JPH10334525A

JPH10334525A - 記録及び／又は再生方法、記録及び／又は再生装置

Info

Publication number: JPH10334525A
Application number: JP21685297A
Authority: JP
Inventors: Ichiro Fujiwara; 一郎藤原
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1996-12-19
Filing date: 1997-08-11
Publication date: 1998-12-18

Abstract

(57)【要約】【課題】光記録や磁気記録を上回る高密度記録が実現
可能で、しかも記録速度や再生速度を大幅に改善するこ
とが可能な記録方法、再生方法、さらには記録再生方法
を提供する。【解決手段】複数配列された針状電極にそれぞれ電圧
を印加し、記録媒体の各針状電極に対応した所定領域に
おいて電荷移動または自発分極の反転を起こし、情報を
並列に記録する。また、電荷移動または自発分極の反転
により情報が記録された記録媒体に対し、複数配列され
た針状電極を非接触状態で相対移動させ、上記記録媒体
における表面電位または静電容量の変化を各針状電極に
より検出し、情報を並列に再生する。情報の再生は記録
媒体に対して非接触な状態で行うことが望ましい。記録
媒体には、キャリアトラップを有する記録媒体、自発分
極を有する記録媒体を使用する。

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
な記録方法、再生方法、記録再生方法に関するものであ
り、さらには、記録装置、再生装置、記録再生装置に関
するものである。

【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
オンデマンド等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、高速な再生に対する
要求が益々高まっている。

【０００３】従来、ランダムアクセスが可能な高密度記
録技術としては、磁気記録、光記録、半導体メモリ等が
知られている。

【０００４】これらの中で、半導体メモリは、その集積
度が年々向上しているにもかかわらず、製造技術、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、例えば少なくと
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】一方、光記録や磁気記録において、大容量
の情報を記録するには、記録領域をできるだけ小さくし
て、記録密度を向上させることが必要である。

【０００６】これまで、光記録の分野において、その記
録領域を小さくする試みが種々なされているが、物理的
な限界、すなわち光の回折限界が存在し、たとえ波長５
００ｎｍ付近の半導体レーザー光源が開発された場合で
も、記録領域を極端に小さくすることはできない。光記
録では、記録ピット（スポットエリア）を記録再生光の
波長以下にすることは原理的に不可能である。超解像
等、その限界を超える方式も提案されているが、それら
の方法を用いても直径１００ｎｍ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、磁気記録の分野においても、特にハ
ードディスクにおいて、磁気抵抗効果型ヘッド（ＭＲへ
ッド）や巨大磁気抵抗効果型ヘッド（ＧＭＲへッド）の
開発により、記録密度の向上が著しいが、再生へッドの
感度の限界の問題で、やはり直径１００ｎｍ以下の記録
領域を達成することは難しい。

【０００８】このような状況の中、近年、原子、分子に
アクセスする手段と種々の記録媒体を用いた高密度メモ
リの実現可能性の検討がなされている。

【０００９】例えば、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 M
icroscope）、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ：Atomic Force
Microscope ）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、微小領域の表面解析装置として非常
な成功を収めている。さらに、ＡＦＭは、近年、種々の
物理的化学的な相互作用をプローブとして用いた走査型
プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning Probe Microscop
e）として発展している。

【００１０】これらＳＴＭやＡＦＭは、原子、分子にア
クセスする手段として有用であり、これまで、ＳＴＭや
ＡＦＭを用いた高密度記録実現の試みが報告されてい
る。

【００１１】例えば、スタンフォード大学のクエート氏
等は、Ｓｉ基体上にＳｉＯ₂膜およびＳｉＮ膜を形成し
たＮＯＳ（ＳｉＮ／ＳｉＯ₂／Ｓｉ）構造の記録媒体を
用いるとともに、ＡＦＭの発展系である走査型容量顕微
鏡（ＳＣＭ：Scanning Capacitance Microscope）を用
い、高密度メモリヘの応用の可能性を示している（Jour
nal of Applied Physics,70 2725-2733（1991））。

【００１２】ＮＯＳ構造の記録媒体では、Ｓｉ基体とＳ
ｉＯ₂／ＳｉＮ界面またはＳｉＮ膜中のトラップとの間
の電荷の移動により記録がなされ、これを静電容量の変
化として電気的に読み出す。

【００１３】上述のクエート等の研究では、ＮＯＳ構造
の記録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を接触させた状態
で記録情報に基づく容量変化を容量センサーを用いて検
出することによって再生する、という方法がとられてい
る。

【００１４】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とされている。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
方法は、実用上の問題が多く、原理的な可能性が述べら
れているにとどまり、実用化には至っていない。

【００１６】なかでも、大きな問題として、記録速度、
再生速度が挙げられる。いくら記録容量が大きくても、
書き込み速度や読み出し速度が遅くては、ユーザーに受
け入れられない。高密度であればあるほど、それに見合
った記録速度、再生速度が要求される。

【００１７】そして、前述の方法では、１つの記録ビッ
トに対して２値の情報（デジタルデータ）を対応させて
いるため、記録密度は微小記録ビットの大きさで直接的
に制限されている。

【００１８】また、特に再生を考えた場合、導電性カン
チレバーを接触させた状態で容量変化を検出すること
は、摩擦、摩耗の点で問題が多く、ヘッド先端の劣化に
より、記録再生特性が劣化するという不都合がある。記
録に比べて再生の頻度は大きく、前記摩耗、摩擦は再生
時に顕著である。

【００１９】そこで本発明は、光記録や磁気記録を上回
る高密度記録が実現可能で、しかも記録速度や再生速度
を大幅に改善することが可能な記録及び／又は再生方
法、記録及び／又は再生装置を提供することを目的とす
る。

【００２０】さらに、摩擦、摩耗による劣化のない記録
及び／又は再生方法、記録及び／又は再生装置を提供す
ることを目的とする。

【００２１】

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに、本発明の記録方法は、複数配列された針状電極に
それぞれ電圧を印加し、記録媒体の各針状電極に対応し
た所定領域において電荷移動または自発分極の反転を起
こし、複数の記録ビットを並列に記録することを特徴と
するものである。

【００２２】また、本発明の再生方法は、電荷移動また
は自発分極の反転により複数の記録ビットが記録された
記録媒体に対し、複数配列された針状電極を相対移動さ
せ、上記記録媒体における表面電位または静電容量の変
化を各針状電極により検出し、複数の記録ビットを並列
に再生することを特徴とするものである。

【００２３】さらに、本発明の記録再生方法は、複数配
列された針状電極にそれぞれ電圧を印加し、記録媒体の
各針状電極に対応した所定領域において電荷移動または
自発分極の反転を起こし、複数の記録ビットを並列に記
録するとともに、この電荷移動または自発分極の反転に
より複数の記録ビットが記録された記録媒体に対し、複
数配列された針状電極を相対移動させ、上記記録媒体に
おける表面電位または静電容量の変化を各針状電極によ
り検出し、複数の記録ビットを並列に再生することを特
徴とするものである。

【００２４】一方、本発明の記録装置は、それぞれ電圧
が印加される複数の針状電極と、所定領域における電荷
移動または自発分極の反転により複数の記録ビットが記
録される記録媒体とを有し、上記複数配列された針状電
極により上記記録媒体に複数の記録ビットが並列に記録
されることを特徴とするものである。

【００２５】また、本発明の再生装置は、記録媒体に対
して相対移動される複数の針状電極と、所定領域におけ
る電荷移動または自発分極の反転により複数の記録ビッ
トが記録される記録媒体とを有し、上記記録媒体におけ
る表面電位または静電容量の変化が各針状電極により検
出され、複数の記録ビットが並列に再生されることを特
徴とするものである。

【００２６】さらに、本発明の記録再生装置は、記録媒
体に対して相対移動される複数の針状電極と、所定領域
における電荷移動または自発分極の反転により複数の記
録ビットが記録される記録媒体とを有し、上記複数配列
された針状電極により上記記録媒体に複数の記録ビット
が並列に記録されるとともに、上記記録媒体における表
面電位または静電容量の変化が各針状電極により検出さ
れ、複数の記録ビットが並列に再生されることを特徴と
するものである。

【００２７】本発明は、針状電極を有する記録再生手段
（いわゆるへッド）により記録ビットの記録または再生
を行う。すなわち、ヘッドの針状電極から電圧を印加す
ることにより記録媒体の所定領域の電荷移動または自発
分極の反転により記録ビットを記録または消去する。記
録は、１回だけ書き込む、いわゆるライトワンスであっ
てもよいし、繰り返し書き込みが可能な、いわゆる書き
換え可能型であってもよい。

【００２８】ここで、記録あるいは再生に際して、複数
のヘッド（針状電極）を用いて並列記録または並列再生
（並列度をｎとする。配列した針状電極の数が並列度に
相当する。）を行うというのが大きな特徴である。

【００２９】このような並列記録、並列再生を採用する
ことで、記録速度、再生速度は、並列度の分だけ、すな
わちｎ倍だけ高速化される。

【００３０】記録または再生のための針状電極は、Ｓｉ
のマイクロファブリケーション技術、すなわちＳｉ基板
をベースにしての３次元エッチング技術を用いて作製す
るため、Ｓｉ集積回路作製技術を適用することが可能
で、単一のへッドを複数モノリシックまたはハイブリッ
ドに集積した集積記録・再生ヘッドを作製することがで
きる。

【００３１】複数（例えば１００個）の記録へッドを用
いて同時に情報の記録を行うことにより、記録速度が単
一のヘッドを用いて記録する場合と比べて１００倍とな
る。また、情報の消去においても、複数の記録ビットの
単位ブロックを同時に消去することが可能となり、消去
速度も格段に速くすることができる。さらに、情報の再
生においても、１００個の再生ヘッドを同時に用いるこ
とにより、再生速度が単一再生へッドと比較して高速と
なる。

【００３２】しかも、その再生においては、ヘッドの針
状電極を記録媒体に対して非接触状態とし、所定領域に
記録された記録ビットを、この領域における表面電位、
電荷または容量の変化量またはそれらの微分を検出する
ことにより行う。

【００３３】すなわち、キャリアトラップを有する記録
媒体にキャリアを局所的に注入、放出することにより情
報を記録消去し、微小領域の表面電位、静電容量の微小
変化量をヘッド（針状電極）の微小変位として非接触に
再生する。

【００３４】このように、記録媒体に対してへッドを非
接触の状態で、記録ビットを再生するので、この再生に
おいて針状電極ヘッドや記録媒体を損耗させることが回
避される。

【００３５】また、本発明は、記録ビットに３値以上の
情報を記録し、記録ビットに載せられた３値以上の情報
を再生してもよい。従来の２値記録と比較して、同一の
空間的記録密度で、情報の記録密度を少なくとも１．５
倍以上に高めることが可能となる。

【００３６】通常、再生ヘッドの微小変位の検出には、
半導体レーザ光の反射光の差動検出を基本とした光てこ
方式を用いる。この光てこ方式の微小変位の検出方法
は、記録または再生ヘッドの並列度が比較的小さい時に
は集積半導体レーザ光源、集積光検出系を用いることが
可能となる。また、集積度が比較的大きい場合には、微
小変位の検出に微小変位を直接電気信号量に変換可能な
強誘電体を含む材料で記録再生へッドを構成することに
より、並列度が高い記録再生へッドを実現することがで
きる。また、記録時に流れる電流は非常に小さく、一度
の多数個の記録を行なった場合であっても、並列記録時
に流れる全電流は小さく、並列度が大きい場合であって
も、並列記録は全体のデバイス動作上問題にならない。
並列度が大きい並列再生の場合も同様である。

【００３７】このように、本発明においては、針状電極
による電圧印加により記録媒体に対し、電荷移動または
自発分極の反転により情報を複数の記録または消去へッ
ドを用いて並列に記録または消去する態様をとることか
ら、高速、高密度記録がなされる。また、記録へッドの
共振周波数を十分大きく（ＭＨｚオーダ）、バネ定数を
十分小さくすることにより、記録ビットのＭＨｚ帯での
高速な再生が可能になる。さらに、ＭＨｚオーダの共振
周波数を有する複数の再生へッドを用いた並列再生によ
り、再生速度はさらに高速になる。

【００３８】

【発明の実施の形態】図１は、本発明において用いられ
る記録媒体１０の基本構成を示す。図１（ａ）に示され
る記録媒体は、基体１１裏面に下部電極１２、表面側に
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。この活性層１３は、電荷の移動を生じる電荷蓄積
材料膜によって構成する。

【００３９】上記電荷蓄積材料膜は、例えば、ＳｉＯ₂
酸化膜、ＳｉＮ膜、ＳｉＯ₂酸化膜が順次積層されて構
成され、隣接する異種の層（ヘテロ層）から構成される
界面（ヘテロ界面）を有する。

【００４０】また、図１（ｂ）に示される記録媒体は、
基体１１表面に絶縁膜を介して下部電極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。こ
の活性層１３は強誘電体層（誘電体ヘテロ層）を用い
る。

【００４１】上記基体１１は、上述したＳｉ基体等の半
導体基体によって構成することができるものであるが、
この基体１１が導電率の高い半導体基体である場合、下
部電極１２の形成を省略することもできる。記録媒体１
０に対する記録態様によっては、基体１１を半導体基体
以外の良導電性を有する基体によって構成することがで
き、この場合においても、下部電極１２を省略すること
ができる。

【００４２】これら記録媒体１０を構成する電荷蓄積材
料膜または強誘電体膜は、それぞれ例えば熱酸化法、ス
パッタリング法、ＬＰＣＶＤ（Low Pressure Chemical
Deposition)法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical
Vapor Deposition）法、分子線蒸着法、通常の蒸着法、
レーザアブレーション法、ゾルゲル法、スピンコート法
などによって成膜することができる。

【００４３】記録媒体１０に対する情報の記録構成は、
基本的には原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）構成とする。すな
わち、記録へッドが、先端に針状電極を有するＡＦＭ制
御の導電性力ンチレバ一が複数個並列に集積化した構成
とする。

【００４４】この電荷蓄積材料膜による記録媒体１０に
対する記録は、記録へッドとしての針状電極を先端に有
する導電性カンチレバーに記録電圧ＶＲが｜ＶＲ｜＜２
０Ｖの記録電圧、例えば９Ｖのパルス電圧を印加するこ
とによりカンチレバーに形成された針状電極より電子を
局所的にＳｉＮ膜付近（ＳｉＮ／ＳｉＯ₂界面、及びＳ
ｉＮ膜中）に存在するキャリアトラップに注入または放
出し、この電荷の移動によって情報の記録を行う。

【００４５】そして、この局所的に電荷が注入または放
出された領域に対し、所要の電圧、例えば９Ｖ程度のパ
ルス電圧を印加することにより電子を放出または注入し
てＳｉＮ膜付近（ＳｉＮ／ＳｉＯ₂界面、及びＳｉＮ膜
中）のトラップの電荷が注入または放出された領域を元
に戻し、記録情報の消去を行う。このように、記録消去
動作は、複数のヘッド（針状電極）により同時並列に行
われる。

【００４６】また、この記録態様によれば、先に記録さ
れた情報の上に新しい情報の書換え記録を行う、いわゆ
るオーバーライトが可能であり、このオーバーライトに
当たって先の記録の消去過程を必要としない。

【００４７】一方、その記録情報の読み出しすなわち再
生は、上述の記録媒体への電荷の注入領域と、非注入領
域とでの針状電極ヘッドすなわちカンチレバーとのクー
ロン相互作用の相違を利用することによって行う。すな
わち、局所的な表面電位を計測することにより、電荷が
注入されている領域と非注入領域との静電容量の変化量
として、記録された情報を針状電極へッドで検出するこ
とによって記録情報の再生を行う。このように、再生動
作は、複数のヘッド（針状電極）により並列に行われ
る。

【００４８】以上、上述したように、並列記録、並列再
生を採用することで、記録速度、再生速度は、並列度の
分だけ高速化される。

【００４９】また、記録または再生ヘッドはＳｉのマイ
クロファブリケーション技術すなわちＳｉ基板をベース
にしての３次元エッチング技術を用いて作製するため、
Ｓｉ集積回路作製技術を適用することが可能で、単一の
ヘッドを複数モノリシックまたはハイブリッドに集積し
た集積記録、再生ヘッドを作製することができる。ここ
で、複数（例えば１００個）の記録ヘッドを用いて同時
に情報の記録を行うことにより、記録速度が従来と比べ
て１００倍となる。また、情報の消去においても複数の
記録ビットの単位ブロックを同時に消去することが可能
となり、消去速度を従来と比較して格段に速くすること
ができる。さらに、情報の再生においても１００個の再
生ヘッドを同時に用いることにより再生速度が単一再生
ヘッドと比較してさらに高速となる。

【００５０】上述したように、記録および消去には２０
Ｖ以下の動作電圧でよいが、更に記録媒体の材料、膜厚
等の最適化によって１０Ｖ以下とすることができる。ま
た、キャリアがトンネルするＳｉＯ₂の膜厚を薄くする
ことにより、電荷蓄積材料膜のキャリアの注入に必要な
時間を１μｓとすることができる。したがって、記録へ
ッドの並列度１００の場合、１ビット当たりの記録時間
を１０ｎｓとすることができる。更に、表面電位変化の
高速検出もでき、１Ｍｚ以上の高速再生ができる。

【００５１】したがって、再生ヘッドの並列度１００の
場合、１ビット当たりの再生はさらに高速にすることが
できる。また、再生ヘッド先端形状の極率半径を小さく
することにより、記録領域の直径を５０ｎｍ〜１００ｎ
ｍ程度とすることができ、通常の再生へッドを用いた場
合よりさらに高密度記録領域での記録、消去および再生
ができる。

【００５２】しかも、その再生においては、ヘッドの針
状電極を記録媒体に対して非接触状態とし、所定領域に
記録された記録ビットを、この領域における表面電位、
電荷または容量の変化量またはそれらの微分を検出する
ことにより行う。

【００５３】すなわち、キャリアトラップを有する記録
媒体にキャリアを局所的に注入、放出することにより情
報を記録消去し、微小領域の表面電位、静電容量の微小
変化量をヘッド（針状電極）の微小変位として非接触に
再生する。

【００５４】このように、記録媒体に対してへッドを非
接触の状態で、記録ビットを再生するので、この再生に
おいて針状電極ヘッドや記録媒体を損耗させることが回
避される。

【００５５】また、この記録態様によれば、１ビット当
たりに３値以上の情報を記録することも可能である。

【００５６】この単一のヘッドを用いた記録態様によれ
ば、別の記録された情報を記録する場合、９Ｖの電圧パ
ルスを印加することにより表面電位を周囲より高くして
記録する。このようにして、同一の記録領域（記録ビッ
ト）に、３値の情報を記録することができる。

【００５７】また、単一ヘッドを用いた５値記録を行う
場合は、その表面電位の値を、それぞれ例えば以下のよ
うに分割選定することができる。

【００５８】情報"０"の記録は、その記録部における表
面電位が−４０ｍＶ以下、情報"１"の記録は、その記録
部における表面電位が−３５〜−１５ｍＶ、情報"２"の
記録は、その記録部における表面電位が−１０〜＋１０
ｍＶ、情報"３"の記録は、その記録部における表面電位
が＋１５〜＋３５ｍＶ、情報"４"の記録は、その記録部
における表面電位が４０ｍＶ以上。

【００５９】単一ヘッドを用いた情報の書き込みは、プ
ラスマイナス１０Ｖまたはプラスマイナス６Ｖの電圧パ
ルスの印加で行って、多値記録が可能な表面電位の値を
制御した。

【００６０】一方、強誘電体記録メディアを用いる場
合、記録媒体は、導電性を有するＳｉ基板上にオーミッ
ク電極、及びビスマス層状化合物強誘電体膜（ＢＳ
Ｔ）、またはジルコン酸チタン酸鉛（ＰＺＴ）を成膜す
ることによって構成する。この強誘電体膜による記録媒
体１０に対する記録は、記録へッドとしての針状電極を
先端に有する導電性カンチレバーに記録電圧ＶＲが｜Ｖ
Ｒ｜＜１０Ｖの、例えば負電圧の５Ｖのパルス電圧を印
加することによりビスマス層状化合物強誘電体膜の自発
分極の向きを局所的に反転させ、この自発分極の反転に
よって情報の記録を行う。並列記録の場合、集積した記
録へッドを用いてこの操作を並列に行う。

【００６１】そして、この自発分極が反転した領域に対
し、所要の正電圧、例えば９Ｖ程度のパルス電圧を印加
することにより局所的に反転した自発分極の向きを元に
戻して記録情報の消去を行う。消去は複数の記録ビット
から構成される単位ブロックの一括消去とする。

