JPH09153235A

JPH09153235A - 記録再生装置

Info

Publication number: JPH09153235A
Application number: JP8068546A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Fujiwara; 一郎藤原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1995-09-29
Filing date: 1996-03-25
Publication date: 1997-06-10

Abstract

(57)【要約】【課題】高速、高密度記録にすぐれ、低電圧駆動を可
能にする。【解決手段】針状電極よりなるヘッドにより情報を記
録または再生する記録再生装置であって、ヘッドから２
０Ｖ以下の電圧を印加することにより記録媒体の所定領
域の分極反転により情報を記録または消去し、ヘッドが
記録媒体に接触した状態で，微細領域に記録された分極
反転による記録情報を、微細領域における電荷または静
電容量の変化量あるいは圧電歪の変化量を検出すること
により再生する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、画像情報、大容量
のデータ情報等の超高密度記録を行うことができる新規
な記録および再生を行う、あるいは記録情報の再生のみ
を行う記録再生装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】マルチメディア社会、特にハイビジョン
システムおよび高度情報通信システム、コンピュータネ
ットワーク、ビデオオンデマンド、インフォメーション
デマンドなどに必要とされる大容量の画像情報、データ
ファイルにおいて高速な記録再生装置の要求が益々高ま
っている。

【０００３】従来のランダムアクセスが可能な高密度記
録技術には、磁気記録、光記録、半導体メモリ等があ
る。

【０００４】半導体メモリではその集積度が年々向上し
ているにもかかわらず、半導体メモリの製造技術の例え
ばフォトリソグラフィの限界から、高精細度の画像情報
を記録するだけの容量を満たすような、すなわち少なく
とも３Ｇバイト以上の容量を満たすような半導体メモリ
を得るには至っていない。

【０００５】また、光記録、磁気記録において、大容量
の情報を記録するには、記録領域を小さくして、記録密
度を向上させることが必要である。

【０００６】この光記録においても、その記録領域を小
さくする試みはなされているが、その光源として波長５
００ｎｍ付近の半導体レーザー光源が開発された場合で
も、物理的な限界、光の回折限界が存在するため１００
ｎｍ以下の記録領域を実現することは難しいとされてい
る。

【０００７】また、磁気記録においても、特にハードデ
ィスクにおいて磁気抵抗効果型磁気ヘッド（ＭＲ型磁気
ヘッド）、巨大磁気抵抗効果型磁気ヘッド（ＧＭＲ型磁
気ヘッド）の開発により、記録密度の向上が著しいが、
再生ヘッドの感度の問題で１００ｎｍ以下の記録領域を
達成することは難しい。

【０００８】一方、原子分子レベルの空間分解能を持つ
走査トンネル顕微鏡（ＳＴＭ：Scanning Tunneling Mic
roscope)、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force Mic
roscope ）が開発され、種々の材料の微細表面形状の解
析に適用され、表面解析装置として大きな成功を収めて
いる。

【０００９】ＡＦＭでは試料とカンチレバーチップとの
原子間相互作用をプローブとして用いているが、近年Ａ
ＦＭは種々の物理量をプローブとして用いた走査型プロ
ーブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscope ) と
して発展している。最近、これらの手段すなわち原子、
分子にアクセスする手段を用いて、高密度メモリとして
の実現可能性の検討がなされている。

【００１０】これまでにＳＴＭまたはＡＦＭを用いて、
高密度記録実現の試みの報告はなされているが、原理的
な可能性が述べられているにとどまり、実用化に至って
いない。

【００１１】例えば、スタンフォード大学のクエート(Q
uate) 氏等は、Ｓｉ基板上にＳｉＯ ₂膜およびＳｉＮ膜
を形成したＮＯＳ( ＳｉＮ／ＳｉＯ₂／Ｓｉ) 構造によ
る記録媒体を用いてＡＦＭの発展系である走査型静電容
量顕微鏡( ＳＣＭ：ScanningCapacitance Microscope)
構成によって高密度メモリへの応用の可能性を示した
（R.C.Barret and C.F.Quate;Journal of Applied Phys
ics,70 2725-2733 (1991) 参照。) 。

【００１２】ところで、図９に示すように、ｎ型Ｓｉ基
板１上に、熱酸化によるＳｉＯ₂膜２および熱ＣＶＤ法
（化学的気相成長法）によるＳｉＮ膜３を被着形成し、
このＳｉＮ膜３上に金属電極４が被着されたいわゆるＭ
ＮＯＳ（Metal Nitride Oxide Semiconductor)系の記録
媒体は、不揮発性半導体メモリの１つであるＥＥＰＲＯ
Ｍ（Electrically Erasable Read Only Memory) ですで
に実用化されている。

【００１３】これらＮＯＳ系、ＭＮＯＳ系記録再生の基
本は、Ｓｉ半導体と、ＳｉＯ₂／ＳｉＮ界面やその近傍
のＳｉＮ中のトラップとの間の電荷の移動を用いること
である。

【００１４】すなわち、この層構造でＳｉＯ₂／ＳｉＮ
界面およびこの界面を形成するＳｉＮ層中（以下単にＳ
ｉＯ₂／ＳｉＮ界面付近という）にキャリアのトラップ
が形成されることが分かっており、例えば図１２のＭＮ
ＯＳ系においてＳｉＮ膜３上の金属電極４（以下上部電
極という) に正電圧を掛けると、強電界によりＳｉ基板
１側から電子がＳｉＯ₂膜２をトンネルして、ＳｉＯ₂
／ＳｉＮ界面とその近傍のＳｉＮ膜３のトラップに注入
されてここに蓄積される。一方、上部電極４に負電圧を
掛けると、逆向きの強電界によりトラップに蓄積されて
いる電子がＳｉ基板１側にＳｉＯ₂膜２をトンネルして
放出されＳｉＯ₂／ＳｉＮ界面やＳｉＮ膜３のトラップ
に存在する電子が欠乏する。このようにして、ＭＮＯＳ
記録媒体へのパルス電圧印加に伴う電荷の移動により記
録、消去を行っている。そして、この記録媒体からの記
録情報の読み出しすなわち再生は、この記録媒体すなわ
ちＭＮＯＳ構造キャパシタの静電容量の変化として電気
的に読み出すという方法がとられる。

【００１５】上述のクエート氏等の研究では、ＮＯＳ媒
体に導電性カンチレバーを接触させた状態で記録消去
し、同様に導電性カンチレバーの接触状態でその記録情
報に基ずく静電容量変化を、静電容量センサーを用いて
検出することによって再生するという方法が採られてい
る。この方法による場合、現在実用化ないしは研究、開
発がなされている光記録、あるいは磁気記録方法では不
可能な微小領域での情報の記録再生、すなわち高密度記
録が可能であることを示した。この場合記録媒体にはキ
ャリア（電子）の移動を用いているものである。この場
合、最小記録領域は、直径約１５０ｎｍであり、トラッ
プに蓄積された電子は、７日間以上安定であった。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した高
密度記録装置では、ＮＯＳ材料の特徴として、情報の記
録・消去時に必要な時間がｍｓ（ミリ秒）オーダー、電
圧が４０Ｖ（しきい値電圧２５Ｖ）となり、高速、低電
圧駆動を充分満たすものではない。

【００１７】また、従来の静電容量変化検出方式を再生
に用いる方式の記録装置では静電容量型（ＣＥＤ）また
は高密度記録が可能なＶＨＤビデオディスク等がある。
しかし、これを大容量の記録媒体とするには記録密度が
低く、また再生専用であって記録消去の機能を有するも
のではない。

【００１８】また、最近になりフランケ等により、強誘
電体であるチタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚ
ｒ，Ｔｉ）Ｏ₃）記録媒体とＳＰＭを組み合わせて、Ｐ
ＺＴ強誘電体ドメインの評価および高密度メモリへの応
用の可能性が報告された（K.Seegebarth;Surface Scien
ces Letters,L283-L288(1994) 参照）。

