JPS6050644A - 記録信号消去方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ この発明は、半導体基板上に絶縁体膜を形成して構成さ
れる記録媒体を用いて、信号を電荷蓄積の形で記録し１
ｌｌｉｌ電容量変化を検出して記録された信号を再生づ
“る信号記録再生装置において、記録媒体全面に渡って
記録信号の消去を行なうことのできる記録信号消去方式
に関する。

［発明の技術的背景とその問題点」 従来、ディスク型記録媒体には磁気ディスク、光学式デ
ィスクおよび静電容量式ディスクが知られている。これ
らのうち磁気ディスクは、磁気記録方式の特徴として記
録、再生、消去を電磁気的に簡単に行なうことができる
という利点を持っているが、１〜ラック幅が広くないと
十分な再生を行なうことができず、記録容量が少ない欠
点がある。

これに対して、光学式ディスクはレーザビームを記録、
再生に使用するため、トラック幅が細くても十分な再生
が可能であり、極めて高密度の記録が可能であるが、再
生可能なディスクを得るまでに化学的および物理的プロ
セスを本質的に必要とする欠点がある。またこの方式は
、現状では不可逆記録のため、消去、再記録を行なうこ
とが非常に困難である。

一方、これらの問題を解消するものとして、半導体基板
上に酸化膜を形成し、さらにその上に電荷蓄積機能を有
する絶縁体膜として例えば窒化膜を形成した構造の記録
媒体を用い、この記録媒体上を相対的に移動する記録電
極を介して記録信号電圧を印加し窒化膜中に電荷を蓄積
電ることで信号記録を行ない、記録された信号の再生は
、窒化膜の蓄積電荷に対応して生じる半導体基板表面の
空乏層による静電容量の変化を記録媒体上を相対的に移
動する再生電極を介しで検出することにより行なう新し
い信号記録再生装置が提案されている。この方式の装置
は、光ディスクと同様に極めて高密度の記録が可能であ
り、しかも消去、再記録を行なうことができるというす
ぐれた特徴を持っている。

しかしながら、この装置では記録媒体に配録された信号
を電気的手段により消去しようと覆ると、消去Ｎ極を記
録、再生電極と同様に記録媒体上を相対的に走行させな
がら消去用電圧を印加づる必要がある。このため記録媒
体全面について消去を行なう場合には、記録、再生時間
と同等の非１ｉに長い時間を要覆るという問題があった
。

「発明の目的］ この発明の目的は、半導体基板上に絶縁体膜を形成した
記録媒体を用いて高密度の信号記録お、Ｊ、び再生を行
なう信号記録再生装置において、電気的手段により記録
媒体全面にわたる記録信号の消去を速やかに行なうこと
のできる記録信号消去方式を提供することにある。

し発明の概要］ この発明は、記録媒体として半導体基板上に電荷蓄積機
能を有する絶縁体膜を形成した構造のものを使用し、記
録時には記録電極を記録媒体に接触させて相対的に移動
させると同時に記録電極を介して記録信号電圧を印加す
ることにより絶縁体膜中に電荷を蓄積させ、再生時には
再生電極を介して絶縁体膜中の電荷の蓄積状態に応じて
生じる半導体基板中の空乏層による静電容量の変化を検
出することで一信号を再生する信号記録再生装置におい
て、荷電粒子、例えばコロナ放電により生じたイオンを
記録媒体全面に照射することにより、消去電圧を媒体全
面に同時に印加したのと同じ状態をつくり出し、記録媒
体全面に記録された信号を消去することを特徴としてい
る。

［発明の効果コ この発明によれば、記録媒体全面にわたる記録信号の消
去を一様にかつ記録、再生時間よりはるかに短い時間で
行なうことができる。また、荷電粒子の照射により記録
媒体の電荷蓄積状態をコントロールして記録媒体の初期
状態を記録再生特性が最良どなるような望ましい状態に
覆ることも可能である。