【００６２】そして、その記録情報の読み出しすなわち
再生は、上述の記録媒体の自発分極の反転領域と、非反
転領域とでの針状電極ヘッドすなわちカンチレバーとの
クーロン相互作用の相違を利用することによって行う。
すなわち、局所的な表面電位を計測することにより自発
分極が反転した領域と、非反転領域との表面電位、静電
容量の変化量として、記録された情報を針状電極へッド
の非接触状態で検出することによって記録情報の再生を
行う。

【００６３】集積した再生ヘッドを用いた並列再生の場
合、複数の記録ビットの同時並列に再生をおこなう。

【００６４】あるいは、記録媒体として、少なくともト
ンネル絶縁膜と、絶縁膜中にナノ結晶が埋め込まれてな
るナノ結晶層を有する電荷蓄積層を有する記録媒体を使
用することも可能である。

【００６５】この記録媒体は、先の図１に示す記録媒体
と同様、導電性基体、例えばシリコン基体に下部電極が
被着形成され、これとは反対側に活性層が形成されるも
のであるが、活性層は、少なくとも例えばＳｉＯ₂を介
しての電荷の注入、放出における電荷のトンネルが可能
なトンネル絶縁膜を有し、例えば半導体のＳｉのナノ結
晶がＳｉＯ₂等の絶縁膜中に埋め込まれ、ナノ結晶層を
有する電荷蓄積層を有してなる。

【００６６】このＳｉＯ₂膜によるトンネル膜は、ナノ
結晶が埋め込まれたナノ結晶層を挟んでその上下に形成
することができ、ナノ結晶粒と、さらにナノ結晶粒とト
ンネル膜、もしくはナノ結晶粒を埋め込むＳｉＯ₂膜と
の界面において高密度に電荷のトラップを形成するヘテ
ロ界面を形成させることができる。

【００６７】ここで、絶縁膜中に埋め込まれたナノ結晶
は、空間的に離散化されてかつ伝導帯端からエネルギー
レベルの深いキャリアトラップになっている。そのサイ
ズは、直径１０ｎｍ以下、その間の距離は５〜１０ｎｍ
である。このような場合、キャリア（電子）が記録ヘッ
ドと記録媒体のＳｉ基体との間に印加された強電界によ
りＳｉ基体側または記録ヘッド側から例えばＳｉＯ₂膜
によるトンネル絶縁膜をトンネルして空間的に離散化さ
れたキャリアトラップに注入されることにより情報の記
録がなされる。

【００６８】この注入される電子の方向は、キャリアト
ラップとＳｉ基体、記録ヘッドとの間のトンネル絶縁膜
の厚さ、および記録ヘッドでの記録時の表面電界集中の
大きさなどに依存している。キャリアトラップの密度
は、５×１０¹¹〜１×１０¹²ｃｍ^-2である。また、一つ
のキャリアトラップには複数個の電子をトラップするこ
とができる。

【００６９】一方、キャリア（電子）が記録ヘッドと記
録媒体のＳｉ基体との間に記録の場合とは逆の極性の強
電界を印加することにより、トラップに注入されていた
電子を放出することにより情報の消去を行うことができ
る。

【００７０】情報の再生は、キャリアトラップに捕獲さ
れた電子と再生ヘッドとのクーロン相互作用を表面電
位、静電容量などとして直接検出する。この再生方法
は、非常に高感度であり、このため、少数のキャリアト
ラップに捕獲された電子を高感度に検出することが可能
となる。すなわち、表面電位の検出感度は数ｍＶである
ため、数１０ｍＶ程度の表面ポテンシャルの変化量を容
易に検出することができる。

【００７１】そして、ナノ結晶を用いた記録媒体の特徴
は、 (1)ナノ結晶の元素を選択することにより、エネルギー
レベルが深く、密度が高いキャリアトラップを絶縁膜中
に作製することができる。

【００７２】(2)ナノ結晶から構成されるキャリアトラ
ップを空間的に離散化した状態で絶縁膜中に作製するこ
とができる。

【００７３】ということであり、その結果として、 (1)書き込み動作電圧を１０Ｖ以下（場合によっては５
Ｖ以下）にすることができる。

【００７４】(2)トラップが空間的に離散化しているた
め、記録ピット（記録領域）における情報の繰り返し書
き換え消去特性が良好となる。

【００７５】(3)トラップのエネルギーレベルが深く、
空間的に離散化されているために同一トンネル絶縁膜の
厚さで比較した場合、記録ビットのデータ保持特性が良
好になる。

【００７６】この記録媒体を構成する各構成材料層の形
成方法は、先の図１に示す記録媒体の場合と同様であ
り、記録、消去、再生の方法も、図１に示す記録媒体の
場合と同様である。

【００７７】この記録媒体に対する記録及び消去は、例
えばナノ結晶の構成材料、粒径、間隔などの最適化によ
って、５Ｖ以下とすることができる。また、キャリアの
トンネル膜例えばＳｉＯ₂膜の膜厚を小とすることによ
って、キャリアの注入、逆注入すなわち放出に要する時
間、すなわち記録、消去時間をそれぞれ１μｓ（１μ
秒）以下とすることができる。また、記録領域の直径
は、ナノ結晶の粒径に対応した１０ｎｍ程度とすること
もできる。

【００７８】上述したように、記録および消去には１０
Ｖ以下の動作電圧でよいが、更に記録媒体の材料、膜厚
等の最適化によって５Ｖ以下とすることができる。ま
た、強誘電体薄膜の自発分極が反転するのに必要な時間
は１μｓ以下と非常に速く、１μｓ以下での高速記録及
び消去が可能となる。

【００７９】したがって、記録ヘッドの並列度１００の
場合、１ビット当たりの記録時間を１０ｎｓ以下とする
ことができる。

【００８０】更に、表面電位変化の高速検出もでき、１
Ｍｚ以上の高速再生ができる。したがって、再生へッド
の並列度１００の場合、１ビット当たりの再生は１ＭＨ
ｚよりさらに高速にすることができる。

【００８１】また、記録領域の直径を５０ｎｍ〜１００
ｎｍ程度とすることができ、高密度記録領域での記録、
消去および再生ができる。

【００８２】また、１記録ビット当たりに３値以上の情
報を記録することにより、さらに記録密度を増大させる
ことができる。

【００８３】以上述べたように、複数の集積へッドを用
いて、並列記録または並列再生を行うことに、極めて優
れた高速高密度記録が達成可能である。

【００８４】次に、本発明における記録・消去機構と、
再生機構の具体例を説明する。

【００８５】〔記録・消去機構〕図２は、本発明を適用
した記録、消去装置の一例を示す概略構成図である。こ
の記録、消去装置は、記録媒体１０を載置した載置台３
０、針状電極２１を含む記録ヘッドＨＲを先端に備えた
カンチレバー２２、記録パルスを付勢するパルス電圧発
生回路３５および直流電源３６、さらにレンズ系３１、
光検出器３２、プリアンプ３３、サーボ回路３４、半導
体レーザダイオード３８を備える。

【００８６】ここでは、その並列度（ｎ）に応じてｎ個
の記録ヘッドを用いるが、並列している個々のヘッドの
動作は各々独立であるため、図２では説明の便宜上、単
一のヘッド（針状電極）のみを示す。

【００８７】針状電極２１は、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構成であり、記録ヘ
ッドＨＲは、先端にこの針状電極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からなり、その表面にＡｕ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｎｉ、
Ｉｒ、Ｃｒ、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン膜）
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。あるいは、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
によって作製し、５〜１００００個が並列して配列され
ている。

【００８８】載置台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
されている。この載置台３０は、さらにカンチレバー２
２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。

【００８９】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、記録媒体１０に対して常時、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。

【００９０】記録ヘッドまたは記録／再生マルチヘッド
の並列度が増大するにつれて、上記光てこ方式によるヘ
ッドの制御は原理的には半導体レーザーが並列度（ｎ）
個必要になるため、装置構成が複雑になる。

【００９１】そのような場合は、ヘッドの微小な変位を
そのまま電気信号に変換する、圧電材料を用いた単一ヘ
ッドを多数並列に配置した集積ヘッドした記録／再生ヘ
ッドを用いることも可能である。

【００９２】また、ヘッドが検出する微小変位信号を電
気信号に変換する電気回路を同一ヘッドと集積化した構
成の集積記録または再生ヘッドとすることも可能であ
る。

【００９３】ここでは、最も基本的な光てこ方式による
単一ヘッドを並列度だけ集積化した形態（記録マルチヘ
ッド）での説明を行う。さらに、動作機構は単一ヘッド
が並列度だけ独立に動作するため、単一ヘッドの場合の
動作機構について説明する。

【００９４】そして、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から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（０Ｖを含む）に重畳して印加す
る。

【００９５】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カンチ
レバーとＳｉ基体裏面の間に印加することにより、情報
の記録を行う。相対的に移行させる方法としては、例え
ば、上記各針状電極２１を固定し、上記記録媒体１０を
回転または往復動させることが挙げられる。

【００９６】また、記録時に流れるトンネル電流は非常
に小さく、一度に多数個の記録ビットの記録を行なう場
合であっても、並列記録時に流れる全電流は小さく制御
することができるため、並列度が大きい場合でも、並列
記録は全体のデバイス動作上問題にはならない。

【００９７】〔再生機構〕記録媒体１０からの記録情報
の読み出しすなわち再生は、再生ヘッドが記録媒体と接
触しない、すなわち非接触状態で行うか、あるいは接触
状態で行う。

【００９８】再生装置の場合も、その並列度（ｎ）に応
じてｎ個、例えば５〜１００００個の記録ヘッドを用い
るが、並列している個々のヘッドの動作は各々独立であ
るため、これから示す図では説明の便宜上、単一のヘッ
ド（針状電極）のみを示す。

【００９９】また、再生ヘッドの制御方式も記録ヘッド
の場合と同様に圧電材料を用いた場合でも可能である
が、以下の説明では半導体レーザーを用いた光てこ方式
の場合の再生マルチヘッドを構成する単一ヘッドにつき
説明する。

【０１００】先ず、非接触状態による場合について説明
する。この再生装置は、基本的には、下記（ｉ）、〜
（ｉｖ）のいずれかの構成による。

【０１０１】（ｉ）走査型マックスウエル応力顕微鏡
（ＳＭＭ：Scanning Maxwell Stress Microscope）構
成。

【０１０２】（ｉｉ）上記ＳＭＭ構成においてヘテロダ
イン検出方式を採る構成。

【０１０３】（ｉｉｉ）ケルビン力顕微鏡（ＫＦＭ：Ke
lvin Force Microscope）構成。

【０１０４】（ｉｖ）走査型容量顕微鏡（ＳＣＭ：Scan
ning Capacitance Microscope）構成。

【０１０５】上記（ｉ）〜（ｉｖ）の構成について説明
する。

【０１０６】（ｉ）ＳＭＭ構成による場合。

【０１０７】図３は、ＳＭＭ構成による再生装置ＲＳＭ
Ｍの、再生ヘッドＨＰとその制御部の構成図を示す。こ
の再生はＳＭＭで知られている動作原理（例えばMolecu
larElectronics and Bioelectronics、vol.3、p79(1992)
参照）によってなされる。ここで、再生ヘッドＨＰは、
図２で説明した記録ヘッドＨＲ自体を用いることができ
るが、いずれの場合においてもこの再生ヘッドＨＰは記
録媒体１０に対して非接触状態で用いられる。この再生
ヘッドＨＰは、前述した記録ヘッドＨＲにおける場合と
同様に、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、前述した載置台３０上に載置された記録媒体１０に
非接触な状態で記録媒体１０の表面電位Ｖｓまたは静電
容量の検出によって記録情報の再生がなされる。

【０１０８】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、さらに再生ヘッドＨＰとして
のカンチレバー２２の針状電極２１との間隔を調整でき
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。

【０１０９】再生ヘッドＨＰすなわち針状電極２１を有
するカンチレバー２２と記録媒体１０との間にバイアス
電圧Ｖを印加すると、静電結合により針状電極２１と、
記録媒体との間に（数１）で与えられる力Ｆｚが働く。
ここでＣは、針状電極２１と記録媒体１０との間の静電
容量、Ｚは針状電極２１と記録媒体１０との間の距離で
ある。

【０１１０】

【数１】

【０１１１】記録媒体１０の表面電位をＶｓとし、Ｖ＝Ｖａｃ・ｓｉｎωｔ＋Ｖｏｆｆのバイアス電圧Ｖを印加すると、力Ｆｚは次式（数２）
のようになる。

【０１１２】

【数２】

【０１１３】これによってカンチレバー２２は力Ｆｚを
受けて振動する。一方カンチレバー２２の先端に、半導
体レーザー４３からのレーザー光を照射し、その反射光
をフォトダイオード等の光検出器４４によって検出す
る。この検出器４４によって得られる検出信号Ａは、次
式（数３）で表すことができる。

【０１１４】

【数３】

【０１１５】この検出信号Ａは、ロックインアンプ４５
に入力され、ここで、２ω成分の出力（数４）を取り出
す。

【０１１６】

【数４】

【０１１７】この２ω成分による出力は、載置台３０の
ｚ軸方向の位置制御を行うサーボ回路４６に入力し、こ
れによって載置台３０のｚ軸方向の位置制御を行ってこ
の２ω成分による出力が一定になるようになされる。２
ω成分は静電容量の微分信号であり、２ωを一定に制御
することにより、誘電率を一定に仮定すれば、カンチレ
バー２２の針状電極２１と記録媒体との距離を一定に制
御できる。

【０１１８】このときの載置台３０のｚ軸の制御信号を
画像化すると、記録媒体１０の表面形状の情報が得られ
ることになる。

【０１１９】また、このとき同時にω成分の出力（数
５）をロックインアンプ４５で取り出す。

【０１２０】

【数５】

【０１２１】これは媒体１０の表面電位Ｖｓにのみ依存
することになる。つまり、これが記録媒体１０の表面電
位分布に対応した出力となる。そして、このとき、この
出力が容量Ｃの、距離方向Ｚの偏微分の大きさによって
変わることのないように、さらに、ω項がゼロになるよ
うにω成分出力をＶｏｆｆの制御回路４７にフィードバ
ックしてＶｏｆｆの制御を行って、容量Ｃの、距離方向
Ｚの偏微分の大きさによる影響を排して、Ｖｏｆｆ＋Ｖｓ＝０すなわちＶｓ＝Ｖｏｆｆとする。このようにすればＶｓ、言い換えれば、記録媒
体１０上の表面電位分布として生じる記録情報を読み出
すことができる。

【０１２２】（ｉｉ）上記ＳＭＭ構成においてヘテロダ
イン検出方式を採る構成による場合。

【０１２３】通常のＳＭＭでは、周波数特性はカンチレ
バーの機械的共振周波数によって限定されるが、この方
法によるときは、カンチレバーと記録媒体に働くマック
スウエル応力の非線形性を利用することにより、カンチ
レバーの機械的共振周波数の影響を受けることなく、高
周波数成分の差周波を持つビート信号を検出することに
よる表面電位または静電容量の変化量の再生が可能であ
り、高周波数領域における高速な多値情報の再生が可能
となる。このため、再生ヘッドの周波数特性は、メガヘ
ルツ帯域までの応答が可能となる。

【０１２４】図４は、この再生装置ＲＳＭＭＨにおける
再生ヘッドＨＰとその制御部の構成図を示す。図４にお
いて、図３と対応する部分には同一符号をして詳細な説
明は省略する。この検出方式は、ヘテロダイン検出方式
によるＳＭＭの動作原理による（前記Molecular Electr
onics and Bioelectronics、Vol.3、p79(1992)オヨヒVol.79p
34(1995)参照）。

【０１２５】この方式では、通常のＳＭＭ検出方式によ
る表面電位の検出等、カンチレバーの共振点より高い周
波数領域における表面電位または静電容量の検出を行う
ことができる。

【０１２６】この検出方式においても、再生ヘッドＨＰ
すなわち針状電極２１を有するカンチレバー２２と記録
媒体１０との間にバイアス電圧Ｖを印加すると、静電結
合により針状電極２１と記録媒体１０との間に前記（数
１）で与えられる力Ｆｚが働く。今、記録媒体１０の表
面電位をＶｓとし、Ｖ＝Ｖａｃ・ｓｉｎωｔ＋Ｖｏｆｆのバイアス電圧Ｖを印加すると、力Ｆｚは前記（数２）
のようになる。これによってカンチレバー２２は力Ｆｚ
を受けて振動する。一方カンチレバー２２の先端に、半
導体レーザー４３からのレーザー光を照射し、その反射
光をフォトダイオード等の光検出器４４によって検出す
る。この検出器４４によって得られる検出信号Ａは、前
記（数３）で表すことができる。

【０１２７】この検出信号は、ロックインアンプ４５Ｂ
に入力され、ここで、２ω成分の出力（前記（数４））
を取り出す。

【０１２８】この２ω成分による出力は、載置台３０の
ｚ軸方向の位置制御を行うサーボ回路４６に入力し、こ
れによって載置台３０のｚ軸方向の位置制御を行ってこ
の２ω成分による出力が一定になるようになされる。２
ω成分は静電容量の微分信号であり、２ωを一定に制御
することにより、誘電率を一定に仮定すれば、カンチレ
バー２２の針状電極２１と記録媒体との距離を一定に制
御できる。

【０１２９】このときの載置台３０のｚ軸の制御信号を
画像化すると、記録媒体１０の表面形状の情報が得られ
ることになる。

【０１３０】また、このとき同時にω成分の出力（前記
（数５））をロックインアンプ４５Ｂで取り出す。

【０１３１】これは記録媒体１０の表面電位Ｖｓにのみ
依存することになる。つまり、これが記録媒体１０の表
面電位分布に対応した出力となる。そして、このとき、
この出力が容量Ｃの、距離Ｚについての偏微分の大きさ
によって変わることのないように、さらに、ω項がゼロ
になるようにω成分出力をフィードバックしてＶｏｆｆ
の制御を行って、容量Ｃの、距離Ｚについての偏微分の
大きさによる影響を排して、Ｖｏｆｆ＋Ｖｓ＝０すなわちＶｓ＝−Ｖｏｆｆとする。また、ω項の値を直接検出することによっても
情報を読み出すことは可能である。

【０１３２】このようにしてＶｓ、言い換えれば、記録
媒体１０上の表面電位分布として生じる記録情報を読み
出すことができる。

【０１３３】そして、通常のＳＭＭでは、その再生系の
周波数特性はカンチレバーの共振周波数によって制限さ
れるが、ヘテロダイン検出方式を用いることによりカン
チレバーの機械的共振周波数よりも高い周波数帯域での
静電容量または表面電位の検出が可能となる。このた
め、再生ヘッドの周波数特性は、ＭＨｚ帯域までの応答
が可能となる。

【０１３４】ヘテロダイン検出方式のＳＭＭの動作原理
は以下の通りである。

【０１３５】ＳＭＭでＭＨｚ以上の高周波数成分を含む
複数の交流電圧をカンチレバー２２と記録媒体１０との
間に印加し、誘起されたカンチレバー２２の振動を４分
割光検出器４４で検出する。

【０１３６】

【数６】

【０１３７】ここで、Ｖａｆは、（数７）で与えられ、
カンチレバーの共振周波数以下の周波数成分からなる低
周波電圧で、低周波発振器５６およびローパスフィルタ
５７によって得たＤＣ（直流）バイアス電圧Ｖｄｃと周
波数ω０の交流電圧からなる。Ｖｒｆは、（数８）で与
えられ、カンチレバーの共振周波数より高い交流電圧を
示し、高周波発振器５８からの周波数ωａでハイパスフ
ィルタ５９よりの周波数ωｒの高周波キャリア信号を変
調の深さＭで振幅変調したものである。

【０１３８】

【数７】

【０１３９】

【数８】

【０１４０】この結果、印加電圧は、ＤＣ、ω０、ωｒ
とωｒ＋ωａ、ωｒ−ωａの５種類の周波数成分から構
成される交流電圧となる。上記交流電圧がカンチレバー
に印加されるとマックスウエル応力が電界の２乗に比例
するために、周波数の混合が引き起こされ、和と差の周
波数を持つ振動成分がカンチレバー上に誘起され、この
振動が光検出器４４で検出されプリアンプ５５で増幅さ
れ、ロックインアンプ４５Ａおよび４５Ｂに導入され
る。ロックインアンプ４５Ａおよびロックインアンプ４
５Ｂから得たヘテロダインビート成分、ω０成分、２ω
０成分は、コンピュータ１４７に入力される。特にωａ
で振動するヘテロダインビート成分は周波数ωｒでの記
録媒体での誘電応答についての情報を与える（下記（数
９））。ここでＲは付加項である。このためヘテロダイ
ン検出方式は、カンチレバーの共振器周波数よりも高い
周波数での記録媒体の静電容量の検出を可能にする。ま
た、記録ビットの信号を同一の周波数で検出することも
可能にし、並列再生の場合、有効な方法となる。