【００１９】しかしながら、この高記録密度装置で次に
挙げる問題点がある。（１）記録媒体として用いるＰＺＴ薄膜は分極反転に伴
う材料としての疲労劣化が大きく耐久性に問題がある。（２）記録の最小単位となるＰＺＴの強誘電性の単位で
あるドメインが大きく、記録ビットのサイズを小さくす
ることが難しい。

【００２０】本発明は、高速、高密度記録にすぐれ、低
電圧駆動を可能にし、疲労特性の改善をはかることがで
きる記録再生装置を提供する。

【００２１】

【課題を解決するための手段】本発明は、針状電極より
なるヘッドにより情報を記録または再生する記録再生装
置であって、ヘッドから２０Ｖ以下の電圧を印加するこ
とにより記録媒体の強誘電体層の所定領域の分極反転に
より情報を記録または消去し、ヘッドが記録媒体に接触
した状態で、微細領域に記録された分極反転による記録
情報を、微細領域における電荷または静電容量の変化量
あるいは圧電歪の変化量を検出することにより再生す
る。

【００２２】本発明装置においては、針状電極によるヘ
ッドによって２０Ｖ以下の電圧印加により記録媒体に対
し、分極反転により情報を記録または消去する態様を採
ることから、高速、高密度記録がなされる。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１ＡおよびＢは、本発明装置に
用いられる記録媒体１０の各基本構成を示す。図１Ａに
示す基本構成においては、導電性を有する基板１１上に
活性層１３が形成され、これとは反対側の基板１１の裏
面に下部電極１２が被着された構成を有する。図１Ｂに
示す基本構成においては、基板１１上に下部電極１２、
情報の記録がなされる活性層１３が形成された構成を有
する。

【００２４】活性層１３は、局所的な分極反転を行う強
誘電体層によって構成される。この強誘電体層は、例え
ばいわゆるＢｉ層状化合物の例えばＳｒＢｉＴｉＯ、Ｓ
ｒＢｉＴａＯ、ＰｂＢｉＴａＯ、ＢａＢｉＮｂＯ、例え
ばＳｒＢｉ₂Ｔａ₂Ｏ₉、ＳｒＢｉ₂Ｎｂ₂Ｏ₉あるい
はチタン酸鉛ＰｂＴｉＯ₃、またはランタンドープのジ
ルコン酸チタン酸鉛（ＰＬＺＴ）の例えばＰｂ（Ｌａ，
Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃、または高分子強誘電体のポリフッ化
ビニリデン（ＰＶＤＦ）、フッ化ビニリデンとトリフル
オロエチレン（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）共重合体、フッ化ビ
ニリデンとテトラフルオロエチレン（ＶＤＦ−ＴｅＦ
Ｅ）共重合体等によって構成する。

【００２５】これら記録媒体１０を構成する強誘電体層
の各構成料層は、それぞれ例えばスパッタリング法、Ｍ
ＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition
）法、ＬＰＣＶＤ（低圧ＣＶＤ）法、分子線蒸着法、
通常の蒸着法、ＭＯＤ（MetalOxide Deposition）法、
レーザアブレーション法、ゾルゲル法、スピンコート
法、熱酸化法、熱窒化法などによって成膜することがで
きる。

【００２６】強誘電体の特徴は、自発分極を有し、その
方向が電界によりコントロールできることである。電界
の方向に対して２つの双安定点を利用して、ディジタル
データの“０”および“１”に対応させ、両者間を高速
に切換え記録することができる。

【００２７】この記録媒体１０に対する情報の記録・消
去は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）構成による記録・消去
装置によって行い、その針状電極を有する導電性カンチ
レバーによる記録ヘッドを記録媒体１０に接触させて、
その記録ヘッドすなわち導電性カンチレバーから２０Ｖ
以下の高速パルス電圧を印加して、強誘電体層の自発分
極の向きを局所的にかつ高速に反転させて行う。すなわ
ち、高速記録が可能となる。

【００２８】本発明装置における記録、消去装置と、再
生装置の具体例を説明する。まず、記録・消去装置につ
いて説明する。

【００２９】〔記録、消去装置〕図２は記録、消去装置
の一例の概略構成図を示す。この記録ヘッドＨＲは、先
端に例えば円錐状、３角錐状、断面例えば３角の柱状等
の実質的に記録媒体に対して点接触ないしは微小面接触
できる針状電極２１が形成された例えば短冊状の板バネ
構成を有し、一端が固定されたカンチレバー２２によっ
て構成される。このカンチレバー２２は、バネ定数０．
０１〜１０［Ｎ／ｍ］のＳｉもしくはＳｉＮよりなりそ
の表面にＡｕ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｒ等の単層
ないしは多層構造の金属層が被覆されることによって高
い導電性が付与されて成る。或いは針状加工が可能で、
導電性を有する不純物ドーピングのなされた導電性シリ
コンによって構成される。これらカンチレバー２２は、
いわゆるマイクロファブリケーション技術によって作製
することができる。

【００３０】３０は、記録媒体１０が載置され、その面
方向に沿って例えば互いに直交するｘ軸およびｙ軸に関
して移動するように、もしくは回転するようになされた
記録媒体１０の載置台であり、この載置台３０は更に記
録ヘッドすなわちカンチレバー２２の針状電極２１との
接触状態を調整できるように記録媒体１０の面方向と垂
直方向（以下ｚ軸方向という）に移動制御できるように
構成される。

【００３１】この載置台３０のｚ軸方向の制御は、例え
ば、半導体レーザー３８からのレーザー光を、収束レン
ズ系３１によって収束させてカンチレバー２２の先端に
照射し、その反射光を例えば複数の分割フォトダイオー
ド例えば４分割フォトダイオードによる光検出器３２に
よって差動検出し、その検出信号をプリアンプ３３を通
じて、載置台３０のｚ軸制御を行うサーボ回路３４に入
力して載置台３０のｚ軸方向の位置を制御することによ
って、常時記録媒体１０に対して、記録ヘッドすなわち
針状電極２１が、最適な接触状態にあるように制御され
る。

【００３２】一方、カンチレバー２２と記録媒体１０の
下部電極１２との間に、記録信号に応じた電圧が印加さ
れる。この印加電圧は、記録信号に応じたパルス電圧発
生回路３５よりのパルス電圧を直流電源３６による所要
の直流バイアス電圧に重畳して印加する。

【００３３】このようにして、記録媒体１０に、カンチ
レバー２２の先端の針状電極２１すなわち記録ヘッドＨ
Ｒを接触させた状態で記録媒体と相対的に移行させて上
述の直流電圧にパルス電圧を重畳させた電圧を印加する
ことにより局所的に分極反転を行って情報の記録を、こ
の分極反転による電荷ないしは静電容量の変化として記
録するとか、圧電歪の変化として記録する。

【００３４】具体的には、記録媒体１０の強誘電体層表
面と下部電極１２との間に１０Ｖの電圧を印加すること
により作製した強誘電体材料層の自発分極の向きを一定
に揃える。次に、導電性カンチレバーに−５Ｖ〜−９Ｖ
のパルス電圧を印加することにより、強誘電体層の分極
の向きを局所的に反転させて、情報を記録媒体に記録す
る。また、＋５Ｖ〜＋１０Ｖのパルス電圧を加えること
により局所的な分極の向きをもとに戻し、記録情報を消
去することができる。しかしながら、この場合、記録情
報のオーバーライトが可能であるため、情報の記録にお
いて、特に先の記録を消去する必要はない。

【００３５】図３は、記録媒体１０の強誘電体層の、印
加電界Ｅに対する静電容量の微分（ｄＣ／ｄＶ）あるい
は圧電歪と、分極の関係を示すものである。分極は、電
界に対して２つの安定点を持ち、これが強誘電体層の自
発分極の向きに対応している。本発明では、２つの安定
点の間をパルス電圧印加によって高速にスイッチングす
ることにより記録・消去を行うことができる。