「発明の実流例」 第１図は、この発明の一実施例に係る信号記録再生装置
および全面消去数構の構成を示づ図である。図において
、記＠媒体１０は、半導体基板１１例えば１１型あるい
はｐ型のシリコ」ン単結晶または多Ｍ品塁板（以後ｎ型
として説明する）上に、第１の絶詮体膜１２として例え
ば２０人程度のシリコン酸化膜（ＳｉＯ２）を熱酸化に
より形成し、さらにその上に電荷蓄積機能を有する第２
の絶縁体膜１３として例えば数百人程度のシリコン窒化
膜（Ｓｉ２Ｎ３　）あるいはアルミナ（△１２０３）、
酸化タンタル（Ｔａ　２０５　）等をＣＶＤ法等により
形成したものである。

信号を記録する場合には、サファイヤ等の誘電体からな
る針状の電極支持体１４の側面に蒸着、スパッタ等によ
り薄く付着させた記録電極１５を記録媒体１０の表面に
接触させ、記録媒体１０を回転さぜることにより相対的
に移動させると同時に、パルス状の記録信号電圧１６を
記録電極１５に印加する。映像信号を記録するときは例
えば映像信号をＦＭ変調し、このＦＭ変調波をパルス状
にし増幅して記録電極１５に印加すれば良い。この時、
電圧の加わった部分では半導体基板１１から１−ンネル
効果により第１の絶縁体膜１２を電荷が透過して第２の
絶縁体膜１３中に１−ラップされる。これによって、信
号が第２の絶縁体ＰＡ１３中の蓄＄Ａ電荷（電子）１７
の形で記録される。そして、この蓄積電荷１７により半
導体基板１１表面に空乏層１８が形成される。

また、記録信号の再生を行なう場合には、第１図に示し
たように蓄積電荷１７部分の真下の半導体基板１１に空
乏層１８が存在することで、この部分の静電容量が空乏
層のない部分と比べて小さくなり、結局、電荷蓄積部分
と蓄積されてない部分との間に静電容量の変化が生じる
ことになるので、この容量変化を再生電極を介して検出
覆れば良い。例えば、再生電極を介して９００Ｍ日７程
度の高周波信号を印加して、記録媒体１０の静電容量変
化を共振回路の共振周波数の変化に変換した後、ＡＭ変
調波の形で信号を取り出すことにより、従来の静電容量
方式ビデオディスクブレーＶと全く同様ＩＪシて簡単に
信号の再生を行なうことができる。

そして、記録媒体１０上には、さらに仝面消去機構とし
て、コロナ放電を利用したイオン発生装置１９が配置さ
れている。このイオン発生装置１９はタングステン等か
らなる棒状型１ｊ　１９　ａの周囲に樋状のアース電極
１９ｂを配置した周知のコロナ放電器であり、電極１９
ａ、１９ｂ間に駆動電源２０により数１０００Ｖの電圧
が印加されることにＪこり、コロナ放電を生じてイオン
を発生するものである。なお、電源２０の極性を変える
ことで陽イオン、陰イオンのいずれも発生できる。

次にこの実施例における全面消去動作について説明する
。

第２図は、全面消去の手順を示した図である。

第２図（ａ　）に示すように信号が記録された記録媒体
１０は、記録された部分の第２の絶縁体膜１３中に電子
が蓄積され、半導体基板１１（ｎ型）に空乏層１８が生
じている。この記録媒体１０に記録された信号を全面消
去するには、記録媒体１０を回転させながらイオン発生
装置１９から陰イオンを記録媒体１０上に第２図（ｂ）
に示すように照射して表面に陰イオン２１を蓄積させる
。

陰イオンは一５０００Ｖ程度の電圧を電極１９ａ。

１９１）に印加し、コロナ放電を生じさけたときに、空
気がイオン化されることにより発生したものである。こ
うして、記録媒体１Ｑの表面に陰イオンが蓄積されてゆ
くと記録媒体１０の表面と半導体基板１１との間に電位
差が発生し、この電位差がある程度大きくなってくると
トンネル効果によりホールが半導体基板１１力日ジ第２
の絶縁体膜１３中に移動する。そしてこのボールが蓄積
電荷１７である電子と再結合し、第２図（Ｃ）に示づよ
うに第２の絶縁膜１３中の電子がなくなるとともに、ボ
ール２２が増加して記録信号の全面消去が完了する。こ
の状態では半導体基板１１の全面に空乏層１８かできて
いるが、表面の陰イオン２１の吊が減ってくるに従って
空乏層はなくなる。この機渦は、ちＪうど記録媒体１０
の全表面を金属て゛覆い、これに負電圧を印加したのと
同じ状態である。