【０１４１】また、カンチレバーの位置の制御は、２ω
０の振幅が常に一定になるように、例えばｚ軸方向のピ
エゾ素子（図示せず）による制御によって行われる。

【０１４２】

【数９】

【０１４３】（ｉｉｉ）ＫＦＭ構成による構成。

【０１４４】この動作原理は、ケルビン力顕微鏡で知ら
れている（例えばＡｐｐｌｉｅｄＰｈｙｓｉｃｓＬｅ
ｔｔｅｒｓ５２１１０３（１９９３）参照）。

【０１４５】図５は、本発明に係る別の実施形態として
ケルビン力顕微鏡型再生装置ＲＫＦＭの概略構成図であ
る。図５において、図４と対応する部分には同一符号を
付して示す。この場合においても、再生ヘッドＨＰは、
図１で説明した記録ヘッドＨＲ自体を用いることができ
るが、この場合における再生ヘッドＨＰは記録媒体１０
に対して非接触状態で用いられる。すなわち、図１で説
明した記録ヘッドにおけると同様に、再生ヘッドＨＰ
は、先端に例えば円錐状、３角錐状、断面例えば３角の
柱状等の実質的に針状の電極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、
前述した載置台３０上に載置された記録媒体１０に非接
触な状態で記録媒体１０の表面電位Ｖｓの検出すなわち
記録情報の再生がなされる。そして、この場合、共振周
波数が充分高く、バネ定数が充分低いカンチレバーを用
いることにより、ＫＦＭを用いてＭＨｚ帯の高周波数領
域における高速の再生が可能となる。

【０１４６】この載置台３０は、前述したと同様にこれ
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、さらに再生ヘッドＨＰと
してのカンチレバー２２の針状電極２１との間隔を調整
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。

【０１４７】そして、再生ヘッドＨＰすなわち針状電極
２１を有する圧電素子２３を用いて共振周波数で振動し
ているカンチレバー２２と記録媒体１０との間に、バイ
アス電圧Ｖを印加すると、静電結合により針状電極２１
と、記録媒体との間に前記（数１）で与えられる力Ｆｚ
が働く。

【０１４８】そして、今、記録媒体１０の表面電位をＶ
ｓとし、Ｖ＝Ｖａｃ・ｓｉｎωｔ＋Ｖｏｆｆで与えられるバイアス電圧Ｖを印加すると、力Ｆｚは
（数１０）のようになるなり、カンチレバー２２は力Ｆ
ｚを受けて振動する。

【０１４９】

【数１０】

【０１５０】一方、カンチレバー２２の先端に、半導体
レーザー４３からのレーザー光を照射し、その反射光を
フォトダイオード等の光検出器４４によって検出する。
この検出器４４によって得られる検出信号Ａで、カンチ
レバー２２の共振周波数の振幅の減少量に着目する。カ
ンチレバー２２の共振周波数の振幅は、記録媒体１０と
のクーロン相互作用により減少する。この共振周波数の
周波数シフトに起因する共振周波数の振幅の減少量また
は位置相変化を検出することにより表面電位または静電
容量の微分量等の物理量を求めることができる。

【０１５１】この検出信号は、ロックインアンプ４５に
入力され、ここでカンチレバーの共振器周波数ωｒ成分
の出力（数１１）を取り出す。ここで、ΔＡは自由振動
振幅からの減衰量、ＨはＨａｍａｋｅｒ定数である。

【０１５２】

【数１１】

【０１５３】このωｒ成分による出力は、載置台３０の
ｚ軸方向の位置制御を行うサーボ回路４６に入力し、こ
れによって載置台３０のｚ軸方向の位置制御を行ってこ
の２ω成分による出力が一定になるようにされる。ωｒ
成分は、ファンデルフワールス力とクーロン力に起因す
る力であり、ωｒを一定に制御することにより、誘電率
を一定と仮定すれば、カンチレバー２２の針状電極２１
と記録媒体１０との距離を一定に制御できる。

【０１５４】このときの載置台３０のｚ軸の制御信号を
画像化すると、記録媒体１０の表面形状の情報が得られ
ることになる。

【０１５５】また、このとき同時に、ω成分の出力（数
１２）をロックインアンプ４５で取り出す。

【０１５６】

【数１２】

【０１５７】測定される変位量Ａは、カンチレバーの共
振点での振動の振幅または位相に対する微分信号となる
ため記録媒体１０の表面電位Ｖｓの微分に対応する信号
が得られる。つまり、これが記録媒体１０の表面電位分
布に対応した出力となる。そして、このとき、この出力
が容量Ｃの、距離Ｚについての偏微分の大きさによって
変わることのないように、さらに、ω項が０になるよう
に、ω成分出力をＶｏｆｆの制御回路４７にフィードバ
ックしてＶｏｆｆの制御を行って、前記偏微分の大きさ
による影響を排して、Ｖｏｆｆ＋Ｖｓ＝０すなわちＶｓ＝−Ｖｏｆｆとする。このようにすればＶｓ、言い換えれば、記録媒
体１０上の表面電位分布として生じる記録情報を読み出
すことができる。

【０１５８】また、記録媒体１０からの記録情報の再生
の他の例としては、再生ヘッドを記録媒体に接触させた
状態での容量変化の検出によって行うことができる。こ
の再生は、具体的には、上述のＡＦＭを発展させた周知
の装置である走査型容量顕微鏡（ＳＣＭ）構成によるこ
とができる。

【０１５９】上述した（ｉ）〜（ｉｉｉ）の各再生方法
によるときは、再生ヘッドが記録媒体１０に対して非接
触状態とされることから、再生ヘッド、すなわち針状電
極２１の磨耗を回避でき、再生ヘッドと記録媒体の長寿
命化をはかることができる。

【０１６０】（ｉｖ）ＳＣＭ構成による場合この記録媒体１０からの記録情報再生は、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６は、
記録情報に基づく静電容量の変化量を検出して記録情報
の再生を行う、この種類の再生装置の一例の概略構成図
を示す。

【０１６１】図６で、再生装置ＲＳＣＭ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 Microscope）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
ＨＰ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か
らなり、その表面にＡｕ、Ｐｔ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｉｒ、Ｃ
ｒ、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン膜）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。ある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。

【０１６２】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、さらに再生ヘッド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。

【０１６３】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との間の静電量量を検出器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、静電容量または静電
容量の電圧微分（ｄＣ／ｄＶ）の変化として検出する。

【０１６４】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。

【０１６５】この場合の再生ヘッドは、前述した例えば
記録ヘッドＨＲにおけると同様のカンチレバー構成を採
り得る。このカンチレバーすなわち再生ヘッドは、上述
した記録ヘッドと兼用することもできるし、別の構成と
することもできる。いずれにおいても、その再生ヘッド
としてのカンチレバーは、これが記録媒体に接触した状
態で通常のＡＦＭ装置と同一の方式でフィードバック制
御される。そして、記録媒体内の空間電荷に起因する静
電容量を再生ヘッドの後段には配置された容量センサで
検出する。そして、この検出された静電容量を２次元画
像化することができ、これにより静電容量の２次元分布
を検出することができる。

【０１６６】ＳＣＭでは、周波数特性はカンチレバーの
共振周波数によって限定されず、カンチレバーよりも高
い周波数帯域での静電容量の検出が可能となる。このた
め再生ヘッドの周波数特性は、ＭＨｚ帯域までの応答が
可能となる。

【０１６７】以上では、記録／再生マルチヘッドを用い
た記録／再生装置のヘッドの制御には光てこ方式を用い
たが、並列度を大きくして圧電材料を用いたヘッド制御
の場合であっても、個々の記録／再生ヘッドは独立に動
作するため、基本的機能は同一である。

【０１６８】また、記録または再生ヘッドはＳｉのマイ
クロファブリケーション技術すなわちＳｉ基板をベース
にしての３次元エッチング技術を用いて作製するため、
Ｓｉ集積回路作製技術を適用することが可能で、単一の
ヘッドを複数モノリシックまたはハイブリッドに集積し
た集積記録、再生ヘッドを作製することができる。ここ
で、複数（例えば１００個）の記録ヘッドを用いて同時
に情報の記録を行うことにより、記録速度が従来と比べ
て１００倍となる。また、情報の消去においても複数の
記録ビットの単位ブロックを同時に消去することが可能
となり、消去速度を従来と比較して格段に速くすること
ができる。さらに、情報の再生においても１００個の再
生ヘッドを同時に用いることにより再生速度が単一再生
ヘッドと比較してさらに高速となる。

【０１６９】なお、通常の再生ヘッド微小変位の検出に
は半導体レーザ光の反射光の差動検出を基本とした光て
こ方式を用いる。この光てこ方式の微小変位の検出方法
は記録または再生ヘッドの並列度が比較的小さい時には
集積半導体レーザ光源、集積光検出系を用いることが可
能となる。また、集積度が比較的大きい場合には、微小
変位の検出に微小変位を直接電気信号量に変換可能な強
誘電体を含む材料で記録再生ヘッドを構成することによ
り、並列度が高い記録または再生ヘッドを実現すること
ができる。

【０１７０】本発明は、このように針状電極を含むヘッ
ドを複数個配置し、複数個の磁気ヘッドが記録媒体に接
触又は非接触な状態で、記録媒体とヘッドを相対的に移
行、例えば回転あるいは往復運動させることによって相
対的に移行させ、単一のヘッドの針状電極を一方の電極
として、記録媒体に電圧を印加することにより記録媒体
に存在する電子またはホールトラップ（キャリアトラッ
プ）の所定領域への電荷移動を行い、並列的に記録又は
消去する。また、本発明は、上記複数個のヘッドが記録
媒体に接触または非接触な状態で、記録媒体とヘッドを
相対的に移行させ、所定領域に記録された情報を電荷、
表面電位または静電容量の変化量の検出によって並列的
に再生する。

【０１７１】さらに、本発明は、１個の記録ビットに３
値以上の情報を記録または消去し、１個の記録ビットに
載せられた３値以上の情報を電荷、表面電位または静電
容量の変化量の検出によって再生する。

【０１７２】

【実施例】次に、本発明の具体的な実施例について説明
する。

【０１７３】［実施例１］この実施例は、電荷蓄積材料
により、カンチレバーから記録媒体のトラップヘ注入す
ることによる記録態様で、記録へッドを１０個並列に集
積した記録ヘッドを用いて並列記録を行う場合である。

【０１７４】この場合の記録媒体１０は、図７（ａ）で
示すように、Ｓｉ基体１１上に、その表面熱酸化による
ＳｉＯ₂膜１４（３ｎｍ）、ＬＰＣＶＤ法によるＳｉＮ
膜１５（１０ｎｍ）が順次形成され、さらにこれの上
に、熱酸化法によりＳｉＯ₂膜１６（４ｎｍ）が形成さ
れてなる。

【０１７５】この電荷蓄積層を有する記録媒体１０に対
する記録は、前述した図２の記録ヘッドＨＲによって行
う。すなわち、記録媒体１０を、移動載置台３０上に配
置し、記録媒体１０の表面ＳｉＯ₂層１６に、針状電極
２１を、いわば微小面接触させて、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
報に基づいてパルス電圧を印加して、導電性カンチレバ
ーよりＳｉＯ₂／ＳｉＮ界面付近（ＳｉＮ／ＳｉＯ₂界面
とＳｉＮ膜）とに存在するキャリアトラップに電子を局
部的に注入して情報の並列記録を行う。すなわち、１０
個の集積記録へッドより同時にキャリアトラップに局所
的にキャリア（電子）を注入し、同時に１０個の記録ビ
ットを形成することができる。

【０１７６】なお、並列記録または並列再生へッドの微
小変位の検出方式としては、従来の光てこ方式及ぴ強誘
電体方式のいずれも適用することができるが、本実施例
では光てこ方式を採用した。

【０１７７】また、キャリアの注入または放出は、シリ
コン基板とＳｉＯ₂／ＳｉＮ界面付近のキャリアトラッ
プとの間に行うことも可能である。その場合は、ＳｉＯ
₂膜１４の膜厚を薄くして、ＳｉＯ₂膜１６の膜厚を厚く
する。

【０１７８】次に、実施例１における記録媒体の電圧容
量特性を検討した。

【０１７９】記録層のトラップが電荷の注入を受けてい
る場合と、電荷の注入を受けていない場合と比較して電
圧容量特性が異なる。その結果として、注入電荷の有無
で電圧容量特性にヒステリシス特性を示すことが分か
る。

【０１８０】ヒステリシス特性におけるフラットバンド
電圧のシフト量ΔＶは注入された電荷量に依存してお
り、注入電荷量が多いほど△Ｖは大きくなる。このヒス
テリシス特性は一定のバイアス電圧では注入電荷の有無
によって容量の値が異なるため、空間的な容量変化を表
面電位の変化として記録媒体に非接触に検出することに
より情報の記録再生が可能になる。

【０１８１】次に、この実施例１における記録消去再生
特性を示す。

【０１８２】まず、記録媒体１０のＳｉＯ₂／ＳｉＮ／
ＳｉＯ₂／Ｓｉ基板（以下材料１という。）に９Ｖのパ
ルス電圧を１０個の記録へッドから近接した場所に同時
に印加して、局所的に電子をＳｉＮ界面付近のトラップ
から記録へッド側に放出する。

【０１８３】図８に、ある１個の記録へッドを用いた９
Ｖ、２ｍｓのパルス電圧を印加した場合の記録ビットパ
ターンをＳＭＭで検出再生した例を示した。

【０１８４】図８は１次元記録ビットパターンを示す表
面電位像であり、周囲と比較して表面電位が増大してい
る部分が情報“０”、周囲と類似した部分が情報の
“１”を示している。図８は、７ビット連続して記録し
た後に、２ビット消去した記録ビットパターンを再生し
たものである。

【０１８５】図９には並列記録した２次元記録ビットパ
ターンを示した。記録ビットの直径約１００ｎｍの高記
録密度を実現している。

【０１８６】図８、図９のような記録ビットは、複数の
記録へッドを用いても作成されることが確認されてい
る。例えば、１０個の記録ビットを並列記録した場合に
も、各記録ビットの直径は約１００ｎｍであり、単一記
録へッドの場合と同様な高記録密度が実現されているこ
とが分かった。これにより、１０個の集積記録へッドよ
り１０個の記録ビットの並列記録が可能であることが分
かった。

【０１８７】また、図７（ｂ）に示すように、Ｓｉ基体
１１上に、その表面熱酸化及び熱窒化処理（ＲＴＮ処
理）によるＳｉＯＮ膜１７（３ｎｍ）、ＬＰＣＶＤ法に
よるＳｉＮ膜１５（１０ｎｍ）が順次形成され、これの
上に、熱酸化法によりＳｉＯ₂膜１６（４ｎｍ）が形成
されて成る記録媒体を用いた場合でも、本実施例で示し
た並列記録再生特性を示すことが分かった。

【０１８８】［実施例２］本実施例では集積した再生へ
ッドを用いて、記録ピットの並列再生を行う場合であ
る。

【０１８９】記録メディアは実施例１と同様のものを用
い、再生ヘッドは１０個並列に集積したものを用いた。
本実施例ではＳＭＭ再生法を用いて、１０個の記録ビッ
トの同時並列再生について述べる。

【０１９０】記録条件は実施例１と同様に、９Ｖ、２ｍ
ｓの電圧パルスを用いた。

【０１９１】まず、表面形状は、パルス電圧を印加する
前後で変化は観察されず、パルス電圧を印加することに
よって記録媒体の表面が変質することなく良好に保持さ
れていることが分かった。

【０１９２】再生ヘッドを固定して、３μｍＸ３μｍの
領域の表面電位分布をＳＭＭ法による検討した。

【０１９３】この場合、表面電位像よりキャリア放出に
よるコントラストすなわち、記録ビットが形成されてい
ることを確認した。

【０１９４】次に、多数の記録ビット列を予め形成した
後、ＳＭＭ方式による並列再生ヘッドで記録ビット列の
並列再生を試みた。その結果、記録ビットの再生が可能
であることが確認された。

【０１９５】個々の再生へッドによる記録ビットの直径
は約１００ｎｍであり、単一の再生ヘッドで再生を行っ
た場合と同様な結果を得た。この値は最密記録を仮定す
ると約６３Ｇｂ／inch²の高記録密度に対応する。

【０１９６】また、キャリアの注入電荷の有無の差は、
電位差では約７０ｍＶであり、ＳＭＭの電位分解能が１
ｍＶであることから、キャリア注入または放出の有無で
の表面電位の値をデジタル信号“０”、および“１”デ
ータに対応可能であることが分かった。種々の実験の結
果、最小記録ピットの直径を１００ｎｍ以下にすること
が可能であることが分かった。また、キャリア注入のス
イッチング時間も１μｓより小さくすることが可能であ
ることが分かった。記録ビットの直径は約１００ｎｍで
あり、約６３Ｇｂ／inch²の高記録密度を達成すること
ができた。

【０１９７】そして、局所的にキャリアを注入した領域
は、十分安定に保持されることが分かった。さらに、実
施例１の１０個の記録ヘッドで並列記録を行った後、１
０個の再生へッドで並列再生を試みたが、基本的に並列
記録と並列再生の両立が可能であることを見い出した。

【０１９８】［実施例３］本実施例では集積した再生ヘ
ッドを用いて、記録ビットの並列再生を行う場合であ
る。

【０１９９】記録メディアは実施例１と同様のものを用
いた。集積へッドは１０個集積したものを用いた。

【０２００】再生法には図３のヘテロダイン検出ＳＭＭ
再生装置を用い、実施例１と同一な記録媒体の局所的な
注入電荷量の差を表面電位Ｖｓの分布として検出した。

【０２０１】ヘテロダイン検出方式のＳＭＭでは、１０
ＭＨｚの高周波数領域で表面電位分布を評価した。

【０２０２】まず、表面形状を評価した結果、パルス電
圧を印加する前後で変化は観察されず、パルス電圧を印
加することによって記録媒体の表面が変質することなく
良好に保持されていることが分かった。

【０２０３】再生ヘッドを固定して、２μｍＸ２μｍの
領域の表面電位分布をヘテロダイン検出ＳＭＭ法を用い
て検討した。この場合、１個の再生へッドで記録ビット
が形成されることを１０ＭＨｚにおいて確認した。

【０２０４】次に、予め記録ビット列を作製した後、ヘ
テロダイン検出法を用いた記録ビット列の並列再生を試
みた。その結果、この場合も記録ビット列が再生可能で
あることが確認された。記録ビットの直径は約１００ｎ
ｍであり、個々の再生へッドで再生した場合と同一の値
を得た。このため、１０ＭＨｚにおいて、１０個並列し
た再生ヘッドを用いた高密度並列再生が可能であること
が分かった。

【０２０５】キャリアの局所的注入または放出領域と、
それ以外の領域での電荷量の差は、電位差では約７０ｍ
Ｖであり、ＳＭＭの電位分解能が１ｍＶであることか
ら、例えばデジタル信号“０”、および“１”データヘ
の対応を十分できる値であることが分かった。

【０２０６】種々の実験の結果、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。

【０２０７】また、キャリア注入または放出の時間すな
わち記録消去時間も１μｓより小さくすることが可能で
あることが分かった。

【０２０８】そして、局所的にキャリアを注入した記録
ビット領域は、充分安定に保持されることが分かった。

【０２０９】上述したように、この実施例３では、１０
個の集積された再生へッドにより記録ビットを高速に並
列再生することができた。

【０２１０】さらに、実施例１の１０個の記録へッドで
並列記録を行った後、１０個の再生へッドで並列再生を
試みたが、基本的に並列記録と並列再生の両立が可能で
あることを見い出した。

【０２１１】〔実施例４〕本実施例では集積した再生へ
ッドを用いて、記録ビットの並列再生を行う場合であ
る。

【０２１２】記録メディアは実施例１と同様のものを用
い、集積ヘッドは１０個並列に集積したものを用いた。

【０２１３】再生法には図５のＫＦＭ（Kelvin Force M
icroscope ）再生装置を用いて実施例１と同一な記録媒
体の局所的な注入電荷量の差を表面電位Ｖｓの分布とし
て検出した。

【０２１４】ＫＦＭでは、５ＭＨｚの高周波数領域で表
面電位分布を評価した。

【０２１５】まず、表面形状を評価した結果、パルス電
圧を印加する前後で変化は観察されず、パルス電圧を印
加することによって記録媒体の表面が変質することなく
良好に保持されていることが分かった。

【０２１６】再生ヘッドを固定して、２μｍＸ２μｍの
領域の表面電位分布をＫＦＭ法を用いて検討した。この
場合、１個の再生ヘッドで記録ビットが形成されること
を５ＭＨｚにおいて確認した。

【０２１７】次に、予め記録ビット列を作製した後、ヘ
テロダイン検出法を用いた記録ビット列の並列再生を試
みた。その結果、この場合も記録ビット列が再生可能で
あることが確認された。記録ビットの直径は約１００ｎ
ｍであり、個々の再生へッドで再生した場合と同一の値
を得た。このため、５ＭＨｚにおいて、１０個並列した
再生ヘッドを用いた高密度並列再生が可能であることが
分かった。