【００３６】上述したように、情報の記録は、強誘電体
層における分極反転によって行うものの、この分極反転
による記録は、強誘電体層における静電容量の変化、あ
るいは圧電歪の変化を発生させるものとして記録し、こ
の情報の読み出しすなわち再生を、静電容量の変化量と
して検出再生する場合と、電界に比例する圧電歪の変化
量として検出再生する場合とを採る。

【００３７】まず、静電容量の変化量として検出再生す
る再生装置（再生装置Ｉという）について説明する。〔再生装置Ｉ〕この場合、例えば記録媒体中での自発分
極の向きが反転した領域と反転していない領域とでのＳ
ｉ基板表面に形成される空間電荷層（空乏層）の状態が
自発分極の向きに対応して異なることを利用して静電容
量の変化量として再生する。この記録媒体１０からの記
録情報の再生も、再生ヘッドを記録媒体１０に対して接
触させた状態で行う。図４は、記録情報に基く静電容量
の変化量を検出して記録情報の再生を行うこの再生装置
の一例の概略構成図を示す。この再生装置Ｉは、具体的
には上述のＡＦＭを発展させた周知の走査型静電容量顕
微鏡（ＳＣＭ：Scanning Capacitance Microscop）構成
とした（以下、この再生装置をＳＣＭ型再生装置とい
う）。すなわち、この場合においても、前述した記録装
置におけると同様に、先端に針状電極２１を有する導電
性カンチレバー２２が設けられた再生ヘッドＨＰを有し
てなる。この再生ヘッドＨＰは、記録ヘッドＨＲと共用
することも別構成とすることもできる。この再生ヘッド
ＨＲにおいても、先端に例えば円錐状、３角錐状、断面
例えば３角の柱状等の実質的に記録媒体に対して点接触
ないしは微小面接触できる針状電極２１が形成された例
えば短冊状の板バネ構成を有し、一端が固定されたカン
チレバー２２によって構成される。このカンチレバー２
２は、バネ定数０．０１〜１０［Ｎ／ｍ］のＳｉもしく
はＳｉＮよりなりその表面にＡｕ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｎｉ、
Ｉｒ、Ｃｒ等の単層ないしは多層構造の金属層が被覆さ
れることによって高い導電性が付与されて成る。或いは
針状加工が可能で、導電性を有する不純物ドーピングの
なされた導電性シリコンによって構成される。これらカ
ンチレバー２２は、いわゆるマイクロファブリケーショ
ン技術によって作製することができる。

【００３８】載置台３０は、前述したように、これに載
置された記録媒体１０の面方向に沿って例えば互いに直
交するｘ軸およびｙ軸に関して移動するように、もしく
は回転するようになされ、更に再生ヘッドＨＰとしての
カンチレバー２２の針状電極２１との接触状態を調整で
きるように記録媒体１０の面方向と直交するｚ軸方向に
移動制御できるように構成される。

【００３９】再生ヘッドＨＰの針状電極２１を記録媒体
１０上に接触させ、この状態で載置台３０によって記録
媒体を例えば回転させて針状電極２１を記録媒体１０上
に走査しつつ、直流電源４０からの直流バイアス電圧Ｖ
記録媒体１０に印加し、カンチレバー２２と記録媒体１
０との間の静電容量を検出器５０に内蔵する発振周波数
９１５ＭＨｚの発振器からの発振周波数シフトとして静
電容量信号Ｃ（Ｖ）を検出し、ロックインアンプ４５か
らｄＣ／ｄＶ信号を取り出し、これをコンピュータ５２
に入力する。この場合、媒体の極くわずかな容量変化が
共振周波数のシフトとなり、出力振幅の高低が変化す
る。この信号を検波回路で検波し、静電容量の変化とし
て検出する。

【００４０】その概略構成を説明すると、カンチレバー
２２に、例えば半導体レーザ４３からのレーザー光を照
射し、その反射光を光検出器４４によって検出し、サー
ボ回路に入力し、載置台３０のＺ軸方向の制御がなされ
る。このとき、記録媒体に垂直方向に印加した電界の向
きに記録媒体の自発分極が配列した状態での静電容量の
値が極大となるように、図３に示す分極−電界のヒステ
リシスにおいて、ｄＣ／ｄＶ値が極大になるような条件
に直流バイアス電圧を設定する。静電容量の微分は、分
極−電界のヒステリシスの微分量であるため、２種類の
静電容量の差が極大になるためには、記録媒体に抗電界
（抗電圧）程度の値に電界Ｅが設定されるようにバイア
ス電圧を選定すれば良い。

【００４１】次に、記録情報の記録を、分極反転によっ
て行うものの、この記録によって強誘電体層におけるる
圧電歪を発生させるものとして記録し、この情報の読み
出しすなわち再生を圧電歪の変化量を検出によって行う
場合の再生装置（再生装置ＩＩ）の一実施例を説明す
る。

【００４２】〔再生装置ＩＩ〕この再生装置は、ＳＭＭ
構成において、そのカンチレバーの先端の針状電極を記
録媒体に接触させた態様による。以下この再生装置ＩＩ
を、便宜上コンタクトＳＭＭ型再生装置という。

【００４３】図５は、このコンタクトＳＭＭ装置の概略
構成図で、この再生装置においても、前述した記録装置
におけると同様に、先端に針状電極２１を有する導電性
カンチレバー２２が設けられた再生ヘッドＨＰを有して
なる。この再生ヘッドＨＰは、記録ヘッドＨＲと共用す
ることも別構成とすることもできる。すなわち、この再
生ヘッドＨＲにおいても、先端に例えば円錐状、３角錐
状、断面例えば３角の柱状等の実質的に記録媒体に対し
て点接触ないしは微小面接触できる針状電極２１が形成
された例えば短冊状の板バネ構成を有し、一端が固定さ
れたカンチレバー２２によって構成される。このカンチ
レバー２２は、バネ定数０．０１〜１０［Ｎ／ｍ］のＳ
ｉもしくはＳｉＮよりなりその表面にＡｕ、Ｐｔ、Ｃ
ｏ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃｒ等の単層ないしは多層構造の金属
層が被覆されることによって高い導電性が付与されて成
る。或いは針状加工が可能で、導電性を有する不純物ド
ーピングのなされた導電性シリコンによって構成され
る。これらカンチレバー２２は、いわゆるマイクロファ
ブリケーション技術によって作製することができる。

【００４４】載置台３０は、前述したように、これに載
置された記録媒体１０の面方向に沿って例えば互いに直
交するｘ軸およびｙ軸に関して移動するように、もしく
は回転するようになされ、更に再生ヘッドＨＰとしての
カンチレバー２２の針状電極２１との接触状態を調整で
きるように記録媒体１０の面方向と直交するｚ軸方向に
移動制御できるように構成される。

【００４５】そして、その再生ヘッドＨＰすなわちカン
チレバー２２の針状電極２１を記録媒体１０に接触さ
せ、この状態で載置台３０によって、例えば記録媒体１
０を回転させて針状電極２１を記録媒体１０上に走査し
つつ、直流電源４０からの直流バイアス電圧と発振器４
１からの変調信号とを記録媒体に印加する。このとき、
記録媒体１０に記録された情報、すなわち分極反転に基
く逆圧電効果によってカンチレバー２２が圧電歪に起因
する力を受けることにより圧電歪の検出が可能となる。
これを半導体レーザー４３によるレーザー光のカンチレ
バー２２からの反射光を光検出器４４で検出し、ロック
インアンプ４５で所要の信号成分として取出し、コンピ
ュータ５２例えばパーソナルコンピュータ５２によって
処理して上述の記録情報による電界に比例する圧電歪に
よる信号を検出再生する。また、同時にロックインアン
プ４５を経ないＤＣ信号によって所要のサーボ信号を取
出し、サーボ回路４６に入力してこれにより、載置台３
０のＺ軸方向の制御を行って、再生ヘッドＨＰすなわち
針状電極２１と記録媒体１０との接触状態が常に所定と
なるように制御する。

