JPH01258248A

JPH01258248A - 高密度情報記録媒体およびその記録再生装置

Info

Publication number: JPH01258248A
Application number: JP8673688A
Authority: JP
Inventors: Kozo Taira; 平　浩三
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-04-08
Filing date: 1988-04-08
Publication date: 1989-10-16
Anticipated expiration: 2013-07-09
Also published as: JP2774506B2

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、情報を高密度に記録することができる高密度
情報記録媒体と、この情報記録媒体に情報を高密度に記
録させることができるとともに、記録された情報を再生
ならびに消去することができる高密度情報記録再生装置
に関する。

（従来の技術）情報記録媒体としては、半導体メモリ、磁気テープ、磁
気ディスク、フロッピーディスク、光ディスクなどが実
用化されているが、近年、情報量の増大に伴い、情報記
録媒体の高記録密度化、大容量化への要求が高まってき
ている。

このため、各種情報記録媒体において記録密度の向上が
図られているが、なかでも、光デイスクメモリはその高
い記録密度と容量の大きさから、近年、急速に実用化が
進められている。

しかしながら、光デイスクメモリはレーザ光を光学レン
ズで絞り込んで記録、再生を行うため、スポット径には
光の波長からくる限界があり、記録密度は約１０６〜１
０’ｂｌｔｓ／ｖイ程度が上限であると考えられている
。さらに高密度化するため、多値多層化への検討や、フ
ォトケミカルホールバーニング（ＰＩＩＩ３）を応用し
た光デイスクメモリの構想なども考えられるが、実用化
にはまだ難しいレベルにある。

（発明が解決しようとする課題）このように、情Ｎｉｉの増大に伴い、情報記録媒体の高
記録密度化、大容量化が要望されているが、情報記録媒
体の中でも高い記録密度と大容量を有している光デイス
クメモリにあっても、その記録密度は原理上約１０’〜
１０　’　ｂ１ｔｓ／　ｍｊ程度が上限であり、更なる
高記録密度化、大容量化を図ることは困難である。

したがって、情報記録媒体の更なる高記録密度化、大容
量化を図るためには、新たな原理に基づく情報記録媒体
を得ることが望ましい。

本発明はかかる従来技術の課題を解決すべくなされたも
ので、分子単位で情報を記録することのできる高密度情
報記録媒体と、この高密度情報記録媒体への情報の記録
およびこの高密度情報記録媒体に記録された情報の再生
ならびに消去を行うことができる高密度情報記録再生装
置を提供することを目的とする。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）すなわち本発明の高密度情報記録媒体は、導電性基体層
と、この導電性基体層の少なくとも一面に形成された誘
電体層と、誘電体層の表面に形成され可逆的な構造変化
を生じて導電率が変化するイオン伝導性物質層とを有す
ることを特徴としている。

また、本発明の高密度情報記録再生装置は、可逆的な構
造変化を生じて導電率が変化するイオン伝導性物質層を
有する高密度情報記録媒体との間にトンネル電流を発生
させるための少なくとも１本の探針と、情報信号に応じ
て探針と高密度情報記録媒体との間に流れるトンネル電
流の大きさを変化させイオン伝導性物質層に選択的に構
造変化を生じさせることにより情報を記録する記録手段
と、構造変化を生じたイオン伝導性物質層と探針との間
に流れるトンネル電流の大きさと構造変化を生じていな
いイオン伝導性物質層と探針との間に流れるトンネル電
流の大きさとの差異を検知して記録情報を再生する再生
手段と、探針と高密度情報記録媒体との間に記録時とは
逆方向の電流を流すことによりイオン伝導性物質層を単
一相状態に構造変化させて記録情報を消去する消去手段
とを具備することを特徴としている。

（作　用）本発明の高密度情報記録媒体に用いるイオン伝導性物質
層は、電界（電流）の影響により可逆的に構造変化を生
じて導電率が変化する。すなわち、このイオン伝導性物
質層は通常状態では金属伝導に近い導電率を有するが、
一定値以上の電流を流すとイオン伝導性物質の結晶分子
中に生じたイオンが誘電体層に移動するために構造変化
を生じて電子に対しては絶縁状態となり、導電率が低下
する。そして、この構造変化は結晶分子単位で生じる。

したがって、情報信号に応じてイオン伝導性物質層に流
れる電流の大きさを変化させ、イオン伝導性物質層に選
択的に構造変化を生じさせることにより情報を記録する
ことができる。このとき、イオン伝導性物質層の構造変
化は結晶分子単位で生じるため、高解像度で高密度な情
報記録が可能となる。