【０２１８】キャリアの局所的注入または放出領域とそ
れ以外の領域での電荷量の差は、電位差では約７０ｍＶ
であり、ＫＭＭの電位分解能が３ｍＶであることから、
例えばデジタル信号“０”、および“１”データヘの対
応を十分できる値であることが分かった。

【０２１９】種々の実験の結果、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、キャリア注入または放出の時間、すなわち記
録消去時間も１μｓより小さくすることが可能であるこ
とが分かった。

【０２２０】そして、局所的にキャリアを注入した記録
ビット領域は、十分安定に保持されることが分かった。
上述したように、この実施例４では１０個の集積された
再生ヘッドにより記録ビットを高速に並列再生すること
ができた。

【０２２１】さらに、実施例１の１０個の記録へッドで
並列記録を行った後、１０個の再生へッドで並列再生を
試みたが、基本的に並列記録と並列再生の両立が可能で
あることを見い出した。

【０２２２】［実施例５］この実施例における記録媒体
は、強誘電体材料により、分極反転による記録態様をと
るものである。並列記録は実施例１で示した１０個集積
した記録ヘッドを用い、並列記録を行った。

【０２２３】この場合の記録媒体６０は、図１０に示す
ように、Ｓｉ基体６１上に、その表面熱酸化によるＳｉ
Ｏ₂絶縁膜６２が形成され、これの上に、Ｔｉ下地層６
３を介してスパッタリングによる厚さ３００ｎｍのＰｔ
膜による下部電極層６４が形成され、さらにこの上に活
性層としてのＢｉ層状化合物であるＳｒＢｉ₂Ｔａ₂Ｏ₉
よりなる強誘電体膜６５がＭＯＤ法またはＭＯＣＶＤ法
によって形成されてなる。

【０２２４】この材料は分極反転を１０¹²回繰り返して
も疲労特性の非常少ない材料であり、残留分極の２倍
（２Ｐｒ）の値は１５〜３０μＣ／ｃｍ²、抗電圧は２
Ｖ以下である。

【０２２５】データの保持時間は室温で１０年以上あ
る。データの書換時間は電極面積に比例することが実験
的に確認されており、２μｍ角で１ｎｓ以下になる。キ
ャパシタ部分のスイッチング特性は究めて速い。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。

【０２２６】この強誘電体膜を有する記録媒体６０に対
する記録は、前述した図２の記録ヘッドＨＲによって行
う。すなわち、記録媒体６０を、移動載置台３０上に配
置し、この強誘電体膜６５に、針状電極２１を、いわば
微小面接触させて、載置台３０を移動させて記録媒体２
０上に針状電極２１を走査しつつ記録情報に基いてパル
ス電圧を印加して、強誘電体膜６５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、強誘電体膜
６５の表面に記録情報に応じた分極反転に起因する電位
パターンを形成する。記録へッドは１０個並列に集積さ
れており、本実施例では１０個並列に記録を行った。

【０２２７】記録媒体６０からの記録情報の読み出しす
なわち再生は、図３で説明したように、記録媒体６０の
強誘電体膜６５の分極反転によって生じた表面電位Ｖｓ
の分布の検出によって行う。

【０２２８】図１１は、この実施例５における記録媒体
の電圧分極特性を示す。この場合、その記録層が強誘電
体膜であるため、ヒステリシス特性を示している。そし
て、この場合残留分極Ｐｒの２倍（２Ｐｒ）の値は２８
μＣ／ｃｍ²、抗電圧は約０．８Ｖであった。このよう
にＢｉ層状化合物のＳｒＢｉ₂Ｔａ₂Ｏ₉は、良好なヒス
テリシス特性を示す強誘電体薄膜であることが分かる。

【０２２９】次に、この実施例５における記録消去再生
特性を示す。

【０２３０】記録ヘッドを固定し、まず、記録媒体６０
のＳｒＢｉ₂Ｔａ₂Ｏ₉による強誘電体膜６５の２μｍＸ
２μｍの領域に、９Ｖの直流電圧を印加して自発分極の
方向を一方向に揃える。次に、−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、図３のヘテロダイン検出Ｓ
ＭＭ再生装置を用いて強誘電体膜６５の局所的な分極の
向きの差を表面電位Ｖｓの分布として検出する。ヘテロ
ダイン検出ＳＭＭによって評価した表面形状と表高電位
微分像を検討した。得られた表面形状は、パルス電圧を
印加する前後で変化は観察されず、パルス電圧を印加す
ることによって記録媒体の表面が変質することなく良好
に保持されていることが分かった。

【０２３１】１０個の記録へッドより並列記録した結
果、記録ビット列が形成されることを確認した。記録ビ
ットの直径は約２００ｎｍであり、単一の記録へッドの
場合とほぼ同一の高記録密度が実現された。

【０２３２】一方、ヘテロダインＳＭＭ再生法を用い
て、１０個を並列に集積した再生へッドを用いて記録ビ
ット列の並列再生を行ったが、１０ＭＨｚの周波数に対
応する表面電位像の応答信号を検出することができた。

【０２３３】分極の向きの差は電位差では約７０ｍＶで
あり、ＳＭＭの電位分解能が１ｍＶであることから、例
えばデジタル信号“０”および“１”のデータの識別を
充分行うこのできる値であることが分かった。

【０２３４】このことから、強誘電体材料薄膜記録媒体
の局所的な分極の向きがカンチレバ一記録へッドよりの
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。記録スポットの直径は約２００
ｎｍであったが、種々の実験の結果、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。

【０２３５】そして、局所的に分極の向きが反転した領
域は、十分安定に保持されることが分かった。また、記
録媒体として、Ｔｉ下地層６３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
地層を配置した図８で示した記録媒体における記録再生
特性と同等な特性を示すことを確認した。

【０２３６】上述したように、この実施例５でヘテロダ
イン検出ＳＭＭ法を並列再生法に用いることにより高速
な記録ビットの並列再生が可能な高密度記録装置として
十分な機能をもっていることが分かった。

【０２３７】また、強誘電体膜をＳｒＢｉ₂Ｎｂ₂Ｏ₉に
よって構成して、並列記録、並列再生した場合もこの実
施例５と同等以上の特性が得られた。

【０２３８】〔実施例６〕本実施例では記録媒体として
強誘電体材料に実施例５と同様のＢｉ層状化合物とした
場合の結果を示した。本実施例ではＫＦＭ再生法を用い
た１０個の集積した再生へッドの並列再生の結果を示し
た。

【０２３９】次に、記録消去再生特性を示す。基本的な
実験方法は実施例４と同一である。

【０２４０】記録ヘッドを固定し、まず、記録媒体１０
のＳｒＢｉ₂Ｔａ₂Ｏ₉による強誘電体膜の２μｍＸ２μ
ｍの領域に、９Ｖの直流電圧を印加して自発分極の方向
を一方向に揃える。次に、−７Ｖのパルス電圧をへッド
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。

【０２４１】次に、図５のＫＦＭ再生装置を用いて記録
メディアの局所的な分極の向きの差を表面電位Ｖｓの分
布として検出する。ＫＦＭによって評価した表面形状と
表面電位微分像を検討した。

【０２４２】得られた表面形状は、パルス電圧を印加す
る前後で変化は観察されず、パルス電圧を印加すること
によって記録媒体の表面が変質することなく良好に保持
されていることが分かった。

【０２４３】１０個の記録へッドより並列記録した結
果、記録ビット列が形成されることを確認した。

【０２４４】記録ビットの直径は約２００ｎｍであり、
単一の記録へッドの場合とほぼ同一の高記録密度が実現
された。

【０２４５】一方、ＫＦＭ再生法を用い、１０個を並列
に集積した再生ヘッドを用いて記録ビット列の並列再生
を行ったが、１０ＭＨｚの周波数に対応する表面電位像
の応答信号を検出することができた。

【０２４６】分極の向きの差は電位差では約７０ｍＶで
あり、ＳＭＭの電位分解能が１ｍＶであることから、例
えばデジタル信号“０”および“１”のデータの識別を
十分行うこのできる値であることが分かった。

【０２４７】このことから、強誘電体材料薄膜記録媒体
の局所的な分極の向きがカンチレバー記録へッドよりの
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。

【０２４８】記録スポットの直径は約２００ｎｍであっ
たが、種々の実験の結果、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。

【０２４９】そして、局所的に分極の向きが反転した領
域は、十分安定に保持されることが分かった。また、記
録媒体として、Ｔｉ下地層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
を配置した図１０に示した記録媒体における記録再生特
性と同等な特性を示すことを確認した。

【０２５０】上述したように、この実施例６でＫＦＭ法
を再生法に用いることにより高速な記録ビットの並列再
生が可能な高密度記録装置として十分な機能をもってい
ることが分かった。

【０２５１】また、強誘電体膜をＳｒＢｉ₂Ｎｂ₂Ｏ₉に
よって構成して、また、共振周波数が１．５ＭＨｚのカ
ンチレバーを用いることにより、１ＭＨｚの高周波数領
域での記録ビットの応答信号の１０個の並列へッド検出
再生をすることができた。

【０２５２】種々の実験の結果、記録領域のスポット直
径は１００ｎｍ以下にすることが可能であることが分か
った。分極反転に起因した空間電荷層の“蓄積状態”と
“空乏状態”のスイッチング時間も１μｓより小さいこ
とが分かった。

【０２５３】また、局所的に分極反転に起因した記録ビ
ットの領域は十分安定に保持されることが分かった。

【０２５４】以上より、本実施例で示した記録装置及び
記録媒体は高性能の高密度記録装置として十分な機能を
もっていることが分かった。

【０２５５】〔実施例７〕本実施例では、記録媒体の記
録がなされる活性層を、ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ,Ｔｉ）
Ｏ₃）強誘電体膜とした。１０個の並列に集積した記録
または再生ヘッドを用いて、並列記録または並列再生を
行った場合である。

【０２５６】この記録媒体は、図１２にその概略断面図
を示すように、導電性を有するＳｉ基体７１上に熱酸化
によってＳｉＯ₂絶縁膜７２を形成し、これの上にそれ
ぞれスパッタリングによって厚さ３００ｎｍのＩｒＯ₂
電極層７３Ａ、Ｉｒ電極層７３Ｂを順次被着形成して下
部電極層を形成する。そして、これの上にチタン酸ジル
コン酸鉛［ＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）０₃）］による
強誘電体膜７４をスパッタリングによって厚さ３００ｎ
ｍに形成した。

【０２５７】この材料（ＰＺＴ）の特徴は、残留分極Ｐ
ｒの２倍（２Ｐｒ）の値は４０〜５０μＣ／ｃｍ²であ
ること、すなわち実施例５における強誘電体膜の材料の
約２倍程度を示すということである。また、抗電圧は２
Ｖ以下である。尚、これまで問題となっていた材料の疲
労は、酸化物電極下地層を用いることにより改善されて
いる。

【０２５８】データの書換時問は電極面積に比例するこ
とが実験的に確認されており、２μｍ角で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。

【０２５９】この記録媒体は分極の電圧依存性より、ヒ
ステリシス特性を有し、強誘電体に特有な特性を示し
た。残留分極の２倍（２Ｐｒ）は４０μＣ／ｃｍ²、抗
電圧は１．５Ｖであった。

【０２６０】次に、この実施例７の記録消去再生特性を
示す。

【０２６１】記録ヘッドを固定し、まず、記録媒体のＰ
ＺＴによる強誘電体膜７４の２μｍＸ２μｍの領域に、
９Ｖの直流電圧を印加して自発分極の方向を一方向に揃
える。次に、−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。

【０２６２】次に、図３のヘテロダイン検出ＳＭＭ再生
装置を用いて局所的な分極の向きの差を表面電位Ｖｓの
分布として検出する。ヘテロダイン検出ＳＭＭによって
評価した表面形状と表面電位微分像を検討した。得られ
た表面形状は、パルス電圧を印加する前後で変化は観察
されず、パルス電圧を印加することによって記録媒体の
表面が変質することなく良好に保持されていることが分
かった。

【０２６３】１０個の記録へッドより並列記録した結
果、記録ビット列が形成されることを確認した。

【０２６４】記録ビットの直径は約３００ｎｍであり、
単一の記録へッドの場合とほぼ同一の高記録密度が実現
された。

【０２６５】一方、ヘテロダインＳＭＭ再生法を用い
て、１０個を並列に集積した再生へッドを用いて記録ビ
ット列の並列再生を行ったが、１０ＭＨｚの周波数に対
応する表面電位像の応答信号を検出することができた。

【０２６６】分極の向きの差は電位差では約８０ｍＶで
あり、ＳＭＭの電位分解能が１ｍＶであることから、例
えばデジタル信号“０”および“１”のデータの識別を
十分行うことのできる値であることが分かった。

【０２６７】このことから、強誘電体材料薄膜記録媒体
の局所的な分極の向きがカンチレバ一記録へッドよりの
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。

【０２６８】記録スポットの直径は約３００ｎｍであっ
たが、種々の実験の結果、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。

【０２６９】そして、局所的に分極の向きが反転した領
域は、十分安定に保持されることが分かった。

【０２７０】上述したように、この実施例７でヘテロダ
イン検出ＳＭＭ法を再生法に用いることにより高速な記
録再生が可能な高密度記録装置として十分な機能をもっ
ていることが分かった。

【０２７１】［実施例８］この実施例においては、記録
ヘッドであるカンチレバーと記録媒体との間に電圧パル
スを印加して情報の記録を行うものであるが、この場
合、記録媒体の基体側からのキャリア（電子）を電荷蓄
積層のトラップに注入する記録態様をとる場合である。

【０２７２】この場合の記録媒体８０は、図１３にその
概略断面図を示すように、導電性半導体基体８１として
のｐ型のＳｉ基体上に、下層絶縁膜８４を被着形成す
る。この下層絶縁膜８４は、キャリア、この例では電子
をトンネルすることのできる厚さに選定されたボトム側
のトンネル絶縁膜となるものであり、この下層絶縁膜８
４は、基体８１の表面熱酸化による厚さ１．８ｎｍのＳ
ｉＯ₂ 膜によって形成し得る。この下層絶縁膜８４上
に、プラズマＣＶＤ法によるＳｉによるナノ結晶（ナノ
クリスタル）８５Ｃを形成する。このナノ結晶８５Ｃ
は、結晶粒径が約５ｎｍで、約５ｎｍの間隔で配列され
る。これの上に、ＬＰＣＶＤ法によりＳｉＯ₂絶縁膜８
５ｉを形成してナノ結晶８５Ｃを埋め込んだナノ結晶層
８５を形成し、続いてこれの上にＳｉＯ₂ による上層絶
縁膜８６を形成することによって電荷蓄積層８７を形成
する。この上層絶縁膜８６の厚さは、６ｎｍとされ、こ
れにより記録媒体の表面は比較的平面に形成される。し
かしながら、必要に応じて、この記録媒体の表面を例え
ばＣＭＰ（化学的機械的研磨）処理によって平坦化処理
することもできる。

【０２７３】この構成による記録媒体８０の電荷蓄積層
８７は、ナノ結晶１５Ｃと、これと絶縁膜８５ｉ及び８
６のＳｉＯ₂ のためにキャリアトラップとして動作する
キャリアトラップを有する層として形成される。

【０２７４】そして、基体８１の電荷蓄積層８７が形成
された側とは反対側の裏面に、金属電極層による下部電
極８２がオーミックに被着される。

【０２７５】この電荷蓄積層８７を有する記録媒体８０
に対する記録は、前述した図２の記録ヘッドＨＲによっ
て行う。すなわち、記録媒体８０を、移動載置台３０上
に配置し、記録媒体８０の活性層側すなわち電荷蓄積層
８７側の表面、つまり上層絶縁膜８６側の表面に、針状
電極２１を走査しつつ記録情報に基づいてパルス電圧を
印加して、導電性カンチレバーより電荷蓄積層８７の主
としてＳｉナノ結晶層５におけるキャリアトラップにキ
ャリア例えば電子を局部的に注入して情報の記録を行
う。すなわち、キャリアトラップに局所的に注入したキ
ャリア（電子）の有無による電荷量の変化として記録が
なされ、この記録情報に応じた電位パターンを形成す
る。

【０２７６】この記録媒体８０の、電荷蓄積層８７の主
としてＳｉナノ結晶層８５によるキャリアトラップへの
電荷注入、すなわち情報の記録は、Ｓｉ基体８１側から
のキャリアの注入と、カンチレバー側からの注入との２
種類存在するが、本実施例ではＳｉＯ₂ 下層絶縁膜８４
をトンネル膜として主としてＳｉナノ結晶層８５のトラ
ップに電子を局所的に注入することによって局所的に電
荷量の差を生じさせ、電荷量の差の検出を表面電位Ｖｓ
の分布の検出によって行う。なお、本実施例においてＳ
ｉＯ₂ 膜８６は膜厚が厚いため、このＳｉＯ₂ 膜８６で
のトンネル確率が低くカンチレバー側からのＳｉナノ結
晶層への電子が注入される確率は少ない。

【０２７７】次に、本実施例８における記録媒体の電圧
ー容量特性について述べる。本実施例における記録媒体
の記録層、すなわち電荷蓄積層において、そのＳｉナノ
結晶層であるトラップが電荷の注入を受けている場合
と、電荷の注入を受けていない場合とでは、電圧ー容量
特性が異なる。その結果として、注入電荷の有無で電圧
ー容量特性にヒステリシス特性を示す。ヒステリシス特
性におけるフラットバンド電圧のバイアス電圧の差ΔＶ
は、注入された電荷量に依存しており、注入電荷量が多
いほどΔＶは大きくなる。このヒステリシス特性は、一
定のバイアス電圧では注入電荷の有無によって容量の値
が異なるため、空間的な容量変化を表面電位の変化とし
て情報の記録、かつこれを検出することにより情報の再
生を行うことができる。

【０２７８】次に、この実施例８における記録、消去お
よび再生特性を示す。

【０２７９】まず、ＳｉＯ₂ 上層絶縁膜８６／Ｓｉナノ
結晶層８５／ＳｉＯ下層絶縁膜８４／Ｓｉ基体８１／下
部電極８２による記録媒体８０に、５Ｖのパルス電圧を
ヘッドすなわち針状電極２１と下部電極８２との間に印
加して、基体８１側から、電子を主としてＳｉナノ結晶
層８５におけるキャリアトラップに局所的に注入する。
この場合、１つのＳｉナノ結晶トラップには複数個の電
子を注入することが可能である。

【０２８０】このようにして、情報の記録がなされた記
録媒体８０に対して、図４で説明したヘテロダイン検出
ＳＭＭ再生装置によって、その局所的な注入電荷量の差
を表面電位Ｖｓの分布の変化量として検出する。このヘ
テロダイン検出方式において１０ＭＨｚの高周波数領域
で表面電位分布を評価した。

【０２８１】その結果、表面形状は、パルス電圧を印加
する前後で変化は観察されなかった。すなわち、パルス
電圧を印加することによって記録媒体の表面が変質する
ことなく良好に保持されていることが分かった。そし
て、ＳＭＭ像では、３μｍ×３μｍの領域の表面電位分
布を検討した。この場合、通常のＳＭＭ測定で行ってい
る５〜１０ｋＨｚでの評価結果とほぼ同一であることが
分かった。この場合、電子が注入された部分の表面電位
のコントラストが、その周辺と比較して低くなってお
り、記録ビットが観測された。つまり、１０ＭＨｚでの
高周波数領域でも、５〜１０ｋＨｚと同様な表面電位分
布が得られていることが分かった。これは、表面電位分
布が１０ＭＨｚの高周波数領域においても検出可能であ
ることを示すものである。

【０２８２】注入電荷量の差は、電位差では約３０ｍＶ
であり、ＳＭＭの電位分解能が１ｍＶであることから、
例えばデジタル信号“０”および“１”のデータの識別
を充分行うことができる値であることが分かった。

【０２８３】また、＋５Ｖを先に、上述の記録媒体１０
に印加した後に、−５Ｖのパルス電圧を印加した場合、
周辺の表面電位と同様な値を示すことが分かった。これ
は記録ビットの消去が可能であることを示している。

【０２８４】また、オーバーライト特性は、パルス電圧
条件を最適化することにより可能となることも分かっ
た。また、ヘテロダイン検出方式により、表面電位分布
像における記録ビットの検出が１０ＭＨｚの高周波数領
域においても可能であることも分かった。

【０２８５】このことはヘテロダイン検出方式のＳＭＭ
を用いることにより、高周波領域での記録ビットの再生
が可能であることを示している。このことから、本実施
例の記録媒体の局所的な電荷の注入量がカンチレバー記
録ヘッドよりのバイアス電圧印加により制御可能なこと
が示された。