【００４６】次に、本発明装置の実施例を説明する。［実施例１］この実施例における記録媒体１０は、図１
Ａの基本構成によるもので活性層１３が強誘電体層をＢ
ｉ層状化合物のＳｒＢｉ₂Ｔａ₂Ｏ₉層６３によって構
成した。

【００４７】このＳｒＢｉ₂Ｔａ₂Ｏ₉強誘電体層によ
って構成する場合は、分極反転を１０¹²回繰り返しても
疲労が殆ど生じることのない材料であり、残留分極Ｐｒ
の２倍（２Ｐｒ）の値は１５〜３０μＣ／ｃｍ²、抗電
圧は２Ｖ以下である。データの保持時間は室温で１０年
以上とされている。データの書換え時間は電極面積に比
例し、この接触面積を充分小さくすることによって１ｎ
ｓ以下となる。そして、この分極反転に起因する静電容
量部分のスイッチング特性も極めて速い。また或るデー
タを連続して書き込んだ後、異なるデータを書き込んだ
場合の信頼性もある。

【００４８】この実施例においては、図６に概略断面図
を示すように、導電性Ｓｉ基板１１上に、バッファ層と
なるＳｒＢｉＴｉＯの下地層９を３０ｎｍの厚さにスパ
ッタリングによって形成する。その後、このバッファ層
９を酸素雰囲気中で熱処理する。この熱処理により、Ｓ
ｉ基板上でも結晶性にすぐれたＢｉ層状化合物のＳｒＢ
ｉＴｉＯ₃の下地層９を形成することができる。次に、
このバッファ層９上に、Ｂｉ層状化合物のＳｒＢｉ₂Ｔ
ａ₂Ｏ₉層による活性層１３をＭＯＣＶＤ法によって形
成する。このようにして形成されたＳｒＢｉ₂Ｔａ₂Ｏ
₉層は、高密度で微細なグレインを有する膜として形成
された。すなわち、上述の熱処理後のバッファ層が、こ
れの上に成長させるＳｒＢｉ₂Ｔａ₂Ｏ₉層の初期核と
して有効に働くものである。そして、基板１１の活性層
１３の形成側とは反対側（以下裏面という）に、下部電
極１２をオーミックに被着形成する。

【００４９】この強誘電体層６３を有する記録媒体１０
に対する記録は、前述した図２のＡＦＭ構成による記録
装置によって行った。すなわち、記録媒体１０を、移動
載置台３０上に配置し、この強誘電体層６３に、記録ヘ
ッドＨＲすなわち針状電極２１を、微小面接触させて、
載置台３０を移動させて記録媒体１０上に針状電極２１
を走査しつつ記録情報に基いてこの針状電極２１と下部
電極１２との間にパルス電圧を印加して、強誘電体層６
３に局部的に分極反転を生じさせて情報の記録を行う。
すなわち、強誘電体層６３の表面に記録情報に応じた分
極反転に起因するＳｉ基板表面の空間電荷層の状態によ
り静電容量の分布を形成する。

【００５０】記録媒体１０からの記録情報の読み出しす
なわち再生装置は、図４の再生装置Ｉとし、記録媒体１
０の強誘電体層６３の分極反転によって生じたＳｉ基板
表面の空間電荷層の静電容量の分布の検出によって行っ
た。

【００５１】この実施例１における記録媒体の、Ｂｉ層
状化合物ＳｒＢｉ₂Ｔａ₂Ｏ₉は、強誘電体層であるた
めヒステリシス特性を示す。残留分極Ｐｒの２倍（２Ｐ
ｒ）の値は２５μＣ／ｃｍ²、抗電圧は約０．８Ｖであ
った。このようにＢｉ層状化合物のＳｒＢｉ₂Ｔａ₂Ｏ
₉は、良好なヒステリシス特性を示す強誘電体層である
ことが分かる。

【００５２】次に、この実施例１における記録・消去、
再生特性を示す。まず、記録媒体１０のＳｒＢｉ₂Ｔａ
₂Ｏ₉による強誘電体層６３の３μｍ×３μｍの領域
に、＋９Ｖの直流電圧、電界０．３ＭＶ／ｃｍを印加し
て自発分極の方向を一方向に揃える。次に、逆極性の−
７Ｖのパルス電圧をヘッドすなわち針状電極２１と下部
電極１２との間に印加して、局所的に分極の向きを反転
させる。次に、ＳＣＭ型再生装置を用いて局所的な自発
分極の向きの差をＳｉ基板表面に生ずる空間電荷層の状
態に起因する静電容量の分布として検出する。

【００５３】ＳＣＭによって静電容量を評価した。その
際、バイアス電圧を図３で示すＡ点に設定してその評価
を行った。この場合、まず３μｍ×３μｍの部分のコン
トラストが暗くなっており、その周辺と比較して分極が
反転していることが分かった。また、このコントラスト
が暗い部分の中に明るいスポット部分すなわち記録ビッ
トがが観察された。これは−７Ｖのパルス電圧印加によ
って一方向に揃えられていた分極の向きが反対になって
いることを示している。

【００５４】また、−９Ｖを先に記録媒体に印加した後
に、＋７Ｖのパルス電圧を印加した場合、すなわち上述
とは反対の極性の電圧を印加した場合、ＳＣＭの静電容
量分布で観察される画像のコントラストも逆転している
ことが分かった。すなわち、強誘電体層の分極の局所的
な反転の方向が反対になっていることが分かる。また、
オーバーライト特性も有することが分かった。

【００５５】このことから、この強誘電体層記録媒体の
局所的な分極の向きがカンチレバー記録ヘッドよりのパ
ルス電圧の印加により電界の方向に揃うことが示され
た。この２種類の局所的な分極の向きをディジタルデー
タのストレージの“０”と“１”に対応させることがで
きる。すなわち、コントラストの明るい部分と暗い部分
でディジタルデータの“０”と“１”に対応させること
により高密度記録ができる。

【００５６】そして、この分極の向きの差に起因する静
電容量の値は、ディジタル信号“０”および“１”のデ
ータの識別に充分な値であることが分かった。

【００５７】種々の実験の結果、記録領域の直径を１０
０ｎｍ以下にすることが可能であることが分かった。ま
た、分極反転のスイッチング時間も１μｓよりの小さい
ことが分かった。そして、局所的に分極の向きが反転し
た領域は、充分安定に保持されることが分かった。

【００５８】また、この実施例ではＳＣＭ構成の再生装
置としたが、このＳＣＭでは静電容量検出器に存在する
９１５ＭＨｚの発振器の共振周波数のシフトを用いて静
電容量を検出しているためＭＨｚオーダーの高周波数領
域においても、記録ビットの検出再生が可能であった。

【００５９】〔実施例２〕この実施例で用いる記録媒体
１０は、図１Ｂの基本構成によるもので活性層１３が強
誘電体層をＢｉ層状化合物のＳｒＢｉ₂Ｔａ₂Ｏ₉層６
３によって構成した。この実施例においても、実施例１
と同様の図２のＡＦＭ構成による記録装置とした。しか
しながら、この実施例２においては、その記録再生装置
として、図５に示したコンタクトＳＭＭ型の再生装置Ｉ
Ｉとした。また、この実施例における記録媒体１０は、
図７に概略断面図を示すように、Ｓｉ基板１１上に、そ
の表面熱酸化によるＳｉＯ₂絶縁膜１４が形成され、こ
れの上に、拡散バリア層としてのＴｉによる下地層１５
を介してスパッタリングによって厚さ３００ｎｍのＰｔ
膜による下部電極層１２が形成され、この上に活性層１
３としてのＢｉ層状化合物のＳｒＢｉ₂Ｔａ₂Ｏ₉によ
る強誘電体層６３をＭＯＣＶＤ法によって形成した。

