation region according to the present invention.
【図5】本発明によるマルチプローブ電解液システムへ
の応用例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an application example to a multi-probe electrolyte system according to the present invention.
【図6】本発明による固体電解質システムへの応用例を
示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an application example to a solid electrolyte system according to the present invention.
【図7】本発明の情報処理装置を示すブロック図であ
る。FIG. 7 is a block diagram illustrating an information processing apparatus according to the present invention.
【図8】本発明による他の実施例の概念図である。FIG. 8 is a conceptual diagram of another embodiment according to the present invention.
【図9】本発明によるマルチプローブ電解液システムへ
の応用例を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing an application example to a multi-probe electrolyte system according to the present invention.
【図10】本発明による他の実施例の概念図である。FIG. 10 is a conceptual diagram of another embodiment according to the present invention.
【図11】本発明による他の実施例の概念図である。FIG. 11 is a conceptual diagram of another embodiment according to the present invention.
1 電解質 2 電解セル容器 3 プローブ電極 4 作用電極 5 記録層(反応媒体) 6 反応補償領域 7 参照電極 8 不活性絶縁被覆膜 9 微動駆動機構 10 粗動駆動機構 11 X,Yステージ 12 カンチレバー型アクチュエータ 13 反応補償電極 14 駆動電極 15 プローブ電極用配線電極 16 反応補償電極用配線電極 17 不活性絶縁被覆膜 18 Si基板 19 電子阻止層 21 コンピュータ 22 サーボ回路 23 電流電圧変換増幅回路 24 粗動駆動回路 25 XY走査駆動回路 26 パルス印加回路 27 電位規制回路 28 第2の対向電極 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electrolyte 2 Electrolysis cell container 3 Probe electrode 4 Working electrode 5 Recording layer (reaction medium) 6 Reaction compensation area 7 Reference electrode 8 Inactive insulating coating film 9 Fine drive mechanism 10 Coarse drive mechanism 11 X, Y stage 12 Cantilever type Actuator 13 Reaction compensating electrode 14 Drive electrode 15 Probe electrode wiring electrode 16 Reaction compensating electrode wiring electrode 17 Inactive insulating coating film 18 Si substrate 19 Electron blocking layer 21 Computer 22 Servo circuit 23 Current-voltage conversion amplifier circuit 24 Coarse driving Circuit 25 XY scanning drive circuit 26 Pulse applying circuit 27 Potential regulating circuit 28 Second counter electrode
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 武田 俊彦 東京都大田区下丸子3丁目30番2号 キ ヤノン株式会社内 (56)参考文献 特開 平4−76840(JP,A) 特開 平2−146128(JP,A) ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Inventor Toshihiko Takeda 3-30-2 Shimomaruko, Ota-ku, Tokyo Inside Canon Inc. (56) References JP-A-4-76840 (JP, A) JP-A-2 −146128 (JP, A)
Claims (8)
ーブ電極と対向配置した作用電極とを有し、可動イオン
を供給する電解質及び該電解質の存在下で外部からの電
圧印加によって酸化状態と還元状態との間の可逆的な変
化を容易に制御しうる記録媒体が前記プローブ電極と前
記作用電極の間に配置され、更に、前記プローブ電極と
前記作用電極との間に電圧を印加する手段と前記プロー
ブ電極と前記記録媒体との距離を制御する手段を設けた
装置において、 前記記録媒体の状態変化における酸化反応又は還元反応
に対する反応を補償する反応補償領域を、プローブ最先
端部を除くプローブ上又はその近傍、或いは記録媒体表
面近傍に備えていることを特徴とする情報処理装置。At least one probe electrode and a working electrode opposed to the probe electrode are provided. An electrolyte for supplying mobile ions and an oxidized state and a reduced state by applying an external voltage in the presence of the electrolyte are provided. A recording medium capable of easily controlling a reversible change between the probe electrode and the working electrode is disposed between the probe electrode and the working electrode, and a means for applying a voltage between the probe electrode and the working electrode, and the probe In an apparatus provided with a means for controlling the distance between an electrode and the recording medium, a reaction compensation region for compensating a reaction for an oxidation reaction or a reduction reaction in a state change of the recording medium, on a probe except for the tip of the probe or its An information processing apparatus provided near or near the surface of a recording medium.
料で形成され、その初期状態が記録媒体と反対の状態に
設定されることを特徴とする請求項1記載の情報処理装
置。2. The information processing apparatus according to claim 1, wherein the reaction compensation area is formed of the same material as a recording medium, and its initial state is set to a state opposite to that of the recording medium.
ーブ電極と対向配置した作用電極とを有し、可動イオン
を供給する電解質及び該電解質の存在下で外部からの電
圧印加によって酸化状態と還元状態との間の可逆的な変
化を容易に制御しうる記録媒体が前記プローブ電極と前
記作用電極の間に配置され、更に、前記プローブ電極と
前記作用電極との間に電圧を印加する手段と前記プロー
ブ電極と前記記録媒体との距離を制御する手段を設けた
装置において、 前記記録媒体の酸化状態と還元状態間の変化に関与する
電子が、前記プローブ電極と前記記録媒体間に発生する
トンネル電流によって供給されることを特徴とする情報
処理装置。3. An oxidizing state and a reducing state by applying at least one probe electrode and a working electrode opposed to the probe electrode and applying an external voltage in the presence of an electrolyte for supplying mobile ions and the electrolyte. A recording medium capable of easily controlling a reversible change between the probe electrode and the working electrode is disposed between the probe electrode and the working electrode, and a means for applying a voltage between the probe electrode and the working electrode, and the probe In a device provided with a means for controlling a distance between an electrode and the recording medium, electrons involved in a change between an oxidized state and a reduced state of the recording medium are generated by a tunnel current generated between the probe electrode and the recording medium. An information processing apparatus characterized by being supplied.
媒体面近傍に電位規制用の基準参照電極を備え、又前記
プローブ電極の最先端部を除いた電解液に浸漬された部
位が不活性絶縁材料で被覆されていることを特徴とする
請求項3記載の情報処理装置。4. The electrolyte is an electrolyte having a reference electrode for regulating potential near the surface of the recording medium, and a portion immersed in the electrolyte except for the foremost part of the probe electrode. 4. The information processing apparatus according to claim 3, wherein the information processing apparatus is covered with an active insulating material.
電子阻止層が配置されていることを特徴とする請求項4
記載の情報処理装置。5. Between the recording medium and the working electrode,
5. An electron blocking layer is provided.
An information processing apparatus according to claim 1.
導型の異なる半導体材料であり、両者の接合界面がダイ
オード特性を有することを特徴とする請求項4記載の情
報処理装置。6. The information processing apparatus according to claim 4, wherein the recording medium and the working electrode are semiconductor materials having different conductivity types from each other, and a junction interface between the two has diode characteristics.
電極以外の第2の対向電極を有することを特徴とする請
求項5又は6記載の情報処理装置。7. An information processing apparatus according to claim 5, further comprising a second counter electrode other than said probe electrode, said second counter electrode facing said working electrode.
あって、該ゲル状又は固体状電解質が前記記録媒体と前
記作用電極との間に配置されることを特徴とする請求項
3記載の情報処理装置。8. The method according to claim 3, wherein the electrolyte is a gel or solid electrolyte, and the gel or solid electrolyte is disposed between the recording medium and the working electrode. Information processing device.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990907 |
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