【０２８６】この２種類の局所的な電荷の有無を、デジ
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、ＳＭＭ像において、表面電位
のコントラストの低い部分と周辺に生じた高い部分でデ
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。

【０２８７】次に、予め記録ビット列を作製した後、ヘ
テロダイン検出法を用いた記録ビット列の並列再生を試
みた。その結果、この場合も記録ビット列が再生可能で
あることが確認された。具体的には、１０ＭＨｚにおい
て、１０個並列した再生ヘッドを用いた高密度並列再生
が可能であることが分かった。

【０２８８】種々の実験の結果、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。

【０２８９】また、キャリア注入による記録、消去時間
も１μｓより小さくすることが可能であることが分かっ
た。

【０２９０】そして、局所的にキャリアを注入した記録
ビット領域は、十分安定に保持されることが分かった。

【０２９１】上述したように、この実施例８では、１０
個の集積された再生へッドにより記録ビットを高速に並
列再生することができた。

【０２９２】さらに、１０個の記録へッドで並列記録を
行った後、１０個の再生へッドで並列再生を試みたが、
基本的に並列記録と並列再生の両立が可能であることを
見い出した。

【０２９３】〔実施例９〕本実施例では記録媒体とし
て、実施例１と同様の電荷蓄積材料による記録媒体を用
い、図２及び図３で説明した１０個並列に作製した記録
および消去へッドＨＲと、並列再生ヘッドＨＰをそれぞ
れ別構成とした。

【０２９４】すなわち、各ヘッドＨＲとＨＰのカンチレ
バーを独別に構成し、記録媒体１０に対して接触状態で
用いられる記録および消去へッドＨＲの針状電極に関し
ては、その摩耗を考慮して表面に形成される導電層を比
較的厚く形成し、例えばその先端の曲率半径が５０〜１
００ｎｍとするのに対して、非接触状態で用いられる再
生へッドＨＰに関しては、その摩耗を考慮する必要がな
いことから、表面導電層は薄く形成して、その針状電極
の先端の曲率半径は記録および消去へッドＨＲのそれよ
り小さい３０ｎｍ以下とする。

【０２９５】このように、再生へッドの針状電極の先端
の曲率半径を小さくすることによって、再生時の表面電
位の空間分解能の解像度を上げることができることか
ら、その最小記録領域の大きさを直径約６０ｎｍ以下に
まで小さくすることができた。

【０２９６】１０個を集積した再生ヘッドを用いた場合
でも、並列再生は可能であることが分かった。

【０２９７】また、局所的に電荷が注入された領域は、
十分安定に保持できた。

【０２９８】上述したように、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確認され
た。

【０２９９】また、この実施例１では電荷蓄積材料によ
る記録媒体を用いたが、他の実施例で示した電荷蓄積材
料を記録媒体に適用した場合であっても本発明の本質が
変わらないことは言うまでもない。

【０３００】〔実施例１０〕本実施例ではディスク形状
をしている記録媒体を回転させ、１０個の集積した記録
または再生ヘッドを用いて、並列記録または並列再生を
行った。

【０３０１】ヘッドは実施例９で確認した２種類の記録
および再生用へッドを用いた。また、記録媒体は実施例
１で用いた電荷蓄積材料による媒体を用いた。

【０３０２】この場合の情報の記録再生特性は、実施例
１と同様に確認することができた。

【０３０３】また、記録媒体と非接触状態で情報の再生
を行っているため、記録媒体が高速回転している場合で
も、ヘッドと記録媒体間の摩擦摩耗による影響を最小限
に抑止することができた。

【０３０４】また、種々の実験の結果、この場合におい
ても記録スポット直径を１００ｎｍ以下にすることが可
能であることが分かった。記録消去時間は１μｓより小
さくすることができた。

【０３０５】また、記録ヘッドの共振周波数を十分大き
く（１０ＭＨｚオーダ）、バネ定数を十分小さく（約１
Ｎ／ｍ）することにより、記録ビットの５ＭＨｚ帯での
１０個並列な高速再生が可能になった。

【０３０６】さらに、局所的に電荷が注入された領域は
十分安定に保持された。

【０３０７】〔実施例１１〕この実施例における記録媒
体は、針状電極を含むヘッドから電子を、記録媒体のキ
ャリアトラップに注入または放出することによる記録態
様で３値記録をとる場合でかつ１０個並列に配置した記
録マルチヘッドを用いた１０並列記録をとる場合であ
る。

【０３０８】この場合の記録媒体は、図７（ａ）にその
概略断面図を示すように、Ｓｉ基体１１上に、その表面
熱酸化による厚さ４ｎｍＳｉＯ₂ 膜１４が形成され、こ
れの上にＬＰＣＶＤ（低圧ＣＶＤ（化学的気相成長））
法により厚さ１０ｎｍのＳｉＮ膜１５が形成され、これ
の上に、熱酸化法により厚さ３．５ｎｍのＳｉＯ₂ 膜１
６による電荷蓄積層が形成されて成る。

【０３０９】この電荷蓄積層を有する記録媒体に対する
記録は、前述した記録マルチヘッドを構成する単一の記
録ヘッドＨＲによって行う。この記録マルチヘッドは並
列に１０個配置されている。その中の任意の記録ヘッド
に対して、記録媒体を、移動載置台３０上に配置し、記
録媒体の表面ＳｉＯ₂ 層１６に、針状電極２１を、いわ
ば微小面接触させて、載置台３０を移動させて記録媒体
上に針状電極２１を走査しつつ記録情報に基づいてパル
ス電圧を印加して、導電性カンチレバーよりＳｉＯ₂ ／
ＳｉＮ界面付近に存在するキャリアトラップに電子を局
所的に注入または放出して３値情報に対応する情報の記
録をパルス電圧の極性に対応させて行う。

【０３１０】すなわち、記録媒体中のキャリアトラップ
に局所的に注入または放出したキャリア（電子）の状態
により表面電位が制御可能であり、その結果として３値
記録の記録情報に応じた電位パターンを形成することが
できる。

【０３１１】次に、この実施例における記録媒体の電圧
容量特性を検討した。

【０３１２】記録層のトラップが電荷の注入を受けてい
る場合と、電荷の注入を受けていない場合と比較して電
圧容量特性が異なる。その結果として、注入電荷の有無
で電圧容量特性にヒステリシス特性を示すことが分か
る。

【０３１３】ヒステリシス特性におけるフラットバンド
電圧のシフト量ΔＶは注入された電荷量に依存してお
り、注入電荷量が多いほどΔＶは大きくなる。このヒス
テリシス特性は一定のバイアス電圧では注入電荷の有無
によって静電容量の値が異なるため、キャリアトラップ
への局所的キャリアの注入の有無による空間的な容量変
化を表面電位の変化として記録媒体に非接触状態で検出
することにより情報の記録再生が可能になる。

【０３１４】次に、この実施例１１における記録消去再
生特性を示す。

【０３１５】まず、記録媒体に、−９Ｖまたは９Ｖのパ
ルス電圧を、針状電極を含む任意の記録ヘッドＨＲの針
状電極２１から、これに近接した場所に印加して、局所
的に電子をＳｉＯ₂ ／ＳｉＮ界面付近のトラップに注入
または放出する。

【０３１６】図１４に９Ｖ、４ｍｓのパルス電圧を印加
した場合の記録ビットパターンをＳＭＭで検出再生した
例を示した。図１４はその表面電位像であり、周囲と比
較して表面電位が増大している部分を情報"２"、周囲と
同一の表面電位の部分を情報の"１"に対応させることが
できる。また、図１５に示すように−９Ｖ、４ｍｓのパ
ルス電圧を印加することにより、周囲と比較して表面電
位が減少している部分が生じ、この表面電位が情報"０"
に対応させることができる。図１６にＳＭＭ再生法を用
いて検出再生した１次元記録ビットパターンを示す。情
報"２"は９Ｖ、２ｍｓのパルス電圧による電子の局所的
な放出により形成した。情報"２"と情報"１"に対応する
記録ビットパターンが形成されていることが分かる。

【０３１７】図１７に情報"２"に対応する２次元記録ビ
ットパターンを示す。記録ビットの直径は約１００ｎｍ
であり、従来と比較して数倍の高記録密度を実現した。
このことより、３値情報の記録、再生ができることが分
かった。

【０３１８】以上、１０個並列に並んでいる記録マルチ
ヘッドの中の任意の記録ヘッドを用いた３値記録再生に
ついて示したが、他の９個の記録ヘッドを用いた場合で
あっても、３値記録再生は可能であり、この系を用いた
場合は、通常の単一ヘッド２値記録と比較して、記録密
度で１．５倍、記録速度で１０倍の特性を得ることがで
きる。

【０３１９】次に、図４のヘテロダイン検出ＳＭＭ再生
装置を用いて、上述の記録媒体に対する記録、すなわち
局所的な注入電荷量の差を静電容量表面電位Ｖｓの分布
として検出した。この場合、１０ＭＨｚの高周波数領域
で静電容量表面電位分布を評価した。

【０３２０】その結果、表面形状は、パルス電圧を印加
する前後で変化は観察されず、パルス電圧を印加するこ
とによって記録媒体の表面が変質することなく良好に保
持されていることが分かった。

【０３２１】このヘテロダイン検出ＳＭＭ像において、
電子が注入または放出された部分にコントラストが生
じ、記録ビットが再生された。その表面電位は周辺と比
較して増大または減少していることが分かり、パルス電
圧の極性によって記録ビットの極性が対応することが分
かった。この２種類の極性と周辺の電子の注入または放
出されていない位置の表面電位とを併せて３値の情報の
記録再生が可能なことが分かった。

【０３２２】また、ヘテロダイン検出ＳＭＭ再生法を用
いることにより、１０ＭＨｚでの高周波数領域でも通常
のＳＭＭの動作領域である５〜２０ｋＨｚの場合と同様
な表面電位分布が得られていることが分かった。これは
表面電位分布が１０ＭＨｚの高周波数領域においても記
録ビットの検出再生ができることを示すものである。

【０３２３】キャリアの注入電荷量の差は電位差で約７
０ｍＶであり、ＳＭＭの電位分解能が１ｍＶであること
から、例えばデジタル信号"０"、"１"および"２"のデー
タの識別を充分行うことができる値であることが分かっ
た。

【０３２４】このことから、この実施例の記録媒体の局
所的な電荷の注入または放出量がカンチレバー記録ヘッ
ドよりのパルスバイアス電圧印加により制御可能である
ことが示された。

【０３２５】この２種類の局所的な電荷に起因した表面
電位の値をデジタルデータのストレージの"０"、"１"
と"２"に対応させることができることが分かった。

【０３２６】種々の実験の結果、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、キャリア注入の記録または消去時間も１μｓ
より小さくすることが可能であることが分かった。

【０３２７】そして、局所的にキャリアを注入した領域
は、充分安定に保持されることが分かった。

【０３２８】以上、１０個並列に並んでいる記録マルチ
ヘッドの任意の記録ヘッドを用いた３値記録のヘテロダ
イン検出ＳＭＭ再生法を用いた高速再生において示した
が、他の９個の記録ヘッドを用いた場合であっても、３
値記録、高速再生は可能であり、この記録マルチヘッド
系を用いた場合は、通常の単一ヘッド２値記録と比較し
て、記録密度で１．５倍、記録速度で１０倍の特性を得
ることができる。

【０３２９】上述したように、この実施例１１では記録
マルチヘッドを用いた３値記録の高密度記録再生装置と
して充分な機能を持っていることが分かった。

【０３３０】本実施例では記録マルチヘッドが１０個並
列に並んだ場合の１０並列記録３値記録再生装置につい
て示したが、１０並列記録３値記録装置、または１０並
列記録３値再生装置（再生専用）としても適用可能なこ
とは言うまでもない。

【０３３１】また、記録マルチヘッドの並列度を１０以
上に大きくした場合であっても本発明は適用可能であ
る。

【０３３２】〔実施例１２〕この実施例における記録媒
体は、針状電極を含むヘッドから電子を、記録媒体のキ
ャリアトラップに注入または放出することによる記録態
様で３値記録をとる場合でかつ記録／再生マルチヘッド
を１０並列に配置して１０並列記録／再生をとる場合で
ある。

【０３３３】この場合の記録媒体は、図７（ａ）にその
概略断面図を示すように、Ｓｉ基体１１上に、その表面
熱酸化による厚さ４ｎｍＳｉＯ₂ 膜１４が形成され、こ
れの上にＬＰＣＶＤ（低圧ＣＶＤ（化学的気相成長））
法により厚さ１０ｎｍのＳｉＮ膜１５が形成され、これ
の上に、熱酸化法により厚さ３．５ｎｍのＳｉＯ₂ 膜１
６による電荷蓄積層が形成されて成る。

【０３３４】この電荷蓄積層を有する記録媒体に対する
記録は、前述した記録マルチヘッドの中の任意の記録ヘ
ッドＨＲによって行う。この記録マルチヘッドは並列に
１０個配置されている。

【０３３５】その中の任意の記録ヘッドに対して、記録
媒体を、移動載置台３０上に配置し、記録媒体の表面Ｓ
ｉＯ₂ 層１６に、針状電極２１を、いわば微小面接触さ
せて、載置台３０を移動させて記録媒体上に針状電極２
１を走査しつつ記録情報に基づいてパルス電圧を印加し
て、導電性カンチレバーよりＳｉＯ₂ ／ＳｉＮ界面付近
に存在するキャリアトラップに電子を局所的に注入また
は放出して３値情報に対応する情報の記録をパルス電圧
の極性に対応させて行う。

【０３３６】すなわち、記録媒体中のキャリアトラップ
に局所的に注入または放出したキャリア（電子）の状態
により表面電位が制御可能であり、その結果として３値
記録の記録情報に応じた電位パターンを形成することが
できる。

【０３３７】次に、この実施例における記録媒体の電圧
容量特性を検討した。

【０３３８】記録層のトラップが電荷の注入を受けてい
る場合と、電荷の注入を受けていない場合と比較して電
圧容量特性が異なる。その結果として、注入電荷の有無
で電圧容量特性にヒステリシス特性を示すことが分か
る。

【０３３９】ヒステリシス特性におけるフラットバンド
電圧のシフト量ΔＶは注入された電荷量に依存してお
り、注入電荷量が多いほどΔＶは大きくなる。このヒス
テリシス特性は一定のバイアス電圧では注入電荷の有無
によって静電容量の値が異なるため、キャリアトラップ
への局所的キャリアの注入の有無による空間的な容量変
化を表面電位の変化として記録媒体に非接触状態で検出
することにより情報の記録再生が可能になる。

【０３４０】次に、この実施例１２における記録消去再
生特性を示す。

【０３４１】まず、記録媒体に、−９Ｖまたは９Ｖのパ
ルス電圧を、針状電極を含む任意の単一ヘッドＨＲの針
状電極２１から、これに近接した場所に印加して、局所
的に電子をＳｉＯ₂ ／ＳｉＮ界面付近のトラップに注入
または放出する。

【０３４２】９Ｖ、４ｍｓのパルス電圧を印加した場合
の記録ビットパターンをＳＭＭで検出再生した例を示し
た。その表面電位像では、周囲と比較して表面電位が増
大している部分を情報"２"、周囲と同一の表面電位の部
分を情報の"１"に対応させることができる。また、−９
Ｖ、４ｍｓのパルス電圧を印加することにより、周囲と
比較して表面電位が減少している部分が生じ、この表面
電位が情報"０"に対応させることができる。ＳＭＭ再生
法を用いて検出再生した１次元記録ビットパターンを示
す。情報"２"は９Ｖ、２ｍｓのパルス電圧による電子の
局所的な放出により形成した。情報"２"と情報"１"に対
応する記録ビットパターンが形成されていることが分か
る。

【０３４３】情報"２"に対応する２次元記録ビットパタ
ーンを示す。記録ビットの直径は約１００ｎｍであり、
従来と比較して数倍の高記録密度を実現した。このこと
より、３値情報の記録、再生ができることが分かった。

【０３４４】以上、１０個並列に並んでいる記録マルチ
ヘッドの中の任意の記録ヘッドを用いた３値記録再生に
ついて示したが、他の９個の記録再生ヘッドを用いた場
合であっても、３値記録再生は可能であり、この系を用
いた場合は、通常の単一ヘッド２値記録と比較して、記
録密度で１．５倍、記録速度で１０倍、再生速度で１０
倍の特性を得ることができる。

【０３４５】次に、ヘテロダイン検出ＳＭＭ再生装置を
用いて、上述の記録媒体に対する記録、すなわち局所的
な注入電荷量の差を静電容量表面電位Ｖｓの分布として
検出した。この場合、１０ＭＨｚの高周波数領域で静電
容量表面電位分布を評価した。

【０３４６】その結果、表面形状は、パルス電圧を印加
する前後で変化は観察されず、パルス電圧を印加するこ
とによって記録媒体の表面が変質することなく良好に保
持されていることが分かった。

【０３４７】このヘテロダイン検出ＳＭＭ像において、
電子が注入または放出された部分にコントラストが生
じ、記録ビットが再生された。その表面電位は周辺と比
較して増大または減少していることが分かり、パルス電
圧の極性によって記録ビットの極性が対応することが分
かった。この２種類の極性と周辺の電子の注入または放
出されていない位置の表面電位とを併せて３値の情報の
記録再生が可能なことが分かった。

【０３４８】また、ヘテロダイン検出ＳＭＭ再生法を用
いることにより、１０ＭＨｚでの高周波数領域でも通常
のＳＭＭの動作領域である５〜２０ｋＨｚの場合と同様
な表面電位分布が得られていることが分かった。これは
表面電位分布が１０ＭＨｚの高周波数領域においても記
録ビットの検出再生ができることを示すものである。

【０３４９】キャリアの注入電荷量の差は電位差で約７
０ｍＶであり、ＳＭＭの電位分解能が１ｍＶであること
から、例えばデジタル信号"０"、"１"および"２"のデー
タの識別を充分行うことができる値であることが分かっ
た。

【０３５０】このことから、この実施例の記録媒体の局
所的な電荷の注入または放出量がカンチレバー記録ヘッ
ドよりのパルスバイアス電圧印加により制御可能である
ことが示された。

【０３５１】この２種類の局所的な電荷に起因した表面
電位の値をデジタルデータのストレージの"０"、"１"
と"２"に対応させることができることが分かった。さら
に、種々の実験の結果、最小記録ビットの直径を１００
ｎｍ以下にすることが可能であることが分かった。ま
た、キャリア注入の記録または消去時間も１μｓよりの
小さくすることが可能であることが分かった。

【０３５２】そして、局所的にキャリアを注入した領域
は、充分安定に保持されることが分かった。

【０３５３】以上、１０個並列に並んでいる記録再生マ
ルチヘッドの中の任意の記録ヘッドを用いた３値記録ビ
ットのヘテロダイン検出ＳＭＭ再生法を用いた高速再生
について示したが、他の９個の記録／再生ヘッドを用い
て再生した場合であっても、３値記録、高速再生は可能
であり、この系を用いた場合は、通常の単一ヘッド２値
記録と比較して、記録密度で１．５倍、記録速度および
再生速度で１０倍の特性を得ることができる。

【０３５４】上述したように、この実施例１２では３値
記録の高密度記録再生装置として充分な機能を持ってい
ることが分かった。

【０３５５】本実施例では記録／再生マルチヘッドが１
０個並列に並んだ場合の１０並列記録／再生の３値記録
再生装置について示したが、並列度を１０以上に大きく
した場合の多重記録／再生３値記録装置としても適用可
能なことは言うまでもない。

【０３５６】〔実施例１３〕本実施例では、実施例１１
と同様の並列度１０の記録マルチヘッド、記録媒体を用
いて、５値情報の記録再生消去の検討結果を示した。図
１８に記録マルチヘッドの中の任意の１個の記録再生ヘ
ッドを用いて検討した、表面電位のパルス電圧依存性を
示した。これにより表面電位Ｖｓはパルス電圧Ｖｐが増
大するにつれて単調に増大していることが分かる。ま
た、バイアス電圧の極性が反対の場合も、表面電位とパ
ルス電圧は図１８と同様の関係を示した。このため、こ
の傾向はパルス電圧の極性に依存していないことも分か
った。

【０３５７】そこで、情報を以下に示す表面電位に分割
して５値の記録再生を試みた。

【０３５８】情報"０"として表面電位 −４０ｍＶ以下情報"１"として表面電位 −３５ｍＶ〜−１５ｍＶ情報"２"として表面電位 −１０ｍＶ〜＋１０ｍＶ情報"３"として表面電位＋１５ｍＶ〜＋３５ｍＶ情報"４"として表面電位＋４０ｍＶ以上データの記録はプラスマイナス１０Ｖまたはプラスマイ
ナス６Ｖの電圧パルスの印加で行い、多値記録が可能な
表面電位の値を制御した。