【００６０】この実施例２の記録・消去、再生特性を示
す。記録・消去特性に関しては、記録媒体の構造が実施
例１の場合と相違するが、実施例１と同材料の強誘電体
層６３が用いられるものであるのでこれに対する印加電
界が実施例１の場合と等しくなるように針状電極２１と
下部電極１２との間に電圧印加を行うことにより、実施
例１と同等の結果が得られるが、その再生は、前述した
コンタクトＳＭＭ型再生装置によって記録媒体１０の強
誘電体層の局所的分極反転による分極の向きの相違を逆
圧電効果に起因する電界に比例して生じる圧電歪の分布
として検出再生する。

【００６１】そして、コンタクトＳＭＭによって圧電歪
の２次元分布を評価した。このとき、直流のバイアス電
圧を約０．５Ｖに設定して評価を行った。まず、３μｍ
×３μｍの部分のコントラストが暗くなっており、その
周辺と比較して分極が判定して一方向に並んでいること
が分かった。このコントラストが暗い部分の中に明るい
スポットすなわち記録ビットが形成されたことが観測さ
れた。これは、−７Ｖの電圧によって一方向に揃った分
極の向きと比較して反対になっていることを示すもので
ある。

【００６２】この場合、正負２種類の残留分極の間また
は一方の残留分極と分極０との間の圧電歪が分極の向き
の差に対応する画像のコントラストとして観察される。

【００６３】また、−９Ｖを先に記録媒体に印加した後
に、＋７Ｖのパルス電圧を印加した場合、すなわち上述
とは反対の極性の電圧を印加した場合、ＳＣＭの静電容
量分布で観察される画像のコントラストも逆転した。

【００６４】そして、この分極の向きに起因する圧電歪
の値は、ディジタル信号の“０”および“１”のデータ
の識別に充分な値であることが分かった。

【００６５】この実施例における再生装置はコンタクト
ＳＭＭとしたが、コンタクトＳＭＭではカンチレバーの
共振周波数によって、測定周波数が制限されるが、共振
周波数が充分大きく（例えば１０ＭＨｚ）、バネ定数が
充分小さい（例えば０．１［Ｎ／ｍ］）カンチレバーを
用いることにより、ＭＨｚオーダーでの高周波数領域で
の記録ビットの応答信号を検出再生することができた。

【００６６】尚、実施例２において、記録媒体として、
Ｔｉ下地層１５を挿入しない場合の記録媒体の記録再生
特性も検討した結果、この場合もＴｉ下地層を配置した
場合の記録、再生特性と同等な特性を示すことを確認し
た。

【００６７】〔実施例３〕実施例１と同様の構成による
が、図６に示すように、強誘電体層６３のＳｒＢｉＴａ
₂Ｏ₉に代えてＳｒＢｉ₂ Ｎｂ₂ Ｏ₉によって構成し
た。この実施例においても実施例１と同様の図２のＡＦ
Ｍ構成の記録装置とし、再生装置は、ＳＣＭ型の再生装
置Ｉとした。このＳｒＢｉ₂ Ｎｂ₂ Ｏ₃は、分極反転を
１０¹²回繰返しても疲労特性が極めて少なく、残留分極
の２倍（２Ｐｒ）の値は３０〜５０μＣ／ｃｍ²、抗電
圧は３Ｖ以下であった。実施例１の場合と比較して、残
留分極および抗電圧の値は約２倍となっている。この場
合においても、データ保持時間は室温で１０年以上とさ
れている。また、この場合においても、データの書換え
時間は電極面積に比例し、電極面積を充分小とすること
によって１ｎｓ以下となる。また、キャパシタ部分のス
イッチング特性は極めて速い。或るデータを連続して書
き込んだ後、異なるデータを書き込んだ場合の信頼性も
ある。

【００６８】この実施例においても、図６に示すよう
に、Ｓｉ基板１１上に、バッファ層となるＳｒＢｉＴｉ
Ｏの下地層９を３０ｎｍの厚さにスパッタリングによっ
て形成する。その後、このバッファ層９を酸素雰囲気中
で熱処理する。この熱処理により、Ｓｉ基板上でも結晶
性にすぐれたＢｉ層状化合物のＳｒＢｉＴｉＯ₃の下地
層９を形成することができる。次に、このバッファ層９
上に、Ｂｉ層状化合物のＳｒＢｉ₂Ｎｂ₂Ｏ₉強誘電体
層６３による活性層１３をＭＯＣＶＤ法によって形成す
る。このようにして形成されたＳｒＢｉ₂Ｎｂ₂Ｏ₉層
は、高密度で微細なグレインを有する膜として形成され
た。すなわち、上述の熱処理後のバッファ層が、これの
上に成長させるＳｒＢｉ₂Ｎｂ₂Ｏ₉層の初期核として
有効に働くものである。そして、基板１１の裏面に、下
部電極１２をオーミックに被着形成する。

【００６９】この場合においても、このＳｒＢｉ₂Ｎｂ
₂Ｏ₉は、強誘電体であることから、ヒステリシス特性
を有している。そしてその残留分極の２倍（２Ｐｒ）は
４０μＣ／ｃｍ²、抗電圧は約３Ｖであった。

【００７０】記録装置は、実施例１におけると同様に、
前述した図２のＡＦＭ構成による記録装置によって行っ
た。再生装置は、図４の再生装置Ｉとし、記録媒体１０
の強誘電体層６３の分極反転によって生じた静電容量の
分布の検出によって記録情報の再生を行った。

【００７１】この実施例における記録・消去、再生特性
を示す。この場合においても、記録媒体１０のＳｒＢｉ
₂Ｎｂ₂Ｏ₉による強誘電体層６３の３μｍ×３μｍの
領域に、９Ｖの直流電圧、電界０．３ＭＶ／ｃｍを印加
して自発分極の方向を一方向に揃える。次に、逆極性の
−７Ｖのパルス電圧をヘッドすなわち針状電極２１から
印加して、局所的に分極の向きを反転させる。次に、Ｓ
ＣＭ型再生装置を用いて局所的な自発分極の向きの差を
Ｓｉ基板上の空間電荷層の差に起因する静電容量の分布
として検出する。

【００７２】ＳＣＭによって静電容量を評価した。その
際、バイアス電圧を図３で示すＡ点に設定してその評価
を行った。この場合、まず３μｍ×３μｍの部分のコン
トラストが周囲に比し暗くなっており、その周辺と比較
して分極が反転していることが分かった。更に、このコ
ントラストが暗い部分の中に明るいスポット部分すなわ
ち記録ビットがが観察された。これは−７Ｖのパルス電
圧によって一方向に揃えられていた分極の向きが局所的
に反対になっていることを示している。

【００７３】また、−９Ｖを先に記録媒体に印加した後
に、＋７Ｖのパルス電圧を印加した場合、すなわち上述
とは反対の極性の電圧を印加した場合、ＳＣＭの静電容
量分布で観察される画像のコントラストも逆転している
ことが分かった。すなわち、強誘電体層の分極の局所的
な反転の方向が反対になっていることが分かる。また、
オーバーライト特性も有することが分かった。

【００７４】このことから、この強誘電体層記録媒体の
局所的な分極の向きがカンチレバー記録ヘッドよりのパ
ルス電圧の印加により電界の方向に揃うことが示され
た。この２種類の局所的な分極の向きをディジタルデー
タのストレージの“０”と“１”に対応させることがで
きる。すなわち、コントラストの明るい部分と暗い部分
でディジタルデータの“０”と“１”に対応させること
により高密度記録ができる。