また、本発明の高密度情報記録再生装置は、可逆的な構
造変化を生じて導電率が変化するイオン伝導性物質層を
有する高密度情報記録媒体との間にトンネル電流を発生
させるための少なくとも　１本の探針を有し、記録手段
は情報信号に応じて探針と高密度情報記録媒体との間に
流れるトンネル電流の大きさを変化させて、イオン伝導
性物質層に選択的に構造変化を生じさせる。このため、
イオン伝導性物質層には導電率の高い部分と低い部分と
が生じ、これが記録ビットとなる。

再生手段は、探針と高密度情報記録媒体との間に流れる
トンネル電流の大きさが、構造変化を生じたイオン伝導
性物質層と構造変化を生じていないイオン伝導性物質層
とで異なることから、この差異を検知してたとえば信号
の２値に対応させることにより記録情報を再生する。

消去手段は、探針と高密度情報記録媒体との間に記録時
とは逆方向の電流を流すことによって、誘電体層へ移動
していたイオンをイオン伝導性物質層へ移動させ、イオ
ン伝導性物質層を単一相状態に構造変化させる。このた
め、イオン伝導性物質層の導電率は均一となり、記録情
報は消去される。

したがって、本発明の高密度情報記録再生装置では、本
発明の高密度情報記録媒体を用いることにより、情報の
記録および再生に充分の余裕をもっても１００人口程度
の記録再生が可能となり、記録密度は１０”　ｂｉｔｓ
／　＋＋ｊに及び、飛躍的な記録密度の向上が達せられ
る。

（実施例）以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。

実施例１第１図は、本発明に基づく高密度情報記ｉ媒体の一実施
例を示す断面図である。

同図に示すように、高密度情報記録媒体１は、たとえば
アルミニウム（＾１）を用いたディスク状の導電性基体
層２と、この導電性基体層２の一面に形成された厚さ１
０００人の一酸化けい素（ＳＩＯ）膜からなる誘電体層
３と、誘電体層３の表面に形成された厚さ　１００人の
タングステンブロンズ（ｌｌｘ　ＷＯ３、ただし、０（
Ｘ（１）膜からなるイオン伝導性物質層４とからなる。

このような構成の高密度情報記録媒体１においては、Ｓ
ＩＯ膜からなる誘電体層３は電子に対してはブロッキン
グ層となるが、イオン伝導体として特にＨ＋イオンの移
動に関与する。また１ＩｘＷ（ｈは、第２図に示すよう
に、酸素原子１０、タングステン原子１１および水素原
子１２とで、水素原子１２を中心としたペロブスカイト
構造をなしている。この構造は、電界（電流）の影響に
より水素原子１２が水素イオン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）
とに電離し、このＨ＋イオンは、第３図に示す６個の酸
素原子１０と　１個のタングステン原子１１により構成
される正八面体形六配位のＷＯ３１Ｂの間を動きやすい
特性を持つ。

そして、１ＩｘＷ（ｈ膜はこの状態では金属伝導に近い
導電率を示すが、電圧を印加し１１＋イオンが移動した
正八面体形六配位のＶ（ｈ膜では、電子に対しては絶縁
層となる。この１ＩｘＷＯ３からＷ（ｈへの構造変化は
、通常、１ｌｘＷ（ｈ膜に流れる電流の大きさがｐＡオ
ーダのときには生じないが、μＡオーダになると生じる
。

したがって、先端の鋭い探針を用い、この探針側にプラ
ス、高密度情報記録媒体の導電性基体層側にマイナスの
電圧を印加し、情報信号に応じて探針と１ＩｘＷ（ｈ膜
に流れる電流の大きさをｐＡオーダからμＡオーダに変
化させてＩＩｘＷ（ｈ膜に選択的に構造変化を生じさせ
ることにより、１ＩｘＷ（ｈ膜上に電子伝導度の異なる
部分を分子単位で形成することができる。

すなわち、情報を記録することができる。

なお、本実施例では導電性基体層としてＡＩを用いたが
、他の導電性金属、導電性ガラスあるいは導電性高分子
化合物を用いても、同様の効果を得ることができる。ま
た、誘電体層としては、ＳＩＯ膜の他、酸化クロムと一
酸化けい素との混合物などのイオン伝導性の誘電体を用
いることができ、イオン伝導性物質層としては、タング
ステンブロンズ膜の他、ＩＩｘＷ（ｈのタングステン（
Ｗ）をモリブデン（Ｎｏ）で置換したものなどを用いる
ことができる。

また、誘電体層およびイオン伝導性物質層の厚さは、い
ずれも数１０００人より薄いものであればよく、このよ
うな層は真空蒸着法やスパッタリングなどの物理的蒸着
法、あるいは陽極酸化などの公知の手段により、容易に
形成することができる。