【０３５９】再生は通常のＳＭＭまたはヘテロダイン検
出方式のＳＭＭの表面電位分布の表面電位差として、局
所的な電荷トラップ領域に記録させた情報を読み出し
た。

【０３６０】電荷蓄積層のＳｉＯ₂ ／ＳｉＮ界面付近の
トラップに存在する電荷の状態を表面電位の変化として
パルス印加電圧条件により制御し、デジタルデータの"
０"、"１"、"２"、"３"および"４"に対応する表面電位
が得られることが分かった。ビット情報間の電位差は、
ＳＭＭの検出感度１ｍＶに対して十分とれることが明ら
かになった。

【０３６１】以上より、表面電位の極性と大きさをパル
ス電圧の極性と電圧の大きさで制御して、５値の情報の
記録再生消去を実現した。

【０３６２】また、先端直径の鋭いカンチレバーを再生
ヘッドに用いることにより、記録ビットの直径も１００
ｎｍ以下になることが分かった。

【０３６３】また、局所的に電荷が注入または放出され
た記録ビット領域は充分安定に保持されることが分かっ
た。

【０３６４】以上、１０個並列に並んでいる記録マルチ
ヘッドの中の任意の記録ヘッドを用いた５値記録のヘテ
ロダイン検出ＳＭＭ再生法を用いた高速再生について示
したが、他の９個の単一記録ヘッドを用いた場合であっ
ても、５値記録、高速再生は可能であり、この記録マル
チヘッドの系を用いた場合は、通常の単一ヘッド２値記
録と比較して、記録密度で２．５倍、記録速度で１０倍
の特性を得ることができる。

【０３６５】以上より、この実施例では５値記録の高密
度記録再生装置として充分な機能を持っていることが分
かった。

【０３６６】本実施例では５値の記録マルチヘッドを用
いた並列記録再生装置について示したが、本発明が５値
の並列記録装置、または５値の並列再生装置としても適
用可能なことは言うまでもない。

【０３６７】また、並列度を１０以上に大きくした５値
並列記録再生装置としても適用可能である。

【０３６８】〔実施例１４〕本実施例では、実施例１２
と同様の並列度１０の記録／再生マルチヘッド、記録媒
体を用いて、５値情報の記録再生消去の検討結果を示し
た。図１８に記録再生マルチヘッドの中の任意の１個の
記録／再生ヘッドを用いて検討した、表面電位のパルス
電圧依存性を示した。これにより表面電位はパルス電圧
が増大するにつれて単調に増大していることが分かる。
また、バイアス電圧の極性が反対の場合も、表面電位と
パルス電圧は図１８と同様の関係を示した。このため、
この傾向はパルス電圧の極性に依存していないことも分
かった。

【０３６９】そこで、情報を以下に示す表面電位に分割
して５値の記録再生を試みた。

【０３７０】情報"０"として表面電位 −４０ｍＶ以下情報"１"として表面電位 −３５ｍＶ〜−１５ｍＶ情報"２"として表面電位 −１０ｍＶ〜＋１０ｍＶ情報"３"として表面電位＋１５ｍＶ〜＋３５ｍＶ情報"４"として表面電位＋４０ｍＶ以上データの書き込みはプラスマイナス１０Ｖまたはプラス
マイナス６Ｖの電圧パルスの印加で行い、多値記録が可
能な表面電位の値を制御した。

【０３７１】再生はＳＭＭまたはヘテロダイン検出方式
のＳＭＭの表面電位分布の表面電位差として、局所的な
電荷トラップ領域に記録させた情報を読み出した。

【０３７２】電荷蓄積層のＳｉＯ₂ ／ＳｉＮ界面付近の
トラップに存在する電荷の状態を表面電位の変化として
パルス印加電圧条件により制御し、デジタルデータの"
０"、"１"、"２"、"３"および"４"に対応する表面電位
が得られることが分かった。ビット情報間の電位差はＳ
ＭＭの検出感度１ｍＶに対して充分とれることが分かっ
た。

【０３７３】以上より、表面電位の極性と大きさをパル
ス電圧の極性と電圧の大きさで制御して、１０並列した
記録／再生マルチヘッドの中の任意の１個の記録／再生
ヘッドを用いた５値の情報の記録再生消去を実現した。

【０３７４】また、先端直径の鋭いカンチレバーを再生
マルチヘッドに用いることにより、記録ビットの直径も
１００ｎｍ以下になることが分かった。

【０３７５】また、局所的に電荷が注入または放出され
た記録ビット領域は充分安定に保持されることが分かっ
た。

【０３７６】以上、１０個並列に並んでいる記録再生マ
ルチヘッドの中の任意の記録ヘッドを用いた５値記録の
ヘテロダイン検出ＳＭＭ再生法を用いた高速再生につい
て示したが、他の９個の記録ヘッドを用いた場合であっ
ても、５値記録、高速再生は可能であり、この系を用い
た場合は、通常の単一ヘッド２値記録と比較して、記録
密度で２．５倍、記録速度および再生速度で１０倍の特
性を得ることができる。

【０３７７】以上より、この実施例では並列度１０個の
記録／再生マルチヘッドを用いた５値記録の１０並列記
録再生、高密度記録再生装置として充分な機能を持って
いることが分かった。

【０３７８】本実施例では１０個の並列度有する記録マ
ルチヘッドを用いた５値の記録／再生装置について示し
たが、本発明が並列度が１０よりも大きい場合の並列多
値記録再生装置としても適用可能なことは言うまでもな
い。

【０３７９】〔実施例１５〕この実施例における記録媒
体は、並列度１０の記録再生マルチヘッドの任意の１個
の記録ヘッドから電子をトラップに注入または放出する
ことによる３値記録の記録態様をとる場合である。

【０３８０】この実施例では、図１９にその概略断面図
を示すように、記録媒体１０Ｂは、Ｓｉ気体１１上に、
その表面熱酸化によって厚さ４ｎｍＳｉＯ₂ 膜１４が形
成され、これの上にＬＰＣＶＤ法により厚さ５ｎｍのＳ
ｉＮ膜１５が形成され、さらにこれの上にＬＰＣＶＤ法
により厚さ３ｎｍのＳｉＯ₂ 膜１６が形成され、さらに
これの上に、厚さ５ｎｍのＳｉＮ膜１７が形成され、こ
れの上に熱酸化法またはＬＰＣＶＤ法により厚さ３．５
ｎｍのＳｉＯ₂ 膜１６が形成され電荷蓄積層が有して成
る。

【０３８１】上記ＬＰＣＶＤで形成したＳｉＯ₂ 膜とＳ
ｉＮ膜は、クラスタツールＣＶＤ装置を用いて連続的に
作製した。

【０３８２】この電荷蓄積層を有する記録媒体に対する
記録は、前述した図２の記録ヘッドＨＲによって行う。
すなわち、記録媒体を、移動載置台３０上に配置し、記
録媒体の表面ＳｉＯ₂ 層１６に、針状電極２１を、いわ
ば点接触させて、載置台３０を移動させて記録媒体上に
針状電極２１を走査しつつ記録情報に基づいてパルス電
圧を印加して、導電性カンチレバーよりＳｉＯ₂ ／Ｓｉ
Ｎ界面付近に存在するキャリアトラップに電子を局所的
に注入または放出して情報の記録を行う。すなわち、キ
ャリアトラップに局所的に注入したキャリア（電子）の
有無に応じた電位パターンを形成する。

【０３８３】この実施例では、ヘテロ界面の数は実施例
１１と比較して１．５倍になっているため、その結果と
して、界面に存在し得るキャリアトラップの濃度も大き
くなる。

【０３８４】またこの実施例では、ＳｉＯ₂ 膜とＳｉＮ
膜のヘテロ界面付近のキャリアトラップに導電性カンチ
レバーより電子を局所的に注入または放出することによ
って局所的に電荷量の差を生じさせ、電荷量の差の検出
を表面電位Ｖｓの分布の検出によって行う。

【０３８５】次に、この実施例１５における３値情報の
記録消去再生特性を示す。

【０３８６】まず、ＳｉＯ₂ ／ＳｉＮ／ＳｉＯ₂ ／Ｓｉ
Ｎ／ＳｉＯ₂ ／Ｓｉ構造の記録媒体に、−９Ｖまたは９
Ｖ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、局所的に電子を界面トラップに注入または放出し
て形成した３値情報は以下の表面電位に分割して検出再
生する。

【０３８７】情報"０"として表面電位 −７０ｍＶ〜−
３０ｍＶ情報"１"として表面電位 −１５ｍＶ〜＋１５ｍＶ情報"２"として表面電位＋３０ｍＶ〜＋７０ｍＶ次に、上述の図３の通常のＳＭＭ型の再生装置ＲＳＳ
Ｍ、および図４のヘテロダイン検出ＳＭＭ型の再生装置
ＲＳＳＭＨを用いて、記録媒体の局所的な注入または放
出電荷量の差を表面電位Ｖｓの分布として検出する。通
常のＳＭＭ再生法およびヘテロダインＳＭＭ再生法によ
って３μｍ×３μｍのエリアを評価した結果、表面形状
は、パルス電圧を印加する直後で変化は観察されず、パ
ルス電圧を印加することによって記録媒体の表面が変質
することなく良好に保持されていることが分かった。

【０３８８】ヘテロダインＳＭＭ像では３μｍ×３μｍ
の部分でキャリアの注入または放出させた部分の表面電
位のコントラストは周辺と比較して変化した。これは−
９Ｖまたは９Ｖのパルス電圧印加によって電子が導電性
カンチレバーより界面付近のトラップに局所的に注入ま
たは放出され、その結果として表面電位の値が周囲と比
較して増加または減少していること、すなわち、記録ビ
ットが形成されていることを示した。

【０３８９】また、ヘテロダインＳＭＭのスキャンエリ
アをさらに小さくして、例えば１．５μｍ×１．５μｍ
として、同様な実験を試みた場合も、電子のキャリア注
入または放出により電荷量、その結果として表面電位が
増大または減少している記録ビットが検出再生された。

【０３９０】以上より微細な記録ビットをヘテロダイン
検出ＳＭＭ再生法によって検出可能であることが分かっ
た。ＳＭＭ電位分解能が１ｍＶであることから、例えば
デジタル信号"０"、"１"および"２"のデータの識別を充
分行うことができる値であることが分かった。

【０３９１】このことから、この実施例の記録媒体の局
所的な電荷の注入または放出量がカンチレバー記録ヘッ
ドよりのバイアス電圧印加により制御できることがこと
が示された。

【０３９２】この２種類の局所的な電荷の有無をデジタ
ルデータのストレージの"０"、"１"と"２"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
暗い部分と周辺部分でデジタルデータの"０"、"１"と"
２"に対応させることにより高密度記録ができることが
分かった。

【０３９３】また種々の実験の結果、最小記録領域の直
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、キャリア注入の記録消去時間も１μｓより
小さくすることが可能であることが分かった。

【０３９４】そして、局所的にキャリアを注入した領域
は、充分安定に保持されることが確認された。

【０３９５】尚、この実施例では、ＳｉＯ₂ ／ＳｉＮヘ
テロ界面が３種類形成されている場合について示した
が、ヘテロ界面が１種類の場合、すなわち、ＳｉＮ／Ｓ
ｉＯ₂／Ｓｉ構成による記録媒体の場合も３値記録の記
録、再生、消去ができることを確認した。

【０３９６】また、本実施例では並列度１０の記録／再
生マルチヘッドを用いた記録再生装置について示した
が、記録再生マルチヘッドを用いた３値の記録装置また
は再生装置としても本発明は適用可能である。

【０３９７】〔実施例１６〕この実施例では並列度１０
の記録／再生マルチヘッドを用いた３値記録で、蓄積キ
ャリアをＳｉ基体側から電荷蓄積記録のキャリアトラッ
プに注入または放出する方式での３値情報の記録再生を
行った場合である。

【０３９８】この実施例で用いた記録媒体は、図７
（ａ）に示すように、ＳｉＯ₂ 膜１４（厚さ２．５ｎ
ｍ）、ＳｉＮ膜１５（厚さ１０ｎｍ）およびＳｉＯ₂ 膜
１６の構成によるものの、膜厚および作製法がこれまで
の実施例とは異なっている。

【０３９９】この実施例で用いた記録媒体においては、
そのＳｉＯ₂ 膜１６を熱ＣＶＤ法によって形成し、その
膜厚を５ｎｍとした。すなわち、ＳｉＯ₂ 膜１４を薄く
し、ＳｉＯ₂ 膜１６を厚くすることによりＳｉ基板側よ
りキャリアを注入している。

【０４００】そして、その記録、消去、および再生方法
も実施例１１と同様の方法によった。

【０４０１】この場合の３値記録での電位分布の分割は
次の通りである。

【０４０２】情報"０"として表面電位 −７０ｍＶ〜−
３０ｍＶ情報"１"として表面電位 −１５ｍＶ〜＋１５ｍＶ情報"２"として表面電位＋３０ｍＶ〜＋７０ｍＶ１０個並列しているうちの任意の記録ヘッドを用いて、
記録ヘッドにパルス電圧を印加することにより、Ｓｉ基
体側から電荷蓄積記録の電子をキャリアトラップに注
入、放出することができ、その結果として、実施例１１
と同様に、３値記録での記録ビットの記録再生消去が可
能であることが分かった。

【０４０３】記録ビットの記録再生特性については本実
施例も実施例１１と同等の特性が得られた。また、この
実施例では、再生にヘテロダイン検出方式のＳＭＭ再生
法を用いているため、記録ビットの高周波領域での高速
な再生が可能になった。

【０４０４】また、本実施例では記録再生マルチヘッド
を用いた３値情報の記録再生装置について示したが、３
値情報の記録再生装置および再生装置としても適用する
ことは可能である。また、並列度１０以上の並列多値記
録再生装置としても適用可能である。

【０４０５】〔実施例１７〕この実施例では記録媒体と
して、実施例１１と同様の記録媒体を用い、図２および
図４で説明した記録および消去ヘッドＨＲと、再生ヘッ
ドＨＰをそれぞれ別構成として、並列度１０の記録再生
マルチヘッドを用いた３値記録を行った例を示す。

【０４０６】すなわち、各ヘッドＨＲとＨＰのカンチレ
バーを独別に構成し、記録媒体１０に対して接触状態で
用いられる記録および消去ヘッドの針状電極に関して
は、その磨耗を考慮して表面に形成される導電層を比較
的厚く形成した。例えばその先端の曲率半径が５０〜１
００ｎｍとするが、非接触状態で用いられる再生ヘッド
ＨＰに関してはその磨耗を考慮する必要がないことか
ら、表面導電層は薄く形成して、その針状電極の先端の
曲率半径は記録および消去ヘッドＨＲのそれより小さい
３０ｎｍ以下でその共振周波数を５ＭＨｚとした。

【０４０７】このように再生ヘッドの針状電極の先端の
曲率半径小さくすることによって、再生時の表面電位の
空間分解能の解像度を上げることができることから、そ
の最小記録領域の大きさを直径約６０ｎｍ以下にまで小
さくすることができた。

【０４０８】また、局所的に電荷が注入された領域は、
充分安定に保持できた。また、ヘテロダイン検出方式の
ＳＭＭを用いることにより、記録ビットの高周波数領域
での再生ができた。

【０４０９】このように、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持っていることが確
認された。

【０４１０】また、この実施例では、図７（ａ）で示し
た記録媒体を用いたが、他の構成、例えば図１９で示し
た構成による電荷蓄積層を有する記録媒体を用いた場合
であっても本発明の本質が変わらないことは言うまでも
ない。

【０４１１】さらに、本実施例では並列度１０のマルチ
記録再生ヘッドを用いた３値情報の記録再生装置につい
て示したが、本発明を並列度が１０以上の記録／再生マ
ルチヘッドを用いた３値情報の記録装置または再生装置
として適用することが可能であることは言うまでもな
い。

【０４１２】〔実施例１８〕並列度１０のマルチ記録／
再生ヘッドを、針状電極を有するカンチレバー記録ヘッ
ドと記録媒体の基体との間に電圧パルスを印加し、電子
を電荷蓄積層のトラップへ注入することによる３値記録
態様とする場合である。

【０４１３】この場合の記録媒体８０は、図１３にその
概略断面図を示すように、Ｓｉ基体上８１に、その表面
熱酸化による下層絶縁層としての厚さ３ｎｍのＳｉＯ₂
膜８４を形成した後、プラズマＣＶＤ法によりＳｉナノ
結晶８５ｃを形成し、これの上に、Ｓｉ結晶８５ｃを埋
込む絶縁膜８５ｉを形成して、この絶縁膜８５ｉ中にナ
ノ結晶８５ｃが埋込まれて成るナノ結晶層８５を形成
し、続いてこれの上に、ＬＰＣＶＤ法により上層絶縁膜
として厚さ５ｎｍのＳｉＯ₂ 膜８６を形成して成る。

【０４１４】この記録媒体にＳｉナノ結晶層８５を有す
る電荷蓄積層に対する記録は、前述した図２の記録ヘッ
ドＨＲによって行う。すなわち、記録媒体を、移動載置
台３０上に配置し、記録媒体の表面ＳｉＯ₂ 層８６に、
針状電極２１を、いわば微小面接触させて、載置台３０
を移動させて記録媒体上に針状電極２１を走査しつつ記
録情報に基づいてパルス電圧を印加して、導電性カンチ
レバー２１よりＳｉナノ結晶層を有する電荷蓄積層のキ
ャリアトラップに電子を局所的に注入して情報の記録を
行う。すなわち、キャリアトラップに局所的に注入した
キャリア（電子）有無の記録情報に応じた電位パターン
を形成する。

【０４１５】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、本実施例ではＳｉＯ₂ 膜８４をトンネル
して主としてＳｉナノ結晶層８５のトラップに電子を局
所的に注入することによって局所的に電荷量の差が生じ
させ、電荷量の差の検出を表面電位Ｖｓの分布の検出に
よって行う。

【０４１６】次に、この実施例１８における記録消去再
生特性を示す。

【０４１７】まず、記録媒体のＳｉＯ₂ ／Ｓｉ結晶層／
ＳｉＯ₂ ／Ｓｉ基体に５Ｖ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、電子を主としてＳｉナノ
結晶層に存在する局所的なトラップに注入する。

【０４１８】次に、図３のＳＭＭ再生装置を用いて、記
録媒体の局所的な注入電荷量の差を静電容量表面電位Ｖ
ｓの分布として検出ＳＭＭによって３μｍ×３μｍのエ
リアを評価した結果、表面形状は、パルス電圧を印加す
る前後で変化は観察されず、パルス電圧を印加すること
によって記録媒体の表面が変質することなく良好に保持
されていることが分かった。

【０４１９】ＳＭＭ像では２μｍ×２μｍの部分でキャ
リアの注入させた部分のコントラストは周辺と比較して
暗くなっており。これは５Ｖのパルス電圧によって電子
がＳｉ基体側よりトラップに局所的に注入され、負の電
荷量が周囲と比較して増加していることを示している。

【０４２０】以上より微細な記録ビットＳＭＭ再生法に
よって検出可能であることが分かった。注入電荷量の差
は電位差では約４０ｍＶであり、ＳＭＭ電位分解能が１
ｍＶであることから、例えばデジタル信号"０"およ
び、"１"のデータの識別を充分行うことができる値であ
ることが分かった。

【０４２１】また、−５Ｖのパルス電圧を記録メディア
にかけた場合、すなわち、上述のキャリアの注入、すな
わち記録は反対の極性の電圧を印加した場合、ＳＭＭの
電位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、記録媒体のトラップに注
入されるキャリアの量が反対になっていることが分か
る。

【０４２２】このことから、本実施例の記録媒体の局所
的な電荷の注入量がカンチレバー記録ヘッドよりのバイ
アス電圧印加により制御できることが示された。

【０４２３】この最高の表面電位、中間電位と周辺の電
位、または電子の注入と放出の各々の表面電位と周辺の
電位を３種類の局所的な記録ビットをデジタルデータの
ストレージの"０"、"１"および"２"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
分と周辺部分でデジタルデータの"０"、"１"および"２"
に対応させることにより３値情報を同一の記録ビットに
記録する高密度多値記録ができることが分かった。

【０４２４】また、種々の実験の結果、最小記録領域の
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、キャリア注入のスイッチング時間も１μ
ｓより小さいことが分かった。

【０４２５】また、図４に示したヘテロダイン検出ＳＭ
Ｍ法を用いることにより、１０ＭＨｚ以上の高周波数領
域での記録ビット信号の検出再生を行うことができた。

【０４２６】そして、局所的にキャリアを注入した領域
は、充分安定に保持されることが分かった。上述したよ
うに、本実施例では高密度記録再生装置として充分な機
能を持っていることが分かった。

【０４２７】〔実施例１９〕この実施例では、記録媒体
がいわゆるディスク形状をなしている場合で、これを回
転させて並列度１０の記録再生マルチヘッドを用いた３
値情報の記録再生を行った。ヘッドは、実施例１５で確
認した２種類の記録および再生用ヘッドを用いた。ま
た、記録媒体の構造は、実施例１１と同様の記録媒体を
用いた。