【００７５】そして、分極の向きの差に起因する静電容
量の値は、ディジタル信号“０”および“１”のデータ
の識別に充分な値であることが分かった。

【００７６】種々の実験の結果、最小記録領域（最小記
録ビット）の直径を１００ｎｍ以下にすることが可能で
あることが分かった。また、分極反転のスイッチング時
間も１μｓより小さいことが分かった。そして、局所的
に分極の向きが反転した領域は、充分安定に保持される
ことが分かった。

【００７７】また、この実施例ではＳＣＭ構成の再生装
置としたが、このＳＣＭでは９１５ＭＨｚの発振器の共
振周波数のシフトを用いて静電容量を検出しているため
ＭＨｚオーダーの高周波数領域においても、記録ビット
の検出再生が可能であった。

【００７８】〔実施例４〕実施例２と同様の構成とする
が、この実施例４においては、図７の強誘電体層６３を
ＳｒＢｉ₂Ｎｂ₂Ｏ₉によって構成した記録媒体を用い
て、図２のＡＦＭ構成による記録装置とした。そして、
この実施例４では、再生装置として図５のコンタクトＳ
ＭＭ型再生装置ＩＩとした。

【００７９】次に、記録・消去・再生特性を示す。ま
ず、３μｍ×３μｍの領域に＋９Ｖの電圧、電界０．３
ＭＶ／ｃｍを記録媒体に印加して自発分極の方向を一方
向に揃える。次に、逆極性の−７Ｖのパルス電圧を記録
媒体に印加して、局所的に分極の向きを反転させる。次
に、コンタクトＳＭＭ型再生装置を用いて記録媒体の局
所的な分極の向きの差を逆圧電効果による圧電歪の分布
として検出再生する。そして、コンタクトＳＭＭによっ
て電界に比例する圧電歪の２次元分布を評価した。その
とき、バイアス電圧を約１Ｖに設定して評価を行った。
まず３μｍ×３μｍの部分が周囲に比しコントラストが
暗くなっており、その周辺と比較して分極が反転して一
方向に並んでいることが分かった。そして更に、このコ
ントラストが暗い部分の中に明るいスポットの部分があ
ることが観測された。これは−７Ｖのパルス電圧によっ
て一方向に揃った分極の向きと比較して反対になってい
ることを示す。

【００８０】また、−９Ｖを先に記録媒体に印加した
後、＋７Ｖのパルス電圧かけた場合、すなわち、上記の
実験の順序とは反対の極性の電圧を印加した場合、ＳＭ
Ｍの圧電歪分布で観察される画像のコントラストも逆転
していることが分かった。すなわち、ＳｒＢｉ₂Ｎｂ₂
Ｏ₃による強誘電体層の自発分極の局所的な反転の方向
が上記の実験とは反対になっていることが分かった。ま
た、オーバーライト記録特性も有することが分かった。

【００８１】以上より、この強誘電体層による記録媒体
の局所的な分極の向きがカンチレバーすなわち記録ヘッ
ドよりのバイアス電圧印加により電界の方向に揃うこと
が示された。この２種類の局所的な分極の向きをディジ
タルデータのストレージの“０”と“１”に対応させる
ことができることが分かった。すなわち、コントラスト
の明るい部分と暗い部分でディジタルデータの“０”と
“１”に対応させることにより高密度記録が可能になる
ことを示した。

【００８２】種々の実験の結果、記録ビットの直径は１
００ｎｍ以下にすることが可能であることが分かった。
また、分極反転のスイッチング時間も１μｓより小さい
ことが分かった。局所的に分極の向きが反転した領域は
充分安定に保持されることが分かった。

【００８３】この分極の向き差に起因する電界に比例す
る圧電歪の値は、ディジタル信号“０”および“１”の
データの識別に充分な値であることが分かった。

【００８４】以上より、この実施例においても高密度記
録装置および記録媒体は高性能な高密度記録装置として
充分な機能をもっていることが分かった。

【００８５】そして、この実施例において、その再生装
置をコンタクトＳＭＭとしたものであるが、このコンタ
クトＳＭＭではカンチレバーの共振周波数によって、測
定周波数が制限されるが、共振周波数が充分大きく（例
えば１０ＭＨｚ）、バネ定数が充分小さい（例えば０．
１［Ｎ／ｍ］）カンチレバーを用いることにより、ＭＨ
ｚオーダーでの高周波数領域での記録ビットの応答信号
を検出再生することができた。

【００８６】尚、実施例４において、記録媒体として、
図７におけるＴｉ層１５を挿入しない場合の記録媒体の
記録再生特性も検討し、この場合においても記録再生特
性と同等な特性を示すことを確認した。

【００８７】〔実施例５〕この実施例では、記録媒体の
記録がなされる活性層１３を、ランタンドープチタン酸
鉛（ＰＬＺＴ；Ｐｂ（Ｌａ，Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ₃）による
強誘電体層７３を有する構成とした。そして、記録装置
は、図２で示したＡＦＭ構成の記録装置とし、再生装置
はＳＣＭ構成の再生装置Ｉとした。この記録媒体１０
は、図８にその概略断面図を示すように、導電性を有す
るＳｉ基体１１上に、厚さ３０ｎｍで形成したＳｒＴｉ
Ｏ₃を熱処理して形成したバッファ層となる下地層９を
形成し、これの上にＭＯＣＶＤ法によってＬａを１０モ
ル％加えたＰＬＺＴによる強誘電体層７３を３００ｎｍ
の厚さに形成した。この場合ＰＬＺＴ層７３は、ペロブ
スカイト型の結晶構造を有し、高密度で微細なグレイン
を有していることが確認された。そして、基板１１の裏
面に電極１２をオーミックに被着形成した。

【００８８】ＰＬＺＴの特徴は、残留分極の２倍（２Ｐ
ｒ）の値は４０〜５０μＣ／ｃｍ²でありＰＺＴの約２
倍程度ある。また、抗電圧は２Ｖ以下である。これまで
問題となっていたＰＬＺＴにおける疲労特性は、酸化物
電極を用いることにより改善されている。データの書換
時間は１ｎｓ以下になる。キャパシタ部分のスイッチン
グ特性は極めて速い。あるデータを連続して書き込んだ
後、異なるデータを書き込んだ場合の信頼性もある。

【００８９】次に、この実施例５の記録消去再生特性を
示す。まず、４μｍ×４μｍの領域に９Ｖの電圧、電界
０．３ＭＶ／ｃｍを記録媒体に印加して自発分極の方向
を一方向に揃える。次に、逆極性の−７Ｖの電圧を印加
して、局所的に分極の向きを反転させる。次に、ＳＣＭ
を用いて分極の向き分布を評価した結果、４μｍ×４μ
ｍの部分のコントラストが暗くなっており、その周辺と
比較して明るい部分がみられ此処で分極が反転している
ことが分かった。これは−７Ｖの逆電圧によって分極の
向きが反対になっていることを示している。また、強誘
電体の特徴として分極の向きが電界の方向に揃うことが
示された。また、オーバーライトも可能であることが分
かった。この２種類の分極の向きをディジタルデータの
ストレージ“０”と“１”に対応させることができる。
すなわち、コントラストの明るい部分と暗い部分とでデ
ィジタルデータの“０”と“１”に対応させた高密度記
録が可能になることが分かった。

【００９０】また、種々の実験の結果、最小記録領域
（最小記録ビット）の直径を１００ｎｍ以下にすること
が可能であることが分かった。分極反転のスイッチング
時間も１μｓより小さいことが分かった。そして、局所
的に分極が反転した領域は充分安定に保持されることが
分かった。

【００９１】また、この実施例ではＳＣＭ構成の再生装
置としたが、このＳＣＭでは９１５ＭＨｚの発振器の共
振周波数のシフトを用いて静電容量を検出しているため
ＭＨｚオーダーの高周波数領域においても、記録ビット
の検出再生が可能であった。