上述した全面消去法では、記録されている部分にも記録
されていない部分にも同じように陰イオン２１が蓄積さ
れ、つまり同じ負電圧が印加されることになる。しかし
、この記録媒体１０においては、同じ電圧が印加された
場合、記録された部分の方が記録されていない部分より
も速く、消去が行な４つれる性質があるため、全面消去
された後の記録媒体゛１０は記録されていた部分でも記
録されてなかった部分でもほとんどは同じ状態に達して
おり、差はほとんどない。従って再記録時にも、前の記
録信号の影響を受けることなく良好な記録ができる。

記録媒体１０の表面に蓄積させた陰イオン２１により発
生する記８媒体１０の表面電位は負の十数Ｖ程度であり
比較的低電圧であるため、全面消去を完成させるのに約
１９程度を要する。しかしながら、これは従来方式によ
る記録、再生時間と同程度を必要とする消去時間に比べ
ればはるかに短かい。なお、この全面消去時間をさらに
短かくするにはイオン発生装置１９と記録媒体１０との
距離を短かくしたり、駆動電源２０の電圧を増加する等
により照射イオンの坦を多くすればよい。

ところで、第２図（Ｃ）で全面消去は完成したが、記録
媒体１０の表面には陰イオン２１が残っている。この陰
イオン２１はある時定数で減少し響を及ぼさない程度に
照射するのが良い。また記録媒体１０をアルコールで簡
単に洗っても、同様に中和させることができる。このよ
うにして、第２図（ｄ　）に示すように再記録可能な記
録媒体１０が得られる。なお、この状態では第２の絶縁
体膜１３にボール２２が蓄積されているが、次の再記録
時には記録部分のみ電子に置換わることになる。

上述の税明では、全面消去に陰イオン、ずなわち蓄積電
荷１７と同極性のイオンを用いたが、第３図に示づよう
な方法によって全面消去を行なうこともできる。すなわ
ち、まず第３図（ａ）に示づ記録がたされた記録媒体１
０上に、第３図（ｉ））に示すよう（−陽イオン３１、
つまり蓄積電荷１７ど逆極性のイオンを照射する。この
場合は、記録媒体１０の全面に正電圧が印加されたのと
同じことになって、第３図（Ｃ）に示すようにトンネル
効果により電子が半導体基板１１から第２の絶縁体膜１
３中に移動して蓄積される。この結果、記録媒体１０全
体にわたって第２の絶縁体膜１３中に電子３２が蓄積さ
れるとともに、半導体基板１１の空乏層が消滅する。こ
の状態は全面記録した状態と同じである。全面記録した
状態で半導体基板１１の仝而に空乏層ができるためには
、記録媒体１０の表面の陽イオン３１が少なくなること
が必要である。記録されていた部分と記録されていなか
った部分とに同じ電圧が印加されても、記録されていな
った部分の方が記録されＣいた部分より第２絶縁膜１３
への電子の移動量が多い、つまりより速く記録される性
質を記録媒体１０が持っているので、第３図（Ｃ）に示
すように記録媒体１０は全面にわたって、はぼ均一に記
録された状態となる。

次に、第３図（ｄ　）に示すように陰イオン３３を記録
媒体１０上に照射する。こうして陰イオ′ン３３が記録
媒体１０の表面に蓄積されてゆくと、記録媒体１０の全
面しこ負の電圧が印加された状態になるので、半導体基
板１１の全面に空乏層１８が形成されるとともに第３図
（ｅ　）に示すようにボール３４が第２の絶縁膜１３中
へ移動し、これか第２の絶縁膜１３中の電子と再結合覆
ることにより電子がなくなりホールが蓄積される。すな
わち、記録媒体１０の全面にわたって記録信号が消去さ
れた状態になり、しかもこの消去された状態は記録媒体
１０の全面にわたりほとんど均一である。この場合も第
２図（（１）と同じように、記録媒体１０の表面の陰イ
オンを中和するために同イオンを再び照射して、第３図
（［）のように再記録できる状態の記録媒体１０を１ｑ
ることができる。