【０４２８】この場合の３値情報の記録再生特性は、実
施例１１と同様に確認することができた。また、記録媒
体と非接触状態で情報の再生を行っているため、記録媒
体が高速回転している場合でも、ヘッドと記録媒体間の
摩擦磨耗による影響を最小限に抑止することができた。
また、ヘテロダイン検出方式のＳＭＭを用いることによ
り、記録ビットの高周波数領域での再生ができた。

【０４２９】また、種々の実験の結果、この場合におい
ても最小記録ビット直径を１００ｎｍ以下にすることが
可能であることが分かった。記録の消去時間は１μｓよ
り小さくすることができた。また、局所的に電荷が注入
された領域は充分安定に保持された。

【０４３０】以上より、本実施例で並列度１０の記録／
再生マルチヘッドを用いた高密度記録再生装置として充
分な機能を持っていることが確認された。この実施例に
おいても、図７（ａ）で示した構成による記録媒体を用
いたが、他の構成、例えば図１９、図１３に示した構成
による電荷蓄積層を有する記録媒体を用いた場合であっ
ても本発明の本質が変わらないことが言うまでもない。

【０４３１】さらに、本実施例では並列度１０の記録／
再生マルチヘッドを用いた３値情報の記録再生装置につ
いて示したが、本発明を並列度が１０以上の記録／再生
マルチヘッドを用いた３値の記録装置または再生装置と
して適用することが可能であることは言うまでもない。

【０４３２】〔実施例２０〕この実施例においては、実
施例１１と同様の構成による記録媒体を用い、実施例１
１と同様の記録マルチヘッド記録装置によって３値記録
を行った場合である。しかしながら、この実施例２０に
おいては、その記録情報の再生を、図５で説明したＫＦ
Ｍで検出再生した場合である。

【０４３３】この実施例における記録消去再生特性を説
明する。

【０４３４】まず、記録媒体１０に、−９Ｖまたは＋９
Ｖのパルス電圧を、針状電極を含むヘッドＨＲの針状電
極２１から、これに近接した場所に印加して、電子を界
面付近のトラップに局所的に注入または放出する。

【０４３５】９Ｖ、４ｍｓのパルス電圧を印加した場合
の記録ビットパターンを、ＫＭＦで検出再生した場合の
表面電位像を示した。図１４〜図１６で示したＳＭＭ再
生法の場合と同様に、周囲と比較して表面電位が増大し
ている部分を情報"２"と、周囲と同一の表面電位の部分
を情報の"１"に対応させることができることが分かっ
た。また、−９Ｖ、４ｍｓのパルス電圧を印加すること
により、周囲と比較して表面電位が減少している部分が
生じ、この表面電位が情報"０"に対応させることができ
る。このことより、３値情報の記録、再生ができること
が分かった。

【０４３６】次に、ＫＦＭ再生装置を用いて、上述の記
録媒体に対する記録、すなわち局所的な注入電荷量の差
を静電容量表面電位Ｖｓの分布として検出した。この場
合、共振周波数５ＭＨｚのカンチレバーを用い、５ＭＨ
ｚの高周波数領域で静電容量表面電位分布を評価した。

【０４３７】その結果、表面形状は、パルス電圧を印加
する前後で変化は観察されず、パルス電圧を印加するこ
とによって記録媒体の表面が変質することなく良好に保
持されていることが分かった。

【０４３８】ＫＦＭ像において電子が注入または放出さ
れた部分にコントラストが生じ、記録ビットが再生され
たことを確認した。その表面電位は周辺と比較して増大
または減少していることが分かり、パルス電圧の極性に
よって記録ビットの極性が対応することが分かった。こ
の２種類の極性の表面電位と３値の情報の記録再生が可
能なことが分かった。

【０４３９】また、共振周波数を５ＭＨｚカンチレバー
の再生ヘッドを用いたＫＦＭ再生法を用いることによ
り、５ＭＨｚでの高周波数領域でも５−１０ｋＨｚと同
様な表面電位分布が得られていることが分かった。ま
た、共振周波数が１０ＭＨｚ以上で充分バネ定数の小さ
いカンチレバーを作製することは可能であり、その結果
として１０ＭＨｚ以上の高周波数領域においても記録ビ
ットの検出再生ができることを示すものである。

【０４４０】キャリアの注入電荷量の差は電位差で約７
０ｍＶであり、ＫＦＭ電位分解能が３ｍＶであることか
ら、例えばデジタル信号"０"、"１"および"２"のデータ
の識別を充分行うことができる値であることが分かっ
た。

【０４４１】このことから、この実施例の記録媒体の局
所的な電荷注入量がカンチレバー記録ヘッドよりのバイ
アス電圧印加により制御できることが示された。

【０４４２】この２種類の局所的な電荷に起因した表面
電位の値をデジタルデータのストレージの"０"、"１"
と"２"に対応させることができることが分かった。

【０４４３】種々の実験の結果、最小記録の直径を１０
０ｎｍ以下にすることができることが分かった。また、
キャリア注入の記録、消去時間も１μｓより小さくする
ことができることが分かった。

【０４４４】そして、局所的にキャリアを注入した領域
は、充分安定に保持されることが分かった。

【０４４５】上述したように、この実施例では並列度１
０の記録／再生マルチヘッドを用いた３値記録の高密度
記録再生装置として充分な機能を持っていることが分か
った。

【０４４６】本実施例では並列度１０の記録／再生記録
マルチヘッドを用いた３値情報の記録、再生装置につい
て示したが、本発明を３値情報の記録装置または再生装
置に適用することは可能である。また、並列度を１０以
上に大きくした場合の多値記録再生３値記録再生装置と
しても適用可能である。

【０４４７】〔実施例２１〕本実施例では、実施例１３
と同様の記録／再生マルチヘッドを用いた記録ヘッド、
記録媒体を用いて、５値情報の記録再生消去の検討結果
を示した。図１８に記録ビット最大表面電位のパルス電
圧依存性を示した。この図より表面電位はパルス電圧が
増大するにつれて単調に増大していることが分かる。ま
た、上記傾向はパルス電圧の極性が反対の場合に依存せ
ず、パルス電圧の極性が反対の場合も図１８と同様な傾
向を示すことがわかった。そこで、情報を以下に示す表
面電位に分割して５値の記録再生を行った。

【０４４８】情報"０"として表面電位 −４０ｍＶ以下情報"１"として表面電位 −３５ｍＶ〜−１５ｍＶ情報"２"として表面電位 −１０ｍＶ〜＋１０ｍＶ情報"３"として表面電位＋１５ｍＶ〜＋３５ｍＶ情報"４"として表面電位＋４０ｍＶ以上データの書き込みはプラスマイナス１０Ｖまたはプラス
マイナス６Ｖの電圧パルスの印加で行い、多値記録が可
能な表面電位の値を制御した。

【０４４９】再生はＫＦＭの表面電位分布の表面電位差
として、局所的な電荷トラップ領域に記録させた情報を
読み出した。

【０４５０】ＳｉＯ₂ ／ＳｉＮ界面付近のトラップに存
在する電荷の状態を表面電位としてパルス印加電圧によ
り制御し、デジタルデータの"０"、"１"、"２"、"３"お
よび"４"に対応する表面電位が得られることが分かっ
た。ビット情報間の電位差は、ＫＦＭの検出感度３Ｖに
対して充分とれることが分かった。

【０４５１】以上より、表面電位の極性と大きさをパル
ス電圧の極性と電圧の大きさで制御して、５値の情報の
記録再生消去を実現した。

【０４５２】また、先端直径の鋭い針状電極を含むヘッ
ドを用いることにより、記録ビットの直径も１００ｎｍ
以下になることが分かった。

【０４５３】また、局所的に電荷が注入または放出され
た記録ビット領域は充分安定に保持されることが分かっ
た。

【０４５４】以上より、この実施例において並列度１０
の記録／再生ヘッドを用いた５値記録の高密度記録再生
装置として充分な機能を持っていることが分かった。

【０４５５】本実施例では並列度１０の記録／再生マル
チヘッドを用いた５値情報の記録、再生について示した
が、本発明が５値情報の記録装置または再生装置として
も適用可能なことは言うまでもない。また、並列度を１
０以上にした多重記録／再生装置としても適用可能であ
る。

【０４５６】〔実施例２２〕この実施例における記録お
よび記録媒体は、実施例１６と同様の記録方法および記
録媒体を用いて行った。すなわち、この実施例において
も、図１９で説明した記録媒体１０Ｂを用い、そのキャ
リアトラップへの針状電極を含む記録再生マルチ記録ヘ
ッドから電子の注入によって３値記録を行った場合であ
る。

【０４５７】この実施例においても、ヘテロ界面の数が
１．５倍になっているため、その結果として、界面に存
在し得るキャリアトラップの濃度も大となる。

【０４５８】そして、この実施例においては、図５で説
明した通常のＫＦＭ再生装置を用いて記録媒体の電荷蓄
積層における局所的な注入または放出電荷量の差を表面
電位Ｖｓの分布として検出する。

【０４５９】この実施例における記録消去再生特性を示
す。

【０４６０】まず、記録媒体に、−９Ｖまたは９Ｖのパ
ルス電圧を、針状電極を含むヘッドＨＲの針状電極２１
から、これに近接した場所に印加して、局所的に電子を
界面トラップに注入または放出する。

【０４６１】３値情報は、以下の表面電位に分割して記
録、再生は、情報"０"として表面電位 −７０ｍＶ〜−３０ｍＶ情報"１"として表面電位 −１５ｍＶ〜＋１５ｍＶ情報"２"として表面電位＋３０ｍＶ〜＋７０ｍＶ次に、通常のＫＦＭによって３μｍ×３μｍのエリアを
評価した結果、表面形状は、パルス電圧を印加する直後
で変化は観察されず、パルス電圧を印加することによっ
て記録媒体の表面が変質することなく良好に保持されて
いることが分かった。

【０４６２】ＫＦＭ像では３μｍ×３μｍの部分でキャ
リアの注入または放出させたた部分の表面電位のコント
ラストは周辺と比較して低下した。これは−９Ｖまたは
９Ｖのパルス電圧印加によって電子が導電性カンチレバ
ーよりヘテロ界面付近のトラップに局所的に注入または
放出され、その結果として表面電位の値が周囲と比較し
て増加または減少していること、すなわち、記録ビット
が形成されていることを示した。

【０４６３】また、ＫＦＭのスキャンエリアをさらに小
さくして、例えば１．５μｍ×１．５μｍとして、同様
な実験を試みた場合も、電子のキャリア注入または放出
により電荷量が増大または減少している記録ビットが検
出された。

【０４６４】以上より微細な記録ビットをＫＦＭ再生法
によって検出可能であることが分かった。ＫＦＭの電位
分解能が３ｍＶであることから、例えばデジタル信号"
０"、"１"および"２"のデータの識別を充分行うことが
できる値であることが分かった。

【０４６５】このことから、この実施例の記録媒体の局
所的な電荷の注入または放出量がマルチヘッドよりのバ
イアス電圧印加により制御できることがことが示され
た。

【０４６６】この２種類の局所的な電荷の有無をデジタ
ルデータのストレージの"０"、"１"と"２"に対応させる
ことができる。すなわち、周辺部と比較して表面電位の
低い部分と高い部分と周辺の部分でデジタルデータの"
０"、"１"と"２"に対応させることにより３値情報の高
密度記録ができることが分かった。

【０４６７】種々の実験の結果、最小記録領域の直径を
１００ｎｍ以下にすることが可能であることが分かっ
た。また、キャリア注入の記録、消去時間も１μｓより
小さいことが分かった。

【０４６８】そして、局所的にキャリアを注入した領域
は、充分安定に保持されることが分かった。上述したよ
うに、この実施例１２では高密度記録再生装置として充
分な機能を持っていることが分かった。

【０４６９】尚、この実施例では、ＳｉＮ／ＳｉＯ₂ ヘ
テロ界面が３種類形成されている場合について示した
が、ヘテロ界面が１種類の場合、すなわち、ＳｉＮ／Ｓ
ｉＯ₂／Ｓｉ構成による記録媒体の場合も、３値記録の
記録、再生、消去ができることを確認した。

【０４７０】さらに、本実施例では並列度１０の記録／
再生マルチヘッドを用いた３値情報の記録再生装置につ
いて示したが、本発明を３値情報の記録装置または再生
装置として適用することが可能であることは言うまでも
ない。

【０４７１】〔実施例２３〕この実施例では、実施例１
７におけると同様に、蓄積キャリアをＳｉ基体側から電
荷蓄積記録のキャリアトラップに注入する方式での３値
情報の記録再生を行った場合である。

【０４７２】この実施例で用いた記録媒体は、実施例１
１におけると同様に、図７（ａ）に示すように、ＳｉＯ
₂ 膜１４（３ｎｍ）、ＳｉＮ膜１５（１０ｎｍ）および
ＳｉＯ₂ 膜１６の構成によるものの、この実施例で用い
た記録媒体においては、そのＳｉＯ₂ 膜１６を熱ＣＶＤ
法によって形成し、その膜厚を５ｎｍとした。そして、
その記録、消去、および再生方法は、実施例１７と同様
の方法によった。

【０４７３】この場合の３値記録での表面電位分布の分
割は次の通りである。

【０４７４】情報"０"として表面電位 −７０ｍＶ〜−
３０ｍＶ情報"１"として表面電位 −１５ｍＶ〜＋１５ｍＶ情報"２"として表面電位＋３０ｍＶ〜＋７０ｍＶ実施例１１および１７と同様に、記録マルチヘッドにパ
ルス電圧を印加することにより、Ｓｉ基体側から電荷蓄
積記録の電子を注入、放出することができ、その結果と
して、３値記録での記録ビットの記録再生消去が可能で
あることが分かった。

【０４７５】この実施例における記録再生特性は、実施
例１１および１７と同等の特性が得られた。また、この
実施例では、再生に共振周波数５ＭＨｚのカンチレバー
を用いたＫＦＭ再生装置を用いたことにより、記録ビッ
ト５ＭＨｚまでの高周波領域での高速な再生が可能にな
った。

【０４７６】さらに、本実施例では並列度１０の記録／
再生マルチヘッドを用いた３値情報の記録再生装置につ
いて示したが、本発明を３値情報の記録再生装置または
再生装置として適用することも可能であることは言うま
でもない。

【０４７７】また、並列度を１０以上とした多重記録／
再生マルチヘッドを用いた多重記録／再生３値記録再生
装置に適用可能である。

【０４７８】〔実施例２４〕この実施例では、蓄積キャ
リアをＳｉ基体側から電荷蓄積層のキャリアトラップに
注入する方法をとった場合で、その３値情報の記録再生
の結果を示す。この実施例では並列度１０の記録マルチ
ヘッドを用いた３値情報の再生にＳＣＭを用いた静電容
量の変化量を記録に対して接触した状態で検出再生して
いる。

【０４７９】この実施例で用いた記録媒体は、図７
（ａ）に示すように、ＳｉＯ₂ 膜１４（３ｎｍ）、Ｓｉ
Ｎ膜１５（１０ｎｍ）およびＳｉＯ₂ 膜１６の構成によ
るものの、この実施例で用いた記録媒体においては、そ
のＳｉＯ₂ 膜１６を熱ＣＶＤ法によって形成し、その膜
厚を５ｎｍとした。

【０４８０】３値記録での静電容量の分布を表面電位分
布で表し電位分布の分割は以下に示す通りである。

【０４８１】情報"０"として表面電位 −７０ｍＶ〜−
３０ｍＶ情報"１"として表面電位 −１５ｍＶ〜＋１５ｍＶ情報"２"として表面電位＋３０ｍＶ〜＋７０ｍＶ記録ヘッドにパルス電圧を印加することにより、Ｓｉ基
体側から電荷蓄積記録の電子を注入、放出することがで
き、その結果として、３値記録での記録ビットの記録再
生消去が可能であることが分かった。

【０４８２】記録ビットの記録再生特性についてはこの
実施例も実施例７と同等の特性が得られた。記録再生ヘ
ッドとして用いたカンチレバーはヘッドと記録媒体との
間の浮遊容量を低減するような設計がなされている。

【０４８３】また、この実施例では、再生にＳＣＭ再生
技術を用いているため、記録ビット１０ＭＨｚ以上の高
周波領域での高速な再生が可能になった。

【０４８４】また、本実施例では並列度１０の記録マル
チヘッドを用いた３値情報の記録再生装置について示し
たが、本発明は記録マルチヘッドを用いた３値情報の記
録装置または再生装置として適用可能なことは言うまで
もない。

【０４８５】〔実施例２５〕この実施例における記録媒
体は、記録ヘッドと記録媒体に電圧パルスを印加するこ
とにより、電子を記録媒体の電荷蓄積層のトラップへ局
所的に注入または放出することによる並列度１０の記録
／再生マルチヘッドを用いた３値記録態様をとった場合
である。

【０４８６】この場合の記録媒体は、図１３に示した。

【０４８７】この電荷蓄積層を有する記録媒体に対する
記録は、記録マルチヘッドの中の任意の単一ヘッドＨＲ
によって行う。すなわち、記録媒体を、移動載置台３０
上に配置し、記録媒体の表面ＳｉＯ₂ 層８６に、針状電
極２１を、いわば微小面接触させて、載置台３０を移動
させて記録媒体上に針状電極２１を走査しつつ記録情報
に基づいてパルス電圧を印加して、導電性カンチレバー
よりＳｉナノ結晶層付近に存在するキャリアトラップに
電子を局所的に注入して情報の記録を行う。すなわち、
キャリアトラップに局所的に注入したキャリア（電子）
有無の記録情報に応じた電位パターンを形成する。

【０４８８】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、本実施例では主としてＳｉナノ結晶のキ
ャリアトラップにＳｉ基体より電子を局所的に注入する
ことによって局所的に電荷量の差を生じさせ、電荷量の
差の検出を表面電位Ｖｓの分布の検出によって行う。

【０４８９】次に、この実施例２５における記録消去再
生特性を示す。

【０４９０】まず、記録媒体のＳｉＯ₂ ／Ｓｉナノ結晶
層／ＳｉＯ₂ ／Ｓｉナノ結晶層／ＳｉＯ₂ 膜／Ｓｉ基体
（以下材料２という）に５Ｖのパルス電圧を針状電極２
１から印加して、局所的に電子を界面トラップに注入す
る。次に、図５のＫＦＭ再生装置を用いて、記録媒体の
局所的な注入電荷量の差を表面電位Ｖｓの分布として検
出する。ＫＦＭによって３μｍ×３μｍのエリアを評価
した結果、表面形状は、パルス電圧を印加する前後で変
化は観察されず、パルス電圧を印加することによって記
録媒体の表面が変質することなく良好に保持されている
ことが分かった。

【０４９１】ＫＦＭ像では３μｍ×３μｍの部分でキャ
リアの注入させた部分の表面電位は周辺部と比較して低
くなっており、電子注入により記録ビットが形成される
ことが分かった。

【０４９２】また、ＫＦＭのスキャンエリアをさらに小
さくして、例えば１．５μｍ×１．５μｍとして、同様
のキャリア注入を試みた場合も、キャリア（電子）の注
入により表面電位が周辺と比較して減少している記録ビ
ットが検出再生された。

【０４９３】以上より微細な記録ビットをＫＦＭによっ
て検出可能であることが分かった。

【０４９４】注入電荷量の周辺電位との差は電位差では
約４０ｍＶであり、ＫＦＭ電位分解能が３ｍＶであるこ
とから、中間電位と周辺電位を考慮すると、例えばデジ
タル信号"０"、"１"および"２"のデータの識別を充分行
うことができる値であることが分かった。

【０４９５】また、−５Ｖのパルス電圧を記録媒体にか
けた場合、すなわち、上述のキャリアの注入（記録）と
は反対の極性の電圧を印加した場合、ＫＦＭの電位分布
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、記録媒体のトラップに注入される
キャリアの量が反対になっていることが分かる。

【０４９６】このことから、本実施例の記録媒体の局所
的な電荷の注入量が記録再生マルチヘッドの中の任意の
記録ヘッドよりのバイアス電圧印加により制御可能なこ
とが示された。

【０４９７】この最高の表面電位、中間電位と周辺の電
位、または電子の注入と放出に対応する各々の電位と周
辺電位を３種類の表面電位を有する局所的な記録ビット
をデジタルデータのストレージの"０"、"１"とおよび"
２"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周辺部分でデジタルデータ
の"０"、"１"および"２"に対応させることにより３値情
報を同一の記録ビットに記録する高密度多値記録が可能
であることが分かった。

【０４９８】種々の実験の結果、最小記録領域の直径を
１００ｎｍ以下にすることが可能であることが分かっ
た。また、キャリア注入のスイッチング時間も１μｓよ
り小さいことが分かった。