【００９２】以上より、この実施例においても、高密度
記録再生装置として充分な機能をもっていることが分か
った。

【００９３】〔実施例６〕この実施例においても、ＰＬ
ＺＴ強誘電体層７３を有する記録媒体１０を用いるが、
この実施例においては、図９にその概略断面図を示すよ
うに、Ｓｉ基板１１上に、熱酸化によってＳｉＯ₂絶縁
層１４を形成し、これの上にスパッタリングによって厚
さ３００ｎｍのＩｒＯ₂電極層１２ＡとＩｒ電極層１２
Ｂとを順次被着形成した下部電極１２を形成し、これの
上にＰＬＺＴ強誘電体層７３が形成された構成とする。
そして、その記録装置は、図２のＡＦＭ記録装置とし
た。再生装置はコンタクトＳＭＭ型構成の再生装置ＩＩ
とした。

【００９４】この場合の記録・消去、再生特性を示す。
まず、４μｍ×４μｍの領域に９Ｖの電圧、電界０．３
ＭＶ／ｃｍを記録媒体に印加して自発分極の方向を一方
向に揃える。次に、−７Ｖの電圧を記録媒体に印加し
て、局所的に分極の向きを反転させる。次に、ＳＭＭを
用いて分極の向き分布を電界に比例する圧電歪の分布と
して検出する。実施例１と同様に、コンタクトＳＭＭに
よって圧電歪の分布を評価した結果、４μｍ×４μｍの
部分のコントラストが暗くなっており、その周辺と比較
して分極が反転していることが分かった。このコントラ
ストが暗い部分の中に明るい部分があることが分かる。
これは−７Ｖの電圧によって分極の向きが反対になって
いることを示している。強誘電体の特徴として分極の向
きが電界の方向に揃うことが示された。また、オーバー
ライトも可能であることが分かった。この２種類の分極
の向きをディジタルデータのストレージ“０”と“１”
に対応させることができる。すなわち、コントラストの
明るい部分と暗い部分でディジタルデータの“０”と
“１”に対応させた高密度記録が可能になることが分か
った。

【００９５】また、種々の実験の結果、その最小記録領
域（最小記録ビット）の直径は１００ｎｍ以下にするこ
とが可能であることが分かった。分極反転のスイッチン
グ時間も１μｍよりも小さいことが分かった。そして、
局所的に分極が反転した領域は充分安定に保持されるこ
とが分かった。

【００９６】この実施例における再生装置はコンタクト
ＳＭＭとしたが、コンタクトＳＭＭではカンチレバーの
共振周波数によって、測定周波数が制限されるが、共振
周波数が充分大きく（例えば１０ＭＨｚ）、バネ定数が
充分小さい（例えば０．１［Ｎ／ｍ］）カンチレバーを
用いることにより、ＭＨｚオーダーでの高周波数領域で
の記録ビットの応答信号を検出再生することができた。
以上より、この実施例で高密度記録装置として充分な機
能をもっていることが分かった。

【００９７】〔実施例７〕この実施例では、記録媒体１
０として、その概略断面図を図１０に示すように、Ｓｉ
基板１１上に、表面熱酸化によって厚さ２０ｎｍの下地
層９を形成し、これの上に厚さ３０ｎｍに、フッ化ビニ
リデンとトリフルオロエチレン（ＶＤＦ−ＴｒＦＥ）共
重合体による高分子強誘電体層１２３を蒸着もしくはス
ピンコートによって形成して構成した。この共重合体薄
膜層は、フッ化ビニリデンの含有量が５０％以上で強誘
電性を示す。そして、この例ではフッ化ビニリデンの含
有量を６５％とした。そして、基板１１の裏面にオーミ
ックに下部電極１２を被着した。

【００９８】この実施例においても、記録装置は図２の
ＡＦＭ構成とし、再生装置はＳＣＭ構成の再生装置Ｉと
した。

【００９９】ＶＤＦ−ＴｒＦＥの共重合体の特徴は、そ
の残留分極Ｐｒの２倍（２Ｐｒ）の値は、１５〜２０μ
Ｃ／ｃｍ²である。データの書き換え時間は、１μｓ以
下になる。キャパシタ部分のスイッチング特性は極めて
速い。或るデータを連続して書き込んだ後、異なるデー
タを書き込んだ場合の信頼性も高い。

【０１００】次に、この実施例７の記録消去再生特性を
示す。まず、４μｍ×４μｍの領域に２０Ｖの電圧を記
録媒体にに印加して自発分極の方向を一方向に揃える。
次に、−１５Ｖの電圧を印加して、局所的に分極の向き
を反転させる。次に、ＳＣＭを用いて分極の向き分布を
静電容量の分布として検出する。実施例１と同様に、Ｓ
ＣＭによって静電容量を評価した結果、４μｍ×４μｍ
の部分のコントラストが周囲に比し暗くなっており、そ
の周辺と比較して明るい部分が存在していて、此処で分
極が反転していることが分かった。これは−１５Ｖの電
圧印加によって分極の向きが反対になっていることを示
している。また、オーバーライトも可能であることが分
かった。この２種類の分極の向きをディジタルデータの
ストレージ“０”と“１”に対応させることができる。
すなわち、コントラストの明るい部分と暗い部分でディ
ジタルデータの“０”と“１”に対応させた高密度記録
が可能になることが分かった。

【０１０１】また、種々の実験の結果、記録領域（記録
ビット）の直径を１００ｎｍ以下にすることが可能であ
ることが分かった。分極反転のスイッチング時間も１μ
ｓより小さいことが分かった。そして、局所的に分極が
反転した領域は充分安定に保持されることが分かった。
また、この実施例ではＳＣＭ構成の再生装置としたが、
このＳＣＭでは９１５ＭＨｚの発振器の共振周波数のシ
フトを用いて静電容量を検出しているためＭＨｚオーダ
ーの高周波数領域においても、記録ビットの検出再生が
可能であった。

【０１０２】以上より、本実施例で高密度記録再生装置
として充分な機能をもっていることが分かった。

【０１０３】〔実施例８〕この実施例においては、記録
媒体１０として、図１１にその概略断面図を示すよう
に、Ｓｉ基体１１上に熱酸化によって厚さ２０ｎｍのＳ
ｉＯ₂絶縁膜１４を形成し、これの上に拡散バリア層と
なるＴｉ下地層１５を形成し、これの上にＰｔ下部電極
層１２をスパッタリングによって形成した。そして、こ
れの上にフッ化ビニリデンとトリフルオロエチレン（Ｖ
ＤＦ−ＴｒＦＥ）共重合体薄膜による高分子強誘電体層
１２３を蒸着法またはスピンコート法で３００ｎｍの厚
さに形成した。この共重合体薄膜は、フッ化ビニリデン
の含有量が５０％以上で強誘電性を示す。そして、この
例ではフッ化ビニリデンの含有量を６５％とした。この
実施例においては、図２のＡＦＭ記録装置によった。そ
して、この実施例においては、分極による圧電歪を発生
させ、これを図５のコンタクトＳＭＭ型構成の再生装置
ＩＩによって検出再生した。

【０１０４】次に、記録消去再生特性を示す。まず、４
μｍ×４μｍの領域に２０Ｖの電圧を記録媒体に印加し
て自発分極の方向を一方向に揃える。次に、−１５Ｖの
電圧を記録媒体に印加して、局所的に分極の向きを反転
させる。次に、ＳＭＭを用いて分極の向き分布を電界に
比例する圧電歪の分布として検出する。実施例２と同様
に、コンタクトＳＭＭによって圧電歪分布を評価した結
果、４μｍ×４μｍの部分のコントラストが周囲に比し
暗くなっており、その周辺と比較して分極が反転してい
ることが分かった。このコントラストが暗い部分の中に
明るい部分があることが分かる。これは−１５Ｖの電圧
印加によって分極の向きが反対になっていることを示し
ている。強誘電体の特徴として分極の向きが電界の方向
に揃うことが示された。また、オーバーライトも可能で
あることが分かった。この２種類の分極の向きをディジ
タルデータのストレージに対応させることができる。す
なわち、コントラストの明るい部分と暗い部分でディジ
タルデータの“０”と“１”に対応させた高密度記録が
可能になることが分かった。