実施例２第４図は、本発明の高密度情報記録再生装置の一実施例
を示す模式図である。

同図に示すように、高密度情報記録再生装置２０は、電
界（電流）の影響により可逆的に構造変化を生じて導電
率が変化するイオン伝導性物質層を有する高密度情報記
録媒体２１を回転あるいは移動させるための記録媒体駆
動手段２２と、高密度情報記録媒体２１との間にトンネ
ル電流を発生させるための先端の鋭い探針２３とを有し
、この探針２３は、第４図中に示す２軸方向およびＸ軸
方向に対し粗動ならびに微動する探針制御手段２４．２
５．２６および２７により保持されている。そして、こ
れらは除振台２８上に固定されている。

高密度記録のためには先端の鋭い探針２３が不可欠であ
り、本実施例ではタングステン針をアルカリ液でエツチ
ング成形したものを用い、探針２３の先端半径は約１０
ｒｖ以下である。

また、探針制御手段２４および２５は、探針２３と高密
度情報記録媒体２１とを入オーダで近接した状態に保つ
ためのものであり、探針２３はマイクロメータユニット
からなる探針制御手段２４によりｚ軸方向に粗動送りさ
れ、その後ピエゾ素子からなる探針制御手段２５によっ
て微動制御される。また探針制御手段２６および２７は
、探針２３を高密度情報記録媒体２１上の所定の位置に
移動させるためのものであり、探針２３はマイクロメー
タユニットからなる探針制御手段２６によりＸ軸方向に
粗動送りされ、その後ピエゾ素子からなる探針制御手段
２７によって微動制御される。このピエゾ素子は、積層
型のものを用い、約１ＯｕＩａの変位を可能にしている
。また、探針制御手段２４．２５．２６および２７は、
駆動回路に接続されている。

このような構成の高密度情報記録再生装置により情報を
記録するには、まず、高密度情報記録媒体２１を記録媒
体駆動手段２２上の所定の位置にセットし、探針２３と
高密度情報記録媒体２１との距離が一定となるように、
探針制御手段２４および２５により探針２３の２軸方向
の位置を制御する。この制御は、探針２３側にプラス、
高密度情報記録媒体２１側にマイナスの電圧を印加して
、探針２３と高密度情報記録媒体２１との間にｐＡオー
ダのトンネル電流を流し、このトンネル電流が一定とな
るようにサーボ回路で探針制御手段２４および２５に電
圧を印加して、探針２３を２軸方向に移動させることに
より行うことができる。

次いで、探針２３と高密度情報記録媒体２１との距離を
一定とした状態で、記録媒体駆動手段２２と探針制御手
段２６および２７により、高密度情報記録媒体２１上に
探針２３を走査させ、情報信号に応じて探針２３と高密
度情報記録媒体２１との間に流れるトンネル電流の大き
さを変化させることにより、高密度情報記録媒体２１中
のイオン伝導性物質層に選択的に構造変化を生じさせて
、導電率の異なる部分を形成する。この導７は率の異な
る部分が、記録ビットとなる。

トンネル電流の大きさを変化させる手段としては、 ■　情報信号に応じて、探針２３と高密度情報記録媒体
２１との間に印加する電圧の大きさを変化させることに
より、トンネル電流の大きさを変化させる方法、 ■　トンネル電流の大きさは探針２３と高密度情報記録
媒体２１との距離に指数関数的に依存することから、情
報信号に応じて探針２３と高密度情報記録媒体２１との
距離を探針制御手段２５により変化させることにより、
トンネル電流の大きさを変化させる方法、のいずれを用
いてもよい。

トンネル電流の大きさの変化は、高密度情報記録媒体２
１中のイオン伝導性物質層に選択的に構造変化を生じさ
せ得る変化量とする。すなわち、構造変化を生じさせな
いときには、探針２３と高密度情報記録媒体２１との距
離を一定とするために必要とするｐ＾オーダの電流を流
し、構造変化を生じさせるときには、μＡオーダの電流
を流することにより、イオン伝導性物質層に選択的に構
造変化を生じさせることができる。

また、記録情報の再生は、第５図に示すように、情報が
記録された高密度情報記録媒体２１の表面と探針２３と
の距離Ａを、トンネル電流が検知できる程度まで近接さ
せ、この状態で高密度情報記録媒体２１上に探針２３を
走査させることによって、信号を再生することができる
。