【０４９９】また、記録ヘッドの共振周波数が充分大き
く（１０ＭＨｚオーダ）、バネ定数が充分小さく（約１
Ｎ／ｍ）することにより、記録ビットの５ＭＨｚ帯での
高速な再生が可能になった。

【０５００】そして、局所的にキャリアを注入した領域
は、充分安定に保持されることが分かった。上述したよ
うに、この実施例２５では高密度記録再生装置として充
分な機能を持っていることが分かっった。

【０５０１】本実施例では記録媒体の電荷蓄積層が、ナ
ノ結晶層である場合に対して説明を行ったが、他の電荷
蓄積層による記録媒体に適用しても本発明の本質が変わ
らないことは言うまでもない。

【０５０２】また、本実施例では並列度１０の記録マル
チヘッドを用いた３値情報の記録、再生装置について示
したが、本発明は記録マルチヘッドを用いた３値情報の
記録装置または再生装置として適用可能なことは言うま
でもない。

【０５０３】〔実施例２６〕この実施例では記録媒体と
して、実施例１１および１７と同様の記録媒体を用い、
図２および図５で説明した記録および消去ヘッドＨＲ
と、再生ヘッドＨＰをそれぞれ別構成として、並列度１
０の記録再生マルチヘッドを用いた３値記録を行った。

【０５０４】すなわち、各ヘッドＨＲとＨＰのカンチレ
バーを独別に構成し、記録媒体１０に対して接触状態で
用いられる記録および消去ヘッドＨＲの針状電極に関し
ては、その磨耗を考慮して表面に形成される導電層を比
較的厚く形成した例えばその先端の曲率半径が５０〜１
００ｎｍとするが、非接触状態で用いられる再生ヘッド
ＨＰに関してはその磨耗を考慮する必要がないことか
ら、表面導電層は薄く形成して、その針状電極の先端の
曲率半径は記録および消去ヘッドＨＲのそれより小さい
３０ｎｍ以下でその共振周波数を５ＭＨｚとした。

【０５０５】このように再生ヘッドの針状電極の先端の
曲率半径を小さくすることによって、再生時の記録ビッ
トの空間分解能の解像度を上げることができることか
ら、その最小記録領域の大きさを直径約６０ｎｍ以下に
まで小さくすることができた。

【０５０６】また、局所的に電荷が注入された領域は、
充分安定に保持できた。また、共振周波数を５ＭＨｚの
再生ヘッドを用いたＫＦＭ再生を用いることにより、記
録ビットの５ＭＨｚまでの高周波数領域での再生が可能
になった。

【０５０７】上述したように、この実施例で、高密度記
録再生装置として充分な機能を持っていることが確認さ
れた。

【０５０８】また、この実施例では電荷蓄積材料による
記録媒体を用いたが、他の実施例で示した電荷蓄積材料
を記録媒体に適用した場合であっても本発明の本質が変
わらないことは言うまでもない。

【０５０９】また、本実施例では並列度１０のマルチ記
録／再生マルチヘッドを用いた３値情報の記録再生装置
について示したが、本発明は３値情報の記録装置または
再生装置としても適用可能である。

【０５１０】〔実施例２７〕この実施例ではディスク形
状をしている記録媒体を回転させて並列度１０の記録／
再生マルチヘッドを用いた３値情報の記録再生を行っ
た。

【０５１１】記録再生マルチヘッドは実施例２０で確認
した２種類の記録および再生用マルチヘッドを用いた。
また、記録媒体は実施例２１で用いた記録媒体を用い
た。

【０５１２】この場合の３値情報の記録再生特性は、実
施例１７と同様に確認することができた。また、記録媒
体と非接触状態で情報の再生を行っているため、記録媒
体が高速回転している場合でも、ヘッドと記録媒体間の
摩擦磨耗による影響を最小限に抑止することができた。
また、共振周波数が５ＭＨｚより大きいカンチレバーを
用いたＫＦＭ再生技術を用いることにより、記録ビット
の高周波領域での再生が可能になった。

【０５１３】種々の実験の結果、この場合においても最
小記録ビット直径を１００ｎｍ以下にすることが可能で
あることが分かった。記録消去時間は１μｓより小さく
することができた。また、局所的電荷が注入された領域
は、充分安定に保持された。

【０５１４】以上より、この実施例で高密度記録再生装
置として充分な機能を持っていることが確認された。こ
の実施例では記録媒体として電荷蓄積材料１に対して説
明を行ったが、他の電荷蓄積材料を記録媒体に適用して
も本発明の本質が変わらないことは言うまでもない。ま
た、本実施例では並列度１０の記録／再生マルチヘッド
を用いた３値情報の記録再生装置について示したが、本
発明は３値情報の記録装置または再生装置としても適用
可能である。

【０５１５】以上、これまでに並列度１０の記録／再生
マルチヘッドを用いた、多値記録再生高密度記録再生装
置について述べてきたが、並列度は１０００から１００
００まですることができ、この場合でもこれまで、述べ
てきた高密度記録再生が可能であることは言うまでもな
い。

【０５１６】以上、種々の実施例によって、本発明の有
効性を示したが、全ての実施例において、記録再生媒体
の最上部にダイヤモンドライクカーボン等の保護層を付
加した場合、記録再生装置および記録媒体の信頼性が向
上した。

【０５１７】尚、上述した各実施例で用いた記録媒体に
おいては、基体１１がＳｉ基体、すなわち半導体基体に
よって構成され、その裏面に下部電極１２がオーミック
に被着された構成とした場合であるが、例えば実施例１
３におけるように、キャリアトラップに対して、記録ヘ
ッド側からキャリア（電子）の注入を行う記録態様をと
る場合には、基体１１は半導体基体である必要はなく、
表面が平滑な導電体例えば金属または導電性高分子基体
によって構成することもできる。そして、このように基
体１１が高導電率を有する半導体基体あるいは金属基体
または導電性高分子基体等によって構成する場合は、下
部電極１２が形成されない構成とすることができる。

【０５１８】上述したように本発明装置によれば、多値
記録による記録密度の向上、高周波数領域での記録再生
が図られた。この本発明による高密度記録再生装置は、
従来に比較して実効的に１桁以上大きな記録密度を実現
できるものである。

【０５１９】尚、上述したように本発明装置においては
記録、再生ヘッドが針状電極を有する構成とするもので
あるが、この針状電極の機械的強度を補強するなどの目
的で針状電極の周囲に絶縁体を配するなど上述の各実施
例に限られず、種々の変更を行うことができる。

【０５２０】また、本発明による記録再生装置は記録／
再生マルチヘッドを用いた多値情報の記録および再生の
双方の機能を有する構成とすることもできるし、記録機
能がなく、上述の記録方法で記録されている多値情報を
再生する機能を有する構成とすることもできる。

【０５２１】以上、種々の実施例によって、本発明の有
効性を示したが、各実施例においては、主として１０個
の記録ヘッド、または再生ヘッドを用いた多値高密度記
録についての実施例であった。しかしながら、記録また
は再生ヘッドの数を１０以上の複数にした集積マルチヘ
ッド（例えば並列度１００００）を用いた同時並列記
録、または並列再生、または並列記録再生を行う場合で
あっても、一つの記録ビットに３値以上の情報を記録す
る多値高密度記録に本発明を適用できることは言うまで
もない。

【０５２２】また、多値記録においても、多重度１０以
上の超多値記録への適用も可能である。

【０５２３】〔応用例〕上記の記録再生装置は、例えば
コンピュータシステムのデータ入出力方式において、中
央処理装置ＣＰＵの外部記憶装置として利用することが
できる。

【０５２４】図２０は、本発明の記録再生装置（以下、
ＳＰＭと略称する。）を組み込んだ基本的なデータ入出
力方式を示すもので、ＳＰＭは磁気ディスクの代わりに
外部記憶装置として用いられている。

【０５２５】このデータ入出力方式においては、中央処
理装置（ＣＰＵ）９１におけるアプリケーションプログ
ラム９２がＳＰＭ９３からデータの出力を行う場合に
は、キャッシュメモリ９４に対して読み出しを行い、デ
ータがキャッシュメモリ９４上にないときにＳＰＭ９３
から必要なデータをキャッシュメモリ９４上に読み出し
て出力する。

【０５２６】一方、中央処理装置９１におけるアプリケ
ーションプログラム９２からＳＰＭ９３に対してデータ
の入力を行う場合には、キャッシュメモリ９４に対して
データの書き込みを行い、キャッシュメモリ９４が一杯
になったときにキャッシュメモリ９４上に存続できなく
なったデータをＳＰＭ９３に書き込む。

【０５２７】ＳＰＭ９３は並列記録が可能であるため、
キャッシュメモリ９４に対して並列処理が可能であり、
例えば磁気ディスク装置に比べて高速で読み出し、書き
込みが可能である。

【０５２８】特に、キャッシュメモリ９４をバッファ
１、バッファ２、バッファ３・・・のようにＳＰＭ９３
の並列度に応じて分割し、ＳＰＭ９３の各ヘッドからの
出力を同時に各バッファに出力、あるいは各バッファの
データをＳＰＭ９３の各ヘッドで同時に記録するように
すれば、これまでの磁気ディスク装置を用いたシステム
に比べて、遥かに高速なアクセスが可能となる。

【０５２９】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば、極め
て優れた記録密度、高速な記録、再生が実現可能であ
り、従来技術と比較して格段に優れた高密度記録再生装
置が実現される。

【０５３０】したがって、高度情報化社会に必要とされ
る大容量で高速なアクセスが可能な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、及びコンピュ
一夕における大容量なデータの記録に有効な記録再生方
法、記録再生装置となるものである。

【０５３１】また、特に、その再生においては、へッド
を非接触状態で行うことから、へッドや記録媒体の損耗
を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】記録媒体の一構成例を示す概略断面図である。

【図２】記録消去機構の一例を示す模式図である。

【図３】ＳＭＭ構成の再生装置の一例を示す模式図であ
る。

【図４】ＳＭＭ構成の再生装置の制御部の一例を示す模
式図である。

【図５】ＫＦＭ構成の再生装置の一例を示す模式図であ
る。

【図６】ＳＣＭ構成の再生装置の一例を示す模式図であ
る。

【図７】記録媒体の他の例を示す概略断面図である。

【図８】一次元記録ビットパターンの表面電位像を示す
模式図である。

【図９】二次元記録ビットパターンの表面電位像を示す
模式図である。

【図１０】強誘電体を記録層とする記録媒体の一例を示
す概略断面図である。

【図１１】強誘電体を記録層とする記録媒体の電圧分極
特性を示す特性図である。

【図１２】強誘電体を記録層とする記録媒体の他の例を
示す概略断面図である。

【図１３】ナノ結晶層を有する記録媒体の一例を示す概
略断面図である。

【図１４】ＳＭＭ再生による記録ビットパターンの表面
電位像で表面電位増大時の状態を模式的に示す図であ
る。

【図１５】ＳＭＭ再生による記録ビットパターンの表面
電位像で表面電位減少時の状態を模式的に示す図であ
る。

【図１６】ＳＭＭ再生で検出再生された一次元記録ビッ
トパターンの表面電位像を示す模式図である。

【図１７】ＳＭＭ再生で検出再生された二次元記録ビッ
トパターンの表面電位像を示す模式図である。

【図１８】単一の記録再生ヘッドを用いた場合の表面電
位のパルス電圧依存性を示す特性図である。

【図１９】ＭＮＯＳ（Metal Nitride Oxide半導体）系
の記録媒体の一例を示す概略断面図である。

【図２０】本発明の記録再生装置を用いたデータ入出力
システムの一構成例を示す図である。

【符号の説明】

ＨＲ記録ヘッド、ＨＰ再生ヘッド、１０記録媒
体、２１針状電極、２２カンチレバー、３２光検出
回路、３５パルス電圧発生回路、３８半導体レーザ
ダイオード

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数配列された針状電極にそれぞれ電圧
を印加し、記録媒体の各針状電極に対応した所定領域に
おいて電荷移動または自発分極の反転を起こし、複数の
記録ビットを並列に記録することを特徴とする記録方
法。
【請求項２】上記各記録ビットに３値以上の情報を記
録することを特徴とする請求項１記載の記録方法。
【請求項３】上記各針状電極に印加する電圧を２０Ｖ
以下とし、上記記録媒体における単位記録領域を直径１
００ｎｍ以下とすることを特徴とする請求項１記載の記
録方法。
【請求項４】上記各針状電極において、各単位記録領
域の記録時間を１μ秒以下とすることを特徴とする請求
項１記載の記録方法。
【請求項５】上記各針状電極を上記記録媒体に接触さ
せ、記録ビットの記録を行うことを特徴とする請求項１
記載の記録方法。
【請求項６】上記各針状電極を固定し、上記記録媒体
を回転または往復動させることにより、記録ビットの記
録を行うことを特徴とする請求項１記載の記録方法。
【請求項７】上記記録媒体は、キャリアトラップを有
することを特徴とする請求項１記載の記録方法。
【請求項８】上記記録媒体は、誘電体ヘテロ層を有す
ることを特徴とする請求項７記載の記録方法。
【請求項９】上記記録媒体は、２層以上の誘電体ヘテ
ロ層を有し、ヘテロ界面を有することを特徴とする請求
項８記載の記録方法。
【請求項１０】上記記録媒体は、導電性シリコン基体
上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜
が順次成膜されたものであることを特徴とする請求項９
記載の記録方法。
【請求項１１】上記記録媒体は、自発分極を有するこ
とを特徴とする請求項１記載の記録方法。
【請求項１２】上記記録媒体は、強誘電体材料の薄膜
を有することを特徴とする請求項１１記載の記録方法。
【請求項１３】上記強誘電体材料は、ジルコン酸チタ
ン酸鉛、ビスマス層状化合物、高分子強誘電体材料から
選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項
１２記載の記録方法。
【請求項１４】上記記録媒体は、少なくともトンネル
絶縁膜と、絶縁膜中にナノ結晶が埋め込まれてなるナノ
結晶層を有する電荷蓄積層を有することを特徴とする請
求項１記載の記録方法。
【請求項１５】上記記録媒体は、最上層に保護層を有
することを特徴とする請求項１記載の記録方法。
【請求項１６】電荷移動または自発分極の反転により
情報が記録された記録媒体に対し、複数配列された針状
電極を相対移動させ、上記記録媒体における電荷、表面電位または静電容量の
変化を各針状電極により検出し、複数の記録ビットを並
列に再生することを特徴とする再生方法。
【請求項１７】各針状電極により各記録ビットに記録
された３値以上の情報を再生することを特徴とする請求
項１６記載の再生方法。
【請求項１８】各針状電極を固定し、上記記録媒体を
回転または往復動させることにより、記録ビットの再生
を行うことを特徴とする請求項１６記載の再生方法。
【請求項１９】各針状電極が記録媒体と非接触の状態
で複数の記録ビットを並列に再生することを特徴とする
請求項１６記載の再生方法。
【請求項２０】上記記録媒体における電荷、表面電位
または静電容量の変化量をヘテロダイン法により検出す
ることを特徴とする請求項１６記載の再生方法。
【請求項２１】上記記録媒体における電荷、表面電位
または静電容量の変化量を、針状電極の共振周波数の周
波数、位相、振幅の変化量として検出することを特徴と
する請求項１６記載の再生方法。
【請求項２２】上記記録媒体における表面電位または
静電容量の変化を針状電極の微小変位により検出し、記
録ビットを再生することを特徴とする請求項１６記載の
再生方法。
【請求項２３】上記針状電極の微小変位を、光てこ方
式により検出することを特徴とする請求項２２記載の再
生方法。
【請求項２４】上記針状電極の微小変位を、圧電材料
により検出することを特徴とする請求項２２記載の再生
方法。
【請求項２５】上記各針状電極において、各単位記録
領域の再生時間を１μ秒とすることを特徴とする請求項
１６記載の再生方法。
【請求項２６】上記記録媒体は、キャリアトラップを
有することを特徴とする請求項１６記載の再生方法。
【請求項２７】上記記録媒体は、誘電体ヘテロ層を有
することを特徴とする請求項２６記載の再生方法。
【請求項２８】上記記録媒体は、２層以上の誘電体ヘ
テロ層を有し、ヘテロ界面を有することを特徴とする請
求項２７記載の再生方法。
【請求項２９】上記記録媒体は、導電性シリコン基体
上に酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、酸化シリコン膜
が順次成膜されたものであることを特徴とする請求項２
８記載の再生方法。
【請求項３０】上記記録媒体は、自発分極を有するこ
とを特徴とする請求項１６記載の再生方法。
【請求項３１】上記記録媒体は、強誘電体材料の薄膜
を有することを特徴とする請求項３０記載の再生方法。
【請求項３２】上記強誘電体材料は、ジルコン酸チタ
ン酸鉛、ビスマス層状化合物、高分子強誘電体材料から
選ばれる少なくとも１種であることを特徴とする請求項
３１記載の再生方法。
【請求項３３】上記記録媒体は、少なくともトンネル
絶縁膜と、絶縁膜中にナノ結晶が埋め込まれてなるナノ
結晶層を有する電荷蓄積層を有することを特徴とする請
求項１６記載の再生方法。
【請求項３４】上記記録媒体は、最上層に保護層を有
することを特徴とする請求項１６記載の再生方法。
【請求項３５】複数配列された針状電極にそれぞれ電
圧を印加し、記録媒体の各針状電極に対応した所定領域
において電荷移動または自発分極の反転を起こし、複数
の記録ビットを並列に記録するとともに、この電荷移動または自発分極の反転により複数の記録ビ
ットが記録された記録媒体に対し、複数配列された針状
電極を相対移動させ、上記記録媒体における表面電位または静電容量の変化を
各針状電極により検出し、複数の記録ビットを並列に再
生することを特徴とする記録再生方法。
【請求項３６】上記各記録ビットに３値以上の情報を
記録するとともに、各記録ビットに記録された３値以上
の情報を再生することを特徴とする請求項３５記載の記
録再生方法。
【請求項３７】上記針状電極が記録媒体と非接触の状
態で複数の記録ビットを並列に再生することを特徴とす
る請求項３６記載の記録再生方法。
【請求項３８】それぞれ電圧が印加される複数の針状
電極と、所定領域における電荷移動または自発分極の反転により
複数の記録ビットが記録される記録媒体とを有し、上記複数配列された針状電極により、上記記録媒体に複
数の記録ビットが並列に記録されることを特徴とする記
録装置。
【請求項３９】上記各記録ビットは、３値以上の情報
を有することを特徴とする請求項３８記載の記録装置。
【請求項４０】記録媒体に対して相対移動される複数
の針状電極と、所定領域における電荷移動または自発分極の反転により
複数の記録ビットが記録される記録媒体とを有し、上記記録媒体における表面電位または静電容量の変化が
各針状電極により検出され、複数の記録ビットが並列に
再生されることを特徴とする再生装置。
【請求項４１】上記各針状電極が記録媒体に対して非
接触の状態で相対移動されることを特徴とする請求項４
０記載の再生装置。
【請求項４２】上記各記録ビットは、３値以上の情報
を有することを特徴とする請求項４０記載の再生装置。
【請求項４３】記録媒体に対して相対移動される複数
の針状電極と、所定領域における電荷移動または自発分極の反転により
複数の記録ビットが記録される記録媒体とを有し、上記複数配列された針状電極により上記記録媒体に複数
の記録ビットが並列に記録されるとともに、上記記録媒体における表面電位または静電容量の変化が
各針状電極により検出され、複数の記録ビットが並列に
再生されることを特徴とする記録再生装置。
【請求項４４】上記針状電極が記録媒体に対して非接
触の状態で相対移動し、複数の記録ビットを並列に再生
することを特徴とする請求項４３記載の記録再生装置。
【請求項４５】上記各記録ビットは、３値以上の情報
を有することを特徴とする請求項４３記載の記録再生装
置。
【請求項４６】記録媒体に対して相対移動される複数
の針状電極と、所定領域における電荷移動または自発分
極の反転により複数の記録ビットが記録される記録媒体
とを有し、上記複数配列された針状電極により上記記録
媒体に複数の記録ビットが並列に記録されるとともに、
上記記録媒体における表面電位または静電容量の変化が
各針状電極により検出され、複数の記録ビットが並列に
再生される記録再生装置を中央処理装置の外部記憶装置
とし、これら中央演算装置と記録再生装置の間にバッファとな
るキャッシュメモリが設けられていることを特徴とする
データ処理装置。
【請求項４７】上記記録媒体における表面電位または
静電容量の変化が各針状電極を記録媒体に対して非接触
状態として検出されることを特徴とする請求項４６記載
のデータ処理装置。
【請求項４８】上記キャッシュメモリは、上記記録再
生装置の針状電極の数に応じて複数に分割されているこ
とを特徴とする請求項４６記載のデータ処理装置。