【０１０５】また、種々の実験の結果、最小記録領域
（最小記録ビット）１００ｎｍ以下にすることが可能で
あることが分かった。分極反転のスイッチング時間も１
μｓよりも小さいことが分かった。また、局所的に分極
が反転した領域は充分安定に保持されることが分かっ
た。以上より、本実施例で高密度記録装置として充分な
機能をもっていることが分かった。この実施例では高分
子強誘電体ＶＤＦ−ＴｒＦＥを例として、良好な記録再
生特性を示したが、他の高分子強誘電体材料であっても
本発明の記録媒体に適用することは可能である。

【０１０６】〔実施例９〕実施例１〜８において、記録
再生を行うヘッド部分が記録ヘッドと再生ヘッドとの独
別の構成とした。ＡＦＭ装置で制御された導電性カンチ
レバーを２種類とし、記録ヘッドおよび再生ヘッドに役
割を分離する。記録ヘッドは消去ヘッドも兼ね、記録媒
体に接触させた状態で制御する。一方、再生ヘッドはそ
の先端の曲率半径を小さくして、容量分布の空間分解能
を向上させている。メタルコートした先端の曲率半径は
３０ｎｍ以下が望ましい。また、再生用カンチレバーは
記録媒体に接触した状態で記録および再生それぞれ独立
に制御した。

【０１０７】次に、記録および再生用の２種類のカンチ
レバーと各実施例１〜８の記録媒体において情報の記録
再生を行った。その結果、記録再生特性は各実施例１〜
８と同様に確認することができた。また、種々の実験の
結果、再生用のメタルコートカンチレバーの先端の曲率
半径が実施例１〜８よりも小さくすることによって記録
ビット直径を５０ｎｍ以下にすることができた。分極反
転のスイッチング時間は１μｓより小さいことが分かっ
た。また、局所的に反転した領域は充分安定に保持され
ることが分かった。以上より、この実施例で高密度記録
装置として充分な機能をもっていることが分かった。

【０１０８】〔実施例１０〕この実施例では実施例１〜
９において記録媒体１０をディスク形状とし回転させな
がら記録再生を行った。ヘッドは実施例９で確認した２
種類の記録および再生用ヘッドを用いた。次に、記録お
よび再生用の２種類のカンチレバーを用いて記録媒体を
実用的な速度で回転させて、情報の記録再生を行った。
その結果、記録媒体を回転させた状態での記録再生特性
は上述の各実施例と同様に確認することができた。ま
た、種々の実験の結果、記録ビット直径を１００ｎｍ以
下にすることができた。分極反転のスイッチング時間は
１μｓよりも小さくできた。また、局所的に反転した領
域は充分安定に保持されることが分かった。

【０１０９】以上より、本実施例で高密度記録装置とし
て充分な機能をもっていることが分かった。

【０１１０】以上、種々の実施例によって、本発明の有
効性を示したが、上述した各実施例の記録媒体の最上部
に保護層を付加した場合、全ての実施例において、記録
装置および記録媒体の信頼性が向上した。

【０１１１】以上の説明からも明らかなように、本発明
の高密度記録装置は、記録密度の向上、高速なスイッチ
ング記録再生速度を有するため、従来と比較して１桁以
上大きな記録密度を実現できる効果を有する。

【０１１２】尚、本発明装置における記録装置および／
または再生装置において、その記録ヘッドＨＲおよび／
または再生ヘッドＨＰすなわち、各カンチレバーは、各
１個とする場合に限られるものではなく、２個以上配置
していわゆるマルチチャンネルのヘッド構成とすること
もできる。

【０１１３】

【発明の効果】以上の説明から、本発明の高密度記録装
置および記録媒体では、非常に優れた記録密度、電界に
よる分極反転のスイッチング速度に起因する高速な記録
・消去速度を有するため、従来技術と比較して非常に優
れた高密度記録装置および記録媒体を実現できる効果を
有する。したがって、高速情報化社会に必要とされる大
容量で高速なアクセスが必要とされる画像情報のストレ
ージ、ハイビジョン放送などの画像の記録およびコンピ
ュータにおける大容量なデータの記録に有効である効果
を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】Ａは本発明装置における記録媒体の１の基本構
成を示す概略断面図である。Ｂは本発明装置における記
録媒体の他の基本構成を示す概略断面図である。

【図２】本発明の装置の情報記録装置の一例を示す図で
ある。

【図３】本発明の説明に供する分極および誘電率の電界
依存性を示す図である。

【図４】本発明の装置の情報記録の再生装置の一例を示
す図である。

【図５】本発明の装置の情報記録の再生装置の他の一例
を示す図である。

【図６】本発明装置における記録媒体の一例の概略断面
図である。

【図７】本発明装置における記録媒体の一例の概略断面
図である。

【図８】本発明装置における記録媒体の一例の概略断面
図である。

【図９】本発明装置における記録媒体の一例の概略断面
図である。

【図１０】本発明装置における記録媒体の一例の概略断
面図である。

【図１１】本発明装置における記録媒体の一例の概略断
面図である。

【図１２】従来の記録媒体の概略断面図である。

【符号の説明】

１０記録媒体、１１基体、１２下部電極、１３
活性層、１４絶縁層、２１針状電極、２２カンチ
レバー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】針状電極よりなるヘッドにより情報を記
録または再生する記録再生装置であって、上記ヘッドから２０Ｖ以下の電圧を印加することにより
記録媒体の所定領域の分極反転により情報を記録または
消去し、上記ヘッドが上記記録媒体に接触した状態で、上記微細
領域に記録された分極反転による記録情報を、上記微細
領域における電荷または静電容量の変化量あるいは圧電
歪の変化量を検出することにより再生することを特徴と
する記録再生装置。
【請求項２】請求項１において、上記ヘッドを、少な
くとも記録用および再生用の共通のヘッドとしたことを
特徴とする記録再生装置。
【請求項３】請求項１において、上記ヘッドを、少な
くとも記録用および再生用の２種のヘッドとしたことを
特徴とする記録再生装置。
【請求項４】請求項１において、上記記録媒体の単位
記録領域は直径１００ｎｍ以下であることを特徴とする
記録再生装置。
【請求項５】請求項１において、単位記録領域の記録
再生時間を、１μｓ以下とすることを特徴とする記録再
生装置。
【請求項６】請求項１において、上記記録情報の再生
を、上記分極反転している記録媒体の電荷または静電容
量あるいは圧電歪の変化量が極大になるバイアス電圧を
上記記録媒体に印加して行うことを特徴とする記録再生
装置。
【請求項７】請求項１において、上記記録または再生
を、上記記録媒体を回転させて行うことを特徴とする記
録再生装置。
【請求項８】請求項１において、上記記録媒体が、強
誘電体層を有することを特徴とする記録再生装置。
【請求項９】請求項８において、上記強誘電体層が、
ランタンドープのジルコン酸チタン酸鉛よりなることを
特徴とする記録再生装置。
【請求項１０】請求項８において、上記強誘電体層
が、ビスマス層状化合物よりなることを特徴とする記録
再生装置。
【請求項１１】請求項８において、上記強誘電体層
が、高分子強誘電体材料よりなることを特徴とする記録
再生装置。
【請求項１２】請求項１において、上記記録媒体が、
最上層に保護層を有することを特徴とする記録再生装
置。