すなわち、記録部２９ではイオン伝導性物質層が構造変
化を生じているために、トンネル電流は高密度情報記録
媒体２１の表面を通って検出されず、ｐＡ以下のレベル
となる。しかしながら、記録部以外の部分３０ではイオ
ン伝導性物質層は構造変化を生じていないため、ｐＡオ
ーダのトンネル電流を検出することができる。また、高
密度情報記録媒体２１の表面と探針２３との距離Ａをよ
り近くすれば、記録部２９ではトンネル電流は高密度情
報記録媒体２１の表面を通って検出されず、ｐＡ以下の
レベルとなるが、記録部以外の部分３０ではトンネル電
流は指数関数的に増大し、ｎＡ〜μＡオーダの値となる
。この記録部２９と記録部以外の部分３０とのトンネル
電流の大きさの差異を検知し、これを信号のたとえば２
値に対応させることによって信号を再生する。

このとき、たとえば１ｂｌｔが１００人口の記録スポッ
トとすると、１０”　ｂｕｓ／　ｍｄの記録密度を得る
ことができる。

また、精密なトラッキングサーボをかけることにより、
さらに高密度な記録も可能である。この場合の一方式と
しては、サーボ用探針と信号検出用探針の２本の探針を
持つ構造で制御する方法が挙げられる。

さらに、消去に関しては、）ＩｘＷ（ｈ膜はｆｉｘ　Ｗ
Ｏ３Ｈ”　＋　ｅ−＋ＷＯ３という構造変化に対して可
逆的な性質を有するので、探針と高密度情報記録媒体と
の間に記録時とは逆方向の電流を供給し、イオン伝導性
物質層を１１ｘｗ０３の単一相状態に構造変化させるこ
とにより、記録情報を消去することができる。このとき
、記録の消し残しを防止するために、消去用探針には記
録再生用探針よりも先端の太い探針を用いることが望ま
しい。

なお、実施例１および実施例２では、高密度情報記録媒
体はディスク状のものとして扱っているが、その形状は
ドラム状やテープ状など、装置の構成によって適宜変更
可能である。たとえば、（光）カード状の記録媒体に応
用する場合、１〜２Ｉｌ／ｓｅｃの低速で記録ヘッドを
走査させたとしても、通常の１００倍もの転送レートが
得られる。

このように、本発明の高密度情報記録媒体は情報を分子
単位で記録することができ、また、本発明の高密度情報
記録再生装置は高密度情報記録媒体に分子単位で情報を
記録させることができるとともに、この記録情報を再生
ならびに消去することができる。

［発明の効果］以上説明したように、本発明によれば、従来に比して飛
躍的に記録密度が向上された高密度情報記録媒体と、こ
の高密度情報記録媒体への情報の記録および記録情報の
再生ならびに消去を行うことができる高密度情報記録再
生装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の高密度情報記録媒体の一実施例を示す
断面図、第２図および第３図は本発明の高密度情報記録
媒体に用いるイオン伝導性物質の一例の構造を示す図、
第４図は本発明の高密度情報記録再生装置の一実施例を
示す模式図、第５図は高密度情報記録媒体と探針との位
置関係を示す模式図である。１．２１・・・高密度情報記録媒体２・・・・・・・・・導電性基体層３・・・・・・・・・誘電体層４・・・・・・・・・イオン伝導性物質層２０・・・・
・・・・・高密度情報記録再生装置２３・・・・・・・
・・探針出願人　　　　　株式会社　東芝代理人　弁理士　須　山　佐　− 第１図、互２：？］３コ々第４図

Claims

【特許請求の範囲】

（１）導電性基体層と、前記導電性基体層の少なくとも
一面に形成された誘電体層と、前記誘電体層の表面に形
成され可逆的な構造変化を生じて導電率が変化するイオ
ン伝導性物質層とを有することを特徴とする高密度情報
記録媒体。
（２）可逆的な構造変化を生じて導電率が変化するイオ
ン伝導性物質層を有する高密度情報記録媒体との間にト
ンネル電流を発生させるための少なくとも１本の探針と
、情報信号に応じて前記探針と前記高密度情報記録媒体
との間に流れるトンネル電流の大きさを変化させ前記イ
オン伝導性物質層に選択的に構造変化を生じさせること
により情報を記録する記録手段と、構造変化を生じた前
記イオン伝導性物質層と前記探針との間に流れるトンネ
ル電流の大きさと構造変化を生じていない前記イオン伝
導性物質層と前記探針との間に流れるトンネル電流の大
きさとの差異を検知して記録情報を再生する再生手段と
、前記探針と前記高密度情報記録媒体との間に記録時と
は逆方向の電流を流すことにより前記イオン伝導性物質
層を単一相状態に構造変化させて記録情報を消去する消
去手段とを具備することを特徴とする高密度情報記録再
生装置。