JPH02302945A - 記録媒体及び該媒体を用いた記録再生方法 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、走査型トンネル顕微鏡（以下ｒＳＴＭＪとい
う）の原理を応用した記録再生装置に用いる記録媒体に
関する。また該媒体を用いた記録再生方法に関する。

〔従来の技術〕

近年メモリ材料の用途は、コンピュータおよびその関連
機器、ビデオディスク、ディジタルオーディオディスク
等のエレクトロニクス産業の中核をなすものであり、そ
の材料開発も極めて活発に進んでいる。メモリ材料に要
求される性能は用途により異なるが、一般的に高密度で
記録容量が大きいことが要求されでいる。

最近までは磁性体や半導体を素材とした磁気メモリや半
導体メモリが主であったが、近年のレーザー技術の進展
に伴ない、光メモリが開発され、記録媒体表面の凹凸、
反射率等の差異を利用して、μｍオーダーの高密度な記
録再生が可能となっている。この光メモリの記録媒体と
しては、金属又は金属酸化物の薄膜、有機色素薄膜等が
用いられ、レーザー光の熱を利用して、蒸発、溶融等に
より、穴をあけたり反射率を変化させて情報を記録して
いる。

一方、最近、導電性物質の電子構造を直接観察できるＳ
ＴＭが開発されている〔ジー・ピニング（ＧＢｉｎｎｉ
ｎｇ）他［ヘルベテイカ・フイズイカ・アクタ（Ｈｅｌ
ｖｅｔｉｃａ　Ｐｙｓｉｃａ　Ａｃｔａ）Ｊ　５５．７
２６（１９８２））。このＳＴＭは、単結晶、非晶質を
問わず、実空間像の高い分解能の測定が、対象に電流に
よる損傷を与えずに低電力でできる利点を有し、しかも
大気中でも種々の材料に対して用いることができるため
、広範囲な応用が期待されている。

上記ＳＴＭは、金属の探針（プローブ電極）と導電性物
質の間に電圧を加えてｌｎｍ程度の距離まで近づけると
トンネル電流が流れることを利用している。この電流は
両者の距離変化に非常に敏感であり、トンネル電流を一
定に保つように探針を走査することにより、実空間の表
面構造を描くことができると同時に、表面原子の全電子
雲に関する種々の情報をも読み取ることができる。この
際、面内方向の分解能は０．ｌｎｍ程度である。従って
、ＳＴＭの原理を応用すれば、十分にｎｍオーダーでの
高密度記録再生が可能である。

そこで、ｎｍオーダーという、μｍオーダーの光メモリ
ーより更に高密度の記録再生を可能とすべく、従来、上
記ＳＴＭの原理を応用した記録再生について、電子ビー
ム、イオンビームあるいはＸ線。

光等の電磁波により、記録媒体の表面状態を変化させて
記録し、ＳＴＭで再生する方法や、記録媒体として、電
圧電流のスイッチング特性においてメモリ効果を有する
材料、例えばカルコゲン化物類の薄膜層やπ電子系有機
化合物の薄膜層を用いて、記録再生をＳＴＭを用いて行
なう方法が提案されている。また、ＳＴＭのプローブ電
極に、フィールドエミッションが生じる電圧をかけ、Ｒ
ｈ−Ｚｒ合金の試料表面に局所的に溶融させて、コーン
状の突起を作るという試みもなされている〔ニー・ステ
ファ（Ｕ、５ｔａｆｅｒ）他［アプライ・フイズイツク
ス・レターＪ　（Ａｐｐｌ、　　Ｐｈｙｓ、　　Ｌｅｔ
ｔ、）　５１　（４）。

１９８７年７月２７日〕。

しかしながら、従来の光メモリでは、レーザー光を光学
系により収束させて記録再生を行なうため、光の波長以
下にビーム径を絞ることは難しく、なるべく波長の短い
光を使う等の改良がなされつつあるが、記録単位はμｍ
オーダーが限界で、これ以上の高密度化ができない問題
がある。

一方、ＳＴＭの原理を応用した記録再生は、前述のよう
な試みはなされてはいるが、実用的な記録再生装置の開
発には至っていないのが現状である。

また、記録媒体は、導電性を有し、局所的加熱により溶
融または蒸発して変形する材質からなるが、材質によっ
ては導電性が非常に低いものがあり、また薄膜であるの
で、その記録媒体の面内方向の抵抗値が高くなり、記録
時のプローブ電極に流す電流値が記録領域の場所で変動
したり、記録媒体自身の抵抗で発熱したりして、最適な
記録条件からはずれる場合が出て（る問題がある。

上記課題を解決するために、本発明者らは即に第４図で
示す局所的電界の印加によって表面形状が局所的に変化
する記録媒体２と、電圧を印加可能なプローブ電極ｌと
が、相対向しかつ縦及び横方向に相対的に移動可能に位
置されており、記録媒体２とプローブ電極１間の間隔が
、記録時には一定に保持され、再生時には記録媒体２と
プローブ電極１間のトンネル電流を一定に保持する間隔
に制御される記録再生装置を提供している（特願昭６３
−１４３７３８）。