またこの状態においては空乏層は消えることになる。

以上の説明は＠補的に記録された信号を全面消去する場
合Ｃあるが、イオンの照射は記録媒体１０上に均一にイ
オンを蓄ｆ１４させることがでるので、このイオン蓄積
により記録媒体１０の初期状態を記録再生特性が最良の
望ましい状態に持っで行くことか簡単にできる。すなわ
ち、この種の記録媒体は、製作の過程で絶縁体膜中に電
荷がイ］与されてしまうことがあり、製作後の記録媒体
１は初期状態として第４図に４１で示すＪ：うなＣ−■
（静電容量−印加電圧）曲線を持つ。正電圧を印加して
記録を行なうど、Ｃ−ＶＩＩＩｌ線は４２の状態に移行
する。この状態で再生づるとｖ−ｏでの容拍変化、Ｃ２
−Ｃｔの値が検出されて再生信号として取出される。一
方、初期状態が完全に電荷が消去された状態の４３で示
すＣ−■曲線を持つ状態であった場合には、■−０での
容量変化はＣ３−０１となり、この場合の方が容量変化
が大きい。

つまり、再生感度を高くすることができる。従って、好
ましくない状態にある４１のようなＣ−■曲線の初期状
態を持った記録媒体については、この発明の消去方式を
利用して初期状態を第４図の４３に示ずＣ−ＶＩｔｔＩ
線の状態に移行さＵることにより、最も感度の良い状態
で記録、再生を行なうことが可能となる。

この発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々変形実施が
可能であり、例えば荷電粒子どして電子を用いて消去を
行なっても同様の効果が得られることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例に係る信号記録再生装置お
よびその全面消去機構の構成を示す図、第２図はこの発
明による全面消去過程を示す図、第３図はこの発明によ
る別の全面消去過程を示す図、第４図は記録媒体の初期
状態と記録状態および消去状態における静電容量−印加
電圧特性を示す図である。 １０・・・記録媒体、１１・・・半導体基板、１２・・
第１の絶縁体膜、１３・・・第２の絶縁体膜、１４・・
・電極支持体、１５・・・電極、１６・・・記録信号電
圧、１７・・・蓄積電荷、１８・・・空乏層、１９・・
・イオン発生装置（コロナ放電器）、２０・・・駆動電
源、２１・・・陰−ｆオン、２２・・・ホール、３１・
・・陽イオン、３２・・・電子、３３・・・陰イオン、
３４・・・ボール。 出願人代理人　弁理士　鈴江武彦 第１図 第４図 電斤■

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）半導体基板上に絶縁体膜を形成してなる記録媒体
   と、この記録媒体上を相対的に移動する記録電極を介し
   て記録信号電圧を印加することにより、前記絶縁体膜中
   に電荷を蓄積して信号の記録を行なう手段と、前記絶縁
   体膜中の蓄積電荷に対応して前記半導体基板内に生じる
   空乏層による静電容量の変化を前記記録媒体上を相対的
   に移動する再生電極を介して検出することにより、記録
   された信号を再生する手段とを備えた信号記録再生装置
   における記録信号消去方式であって、前記記録媒体全面
   に荷電粒子を照射することにより、前記記録媒体に記録
   された信号を消去づることを特徴とする記録信号消去方
   式。
2. （２）絶縁体膜中の蓄積電荷と同一極性の荷電粒子を記
   録媒体全体に照射することにより、記録媒体に記録され
   た信号を消去することを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の記録信号消去方式。
3. （３）絶縁体膜中の蓄積電荷と逆極性の荷電粒子を記録
   媒体仝而に照射した後、上記蓄積電荷、と同一極性の荷
   電粒子を記録媒体全面に照射づることにより、記録媒体
   に記録された信号を消去づることを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の記録信号消去方式。
4. （４）：＋ロナ放電器を用いて記録媒体上に荷電粒子と
   してイオンを照射することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項〜第３項のいずれかに記載の記録信号消去方式。