JPH0150979B2 - - Google Patents

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JPH0150979B2
JPH0150979B2 JP58045441A JP4544183A JPH0150979B2 JP H0150979 B2 JPH0150979 B2 JP H0150979B2 JP 58045441 A JP58045441 A JP 58045441A JP 4544183 A JP4544183 A JP 4544183A JP H0150979 B2 JPH0150979 B2 JP H0150979B2
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JP
Japan
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film
insulating film
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recording medium
electrode
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JP58045441A
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JPS59171053A (ja
Inventor
Kenichi Sawazaki
Riichi Matsui
Junichiro Ikeuchi
Shigeo Senzaki
Makoto Takabayashi
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Toshiba Corp
Original Assignee
Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11BINFORMATION STORAGE BASED ON RELATIVE MOVEMENT BETWEEN RECORD CARRIER AND TRANSDUCER
    • G11B9/00Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor
    • G11B9/08Recording or reproducing using a method not covered by one of the main groups G11B3/00 - G11B7/00; Record carriers therefor using electrostatic charge injection; Record carriers therefor

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  • Optical Record Carriers And Manufacture Thereof (AREA)

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
て構成される情報記録媒体を用いて情報信号を電
荷蓄積の記録し、また静電容量変化を検出して記
録された情報信号を再生する信号記録再生装置に
用いられる情報記録媒体に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
従来デイスク(円盤)型情報記録媒体には、磁
気デイスク、光学式デイスクおよび静電容量式デ
イスクがある。磁気デイスクは磁気記録方式の特
徴として記録、再生および消去を電磁気的に行な
うことができ、記録後直ちに再生できる利点を持
つているが、トラツク幅が広くないと十分な再生
を行なうことができず、記録時間か短かい欠点が
ある。これに対して、光学式デイスクはレーザビ
ームを記録再生に使用するため、トラツク幅を細
くすることが可能で極めて高密度の記録ができ、
例えば直径30cm程度のデイスク片面当り60分の映
像信号及び音声信号が記録できるが、記録後、再
生可能なデイスクを得るまでにいくつかの化学的
および物理的プロセスを本質的に必要とするのが
欠点である。またこの方式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、半導体基板上に酸化膜を形成し、さらに
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情報記録媒体を用い、これに
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
積して信号記録を行ない、一方記録された信号の
再生は窒化膜の蓄積電荷に対応して生じる半導体
基板内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て検出する
ことによつて行なう新しい信号記録再生装置が提
案されている。この方式は、光デイスクと同様に
極めて高密度の記録が可能であり、しかも消去、
再記録を比較的簡単に行なえるというすぐれた特
徴を持つている。
しかしながら、記録信号電圧として40〜50Vの
高圧パルスを必要とするため記録電極にかなりの
電流が流れる。従つて記録電極の寿命を十分に長
くすることが困難であるという問題があつた。
〔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
形成して、高密度の信号記録および再生と消去、