第４図中の符号は第１図で用いている符号と同様のもの
を示している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで第４図の記録媒体において、記録媒体２の面上
に吸着物が存在すると、記録媒体に形状変化を起こさせ
る電流値が該記録媒体の各部で均一とならず、記録再生
時の記録電圧、再生電圧のしきい値が特定できないとい
う問題が起こる場合がある。

また記録媒体表面が空気中にさらされていることにより
、経時変化、湿度変化等による記録媒体の劣化が問題と
なる場合もある。

〔課題を解決するための手段〕

そこで本発明では前述の第４図で説明した記録媒体の表
面上部をさらに記録媒体より比較的絶縁性の高い材料で
被覆した記録媒体を提供することにより、従来の問題を
解決し、さらに優れた記録再生方法を提供する。

本発明における記録媒体２としては、導電性を有し、局
所的な電界の印加により、溶融又は蒸発して局所的に表
面形状の変化する材質のものが使用される。この材質と
しては、例えば金属又は金属化合物の薄膜、具体的には
、例えばＡｕ、　Ａｌ１．　Ａｇ。

Ｐｔ、更にはＴｅ−Ｔｉ合金、Ｔｅ−３ｅ合金、Ｔｅ−
Ｃ。

Ｈ糸材料又はアモルファスシリコン等の半導体薄膜等を
用いることができる。

皮膜１３としては一般式 （Ｒ１−Ｒ４：Ｈ，ハロゲン、もしくは炭素数が１以上
１０以下のアルキル基） の中から選ばれるモノマーを重合して得られる芳香性を
持たない高分子材料か酸化膜又は窒化膜からなる皮膜が
用いられる。

としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビ
ニル、ポリアクリルニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポ
リテトラフルオロエチレン、ポリブタジェン、ポリクロ
ロプレン、ポリイソプレン。

ポリイソブチレン、ポリオキシメチレン等がある。

ポリイソブチルメタクリレート、ポリイソブチルアクリ
レート、ポリ−ｎ−オクチルメタクリレート、ポリ−ｎ
−オクチルアクリレート等がある。

エチレンオキシド、ポリビスクロルメチルシクロオキサ
ブタン等がある。

また窒化膜としてＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４からなる皮膜が、酸
化膜としてＳｉＯ２，ＺｎＯ，Ａ、ｉ？　２０３゜Ｉｎ
２Ｏ３，Ｔｉ２Ｏ５，ＴｉＯ２，Ｃｒ２Ｏ３，ＭｇＯか
らなる皮膜が使用可能である。

高分子材料の皮膜の作製法には真空蒸着法の他にはスピ
ンコード法、バーコード法、ＬＢ法等種々の方法を用い
ることが出来る。窒化膜、酸化膜の皮膜の作製法として
はスパッタ、Ｌ　Ｐ　Ｇ　Ｖ　Ｄ　、プラズマＣＶＤ法
等用いることが出来る。

プローブ電極１としては、タングステン、Ｐｔ−Ｉｒ。

ｐｔ等の尖鋭な針状物が使用される。プローブ電極１は
、記録再生の分解能を良（するため、先端が例えば機械
研削、電解研磨等により尖鋭に加工されていることが好
ましい。

本発明において、縦方向とは記録媒体２とプローブ電極
１の対向方向をいい、横方向とは縦方向に対する直角方
向をいう。また、記録媒体２とプローブ電極ｌの相対的
移動は、いずれか一方のみを移動させることで行っても
、両者を同時に移動させることで行ってもよい。

本発明の記録媒体を用いた記録再生装置の構成を第１図
に示す。

第１図中１はプローブ電極で、記録再生用に用いられる
。２は基板３上に形成された記録媒体、１３は２の記録
媒体上に被覆された皮膜、４はプローブ電極１と記録媒
体２の間に流れるトンネル電流を検出するプローブ電流
増幅器、５は図中のＺ方向すなわち縦方向にプローブ電
極ｌの移動制御するＺ方向サーボ回路、６はプローブ電
極ｌをＺ方向に駆動する圧電素子等により構成されるＺ
方向微動機構である。

Ｚ方向サーボ回路５は、プロ゛−ブ電流増幅器４で検出
したプローブ電流を一定に保つようにＺ方向微動機構６
を駆動し、プローブ電極１と記録媒体２との距離を制御
する。

７は図中ＸＹ方向すなわち、横方向にプローブ電極ｌを
移動制御する圧電素子等で構成されるＸＹ方向微動機構
である。また８はＸＹ方向粗動機構で、圧電素子または
電磁的手段により駆動される。これらＸＹ方向微動及び
粗動機構７，８を図示せぬ制御回路により制御し、記録
媒体２の記録領域の任意の位置にプローブ電極１を移動
させることができる。