再記録を可能とするとともに、記録に必要な電圧
を低くでき、記録電極の寿命を蓄しく向上させる
ことができる情報記録媒体を提供することにあ
る。
〔発明の概要〕
この発明に係る情報記録媒体は、半導体基板上
に第1の絶縁体膜を介して電荷蓄積機能を有する
第2の絶縁体膜を形成し、その上に第2の絶縁体
膜よりバンドギヤツプが大きい第3の絶縁体膜を
形成し、さらにその上の電極支持体及びその側面
に形成された記録電極の先端部が接触する最上層
に、第4の絶縁体膜としてアルミナ膜、酸化タン
タル膜または酸化チタン膜を形成した構造、また
は半導体基板上に第1の絶縁体膜を介して電荷蓄
積機能を有する第2の絶縁体膜を形成し、さらに
その上の電極支持体及びその側面に形成された記
録電極の先端部が接触する最上層に、第2の絶縁
体膜よりバンドギヤツプが大きい第3の絶縁体膜
としてアルミナ膜、酸化タンタル膜または酸化チ
タン膜を形成した構造を有する。そして、記録時
には記録電極を記録媒体に接触させ、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トンネル効果で第2の絶
縁体膜中に電荷を蓄積させる。一方、再生時には
再生電極を介して第2の絶縁体膜中の電荷の窒積
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、記録された信
号を再生する。
〔発明の効果〕
この発明によれば、記録密度が高く、記録再
生、消去が可能であるばかりでなく、特に記録媒
体に新たに設けられたバンドギヤツプの大きい第
3の絶縁体膜の存在によつて、電荷蓄積能力を低
下させずに記録に必要な電圧を低減させて記録電
極の長寿命化を図ることができる。
また、この発明では特に電極支持体及び記録電
極の先端部が接触する最上層がアルミナ膜、酸化
タンタル膜または酸化チタン膜であり、これらは
いずれも硬度が非常に高く、また誘電率が第1、
第2の絶縁体膜として用いられる酸化膜、窒化膜
と比較して大きいため、電極支持体及び記録電極
の接触によつて記録媒体に傷が付くことが少なく
なり、また記録に必要な電圧を高くすることもな
い。
〔発明の実施例〕
第1図はこの発明の一実施例に係る信号記録再
生装置の基本構成を示す図である。図において、
情報記録媒体10は半導体基板11、例えばn型
あるいはp型のシリコン単結晶または多結晶基板
上に、第1の絶縁体膜12として例えば20Å程度
のシリコン酸化膜(SiO2)を熱酸化により形成
し、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+Å〜百数十Å程度のシ
リコン窒化膜(Si3N4)をCVD法等により形成
し、さらにこの第2の絶縁体膜13の上に第3の
絶縁体膜14として再びシリコン酸化膜30〜40Å
程度形成し、最後に耐摩耗性保護膜としての第4
の絶縁体膜15としてアルミナ(Al2O3)膜を数
十Åから百数十Å程度形成したものである。
第3の絶縁体膜14としてのシリコン酸化膜
は、熱酸化あるいは化学的処理によつて酸化させ
たものでも良い。また第2の絶縁体膜13および
第4の絶縁体膜15は、特にアルミナ膜である必
要はなく、バンドギヤツプが大きく、誘電率がな
るべく大きく、しかも硬度が高いものであればよ
く、具体的には酸化タンタル(Ta2O5)膜、酸化
チタン(TiO2)膜であつてもよい。
信号記録時には、サフアイヤ針のような針状の
電極支持体16の側面に薄く付着させた記録電極
17を記録媒体10面に接触させ、記録媒体10
を回転させることによつて矢印のように相対的に
移動させると同時に、パルス状の記録信号電圧1
8を記録電極17に印加する。このとき半導体基
板11からトンネル効果により第1の絶縁体膜1
2を電荷が透過して第2の絶縁体膜13にトラツ
プされる。これによつて信号がが第2の絶縁体膜
13中の蓄積電荷の形で記録される。そして、こ
の蓄積電荷19によつて半導体基板11に空乏層
20が生じる。
次に、この実施例における記録機構についてさ
らに詳しく説明する。第2図aは半導体基板(シ
リコン基板)上に第1の絶縁体膜(SiO2)およ
び第2の絶縁体膜(Si3N4)のみを形成した従来
の記録媒体のバンド構造を示したもので、それぞ
れの層の価電子帯と伝導帯の間のエネルギー差、
つまりバンドギヤツプ(禁制帯幅)を表わしてい
る。この構造の記録媒体を用いた場合の信号記録
は、電極に正電圧を印加することによつて酸化膜
(SiO2)と窒化膜(Si3N4)に各々電流が流れ、
酸化膜中の電流と窒化膜中の電流との差が蓄積電
荷となつて窒化膜中に蓄積される機構になつてい
る。
このような従来の3層構造の記録媒体では、窒
化膜の電荷捕獲断面積の減少およびピンホールの
発生確率が増える等の関係から、窒化膜をあまり
薄くすることが困難であり、その結果記録に必要
な電圧が高くなつて、窒化膜を流れる電流が記録
電極に流れ込み、これが記録電極の寿命を短かく
する原因となつていた。
これに対し、第1図に示すこの発明の実施例に
よれば、第2図bに示すバンド構造からも明らか
なように、第2の絶縁体膜13(窒化膜)の上に
窒化膜よりもバンドギヤツプの大きい第3の絶縁
体膜14(酸化膜)が存在するため、第2の絶縁
体膜13を流れる電流はかなり抑制され、記録電
極17に流れ込む電流を制限することが可能にな
る。
また、この構造の記録媒体では、第3の絶縁体
膜14が形成されることにより、今まで電荷捕獲
断面積や、ピンホールの関係で薄くできなかつた
第2の絶縁体膜13を50Å程度にまで薄くするこ
とが可能になつた。すなわち、第2の絶縁体膜1
3にピンホールが生じても、第3の絶縁体14を