また、本発明において、特に記録媒体２の電気抵抗率が
比較的高い場合には、第２図に示されるように、この記
録媒体２よりも電気抵抗率の低い下地層１４を設けるこ
とが好ましい。

実施例１ モリブデンをＥＢ蒸着した石英ガラス基板３の上に、記
録媒体２としてＡｕを３００人スパッタ法で蒸着、さら
に絶縁性皮膜１３としてＳｉ３Ｎ４の窒化膜をＣＶＤ法
を用いて２０人つけたものを用いた。

プローブ電極ｌとしては、タングステン針の先端を電解
研磨したものを使用した。

記録方法については、第２図で、記録すべき記録信号１
２と記録媒体２上の記録位置信号が図示せぬ制御回路か
ら送られて（る。そのときプローブ電極１は、ＸＹ方向
微動及び粗動機構７，８により、指定の記録位置まで、
記録媒体２との距離が制御された状態で移動し、記録位
置に到達した時、記録信号１２に対応するパルス電圧を
発生するパルス電圧回路１１により、プローブ電極ｌに
書き込み用のパルス電圧（高さ４ｖｏｌｔ、幅１００ｎ
ｓ）が与えられることになる。このパルス電圧により、
記録位置に過大な電流が流れ、局所的に記録媒体２の表
面形状が変化し、第３図に示すような形状の３０ｎｍの
画部分が生じ記録がなされた。その際、パルス電圧を印
加すると、プローブ電流が急激に変化するので、Ｚ方向
サーボ回路５は、その間出力電圧が一定となるようにＨ
ＯＬＤ回路をＯＮにするように制御している。そのため
、記録時にプローブ電極１と記録媒体２の距離が著しく
変化することはなく、安定な記録が出来た。

次に再生方法については、記録時と同様に、図示せぬ制
御回路から再生すべき記録位置が支持され、プローブ電
極１は、ＸＹ方向微動及び粗動機構７．８により、指定
の位置まで移動し、再生を開始する。そのとき、プロー
ブ電極１は、Ｚ方向サーボ回路５により、記録媒体２上
の記録により生じた凹凸の表面をトンネル電流が一定（
０，１ｎＡ）になるようになぞるので、２方向サーボ回
路５からＺ方向微動機構６に与える制御信号は、記録媒
体２の表面の凹凸に対応しており、この制御信号を再生
信号復調回路９で波形整形等の処理をすることにより再
生信号１０が得られた。

また、（り返し使用してもＳ／Ｎ比の経時変化も見られ
ず安定な記録再生が行なえた。

実施例２ 実施例１の記録媒体２．　Ａｕ３００人の上に皮膜１３
を以下のようにして形成した。

ベンゼン／ｎ−ヘキサン（１０／１）混合溶媒を用いポ
リイソブチルメタクリレートのｌＸｌ０−３％（重量／
重量）の溶液を調整した。これを純水、水温２０℃の水
相上に展開し表面圧を１２　ｍ　Ｎ　／　ｍまで高め水
面上に単分子膜を形成した。

前述のＡｕ基板を用い、表面圧を一定に保ちながら基板
を水面に横切る方向に５　ｍ　ｍ　／　ｍ　ｉ　ｎで浸
漬、引き上げを行い２層の単分子累積膜の形成を行った
。

斯る操作を繰り返すことにより６層（約６０人）の単分
子累積膜を形成した。

上記媒体に変えた他は実施例１と同様の実験を行なった
。

くり返し使用可能な経時安定性のよい記録再生が行なえ
た。

〔発明の効果〕

本発明によれば、一台の装置で、ＳＴＭの原理を応用し
た記録再生を行うことができ、特にＳＴＭの原理により
、数十〜数ｎｍオーダーの非常に高密度の記録再生が可
能となる。

また記録媒体面が被覆によって保護されているため記録
媒体表面での吸着物の有無・差異等による記録再生の誤
りが減り耐環境性が向上し経時変化によるＳ／Ｎ比の悪
化が少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明に係る記録再生装置の一実施
例の説明図、第３図は記録形状例を示す斜視図、第４図
は本発明に係る記録再生装置の原理を説明するための構
成図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）局所的電界の印加によって表面形状が局所的に変
   化する記録媒体であって、 さらに該記録媒体の表面に一般式 ▲数式、化学式、表等があります▼、▲数式、化学式、
   表等があります▼、▲数式、化学式、表等があります▼ （Ｒ＿１〜Ｒ＿４：Ｈ、ハロゲンもしくは炭素数が１以
   上１０以下のアルキル基） から選ばれるモノマーを重合して得られる芳香性を持た
   ない高分子材料、酸化膜又は窒化膜からなる皮膜が形成
   されている記録媒体。
2. （２）請求項１の記録媒体に対し、プローブ電極より電
   界印加をして該記録媒体の表面形状を変化することによ
   り記録を行なう工程と、該記録媒体とプローブ電極間の
   トンネル電流より前記記録状態の再生を行なう工程とを
   有することを特徴とする記録再生方法。