その上に形成することでピンホールは埋められて
しまう。さらに、第2の絶縁体膜13を薄くする
と、この絶縁体膜13中のトラツプ準位の数は減
少するが、この絶縁体膜13と第3の絶縁体膜1
4との界面に新しくトラツプ準位が発生して、第
2の絶縁体膜13中の減少したトラツプ準位の数
を補う形となるので、電荷蓄積能力、つまり信号
記録能力は、従来の記録媒体とあまり変わらな
い。このように、第1図に示した記録媒体では、
記録電極17に流れる電流を減少させることがで
きると同時に、電荷蓄積用の第2の絶縁体膜13
の厚みを薄くして記録に必要な電圧を低減するこ
とが可能となるので、電極の寿命を長くすること
ができ、また記録回路も簡略化される利点があ
る。
ここで、最上層の第4の絶縁体膜15(アルミ
ナ膜、酸化タンタル膜または酸化チタン膜)は、
記録媒体10と電極支持体16及び電極支持体1
7との接触で記録媒体10の表面に傷が付かない
ようにするための保護膜として作用するものであ
る。すなわち、電極支持体16の材質は一般にサ
フアイア等であり、第4の絶縁体膜15であるア
ルミナ膜、酸化タンタル膜または酸化チタン膜は
いずれも電極支持体16より硬いので、記録媒体
10に傷をつけずに安定した記録再生を可能にす
ることができる。
一方、記録信号の再生を行なう場合は、第1図
に示した如く、電荷蓄積部分の真下の半導体基板
11表面部分に生じている空乏層20の存在によ
つて、この部分の静電容量が小さくなり、結局電
荷蓄積部分と、蓄積されてない部分との間に静電
容量の変化が生じているので、この容量変化を再
生電極を介して検出すればよい。例えば再生電極
を介して高周波信号を印加し、静電容量変化を
AM変調波の形で取り出すことにより、従来の静
電容量方式ビデオデイスクプレーヤと全く同様に
して簡単に信号の再生を行なうことができる。
第3図はこの発明の他の実施例を示すもので、
第3の絶縁体膜21として百Å程度のアルミナ膜
(Al2O3)を形成し、第4の絶縁体膜を除去した
例である。
第4図にこの構造の記録媒体のバンド構造を示
してある。こ記録媒体は半導体基板11を含めて
4層構造になつているが4層目の第3の絶縁体膜
21としてのアルミナのバンドギヤツプが窒化膜
のそれより大きいため、記録機構は前記実施例の
5層構造の記録媒体の場合とほとんど同じものと
なり、第2の絶縁体膜13を流れる電流が、第3
の絶縁体膜21の存在により、阻止され記録電極
17まで流れ込む電流を減少させることができ
る。また第2の絶縁体膜14の厚みを薄くでき、
しかも第3の絶縁体膜21であるアルミナの誘電
率が第1、第2の絶縁体膜12,13である酸化
膜および窒化膜のそれより大きいので、記録に必
要な電圧を更に低くすることが可能で、その結果
記録電極17の寿命を長くすることができる。さ
らに、記録媒体10最上層のアルミナ膜より電極
支持体16の方硬度が小さい材質にすることによ
り記録媒体10を傷付けずに安定した記録再生を
行なうことができる。
【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
生装置の構成を示す図、第2図a,bは従来の3
層構造記録媒体および第1図における5層構造記
録媒体のバンド構造を示す図、第3図はこの発明
の他の実施例の構成を示す図、第4図は同実施例
における6層構造記録媒体のバンド構造を示す図
である。 10……情報記録媒体、11……半導体基板、
12……第1の絶縁体膜(酸化膜)、13……第
2の絶縁体膜(酸化膜)、14……第3の絶縁体
膜(酸化膜)、15……第4の絶縁体膜(酸化
膜)、16……電極支持体、17……記録電極、
18……記録信号電圧、19……蓄積電荷、20
……空乏層、21……第3の絶縁体膜(アルミナ
膜)。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 半導体基板上に第1の絶縁体膜を介して電荷
    蓄積機能を有する第2の絶縁体膜を形成し、その
    上に第2の絶縁体膜よりバンドギヤツプが大きい
    第3の絶縁体膜を形成し、さらにその上の電極支
    持体及びその側面に形成された記録電極の先端部
    が接触する最上層に、第4の絶縁体膜としてアル
    ミナ膜、酸化タンタル膜または酸化チタン膜を形
    成したことを特徴とする情報記録媒体。 2 第1の絶縁体膜は酸化膜、第2の絶縁体膜は
    窒化膜、第3の絶縁体膜は酸化膜である特許請求
    の範囲第1項記載の情報記録媒体。 3 半導体基板上に第1の絶縁体膜を介して電荷
    蓄積機能を有する第2の絶縁体膜を形成し、さら
    にその上の電極支持体及びその側面に形成された
    記録電極の先端部が接触する最上層に、第2の絶
    縁体膜よりバンドギヤツプが大きい第3の絶縁体
    膜としてアルミナ膜、酸化タンタル膜または酸化
    チタン膜を形成したことを特徴とする情報記録媒
    体。 4 第1の絶縁体膜は酸化膜、第2の絶縁体膜は
    窒化膜である特許請求の範囲第3項記載の情報記
    録媒体。
JP4544183A 1983-03-18 1983-03-18 情報記録媒体 Granted JPS59171053A (ja)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58171737A (ja) * 1982-04-02 1983-10-08 Citizen Watch Co Ltd 半導体不揮発性記憶装置

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